DE19817590C1

DE19817590C1 - Variabel einsetzbare Kombilanze

Info

Publication number: DE19817590C1
Application number: DE19817590A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Wagener; Arno Luven
Original assignee: Technometal Gesellschaft fuer Metalltechnologie mbH
Current assignee: Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: US6368550B1; CN1214120C; ATE219156T1; WO1999054511A1; RU2211248C2; ES2180305T3; EP1080236A1; KR20010071159A; DE59901746D1; CN1305536A; BR9909769A; EP1080236B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lanze zum Behandeln von in metallurgischen Gefäßen befindlichen flüssigen Metallschmelzen, insbesondere von einem Vakuum ausgesetztem Stahl in RH-Gefäßen sowie zum Heizen der RH-Gefäße vor oder zwischen den Behandlungsphasen, die ein inneres Leitrohr zum Führen von Gasen, insbesondere Sauerstoff, mit einer kopfendigen Lanzenmündung zum Aufblasen des Gases besitzt und über ihre Gesamtlänge einen ersten Kühlmantel aufweist und fußendig an eine Gas- und Kühlmedienversorgung angeschlossen ist, wobei die Lanze zur Ausführung einer Brennerfunktion auf dem äußeren Umfang des ersten Kühlmantels angeordnete Kanäle zur Durchleitung eines Brenngases zu im Bereich der kopfendigen Lanzenmündung aus gebildeten, schräg zur Lanzenachse ausgerichteten Brennerdüsen aufweist und die Brenngaskanäle von einem zweiten äußeren Kühlmantel umschlossen sind.

Eine Lanze zum Behandeln von Metallschmelzen mit den vorgenannten Merkmalen ist in der DE 44 42 362 C1 beschrieben. Die daraus bekannte Multifunktionslanze erlaubt bereits unabhängig voneinander die Verfahrensschritte Aufblasen von Sauerstoff mit und ohne Feststoff sowie das Erzeugen einer Brennerflamme zum Aufheizen des Gefäßes. Beim Aufblasen von Sauerstoff wird über das innere, mit einer laval-förmigen Lanzenmündung versehene Leitrohr der Sauerstoff aufgeblasen, während im Brennerbetrieb die Brenngaskanäle mit Brenngas beaufschlagt werden, so daß sich im Bereich der Lanzenmündung gemeinsam mit dem dort auch im Brennerbetrieb weiterhin austretenden Sauerstoff eine Verbrennungsreaktion unter Bildung der gewünschten Flamme einstellt.

Mit der bekannten Multifunktionslanze ist der Nachteil verbunden, daß während des Sauerstoffblasprozesses und während der daran anschließenden Tiefvakuumbehandlung aufgrund der teils heftigen Reaktion der zu behandelnden Metallschmelze es zu Spritzern an Schlacke und/oder Metall kommt, so daß sich die am Ende der Multifunktionslanze befindlichen Brennerdüsen zusetzen und insoweit für einen nachfolgenden Brennerbetrieb nicht mehr zur Verfügung stehen. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, während des gesamten Prozesses die Brennerdüsen mittels eines in die Brenngaskanäle eingebrachten Inertgases frei zuhalten, was entsprechend kostenaufwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lanze mit den eingangs genannten Merkmalen zur Verfügung zu stellen, bei der sowohl unabhängig voneinander ein Sauerstoffblasbetrieb als auch ein Brennerbetrieb gegeben ist wie auch die Brennerdüsen gegen eine Verstopfung durch Materialspritzer geschützt sind, ohne daß hierfür die Brennerdüsen mit Inertgas beaufschlagt werden müssen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß das innere Leitrohr mit erstem Kühlmantel als ein erster Lanzenkörper und die Brenngaskanäle mit zweitem Kühlmantel als ein zweiter Lanzenkörper ausgebildet sind und der erste Lanzenkörper in dem zweiten Lanzenkörper zwischen einer angehobenen Brennerfunktionsstellung und einer abgesenkten Blasstellung verschiebbar angeordnet ist, in welcher die Brennerdüsen durch den das Ende des zweiten Lanzenkörpers nach unten überragenden ersten Lanzenkörper abgedeckt sind.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß die Lanze durch einfaches Verschieben des ersten Lanzenkörpers in dem zweiten Lanzenkörper von der Sauerstoffblasfunktion in die Brennerfunktion überführbar ist, wobei während des Sauerstoffblasbetriebs der die Brennerdüsen aufweisende zweite Lanzenkörper so weit von dem ersten Lanzenkörper überdeckt wird, daß der erste Lanzenkörper die schräg zu seiner Längsachse gerichteten Brennerdüsen vollständig abdeckt und mechanisch vor der Einwirkung von Materialspritzern schützt. Damit ist ein einfach zu handhabender, wirksamer Schutz der Brennerdüsen verwirklicht. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß bestehende, bisher ausschließlich für den Sauerstoffblasbetrieb eingerichtete Lanzen mittels eines darauf aufzuschiebenden zweiten Lanzenkörpers nachgerüstet und insoweit als Kombilanze für den Blas- und Brennerbetrieb zur Verfügung gestellt werden können.

