DE69906125T2

DE69906125T2 - Integrierte vorrichtung zum einspritzen von technologischen gasen und feststoffen sowie verfahren zur anwendung dieser vorrichtung zum behandeln metallischer schmelzen

Info

Publication number: DE69906125T2
Application number: DE69906125T
Authority: DE
Inventors: Milorad Pavlicevic; Stefano Morsut; Alfredo Poloni
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: ITUD980194A1; IT1302798B1; EP1135536B1; US6322610B1; EP1135536A1; WO2000028097A1; ATE234938T1; DE69906125D1; ES2195620T3; AU6362599A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine integrierte Vorrichtung zum Einblasen von Sauerstoff und technischer Gase im Allgemeinen, und auch von Feststoffen in Pulverform, wie es im jeweiligen Hauptanspruch dargelegt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verwendung der integrierten Vorrichtung zur metallurgischen Verarbeitung eines Bads geschmolzenen Metalls.
In der folgenden Beschreibung wird hauptsächlich auf Sauerstoff Bezug genommen, jedoch gilt implizit, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Einblasen irgendeines anderen technischen Gases, z. B. Luft, Argon, Stickstoff oder anderen, oder eines Gemischs derselben, bei einem metallurgischen Prozess verwendet werden kann, bei dem ein Bad geschmolzenen Metalls vorliegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Einblasen, gemeinsam mit einem Gasstrom von Sauerstoff oder anderen technologischen Gasen, eines Strahls von Feststoffmaterial in Pulverform, wie z. B. Kalkpulver, Kohlepulver oder Ähnlichem geeignet.
Die Erfindung wird vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, in der Stahlbearbeitungsindustrie angewandt, und es ist insbesondere angezeigt, sie bei Prozessen zum Schmelzen von Stahl anzuwenden, z. B. in elektrischen Bogenöfen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei elektrischen Bogenöfen, und bei anderen Anwendungen in der Stahl- und metallurgischen Industrie, ist es übliche Praxis, technische Gase und Feststoffmaterialien in Pulverform über dem Bad geschmolzenen Metalls und in dasselbe einzublasen.
Allgemein gesagt, sollen technische Gase Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Methan, Propan, Luft oder andere Gase mit ähnlichen Eigenschaften bedeuten.
Allgemein gesagt, soll Feststoffmaterial in Pulverform Pulver von Koks, Kohlenstoff, Eisenlegierungen, Kalk, Dolomit oder anderen Materialien mit anderen Eigenschaften bedeuten.
Für dieses Einblasen bestehen viele Anwendungszwecke, von denen die Wichtigsten die Folgenden sind:

– Bereitstellen einer Energiezufuhr zum Schmelzen;
– Aktivieren des Oxidationsschritts und Beeinflussen der Dephosphorisierung und der Desulforisierung des flüssigen Metalls;
– Fördern der Schlackeschäumung;
– Erleichtern des Schmelzens und des Abscherens von Schrott;
– Fördern der Badrührung, um so die Zeit zu verkürzen, die zum Aktivieren der chemischen Reaktionen erforderlich ist;
– Auslösen einer Kohlenstoffverringerung, d. h. Einstellen des Kohlenstoffgehalts, und Steuern der Abstechtemperatur;
– Erzielen eines Brennerfunktionsmodus, bei dem der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereichterte Luft als Oxidationsbrennstoffe für Erdgas, Methan, Öl, Propan, Butan, Kohlenstoff oder andere feste oder gasförmige Brennstoffe wirken.

Im Stand der Technik sind zwei Hauptlösungen dazu verwendet, Sauerstoff oder andere Gase in ein flüssiges Bad einzublasen:

a) Durch Wasser gekühlte Lanzen, die am Ende mit einer Düse versehen sind, z. B. vom Konvergenz/Divergenz-Typ, die dazu geeignet sind, am Auslass einen Überschallstrahl zu erzeugen;
b) Verwendung verbrauchbarer Lanzen

Die Verwendung wassergekühlter Lanzen hat die folgenden Nachteile zur Folge:

– Erfordernis einer Handhabung;
– der Gasstrahl verliert durch den Abstand zum Bad Energie, was häufig bedeutet, dass es unmöglich ist, dass der Strahl in das Bad eindringt;
– es sind große Mengen an Kühlwasser erforderlich, um zu verhindern, dass die Spitze der Lanze durch die Wärme und die mechanischen Spannungen zerstört wird;
– Gefahr von Explosionen hervorgerufen durch mögliche Wasserlecks;
– wenn sich die Lanze sehr nahe am Bad befindet, besteht die Gefahr einer Beschädigung durch Wärme, die Spitze kann gespült werden, es können sich Stahlkrusten bilden und es besteht die Gefahr von Erosion;
– wenn sich die Lanze sehr nahe am Schrott befindet, kann der Gasstrahl abgelenkt werden und sogar gegen das Ende oder die Seite der Lanze abgelenkt werden, so dass es zu einer Beschädigung an dieser kommt;
– für die Verbrennung von Co, das aus dem Bad entweicht, wird eine weitere Lanze benötigt;
– es sind weitere Vorrichtungen erforderlich, um das Feststoffmaterial in Pulverform zu injizieren.

Die Nachteile verbrauchbarer Lanzen sind die Folgenden:

– hohe Kosten der Verbrauchsteile;
– es ist schwierig, die genaue Positionierung der Lanzenspitze zu bestimmen;
– das Verfahren ist hinsichtlich der Verteilung des Auftreffpunkts des Strahls nicht sehr effizient;
– durch Überhitzung kann sich die Lanze verbiegen;
– es ist erforderlich, neue Lanzensegmente anzufügen, wenn sie allmählich verbraucht wird; dies erfordert eine umfangreiche Verwendung von Ausrüstungen und Manipulatoren, die teuer und voluminös sind;
– weitere Vorrichtungen sind für die Nachverbrennung und das Einblasen des Feststoffmaterials in Pulverform erforderlich.

Von den beiden Lösungen hat sich in den letzten Jahren insbesondere die Verwendung von Überschalllanzen entwickelt; mit diesen ist es möglich, die erforderliche Sauerstoffmenge durch einen Strahl mit höherer Geschwindigkeit als der Schallgeschwindigkeit des Fluids bei den relevanten Bedingungen der Zuführtemperatur und des Drucks einzublasen.
Jedoch wird durch die aktuelle Technologie Sauerstoff nicht in optimaler Weise oder funktionell für den Schmelzprozess eingeblasen.
