DE2058159C3 - Verfahren zur Herstellung eines mit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbaren Düsenkopfes - Google Patents

Description

tigkeit erforderlich ist, weil es sehr schwierig ist, die sehr dicht nebeneinander angeordneten Düsenrohre rundum mit der Stirnplatte und mit dem Einlaufstück zu verbinden. Die Haltbarkeit der so hergestellten Mehrlochdüsen wurde zwar verbessert, doch sind vorzeitige Ausfälle der Düsenköpfe durch unvermeidbare Mängel bei der Fertigung gegeben. Ein besonderer Nachteil 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 Austrittsöffnungen kann es vorkommen, daß die Lötverbindung dieser Trennebene aufgeht, was einen Ausfall des Düsenkopfes zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Düsenkopfes der eingangs be?eichneten Art, welches eine einfache, betriebssichere und billige Fertigung bei gleichzeitig verbesserter Haltbarkeit der hergestellten Düsen- -ⁿ köpfe ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Düsenkopfes der eingangs bezeichneten Art 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, Dre- J<> hen od. dgl.; Bohren von zur Düsenkopfachse 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 J > 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; Eihitzen 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 RiEIe am Einlaufstück und einer Auflagefläche an den Rippen der Stirnplatte.

Zweckmäßig werden die zusammengefügten beiden Rohlinge auf eine Hilfsvorrichtung aufgesetzt, ίο 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 EinlaufstUck und die Stirnplatte und gegebenenfalls der Wasserumlenkkörper 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- bis 25fachen, vorzugsweise 10- bis 15fachen, liegt.

Es kann auch ein zweiteiliger ringförmiger Wasserumlenkkörper verv/endet werden.

In den Zeichnungen stellt Fig. 1 a einen Vertikalschnitt durch einen mit . iner Blaslanze verbundenen Düsenkopf nach der bekannten Konstruktions- und Fertigungstechnik dar; Fig. Ib ist ein Horizontalschnitt nach der Linie I-I der Fig. la. Fig. 2a ist ein Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Düsenkopf und Fig. 2b der Horizontalschnitt nach der Linie H-II der Fig. 2 a. Die Fig. 3 a, 3 b und 3 c veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren und zeigen Vertikalschnitte durch die Rohlinge für das Einlaufstück bzw. die Stirnplatte sowie durch den Wasserumlenkkörper. 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 bekannte 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 Einlaufstüdi 3, drei einzelnen Düsenrohren 4 und der Stirnplatte 5, die durch Löten oder Schweißen miteinander fest verbunden sind. Die Achser 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 nach unten zur Stirnplatte 5 strömt. Zwischen den einzelnen Teilen 3, 4,5 des Düsenkopfes 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 und daher beim betrieblichen Einsatz im Konverter sehr gefährdet sind. Aus F i g. 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 EinlaufstUck 3 mit dem Sauerstoff :ohr 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 Wasserumlenkring 2, der auf Rippen 15 der Stirnplatte 5 aufliegt, fest verbunden ist, so daß auch die Stirnplattc 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. 2 a ein erfindungsgemäß hergestellter Düsenkopf därgestoJlt. Er weist einen nur aus zwei Teilen bestehenden Düsenkopf 1' auf, nämlich das Einlaufstück 3' mit rohrförmigen Ansätzen 17 und eine Stirnplatte 5' 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 jnd in einer Ebene liegen, die zur Düsenkopfachse 33 senkrecht steht. Eine Lösung dieser Verbindung infolge Wärmeeinwirkung is* nicht möglich, weil die Verbindungsstellen etwa in der Mitte des Düsenkopfes 1' liegen. Es ist zweckmäßig, die Ebene der Verbindungsstellen 18 in einem Abstand von V₄ bis V, der Eauhöhc des Düsenkopfes 1' von der Stirnfläche oder Oberfläche der Stirnplatte 5' anzuordnen. Im Wasserumlenkrinß2'sind Ausnehmun-

