DE2339619A1

DE2339619A1 - Fuer den einsatz in metallurgische oefen bestimmte wassergekuehlte lanze oder sonde

Info

Publication number: DE2339619A1
Application number: DE19732339619
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1972-08-07
Filing date: 1973-08-04
Publication date: 1974-02-28
Also published as: LU68164A1; NL7310828A; DD107074A5; US3882726A; AT327975B; GB1431397A; HU166604B; IT993668B; IN139597B; JPS5232722B2; DE2339619B2; BR7305977D0; CS179989B2; CA1008661A; FR2196063A5; ES417621A1; ZA735341B; SE388876B; BE803256A; ATA678972A

Description

Patentanwalt

Warter Jackisch
Stuttgart N. Menzelstraße 4Q A OO 7 C ft

Vereinigte österreichische Eisen- * fe-jg, und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft
in Wien (Österreich)

Pur den Einsatz.in metallurgische öfen bestimmte wassergekühlte Lanze oder Sonde

Die Erfindung betrifft eine für den Einsatz in metallurgische öfen bestimmte wassergekühlte Lanze oder Sonde mit einem Innenrohr, einem konzentrischen Außenrohr und einem dazwischen angeordneten Leitrohr zur Bildung eines Kühlmittelumlaufes.

Bei Frischprozessen werden derartige Lanzen zum Aufoder Einblasen eines gasförmigen Frischmittels, insbesondere reinen Sauerstoffes, auf bzw. in ein schmelzflüssiges Eisenmetallbad verwendet. Mit solchen Lanzen kann auch fehlende Wärme dem Frischprozeß zugeführt werden; solche als Brennerlanzen ausgebildete Vorrichtungen zur Zufuhr fester, flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe haben im wesentlichen den gleichen Aufbau wie Säuerstoffblaslanzen. Zur Gruppe der in der metallurgischen Technologie verwendbaren Lanzen gehören auch Sonden zur kontinuierlichen Messung der Metallbadtemperatur, wie sie beispielsweise in den österreichischen Patentschriften Nr. 293 751 und Nr. 298 831 beschrieben sind. Der Unterschied der Meßsonden gegenüber den Blas- bzw. Brennerlanzen besteht darin, daß anstelle des Düsen- bzw. Brennerkopfes ein Sondenkopf vorhanden ist, an dem der ein Thermoelement enthaltende, in die Schmelze eintauchende Meßteil lösbar befestigt ist, wobei durch das Innenrohr eine das Thermoelement mit einer Anzeigeeinrichtung verbindende Ausgleichsleitung geführt ist. Temperaturmeßsonden dieser Art weisen ferner einen ebenfalls am Sondenkopf lösbar befestigten feuerfesten Schutzstein (Schutzmantel) auf, der über den größten Teil der Längserstreckung des Meßteils und dessen Anschlußstelle am Sondenkopf reicht; dieser Schutzstein schützt den Meßteil vor dem Angriff der Schlacke.

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Beim betrieblichen Einsatz wassergekühlter Lanzen in Schmelzöfen, insbesondere Konvertern, ergeben sich große Schwierigkeiten, wenn ein Teil des Umfanges der Lanze kurzzeitig oder dauernd einer größeren Wärmebeaufschlagung ausgesetzt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in einem Sauerstoffaufblaskonverter im Abstand neben der zentrisch· angeordneten Blaslanze eine in das Schmelzbad eintauchende Temperaturmeßsonde angeordnet wird: Die einseitige, starke, vom sogenannten "Brennfleck¹' ausgehende Wärmestrahlung auf das der Sauerstoffblaslanze zugekehrte Außenrohr der Temperaturmeßsonde hat zur Folge, daß sich die Temperaturmeßsonde verkrümmt. Die einseitige Wärmebeaufschlagung führt nämlich zu unterschiedlichen Dehnungen zwischen der der Blaslanze zugekehrten und der abgekehrten Seite des Außenrohres, so daß das Material über seine Fließgrenze hinaus beansprucht und bleibend verförmt wird; dabei krümmt sich die Temperaturmeßsonde derart, daß sich der Meßpunkt - d. h. das untere Ende der Sonde von Schmelze zu Schmelze allmählich in Richtung zur Blaslanze hin bewegt. Es kommt dann zu Fehlmessungen» und es können bei größeren Verbiegungen Schwierigkeiten beim Heben und Senken der Temperaturmeßsonde bzw. beim Ein- und Ausfahren aus dem Konverter entstehen. Es ist bisher nicht gelungen, die durch einseitige Wärmebeaufschlagung des Kühlmantels von Lanzen bzw. Temperaturmeßsonden verursachten Schwierigkeiten zu überwinden.

