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Konverter mit losem, das Gefäß mit einem Abstand umgebenden Tragring
Die Erfindung bezieht sich auf Konverter für die Stahlerzeugung mit losem, d. h.
getrennt von dem Konvertergefäß um dieses herum angeordnetem Tragring.
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Die bekannten Konverter mit losem Tragring sollen eine freie Wärmedehnung
des Konvertergefäßes und ein einfaches Auswechseln des Gefäßes aus dem Tragring
ermöglichen. Nach einer gewissen Betriebszeit sind diese angestrebten Eigenschaften
jedoch häufig nicht mehr vorhanden. Der Gefäßmantel des Konverters steht durch den
Wärmedehnungsdruek der von innen aufgeheizten Ausmauerung unter erheblicher Zugspannung,
zudem nimmt er bei zunehmendem Ausbrand des Mauerwerkes Temperaturen an, die die
Festigkeit des hoch beanspruchten Mantelbleches herabsetzen, so daß bleibende Verformung,
Wachsen der Gefäße, Auswulstungen usw. auftreten können. Die Konvertergefäße liegen
dadurch schließlich fest an der Tragringinnenwand an und können sogar oben und unten
über den Tragring hinauswachsen. In ihrem zylindrischen Mittelteil sind die Gefäße
oben und unten am Tragring durch Pratzen gehalten, die auf dem Tragring zwischen
Knaggen radial verschiebbar sind. Die Pratzen überdecken zwar jeweils einen großen
Teil der Ober- und Unterseite des Tragringes, in die Zwischenräume kann jedoch ungehindert
Staub, Schlacke u. dgl. hineinfallen, so daß der gesamte Ringraum zwischen Konvertergefäß
und Tragring schnell vollständig abgeschlossen wird. In dem Ringraum entsteht dadurch
ein Wärmestau, und die Gefäßtemperatur steigt dort unkontrollierbar an. Die Wärme
kann in diesem Bereich allein! durch den Tragring abgeleitet werden, wodurch dieser
stärker aufgeheizt wird. Die Befestigung der aufgenieteten - oder seltener aufgeschraubten
.-. Pratzen macht Bohrungen im Konvertermantel erforderlich, die meist nicht dauerhaft
abzudichten sind und die infolge der ungünstigen Spannungsverhältnisse an ihren
Rändern oft Ausgangspunkte von Rißbildungen sind. Das beim Gefäßaustausch erforderliche
Demontieren der Pratzen ist umständlich und zeitraubend. Beim Kippen des Konverters
zeigt sieh ein weiterer Nachteil der bekannten Ausfülxrung: Durch die axiale Wärmedehnung
des Gefäßmantels wird während des Betriebes die Entfernung zwischen den oberen und
unteren Pratzen etwas größer, so daß die unteren Pratzen nicht mehr auf der Tragring-Unterseite
anliegen. Beim Kippen des Konverters kann dann das Gefäß nach überwinden der ruhenden
Reibung um den der Wärmedehnung entsprechenden Weg im Tragring ruckartig so weit
gleiten, bis die vorher untenliegenden Pratzen das Gefäß im Tragring halten. Durch
das große Gewicht des Konvertergefäßes entstehen hierbei Stöße, die sich ungünstig
als zusätzliche Beanspruchung des Gefäßes und des Tragringes auswirken. Außerdem
wird das jeweils nur von den Pratzen auf einer Seite des Tragringes gehaltene Gefäß
beim Kippen weit außerhalb der Gefäßschwerpunktsebene in die Kipplage gedrückt bzw.
gezogen, so daß die hierdurch hervorgerufenen zusätzlichen inneren Torsions- und
Biegemomente weitere ungünstige Beanspruchungen des Tragringes und des Konvertermantels
ergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannter< Konverter
mit losem Tragring zu vermeiden.
