AT506950B1 - PROTECTIVE GAS COOLED OXYGEN BLASLANT - Google Patents
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Description
österreichisches Patentamt AT506 950 B1 2010-01-15Austrian Patent Office AT506 950 B1 2010-01-15
Beschreibungdescription
SCHUTZGASGEKÜHLTE SAUERSTOFFBLASLANZEPROTECTIVE GAS COOLED OXYGEN BLASLANT
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze.The present invention relates to a protective gas cooled oxygen blowing lance.
[0002] Bei der Behandlung von Stahlschmelzen mit Sauerstoff aus einer Sauerstoffblaslanze ist es zur Kontrolle der hergestellten Stahlqualität notwendig, die Zusammensetzung der Stahlschmelzen zu ermitteln. Das kann durch Analyse von Proben aus der Stahlschmelze, sowie durch die Analyse von Proben der bei der Behandlung der Stahlschmelze anfallenden Abgase erfolgen. Üblicherweise werden Proben der Stahlschmelze durch von der Sauerstoffblaslanze verschiedene Sublanzen gezogen. Eine weitere Information darüber, wie die Behandlung mit Sauerstoff gesteuert werden soll, gibt die Temperatur der Stahlschmelze.In the treatment of steel melts with oxygen from a Sauerstoffblaslanze it is necessary to control the steel quality produced to determine the composition of the molten steel. This can be done by analyzing samples from the molten steel, as well as by analyzing samples of the waste gases produced during the treatment of molten steel. Typically, samples of molten steel are drawn through sublucents other than the oxygen blowing lance. Further information on how to control the treatment with oxygen gives the temperature of the molten steel.
[0003] Die Eindringtiefe des Sauerstoffs in die Stahlschmelze beeinflusst den Zeitaufwand zur Behandlung maßgeblich. Je nach Abreissverhalten des Sauerstoffstroms beim Austritt aus den Auslassdüsen einer Sauerstoffblaslanze ändern sich die Eindringtiefe und damit der Zeitaufwand. Veränderungen im Abreissverhalten werden beispielsweise durch Verschleiß der Auslassdüsen, Änderungen des Abstandes der Sauerstoffblaslanze von der Stahlschmelze, und Änderungen des im Bereich der Sauerstofflanze herrschenden Druckes verursacht. Informationen über Parameter wie Abstand von der Stahlschmelze, Temperatur der Stahlschmelze, Druck, sind bei ihrer Messung im Brennfleck der Behandlung der Stahlschmelze hinsichtlich einer Verwendung zur Steuerung des Behandlungsprozesses besonders aussagekräftig. Diese Parameter sind bei wassergekühlten Sauerstoffblaslanzen schwierig zu erhalten, da Sensoren für diese Parameter den Kühlmantel der Sauerstoffblaslanze, insbesondere des Lanzenkopfes, durchsetzen müssen. Dadurch erhöht sich die Gefahr von Leckagen des Kühlmantels. Da auf einer wassergekühlten Lanze aufgrund der intensiven Kühlung der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze zudem Verbärungen aus frierenden Schlackespritzern und Stahlspritzern auftreten, sind in der Außenhaut angebrachte Sensoren der Gefahr der Bedeckung durch Verbärungen ausgesetzt.The penetration depth of the oxygen into the molten steel significantly influences the time required for the treatment. Depending on the tear-off behavior of the oxygen flow at the outlet from the outlet nozzles of an oxygen blowing lance, the penetration depth and thus the time expenditure change. Changes in the tear-off behavior are caused, for example, by wear of the outlet nozzles, changes in the distance of the oxygen blowing lance from the molten steel, and changes in the pressure prevailing in the region of the oxygen lance. Information about parameters such as distance from the molten steel, temperature of the molten steel, pressure, are particularly meaningful when measured in the focal spot of the molten steel treatment for use in controlling the treatment process. These parameters are difficult to obtain in the case of water-cooled oxygen blowing lances since sensors for these parameters must enforce the cooling jacket of the oxygen blowing lance, in particular the lance head. This increases the risk of leakage of the cooling jacket. As a water-cooled lance due to the intense cooling of the outer skin of the oxygen lance also exacerbations of freezing slag spatter and steel splash occur, mounted in the outer skin sensors are exposed to the risk of covering by exacerbations.
[0004] Eine Wasserkühlung der Sauerstoffblaslanze ist eine übliche Methode zum Schutz vor Verschleiß. Nachteilig ist dabei, dass das Gewicht der Sauerstoffblaslanze im Einsatz durch die Wasserkühlung beträchtlich erhöht wird, was entsprechend dimensionierte Tragevorrichtungen notwendig und die Sauerstofflanze insgesamt schwerfälliger macht. Zudem besteht die Gefahr von Leckagen des Kühlmantels und damit verbundenem gefährlichen Kühlwassereintritt in die Stahlschmelze.Water cooling the oxygen blowing lance is a common method of protection against wear. The disadvantage here is that the weight of the oxygen blowing lance is considerably increased in use by the water cooling, which makes correspondingly dimensioned carrying devices necessary and makes the oxygen lance overall lumbering. In addition, there is a risk of leakage of the cooling jacket and associated dangerous cooling water entering the molten steel.
[0005] Es ist bekannt, die Wasserkühlung durch andere Kühlmedien zu ersetzen. DE10253463 stellt eine gasgekühlte Blaslanze vor. Das Problem der Ermittlung von Meßgrößen im Brennfleck zur Steuerung der Behandlung von Stahlschmelzen mit Sauerstoff wird in DE10253463 nicht behandelt.It is known to replace the water cooling by other cooling media. DE10253463 presents a gas-cooled lance. The problem of determining measured quantities in the focal spot for controlling the treatment of steel melts with oxygen is not dealt with in DE10253463.
