-
Lanze für metallurgische Prozesse und Verfahren zu ihrer Herstellung.
-
Bei der Behandlung von Metallschmelzen ist es oftmals erforderlich,
in die Metallschmelze Stoffe einzubringen, welche gewisse chemische Prozesse innerhalb
der Schmelze bewirken können. So wird beispielsweise bei der Entschwefelung von
Eisenschmelze eine Lanze an eine Stickstoffdruckleitung und an eine Kalziumkarbid
-PulverzuSuhr
angeschlossen, sodaß das Gas und das Pulver ein fluidisiertes Material ergeben,
welches durch die Lanze in das Schmelzbad eingeblasen wird. Dadurch erfolgt zwischen
den Bestandteilen der Metallschmelze und dem Reagenz eine chemische Reaktion, wodurch
der Schwefel vom Metall in die sich bildende Kalziumschlacke übergeht.
-
Der Erfolg derartiger Blasverfahren und aller anderen metallurgischen
Einblasverfahren hängt jedoch völlig davon ab, ob eine preiswerte Lanze zur Verfügung
steht, welche den verschiedenen Einwirkungen während des metallurgischen Prozesses
widerstehen kann, da einmal physikalische Kräfte infolge der Durchwirbelung des
Schmelzbades, der Schwingungen und rythmischen Schlagbeanspruchungen auStreten,
welche zusammen mit den Wärmebeanspruchungen infolge schneller Erhitzung und Abkühlung
einen schnellen Verschleiß der üblichen Lanzen zur Folge haben, wozu insbesondere
die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der üblicherweise verwendeten Stahlrohre
und der im allgemeinen verwendeten feuerfesten Umhüllung und zusätzlich zu diesen
Hochtemperatur-Beanspruchungen eine unvermeidbare chemische Erosion beitragen.
-
Um die Lebensdauer einer derartigen Lanze zu verlängern, wurde bereits
vorgeschlagen, das Stahlrohr mit Draht schraubenlinienförmig zu umwickeln, sodaß
sich praktisch ein um das Stahlrohr herumgewickeltes Drahtgeflecht ergibt. Auf dieses
Drahtgeflecht wird dann eine feuerfeste Umhüllung aufgebracht, wobei die einzelnen
Maschen als Verankerung dienen. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß
eine derartige Lanze höchstens eine
Umhüllung von 15 mm Dicke erhalten
kann, wobei sich wiederum in der Praxis erwiesen hat, daß eine Umhüllung in einer
derartigen Dicke die schnelle Zerstörung der Lanze nicht verhindern kann, sodaß
für den Entschwefelungsprozeß in großen Pfannen mit 240 to Metallschmelze mehrere
derartige Lanzen erforderlich waren. Bei derartigen Lanzen blätterten die Umhüllungen
regelrecht ab, während gleichzeitig Längsrisse in der Umhüllung auftraten, und zwar
zusätzlich zum Aufblähen oder zur Blasenbildung, welche mit der Gasentwicklung während
des Aufheizens der Lanze einhergeht. All diese Faktoren verbanden sich mit einer
ungenügenden Kühlung beim Einsetzen und wieder Herausziehen der Lanze, sodaß die
Lebensdauer der Lanzen stark vermindert wurde.
-
Versuche haben ergeben, daß es bei einer Lanze der vorbeschriebenen
Art äußerst schwierig ist, eine feuerfeste Umhüllung in ausreichender Dicke auf
dem Stahlrohr aufzubringen, um ein ausreichend großes Wärmedifferential zwischen
der Innenseite und der Außenseite der feuerfesten Umhüllung (d.h. mehr als 20 mm)
zu erreichen, sodaß die feuerfeste Masse die von den durch die Lanze hindurchgeblasenen
Stoffen abgeleitete Kühlung unterstützen kann. Dabei ist es vor allem schwierig,
eine derartige feuerfeste Umhüllung auf dem Stahlrohr durch die üblichen Strangpreßverfahren
oder Extrusionsverfahren aufbringen zu können, ohne daß eine Rißbildung im Betrieb
auftrat, wobei sich zeigte, daß die Verankerung durch das Drahtgeflecht nicht ausreicht,
um die Umhüllung einwandfrei auf dem Stahlrohr zu verankern.