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Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung, vorgeschlagen, daß der Tragring
in einer Ebene mehrere, radial zum Konvertergefäß weisende, zurückziehbare Zapfen
trägt, die mit geringem Spiel in am Konvertermantel angeordnete Halteösen eingreifen,
wobei zwischen der Stirnseite der Zapfen und dem Gefäßmantel sowie zwischen den
Halteösen und dem Tragring jeweils ein für die radiale Wärmedehnung des Gefäßmantels
hinreichender Spielraum vorgesehen ist. Durch diese konzentrische Halterung des
Gefäßes wird der Einfluß der axialen Wärmedehnung vollständig ausgeschaltet, denn
dadurch, daß die Befestigungselemente alle in einer Radialebene angeordnet sind,
kann keine Abstandsänderung zwischen den Befestigungselementen infolge axialer Ausdehnung
des Gefäßes auftreten. Die radiale Wärmedehnung des Gefäßes dagegen wirkt -.:eh
lediglich so aus, daß sich die vom Konvertermantel getragenen Halteösen weiter auf
die Tragzapfen aufschieben - der hierfür erforderliche Spielraum ist erfindungsgemäß
vorgesehen. Die Halteösen werden beim Erwärmen des Konvertergefäßes, auf dem : -e
befestigt sind, mit aufgeheizt, und zwar etwas me:=r als die darin steckenden
Tragzapfen.
Sie dehnen sich daher auch etwas mehr aus als die Tragzapfen. Dadurch ergibt sich
eine geringfügige Vergrößerung des Spiels, mit dem die in dem kälter bleibenden
Tragring befestigten Zapfen in die Ösen eingreifen. Auf diese Weise ist eine Sicherung
gegen Festklemmen der Tragzapfen in den zugehörigen Ösen gegeben, außerdem aber
auch ein Spielausgleich bei nicht gleichmäßiger Erwärmung des Gefäßes möglich.
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Die radiale Wärmedehnung und Festigkeitsabnahme bleibt kleiner als
bei den bekannten Ausführungen, weil sich eine Kühlluftströmung entlang dem Konvertermantel
ausbilden kann, die in dem breiten Ringspalt weder merklich behindert noch gar unterbrochen
wird. Die Gesamtabmessungen des Konverters und insbesondere die Lagerabstände der
Kippzapfen am Tragring werden jedoch durch den breiteren Luftspalt zwischen Gefäß
und Tragring nicht vergrößert. Der Tragring ist einerseits durch die erfindungsgemäße
Halterung mechanisch weniger beansprucht als bei den bekannten Konvertern und wird
andererseits infolge der besseren Kühlung und wegen des insgesamt kleinen Wärmeleitungsquerschnitts
der Aufhängung weniger aufgeheizt und kann daher schwächer ausgebildet sein.
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Falls jedoch - insbesondere bei großen Konvertern - das Mantelblech
des Gefäßes nicht so stark gewählt werden kann, daß es den auftretenden Beanspruchungen
in ausreichendem Maße widersteht, d. h., wenn trotz natürlicher Kühlung die durch
den Mauerwerksdruck hervorgerufene Zugspannung im Konvertermantelblech zu groß würde,
kann in Weiterbildung der Erfindung der Gefäßmantel mindestens im Bereich des Trangrings
von fest angeordneten Stahlringen umgeben sein, deren Innenrand an der Außenseite
des Gefäßmantels anliegt und die den Mantel gegen den Wärmedehnungsdruck der Ausmauerung
widerstandsfähiger machen, indem sie das Mantelblech von tangentialen Zugspannungen
entlasten und gleichzeitig wie Kühlrippen wirken und dadurch die Manteltemperatur
senken und somit die Widerstandskraft des Mantelwerkstoffes erhöhen.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, mindestens den nicht zur
Einleitung der Kippbewegung dienenden Kippzapfen des Konverters mit einer durchgehenden
Mittelbohrung zu versehen, die in dem Ringspalt zwischen Konvertergefäß und Tragring
mündet und die den Eintritt zusätzlicher Kühlluft in den Ringspalt gestattet. Die
Einleitung von Kühlmittel zum Kühlen des Konvertermantels durch Mittelbohrungen
in einem oder beiden Kippzapfen des Konverters ist bei fest auf dem Gefäßmantel
angeordneten Tragringen bekannt. Die Tragringe sind zum Konvertermäntel hin entweder