[0006] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sauerstoffblaslanze bereitzustellen, mit der bei der Behandlung von Stahlschmelzen ohne Gefahr von Leckagen eines Wasserkühlmantels über Sensoren Meßgrößen zumindest im Brennfleck ermittelt werden können.It is the object of the present invention to provide an oxygen blowing lance, can be determined by sensors at least in the focal spot in the treatment of molten steel without risk of leakage of a water cooling jacket via sensors.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze mit einem zentralen Technikkanal, und neben dem Technikkanal mindestens zwei, bevorzugt drei bis sechs, Sauerstoffleitungen, die lanzenkopfseitig jeweils mit mindestens einer Auslassdüse versehen sind, wobei die Längsachsen der Sauerstoffleitungen von der Längsachse des Technikkanals verschieden sind, einer den Technikkanal sowie die Sauerstoffleitungen umgebenden Thermoschutzvorrichtung aus Feuerfestmaterial, welche die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze bildet, wobei die Zwischenräume zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, dem Technikkanal und der Thermoschutzvorrichtung mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind, und die Thermoschutzvorrichtung zumindest eine Lage, bevorzugt mehrere Lagen, Feuerfest- 1/11 österreichisches Patentamt AT506 950 B1 2010-01-15 material umfasst, wobei die Sauerstofflanze mindestens einen Sensor zur Bestimmung von Meßgrößen umfasst, wobei der Sensor an mindestens einer der Stellen - Thermoschutzvorrichtung, - Technikkanal, - Auslassdüsen so angebracht ist, dass er in einem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich Meßgrößen ermitteln kann.This object is achieved according to the invention by a protective gas-cooled Sauerstoffblaslanze with a central technology channel, and next to the technology channel at least two, preferably three to six, oxygen lines, the lancet head side are each provided with at least one outlet nozzle, wherein the longitudinal axes of the oxygen lines from the longitudinal axis of the technology channel are different, one of the technology channel and the oxygen lines surrounding thermal protection device made of refractory material, which forms the outer skin of the oxygen blowing lance, the spaces between the oxygen lines with outlet nozzles, the technology channel and the thermal protection device with a shielding gas supply device are connected, and the thermal protection device at least one layer, preferably several Layers, refractory material, wherein the oxygen lance comprises at least one sensor for determining measured variables, w obei the sensor at at least one of the points - thermal protection device, - technology channel, - outlet nozzles is mounted so that it can determine in a lance head side forming an extension of the technical channel space measurement quantities.
[0008] Die erfindungsgemäße Sauerstoffblaslanze weist einen zentralen Technikkanal auf, der von mehreren, also mindestens 2, Sauerstoffleitungen benachbart ist. Bevorzugt sind 3 bis 6 Sauerstoffleitungen vorhanden. Die Längsachsen der Sauerstoffleitungen fallen nicht mit der Längsachse des zentralen Technikkanals zusammen, sie sind also neben dem Technikkanal angeordnet. Die Sauerstoffleitungen sind lanzenkopfseitig jeweils mit mindestens einer Auslassdüse versehen; eine oder mehrere Sauerstoffleitung können jedoch auch mit mehreren Auslassdüsen versehen sein.The oxygen blowing lance according to the invention has a central technology channel, which is adjacent by several, ie at least 2, oxygen lines. Preferably, there are 3 to 6 oxygen lines. The longitudinal axes of the oxygen lines do not coincide with the longitudinal axis of the central technology channel, so they are located next to the technology channel. The oxygen lines are each provided with at least one outlet nozzle on the lance head side; However, one or more oxygen lines may also be provided with a plurality of outlet nozzles.
[0009] Im Vergleich zu einer Sauerstofflanze mit einer einzigen Sauerstoffleitung ist durch das Vorhandensein von mehreren Sauerstoffleitungen eine Regulierung der Sauerstoffzufuhr erleichtert, da die einzelnen Sauerstoffleitungen unabhängig voneinander gesteuert werden können. Über die verschiedenen Sauerstoffleitungen können somit verschiedene Mengen Sauerstoff pro Zeiteinheit zugeführt werden und verschiedene Drücke des jeweils zugeführten Sauerstoffs eingestellt werden. Dadurch kann Einfluss auf die Bewegung der Stahlschmelze und auf die Bewegung von auf der Stahlschmelze vorhandener Schlacke genommen werden. Zudem kann der Sauerstoff-Partialdruck im Gasraum besser reguliert werden als bei Verwendung einer einzigen Sauerstoffleitung.Compared to an oxygen lance with a single oxygen line, the regulation of the oxygen supply is facilitated by the presence of several oxygen lines, since the individual oxygen lines can be controlled independently of each other. Different amounts of oxygen per unit time can thus be supplied via the different oxygen lines and different pressures of the respectively supplied oxygen can be set. This can influence the movement of the molten steel and the movement of slag on the molten steel. In addition, the oxygen partial pressure in the gas space can be better regulated than when using a single oxygen line.
[0010] Bei der Behandlung einer Stahlschmelze dringt der Sauerstoff im sogenannten Brennfleck in die Stahlschmelze ein. Gegebenenfalls auf der Stahlschmelze vorhandene Schlacke wird dabei durch die Sauerstoffstrahlen weggedrückt. Der Brennfleck befindet sich unterhalb der Sauerstofflanze auf einer Verlängerung ihrer Längsachse. Da in der Sauerstoffblaslanze zentral zwischen den Sauerstoffleitungen ein zentraler Technikkanal vorhanden ist, befindet sich der Brennfleck somit in einem eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich. Mittels Sonden, die Meßgrößen in einem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich ermitteln können, können Meßgrößen, auch Parameter genannt, aus dem Brennfleck ermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass, da gegebenenfalls auf der Stahlschmelze vorhandene Schlacke durch den Strom des eingeblasenen Sauerstoffs weggedrückt wird, der Blick auf die Stahlschmelze freigegeben ist. Dadurch können die Stahlschmelze betreffende Meßgrößen besser ermittelt werden als wenn Sensoren verwendet werden, die auf gegebenenfalls von Schlacke bedeckte Bereiche der Oberfläche der Stahlschmelze gerichtet sind. Die Sensoren sind dabei an mindestens einer der Stellen - Thermoschutzvorrichtung, - Technikkanal, - Auslassdüsen angebracht.In the treatment of a molten steel, the oxygen penetrates into the molten steel in the so-called focal spot. Optionally present on the molten steel slag is pushed away by the oxygen jets. The focal spot is located below the oxygen lance on an extension of its longitudinal axis. Since a central technology channel is present in the oxygen blowing lance centrally between the oxygen lines, the focal spot is thus located in an area region forming an extension of the technology channel. By means of probes which can determine measured quantities in a space area forming an extension of the technical channel in the lance head side, measured variables, also called parameters, can be determined from the focal spot. It is particularly advantageous that, since optionally on the molten steel slag is pushed away by the flow of injected oxygen, the view is released to the molten steel. As a result, measured quantities relating to molten steel can be better determined than when sensors are used which are directed to regions of the surface of the molten steel which may be covered by slag. The sensors are attached to at least one of the points - thermal protection device, - technology channel, - outlet nozzles.
