DE19948187C2 - Verfahren zur metallurgischen Behandlung einer Stahlschmelze in einem Konverter mit auf die Stahlschmelze aufgeblasenem Sauerstoff und Sauerstoffaufblaslanze - Google Patents

Description

Für die metallurgische Behandlung einer Stahlschmelze in einem Konverter wird mittels einer Blaslanze Sauerstoff auf die Stahlschmelze kontrolliert aufgeblasen. Während des Aufblasens von Sauerstoff auf die Stahlschmelze ist die Sauerstoffaufblaslanze hohen thermischen Belastungen, insbesondere an ihrer Stirnseite, ausgesetzt. Deshalb ist es üblich, sie intensiv zu kühlen. Am intensivsten wird eine Sauerstoffaufblaslanze gekühlt, wenn sie mit einem großen Volumen Kühlwasser unter hohem Druck bis in den Lanzenkopf durchspült wird und der Lanzenkopf aus einem gut wärmeleitfähigem Werkstoff, wie Kupfer, besteht. Hohe Temperaturspitzen bis zu ca. 3000°C insbesondere im auf die Stirnseite des Lanzenkopfes strahlenden Brennfleck auf der Badoberfläche und Verschleiß am Lanzenkopf führen dazu, daß im Laufe der Zeit aber auch sehr schnell und plötzlich bei zu geringem Abstand des Lanzenkopfes von dem Badspiegel die Wandstärke von im Lanzenkopf befindlichen Kühlkammern dünner wird und die Wände erweichen mit der Folge, daß es zu Durchbrüchen kommt. Austretendes Wasser verdampft dann explosionsartig und beeinträchtigt nicht nur die metallurgische Behandlung. Die Behandlung der Schmelze muß dann sofort abgebrochen werden.

Um einerseits die Gefahr eines Wasserdurchbruchs einer in Betriebsstellung befindlichen Blaslanze zu vermeiden und andererseits sie aber intensiv zu kühlen, ist es bei einem anderen Verfahren, bei dem die Blaslanze in die Schmelze eintaucht, bekannt (DE 35 43 836 C2), mit zwei im Wechsel zum Einsatz kommenden Blaslanzen zu arbeiten, die sowohl mit Kühlluft als auch mit Kühlwasser gekühlt werden können. Von den beiden Blaslanzen wird nur die gerade in Blasstellung befindliche und in die Schmelze eintauchende Blaslanze mit Kühlluft gekühlt, während die sich gerade außerhalb der Schmelze befindende Blaslanze intensiv mit Kühlwasser gekühlt wird. Wegen des ständigen und rechtzeitig vor einer Überhitzung stattfindenden Wechsels zwischen Kühlluftkühlung und Kühlwasserkühlung der beiden Blaslanzen kann man zwar verhindern, daß es zu Wasserdurchbrüchen kommt, doch wird dieser Vorteil mit dem Aufwand einer zusätzlichen Blaslanze erkauft.

