DE1508271A1

DE1508271A1 - Hochleistungsfaehige Mehrstrahl-Sauerstofflanze

Info

Publication number: DE1508271A1
Application number: DE19661508271
Authority: DE
Inventors: Smith George Harvey
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-05-20
Filing date: 1966-03-20
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3385587A; GB1082887A

Description

PATENTANWALt DIPL-INO,

HELMUTGDRTZ . 1 c no 07

6 Frankfurt am Main 70 I 0 U Ö / /

SduMdwahofik. 27- W.i1 70Λ

18. Mai 1966 GzSc/goe

UiTIOIT CARBIDE OQHPORΑΐϊOil

Hochleistungsfähige Siehrsti'ahl «Sauerstofflanze

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf metallurgische Lanzen und speziell auf Mehratrahl-Sauerstofflanzen zur Verwendung bei der Heratellung von Stahl mittels Sauerstoff.

r

Die sur Zeit konstruierten Landen zuai Einspritzen von Sauer- ™ stoff durch das .Tann eines Ofeno haben im »Ilsemeinen eine kurze Lebensdauer» ?vas auf die zerstörende W;"rmezuatände zurückzuführen ist, welchen die Düse der Lanze während' des Betriebes des Ofens ausgesetzt ist. Da häufige Reparaturen und Ersatzteile beträchtliche Ausgaben darstellen, wurden viele Versuche unternommen, die Lebensdauer derselben zu verlängern, Biß heute haben solche Versuche durch Wegnehmen des V/äriaeüberschusses an der Düse mittels innerer Flüssigkeitskühlung nur zu Teilerfolgen geführt, üblicherweise haben diese Lanzen einen Schaft, welcher aus konzentrischen Durchlässen besteht, die einen Gasaufuhr-Durchlaß und ringförmige Einlaß- und Auslaßöffnungen für die Kühlflüssigkeit schaffen, und eine ( Düse mit inneren Gasausström-Durchlässen und Kühlflüssigkeits-Durchlässen, welche als Verbindung zwischen den konzentrischen Flüssigkeits-Einlaß- und Austrittsdurchlässen in dem Schaft dienen.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Lebensdauer von Lanzendüsen au erhöhen, und zwar durch die Schaffung einer neuen Kühlvrasserdurchtritts-Anlage, welche die sich in Gebrauch befindliche Düse während einiger hundert Stunden ausreichend kühlt, wodurch es ermöglicht wird, die Stahl-Herstellungskosten herabzusetzen.

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Me vorliegende Erfindung sieht eine Sauerstofflanze vor, welche eine Düse mit mehreren Saueratoffausström-Durchlässen und untereinander verbratene Wassereinlaß- und Austrittsdurchläaae aufweist, öle in dem Körper der Mae zwischen den Saueretof aiisström-P-jrciilfaöQen angeordnet sindj einen Schaft mit einem Durchlaß, um den Sauerstoff zn den Sauerstoffausotröm-Durch-1Γssen ·ζ\ι ft'hren, und 7>urchl&3sen_s xw das Wasser zu und von den RLnIa-C- nM Av.ijtaittstlurehlässen in der Düse zu leiten, was dadurch gei-erinsjeiclmet ißt, daß die Ei.üilv₍ ^;asser«I>urehlässe eine oder mehrere rU!irenf'J3.-iaige Burohläaae aufweisen, *?obei die Einlaßöffnung für aas relativ kalte Wasser näher zu der Arbeitsfläche der Düse angeordnet ist als die Austritssüffnung für das relativ heiße Wasser«

Da die Einlaßöffnungen der Durchlässe für das relativ kalte Wasser näher zu der Arbeltsfläche der Düse hin angeordnet sind

als die Austrittsöffnungen derselben für das relativ heiße Wasser, werden die "beginnenden Dampfblasen nach hinten aus den Auatritts-Diirchläsaen ausgefegt, und zwar durch die Kombination der WasserfIuS- und Wärmeübertragungsströme, welche ein uner-Tärtinschtes Einschließen dieser Blasen in den Durchlässen speziell in den Bereichen, die der fläche am nahesten sind, vermeiden·

In den beiliegenden Zeichnungen seigen:

Pig. 1 eine längengetreue perspektivische Ansicht einer die vorliegende Erfindimg veranschaulichenden Düse,

und
Pig. 2 einen Tertikalschnitt einer Lanze, die mit dieser

Düse versehen ist. '

Die in den Zeichnungen veranschaulichte Düse 10 besteht aus gut wärmeleitendem Material, wie sauerstoffreiem Kupfer, und ist vorzugsweise durch Wärmeverformung im Unterschied zum Gießen