Tatsächlich reicht bei den in der Technik bekannten Systemen der Impuls des Sauerstoffstrahls nicht aus, in das Bad flüssigen Metalls mit einer Tiefe einzudringen, die dazu ausreicht, zu gewährleisten, dass Sauerstoff angemessen über das ganze Bad verteilt wird (z. B. entsprechend der Hälfte der Gesamthöhe des Bads).
Im Moment des Auftreffens auf die Oberfläche des Bads erzeugt der Strahl Stoßkompressionswellen sehr hoher Intensität, die zu einer Ableitung des Strahls und einer Verteilung des Gases auf der Oberfläche des Bads führen, so dass nur ein minimaler Teil des Gases in das flüssige Bad geschmolze nen Metalls eindringt.
Das Auftreffen auf die Oberfläche des Bads bewirkt auch einen Verlust der Kohärenz und der Parallelität der Fluidströme im Strahl, mit einem sich daraus ergebenden Verlust des Durchdringungsvermögens.
Jedoch macht es das System erforderlich, die Überschalllanze an einem Manipulator oder einem anderen mechanischen Organ anzubringen, das es erlaubt, die Lanze zu verstellen, um den Auslassabstand in Bezug auf die Oberfläche des Bads einzustellen, da der Sauerstoffstrahl dazu tendiert, sich nach einigen Zentimetern, in der Größenordnung einiger weniger Dutzend cm, vom Auslass der Überschalldüse weg zu verteilen.
Aus diesem Grund wird gemäß einheitlicher Vorgehensweise der Endteil der überschalllanze in die Schlackeschicht über dem Bad eingeführt, um zu gewährleisten, dass Sauerstoff in ausreichend effizienter Weise in das Innere des flüssigen Bads eingeleitet wird, jedoch handelt es sich nicht in jedem Fall um die optimale Lösung.
Das Dokument EP-A-874.194, das den Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, beschreibt einen Brenner, der an elektrischen Bogenöfen verwendet werden kann und eine erste, innere Düse mit konvergentem-divergentem Verlauf (Laval-Düse), die ein Gemisch von Sauerstoff und Erdgas emittiert, und eine zweite Düse aufweist, die koaxial zur ersten außerhalb derselben liegt und teilchenförmiges Material emittiert. In diesem Dokument besteht der Zweck hauptsächlich darin, zu ermöglichen, dass die Strömung des teilchenförmigen Materials mit der Hauptströmung von Sauerstoff und Brennstoff vermischt, so dass das Material gleichmäßig in der durch den Brenner erzeugten Flamme verteilt werden kann und so weit wie möglich in den Ofen geblasen werden kann.
Die Außendüse legt einen geraden Strömungspfad für das teilchenförmige Material fest, um Abrieb an der Wand durch das Vorbeilaufen des Materials zu verhindern.
Gemäß diesem Dokument bildet die durch die Außendüse gelieferte Strömung keine Schutzkrone für die durch die Innendüse gelieferte Hauptströmung, sondern es erfolgt eine direkte Vermischung damit bereits im Brenner selbst, da sie durch die hohe Druckzunahme mitgezogen wird die durch die Überschallbeschleunigung des Sauerstoffs und des Brennstoffs erzeugt wird.
Darüber hinaus gibt dieses Dokument keine variablen Arbeitsbedingungen zum Modifizieren der Zusammensetzung und des Verlaufs der Flamme entsprechend den verschiedenen Schritten des Schmelzprozesses an, so dass die Regulierung der Arbeit des Brenners nicht mit der Entwicklung des Schmelzzyklus und verschiedenen technologischen Erfordernissen, wie sie allmählich auftreten, korreliert ist.
Das Dokument GB-A-1.007.241 beschreibt eine Vorrichtung zum Einblasen von Teilchen eines festen Brennstoffs, der mit einem Gasstrahl gemischt ist, in einen Ofen; die Vorrichtung verfügt über ein gekühltes Außenzuleitungsrohr, in dem ein konzentrisches Rohr so angeordnet ist, dass in Bezug auf das Außenrohr ein ringförmiger Raum gebildet ist.
Dieses Dokument beschreibt eine konvergente-divergente Laval-Düse, deren Geometrie eine Verlängerung bildet, um die Ausdehnung der austretenden Strömung mit Werten unter dem Atmosphärendruck fortzusetzen; der Effekt besteht demgemäß darin, die von der Außendüse eintreffende Strömung anzusaugen. Um diesen Effekt zu erzeugen, ist es daher streng erforderlich, dass die Auslassmündung der Innendüse immer wei ter innerhalb in Bezug auf die Auslassmündung des äußeren, ringförmigen Rohrs liegt.
In GB'041 befindet sich keine Erwähnung des Erfordernisses, die Außenströmung zu schützen, um ein tieferes Eindringen derselben in ein Bad flüssigen Metalls zu erzielen. Auch ist nichts zu den Auslassgeschwindigkeiten der Strömungen oder zu den Beziehungen zwischen der Auslassgeschwindigkeit der Strömung aus der Innendüse und derjenigen der Strömung aus der Außendüse genannt.
Die Anmelderin hat die Erfindung konzipiert, getestet und realisiert, um alle diese Mängel zu überwinden und weitere Vorteile zu erzielen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den jeweiligen Hauptansprüchen dargelegt und gekennzeichnet, während die abhängigen Ansprüche andere Eigenschaften der Hauptausführungsform beschreiben.
Der Zweck der Erfindung besteht im Erzielen einer integrierten Vorrichtung zum Einblasen von Sauerstoff und technischen Gasen in ein Bad geschmolzenen Metalls, die für maximale Effizienz und Ausbeute, minimale Abnutzung und minimale Schwierigkeiten im Gebrauch und der Handhabung sorgt.
Ein anderer Zweck besteht darin, in einer einzelnen Vorrichtung die folgenden Funktionen zu integrieren: Einblasen von Gasen, Einblasen festen Brennstoffs in Pulverform oder in Teilchenform, Hinzufügen von Oxidationsbrennstoff im Nachverbrennungsprozess, Einblasen von Pulvern zum Passivieren der Schlacke, und auch Funktion als Brenner; diese verschiedenen Funktionen können durch dieselbe Vorrichtung entsprechend dem Fortschreiten des Schmelzzyklus aufeinanderfolgend ausgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es tatsächlich ein einzelnes Modul, alle Schritte des Schmelzprozesses zu bewerkstelligen, d. h. das Erhitzen des zu schmelzenden Materials, das Schmelzen und das Abscheren von Schrott durch Einblasen von Sauerstoff hoher Dichte, das Entkohlen, das Aufschäumen von Schlacke, das Einblasen festen Brennstoffs in Pulverform oder in Teilchenform, die Nachverbrennung und die Energiezufuhr im Entkohlungsschritt.
