WO2004113576A2 - Düseneinrichtung und zugehöriges metallurgisches schmelzgefäss - Google Patents

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Hansjörg Benigni
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Edgar Schumacher
Viktor Khloponiin
Anatolij Belitchenko
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    • F27D2003/169—Construction of the lance, e.g. lances for injecting particles

Definitions

  • the invention relates to a nozzle device for introducing fluid media into a melt, in particular a metallurgical melt, and an associated metallurgical melting vessel.
  • nozzle device encompasses all devices through which a gas and / or solids can be transported.
  • fluid media encompasses inert gases and oxygen as well as pulverulent substances for treating a melt, in particular a metallurgical melt.
  • metallurgical melting vessel encompasses all containers in which molten metal is formed, treated and / or transported. Such a melting vessel can be, for example, a ladle, an SM furnace (Siemens Martin furnace) or an electric furnace.
  • ceramic gas purging stones which are designed with non-directional or directional porosity.
  • static channels run through the sink, which is installed in the wall or in the bottom of the melting vessel.
  • nozzle devices are known.
  • the device according to WO 93/09255 consists of a ceramic refractory casing in which two pipes arranged concentrically to one another run.
  • the device is built into the (fireproof) wall of a metallurgical melting vessel.
  • Treatment media are fed into the molten metal through the inner tube or an annular gap between the inner and outer tubes.
  • the two metal pipes can be adjusted in the direction of the melt.
  • the service life of the facility is extended accordingly.
  • the "tracking" of the nozzle device is only possible to a certain extent. If, for example, 1/3 of the length of the rod-shaped nozzle device is worn out, the risk is too great, the nozzle device continue to advance towards the melt, apart from the technical difficulties involved.
  • the security provided by the refractory material against penetration or breakthrough of molten metal is then too high.
  • the metallurgical treatment must be interrupted.
  • the existing nozzle device must be removed.
  • a new nozzle device must be installed.
  • the invention is based on the object of specifying a nozzle device and an associated metallurgical vessel, with which an extension of the treatment time of the metallurgical melt with gas and / or solids is possible.
  • the aim is "continuous treatment as possible”.
  • Each nozzle device inevitably has a "finite length".
  • the length of the nozzle devices known from the prior art is indicated by "X" below.
  • X The length of the nozzle devices known from the prior art.
  • the outlet end of the nozzle device usually ends in the area of the inside of the refractory lining. If the length is greater, this means that a considerable length of the nozzle device must be supported and guided on the outside.
  • the channels through which the gas or the solids are transported often become clogged, for example due to penetrating molten metal. Even when the nozzle device is adjusted, these blockages can only be partially removed by melting solidified metal melt again.
  • An essential idea of the invention lies in the knowledge that the length of the individual nozzle device is irrelevant. This can even be smaller than in the prior art (X).
  • An extension of the treatment cycle can, however, be achieved if the nozzle device is designed such that a further nozzle device can be added on the outside in each case.
  • at least one end of the nozzle device must be designed in such a way that an axially tracking nozzle device can be connected to the end of the nozzle device arranged in front of it, and in such a way that the two nozzle devices virtually complement each other to form a "double-length nozzle device".
  • the individual nozzle device must be designed such that the transport of the fluid medium is not interrupted even if the nozzle device is connected to a further nozzle device.
  • the individual nozzle device can be made relatively short. It can even be shorter than the thickness of the wall of the metallurgical melting vessel. This results in advantages in the manufacture of the nozzle device as well as stability and security.
  • the individual nozzle device will have a length that is greater than the wall thickness of the associated furnace, in order to be able to connect a further nozzle device from the outside. But even in this case, the nozzle device remains "relatively short", so that no particular difficulties arise during assembly / storage / guidance when connecting the further nozzle device.
  • the invention relates to a nozzle device for introducing fluid media into a melt, with the following features:
  • At least one channel extending from a first end portion of the body through it to a second end portion of the body
  • a device at the first end section for supplying at least one fluid into the at least one channel
  • rod-shaped body is to be understood to mean that the body generally has a greater (axial) length in relation to its width or its diameter.
  • the length is 1 to 2 meters and the maximum width (or maximum diameter) is 10 to 30 centimeters.
  • the nozzle device is arranged axially displaceably in the refractory lining of the melting vessel. It is therefore advisable to design the nozzle device with a circular cross section.
  • the nozzle device can then be guided, for example, in a so-called perforated brick, which is installed in the wall or in the bottom of the melting vessel. This measure per se is known, for example, from WO 93/09255, to which reference is made to avoid repetition.
  • An oval cross-sectional shape of the nozzle device is also suitable.
  • the adapter mentioned which is used to connect adjacent nozzle devices, can be formed in situ from the ceramic part of the nozzle device. It can also consist of a sleeve which is attached to or on an end section and protrudes beyond this end section. The sleeve then offers a kind of "pot-like receptacle" for a subsequent nozzle device.
