DE2359598C3

DE2359598C3 - Wassergekühlte Lanze für metallurgische Öfen

Info

Publication number: DE2359598C3
Application number: DE2359598A
Authority: DE
Inventors: Hellmuth Ing. Ebelsberg Smejkal (Oesterreich)
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1980-01-31
Also published as: AT331285B; JPS5514846B2; JPS5084403A; BE822649A; ATA992573A; ZA747031B; DE2359598B2; DE2359598A1; LU71218A1; GB1486293A

Description

FkPk=(F, -F₁) P, + G + F₁ ρ
worin F^. die Fläche des Kolbens (20). P_K den Kühlwasserdruck vor den: Ko>H.=n; F₁ die lichte Querschnittsfläche des Außenrohres (2), F₂ die äußere Querschnittsfläche des Innenrohres (1), P_u den Kiihlwasserdruck im Bereich der Umlenkung des Lanzenkopfes, C das Gewicht des Innenrohres (1) samt Kolben (11), F, den lichten Querschnitt der Leitung (19) bzw. den äußeren Querschnitt des Innenrohres (1) an seinem oberen Ende (14) und ρ den Gasdruck bedeuten.

3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Kolbens (11) ein Stift (21) befestigt ist, der einen mit einer Skala (24) zusammenwirkenden Zeiger (23) zur Messung der Längenänderung des Außenrohres (2) aufweist.

4. Lanze nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kolbenbewegung oberhalb des Kolbens (11) ein Raum (17) freigehalten ist, der mindestens eine Entlüftungsbohrung (18) aufweist.

Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte Lanze für metallurgische öfenj insbesondere Blaslanze für Säüerstoffaiifblaskönveirtdf, mil einem Ifinciiröhf für die Zufuhr eines Gases, wie Sauerstoff, einem koaxialen Außenröhr und einem dazwischen angeordneten Leitrohr zur Führung und Umlenkung des Kühlwas^ sefs am Lanzenköpf, wobei der Lahzeriköpf durch Schweißtiälitö mit dem innen* urtd AußenfoSir ver* buhderi ist.

Wassergekühlte Lanzen dieser Art werden beispielsweise zum Aufblasen von Sauerstoff auf ein flüssiges Roheisenbad (DE-GM 7 026215), für die Zufuhr flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe (AT-PS 287756) und für die kontinuierliche Messung der Temperatur schmelzflüssiger Bäder eingesetzt (AT-PS 298 831 und AT-PS 307 OS1). Diese Lanzen haben am unteren Ende Schweißnähte, die das Inr^nrohr und das Außenrohr mit dem Lanzenkopf integral verbinden. Bei Blaslanzen für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Heizgas bzw. -öl ist der Lanzenkopf in der Regel aus Kupfer hergestellt; er kann eine oder mehrere Öffnungen für den Austritt von Gasen oder flüssigen Brennstoffen aufweisen. Diese Schweißnähte sind sehr stark beansprucht, und es besteht die Gefahr des Aufreißens, wodurch in kurzer Zeit große Kühlwassermengen in das Innere des metallurgischen Ofens, z. B. Konverters, einfließen und dort Knallgasexplosionen und ähnliche Verpuffungen hervorrufen können. Auf den Schweißnähten lastet der Druck des Kuhlwassers, das Eigengewicht des Innenrohres und - bei Blaslanzen - zusätzlich der Druck des zugeführten Sauerstoffes oder Brennstoffes.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lanze zu schaffen, bei der diese Beanspruchungen der Schweißnähte während des Betriebes nicht auftreten uzw. kompensiert werden; es soll ihre Betriebssicherheit wesentlich verbessert und ihre Lebensdauer erhöht werden.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieses Problems darin, daß ds& Innenrohr an seinem oberen Teil einen mit einer Dichtung versehenen Kolben aufweist, der innerhalb der Wandung des Außenrohres axial verschiebbar und auf seiner Unterseite von Kühlwasser beaufschlagbar ist, wobei die Kolbenfläche so bemessen ist, daß die auf die Schweißnähte wirkende Belastung, zusammengesetzt aus auf die Schweißnähte zwischen Lanzenkopf und Innenrohr bzw. Außenrohr wirkendem Kühlwasserdruck, Eigengewicht des Innenrohres samt Kolben sowie gegebenenfalls auf die Schweißnähte wirkendem Gasdruck, im wesentlichen kompensiert wird.

