DE3423192A1 - Tauchlanze - Google Patents

Tauchlanze

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DE3423192A1
DE3423192A1 DE19843423192 DE3423192A DE3423192A1 DE 3423192 A1 DE3423192 A1 DE 3423192A1 DE 19843423192 DE19843423192 DE 19843423192 DE 3423192 A DE3423192 A DE 3423192A DE 3423192 A1 DE3423192 A1 DE 3423192A1
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Heribert Dipl.-Ing. 4740 Oelde Martens
Alfons 4730 Ahlen Oskamp
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Krupp Polysius AG
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    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
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Description

  • Tauchlanze
  • Die Erfindung betrifft eine Tauchlanze zum Einblasen von Behandlungsmitteln in ein Metallschmelzebad, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Tauchlanzen der vorausgesetzten Art werden beispielsweise benutzt, um Entschwefelungsmittel oder andere Behandlungsmittel in flüssige Roheisenbäder einzubringen, was im allgemeinen mit Hilfe eines Trägergases geschieht, so daß die Behandlungsmittel im fluidisierten Zustand in das flüssige Eisenbad eingeblasen werden, indem die Tauchlanze mit Hilfe einer heb- und senkbaren Halterungseinrichtung in entsprechender Weise in das flüssige Metall eingetaucht wird.
  • Bei einer bekannten Tauchlanzenausführung der vorausgesetzten Art (z.B. BE-PS 837 384) ist das eine Kühlkammer umgebende Mantelrohr durch eine Vielzahl von axial aneinander anschließenden Ringen aus feuerfester Masse gebildet, wobei zwischen den einzelnen Ringen angepaßte Ringdichtungen angeordnet sein müssen. Am oberen Ende des obersten Ringes schließt sich ein Verteilerkasten für die Zuführung von Kühlgas an, das durch mehrere in Umfangsrichtung in der Kühlkammer verteilte, parallel zueinander und zum zentralen Einblasrohr verlaufende Zuführrohre bis in das untere Ende der Kühlkammer (Wärmetauscherkammer) geleitet wird, um sowohl das zentrale Einblasrohr als auch das Mantelrohr sowie wenigstens teilweise den Düsenkopf zu kühlen. Das innerhalb der Kühlkammer nach oben strömende Kühlgas wird durch Ausströmöffnungen zwischen dem obersten Ring des Mantelrohres und dem Verteilerkasten abgeführt. Bei Beschädigung allein eines der Ringe des Mantelrohres muß dieser Ring mit großem Arbeitsaufwand ausgewechselt werden, indem das ganze Mantelrohr weitgehend auseinandergebaut wird, da andererseits die erwünschte Schutzwirkung des Mantelrohres und die gewünschte Kühlwirkung des zugeführten Kühlgases innerhalb der Kühlkammer in unerwünschter Weise versehlechtert oder gar aufgehoben wird. Außerdem muß damit gerechnet werden, daß ein Teil des in die Kühlkammer eingeführten Kühlgases durch das Mantelrohr in das Metallschmelzebad gelangen kann, weshalb es hier auch für sinnvoll angesehen wird, ein gegenüber dem Entschwefelungsmittel neutrales Kühlgas zu verwenden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einf Tauchlanze der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art zu schaffen, die sich durch eine einfache Konstruktion und Herstellung sowie durch einen optimalen Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscherfluid und den damit in Berührung kommenden Lanzenteilen bei zuverlässiger Einblaswirkung für das Behandlungsmittel auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Tauchlanzenausführung wird das Mantelrohr nicht nur - wie bei der erläuterten bekannten Ausführung - durch eine feuerfeste Masse, sondern durch ein Metallrohr mit einer äußeren feuerfesten Umhüllung gebildet, wodurch Beschädigungen allein der äußeren feuerfesten- Umhüllung die Wärmeaustauschfunktion der Wärmetauscherkammer in keiner Weise beeinträchtigen kann; darüber hinaus lassen sich einzelne schadhafte Stellen der feuerfesten Umhüllung ohne besondere Schwierigkeiten leicht von außen her ausbessern, wozu die Lanze bzw.
