DE1811512B1

DE1811512B1 - Blow nozzle for oxygen and fuel, especially for hearth furnaces

Info

Publication number: DE1811512B1
Application number: DE19681811512
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kunioka; Takeshi Tada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1968-11-28
Filing date: 1968-11-28
Publication date: 1970-06-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Blasdüse für Sauerstoff und Brennstoff, insbesondere für Herdschmelzöfen, mit mehreren Düsenöffnungen und einem im mittigen Axialabschnitt einer Lanze eingesetzten Brennstoffblasrohr, einem die Außenseite dieses Brennstoffblasrohres umgebenden Sauerstoffblasrohr und einem Kühlmantel um einen Abschnitt dieses Sauerstoffblasrohres. The invention relates to a nozzle for oxygen and fuel, especially for hearth furnaces, with several nozzle openings and one in the middle Axial section of a lance inserted fuel blow tube, one the outside this fuel blow tube surrounding oxygen blow tube and a cooling jacket a section of this oxygen blowpipe.

In der Eisen- und Stahlindustrie ist es erwünscht, in Herdschmelzöfen, wie etwa in Siemens-Martin-Öfen oder Konvertern kaltes Beschickungsgut, wie etwa festes Roheisen und Schrott, in großen Mengen kurzzeitig zu schmelzen. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Arten von Blasdüsen für Sauerstoff und Brennstoff entwickelt, jedoch arbeiten diese Blasdüsen beim Einblasen von Brennstoff hauptsächlich mit einer Düse mit einer einzigen Düsenöffnung. In the iron and steel industry, it is desirable to use hearth melting furnaces, such as cold loads in Siemens-Martin ovens or converters, such as solid pig iron and scrap, to be melted briefly in large quantities. To this Various types of air nozzles for oxygen and fuel have been developed for the purpose however, these tuyeres work mainly with the injection of fuel a nozzle with a single nozzle opening.

Beim Blasverfahren ist jedoch eine hohe Flammentemperatur sowie eine Flamme mit einer großen Heizfläche erforderlich, während bei den bekannten Lanzen die Ausbreitung der Flamme durch die einzige Düse begrenzt ist.In the blowing process, however, there is a high flame temperature as well as a Flame with a large heating surface is required, while with the known lances the spread of the flame is limited by the single nozzle.

Aus der USA.-Patentschrift 3 130 252 ist eine Konstruktion bekannt, die aus einem Brennstoffblasrohr, einem dieses umgebenden Sauerstoffblasrohr und einem Kühlmantel besteht. Der Brennstoff tritt durch eine einzige, Laval-förmige Düse aus, hinter deren Halsabschnitt Sauerstoff durch eine Anzahl von Laval-förmigen Düsen eingeblasen wird. Die Sauerstoffstrahlen aus diesen Düsen treffen sich in einem Punkt vor der Brennstoffdüse. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß Brennstoff und Sauerstoff verhält nismäßig schlecht durchmischt werden, und insbesondere, daß die Ausbreitung der Flamme vor der Düse verhältnismäßig begrenzt ist. A construction is known from US Pat. No. 3,130,252 from a fuel blow tube, a surrounding oxygen blow tube and a cooling jacket. The fuel enters through a single, Laval-shaped one Nozzle out, behind the neck portion of which oxygen through a number of Laval-shaped Injected nozzles. The oxygen jets from these nozzles meet in a point in front of the fuel nozzle. This arrangement has the disadvantage that fuel and oxygen behaves poorly mixed, and in particular that the spread of the flame in front of the nozzle is relatively limited.