gen 6' vorgesehen, die die Rohre 16 um etwa ^:/, ihres Umfangcs umgeben, wodurch durchgehende ringförmige Kanäle gebildet werden; in Fig. 2a ist die Wa.. serströmung durch Pfeile veranschaulicht. Die Geschwindigkeit des Kühlwassers wird beim Durchströmen des Düsenkopfes im Bereich des Wasscrumlenkringcs 2' annähernd kontinuierlich bis zu einem Maximum gesteigert, welches am Eintritt des Kühlwassers in den durch die Rohre 10, 11 gebildeten Raum erreicht wird. Der Wasserumlenkring 2' liegt auf schmalen Rippen 15' (Fig. 2h) auf. Der Wasseriimlenkring 2' ist vorzugsweise einteilig ausgeführt, !m Bereich des Einlaiifstückes 3' ist eine Rille oder Kerbe 20 vorgesehen, in welche Stellschrauben 19 zur Zentrierung des Wasserführungsrohres 10 gegenüber dem Sauerstoffrohr 9 eingreifen.

Fig. 3a zeigt den im Gesenk aus einem in einer oiler zwei Hitzen vorgeformten Block geschmiedeten

drei konische Zapfen 22 auf, welche der äußeren Form der rohrförmigen Ansätze 17 entsprechen. Fig. 3c zeigt den im Gesenk aus einem in einer oder zwei Hitzen vorgeformten Block geschmiedeten Rohling 25 für die Stirnplatte 5'. wobei eine 5- bis ZMachc Gesamtvcrformung angewendet werden soll; vorzugsweise ist eine 10- bis I5^fache Verformung zur Herstellung eines feinkörnigen und dichten Gefüges erforderlich. Die Rohlinge 21, 25 bestehen vorzugsweise aus sauerstofffreiem Elektrolytkupier. Grundsätzlich kann man auch andere Metalle, z. B. Reinnikkei oder rostfreien Stahl zur Herstellung einsetzen. Die Rohlinge 21. 25 besitzen eine äußere Form, die ein späteres Anarbeiten 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 Ansätze 17. 16 strichlicrt eingezeichnet. Nach dem Schmieden werden an den Enden der Zapfen 22, 26 plane Flächen 28. 28'. welche zur Düsenkopfachse 33

senkrecht stehen, erzeug', und Körnerlöcher 23. 23 eingeschlagen, damit durch die Zapfen 22. 26 führende Bohrungen 29 (Fig. 4) hergestellt werden können. In Fig. 3b ist der vorzugsweise aus Stahl gefertigte, einteilige Wasserumlenkring 2' dargestellt. Dieser Wasserumlenkring 2' liegt auf Auflageflächen 21 (Fig.3c)der Rippen 15'derStirnplatle5'auf,wenndci Düsenkopf an die Blaslanze angeschlossen ist.

Fig. 4 zeigt eine Hilfsvorrichtung für das Zusammenfügender Rohlinge 21.25, weichpaus einer Platte 30 und senkrecht angeordneten Fiihrungsstiften 32 bestellt. In die Rohlinge 21. 25 sind vorher durch die Zapfen 22, 26 Löcher 29 gebohrt worden, welche innerhalb der vorgesehenen, strichliert gr-"· ich nc ι en lichten Weiten der rohrförmigen Ansätze 17, 16 liegen. Die Führungsstifte 32 greifen in diese Löcher 29 ein und ergchen eine Zentrierung für die Rohlinge 25, 21. Zwischen den Trennflächen 28. 28' wird .'<^:i I /^t in I'firm vnn rincifiirmiu»· ;i 1 litfnlipn pinpplpot *- o- - o-·- — — ·- - ---σ- ■ -σ-

worauf die Erwärmung auf Löttemperatur von etwii 700 bis ¹M)O" C in einem tempcraturgeregcltcn Ofen erfolgt. Anschließend muß langsam abgekühlt werden, wobei eine feste Lötverbindung zwischen der Rohlingen 21. 25 erzeugt «ird. 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 Fühl ungsst^:ftcn 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 erfolgl die mechanische Bearbeitung, d. h. das Ausdreher 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). Dei fertige Düsenkopf Γ kann anschließend zusammen mit dem Wasscrumlenkring mit den Rohren 9, 10, 11 der Blaslanze verschweißt werden, wobei mit Hilfe der Stellschrauben 19 eine Zentrierung des Rohre? 10 durchführbar ist.

