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Die Erfindung bezieht sich auf einen Konverter zur Stahlerzeugung
mit das Gefäß in einem Abstand umgebendem losem Tragring und auf den Gefäßmantel
geschweißtem, auf dem Tragring ruhendem. Tragflansch.
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Schon lange ist es bekannt, Tragkonstruktionen zu verwenden, bei denen
ein am Gefäßmantel befestigter Tragflansch auf einem das Gefäß lose umgebenden Ring
ruht. Bei kleinen Konvertern, deren Mantel sich nicht stark erwärmt, wurde durch
diese Ausführung das Drehen des Gefäßes im Tragring und damit das Ausbessern einzelner
Stellen der seitlichen Ausmauerung ohne Herausnehmen des Gefäßes ermöglicht.
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Bei neueren, thermisch hoch belasteten Konvertern soll durch einen
das Gefäß im Abstand umgebenden losen Tragring, auf dem das Gefäß mit einem auf
den Gefäßmantel geschweißten Tragflansch ruht, den durch die starke Erwärmung auftretenden
Schwierigkeiten begegnet werden, indem der Wärmedehnung des Gefäßes und seiner elastischen
Aufweitung durch den Mauerwerksdruck durch den Abstand zwischen dem Konvertergefäß
und dem losen Tragring Rechnung getragen wird, gleichzeitig aber auch durch den
auf das Gefäß geschweißten Tragflansch eine bleibende und immer zunehmende Verformung,
also ein stetig weiterschreitendes Gefäßwachstum eingedämmt wird und auch die Spannungen
in der Gefäßwand verringert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Konverterbauart so zu verbessern,
daß die Betriebssicherheit vergrößert und ein Auswechseln des Gefäßes erst nach
sehr langer Betriebszeit nötig wird, dabei aber der Bauaufwand herabgesetzt wird.
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Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß Tragflansch und Tragring
gegeneinander verschieblieh miteinander verbunden sind und daß der die Tangentialspannungen
aufnehmende Querschnitt des Tragflansches so dimensioniert ist, daß bei erstmaligem
Erreichen der zulässigen Höchsttemperaturen des Gefäßmantels die Streckgrenze des
Tragflansch-Werkstoffes überschritten wird.
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Auf diese Weise ist das Gefäß in dem losen Trab ring so gehalten,
daß in jeder Richtung - sowohl radial als auch axial - die Wärmeausdehnung des Gefäßes
nicht behindert ist und daß auch bei ungleichförmiger Wärmeausdehnung kein Zwängen
oder Verspannen irgendwelcher Teile auftreten kann. Durch die einmalige plastische
Verformung des Tragflansches wird das Spannungsniveau im Flansch derart verschoben,
daßdanach besonders hohe Spannungen in diesem Bauteil auch bei langer Betriebszeit
nicht mehr auftreten können. Bei plastischer Verformung sinken die Zugspannungen
im Flansch auf einen gewissen Restbetrag, beispielsweise die Hälfte des ursprünglichen
Wertes, ab. Kommt- der Konverter zur Erneuerung der Ausmauerung außer Betrieb und
kühlt ab, so zieht er sich zusammen, und zwar der im Betrieb heißere Gefäßmantel
stärker als der Tragflansch. Dabei sinkt die tangentiale Zugspannung im Tragflansch
zunächst bis auf Null ab und kehrt sich bei weiterer Abkühlung in Druckspannung
um, weil der Tragring für diesen Abkühlungszustand durch die vorangegangene plastische
Verformung gewissermaßen zu groß geworden ist. Das Gefäß, das im heißen Zustand
unter dem Tragflansch Druckspannung erlangt, wird in kaltem Zustand durch den geweiteten
Tragflansch nach außen gezogen. Auf diese Weise erhält im kalten Zustand sowohl
der Tragflansch als auch der Gefäßmantel eine für die erneute Erwärmung günstige
Vorspannung. Bei der Wiederinbetriebsetzung verringern sich dann zuerst die Spannunger
des kalten Zustandes, laufen durch Null und kehrer sich mit zunehmender Erwärmung
wieder um. Sie können danach bei gleichen Betriebsbedingunger nicht mehr die gleiche
Höhe erreichen wie vor der plastischen Verformung.
