DE2112180C3

DE2112180C3 - Gekühlte Lanze

Info

Publication number: DE2112180C3
Application number: DE2112180A
Authority: DE
Inventors: Joseph W. Bethlehem Pa. Hlinka
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1971-03-13
Publication date: 1981-10-22
Also published as: GB1348920A; FR2083329A1; FR2083329B1; US3642060A; DE2112180A1; CA947070A; DE2112180B2

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Lanze, die zum Einblasen von Medien und als Instrumententräger geeignet ist, für metallurgische Gefäße, enthaltend ein Innenrohr, durch welches das Medium durchströmt bzw. welches als Instrumententräger dient, ein Außenrohr, welches an der Lanzenspitze mit dem Innenrohr verbunden ist, und ein zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr liegendes Trennrohr, welches sich bis in die Lanzenspitze erstreckt, und eine kühlmitteldichte ¹ Expansionsvorrichtung, die am oberen Ende des Außenrohres angebracht ist.

Es ist bekannt, bei vielen metallurgischen Vorgängen Materialien, wie z. B. Brennstoffe und Gase oder Instrumente, wie z. B. thermoelektrische Elemente, durch eine längliche Rohrleitung in den erwärmten Innenraum eines Ofens oder eines Konverters einzuführen. Da der Teil der Rohrleitung in dem Ofen oder der Frischbirne über längere Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt ist, ist es bekannt, die Rohrleitung mit einer wassergekühlten Ummantelung zu schützen. Ein typisches Beispiel einer solchen Vorrichtung ist die Sauerstofflanze, mit der gasförmiger Sauerstoff in einen Konverter oder einen Ofen zur Stahlerzeugung eingeführt wird.

Die Sauerstofflanze besteht normalerweise aus mehreren beabstandeten konzentrischen Rohren, von denen einige an ihren vorderen Enden durch einen Kupferdüsenkopf miteinander verbunden sind. Die Rohre bilden nicht nur eine Leitung für den gasförmigen Sauerstoff, sondern stellen auch Kanäle für die Zirkulation von Kühlwasser durch die Lanze dar. Das Lanzenaußenrohr ist schädlichen Temperaturen und Korrosionseinflüsseh ausgesetzt, während die inneren Rohre verhältnismäßig kühl gehalten werden und durch das zirkulierende Kühlwasser geschützt sind. Dieser Umstand hat zur Folge, daß das Lanzenaußenrohr in der Länge wesentlich mehr expandiert als die inneren Rohre, und wenn in der Konstruktion der Lanze keine Vorkehrung für diese unterschiedliche Ausdehnung getroffen ist, bilden sich in der Lanze Spannungen aus, die die Lanze verformen und sogar ein Reißen bewirken können.

Bisher war es üblich, das Lanzenaußenrohr an der Lanzen-Abstützvorrichtung oder in manchen Fällen unmittelbar an der Wand oder dem Dach des Ofens einzuklemmen oder anderweitig starr zu befestigen. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung werden die inneren Rohre häufig mit Gleitverbindungen versehen, so daß sich die inneren Rohre ungehindert in axialer Längsrichtung bewegen können. Wenn die Gleitverbindungen oder Gleitfugen mit O-Ringen oder dgl. versehen werden, können sie flüssigkeitsdicht gemacht werden. Bei einer solchen Lanze trägt das fixierte Außenrohr das Gewicht der gesamten Lanze. Es trägt ferner das Gewicht des Kühlwassers in der Lanze und die Anbackungen aus Metall und Schlacke, die manchmal am Außenumfang der Lanze anhaften.

Die Vereinigung einer großen baulichen Belastung und der konstanten Einwirkung der extremen Temperatur und Korrosionseinflüsse führen häufig dazu, daß dieses Lanzenaußenrohr zu Bruch geht, insbesondere an der Verbindungsstelle, an der es mit dem Düsenkopf verschweißt ist Die in solchen Lanzen eingebauten Gleitverbindungen sind ferner infolge mangelhaften Zugangs schwer zu warten. Häufig funktionieren sie nicht und erzeugen dadurch Spannungen in der Lanze, die so groß sind, daß die Schweißstellen reißen oder der Düsenkopf bricht

Aus der FR-PS 15 49 911 ist beispielsweise schon eine Sauerstofflanze der eingangs genannten Art mit drei konzentrisch im Abstand voneinander angeordneten Rohren bekannt, von denen das äußere und das innere an der Lanzenspitze miteinander verbunden sind und zusammen mit dem mittleren Trennrohr zwei Kanäle für ein Kühlmittel bilden. In ihrem oberen Bereich ist die Sauerstofflanze mit einer Expansionsvorrichtung versehen. Bei dieser Sauerstofflanze sind die drei Rohre über mehrere Stifte und eine eingeschweißte Verbindungsplatte starr miteinander verbunden. Diese starre Verbindung hat den Nachteil, daß eine freie, ungehinderte Ausdehnung des unteren Teils des Lanzenaußenrohres unter Wärmeeinfluß verhindert wird. Die Expansionsvorrichtung, die zwischen dein Kühlmitteleinlaß und -auslaß am oberen Endabschnitt der Lanze angeordnet ist, ermöglicht lediglich eine freie Ausdehnung in diesem oberen Bereich der Lanze, wobei das unterhalb der Expansionsvorrichtung fest angesetzte, steife Auslaßrohr diese Bewegung noch behindert.

