DE2034575A1

DE2034575A1 - Mit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbarer Düsenkopf

Info

Publication number: DE2034575A1
Application number: DE19702034575
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Smejkal Hellmuth Ing Vereb Hans Eicher Karl Linz Schweng (Osterreich)
Original assignee: Vereinigte Osterreichische Eisen und Stahlwerke AG, Linz (Osterreich)
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1970-07-11
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FI50341B; ES382405A1; DE2058159B2; US3662447A; FI50341C; ES187281Y; AT318673B; ZA705327B; DE2058159A1; JPS5036405B1; ES187281U; DE2034575B2; DE2034575C3; SE382468B; LU61505A1; DE2058159C3; DE7026215U; GB1318721A; FR2056865A5; CA948404A

Description

Vereinigte österreichische 29.10.1970

Eisen- und Stahlwerke ·
Aktiengesellschaft in Linz
(Österreich)

Mit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbarer Düsenkopf

Die Erfindung betrifft einen mit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbaren Düsenkopf mit eher oder mehreren Austrittsöffnungen für ein gasförmiges Frischmittel und gegebenenfalls feinkörnige Zuschlagstoffe, mit einem Einlaufstück, einem oder mehreren, einen wassergekühlten Raum durchsetzenden Düsenrohren, die mit einer Stirnplatte verbunden sind.

Beim Säuerstoffaufblaseverfahren wird der zum Frischen des Roheisens erforderliche Sauerstoff durch wassergekühlte Blaslanzen auf das Metallbad geblasen. Diese Blaslanzen haben an ihrem unteren Ende einen Düsenkopf, der meist aus sauerstofffreien Elektrolytkupfer hergestellt wird, wodurch wegen der guten Wärmeleitfähigkeit und der geringen Affinität des Kupfers zum Sauerstoff eine gute Haltbarkeit erreicht wird.

Im Zuge der Entwicklung des SauerstoffaufblaseVerfahrens wurden zunächst Blaslanzen mit nur einer einzigen AustrittsÖffnung für den Sauerstoff und gegebenenfalls feinkörnige Zuschlagstoffe verwendet. Die Blaslanzen bestanden gewöhnlich aus einem Säuerstoffzuführungsrohr und einem Düsenkopf, wobei die Austrittsöffnung im Düsenkopf vorzugsweise konvergierend divergierend (Lavaldüse) geformt war. Die Herstellung der Düsenköpfe erfolgte durch spanabhebende Formgebung eines vorgeschmiedeten Rohlings. Später wurden mit zunehmender Konvertergrösse Düsenköpfe mit mehreren Aus-

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trittsöff nungen, sogenannte Mehrlochdüsen, eingesetzt, aus welchen das Frischmittel in mehreren Strahlen, deren Achsen zur Blaslanzenachse unter einem bestimmten Winkel geneigt sind, austritt, so daß die Reaktionsfläche des Sauerstoffes mit der Schmelze vergrößert wurde. Heute werden die meisten Sauerstoffaufblasekonverter mit Mehrlochdüsen, die z. B. drei, vier, fünf, oder sechs Austrittsöffnungen aufweisen, ausgestattet. Die Düsenköpfe für diese Blaslanzen wurden zunächst genau so hergestellt wie jene für die Einlochdüsen. Es zeigte sich jedoch, daß dieses Herstellungsverfahren ungeeignet ist, weil infolge mangelhafter Kühlung des Mittelteiles des Düsenkopfes - des sogenannten Sterns - ein starker Verschleiß eintritt, der ein Leekwerden und einen ungünstigen Blasverlauf verursachen kann, was zu einem Auswurf von Schlacke und Metall aus dem Konverter und zu einem höheren Stickstoffgehalt des Stahles führt. Es wurde erkannt, daß der bisher aus einem Stück bestehende Düsenkopf in mehrere Einzelteile aufgelöst werden muß; die Einzelteile müssen für sich gefertigt und anschließend durch Löten oder Schweißen verbunden werden, damit ein Kühlwasserzutritt zu den einzelnen Düsenrohren ermöglicht wird. Die Einzelteile werden vorwiegend durch Schmieden hergestellt, damit ein feinkörniges Gefüge im Werkstoff vorliegt; gegossene Teile haben eine grobe und poröse Gefüge struktur und sind für diesen Verwendungszweck ungeeignet. Nach der bisherigen Arbeitsweise werden z. B. für die Herstellung einer Breilochdüse ein Einlaufstück und eine Stirnplatte durch Schmieden im Gesenk gesondert gefertigt, worauf diese Teile spanabhebend bearbeitet und durch drei vorgefertigte Düsenrohre miteinander durch Löten oder Schweißen verbunden wurden. Diese Fertigungsweise erfordert eine sehr genaue Bearbeitung und Passung der Einzelteile sowie einen beträchtlichen Zeitaufwand für das Löten oder Schweißen, wobei eine besondere handwerkliche Fertigkeit erforderlich ist, weil es sehr schwierig ist, die sehr dicht nebeneinander angeordneten Düsenrohre rundum mit der Stirnplatte und mit dem Einlauf stück zu verbinden. Die Haltbar-