Alle oben genannten Funktionen oder ein Teil derselben können gleichzeitig ausgeführt werden.
Anders gesagt, kann, abhängig von den Erfordernissen und dem speziellen Schritt im Zyklus, dafür gesorgt werden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung entweder als Brenner mit variablem Stöchiometrieverhältnis und variabler Flammenlänge arbeitet, oder als Injektor von nur Sauerstoff oder einem anderen technischen Gas mit hoher Verteilungsrate der Gasströmung im flüssigen Bad, oder auch gleichzeitig als Injektor technischer Gase und pulverförmigen Brennstoffs, um z. B. die Erzeugung schaumiger Schlacke oder eine Passivierung der Schlacke selbst zu erzielen.
Daher erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung, in einem einzelnen Körper, die Funktionen zu integrieren, die im Stand der Technik normalerweise durch drei verschiedenen Vorrichtungen ausgeführt werden: eine Überschalllanze zum Einblasen eines Gasstrahls, eine Unterschalllanze oder einen Brenner für die Nachverbrennung sowie eine Lanze zum Einblasen von festem Brennstoff wie Kohlenstoffpulver oder brennbarer Pulver allgemein.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es, wesentliche Betriebsvorteile zu erzielen, wie z. B. eine Verringerung der benötigten Arbeitskraft, eine höhere Sicherheit für die Arbeiter, verbesserte Arbeitsbedingungen und eine größere Kontrolle über den Prozess.
Hinsichtlich des Prozesses erlaubt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Erzielung der folgenden Verbesserungen:

- Verringerung der Zeit zwischen Abstichen;
- Verringerung der verbrauchten elektrischen Energie;
- Verringerung des Elektrodenverbrauchs;
- verbessertes Eindringen des Gasstrahls in das Metallbad;
- Akzentuiertere Turbulenz im Bad, was eine gleichmäßigere Temperatur und ein schnelleres Schmelzen des Schrotts zur Folge hat;
- größere Schmelzintensität;
- größere Produktivität und größere Effizienz bei der Nutzung des Sauerstoffs im Bad;
- verringerte Sauerstoffkonzentration im flüssigen Bad und damit bessere Stahlqualität;
- bei Kopplung mit elektromagnetischen Rührern ist es in einigen Fällen möglich, die Funktion der unteren Schläuche wegzulassen;
- Verringerung einer Erosion des feuerbeständigen Materials;
- größere Effizienz der Nachverbrennung sowie Verringerung von Kohlenoxid in den aus dem Ofen ausgelassenen Gasen;
- Verringerung der Wasserkühlung der Einblaseinrichtung; - effizientere Nutzung der Schlackenschaumtechnik.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die gleichzeitige Emission zweier Strahlen auf im Wesentlichen autonome und unabhängige Weise, was gute Arbeitsflexibilität sowie Vielseitigekeit gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird auf axial befestigte Weise an der Ofenwand angebracht und daher benötigt sie keinerlei Handhabung, Austausch von Rohren, Einfügung von Einrichtungen von Öffnungen im Ofen mit dem sich ergebenden Erfordernis, die Schlacketür offen zu lassen.
Die Vorrichtung wird auf solche Weise angebracht, dass ihr Neigungswinkel in Bezug auf die Oberfläche des Flüssigkeitsbads variiert werden kann, um eine Anpassung an die sich verändernden Bedingungen zu erzielen, wie sie während des Zyklus innerhalb des Ofens auftreten.
Zum Beispiel kann die Neigung der Vorrichtung während des Prozesses geändert werden, um den Pegel des Flüssigkeitsbads abzusenken, um den Neigungswinkel des Strahls im Wesentlichen konstant zu halten, um so den unerwünschten Effekt zu verhindern, dass der Strahl selbst abgelenkt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Modulsystem verwendet werden, das mehrere Einblaspunkte bereitstellt, die am Umfang des Ofens verteilt sind, was das Einblassystem extrem flexibel und vielseitig macht und die Gefahren von Spritzern flüssigen Metalls gegen die Wände des Ofens verringert, und zwar dank der Tatsache, dass es möglich ist, für jede Vorrichtung kleinere Gasmengen zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, einen extrem energischen Gasstrahl mit hoher spezifischer Dichte zu emittieren, was das Eindringen in das flüssige Metall fördert und die Effizienz auch dann erhöht, wenn eine kleinere Gasmenge einzublasen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die als nicht beschränkendes Beispiel angegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
1 zeigt ein Diagramm einer erfindungsgemäßen integrierten Vorrichtung;
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschlussabschnitts der Düse, die der in der 1 dargestellten Vorrichtung zugeordnet ist;
3 zeigt die Anordnung der Kanäle entsprechend dem divergenten Abschnitt der in der 2 dargestellten Düsen;
4 zeigt ein Arbeitsdiagramm der Langflammenfunktion im Brennermodus der in der 1 dargestellten Vorrichtung;
5 zeigt eine Variante zur 4;
6 ist eine Vorderansicht eines Arbeitsdiagramms der in der 5 dargestellten Ausführungsform;
7 zeigt ein Arbeitsdiagramm im Brennermodus der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kraftstoffeinspeisung aus dem Sekundärkanal;
8 zeigt ein Arbeitsdiagramm der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die zum Einblasen von Feststoffmaterial in Pulverform sowie von Teilchen verwendet wird;
9, 10, 11 und 12 zeigen Varianten zur B.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, in denen die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Gesamtheit durch die Bezugszahl 10 gekennzeichnet ist.
Die Vorrichtung 10 ist dazu geeignet, axial fixiert an den Wänden eines Ofens zum Schmelzen von Metallen oder eines Behälters montiert zu werden, wie er allgemein zum Ausführen metallurgischer Umwandlungen verwendet wird, und sie verfügt über eine Düse, oder ein Emissionselement 23 am Ende, deren Auslassmündung 11 auf einer definierten Höhe über dem oberen Pegel des Flüssigkeitsbads und über der darüber liegenden Schlackeschicht liegt.
Während des Betriebsschritts befindet sich die Auslassmündung auf einer Höhe in Bezug auf die Badoberfläche zwischen ungefähr 0,5 m und 2,5 m.
Der Neigungswinkel des Strahls liegt zwischen ungefähr 30° und ungefähr 70°, vorteilhafterweise zwischen 40° und ungefähr 50°.
