DE1508115B1

DE1508115B1 - Blaslanze zum Windfrischen von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1508115B1
Application number: DE19661508115
Authority: DE
Inventors: Berry Walter Vial
Original assignee: Berry Metal Co
Current assignee: Berry Metal Co
Priority date: 1965-04-02
Filing date: 1966-03-29
Publication date: 1971-04-01
Also published as: US3430939A; BR6678000D0; GB1130841A; SE333156B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Blaslanze zum Wind- strom vereinigen. Diese gesteuerte Strömung der frischen von Metallschmelzen, bestehend aus einem Ofengase entlang der Oberfläche des Düsenteils und mit äußeren konzentrischen Kühlkanälen versehenen von dort nach unten in den zentrischen Kern zwi-Schaft und einem zentrisch darin angeordneten sehen den Sauerstoffstrahlen hindurch stellt sicher, Sauerstoff-Zuführungsrohr, das sich im Bereich 5 daß letztere in ihrer Richtung und in ihren eines das untere Ende des Schaftes abschließenden Strömungseigenschaften weitgehend unbeeinflußt Düsenteils mit sphärischer Außenfläche in mehrere bleiben, so daß sich der Wirkungsgrad des bezüglich der Mittelachse divergierende, unter- Windfrischens erhöht und die bisher üblichen einander symmetrisch angeordnete, von Kühlmänteln Verdünnungs-, Ablenkungs- und Schwingungsumgebene Teilkanäle fortsetzt. Solche Blaslanzen io erscheinungen der Sauerstoffstrahlen weitgehend versind bekannt. mieden sind. Ferner wird die Lebensdauer der Blas-Die Düsenteile von Blaslanzen unterliegen auf lanze erhöht, weil die aus dem Schmelzbad heraus-Grund der aus der Schmelze herausgeschleuderten spritzenden Partikel im Bereich des Düsenteils von Partikeln einer starken Abnutzung, wobei die den stabilen Strömungsverhältnissen unterworfenen erodierende Wirkung durch die von der Schmelze 15 Ofengasen mitgerissen werden oder den Düsenteil ausgehende Strahlungshitze unterstützt wird. Um die nur noch unter einem flachen Winkel treffen. Die Abnutzung zu verringern, ist es bekannt, den Sauer- vorspringenden Düsenarme können ausreichend stoff von einem zentralen Zuführungsrohr in mehrere lang bemessen sein, so daß für die dort eventuell divergierende Kanäle aufzuteilen und die Kühl- auftretende Erosion genug Material zur Verfügung flüssigkeit über besondere Rohre bis in den Düsen- ao steht, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen, kopf zu führen, wobei mindestens ein Kühlrohr zwi- Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Blaslanze sehen zwei im Abstand voneinander angeordneten ergeben sich aus dem nachfolgend an Hand von Λ Kanälen endet, die den Sauerstoff zu den Austritts- Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel der ™ düsen leiten. Bei Blaslanzen mit mehreren über den Erfindung. Es zeigt

Umfang des Düsenteils verteilt austretenden Sauer- 25 Fig. 1 eine Seitenansicht eines Düsenteils nach

stoffstrahlen entsteht im mittleren Bereich ein Unter- der Erfindung,

druckkern, den die die Blaslanze umgebenden Ofen- F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

gase aufzufüllen versuchen. Die durch die Sauer- der aus Blaslanze und Düsenteil bestehenden Einheit

stoffstrahlen hindurchtretenden Gase führen zu einer und

unerwünschten Ablenkung, Vermischung und Ver- 30 Fig. 3 eine Endansicht des Düsenteils nach

dünnung der Sauerstoffstrahlen, die sich darüber Fig. 1.

hinaus unter Bildung heftiger Turbulenz zusammen- Nach F i g. 1 ist der Düsenteil einer Blaslanze mit

ziehen, wobei Schwingungen auftreten, die sich dem drei Ringschultern 2, 6 und 12 versehen, die jeweils

Schmelzbad mitteilen. in verschiedenen horizontalen Ebenen liegen und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei 35 von unten nach oben kleinere Durchmesser auf-

Blaslanzen mit mehreren Sauerstoff-Austrittsöffnun- weisen. Die Ringschultern sind gemäß F i g. 2 mit je

gen am Düsenteil eine solche Formgebung des einer zugeordneten Ringwandung 56,58 und 60 des

Düsenteils anzugeben, bei der im Zusammenwirken Lanzenschaftes 54 verschweißt, so daß drei kon-

mit den austretenden Sauerstoffstrahlen eine Be- zentrisch gegeneinander abgedichtete Kanäle ent-

schädigung durch das Schmelzbad weitgehend be- 40 stehen, und zwar ein zentrales Sauerstoffrohr 14,

seitigt und bei welcher der in die Schmelze einge- ein darum herum liegender Kühlwasserzugangskanal

blasene Sauerstoff besser ausgenutzt wird. 32 und ein Kühlwasserrücklaufkanal 30, der einen

Zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Blaslanze äußeren Wassermantel unmittelbar unter der Außen- >

der eingangs beschriebenen Art wird gemäß der Er- wand 56 bildet. f

findung vorgeschlagen, daß von der sphärischen 45 Der Durchmesser des Sauerstoff-Zuführungsrohres