Hierzu 4 Blatl Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbaren Düsenkopfes mit einer oder mehreren Austrittsöffnungen für ein gasförmiges Frischmittel und gegebenenfalls feinkörnige Zuschlagstoffe, mit einem Einlaufstück sowie mit einem oder mehreren, einer, wassergekühlten Raum durchsetzenden Düsenrohren, die mit einer Stirnplatte verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellung von Rohlingen für das Einlaufstiick und die Stirnplatte, unter Ausbildung einer der Anzahl der Düsenrohre entsprechenden Anzahl von Zapfen;

b) Herstellung von planen, senkrecht zur Düsenkopfachse stehenden Flächen an den Enden der Zapfen beider Rohlinge, z. B. durch Fräsen;. Schleifen, Drehen od. dgl.;

c) Bohren von zur Düsenkoptachse parallelen, in gleichem Abstand voneinander angeordneten Löchern durch die Zapfen beider Rohlinge im Bereich der später herzustellenden Austrittsöffnungen;

d) Zusammenfügen der mit den Löchern versehenen beiden Rohlinge und Einlegen von vorzugsweise ringförmigen Lötfolien zwischen die Berührungsflächen der Zapfenenden beider Rohlinge, wobei gegebenenfalls vorher ί in vorgefertigter ringförmiger Wasserumlenkkörper auf den Rohling für das Einlaufstück gelegt wird;

e) Erhitzen der Rohlinge ?·$ Löttemperatur und anschließendes Abkühlen;

f) 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefügten beiden Rohlinge auf eine Hilfsvorrichtung aufgesetzt werden, 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.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohlinge für das Einlaufstück und die Stirnplatte und gegebenenfalls der Wasserumlenkkörper durch Schmieden in Gesenken gefertigt werden, 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 S- bis 25fachen, vorzugsweise 10- bis 15fachen liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiteiliger ringförmiger Wasserumlenkkörper verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer wassergekühlten Blaslanze verbindbaren Düsenkopfes mit einer oder mehreren Austrittsöffnungen für ein gasförmiges Frischmittel und gegebenenfalls feinkörnige Zuschlagstoffe, mit einem Einlaufstück sowie mit einem oder mehreren, einen wassergekühlten Raum durchsetzenden Düsenrohren, die mit einer Stirnplatte verbunden sind.

Beim Sauerstoffaufblaseverfahren 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 seiuerstofffreiem 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 Sauerstoffaufblase-

-° Verfahrens wurden zunächst Blaslanzen mit nur einer einzigen Austrittsöffnung für den Sauerstoff und gegebenenfalls feinkörnige Zuschlagstoffe verwendet. Die Blaslanzen bestanden gewöhnlich aus einem Sauerstoffzuführungsrohr 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 Austrittsöffnungen, sogenannte Mehrlochdüsen, eingesetzt, aus welchen das Frischmittel in mehreren Strahlen, deren Achsen zur Blaslanzenachse unter einem bestimmten Winkel geneigt sind, austritt, so daß die Reaktionsfläehe des Sauerstoffes mit der Schmelze vergrößert wurde. Heute werden die meisten Sauerstoffaufblasckonverter mit Mehrlochdüsen, die z. B. drei, vier, fünf oder sechs Austrittsöffnungen aufweisen, ausgestattet. Die Düsenköpfe für diese Riaslanzen wurden zunächst genauso hergestellt wie jene.i'r 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 Leckwerden und einen ungünstigen Blasverlauf verursachen kann, was zu einem Auswurf von Schlacke und Metall aus dem Konverter und zu einem höheren Stickstoffgehalt des Strahles 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 Gefügestruktur und sind für diesen Verwendungszweck ungeeignet. Nach der bisherigen Arbeitsweise werden z. B. für die Herstellung einer Dreilochdüse 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 Fer-