  • the adapter can be designed with a thread (external or internal thread). In this embodiment, it is advisable to provide a second adapter, at the other end section of the body, with a corresponding thread. In this way, the adapter on the 1st section of one nozzle device can be positively connected to the adapter on the 2nd end section of the other nozzle device.
  • nozzle devices to be arranged one behind the other are also possible, for example in the manner of a bayonet catch.
  • the fluid medium is usually supplied via a pipeline, which is arranged at the inlet-side end section of the nozzle device and opens, for example, into a gas distribution chamber, from which the channel or channels extend through the body.
  • a pipeline which is arranged at the inlet-side end section of the nozzle device and opens, for example, into a gas distribution chamber, from which the channel or channels extend through the body.
  • the device for supplying the fluid to be removable In this way, adjacent nozzle devices can be placed directly next to one another.
  • the type and design of the channel or channels can in principle be arbitrary. In extreme cases, a channel (for example a tubular opening) runs through the body.
  • the following embodiments only represent exemplary embodiments, with which, however, various advantages can be achieved, some of which are specified.
  • the body viewed in the axial direction, can be designed with a large number of capillary channels which extend from the 1st end section towards the 2nd end section up to a maximum of half the length of the body.
  • capillary channels describes such passage openings for the fluid, the cross-section of which precludes infiltration of the molten metal.
  • such capillary channels have, for example, a slot shape, the width of each slot not exceeding 1 millimeter.
  • the capillaries can also have a circular cross section, the diameter of which should not exceed 1.5 millimeters.
  • the capillary channels can be formed in situ (for example by burnout elements); it is also possible to provide the capillary channels, for example by means of metal tubes.
  • the capillary channels should extend over a length of ⁇ 30%, ⁇ 20% or ⁇ 10% of the total length of the body.
  • the purpose of this is:
  • the claimed nozzle device means that it can form the outlet end for the fluid over the entire length (depending on wear). Normally, the fluid should get as deep as possible into the melt, for which purpose channels of larger cross-section are preferably suitable. These are described below. If the nozzle device has been advanced so far that only the (rear) section with the capillary channels is present in the area of the inner wall of the metallurgical vessel, the metallurgical treatment must take place over this section at least for a short period of time. In order to keep it as short as possible, the corresponding section should be as small as possible. By further advancing, further treatment by the subsequent nozzle device can take place at short notice.
  • the body viewed in the axial direction, correspondingly has at least one channel which extends from the second end section in the direction of the first end section and ends at a distance from the free end of the body associated with the first end section.
  • the length of this channel should be at least 60%, 70% or at least 80% of the total length of the body.
  • the (greater length) of the "main rinsing channels" compared to the capillary channels makes it possible to carry out the treatment of the melt for a correspondingly long time via these channels, which have a larger cross section than the capillary channels. This increases the risk of infiltration of the molten metal;
  • the capillary channels arranged in the rear (outer) part of the body form, according to the invention, a kind of "breakdown protection” by building up a fluidic resistance for any penetrating melt.
  • a chamber (gas distribution) for fluidic connection can be arranged between the capillary channels and the further channel (s).
  • the gas distribution chambers can be formed (limited) from steel or highly compressed ceramic materials. However, they can also be formed in situ from the ceramic material of the nozzle device, for example by burning out.
  • the invention comprises a metallurgical melting vessel with at least one nozzle device according to one of claims 1-20 in the wall or floor area, in which the nozzle device (s) is axially advanced, axially moved back and / or rotatably guided in a refractory ceramic casing. It goes without saying that appropriate mechanical devices must be provided for the movements mentioned.
  • FIG. 1 shows a side view of a nozzle device
  • FIG. 2 shows the sections indicated in FIG. 1
  • FIG. 3 shows two nozzle devices arranged one behind the other, partially running in associated perforated stones. All figures are highly schematic and not to scale.
  • the nozzle device consists of a rod-shaped body 10 of a length X. As the sections according to FIG. 2 show, the body 10 made of refractory ceramic material has a circular cross section.
  • the ceramic part 10k of the body 10 is protruded at a 1st end section 12 by a metal sleeve 14 which is connected to the ceramic part and has an internal thread 14g.
  • the sleeve 14 is aligned on the outside with the peripheral surface of the ceramic part 10k of the body 10.
  • a further sleeve 18 is arranged in the body 10k, which projects axially beyond the ceramic part 10k and has an external thread 1 8g, which is designed and arranged corresponding to the internal thread 14g of the sleeve 14.
  • the channels 20 project beyond the ceramic part 10k of the body 10 at the second end section 16, the latter Part is designated 20v.
  • the part 20v ends before the free end of the sleeve 18.
  • the channels 20 end in a gas distribution chamber 22 which is formed in the ceramic body 10k.
  • a plurality of capillary channels 24 extend from the gas distribution chamber 22 in the axial extension of the channels 20 to a further gas distribution chamber 26, which partly lies in the ceramic part 10k of the body 10, but also projects slightly beyond it (analogously to the part 20v of the channels 20).