[0011] Im Falle des Vorhandenseins mehrerer Sensoren können auch an mehreren oder allen dieser Stellen ein Sensor oder mehrere Sensoren vorhanden sein.In the case of the presence of multiple sensors, one or more sensors may be present at several or all of these locations.
[0012] Da keine Wasserkühlung vorhanden ist, besteht keine Gefahr von Leckagen eines mit Wasser versorgten Kühlmantels.Since no water cooling is present, there is no risk of leakage of a water-supplied cooling jacket.
[0013] Daher können Sensoren an beliebigen Stellen der Sauerstoffblaslanze angebracht werden, ohne an solchen Stellen Leckagen einer Wasserkühlung befürchten zu müssen. Infolgedessen können Sensoren genau an den Stellen angebracht werden, wo besonders aussagekräftige Messdaten erhalten werden können. Beispielsweise sind Informationen über den Gasdruck an den Auslassdüsen besonders wichtig. Vorteilhafterweise sind an der Sauerstofflanze auch Sensoren angebracht, die abseits des lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikka- 2/11 österreichisches Patentamt AT506 950B1 2010-01-15 nals bildenden Raumbereiches Meßgrößen ermitteln können.Therefore, sensors can be attached anywhere on the Sauerstoffblaslanze without having to fear leakage of water cooling in such places. As a result, sensors can be placed exactly where highly meaningful measurement data can be obtained. For example, information about the gas pressure at the outlet nozzles is particularly important. Advantageously, sensors are also mounted on the oxygen lance, which can determine measured quantities outside the lancet head side of an extension of the technical chamber area forming the technical area.
[0014] Ebenso ist aufgrund des Verzichtes auf eine Wasserkühlung die Gefahr von Verbärun-gen der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze beziehungsweise von Sensoren durch frierende Schlackespritzer oder Stahlspritzer herabgesetzt, da die Außenhaut im Vergleich zu einer wassergekühlten Außenhaut weniger stark gekühlt wird.Likewise, the risk of Verbärun conditions of the outer skin of the oxygen blowing lance or of sensors by freezing slag spatter or steel spatter is reduced due to the lack of water cooling, since the outer skin is less strongly cooled compared to a water-cooled outer skin.
[0015] Technikkanal und Sauerstoffkanäle sind in Längsrichtung von einer Thermoschutzvor-richtung aus Feuerfestmaterial umgeben, welche die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze bildet. Die Thermoschutzvorrichtung umfasst dabei mindestens eine Lage Feuerfestmaterial. Bevorzugt umfasst sie mehrere Lagen Feuerfestmaterial, da dies zu einer verbesserten Verschleißresistenz führt. Die Lagen können aus gleichen oder verschiedenen Feuerfestmaterial bestehen.Technology channel and oxygen channels are surrounded in the longitudinal direction of a Thermoschutzvor-direction of refractory material, which forms the outer skin of the oxygen blowing lance. The thermal protection device comprises at least one layer of refractory material. It preferably comprises several layers of refractory material, as this leads to an improved wear resistance. The layers may consist of the same or different refractory material.
[0016] Unter Feuerfestmaterial sind Materialien zu verstehen, die eine hohe mechanische Festigkeit, Formstabilität, Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit bei den bei der Behandlung einer Stahlschmelze von Rohstahl herrschenden Bedingungen aufweisen. Diese Bedingungen sind gekennzeichnet durch Temperaturen von 20°C bis 2000°C, Spritzer saurer bis basischer Schlacke, Spritzer flüssigen Metalls. Bei dem Feuerfestmaterial handelt es sich beispielsweise um - Silikatkeramik wie beispielsweise Steatit, Cordierit und Mullit, - Oxidkeramik als Einstoffkeramik wie beispielsweise Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid, teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid und vollstabilisiertes Zirkoniumdioxid, Titandioxid - Oxidkeramik als Mehrstoffsystem wie Aluminiumtitanat - Dispersionskeramik wie mit Zirkoniumdioxid verstärktes Aluminiumoxid - Oxidkeramik wie Spinell - Nichtoxidkeramik. Nichtoxidkeramik umfasst keramische Werkstoffe auf der Basis von Verbindungen von Bor, Kohlenstoff, Stickstoff und Silicium.Refractory material is to be understood as meaning materials which have high mechanical strength, dimensional stability, wear resistance and corrosion resistance in the conditions prevailing in the treatment of a steel melt of crude steel. These conditions are characterized by temperatures of 20 ° C to 2000 ° C, splashes of acidic to basic slag, splashes of liquid metal. The refractory material is, for example, silicate ceramics such as steatite, cordierite and mullite, oxide ceramics as single-substance ceramics such as alumina, magnesia, zirconia, partially stabilized zirconia and fully stabilized zirconia, titania oxide ceramics as a multi-substance system such as aluminum titanate dispersion ceramics such as zirconia-reinforced alumina - Oxide ceramics such as spinel - non-oxide ceramics. Non-oxide ceramics include ceramic materials based on compounds of boron, carbon, nitrogen and silicon.
