DE19637246A1 - Schmelzofen insbesondere für Metalle mit zumindest einer in seinen Ofenraum einragenden Lanze, Lanze dafür sowie Verfahren zu deren Steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen, insbesondere einen Lichtbogenofen für Metalle mit zumindest einer seine Wandung durchsetzenden und in seinen Ofenraum längenveränderlich einragenden Lanze zum Eintragen von Strömungsmitteln und/oder Feststoffen. Zudem erfaßt die Erfindung eine Lanze mit Lanzenkopf und Sauerstofführung sowie ein Verfahren zu deren Steuerung.

Der Einsatz von etwa vertikal bewegten Lanzen in Metall­ schmelzen enthaltenden Gefäßen von deren Scheitel ist bei­ spielsweise durch das sogenannte Sauerstoffblasstahlverfah­ ren zum Entkohlen (Entphosphorisieren) von Roheisen seit langem bekannt. Ebenso wird im Elektrostahlverfahren seit Jahren erfolgreich durch Einblasen von Sauerstoff mittels verzehrender Sauerstofflanzen mit parallelem Einblasen von Peststoffen wie Injektionskohle elektrische Energie durch fossile Energie substituiert.

Als eine der wirkungsvollsten Entwicklungen der letzten Jahre im Elektrolichtbogenofenprozeß muß die Entwicklung der wassergekühlten Sauerstoff- bzw. Sauerstoff-Kohle-Lanze angesehen werden. Diese Lanze kommt vornehmlich in größere Elektrolichtbogen-Öfen zur Anwendung. Ihr Einsatz bleibt natürlich auf den Ofenraum oberhalb des flüssigen Stahlba­ des beschränkt. Um dennoch ein wirkungsvolles Eindringen des Sauerstoffes in das Bad zu erreichen, bedient man sich bei diesem Lanzentyp des Überschallgasstrahles, der durch eine am Lanzenkopf eingesetzte Lavaldüse hervorgerufen wird. Zur Begünstigung der exothermen CO-Reaktionen werden bei diesen Lanzen, wie bei verzehrenden Lanzen auch, durch eine zweite - ebenfalls wassergekühlte - Lanze Feststoffe wie beispielsweise Injektionskohle mitgeführt und direkt in den Strahl oder neben den Sauerstoffstrahl eingeblasen. Der Arbeitsort dieser wassergekühlten Sauerstofflanzen ist auf­ grund ihrer Baugröße bisher ausschließlich auf die Ofentür beschränkt, d. h. bei Arbeiten der Sauerstofflanze muß die Ofentür des Ofens offen gehalten werden. Dieser Umstand ist als großer Nachteil anzusehen; es läßt sich durch verglei­ chende Berechnungen der Abgasvolumina einfach belegen, daß die durch die offene Ofentür verursachten Abgasverluste ei­ nen hohen Anteil der durch die Sauerstofflanze eingebrach­ ten exothermen Energie wieder aufzehren.

Im Betrieb, insbesondere im Einschmelzbetrieb, wird ein weiterer schwerwiegender Nachteil der wassergekühlten Lan­ zensysteme erkennbar. Bedingt durch den hohen Austragdruck werden durch Abprallen des Gasstrahles an noch kaltem Schmelzgut Stahl- und Schlackepartikel sowie auch schon ge­ schmolzener Stahl aufgeschleudert. Unangenehme und zum Teil sehr hinderliche Anbackungen an Wand und Deckel sind die Folge und schränken die Verwendung von wassergekühlten Lan­ zensystemen in der Einschmelzphase am Elektrolichtbogenofen merklich ein.

Es wurde mehrfach versucht, wassergekühlte Lanzen als kom­ binierte Brennerlanzen einzusetzen. Dank der Brennerfunk­ tion soll mit ihnen der Schrott vor der Lanze effektiv weg­ gebrannt und der Lanze damit ungehindert Zutritt zum flüs­ sigen Stahlbad ermöglicht werden.

Der Einsatz von Lanzensystemen durch die Ofenwand selbst führt zu Problemen; ungeschützte Durchführungen sind star­ ken Verbärungen ausgesetzt und daher bezüglich eines stö­ rungsfreien Betriebes als kritisch anzusehen.

