VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SCHUTZ EINER
IN EINER HEIßWINDLEITUNG EINES HOCHOFENS
ANGEORDNETEN EINBLASVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung ge¬ mäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Einblaslanzen, mit denen Kohlenstaub als Ersatzbrennstoff, beispielsweise für stückigen Koks und Heizöl, mittels eines Trägergases in die Heißwindleitung eines Hochofens eingebla¬ sen wird, werden seit langem bei der Verhüttung von Eisener- zen eingesetzt (Stahl und Eisen 110, 1990, S. 35 bis 40) .
Seit kurzem werden Bemühungen angestellt, durch Einblasen von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases zusammen mit dem von einem Trägergas mitgeführten Kohlenstaub die bislang möglichen maximalen Einblasmengen an Kohlenstaub zu erhöhen.
Dies führt in Verbindung mit der etwa 1200°C betragenden Heißwindtemperatur zu einer starken Rückbrandneigung im Mün¬ dungsbereich der Einblaslanze.
Aus der US-PS 37 58 090 ist eine Anordnung bekannt, mit der eine in die Heißwindleitung eines Hochofens eingesetzte Ein¬ blaslanze zum Einblasen von Brennstoff gekühlt werden kann. Die bekannte Einblaslanze besteht aus einem zentralen Rohr, das zur Zuführung von Heizöl dient. Das zentrale Rohr wird konzentrisch von einem mehrwandigen äußeren Rohr umgeben, in dem Sauerstoff zugeführt wird, der zur Zerstäubung und Ver¬ brennung des aus dem zentralen Rohr austretenden Heizöls dient. Zur Kühlung weist das äußere Rohr einen Kühlmittelka¬ nal auf, der über einen Zuführstutzen und einen Abführstutzen eine Kühlmittelzirkulation im äußeren Rohr ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens verfügbar zu machen, die eine stärkere, den Rückbrand vermindernde Kühlung der Einblaslanze ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des An¬ spruchs 1 gekennzeichnet.
Bei einer Zweirohrlanze erfolgt das Einblasen des Kohlen- staubs durch den zentralen Kanal und das Einblasen eines Ge¬ misches aus sauerstoffhaltigem Gas und dem Kühlfluid durch einen, den zentralen Kanal umgebenden Ringkanal.
Bei einer Dreirohrlanze wird Kohlenstaub durch den zentralen Kanal, Sauerstoffhaltiges Gas durch den inneren und das Kiihl¬ fluid durch den äußeren Ringkanal eingeblasen. Hierdurch ist eine voneinander unabhängige Drucksteuerung für das Sauer¬ stoffhaltige Gas und das Kühlfluid möglich.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn als Kühlfluid Wasser verwendet wird, das mittels eines Trägergases zer¬ stäubt als Sprühnebel eingeblasen wird. Infolge der Zerstäu¬ bung des Wassers bilden sich Mikrotropfen, die zumindest teilweise Kontakt mit der zu kühlenden Rohrwandung haben und aufgrund ihrer Verdampfungsenthalpie einen besonders effekti¬ ven Anteil an der Gesamtkühlung liefern, die im übrigen durch einen Wärmeübergang von der Rohrwandung auf das vorbeiströ¬ mende Kühlfluid, das aus dem Wasser und dem Trägergas gebil¬ det ist, erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet.
Anhand der nachfolgenden Zeichnungen werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei¬ gen:
Fig. 1 eine Einblasvorrichtung zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens, die in eine Heißwindleitung eines Hochofens eingesetzt ist;
Fig. 2 eine Einblaslanze einer gemäß Fig. 1 in eine Heißwind- leitung eines Hochofens eingesetzten Einblasvorrich¬ tung in einem Längsschnitt;
Fig. 3 die Einblaslanze gemäß Fig. 2 in einem Querschnitt längs dem Schnittlinienverlauf III-III in Fig. 2;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Einblaslanze im Längsschnitt;
Fig. 5 einen Querschnitt der Einblaslanze gemäß Fig. 4 längs dem Schnittlinienverlauf V-V in Fig. 4;
Fig. 6 eine gemäß Fig. 1 in die Heißwindleitung eines Hoch¬ ofens eingesetzte Einblasvorrichtung mit einer in ei¬ ner Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Einblaslanze.
Fig. 1 zeigt eine Einblasvorrichtung 10 mit einer Einblaslan¬ ze 11 und einer Aufnahmeeinrichtung 12 zur Aufnahme der Ein¬ blaslanze 11 in einer Außenwandung 13 einer Heißwindleitung 14.
