DE4113660C1

DE4113660C1 -

Info

Publication number: DE4113660C1
Application number: DE19914113660
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. Moresnet-Chapelle Be Hampel; Christian Dr.-Ing. 6600 Saarbruecken De Oehler
Original assignee: Saar-Metallwerke 6600 Saarbruecken De GmbH
Current assignee: Saar-Metallwerke 6600 Saarbruecken De GmbH
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2011-04-27
Also published as: EP0510518A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blaslanzenkopfes mit einer Blaslanzenkopfschale, in der Düsenaustrittsöffnungen für das Auf- oder Einblasen von Gasen auf eine oder in eine Metallschmelze vorgesehen sind.

Derartige Lanzenköpfe werden zum Beispiel in Stahlwerken eingesetzt, die nach dem Sauerstoff-Aufblasverfahren, vor zugsweise nach dem LD-Verfahren, arbeiten. Bei diesem Stahlherstellungsverfahren werden im Roheisen enthaltene Begleitelemente mit Hilfe von Sauerstoff durch Oxidation ent fernt. Der Sauerstoff wird dazu mit einer hohen Geschwin digkeit von ca. 1,5 Mach auf das in einem Konverter befind liche flüssige Roheisen aufgeblasen. Durch die aus dem Lan zenkopf austretenden Sauerstoffstrahlen wird das Roheisen bad intensiv durchmischt und die unerwünschten Bestand teile, wie Kohlenstoff: Phosphor, Schwefel, Silizium usw. werden verbrannt.

Der Blaslanzenkopf wird daher innenseitig Sauerstoffdrücken bis 15 bar und den genannten hohen Strömungsgeschwindigkei ten ausgesetzt. Das erfordert in diesem Bereich absolut glatte und geometrisch absolut richtige Konturen. Außensei tig wird der Blaslanzenkopf durch Strahlungshitze bis 2000°C und durch aufgeschäumte Schlacke, die Fe-Gehalte bis zu 20% enthält, beaufschlagt. Diesen Anforderungen ist der Blaslanzenkopf während der Prozeßdauer bis zu 20 Minuten ausgesetzt. Daher muß der Lanzenkopf gekühlt werden, z.B durch eine Wasserkühlung. Bei exakt ausgelegtem Kühlsystem können dann Blaslanzenkopfhaltbarkeiten bis 1000 Chargen erreicht werden.

Die Haltbarkeit oder Standzeit eines Blaslanzenkopfes bis zum Auftreten der ersten Undichtigkeit im Wasserkühlsystem ist nicht das alleinige Kriterium zur Beurteilung des ver wendeten Blaslanzenkopfes. Damit ein Blaslanzenkopf im Hin blick auf die Metallurgie des Stahlherstellungsprozesses in der gewünschten Weise arbeiten kann, muß die erforderliche Sauerstoffmenge möglichst optimal über die Düsenaustritts öffnungen mit der Metallschmelze, zum Beispiel dem Rohei senbad, in Berührung gebracht werden. Aus diesem Grund wird jeder Blaslanzenkopf nach entsprechenden Berechnungen an die spezifischen Betriebsbedingungen eines jeden Stahlwerks angepaßt. Zu den stahlwerksspezifischen Daten gehören dabei insbesondere Konverterinhalt und -abmessungen, Badhöhe, Sauerstoffmenge und -druck sowie Kühlwassermenge und -druck.

Der aufgrund der im Stahlwerk vorliegenden Betriebsdaten konzipierte Blaslanzenkopf arbeitet naturgemäß nur so lange optimal, wie seine mit hoher Präzision gefertigten Düsen ihre ursprüngliche, nach den Gesetzen der Strömungslehre bestimmte Form behalten. Dies gilt insbesondere für die Kanten der Düsenaustrittsöffnungen. Die Geometrie der Dü sen, insbesondere Lavaldüsen, ist so ausgelegt, daß der Gasstrahl, insbesondere Sauerstoffstrahl, unter strömungs technisch einwandfreien Bedingungen austritt. Kommt es wäh rend des Betriebes zum sogenannten Kantenverschleiß, ist ein optimales Arbeiten der Düsen nicht mehr gewährleistet. Unter Kantenverschleiß ist eine mehr oder weniger ausge prägte Abrundung oder Ausfransung der ursprünglich scharf kantigen Düsenaustrittsöffnungen zu verstehen. Die Folgen eines solchen Kantenverschleißes sind in erster Linie

1. zu hohe Verschlackung des Eisens und da mit unzureichendes Stahlausbringen und als dessen Folge
2. zu hoher Verschleiß an sehr teurem Feu erfestmaterial, also Verminderung der Kon verterhaltbarkeit.

Ein Blaslanzenkopf kann also metallurgisch ungeeignet und damit für den Stahlwirtschaftsbetrieb unwirtschaftlich wer den, lange bevor er in Folge von Undichtigkeiten im Wasser kühlsystem ausgewechselt werden muß.