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keit der so hergestellten Mehrlochdüsen wurde zwar verbessert, doch sind vorzeitige Ausfälle der Düsenkopfe durch, unvermeidbare Mangel bei der Fertigung gegeben. Ein besonderer EFachteil besteht darin, daß in dem Teil des Düsenkopfes, der mit dem Sauerstoff in Berührung gelangt, zwei Trennebenen vorhanden sind, von denen die eine sehr nahe der Oberfläche der Stirnplatte liegt. Bei einem Abbrand des Düsenkopfes in der Umgebung der Austritts öffnungen kann es vorkommen, daß die Lötverbindung dieser Trennebene aufgeht, was einen Ausfall des Düsenkopfes zur Folge hat.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Düsenkopfes für Sauerstoff blaslanzen mit einer oder mehreren Äustrittsöffnungen, welcher diese Nachteile, und Schwierigkeiten vermeidet. Weiters zielt die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Düsenkopfes ab, welches eine einfache, betriebssichere und billigere Fertigung, bei gleichzeitig verbesserter Haltbarkeit der hergestellten Düsenköpfe ermöglicht.

Die Erfindung besteht bei einem Düsenkopf der eingangs definierten Art darin, daß sowohl das Einlauf stück, als auch die Stirnplatte rohrförmige Ansätze aufweisen, die miteinander zur Bildung der Düsenrohre verbunden sind, wobei die Verbindungsebene senkrecht zur Düsenkopf achse in einem Abstand von etwa 1/4 bis 2/3, vorzugsweise etwa 1/3 der Bauhöhe des Düsenkopfes von der Stirnplatte liegt.

Vorzugsweise liegt ein Wasserumlenkkörper auf Hippen der Stirnplatte auf, der eine der Anzahl und Form der Düsenrohre entsprechende Anzahl von Ausnehmungen aufweist, wobei die w'ände der Ausnehmungen die Düsenrohre um mindestens 2/3 ihres Umfanges umgeben, wodurch ringförmige durchgehende Kühlwasserkanäle gebildet werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellring eines Düsenkopfes ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Herstellung von Rohlingen für das Einlaufstück und die Stirnplatte, unter Ausbildung einer der Anzahl der Düsenrohre entsprechenden Anzahl von Zapfen; Herstellung von planen, senkrecht zur Düsenkopfachse stehenden Flächen an den Enden der Zapfen beider Rohlinge, z. B. durch Fräsen, Schleifen, Drehen oder dgl.; Bohren von zur Düsenkopf achse parallelen, in gleichem Abstand voneinander angeordneten Löchern durch die Zapfen beider Rohlinge im Bereich der später herzustellenden Austrittsöffnungen; Zusammenfügen der mit den Löchern versehenen beiden Rohlinge und Einlegen von vorzugsweise ringförmigen Lötfolien zwischen die Berührungsflächen der Zapfenenden beider Rohlinge, wobei gegebenenfalls vorher ein vorgefertigter ringförmiger Wasserumlenkkörper auf den Rohling für das Einlaufstück gelegt wird; Erhitzen der Rohlinge auf Löttemperatur und anschließendes Abkühlen; mechanische Bearbeitung der miteinander verlöteten Rohlinge, mittels Ausbohren oder Ausdrehen der Austrittsöffnungen, Anarbeiten der Schweißkanten für die Verbindung mit den Rohren der Blaslanze, .ausdrehen einer Rille am Einlaufstück und einer Auflagefläche an den Rippen der Stirnplatte, worauf der aus dem Einlaufstück und der Stirnplatte bestehende fertige Düsenkopf, gegebenenfalls mit einer Blaslanze verbunden wird. '