mit Ausnehmungen versehen oder als zum Gefäß hin offene, aus Blechen zusammengesetzte,
auf dem Mantelblech befestigte Hohlringe ausgebildet. In die Bohrungen der Kippzapfen
bzw. die Hohlräume zwischen Gefäßwand und Tragring wird durch Rohrleitungen Kühlmittel,
z. B. Wasser, meist jedoch Luft, und zwar vorzugsweise bei bodenwindgeblasenen Konvertern
der Gebläsewind, eingeleitet. Erfindungsgemäß kann vorteilhaft mittels einer in
die Kippzapfenbohrung hineinragenden Düse zusätzliche Kühlluft in den Ringspalt
zwischen Konvertergefäß und Tragring eingeblasen werden und auf diese Weise die
Widerstandsfähigkeit des Mantelbleches gegen den Mauerwerksdruck durch noch bessere
Kühlung weiter erhöht werden. Die einströmende Gesamtmenge an Kühlluft kann durch
Injektorwirkung noch erheblich erhöht werden, d. h., daß die eingeblasene Luft aus
der Umgebung des Zapfeneinlasses größere Luftmengen ansaugt und durch die Zapfenbohrung
befördert. Hierzu ist die Düse im Mündungsteil im Durchmesser wesentlich kleiner
ausgebildet als die Zapfenbohrung selbst. Das hat dann auch noch den Vorteil, daß
sich jede feste Verbindung oder Abdichtung gegen den Zapfen erübrigt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Ringraum zwischen
Konvertergefäß und Tragring durch dachartig geneigte Schirmbleche abgedeckt sein,
die derart befestigt sind, daß für den Kühlluftstrom im Ringraum ein seitlicher
Ausströmquerschnitt frei bleibt. Das Verschmutzen des Ringraumes wird dadurch vermieden
und auf diese Weise eine Sicherung gegen Funktionsstörungen der Halterung sowie
gegen Wärmestauungen im Ringraumbereich geschaffen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden
Beschreibung erläutert, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Konverters beschrieben sind. Es zeigt F i g.1 eine nach der
Linie 1-I in F i g. 2 teilweise geschnittene Seitenansicht eines Konverters mit
losem Tragring, F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Konverterhälfte nach der Linie
II-11 in F i g.1, F i g. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Konvertermantels und
den Tragring eines anderen Ausführungsbeispieles und F i g. 4 eine Teilansicht des
Konvertermantels der Ausführung gemäß F i g. 3.
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In F i g.1 ist das Konvertergefäß 1 mit radialem Abstand von einem
Tragring 2 umgeben, so daß zwischen Gefäß und Tragring ein Ringspalt 3 frei bleibt.
Die während des Betriebes an dem von innen erhitzten Konvertermantel 4 sich
erwärmende und dadurch nach oben steigende Umgebungsluft kann durch diesen Ringspalt
3 ungehindert hindurchströmen, so daß sich eine gleichmäßige Kühlluftströmung um
den Konverter ausbilden kann. Das Konvertergefäß 1 wird in dem Tragring 2 durch
eine größere Anzahl von durch den Tragring geführten Zapfen gehalten, die als runde
Haltebolzen 5 ausgebildet sind und die in der Tragringmittelebene, in der auch die
Kippzapfen 6 des Konvertertragringes 2 liegen, verteilt sind. Die radial inneren
Enden der Halt-ebolzen 5 greifen in Halteringe 7 ein, die auf dem verstärkten mittleren
Teil 4' des Konvertermantels 4 angeschweißt sind. Die Halteringe 7 sind etwas oberhalb
der Schwerpunktsebene des ausgemauerten Konvertergefäßes angeordnet. Durch diese
Halterung, bei der die Halteelemente 5, 7 in der gleichen Ebene liegen wie die Kippzapfen
6, ist die Belastung des Tragringes soweit wie praktisch möglich herabgesetzt. Die
Halterungs- und Yippzapfenebene ist etwas oberhalb der Gefäßschwerpunktsebene vorgesehen,
damit auch bei vorlaufendem Bad beim Kippen des Gefäßes der Konverter nicht kopflastig
wird. Da das Badgewicht im allgemeinen kaum 20% des gesamten zu kippenden Gewichtes
ausmacht, ist nur eine geringe Verlagerung der Haltetangs- und Kippebene gegenüber
der Schwerpunktsebene des ausgemauerten Gefäßes notwendig, um diese Stabilisierung
zu erreichen.
