DE1433593A1

DE1433593A1 - Roehre zum Injizieren von Sauerstoff bei der Stahlherstellung

Info

Publication number: DE1433593A1
Application number: DE19631433593
Authority: DE
Inventors: Sunao Nishi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-02-04
Filing date: 1963-07-30
Publication date: 1968-11-21
Also published as: GB1056105A; US3292662A

Description

Patentanwalt

Sunao Nishi, Nagasaki-Shi, Japan

Röhre zum Injizieren von Sauerstoff bei der Stahlherstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lcoizenröhre zum unmittelbaren Injizieren von Sauerstoff bei der Stahlτ herstellung.

Das Einführen einer Lanzenröhre durch ein Beobachtungsfenster in der Ofentür und beim schrägen Einsetzen der Röhre in die Ofenatmosphäre bei hoher Temperatur bis zu einer Lange von 5>oo - 1oüo mm, von der Röhrenspitze aus gerechnet, in die Masse aus stahl und Schlacke ist an sich beim Herstellen von Stahl geläufig. Obwohl die 'temperatur der Lanzenröhre zunimmt, erreicht sie, wie man erkannt hat, nicht die Temperatur, die - der Ofentemperatur entspricht, was auf eine Kühlung beim Durchhang des unter hohem Druck stehendem Sauerstoffs mit hoher Geschwindigkeit zurückzuführen ist, sodaß die Lanzenröhre nicht schmelzen kann. Die Temperatur eines Teils der 2-3 ω langen Röhre erreicht jedoch Werte von °>oo - 12oo°C. Andererseits weist der Sfcahl die Eigentümlichkeit auf, daß er mit bläulicher !Flamme verbrennt, wenn er auf eine Temperatur von etwa 900 C in einer Atmosphäre reinen Sauerstoffs erhitzt wird. Infolgedessen beginnt die Stahlröhre von ihrer Spitze ab oder weniger häufig von einem Zwishenpunkt ab wegzubrennen, sofiaß die Rö^jß-enlänge mit einer Geschwindigkeit von ^O 200 mm/min verringert wird. Außerdem verliert der Abschnitt der Röhre, der direkt der Ofenatmosphäre ausgesetzt ist, an Wandstärke_r was auf eine Verzunderung zurückzuführen ist, die zu einem weiteren Verbrauch der Lanzenröhre ei-

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809809/0479 BADORIQIN«-

nen Beitrag leistet» . .

Selbst wenn das direkte Anblasen des Stahlbades mit hohem Wirkungsgrad und geringer Gefahr bewirkt v/erden kann, so ist es in der Praxis doch schwierig, da die Lanzenröhre selbst stark verbraucht wird.

Damit sich die Lanzenröhre möglichst wenig verbraucht, ist vorgeschlagen worden, sie vor der unmittelbaren Wärmestrahlung des Ofens abzuschirmen und dadurch auf einer geringer iemperatur zu halten, dal3 die Außenfläche der Röhre mit einer feuerfesten Hülse versehen oder eine dicke-e Zwischenwand aus einem feuerfesten Material vorgesehen wird. Eine mit einer Hülse versehene Röhre hat verschiedene Nachteile, da das spezifische Gewicht des feuerfesten Materials geringer als das der Schicke und des geschmolzenen Metalls ist; das Einsetzen einer solchen Röhre in das Bad ist daher schwierig und die Röhrenspitze schwimmt unvermeidlich auf dem geschmolzenen Metall und der geschmolzenen Schlakke, wodurch die Wand und das Dach des Ofens durch das direkte Anblasen mit Sauerstoff beschädigt werden; die \ mit einer Hülse versehen Röhre ist leicht gefährdet und wird so schwer, daß sie nur schwierig zu handhaben ist. Ferner erscheinen die zuvor aufgeführten Gegenmaßnahmen im Hinblick auf die Kosten des feuerfesten Materials z.B. ,feuerfester Ziegel, nicht wirtschaftlich; es treten normalerweise vor ihrer Verfestigung bereits Schäden auf.