Durch die EP-A-0 418656 wurde ein Verfahren zum gleichzei­ tigen Beaufschlagen einer Metallschmelze in einem metallur­ gischen Gefäß mit einem Gas sowie mit Feststoffen einer be­ vorzugten Korngröße von 0,01 mm bis 1 mm bekannt, bei dem das Gas über eine wassergekühlte Lanze sowie die Feststoffe - in einem Förderstrom mit Luft oder einem Inertgas als Transportmedium - über eine zweite Lanze so zugeführt wer­ den, daß jener Förderstrom nach dem Verlassen seiner Lanze von dem aus der anderen Lanze mit Überschallgeschwindigkeit austretenden Gasstrom umgelenkt und mit diesem der Metall­ schmelze zugeführt wird. Zudem wird eine dritte Lanze vor­ geschlagen, durch die - unbeeinflußt von den Austrägen der beiden vorgenannten Lanzen - Sauerstoff in die im Gefäß gebildete Schlackenschicht eingetragen wird, um für ein ge­ zieltes Nachverbrennen von Kohlenmonoxyd in einem der Me­ tallschmelze benachbarten Bereich Sauerstoff bereitzustel­ len; die beim Nachverbrennen gewonnene Wärmeenergie soll unmittelbar der Metallschmelze zugeführt werden.

Es wird dort beschrieben, daß die Lanzen durch Bereiche der Gefäßwand in das Gefäßinnere geführt und in diesem durch ein Paneel aus Kühlrohren vor einer direkten Wärmeeinwir­ kung durch den Lichtbogen und die Schmelze geschützt wer­ den. Diese Paneele bilden zur Metallschmelze hin offene Trichter; von ihrer unerwünschten Fähigkeit, Aufsteigendes einzufangen, abgesehen, ist ihr Einsatz stets mit einem er­ höhten Risiko eines Wassereinbruchs bei Beschädigung des von der Ofenwand in den Ofenraum abragenden - mittels Was­ serdurchfluß gekühlten - Dachpaneels durch herabfallenden Schrott verbunden. Auch können solche Paneele oftmals dem erhöhten thermischen Einfluß des Lichtbogens sowie der thermischen Belastung der unter diesen Paneelen herausra­ genden Überschall-Lanzen nicht standhalten. Aus diesen Gründen war der Fachmann bislang geneigt, solchen Paneelen nach wie vor die Arbeitstür des Ofens mit allen dazu be­ kannten Nachteilen als einzig realisierbarer Einsatzort für Lanzen der beschriebenen Art vorzuziehen.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Mängel zu beseitigen und eine von der Ofentür unabhängige Lanzenlagerung zu schaffen, welche auch bei hohen Temperaturen betriebssicher einsetz­ bar ist. Zudem soll eine Lanze angeboten werden, die vor allem für den eingangs erwähnten Schmelzofen geeignet ist, sowie eine Möglichkeit, diese effizient zu steuern.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängi­ gen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Aus­ gestaltungen an.

Erfindungsgemäß wird die Lanze von einem in einem Durch­ bruch der Wandung des Ofens angelenkten, diesen Wanddurch­ bruch abdichtenden und seinerseits gekühlten Lagerkörper geführt. Das Gelenk verbindet in einer bevorzugten Ausfüh­ rung die tiefste Kante des Lagerkörpers mit der benachbar­ ten Schwelle des Wanddurchbruches und erlaubt es, den La­ gerkörper relativ zum Ofeninnenraum um die Gelenkachse zu bewegen.

Der erfindungsgemäße Lagerkörper ist kastenartig ausgebil­ det und bietet firstwärts eine querschnittlich um die Ge­ lenkachse gekrümmte glatte Oberfläche an, die einer den Wanddurchbruch begrenzenden Kopffläche des benachbarten oberen Wandpaneels in jeder Schwenkstellung des Lagerkör­ pers dichtend anliegt.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der - bevorzugt aus einem Kupfergußkörper mit innenliegenden Kühlschleifen be­ stehende - Lagerkörper mit zwei um eine etwa mittige Dreh­ achse gekrümmten Oberflächen ausgestattet, die an entspre­ chenden Krümmungsflächen der Ofenwand bewegbar sind; es handelt sich um eine etwa säulenstumpfartig liegende Form des Lagerkörpers, der innerhalb der Ofenwandung in einem begrenzten Winkel gedreht zu werden vermag.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Lager­ körper in Schwenkrichtung von einer Durchgangsführung - beispielsweise einem Gußrohr - als Gleitbahn für die Lanze durchsetzt. Eine an der Gleitbahnmündung ofenseitig ange­ setzte Abstreif-Manschette verhindert innenseitige Beschä­ digungen der empfindlichen Gleitbahn und erlaubt ein von möglichen Stahl- und Schlackenansätzen unbehindertes Ein- und Ausfahren des Lanzenkörpers.