Die Vorrichtung 10 besteht aus einem Metallkörper 12 ( 1), der dazu geeignet ist, in eine geeignete Öffnung eingeführt zu werden, die durch eine luftdichte Abdichtungseinrichtung abgedichtet ist und in der Wand des Ofens ausgebildet ist und mit einer geeigneten Einrichtung von in der Technik bekannter Art zusammenzuwirken, um die Vorrichtung 10 zu handhaben und möglicherweise einzuführen, zu entfernen, zu lenken usw.
Da die Öffnungen in den Wänden des Ofens luftdicht sind, ist es möglich, die beweglichen Einblasorgane zu manövrieren, was die Erzeugung von Stickoxiden oder deren Vorläufer (das sogenannte NOx) drastisch verringert und so die Ableitung und Verteilung von Energie aus der Maschine beschränkt.
Am anderen Ende des Metallkörpers 12 ist das Emissionsele ment 23 untergebracht, das im Inneren durch eine Doppeldüsenkonfiguration gebildet ist.
Genauer gesagt, verfügt das Emissionselement 23 über eine erste Düse 13 im Inneren und im Wesentlichen koaxial zum Emittieren eines Überschallstrahls von Sauerstoff, eines Sauerstoff enthaltenden Gases oder anderer technischer Gase sowie eine zweite ringförmige Düse 14 außerhalb der ersten Düse 13, im Wesentlichen koaxial mit dieser, um einen Unterschallstrahl von Sauerstoff oder anderen Substanzen zu emittieren, z. B. festem Brennstoff in Teilchenform oder einen anderen Brennstofftyp.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Geschwindigkeit, mit der die Strömung die zweite Düse 14 verlässt, zwischen 0,3 und 0,9 Mach.
Die Düsen, nämlich die erste 13 und die zweite 14, sind geeigneterweise geometrisch entsprechend mathematischen Kriterien gemessen, um maximale betriebsmäßige und technische Effizienz zu erzielen, was entsprechend dem Rechenverfahren erfolgt, das in einer Parallelanmeldung im Namen der vorliegenden Anmelderin beschrieben und beansprucht ist.
Genauer gesagt, verfügt die Geometrie des durch die zweite Düse 14 gebildeten Kanals über ein solches Profil, dass eine gewünschte Korrelation für den Geschwindigkeitsgradienten zwischen der Überschallströmung, der Unterschallströmung und der ruhenden Luft innerhalb des Ofens erzielt wird.
Das Emissionselement 23 wird auf solche Weise am Körper 12 befestigt, dass es auf einfache und schnelle Weise angebracht/gelöst werden kann, um so zu gewährleisten, dass es im Fall einer Abnutzung oder Zerstörung ausgetauscht werden kann, ohne dass die Funktion des Ofens unterbrochen wird.
Die Düsen 13 und 14 bestehen vorteilhafterweise aus Kupfer, rostfreiem Stahl oder einem anderen, ähnlichen Metall.
Gemäß einer Variante bestehen die Düsen 13 und 14 ganz oder teilweise aus Keramikmaterial, um das Erfordernis einer Kühlung auch in denjenigen Schritten zu verringern, in denen die Vorrichtung 10 nicht arbeitet, um einen Austausch der Düsen 13 und 14 zu erleichtern.
Die zwei Düsen 13 und 14 sind innerhalb eines Aufnahmemantels 15 angeordnet, in dessen Innerem Kanäle 16 zum Umwälzen von Kühlwasser ausgebildet sind.
Gemäß der Erfindung verfügt die erste Düse 13 oder die Überschalldüse, über konvergenten/divergenten Verlauf (Laval-Typ), der durch einen Hals 20 an einer Position stromaufwärts in Bezug auf den Abschlussabschnitt 21 der Düse 13 ausgebildet ist und der einen konvergenten Teil 13a stromaufwärts und einen divergenten Teil stromabwärts bildet, der seinerseits den Abschlussabschnitt 21 bildet.
Die zweite Düse 14, oder die Unterschalldüse, die außerhalb der ersten Düse 13 konzentrisch zu dieser liegt, verfügt über konvergente Form, wobei der Abschlussabschnitt 22 zur Achse 17 der ersten Düse 13 hin konvergiert.
Bei einer Ausführungsform sind die jeweiligen Abschlussabschnitte 21 und 22 der Düsen 13 und 14 innerhalb der Auslassmündung 11 des Emissionselements 23 auf solche Weise angebracht, dass die jeweiligen Strömungen im inneren Element 23 selbst wechselwirken und expandieren, bevor sie in das Innere der Ofenatmosphäre eingeleitet werden.
Der durch die erste Düse 13 emittierte Primärgasstrahl ver fügt über eine Auslassgeschwindigkeit, die dadurch einreguliert werden kann, dass auf den Gasdruck unmittelbar stromaufwärts von der Düse selbst eingewirkt wird.
Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform wird dieser Druck durch ein Drosselventil 18 reguliert, das an der Zuleitung angebracht ist, die der ersten Düse 13 Gas zuführt. Das Drosselventil 18 wird durch eine Regelungseinheit 19 entsprechend Signalen geregelt, die mit dem Momentrandruck des Gases in Beziehung stehen, wie er jeweils stromaufwärts und in Beziehung zum Hals 20 überwacht wird.
Dieses Regelungssystem gewährleistet, dass die Eigenschaften des Strahls unabhängig von den Bedingungen des Drucks/der Temperatur/der Dichte im Inneren des Ofens erhalten bleiben, so dass die Expansion des Überschallstrahls vollständig innerhalb des Emissionselements 23 erfolgt.
Wenn das Gas den Hals 20 durchströmt, beschleunigt sich die Strömung entsprechend dem Auslassabschnitt 21 der ersten Düse 23 von Unter- auf Überschall.
Die Überschallströmung ist durch den Außenring thermisch und funktionsmäßig geschützt, der durch die von der zweiten Düse 14 emittierte sekundäre, konvergente Unterschallströmung erzeugt wird, so dass die überschallströmung durch die Betriebsbedingungen innerhalb der Ofenatmosphäre und des Bads weniger beeinflusst wird und weniger beeinflussbar ist.
Darüber hinaus ermöglicht es die Sekundärgasströmung, die Geschwindigkeitsgradienten und damit den Energieverlust des Primärstrahls zu verringern.
Auf diese Weise wird der Bewegungsumfang des Primärstrahls aufrechterhalten, wobei gleichzeitig dessen Wechselwirkung mit umgebenden Gasen ausgeschlossen ist.
Gemäß der in der 3 detailliert dargestellten Variante sind im divergierenden Endteil der ersten Düse 13 mehrere Umfangsnuten 24 mit der Funktion ausgebildet, die untere Schicht der Strömung zu stabilisieren, die die erste Düse 13 verlässt, die der Wand am nächsten liegt.