  • das Mantelrohr im zusammengebauten Zustand verbleiben kann.
  • Das die Wärmetauscherkammer aufteilende Zwischenrohr läßt sich einfach herstellen und innerhalb der Wärmetauscherkammer in der gewünschten Weise anordnen.
  • Durch die Aufteilung der Wärmetauscherkammer in einen Zuführraum und einen Abführraum mit Hilfe des konzentrisch angeordneten Zwischenrohres wird ferner gewährleistet, daß zum einen das zentrale Einblasrohr und zum andern das äußere Mantelrohr sehr intensiv und gezielt von dem Wärmetauscherfluid umspült werden.
  • Der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscherfluid und den damit in Berührung kommenden Lanzenteilen kann auch weiter dadurch intensiviert werden, daß der Durchfluß des Wärmetauscherfluids durch die Wärmetauscherkammer in der jeweils erforderlichen Weise über eine Steuereinrichtung gesteuert wird, die sowohl an den Zuführleitungsanschluß als auch an den Abführleitungsanschluß angeschlossen ist.
  • Es sei an dieser Stelle betont, daß als Wärmetausche fluid sowohl flüssige als auch gasförmige Medien ver wendet werden können und daß mit Hilfe des Wärmetauscherfluids die Tauchlanze in der gerade erforderlichen Weise gekühlt, vorgeheizt oder auch getrocknet werden kann. Ein Kühlen der Tauchlanze bietet sich während des Eintauchens der Lanze in ein Metallschmelzebad an, während die Lanze davor beispielsweise auf eine angemessene Temperatur vorgeheizt werden kann; außerdem kann es bei der Neuerstellung und auch bei der Ausbesserung der äußeren feuerfesten Verkleidung von Vorteil sein, wenn das die Wärmetauscherkammer durchströmende Wärmetauscher medium eine Temperatur aufweist, durch die die frisc auf das Metallrohr aufgebrachte feuerfeste Masse zur Bildung der Umhüllung in günstiger Weise getrock net werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Aus gestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die Erfindung sei im folgenden anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen Fig.1 eine zum Teil im vertikalen Längsschnitt und zum Teil in der Schema-Ansicht dargestellte Ausführungsform der Tauchlanze; Fig.2 eine Vertikalschnittansicht lediglich des unteren Endes der Tauchlanzelzur Darstellung einer besonderen Ausführungsvariante.
  • Die in Fig.1 veranschaulichte Tauchlanze 1 dient zum Einblasen von Behandlungsmitteln, z.B. Entschwefelungsmitteln, in ein Metallschmelzebad (nicht dargestellt), beispielsweise in flüssiges Roheisen. Die einzublasenden Behandlungsmittel können in üblicher Weise durch ein geeignetes Trägergas fluidisiert sein und werden entsprechend den Pfeilen 2, 2a durch ein zentral in der Tauchlanze 1 angeordnetes Einblasrohr 3 hindurchgefördert, das an seinem oberen Ende (in axialer oberer VerlEngerung) mit einem Zuführungsanschluß 4 für das Behandlungsmittel verbunden ist.
  • Die Tauchlanze 1 enthält ferner ein konzentrisch zum zentralen Einblasrohr 3 angeordnetes und dieses mit radialem Abstand umgebendes Mantelrohr 5. Zwischen dem Einblasrohr 3 und dem Mantelrohr 5 ist eine im Querschnitt ringförmige Wärmetauscherkammer 6 ausgebildet, während das untere freie Lanzenende in Form eines Düsenkopfes 7 mit - in diesem Ausführungsbeispiel - einer Düsenbohrung bzw. Düsenöffnung 8, die sich in unmittelbarer Verlängerung an das untere Ende des Einblasrohres 3 anschließt.