Im Rahmen der Erfindung liegt die besondere Ausbildung einer Lanze bzw. ihres freien Endes, für die eigenständiger Schutz begehrt wird; ihr Lanzenkopf weist vorteilhafter­ weise achsparallele oder bevorzugt koaxiale Zuführkanäle für Gas sowie für ein Gemisch aus Blaskohle und Förderluft auf. Es entsteht so eine Kombination aus einem Sauer­ stoff/Gas-Brenner und einer wassergekühlten Frischlanze in kompakter Einheit.

Der in Kupferguß gefertigte Lanzenkopf geht in einen stählernen Rohrteil über, welcher in ein mehrteiliges Me­ dienversorgungsteil eingeschweißt ist. Letzteres besteht bevorzugt aus Stahlhohlprofilen, die durch ihre gegen­ seitige Abdichtung zwei Gasmedien sowie Förderkohle mit Förderluft und das Kühlwasser sicher separiert voneinander dem Lanzenkörper zuführen. Bei dieser Konzeption wird in besonderem Maße der reparaturfreundlichen Auslegung sowie der universellen Auswechselbarkeit von Bauteilen Rechnung betragen. Die Schweißstellen sind so angeordnet, daß schrittweise in einer vorgegebenen Reihenfolge die einzelnen Rohrpartien auch von relativ uneingewiesenen Schweißern zusammengesetzt werden können, wobei jedoch das Verbindungsschweißen von Kupfer auf Stahl eine gewisse Vor­ kenntnis erfordert.

Das in einer Kupferlegierung ausgeführte Gußteil des Lan­ zenkopfes trägt eine Lavaldüse, welche formschlüssig mit dem Lanzenkopf verbunden wird und dazu ausgelegt ist, auch während des Betriebes durch einfaches Herausdrehen mittels eines besonderen Werkzeugs ausgetauscht werden zu können.

Die bevorzugt ebenfalls in einer Kupferlegierung ausge­ führte Lavaldüse ist aufgrund ihrer besonderen Gestaltung nicht nur auf die zentrische Einleitung von Sauerstoff be­ rechnet; durch eine Vielzahl von schräg in den Diffusorbe­ reich der hier eingesetzten Lavaldüse einmündende Bohrungen wird während des Brennerbetriebes wirkungsvoll Erdgas - optional auch ein Ölnebel - eingedüst, welches ein optimales Gasgemisch aus Erdgas und Sauerstoff bewirkt. Zusätzlich zu den vorgenannten gasförmigen Medien können über ein zentrisches Rohr Schäumkohle oder auch andere feste Materialien in den Brennkegel eingebracht werden.

Grundsätzlich ist eine Lavaldüse auf nur einen Volumenstrom bei einem bestimmten Druck ausgelegt. Eine Änderung des Volumenstromes über die Varianz des Mediendruckes ist nur in einem relativ schmalen Varianzband möglich, ohne die laminare Strömungscharakteristik des Medienstromes - und damit die Überschallgeschwindigkeit - nachhaltig zu stö­ ren. Im praktischen Betrieb mit Überschalldüsen hat es sich gezeigt, daß Düsen, die bewußt oder unbewußt im Unter­ schallbereich - das heißt praktisch: mit geringerem Mediendruck und damit auch mit geringerem Medienfluß als mit dem Auslegungsdruck - gefahren wurden, sich innerhalb kürzester Zeit selbst zerstören. Dieses Phänomen läßt sich damit erklären, daß der Medienstrom innerhalb der Düse ab­ reißt; durch den nicht mehr gegebenen 100%igen Füllgrad der Düse entsteht eine turbulente Strömung innerhalb der Düse durch Einsaugen von umgebenden heißen und hochaggres­ siven Ofengasen, die letztendlich die Düse zerstören.

Will man also - wie im vorliegenden Fall - eine mit einer Lavaldüse ausgerüstete Lanze kombiniert als Frischlanze und als Brenner betreiben, muß man die vorgängig beschriebenen Phänomene kennen und berücksichtigen. In der Praxis heißt das, daß der Volumenstrom am Düsenende sowohl für den Frischlanzen-Betrieb mit reinem Sauerstoff - als Gasmedium - als auch für den Brennerbetrieb mit einem Gasgemisch, bestehend aus Sauerstoff und Erdgas, gleich sein muß. Unbedingt zu berücksichtigen ist auch, daß für einen effizienten Brennerbetrieb das stöchiometrisch richtige Sauerstoff-Erdgas-Verhältnis 2,3/1 beträgt. Aus der Kenntnis dieses vorgegebenen Volumenverhältnisses ergeben sich die notwendigen Teil-Volumenströme für Sauerstoff und Erdgas, es ergibt sich weiterhin, daß der auf 2/3 des Nomi­ nalvolumens abgesenkte Sauerstoffdurchfluß durch Einleitung von Erdgas wieder aufgefüllt werden muß, um einen für einen Überschallbetrieb notwendigen 100%igen Füllgrad der Düse zu gewährleisten. Der Mündungsabstand der Erdgas-Einleitung in die Lavaldüse ergibt sich damit aus dem rechnerischen Abreißpunkt des Sauerstoffstrahles bei reduziertem Sauer­ stoffdurchfluß im Brennerbetrieb.