  • a line 28 which has an external thread, runs from this further gas distribution chamber 26.
  • the line 28 ends more or less flush with the free end of the sleeve 14,
  • a gas supply line (not shown) can be connected to line 28.
  • the line 28 is in fluidic connection with the gas distribution chamber 26, with the subsequent capillary channels 24, the subsequent gas distribution chamber 22 and the further channels 20, so that a treatment gas with or without solids is transported through the body 10k can be.
  • This nozzle device is installed, for example in the wall of a converter, for example by inserting it into a corresponding perforated brick.
  • FIG. 3 shows such a refractory ceramic perforated brick, which here consists of four segments 30, 32, 34, 36 arranged one behind the other.
  • the end segments 30, 36 have a slightly smaller inner diameter than the middle segments 32, 34, so that an annular space 38 is created between the nozzle device and the segments 32, 34, which can accommodate a refractory lubricant, in order to ensure the axial mobility of the nozzle devices during operation to facilitate.
  • the treatment can the metallurgical melt, for example by means of an inert gas such as argon.
  • the second end section 16 is adjacent to the molten metal M. This leads directly to melting of the sleeve 18.
  • a further, in particular identical nozzle device with its second end section 16 is placed on the first end section 12 of the existing nozzle device (here: screwed on), the gas connection line being removed for a short time for this purpose. Because of the structural design shown, part 20v of the further nozzle device is pushed into line 28 when screwed on. After connecting the two nozzle devices, the gas connection line is reconnected to line 28 of the further (new) nozzle device and the purging treatment can continue with only a brief interruption. This measure can be repeated almost arbitrarily. It no longer depends on the service life of the nozzle device, as in the prior art, but only on the service life of the refractory lining of the metallurgical melting vessel, which means considerable progress.
  • the dimensioning of the nozzle devices in relation to the perforated brick is such that xi + L]> x 2 + L 2 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düseneinrichtung und ein zugehöriges metallurgische Schmelzgefäss zum Einleiten fluider Medien in eine Schmelze. Die Düseneinricht ng muss an mindestens einem Ende so ausgebildet sein, dass eine axial nachgefüh: te Düseneinrichtung mit dem Ende der davor angeordneten Düseneinrichtung verbin bar ist, und zwar so, dss sich beide Düseneinrichtungen quasi zu einer 'gemeins; men Düseneinrichtung doppelter Länge' ergänzen. Wie bei Verbindung von Rohren wird also eine Düseneinrichtung an die nächste an eschlossen. Dieses Prinzip lässt sich ersichtlich ohne Grenzen erweitern.

Description

Düseneinrichtung und zugehöriges metallurgisches Schmelzgefäß
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Düseneinrichtung zum Einleiten fluider Medien in eine Schmelze, insbesondere eine metallurgische Schmelze sowie ein zugehöriges metallurgisches Schmelzgefäß.
Der Begriff "Düseneinrichtung" umfasst alle Einrichtungen, durch die hindurch ein Gas und/oder Feststoffe transportiert werden können. Im Besonderen umfasst der Begriff "fluide Medien" Inertgase und Sauerstoff sowie pulverförmige Stoffe zur Behandlung einer Schmelze, insbesondere einer metallurgischen Schmelze. Der Begriff "metallurgisches Schmelzgefäß" umfasst sämtliche Behältnisse, in denen Metallschmelze gebildet, behandelt und/oder transportiert wird. Ein solches Schmelzgefäß kann beispielsweise eine Gießpfanne, ein SM-Ofen (Siemens-Martin-Ofen) oder ein Elektroofen sein.
Seit Jahrzehnten sind Einrichtungen zum Einbringen von Gasen und/oder festen Reaktions- und Zusatzstoffen in eine metallurgische Schmelze bekannt. Sinn und Zweck dieser Behandlung ist es, die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Schmelze zu verändern.
Dazu sind sogenannte keramische Gasspülsteine bekannt, die mit ungerichteter oder gerichteter Porosität ausgebildet sind. Im letztgenannten Fall verlaufen statische Kanäle durch den Spülstein, der in der Wand oder im Boden des Schmelzgefäßes eingebaut ist.