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hergestellt. Die Düse i3t mit mehreren Sauerstoffgasausström-Durchlässen 12 versehen, von denen drei in der veranschaulichten Anordnung verwendet werden, es können jedoch mehrere verwendet v.erden. TatBächlioli ist es möglich, sechs oder mehr Durchlässe zu verwenden. Die Durchlässe 12 sind vorzugsweise symmetrisch um die Vertikalachse der Lanze angeordnet, oder im wesentlichen im gleichen Abstand zueinander, und erstrecken sich von der oberen Oberfläche 14 zu der unteren Fläche 16 der Düse. Die Durchlässe 12 divergieren auch von dieser Achse nach außen, vorzugsweise von einem gemeinsamen Punkt 18, welcher diese ä Aohse oberhalb der oberen Oberfläche 14 unterteilt. Die Durchläase uerden so groß wie möglich gemacht, um die Höchstleistung aus einer bestimmten Düse herauszuholen.

Die Mse ist .ar.cli mit einem nach oben ragenden ringförmigen !Canal 20 für Kühlv?asaer versehen, welcher angrenzend an das untere Bnüe 22 und die Seitenwand 24 eier Düse angeordnet ist. Dieser Kanal 2ü"^u§ibt die Durchlässe 12, wobei die innere Seitenwand 26 des Kanals mit einer konischen Wandfläche 28 verschmolzen ist· Mehrere, in gleichem Abstand nach oben ragende Kühlwasserstutzen 30 sind in und unter dem Boden des Kanals 20 angeordnet. Die Böden 32 dieser Stutzen sind vorzugsweise halbrund.

Mehrere relativ kurze Kühlwasser-Durchlässe 34 erstrecken sioh nach innen und nach unten in die Düse von der Innenseite 26 des Kanals 20. Mehrere vertikale Kühlwasser-Durchlässe 36 erstrecken sichbnach unten von der oberen Oberfläche 14 der Düse aus, so daß das untere Ende ,leder derselben mit dem unteren Ende eines entsprechenden kurzen Durchlasses 34 verbunden wird. Die oberen Enden ,ieöeo vertikalen Durchlasses 36 sind mittels eines aufgeschweißten oder aufgelöteten Absperrglied 38 verschlossen.

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Die Düse 10 ist auch mit mehreren relativ langen« nach unten geneigten Kühlwasser-Durchlässen 40 versehen , welche sich ebenfalla nach innen von der inneren Seite der konischen Wandfläohe 28 gerade oberhalb des Bereiches erstrecken, wo die innere Seite 26 des Kanals ait der Oberfläche verschmolzen ist· Die unteren Enden jedes der relativ langen Duehlässe 40 enden in einem gemeinsamen Bereich 42, der in der Mitte der Düse angrenzend an die Vorderfläche 16 derselben angeordnet ist. Mehrere nach oben und nach außen geneigte Kühlwasser-Zwischendurohlässe W 44 erstrecken sich von diesen Bereichen 42 aus· Jeder verlängerte Durchlaß 40 in diesem Bereich steht mit einem entsprechenden Zwisohendurchlaß 44 in Verbindung, . . _;j

Die oberen Enden der Zwisohendurchlässe 44 sind mit entsprechend verlängerten Kühlwasser-Durchlässen 46 verbunden, von denen jeder j mit dem äußeren Ende eines entsprechenden Zwischendurchlasses 44 j und an der Seite mit zwei vertikalen Durchlässen 36 in Verbindung i steht, von denen sich je einer an jeder Seite des Durchlasses be- ; findet. Alle KühlwasserduroHlässe werden vorzugsweise durch Aufbohren des Metalles an der Düse an den bezeichneten Stellen vorgesehen· Die Kühlwasser-Durchlässe sind, wie veranschaulicht, k in Gruppen angeordnet, wobei eine Gruppe zwischen jedem Paar der Saueretoff-Durchlasse angeordnet ist·

Das untere Ende einer zylindrischen Wand 48, welche vorzugsweise j aus Stahl besteht, ist im wesentlichen in der Mitte dee Kanäle ' 20 angeordnet, um das nach unten in die Düse strömende Kühlwasser von dem nach oben von der Düse wegetrSmenden Wasser au trennen, wie dies durch die Pfeile angedeutet wird· Die üand 46 ist alt einem geneigten Loch 50 versehen, welches den verlängerten Dur oh-, lassen 46 entspricht, und ein geneigtes kuraes Wasserrohr 52

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paßt in dieses Loch und den entsprechend verlängerten Durchlaß.