Aus der AT-PS 3 13 945 sind ein einschlägiger Düsenkopf für Sauerstoffblaslanzen und Brennerlanzen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind die Außenfläche des Düsenkopfes und die Innenfläche der Austrittsöffnungen mit einer Molybdänschicht überzogen. Aufgrund dieser Schutzschicht wird die Haltbarkeit des Dü senkopfes, besonders im Hinblick auf den Kantenverschleiß, unter den genannten Einsatzbedingungen erhöht.

Bei dem Verfahren zur Herstellung dieses Düsenkopfes wird nach dessen Reinigung von Oxyden und dem Aufrauhen seiner Oberfläche, insbesondere durch Sandstrahlen, pulverförmiges Molybdän mittels eines Sauerstoff-Azetylen- oder Plasma brenners auf die Außenseite und die Innenflächen der Aus trittsöffnungen aufgespritzt, wobei das Molybdän mit der Oberfläche des Düsenkopfes versintert.

Ferner wird in der JP 63-2 06 420 (A) (in Patents Abstr. of Japan, Sect C, Vol. 12 (1988), Nr. 496 (C-555) eine Blas lanze für Konverter oder dergleichen beschrieben, bei der die Endbereiche der Austrittsöffnungen mit hitzebeständigem Metall oder Keramik ausgekleidet sind. Hierdurch lassen sich ebenfalls die Standzeiten dieser Blaslanze erhöhen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein wirksames, zuverlässiges und für möglichst viele Mate rialien anwendbares Verfahren zur Herstellung eines gekühl ten Blaslanzenkopf der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem der Kantenverschleiß an den Düsenaustrittsöffnungen erheblich reduziert und die Lebensdauer des Blaslanzen kopfes unter strömungstechnisch optimalen Bedingungen er höht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß zumindest vor der Endfertigung der Düsenaustrittsöffnungen Verstärkungs material auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsen austrittsöffnungen aufgebracht wird und daß anschließend die Düsenaustrittsöffnungen durch dieses Ver stärkungsmaterial hindurch in die Blaslanzenkopfschale auf Solldurchmesser gebohrt werden. Dabei werden also die Kon turen der Düsenaustrittsöffnungen insbesondere auch in ih rem Kantenbereich erst dann bestimmt, wenn das Verstär kungsmaterial bereits mit dem Grundmaterial der Blaslanzen kopfschale verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß das Verstärkungsmaterial in Form von Ringen oder Scheiben auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgelegt und dann mit der Blaslan zenkopfschale innig verbunden wird. Dabei bilden dann die Ringe oder Scheiben nach dem Bohren der Düsenaustrittsöff nungen den Kantenbereich dieser Öffnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die Blaslanzenkopfschale außen im Bereich der noch zu erstellenden Düsenaustrittsöffnungen mit Ausnehmun gen versehen wird, daß das Verstärkungsmaterial in diese Ausnehmungen eingebracht und mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen auf Solldurchmesser gebohrt werden. In den Ausnehmungen kann das Verstärkungsmaterial besonders sicher und fest angeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die Blaslanzenkopfschale mit Durch trittsöffnungen versehen wird, die sich an ihrem äußeren Randbereich erweitern, daß Verstärkungsmaterial in diesen Randbereichen plaziert und mit der Blaslanzenkopfschale in nig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen durch das Verstärkungsmaterial hin durch auf Solldurchmesser gebohrt werden. Die Düsenaus trittsöffnungen werden somit in zwei aufeinanderfolgenden Schritten bestimmt, wobei sich die endgültige Kontur selbstverständlich erst nach dem zweiten Bohrvorgang er gibt.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausge führt werden, daß das Verstärkungsmaterial mit der Blaslan zenkopfschale durch explosives Schweißen, durch Auftrags schweißen, Reibschweißen, Elektronenschweißen, Dif fusionsschweißen, Löten oder Spritzen verbunden wird. Es ist diejenige Art der Verbindung zu wählen, die den jewei ligen Gegebenheiten am besten Rechnung trägt und dabei vor allem die Material- und Temperaturverhältnisse berücksich tigt.

Im nun folgenden figurativen Teil der Beschreibung wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen eines nach diesem Verfahren herstellbaren gekühlten Blas lanzenkopfes näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Blaslanzenkopf mit Schaft und Blaslanzenkopfschale, wobei die rechts und links dargestellten Ausführungen voneinander abweichen,

Fig. 2 einen geschmiedeten oder gegossenen Rohling für eine Blaslanzenkopfschale und

Fig. 3 den Rohling gemäß Fig. 2 nach einer weiteren Be arbeitungsstufe, wobei die rechts und links dar gestellten Ausführungen voneinander abweichen.

In Fig. 1 ist ein Blaslanzenkopf 1 mit einer Blaslanzen kopfschale 2 und einem Schaft 3 dargestellt. Diese mitein ander verbundenen Teile sind mit Kühlkanälen 4 versehen, die in üblicher Weise ausgebildet sind.