Daneben sind sogenannte Düseneinrichtungen bekannt. Die Einrichtung gemäß WO 93/09255 besteht aus einer keramischen feuerfesten Umhüllung, in der zwei konzentrisch zueinander angeordnete Rohre verlaufen. Die Einrichtung wird in die (feuerfeste) Wand eines metallurgischen Schmelzgefäßes eingebaut. Durch das innere Rohr beziehungsweise einen Ringspalt zwischen innerem und äußerem Rohr werden Behandlungsmedien in die Metallschmelze zugeführt. Im Verschleißfall können die beiden Metallrohre in Richtung der Schmelze nachgeführt werden. Entsprechend verlängert sich die Standzeit der Einrichtung. Das "Nachführen" der Düseneinrichtung ist jedoch nur bis zu einem gewissen Grad möglich. Ist beispielsweise 1/3 der Länge der stabförmigen Düseneinrichtung verschlissen, ist das Risiko zu groß, die Düseneinrichtung weiter in Richtung der Schmelze vorzuschieben, abgesehen von den damit verbundenen technischen Schwierigkeiten. Die durch das feuerfeste Material gegebene Sicherheit gegen ein Eindringen beziehungsweise Durchbrechen von Metallschmelze ist dann zu hoch. Die metallurgische Behandlung muss unterbrochen werden. Die vorhandene Düseneinrichtung muss ausgebaut werden. Eine neue Düseneinrichtung muss eingebaut werden.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Düseneinrichtung sowie ein zugehöriges metallurgisches Gefäß anzugeben, mit denen eine Verlängerung der Behandlungszeit der metallurgischen Schmelze mit Gas und/oder Feststoffen möglich ist. Angestrebt wird eine möglichst "ununterbrochene Behandlung".
Der Erfindung liegt folgender prinzipieller Gedanke zugrunde: Jede Düseneinrichtung weist zwangsläufig eine "endliche Länge" auf. Die Länge der aus dem Stand der Technik bekannten Düseneinrichtungen wird nachstehend mit "X" angegeben. Man könnte nun daran denken, die Länge zu erhöhen, beispielsweise auf 2X oder 3X. Dies bereitet jedoch bereits erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung der Düseneinrichtung. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Montage am/im metallurgischen Schmelzgefäß. Das auslassseitige Ende der Düseneinrichtung endet in der Regel im Bereich der Innenseite der feuerfesten Auskleidung. Bei größerer Länge ergibt sich daraus, dass eine erhebliche Länge der Düseneinrichtung außenseitig abgestützt und geführt werden muss. In der Praxis wurde beobachtet, dass sich die Kanäle, durch die das Gas beziehungsweise die Feststoffe transportiert werden, häufig zusetzen, beispielsweise durch eindringende Metallschmelze. Auch bei einem Nachführen der Düseneinrichtung können diese Verstopfungen nur teilweise wieder beseitigt werden, indem erstarrte Metallschmelze wieder aufschmilzt.
Ein wesentlicher Erfindungsgedanke liegt in der Erkenntnis, dass es auf die Länge der einzelnen Düseneinrichtung gar nicht ankommt. Diese kann sogar kleiner als im Stand der Technik (X) sein. Eine Verlängerung des Behandlungszyklus lässt sich aber erreichen, wenn die Düseneinrichtung so ausgebildet ist, dass jeweils eine weitere Düseneinrichtung außenseitig nachgesetzt werden kann. Mit anderen Worten: Die Düseneinrichtung muss an mindestens einem Ende so ausgebildet sein, dass eine axial nachgeführte Düseneinrichtung mit dem Ende der davor angeordneten Düseneinrichtung verbindbar ist, und zwar so, dass sich beide Düseneinrichtungen quasi zu einer "gemeinsamen Düseneinrichtung doppelter Länge" ergänzen.
Wie bei der Verbindung von Rohren wird also eine Düseneinrichtung an die nächste angeschlossen. Dieses Prinzip lässt sich ersichtlich ohne Grenzen erweitern.
Zu diesem Zweck muss die einzelne Düseneinrichtung so ausgebildet sein, dass der Transport des fluiden Mediums auch dann nicht unterbrochen wird, wenn die Düseneinrichtung mit einer weiteren Düseneinrichtung verbunden wird. Insbesondere geht es also darum, dass die Kanäle/Öffnungen/Röhrchen/Poren axial aneinander anschließender Düseneinrichtungen stets in strömungstechnischer Verbindung stehen. Mit diesem Prinzip kann die einzelne Düseneinrichtung relativ kurz ausgebildet sein. Sie kann sogar kürzer sein als die Dicke der Wand des metallurgischen Schmelzgefäßes. Hieraus ergeben sich Vorteile bei der Herstellung der Düseneinrichtung sowie der Stabilität und Sicherheit. In der Regel wird die einzelne Düseneinrichtung allerdings eine Länge aufweisen, die größer ist als die Wandstärke des zugehörigen Ofens, um von außen den Anschluss einer weiteren Düseneinrichtung durchführen zu können. Aber auch in diesem Fall bleibt die Düseneinrichtung "relativ kurz", sodass auch beim Anschluss der weiteren Düseneinrichtung keine besonderen Schwierigkeiten bei der Montage/Lagerung/Führung auftreten.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Düseneinrichtung zum Einleiten fluider Medien in eine Schmelze, mit folgenden Merkmalen:
- einem stabförmigen Körper aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff,
- mindestens einem Kanal, der sich von einem ersten Endabschnitt des Körpers durch diesen hindurch zu einem zweiten Endabschnitt des Körpers erstreckt,
- einer Einrichtung am 1. Endabschnitt zur Zuführung mindestens eines Fluids in den mindestens einen Kanal,
- mindestens einem Adapter an mindestens einem Endabschnitt des Körpers zum axialen Anschluss einer weiteren Düseneinrichtung. Der Begriff "stabförmiger Körper" ist dahingehend zu verstehen, dass der Körper in der Regel eine größere (axiale) Länge im Verhältnis zu seiner Breite beziehungsweise seinem Durchmesser aufweist. Beispielsweise beträgt die Länge 1 bis 2 Meter und die maximale Breite (beziehungsweise der maximale Durchmesser) 10 bis 30 Zentimeter.
