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Die
Erfindung betrifft Sauerstofflanzen mit in einen Lanzenkopf integrierten
Düsen zum
Einblasen von Sauerstoff in metallurgische Behälter zur Stahlerzeugung (
DE 41 13 660 C1 ).
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Stand der
Technik
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Bei
der herkömmlichen
Stahlgewinnung im Thomas-Konverter
im Sauerstoff-Blasverfahren findet eine oben offene Konverterbirne
Verwendung, die mit einer basischen Auskleidung versehen ist und
in die zumindest bis zu 30 Prozent der Charge in Form von Eisenschrott
eingegeben wird. Darauf wird dem Konverter von oben her durch die
Birnenöffnung
flüssiges
Roheisen zugeführt,
das durch Reduzierung von Eisenerz im Hochofen erhalten wurde. Des
Weiteren werden der Schmelze innerhalb des Konverters Zuschlagstoffe
beigegeben, die zur einwandfreien Schlackenbildung und chemischen
Umwandlung des Eisens erforderlich sind. Schließlich wird eine Sauerstofflanze
von oben her in den Konverter abgesenkt bis in eine Stellung, in
der sich der Lanzenkopf in der Nähe
der Schmelzenoberfläche
befindet. Mit der Lanze wird durch in den Lanzenkopf integrierte
Düsen Sauerstoff
in mehreren Strahlen mit hoher Geschwindigkeit auf die Schmelze
geblasen, der der Lanze am oberen Ende zugeführt wird. Der Sauerstoff trifft
auf die Schmelzenoberfläche
mit einer solchen Kraft auf, dass eine Kraterbildung in der Schmelzenoberfläche auftritt.
Dabei werden nach dem LD-Verfahren im Roheisen enthaltene Begleitelemente
mit Hilfe des Sauerstoffs durch Oxidation entfernt. Diese unmittelbare
Sauerstoffzufuhr geschieht ohne zusätzliche Erhitzung allein unter
der Wärme,
die durch die chemische Reaktion des reinen Sauerstoffs mit dem
heißen
Eisen erfolgt.
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Der
Sauerstoff wird über
einen Zeitabschnitt der gesamten Zeitdauer des Stahlgewinnungsvorgangs
in den Konverter eingeblasen. Während
des Biasvorgangs ist der Konverter mit Rauch, Funken und Staub erfüllt. Durch
die aggressive und heiße Konverteratmosphäre, in der
während
des Blasvorgangs auch abrasive Metallpartikel mit hoher kinetischer
Energie im Konverterraum umherfliegen, wird ein Verschleiß des zum
größten Teil
aus Kupfer und unterschiedlichen Kupferlegierungen hergestellten Lanzenkopfes
mit den Sauerstoffblasdüsen
verursacht. Hierbei kann es zur "Bärenbildung" kommen, das heißt, Anbackungen
aus Stahl und Schlacke an der äußeren Geometrie
des Lanzenkopfes und durch den Verschleiß des Kupfermaterials des Lanzenkopfes
zu einer unkontrollierten Veränderung
der Düsengeometrien
nach etlichen Chargen und dadurch zu einem schlechteren Prozessverhalten
der Sauerstoffstrahlen oder im schlimmeren Fall zu einem Durchbruch
des Kühlwassers
des Lanzenkopfes in den Konverter.
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Die
vorstehend geschilderten Verschleißerscheinungen bedingen begrenzte,
von der Anzahl der Chargen abhängige
Standzeiten der Sauerstofflanzenköpfe, nach deren Ablauf die
Lanzenköpfe
mit einem verhältnismäßig hohen
Zeit- und Kostenaufwand erneuert werden müssen.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lanzenkopf der gattungsgemäßen Sauerstofflanze
zum Einblasen von Sauerstoff in metallurgische Behälter zur
Stahlerzeugung im Hinblick auf eine Verlängerung der Standzeiten zu
verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Sauerstofflanze mit einem Lanzenkopf mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1.
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Die
Unteransprüche
beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Erfindungsgedanke beruht darauf, den Lanzenkopf der gattungsgemäßen Sauerstofflanze zusätzlich zu
dem konzentrisch zur Lanzenachse angeordneten Düsenkranz mit äußeren Düsen zum Einblasen
von Sauerstoff in einen metallurgischen Behälter, insbesondere einen Konverter
mit einer Zentraldüse
mit einem vorgeschalteten Drosselelement auszustatten, durch die
ein von dem Hauptstrom des Sauerstoffs zu den äußeren Düsen des Düsenkranzes abgezweigter Teilstrom
des Sauerstoffs mit einem gegenüber
dem Druck des Hauptstroms verringerten Druck in den Behälterraum
zu blasen, derart, dass der Austrittsbereich vor den Düsen des
Düsenkranzes
freigeblasen und dadurch die Düsen
gegen die aggressive und heiße
Atmosphäre des
metallurgischen Behälters
geschützt
werden.
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Der
erfindungsgemäße Lanzenkopf
für Sauerstofflanzen
zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
Durch das Freiblasen
des Austrittsbereichs vor den Düsen
des Düsenkranzes
zum Einblasen von Sauerstoff in einen Konverter mittels des über die
Zentraldüse
eingeblasenen Sauerstoffstroms wird ein Bereich mit erhöhtem Druck
vor den Düsen
des Düsenkranzes
aufgebaut, der eine "Bärenbildung" in den Austrittsöffnungen
der Düsen
und den Verschleiß der Düsen durch
im Konverterraum umherfliegende Eisenpartikel verringert. Ferner
wird durch den aus der Zentraldüse
austretenden Sauerstoffstrahl die Strahlablenkung der aus den Düsen des
Düsenkranzes austretenden
Sauerstoffstrahlen positiv beeinflusst. Schließlich wird durch den Sauerstoffstrom
durch die Zentraldüse
eine zusätzliche
Kühlung
des Lanzenkopfes zur Wasserkühlung
bewirkt und es wird ein zentrales "Kühlschild" vor den Sauerstoffeinblasdüsen zum
Schutz derselben gegen die heiße
und abrasive Konverteratmosphäre
aufgebaut.
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Ausführungsbeispiel
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Die
erfindungsgemäße Sauerstofflanze
ist nachfolgend anhand von Zeichnungsfiguren erläutert, die folgendes darstellen:
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1 eine
schematisch Längsschnittdarstellung
eines Konverters mit einer Sauerstofflanze,
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2 eine
vergrößerte, teilweise
geschnittene Längsschnittdarstellung
einer ersten Ausführungsform
des Lanzenkopfes der Sauerstofflanze,
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3 eine
Stirnansicht des Lanzenkopfes nach 2,
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4 einen Teilquerschnitt nach Linie IV-IV der 2 und
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5 eine
Längsschnittdarstellung
einer weiteren Ausführungsform
des Lanzenkopfes.
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Der
Thomas-Konverter 1 gemäß 1 besteht
im Wesentlichen aus einer Konverterbirne 2, die mit einer
Auskleidung 3 aus basischem, feuerfestem Material versehen
ist und eine Charge aus Eisenschrott und flüssigem Roheisen unmittelbar
aus einem Hochofen aufnehmen kann. Die Birne 2 ist mit Drehzapfen 4 ausgestattet,
die von Drehlagern aufgenommen werden. Einer der Drehzapfen ist
mit einem Antrieb ausgerüstet,
durch den die Konverterbirne 2 zum Chargieren und Entleeren
gekippt werden kann. Eine Haube 5, die in vertikaler Stellung
der Birne 2 auf deren obere Öffnung 6 abgesenkt
werden kann, dient dazu, die während
des Stahlgewinnungsprozesses sich bildenden Dämpfe und Abgase in einen Schornstein
abzuführen.
An ihrem oberen Ende ist die Haube 2 mit einer zentralen Öffnung 7 versehen,
durch die eine Sauerstofflanze 8 durch die Haube 5 in
die Birne 2 so tief abgesenkt werden kann, bis sich der
Lanzenkopf 9 mit Abstand über der Oberfläche 11 der
Schmelze 10 befindet.
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2 zeigt
das untere Ende der Lanze 8 mit dem Lanzenkopf 9 in
einer vergrößerten Darstellung. Die
Lanze 8 aus Stahl besitzt ein zentrales Sauerstoffrohr 12,
ferner ein konzentrisch dazu angeordnetes Zwischenrohr 13 und
ein hierzu wiederum konzentrisches Außenrohr 14.
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Das
zylindrische Gehäuse 15 aus
Stahl des Lanzenkopfes 9 besitzt einen Einströmstutzen 16 für den Sauerstoff.
Bei der Montage des Lanzenkopfes 9 wird der Einströmstutzen 16 des
Gehäuses 15 des Lanzenkopfes 9 in
das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze 8 eingesteckt
und das aus Stahl hergestellte Gehäuse 15 des Lanzenkopfes 9 wird
mit dem Außenrohr 14 der
Lanze 8 verschweißt.
Der Einströmstutzen 16 des
Lanzenkopfgehäuses 15 ist
durch O-Ringe 17 gegen das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze 8 abgedichtet.
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Das
Gehäuse 15 des
Lanzenkopfes 9 ist mit einer Lanzenkopfschale 18 aus
Kupfer ausgestattet, an die Diffusorelemente 20 von als
Lavaldüsen
ausgebildeten äußeren Düsen 19 aus
Kupfer angeformt sind, die mit den Diffusorelementen 20 verlötet sind. Die
Düsen 19 zum
Einblasen von Sauerstoff in den Konverter 1 sind auf einem
Düsenkranz 21 konzentrisch
und mit einer bestimmten Anstellung zur Lanzenachse 22-22 angeordnet.
