DE2156106C3

DE2156106C3 - Flüssigkeitsgekühlte Lanze zur Zuführung von Reaktionsstoffen zu metallurgischen Schmelzen

Info

Publication number: DE2156106C3
Application number: DE2156106A
Authority: DE
Inventors: Kevin James Mount Waverley Victoria Phillips (Australien)
Original assignee: Conzinc Riotinto of Australia Ltd
Current assignee: Conzinc Riotinto of Australia Ltd
Priority date: 1970-11-19
Filing date: 1971-11-11
Publication date: 1975-05-07
Also published as: FI51954B; ES397133A1; FR2114863A5; DE2156106B2; JPS5140525B1; FI51954C; GB1324226A; ZA717330B; DE2156106A1; CA954692A; ZM15971A1; US3751019A

Description

Die Erfindung betrifft eine beispielsweise in der österreichischen Patentschrift 230920 beschriebene flüssigkeitsgekühlte Lanze zur Zuführung von Reaktionsstoffen, z. B. sauerstoffhaltige und andere Reaktionsgase und gegebenenfalls mitgeführte Feststoffe, zu metallurgischen Schmelzen mit einem zentralen Reaktionsstoffrohr, das von sich in dessen Längsrichtung erstreckenden Kühlflüssigkeitsleitungen mit kleinerem Durchmesser umgeben ist.

Herkömmlichen wassergekühlten Lanzen und deren Zubehör haften Unzulänglichkeiten an, beispielsweise:

a) Übermäßige Wärmeableitung vom Schmelzbad. Die auf diese Weise abgeleitete Wärme muß normalerweise wieder durch zusätzliche Wärmezufuhr ersetzt werden, was zur Unwirtschaitlichkeit führt.

b) Gefährdung der Sicherheit durch das große Wasservolumen, das sich in unmittelbarer Nähe des Schmelzbades bzw. in diesem befindet.

c) Übermäßige Ablagerungen an den Düsenspitzen der Lanzen durch Bestandteile des Schmelzbades, die an der Düse erstarren. Derartige Ablagerungen verursachen Verstopfungen der Auslaßöffnungen für das Reaktionsgas und gefährden daher die einwandfreie Funktion der Düse oder der Lanze. Die mit der Beseitigung solcher angesammelter Feststoffe verbundene Arbeit überschreitet gelegentlich die Leitung der verfügbaren mechanischen Einrichtungen, wie handbetätigter loder pneumatischer Meißel. Un-■ ter diesen Umständen ist es allgemein üblich,

eine verstopfte Lanze durch eine neue zu ersetzen. Dies kann den normalen Betrieb des betreffenden Ofens oder Gefäßes, beeinträchtigen oder dessen Unterbrechung erfordern, wodurch, zusätzlich zur Erneuerung der Düse, weitere Kosten erstehen. Auch die Verwendung geeignet hoher Gasdrücke von beispielsweise 3,5 bis ίο 5,6 atü zur Vermeidung derartiger Verstopfun-, : jen, führt zu einer Steigerung der Kosten für die 1 erforderliche-Einrichtung und Leistung,
d) Beschädigungen der metallischen Teile der Lanze durch Bestandteile des Schmelzbades oder durch heiße Gase, da es unmöglich ist, eine Schutzschicht eines hitzebeständigen Materials oder aus erstarrtem Badmaterial zwischen den Metallkomponenten und dem Schmelzbad in vertretbarer Weise aufrechtzuerhalten.

Mit feuerfestem Material verkleidete Lanzen ohne Flüssigkeitskühlung sind, insbesondere im Fall des Einblasens von sauerstoffreichen Gasen, einem fortschreitenden Verfall unterworfen, der an der Mündung oeginnt und/oder örtlichen Beschädigungen entlang der untergetauchten Länge oder in der Gegend der Oberfläche des Schmelzbades ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der den bekannten Lanzen anhaftenden Nachteile, eine flüssigkeitsgekühlte Lanze der eingangs genannten Art zu schaffen, die zusätzlich geringe Kühlflüssigkeitsmengen benötigt und mechanisch fest ausgebildet ist, so daß sie auch den während langer Arbeitszeiträume thermisch verursachten Spannungen und den mechanischen Spannungen standhält, die durch Bewegungen der Lanze oder bei der Beseitigung angesammelter Feststoffe an der Mündung der Lanze auftreten.

Bei einer flüssigkeitsgekühlten Lanze zur Zuführung von Reaktionsstoffen zu metallurgischen Schmelzen mit einem zentralen Reaktionsstoffrohr, das von Kühlflüssigkeitsleitungen umgeben ist, sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß das zentrale Reaktionsstoffrohr von einer Ummantelung aus feuerfestem Material umgeben ist, in das Kühlrohre eingebettet sind, die abwechselnd als Zu- und Ableitungsrohre für das Kühlmittel ausgebildet sind. Der Außendurchmesser der Kühlrohre beträgt bevorzugt nicht mehr als ein Viertel des Außendurchmessers des zentralen Reaktionsstoffrohres, wobei die Kühlrohre parallel zum Reaktionsstoffrohr verlaufen können oder dieses wendelförmig umget«.n.