Aus vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, dass die Düseneinrichtung axial verschiebbar in der feuerfesten Auskleidung des Schmelzgefäßes angeordnet wird. Es bietet sich deshalb an, die Düseneinrichtung mit einem Kreisquerschnitt auszubilden. Die Düseneinrichtung kann dann beispielsweise in einem sogenannten Lochstein geführt werden, der in der Wand oder im Boden des Schmelzgefäßes installiert wird. Diese Maßnahme an sich ist beispielsweise aus der WO 93/09255 bekannt, auf die insoweit, zur Vermeidung von Wiederholungen, Bezug genommen wird. Eine ovale Querschnittsform der Düseneinrichtung ist ebenfalls geeignet.
Der erwähnte Adapter, der zur Verbindung benachbarter Düseneinrichtungen dient, kann in situ aus dem keramischen Teil der Düseneinrichtung gebildet werden. Er kann auch aus einer Hülse bestehen, die an oder auf einem Endabschnitt befestigt ist und über diesen Endabschnitt vorsteht. Die Hülse bietet dann eine Art "topfartige Aufnahme" für eine anschließende Düseneinrichtung. Der Adapter kann mit einem Gewinde (Außen- oder Innengewinde) ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform bietet es sich an, einen 2. Adapter vorzusehen, und zwar am anderen Endabschnitt des Körpers, und zwar mit einem korrespondierenden Gewinde. Auf diese Weise kann der Adapter am 1. Abschnitt einer Düseneinrichtung mit dem Adapter am 2. Endabschnitt der anderen Düseneinrichtung formschlüssig verbunden werden.
Auch andere formschlüssige Verbindungen zwischen hintereinander anzuordnenden Düseneinrichtungen sind möglich, beispielsweise nach Art eines Bayonettverschlusses. Üblicherweise wird das fluide Medium über eine Rohrleitung zugeführt, die am einlassseitigen Endabschnitt der Düseneinrichtung angeordnet ist und beispielsweise in eine Gasverteilkammer mündet, von der aus sich der oder die Kanäle durch den Körper erstrecken. Um die Anordnung von zwei Düseneinrichtungen unmittelbar hintereinander zu erleichtern sieht eine Ausführungsform vor, die Einrichtung zur Zuführung des Fluides abnehmbar auszubilden. Hierdurch lassen sich benachbarte Düseneinrichtungen unmittelbar aneinander setzen. Die Art und Ausbildung des oder der Kanäle kann prinzipiell beliebig sein. Im Extremfall verläuft ein Kanal (zum Beispiel eine rohrförmige Öffnung) durch den Körper. Insoweit stellen die nachfolgenden Ausführungsformen lediglich Ausführungsbeispiele dar, mit denen jedoch verschiedene Vorteile erzielt werden können, die teilweise angegeben sind.
So kann der Körper, in Axialrichtung betrachtet, mit einer Vielzahl von kapillaren Kanälen ausgebildet sein, die sich vom 1. Endabschnitt in Richtung auf den 2. Endabschnitt bis maximal zur Hälfte der Länge des Körpers erstrecken. Der Begriff "kapillare Kanäle" beschreibt solche Durchtrittsöffnungen für das Fluid, deren Querschnitt eine Infiltration der Metallschmelze ausschließt. Bei einer typischen Stahlschmelze weisen solche kapillaren Kanäle beispielsweise eine Schlitzform auf, wobei die Breite jedes Schlitzes 1 Millimeter nicht übersteigen sollte. Die Kapillaren können aber auch einen Kreisquerschnitt aufweisen, dessen Durchmesser 1 ,5 Millimeter nicht übersteigen sollte. Die kapillaren Kanäle können in situ ausgebildet werden (beispielsweise durch ausbrennbare Elemente); ebenso ist es möglich, die kapillaren Kanäle beispielsweise durch Metallröhrchen bereitzustellen.
Nach verschiedenen Ausführungsformen sollen sich die kapillaren Kanäle über eine Länge < 30 %, < 20 % beziehungsweise < 10 % der Gesamtlänge des Körpers erstrecken. Dies hat folgenden Zweck: Die beanspruchte Düseneinrichtung führt dazu, dass sie über die gesamte Länge (je nach Verschleiß) das austrittseitige Ende für das Fluid bilden kann. Normalerweise soll das Fluid möglichst tief in die Schmelze gelangen, wozu vorzugsweise Kanäle größeren Querschnitts geeignet sind. Diese werden nachstehend beschrieben. Ist die Düseneinrichtung soweit vorgeschoben worden, dass nur noch der (rückwärtige) Abschnitt mit den kapillaren Kanälen im Bereich der Innenwand des metallurgischen Gefäßes vorhanden ist, muss aber über diesen Abschnitt die metallurgische Behandlung zumindest über einen kurzen Zeitraum erfolgen. Um diesen so kurz wie möglich zu halten soll der entsprechende Abschnitt so klein wie möglich sein. Durch weiteres Vorschieben kann die weitere Behandlung durch die nachfolgende Düseneinrichtung kurzfristig erfolgen.