Die Funktion des von der ersten Düse 13 emittieren Primärstrahls besteht im Wesentlichen darin, bis ungefähr zur Hälfte der Gesamttiefe des Bads in dieses einzudringen und sich in ihm zu verteilen, wodurch eine effiziente Nutzung gewährleistet ist, die im Wesentlichen 100% beträgt.
Dieses Einblasen erfolgt im Wesentlichen ohne Erzeugung von Spritzern, da das Eindringen des Strahls nur durch den Bewegungsumfang des zugeführten Gases und nicht durch chemische Reaktionen bestimmt ist.
Der Überschallstrahl hat auch die Funktion des Erzeugens eines Unterdrucks im Bads, der dazu geeignet ist, die Entkohlungsgeschwindigkeit zu erhöhen und auch den Rührvorgang im Bad durch Masse- und Energieaustausch zu fördern, was eine Homogenisierung und Gleichmäßigkeit des Bads fördert.
Gleichzeitig wird beim Räumungseffekt und der Homogenisierung der oben liegenden Schlacke eine Verbesserung erzielt.
Die von der zweiten, konvergenten Düse 14 emittierte Sekundärströmung erzeugt einen äußeren Schutzring, konzentrisch zum durch die erste Düse 13 emittierten Strahl, und sie hat die Hauptfunktion des Umgebens der Überschallströmung, um diese thermisch und fluiddynamisch gegen umgebende, störende Stoffe zu schützen; dies erhöht die Unabhängigkeit des überschallstrahls von Bedingungen in der Ofenatmosphäre.
Die Form des Auslassabschnitts 22 der zweiten Düse 14 kann geeignet gewählt werden, z. B. kreisförmig, elliptisch oder anders, was von der gewünschten Position und Richtung der Strömung abhängt.
Die von der zweiten Düse 14 emittierte Sekundärströmung erreicht die oben liegende Schlackeschicht, wodurch die Verbrennung des aus dem Bad entweichenden Co gestartet und gefördert wird, was für den Schmelzprozess einen zusätzlichen Energiebeitrag liefert.
Da die Düsen 13 und 14 gemäß der Erfindung geformt sind, hängt der aus der ersten Düse 13 austretende Überschallstrahl die Fluidbündel für eine größere Länge als bei herkömmlichen Systemen im Wesentlichen parallel, ohne dass irgendeine Verteilung der rohrförmigen Strömung hervorgerufen durch irgendein anderes Gas, das in das Innere des Volumens des Strahls selbst eindringt, auftreten würde.
Darüber hinaus erreicht, wenn der Strahl in Fluidsysteme höherer Dichte (z. B. flüssiges Metall und Anderes) eingeleitet wird, der Überschallstrahl der ersten Düse 13 größere Tiefen, da dieser Strahl mit größerem Bewegungsumfang versehen ist und er vollständig vom durch die zweite Düse 14 emittierten Unterschallstrahl umgeben ist.
Dies unterscheidet sich vollständig von dem, was bei herkömmlichen Systemen geschieht, wo die Primärgasströmung, die bereits beim Verlassen der Lanze turbulent ist, entsprechend der Zone, in der sie in das Bad eindringt, einen Hohlraum erzeugt, so dass ein großer Teil des eingeblasenen Sauerstoffs das Einblasgebiet verlässt, ohne den gewünschten Effekt im Bad flüssigen Metalls auszuüben, so dass es zu einer Verringerung des Wirkungsgrads kommt.
Die Vorrichtung 10 ermöglicht es, dank ihrer oben beschriebenen Emissionseigenschaften, mit einem größeren Abstand entfernt vom Bad zu arbeiten, und sie benötigt nicht notwendigerweise einen Manipulator, wie derzeit verwendet, mit einer entsprechenden Verringerung der Abnutzung und einem Verbrauch ihrer mechanischen Teile.
Gemäß der Erfindung kann die Vorrichtung 10 in einem Brennermodus mit variablem Stöchiometrieverhältnis und variabler Flammenlänge arbeiten, wobei die erste konvergente/divergente Düse 13 als Venturirohr verwendet. wird, um eine verbrennbare Substanz und eine oxidierende Substanz, wie z. B. Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereichterte Luft, zu mischen (4).
Wenn die Vorrichtung 10 als Brenner verwendet wird, kann die zweite Düse 14, gemäß einer Variante, dazu verwende werden, einen Strahl von Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft zu emittieren, um eine stufenweise Verbrennung zu erzielen, um daher das Brennstoff/Oxidationsstoff-Verhältnis in der Primärströmung unter stöchiometrischen Bedingungen zu halten und den Sekundäroxidationsstoff für vollständige Verbrennung zu nutzen.
Wenn die Vorrichtung 10 als Brenner verwendet wird, erlaubt es die Doppeldüsenkonfiguration 13 und 14, mehrere Vorteile zu erzielen und auch die Erzeugung von NOx zu verringern.
Erstens erlaubt sie eine Erhöhung des Wirkungsgrads bei der Übertragung von Konvektionswärme, und sie minimiert den Überschuss des insgesamt verwendeten Oxidationsmittels, das für vollständige Verbrennung benötigt wird.
Darüber hinaus garantiert sie einen hohen Stabilitätsgrad für die Flamme innerhalb eines großen Bereichs von Betriebsbedingungen, was es ermöglicht, die Eigenschaften der Flamme selbst sowohl hinsichtlich der Länge als auch hinsichtlich des Durchmessers entsprechend dem Ofentyp und den erforderlichen Bearbeitungsparametern zu regulieren.
Die 4 zeigt einen Betriebsmodus mit langer Flamme, wobei der äußere, ringförmige Sekundärstrahl 25 aus sauerstoffreichem Gas besteht, das den primären Innenstrahl 26 umgibt, der reich an brennbarem Gas ist; diese Funktion ist besonders zum Auflösen des Schrotts, in den Anfangsschritten des Zyklus, der sich vor der Auslassmündung 11 der Vorrichtung 10 befindet, von Nutzen.
Entsprechend den Betriebsbedingungen beim Prozess einer metallurgischen Umwandlung kann die Funktion des Brenners so reguliert werden, dass die Flammenlänge und auch die Stöchiometrieverhältnisse in den verschiedenen Zonen der Flamme modifiziert werden.
Die 5 und 6 zeigen eine Variante, bei der entsprechend dem Abschlussabschnitt 22 der zweiten Düse 14 Ablenkelemente 27 vorhanden sind.