  • Das Mantelrohr 5 ist im wesentlichen durch ein sich über die ganze Tauchlanzenlänge erstreckendes Metallrohr 9 gebildet, das wenigstens an seinem in das Schmelzebad eintauchenden Längsabschnitt eine äußere Umhüllung 10 aus feuerfester Masse (üblicher Ausführung) aufweist. Im Beispiel der Fig.1 erstreckt sich die feuerfeste Umhüllung 10 durchgehend bis um den Düsenkopf 7, so daß an dem unteren Tauchlanzenende lediglich die Düsenöffnung 8 fre bleibt. Am unteren Ende des Metallrohres 9, also im Bereich des Düsenkopfes 7, ist ein in seinem größten Durchmesser dem Durchmesser des Metallrohres 9 entsprechendes Verbindungselement 11 befestigt (vorzugsweise angeschweißt), das halbkugelartig und schalenförmig ausgebildet ist und das untere Ende des Metallrohres 9 formschlüssig mit dem unteren Ende des zentralen Einblasrohres 3 (etwas oberhalb der dort vorhandenen Düsenöffnung 8) verbindet. Dieses Verbindungselement 11 bildet auch gleichzeitig den unteren Abschluß der ringförmigen Wärmetauscherkammer 6.
  • Konzentrisch zwischen dem Einblasrohr 3 und dem Mantelrohr 5 bzw. dessen Metallrohr 9 ist ein mittleres bzw. Zwischenrohr 12 in der Wärmetauscherkammer 6 angeordnet, das sich vom oberen Ende der Wärmetauscherkammer 6 bis kurz vor deren unteres Ende (im Bereich des Verbindungselementes 11) derart erstreckt, daß die Wärmetauscherkammer 6 in einen inneren Zuführraum 6a und einen äußeren Abführraum 6b für ein Wärmetauscherfluid unterteilt wird, wobei diese beiden ringförmigen Räume 6a und 6b lediglich am unteren Ende der Wärmetauscherkammer 6 miteinander in offener Verbindung stehen.
  • Die oberen Enden der drei konzentrisch ineinander bzw. zueinander angeordneten, vorzugsweise Kreis-Querschnitt aufweisenden Rohre 3, 9 und 12 sind an bzw. in einer Flanschverbindung 13 angeordnet, die einen oberen Ringflansch 13a und einen unteren Ringflansch 13b besitzt, die durch nicht näher veranschaulichte Verbindungsmittel (insbesondere Schrauben) lösbar miteinander verbunden sind.
  • Das äußere Metallrohr 9 des Mantelrohres 5 ist stumpf an der Unterseite des unteren Ringflansches 13b angeschweißt, und das Zwischenrohr 12 ist in eine passende Flanschbohrung 14 eingesteckt und dort ebenfalls festgeschweißt. Das zentrale Einblasrohr 3 reicht dagegen durch die Flanschbohrung 14 des unteren Ringflansches 13b nach oben hindurch und ist in einer passenden zentralen Flanschbohrung 15 des oberen Ringflansches 13a mit Hilfe einer Ringdichtung (O-Ring) 16 gasdicht aufgenommen; in Verlängerung dieses oberen Endes des Einblasrohres 3 ist der Zuführungsanschluß 4 in diese Flanschbohrung 15 eingeschweißt. Unmittelbar auf dem oberen Ringflansch 13a der Flanschverbindung 13 ist ein Verteilergehäuse 17 etwa kappenartig angebracht (vorzugsweise angeschweißt), das einen Zuführleitungsanschluß 18 für ein Wärmetauscherfluid aufweist und zentral von dem Zuführungsanschluß 4 durchsetzt wird. In dem oberen Ringflansch 13a sind mit Umfangsabstand mehrere Axialbohrungen 19 derart vorgesehen, daß sie das Innere des Verteilergehäuses 17 mit dem oberen Ende des inneren Zuführraumes 6a der Wärmetauscherkammer 6 verbinden. In der Nähe des oberen Endes des äußeren Metallrohres 9 ist dagegen ein Abführleitungsanschluß 20 zum Abführen von verbrauchtem Wärmetauscherfluid aus dem oberen Ende des äußeren Abführraumes 6b der Wärmetauscher 6 angeschlossen.