Ferner ist aus DE 27 38 334 B2 eine Sauerstoffaufblaslanze zum Frischen einer Stahlschmelze bekannt, die einen schaftartigen Lanzenkörper und einen Lanzenkopf aufweist, wobei in dem Lanzenkörper konzentrisch zueinander ein zentrales Sauerstoffzuleitungsrohr und dieses umgebende Kühlmittelrohre vorgesehen sind. Im Lanzenkopf endet das Sauerstoffzuleitungsrohr in einer Kammer, von der aus der Sauerstoff durch eine Düse ausgeblasen wird. Die Kühlmittelrohre bilden diese Düse umgebende Kühlkammern. Unter weitgehender Abschirmung gegenüber Rohrhitzeeinwirkungen ist in der Kammer des Sauerstoffzuleitungsrohrs ein Temperaturfühler angeordnet, der durch den an ihm vorbeiströmenden Sauerstoff gekühlt wird. Nachteilig an diesem Aufbau einer Sauerstoffaufblaslanze ist, daß mit den Meßergebnissen des Temperaturfühlers keine Aussagen über den Zustand des Lanzenkopfes gemacht werden können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze in einem Konverter mit von einer wassergekühlten, aus einem schaftartigen Lanzenkörper und einem Lanzenkopf bestehenden Blaslanze auf den Schmelzbadspiegel aufgeblasenem Sauerstoff, bei dem die Temperatur im Lanzenkopf der Blaslanze, die von der Stahlschmelze auf den Lanzenkopf übertragen wird, mit mindestens einem im Lanzenkopf integrierten Temperaturfühler überwacht wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine wassergekühlte, aus einem schaftartigen Lanzenkörper und einem Lanzenkopf bestehende Sauerstoffaufblaslanze mit einer durch den Lanzenkörper verlaufenden und zu im Lanzenkopf verteilten Blasdüsen führenden Sauerstoffzufuhrleitung, mit durch den Lanzenkörper bis zu Kühlkammern im Lanzenkopf verlaufenden Zu- und Abfuhrkanälen für das Kühlwasser und mit einem im Lanzenkopf vorgesehenen Temperaturfühler, dessen Signalleitungen durch den Lanzenkörper verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorgenannten Art zu schaffen, mit dem der metallurgische Blasprozeß überwacht und gesteuert werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Sauerstoffaufblaslanze zu schaffen, die weitgehend vor Wasserdurchbrüchen geschützt ist.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, die vom im wärmeleitenden Kontakt mit der Wandung des Lanzenkopfes angeordneten Temperaturfühlers erfaßten Temperatur über die Wasserkühlung und/oder die Sauerstoffzufuhr und/oder die Zugabe von Zuschlagstoffen und/oder den Abstand des Lanzenkopfes von dem Schmelzbadspiegel geregelt wird. Dabei können vorzugsweise der stirnseitige Verschleiß des Lanzenkopfes in Abhängigkeit von der Standzeit und der standzeitabhängigen Temperaturkurve als Korrekturgrößen berücksichtigt werden. Bei Zugabe von Zuschlagstoffen kann über den Zeitpunkt und die Rate der Zugabe Einfluß auf die Temperaturregelung genommen werden. Als Zuschlagstoffe kommen insbesondere Kühlschrott, Briketts, Erze, Kalk und dergleichen in Betracht.

Bei der Erfindung wird die Temperatur des unmittelbar auf die Stirnseite des Lanzenkopfes strahlenden Schmelzbadspiegels über die Temperatur im Lanzenkopf erfaßt. Mit dieser Meßgröße der Temperatur läßt sich der metallurgische Prozeß des Frischens kontrollieren. Gleichzeitig läßt sich der Kopf der Blaslanze vor Wasserdurchbrüchen durch die verschiedenen Einzelmaßnahmen oder die kombinierten Maßnahmen schützen.

Zwar ist es bei wassergekühlten Blaslanzen bekannt (JP 62-278217 A), bei der Behandlung der Schmelze die Temperatur zu erfassen, doch wird eine solche Blaslanze bei einem anderen Verfahren und mit anderer Zielsetzung eingesetzt. Bei diesem Verfahren taucht nämlich die Blaslanze in die Schmelze ein und mit höhenversetzt im Lanzenkörper angeordneten Temperaturfühlern wird der Pegel der Schlacke der Metallschmelze relativ gegenüber der Blaslanze erfaßt. Es geht also bei diesem bekannten Verfahren nicht darum, durch Erfassung der Temperatur die Lanze vor Überhitzung zu schützen und den Behandlungsprozeß zu steuern.

Bei der Sauerstoffaufblaslanze wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Temperaturfühler in wärmeleitendem Kontakt mit der Wandung des Lanzenkopfs zwischen den Kühlkammern angeordnet ist.

Mit der Erfindung läßt sich ortsnah die Temperatur des Bereichs im Lanzenkopf erfassen, der erfahrungsgemäß durchbruchgefährdet ist. Damit ist die Voraussetzung für ein möglichst verzögerungsfreies Reagieren auf unmittelbar bevorstehende Durchbrüche gegeben, sei es wegen einer zu dünnen oder zu weich gewordenen Lanzenkopfaußenwand.

Um die Signalleitungen des Temperaturfühlers einfach montieren zu können und zu schützen, liegen sie in einem zentralen Schutzrohr. Dieses sollte keine Verbindung zu dem Prozeßmedium Sauerstoff und dem Kühlmedium Wasser aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft und trägt zur Betriebssicherheit bei, wenn der Lanzenkopf bis zu dem darin integrierten Temperaturfühler abgebrannt und damit offen ist. Selbst in diesem Fall kann es nicht zu einem Austritt von Sauerstoff und/oder Kühlwasser kommen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die in der Mitte des Lanzenkörpers angeordnete Sauerstoffzuleitung von den als koaxiale Ringkanäle ausgebildeten Zu- und Abfuhrkanälen für das Kühlwasser umgeben, wobei der Abfuhrkanal den äußeren Ringkanal und der Zufuhrkanal den mittleren Ringkanal bilden.