[0017] Bevorzugte Nichtoxidkeramiken sind Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Borcarbid und Bomitrid. - Faserkeramik-Verbundwerkstoffe wie beispielsweise Metal-Matrix-Composits, C/C, C/SiC, SiC/SiC und AI2O3/AI2O3, Al203/Zr0, Al203/Si02.Preferred non-oxide ceramics are silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, boron carbide and boron nitride. - Fiber-ceramic composite materials such as metal matrix composites, C / C, C / SiC, SiC / SiC and Al2O3 / Al2O3, Al203 / Zr0, Al203 / SiO2.
[0018] Das Feuerfestmaterial kann auch Graphit oder Bornitrid sein. Wenn die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze bei der Behandlung von Stahlschmelzen von einem Schutzgasmantel umhüllt ist, besteht keine Gefahr der Oxidation des Graphits oder des Bornitrids unter den bei der Behandlung von Stahlschmelzen herrschenden Bedingungen.The refractory material may also be graphite or boron nitride. When the outer skin of the oxygen blowing lance is surrounded by a protective gas mantle in the treatment of molten steel, there is no risk of oxidation of the graphite or boron nitride under the conditions prevailing in the treatment of steel melts.
[0019] Zwischenräume zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, Technikkanal, und Thermoschutzvorrichtung sind mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden. Als Schutzgas kommt jedes Gas in Frage, das unter den bei der Behandlung einer Stahlschmelze mit Sauerstoff herrschenden Bedingungen inert ist. Bevorzugt ist die Verwendung von Stickstoff oder Argon.Gaps between the oxygen lines with outlet nozzles, engineering channel, and thermal protection device are connected to a shielding gas supply device. Suitable inert gas is any gas which is inert under the conditions prevailing in the treatment of molten steel with oxygen. Preferred is the use of nitrogen or argon.
[0020] Die Schutzgaszufuhrvorrichtung ist beispielsweise eine die Zwischenräume mit einem Schutzgasreservoir verbindende Rohrleitung, in der Vorrichtungen zur Regelung des Gasflusses vorhanden sind. Beim Betrieb der Sauerstoffblaslanze strömt das Schutzgas durch die Zwischenräume, führt dabei Wärme ab und kühlt die Sauerstoffblaslanze dadurch. Weiterhin wird durch die Schutzgasatmosphäre oxidierender Verschleiß der Sauerstoffblaslanzenteile verhindert. Weiterhin schützt das Schutzgas die von ihm umspülten Teile der Sauerstoffblaslanze vor Reaktionen mit der Umgebung wie beispielsweise Schlacken- oder Stahlspritzern, Stäuben im Gasraum über der Stahlschmelze, oder Gasen. Außerdem wird durch die strömende Schutzgasatmosphäre eine Wärmeübertragung von heißen Gasen aus der Umgebung durch Konvektion auf die Sauerstoffblaslanze gestört.The protective gas supply device is, for example, a pipe connecting the interspaces with a protective gas reservoir, are present in the devices for controlling the gas flow. During operation of the oxygen blowing lance, the protective gas flows through the intermediate spaces, thereby dissipating heat and thereby cooling the oxygen blowing lance. Furthermore, oxidizing wear of the oxygen blasting lance parts is prevented by the protective gas atmosphere. In addition, the protective gas protects the parts of the oxygen blowing lance which it surrounds from reactions with the environment, such as slag or steel splashes, dusts in the gas space above the molten steel, or gases. In addition, a heat transfer of hot gases from the environment by convection is disturbed by the flowing inert gas atmosphere on the oxygen blowing.
[0021] Die Messgrößen stammen bevorzugt aus der Gruppe aus der Gruppe - Temperatur, - Gasdruck, 3/11 österreichisches Patentamt AT506 950 B1 2010-01-15 - Abstand der Sauerstoffblaslanze zu Festkörpern und/oder Flüssigkeitsspiegel der Schlacke und/oder der Stahlschmelze, - Spektraldaten.The measured quantities preferably originate from the group from the group - temperature, - gas pressure, - distance of the oxygen blowing lance to solids and / or liquid levels of the slag and / or molten steel, - spectral data.
[0022] Die Temperatur kann beispielsweise auf folgende Arten gemessen werden: - Messung mit einem NTC- oder PTC- Widerstand - Messung mit einer temperaturabhängigen Konstantstromquelle - Messung mit einem Thermoelement - Messung mit frequenzanalogen Temperatursensoren - Messung mit Strahlungsthermometer wie beispielsweise Linienscanner Infrarotkameras, Infrarotmesssystem - akustische Gastemperaturmesstechnik.The temperature can be measured for example in the following ways: - Measurement with a NTC or PTC resistor - Measurement with a temperature-dependent constant current source - Measurement with a thermocouple - Measurement with frequency-analog temperature sensors - Measurement with radiation thermometer such as line scanner infrared cameras, infrared measurement system - acoustic gas temperature measurement.
[0023] Die Temperatur der Stahlschmelze gibt Information über den Zustand der Behandlung einer Stahlschmelze, die zur Steuerung der Behandlung mit Sauerstoff genutzt werden kann.The temperature of the molten steel gives information about the state of treatment of molten steel that can be used to control the treatment with oxygen.
[0024] Der Gasdruck kann beispielsweise barometrisch oder manometrisch gemessen werden. Die Kenntnis des Gasdruckes lässt Rückschlüsse über das Abrissverhalten des Sauerstoffs beim Austritt aus den Auslassdüsen zu, die zur Steuerung der Eindringtiefe des Sauerstoffs genutzt werden können.The gas pressure can be measured, for example, barometrically or manometrically. Knowledge of the gas pressure allows conclusions to be drawn about the tearing behavior of the oxygen as it exits the outlet nozzles, which can be used to control the penetration of oxygen.