Ein Ziel der Erfindung ist eine.verbesserte Lanzenröhre, deren Materialverbrauch, geringes Gewicht, Festigkeit und Handhabung hervorragend und besser als bei den üblichaa ' Lanzenröhren sind.

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Genuß der lirf indun· .■; wird die iichrenwand durch Imprägnieren i.iit Aluminium in einen nicht oxidierbaren Zustand gebracht und auf der Außenfläche der behandelten ^LÖIire ein feuerfester x^?ili,i nicht zu jroßer Dicke vorgesehen, der das ,.iöhrenmetall vor unnitttlbarer Berührung mit Sauerstoff und die Ofuiihitze abschirmt, und es wird ein weiterer dünner feuerfester PiIm auf der Innenfläche der liöhre aufgetragen, dei' einen unnittelbaren Kontakt zwischen dem Sauerstoff und dem Letall veremeidet.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei eine Ausführungsfori.i anhand der beigefügten Jii^uren näher erläutert·

1 ist ein ._;(/ue:.-sehnitt durch die Lanzenröhre im rechten V/inkel zur Längsachse.

2 xjτ; ein teilweise geschnittenes Vorderende der Lanzenröxire beim Dui'cliblase-n mit dauerst off.

Gemäß Fi_c;ur 1 enth;'It die Lanzenröhre einen nicht imprägnierten Teil 3 aus einem Grunduetall, eine I^isen-Aluminium-Le^ierun^sscliicht 4, die durch Diffusion von Aluminium in die Innenwand der iiöhre ausgebildet ist, eine weitere Lisen-Aluniinium-Le^ierunfjSSchicht 2, die durch Diffusion durcn die Außenv/and der Höhre ausgebildet ist, einen feuerfesten Jj¹Um 5 mit niedrigem SrwBichunfjspunict, dtr die ./^nd ^- bedeckt, und einen porösen, feuerfestt>-n -'ilm 1, der auf der Schicht 2 dick aufgetragen ist. In j'ijur 2 ist der Zustand des vorderen Jndes der Lanzenrönre zu einem Zeitpunkt dargestellt, in dem Sauerstoff während des oclimelzens injiziert wird; an einer Stelle 6 fließt hierbei der feuerfesce ü'iliu 5 unter dem Einfluß des Sauerstoffstroms heraus und hüllt die Endfläche einschließlich des urunämetails 3 ein, das beim Verbrauch des Schmelzens frei_;:ele ^t wird; auf dem

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dicken porösen Ii¹IIm 1 ist dor Zustand einer anhaftenden Schlacke 7 angegeben. Die haftende schicht 7 ist in verkleinertem Haßstab dargestellt, ist aber* in der Praxis viel schwerer und umfangreicher.

Das Imprägnierverfahren mit Aluminium kann man frei wählen. Die Konzentration des Aluminiums, das von der Oberfläche aus bis zu einer Tiefe von 0,1 mm eindringt, muß jedoch 28 - Jp^ für die innere.Eöhrenwand 4 und 18-- 26^ für die äußere Idöhronwand 2 betragen; in beiden Fällen soll die Konzentration allmählich abnehmen und natürlich in das Grundmetall 3 hineinlaufen. Die Tiefe der imprägnierten Schichten 2 und 4 soll so groß sein, daß der Teil des Basismetalls 3 mindestens 1/2 - 2/3 der v/andstärke dor gesamten jiöhre ausmacht.