Es ist auch bekannt, beim Betrieb eines Konverters oder Herdschmelzofens Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder ein Argon-Sauerstoff-Gemisch od. dgl. einerseits und Brennstoff andererseits durch getrennte Düsen einzublasen. Das erfordert jedoch getrennte Arbeitsvorgänge für die Bedienung dieser Düsen und gibt häufig zu Störungen Anlaß. It is also known to operate a converter or hearth furnace Oxygen, oxygen-enriched air, or an argon-oxygen mixture od. The like. On the one hand and fuel on the other hand to be injected through separate nozzles. However, this requires separate operations for operating these nozzles and often gives rise to disturbances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lanze für Sauerstoff und Brennstoff so auszubilden, daß ein gut durchmischtes Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch aus der Lanze austritt und eine Flamme mit einer möglichst großen Heizfläche bildet. The invention is based on the object of a lance for oxygen and to form fuel in such a way that a well-mixed fuel-oxygen mixture emerges from the lance and forms a flame with the largest possible heating surface.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anzahl von Düsen, die ähnlich Laval-Düsen ausgebildet sind, in radialer Richtung und schräg nach unten im unteren Endabschnitt eines Sauerstoffblasrohres angeordnet sind und daß Brennstoffblaskanäle eine Verteilerkammer am unteren Ende des Brennstoffblasrohres in schräg nach unten verlaufender Anordnung mit einer Stelle unterhalb des Halsabschnittes der jeweiligen, als Laval-Düsen ausgebildeten Düsen verbinden. This object is achieved according to the invention in that a number of nozzles, which are designed similar to Laval nozzles, in a radial direction and at an angle are arranged downward in the lower end portion of an oxygen blowing tube and that fuel blow ducts have a manifold chamber at the lower end of the fuel blow tube in a downward sloping arrangement with a point below the neck portion of the respective nozzles designed as Laval nozzles.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht eine gemäß der Erfindung ausgebildete Lanze mit mehreren Blasdüsen darstellt, die den Hauptteil des Aufbaus zeigt; Fig.2 ist ein Schnitt des unteren Teiles dieser Blasdüse; F i g. 3 ist eine Ansicht der gleichen Blasdüse von unten; Fig.4 zeigt schematisch die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der aus den Düsen auftretenden Strahlen, wobei A die Verteilung einer erfindungsgemäßen Düse mit mehreren Düsenöffnungen und B die Verteilung einer bekannten Düse mit einer einzigen Düsenöffnung darstellt. An example embodiment of the invention is provided below explained in more detail with reference to the drawing, in FIG. 1 in a partially cutaway Side view of a lance designed according to the invention with a plurality of blow nozzles Fig. 13 showing the main part of the structure; Fig.2 is a section of the lower one Part of this nozzle; F i g. 3 is a bottom view of the same tuyere; Fig. 4 shows schematically the distribution of the flow velocity or the out the jets occurring jets, where A is the distribution of an inventive Nozzle with several nozzle openings and B the distribution of a known nozzle with a represents single nozzle opening.

In den Figuren ist mit 1 ein Sauerstoffblasrohr bezeichnet, das an seinem oberen Abschnitt zur Ausbildung einer Sauerstoffeinlaßleitung in der Form eines umgedrehten l gekrümmt ist. Durch die Mitte des Hauptabschnittes dieses Einlasses bis zum Ende des Sauerstoffblasrohres 1 verläuft ein Brennstoffblasrohr 2. Mit 3 ist ein Kühlmantel bezeichnet, der konzentrisch den Hauptabschnitt dieses Sauerstoffblasrohres 1 umschließt und nahe seinem oberen Ende mit einem Stutzen 4 zum Einleiten von Kühlwasser versehen ist (Fig. 1). Konzentrisch um den Hauptteil dieses Kühlmantels 3 ist ein außen liegender Mantel 5 so angeordnet, daß die durch ihn gebildete Kammer 5 a mit einer durch den Kühlmantel 3 gebildeten Kammer 3 a am unteren Ende der Lanze in Verbindung steht. Nahe dem oberen Ende dieses außen liegenden Mantels 5 ist ein Stutzen 6 für den Abfluß des Kühlwassers angeschlossen. Damit der obere Endabschnitt des Brennstoffblasrohres 2 in die Mitte des Sauerstoffblasrohres 1 eingeschraubt werden kann, sind Klemmsitze bzw. Halter 16 und 17 vorgesehen, die durch Schrauben 9 aneinandergedrückt werden und zwischen denen eine Dichtung 10 liegt. In the figures, 1 denotes an oxygen blower tube that is connected to its upper portion to form an oxygen inlet conduit in the mold of an upside-down l is curved. Through the middle of the main section of this inlet A fuel blower tube 2 extends to the end of the oxygen blower tube 1 denotes a cooling jacket concentrically concentrating the main portion of this oxygen blowing tube 1 encloses and near its upper end with a nozzle 4 for introducing cooling water is provided (Fig. 1). Concentric around the main part of this cooling jacket 3 is a outer jacket 5 arranged so that the chamber formed by it 5 a with a chamber 3 a formed by the cooling jacket 3 at the lower end of the lance in Connection. Near the upper end of this outer shell 5 is a Nozzle 6 connected for the drainage of the cooling water. So that the upper end section of the fuel blow tube 2 is screwed into the middle of the oxygen blow tube 1 can be, clamp seats or holders 16 and 17 are provided by screws 9 are pressed against each other and between which a seal 10 is located.

