DE10102854A1

DE10102854A1 - Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze

Info

Publication number: DE10102854A1
Application number: DE2001102854
Authority: DE
Inventors: Juergen Schultz; Christoph Schroelkamp
Original assignee: IMPACT GES fur NICHTEISENMETA
Current assignee: IMPACT GES fur NICHTEISENMETA
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-01-24
Also published as: DE10102854C2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren von diesem abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durchsetzenden Ausblasdüsen. Die Düsenmündungen sind durch Mündungsringe aus einem Keramikmaterial verstärkt. Die Mündungsringe sind entweder direkt in einen Umfangsfalz der Düsenmündung eingelegt und in diesem haftschlüssig befestigt. In einer anderen Ausgestaltung sind die Mündungsringe jeweils in einen Außenring aus Metall eingelegt und mit diesem formschlüssig und/oder haftschlüssig verbunden; die Außenringe sind ihrerseits in einen Umfangsfalz des Lanzenkopfes eingeschraubt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lanzenkopf für eine Sauer stofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausge bildeten, an einen Sauerstoff-Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsenmündungen durch Mündungsringe aus einem feuer festen Material verstärkt sind.

Derartige, insbesondere zur Stahlherstellung eingesetzte Lanzenköpfe sind am Ende einer Sauerstofflanze angeordnet, über die hochreiner Sauerstoff (99,5 bis 99,8% O2) auf das Metallbad in einem Konverter oder dergleichen geblasen wird. Die Seitenwände und die Bodenwand des Sauerstoff- Sammelraumes sind im allgemeinen doppelwandig ausgebildet und dienen als Kühlwasserkanäle, welche zum Zwecke einer Kühlung des der Schmelztemperatur des Stahls ausgesetzten Lanzenkopfes von Kühlwasser durchströmt werden.

Der Sauerstoff wird mit einer hohen Überschallgeschwindig keit auf das Roheisen aufgeblasen. Das erfordert glatte und geometrisch korrekte Düsenkonturen bis zur Mündung hin.

Die Haltbarkeit oder Standzeit eines der Strahlungshitze der Stahlschmelze, aufgeschäumter Schlacke sowie den hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs ausgesetzten Lanzenkopfes wird u. a. durch die Düsenkonturtreue im Bereich der Düsenaustrittskanten bestimmt, die einem besonders schnellen Verschleiß unterliegen.

Es ist deshalb bereits bekannt, bei einem Lanzenkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art die Düsen mündungen durch Mündungsringe aus einem feuerfesten Material zu verstärken, um die Standzeit des Lanzenkopfes zu erhöhen.

In der DE 41 13 660 C1 ist ein Verfahren offenbart worden, bei welchem Mündungsringe aus einem hochwarmfesten metal lischen Werkstoff beispielsweise durch Schweißen oder Spritzen im Mündungsbereich befestigt werden. Diese Mün dungsringe verstärken die besonders belasteten Austritts kanten der Ausblasdüsen und verbessern damit die Standzeit des Lanzenkopfes. Da offensichtlich wegen des für die Mündungsringe verwendeten Materials einerseits und wegen der Art und Weise ihrer Befestigung im Mündungsbereich andererseits Schwierigkeiten bestehen, die Mündungsringe übergangslos und stoßfrei an die Innenkontur der Ausblas düsen anzupassen, werden diese Mündungsringe mit Übermaß gefertigt bzw. als geschlossene Scheiben eingebaut und nachträglich auf das korrekte Maß aufgebohrt. Dieses Ver fahren ist wegen des zusätzlichen Bohr-Arbeitsschrittes äußerst umständlich und deshalb kostspielig. Ein weiterer Nachteil wird auch darin gesehen, daß das verwendete metallische Material die Standzeit des Lanzenkopfes nicht so verbessert, daß sich der technische Aufwand für das Anbringen der Mündungsringe immer lohnt.

Sehr viel bessere feuerfeste Eigenschaften haben Keramik materialien, so daß eine Verwendung derartiger Materialien eine weitere Verbesserung der Standzeit von Lanzenköpfen verspricht.

In der oben genannten DE 41 13 660 C1 ist auch auf eine japanische Patentanmeldung Bezug genommen, die eine Blas lanze für Konverter oder dergleichen zum Gegenstand hat, bei der die Endbereiche der Austrittsöffnungen mit Keramik ausgekleidet sind. Über die Ausgestaltung einer derartigen Auskleidung und die Art und Weise ihrer Befestigung in der Düse ist dort nichts ausgesagt.