Bedingt durch seinen geringen Durchmesser führt der Bruch eines einzigen Kühlrohres zum Eintritt nur geringer Kühlflüssigkeitsmengen in den Ofen, was im Hinblick auf die Betriebssicherheit einen bedeutenden Vorteil darstellt.

Die Vielzahl von Kühlrohren schafft eine Verankerung, die wesentlich dazu beiträgt, daß die Ummantelung aus feuerfestem Material durch thermische und mechanische Spannungen nicht beschädigt wird. Zudem ist die Flächenausdehnung der einer heißen Fläche ausgesetzten Kühlrohre minimal und auch der erforderliche Außendurchmesser der Ummantelung erheblich verringert.

Die Kühlrohre, deren Außendurchmesser 3 mm und mehr, vorzugsweise jedoch mehr als 6 mm be-

trägt, sind aus einem Metall oder einer Legierung geeigneter Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Stahl, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder Flußstahl, erfüllt diese Forderungen und zeichnet sich zusätzlich durch niedrige Kosten und rasche Verfügbarkeit aus.

Der Abstand zwischen den Kühlrohren sollte, je nach Art der feuerfesten Ummantelung, mindestens 3 mm betragen, so daß das feuerfeste Material

Umgebungen hoher Temperatur und/oder in Schmelzbädern m öfen oder Gefäßen, wie sie in der Pyrometallurgie und in verwandten Techniken verwendet werden, als betriebstüchtig erwiesen. Bei Verwendung der Lanze zum Einblasen von Luft in ein SchmelzDad aus Kupferstein und Schlacke bei einer Temperatur von etwa 1250⁹ C, bei der durch Oxidation des Eisen- und Schwefelanteiles Blasenkupfer erzeugt wird, haben diese Lanzen während

die Zwischenräume leicht durchdringen und ausfüllen xo Zeiträumen von mehr als zwei Wochen mit einem

kann und eine gute Berührung mit den Kühlrohren gewährleiste* ist. Der optimale Abstand zwischen den Küh.lrohren hängt weitgehend von der Teilchengrößenverteilung des feuerfesten Materials, seiner Formungs- und seiner Wärmeleitfähigkeit ab.

Bei paralleler Führung der Kühlrohre zum Reaktionsstoffrohr ist über dessen ganze Länge eine gleichmäßige Kühlwirkung erzielbar. Die wendeiförmige Führung der Kühlrohre bewirkt hingegen eine

Luftdurchsatz von etwa 17 Nm^s/min, bei einem Leitungsdruck von 1,25 bis 1,4 atü und einer Wärmeableitung von etwa 35 000 kcal/h durchgehend gearbeitet.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung dargestellt.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Ausfüh-

Kühlwirkung, deren Intensität längs des Reaktions- zo rungsform einer wassergekühlten Lanze gemäß der h

stoffrohres wechselt.

Die Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit in den Kühlrohren ist so bemessen, daß eine hohe Wärmeübergangsleistung an der Trennfläche zwischen Metall und Flüssigkeit erzielt wird. Eine durchschnittliche Geschwindigkeit von mindestens etwa 3 m/s, vorzugsweise 7,6 m/s, ist erwünscht. Bei dieser Geschwindigkeit kann ein hoher Wärmestrom durch das aus flüssigem Metall, feuerfester Ummantelung und

Erfindung,

F i g. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung des Austrittsendes der Lanze nach

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Teils der Lanze.

Die Lanze weist ein zentrales, metallisches Reaktionsstoff rohr 10 auf, das durch eine Düse 11 Reaktionsgase oder von einem Gas mitgeführte Feststoffe

den Kühlrohren bestehende System geführt werden, 30 aus einem nicht dargestellten Zuleitungssystem in ein ohne daß beispielsweise übermäßige Tempera'uren gleichfalls nicht dargestelltes Schmelzbad oder auf

dessen überfläche führt. Das Ende 12 des Reaktionsstoffrohres 10 ist gegen die Düse 11 hin verjüngt, die vorzugsweise einen kleineren Durchmesser

ring gebildet ist. Da die Kühlrohre abwechselnd als Zu- und Ableitungsrohre ausgebildet sind, wird eine, betrachtet in der Querebene, durchgehend gleichmä-

in den Kühlrohrwandungen zu befürchten sind.

Besonders zweckmäßig erweist sich die Verbindung der Kühlrohre mit einem Ringkanal, der in einem die

Düse und/oder das Ende des zentralen Reaktions- 35 als das Reaktionsstoffrohr 10 hat. stoffrohres in dessen Nähe umgebenden Mündungs- Die Düse 11 besteht aus hitzebeständigem Mate

rial, das im wesentlichen korrosions- und erosionsfest und gegenüber Beschädigungen durch die Materialien des Schmelzbades bei Temperaturen über