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Die Tragflansch-Abmessungen können dadurch verhältnismäßig klein gehalten
werden, so daß die Temperaturdifferenzen und damit die Wärmespannungen im Flansch
ebenfalls möglichst klein werden, und trotzdem kann der Tragflansch wirkungsvoll
zur Herabsetzung der Spannungen im Gefäßmantel und darüber hinaus zur Verhinderung
des Gefäßwachstums herangezogen werden.
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Es können vorteilhaft bestimmte Abschnitte des Tragflansches für die
plastische Verformung dadurch vorbestimmt sein, daß der Tragflansch zwischen seinen
Verbindungsstellen mit dem Tragring durch Querschnittsverringerung, insbesondere
durch Abschnitte geringerer radialer Erstreckung, gegen Tangentialspannungen besonders
nachgiebig ist. An diesen Stellen beträgt erfindungsgemäß die radiale Erstreckung
des Tragflansches das 3- bis 5fache der Wanddicke des Konvertergefäßes, wobei die
axiale Stärke des Flansches höchstens das 2fache der Gefäßwanddicke beträgt. Auf
diese Weise wird neben größerer Nachgiebigkeit -sowohl im plastisch verformten als
auch im elastischen Bereich des Tragringes -auch eine Materialersparnis erreicht.
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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 einen Längsschnitt
durch den Konverter in der Ebene der Tragzapfen, F i g. 2 einen Querschnitt nach
der Linie II-11 in F i g. 1, F i g. 3 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie
III-III in F i g. 2, F i g. 4 eine Seitenansicht des in F i g. 3 dargestellten Teiles,
teilweise nach der Linie IV-IV geschnitten, F i g. 5 einen Längsschnitt durch den
oberen Teil eines Tragbolzens, F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in F
i g. 4, F i g. 7 eine Gesamtansicht einer anderen Ausführungsform des Konverters,
F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig.7, F i g. 9 eine Teilansicht
von unten auf den Konverter gemäß F i g. 7 und 8, F i g. 10 einen Schnitt nach der
Linie X-X in Fig.8, .
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F i g. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI in Fig.8, F i g. 12 einen
Schnitt nach der Linie XII-XII in F i g. B.
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In F i g. 1 und 2 ist das Konvertergefäß 1 mit einem Abstand von einem
losen Tragring 2 umgeben, an dem die Konverterzapfen 3 befestigt sind. Oberhalb
des Tragringes 2 ist ein Tragflansch 4 auf den Gefäßmantel geschweißt, der im wesentlichen
das Gewicht des Konvertergefäßes 1 trägt. Unterhalb des Tragringes ist unter jedem
der Konverterzapfen 3 ein unteres Führungsstück 5 auf den Gefäßmantel geschweißt.
Wie
F i g. 9 zeigt, können die Führungsstücke 5 durch Ringteile 5' zu einem unteren
Tragflansch ergänzt sein. An der Unterseite des unteren Tragflansches 5, 5' sind
senkrecht nach unten verlaufende Stützrippen 6 angeschweißt, deren entlang dem Konvertermantel
verlaufende Kante am Mantelblech angeschweißt ist. Über dem Tragflansch 4 sind in
ähnlicher Weise zahlreiche senkrecht nach oben gerichtete Stützrippen 7 über den
Umfang des Konvertergefäßes 1 verteilt angeordnet. Diese Stützrippen 7 sind mit
ihrer Unterkante auf dem Tragflansch 4 und mit einem Teil ihrer Seitenkante am Konvertermantel
- und zwar nur im Bereich des stärkeren Mantelbleches in Konvertermitte - angeschweißt.
Die Stützrippen 7 tragen ein konisches Schirmblech 8, das den Tragflansch 4 überdacht
und das an seiner Innenkante einen Ringspalt 9 um das Konvertergefäß frei läßt,
so daß am Gefäßmantel erwärmte, aufsteigende Luft dort ungehindert vorbeiströmen
kann. Der Ringspalt 9 ist in einem die Kühlluftströmung nicht behindernden Abstand
durch einen Ring 10 gegen überschäumende Schlacke od. ä. abgedeckt. Dieser
Ring 10 ist auf dem Mantelblech des Konvertergefäßes und an den Oberkanten der Stützrippen
7 angeschweißt.