Die Heißwindleitung 14 dient der Zuführung von etwa 1200°C heißer Luft in den Innenraum eines hier nicht näher darge¬ stellten Hochofens. Die Heißwindleitung 14 mündet in eine wassergekühlte Windform 15, die von einem wassergekühlten Windformeinsatz 16 aufgenommen wird. Der Windformeinsatz 16 ist in eine Wandung 17 des Hochofens eingesetzt.
Die Einblasvorrichtung 10 dient zum Einblasen von Kohlenstaub in die Heißwindleitung 14 des Hochofens. Der aus der Einblas¬ lanze 11 in den Heißwind austretende Kohlenstaub wird durch den Heißwind erhitzt und spätestens bei Eintritt in den Hoch- ofen gezündet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Einblaslanze 11. Sie besteht aus einem zentralen Innenrohr 18, zu dem ein Außenrohr 19 konzentrisch angeordnet ist. Das Innenrohr 18 bildet einen zentralen Kanal 20 und das Außen¬ rohr 19 durch eine radiale Beabstandung zum Innenrohr 18 ei¬ nen Ringkanal 21 (Fig. 3). Das Innenrohr 18 ist mit einem Einlaß 22 zur Zuführung eines Gemisches aus einem Trägergas und Kohlenstaub versehen. Das Außenrohr 19 weist zwei durch eine Scheidewand 23 voneinander getrennte Einlasse 24, 25 auf, wobei der zu einem geschlossenen Rohrende 26 hin gelege¬ ne Einlaß 24 zur Zuführung von Wasser und der benachbarte Einlaß 25 zur Zuführung von Sauerstoff dient.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Einblaslanze 11 kann zur Durchführung des an sich bekannten Verfahrens verwendet wer¬ den, durch das zentrale Innenrohr 18 mittels eines Trägerga¬ ses Kohlenstaub einzublasen und zur besseren Verbrennung des Kohlenstaubs durch den Ringkanal 21 Sauerstoff zuzuführen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun dem im Ringka¬ nal 21 geführten Sauerstoff Wasser durch den Einlaß 24 hinzu¬ gegeben, so daß das Wasser durch den an der Scheidewand 23 vorbeiströmenden Sauerstoff mitgerissen und unter Bildung feiner Mikrotropfen zerstäubt wird. Der auf diese Weise ge¬ bildete Sprühnebel aus Sauerstoff und Wasser dient sowohl zur Verbrennung des aus dem Kanal 20 austretenden Kohlenstaubs als auch zur Kühlung der Rohrwandungen des Innenrohrs 18 und des Außenrohrs 19 einschließlich des Austrittsquerschnitts 27 der Einblaslanze 11, der, wie in Fig. 1 dargestellt, dem Heißwindstrom in der Heißwindleitung 14 ausgesetzt ist.
Bei der erläuterten Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens dient somit der Sauerstoff nicht nur der besseren Verbrennung des Kohlenstaubs, sondern auch als Trägergas für das zerstäubte Wasser.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Einblaslanze 28 zur Durchführung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Einblaslanze 28 besteht aus einem zentralen Innenrohr 29, ei¬ nem Mittelrohr 30 und einem Außenrohr 31. Das Innenrohr 29 und das Mittelrohr 30 sowie das Außenrohr 31 sind konzen¬ trisch und mit radial voneinander beabstandeten Rohrwandungen angeordnet. Das Innenrohr 29 bildet einen zentralen Kanal 32; das Innenrohr 29 und das Mittelrohr 30 einen inneren Ringka¬ nal 33; das Mittelrohr 30 und das Außenrohr 31 einen äußeren Ringkanal 34. Das Innenrohr 29 weist an seinem geschlossenen Rohrende 35 einen Einlaß 36 zur Zuführung eines Gemisches aus einem Trägergas und Kohlenstaub auf. Das Mittelrohr 30 weist im Bereich seines geschlossenen Rohrendes 37 einen Einlaß 38 zur Zuführung von Sauerstoff auf. Das Außenrohr 31 weist schließlich im Bereich seines geschlossenen Rohrendes 39 ei¬ nen unmittelbar am Rohrende angeordneten Einlaß 40 zur Zufüh¬ rung von Wasser und einen hierzu benachbarten, durch eine Scheidewand 41 abgeteilten Einlaß 42 zur Zuführung von Luft als Trägergas auf.