Diese Elemente 27 drehen sich um einen Stift 29, und sie können eine erste, im Wesentlichen horizontale Stellung (durch eine gestrichelte Linie in der 6 dargestellt) einnehmen, in der sie nicht mit den Strahlen 25 und 26 wechselwirken, wodurch die Konfiguration mit langer Flamme im Brennermodus möglich ist, und sie können eine zweite Stellung einnehmen, in der sie zumindest teilweise geneigt sind (durch eine durchgezogene Linie dargestellt), in der sie den Auslassquerschnitt der zweiten Düse 14 verkleinern können, wodurch eine Wirbelbewegung des zweiten, äußeren Strahls erzeugt wird (durch die Pfeile 28 dargestellt).
Entsprechend einer größeren oder kleineren Neigung der Ablenkelemente 27, und mit sich ergebender größerer oder kleinerer teilweiser Verschließung des Auslasses werden die Länge und die Form der Flamme entsprechend dem gewünschten Ergebnis reguliert.
Gemäß einer weiteren Variante kann mindestens die erste Düse 13 axial in Bezug auf die Auslassmündung 11 der Vorrichtung 10, die fest verbleibt, positioniert werden, was jedoch in Bezug auf die Ofenwand, z. B. zurückziehbar, erfolgt, um die Stabilität der Flamme unabhängig von den Bedingungen zu gewährleisten, wie sie innerhalb des Ofens herrschen.
Darüber hinaus erlaubt die Zurückziehbarkeit der ersten Düse 13, wenn sie mit einer Zurückziehbarkeit der zweiten Düse 14 kombiniert wird, die Erzeugung einer Vorverbrennungskammer variablen Volumens innerhalb des Emissionselements 23, was ein effizientes Vermischen der zwei Gasstrahlen garantiert, bevor sie in die Ofenatmosphäre eingeblasen werden.
Bei einem weiteren Funktionsmodus wird die zweite Düse 14 dazu verwendet, ein Material in Teilchenform oder in Pulverform, das mit einem Vektor- oder einem Transportgas gemischt ist, einzublasen (7).
Das eingeblasene Material kann auch ein brennbares Material vom Feststofftyp in Pulverform oder in Teilchenform oder vom Typ einer zerstäubten Flüssigkeit oder vom gasförmigen Typ sein.
In diesem Fall kann die Primärdüse 13 dazu verwendet werden, ein Sekundäroxidationsmittel einzublasen.
Bei der in der 8 dargestellten Ausführungsform wird die zweite Düse 14 dazu verwendet, ein in Pulverform, wie Kohlepulver oder Kalk, auf einem fluiden Träger, wie z. B. Inertgas oder etwas Ähnlichem, einzublasen.
Diese Ausführungsform ist von besonderem Nutzen, um den Schaumschlackeeffekt und die Neuversorgung des flüssigen Stahls mit Kohlenstoff zu verbessern.
Darüber hinaus wird ein Beitrag chemischer Energie geliefert mit sich ergebender Einsparung elektrischer Energie und die Zusammensetzung der Schlacke wird auf Werte eingestellt, die für die gewünschten Betriebsbedingungen innerhalb des Ofens geeigneter sind.
In diesem Funktionsmodus kann das Emissionselement 23 ausgetauscht werden, um die Form der zweiten Düse 14 von konvergenter Konfiguration (8) auf nicht-konvergente Konfigurationen (9, 12) zu modifizieren, wobei durch die erste Düse 13 ein Auslassstrahl emittiert wird, der mehr oder weniger parallel zum Primärstrahl ist.
Die 11 zeigt eine weitere Konfiguration, bei der die zweite Düse 14 über die Eigenschaft großer Konvergenz verfügt, um den Transport des festen Brennstoffs in Pulverform durch den von der ersten Düse 13 emittierten Überschallstrahl zu fördern.
Gemäß einer weiteren Variante wird fester Brennstoff in Pulverform auf einem fluiden Träger durch die erste Düse 13 eingeblasen (10), während die zweite Düse 14 dazu verwendet werden kann, einen Unterschallstrahl zum Schützen des durch die erste Düse 13 gelieferten Primärstrahls zu emittieren.
Die erste Düse 13 kann über ihren gesamten Querschnitt ver wendet werden, oder es kann, wie es in der 12 dargestellt ist, ein dünner, axialer Kanal 30 für einzublasenden festen Brennstoff in ihr ausgebildet werden. In diesem Fall erstreckt sich der dünne, axiale Kanal 30 im Wesentlichen bis zur Auslassmündung 11 der Vorrichtung 10.
Die von der ersten Düse 13 und der zweiten Düse 14 emittierten Gasstrahlen bilden ringförmige Kronen, die den Strahl des durch den axialen Kanal 30 zugeführten Trennstoffs schützen und transportieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Wände der Düsen oder Kanäle, die zum Einblasen festen Brennstoffs verwendet werden, zumindest entsprechend den Biegungen mit einem abnutzungsbeständigen und erosionsbeständigen Material ausgekleidet, z. B. hochfesten Harzen, Keramikauskleidungen oder speziellen Schutzlacken.
Bei den in den Fig. 8-12 dargestellten Konfigurationen ist es daher möglich, Kohlenstoffpulver (um Schaumschlacke zu erzeugen und die Leistung des Ofens zu begrenzen) oder Kalkpulver oder ein anderes Material basischer Natur (zum Passivieren der Schlacke) gleichzeitig einzublasen, während O₂ oder andere technische Gase eingeblasen werden, die für die metallurgische Behandlung der Schmelzbäder benötigt werden.
Aus der obigen Beschreibung ist es deutlich, welche Eigenschaften und Vorteile die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bringt.
Die Vorrichtung 10 wird an der Ofenwand fest montiert, wobei sich auch die Auslassmündung 11 beabstandet vom flüssigen Bad befindet, so dass keine Manipulatoren oder die Ersetzung von fortschreitend verbrauchten Teilen erforderlich sind.
Wenn die Vorrichtung 10 abwechselnd im Brennermodus und im Modus einer einfachen Sauerstofflanze verwendet wird, ist es möglich, den Weg für den Überschallstrahl z. B. dadurch zu öffnen, dass der Schrott aufgelöst wird und ein direkter Kanal zum Bad flüssigen Metalls erzeugt wird, ohne dass es zu Ablenkungen und Reflexionen kommt, die Energieverluste und eine Verlangsamung des Strahls hervorrufen.
Gemäß dem zu erzielenden speziellen Effekt kann die Neigung der Lanze verändert werden, wobei z. B. während des Vorheizschritts, des Absinkens im Schrottschritt und des Schmelzschritts eine kleinere Neigung aufrechterhalten wird, während im Entkohlungsschritt und im Badrührschritt eine größere Neigung aufrechterhalten wird.
