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Dokumentenidentifikation DE202007009161U1 04.10.2007
Titel Sauerstofflanze zum Einblasen von Sauerstoff in metallurgische Behälter
Anmelder Saar-Metallwerke GmbH, 66121 Saarbrücken, DE
Vertreter Pürckhauer, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 57234 Wilnsdorf
DE-Aktenzeichen 202007009161
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 04.10.2007
Registration date 30.08.2007
Application date from patent application 29.06.2007
IPC-Hauptklasse C21C 5/46(2006.01)A, F, I, 20070629, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Sauerstofflanzen mit in einen Lanzenkopf integrierten Düsen zum Einblasen von Sauerstoff in metallurgische Behälter zur Stahlerzeugung (DE 41 13 660 C1).

Stand der Technik

Bei der herkömmlichen Stahlgewinnung im Thomas-Konverter im Sauerstoff-Blasverfahren findet eine oben offene Konverterbirne Verwendung, die mit einer basischen Auskleidung versehen ist und in die zumindest bis zu 30 Prozent der Charge in Form von Eisenschrott eingegeben wird. Darauf wird dem Konverter von oben her durch die Birnenöffnung flüssiges Roheisen zugeführt, das durch Reduzierung von Eisenerz im Hochofen erhalten wurde. Des Weiteren werden der Schmelze innerhalb des Konverters Zuschlagstoffe beigegeben, die zur einwandfreien Schlackenbildung und chemischen Umwandlung des Eisens erforderlich sind. Schließlich wird eine Sauerstofflanze von oben her in den Konverter abgesenkt bis in eine Stellung, in der sich der Lanzenkopf in der Nähe der Schmelzenoberfläche befindet. Mit der Lanze wird durch in den Lanzenkopf integrierte Düsen Sauerstoff in mehreren Strahlen mit hoher Geschwindigkeit auf die Schmelze geblasen, der der Lanze am oberen Ende zugeführt wird. Der Sauerstoff trifft auf die Schmelzenoberfläche mit einer solchen Kraft auf, dass eine Kraterbildung in der Schmelzenoberfläche auftritt. Dabei werden nach dem LD-Verfahren im Roheisen enthaltene Begleitelemente mit Hilfe des Sauerstoffs durch Oxidation entfernt. Diese unmittelbare Sauerstoffzufuhr geschieht ohne zusätzliche Erhitzung allein unter der Wärme, die durch die chemische Reaktion des reinen Sauerstoffs mit dem heißen Eisen erfolgt.

Der Sauerstoff wird über einen Zeitabschnitt der gesamten Zeitdauer des Stahlgewinnungsvorgangs in den Konverter eingeblasen. Während des Biasvorgangs ist der Konverter mit Rauch, Funken und Staub erfüllt. Durch die aggressive und heiße Konverteratmosphäre, in der während des Blasvorgangs auch abrasive Metallpartikel mit hoher kinetischer Energie im Konverterraum umherfliegen, wird ein Verschleiß des zum größten Teil aus Kupfer und unterschiedlichen Kupferlegierungen hergestellten Lanzenkopfes mit den Sauerstoffblasdüsen verursacht. Hierbei kann es zur "Bärenbildung" kommen, das heißt, Anbackungen aus Stahl und Schlacke an der äußeren Geometrie des Lanzenkopfes und durch den Verschleiß des Kupfermaterials des Lanzenkopfes zu einer unkontrollierten Veränderung der Düsengeometrien nach etlichen Chargen und dadurch zu einem schlechteren Prozessverhalten der Sauerstoffstrahlen oder im schlimmeren Fall zu einem Durchbruch des Kühlwassers des Lanzenkopfes in den Konverter.

