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Tauchlanze
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Die Erfindung betrifft eine Tauchlanze zum Einblasen von Behandlungsmitteln
in ein Metallschmelzebad, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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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.
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das Mantelrohr im zusammengebauten Zustand verbleiben kann.
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Das die Wärmetauscherkammer aufteilende Zwischenrohr läßt sich einfach
herstellen und innerhalb der Wärmetauscherkammer in der gewünschten Weise anordnen.
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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.
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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.
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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.
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Weitere vorteilhafte Aus gestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei dem Wärmetauscherfluid kann es sich um eine Kühlflüssigkeit (insbesondere
Kühlwasser) oder um ein Kühlgas, insbesondere um Kühlluft, handeln.
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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.
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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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