Bei dieser Einblaslanze wird durch den zentralen Kanal 32 Kohlenstaub, suspendiert in einem Trägergas, durch den inne¬ ren Ringkanal 33 Sauerstoff und durch den äußeren Ringkanal 34 ein Sprühnebel aus Wasser mit Luft als Trägergas eingebla- sen.
Die getrennte Zuführung des Kühlfluids und des Sauerstoffs ermöglicht eine voneinander unabhängige Steuerung der Aus¬ trittsmengen dieser Medien.
Fig. 6 zeigt die Einblasvorrichtung 10 mit der Aufnahmeein¬ richtung 12 zur Aufnahme der Einblaslanze 11 beziehungsweise 28.
Die Aufnahmeeinrichtung 12 weist einen Anschlußbereich 44 auf, mit dem sie in eine Anschlußöffnung 45 der Außenwandung 13 der Heißwindleitung 14 eingesetzt ist. Die Einblaslanze 11 bzw. 28 ist in ihrer Längsrichtung in die Aufnahmeeinrichtung 12 einschiebbar und wird im eingeschobenen Zustand in zwei Aufnahmebohrungen 46, 47 der Aufnahmeeinrichtung 12 gehalten. Hierbei ist die Einblaslanze 11, 28 unter spitzem Winkel zur Heißwindströmung in der Heißwindleitung 14 ausgerichtet. Die Austrittsöffnung 27, 43 der Einblaslanze 11, 28 befindet sich dabei etwa im Bereich der Strömungsmittellinie der Heißwind- Strömung.
An den Anschlußbereich 44 der Aufnahmeeinrichtung 12 schließt sich ein der Kontur der Außenwandung 13 der Heißwindleitung 14 angepaßter Gehäuseteil 48 an. Der Gehäuseteil 48 weist ei- ne Verschließeinrichtung 49 auf, die für einen selbsttätigen Verschluß der Aufnahmebohrung 46 nach Herausnahme der Ein¬ blaslanze 11, 28 aus der Aufnahmeeinrichtung 12 sorgt.
Die Verschließeinrichtung 49 besteht aus einem deckelartigen Schließteil 50, das in einer Führungsnut 51 im wesentlichen parallel zur Außenwandung 13 der Heißwindleitung 14 ver¬ schiebbar geführt ist. Zwischen einem als Anschlag 52 ausge¬ bildeten Nutgrund und einem dem Anschlag 52 zugewandten End¬ bereich 53 des Schließteils 50 ist eine Druckfeder 54 ange- ordnet. Der dem Endbereich 53 des Schließteils 50 gegenüber¬ liegend angeordnete Endbereich des Schließteils 50 ist als Schließkante 55 ausgebildet. In Verschieberichtung des Schließteils 50 gesehen ist im Gehäuseteil 48 eine korrespon¬ dierend zur Schließkante 55 ausgebildete Schließausneh ung 56 angeordnet.
Fig. 6 zeigt die Verschließeinrichtung 49 in geöffnetem Zu¬ stand, wobei die Schließkante 55 des Schließteils 50 von der Schließausnehmung 56 durch die Einblaslanze 11, 28 getrennt ist. Hierbei liegt das Schließteil 50 seitlich an der Ein- blaslanze 11, 28 federgestützt an. Nach Herausnahme der Ein¬ blaslanze 11, 28 aus der Aufnahmeeinrichtung 12 wird das Schließteil 50 infolge der durch die Druckfeder 54 wirkenden Kraft bis zur Anlage der Schließkante 55 in der Schließaus¬ nehmung 56 verschoben, wodurch die Aufnahmebohrung 46 der Aufnahmeeinrichtung 12 verschlossen und ein etwaiges Austre¬ ten von Gasen aus der Heißwindleitung 14 verhindert ist.
Zum Öffnen der Verschließeinrichtung 49 wird die Einblaslanze 11, 28 mit ihren Austrittsöffnungen 27, 43 gegen die Schließ- kante 55 des Schließteils 50 geschoben, so daß - unter Aus¬ nutzung des Keileffekts, da die Schließkante 55 und die Längswandung der Einblaslanze 11, 28 einen spitzen Winkel un¬ tereinander einschließen - das Schließteil 50 gegen die Wir¬ kung der Druckfeder 54 in Richtung auf den Anschlag 52 ver- schoben wird und die Einblaslanze 11, 28 in eine betriebsbe¬ reite Position in der Aufnahmeeinrichtung 12 gebracht werden kann.