Aufgabe der Erfindung ist, dieses Problem zu lösen und eine wassergekühlte Lanze bzw. Sonde zu schaffen, bei der einseitige übermäßige Beanspruchungen des Lanzenwerkstoffes durch Wärmeeinwirkung nicht auftreten können und ein Verbiegen bzw. ein Verkrümmen der Lanze bzw. Sonde vermieden wird, ohne die äußere Form der Lanze bzw. Sonde zu verändern, die Erfindung soll mit einfachen Mitteln und ohne größeren Aufwand durchführbar sein.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Lanze bzw. Sonde der eingangs definierten Art, die über einen Teil ihres Umfanges und einen Teil ihrer Längserstreckung einer erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist, dadurch gelöst, daß die Lanze bzw.

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Sonde im Bereich der erhöhten Wärmeeinwirkung stärker gekühlt ist, insbesondere eine größere Kühlfläche und einen größeren freien Strömungsquerschnitt aufweist, als in ihren übrigen Teilen.

Die Lanze bzw¹. Sonde ist vorteilhaft so gestaltet, daß zur stärkeren Kühlung des der erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzten Lanzenteiles integral und wärmeleitend mit der Innenseite des Außenrohres verbundene, in Richtung der Längsachse der Lanze verlaufende Rippen vorgesehen sind und daß gegebenenfalls in dem der erhöten Wärmeeinwirkung abgekehrten Lanzenteil an der Außenseite des Leitrohres eine den Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel verkleinernde Halbschale angeordnet ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist bei einer Sonde zur kontinuierlichen Messung der Temperatur von Metallbädern in Konvertern gegeben, die von oben exzentrisch, in einem Abstand neben einer Blaslanze in den schmelzflüssigen Einsatz des Konverters einführbar ist, wobei an dem Sondenkopf ein Meßteil und ein diesen umgebender, gegen die Einwirkung von Schlacke schützender feuerfester Mantel befestigt sind. Bei solchen Temperaturmeßsonden soll die Kühlfläche des der erhöhten Wärmeeinwirkung zugekehrten Teiles des Sonden-Außenrohres etwa doppelt so groß sein als die des abgekehrten Teiles.

Eine besondere Ausführungsform solcher Temperaturmeßsonden ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale :

a) auf der Innenseite der der erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzten Aui>enrohrhälfte sind vorzugsweise durch Schweißen befestigte Rippen mit einer Länge von mindestens 15OO mm angeordnet;

b) die Unterkante der Rippen befindet sich bei einer in Meßposition befindlichen Sonde in einem Abstand von maximal 500 mm über dem schmelzflüssigen Metall;

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c) die Dicke der Rippen beträgt im wesentlichen 0,4 . f, wobei f die Wandstärke-der Außenrohrhälfte ist; und

d) der lichte Abstand der Rippen im mittleren Bereich der Außenrohrhälfte, welcher einem Zentriwinkel von 30 bzw. einer Breite von d/2 des Außendurchmessers der Rohrhälfte entspricht, beträgt maximal f. y 2 und ist in den beiden Randbereichen doppelt so groß.

Vorzugsweise verhält sich der freie Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel im Bereich der der erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzten Umfangszone zum freien Strömungsquerschnitt im Bereich der übrigen Umfangszone wie 1,75 '· 1·

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Sauerstoffaufblaskonverter mit einer zentrisch angeordneten Blaslanze und einer daneben in Meßposition befindlichen Temperaturmeßsonde.

Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie II - II durch die Temperaturmeßsonde in vergrößertem Maßstab und veranschaulicht die Ausbildung der Sonde in einem Bereich einseitiger, erhöhter Wärmebeaufschlagung.