Davon abgesehen sorgt der Bewegungsumfang im Primärstrahl, gemeinsam mit dem Schutzeffekt, wie er durch den von der zweiten Düse 14 emittierten Sekundärstrahl hervorgerufen wird, dafür, dass der von der ersten Düse 13 emittierte Primär-Überschallstrahl ohne Verteilungseffekte und ohne Geschwindigkeitsverluste in das Bad eindringt, wodurch ein hoher Effizienzwert, im Bereich von 100%, aufrechterhalten wird und gefährliche und schädlich Spritzer flüssigen Metalls verhindert werden.
Der im Flüssigkeitsbad erzeugte Unterdruck auf Grund des Drucks und dynamischen Impulses, wie sie durch den Überschallstrahl erzeugt werden, ruft eine Zunahme der Entkohlungsgeschwindigkeit auf Grund einer Erhöhung des örtlichen und des gesamten Rührvorgangs des Bads mit entsprechend erhöhtem Austausch von Masse und Energie hervor.
Dieses verbesserte Rühren und die Gleichmäßigkeit des Bads, die sich aus der durch den Überschallstrahl hervorgerufenen Turbulenz ergeben, erhöhen den Verteilungsprozess entsprechend der Grenzfläche zwischen der Schlacke und dem Metall, was zu einem verringerten Bedarf an elektrischer Energie und einer Erhöhung der Entkohlungsgeschwindigkeit führt.
Dann erlaubt die Zunahme der Entkohlung eine stärkere Nutzung der Vorrichtung 10 für hoch effizientes Einblasen von Kohlenstoffpulver, was zu einer weiteren Zuführung chemischer Energie bei verbessertem Schlackeschäumeffekt und entsprechend größerer Effizienz des Bogens, einer Verringerung des Elektrodenverbrauchs und einer Verringerung von Energieverlusten durch die Kühlelemente des Ofens führt.
Darüber hinaus erzeugt der Bewegungsumfang des durch die erste Düse 13 emittierten Primär-Überschallstrahls eine Zone, in der die Nachverbrennung, wie sie durch den von der zweiten Düse 14 gelieferten Sekundär-Unterschallstrahl hervorgerufen wird ohne Kontakt mit der Schlacke oder dem Metall ausgeführt werden kann, jedoch in einer Zone in enger Nähe zur Schlacke selbst, wodurch die Effizient der Reaktion von einem Wert von ungefähr 35% auf einen Wert von 75% oder mehr erhöht wird.
Die sich aus dem Nachverbrennungsprozess ergebende Energie wird durch durch Leitung statt durch Strahlung, wie es herkömmlicherweise geschieht, an die zwischen der Schlacke gefangenen Metalltropfen übertragen.
Wenn die Metalltropfen in das Flüssigkeitsbad zurückkehren, übertragen sie ihren Energieinhalt an dieses, was den Bedarf an elektrischer Energie weiter senkt.
Die Tatsache, dass es möglich ist, durch die Vorrichtung 10 Kohlenstoff oder Kalk einzublasen, selbst autonom und unabhängig in Bezug auf den Sauerstoff-Überschallstrahl, erhöht die Flexibilität und die Vielseitigkeit der Vorrichtung 10 in Bezug auf eine Änderung der Bedingungen im Ofen, um die gewünschte Qualität des Enderzeugnisses zu erzielen.

Claims

Integrierte Vorrichtung zum Einblasen von Sauerstoff, Sauerstoff enthaltenden Gasen, technischen Gasen und Feststoffmaterial in Pulverform in einen Ofen, der bei Stahl- und metallurgischen Schmelzprozessen dazu verwendet wird, ein Bad flüssigen Metalls herzustellen, mit einem Körper (12), der in geeigneter Weise fest in einer in der Ofenwand ausgebildeten Öffnung zu montieren ist, einem Emissionselement (23), das am Ende des Körpers (12) untergebracht ist und eine Auslassmündung (11) aufweist, die in der Betriebsstellung mit einem bestimmten Abstand entfernt vom oberen Pegel des flüssigen Bads angeordnet ist und über eine Längsachse (17) verfügt, und wobei dieser Körper über einen aufnehmenden Außenmantel (15) verfügt, in dessen Innerem Umwälzkanäle (16) für ein Kühlfluid ausgebildet sind, wobei ein innerer Abschnitt des Emissionselements (23) als Doppeldüse, d. h. als erste innere Düse (13) und als zweite Düse (14), geformt ist, wobei die zweite Düse ringförmig außerhalb der ersten Düse (13) und im Wesentlichen koaxial zu dieser vorliegt, wobei die erste Düse (13) einen ersten Abschlussabschnitt und einen konvergenten/divergenten Verlauf bildet, der durch einen Hals (20) gebildet ist, der an einer Position stromaufwärts in Bezug auf den ersten Abschlussabschnitt (21) liegt und für die Emission eines Gasstrahls mit Überschallgeschwindigkeit vorausgebildet ist, wobei die zweite Düse (14) über einen Abschlussabschnitt (22) verfügt, der einen zur Längsachse (17) des Emissionselements (23) konvergenten Verlauf aufweist und der für die Emission eines Strahls von Unterschallgeschwindigkeit vorausgebildet ist, um um den zentralen Überschallstrahl einen Schutzring zu bilden, um die Kohärenz und die Parallelität der Fluid bündel desselben aufrecht zu erhalten, dadurch gekennzeich net, dass die erste, innere Düse (13) einen Abschlussabschnitt (21) aufweist, der in derselben Ebene wie der Abschlussabschnitt (22) der zweiten, äußeren Düse (14), oder außerhalb davon, angeordnet ist, wobei der Überschallstrahl entweder alleine technische Gase, wie z. B. Sauerstoff, oder Feststoffmaterial in Pulverform auf einem gasförmigen Träger oder eine Flüssigkeit in zerstäubter Form enthält, und dass die erste Düse (13), in der Nähe ihres Abschlussabschnitts (21), Umfangsnuten (24) zum Stabilisieren der der Wand am nächsten liegenden Unterschicht des Primär-Überschallstrahls aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussabschnitte (21, 22) beide innerhalb der Auslassmündung (11) des Emissionselements (23) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassmündung (11) auf einer Höhe von zwischen ungefähr 0,5 und 2,5 m in Bezug auf die Oberfläche des Bads angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ventileinrichtung (18) aufweist, die dazu geeignet ist, die Auslassgeschwindigkeit des Gases aus zumindest der ersten Düse (13) entsprechend den Bedingungen des Drucks/der Temperatur/der Dichte innerhalb des Ofens so zu regulieren, dass die Expansion des Gases vollständig im Inneren des Emissionselements (23) auftritt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassabschnitt (22) der zweiten Düse (14) kreisförmig oder elliptisch ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend dem Auslassabschnitt (22) der zweiten Düse (14) Ablenkelemente (27) vorhanden sind, die über mindestens eine Betriebsstellung verfügen, die dazu geeignet ist, die die zweite Düse (14) verlassende Gasströmung teilweise zu verkleinern, um eine Wirbelbewegung der Strömung mit dem Zweck zu erzeugen, die Länge und/oder die Form des aus der ersten Düse (13) austretenden Strahls zu regulieren.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Düse (13) axial in Bezug auf die Auslassmündung (11) des Emissionselements (23) positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse (14) axial in Bezug auf die Auslassmündung (11) des Emissionselements (23) positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen, d. h. die erste (13) und/oder die zweite (14), auf der Innenseite zumindest teilweise mit einem abnutzungsbeständigen und/oder erosionsbeständigen Material ausgekleidet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das abnutzungsbeständige und/oder erosionsbeständige Material ein Keramikmaterial oder hoch beständige Harze oder ein Speziallack ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der ersten Düse (13) ein Kanal (30) zum Einblasen eines festen Brennstoffs in Pulverform oder Teilchenform vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine Achse (17) verfügt, die in Bezug auf die Oberfläche des Flüssigkeitsbads ausgerichtet werden kann und die einen Winkel zwischen 30° und 70°, vorteilhafterweise zwischen 40° und 50°, in Bezug auf die Oberfläche bildet.