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Diese Tragkonstruktion ist verhältnismäßig nachgiebig, so daß die
beschriebene plastische Verformung während der ersten Konverterreise sowohl bei
dem das Konvertergefäß in allen Lagen tragenden Tragring 4 als auch bei dem das
Gefäß beim Kippen abfangenden und zusätzlich führenden unteren Tragring 5, 5' und
dem oberen Ring 10 möglich ist. Da das Gefäß in allen Stellungen - wie weiter unten
ausführlich beschrieben wird - nur an dem Tragflansch 4 hängt, ist auch eine ungehinderte
Dehnung in Achsrichtung möglich. Die den Tragflansch 4 mit dem Ring 10 verbindenden
Rippen 7 werden selbst miterwärmt und dadurch gedehnt, sie können aber wegen ihrer
Länge und verhältnismäßig geringen Dicke darüber hinaus auch genügend elastisch
nachgeben. Falls sie in ihrem oberen, schmalen, nicht am Mantelblech festgeschweißten
Teil zunächst über die Streckgrenze hinaus beansprucht werden sollten, so erlangen
auch sie - ähnlich wie die Tragflansche 4, 5 und der Ring 10 - eine für den weiteren
Betrieb günstige Vorspannung.
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Die Tragkonstruktion verstärkt das Konvertergefäß gerade in dem Bereich,
in dem sich bei Konvertern mit losem Tragring mit der Zeit über den Tragring quellende
Auswulstungen bilden können, die das Auswechseln der Gefäße behindern. Durch die
Verstärkungswirkung der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion werden die Spannungen
in dem gefährdeten Teil des Konvertermantels herabgesetzt. Weil eine sich einstellende
Kühlströmung entlang dem Konvertermantel nicht behindert wird, können die Wandtemperaturen
verhältnismäßig niedrig gehalten werden, so daß insgesamt die Gefahr des Gefäßwachstums
weitgehend vermindert oder gar beseitigt werden kann.
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Als Verbindung zwischen dem Tragflansch 4 und dem Tragring 2 sind
in der Mittelebene der Konverterzapfen 3 auf den Tragring 2 Führungsstücke 11 aufgeschweißt,
die an ihrer Oberseite Gleitsteine 12 mit rechteckigem Querschnitt tragen. Die Gleitsteine
12 greifen in radial verlaufende Langschlitze 13 im Tragflansch 4 ein und können
sich bei radialer Wärmeausdehnung des Gefäßes ungehindert in diesen Langschlitzen
verschieben. Eine entsprechende Führung ist auch auf der Unterseite des Tragringes
2 vor-. gesehen. Dort sind Führungsstücke 11' angeordnet mit Gleitsteinen
12', die in Langschlitzen 13' in den Führungsstücken 5 verschieblich
sind.
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Darüber hinaus sind über den Umfang des Konvertergefäßes weitere Verbindungsstellen
zwischen Tragring 2 und Tragflansch 4 verteilt, deren Einzelheiten in den F i g.
2 bis 5 gezeigt sind. Um die Verschiebung der beiden Teile gegeneinander durch möglichst
kleine Reibungsflächen zu erleichtern, sind auf der Oberseite des Tragringes 2 Druckringe
14 an-, geordnet, auf denen der Tragflansch 4 bei aufrechter Stellung des Konvertergefäßes
ruht. Durch die Druckringe 14 ragen Tragbolzen 15 hindurch, die im Inneren des Tragringes
gehalten und durch seitlich abgeflachte Köpfe 16 gegen Drehen gesichert sind. Die
Tragbolzen 15 durchdringen den Tragflansch 4 mit allseitigem, in Radialrichtung
besonders großem Spiel in ovalen Ausnehmungen 17. An ihren mit Gewinde versehenen
Enden sind auf die Tragbolzen 15 auf der Unterseite kugelige Muttern 18 aufgeschraubt,
die jeweils in Kugelpfannen 19 auf der Trägflanschoberfläche ruhen. Auf diese
Weise ist auch für den Fall einer Schiefstellung der Bolzen 15 eine einwandfreie
Auflage der Bolzenkopfmuttern 18 gesichert. Die Kugelpfannen 19 können auf der Tragflanschoberfläche
gleiten. Beim Kippen in Kopfstellung hängt das Konvertergefäß an den Bolzen 15,
so daß auch in dieser Stellung der Tragflansch 4 im wesentlichen das Gewicht des
Gefäßes zu tragen hat. Mit Rücksicht auf bei Wärmedehnung des Tragflansches durch
die auftretende Reibung hervorgerufene Biegebeanspruchung hat der Tragbolzen 15
zum Kopf hin einen stärkeren Querschnitt als an seinem Gewindeende, wo ein kleinerer
Durchmesser zweckmäßig ist, damit die Mutter nicht zu groß wird.