[0025] Der Abstand der Sauerstoffblaslanze zu Festkörpern und/oder Flüssigkeitsspiegel der Schlacke oder der Stahlschmelze kann beispielsweise gemessen werden mittels: - Lasertriangulation, - Laufzeitverfahren wie beispielsweise Laserradar, - interferonnetrisch arbeitende Systeme, beispielsweise Laserinterferometer, - magnetostriktiven Sensoren, - Ultraschall.The distance of the oxygen blowing lance to solids and / or liquid levels of slag or molten steel can be measured for example by means of: - laser triangulation, - transit time method such as laser radar, - interferonnetrisch operating systems, such as laser interferometer, - magnetostrictive sensors, - ultrasound.
[0026] Die Messung des Abstandes der Sauerstoffblaslanze vom Flüssigkeitsspiegel der Stahlschmelze, beziehungsweise von gegebenenfalls vorhandener Schlacke, kann zur Steuerung der Eindringtiefe des Sauerstoffs, und damit der Behandlungszeit der Stahlschmelze, genutzt werden. Die Steuerung der Eindringtiefe des Sauerstoffs kann dabei beispielweise durch Auf-und Abbewegung der Sauerstoffblaslanze erfolgen. Durch Messung des Abstandes kann ein jederzeit ein Abstand der Sauerstoffblaslanze vom Flüssigkeitsspiegel eingehalten werden, bei dem die Verbärung der Sauerstoffblaslanze durch Metall- und Schlackespritzer gering gehalten wird. Weiterhin ermöglicht eine Messung des Abstandes zu Festkörpern die Vermeidung einer Beschädigung der Sauerstoffblaslanze durch Kontakt mit beispielsweise in der Stahlschmelze stehenden Schrottteilen, die noch nicht geschmolzen sind.The measurement of the distance of the oxygen blowing lance from the liquid level of the molten steel, or optionally present slag, can be used to control the penetration depth of the oxygen, and thus the treatment time of the molten steel. The control of the penetration depth of the oxygen can be done, for example, by moving the oxygen blowing lance up and down. By measuring the distance can be maintained at any time a distance of the oxygen blowing lance from the liquid level, in which the fermentation of Sauerstoffblaslanze is kept low by metal and slag spatter. Furthermore, a measurement of the distance to solids allows avoiding damage to the oxygen blowing lance by contact with, for example, standing in the molten steel scrap parts that have not yet melted.
[0027] Spektraldaten können beispielsweise gemessen werden mittels - Emissionsspektralanalyse beispielsweise mit Entladungsplasma, mit laserinduziertem Plasma oder mit Laserablation und Entladungsplasma, - Laser- induzierter Plasmaspektroskopie,Spectral data can be measured, for example, by means of - emission spectral analysis, for example with discharge plasma, with laser-induced plasma or with laser ablation and discharge plasma, - laser-induced plasma spectroscopy,
Spektraldaten über die Zusammensetzung der Stahlschmelze können Aufschluss über das Fortschreiten der Behandlung der Stahlschmelze geben.Spectral data on the composition of the molten steel can provide information about the progress of the treatment of molten steel.
[0028] Bevorzugterweise ist in den Technikkanal eine Vorrichtung zur Entnahme von Stahl-und/oder Gasproben einbringbar.Preferably, in the technology channel, a device for the removal of steel and / or gas samples can be introduced.
[0029] Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise eine an einem Metallseil befestigtes Vakuumglas umfassen, oderein aus dem Technikkanal ausfahrbares Rohrstück. In diesem Fall kann auf die Verwendung einer Sublanze zur Probennahme verzichtet werden. Vorteilhaft ist dabei, dass bei der Entnahme von Stahlproben im Brennfleck direkt aus der Stahlschmelze geschöpft werden kann und keine gegebenenfalls auf der Stahlschmelze vorhandene Schlackenschicht durchdrungen werden muss.Such a device may comprise, for example, a fixed to a metal wire vacuum glass, or a retractable from the technical channel pipe section. In this case, the use of a sublance for sampling can be dispensed with. It is advantageous that can be scooped up directly from the molten steel during the removal of steel samples in the focal spot and no possibly present on the molten steel slag layer must be penetrated.
[0030] Bevorzugterweise ist dabei in den Technikkanal eine Vorrichtung zur Messung von Temperatur und/oder Zusammensetzung einer entnommen Stahl- oder Gasprobe einbringbar. In diesem Fall können die Proben ohne durch Entnahme aus der Sauerstoffblaslanze hervorge- 4/11 österreichisches Patentamt AT506 950 B1 2010-01-15 rufene Verzögerungen ausgewertet werden. Eine derartige Auswertung kann beispielsweise durch Laser- induzierte Plasmaspektroskopie gemacht werden.Preferably, a device for measuring temperature and / or composition of a removed steel or gas sample can be introduced into the technology channel. In this case, the samples can be evaluated without delays due to removal from the oxygen blowing lance. Such an evaluation can be made, for example, by laser-induced plasma spectroscopy.
[0031] Gegenüber einer Erfassung von Parametern der Metallschmelze aus dem Brennfleck -und somit aus der bewegten Schmelze - hat eine Messung einer entnommenen Probe im Technikkanal den Vorteil, dass die Probe im Technikkanal nicht bewegt ist. Zusätzlich entfallen bei der Messung im Technikkanal auch andere, durch die Umgebung des Brennflecks hervorgerufene, die Messung beeinflussende Störfaktoren wie beispielsweise wechselnde Umgebungsdrücke und schlechte visuelle Bedingungen. Zudem bietet eine Erfassung von Parametern der Stahlschmelze im Technikkanal den Vorteil, dass die Probe nicht aus der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze entnommen werden muss, um zu den Parametern zu gelangen. Dadurch kann die Erfassung schneller erfolgen.Compared to a detection of parameters of the molten metal from the focal spot and thus from the moving melt - a measurement of a sample taken in the technical channel has the advantage that the sample is not moved in the technology channel. In addition, when measuring in the technical channel also other, caused by the environment of the focal spot, the measurement influencing disturbing factors such as changing ambient pressures and poor visual conditions. In addition, a detection of parameters of the molten steel in the technical channel has the advantage that the sample does not have to be taken from the oxygen blowing lance according to the invention in order to arrive at the parameters. This makes the capture faster.