-
Um diese Schwierigkeiten auszuschalten, wurde bereits in der GB-PS
39 696/73 der Anmelderin vorgeschlagen, längs eines Metallrohres über den Umfang
verteilte Hauptanker zu befestigen und zusätzliche Hilfsanker vorzusehen, welche
ebenfalls längs des Metallrohres und um dessen Umfang verteilt angeordnet waren,
und dann im Rüttelverfahren auf dem Metallrohr mit seinen verschiedenen Ankern eine
feuerfeste Umhüllung anzuordnen. Das Verfahren und die nach diesem Verfahren hergestellte
Lanze haben sich insofern bewährt, als die Lanzenproduktion weitgehend vereinfacht
und damit eine entsprechende Kostensenkung erreicht werden konnte, während gleichzeitig
eine mehrfache Verwendung einer derartigen Lanze beispielsweise beim Entschwefelungsprozeß
möglich ist.
-
Die Erfindung will nun eine besonders einfach und preiswert herstellbare
Lanze schaffen, bei welcher zwischen Rohr und feuerfester Umhüllung eine besonders
innige Verbindung bei ausreichender Dicke der Umhüllung besteht.
-
Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Lanze zum Einblasen fluidisierter
Stoffe in eine Metallschmelze im wesentlichen dadurch, daß sie aus einem Metallrohr
mit einer Anzahl von Längsrippen besteht und die Außenkanten der Längsrippen durch
eine Anzahl von Verankerungen tragenden Organen an mehreren Stellen untereinander
verbunden sind.
-
Wenn auch zwei diametral einander gegenüberliegende Längsrippen ausreichen
würden, so werden vorzugsweise doch wenigstens drei gleichmäßig über den Umfang
des Metall rohres verteilte Längsrippen vorgesehen.
-
Vorzugsweise ist zur Verbindung der Außenkanten der Längsrippen über
diese Außenkanten ein Stacheldraht schraubenlinienförmig herumgewunden, dessen Stacheln
die Verankerungen bilden. Dadurch, daß wenigstens drei Längsrippen vorgesehen werden,
liegt der Stacheldraht zwangsläufig von der Rohrwandung frei, sodaß beim Aufbringen
einer geeigneten feuerfesten Masse die Stacheln vollständig darin eingebettet werden
und damit ein Festhaften dieser Masse auf dem Rohr unterstützen.
-
Die Längsrippen können einteilig mit dem Rohr durch ein geeignetes
Strangpreßverfahren ausgebildet werden oder sie können auch als Einzelteile auf
das Rohr aufgeschweißt werden.
-
Wenn auch zum Auftragen der feuerfesten Masse auf das Rohr jedes geeignet
erscheinende Verfahren wie beispielsweise das übliche Einformen oder sogar Strangpressen
eingesetzt werden kann, so wird vorzugsweise nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
ein kombiniertes Rüttelguß- und Preßverfahren eingesetzt, um zu gewährleisten, daß
die Rohrumhüllung unbedingt rißfrei ist.
-
In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt daher die Erfindung vor, daß
auf der Außenwandung eines Rohres eine Anzahl von über den Umfang verteilte Längsrippen
ausgebildet werden, daß auf diesen Längsrippen Verankerungen derart angeordnet werden,
daß sie sich über den Umfang des Rohres und über dessen Länge erstrecken, daß das
Rohr mit den Verankerungen in eine oben offene Form eingesetzt und die Form mit
einem geeigneten feuerfesten Material gefüllt wird, daß die Form zur Verdichtung
des feuerfesten
Materials rund um das Rohr und seine Längsrippen
sowie zur innigen Verbindung mit den Verankerungen in Schwingungen versetzt wird,
das feuerfeste Material abschließend zusammengepreßt wird und schließlich die feuerfeste
Umhüllung getrocknet wird.
-
Im allgemeinen wird die Form in sehr schnelle Schwingungen versetzt,
und zwar mit einer Frequenz von beispielsweise zwischen 1400 bis 3000 Schwingungen»Minute.