Außenfläche des Düsenteils einander gleiche Düsen- 14 in Höhe der Ringschulter 12 beträgt etwa zwei

arme vorstehen, durch die jeweils einer der als Düse Drittel des Durchmessers des Lanzenschaftes 54.

ausgebildeten Teilkanäle verläuft und in die hinein Das Sauerstoff-Zuführungsrohr 14 geht im Düsenteil

die Kühlmäntel verlängert sind. in drei Teilkanäle 18 über, die unter einem Winkel

Zwischen den mit der neuen Formgebung vorge- 50 von etwa 10° bezüglich der Mittelachse des Lanzenschlagenen, von der unteren Abschlußfläche des schaftes 54 nach unten divergieren. Der Querschnitt Düsenteils warzenartig vorstehenden Düsenarmen der Teilkanäle 18 verengt sich gemäß F i g. 2 von entstehen nunmehr Durchgänge, durch welche die der Stelle 34 zunehmend in Richtung auf die Düsen-Ofengase unbehindert den mittleren Unterdruckkern Öffnung 62 bis zu einer Stelle 20. Die anschließende zwischen den Sauerstoffstrahlen auffüllen können. 55 Aufweitung dieser Lavaldüse bis zur Stelle 26 kann Die abgerundete Außenfläche des Düsenteils bildet konisch oder leicht gekrümmt verlaufen. Von der aerodynamische konturierte Führungswege für die Stelle 26 bis zur Düsenöffnung 62 folgt ein zylin-Ofengase, die von oben kommend einwärts gerichtet drischer Abschnitt 24, der etwa gleich lang wie der in den Unterdruckkern strömen. Dadurch, daß diese sich verengende und wieder erweiternde Abschnitt Führungswege an ihrem Ursprung höher und wesent- 60 zwischen den Stellen 34 und 26 ist. Mit dem verlieh weiter vom Schmelzbad entfernt liegen als die längerten zylindrischen Abschnitt 24 der Düse Sauerstoff-Austrittsöffnungen, strömen die Ofengase wird neben einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsnicht mehr durch die Sauerstoffstrahlen hindurch, verteilung außerdem ein zusätzlicher Effekt erzielt, sondern werden bereits oberhalb des Austritts der Die Erfahrung zeigt, daß die Kante 22 der Düsen-Sauerstoffstrahlen angesaugt und zwischen den 65 öffnung 62 nach einiger Zeit auf Grund der Sauer-Düsenarmen in den Unterdruckkern hineingezogen, Stoffströmung sowie der hohen Ofentemperatur zu wobei sich die anfänglichen Teilströme zu einem oxydieren beginnt. Den Folgen dieses Vorganges auf das Schmelzbad gerichteten gemeinsamen Haupt- wird somit durch einen längeren zylindrischen Ab-

schnitt vor der Düsenöffnung 62 vorgebeugt, so daß selbst dann, wenn bei längerer Betriebsdauer die Kante 22 durch Materialerosion eine Abrundung erfährt, immer noch eine ausreichende Länge des zylindrischen Abschnittes 24 übrigbleibt, um die gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung im Anschluß an die Düse aufrechtzuerhalten.

Das durch den Ringkanal 32 nach unten strömende Kühlmittel wird kurz unterhalb der Ringschulter 12 in drei einzelne zur zentralen Mittelachse konvergierende Kanäle 8 aufgeteilt. Diese Aufteilung erfolgt mit Hilfe der Wandungsabschnitte 36 der Teilkanäle 18. Das ankommende Kühlmittel wird jeweils mittels einer Leitwand4 (Fig. 2), weiche die Fortsetzung der Kanalwandung 58 bildet, kaskadenartig entlang der Außenwand 64 der Teilkanäle abwärts in den die Teilkanäle 18 umgebenden Kühlmantel 66 geführt und fließt dann in den ringförmigen Rücklaufkanal 30, dessen Außenwand 56 in die Außenwand des Düsenteils übergeht.

Der Düsenteil besitzt eine sphärische Außenfläche 40, von der aus symmetrisch zur Längsmittelachse mehrere Düsenarme 46, 48 und 50 ausgehen, in denen jeweils ein Teilkanal 18 untergebracht ist. Zwischen je zwei benachbarten Düsenarmen entsteht auf der Kugelfläche 40 ein Führungsabschnitt 44, der in der Nähe der Außenkante der Kugelfläche an der Stelle 52 beginnt und sich mit den anderen Führungsabschnitten 44 an der Stelle 47 vereinigt, die den Mittelpunkt der Kugelfläche bildet.