Im Frischbetrieb wird die Lavaldüse wie normal mit dem nominalen Sauerstoff-Durchsatz gefahren, entsprechend der gewählten Auslegung. Es hat sich gezeigt, daß solche La­ valdüsen problemlos bis 3500 Nm³/h zu betreiben sind; entsprechend dem vorgenannten Mischungsverhältnis wäre eine solche Lavaldüse auch problemlos auf Brennerleistungen von bis zu 3,5 MW/h auszulegen.

Die Lavaldüse selbst kann relativ einfach aus einem Rohling auf einer CNC-Drehbank gedreht werden, dies entsprechend den berechneten Vorgaben aus der Computerberechnung.

Da die Lanze durch die Ofen-Seitenwand fährt, kann der Ofenbediener die Lanze bzw. deren Arbeitsort nicht beobach­ ten. Man weiß aber, daß solche wassergekühlten Systeme im Ofenraum bei Berührung mit Schmelzgut starken Beschädigun­ gen oder auch Zerstörungen ausgesetzt sind, wenn sie in ir­ gendeiner Weise mit metallischem Schmelzgut in Berührung kommen. Hauptursachen für derartige Ausfälle sind elektri­ sche Überschläge und das sogenannte "flash back", worunter man ein Zurückschlagen der an einem festen Schmelzgut abge­ lenkten Flamme versteht.

Es gibt verschiedene Überlegungen zur Lösung dieses Pro­ blems, für die ebenfalls selbständiger Schutz beansprucht wird.

Eine nach einer Zeitautomatik in den Ofen einfahrende Lanze ist die sicherlich einfachste Möglichkeit für eine Lanzensteuerung. Sie ist zu realisieren, wenn die Schrottpackung immer aus der weitgehend gleichen Zusammensetzung besteht, bleibt aber energetisch sicherlich nicht ideal, da man in den meisten Phasen einen zu großen Sicherheitsabstand zum Schmelzgut einhalten muß. Diese Lösung kann also nur in geringer Weise der Forderung des Brennerbetriebes nahe dem Schmelzgut entsprechen.

Der bessere Lösungsansatz zielt in Richtung einer "fühlenden" Lanze. Da optische Näherungssysteme in dieser Umgebung nicht einsetzbar sind, muß man eine Lösung des Problems auf der mechanischen Seite suchen. Als "Taststock" für eine solche Lanze kann die Vortriebskraft des Lanzenantriebs herangezogen werden. Der Impuls des Laval- Gasstrahles übt einen Gegendruck auf die Vortriebskraft der Lanze aus, dieser Gegendruck ist solange gering, wie die Lanze in einen leeren Ofenraum einfährt; er steigt aber nach einer Exponentialfunktion auf dem Weg zu einem Hindernis, d. h. zu einem Schrottstück. Da die Lanze dieses Schrottstück schneiden soll, muß man einen bestimmten Schwellwert zulassen, auf dem die Lanze still steht; wird dieser Schwellwert überschritten - was in der Praxis eine unerlaubte Annäherung an ein Schrottstück oder sogar ein Entgegenfallen eines Schrottstückes bedeutet - so muß die Lanze schnell zurückgezogen werden, um danach eine neue Annäherung an das Schmelzgut einzuleiten. Dieser neuerliche Vorschub kann beginnen, sobald ein unterer Schwellwert un­ terschritten wird. Eine solche Tastschaltung ist relativ einfach und kostengünstig zu realisieren.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 die teilweise geschnittene Frontansicht eines Ausschnittes der Außenseite einer Wand eines Elektrolichtbogen-Ofens mit Gelenklagerung für eine - hier in Ru­ hestellung etwa horizontal verlaufende - Lanze;

Fig. 2: den Schnitt durch Fig. 1 nach deren Li­ nie II-II bei geneigt stehender Lanze;

Fig. 3, 5 der Fig. 2 entsprechende Schnittskizzen zu weiteren Ausgestaltungen der Gelenk­ lagerung;

Fig. 4, 6 Ansichten zu Fig. 3, 5 von der Ofenin­ nenseite;

Fig. 7 bis Fig. 16 skizzenhafte Darstellungen unterschied­ licher Lanzenpositionen;

Fig. 17 den Längsschnitt durch einen Lanzen­ kopf;

Fig. 18, 19 skizzierte Längsschnitte durch einen Teil des Lanzenkopfes sowie eine La­ valdüse;

Fig. 20 die Lavaldüse der Fig. 19 in Brenner­ funktion;

Fig. 21 die Lavaldüse der Fig. 19 in Sauer­ stoff-Blas-Funktion.