Aus der DE-AS 12 82 042 ist eine Blaslanze mit drei konzentrisch im Abstand voneinander angeordneten Rohren bekannt, bei der das Trennrohr aus zwei teleskopartig verschiebbaren Rohrteilen besteht. Diese Lanze besitzt jedoch ein durchgehendes Außenrohr ohne irgendwelche Vorkehrungen für eine thermische Expansions-Entlastung.

Auch aus der GB-PS 10 22 124 und der DE-OS 14 33 461 sind gekühlte Blaslanzen mit einem Trennrohr zwischen einem Innen- und einem Außenrohr zur Bildung von Kühlmittelkanälen bekannt, wobei die Lanze gemäß der DE-OS 14 33 461 auch als Instrumententräger verwendbar ist. Auch diese bekannten Lanzen weisen den Nachteil auf, daß eine freie Expansionsentlastung des Lanzenaußenrohres nicht möglich ist.

Ein weiterer erheblicher Nachteil dieser bekannten

Lanzen ist, daß bei ihrer Halterung das Lanzenaußenrohr fixiert wird und das gesamte Gewicht der Lanze trägt, und daß bei Ausdehnung des Lanzenaußenrohres der Düsenkopf der Lanze dichter an das Bad aus geschmolzenem Metall in dem Ofen oder der Frischbirne heranbewegt wird. Da der Abstand der Lanzenspitze von der Oberfläche des Bades häufig kritisch ist, kann diese Bewegung das Frischverfahren beeinträchtigen. Wenn andererseits die Lanze Instrumente enthält, kann diese Bewegung deren Arbeitsweise beeinträchtige^.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gekühlte Lanze zu schaffen, bei der das Lanzenaußenrohr sich unter Wärmeeinfluß unbehindert in axialer Richtung bewegen kann, wobei die Lanzenspitze einen vorgegebenen Abstand zur Oberfläche eines Bades in einem Konverter oder einem Ofen beibehält.

Diese Aufgabe wird bei einer gekühlten Lanze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lanze über eine ihr oberes Ende umgreifende Hülse gehaltert ist, wobei die Hülse direkt mit dem Innenrohr und über die Expansionsvorrichtung mit dem Außenrohr verbunden ist

Es wird also eine flüssigkeitsdichte Expansionsvorrichtung, die beispielsweise eine Gleitverbindung, eine Balgkupplung oder eine Stopfbuchse sein kann, zwischen dem Außenrohr und der Lanzenabstützung angeordnet, so daß sich das Außenrohr ungehindert in axialer Richtung bewegen kann, wenn es sich ausdehnt, wobei es praktisch keine Belastung trägt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lanze liegt darin, daß sie leichter aufzubauen und zu warten ist als die biiher bekannten Lanzenkonstruktionen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Sauerstofflanze, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;

F i g. 2 einen Längsschnitt einer Sauerstofflanze, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet.

Die Lanze 1 (F i g. 1) weist drei koaxiale konzentrisch in Abstand voneinander angeordnete längliche rohrförmige Teile 2,3 und 4 auf. Das innerste lohrförmigeTeil 2 und das äußerste rohrförmige Teil 4 sind an ihren vorderen Enden durch eine Spitze oder einen Düsenkörper 5 miteinander verbunden.

Das innerste rohrförmige Teil 2 ist an seinem hinteren Ende durch ein Winkelstück 6 mit einer Quelle aus unter Druck stehendem gasförmigen Sauerstoff verbunden. Das rohrförmige Teil 2 dient als Leitung für den gasförmigen Sauerstoff, bevor dieser schließlich durch die Düsenöffnungen 7 im Düsenkörper 5 austritt. Das mittlere rohrförmige Teil 3 teilt den Raum zwischen dem innersten rohrförmigen Teil 2 und dem äußersten rohrförmigen Teil 4 in zwei Kanäle auf, durch die Wasser oder ein anderes Kühlmedium zirkulieren kann. Das Kühlwasser tritt durch den Einlaßkanal 8 am hinteren Ende der Lanze 1 in diese ein. Das Wasser fließt dann in dem Kanal nach unten, der zwischen dem innersten rohrförmigen Teil 2 und dem mittleren 6ü rohrförmigen Teil 3 ausgebildet ist, bis es den Düsenkörper 5 erreicht, an welcher Stelle es dann in dem Kanal nach oben umgelenkt wird, der zwischen dem mittleren rohrförmigen Teil 3 und dem äußersten rohrförmigen Teil 4 ausgebildet ist. Schließlich tritt das Wasser durch den Auslaßkanal 9 am hinteren Ende der Lanze 1 aus dieser aus.