Verfahren zum Verwenden der integrierten Vorrichtung zum Einblasen von Sauerstoff oder technischer Gase und Feststoffmaterial in Pulverform, wie in einem der vorigen Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß ihm, entsprechend dem Schritt des ablaufenden Schmelzprozesses, die Vorrichtung (10) zumindest in einem ersten Modus, bei dem ein Gasstrahl mit Überschallgeschwindigkeit durch eine erste konvergente/divergente Düse (13) und ein Strahl eines Transport/Schutzgases mit Unterschallgeschwindigkeit durch die zweite Düse (14) eingeblasen werden, und zumindest in einem zweite Modus verwendbar ist, in dem ein Gasstrahl mit Überschallgeschwindigkeit durch die erste, konvergente/divergente Düse (13) und Feststoffmaterial in Pulverform durch die zweite Düse (14) eingeblasen werden, wobei der Abschlussabschnitt (21) der ersten Düse (13) in derselben Ebene wie der Abschlussabschnitt (22) der zweiten Düse (14), oder außerhalb derselben, ausgerichtet angebracht wird, und wobei die erste Düse (13), in der Nähe ihres Abschlussabschnitts (21) Umfangsnuten (24) zum Stabilisieren der der Wand am nächsten liegenden Unterschicht des Primär-Überschallstrahls aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es dafür sorgt, die Vorrichtung (10) in einem dritten Modus zu verwenden, der über eine Brennerfunktion mit variablen stöchiometrischen Verhältnissen und variabler Flammenlänge dadurch verfügt, dass zumindest ein Oxidations brenngas durch eine der zwei Düsen (13, 14) und eine verbrennbare Substanz durch die andere (14, 13) der Düsen eingeblasen werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es dafür sorgt, den Druck des durch die erste Düse (13) gelieferten Überschallstrahls zumindest an einer Position stromaufwärts in Bezug auf den Hals (20) und an einer Position entsprechend demselben zu messen und den Emissionsdruck durch eine Ventileinrichtung (18) zu regeln, die stromaufwärts in Bezug auf die erste Düse (13) liegt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, konvergente/divergente Düse (13) im Brennermodus als Venturirohr verwendet wird, um eine oxidierende Brennstoffsubstanz, wie Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, mit einer brennbaren Substanz zu mischen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse (14) im Brennermodus dazu verwendet wird, einen Strahl von Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft zu emittieren, um das Brennstoff/Oxidationsstoffverhältnis in der durch die erste Düse (13) zugeführten Primärströmung auf unter-stöchiometrischen Bedingungen zu halten und den Sekundär-Oxidationsstoff für vollständige Verbrennung zu nutzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17 einschließlich, dadurch gekennzeichnet, dass in Zyklusstartschritten die Vorrichtung (10) dazu verwendet wird, durch die erste Düse (13) einen Überschallstrahl eines verbrennbaren Gases und durch die zweite Düse (14) einen Unterschallstrahl eines an Oxidationsmittel reichen Gases zuzuführen, um für das Absinken des Schrotts vor der Auslassmündung (11) des Emissionselements (23) zu sorgen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es dafür sorgt, die Länge und/oder die Form der von der Vorrichtung (10) im Brennermodus emittierten Flamme dadurch zu regulieren, dass die aus der zweiten Düse (14) austretende Strömung mittels Ablenkelementen (27) mit einstellbarer Positionierung teilweise verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es dafür sorgt, dass die Länge und/oder die Form der durch die Vorrichtung (10) im Brennermodus emittierten Flamme dadurch reguliert wird, dass die axiale Position der ersten (13) und/oder der zweiten (14) Düse in Bezug auf die Auslassmündung (11) des Emissionselements (23) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse (14) im zweiten Funktionsmodus dazu verwendet wird, ein Feststoffmaterial, wie Kohlenstoff oder Kalkpulver oder ein anderes, ähnliches Material, auf einem fluiden Träger, z. B. einem Inertgas, einer Flüssigkeit oder etwas Ähnlichem, einzublasen, um den Schäumungseffekt der Schlacke und die Wiederverkohlung des flüssigen Strahls zu verbessern, während die erste Düse (13) dazu verwendet wird, einen Überschall-Gasstrahl von Sauerstoff oder anderer technischer Gase zu emittieren.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse (14) im zweiten Funktionsmodus dazu verwendet wird, einen Unterschall-Gasstrahl für Schutz- und/oder Transportzwecke einzublasen, während die erste Düse (13) dazu verwendet wird, Feststoffmaterialien in Pulverform oder Teilchenform auf einem fluiden Träger einzublasen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es dafür sorgt, wenn der Schmelzzyklus fortschreitet, die Neigung der Vorrichtung (10) in Bezug auf die Badoberfläche so zu neigen, dass einer Änderung des Pegels des Flüssigkeitsbads gefolgt wird und der Neigungswinkel des Strahls auf solche Weise im Wesentlichen konstant gehalten wird, dass eine Ablenkung des Strahls verhindert wird.