Um die Montagearbeiten beim Auswechseln eines verschlissenen Lanzenkopfes gegen einen neuen möglichst zu erleichtern, kann der Temperaturfühler mittels eines an der Innenseite des Lanzenkopfes lösbar befestigten Adapters in einer Sackbohrung eines Mittelsteges des Lanzenkopfes stecken. Dabei ist es für eine möglichst fehlerfreie Messung der Temperatur von Vorteil, wenn der Temperaturfühler durch eine im Adapter gehaltene Feder in wärmeleitendem Kontakt mit dem Boden der Sackbohrung gehalten wird.

Aus montagetechnischen Gründen aber auch zum Längenausgleich bei unterschiedlichen thermischen Längendehnungen von Schutz- und Sauerstoffrohr sollte das Schutzrohr den Adapter nach Art einer Schiebemuffe abgedichtet übergreifen.

Da von der Sauerstoffaufblaslanze der Lanzenkopf die stärkste thermische Belastung beim Blasprozeß erfährt und folglich dem stärksten Verschleiß unterliegt, sollte er auswechselbar sein. Um das Auswechseln zu erleichtern, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß an den Kühlkammern des Lanzenkopfes koaxiale Anschlußstücke für weiterführende koaxiale Zu- und Abfuhrkanäle des Kühlwassers angesetzt sind. Diese Anschlußstücke können dann an die weiterführenden koaxialen Zu- und Abfuhrkanäle angeschweißt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Sauerstoffaufblaslanze im axialen Schnitt,

Fig. 2 den unteren Teil der Sauerstoffaufblaslanze gemäß Fig. 1 im Axialschnitt und in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 den unteren Teil der Sauerstoffaufblaslanze gemäß Fig. 1 ohne Lanzenkopf im Axialschnitt und in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 den oberen Teil der Sauerstoffaufblaslanze gemäß Fig. 1 im Axialschnitt und in vergrößerter Darstellung,

Fig. 5 die Sauerstoffaufblaslanze im Querschnitt nach Linie B-B der Fig. 4 und

Fig. 6 die Sauerstoffaufblaslanze im Querschnitt nach Linie C-C der Fig. 4.

Die in Fig. 1 dargestellte Sauerstoffaufblaslanze besteht aus einem schaftartigen Lanzenkörper 1 und einem daran angeschweißten Lanzenkopf 2. Dieser Lanzenkopf 2 besteht mit Blick auf das ihn durchströmende Prozeßgas Sauerstoff aus Sicherheitsgründen im untersten Bereich aus Kupfer. Ein weiterer Grund für die Wahl von Kupfer als Werkstoff für den Lanzenkopf 2 ist die gute Wärmeleitfähigkeit von Kupfer, die eine effektive Kühlung des Lanzenkopfes 2 mit Kühlwasser während des Blasens ermöglicht.

Der Lanzenkopf 2 weist Düsenkörper 2a, insbesondere aus Kupfer, mit einem Kranz von insgesamt sechs gleichmäßig auf einem Kreis verteilten und leicht nach außen gerichteten Düsen 3, 4, Kühlkammern 5, 6, 7, 8, 9, 10 sowie einen zentralen axialen Steg 11 auf. An den äußeren Kühlkammern 7-10 schließen sich koaxiale rohrförmige Anschlußstücke 2b, 2c, 2d an, die mit dem Düsenkörper 2a eine auswechselbare Baueinheit bilden.

Der Lanzenkörper 1 besteht aus drei koaxialen Rohren 12, 13, 14 aus Stahl. Das innere Rohr 12 mit Eingangsstutzen 12b bildet eine zentrale Zufuhrleitung 15 für den den Blasdüsen 3, 4 zuzuführenden Sauerstoff. Im oberen Bereich zwischen dem inneren Rohr 12 einerseits und dem eine Einheit bildenden mittleren und äußeren Rohren 13, 14 andererseits ist ein Schiebesitz 12a vorgesehen, der dem Ausgleich von relativen Längenausdehnungen zwischen den Rohren 12, 13, 14 und der Montage des Lanzenkopfes 2 dient. Zwischen dem inneren Rohr 12 und dem äußeren Rohr 14 sowie dem dazwischenliegenden Rohr 13 sind Ringkanäle 16, 17 ausgebildet, von denen der innere Ringkanal 16 den Zufuhrkanal und der äußere Ringkanal 17 den Abfuhrkanal für das unter hohem Druck durchzuleitende Kühlwasser bilden. Über seitlich angesetzte Stutzen 18, 19 wird das Kühlwasser zu- und abgeführt.