Entsprechend weist der Körper, in Axialrichtung betrachtet, korrespondierend mindestens einen Kanal auf, der sich vom 2. Endabschnitt in Richtung auf den 1. Endabschnitt erstreckt und mit Abstand vor dem, dem ersten Endabschnitt zugehörigen freien Ende des Körpers, endet. Die Länge dieses Kanals soll nach Ausführungsformen mindestens 60 %, 70 % oder mindestens 80 % der Gesamtlänge des Körpers betragen.
Mit anderen Worten: Die (größere Länge) der "Haupt-Spülkanäle" gegenüber den kapillaren Kanälen ermöglicht es, entsprechend lange die Behandlung der Schmelze über diese Kanäle durchzuführen, die einen größeren Querschnitt als die kapillaren Kanäle aufweisen. Damit erhöht sich zwar die Gefahr einer Infiltration der Metallschmelze; die im rückwärtigen (äußeren) Teil des Körpers angeordneten kapillaren Kanäle bilden erfindungsgemäß aber eine Art "Durchbruchsicherung", indem ein strömungstechnischer Widerstand für etwaig eindringende Schmelze aufgebaut wird. Zwischen den kapillaren Kanälen und dem/den weiteren Kanälen kann eine Kammer (Gasverteil-) zur strömungstechnischen Verbindung angeordnet werden. Aus der beschriebenen Funktion ergibt sich, dass die Querschnittsfläche dieser Kammer größer ist als die Summe der Querschnittsfläche der kapillaren Kanäle des 1. Endabschnitts beziehungsweise der Kanäle des 2. Endabschnitts. Die Gasverteilkammern können aus Stahl oder hoch verdichteten keramischen Werkstoffen gebildet (begrenzt) werden. Sie können aber auch in situ aus dem keramischen Werkstoff der Düseneinrichtung zum Beispiel durch Ausbrennen gebildet sein.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Kanäle am gasauslassseitigen Ende (2. Endabschnitt) entlang einer gedachten Geraden anzuordnen, wobei diese Gerade im Einbauzustand der Düseneinrichtung horizontal verläuft. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass alle Kanäle gleichzeitig "aktiv" werden, wenn die Schmelze im metallurgischen Gefäß das (horizontale) Niveau der Kanäle erreicht hat. Dies reduziert die Gefahr einer Infiltration der Schmelze.
Die Erfindung umfasst schließlich ein metallurgisches Schmelzgefäß mit mindestens einer Düseneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 -20 im Wand- oder Bodenbereich, bei dem die Düseneinrichtung(en) in einer feuerfesten keramischen Umhüllung axial vorbewegt, axial zurückbewegt wird und/oder drehbar geführt ist. Es ist selbstverständlich, dass entsprechende mechanische Einrichtungen für die genannten Bewegungen vorzusehen sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen. Dabei können die beschriebenen Merkmale sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung herangezogen werden. Insoweit ist das nachfolgende Ausführungsbeispiel nicht beschränkend sondern stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform dar.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Düseneinrichtung, Figur 2 Darstellungen der in Figur 1 angegebenen Schnitte, Figur 3 zwei hintereinander angeordnete Düseneinrichtungen, teilweise in zugehörigen Lochsteinen verlaufend. Alle Figuren sind stark schematisiert und nicht maßstabsgetreu.
Die Düseneinrichung besteht aus einem stabförmigen Körper 10 einer Länge X. Wie die Schnitte nach Figur 2 zeigen, besitzt der Körper 10 aus feuerfestem keramischen Material einen Kreisquerschnitt.
Der keramische Teil 10k des Körpers 10 wird an einem 1. Endabschnitt 12 von einer Metallhülse 14 überragt, die mit dem keramischen Teil verbunden ist und ein Innengewinde 14g aufweist. Die Hülse 14 fluchtet außenseitig mit der Umfangsfläche des keramischen Teils 10k des Körpers 10.
Am gegenüberliegenden 2. Endabschnitt 16 ist eine weitere Hülse 18 im Körper 10k angeordnet, die den keramischen Teil 10k axial überragt und ein Außengewinde 1 8g aufweist, das korrespondierend zum Innengewinde 14g der Hülse 14 ausgebildet und angeordnet ist.