Die vorstehend geschilderten Verschleißerscheinungen bedingen begrenzte, von der Anzahl der Chargen abhängige Standzeiten der Sauerstofflanzenköpfe, nach deren Ablauf die Lanzenköpfe mit einem verhältnismäßig hohen Zeit- und Kostenaufwand erneuert werden müssen.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lanzenkopf der gattungsgemäßen Sauerstofflanze zum Einblasen von Sauerstoff in metallurgische Behälter zur Stahlerzeugung im Hinblick auf eine Verlängerung der Standzeiten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sauerstofflanze mit einem Lanzenkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindungsgedanke beruht darauf, den Lanzenkopf der gattungsgemäßen Sauerstofflanze zusätzlich zu dem konzentrisch zur Lanzenachse angeordneten Düsenkranz mit äußeren Düsen zum Einblasen von Sauerstoff in einen metallurgischen Behälter, insbesondere einen Konverter mit einer Zentraldüse mit einem vorgeschalteten Drosselelement auszustatten, durch die ein von dem Hauptstrom des Sauerstoffs zu den äußeren Düsen des Düsenkranzes abgezweigter Teilstrom des Sauerstoffs mit einem gegenüber dem Druck des Hauptstroms verringerten Druck in den Behälterraum zu blasen, derart, dass der Austrittsbereich vor den Düsen des Düsenkranzes freigeblasen und dadurch die Düsen gegen die aggressive und heiße Atmosphäre des metallurgischen Behälters geschützt werden.

Der erfindungsgemäße Lanzenkopf für Sauerstofflanzen zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:

Durch das Freiblasen des Austrittsbereichs vor den Düsen des Düsenkranzes zum Einblasen von Sauerstoff in einen Konverter mittels des über die Zentraldüse eingeblasenen Sauerstoffstroms wird ein Bereich mit erhöhtem Druck vor den Düsen des Düsenkranzes aufgebaut, der eine "Bärenbildung" in den Austrittsöffnungen der Düsen und den Verschleiß der Düsen durch im Konverterraum umherfliegende Eisenpartikel verringert. Ferner wird durch den aus der Zentraldüse austretenden Sauerstoffstrahl die Strahlablenkung der aus den Düsen des Düsenkranzes austretenden Sauerstoffstrahlen positiv beeinflusst. Schließlich wird durch den Sauerstoffstrom durch die Zentraldüse eine zusätzliche Kühlung des Lanzenkopfes zur Wasserkühlung bewirkt und es wird ein zentrales "Kühlschild" vor den Sauerstoffeinblasdüsen zum Schutz derselben gegen die heiße und abrasive Konverteratmosphäre aufgebaut.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Sauerstofflanze ist nachfolgend anhand von Zeichnungsfiguren erläutert, die folgendes darstellen:

1 eine schematisch Längsschnittdarstellung eines Konverters mit einer Sauerstofflanze,

2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des Lanzenkopfes der Sauerstofflanze,

3 eine Stirnansicht des Lanzenkopfes nach 2,

4 einen Teilquerschnitt nach Linie IV-IV der 2 und

5 eine Längsschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Lanzenkopfes.

Der Thomas-Konverter 1 gemäß 1 besteht im Wesentlichen aus einer Konverterbirne 2, die mit einer Auskleidung 3 aus basischem, feuerfestem Material versehen ist und eine Charge aus Eisenschrott und flüssigem Roheisen unmittelbar aus einem Hochofen aufnehmen kann. Die Birne 2 ist mit Drehzapfen 4 ausgestattet, die von Drehlagern aufgenommen werden. Einer der Drehzapfen ist mit einem Antrieb ausgerüstet, durch den die Konverterbirne 2 zum Chargieren und Entleeren gekippt werden kann. Eine Haube 5, die in vertikaler Stellung der Birne 2 auf deren obere Öffnung 6 abgesenkt werden kann, dient dazu, die während des Stahlgewinnungsprozesses sich bildenden Dämpfe und Abgase in einen Schornstein abzuführen. An ihrem oberen Ende ist die Haube 2 mit einer zentralen Öffnung 7 versehen, durch die eine Sauerstofflanze 8 durch die Haube 5 in die Birne 2 so tief abgesenkt werden kann, bis sich der Lanzenkopf 9 mit Abstand über der Oberfläche 11 der Schmelze 10 befindet.