Zweckmäßig werden die zusammengefügten beiden Rohlinge auf eine Hilfsvorrichtung aufgesetzt, welche eine Platte und senkrecht dazu angeordnete Führungsstifte umfaßt, welche Führungsstifte in die Löcher der Rohlinge eingreifen und eine Zentrierung und Fixierung dieser Teile herbeiführen„

Vorzugsweise werden die beiden Rohlinge für das Einlaufstück und die Stirnplatte und gegebenenfalls der toasserumlenkkörper durch Schmieden in Gesenken gefertigt, wobei ein in einer oder mehreren Hitzen vorgeschmiedetes und gestauchtes Material, insbesondere Kupfer, verwendet

wird, so daß sich eine möglichst hohe Verformung ergibt, welche bei Herstellung des Rohlings für die Stirnplatte etwa im Bereich des 5~ his 25-Fachen, vorzugsweise 10- bis 15-Fachen, liegt.

Es kann auch ein zweiteiliger ringförmiger Wasserumlenkkörper verwendet werden.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Fig. la ist ein Vertikalschnitt durch einen mit einer Blaslanze verbundenen Düsenkopf nach der bekannten Konstruktions- und Fertigungstechnik, wie diese auch bei der Anmelderin bisher geübt wurde, Fig. Ib ist ein Horizontalschnitt nach der Linie I - I der Fig. la. Fig. 2a ist ein Vertikalschnitt durch den erfindungsgemäßen Düsenkopf und Fig. 2b der Horizontalschnitt nach.der Linie II - II der Fig. 2a. Die Fig. 3a, 3b und 3c veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren und zeigen Vertikalschnitte durch die Rohlinge für das Einlaufstück bzw. die Stirnplatte sowie durch den Viasserumlenkkorper. Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt durch die mit Hilfe einer Hilfsvorrichtung zusammengefügten Rohlinge für das Einlaufstück und die Stirnplatte nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der als Stand der Technik vorauszusetzende Düsenkopf nach Fig. la besitzt einen mit dem Frischmittel in Berührung gelangenden Düsenkopf 1 und einen eigenen Bauteil bildenden Wasserumlenkring 2, der das Kühlwasser zum Düsenkopf 1 lenkt. Der Düsenkopf 1 besteht aus einem Einlaufstück 3, drei einzelnen Düsenrohren 4- und der Stirnplatte 5, die durch Löten oder Schweißen miteinander fest verbunden sind. Die Achsen der Düsenrohre 4- sind zur Vertikalen geneigt. Im Wasserumlenkring 2 sind Ausnehmungen 6 vorgesehen, zwischen deren Wänden und den Düsenrohren 4- ringförmige Kanäle gebildet werden, durch welche das Kühlwasser mit hoher Geschwindigkeit im Sinne der in Fig. la eingezeichneten Pfeile

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nach unten zur Stirnplatte 5 strömt» Zwischen den einzelnen Teilen 3» 4-, 5 des Düsenkopf es 1 bestehen insgesamt sechs Verbindungsstellen (jeweils drei an den durch 7 und 8 bezeichneten Stellen), von welchen die drei Verbindungsstellen 7 in einer Ebene nahe der Oberfläche der Stirnplatte 5 liegen *ond daher beim betrieblichen Einsatz im Konverter sehr gefährdet sind. Aus Fig. la ist deutlich erkennbar, daß es außerordentlich schwierig ist, die konisch ausgebildeten Düsenrohre 4, welche sehr nahe nebeneinander angeordnet sein müssen, mit der Stirnplatte 5 und dem Einlaufstück 3 rundum dicht zu verlöten oder zu verschweißen. Der Düsenkopf 1 ist an seinem Einlauf stück 3 mit dem Sauerstoffrohr 9 der Blaslanze und an seiner Stirnplatte 5 mit dem Außenrohr 11 verschweißt oder verlötet. Zwischen den .Rohren 9 und 11 ist ein Wasserführungsrohr 10 eingebaut» welches mit dem Wasser umlenkring 2, der auf Rippen Vp der Stirnplatte 5 aufliegt, fest verbunden ist, so daß auch die Stirnplatte intensiv gekühlt wird« Die besonders gefährdeten Zonen der Stirnplatte 5 sind der mit 12 bezeichnete Mittelteil (Stern) und die Kanten 13 im Bereich der Austrittsöffnungen 14- für den Sauerstoff.

