DE1433593A1 - Roehre zum Injizieren von Sauerstoff bei der Stahlherstellung - Google Patents
Roehre zum Injizieren von Sauerstoff bei der StahlherstellungInfo
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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 Wandstärker was auf eine Verzunderung zurückzuführen
ist, die zu einem weiteren Verbrauch der Lanzenröhre ei-
■ " ■· Ί
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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 Fic;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-
BAD ORIGINAL
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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
wefjen 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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- ίο -
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
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 (1)
- 5545Pat entansprüche1· 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·BAD OBiGSMAL 809809/0479ν - 13 -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.809809/0479
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