Ein in der Zeichnung lediglich angedeuteter Elektrolichtbo­ gen-Ofen 10 weist in einer Wand 12 einen von gekühlten Wandpaneelen 14 der Dicke a begrenzten Durchbruch 16 der Breite b und der Höhe h auf; in diesem ist ein seinen Quer­ schnitt ausfüllender Lagerkörper 18 für eine Lanze 20 mit­ tels eines an der Kante 22 des Körpertiefsten verlaufenden horizontalen Gelenkes 24 drehbar mit der Schwellenkante 26 des unteren Wandpaneels 14 _t verbunden.

Die Gelenkachse des Gelenkes 24 ist mit A kenntlich ge­ macht, der einstellbare Neigungswinkel der Lanze 20 zur Ho­ rizontalen mit z; letzterer liegt zwischen 30 und 40°. Dem­ entsprechend ist die Größe des Neigungswinkels w zwischen der Vertikalen und der ebenen Innenfläche 28 des Lagerkör­ pers 18 anzusehen.

Sowohl die zum Ofeninnenraum 11 weisende Innenseite oder Innenfläche 28 als auch die querschnittlich in einem Radius r um jene Achse A gekrümmte Firstwand 30 des Lagerkörpers 18 sind bevorzugt aus Kupferblech gefertigt. Gleiches gilt für eine Bodenplatte 32 mit von deren Endkante 33 rechtwin­ kelig ausgehendem Sockelblech 34 - das an einer Naht 35 mit jener Firstwand 30 verbunden ist - sowie für zwei Flankenwände 36, denen Wangenflächen 27 der Ofenwand 12 bzw. der Wandpaneele 14 zugeordnet sind.

Im Zentrum der Innenfläche 28 ist diese von der zu ihr rechtwinkeligen Längsachse Q der Lanze 20 durchdrungen. Letztere ruht in einem Führungsrohr 38 aus Gußeisen, das in nicht dargestellter Weise fest mit dem kastenartigen Lager­ körper 18 verbunden und gegebenenfalls mit - sich seit­ lich bzw. boden- und firstwärts abstützenden - Flanschaus­ formungen versehen ist.

Der Lagerkörper 18 ist wassergekühlt und dazu innenseitig mit Strömungsquerschnitten - beispielsweise Kühlrohren 40 - ausgestattet. Die Strömungsquerschnitte sind mittels flexibler Leitungen od. dgl. ebenso an ein Kühlmittelsystem angeschlossen, wie - nicht gezeigte - Kühlrohre der Wand­ paneele 14, 14 _t.

In Fig. 1 ist mit 42 eine Dichtungskante des oberen Wandpa­ neels 14 an der Kopffläche 17 des Wanddurchbruches 16 ver­ deutlicht, die auf der Oberfläche 31 der gekrümmten Firstwand 30 schleift und diese von Schmutzansätzen frei hält. In horizontaler Lanzenstellung verläuft die Dich­ tungskante 42 an der oberen Kastenecke 29 des Lagerkörpers 18.

Die Ausgestaltung nach Fig. 3, 4 zeigt einen Lagerkörper 18 _a mit die Wandpaneele 14, 14 _t des Ofens 10 fortsetzender Innenwand 44, welche von einem gußeisernen Führungsrohr 38 mit ofenwärtigem Flanschkragen 39 durchsetzt i st.

Eine weitere Ausführungsform des Lagerkörpers 18 _b weist nach Fig. 5, 6 einen Kupfergußkörper 46 mit innenliegenden Kühlschleifen 41 und jenem Führungsrohr 38 _a auf. Der Ab­ stand zwischen dem im Durchbruch 16 drehbaren Kupfergußkör­ per 46 sowie der ihn aufnehmenden Ofenwand 12 ist überhöht wiedergegeben; er weist zwei um eine hier etwa in Körper­ mitte verlaufende Drehachse gekrümmte Oberflächen 31 _a, 32_a auf, an denen entlang jene Kühlschleifen 41 zu erkennen sind.

Jene Oberflächen 31 _a, 32_a schmiegen sich an entsprechende Krümmungsflächen 17 _a, 26_a der Ofenwand 12.