Wenn auch die Rohrumhüllung in herkömmlicher Weise getrocknet werden kann, so wird
sie vorzugsweise von innen nach außen getrocknet, um die Ausbildung von Trockenrissen
auszuschalten. So ist beispielsweise vorgesehen, in das Rohr ein elektrisches Widerstands-Heizelement
einzuschieben und durch dessen Aufheizung das Rohr von innen her zu erwärmen. Die
Heiz- und Trockentemperatur läßt sich durch ein Thermoelement und ein Temperatur-Steuergerät
steuern, sodaß die korrekten Temperaturen erzielt werden, um nicht nur die Umhüllung
einwandfrei zu trocknen, sondern um auch, falls eine chemisch gebundene feuerfeste
Masse-verwendet wird> gleichzeitig eine chemische Bindung zu erreichen.
-
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung;
es zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Lanze in Seitenansicht; Figur 2 einen Schnitt
durch Figur 1 längs der Linie 2-2; und Figur 3, 4, 5 der Figur 2 entsprechende Schnitte
durch drei weitere Ausführungsbeispiele.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 und 2 besteht die erfindungsgemäße
Lanze 1 aus einem Metallrohr 2 mit vier durchgehenden Längsrippen 3, welche in einem
Winkelabstand von 900 um das Rohr herum verteilt außen auf das Rohr aufgeschweißt
sind.
-
Über diese Längsrippen 3 hinweg ist ein Stacheldraht 4 schraubenlinienförmig
herumgewickelt, sodaß, wie insbesondere Figur 2 zeigt, die Stacheln des Drahtes
vom Rohr 2 entfernt liegen. Auf diesem Rohr 2 ist dann eine Umhüllung 5 aus geeigneten
feuerfesten Material ausgebildet, welche, wie Figur 2 zeigt, in innigem Kontakt
mit dem Rohr 2 steht und wobei die Längsrippen 3 und der Stacheldraht 4 völlig in
der feuerfesten Masse eingebettet sind.
-
Dadurch, daß die Stacheln des Stacheldrahtes 4 vollständig in der
feuerfesten Masse eingebettet sind, dienen sie zusätzlich zu den in gewissem Umfange
ebenfalls in die Masse eingebetteten Längsrippen 3 als äußerst wirkungsvolle Verankerungsorgane,
welche den festen HaltSder feuerfesten Masse auf dem Rohr bei dessen Einsatz in
metallurgischen Prozessen äußerst wirksam unterstützen.
-
Wenn auch in den Figuren 1 und 2 vier Längsrippen 3 vorgesehen sind,
so kann naturgemäß jede geeignete Anzahl Längsrippen in beliebiger Anordnung verwendet
werden. Beispiele davon zeigen die Figuren 3, 4 und 5 mit drei, fünf bezw. sechs
Längsrippen 3.
-
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lanzen nach irgendeiner der
Figuren 1 bis 5 wird vorzugsweise ein kombiniertes Rüttel-Gießpreßverfahren angewendet.
Dabei wird nach dem Aufschweißen
der Längsrippen 3 auf das Rohr
2 in der gewünschten Anzahl und Anordnung der Stacheldraht 4 schraubenlinienförmig
aufgewickelt und das so vorbereitete Rohr in eine oben offene Form eingesetzt, deren
Innenraum der Form der gewünschten Umhüllung 5 aus feuerfestem Material entspricht.
Die feuerfeste Masse wird dann als feuchte Mischung in die Form eingebracht, um
das Rohr mit den Längsrippen und dem Stacheldraht im Ganzen zu umhüllen. Alsdann
wird die Form mit einer hohen Frequenz von 1400 bis 3000 Schwingungen/Minute gerüttelt,
woraufhin die Lanze einer Abschlußpressung unterzogen wird. Die feuerfeste Masse
wird dann getrocknet, wobei, wenn auch jedes beliebige Trockenverfahren angewendet
werden kann, vorzugsweise die Masse doch von innen nach außen getrocknet wird, um
die Ausbildung von Trockenrissen auszuschalten. Zu diesem Zweck wird in das Rohr
2 ein isoliertes elektrisches Heizelement eingeschoben, wobei der Trocknungszyklus
durch ein Thermoelement und ein Temperatur-Steuergerät gesteuert wird, sodaß nicht
nur die genauen Trockentemperaturen erzielt werden, sondern auch jegliche chemische
Bindung vollzogen wird, wenn die feuerfeste Masse aus einer chemisch gebundenen
Masse besteht.