ßige Kühlung erzielt. Die Abmessungen und die 40 800° C, vorzugsweise bei Temperaturen in der Grö-Form des Ringkanals sind derart beschaffen, daß ßenordnung von 1250° C, unempfindlich ist. eine Verwirbelung der Kühlflüssigkeit und damit ein Die Querschnittsfläche des Rohrinneren des Reak-

hoher Wärmeaustausch zwischen Metall und Flüssig- tionsstoffrohres 10 beträgt vorzugsweise das Dopkeit erfolgt. Der metallische Mündungsring ist hier- pelte bis Vierfache der Querschnittsfläche des Innedurch gegen die Wirkungen einer hohen Umgebungs- 45 ren der Düse 11.

temperatur und einer möglichen Berührung mit dem Das Reaktionsstoffrohr 10 der Lanze ist von meh-

Schmelzbad geschützt. Der Mündungsring schützt in reren Kühlrohren 14 umgeben, die in gleichen Abseinem Bereich zusätzlich die Kühlrohre und das ständen um die Mantelfläche herum eng an dieser feuerfeste Material der Ummantelung. Der Mün- Mantelfläche angeordnet sind. Die Kühlrohre 14 erdungsring kann aus einem beliebigen geeigneten Ma- 50 strecken sich in Längsrichtung des Reaktionsstoffterial, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, Flußstahl, rohres 10 und haben einen im Vergleich zu diesem

kleinen Durchmesser.

Die Kühlrohre 14 führen einem Ringkanal 15 Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser oder öl, zu bzw. von 55 diesem ab. Der Ringkanal 15 ist in einem metallischen Mündungsring 16 untergebracht, der mit dem Reaktionsstoffrohr 10 und/oder mit eier Düse 11 verbunden ist. Der Mündungsring 16 umgibt das Ende der Düse 11, das an der Stirnfläche des Reaktionsrohr, die Düse, die Kühlrohre und sonstige Bestand- 60 stoffrohres 10 anliegt. Jedes Kühlrohr 14 ist mit dem teile herum geformt wird. Die Dicke der Ummante- Mündungsring 16 verbunden und gegenüber diesem lung beträgt vorzugsweise 6 bis 100 mm. Die Verstei- abgedichtet, so daß Kühlflüssigkeitsverluste vermiefung, beispielsweise Drahtgeflecht oder gedehntes den sind. Die Kühlrohre 14 sind vorzugsweise nicht und wendelförmig gewickeltes Federmaterial, erhöht starr am Reaktionsstoffrohr 10 befestigt, es sei denn die mechanische Festigkeit des feuerfesten Materials 65 in einer starren Bindung, die das Zusammenbauen und seinen Widerstand gegen Abblättern. der Lanze unterstützt. Durch Wärmedehnungen und

Lanzen dieser Art haben sich bei durchgehendem Biegeverformungen verursachte Relativbewegungen Betrieb selbst während ausgedehnter Zeiträume in der Kühlrohre 14 und des Reaktionsstoff rohres 10

Kupfer und Kupferlegierungen hergestellt sein. Die Reaktionsgase werden durch das Reaktionssloffrohr und die Düse in das Schmelzbad oder in dessen Nähe geleitet.

Als feuerfestes Material der Ummantelung dient beispielsweise ein Material auf Aluminiumoxyd-, Magnesit- oder Chromit-Basis, das vorzugsweise mit einer geeigneten Versteifung um das Reaktionsstoff-

sind dadurch unschädlich. Die Kühlrohre 14 werden über »einen eintrittsseitigen Verteiler 18 mit einer Kühlflüssigkeit; beschickt und leiten verbrauchte Kühlflüssigkeit zu ,einem Austrittssammler 19, wodurch eine, gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit gewährleistet ist.

.Die Kühlrohre 14 sind in Umfangsrichtung des Reaktionsstoffrohres 10 abwechselnd als Zu- und Ableitungsrohre angeordnet, so daß eine, betrachtet

in der Querebene, gleichmäßige Kühlung gewährleistet ist.

Das Reaktionsstoff rohr 10, die Kühlrohre 14, vorzugsweise auch der Mündungsring 16 und die Düse 11 sind von einer Ummantelung 20 aus feuerfestem Material umgeben. Zur Unterstützung der Anbringung der Ummantelung 20 können beispielsweise nicht dargestellte Y-förmige Metallanker verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. FJüssigkeitsgekOhlte Lanze zur Zuführung von Reaktionsstoffen zu metallurgischen Schmelzen mit einem zentralen Reaktionsstoffrohr, das von Kühlflüssigkeitsleitungen umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Reaktionsstoffrohr (10) von einer Ummantelung (20) aus feuerfestem Material umgeben ist, in das Kühlrohre £14) «ingebettet sind, die abwechselnd als ¹Zu- -und Ableitungsrohre für das Kühlmittel ausgebildet sind.

2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser jedes KuIiI-rohres (14) maximal ein Viertel des Außendurchmessers des zentralen Reaktionsstoffrohre« (10) ist

3. Lanze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (14) mit einem Ringkanal (15) verbunden sind, der in einem die Düse (11) und/oder das Ende des zentralen Reaktionsstoffrohres (10) in dessen Nähe umgebenden Mündungsring (16) gebildet ist.

4. Lanze nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (14) zum zentralen Reaktionsstoff rohr (10) parallel verlaufen.

5. Lanze nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (14) das zentrale Reaktionsstoff rohr (10) wendelförmig umgeben.