Die skizzenhafte Darstellung der Fig. 7 zeigt die Ruhelage des Lagerkörpers 18 beim Chargieren und beim Brennen des Ofens 10 mit der Lanze 20 in Brennerstellung. Die Bren­ ner/Sauerstoff-Lanze 20 soll im ersten Arbeitstakt als rei­ ner Sauerstoff/Erdgas- oder Sauerstoff/Schweröl-Wandbrenner mit bis zu 5 MW/h arbeiten. Dabei wird Schrott vor dem Brennermund weggebrannt, durch schrittweises Kippen in Badrichtung schneidet der Brenner den Schrott, konsequen­ terweise folgt dabei die Brennerlanze 20 dem zurückschmel­ zenden Schmelzgut bis in die Nähe des Spiegels 48 des flüs­ sigen Sumpfes im Ofenherd.

In Fig. 8,11 wird dazu die für das Brennen einer Schneise leicht abwärts gekippte Lanze 20 verdeutlicht, deren Flamme mit 21 kenntlich gemacht ist. Die Lanze 20 folgt gemäß Fig. 9, 12, 13 dem niederschmelzenden Schrott 50.

Sobald der Schrott 50 genügend durchgängig vorgewärmt ist, d. h. flüssiges Bad vor der Brennerlanze 20 steht, -wird das Erdgas abgeschaltet bzw. durch Sauerstoff ersetzt, die Brennerlanze 20 arbeitet als Sauerstoff/Kohle-Lanze in Bad­ nähe und erzeugt dabei die für Hochleistungsöfen notwendige Schaumschlacke. Diese zweite Arbeitsphase in unmittelbarer Badnähe ermöglicht höchstes Energie-Einbringen über die CO-Reaktion, die dafür nötige Schäumkohle wird dabei zentrisch In den Sauerstoffstrahl eingeblasen.

In Fig. 10, 15, 16 befindet sich die Brennerlanze 20 in Frischposition; sie bläst nahe am Badspiegel 48 Sauerstoff und Kohle zur Schlackenschäumung.

Nicht dargestellt ist eine Abstreifmanschette an der ofen­ seitigen Mündung des als Gleitbahn für die Lanze 20 dienen­ den Innenraums 37 des Führungsrohres 38 zu dessen Schutz gegen Stahl und Schlackenansätze.

Das ofenwärtige Lanzenende weist nach Fig. 17 einen hauben­ förmigen Lanzenkopf 52 des Durchmessers d von hier 180 mm sowie der axialen Länge e an einem Stahlrohr 54 auf. Diese Länge e kann bei einer nicht dargestellten Ausführung bis zu 300 mm betragen.

Der in Kupferguß gefertigte Lanzenkopf 52 kreisförmigen Querschnittes geht in das Stahlrohr 54 über, welches ent­ sprechend der notwendigen Rohrlänge in ein mehrteiliges Me­ dienversorgungsteil 56 eingeschweißt wird; das Stahlrohr 54 umgibt drei koaxiale Rohrelemente 58, 60, 62 aus Stahl, welche in gegenseitiger Abdichtung beispielsweise Kanäle für Erdgas 59, Sauerstoff 61 sowie Förderkohle 63 mit Förderluft, zudem in einem äußeren Ringraum 64 Kühlwasser 65 separiert voneinander dem Lanzenkopf 52 zuführen. Die Erdgaszuführung ist mit 67, die Sauerstoffzuführung mit 68, die Kühlwasserzuführung mit 69 bezeichnet. Da das Kühlwasser 65 nicht verbraucht wird, verläßt es den Ringraum 64 an einem Auslaß 70. Zur reparaturfreundlichen Auslegung sowie zur universellen Auswechselbarkeit von Bau­ teilen sind Schweißstellen 57 am Medienversorgungsteil 56 so vorgesehen, daß die einzelnen Rohrpartien schrittweise in vorgegebener Reihenfolge zusammengesetzt werden können.

Das aus einer Kupferlegierung bestehende Gußteil des Lan­ zenkopfes 52 bietet ein Gewinde 72 zum Einschrauben einer Lavaldüse 74 an sowie für diese eine hochwarmfeste Dichtung 73. Die Lavaldüse 74 wird mittels einer Schraubverbindung formschlüssig mit dem Lanzenkopf 52 verbunden und ist darauf ausgelegt, auch während des Betriebes - durch Ein­ satz eines besonderen Werkzeuges - einfach herausgedreht und ausgetauscht werden zu können.