Die Kolbenfläche wird in Abhängigkeit von den anzuwendenden Drücken so dimensioniert, daß

F_x-P_xZiFi-FJ-P. + G +F₃-ρ
worin F_A die Fläche des Kolbens in cm", P_K den Kühlwasserdruck vor dem Kolben, F₁ die lichte Querschnittsfläche des A'ißenrohres in cm², F₂ die äußere Querschnittsfläche des Innenrohres in cm², P_u den Kühlwasserdruck im Bereich der Umlenkung des Lanzenkopfes in kg/cm², G das Gewicht des Innenrohres samt Kolben in kg, F, den lichten Querschnitt der Leitung bzw. den äußeren Querschnitt des Innenrohres an seinem oberen Ende in cm² und ρ den Gasdruck in kg/cm² bedeuten.

Vorteilhaft ist auf der Oberseite des Kolbens ein Stift befestigt, der einen mit einer Skala zusammenwirkenden Zeiger /ur Messung der Längenänderung des Außenrohres aufweist.

Es kann die Lanze auch so ausgebildet werden, daß für die Kolbenbewegung oberhalb des Kolbens ein Räum freigehalten ist, tief mindestefis eine Entlüftüngsbohrung aufweist.

Ein Aüsfühfurigsbeispiel der Erfindung wird an* hand der Zeichnung näher erläutert,

Fig. 1 zeigt schematjsGli eine Sauersloffblasianze ίήϊ Vertikäischnitt und Fig. 2 gibt, ebenfalls im Veftikalschniff. eine Einzelheit wieden nämlich die Anord-

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U Zl U

nung eines Stiftes zur Messung der Längeniinderung des Außenrohres.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Innenrohr aus Stahl für die Zufuhr von Sauerstoff bezeichnet; 2 ist ein Außenrohr aus gleichem Werkstoff und 3 ein Lanzenkopf aus Kupfer mit einer Austrittsöffnung 4. Der Lanzenkopf 3 ist durch Schweißnähte 5, 6 mit dem Innenbzw. Außenrohr verbunden. Zwischen Innenrohr und Außenrohr ist ein Kühlwasserumlenk- bzw. Leitrohr 7 angeordnet; 8 und 9 sind Anschlüsse für die Kühlwassern!- bzw. -abfuhr. Die Strömungsrichtung des Kühlwassers ist durch Pfeile gekennzeichnet. Durch den auf die Fläche 10 wirkenden Kühlwasserdruck, der sich aus dem Produkt von Kühlwasserdruck und der Fläche F₁-F₂ errechnet, wobei F₁ der lichte Querschnitt des Außenrohres 2 oberhalb des Lanzenkopfes 3 und F₁ der äußere Querschnitt des Innenrohres 1 oberhalb der Schweißnaht 5 ist, werden die Schweißnähte 5 und 6 stark beansprucht. Außerdem lastet auf der Schweißnaht 6 das Eigengewicht des Innenrohres 1; das Eigengewicht des Düsen'copfei 3, dessen Längserstreckung im Vergleich zu der des Innenrohres sehr klein ist, kann bei dieser Betrachtung vernachlässigt werden. Ein zusätzlicher Druck wird erzeugt durch das Produkt von Sauerstoffdruck - gemessen in der Zufuhrleitung 19 - und der Fläche F₁, wobei F_} der lichte Querschnitt der Leitung 19 bzw. der äußere Querschnitt des Innenrohres 1 an seinem oberen Ende 14 ist.