Die rohrförmigen Teile 2,3 und 4 sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt Die Spitze oder der Düsenkörper 5 ist vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt

Wie in Fi g. 1 gezeigt ist, umgibt eine Stahl-Hülsenanordnung 11 das hintere Ende der Lanze 1 unmittelbar unterhalb des Wassereinlaßkanals 8 und des Wasserauslaßkanals 9. Die Hülsenanordnung 11 ruht auf einer Lanzen-Abstützeinrichtung 12 oder ist auf andere Weise an dieser befestigt und die Abstützeinrichtung 12 trägt nicht nur die Lanze 1, sondern kann auch ein Schlitten sein, der die Lanze in den Ofen hinein und aus diesem heraus bewegt sowie die Lanze in einer fixierten Position relativ zu dem Ofen hält Es wird besonders bemerkt daß wenn man das innere rohrförmige Teil 2 an der Hülsenanordnung 11 befestigt letztere dann das gesamte Gewicht der Lanze 1 auf die Lanzen-Abstützeinrichtung 12 überträgt, wodurch praktisch keine Belastung des äußersten rohrförmigen Teils 4 erfolgt

Wie ferner in Fi g. 1 dargestellt ist endet das hintere Ende des äußersten rohrförmigen Teiis 4 innerhalb der Hülsenanordnung 11 und liegt unmittelbar an dieser an. Nuten 13 sind in der Außenwand des rückwärtigen Endes des rohrförmigen Teils 4 ausgefräst, um Gummi-O-Ringe 14 aufzunehmen, die eine flüssigkeitsdichte Gleitverbindung zwischen der Hülsenanordnung 11 und dem äußersten rohrförmigen Teil 4 bilden.

Ein Ergebnis dieser Konstruktion der Lanze 1 besteht darin, daß das äußerste rohrförmige Teil 4 frei schwebt und sich ungehindert in einer axialen Richtung relativ zu der Hülsenanordnung 11 bewegen kann, wenn es sich ausdehnt, während es sich in dem erwärmten Ofen befindet Das innere rohrförmige Teil 2 bildet das lasttragende Teil der Lanze 1 und trägt praktisch das gesamte Gewicht der Lanze und des Kühlwassers. Das innere rohrförmige Teil 2 bleibt fixiert oder wird fixiert gehalten.

Wenngleich man das innerste rohrförmige Teil 2 durch Verschweißen an der Hülsenanordnung 11 befestigen kann, wird jedoch vorzugsweise eine Schraubkupplung 15 verwendet, die in die Deckplatte 17 der Hülsenanordnung 12 und eine Arretiermutter 16 auf dem hinteren Ende des innersten rohrförmigen Teils 2 eingedreht ist, wodurch für Reperaturzwecke ein leichter Ausbau der Lanze 1 ermöglicht ist.

F i g. 2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem eine balgartige Expansionskupplung 18 das hintere Ende des äußersten rohrförmigen Teils 4 mit der Hülsenanordnung 11 verbindet. Ein Flansch 19 ist horizontal an der Außenwand des rohrförmigen Teils 4 unterhalb der Kupplung 18 angeschweißt, um den Balg gegenüber der Hitze des Ofens zu schützen.

Bei diesen Konstruktionen kann sich das äußerste rohrförmige Teil ungehindert in einer axialen Richtung bewegen und es trägt fast kein Gewicht. Eine solche Konstruktion leistet einen beträchtlichen Beitrag zur Erzielung einer langen störungsfreien Lebensdauer für solche wassergekühlten Vorrichtungen. Ferner gewährleistet eine derartige Konstruktion, daß die Lanzenspitze oder -düse und die inneren rohrförmigen Teile in einer fixierten Position relativ zu der Oberfläche des Bades aus dem geschmolzenen Metall in dem Ofen oder des Konverters während der Aufheizung verbleiben.

Nach einer weiteren Umgestaltung der Erfindung kann als Expansionsvorrichtung auch eine Stopfachse verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

. ι jj Patentansprüche:

1. Gekühlte Lanze, die zum Einblasen von Medien und als Instrumententräger geeignet ist, für metallurgische Gefäße, enthaltend ein Innenrohr, durch welches das Medium durchströmt bzw. welches als Instrumententräger dient, ein Außenrohr, welches an der Lanzenspitze mit dem Innenrohr verbunden ist und ein zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr liegendes Trennrohr, welches sich bis in die Lanzenspitze erstreckt und eine kühlmitteldichte Expansionsvorrichtung, die am oberen Ende des Außenrohres angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze über eine ihr oberes Ende umgreifende Hülse (11) gehaltert ist, wobei die Hülse (11) direkt mit dem Innenrohr (2) und Tiber die Expansionsvorrichtung (13, 14 oder 18) mit dem Außenrohr (4) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsvorrichtung eine Gleitverbindung (13,14) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsvorrichtung eine Balgkupplung (18) ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsvorrichtung eine Stopfbuchse ist.