Wie deutlich aus Fig.2 hervorgeht, mündet das untere Ende des Brennstoffblasrohres 2 in eine Verteilerkammer 12, die zentrisch im unteren Abschnitt der Blasdüse ausgebildet ist. Von dieser Verteilerkammer 12 führen mehrere Brennstoffblaskanäle 7 schräg nach unten, die mit radial angeordneten, ähnlich Laval-Düsen ausgebildeten Düsen 8 in Verbindung stehen (F i g. 3). Diese Brennstoffblaskanäle 7 liegen in dem sich etwas nach außen erweiternden unteren Ende des Sauerstoffblasrohres 1. Die Anzahl dieser Brennstoffblaskanäle 7 und der ähnlich Laval-Düsen ausgebildeten Düsen 8 kann beliebig gewählt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden drei Düsen verwendet, und die Brennstoffblaskanäle 7 münden hierbei unter dem Halsabschnitt 18 der einzelnen Düsen 8. Genauer ausgedrückt erweitert sich eine Düse 8 an einem Ende nach oben trichterförmig in den Innenraum 1 a des Sauerstoffblasrohres 1, und ebenso erweitert sie sich am anderen Ende nach unten zur Außenseite hin. Zwischen diesen beiden Endabschnitten der Düse ist ein Hals abschnitt 18 ausgebildet, der durch parallele gerade Seitenwände zweckmäßiger Länge gebildet wird, wodurch dem Sauerstoffstrahl die erwünschte Strömungsgeschwindigkeit erteilt und dieser in eine zweckmäßige Richtung geführt wird oder sich fortsetzt. As can be clearly seen from FIG. 2, the lower end of the fuel blow pipe opens 2 in a distribution chamber 12, which is formed centrally in the lower section of the blower nozzle is. From this distribution chamber 12, several fuel blow ducts 7 lead obliquely downwards, the nozzles with radially arranged, similar Laval nozzles 8 are related (Fig. 3). These fuel blow channels 7 are located in the The lower end of the oxygen blower tube widening slightly outwards 1. The number these fuel blow ducts 7 and the nozzles 8, which are designed similarly to Laval nozzles can be chosen arbitrarily. In the illustrated embodiment, there are three Nozzles are used, and the fuel blow channels 7 open out here under the neck portion 18 of the individual nozzles 8. Expressed more precisely, a nozzle 8 expands at one End up funnel-shaped into the interior 1 a of the oxygen blower tube 1, and it also widens at the other end downwards to the outside. Between These two end portions of the nozzle, a neck portion 18 is formed which is formed by parallel straight side walls of appropriate length, whereby the Oxygen jet given the desired flow rate and this in a appropriate direction is guided or continues.

Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Lanze mit einer Blasdüse für Sauerstoff und Brennstoff mit mehreren Düsenöffnungen wird zunächst zur Ausbildung des Kühlmantels 3, des außen liegenden Mantels 5 und des Sauerstoffblasrohres 1 ein Hauptteil und ein unterer Endabschnitt getrennt hergestellt, die dann beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden werden. Auf diese Weise können die Blasdüse und das Sauerstoffblasrohrl trotz der vielteiligen Bauweise relativ einfach und leicht hergestellt werden. Außerdem kann mit diesem unteren Endabschnitt eine bisher übliche Lanze in einfacher Weise zu einer Lanze mit mehreren Düsen-Öffnungen umgebaut werden, damit man optimale Arbeitsbedingunge erhält, indem man diesen Tcil bei Bedarf auswcchselt. In the manufacture of a lance according to the invention with a blow nozzle for oxygen and fuel with multiple nozzle openings is first used for training of the cooling jacket 3, the outer jacket 5 and the oxygen blowing tube 1 a main part and a lower end section made separately, which then for example be connected to each other by welding. This way you can use the nozzle and the oxygen blowing tube despite the multi-part construction relatively can be produced simply and easily. In addition, this lower end section a previously common lance in a simple manner to a lance with several nozzle openings be rebuilt so that you get optimal working conditions by using this Tcil changed if necessary.

Die erfindungsgemäße Blasdüse arbeitet wie folgt: Wenn Sauerstoff od. dgl. unter hohcm Druck in das Sauerstoffblasrohr 1 eingeleitet wird, so tritt cr an den einzelnen Düsen 8 mit Überschallgeschwindigkeit aus. Dabei wird Brennstoff durch das konzentrisch zum Sauerstoffblasrohr 1 angeordnete Brennstoffblasrohr 2 zum Lanzenende und in die Verteilerkammer 12 geleitet, die zwischen den jeweiligen Düsen 8 ausgebildet ist, und von dieser aus durch die Brennstoffblaskanäle 7, die in den betreffenden Düsen 8 münden, wobei der Brennstoff zerstäubt und gleichzeitig mit Sauerstoff gut durchmischt wird. The nozzle according to the invention works as follows: When oxygen or the like is introduced into the oxygen blowing tube 1 under high pressure, so occurs cr at the individual nozzles 8 at supersonic speed. This is fuel by the fuel blowing tube 2 arranged concentrically to the oxygen blowing tube 1 directed to the end of the lance and into the distribution chamber 12, which is between the respective Nozzles 8 is formed, and from this through the fuel blow channels 7, the open into the relevant nozzles 8, the fuel being atomized and simultaneously is well mixed with oxygen.