[0032] Nach einer Ausführungsform ist in den Technikkanal eine Vorrichtung zur Erfassung von Spektraldaten einbringbar.According to one embodiment, a device for acquiring spectral data can be introduced into the technology channel.
[0033] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Technikkanal mit einer Vorrichtung zur Lieferung von festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen verbunden ist. Durch Zugabe von beispielsweise Legierungselemente beinhaltenden Substanzen zur Stahlschmelze durch eine solche Vorrichtung zur Lieferung kann die erzielte Stahlqualität beeinflusst werden. Kann die Zugabe über den Technikkanal erfolgen, müssen keine zusätzlichen Kanäle für diesen Zweck in der Sauerstoffblaslanze vorgesehen werden, beziehungsweise kann die Zugabe über zusätzliche Lanzen vermindert oder obsolet gemacht werden.According to an advantageous embodiment of the technology channel is connected to a device for the supply of solid, liquid or gaseous substances. By adding, for example, alloying substance-containing substances to molten steel by such a delivery device, the quality of the steel obtained can be influenced. If the addition can be made via the technology channel, no additional channels for this purpose have to be provided in the oxygen blowing lance, or the addition via additional lances can be reduced or rendered obsolete.
[0034] Die Thermoschutzvorrichtung umgibt den Technikkanal und die Sauerstoffleitungen zumindest in Längsrichtung der Sauerstoffblaslanze. Vorteilhafterweise ist die die Thermoschutzvorrichtung von Kanälen durchzogen, wobei die Kanäle mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind und in den Zwischenraum zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, dem Technikkanal und der Thermoschutzvorrichtung münden und/oder eine oder mehrere Mündungen in der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aufweisen. In diesem Fall trägt das Schutzgas besser zu Kühlung und Schutz der Thermoschutzvorrichtung vor oxidativem Verschleiß bei. Wenn Kanäle eine Mündung in der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aufweisen, wird diese von einem Schutzgasmantel umhüllt, was einen besonders effektiven Schutz vor Verbärungen und Verschleiß darstellt. Schlacken- oder Metallspritzer können vor dem Kontakt mit der Aussenhaut vom Schutzgasstrom weggeblasen werden und erreichen in diesem Fall die Aussenhaut nicht. Schlacken- oder Metallspritzer, die die Aussenhaut erreichen, können zum Teil vom Schutzgasstrom wieder abgeblasen werden. Da die Außenhaut nicht wassergekühlt ist, gefrieren diese Spritzer nur langsam, was ein Abblasen erleichtert. Auf die Aussenhaut auftreffende Schlacken- oder Stahlspritzer kühlen beim Durchtritt durch den Schutzgasmantel ab und treffen im Vergleich zu einer Sauerstoffblaslanze ohne Schutzgasmantel mit einer geringeren Temperatur auf die Außenhaut. Infolgedessen laufen Reaktionen mit der Aussenhaut weniger heftig oder überhaupt nicht ab, so dass diese weniger verschlissen wird. Zu-säztlich ergibt sich der Vorteil, dass solchermassen entstehende Verbärungen auf der Aussenhaut weniger stark haften als Verbärungen, die unter heftiger Reaktion mit dem Material der Aussenhaut entstehen. Entsprechend fallen sie früher unter ihrem eigenen Gewicht von der Aussenhaut ab als stärker haftende Verbärungen.The thermal protection device surrounds the technology channel and the oxygen lines at least in the longitudinal direction of the oxygen blowing lance. Advantageously, the thermal protection device is traversed by channels, which channels are connected to a protective gas supply device and open into the space between the oxygen lines with outlet nozzles, the technology channel and the thermal protection device and / or have one or more orifices in the outer skin of the oxygen blowing lance. In this case, the shielding gas better contributes to cooling and protection of the thermal protection device from oxidative wear. If channels have an orifice in the outer skin of the oxygen blowing lance, this is enveloped by a protective gas jacket, which is a particularly effective protection against exacerbations and wear. Slag or metal splashes can be blown away from the protective gas flow before contact with the outer skin and in this case do not reach the outer skin. Slag or metal splashes that reach the outer skin can be partially blown off again by the protective gas flow. Since the outer skin is not water cooled, these splashes freeze slowly, which facilitates blowing off. Slag or steel splashes impinging on the outer skin cool when passing through the protective gas jacket and strike the outer skin at a lower temperature than an oxygen blowing lance without a protective gas jacket. As a result, reactions with the outer skin are less severe or not at all, so that it is less worn. To-sessile results in the advantage that such resulting decompositions adhere to the outer skin less strong than exacerbations that arise under vigorous reaction with the material of the outer skin. Accordingly, they formerly fall from the outer skin under their own weight as more strongly adhering verbs.