Das untere Ende einea inneren Rohres 54 ist mit dem oberen inneren Rand 56 der Düse 10 durch eine ringförmige Haht 55 verbunden, um das Sauerstoffgas nach unten in die Auslässe 12 zu leiten. Ein äußeres Rohr 58 ist an seinem unteren Ende mit dem äußeren Rand 60 der Düse mittels einer ringförmigen Naht 59 verbunden. Das ; Rohr 50 ist im wesentlichen konzentrisch zu der zylindrischen Wand 10 und ist im Abstand zu dieser angeordnet, um einen ring- . förmigen Austrittsweg 62 zu schaffen, wobei der ringförmige Raum |

zwischen dem inneren Rohr 54 und der Zwischenwand 48 einen Einlaßweg 64 für das Kühlwasser schafft.

Das Innere des Jiohres 54 ist mit einer unter Druck stehenden, '. passenden Sauerstoffzufuhr verbunden, und ungefähr 50 Fuß (15,2*m)i lang. In ähnlicher Weise ist der Wassereinlaßweg 64 mit einer , Kühluacseraxifuhr verbunden, und der Auslaßweg 62 mit einem Abfluß. Die aylindrische Zwischenwand 48 und das äußere Rohr 58 \ sind ebenfalls ungefähr 50 Fuß (15,24 m) lang.

■Jährend dee Betriebes wird die lanze in einen nicht veranschau- , lichten Stahlherstellrnigs-Ofen herabgelassen, wobei sich die Düse 3 Ms 10 Fuß (91,44 cm bis 3,048 m) oberhalb des Spiegels ^ dea sich in dem Ofen befindlichen geschmolzenen Stahles befindet, \ Dem inneren Rohr 54 vlrä Sauerstoff zugeführt, welcher aus der j Düse durch die Austritt© 12 strömt, wobei er stark auf das ge- ; schfflolseiis Eisen einwirkt. Durch den ringförmigen Einlaßweg 64 wird der Düse Kühlwasser zugeführt und dieses fließt nach unten durch den Stutsen 30, welcher sich angrenzend an den halbrunden Boden ?2 desselben befindet, um die Fläche 16 der Düse 10 angren- , zend an tier unteren kreisförmigen Ecke derselben zu kühlen, wobei der Wärmefluß in diesem BereiclPgesteigert wird, da das Wasser relativ kalt ist und die sich mit diesem in Berührung befindlichen Oberflächenbereiche wegen ihrer halbrunden Form relativ groß sind· ^/ _t

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Das Wasser fließt auch in relativ hoher Geschwindigkeit durch die Stutzen unterhalb der Zwischenwand 48, wobei der freie Durchflußbereich des Wassers aua den Stutzen weniger bettägt als derjenige des in diese Stutzen eintretenden Wassers, Dies erzeugt einen Druckabfall Ewischen diesen, welcher das Wasser zwingt, durch die geneigten und vertikalen Durchlässe 34, 36, 40, 44, und 50 au fließen, ^obei die Dtiae in den zwischen den Sauerstoffaustritten 12 angeordneten Bereichen und angrenzend an die Fläche 16 in dem Mttelbei'öich 42 gekühlt wird· Der Bereich 66 der Düse, angrenzend an die unteren Enden der Durchlässe 34 und 36, werden ebenfalls kühl gehalten.

lanzen gemäß der Torliegenden Erfindung haben sich während des tatsächlichen Gebrauchs bei dem Sauerstoff-Stahlherstellungs-Verfahren als vorteilhaft erwiesen, da sie viele hundert Erwärmungen überdauern, ä.li, ungefähr die doppelte Lebensdauer früherer warmverfoä'mter Mehrstrahl-DUsenlanzen haben· Dies wird hauptsächlich durch die einzigartige Kühlwasser-Durchtrittsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt, da die lebenswichtigen Bereiche angrenzend an die Fläche der Düse zwischen den Sauerstoff -Durchlässen ausreichender gekühlt werden als alle Düsen gemä dem Stand der I'echnik. Die Austritte sind so angeordnet, daß, wenn ein Kochen stattfinden sollte, das Ansteigen der Dampfblaseil in sehr nützlicher Weise den Kreislauf des Wassers in alle betroffenen lebenswichtigen und kritischen Bereiche fördert.