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Damit weder beim Verschieben der Kugelpfannen 19 auf dem Tragflansch
4 bei Wärmeausdehnung des Konvertergefäßes eine zu große Reibungskraft auftritt,
noch die Mutter 18 bzw. die Kugelpfanne 19 zu locker sitzt - wodurch erst ein spielfreies
Kippen des Konverters möglich wird -,ist eine genaue Einstellung der Mutter 18,
die mit Feingewinde versehen ist, erforderlich. Diese Ein- bzw. Nachstellung kann
auch nach längerer Betriebszeit sehr einfach wiederholt oder korrigiert werden.
Es ist zweckmäßig, die Tragbolzen wie folgt zu montieren: Der Bolzen 15 wird durch
eine seitliche öffnung 20 (F i g. 3), die später durch ein Schließblech 21 verschlössen
wird, in den Tragring 2 eingebracht, wo er zunächst mit seinem Kopf 16 auf ein Zwischenblech
2' gestellt wird. Die Kugelpfanne 19 und die Mutter 18 werden auf die Tragflansch-Oberseite
aufgelegt. Durch eine mit einem Deckel 21 verschließbare öffnung 22 im Schirmblech
8 wird ein Seilzug geführt und durch die Mutter 18 hindurch in den Tragring gelassen,
dort an einer Öse 23 am Gewindeende des Tragbolzens 15 befestigt, so daß damit der
Tragbolzen gehoben werden kann, bis er mit seinem beidseitig angeflachten Kopf 16
im Tragringinneren derart anliegt, daß er gegen Verdrehen gesichert ist. Danach
wird die Mutter 18 aufgeschraubt und genau eingestellt und anschließend durch Anziehen
einer Schraube 24, die einen Teil der Gewindegänge verspannt, gesichert.
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An den Verbindungsstellen zwischen Tragflansch und Tragring - sowohl
bei den Tragbolzen als auch bei den Gleitstein-Führungen - ist jeweils eine be-.
stimmte Breite des Tragflansches erforderlich. In den
Zwischenbereichen
ist, wie die F i g. 2, 6 und 8 zeigen, die Tragflanschbreite verringert, weil diese
Stellen für die plastische Verformung während der ersten Konverterreise zum Erlangen
der erwünschten Vorspannungen vorgesehen sind. Die Übergänge zu den schmaleren Tragflansch-Abschnitten
sind jeweils mit großen Radien abgerundet, um bei Beanspruchung oberhalb der Streckgrenze
Bruch- oder Rißgefahr durch örtliche Spannungsspitzen zu vermeiden.
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Um bei der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion mit dem auf dem Tragring
aufliegenden Tragflansch 4 und einem dicht unter dem Tragring befindlichen, das
Gefäß beim Kippen zusätzlich führenden und gegebenenfalls abfangenden Tragflansch
5, 5' ein leichtes Auswechseln des Konvertergefäßes 1 zu ermöglichen, wird ein zusammengesetzter,
wieder einfach zu demontierender Tragring verwendet, wie er in den F i g. 7 bis
11 im einzelnen dargestellt ist. Ein solcher Tragring kann jedoch auch für andere,
in den übrigen Einzelheiten nicht der Erfindung entsprechende Konverter mit Vorteil
verwendet werden. Bei Großkonvertern ist es oft unerläßlich, die Tragringe und Gefäße
in Teilen zu transportieren, die erst am Aufstellungsort zusammengesetzt werden.
Bei den bekannten Tragringen ergaben sich beim Zusammenbau oft Schwierigkeiten,
weil die Konverterzapfen 3 genau fluchten müssen.
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Erfindungsgemäß ist ein polygonaler Tragring vorgesehen, der aus zwei
die Konverterzapfen 3 tragenden Jochbögen 25 mit Kastenquerschnitt und zwei geraden
Verbindungsstücken 26 mit nach außen offenem U-Querschnitt besteht. Die Stoßstellen
27 der Einzelstücke ergeben sich an den vom Konvertergefäß am weitesten entfernten
Ecken und sind dadurch besonders gut zugänglich und thermisch verhältnismäßig wenig
beansprucht.