In den erfindungsgemäß konvergierend-divergierend ausgeführten Teilkanälen 18 entsteht eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 1,5 Mach oder darüber, mit welcher der Sauerstoff aus der Öffnung 62 in laminarer Strömung in Richtung auf das Schmelzbad austritt und diesen Strömungszustand beibehält. Dadurch und durch die Formgebung des Düsenteils läßt sich die Strömung der Schmelz- und Ofengase so beeinflussen, daß die weiter oben aufgezählten nachteiligen Vorgänge nicht auftreten. Das Abgas strömt zum Auffüllen des Unterdruckbereiches von oben durch die konturierten Führungen über die Außenfläche 40 des Düsenteils zwischen die nach unten gerichteten Sauerstoffstrahlen, und zwar zentral nach innen, um sich in einem Bereich oberhalb und hinter den austretenden Sauerstoffstrahlen zu einer Kernströmung zu vereinigen. Die in Richtung auf die Vereinigungsstelle 47 geneigten Führungen 44 haben die weitere Wirkung, daß aus dem Schmelzbad austretende glühende oder flüssige Partikeln, die in die Nähe der Führungen 44 gelangen, nur in einem flachen Winkel auf den Düsenteil auftreffen und dann abprallen.

Bestimmte Bereiche der Außenfläche 40 und der Düsenarme 46, 48, 50 können beschichtet oder belegt sein. Da die Übergänge zwischen den verschiedenen Flächenabschnitten des Düsenteils sorgfältig bearbeitet und abgerundet sind, ist ein sicherer Verbund eines durch ein Beschichtungsverfahren aufgebrachten Abdeckungsmaterials gewährleistet. Eine solche Beschichtung der Frontfläche des Düsenteils hat den Zweck, den Düsenteil selbst zu schützen und die Gasströmung längs der Führungsbahnen zu verbessern.

Entsprechend F i g. 2 strömt das Kühlmittel durch den Ringkanal 32 des Lanzenschaftes 54 nach unten. Die niedrige Temperatur des Sauerstoffes bewirkt beiläufig die Kühlung der Wandung 60 bzw. Wärmeentzug aus dem über den Ringkanal 32 zuströmenden Kühlmittel. Auf diese Weise wird das Kühlmittel über die gesamte Länge des Schaftes 54 im Kanal selbst ausreichend gekühlt, um den Wärmeübergang von der äußeren, wärmeren Wand 58 des Kanals 32 zu kompensieren.

An der Stelle 38, wo sich das mit beträchtlicher Vertikalgeschwindigkeit ankommende Kühlmittel in drei Teilströme auflöst, geht die tragende Wandung des Düsenteils allmählich nach innen, um eine ungestörte Strömung zu gewährleisten. Jedoch sind zur Beseitigung von Dampfblasen oder Lufttaschen im Kühlmantel 66 Turbulenz erzeugende Rippen 68 vorgesehen, weiche den äußeren Führungsbahnen 44 für die Verbrennungsgase gegenüberliegen.

Claims

Patentansprüche:

1. Blaslanze zum Windfrischen von Metallschmelzen, bestehend aus einem mit äußeren konzentrischen Kühlkanälen versehenen Schaft und einem zentrisch darin angeordneten Sauerstoff-Zuführungsrohr, das sich im Bereich eines das untere Ende des Schaftes abschließenden Düsenteils mit sphärischer Außenfläche in mehrere bezüglich der Mittelachse divergierende, untereinander symmetrisch angeordnete, von Kühlmänteln umgebene Teilkanäle fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß von der sphärischen Außenfläche (40) des Düsenteils einander gleiche Düsenarme (46, 48, 50) vorstehen, durch die jeweils einer der als Düse ausgebildeten Teilkanäle (18) verläuft und in die hinein die Kühlmäntel (66) verlängert sind.

2. Blaslanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (18) von dem Sauerstoff-Zuführungsrohr (14) unter einem Winkel abzweigen, der im Bereich zwischen 6 und 18° bezüglich der Mittelachse der Blaslanze Hegt.

3. Blaslanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (62) der Teilkanäle jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen und die vorspringende Länge der Düsenarme (46, 48, 50), gemessen an ihrer der Mittelachse der Blaslanze benachbarten Seite, etwa dem Durchmesser der Austrittsöffnungen (62) entspricht.

4. Blaslanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Fläche zwischen den Düsenarmen, nach außen begrenzt durch einen durch die Mittelpunkte der Austrittsöffnungen (62) gehenden gedachten Kreis, wenigstens gleich dem Querschnitt der Austrittsöffnungen ist.

5. Blaslanze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge der Düsenarme abgerundet sind.

6. Blaslanze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der sphärischen Außenfläche von der Achse (47) der Lanze ausgehende radiale, sich erweiternde Stege angeordnet sind, von denen sich je einer mit einer Seitenwand eines Düsenarmes vereinigt, wobei die Stege niedriger als die Düsenarme und ihre Konturen abgerundet sind.

7. Blaslanze nach Anspruch 6, dadurch ge-

kennzeichnet, daß ein Teil (44) der Oberfläche zwischen den Düsenarmen (46, 48, 50) eine dünne, hitzebeständige, gegebenenfalls reflektierende und abriebfeste Materialauflage aufweist.

8. Blaslanze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (18) jeweils ein konvergierendes und anschließend divergierendes Innenprofil (20) aufweisen.

9. Blaslanze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das konvergierenddivergierende Innenprofil (20) jeweils ein bis zur Austrittsöffnung verlaufender zylindrischer Wandabschnitt (24) anschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen