DE1458865C

DE1458865C - Lance for blowing gases on and in molten metal

Info

Publication number: DE1458865C
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing 4000 Düsseldorf Wurzbach
Original assignee: Gesellschaft zur Forderung der Eisen huttentechmk mbH, 4000 Dusseldorf
Publication date: 1971-01-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lanze zum Blasen von Gasen, gegebenenfalls vermengt mit Feststoffen, auf und in Metallschmelzen, insbesondere zur Verwendung in Konvertern, mit einer Düse, die einen im wesentlichen zylindrischen, innerhalb der Lanze axial verstellbaren Leitkörper mit an seiner Außenfläche befindlichen, schraubenförmig gewundenen Durchlässen für die Strömung enthält, wobei der Leitkörper mit einem Antrieb gekuppelt ist, der ihm während des Blasens eine hin und hergehende Bewegung zu erteilen vermag und der Hub des Leitkörpers einstellbar ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die sogenannte Freistrahlcharakteristik einer solchen Lanze veränderbar zu machen, also die Lanze so zu gestalten, daß dem Gasstrahl zwischen Lanzenkopfmündung und Badoberfläche eine bestimmte, veränderbare Gestalt gegeben werden kann. Dadurch kann der Ablauf des Blasprozesses in der weiter unten beschriebenen Weise günstig beeinflußt werden.The invention relates to a lance for blowing gases, optionally mixed with Solids, on and in molten metal, in particular for use in converters, with a nozzle, which has a substantially cylindrical guide body axially adjustable within the lance on its Outer surface located, helically wound passages for the flow contains, wherein the guide body is coupled to a drive which gives it a reciprocating motion during the blowing process Able to give movement and the stroke of the guide body is adjustable. It is based on the task to make the so-called free jet characteristics of such a lance changeable, so the lance so shape that the gas jet between the lance head mouth and bath surface a certain, changeable Can be given shape. This allows the flow of the blowing process in the below described way are favorably influenced.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß der Leitkörper vollständig in dem das Lanzeninnere durchströmenden Gas und seine untere Stirnfläche in Abstand von einer an der Düsenmündung ausgebildeten Einschnürung angeordnet, die aus einem gegen die Düsenmündung nach oben versetzten Wulst besteht. Eine solche Ausbildung der Lanze führt dazu, daß der austretende Strahl Glockenform annimmt, wobei der untere Durchmesser der Glocke und damit auch der Durchmesser der von dem Strahl getroffenen Oberfläche der Schmelze mit wachsendem Abstand des Leitkörpers von dem die Einschnürung bildenden Wulst zunimmt. Es ist daher möglich, diesen Durchmesser während einer Charge zu ändern, was in der Regel zweckmäßig so geschieht, daß zunächst mit scharfem, auf einen eng begrenzten Fleck gerichtetem Strahl und im weiteren Verlauf mit einem weniger scharfen und dafür stärker ausgebreiteten Strahl gearbeitet wird. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit der Einstellung während der Konverterreise, da die feuerfeste Ausmauerung des Konverters verschleißt. und so bei gleichem Füllgewicht sich die Badtiefe ändert, was andere Strahlverhältnisse erfordert.To achieve the stated object, according to the invention, the guide body is completely in the gas flowing through the interior of the lance and its lower end face arranged at a distance from a constriction formed on the nozzle mouth, which consists of a bead offset upwards against the nozzle mouth. Such training of the Lance causes the emerging jet to take on a bell shape, the lower diameter the bell and thus also the diameter of the surface of the melt hit by the jet increases as the distance between the guide body and the bead forming the constriction increases. It is therefore it is possible to change this diameter during a batch, which is usually expedient happens that first of all with a sharp beam directed at a narrowly delimited spot and then further Course is worked with a less sharp and therefore more spread out beam. Also results the possibility of setting during the converter trip, as the refractory lining of the Converter wears out. and so with the same filling weight, the bath depth changes, which different jet conditions requires.