Dabei ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß der zweite Lanzenkörper den ersten Lanzenkörper ringförmig umschließt, so daß Brenner- als auch Blaslanzenbetrieb konzentrisch zur RH-Gefäßachse durchgeführt werden können.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der erste Lanzenkörper in dem zweiten Lanzenkörper zur Einstellung eines variablen Abstandes der Brennerdüsen von der Brennermündung des zweiten Lanzenkörpers stufenlos verschiebbar ist. Hiermit ist der besondere Vorteil verbunden, daß aufgrund des variabel einzustellenden Abstandes der Brennerdüsen zu der Lanzenmündung für den Sauerstoffaustritt eine optimale Verbrennung des eingeleiteten Brenngases eingerichtet werden kann. Da beim Brennerbetrieb in der Regel im Vergleich mit dem Sauerstoffblasbetrieb nur etwa 1/5 bis 1/10 der Sauerstoffmenge durch das innere Leitrohr der Lanze geleitet werden muß, ist die im Bereich der Lanzenmündung ausgebildete Lavaldüse wirkungslos, so daß sich hier völlig andere Ausströmverhältnisse des Sauerstoffes im Vergleich mit dem Sauerstoffblasbetrieb ergeben. Dem kann durch die Einstellung eines optimalen Abstandes der Brennerdüsen von der Lanzenmündung unter Berücksichtigung des stöchiometrischen Verhältnisses von Sauerstoff zu Brenngas Rechnung getragen werden. Da mit der Reaktion des Brenngases mit dem Sauerstoff die Entstehung nicht unerheblicher Wasseranteile einhergeht, kann mit der Optimierung des Abstandes der Brenndüsen von dem Ort des Austritts des Sauerstoffes der beim Heizvorgang zwangsläufig auftretende Wasserwert abgesenkt werden.

Hinsichtlich der Hubbefestigung des ersten Lanzenkörpers und dessen Verschiebbarkeit in dem zweiten Lanzenkörper kann vorgesehen sein, daß der erste Lanzenkörper von einer an dem zweiten Lanzenkörper angeschlagenen Hubvorrichtung bewegbar ist. Bei dieser Ausführung kann der zweite Lanzenkörper entsprechend kürzer ausgebildet werden.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß der zweite Lanzenkörper sich über die gesamte Länge des ersten Lanzenkörpers erstreckt und getrennt angeordnete Hubvorrichtungen für den ersten Lanzenkörper und den zweiten Lanzenkörper vorgesehen sind. In diesem Fall sind beide Lanzenkörper durch die im Deckel des Behandlungsgefäßes angeordnete Stopfbuchse geführt, so daß die entsprechenden Hubvorrichtungen hier die Abstandsregelung der beiden Lanzenköpfe beim Brennerbetrieb übernehmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine variable Kombi-Lanze in Seitenansicht mit einer in deren Fußbereich vergrößerten Schnittansicht bei Sauerstoffblasbetrieb,

Fig. 2 die variable Kombi-Lanze gemäß Fig. 1 in der Stellung bei Brennerbetrieb.

Wie sich aus den Figuren entnehmen läßt, weist die Kombilanze zunächst einen ersten Lanzenkörper 10 auf, der sich über die gesamte Länge der Lanze erstreckt und ein inneres Leitrohr 11 zur Durchleitung von insbesondere Sauerstoff für die Behandlung der Metallschmelze aufweist. An dem freien Ende des ersten Lanzenkörpers 10 befindet sich eine Lavaldüse 12, über welche der Sauerstoff auf die Badoberfläche geblasen wird. An seinem oberen Ende weist der erste Lanzenkörper 10 einen Sauerstoffanschluß 13 auf.

Zur Kühlung des ersten Lanzenkörpers 10 ist das innere Leitrohr 11 von einem ersten Kühlmantel 14 umschlossen, dem im oberen Bereich des ersten Lanzenkörpers 10 ein Kühlwassereintritt 15 und ein Kühlwasseraustritt 16 zugeordnet sind.

In dem zweiten Lanzenkörper 17 verschiebbar angeordnet ist der erste Lanzenkörper 10, wobei der zweite Lanzenkörper 17 bzw. dessen Kühlmantel 20 ringförmig den ersten Lanzenkörper umschließt. In dem zweiten Lanzenkörper 17 sind Brenngaskanäle 18 ausgebildet, die an dessen unteren Ende in schräg zur Längsachse der Lanze angeordnete Brennerdüsen 19 münden. Der zweite Lanzenkörper 17 weist einen äußeren zweiten Kühlmantel 20 auf, dem ein Wassereintritt 21 und ein Wasseraustritt 22 zugeordnet sind. Die Brenngaskanäle 18 sind an eine Brenngaszufuhr 23 angeschlossen.