2 zeigt das untere Ende der Lanze 8 mit dem Lanzenkopf 9 in einer vergrößerten Darstellung. Die Lanze 8 aus Stahl besitzt ein zentrales Sauerstoffrohr 12, ferner ein konzentrisch dazu angeordnetes Zwischenrohr 13 und ein hierzu wiederum konzentrisches Außenrohr 14.

Das zylindrische Gehäuse 15 aus Stahl des Lanzenkopfes 9 besitzt einen Einströmstutzen 16 für den Sauerstoff. Bei der Montage des Lanzenkopfes 9 wird der Einströmstutzen 16 des Gehäuses 15 des Lanzenkopfes 9 in das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze 8 eingesteckt und das aus Stahl hergestellte Gehäuse 15 des Lanzenkopfes 9 wird mit dem Außenrohr 14 der Lanze 8 verschweißt. Der Einströmstutzen 16 des Lanzenkopfgehäuses 15 ist durch O-Ringe 17 gegen das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze 8 abgedichtet.

Das Gehäuse 15 des Lanzenkopfes 9 ist mit einer Lanzenkopfschale 18 aus Kupfer ausgestattet, an die Diffusorelemente 20 von als Lavaldüsen ausgebildeten äußeren Düsen 19 aus Kupfer angeformt sind, die mit den Diffusorelementen 20 verlötet sind. Die Düsen 19 zum Einblasen von Sauerstoff in den Konverter 1 sind auf einem Düsenkranz 21 konzentrisch und mit einer bestimmten Anstellung zur Lanzenachse 22-22 angeordnet.

An die Lanzenkopfschale 18 ist ferner eine als Lavaldüse ausgebildete, auf der Lanzenachse 22-22 angeordnete Zentraldüse 23 angeformt, an die ein Düsenrohr 24 aus Kupfer angelötet ist. Das Düsenrohr 24 der Zentraldüse 23 ist über einen Verbindungsring 25 aus Kupfer mit einem zentralen Verlängerungsrohr 26 verlötet, dessen Ende 27 über den Einströmstutzen 16 des Gehäuses 15 des Lanzenkopfes 9 in das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze 8 vorsteht. In das Ende 27 des Verlängerungsrohres 26, das mittels einer Rohrhalterung 28 in dem Einströmstutzen 16 des Gehäuses 15 des Lanzenkopfes 9 befestigt ist, ist ein als Drosselscheibe 29 ausgebildetes Drosselelement eingesetzt. Die Drosselscheibe 29 ist mit parallel zur Lanzenachse 22-22 gerichteten Durchströmbohrungen 30 und einer auf der Lanzenachse 22-22 angeordneten zentralen Durchströmbohrung 31 ausgestattet. Bei einer abgeänderten Ausführung der Drosselscheibe weist diese parallel und/oder schräg zur Lanzenachse gerichtete Durchströmbohrungen auf. Die Eintrittsenden 22 der äußeren Düsen 19 des Lanzenkopfes 9 stützen sich auf dem Verbindungsring 25 der Rohre 24, 26 der Zentraldüse 23 ab und sind mit diesem verlötet.

Der Sauerstoff wird über einen Rohrstutzen 32 am oberen Ende 33 der Lanze 8 in das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze eingeleitet. Das Kühlwasser für den Lanzenkopf 9 strömt über einen Eintrittsstutzen 34 am oberen Lanzenende 33 durch das Außenrohr 14 der Lanze 8 in den Lanzenkopf 9 zur Kühlung der Düsen 19, 23 und läuft über das Zwischenrohr 13 der Lanze 8 und einen Austrittsstutzen 35 am oberen Lanzenende 33 ab.

Bei Betrieb der Sauerstofflanze 8 wird ein Hauptstrom des Sauerstoffs mit einem bestimmten Druck durch die äußeren Düsen 19 des Lanzenkopfes 9 in den Konverter 1 eingeblasen, und ein von dem Hauptstrom abgezweigter Teilstrom des Sauerstoffs wird mit einem durch die Drosselscheibe 29 gegenüber dem Druck des Hauptstroms reduzierten Druck über die Zentraldüse 23 zum Freiblasen des Austrittsbereichs 36 vor den Düsen 19 in den Konverter 1 geblasen.