In dem Steg 11 des Düsenkörpers 2a ist eine Sackbohrung 20 angeordnet, in die als Temperaturfühler 21 ein stabförmiges Thermoelement lösbar eingesteckt ist. Der Temperaturfühler 21 wird von einem Adapter 22 zentriert und mit seinem Ende in Berührungskontakt mit dem Boden der Sackbohrung 20 gehalten, die nur wenige Millimeter zurückversetzt gegenüber der Stirnseite 11a des Düsenkörpers liegt. Der Adapter 22 ist an der Innenseite des Düsenkörpers angeschraubt. Der Temperaturfühler 21 ist verschiebbar im Adapter 22 gelagert und in Richtung des Bodens der Sackbohrung 20 durch eine Feder 23 vorbelastet. Dazu sitzt auf dem stabförmigen Temperaturfühler 21 ein Widerlager 24 mit der Feder 23, die sich an einer im Adapter 22 einschraubbaren Stellschraube 25 abstützt. Vom Temperaturfühler 21 gehen Signalleitungen 26 aus, die in einem zentralen Schutzrohr 27 verlegt sind. Das untere Ende 27a dieses Schutzrohres 27 und das obere Ende 22a des Adapters 22 bilden eine abgedichtete Schiebemuffe, was das Auswechseln des Lanzenkopfes 2 erleichtert und unterschiedliche Längenausdehnungen der etwa 20 Meter langen Rohre 27 und 12 erlaubt.

Das Schutzrohr 27 ist an mehreren axial verteilten Stellen an der Innenwandung des inneren Rohres 12 mittels federnder, radialer Stützelemente 29, die eine axiale Relativbewegung des Schutzrohres 27 gegenüber diesem Rohr 12 erlauben, zentrierend gehalten. Nur ganz oben ist das Schutzrohr 27 direkt und über radiale Stege 30 ortsfest mit dem Rohr 12 verbunden und abgedichtet aus dem Rohr 12 herausgeführt und zur Atmosphäre offen.