[0035] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lanzenkopf der Sauerstofflanze ebenfalls von der Thermoschutzvorrichtung bedeckt, wobei der lanzenkopfseitige Teil der Thermoschutzvorrichtung als Schutzelement ausgebildet ist, das ablös- und austauschbar am Technikkanal befestigt ist, wobei in dem Schutzelement Durchlässe vorhanden sind, durch welche die Auslassdüsen nach außen geführt sind, wobei diese Durchlässe jeweils so dimensioniert sind, dass zwischen Auslassdüse und Schutzelement ein Spalt verbleibt. Durch diesen Spalt kann Schutzgas entweichen. Dadurch werden die Auslassdüsen vor Verbärungen und Verschleiß geschützt sowie gekühlt. Zusätzlich bildet das Schutzgas eine Ummantelung des austretenden Sauerstoffstromes, wodurch dieser gerichteter in die Stahlschmelze eindringen kann. Dadurch lässt sich die Eindringtiefe besser steuern. 5/11 österreichisches Patentamt AT506 950 B1 2010-01-15 [0036] Die Thermoschutzvorrichtung kann grundsätzlich aus einem oder mehreren Elementen bestehen. Vorteilhafterweise besteht sie aus mehreren Elementen, da diese im Vergleich zu einem einzigen Element kleiner und damit einfacher gefertigt beziehungsweise im Wartungsfall einfacher ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann die Thermoschutzvorrichtung aus mehreren übereinandergestapelten Ringen bestehen. Vorteilhafterweise ist zumindest ein Element der Thermoschutzvorrichtung am Technikkanal befestigt. Wenn das Element der Thermoschutzvorrichtung, welches sich bei senkrechter Stellung der Sauerstoffblaslanze - mit dem Lanzenkopf am unteren Ende - an unterster Stelle befindet, am Technikkanal befestigt ist, kann die Last der darüber angeordneten Elemente von diesem Element beziehungsweise von seiner Befestigung getragen werden. In so einem Fall kann teilweise oder ganz auf separate Befestigungen für die übrigen Elemente der Thermoschutzvorrichtung in der Sauerstoffblaslanze verzichtet werden, was die Konstruktion und Fertigung der Sauerstoffblaslanze einfacher macht.According to an advantageous embodiment, the lance head of the oxygen lance is also covered by the thermal protection device, wherein the lanzenkopfseitige part of the thermal protection device is designed as a protective element which is detachably and replaceably attached to the technology channel, wherein in the protective element passages are present through which the Outlet nozzles are guided to the outside, wherein these passages are each dimensioned so that between the outlet nozzle and the protective element remains a gap. Protective gas can escape through this gap. As a result, the outlet nozzles are protected from exfoliation and wear and cooled. In addition, the protective gas forms a jacket of the exiting oxygen stream, whereby this directed can penetrate into the molten steel. This allows better control of the penetration depth. In principle, the thermal protection device may consist of one or more elements. Advantageously, it consists of several elements, since they are smaller and thus easier to manufacture compared to a single element or can be replaced easier in case of maintenance. For example, the thermal protection device may consist of several stacked rings. Advantageously, at least one element of the thermal protection device is attached to the technology channel. If the element of the thermal protection device, which is at the lowest position when the oxygen blowing lance is in the vertical position - with the lance head at the bottom - is fastened to the technology channel, the load of the elements arranged above it can be carried by this element or its attachment. In such a case can be waived partially or completely to separate fasteners for the remaining elements of the thermal protection device in the oxygen blowing lance, which makes the design and manufacture of the oxygen blowing lance easier.
[0037] Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze ist die Länge des Technikkanals unabhängig von den Sauerstoffkanälen und der Thermoschutzvorrichtung verstellbar. Dazu kann beispielsweise ein lanzenkopfseitiger Endabschnitt des Technikkanals einen Rohrabschnitt enthalten, der in den Technikkanal ein- und ausfahrbar ist. Im ausgefahrenen Zustand verlängert der Rohrabschnitt den Technikkanal. Dadurch können Messgrößen in verschiedenen Positionen ermittelt werden, ohne den Rest der Sauerstoffblaslanze bewegen zu müssen.According to one embodiment of the oxygen blowing lance according to the invention, the length of the technology channel is independent of the oxygen channels and the thermal protection device adjustable. For this purpose, for example, a lance-head-side end portion of the technology channel may include a pipe section, which is in and out of the technical channel. In the extended state of the pipe section extends the technology channel. As a result, measured variables can be determined in different positions without having to move the rest of the oxygen blowing lance.
[0038] Mittels der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze können für die Behandlung einer Stahlschmelze relevante Messgrößen einfach und ohne Risiko an den für die jeweiligen Messgrößen idealen Positionen gemessen werden. Dadurch wird die Optimierung der Behandlung vereinfacht.By means of the oxygen blowing lance according to the invention, measured variables relevant for the treatment of a molten steel can be measured simply and without risk at the positions which are ideal for the respective measured variables. This simplifies the optimization of the treatment.
[0039] Anhand der folgenden schematischen beispielhaften Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the following schematic exemplary figures.
[0040] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den lanzenkopfseitigen Endabschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze. Figur 2 zeigt eine Schrägansicht des lanzenkopfseitigen Endabschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze.FIG. 1 shows a longitudinal section through the lance head end section of an embodiment of the oxygen blowing lance according to the invention. FIG. 2 shows an oblique view of the lance-head end section of an embodiment of the oxygen blowing lance according to the invention.
[0041] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den lanzenkopfseitigen Endabschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze 1. Ein zentraler Technikkanal 2 ist von zwei Sauerstoffleitungen 3 umgeben. Die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze wird von einer aus mehreren Elementen bestehenden Thermoschutzvorrichtung 4 aus Feuerfestmaterial gebildet. Die Elemente sind eine Röhre 4a sowie ein den Lanzenkopf bedeckendes schüsselförmiges Schutzelement 4b. Die Röhre 4a ist über Befestigungsvorrichtung 5 am Technikkanal befestigt. Das Schutzelement 4b ist über Befestigungsvorrichtung 6 am Technikkanal befestigt. Sauerstoff ist mit gewellten Pfeilen dargestellt. Schutzgas ist mit geraden Pfeilen dargestellt. Schutzgas strömt durch die Zwischenräume zwischen Technikkanal 2, Sauerstoffleitungen 3, und den Elementen der Thermoschutzvorrichtung 4a und 4b, sowie durch Kanäle in der Röhre 4a. Die Verbindung der Zwischenräume beziehungsweise der Kanäle mit einer Schutzgaszu-fuhrvorrichtung ist nicht dargestellt.FIG. 1 shows a longitudinal section through the lance-head-side end section of an embodiment of the oxygen blowing lance 1 according to the invention. A central technology channel 2 is surrounded by two oxygen lines 3. The outer skin of the oxygen blowing lance is formed by a multi-element thermal protection device 4 made of refractory material. The elements are a tube 4a and a bowl-shaped protective element 4b covering the lance head. The tube 4a is fastened via fastening device 5 on the technology channel. The protective element 4b is fastened via fastening device 6 on the technology channel. Oxygen is shown with wavy arrows. Shielding gas is shown with straight arrows. Shielding gas flows through the spaces between the technology channel 2, oxygen lines 3, and the elements of the thermal protection device 4a and 4b, as well as channels in the tube 4a. The connection of the spaces or the channels with a protective gas supply device is not shown.