Gegenüber der bekannten Ausführung ist in Fig. 2a der erfindungsgemäße Düsenkopf dargestellt. Er weist einen nur aus zwei Teilen bestehenden Düsenkopf I¹ auf, nämlich das Einlauf stück 3¹ mit rohrförmigen Ansätzen 17 und eine Stirnplatte 5¹ mit rohrförmigen Ansätzen 16, wobei nur noch drei Verbindungsstellen 18 vorhanden sind, welche sich in einem großen Abstand von der Stirnfläche der Stirnplatte 5' befinden und in einer Ebene liegen, die zur Düsenkopfachse 33 senkrecht steht. Eine Lösung dieser Verbindung infolge Wärmeeinwirkung ist nicht möglich, weil die Verbindungsstellen etwa in der Mitte des Düsenkopfes I¹ liegen. Es.ist zweckmäßig, die Ebene der Verbindungsstellen 18 in einem Abstand von 1/4 bis 1/3 der Bauhöhe des Düsenkopfes I¹ von der Stirnfläche oder Oberfläche der Stirnplatte 5^S anzuoi'dnen. Im Wasserumlenkring 2' sind Ausnehmungen 6^S vorgesehen, die die Rohre 16 um etwa 2/3 ihres Umfanges uiiigeTben, wodurch

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durchgehende ringförmige Kanäle gebildet werden; in Fig. 2a ist die Wasserströmung durch Pfeile veranschaulicht. Die Geschwindigkeit des Kühlwassers wird beim Durchströmen des Düsenkopf es im Bereich des Wasserumlenkringes 2' annähernd kontinuierlich bis zu einem Maximum gesteigert, welches am Eintritt des Kühlwassers-in den durch die Bohre 10, 11 gebildeten Kaum erreicht wird. Der lasserumlenkring 2' liegt auf schmalen Kippen 15' (Fig. 2b) auf. Der Wasserumlenkring 2* ist vorzugsweise einteilig ausgeführt. Im Bereich des Einlaufstückes 3¹ ist eine Rille oder Kerbe 20 vorgesehen, in welche Stellschrauben 19 zur Zentrierung des \/a-sserführungs-■ rohres IO gegenüber dem Sauerstoffrohr 9 eingreifen»

Fig. 3a zeigt den im Gesenk aus einem in einer oder zwei Hitzen vorgeformten Block geschmiedeten Rohling 21 für das Einlauf stück 3¹. Der Rohling 21 weist drei konische Zapfen 22 auf, welche der äußeren Form der rohrförmigen An sätze 17 entsprechen. Fig. 3c zeigt den im Gesenk aus einem in einer oder zwei Hitzen vorgeformten Block geschmiedeten Rohling 25 für die ötirnplatte 5', wobei eine 5- bis 25fache Gesamtverformung angewendet werden soll; vorzugsweise ist eine 10- bis 15fache Verformung zur Herstellung eines feinkörnigen und dichten Gefüges erforderlich. Die Rohlinge 21, 25 bestehen vorzugsweise aus sauerstoff freiem Elektrolytkupfer. Grundsätzlich kann man auch andere Metalle, z. B. Reinnickel oder rostfreien Stahl zur Herstellung einsetzen. Die Rohlinge 21, 25 besitzen eine äußere Form, die ein späteres iinarbeiten der erforderlichen Schweißkanten 24, 24-' und Ausnehmen der Rille 20 für die Verbindung mit der Blaslanze bzw. für den Eingriff der Stellschrauben 19 ermöglicht. In Fig. 3a und 3c ist die Kontur der lichten Weiten der rohrförmigen -ahsätze 17, 16 strichliert eingezeichnet. Nach dem Schmieden werden an den Enden der Zapfen 22, 26 plane Flächen 28, 28·, weiche zur Düsenkopfachse 33 senkrecht stehen, erzeugt und Körnerlöciier 23, 23' eingeschlagen, damit durch die Zapfen. 22, 26 führende Bohrungen 29 (Fig. 4) hergestellt

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werden können. In Fig. 3b ist der vorzugsweise aus Stahl gefertigte, einteilige Wasserumlenkring 2¹ dargestellt. Dieser Vi/asserumlenkring 2' liegt auf Auflageflächen 27 (Fig. 3c) der Rippen 15' der Stirnplatte 5¹ auf, wenn der Düsenkopf an die Blaslanze angeschlossen ist.