  • Das kurz oberhalb des schalenförmigen Verbindungselements 11 im unteren Teil der Wärmetauscherkammer 6 endende Zwischenrohr 12 kann in diesem unteren Endbereich in geeigneter Weise durch in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, schmale Führungsstege 21 geführt und gehaltert sein, indem diese Führungsstege 21 - vorzugsweise durch Schweißverbindung - entweder mit dem äußeren Metallrohr 9 (wie dargestellt) oder mit dem zentralen Einblasrohr 3 (oder gleichzeitig mit beiden) verbunden sind.
  • Die Ausbildung und Anordnung der konzentrisch zueinander angeordneten Rohre 3, 9, 12 gewährleisten eine zuverlässige Zusammenordnung, bei der kritisch Verspannungen, die durch unterschiedliche Wärmebeaufschlagungen der einzelnen Rohre hervorgerufen werden könnten, im wesentlichen vermieden werden.
  • Von besonderer Bedeutung ist ferner, daß an den Zuführleitungsanschluß 18 und den Abführleitungsanschluß 20 für das Wärmetauscherfluid eine beiden gemeinsame Steuereinrichtung 22 angeschlossen ist, durch die der Durchfluß des Wärmetauscherfluids insbesondere durch die Wärmetauscherkammer 6 in ge- wünschter Weise gesteuert werden kann. Diese Steuereinrichtung 22 enthält ein Thermoelement 23 (beispielsweise in Form einer Temperaturmeßsonde), das dem Abführleitungsanschluß 20 zugeordnet ist, sowie wenigstens ein dem Zuleitungsanschluß 18 zugeordnetes Mengenregelorgan 24 für das Wärmetauscherfluid. Das Thermoelement 23 und das Regelorgan 24 dienen dazu, das über den Zuführleitungsanschluß 18 und das Verteilergehäuse 17 der Wärmetauscherkammer 6 zuzuleitende Wärmetauscherfluid in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des aus dem Abführleitungsanschluß 20 ausströmenden Fluid mengenmäßig zu regeln. Dies kann auf einfachste Weise dadurch geschehen, daß entsprechend einem über das Thermoelement 23 angezeigten Wert das Mengenregelorgan 24 manuell entsprechend eingestellt wird; besonders günstig kann der durch das Thermoelement 23 am Abführleitungsanschluß 20 ermittelte Wert jedoch über ein innerhalb der Steuereinrichtung 22 angeordnetes, automatisch arbeitendes Steuerorgan 25 den Mengenregelorgan 24 zwecks entsprechender automatischer Mengenregelung des Wärmetauscherfluids zugeleitet werden.
  • Im Beispiel der Fig.1 sei angenommen, daß die Steuereinrichtung 22 für die Wärmetauscherfluid-Zufuhr automatisch arbeitet. Diese Steuereinrichtung 22 ist dabei so ausgebildet, daß sie je nach Bedarf ein die Tauchlanze 1 vorheizendes oder kühlendes Wärmetauscherfluid zuleitet. Zu diesem Zweck sind zwei Zuleitungszweige 26a und 26b für Wärmetauscher- fluid vorgesehen, die je mit einer Förderpumpe 27a 27b, je einem Mengenregelorgan 24, 24a und vorzugsweise je einem geeigneten Wärmetauscher 28a, 28b ausgerüstet sind, durch die das im zugehörigen Leitungszweig strömende Wärmetauscherfluid aufgeheizt bzw. gekühlt werden kann. Jedem Mengenregelorgan 24 24a ist ferner eine Stellvorrichtung 24' bzw. 24a' zugeordnet, die steuerungsmäßig mit dem Steuerorgan 25 in Verbindung steht. Bei den Mengenregelorganen 24, 24a kann es sich um übliche Steuerventile oder -schieher handeln.