Erfindungsgemäß wird die Summe dieser Drücke und Kräfte kompensiert durch einen Kolben 11, der im Bereich des oberen Endes 14 des Innenrohres 1 angeordnet, d. h. an diesem befestigt ist und es ringförmig umgibt. Mit 12 ist eine Ringdichtung zum Abdichten des Kolbens 11 gegenüber der Innenwand 13 des Außenrohres 2 bezeichnet; der Kolben 11 ist zusammen mit dem Innenrohr 1 axial verschiebbar, wenn sich das Außenrohr 2 als Folge einer Wärmeeinwirkung dehnt. Das obere Ende 14 ist innerhalb eines Rohrstückes 15 verschiebbar gelagert und durch Ringdichtiingen 16 gegenüber letzterem abgedichtet, so daß kein Sauerstoff von der Leitung 19 in das Kühlwasser gelangen kann und umgekehrt. Mit 17 ist ein für die Kolbenbewegung erforderlicher Raum 17 bezeichnet, der mindestens eine Bohrung 18 zur Entlüftung aufweist. Die Bohrung 18 dient auch zur Kontrolle der Funktion der Dichtungen 12,16; man kann feststellen, ob durch diese Bohrungen 18 Sauerstoff oder Kühlwasser ausfließt. Die vom Kühlwasser beaufschlagte untere Kolbenfläche 20 wird erfindungsgemäß so groß bemessen, daß das Produkt (Kühlwasserdruck - gemessen vor dem Kolben - mal Fläche 20) gleich oder größer ist als das Produkt (Kühlwasserdruck mal [F₁ — F₁]) + das Produkt (Sauerstoffdruck - gemessen in der Leitung 19 - mal F₁) + das Eigengewicht des Innenrohres 1. Bei Einhaltung dieser Beziehung sind die Schweißnähte 5, 6 nicht belastet, und dieser Zustand bleibt während des Betriebes voll erhalten, d. h. die Wärmedehnung des Außenrohres 2 hat keinen Einfluß auf den auf den Kolben

11 wirkenden Kühlwasserdruck.

In Fig. 2 ist mit 21 ein exzentrisch am Kolben 11 befestigter Stift bezeichnet, der in einer Büchse 22 aus Bronze oder Kunststoff geführt ist, und ins Freie hinausragt. 23 ist ein Zeiger, der auf einer Skala 24 die Kolbenbewegung bzw. die Dehnung des Außenrohres 2direkt anzeigt; mit dieser Anzeige kann-wie an sich bekannt-der Blasprozeß gesteuert bzw. überwacht werden. 25 ist eine Halterung für die Dichtung

12 des Kolbens 11, und der Kolben 11 ist seinerseits durch einen am Innenrohr 1 angeschweißten Flansch am Oberteil 14, der einen Gegenflansch 27 aufweist, mittels Schrauben lösbar befestigt. Mit 28 sind weitere ringförmige Dichtungen für den Kolben 11 bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Lanze ist einfach in ihrer Bauweise, Reparaturen sind leicht und schnell durchführbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wassergekühlte Lanze für metallurgische öfen, insbesondere Blaslanze für Sauerstoffaufblaskonverter, mit einem Innenrohrfürdie Zufuhr eines Gases, wie Sauerstoff, einem koaxialen Außenrohr und einem dazwischen angeordneten Leitrohr zur Führung und Umlenkung des Kühlwassers am Lanzenkopf, wobei der Lanzenkopf durch Schweißnähte mit dem Innen- und Außenrohrverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr an seinem oberen Teil (14) einen mit einer Dichtung (12) versehenen Kolben (11) aufweist, der innerhalb der Wandung (13) des Außenrohres (2) axial verschiebbar und auf seiner Unterseite (20) vom Kühlwasser beaufschlagbar ist, wobei die Kolbenfläche so bemessen ist, daß die 2uf die Schweißnähte (5, 6) wirkende Belastung.ztisammengesetzt aus auf die Schweißnähte (5, 6) zwischen Lanzenkopf (3) und innenrohr (1) bzw. Außenrohr (2) wirkendem Kühlwasserdruck. Eigengewicht des Innenrohres (1) samt Kolben (11) sowie gegebenenfalls auf die Schweißnahte wirkendem Gasdruck, im wesentlichen kompensiert wird.

2. Lanze nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche in Abhängigkeit von den anzuwendenden Drücken der Beziehung folgt: