DE1508224C - Blaslanze zum Frischen von Metallen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine. Blaslanze zum Sauerstofffrischen von Metallen, die um ihre Längsachse rotierbar ist. Durch die erfindungsgemäße Blaslanze soll der Wirkungsgrad des Metallfrischens erhöht und die Menge des aus dem Ofen herausgespritzten geschmolzenen Metalls vermindert werden.

Bisher wurden bei den meisten, in LD-Konvertern oder ähnlichen Vorrichtungen ausgeführten Sauerstoff-Frischverfahren Lanzen mit einer einzigen Düsenöffnung verwendet. Neuerdings verwendet man zunehmend Lanzen mit mehreren Düsenöffnungen, um die zum Sauerstoff-Frischen erforderliche Zeit zu verkürzen sowie das Verspritzen von geschmolzenem Metall zu vermindern und das Überfließen des Ofeninhalts zu vermeiden oder um die Verblasetechnik der zunehmend größeren Kapazität der Sauerstoff-Frischöfen anzupassen. Allgemein wurden bei der Verwendung dieser Lanzen mit mehreren, insbesondere drei Düsenöffnungen scheinbar gute Ergebnisse beim Sauerstofffrischen von Metallen erzielt. Dabei blieben jedoch verschiedene Probleme ungelöst, wie die Erhöhung des Eisengehalts in der Schlacke, ungleichmäßige Ergebnisse des Sauerstofffrischens, Abnahme der Ausbeute an Produkten mit guter Qualität sowie die Probleme des Verspritzens und Überfließens des Ofeninhalts während des Sauerstofffrischens.

Die bisher verwendeten Mehrlochlanzen besaßen mindestens drei .Düsenöffnungen; sbweit bekannt, wurden Lanzen mit zwei Düsenöffnungen bisher nicht verwendet. Der Grund hierfür beruht auf der Tatsache, daß Lanzen mit zwei Düsenöffnungen eine starke Verminderung des Wirkungsgrads des Sauerstofffrischens zur Folge haben, da die Fläche des geschmolzenen Metalls, auf die dann wirksam Sauerstoff geblasen wird, auf einen speziellen diametralen Abschnitt beschränkt ist, und im größten Teil der Badfläche das Sauerstofffrischen nur geringen Wir-.kungsgrad aufweist. Dagegen wird die tote Badoberfläche bei einer Düse mit drei oder mehreren Öffnungen vorteilhafterweise vermindert, sie läßt sich aber auch bei Lanzen mit drei oder mehr Düsenöffnungen nicht völlig beseitigen. Um den Wirkungsgrad des Frischens zu erhöhen, muß man also diese tote Badoberfläche wirksam ausnützen.

Aus der belgischen Patentschrift 642,266 ist eine feststehende Blaslanze mit drei Düsenöffnungen bekannt, wie sie derjenigen Dreilochlanze entspricht, die bei den weiter unten beschriebenen Vergleichsversuchen verwendet wurde.

Aus den Versuchen ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Lanze der aus der belgischen Patentschrift 642,266 bekannten Lanze hinsichtlich ihres Wirkungsgrads beträchtlich überlegen ist.

In der deutschen Auslegeschrift 1,064,969 ist ein Verfahren zum Oberwindfrischen von phosphorhaltigem Roheisen beschrieben, bei welchem eine schräg in den Konverter eingeführte, mit abgeknickter Spitze versehene Blaslanze verwendet wird. Bei diesem Ver^: fahren wechselt der Verblasewinkel und es ist schwierig, die optimalen Bedingungen konstant zu halten. Demgegenüber erfolgt das Verblasen gemäß der Erfindung nach unten über die gesamte Badoberfläche, ohne das Auftreten einer toten Oberfläche.

In der belgischen Patentschrift 628,293 ist eine -Verblasevorrichtung beschrieben, bei welcher mehrere Brenner mit kreisförmigem Querschnitt in konstantem Winkel gegenüber dem Konverter angeordnet sind und eine kreisförmige Bewegung durch wechselseitige Gasbewegung erfolgt. Erfindungsgemäß erfolgt demgegenüber eine Rotationsbewegung des Gases durch optimale Drehung der Lanze.

In der deutschen Auslegeschrift 1,064,970 ist eine Blaslanze beschrieben, die, neben einer Öffnung zum senkrechten Einblasen nach unten, weitere Öffnungen zum schrägen und vertikalen Einblasen aufweist; es findet sich aber kein Hinweis auf Faktoren, wie die optimale Düsenzahl und die Reihenfolge des Neigungswinkels der Öffnungen und die Rotation der Lanze zwecks Verringerung des Spritzverlustes sowie die Verbesserung der Raffinierungswirkung.

Erfindungsgemäß wurden diese Faktoren untersucht und die Struktur der Lanze entsprechend ausgebildet. ■ '

Die Wirkung der Lanze gemäß der Auslegeschrift 1,064,970 entspricht dagegen den Ergebnissen, wie sie in der folgenden Tabelle 2 unter »drei Öffn. fest« wiedergegeben ist. Wie aus der gleichen Tabelle ersichtlich ist, wird mit der erfindungsgemäßen Lanze ein weit besseres Ergebnis erzielt.

In der britischen Patentschrift 1,010,211 ist eine Blaslanze beschrieben, bei welcher jeweils ein Teil der Öffnungen einer Mehrlochlanze mittels einer sich drehenden Ventilplatte abwechselnd verschlossen wird, wodurch die aus den Öffnungen herauskommende Sauerstoffmenge geregelt wird. Bei dieser Lanze wird Sauerstoff aus jeder Öffnung unsymmetrisch eingeblasen oder die Menge oder Druck des Sauerstoffs werden wellenartig verändert (bei einer Öffnung von Null bis voller Öffnung, je nach Stellung der rotierenden Ventilplatte). Im Gegensatz hierzu zirkuliert der aus der erfindungsgemäßen Lanze ausgeblasene Sauerstoff, wobei ein gleichbleibender Druck aufrechterhalten wird und die Düsen symmetrisch zueinander angeordnet sind.

__Aus_der britischen Patentschrift ' 1,010,211 ergibt' sich somit lediglich, daß man das Bad irPBewegüng

halten kann, indem man abwechselnd einen Teil der Düsen in Betrieb setzt bzw. stillegt. Die Blaslanze bleibt dabei in stationärem Zustand. Aus der britischen Patentschrift ergibt sich jedoch kein Hinweis auf die optimale Anzahl und den Winkel der Öffnungen sowie die optimale Drehzahl der Lanze. Gerade , diese Merkmale sind aber wesentlich für die Wirkung der erfindungsgemäßen Lanze, durch welche die Raffinierung verbessert und der Spritzverlust herabgesetzt wird. ίο

Ausgehend vom Stand der Technik war anzunehmen, daß man um so bessere Ergebnisse erzielen würde, je mehr Düsenöffnungen vorhanden und je größer die Rotatiönsgeschwindigkeit ist. Im Rahmen der Erfindung wurde mit diesem Vorurteil gebrochen und es π wurden aufgrund großangelegter Versuche die Faktoren ermittelt, durch welche ein Raffinieren von. Metallen mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht wird.

Es wurde nun gefunden, daß sich tote Zonen auf der Badoberfläche des geschmolzenen Metalls beseitigen lassen, wenn man einheitlich Sauerstoff über die gesamte Oberfläche bläst. Dabei wird der Wirkungsgrad des Sauerstofffrischens erhöht und das Verspritzen und Überfließen von geschmolzenem Metall aus dem Ofen vermindert. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man eine Blaslanze verwendet, die um ihre Längsachse rotierbar ist und deren Besonderheit erfindungsgemäß darin besteht, daß sie ausschließlich zwei Düsenöffnungen aufweist, deren Öffnungswinkel gegen die Lanzenachse jeweils 3 bis 6° beträgt, so daß die Blasstrahlen bei senkrechter Anordnung schräg abwärts auf oder in die Schlacke gerichtet sind, wobei die Lanze mit etwa 14 Upm rotiert.

Die Erfindung soll nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen erläutert werden.

In den Zeichnungen bedeuten

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Sauerstofflanze zum Frischen von Metall;

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; ■

F i g. 3 einen ähnlichen Querschnitt wie in F i g. 2 durch eine andere, erfindungsgemäße Lanze;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer mit der Düse verbundenen, drehbaren Blaslanze;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, aus der sich die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit der Düse und dem Metallverlust durch Verspritzen ergibt und

Fig. 6 Kurven, aus denen sich das Verhältnis zwischen dem Öffnungswinkel der verschiedenen Düsenöffnungen und dem Metallverlust durch Verspritzen ' ergibt.

Zu Vergleichszwecken wurden in einem 80-Tonnen-Konverter zur Herstellung von Stahl Lanzen mit einer, drei und vier Düsenöffnungen und eine Lanze mit zwei Düsenöffnungen gemäß Fig. 1 und 2 verwendet. Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Larize 3 enthält einen inneren Wassermantel l_r einen hiermit konzentrischen äußeren Wassermantel 2 und zwei praktisch längsgerichtete Düsenöffnungen 4 an der Düsenspitze, die sich zum Ausblasen von Sauerstoff durch die Lanze 3 in den (nicht dargestellten) Sauerstofffrischofen eignen. Die Gesamtfläche der Verengungen 5 der ■ Düsenöffnungen war bei allen Lanzen die gleiche, und der Unterschied im Druckverlust der entsprechenden Düsenöffnungen wurde durch die dynamische Druckverteilung infolge der Höhe der Lanze kompensiert, wobei die Energie an der Oberfläche des ge schmolzenen Stahls ausgeglichen wurde. Diese Düsen wurden nacheinander ohne Umdrehung zum Sauerstofffrischen von Stahl nach herkömmlichen Verfahren verwendet, und die zum Herstellen von Stählen etwa von der gleichen Beschaffenheit erforderliche Verblasezeit und der Verlust an geschmolzenem Stahl dutch Verspritzen (Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Stahls) wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1
Vergleich der Ergebnisse der bekannten Verfahren

	Zum Sauer-	Verlust durch
	stofifftischen	Verspritzen
	erfordert. Zeit	%
	(Min.)
Lanze mit einer	18,0-18,9	1,8-4,2
einzigen Düsenöffnung
Lanze mit zwei	18,8-19,7	0,1-1,4
Düsenöffnungen
Lanze mit drei	16,8-17,5	0,9-2,9
Düsenöffnungen
Lanze mit vier	17,8-18,1	1,3-3,2
Düseriöffnungen

Wie sich eindeutig aus Tabelle 1 ergibt, ist der Spritzverlust bei einer Lanze mit zwei Düsenöffnungen weit geringer als bei allen anderen Lanzen. Beispielsweise beträgt der Verlust durch Spritzen bei Anwendung einer Lanze mit zwei Düsenöffnungen weniger als V₃ des Verlustes einer Einlochlanze, weniger als die Hälfte des Verlustes einer Dreilochlanze und weniger als V₇ des Verlustes bei Anwendung einer Vierlochlanze. Da jedoch die Kontaktfläche zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls und des ausgeblasenen Sauerstoffs klein ist, benötigt man im letztgenannten Fall die längste Verblasezeit.

Erfindurigsgemäß wurde daher die tote Kontaktfläche beseitigt oder auf ein Mindestmaß herabgesetzt, indem man das Sauerstofffrischen- mit Lanzen durchführt, die zwei Düsenöffnungen aufweisen und sich um ihre Längsachse drehen. Dadurch wird die zum Sauerstofffrischen erforderliche Zeit verringert, und gleichzeitig tritt nur ein geringer Verlust durch Verspritzen auf.

Eine bei den erfindungsgemäßen Versuchen verwendete Drehvorrichtung für die Düsenlanze ist beispielsweise in Fig. 4 dargestellt. Gemäß dieser Figur führt eine Sauerstoffzufuhrleitung 12 von der Oberseite her in ein zylindrisches Gehäuse 11 der Drehvorrichtung und ist in geeigneter Weise mit dieser verbunden. Das vergrößerte und mit einem inneren Mantel und einem äußeren Mantel 14 zum Durchleiten von Kühlwasser versehene obere Ende einer Lanzenleitung 15 ist dichtend mit dem inneren Ende der festen Sauerstoffzufuhrleitung 12 verbunden. Eine Kühlwas-' sereinlaßleitung 18 und eine Kühlwasserauslaßleitung 20 dienen zum Durchleiten von Kühlwasser durch den rotierenden inneren Wassermantel. Unter dem Boden des Gehäuses ist eine Scheibe 22 an der Außenwand des äußeren Wassermantels 14 angebracht, die mit einem Zahnkranz an der unteren Fläche versehen ist, der durch einen elektrischen Motor 25 über ein geeignetes Reduziergetriebe 24 angetrieben wird. Dabei wird aus der Spitze der Düse

Sauerstoff ausgeblasen, während diese entlang ihrer Längsachse durch den Motor in Drehung versetzt und durch das Kühlwasser gekühlt wird.

Es wurden mehrere Versuche zum Herstellen von unberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durchgeführt, wobei Lanzen mit jeweils einer, zwei oder drei Düsenöffnungen unter den oben genannten Bedingungen angewandt wurden.

Bei einem Ansatz waren die Lanzen fest angeordnet und'bei einem weiteren Ansatz wurden sie (mit einer Geschwindigkeit von 14 Umdrehungen pro MU nute) in Drehung versetzt. Dabei wurde die Sauerstofffrischzeit und der Verlust durch Verspritzen bei der Herstellung von Stählen gleicher Qualität festgestellt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2 .