[0042] Das Schutzgas tritt aus den Kanälen in der Röhre 4a unter anderem an der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aus und umhüllt diese mit einem Schutzgasmantel. Die aus den Auslassdüsen 7 austretenden Sauerstoffströme werden von Schutzgasströmen umhüllt, die aus den Spalten zwischen den Auslassdüsen 7 und dem Schutzelement 4b austreten. Aus Öffnungen 17 im Schutzelement strömt ebenfalls Schutzgas aus. Im Technikkanal 2 ist eine Vorrichtung zur Entnahme von Stahlproben 8 eingebracht. Zur Probennahme wird diese aus dem Technikkanal in die Stahlschmelze abgesenkt. Ein Sensor zur Bestimmung der Temperatur 9 und ein Sensor zur Bestimmung des Abstandes der Lanze zu einem Festkörper und/oder Flüssigkeitsspiegel 10 sind im Technikkanal angebracht. Sie erfassen die entsprechenden Messdaten im lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich. An der 6/11 > österreichisches Patentamt AT506 950 B1 2010-01-15The protective gas exits from the channels in the tube 4a, inter alia, on the outer skin of the oxygen blowing lance and envelops them with a protective gas jacket. The oxygen streams emerging from the outlet nozzles 7 are enveloped by protective gas streams emerging from the gaps between the outlet nozzles 7 and the protective element 4b. From openings 17 in the protective element also flows from protective gas. In the technology channel 2, a device for removing steel samples 8 is introduced. For sampling, this is lowered from the technology channel into the molten steel. A sensor for determining the temperature 9 and a sensor for determining the distance of the lance to a solid and / or liquid level 10 are mounted in the technology channel. They record the corresponding measurement data in the area of the lance head that forms an extension of the technical channel. At the 6/11 > Austrian Patent Office AT506 950 B1 2010-01-15
Außenhaut der Sauerstofflanze ist ein Sensor zur Messung von Gasdruck 11 befestigt. Ein weiterer Sensor zur Messung von Gasdruck 12 ist an einer Auslassdüse 7 befestigt.Outer skin of the oxygen lance is attached a sensor for measuring gas pressure 11. Another sensor for measuring gas pressure 12 is attached to an outlet nozzle 7.
[0043] Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung von Umlaufkanten der Öffnungen 17, der Mündungen der Kanäle der Röhre 4a, der unteren Enden der Sauerstoffleitungen 3, des unteren Endes des Technikkanals 2, der Auslassdüsen 7, sowie der Durchlässe des Schutzelementes 4b, durch welche die Auslassdüsen 7 nach aussen geführt sind, verzichtet.For clarity, was on the representation of peripheral edges of the openings 17, the mouths of the channels of the tube 4a, the lower ends of the oxygen lines 3, the lower end of the technology channel 2, the outlet nozzles 7, and the passages of the protective element 4b, through which the outlet nozzles 7 are guided to the outside, omitted.
[0044] Figur 2 zeigt eine Schrägansicht des lanzenkopfseitigen Endabschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze, bei dem der das Schutzelement 4b im Vergleich zu Figur 1 höher gezogen ist. An mehreren Stellen der Aussenhaut sind Sensoren 13, 14, 15, 16 angebracht. Auch in Figur 2 sind ein zentraler Technikkanal 2 sowie mehrere Auslassdüsen 7 am Lanzenkopf zu sehen. Zwischen dem Schutzelement 4b und den Auslassdüsen 7 beziehungsweise dem Technikkanal 2 befinden sich ringförmige Spalte. Weiterhin weist das Schutzelement 4b durchgehende Öffnungen 17 auf, durch die Schutzgas aus den Zwischenräumen zwischen Technikkanal 2, nicht dargestellten Sauerstoffleitungen, und den Elementen der Thermoschutzvorrichtung 4a und 4b zur Aussenhaut der Sauerstofflanze strömen kann. 1 Sauerstoffblaslanze 2 Technikkanal 3 Sauerstoffleitung 4 Thermoschutzvorrichtung 4a Röhre 4b Schutzelement 5 Befestigungsvorrichtung 6 Befestigungsvorrichtung 7 Auslassdüsen 8 Vorrichtung zur Entnahme von Stahlproben 9 Sensor zur Bestimmung der Temperatur 10 Sensor zur Bestimmung des Abstandes der Lanze zu einem Festkörper und/oderFIG. 2 shows an oblique view of the lance head end section of an embodiment of the oxygen blowing lance according to the invention, in which the protective element 4b is pulled higher in comparison to FIG. At several points of the outer skin sensors 13, 14, 15, 16 are attached. FIG. 2 also shows a central technology channel 2 and a plurality of outlet nozzles 7 on the lance head. Between the protective element 4b and the outlet nozzles 7 and the technology channel 2 are annular gaps. Furthermore, the protective element 4b has through openings 17 through which protective gas can flow from the interstices between the technology channel 2, not shown oxygen lines, and the elements of the thermal protection device 4a and 4b to the outer skin of the oxygen lance. 1 oxygen blowing lance 2 technology channel 3 oxygen line 4 thermal protection device 4a tube 4b protective element 5 fastening device 6 fastening device 7 outlet nozzles 8 device for taking steel samples 9 sensor for determining the temperature 10 sensor for determining the distance of the lance to a solid and / or
Flüssigkeitsspiegel 10 11Liquid level 10 11
Sensor zur Messung von GasdruckSensor for measuring gas pressure
Sensor zur Messung von Gasdruck 12 13 14 15Sensor for measuring gas pressure 12 13 14 15
Sensor Sensor Sensor Sensor 16 Öffnung (im Schutzelement) 7/11Sensor Sensor Sensor Sensor 16 Opening (in the protection element) 7/11
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