In der Blaslanzenkopfschale 2 des Blaslanzenkopfes 1 sind Düsenaustrittsöffnungen 5, 6 vorgesehen. Zur Illustration verschiedener Ausführungsmöglichkeiten ist die Düsenaus trittsöffnung 5 im Bereich ihres Austrittsrandes 7 anders ausgebildet als die Düsenaustrittsöffnung 6 im Bereich ihres Austrittsrandes 8. In der praktischen Ausführung wer den in der Regel drei oder mehr gleich ausgebildete Düsenaustrittsöffnungen 5 oder 6 in der Blaslanzenkopf schale 2 vorgesehen sein. Das Verfahren zur Herstellung der Austrittsränder 7, 8 wird durch Fig. 3 erläutert.

Der in Fig. 2 dargestellte Rohling für eine Blaslanzenkopf schale 2 ist geschmiedet oder gegossen. Er besteht insbe sondere aus geschmiedetem oder gegossenem Kupfer. Er hat Abschnitte 10 zur Aufnahme von Durchgangsöffnungen 11. Bei der in Fig. 3 links dargestellten Ausführungsform wird in einen Abschnitt 10 zunächst eine Durchgangsöffnung 11 ein gebracht, die sich nach außen, also nach unten hin, erwei tert. In dieser Erweiterung ist ein Ring 12 aus einem Ver stärkungsmaterial eingesetzt, das innig mit dem Grundmate rial der Blaslanzenkopfschale 2 verbunden ist. Nachdem das Verstärkungsmaterial somit zur Randverstärkung angebracht ist, wird die Durchgangsöffnung 11 durch Bohren oder Fräsen auf das Sollmaß der Düsenaustrittsöffnung 5 gebracht und damit die Kontur für den Gasaustritt genau bestimmt. Die Düsenaustrittsöffnung 5 wird demnach an ihrem Austrittsrand 7 weiterhin von dem Verstärkungsmaterial festgelegt und be stimmt. Dies ist in Fig. 1 links dargestellt.

Bei der Ausführungsform, die in Fig. 3 rechts abgebildet ist, wird zunächst auf der Austrittsseite der noch zu fer tigenden Düsenaustrittsöffnung eine flache Ausnehmung 13 gebildet. In diese Ausnehmung 13 wird Verstärkungsmaterial eingebracht und bildet dort eine plattenartige Einlage 14, die mit dem Grundmaterial innig verbunden wird. Durch diese Einlage 14 aus Verstärkungsmaterial und durch den Abschnitt 10 hindurch wird nun durch Fräsen oder Bohren die Düsenaus trittsöffnung 6 gebildet. Der Austrittsrand 8 dieser Düsen austrittsöffnung wird dann eindeutig von dem Verstärkungs material bestimmt, wie in Fig. 1 rechts dargestellt ist.

Als Verstärkungsmaterial in den verschiedenen Ausführungs formen kommen insbesondere dispersionsverfestigte Kupfer werkstoffe mit hoher Leitfähigkeit, hochwarmfeste Werk stoffe auf Nickelbasis, austenitische Stähle, Nickel, Mo lybdän und Wolfram in Betracht. Die Verbindung dieses Ver stärkungsmaterials mit dem Grundmaterial der Blaslanzen kopfschale 2 erfolgt nach den jeweiligen thermischen Gege benheiten und Materialien durch explosives Schweißen, Auf tragschweißen, Reibschweißen, Elektronenschweißen, Diffusi onsschweißen, Löten oder Spritzen. Die Blaslanzenkopfschale 2 wird mit dem übrigen Blaslanzenkopf 1 durch Schrauben verbunden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blas lanzenkopfes mit einer Blaslanzenkopfschale, in der Düsenaustrittsöffnungen für das Auf- oder Einblasen von Ga sen auf eine oder in eine Metallschmelze vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest vor der Endfertigung der Düsenaustrittsöffnungen Verstärkungsmaterial auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgebracht wird und daß anschließend die Düsenaustritts öffnungen durch dieses Verstärkungsmaterial hindurch in die Blaslanzenkopfschale auf Solldurchmesser gebohrt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Verstärkungsmaterial in Form von Ringen oder Scheiben auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgelegt und dann mit der Blaslan zenkopfschale innig verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaslanzenkopfschale außen im Be reich der noch zu erstellenden Düsenaustrittsöffnungen mit Ausnehmungen versehen wird, daß das Verstärkungsmaterial in diese Ausnehmungen eingebracht und mit der Blaslanzenkopf schale innig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen auf Solldurchmesser gebohrt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaslanzenkopfschale mit Durch trittsöffnungen versehen wird, die sich an ihrem äußeren Randbereich erweitern, daß Verstärkungsmaterial in diesen Randbereichen plaziert und mit der Blaslanzenkopfschale in nig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen durch das Verstärkungsmaterial hin durch auf Solldurchmesser gebohrt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial mit der Blaslanzenkopfschale durch explosives Schweißen, durch Auftragsschweißen, Reibschweißen, Elektronenschweißen, Dif fusionsschweißen, Löten oder Spritzen verbunden wird.