Vergleich der mit der erfindungsgemäßen Blaslanze erzielten Ergebnisse mit den nach bekannten Verfahren erzielten Ergebnissen

- ■' ·	eine Öffn., fest	zwei Öffn., fest	zwei Öffn., drehbar	drei Öffn., fest	.. drei Öffn., drehbar
Verlust durch Verspritzen (%) Zum Frischen erfordert. Zeit (Min.)	3,69 18,9	0,06 19,7	0,05 17,1	1,96 17,5	1,78 18,0

Aus dieser Tabelle ist deutlich ersichtlich, daß eine in Drehbewegung versetzte Lanze mit zwei Düsenöffnungen keine Erhöhung des Spritzverlustes ergibt und der prozentuale Spritzverlust beinahe unbedeutend klein im Vergleich mit dem Spritzverlust bei Lanzen mit einer oder drei Düsenöffnungen ist. Außerdem wurde die zum Sauerstofffrischen erforderliche Zeit um 2,6 Minuten im Vergleich zu einer festen Lanze mit zwei Düsenöffnungen verringert; die hierbei erzielte Verblasezeit entsprach dem Minimum aller Vergleichsversuche.· Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, wurde auch eine rotierende Lanze mit drei Düsenöffnungen untersucht, ohne daß hierbei eine bemerkenswerte Verbesserung zu beobachten war.

Der Querschnitt der Öffnungen der verwendeten Lanzen mit zwei Düsenöffnungen ist allgemein kreisförmig, wie in Fig. 2 dargestellt; eine Lanze mit zwei halbkreisförmigen Düsenöffnungen 4' wie in Fig. 3 zeigte jedoch eine etwas bessere Wirbelwirkung als die in F i g. 2 gezeigte Lanze.

Bei den obigen Versuchen ergab sich, daß der prozentuale Spritzverlust je nach der Umdrehungszahl der Lanze mit zwei Düsenöffnungen schwankt. In Fig. 5 ist die Beziehung zwischen der Anzahl der Umdrehungen der Düse und dem Spritzverlust in % dargestellt. Wie aus der graphischen Darstellung ersichtlich, 'tritt bei Umdrehungsgeschwindigkeiten zwischen 10 und 20 Umdrehungen pro Minute eine eindeutige Verringerung des Spritzverlustes ein, wobei das Minimum bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 14 Umdrehungen pro Minute liegt.

Die Spritzverlustmenge schwankt je nach dem Öffnungswinkel der Düsen von Mehrlochlanzen. In Fig. 6 sind eine Anzahl Kurven dargestellt, die die

Beziehung zwischen dem Spritzverlust in % und dem Öffnungswinkel der Düsenöffnung für verschiedene Lanzen mit jeweils ein, zwei, drei und vier Düsenöffnungen veranschaulicht. Aus diesen Kurven ' ergibt sich, daß der Spritzverlust bei den einzelnen· Düsen

bei Öffnungswinkeln zwischen 3 .und 6°^; und über. , 10° absinkt. Diese Winkel sind zwischen der vertikalen, auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls

- senkrechten Achse und den geneigten, seitlichen Oberflächen der konischen Auslaßöffnung am Austrittsende der Düsenöffnungen gemessen.

Erfindungsgemäß wird also eine Lanze mit zwei Austrittsöffnungen für Sauerstoff in Drehung versetzt, wobei der Spritzyerlust an geschmolzenem Metall beim Frischen und die erforderliche Frischzeit gegenüber bekannten Verfahren wesentlich herabgesetzt werden. Die Herabsetzung der Frischzeit bewirkt nicht nur einen erhöhten Wirkungsgrad des Verfahrens, sondern auch eine Verminderung des Sauerstoffverbrauchs (der Wirkungsgrad des Sauerstoffs wurde gegenüber den bekannten Verfahren um 2 bis 3 % verbessert). Ferner wurde gefunden, daß der Eisengehalt in der Schlacke um mehr als 2% gegenüber bekannten Verfahren herabgesetzt wurde, was gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Ausbeute an Endprodukt ist.

Die erfindungsgemäße Blaslanze kann sowohl bei Konvertern zum Herstellen von Stahl angewandt werden, in denen reiner Sauerstoff eingeblasen wird, als ' auch zum Sauerstofffrischen von ähnlichen Metallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Blaslanze, die um ihre Längsachse rotierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausschließlich zwei Düsenöffnungen aufweist, deren Öffnungswinkel gegen die Lanzenachse jeweils 3 bis 6° beträgt, so daß die Blasstrahlen bei senkrechter Anordnung schräg abwärts auf oder in die Schlacke gerichtet sind, wobei die Lanze mit etwa 14Upm rotiert.

. 2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (4, 4) symmetrisch in Bezug auf die Längsachse einander entgegengesetzt gegenüberliegend angeordnet sind.

3. Lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (4, 4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (4', 40 einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Lanze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (4', 4*) mit halbkreisförmigem Querschnitt jeweils flache Oberflächen an denjenigen Teilen der Öffnung aufweisen, die der Längsachse am nächsten liegen.