Die oben angegebene Begrenzung der Aluuiniumlconzentratiori ist auf der Grundlage der tatsächlichen Verringerungen festgestellt j- wie sich aus diesen eingeben hat, bringt eine Konzentration von weniger als 28^ in der inneren Schicht 4-einen größeren Verbrauch der Lanze nit sich, und andererseits bewirkt eine Konzentration von mehr als 33^ wiederum einen großen Verbrauch. Wie sich herausgestellt hat, ist da.·.-: vordere Ende der inneren Wand einem stärken Angriff de:j Sauerstoffs ausgesetzt, sodaß im PaIIe einer geringe-· ren Aluminiumkonzentration als 280 das Eisen zu brennen beginnt, während die Legierungsschicht zu schmelzen beginnt, wenn die Aluminiumkonzentracion 33p übersteigt« Diese Tatsache hat sich in Experimenten £.ls richtig erwiesen, die an Drähten mit der Dicke ±'r, 10 ausgeführt sind, die mit Aluminiumschichten von ver.Jc-JL. dener Konzentration imprägniert sind. Uenn ein m-i-jrc nit einer hohen Aluminiumkonzentration unmittelbö.r mit; reinem Sauerstoff angeblasen wird, nachdem er mit einer Sauerstoff-

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Acetylen-^lamrae erhitzt itst, kühlt er unmittelbar ab, während ein Draht uit einer gex'ingen Aluminiunikonzentration verbrenne und. einen kleinen !Punken zeigt.

V/enn die Aluminiumkonzentration in der .schicht 2 auf der Außenfläche zu s'tari; ist, sinkt der schmelzpunkt ab, sodaß die Schicht zu schmelzen beginnt und sich unter der Ofenhitze auflöst, während andex'erseits eine unzureichende Konzentration zu einem Abblättern unu Brennen der vorderen .dpitze führt, die für den Verbrauch äußerst empfänglich ist. Daher steigt der Verbrauch mit übermäßiger oder unzureichender Aluminiümkonzentratioii an.

Es würde wünschenswert sein, eine imprägnierte Schicht von größter Dicke zu verwenden. Daher würde eine Höhrenwand ideal sein, die völlig aus einer Eisen-Aluminium-Legierung aufgebaut ist. Eine solche üöhre bricht jedoch leicht, was auf die Bröckligkeit der Legierung zurückzuführen ist. Als Schutzmaßnahme gegen ein solches Brechen bleibt das nicht imprägnierte Basismetall 3 in einer Dicke zwischen 1/2 - 2/3 der Höhrenwandstärke zurück, aber dieser übrige Teil soll vorzugsweise an der oberen "Grenze liegen, da das Grundmetall 3 an der äußeren Spitze leicht durch Sauerstoff beschädigt wird.

Der feuerfeste Film 5 an der Innenfläche der Röhre ist vorzugsweise aus mindestens einem feuerfesten Material und einer Keramik mit niedrigem Schmelzpunkt zusammengesetzt, sodaß mindestens etwa '50^ des keramischen Materials in den glasförmigen Zustand überführt wird und bei einer Temperatur von etwa 800 C zu fließen beginnt. Andererseits kann der feuerfeste PiIm j? auf der Innenfläche

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der Röhre durch ein Verfahren hergestellt werden, bei den eine Zusammensetzung, die die Überführung in aen glasigen Zustand fördert, z.j>, mit Borax gut vermischt wird, das in Wasserglas uit einer Dichte von 2f> - 55° Beaume aufgelöst ist, bis sich eine feinkörnige Paste bildet, bei den diese Paste .auf der Innenfläche der Röhre zur Bildung eines dünnen Films von etwa 0,1 mm Dicke aufgetragen wird, und bei dem der aufgetragene Film bei einer Temperatur unter 1OU⁰ C schnell getrocknet und dann der getrocknete Film bei einer Temperatur oberhalb von 300 C gebrannt wird. Die strukturelle Zusammensetzung des Films 5 soll so fein und dünn wie möglich sein, damit die innere Metalloberfläche der Röhre nicht mit dem Sauerstoff in Berührung kommt und die Kühlwirkung des Sauerstoffs optimal auf die Röhrenwand übertragen wird, wodurch' die Temperatur zunähme in der Röhre beschränkt wird.

Die Temperatur an der Innenwand der Röhre im Bereich von 900 - 1000° C ist also sehr niedrig im Vergleich mit der Ofentemperatur. Der feuerfeste Film 5 niit dem niedrigen Erweichungspunkt v/ird jedoch, bevor die Temperatur an der Innenwand der Röhre erreicht ist, in einen halbgeschmolzenen Zustand von glasartigen Eigenschaften, überführt; hierdurch x.ird ein Teil det, Films in aer Htxhbarsciiaft des vorderen spitzen Endes der Röhre unter der Blaswirkung des injizierten Sauerstoffs zum Ausfließen gebracht und das ausfließende Material verhindert nicho nur, daß der Sauerstoff mit der Metalloberfläche der Röhre in Berührung kommt, sondern bildet auch einen schützenden Überzug auf der Metalloberfläche, die am äußersten- Punkt der Röhre freigelegt wird.-Dieses Freilegen ergibt sieh aus dem Verbrauch der Röhre und insbesondere wird das Abbrennen des Teils des nicht imprägnierten Grundmetalls 3 verhin-

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dert, der äußerst empfänglich für den Angriff des gasförmigen Sauerstoffs ist. Andererseits wird dta' Jj¹Hn auf der Innenfläche der Röhre bei der thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung der Basisröhre nicht abgetrennt, was auf seine gringe Dicke und seinen niedrigen ürweichungspunkt zurüclrzufuhren ist.

Der Film 1 auf der Außenfläche dor i-iöhre dient als ochutz gegen die Ofemiitze unci. als Grundlage für dab Haften der Schlacke. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient eines Metalls stets wesentlich /rößer als der eines feuerfesten Materials ist, folgt, daß die Abtrennung natürlich leichter vonstatten gehen würde. Obv/ohl das feuerfeste Material auf der Außenfläche der liölire praktisch nie bei einer x'emperaturzunalime we_fjen des Gleichförmigen, von innen ausgeübten Druckes abgetrennt wird, findet die Abtrennung leicht bei einer Teiiperaturabnahiue statt, wenn die 'ieiipei^our un^er den Erweichungspunkt des feuerfesten Materials abfällt. Die Ursache für diese Abtrennung; lie^t in o.er Wesentlich geringeren Zusammenziehung der imprlijjüiorteii schicht nach der Härtung als der des Metalls. Diesex* unerwünschte iiachteil wird erfindun^sgeraäß durch einen porösen Jj¹Um ausgeschaltet, der sich seibot iiacn v;icderixolteu Jubrauch als wirksam erwiesen hat.

Der giößere Teil der äußeren Röhrenflache erliült zuerst einen FiXta₉ der hauptsächlich aus einti.i feuerfesten I.aterial mit dem höchsten Erweichuiiöüpunkt besueht und so Eusaiumengesetzt ist, daß er ge^en eine Vtrijlasung wiuerßtandsfähig ist, seibat wenn er dem unr.iioüclbaren Linfluß der Ofenwärme unterzogen wird. Dann wird auf dem ifilmüber- «ug eine Paste in einer Dicke von weniger als 2 mn aufgetragen, die durch Mischung von Wassergas« mir einer Dichte von 27 - 35° Beaume und Mindestens einei* feuerfesten Zu-

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samraensetzung bereitet ist, die ein Carbonat, vorzugsweise Calciumcarbonate enthält, das bei seiner Zerlegung Kohlensäure abgibt. Die mit der Paste überzogene Fläche • wird schnell bei einer Temperatur unterhalb von 100° G getrocknet und dann bei einer Temperatur oberhalb 300 C gebrannt. Der durch das beschriebene Verfahren bereitete Jj¹Um behält seine feine Perforation vor einer Anwendung von stärkster Hitze bei. Infolge der Porosität hat der IPiIm eine richtige Beziehung zur thermischen 'Ausdehimg und Zusammenziehung des Metallteile der Röhre wegen eines Ausgleiches, der durch die resultierende Wirkung kleiner thermischer Ausdehnungen und Zusammenziehungen der vielen feinen Poren bewirkt wird. Folglich löst oder trennt sich der PiIm nicht von der Unterseite der Röhre ab. Dieser poröse Ii¹Um dient daher als Wärmeisolator, der die Übertragung der Ofenwärme auf das Metall begrenzt, und als Unterlage für das Haften der Schlacke.

Das an der Außenfläche vorgesehene feuerfeste Material mit einen hohen Erweichungspunkt v/ird daraufhin ausgewählt, daß die Porosität durch eine Verglasung bei hoher Temperatur nicht vermindert wird. Die ZumiscLung; eines Carbonates fördert und uLlt die Porosität des I-'ilms infolge der Erzeugung von Kohlensäure aufrecht. Die Grenze der Filmdicke auf weniger als 2niLi ist aufgestellt, damit · der Film schnell trocknen kann und seine Abtrennbarkeit infolge eines mechanischen ütoßes nicht verschüchtert wird; außerdem soll die Gewichtszunalime der Röhre auf einen Kleinstwert beschränkt bleiben. Der Grund zur Herstellung des feuerfesten Überzugs in Form einer Paste mit Wasserglas, dessen Dichte 25 - 35° Beaume beträgt, besteht darin, daß ein schnelles Trocknen des Wasserglases verhindert und

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eine möglichst hohe Festigkeit des Films sichergestellt werden soll. Wenn die Dichte des'Wasserglases mehr als 35° Beaume beträgt, sind die Trocknungseigenschaften schlecht und ein völlig einwandfreier Oberfläclienfilm . kann wegen des Verlustes an Wasserglas nicht erhalten werden, bevor die, feuerfesten Körner genügend Zeit haben, um nach dem Kühlen festgehalten zu.werden. Andererseits ergibt eine Überzugspaste, die mit Wasserglas von einer Dichte von weniger als 25° Beaume bereitet ist, einen Film mit einer solchen Festigkeit, daß er einen groben Handhabung nicht den genügenden Widerstand entgegensetzen könnte. Außerdem bewirkt das Trocknen der überzogenen Paste bei einer Temperatur oberhalb 100° C eine Schaumbildung am Wasserglas und einen Bruch des Films. Obgleich ein schnelles Trpcknen wünschenswert sein kann, führt folglich das Trocknen bei einer Temperatur von oberhalb 100° G nur zu absolut unbefriedigenden Ergebnissen. Es ist außerdem sehr nichtig, zu bemerken, daß die Schicht anschließend bei einer Temperatur oberhalb JOQ C gebrannt werden muß, weil sonst der Oberflächenfilm, der also nicht weiter behandelt .wird, die Feuchtigkeit wieder aufnimmt und bei Raumtemperatur weich wird. Der so behandelte Oberflächenfilm bewirkt, daß das Wasserglas vollständig seine Absorptionsfähigkeit für Feuchtigkeit verliert; obwohl seine Festigkeit etwas vermindert wird, schäumt der so behandelte Film nicht, selbst wenn er unmittelbar in einen Ofen von 1000 G gelegt wird, nachdem er in Wasser 24- Stunden eingetaucht war; seine Oberflächenschicht trennt sich auch nicht ab, selbst wenn sie ins Wasser geworfen wird, nachdem sie in einem Ofen auf 1000° 0 erwärmt ist. t

Sin Beispiel für eine praktische Ausführungsform der Erfindung sei anschließend angegeben, um den Aufbau des

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äußeren und inneren Überzugs·, seine Tiefe und seine Konzentration zu zeigen.

Innendurchmesser	6	22,	3	mm
Wanddicke	2,	3	mm
Länge	.800		mn

Aluminiumschicht, imprägniert nach dem für gepulverte

Eisen-Aluminium-Legierungen beschriebenen Verfahren

Innenfläche, Schichtdicke 0,65 μ Aluminiumkonzentration an der Oberfläche 31 »585» (mHv 540) Außenfläche, Schichtdicke, 0,6 ul. Aluminiumkonzentration an der Oberfläche 22,37$ .(niHv 400)

Innerer Töpferton 135 kg · - "

Überzug Alabaster 40 kg Viskosität 4 Poise Talk 28 kg Pilmdicke 0,1 mm Kaliumsilicat 27° Beaume 217 kg Natriumsilicat 28° » 143 kg

Äußere Tonerde 21 kg Überzug gebrannter Ton 120 kg Chrommagnesit 90 kg Talk 51 kg Viskosität "11 Poise Calciumcarbonat 18 kg Pilmdicke 0,9 - 1|2 mm

Kaliumsilicat 28,5° Beaume 190 kg Natriumsilicat 31,5°. * 127 kg ^ Die mit der zuvor angegebenen Zusammensetzung erhaltene

Röhre wird praktisch in einen offenen Ofen von 150 t ge- "^v

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legt, an dem festgestellt ist, daß die Geschwindigkeit des Lanzenverbrauches 30 ran/min während der Sclimelzperiode und 74- mia/min während der Abscheidungsperiode beträgt; in Fall einer unbehandelten Röhre, die im selben Ofen unter derselben Bedingung geprüft ist, beträgt die Geschwindigkeit des Lanzenverbrauchs 546»6 mm/min während der Schmelzperiode und 94-2 mm/min während der Abscheidungsperiode. Dementsprechend hat die Lanzenröhre, die gemäß der Erfindung hergestellt iat, überlegene Uigenschaften.

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Claims

5545

Pat entansprüche

1· Lanzenröhre zum Injizieren von Sauerstoff beim Herstellen von Stahl, d a d u r c h . g e k e η η ζ e i c h net, daß je eine Sisen-Aluminium-Legierungsschicht (2, 4), die durch Diffusion von Aluminium in die Innenbzw. Außenwand der Köhre aus einem Grundmetall (3). gebildet ist, an der Innenwand der köhre eine Aluminiumkonzentration von 28 - 32$ bzw. an der Außenwand der liöhre eine Aluniniumkonz entr ation von" 18 τ 26^J auf weist, die von der betreffenden Oberfläche aus langsam abnimmt und sanft in das Grundmetall (>) hineinläuft, daß ein dünner EiIm (5) aus einem feuerfesten Material, das in eintn glasartigen, fließenden Zustand bei einer niedrigen Temperatur überführbar ist, als Überzug auf der inneren Legiuruiigsschicht (4-) aufgetragen i&t, und daß ein Ii¹IIm (1) mit einer Dicke von weniger als 2 ram aus mindenstens einem feuerfesten Material mit hohen Schmelzpunkt und aus einer kleinen Menge einer ein Gas, z.B. Kohlensäure abgebenden Substanz, z.B. ein Garbonat auf der äußeren LegieruLU-sschicht (2) als Überzug aufgetragen ist.

2, Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ]?ilme (1, 5) durch. Mischen und Kneten der Zusammensetzung mit Wasserglas mix; einer Dichte von 25 - 35 Beaume oder mit einer Mischung von Wasserglas und Wasser, in dem das Wasserglas bis zur selben. Dichte aufgelöst ist, bereitet sind, daß die geknetete Mischung auf der betreffenden Oberfläche aufgetragen ist, und daß die aufgetragenen Schichten (1, 5) bei einer Temperatur unterhalb 100° G schnell getrocknet und db.nn bei einer Temperatur oberhalb 300° C gebrannt ist·

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3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet , daß die feuerfeste Schicht ( auf der Innenfläche der Röhre zusätzlich ein Element, z<B. Bor enthält, durch das die Verglasung des feuerfesten Materials gefördert wird, sodaß eine Oberflächenschicht herstellbar ist, die bei einer niedrigen Temperatur erweicht und fließt.

4. Röhre nach Ansprüchen 1-2» dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Überzugsschicht (1) dadurch porös gemacht ist, daß zahlreiche feine Poren ausgebildet sind, und daß die resultierende Wirkung der thermischen Ausdeüung und Zusammenziehung der Poren an die thermische Ausdehnung und Zusammenziehung des Metalls angepaßt ist, sodaß die Oberflächenschicht sich nicht abtrennt.

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