Fig. 4 zeigt eine Hilfsvorrichtung für das Zusammenfügen der Rohlinge 21, 25, welche aus einer Platte 30 und senkrecht angeordneten Führungsstiften 32 besteht ο In die Rohlinge 21, 25 sind vorher durch die Zapfen 22, 26 Löcher 29 gebohrt worden, welche innerhalb der vorgesehenen, strichliert gezeichneten lichten Weiten der rohrförmigen Ansätze 17, 16 liegen. Die Führungsstifte 32 greifen in diese Löcher 29 ein und ergeben eine Zentrierung für die Rohlinge 25? 21. Zwischen den Trennflächen 28, 28' wird ein Lot in Form von ringförmigen Lötfolien eingelegt, worauf die Erwärmung auf Löttemperatur von etwa 700 bis 900° C in einem temperaturgeregelten Ofen erfolgt. Anschließend muß langsam abgekühlt werden, wobei eine feste Lötverbindung zwischen den Rohlingen 21, 25 erzeugt wird. Wenn - wie in Fig. 4 dargestellt ~ ein einteiliger Wasserumlenkring 2' verwendet wird, so wird dieser nach dem Aufsetzen des Rohlings 21 auf die aus der Platte 30 und den Führungsstiften 32 bestehende Hilfsvorrichtung eingelegt, worauf der Rohling 25 mit dem Rohling 21 zusammengefügt wird. Nach dem "Verlöten der Rohlinge 21, 25 wird die Hilfsvorrichtung entfernt und es erfolgt die mechanische Bearbeitung, d. h. das Ausdrehen bzw. -bohren der lichten weiten der rohrförmigen Ansätze 16, 17» der Schweißkanten 24, 24', der Rille 20 und der Auflageflächen 27 (Fig. 3a bzw. 3c). Der fertige Düsenkopf 1' kann anschließend zusammen mit dem Wasserumlenkring mit den Rohren 9» 10, 11 der Blaslanze verschweißt werden, wobei mit Hilfe der Stellschrauben 19 eine Zentrierung des Rohres 10 durchführbar ist.

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Claims

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ereinigte Os terreichisehe Eisen- · OKt. 19/Q

uicl Stahlwerke Aktiengesellschaft
.i Lina (Österreich)

Pat ent ansp rüche

I-iit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbarer Dücc-nkopf mit einer oder mehreren Austrittsöffnungen für ein.-gasförmiges Pri schmitt el und gegebenenfalls feinkörnige Zuschlagstoffe, mit einem Einlaufstück, einem oder mehreren, einen wassergekühlten Raum durchsetzenden Düsenrohren, die mit einer Stirnplcitte verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sov/ohl das Einlauf stück (p')'als auch die Stirnplatte (3^f) rohrförmige Ansätze (16,17) aufweisen, die miteinander zur Bildung der Düsenrohre verbunden sind, wobei die. Yerbindungsebene (l8) senkrecht zur Düsenkopfachse (55.) in einem Abstand von etwa l/}\- bis 2/5, vorzugsweise etwa 1/5 der Bauhöhe dds Düsenkopfes (I')* von der Stirnplatte (5¹) liegt.

Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß cux*.-Rippen (15* ) der Stirnplatte (5^! ) ein Wasserumlenkkörper (2') aufliegt, der eine der Anzahl und Form der Dünonrohrc entsprechende Anzahl von Ausnehmungen (6¹) aui'v/eist, v/obei die V/Unde der Ausnehmungen (6' ) die Dürienrohi'e um mindestens 'd/'j ihres Umfanges umgeben, wodurch ringförmige durchgehende Kühlwasserkanäle ge-Ijildet werden.

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