In der DE 37 00 892 A1 ist ein Lanzenkopf beschrieben, bei welchem im wesentlichen die gesamte Bodenwand des Sauer stoff-Sammelraumes durch einen Keramikeinsatz gebildet ist, welcher durch eine zentrale Schraube mit dem Lanzen kopf verbunden wird. Dieser Keramikeinsatz ist ein ver hältnismäßig kompliziertes Bauteil, dessen Herstellung schwierig und deshalb teuer ist. Außerdem schließt sich der Keramikeinsatz nicht lückenlos an die Innenkontur der Blasdüse an; vielmehr ist aus Gründen einer unterschied lichen Wärmeausdehnung der beiden relativ voluminösen Bau teile in einem Ausführungsbeispiel eine Lücke im Über gangsbereich dieser Bauteile belassen. In weiteren Ausfüh rungsbeispielen ist in einer Lücke zwischen den Bauteilen eine elastische, d. h. formveränderliche Dichtung angeord net. In beiden Fällen besteht die Gefahr, daß die Über schallströmung in der Blasdüse gestört wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lan zenkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem die Düsenmündungen in einfacher und dauerhafter Weise durch Mündungsringe aus einem Keramikmaterial verstärkt sind. Diese Erfindung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch gelöst, daß Mündungsringe aus Keramikmaterial jeweils direkt in einen Umfangsfalz der Düsenmündung eingelegt und in diesem haftschlüssig befestigt sind.

Die Umfangsfalze einerseits und die Düsenringe anderer seits werden mit hoher Präzision ausgebildet, so daß sich die Mündungsringe lückenlos und exakt mit der Innenkontur der Düsen fluchtend in die Umfangsfalze einlegen lassen. Auf diese Weise kann auch ohne Nachbearbeitung eine störungsfreie Strömung sichergestellt werden.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine technisch einfache, preiswert zu verwirklichende Aus gestaltung dar. Je nach der Art und Weise der weiter unten zu beschreibenden Befestigungstechnik lassen sich die Mündungsringe bei Verschleiß auch auswechseln, so daß die Standzeit des Lanzenkopfes weiter erhöht werden kann.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, daß Mündungsringe aus Keramikmaterial jeweils in einen Außenring aus Metall, vorzugsweise dem den Lanzen kopf bildenden Metall, eingelegt sowie mit diesem haft schlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind, und daß der Außenring seinerseits jeweils in einen Umfangsfalz der Düsenmündung eingeschraubt ist. Diese Lösung ist technisch etwas aufwendiger als die zuerst beschriebene Lösung. Sie hat jedoch den Vorteil, daß ein Auswechseln der Mündungs ringe in besonders einfacher Weise möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verengen sich die Innenkontur des Außenringes und dementsprechend die Außen kontur des Mündungsringes nach außen konisch, so daß eine formschlüssige Sicherung des Mündungsringes nach dem Ein bau gegeben ist.

Die Mündungsringe einerseits und die Umfangsfalze anderer seits werden mit großer Präzision ausgeführt derart, daß die Mündungsringe im eingebauten Zustand mit der Innenwand der Ausblasdüse lückenlos fluchten.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mündungsringe direkt in dem zugeordneten Umfangsfalz oder in dem zugeordneten Außenring durch Schrumpfen befestigt sind. Diese Befestigungsart erlaubt in einfacher Weise auch bei der ersten Ausgestaltungsvariante, die Mündungsringe bei Verschleiß wieder vom Lanzenkopf zu demontieren, indem beispielsweise die Schrumpfspannung durch Erwärmen des Lanzenkopfes aufgehoben oder so weit vermindert wird, daß der Mündungsring entfernt werden kann. Bei der zweiten Ausgestaltungsvariante läßt sich ebenfalls der einem Verschleiß unterworfene Mündungsring aus Keramik aus dem Außenring lösen, so daß dieser wieder verwendbar bleibt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Mündungsringe in dem zugeordneten Umfangs falz bzw. Außenring durch Kleben befestigt sind. Bei dieser Befestigungsart wird insbesondere das bei der Schrumpfbefestigung bestehende Risiko vermieden, daß durch Erwärmen des Lanzenkopfes im Betrieb die Schrumpfspannung aufgehoben wird und die Mündungsringe sich lösen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Mündungsringe in dem zugeordneten Umfangs falz bzw. Außenring durch Klemmen befestigt sind. Dabei erhalten beispielsweise die Mündungsringe im Außendurch messer ein Übermaß und werden jeweils in den zugeordneten Umfangsfalz bzw. den Außenring eingepreßt.

Die Mündungsringe sind erfindungsgemäß aus einem Keramik material hergestellt, welches aus einer Aluminiumoxide (Al₂O₃) und Siliziumnitride (SSN) enthaltenden Gruppe aus gewählt ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Lanzenkopf im Querschnitt, wobei eine dar gestellte Düsenmündung durch einen Mündungsring verstärkt ist;

Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung einen Mündungsring gemäß der Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3 den Mündungsring gemäß der Fig. 2 in einer Ansicht von vorne;

Fig. 4 eine andere Ausgestaltung eines Mündungsringes im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Lanzenkopfes 2 im Querschnitt. Ein derartiger Lanzenkopf ist an sich bekannt und braucht deshalb nicht in allen Einzelheiten beschrieben zu werden. Er umfaßt einen zentralen, an einen nicht dargestellten Sauerstoff-Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum 4 und mehrere von diesem abzweigende, die Bodenwand 6 des Lanzenkopfes 2 durch setzende Ausblasdüsen 8, 10, von denen die letztere Aus blasdüse 10 in einem Querschnitt dargestellt ist. Der Lanzenkopf 2 ist von Kühlwasserkanälen 12 durchsetzt, durch die Kühlwasser strömt.