Das aus Brennstoff und Sauerstoff bestehende Gas tritt in einer Strahlform. wie sie in F i g. 4 A dargestellt ist, aus den Düsen aus. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen ist die Verteilung der aus den einzelnen, ähnlich Laval-Düsen ausgebildeten Düsen 8 austretenden Strahlen bzw. die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten nicht nur identisch, sondern es ergibt sich auch eine Strahlausbreitung, ähnlich der einer Düse mit einer einzigen Düsenöffnung, wie sie in Fig. 4 B dargestellt ist. Damit ergibt sich selbst an einer Stelle, die von der Düsenachse entfernt liegt, eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit bzw. eine große Gasmenge. Außerdem ist die gesamte Ausbreitung des durch diese Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen eingeblasenen Fluids beträchtlich größer als jene, die man mit einer Düse mit einer einzigen Düsenöffnung erhält. Demzufolge wird mit einer erfindungsgemäßen Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen unter den gleichen Brenn- bedingungen nicht nur der Verbrennungswirkungsgrad verbessert, sondern auch der Wärmcübergang zu der @ großen l\ícntlc an kaltem Beschickungsgut gegenüber einer herkömmlichen Düse mit einer einzigen Düsenöffnung verbessert. Wenn der Aufheizvorgang unterbrochen wird, um durch Aufblasen von reinem Sauerstoff zu frischen. so kann weiterhin die erfindungsgemäße Blasdüse auch als gewöhnliche Sauerstoffblasianze verwendet werden, indem man die Zufuhr von Schweröl als Brennstoff unterbricht und gegebenenfalls eine gewisse Menge Wåsserdampf in das Brennstoffblasrohr einleitet, um einen Gegenstrom von Schweröl zu verhindern. Demzufolge kann eine erfindungsgemäße Blasdüse mit mehreren Düsenöffnungen in äußerst wirksamer Weise in einem Herdofen oder in einem Konverter zum Schmelzen großer Mengen kalten Beschickungsgutes sowie als gewöhnliche Sauerstoffblaslanze verwendet werden.The gas, made up of fuel and oxygen, occurs in a jet shape. as shown in FIG. 4 A is shown from the nozzles. When using an inventive Blowing nozzle with several nozzle openings is the distribution of that of the individual, similar Laval nozzles formed nozzles 8 exiting jets or the distribution of the Flow velocities are not only identical, but there is also one Jet spread, similar to that of a nozzle with a single nozzle opening like her is shown in Fig. 4B. This results in itself at a point that is determined by the The nozzle axis is away, a sufficiently high flow velocity or a large amount of gas. Also, the entire spread of the air through this air nozzle is using several nozzle openings of the injected fluid are considerably larger than those that can be with a nozzle with a single nozzle opening. As a result, with a Blowing nozzle according to the invention with several nozzle openings under the same fuel conditions not only improves the combustion efficiency, but also the heat transfer to the @ large l \ ícntlc of cold loading goods compared to a conventional one Improved nozzle with a single nozzle opening. When the heating process is interrupted is used to freshen up by inflating pure oxygen. so can continue the Blowing nozzle according to the invention can also be used as a normal oxygen blowing, by interrupting the supply of heavy oil as fuel and, if necessary introduces a certain amount of water vapor into the fuel blow pipe in a countercurrent to prevent heavy fuel oil. Accordingly, a nozzle according to the invention can have several Nozzle orifices extremely effective in a hearth furnace or converter for melting large quantities of cold charging material and as a normal oxygen blowing lance be used.

Claims

Claim: Blowing nozzle for oxygen and fuel, in particular for hearth melting furnaces, with several nozzle openings and one in the central axial section a lance inserted fuel blow tube, one the outside of this fuel blow tube surrounding oxygen blowing tube and a cooling jacket around a section of this oxygen blowing tube, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that a number of nozzles (8) that are similar Laval nozzles are formed in the radial direction and obliquely downwards in the lower End portion of the oxygen blowing tube (1) are arranged and that fuel blowing channels (7) a distribution chamber (12) at the lower end of the fuel blow pipe (2) at an angle downwardly extending arrangement with a point below the neck portion (18) of the respective nozzles (8) designed as Laval nozzles.