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An
die Lanzenkopfschale 18 ist ferner eine als Lavaldüse ausgebildete,
auf der Lanzenachse 22-22 angeordnete Zentraldüse 23 angeformt,
an die ein Düsenrohr 24 aus
Kupfer angelötet
ist. Das Düsenrohr 24 der
Zentraldüse 23 ist über einen
Verbindungsring 25 aus Kupfer mit einem zentralen Verlängerungsrohr 26 verlötet, dessen
Ende 27 über
den Einströmstutzen 16 des
Gehäuses 15 des
Lanzenkopfes 9 in das zentrale Sauerstoffrohr 12 der
Lanze 8 vorsteht. In das Ende 27 des Verlängerungsrohres 26,
das mittels einer Rohrhalterung 28 in dem Einströmstutzen 16 des
Gehäuses 15 des
Lanzenkopfes 9 befestigt ist, ist ein als Drosselscheibe 29 ausgebildetes
Drosselelement eingesetzt. Die Drosselscheibe 29 ist mit
parallel zur Lanzenachse 22-22 gerichteten Durchströmbohrungen 30 und
einer auf der Lanzenachse 22-22 angeordneten zentralen
Durchströmbohrung 31 ausgestattet.
Bei einer abgeänderten
Ausführung
der Drosselscheibe weist diese parallel und/oder schräg zur Lanzenachse
gerichtete Durchströmbohrungen
auf. Die Eintrittsenden 22 der äußeren Düsen 19 des Lanzenkopfes 9 stützen sich auf
dem Verbindungsring 25 der Rohre 24, 26 der Zentraldüse 23 ab
und sind mit diesem verlötet.
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Der
Sauerstoff wird über
einen Rohrstutzen 32 am oberen Ende 33 der Lanze 8 in
das zentrale Sauerstoffrohr 12 der Lanze eingeleitet. Das
Kühlwasser
für den
Lanzenkopf 9 strömt über einen
Eintrittsstutzen 34 am oberen Lanzenende 33 durch
das Außenrohr 14 der
Lanze 8 in den Lanzenkopf 9 zur Kühlung der
Düsen 19, 23 und
läuft über das
Zwischenrohr 13 der Lanze 8 und einen Austrittsstutzen 35 am
oberen Lanzenende 33 ab.
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Bei
Betrieb der Sauerstofflanze 8 wird ein Hauptstrom des Sauerstoffs
mit einem bestimmten Druck durch die äußeren Düsen 19 des Lanzenkopfes 9 in
den Konverter 1 eingeblasen, und ein von dem Hauptstrom
abgezweigter Teilstrom des Sauerstoffs wird mit einem durch die
Drosselscheibe 29 gegenüber
dem Druck des Hauptstroms reduzierten Druck über die Zentraldüse 23 zum
Freiblasen des Austrittsbereichs 36 vor den Düsen 19 in
den Konverter 1 geblasen.
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Bei
der in 5 dargestellten Ausführung der Sauerstofflanze 9 entfällt das
Verlängerungsrohr 26 und
die Drosselscheibe 29 ist innerhalb des Einströmstutzens 16 des
Lanzenkopfes 9 in den Verbindungsring 25 eingesetzt.
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Die
neue Sauerstofflanze bietet die Möglichkeit, durch den Einbau
eines Senders und eines Empfängers
den Abstand und die Bewegung der elektromagnetische Wellen reflektierenden
Schlacken- und Schmelzenoberfläche
in metallurgischen Behältern
bei der Metallerzeugung zu messen.
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- 1
- Thomas-Konverter
- 2
- Konverterbirne
- 3
- Auskleidung
von 2
- 4
- Drehzapfen
- 5
- Haube
von 2
- 6
- obere Öffnung von 2
- 7
- zentrale Öffnung von 5
- 8
- Sauerstofflanze
- 9
- Lanzenkopf
- 10
- Schmelze
- 11
- Schmelzenoberfläche
- 12
- zentrales
Sauerstoffrohr von 8
- 13
- Zwischenrohr
von 8
- 14
- Außenrohr
von 8
- 15
- zylindrisches
Gehäuse
von 9
- 16
- Einströmstutzen
von 9
- 17
- Dichtring
von 16
- 18
- Lanzenkopfschale
von 15
- 19
- äußere Düse von 9
- 20
- Diffusorelement
von 19
- 21
- Düsenkranz
- 22-22
- Lanzenachse
- 23
- Zentraldüse
- 24
- Düsenrohr
von 23
- 25
- Verbindungsring
von 24-26
- 26
- Verlängerungsrohr
- 27
- Ende
von 26
- 28
- Rohrhalterung
von 26
- 29
- Drosselscheibe
in 27
- 30
- Durchströmbohrung
von 29
- 31
- zentrale
Durchströmbohrung
von 29
- 32
- Rohrstutzen
für Sauerstoff
an 33
- 33
- oberes
Ende von 8
- 34
- Eintrittsstutzen
an 33 für
Kühlwasser
- 35
- Austrittsstutzen
an 33 für
Kühlwasser
- 36
- Austrittsbereich
von 19