Um den Lanzenkörper 1 mit einem neuen Lanzenkopf 2 zu bestücken, wird bei wegen des Schiebesitzes 12a möglichen axialen Versatzes von innerem Rohr 12 und mittlerem sowie äußerem Rohr 13, 14 zunächst die Stellschraube 25 mit dem stabförmigen Temperaturfühler 21 in den Adapter 22 eingeschraubt. Der Adapter 22 ist dabei bereits auf der Innenseite des Düsenkörpers 2a vormontiert, so daß der Temperaturfühler 21 nach dem Einschrauben der Stellschraube 25 fest in der Sackbohrung 20 sitzt. Dann wird der Düsenkörper 2a mit seinem Anschlußstück 2d an das innere Rohr 12 an der Trennstelle 31 angesetzt und angeschweißt. Dabei sind das mittlere und das äußere Rohr 13, 14 auf dem inneren Rohr 12 beziehungsweise dem mittleren Rohr 13 zurückgeschoben. Anschließend werden das mittlere Rohr 13 und das äußere Rohr 14 an die Anschlußstücke 2b, 2c herangeführt, wobei das mittlere Rohr 13 das Anschlußstück 2c mit einem Schiebesitz übergreift und das äußere Rohr 14 angeschweißt wird. Das Abtrennen eines verschlissenen Lanzenkopfes 2 an den Schweißnähten erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß an der für Wasserdurchbrüche kritischsten Stelle einer Sauerstoffaufblaslanze, nämlich der dem Brennfleck gegenüberliegenden Stirnseite 11a des Düsenkörpers, die Temperatur überwacht wird, so daß bei einem drohenden Durchbruch, sei es wegen mechanischer Abnutzung der verbliebenen Wandstärke der Kühlkammer, sei es wegen Aufweichung der Kammerwände wegen hoher Wärmespitzen bei zu deren Abbau nicht ausreichender Kühlung, mit geringstmöglicher Verzögerung Gegenmaßnahmen getroffen werden können. Wegen der praktisch verzögerungsfreien Erfassung der aktuellen Temperatur ist es auch möglich, den Temperaturverlauf über die Zeit bei der Auswahl der Maßnahmen zu berücksichtigen, mit denen man einem Durchbruch entgegensteuern kann. Schließlich ist von Vorteil, daß es nicht nur möglich ist, die Sauerstoffaufblaslanze selbst vor Durchbrüchen zu schützen, sondern auch über die Temperaturerfassung und Regelung von den die metallurgische Behandlung beeinflussenden Faktoren, wie Sauerstoffzufuhr, Abstand des Lanzenkopfes vom Schmelzbadspiegel etc., den Prozeß des Frischens positiv zu beeinflussen. Wird zum Beispiel eine Temperatur gemessen, die weit unter der kritischen Grenze für einen Lanzendurchbruch liegt, so ist eine gezielte Abstandsverringerung zwischen Lanzenkopf und Schmelzenoberfläche möglich, wodurch der Frischprozeß beschleunigt und effizienter gemacht wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze in einem Konverter mit von einer wassergekühlten, aus einem schaftartigen Lanzenkörper (1) und einem Lanzenkopf (2) bestehenden Blaslanze auf den Schmelzbadspiegel aufgeblasenem Sauerstoff, bei dem die Temperatur im Lanzenkopf (2) der Blaslanze, die von der Stahlschmelze auf den Lanzenkopf (2) übertragen wird, mit mindestens einem im Lanzenkopf (2) vorgesehenen Temperaturfühler (21) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom im wärmeleitenden Kontakt mit der Wandung des Lanzenkopfes (2) angeordneten Temperaturfühlers (21) erfaßte Temperatur über die Wasserkühlung und/oder die Sauerstoffzufuhr und/oder die Zugabe von Zuschlagstoffen und/oder den Abstand des Lanzenkopfes (2) von dem Schmelzbadspiegel geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelung der stirnseitige Verschleiß des Lanzenkopfes (2) in Abhängigkeit von der Standzeit und der standzeitabhängigen Temperaturkurve als Korrekturgröße berücksichtigt werden.

3. Wassergekühlte, aus einem schaftartigen Lanzenkörper (1) und einem Lanzenkopf (2) bestehende Sauerstoffaufblaslanze mit einer durch den Lanzenkörper (1) verlaufenden und zu im Lanzenkopf (2) verteilten Blasdüsen (3, 4) führenden Sauerstoffzufuhrleitung (15), mit durch den Lanzenkörper (1) bis zu Kühlkammern (5-10) im Lanzenkopf (2) verlaufenden Zu- und Abfuhrkanälen (16, 17) für das Kühlwasser, und mit einem im Lanzenkopf (2) vorgesehenen Temperaturfühler (21), dessen Signalleitungen (26) durch den Lanzenkörper (1) verlaufen, insbesondere zur Verwendung bei einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (21) in wärmeleitendem Kontakt mit der Wandung des Lanzenkopfs (2) zwischen den Kühlkammern (5-10) angeordnet ist.

4. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (21) zentrisch in der Mittelachse des Lanzenkörpers angeordnet ist.

5. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitungen (26) in einem zentralen Schutzrohr (27) verlegt sind.

6. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mitte des Lanzenkörpers (1) angeordnete Sauerstoffzuleitung (15) von den als koaxiale Ringkanäle ausgebildeten Zu- und Abfuhrkanälen (16, 17) für das Kühlwasser umgeben ist, wobei der Abfuhrkanal (17) den äußeren Ringkanal und der Zufuhrkanal (16) den mittleren Ringkanal bilden.

7. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (21) mittels eines an der Innenseite des Lanzenkopfes (2) lösbar befestigten Adapters (22) in einer Sackbohrung (20) eines Steges (11) des Lanzenkopfes (2) steckt.

8. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (21) durch eine im Adapter (22) gehaltene Feder (23) in wärmeleitendem Kontakt mit dem Boden der Sackbohrung (20) gehalten wird.

9. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (27) den Adapter (22) nach Art einer Schiebemuffe abgedichtet übergreift.

10. Wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kühlkammern (5-10) des Lanzenkopfes (2) koaxiale Anschlußstücke (2b, 2c, 2d) für die weiterführende Sauerstoffzuleitung (15) und die weiterführenden Zu- und Abfuhrkanäle (16, 17) des Kühlwassers angesetzt sind.