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Die Beanspruchung in den einzelnen Teilen des Tragringes ist so günstig,
daß er - obwohl sein Umfang größer ist als der eines kreisringförmigen Tragringes
für ein gleich großes Konvertergefäß -leichter und damit auch billiger herstellbar
ist. Während im kreisförmigen Tragring ringsherum Torsionsmomente und Biegemomente
in radialer und axialer Richtung auftreten, entfallen in den geraden Verbindungsstücken
26 des neuen Tragringes die Torsionsmomente vollständig. Auch die Kräfte,
die in den Verbindungsstücken 26 Biegung in radialer Richtung hervorrufen
können, sind nur gering, da sie allein durch die Reibungskraft des auf den Druckringen
14 aufliegenden Tragflansches 4 bzw. der Kugelpfannen 19 hervorgerufen werden können.
Diese Reibung kann zudem durch Schmierung noch vermindert werden. Lediglich durch
die parallel zur hohen Kante des Profils der Verbindungsstücke 26 wirkenden Auflagerkräfte
werden nennenswerte Biegemomente verursacht, die von dem in mehrfacher Hinsicht
vorteilhaften U-Profil gut aufgenommen werden. Neben der guten Zugänglichkeit für
die Montage an den Stoßstellen ist die Tatsache, daß bei U-Profilen der Schubmittelpunkt
außerhalb des Profils auf der Stegseite liegt, vorteilhaft ausgenutzt. Die Druckringe
14,
auf denen der Tragflansch 4 aufliegt, sind auf zum Konvertergefäß gerichteten
Vorsprüngen 28 angeordnet (F i g. 8 und 10), so daß ihr Mittelpunkt genau über dem
Schubmittelpunkt des U-Profils liegt. Damit sind Torsionsbeanspruchungen vermieden
und lediglich Biegemomente aufzunehmen. Die Beanspruchung der Jochbögen 25 setzt
sich aus von beiden Enden zur Mitte zunehmenden Biegemomenten und Torsionsmomenten
zusammen. Der Kastenquerschnitt ist zur Aufnahme von Torsionsmomenten am besten
geeignet. Zu den Enden hin sind die Jochbögen verjüngt, wodurch Gewichts- und Materialersparnis
möglich ist.
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In F i g.11 ist ein Ausführungsbeispiel einer Verbindung 27 zwischen
einem Ende eines Jochbogens 25 und einem geraden Verbindungsstück 26 gezeigt. Der
Kastenquerschnitt des Jochbogens 25 hat die gleiche Höhe wie das U-Profil des Verbindungsstückes
26. Beide sind oben und unten durch Laschen 29 überlappt und werden durch eine größere
Anzahl von hochfesten Schrauben 30 zusammengehalten. Einige dieser Schrauben können
Paßschrauben sein, so daß die Genauigkeit der Verbindung und damit auch genaues
Fluchten der Konverterzapfen 3 selbst nach mehrfachem Auseinandernehmen des Tragringes
gewährleistet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Konverterausbildung ist besonders darauf
hingewirkt worden, daß der Konvertermantel an allen Stellen durch natürliche Kühlluftströmungen
gut gekühlt wird. Wie in F i g. 12 zu erkennen ist, kann sich außer dem bereits
beschriebenen Kühlluftstrom im Bereich der Tragkonstruktion, bei dem Luft unmittelbar
über dem Tragflansch 4 zum Konvertermantel strömt, daran entlang zwischen den Stützrippen
7 aufsteigt und durch den Ringspalt 9 unterhalb des Ringes 10 ausströmt, auch zwischen
der Tragringinnenwand und dem Konvertermantel eine Kühlluftströmung ausbilden. Es
ist zu diesem Zweck zwischen dem Mantel und der Tragringinnenwand allseitig so viel
Abstand vorgesehen, daß ein glatter Belüftungsschacht entsteht. Bei dem polygonalen
Tragring ergeben sich besonders günstige Verhältnisse, weil in den vier Ecken, an
denen die Jochbögen und die geraden Verbindungsstücke zusammenstoßen, kaminartige
Schächte gebildet werden, die eine Verbesserung der Luftströmung, auch in den angrenzenden,
wieder enger werdenden Bereichen des Belüftungsschachtes bewirken.