Mit 1 ist ein feuerfest ausgekleideter, vorteilhaft kippbarer Sauerstoffaufblaskonverter bezeichnet, über dessen mit einer Schlacke 3 bedecktem Metallbad 3 zentrisch eine wassergekühlte Blaslanze 4 in Stellung gebracht ist, wobei sich auf dem Metallbad 2 durch Aufblasen von Sauerstoff eine Reaktionszone 5 erhöhter Temperatur - der sogenannte "Brennfleck" - bildet. Exzentrisch im Konverter, parallel zur Sauerstoffblaslanze 4, ist eine Temperaturmeßsonde 6 heb- und senkbar angeordnet. Sie taucht mit ihrem am Sondenkopf lösbar befestigten Meßteil 7 in die Schmelze 2 ein, Ein feuerfester Schutzstein 8 umgibt den Meßteil 7 und schützt diesen und die Anschlußstelle am Sondenkopf vor

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der Einwirkung der Schlacke 3 bzw. vor dem Eindringen schmelzflüssigen Metalls 2. Der durch Wärmestrahlung aus der heißen Reaktionszone 5 sehr stark beaufschlagte Teil des wassergekühlten Mantels der Temperaturmeßsonde 6 ist mit 9» der gegenüberliegende, weniger wärmebeaufschlagte Mantelteil mit 10 bezeichnet. In dem Bereich b_ der Sonde, der sich in einem Abstand a von der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls 2 nach oben erstreckt, wobei a maximal 500 mm und b mindestens 1500 mm beträgt, ist das Innere der Temperaturmeßsonde 6 erfindungsgemäß anders ausgebildet als der übrige Sondenteil:

Die Sonde besitzt ein Innenrohr 11, das mit dem aus den Rohrhälften 9 und 10 bestehenden Außenrohr am unteren Ende durch den Sondenkopf verbunden ist. Konzentrisch zwischen Innenrohr und Außenrohr ist ein Leitrohr 13 angeordnet, das in einem Abstand vor dem Sondenkopf endigt, wodurch in bekannter Weise ein Kühlmittelumlauf erzeugt wird; das Kühlwasser strömt dabei in dem zwischen den Rohren 11 und 13 gebildeten Ringraum nach unten zum Sondenkopf, wird dort nach oben umgelenkt und fließt durch den durch das Außenrohr 9, 10 und das Leitrohr 13 gebildeten Ringraum zurück. Die der heißen Reaktionszone 5 zugekehrte Außenrohrhälfte 9 ist mit der gegenüberliegenden Außenrohrhälfte 10 durch Schweißnähte 12 verbunden. Im Bereich der weniger wärmebeanspruchten Außenrohrhälfte 10 ist eine Halbschale Ik am Leitrohr 13 durch Schweißnähte 15 befestigt. Im Bereich der stärker wärmebeanspruchten Außenrohrhälfte 9 ist erfindungsgemäß die Kühlung verstärkt, indem im Ringraum durch Anschweißen von Rippen 17 auf die Innenseite der Rohrhälfte 9 die Kühlfläche 16 auf etwa das Doppelte der Kühlfläche auf der gegenüberliegenden Seite vergrößert ist. Die Länge b der in Richtung der Längsachse der Temperaturmeßsonde 6 sich erstreckenden Rippen beträgt, wie erwähnt, mindestens 1500 mm. Im mittleren Bereich der Rohrhälfte 9, welcher einem Zentriwinkel ©Cvon 30° bzw. einer Breite von d/2 - also dem halben Außendurchmesser des Außenrohres - entspricht, sind die Rippen 17 eng nebeneinander angeordnet; ihr lichter Abstand ist mit £ bezeichnet. £ ist abhängig von der Wandstärke f der Rohrhälfte 9 und soll maximal f . ylTbetragen.