Die Auflagefläche der Haltebolzen 5 in den Halteringen
7 ist, wie F i g. 1 und 2 zeigen, verhältnismäßig schmal. Die Anlage ist dadurch
besonders gut, und die erforderliche Baulänge wird so kurz wie möglich. Die runde
Form der Haltebolzen sowie der Halteringe mit dem durch die verhältnismäßig große
Zahl der angeordneten Halteelemente ermöglichten relativ kleinen Durchmesser hat
sowohl fertigungstechnisch als auch im Betrieb Vorteile. Bei der Herstellung können
die einzelnen Halteringe entweder vorher bearbeitet und mit eingeschobenen Haltebolzen
nacheinander auf dem Konvertermantel festgeschweißt werden, oder die Ringe werden
zunächst mit Untermaß in den Bohrungen hergestellt, auf dem Mantel festgeschweißt
und danach erst von den Bohrungen im Tragring, die später die Haltebolzen aufnehmen,
aus fertig aufgebohrt. Die Wärmedehnung - und damit auch die Wärmespannung - in
der Schweißnaht, mit der die Halteringe am Konvertermantel befestigt sind, ist auf
dem erreichbaren Minimalwert gehalten, denn in einer kreisförmigen Schweißnaht sind
derartige auftretende Spannungen niedriger und gleichmäßiger, als es bei irgendeiner
anderen Schweißnaht-Linienführung zu erreichen ist.
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Die Befestigung der Tragbolzen 5 im Tragring 2 ist ebenfalls besonders
einfach. Die Bolzen durchdringen den Tragring in seiner ganzen Breite. Sie sind
in Hülsen 8 geführt, die in den hohlen Tragring eingeschweißt sind. Die radial äußeren
Enden der Bolzen tragen Flansche 9, die auf der Außenwand des Tragringes angeschraubt
sind. Die Flansche 9 sind auf die Bolzenenden aufgesetzt, z. B. zweiteilig aufgebracht,
dann zusammengeschweißt und anschließend bearbeitet. Hierdurch ist es möglich, für
die Flansche weniger hochwertige Werkstoffe zu verwenden als für die Bolzen. In
den Flanschen sind Gewindebohrungen 10 angebracht, die nach dem Herausschrauben
der Befestigungsschrauben das Abdrücken der Flansche von der Tragringaußenwand und
damit das Herausziehen der Bolzenenden aus den Halteringen beim Auswechseln des
Konvertergefäßes erleichtern. Es kann auch vorteilhaft sein, eine hydraulische Vorrichtung
zum Vorschieben bzw. Zurückziehen der Bolzen vorzusehen. Die durch die Erfindung
erreichte Vereinfachung des Gefäßauswechselns ergibt die Möglichkeit, einen regelmäßigen
Gefäßwechsel zum Zweck der Neuausmauerung vorzusehen, d. h. zwei oder mehr Gefäße
je Konverter wechselweise zu benutzen, wodurch längere Betriebsunterbrechungen beim
Erneuern der Ausmauerung entfallen.