Vom 2. Endabschnitt 16 erstrecken sich jeweils über 4/5 der Gesamtlänge X des Körpers 10 drei, entlang einer (gedachten) Linie nebeneinander angeordnete Kanäle 20. Die Kanäle 20 überragen den keramischen Teil 10k des Körpers 10 am 2. Endabschnitt 16, wobei dieser Teil mit 20v bezeichnet ist. Der Teil 20v endet vor dem freien Ende der Hülse 18. In Richtung auf den 1. Endabschnitt 12 enden die Kanäle 20 in einer Gasverteilkammer 22, die im keramischen Körper 10k ausgebildet ist. Von der Gasverteilkammer 22 erstrecken sich in axialer Verlängerung der Kanäle 20 eine Vielzahl kapillarer Kanäle 24 bis zu einer weiteren Gasverteilkammer 26, die teilweise im keramischen Teil 10k des Körpers 10 einliegt, diesen aber auch geringfügig überragt (analog dem Teil 20v der Kanäle 20).
Von dieser weiteren Gasverteilkammer 26 verläuft eine Leitung 28, die ein Außengewinde aufweist. Die Leitung 28 endet mehr oder wenig bündig mit dem freien Ende der Hülse 14,
Eine (nicht dargestellte) Gaszuführleitung kann an die Leitung 28 angeschlossen werden.
Es entspricht der Funktion der Düseneinrichtung, dass die Leitung 28 mit der Gasverteilkammer 26, mit den anschießenden kapillaren Kanälen 24, der darauf folgenden Gasverteilkammer 22 und den weiteren Kanälen 20 in strömungstechnischer Verbindung steht, sodass ein Behandlungsgas mit oder ohne Feststoffe durch den Körper 10k transportiert werden kann.
Der Einbau dieser Düseneinrichtung, beispielsweise in die Wand eines Konverters, erfolgt beispielsweise durch Einsetzen in einen korrespondierenden Lochstein. Figur 3 zeigt einen solchen feuerfesten keramischen Lochstein, der hier aus vier hintereinander angeordneten Segmenten 30, 32, 34, 36 besteht. Die endseitigen Segmente 30, 36 weisen einen etwas kleineren Innendurchmesser auf als die mittleren Segmente 32, 34, sodass ein Ringraum 38 zwischen der Düseneinrichtung und den Segmenten 32, 34 entsteht, der ein feuerfestes Gleitmittel aufnehmen kann, um die axiale Bewegbarkeit der Düseneinrichtungen im Betrieb zu erleichtern. Nach Anschluss der Gaszuführleitung kann die Behandlung der metallurgischen Schmelze zum Beispiel mittels eines Inertgases, wie Argon, erfolgen. Der zweite Endabschnitt 16 ist dabei der Metallschmelze M benachbart. Dies führt unmittelbar zu einem Aufschmelzen der Hülse 18. Sobald der Körper 10 zum Beispiel im Abschnitt 10. 1 verschlissen ist (gestrichelt in Figur 3 dargestellt), wird er in Axialrichtung vorgeschoben.
Bereits zu diesem Zeitpunkt, oder später, wird eine weitere, insbesondere baugleiche Düseneinrichtung mit ihrem 2. Endabschnitt 16 auf den 1. Endabschnitt 12 der bereits vorhandenen Düseneinrichtung aufgesetzt (hier: aufgeschraubt), wobei zu diesem Zweck die Gasanschlussleitung kurzfristig abgenommen wird. Aufgrund der dargestellten konstruktiven Gestaltung wird der Teil 20v der weiteren Düseneinrichtung beim Aufschrauben in die Leitung 28 eingeschoben. Nach Verbindung der beiden Düseneinrichtungen wird die Gasanschlussleitung an die Leitung 28 der weiteren (neuen) Düseneinrichtung wieder angeschlossen und die Spülbehandlung kann, bei nur kurzer Unterbrechung, weitergehen. Diese Maßnahme lässt sich nahezu beliebig wiederholen. Es kommt nicht mehr auf die Standzeit der Düseneinrichtung an, wie im Stand der Technik, sondern nur noch auf die Standzeit der feuerfesten Auskleidung des metallurgischen Schmelzgefäßes, was einen erheblichen Fortschritt bedeutet.
Die Bemaßung der Düseneinrichtungen im Verhältnis zum Lochstein ist so, dass xi + L] > x2 + L2 ist. Dabei gilt:
Xi = Abstand des der Metallschmelze benachbarten Endes des Lochsteins bis zur Gasverteilkammer 22 des ersten Spülelements Si
Li = Abstand der Gasverteilkammern 22, 26 des ersten Spülelements Si x2 = Abstand des kaltseitigen Endes des Lochsteins bis zur Gasverteilkammer 22 des zweiten Spülelements S Abstand der Gasverteilkammern 22, 26 des zweiten Spülelements S2 wobei die Position der jeweils zweiten Gasverteilkammer 26 mit dem Ende des Spülelements hier gleichgesetzt wird.
Durch diese Bemaßung wird die Sicherheit der Spülanordnung zusätzlich erhöht. Ebenso können die Düsenanordnungen so lang gewählt werden, dass jeweils mindestens zwei " Sicherheitsbereiche" (= Abschnitte mit kapillaren Kanälen 24) im Bereich des Lochsteins liegen.