Die ebenfalls aus einer Kupferlegierung bestehende La­ valdüse 74 mit sich von einem engsten Querschnitt 75 beid­ seits konisch erweiternden Düsenkanal 76 nimmt mit ihrer Heckmündung 77 den Sauerstoff aus dessen Kanal 61 zentrisch auf. Durch eine Vielzahl von schräg in den Diffursorbereich 76 der Lavaldüse 74 bei 79 einmündender Bohrungen 80 wird während des Brennerbetriebes wirkungsvoll Erdgas eingedüst, welches ein optimales Gasgemisch aus Erdgas und Sauerstoff bewirkt. Den Mündungen 79 steht das zentrische Rohr 62 gegenüber, das sich bis zur Frontmündung 78 der Düse 74 erstreckt.

Zusätzlich zu den vorgenannten gasförmigen Medien können über das zentrische Rohr 62 - das aus Sicherheitsgründen noch von einem Führungsrohr 82 umgeben ist - Schäumkohle od. dgl. feste Schüttgüter wie Stäube in den entstehenden Brennkegel eingedüst werden.

Das Führungsrohr 82 lagert mit seiner Heckkante 83 in einem mehrteiligen, die Sauerstoffzuführung 68 enthaltenden Trag­ körper 84 des i.w. aus Stahl bestehenden Lanzenkörpers 84. Dieser Tragkörper 84 ist frontseitig mit dem den Sauer­ stoffkanal 61 umgebenden Rohrelement 60 thermisch verbunden, also verschweißt, und grenzt dicht an einen Ringkörper 86. Dieser wiederum ist mit dem den Erdgaskanal 59 nach außen begrenzenden Rohrelement 58 verschweißt und enthält die Erdgaszuführung 67. Ebenfalls ist an den Ringkörper 86 jenes äußere Stahlrohr 54 thermisch angeschlossen worden, das anderseits an einer Zylinderwand 51 des Lanzenkopfes 52 festgelegt ist. Das Stahlrohr 54 enthält die beiden Kühlwasserdurchlässe 69, 70 und begrenzt zudem mit dem erwähnten konzentrischen Rohrelement 58 den Kühlwasserringraum 64. Letzterer geht in einen andernends geschlossenen Ringraum 53 des kupfernen Lanzenkopfes 52 über.

Dank dieser Ausgestaltung können beispielsweise feinkörnige Filterstäube - für die es bis heute keine befriedigende Rückleitung in den Schmelzprozeß gibt - unter Zuhilfenahme der beschriebenen Brennerfunktion der Lanze 20 effizient wieder in die Schmelze zurückgeführt werden; es wird erfin­ dungsgemäß also eine Kombination der Lanze 20 als Brenner und als Frischlanze angeboten.

Fig. 20 verdeutlicht die Lavaldüse 74 in ihrer Brennerfunk­ tion mit durch die Bohrungen 80 in den Düsenkanal 76 einströmenden Erdgas bei dem durch seinen Kanal 61 zugeführten Sauerstoff. In Fig. 21 wird die Sauerstoff- Blas-Funktion mit gleichzeitiger Einleitung von Injektionskohle durch den zentralen Kanal 63 angedeutet.

Claims (27)

1. Schmelzofen, insbesondere Lichtbogenofen für Metalle, mit zumindest einer seine Wandung durchsetzenden und in seinen Ofenraum längenveränderlich einragenden Lanze zum Eintragen von Strömungsmitteln und/oder Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (20) in einem schwenkbaren Lagerkörper (18, 18 _a, 18 _b) axial verschieblich angeordnet und der Lagerkörper in einem Durchbruch (16) der Wandung (12) des Schmelzofens (10) angelenkt ist, wobei der Wand­ durchbruch von dem kühlbar ausgebildeten Lagerkörper abgedichtet ist.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Lagerkörper (18, 18 _a, 18 _b) zumindest ein Gelenk (24) mit dem Schwellenbereich (26) des Wanddurchbruchs (16) verbindet.

3. Schmelzofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Gelenk/e (24) an der ofenwärtigen Innen­ seite (28) des Lagerkörpers (18, 18 _a, 18 _b) angeordnet ist/sind.

4. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (18, 18 _a, 18 _b) rela­ tiv zum Ofeninneraum (11) um die Achse (A) der/des Ge­ lenke/s (24) führbar ist.

5. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (18, 18 _a, 18 _b) mit Außenflächen (28, 30, 32, 36) aus Bundmetall versehen, bevorzugt als Kupfergußkörper ausgebildet, sowie mit einer an seiner Innenwand (44) mündenden Durchgangs­ führung (38) als Gleitbahn für die Lanze (20) ausge­ stattet ist.

6. Schmelzofen nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine reckteckige Umrißform der Innenwand (44) des Lagerkör­ pers (18, 18 _a, 18 _b).

7. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der ofenseitigen Innen­ wand (44) des Lagerkörpers (18, 18 _a, 18 _b) Kühlrohre (40) oder Kühlschleifen (41) als Kühleinrichtungen zur Führung eines strömenden Kühlmittels zugeordnet sind.

8. Schmelzofen mit die Innenflächen des Ofens bildenden, durch ein Strömungsmittel gekühlten Wandpaneelen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung der Wandpaneele (14, 14 _t) des Schmelzofens (10) mit der Kühleinrichtung (40, 41) des Lagerkörpers (18, 18 _a, 18 _b) verbunden ist.

9. Schmelzofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Gelenkachse (A) ferne Firstwand (30) des Lagerkörpers (18, 18 _a, 18 _b) eine querschnittlich um jene Gelenkachse gekrümmte Oberfläche (31) aufweist, die einer den Wanddurchbruch (16) begrenzenden Kopffläche (17) des oberen Ab­ schnitts der Ofenwand (14) in jeder Schwenkstellung des Lagerkörpers dichtend anliegt.

10. Schmelzofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (18 _b) zwei um eine etwa mittige Drehachse gekrümmte Oberflächen (31 _a, 32 _a) aufweist, denen entsprechende Krümmungsflächen (17 _a, 26 _a) der Ofenwand (12) dichtend zugeordnet sind.

11. Schmelzofen nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch zumindest eine sich der firstwärtigen Oberfläche (31, 31 _a) des Lagerkörpers (18, 18 _a, 18 _b) anschmiegende Dichtungskante (42) in der Kopffläche (17, 17 _a) des oberen Abschnitts der Ofenwand (12).

12. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn­ zeichnet durch eine im Lagerkörper (18, 18 _a, 18 _b) fest­ liegende Durchgangsführung (38) mit ofenseitigem Flanschkragen (39).

13. Schmelzofen nach Anspruch 6 oder 12, gekennzeichnet durch eine rechteckige Umrißform des Flanschkragens (39) der Durchgangsführung (38).

14. Schmelzofen nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Durchgangsführung (38) aus einem Gußrohr.

15. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekenn­ zeichnet durch eine ofenseitig an der Mündung der Durchgangsführung (38) vorgesehene und die Lanze (20) dicht umfangende Abstützmanschette.

16. Lanze mit Lanzenkopf und Sauerstofführung, insbesondere für einen Schmelzofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem Lanzenkopf (52) koaxiale oder achsparallele Zuführkanäle (59, 63) für Gas sowie ein Gemisch aus Blaskohle und Förderluft vorgesehen sind.

17. Lanze nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (63) für das Gemisch aus Blaskohle und Förderluft axial verläuft und von einem Kanal (61) für den Sauerstoff umgeben ist, wobei der Sauerstoffkanal an einer vom zentralen Zuführkanal durchsetzten La­ valdüse (74) endet.

18. Lanze nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Zuführkanal (63) an der Frontmündung (78) des Düsenkanals (76) der Düse (74) endet.

19. Lanze nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeich­ net, daß der zentrale Zuführkanal (63) endwärts von einem Führungsrohr (82) umgeben ist.

20. Lanze nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ende des Sauerstoffkanals (61) einerseits sowie in der Düsenwand vorgesehene Zuführ­ bohrungen (80) für das Gas anderseits an unterschied­ lichen Seiten eines engsten Querschnitts (75) der Düse (74) liegen.

21. Lanze nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kanal (59) für das Gas mit dem Düsenkanal (76) der Düse (74) verbindenden Bohrungen (80) an der mün­ dungsnahen Seite des engsten Querschnittes (75) ange­ ordnet sind.

22. Lanze nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düse (74) von dem Lanzenkopf (52) umgeben und dessen Wandung (51) an ein axiales Rohr (54) angeschlossen ist, welches einen Kühlwasser­ kanal (64) umgibt.

23. Lanze nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kühlwasserkanal (64) zwischen zwei radialen Anschlußstutzen (69, 70) erstreckt.

24. Lanze nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lanzenkopf (52) aus einer Kupferlegierung geformt und an das Rohr (54) aus Stahl angeschlossen ist.

25. Lanze nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (59) zwischen Kühlwasserkanal (64) und Sauerstoffkanal (61) verläuft und sich zwischen den Bohrungen (80) sowie einer radialen Gaszuführung (67) erstreckt.

26. Verfahren zum Steuern eines Lanzenkopfes, insbesondere des Lanzenkopfes der Lanze nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortriebskraft für die Lanze gemessen und ein Schwellwert festgestellt, bei dessen Überschreitung die Rückführung der Lanze ausgelöst wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen zweiten Schwellwert, mittels dessen der Vorschub der Lanze ausgelöst wird.