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Die Dicke e_ der Rippen 17 ist ebenfalls abhängig von f und soll etwa 0,4 . f_ betragen. In den beiden Randteilen der Rohrhälfte 9 wird der.lichte Abstand zwischen den Rippen 17 etwa doppelt so groß gehalten wie im Bereich «£·; er beträgt also dort 2£. Die Breite der Rippen entspricht im wesentlichen dem lichten Abstand zwischen dem Leitrohr 13 und der Rohrhälfte 9» d. h. dazwischen ist nur ein kleiner Spalt 21 vorhanden. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Kühlfläche 16 auf der der Reaktionszone 5 bzw. der Blaslanze 4 zugekehrten Seite der Sonde doppelt so groß ist als die Kühlfläche 18 auf der gegenüberliegenden Seite 10 und daß der freie Strömungsquerschnitt 19 für den Durchtritt des Kühlwassers auf der stark wärmebeaufschlagten Seite etwa das Ij75fache des freien Durchgangsquerschnittes 20 auf der gegenüberliegenden Seite beträgt. Somit wird auf der wärmebeaufschlagten Sondenseite eine wesentlich größere Kühlwassermenge über die vergrößerte Kühlfläche 16 strömen gelassen, so daß dort eine übermäßige Wärmebeanspruchung nicht auftreten kann. Ein Verkrümmen bzw. Verbiegen erfindungsgemäß ausgebildeter Lanzen ist dadurch nicht mehr möglich.

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Claims

Patentansprüche

1. Für den Einsatz in metallurgische öfen bestimmte wassergekühlte Lanze oder Sonde mit einem Innenrohr, einem konzentrischen Außenrohr und einem 'dazwischen angeordneten Leitrohr zur Bildung eines Kühlmittelumlaufes, welche Lanze bzw. Sonde Über einen Teil ihres Umfänges und einen Teil ihrer Längserstreckung einer erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze bzw. Sonde (6) im Bereich der erhöhten Wärmeeinwirkung stärker gekühlt ist, insbesondere eine größere Kühlfläche (16) und einen größeren freien Strömungsquerschnitt aufweist, als in ihren übrigen Teilen (10).

2. Lanze bzw. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur stärkeren Kühlung des der erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzten Lanzenteiles integral und wärmeleitend mit der Innenseite des Außenrohres (9) verbundene, in Richtung der Längsachse der Lanze (6) verlaufende Rippen (17) vorgesehen sind und daß gegebenenfalls in dem der erhöhten Wärmeeinwirkung abgekehrten Lanzenteil (10) an der Außenseite des Leitrohres (13) eine den Strömungsquerschnitt (20) für das Kühlmittel verkleinernde Halbschale (14) angeordnet ist.

J>. Sonde nach den Ansprüchen 1 oder 2 zur kontinuierlichen Messung der Temperatur von Metallbädern in Konvertern, die von oben exzentrisch, im Abstand neben einer Blaslanze in den schmelzflüssigen Einsatz einführbar ist, wobei an dem Kopf der Sonde ein Meßteil und ein diesen umgebender, gegen die Einwirkung von Schlacke schützender feuerfester Mantel befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche (16) des der erhöhten Wärmeeinwirkung zugekehrten Teiles (9) des Sonden-Außenrohres etwa doppelt so groß ist als die des abgekehrten Teiles (10).

k. Sonde nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

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a) auf der Innenseite der der erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzten Außenrohrhälfte (9) sind vorzugsweise durch Schweißen befestigte Rippen (17) mit einer Länge (b_) von mindestens 1500 mm angeordnet j

b) die Unterkante der Rippen (17) befindet sich bei einer in Meßposition befindlichen Sonde in einem Abstand (a) von maximal 500 mm über dem schmelzflüssigen Metall (2);

c) die Dicke (e_) der Rippen (17) beträgt im wesentlichen 0,4 . f, wobei f_ die Wandstärke der Außenrohrhälfte (9) ist; und

d) der lichte Abstand (_c) der Rippen (17) im mittleren Bereich der Außenrohrhälfte (9)_s welcher einem Zentriwinkel von 30° bzw. einer Breite von d/2 des Außendurchmessers der Rohrhälfte (9) entspricht, beträgt maximal f . \f 2 und ist in' den beiden Randbereichen doppelt so groß (2 . c).

5. Sonde nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der freie Strömungsquerschnitt (19) für das Kühlmittel im Bereich der der erhöhten Wärmeeinwirkung ausgesetzten Umfangszone. (9) zum freien Strömungsquerschnitt (20) im Bereich der übrigen Umfangszone (10) wie 1,75 : 1 verhält.

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