Bei der in 5 dargestellten Ausführung der Sauerstofflanze 9 entfällt das Verlängerungsrohr 26 und die Drosselscheibe 29 ist innerhalb des Einströmstutzens 16 des Lanzenkopfes 9 in den Verbindungsring 25 eingesetzt.

Die neue Sauerstofflanze bietet die Möglichkeit, durch den Einbau eines Senders und eines Empfängers den Abstand und die Bewegung der elektromagnetische Wellen reflektierenden Schlacken- und Schmelzenoberfläche in metallurgischen Behältern bei der Metallerzeugung zu messen.

1
Thomas-Konverter
2
Konverterbirne
3
Auskleidung von 2
4
Drehzapfen
5
Haube von 2
6
obere Öffnung von 2
7
zentrale Öffnung von 5
8
Sauerstofflanze
9
Lanzenkopf
10
Schmelze
11
Schmelzenoberfläche
12
zentrales Sauerstoffrohr von 8
13
Zwischenrohr von 8
14
Außenrohr von 8
15
zylindrisches Gehäuse von 9
16
Einströmstutzen von 9
17
Dichtring von 16
18
Lanzenkopfschale von 15
19
äußere Düse von 9
20
Diffusorelement von 19
21
Düsenkranz
22-22
Lanzenachse
23
Zentraldüse
24
Düsenrohr von 23
25
Verbindungsring von 24-26
26
Verlängerungsrohr
27
Ende von 26
28
Rohrhalterung von 26
29
Drosselscheibe in 27
30
Durchströmbohrung von 29
31
zentrale Durchströmbohrung von 29
32
Rohrstutzen für Sauerstoff an 33
33
oberes Ende von 8
34
Eintrittsstutzen an 33 für Kühlwasser
35
Austrittsstutzen an 33 für Kühlwasser
36
Austrittsbereich von 19


Anspruch[de]
Sauerstofflanze mit in einen Lanzenkopf integrierten Düsen zum Einblasen von Sauerstoff in metallurgische Behälter zur Stahlerzeugung, gekennzeichnet durch einen konzentrisch zur Lanzenachse (22-22) in dem Lanzenkopf (9) angeordneten Düsenkranz (21) mit äußeren Düsen (19), denen über die Lanze (8) Sauerstoff mit einem bestimmten Druck zugeführt wird, sowie eine in dem Lanzenkopf (9) auf der Lanzenachse (22-22) angeordnete Zentraldüse (23) mit einem vorgeschalteten Drosselelement zur Reduzierung des Drucks eines von dem Hauptstrom des Sauerstoffs zu den Düsen (19) des Düsenkranzes (21) abgezweigten Teilstroms des Sauerstoffs, der mit dem gegenüber dem Druck des Hauptstroms verringerten Druck durch die Zentraldüse (23) in den metallurgischen Behälter (Konverter 1) zum Freiblasen des Austrittsbereichs (36) vor den Düsen (19) des Düsenkranzes (21) geblasen wird. Sauerstofflanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Zentraldüse (23) vorgeschaltete Drosselelement als Drosselscheibe (29) mit parallel zur Lanzenachse (22-22) gerichteten Durchströmbohrungen (30) ausgebildet ist. Sauerstofflanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (29) eine zentrale auf der Lanzenachse (22-22) angeordnete Durchströmbohrung (31) aufweist. Sauerstofflanze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Zentraldüse (23) vorgeschaltete Drosselelement als Drosselscheibe (29) mit parallel und/oder zur Lanzenachse (22-22) schräg gerichteten Durchströmbohrungen ausgebildet ist. Sauerstofflanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anstellung der Düsen (19) des Düsenkranzes (21) mit Bezug auf die Lanzenachse (20-20).






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