  • Generell kan das aus dem Abführleitungsanschluß 20 ausströmende Wärmetauscherfluid in geeigneter Weise abgeleitet werden. In manchen Anwendungsfällen kann es jedoch zweckmäßig sein, in der Abführleitung ode im Abführleitungsanschluß 20 eine Abzweigweiche 29 vorzusehen, von der eine Kreislaufleitunq 30 wahlweise zu einem der beiden Zuleitungszweige 26a oder 26b oder auch - mit Hilfe einer weiteren Abzweigweiche - zu beiden Zuleitungszweigen geführt werden kann, so daß das Wärmetauscherfluid über die Kreislaufleitung 30 zirkulieren kann.
  • Bei dem Wärmetauscherfluid kann es sich um eine Kühlflüssigkeit (insbesondere Kühlwasser) oder um ein Kühlgas, insbesondere um Kühlluft, handeln.
  • Während im Beispiel der Fig.1 der Düsenkopf 7 eine einzige zentrale, koaxial an das untere Einblasrohrende anschließende Düsenöffnung 8 aufweist und fest mit dem unteren Ende der Tauchlanze 1 ausgebildet ist, besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Düsenkopf 7' entsprechend einer Ausführungsvariante gemäß Fig.2 mit mehreren Düsenvohrungen bzw. Düsenöffnungen 8' auszubilden. Diese Düsenöffnungen 8' können mit dem unteren, vorzugsweise düsenartig ausgebildeten Ende des zentralen Einblasrohres 3 in Verbindung stehen und entweder schräg nach unten oder - wie in Fig.2 dargestellt - etwa radial nach außen gerichtet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Düsenkopf 7' austauschbar am unteren Lanzenende anzubringen. Zu diesem Zweck kann das untere Ende des Einblasrohres 3 gegenüber der feuerfesten Umhüllung 10 frei nach unten vorstehen und mit Außengewinde 31 versehen sein, auf das ein entsprechendes Innengewinde des Düsenkopfes 7' aufgeschraubt ist, wobei zwischen dem unteren Ende des Mantelrohres 5 und dem oberen Ende des Düsenkopfes 7' geeignete Dichtungen (nicht näher dargestellt) angeordnet sein können. In jedem Falle ist jedoch dieser austauschbare Düsenkopf 7' in gleicher Weise wie der feste Düsenkopf 7 gemäß Fig.1 ebenfalls mit einer feuerfesten Umhüllung 10' versehen.
  • Die Austauschbarkeit von Düsenköpfen am unteren Ende der Tauchlanze bietet den Vorteil, daß für verschiedene Einsatzfälle der Tauchlanze auch angepaßte Düsenköpfe verwendet werden können, die sich in der Ausbildung und Anzahl der darin vorgesehenen Düsenöffnungen bzw. Düsenbohrungen unterscheiden, so daß verschiedenste Einblasparameter erfüllt und sehr verschiedene Behandlungsinittel in Schmelzebäder eingeblasen werden können.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche: 1. Tauchlanze zum Einblasen von Behandlungsmitteln in ein Metallschmelzebad, enthaltend ein zentrales Einblasrohr (3) mit einem oberen Behandlungsmittel-Zuführungsan schluß, ein konzentrisch zum zentralen Einblasrohr angeordnetes und dieses mit radialem Abstand umgebendes Mantelrohr (5), eine zwischen dem zentralen Einblasrohr (3) und dem Mantelrohr (5) ausgebildete, einen Ringquerschnitt aufweisende Wärmetauscherkammer (6), die an ihrem oberen Ende einen ZuführleitungsanschluB (18) und einen Abführleitungsanschluß (20) für ein Wärmetauscherfluid besitzt, sowie einen am unteren freien Lanzenende angeordneten Düsenkopf (7) mit wenigstens einer an das untere Ende des Einblasrohres angeschlossenen Düsenöffnung (8), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) das Mantelrohr (5) ist wenigstens an seinem Eintauch-Längsabschnitt durch ein Metallrohr (9) mit einer äußeren feuerfesten Umhüllung (10) gebildet; b) ein konzentrisch zum Einblasrohr (3) und zum Mantelrohr (5) angeordnetes Zwischenrohr (12) teilt die Wärmetauscherkammer (6) in einen Zuführraum (6a) und einen Abführraum (6b) für das Wärmetauscherfluid auf und erstreckt sich vom oberen Ende der Wärmetauscherkammer bis kurz vor deren unteres Ende; c) an den Zuführleitungsanschluß (18) und den Abführleitungsanschluß (20) ist eine gemeinsame Steuereinrichtung (22) für den Wärmetauscherfluid-Durchfluß angeschlossen.
  2. 2. Tauchlanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Einblasrohr (3) und das Metallrohr (9) des Mantelrohres (5) an ihren unteren Enden in der Nähe des Düsenkopfes (7) durch ein halbkugelartiges, schalenförmiges Verbindung element (11) formschlüssig miteinander verbunden sind, während das obere Ende des Metallrohres (9) an einer Flanschverbindung (13) befestigt und das obere Ende des Einblasrohres (3) mittels einer Ringdichtung (16) durch diese Flanschverbindung nach oben hindurchgeführt ist.
  3. 3. Tauchlanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Flanschverbindung (13) ein den Wärmetauscherfluid-Zufühßeitungsanschluß (18) aufweisendes.Wärmetauscherfluid-Verteilergehäuse (17) angebracht ist, das durch die Flanschverbindung hindurch mit dem Zuführraun (6a) der Wärmetauscherkammer (6) verbunden ist, wobei das obere Ende des Zwischenrohres (12) an der Unterseite der Flanschverbindung befestigt ist.
  4. 4. Tauchlanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Behandlungsmittel-Zuführungsanschluß (4) des Einblasrohres (3) das Verteilergehäuse (17) etwa zentral und abgedichtet durch- setzt und daß das Innere des Verteilergehäuses (17) über in der Flanschverbindung (13) vorgesehene Axialbohrungen (14) mit dem Zuführraum (6a) der Wärmetauscherkammer (6) verbunden ist.
  5. 5. Tauchlanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schalenförmige Verbindungselement (11) und der Düsenkopf (7, 7') ebenfalls eine feuerfeste Umhüllung (10, 10') aufweisen.
  6. 6. Tauchlanze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (7) eine einzige zentrale, koaxial an das untere Einblasrohrende anschließende Düsenöffnung (8) aufweist.
  7. 7. Tauchlanze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (7') mehrere radial oder schräg vom unteren Einblasrohrende nach außen gerichtete Düsenöffnungen (8') aufweist.
  8. 8. Tauchlanze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (7') austauschbar am unteren Lanzenende angebracht ist.
  9. 9. Tauchlanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscherfluid-Abführleitungsanschluß (20) innerhalb der Steuereinrichtung (22) ein Thermoelement (23) und dem Wärmetauscherfluid-Zuführleitungsanschluß (18) wenigstens ein Mengenregelorgan (24, 24a) für das Wärmetauscherfluid zugeordnet ist.
  10. 10. Tauchlanze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (23) und das Mengenregelorgan (24, 24a) durch ein manuell einstellbares oder automatisch arbeitendes Steuerorgan (25) innerhalb der Steuereinrichtung (22) miteinander verbunden sind.
  11. 11. Tauchlanze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführleitungsanschluß (18) und der Abführleitungsanschluß (20) für das Wärmetauscherfluid über eine Kreislaufleitung (30) verbindbar sind, wobei in die Kreislaufleitung ein Wärmetauscher (28a bzw. 28b) eingebaut ist.
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