Aus der österreichischen Patentschrift 174 388 ist eine Lanze mit einer mit schraubenförmigen Leitschaufeln besetzten, axial verschiebbaren Stange bekannt. Mit dieser Lanze wird jedoch keine glockenförmige Freistrahlcharakteristik erzeugt, bei der sich der untere Glockendurchmesser durch axiale Verschiebung des Leitkörpers. ändern läßt. Denn um diese Wirkung zu erzielen, ist es notwendig, daß der Leitkörper vollständig in dem das Lanzeninnere durchströmenden Gas und seine untere Stirnfläche in Abstand von einer an der Düsenmündung ausgebildeten Einschnürung angeordnet ist, was bei der Lanze nach der genannten österreichischen Patentschrift nicht der Fall ist. Daher treten die mit der Erfindung erstrebten Wirkungen bei der Lanze nach dieser Patentschrift nicht ein.From the Austrian patent specification 174 388 is a lance with a helical guide vanes occupied, axially displaceable rod known. However, this lance does not become bell-shaped Free jet characteristic generated in which the lower bell diameter is shifted axially of the guide body. can change. Because in order to achieve this effect it is necessary that the Guide body completely in the gas flowing through the inside of the lance and its lower end face is arranged at a distance from a constriction formed on the nozzle mouth, which is the case with Lance according to the aforementioned Austrian patent is not the case. Therefore, those with the Invention sought effects in the lance according to this patent specification.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Leitkörper mit einem zusätzlichen Durchlaß in Form einer axialen Bohrung versehen. Dadurch wird der Strömungswiderstand der Lanze herabgesetzt, ohne daß die erwünschte strömungstechnische Wirkung der schraubenförmigen Kanäle vereitelt wird.In the preferred embodiment of the invention, the guide body is provided with an additional passage in Provided the shape of an axial bore. This reduces the flow resistance of the lance, without the desired fluidic effect of the helical channels being thwarted.

Die Lanze nach der Erfindung läßt sich ferner dadurch verbessern, daß die Düse im Bereich zwischen dem Wulst und der Düsenmündung konisch erweitert ist. Dadurch wird eine wärmetechnische Schwierigkeit vermieden, die darin besteht, daß ein Wulst, der sich an der thermisch höchst belasteten Stelle der Lanze befindet, schneller Zerstörung unterliegt.The lance according to the invention can also be improved in that the nozzle in the area between the bead and the nozzle mouth is flared. This creates a thermal difficulty avoided, which consists in the fact that a bead, which is at the most thermally stressed point of the Lance is more quickly subject to destruction.

Ist der Leitkörper mit einem zusätzlichen Durchlaß in Form einer axialen Bohrung versehen, dann ist eine Anpassung der Strömung an die Betriebsbedingungen dadurch in besonders wirkungsvoller Weise möglich, daß die axiale Bohrung an eine besondere Zuleitung angeschlossen wird.If the guide body is provided with an additional passage in the form of an axial bore, then an adaptation of the flow to the operating conditions is therefore particularly effective Way possible that the axial bore is connected to a special supply line.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausfiihrungsbeispiel. Es zeigtThe drawing illustrates an exemplary embodiment. It shows

Fig. 1 die Gesamtanordhung in Ansicht von der Seite,1 shows the overall arrangement in a view from the side,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die den unteren Teil einer erfindungsgemäß gestalteten Lanze bildende Düse,F i g. 2 shows a longitudinal section through the forming the lower part of a lance designed according to the invention Jet,

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2 undF i g. 3 shows a section along line III-III in FIG. 2 and

Fig. 4 und 5 zwei der Fig. 2 entsprechende Darstellungen bei verschiedenen Einstellungen des das eine wesentliche Merkmal der Erfindung bildenden Leitkörpers.FIGS. 4 and 5 show two representations corresponding to FIG at different settings of the forming an essential feature of the invention Guide body.

Die in F i g. I wiedergegebene Gesamtanordnung entspricht im wesentlichen dem üblichen Aufbau. Ein den Außenmantel der Düse bildendes Rohr L ist demgemäß mittels eines Armes 2 an einem Gestell 3 starr befestigt. Zur Zuführung des Sauerstoffes oder anderen Gases dient ein durch schwenkbare Arme 4 gestützter Schlauch 5. Die Arme 4 sind an einer Strebe 6 um eine Achse 7 drehbar gelagert.The in F i g. I overall arrangement shown essentially corresponds to the usual structure. A tube L forming the outer jacket of the nozzle is accordingly rigidly attached to a frame 3 by means of an arm 2. For supplying oxygen or others Gas is a supported by pivotable arms 4 hose 5. The arms 4 are on a Strut 6 rotatably mounted about an axis 7.

Der Schlauch 5 ist nicht unmittelbar an das Rohr 1 angeschlossen, sondern mittels einer Flanschverbindung an ein Innenrohr 8, das im Rohr 1 längsverschiebbar geführt ist. Um Gasaustritt an der oberen Mündung des Rohres 1 zu verhindern, ist eine Dichtung vorgesehen, die nach Art einer Stopfbuchse gestaltet sein kann und in Fig. 1 in Form zweier Flansche 9 erscheint.The hose 5 is not connected directly to the pipe 1, but by means of a flange connection to an inner tube 8 which is guided in the tube 1 so as to be longitudinally displaceable. To gas leakage at the top To prevent the opening of the pipe 1, a seal is provided which is designed in the manner of a stuffing box and appears in FIG. 1 in the form of two flanges 9.

Das Innenrohr 8 kann durch zwei am Gestell 3 gelagerte hydraulische Zylinder-Kolbenantriebe 10 im Außenrohr 1 vertikal verschoben werden. Dazu sind die Kolben 11 durch ein mittleres Gelenk und seitliche Gelenke 14 an das Innenrohr 8 angeschlossen.The inner tube 8 can by means of two hydraulic cylinder-piston drives 10 mounted on the frame 3 in the Outer tube 1 can be moved vertically. For this purpose, the pistons 11 are through a central joint and lateral Joints 14 connected to the inner tube 8.

Die Lanze ist zwecks Kühlung in der üblichen Weise doppelwandig gestaltet. Das den Außenmantel bildende Rohr 1 enthält somit einen Innenmantel 15 sowie einen Zwischenmantel 16, wodurch zwei Ringräume 17 und 18 gebildet werden, die nahe der Mündung 19 der Düse miteinander verbunden sind. Flüssiges Kühlmittel wird in Richtung der gezeichneten Pfeile durch den inneren . Ringraum 17 von oben zugeführt, nahe der Mündung 19 umgelenkt und durch den äußeren Ringraum 18 nach oben abgeführt. Durch den die Lanze durchströmenden Sauerstoff wird das Kühlmittel 17 im inneren Ringraum auf niedriger Temperatur gehalten.The lance is designed to be double-walled in the usual way for the purpose of cooling. That the outer jacket forming tube 1 thus contains an inner jacket 15 and an intermediate jacket 16, whereby two annular spaces 17 and 18 which are connected to one another near the mouth 19 of the nozzle. Liquid coolant is in the direction of the drawn arrows through the inner. Annular space 17 of supplied above, deflected near the mouth 19 and through the outer annular space 18 upwards discharged. Due to the oxygen flowing through the lance, the coolant 17 is in the inner annular space kept at low temperature.

Das längsverschiebbare Innenrohr 8 bildet den Träger eines Leitkörpers 20. Dieser Leitkörper ist im wesentlichen zylindrisch gestaltet und füllt, von Toleranzen abgesehen, zusammen mit der Wandung des Innenrohrs 8 die lichte Weite des inneren Mantels 15 vollständig aus. Der Leitkörper 20 hat eine zentrale Bohrung 21 sowie eine Anzahl von an seiner Außenfläche schraubenförmig verlaufenden Nuten, die mit der Innenfläche des Innenrohres 8 Durchlässe 22 bilden. Der der Lanze zugeführte Sauerstoff tritt durch den Leitkörper 20 daher auf zwei verschiedeneThe longitudinally displaceable inner tube 8 forms the carrier of a guide body 20. This guide body is in the essentially cylindrical and fills, apart from tolerances, together with the wall of the Inner tube 8, the clear width of the inner jacket 15 completely. The guide body 20 has a central one Bore 21 and a number of helical grooves on its outer surface, which with the inner surface of the inner tube 8 form passages 22. The oxygen supplied to the lance occurs by the guide body 20 therefore to two different

Weisen, nämlich einmal ohne Umlenkung durch die zentrale Bohrung 21 und zum anderen mit Umlenkung durch die schraubenförmig gewundenen Durchlässe 22. Die auf diese letztere Weise erzeugte Strömung hat daher einen Drall um die Lanzenachse.Ways, namely once without deflection through the central bore 21 and on the other hand with deflection through the helically wound passages 22. The one created in this latter way The flow therefore has a twist around the lance axis.

Nahe der Lanzenmündung 19, jedoch gegen die eigentliche Mündung etwas zurückversetzt, hat die Düse einen nach innen vorragenden Wulst 23. Dieser Wulst ist von wesentlicher Bedeutung für die Ausbildung der aus der Lanze tretenden Strömung.Near the lance mouth 19, but set back somewhat from the actual mouth, the Nozzle an inwardly projecting bead 23. This bead is essential to the design the current emerging from the lance.

Auf die verhältnismäßig verwickelten Strömungsbedingungen soll hier nicht näher eingegangen werden, weil insoweit bereits durch interne Versuche gewonnene Erfahrungen vorliegen. Diese Erfahrungen haben gezeigt, daß ein aus der Düse nach F i g. 2 austretender Gasstrom eine Glockenform annimmt, wie sie in F i g. 4 und 5 angedeutet ist. Dabei ergibt sich, daß die Glocke sich um so stärker ausbreitet, je größer der Abstand des Leitkörpers 20 von der Düsenmündung 19 ist, wie es dem Zustand nach F i g. 5 entspricht. Dagegen ergibt sich eine wesentlich engere Glocke bei verringertem Abstand gemäß F i g. 4. Aus welchen Gründen eine in Glockenform austretende Strömung metallurgisch zweckmäßig ist und besondere Vorteile hat, wenn sich die Breite der Glocke auch noch ändern läßt, wurde bereits eingangs ausgeführt.The relatively complex flow conditions will not be discussed here because experience already gained through internal tests is available. These experiences have shown that an out of the nozzle according to F i g. 2 exiting gas stream has a bell shape assumes, as shown in FIG. 4 and 5 is indicated. It turns out that the bell becomes stronger spreads, the greater the distance of the guide body 20 from the nozzle orifice 19, as is the state according to FIG. 5 corresponds. In contrast, a much narrower bell results with a reduced distance according to FIG. 4. For what reasons a flow emerging in the form of a bell, metallurgically is appropriate and has particular advantages if the width of the bell can also be changed, was already mentioned at the beginning.

Die Antriebe 10,11 gestatten es nicht nur, die axiale Stellung des Leitkörpers 20 in jedem Augenblick während einer Charge oder zwischen zwei Chargen zu ändern; sie ermöglichen es auch, dem Leitkörper 20 während eines Blasvorganges eine hin- und hergehende Bewegung zu erteilen, und zwar mit in weiten Grenzen veränderlicher Amplitude und Frequenz. Nach bisherigen Erfahrungen sind Bewegungen im Frequenzgebiet bis rund 1 Hz besonders geeignet, den Vorgang metallurgisch günstig zu beeinflussen.The drives 10, 11 not only allow the axial position of the guide body 20 at any moment change during a batch or between batches; they also allow the Guide body 20 to give a back and forth movement during a blowing process, namely with within wide limits of variable amplitude and frequency. According to previous experience, there are movements Particularly suitable in the frequency range up to around 1 Hz, the process metallurgically favorable to influence.

Die schraubenförmig gewundenen Kanäle 22 sind in Verbindung mit dem Wulst 23 zur Erzeugung einer glockenförmig austretenden Strömung notwendig. Dagegen kann unter Umständen auf die zentrale Bohrung 21 im Leitkörper 20 verzichtet werden. Wird eine solche Bohrung jedoch vorgesehen, dann ist es besonders zweckmäßig, diese Bohrung und die schraubenförmigen Kanäle 22 gesondert mit Gas zu versorgen, also oben an die zentrale Bohrung 21 ein (nicht gezeichnetes) zusätzliches Rohr anzuschließen, das sich durch das Innenrohr 8 hindurch nach oben erstreckt, so daß es möglich ist, durch getrennte Zuleitungen und Drossel- oder Absperrvorrichtungen wahlweise nur die schraubenförmigen Kanäle 22 oder zusätzlich die zentrale Bohrung 21 in quantitativ beliebig wählbarer Weise mit Gas zu versorgen.The helically wound channels 22 are in connection with the bead 23 to produce a Bell-shaped emerging flow necessary. On the other hand, under certain circumstances, the central Bore 21 in the guide body 20 can be dispensed with. However, if such a hole is provided, then it is particularly expedient to fill this bore and the helical channels 22 separately with gas supply, i.e. to connect an additional pipe (not shown) to the top of the central bore 21, which extends up through the inner tube 8, so that it is possible through separate Supply lines and throttle or shut-off devices optionally only the helical channels 22 or in addition to supplying the central bore 21 with gas in a quantitatively arbitrarily selectable manner.

Vollständigkeithalber sei erwähnt, daß die Düse an ihrer Mündung und in deren Umgebung mit einer schützenden Schicht 27 versehen ist.For the sake of completeness, it should be mentioned that the nozzle at its mouth and in its vicinity with a protective layer 27 is provided.

Claims

Patent claims:

1. Lance for blowing gases, possibly mixed with solids, on and in molten metal, in particular for use in converters, with a nozzle that is essentially one cylindrical guide body axially adjustable within the lance with on its outer surface located helically wound passages for the flow contains, the Guide body is coupled to a drive that gives him a reciprocating motion during blowing Able to give movement and the stroke of the guide body is adjustable, thereby characterized in that the guide body (20) is completely in the one flowing through the interior of the lance Gas and its lower end face is arranged at a distance from a constriction formed on the nozzle mouth (19) which consists of a bead (23) offset upwards against the nozzle mouth (19).

2. Lance according to claim 1, characterized in that the guide body (20) with a additional passage in the form of an axial bore (21) is provided.

3. Lance according to claim 1 or 2, characterized in that the nozzle in the area between the bead (23) and the nozzle mouth (19) is flared.

4. Lance according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial bore (21) is connected to a separate supply line (24).

1 sheet of drawings