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In F i g.1 ist der zylindrische Teil des Konvertermantels 4 durch
aufgeschweißte kräftige Stahlringe 11 versträkt. Die Ringe 11 haben
rechteckigen Querschnitt, der nicht allzuweit vom Quadrat abweicht. Infolge der
verhältnismäßig geringen radialen Dicke der Ringe sind die darin auftretenden Temperaturdifferenzierungen
und die sich hierdurch ergebenden eigenen Wärmespannungen nur klein, so daß die
Ringe noch in erheblichem Maße die vom Mauerwerksdruck hervorgerufenen Beanspruchungen
aufnehmen können. Auch bei dieser Form ist die kühlrippenähnliche Wirkung der Ringe
noch so groß, daß die Gefäßtemperatur erheblich niedriger bleibt, als bei Gefäßen,
deren Mantel nicht von Stahlringen umgeben ist.
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Um den Ringraum 3 zwischen dem Konvertergefäß und dem Tragring vor
Verschmutzung zu schützen und so eine einwandfreie Kühlluftströmung um den gesamten
Konvertermantel zu sichern, sind oberhalb des Tragringes dachartig geneigte Schirmbleche
12, 13 angeordnet. Der konische Blechring 12 liegt mit seiner unteren Kante am Außenrand
des Tragringes auf und verläuft von der Auflagestelle schräg nach oben, so daß er
den Tragring nahezu in dessen ganzer Breite dachartig abdeckt. Zwischen dem Konvertergefäß
und dem oberen Rand des Schirmbleches 12 ist ein etwa der Breite des Ringspaltes
3 entsprechender Abstand frei gelassen, der das ungehinderte Durchströmen der Kühlluft
gestattet. Dieser freie Ringspalt wird dachartig von dem aus abnehmbaren Einzelsegmenten
bestehenden konischen Schirmblech 13 überdeckt, das nahe seinem oberen Rand an dem
obersten der auf dem Konvertermantel befestigten Stahlringe 11 angeschraubt ist.
Zwischen den beiden Schirmblechen 12 und 13 ist ein für den seitlichen Luftaustritt
ausreichender Abstand eingehalten.
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In F i g. 2 ist auch die erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit der
Verstärkung der Kühlluftströmung gezeigt. Der Kippzapfen 6 ist in der Mitte durchbohrt,
und in diese sich bis zu dem Ringspalt 3 zwischen Konvertergefäß und Tragring erstreckende
Bohrung 14 wird aus einer davor angeordneten Zusatzluftdüse 15 zusätzlich Kühlluft
in den Ringspalt geblasen. Es kann ausreichen, wenn diese Zusatzluft nur durch den
nicht zur Einleitung der Kippbewegung benutzten Kippzapfen eingeblasen wird. Aber
auch durch den gegenüberliegenden Zapfen kann Zusatzluft ohne besondere Schwierigkeiten
eingeblasen werden, weil keine festen Kühlluftanschlüsse erforderlich sind, die
den Kippantrieb behindern oder eine komplizierte Ausbildung desselben erforderlich
machen könnten.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Ausführung, die bei gegebenem Gefäßdurchmesser
die erforderlichen radialen Abmessungen der Gesamtanordnung auf ein Mindestmaß herabsetzt.
Zur Verstärkung des Gefäßmantels 16 sind flache Stahlgurtbänder 17 aufgeschweißt,
deren radiale Erstreckung nur gering ist. Diese flachen Gurtbänder 17 verkleinern
den freien Querschnitt des Ringspaltes 18 zwischen dem Gefäßmantel 16 und dem Tragring
19 nur minimal, so daß hierdurch eine besonders schmale Ausbildung des Ringspaltes
möglich ist. Die Halteöse, in die der aus dem Tragring 19 herausragende Haltebolzen
20 eingreift, kann hier besonders einfache Form haben. Ein Blechring 21,
der die Dicke des Bolzenauflagers hat, ist auf ein breites Gurtband 17', das in
der Halterungsebene des Konvertergefäßes verläuft, aufgeschweißt. Das mit Rücksicht
auf die Wärmedehnung erforderliche Spiel zwischen der Stirnseite der Bolzen und
dem Konvertermantel ist durch Ausnehmungen 22 in dem Gurtband 17' gesichert, in
die sich das Bolzenende jeweils entsprechend hineinschieben kann.