Der Sauerstoff strömt mit hoher Überschallgeschwindigkeit aus dem Sauerstoff-Sammelraum 4 durch die Ausblasdüsen 8, 10 hindurch nach außen und wird mittels des Lanzenkopfes 2 auf die Oberfläche der Stahlschmelze gelenkt.

Am Beispiel der Ausblasdüse 10 ist zu erkennen, daß die Düsenmündung 14 durch einen gesonderten Mündungsring 16 verstärkt ist. Dieser besteht aus einem hochwärmebestän digen Keramikmaterial, welches den insbesondere im Bereich der Vorderkante der Düsenmündung 14 auftretenden Belastungen durch den schnell strömenden Sauerstoff, die Schmelzentemperatur und gegebenenfalls die aufschäumende Schlacke besser standhält als das Material des Lanzen kopfes 2, das im allgemeinen Kupfer oder eine Kupfer legierung ist.

Wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, ist der Mündungs ring 16 in einen Außenring 18 eingesetzt. Der Außenring 18 ist mit einem Außengewinde 20 versehen und in einen im Bereich der Düsenmündung 14 ausgebildeten, mit einem Innengewinde 22 versehenen Umfangsfalz 24 eingeschraubt.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, verengt sich die Innenkontur des Umfangsringes 18 und die Außenkontur des Mündungsrin ges 16 konisch nach außen, d. h. in Fig. 2 nach rechts. Zum Zusammenbau des Mündungsringes und des Außenringes 18 wird der Mündungsring 16 von der Innenseite des Außenringes 18 her, d. h. in Fig. 2 von links in den Außenring 18 einge setzt. Wegen der sich verjüngenden Innenkontur des Außen ringes 18 ist der Mündungsring 16 im montierten Zustand absolut sicher formschlüssig gehalten.

Fig. 3 zeigt die aus dem Mündungsring 16 und dem Außenring 18 bestehende Anordnung in einer Vorderansicht. Wie zu erkennen ist, sind in der äußeren Stirnseite 26 des Außen ringes 18 zwei Montagelöcher 28 ausgebildet, in die ein Werkzeug zum Verschrauben des Außenringes 18 eingesetzt werden kann.

Wie weiter vorne bereits beschrieben wurde, kann der Mündungsring 16 im Außenring 18 zusätzlich durch Schrumpfen, Kleben oder Klemmen befestigt sein.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Mündungs ringes 116. Dieser ist im Gegensatz zu der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Konstruktion nicht über einen Außen ring sondern direkt in einen im Bereich der Düsenmündung 14 ausgebildeten Umfangsfalz 124 eingesetzt. Damit der Mündungsring 116 von vorne in den Umfangsfalze 124 einge setzt werden kann, ist die Außenkontur des Mündungsringes 116 einerseits und die innere Umfangskontur des Umfangs falzes 124 andererseits zylindrisch ausgebildet. Es besteht deshalb keine formschlüssige Sicherung des Mündungsringes 116. Die Befestigung des Mündungsringes 116 im Umfangsfalz 124 erfolgt deshalb ausschließlich durch Schrumpfen, Kleben oder Klemmen.

Claims

1. Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten, an einen Sauerstoff-Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff- Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammel raumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsen mündungen durch Mündungsringe aus einem feuerfesten Material verstärkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mündungsringe (116) aus Keramikmaterial jeweils direkt in einen Umfangsfalz (124) der Düsenmündung (14) eingelegt und in diesem befestigt sind.

2. Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten, an einen Sauerstoff-Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff- Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammel raumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsen mündungen durch Mündungsringe aus einem feuerfesten Material verstärkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mündungsringe (16) aus Keramikmaterial jeweils in einen Außenring (18) aus Metall eingelegt sowie mit diesem verbunden sind, und daß der Außenring (18) jeweils in einen Umfangsfalz (24) der Düsenmündung (14) eingeschraubt ist.

3. Lanzenkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Außenringes (18) und die Außenkontur des Mündungsringes (16) sich nach außen zu konisch verengen.

4. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16, 116) so ausgebildet sind, daß sie im eingebauten Zustand mit der Innenwand der Ausblasdüse (10) fluchten.

5. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116, 16) in dem zugeordneten Umfangsfalz (124) bzw. in dem zugeordneten Außenring (18) durch Schrumpfen befestigt sind.

6. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116, 16) in dem zugeordneten Umfangsfalz (124) bzw. dem zugeordneten Außenring (18) durch Kleben befestigt sind.

7. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116, 16) in dem zugeordneten Umfangsfalz (124) bzw. dem zugeordneten Außenring (18) durch Klemmen befestigt sind.

8. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16, 116) aus einem Keramik material aus einer Aluminiumoxide (Al₂O₃) und Sili ziumnitride (SSN) enthaltenden Gruppe ausgewählt sind.