Claims

Düseneinrichtung und zugehöriges metallurgisches SchmelzgefäßP a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Düseneinrichtung zum Einleiten fluider Medien in eine Schmelze, mit folgenden Merkmalen: a) einem stabförmigem Körper (10) aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, b) mindestens einem Kanal (20, 24), der sich von einem ersten Endabschnitt (12) des Körpers (10) durch diesen hindurch zu einem zweiten Endabschnitt (16) des Körpers (10) erstreckt, c) einer Einrichtung (28) am ersten Endabschnitt (12) zur Zuführung mindestens eines Fluids in den mindestens einen Kanal (20, 24), d) mindestens einem Adapter (14, 18) an mindestens einem Endabschnitt (12, 16) des Körpers (10) zum axialen Anschluss einer weiteren Düseneinrichtung,
2. Düseneinrichtung nach Anspruch 1, deren Adapter (14, 18) aus einer Hülse besteht, die an einem Endabschnitt (12, 16) befestigt ist und über den Endabschnitt (12, 16) vorsteht.
3. Düseneinrichtung nach Anspruch 1, deren Adapter (14, 18) mit einem Gewinde (14g, 18g) ausgebildet ist.
4. Düseneinrichtung nach Anspruch 1, mit einem zweiten Adapter (18, 14) an dem anderen Endabschnitt (16, 12), wobei die Adapter (14, 18) zur formschlüssigen Verbindung miteinander ausgebildet sind.
5. Düseneinrichtung nach Anspruch 4, bei der die Adapter (14, 18) mit korrespondierenden Gewinden (14g, 18g) ausgebildet sind.
6. Düseneinrichtung nach Anspruch 4, bei der die Adapter nach Art eines Bayonettverschlusses miteinander verbindbar sind.
7. Düseneimichtung nach Anspruch 1 , bei der die Eimichtung zur Zuführung mindestens eines Fluids abnehmbar ausgebildet ist.
8. Düseneinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (28) zur Zuführung mindestens eines Fluids ein Rohr umfasst, welches in einen Raum (26) mündet, der mit dem mindestens einen Kanal (24) in strömungstechnischer Verbindung steht.
9. Düseneimichtung nach Anspruch 1, deren Körper (10), in Axialrichtung betrachtet, mit einer Vielzahl von kapillaren Kanälen (24) ausgebildet ist, die sich vom ersten Endabschnitt (12) in Richtung auf den zweiten Endabschnitt (16) bis maximal zur Hälftte der Länge (X) des Körpers (10) erstrecken.
10. Düseneinrichtung nach Anspruch 9, bei der sich die kapillaren Kanäle (24) über eine Länge kleiner 30% der Gesamtlänge des Körpers (10) erstrecken.
11. Düseneinrichtung nach Anspruch 9, bei der sich die kapillaren Kanäle (24) über eine Länge kleiner 20% der Gesamtlänge des Körpers (10) erstrecken.
12. Düseneimichtung nach Anspruch 9, bei der sich die kapillaren Kanäle (24) über eine Länge kleiner 10% der Gesamtlänge des Körpers (10) erstrecken.
13. Düseneimichtung nach Anspruch 1, deren Körper (10), in Axialrichtung betrachtet, mit mindestens einem Kanal (20) ausgebildet ist, der sich vom zweiten Endabschnitt (16) in Richtung auf den ersten Endabschnitt (12) erstreckt und mit Abstand vor dem, dem ersten Endabschnitt (12) zugehörigen freien Ende des Körpers (10) endet.
14. Düseneimichtung nach Anspruch 13, bei der sich der mindestens eine Kanal (20) über mindestens 60% der Gesamtlänge des Körpers (10) erstreckt.
15. Düseneimichtung nach Anspruch 13, bei der sich der mindestens eine Kanal (20) über mindestens 70% der Gesamtlänge des Körpers (10) erstreckt.
16. Düseneimichtung nach Anspruch 13, bei der sich der mindestens eine Kanal (20) über mindestens 80% der Gesamtlänge des Körpers (10) erstreckt.
17. Düseneimichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der zwischen den kapillaren Kanälen (24) und dem Mindestens einen Kanal (20) eine Kammer (22) zur strömungstechnischen Verbindung des Kanals (20) mit den kapillaren Kanälen (24) angeordnet ist.
18. Düseneimichtung nach Anspruch 1 mit mehreren Kanälen (20) im Bereich des zweiten Endabschnitts (16) des Körpers (10), wobei die Kanäle (20) entlang einer gedachten Geraden angeordnet sind.
19. Düseneimichtung nach Anspruch 1, deren Körper (10) eine Zylinderform aufweist.
20. Metallurgisches Schmelzgefäß mit mindestens einer Düseneimichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 im Wand- oder Bodenbereich, bei dem die Düseneimichtung in einer feuerfesten keramischen Umhüllung axial vor und zurück bewegbar und/oder drehbar geführt ist.
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