Beide Lanzenkörper 10, 17 werden gemeinsam durch eine in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellte Stopfbuchse im Deckel des RH-Behandlungsgefäßes geführt, wobei diese Lanzeneinheit zu Beginn oder am Ende eines Sauerstoffblas- oder Brennerbetriebes über einen ca. 4 m bis 5 m langen, vertikalen Verfahrweg in die obere Parkposition oder die untere Betriebsposition mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hubvorrichtung gefahren werden. Der zweite Lanzenkörper 17 ist hierbei mit dem äußeren Rohr des Kühlmantels 20 und einem in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Lanzenschlitten der Hubvorrichtung über eine Klemmverbindung verbunden.

Da beide Lanzenkörper 10, 17 gegeneinander verschiebbar sind und hierdurch zwischen dem äußeren Mantel des ersten Lanzenkörpers 10 und dem inneren Mantel des zweiten Lanzenkörpers 17 ein Ringspalt entsteht, ist am oberen Ende des Lanzenkörpers 17 eine vakuumdichte, den Lanzenkörper 10 umschließende Stopfbuchse 28 angeordnet.

Zur Halterung des ersten Lanzenkörpers 10 auf dem zweiten Lanzenkörper 17 ist an dem zweiten Lanzenkörper 17 ein Flansch 25 angeordnet, an welchem zwei Hydraulikzylinder 26 angreifen, die den über einen zugeordneten Flansch 24 angeschlossenen ersten Lanzenkörper 10 tragen, so daß über den von den Zylindern 26 ausgehenden Antrieb der erste Lanzenkörper 10 in dem zweiten Lanzenkörper 17 verschiebbar angeordnet ist. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet sich der erste Lanzenkörper 10 in der "abgesenkten" Stellung, in welcher das Ende des ersten Lanzenkörpers 10 mit dem Ende des zweiten Lanzenkörpers 17 fluchtet, so daß die Lanzenmündung 27 zum Ausblasen des Sauerstoffes aus dem inneren Leitrohr 11 bzw. der zugeordneten Lavaldüse 12 gegeben ist. In dieser Stellung sind die Brennerdüsen 19 durch den ersten Lanzenkörper 10 vollständig abgedeckt, so daß eventuell aufspritzende Materialanteile die Brennerdüsen 19 nicht erreichen können.

Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, kommen die Brennerdüsen 19 bei Anhebung des ersten Lanzenkörpers 10 in dem zweiten Lanzenkörper 17 frei, so daß sich bei weiterhin austretendem Sauerstoff eine Reaktion von Brenngas mit Sauerstoff im Bereich der Lanzenmündung 27 einstellt und so die gewünschte Brennerflamme zustande kommt. Über die Zylinder 26 kann eine stufenlose Einstellung des Abstandes der Brennerdüsen 19 zu dem Sauerstoffaustritt aus der Lanzenmündung 27 erfolgen, so daß eine optimale Führung der Verbrennungsreaktion möglich ist.

Claims

1. Lanze zum Behandeln von in metallurgischen Gefäßen befindlichen flüssigen Metallschmelzen, insbesondere von einem Vakuum ausgesetztem Stahl in RH-Gefäßen sowie zum Heizen der RH-Gefäße vor oder zwischen den Behandlungsphasen, die ein inneres Leitrohr zum Führen von Gasen, insbesondere Sauerstoff, mit einer kopfendigen Lanzenmündung zum Aufblasen des Gases besitzt und über ihre Gesamtlänge einen ersten Kühlmantel aufweist und fußendig an eine Gas- und Kühlmedienversorgung angeschlossen ist, wobei die Lanze zur Ausführung einer Brennerfunktion auf dem äußeren Umfang des ersten Kühlmantels angeordnete Kanäle zur Durchleitung eines Brenngases zu im Bereich der kopfendigen Lanzenmündung ausgebildeten, schräg zur Lanzenachse ausgerichteten Brennerdüsen aufweist und die Brenngaskanäle von einem zweiten äußeren Kühlmantel umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Leitrohr (11) mit erstem Kühlmantel (14) als ein erster Lanzenkörper (10) und die Brenngaskanäle (18) mit zweitem Kühlmantel (20) als ein zweiter Lanzenkörper (17) ausgebildet sind und der erste Lanzenkörper (10) in dem zweiten Lanzenkörper (17) zwischen einer angehobenen Brennerfunktionsstellung und einer abgesenkten Blasstellung verschiebbar angeordnet ist, in welcher die Brennerdüsen (19) durch den das Ende des zweiten Lanzenkörpers (17) nach unten überragenden ersten Lanzenkörper (10) abgedeckt sind.

2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lanzenkörper (17) den ersten Lanzenkörper (10) ringförmig umschließt.

3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lanzenkörper (10) in dem zweiten Lanzenkörper (17) zur Einstellung eines variablen Abstandes der Brennerdüsen (19) von der Brennermündung des zweiten Lanzenkörpers (17) stufenlos verschiebbar ist.

4. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lanzenkörper (10) von einer an dem zweiten Lanzenkörper (17) angeschlagenen Hubvorrichtung (26) bewegbar ist.

5. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lanzenkörper (17) sich über die gesamte Länge des ersten Lanzenkörpers (10) erstreckt und getrennt angeordnete Hubvorrichtungen für den ersten Lanzenkörper (10) und den zweiten Lanzenkörper (17) vorgesehen sind.