Die GröBe imd Anordnung der je eine Gruppe darstellenden Kühlwasser-Durchlässe sind so getroffen, daß das Kühlwasser dazu gezwungen wird, in ö.ie gewünschte und leistungsfähigste Richtung durch diese Durchlässe zn fließen, um das sich angrenzend an die Düse befindliche Metall während des Gebrauchs verhältnismäßig

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kühl au halten· Durch die Verwendung mehrerer miteinander vertun- | dener Durchlässe wird der angefeuchtete Bereich dea Metalls ver- | grÖDert. Hierdurch wird auch eine bessere Kühlung des Metallee < der benutzten Düse geschaffen. ;

Bei einem tatsächlichen Arbeitsbeispiel wurde eine Lanze von
10 Zoll (25,4 cm) Durchmesser, wie in Zeichnung veranschaulicht, · mit ungeffihr 1 1/2 Millionen Kubikfuß (42 600 obm) pro Stunde j mit hochreinem Sauerstoff, und ungefähr 35 000 Gallonen (133 cbm) > pro Stunde mit Yiass.er versorgt· Diese LanzengröBe ist in der ■ Lage, ungefähr 300 t (272 metrische Tonnen) Stahl pro Stunde ; herzustellen und ist viele hundert Stunden oder Erwärmungen
tauglich, was ein wirklicher Portschritt in der Technik "bedeutet.

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Claims

Patentansprüche

Säuerstofflanse mit einer Düse, welohe mehrere Saueretoffaustrittsöffnungen aufweist, dazwischen geschaltete Kühlwasserein-

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laß- und Austrittsciurchlässe, die sich in dem Körper der Düse zwischen den Säuerstoffaustritts-öffnungen befinden, einen Schaft mit einem .Durchlaß, um Sauerstoff au den Sauerstoffausiritts-öffnungen au leiten, und Durchlässe sum Leiten von Wasser in und aus den.Einlaß- und Austritts-Öffnungen in der Düse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwaseerdurchlässe einen oder mehrere röhrenförmige Durchlässe aufweisen, wobei der Einlaß für das verhältnismäßig kalte Wasser näher zur Arbeitsfläche der Düse angeordnet ist, als der Austritt für das relativ heiße Wasser.

Lanse nach Anspruch 1, bei «reicher der Schaft ein inneres Rohr aufweist, um das Sauerstoffgas in die Düse zu leiten, ein äußeres Rohr und eine zylindrische Zwischenwand, welohe den Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr in entsprechend innere und äußere, mit der Düse verbundene Kühlfltissigkeitseinlaß- und Austritts-Durchlässe unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen nach hinten ragenden ringförmigen Kanal aufweist, der abgrenzend an das vordere Ende und die Seitenwand der die Sauerstoffauetrittsöffnungen umgebenden Düse angeordnet· ist, wobei der Boden des Kanals an das vordere linde der zylindrischen Wand anstößt, und mehrere, in gleiohem Abstand angeordnete halbrunde Böden aufweisende Kühlwasserstutzen, wobei diese Böden auf der Grundfläche des Kanäle angeordnet sind, und wobei die Einlasse für das verhältnismäßig kalte Waeeer an. der inneren Seite des Kanals vorgesehen sind.

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3. . lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet'

daß der freie Strömungsbereioh des die Stutzen verlassenden Wassers weniger beträgt alo derjenige des in die Stutzen eintreten-« ; den Wassers,

4. Lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiohn*e t, daß die Mse mehrere verhältnismäßig kurze, nach unten geneigte Kühlwaosar-isurcklässe aufweist, die sich nach innen Ton der inneren Seits des ringförmigen Kanals erstrecken, und nelirere, eich längs erstreckende Kühlwasser-Durchlässe, deren ■ λ voräerao Ende mit dem inneren Ende eines entsprechenden kurzen Biii'dilasoss verbunden ist, und öaß das hintere Ende mit dem r:iililflilasig!:eit3aiisström-Durchlai] in dem ßohaft in Verbindung oteht.

5. lianse nach Ansprüchen 2_} 3 oder 4, dadurch gekenn-

?- e ί ο Si n e tj daß öle DUöe mehrere relativ lange, vorn geneigte KflilTiaauer-Ouröhli'sse aufweist, die sich nach innen von der inneren Seite des ringförmigen Kanals erstrecken und an dem ; Zentrum der Düse enden, an welcher Stelle ,leder dieser Durchlässe mit einem der mehreren, entsprechend nach hinten geneigten, und sich nach außen erstreckenden Kühlwasser-Durohläsee verbunden ist, die mit dem Kühlflüssigkeitsauetritta-Durohlaß in dem Schaft ■ ( in Verbindung stehen.

6. Lanze nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtigen Enden jedes Paares der Iiängsdurchlässe und das hintere Ende des sich nach außen erstreckenden Durchlasses mit dem KühlflüssigkeitsausetrUm-Durchlaß in dem Schaft durch ein, sich nach hinten und nach außen neigendes Wasserrohr in Verbindung stehen, welches sich durch ein Loch in der zylindrischen Wand erstreckt.

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