DE7708997U1

DE7708997U1 - Lanzenkopf fuer frischlanze

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Publication number: DE7708997U1
Application number: DE7708997U
Authority: DE
Original assignee: Stahlwerke Pein Salzgitter AG
Current assignee: Stahlwerke Pein Salzgitter AG
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-09-08

Description

Stahlwerke Peine-Salzgitter AG Postfach 1740
3150 Peine

Lanzenkopf für Frischlanze

Die Neuerung betrifft einen Lanzenkopf für Frischlanzen mit mehr -en von der Längsachse divergierend zur Badoberfläche ausgerichteten ExpansionsdUsen, sowie mit mindestens je einer konzentrisch zur Längsachse angeordneten Vorlauf- und Rücklaufleitung für das Kühlmedium, zwischen denen eine Strömungsleitvorrichtung zur Kühlung des Lanzenkopfes angeordnet ist.

Lanzenköpfe für Sauerstoffblaslanzen dieser Art haben sich für verschiedene metallurgische Verfahren, wie .B. das LD, LDAC, LDS, das SM und auch das Elektroofenverfahren in der Praxis hervorragend bewährt. Ein Problem fUr den Frischbetrieb, das zu erheblichen Reparaturkosten durch Beschaffung und Einbau der Ersatzköpfe führt, ist allerdings noch nicht befriedigend gelöst worden, nämlich, die mehr oder weniger kurze Lebensdauer der bisher im Einsatz befindlichen Lanzenköpfe auf einen annehmbaren Zeitraum zu verlängern.

Die Überwiegende Zahl wird schon nach kurzer Betriebszeit in der Mitte zwischen den Düsen durch Verbrennen zerstört. Diese Zentraldefekte sind gefährlich, da durch die entstehen» den Durchbrüche das unter hohem Druck stehende Kühlwasser in das

flüssige Stahlbad spritzt und hier zu Knallgasexplosionen fuhren kann.

Es ist bekannt, daß beim Frischprozeß im Bereich des Lanzenkopfes Temperaturen bis 2273 K (2000 ⁰C) auftreten. Die Schmelztemperatur des Kupfers liegt dagegen bei 1356 K (1083 °C).

Die auf die Außenfläche dec Lanzenkopfes auftretende Wärmeenergie muß nach innen geleitet und mittels eines Kuhlsmediums, z.B. Kühlwasser, abgeführt werden. Es sind durch eine Vielzahl von Schutzrechten und Schutzrechtsanmeldungen technische Vorschläge zur Läsung des schwierigen Problems einer günstigen KUhlmittelfUhrung im Lanzenkopf zur Erzielung einer optimalen Kuhlwirkung bekannt geworden.

Die Praxis in den Stahlwerksbetrieben hat jedoch gezeigt, daß der damit erreichte Stand der Technik nicht befriedigend ist und keiner der bisher bekannten Lösungsvorschläge zu einer ausreichenden Haltbarkeit der Lanzenköpfe geführt hat.

Es wurde festgestellt, daß bei den bisher bekannten Frischlanzen, vorbeschriebener Art, die hierzu verwendeten Einrichtungen für die Führung des Kühlmittels im Lanzenkopf nicht den strömungstechnischen Erfordernissen in dem Maße entsprachen, um eine ausreichende Kühlung an den Stellen des Lanzenkopfes zu erreichen, die den höchsten thermischen Beanspruchungen unterliegen.

Obwohl im Prinzip eine Kühlmittelführung auf das Zentrum des Lanzenkopfes erreicht wurde, konnte die gewünschte Kühl·»· wirkung unter anderem wegen Wirbel- und Totwasserraumbildung, nicht erzielt werden, da die Leitorgane für die Wasserführung

konstruktiv nicht den Erfordernissen entsprechend ausgebildet sind. So wurden Leitringe für das Kühlmedium im Lanzenkupf vorgeschlagen, insofern diese überhaupt die Düsen umfaßten, ohne die Querschnittsflächen-Veränderung jeweils zwischen den einzelnen, benachbarten Düsen in Bezug auf die hydrodynamischen Belange zu berücksichtigen.

In anderen bekannten Lanzenköpfen enden die Leitringe vor dem äußeren die Düsen umfassenden Umkreis oder es wurden Kreisringsegmente mit unterschiedlicher Formgebung oder dergleichen innerhalb des Lanzenkopfes angeordnet, die eine unerwünschte schädliche Wirbelbildung nicht verhindern, sondern im Gegenteil noch begünstigen.

Das führt zwangsläufig zu einer unzureichenden Kühlung, insbesodere des zentralen, thermisch hochbelasteten Bereiches de«? Lanzenkopfes, wodurch nach relativ kurzer Zeit eine Zerstörung des Lanzenkopfes durch Zerschmelzen des Kupfers eintritt.

Der Lanzenkopf wird damit vorzeitig unbrauchbar, was eine öftere Unterbrechung des Betriebsablaufes und der Produktion noch sich zieht. Außerdem entsteht hierbei eine erhöhte Unfallgefahr durch eine mögliche Knallgasbildung (H-O-Spaltung), wie eingangs beschrieben wurde.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist, die vorbeschriebenen Nachteile bei bekannten Lanzenköpfen dieser Art weitgehend zu beheben und eine bessere Kühlung der thermisch hochbeanspruchten Stellen des Lanzenkopfes zu erzielen durch eine den

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hydrodynamischen Erfordernissen für eine LanzenkopfkUhlung optimal angepaßte konstruktive Ausbildung des Kühlbereiches und dadurch eine größere Haltbarkeit und Betriebssicherheit zu erzielen.

Gemäß der Neuerung wird bei Lanzenköpfen für Frischlanzen mit mehreren von der Längsachse divergierend zur Badoberfläche ausgerichtete Expansionsdüsen, sowie mit mindestens je einer konzentrisch zur Längsachse angeordneten Vorlauf- und RUcklaufleitung fUr das Kuhlmedium, zwischen denen eine Strömungsleitvorrichtung zur Kühlung des Lanzenkopfes und zur Umlenkung der Kuhlmittelströmung angeordnet ist, reuerungsgemäß vorgeschlagen, ein an dem, die Zulauf- und Rücklaufleitung abgrenzenden Rohr in einem Abstand vom Lanzenkopfboden und in Richtung zur Längsachse sich erstreckendes Strömungslenkstück anzuordnen, das im radialen Bereich der querschnittseinengenden Expansionsdüsen konkav an der zur Bodenplatte zugewandten Seite ausgebildet ist.

Durch die konkave Ausbildung des Strömungslenkstückes wird neuerungsgemäß erreicht, daß bei zunehmender Verengung des Strömungsquerschnittes zwischen jeweils zwei benachbarten ExpansionsdUsen in horizontaler Ebene, diese proportional in vertikaler Ebene zur Erhaltung eines konstanten Strömungsquerschnittes ausgeglichen wird. Die Krümmung der Konkave kann somit exakt errechnet werden. Neuerungsgemäß liegt damit über der gesamten freien inneren Fläche des Lanzenkopfbodens eine gleichmäßige hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels vor, die sicherstellt, daß eine Filmverdampfung - Verminderung des Wärmeübergangs fest/flüssig, die im ursächlichen Zusammenhang mit dem früh-

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zeitigen Zerschmelzen des Kupfers im zentralen Bereich des Lanzenkopfbodens steht, weitgehend verhindert wird.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Neuerung wird vorgeschlagen, daß der das StrÖmungslenkstUck nach innen begrenzender Rand sich mindestens bis zum die ExpansionsdUsen nach innen begrenzenden Umkreis erstreckt und entsprechend der konkaven Ausbildung zur zentralen Stirnfläche geneigt angeordnet ist, wodurch der Kuhlmittelstrom intensiv duf den thermisch hochbelasteten zentralen Bereich des Lanzenkopfbodens gelenkt wird.

Im engen Zusammenhang mit der vorteilhaften Funktion des neuerungsgemäßen Lanzenkopfes steht der widerstandsarme Rücklauf des Kuhlmittels, der ebenfalls für die optimale Wirkung der Kühlung bedeutend ist. Hier wird in einer weiteren Ausgestaltung der Neuerung vorgeschlagen, daß die obere, den KUhlmittelrUcklauf begrenzende Oberfläche, des StrömungslenkstUckes, konvex ausgebildet und die konvexe Oberfläche etwa kongruent entsprechend der konkaven Oberfläche des Verteilerstuckes gestaltet ist.

Ferner daß der Strömungsquerschnitt zwischen dem konkav ausgebildeten VerteilerstUck und der konvexen Oberfläche des StrömungslenkstUckes mindestens so groß ist, wie der Strömungsquerschnitt unterhalb des StrömungslenkstUckes. Es hat sich erwiesen, daß bei exakter Einhaltung der vorliegenden Ausgestaltung der Neuerung, die Strömungsräume des Kuhlmittels so ideal gestaltet werden können, daß der KUhI-mittelzulauf und -rücklauf in entgegengesetzter Richtung bei ebenfalls voller KUhlwirkung erfolgen kann.

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Der neuerungsgemäße Lanzenkopf soll nun anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen nach der Neuerung gestalteten Lanzenkopf einer Frischlanze mit vier von der Längsachse 7 divergierend angeordneten txpansionsdüsen 9. Das Strömungslenkstück 1 ist mit dem Rohr bzw. Rohrstück 5, das den Kühlmittelzulauf 3 und Kühlmittelrücklauf 4- voneinander trennt, verbunden. Die Befestigung c^s StrömungslenkstUckes 1 kann in an sich bekannter Weise mittels beliebiger Mittel, z.B. durch Schweißen, Löten, Klemmen, Kleben o. dgl. oder mittels federnder Verbindungselemente an das Rohr 5 befestigt werden. Das StrömungslenkstUck 1 ist an der unteren, zur Bodenplatte 6 gewondte.i Seite im radialen Bereich δ der Expansionsdüsen 9 konkav ausgebildet, entsprechend der im Bereich vorhandenen Querschnittsverengung zwischen den Expansionsdüsen 9, zur Erhaltung der konstanten Querschnittsfläche im Bireich 8, wie eingangs bereits beschrieben wurde. Der das StrömungslenkstUck Ί nach innen begrenzender Rand erstreckt sich über den die ExpansionsdUsen 9 nach innen begrenzenden Umkreis 11 hinaus und lenkt das Kühlmittel auf die zentrale Fläche 12 des Lanzenkopfbodens 6. Die konvexe Oberfläche 13 des Strömungslenkstückes 1 ist mit der konkaven Oberfläche 14 des Verteilerstuckes 2 in etwa kongruent, wodurch ein störungsfreier, widerstandsarmer Rücklauf des Kühlmittels gewährleistet ist.

Um eine einwandfreie Strömung des Kühlmittels zu erreichen, ist es erforderlich, das StrömungslenkstUck 1 gegenüber

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den ExpansionsdUsen 9 sorgfältig abzudichten. Die Abdichtung kann ζ B. durch eine nicht lösbare Verbindung, wie durch Löten, Schweißen o.dgl. hergestellt werden, oder aber durch lösbare Dichtungen, beispielsweise aus einem dauerelastischen Werkstoff, wie Elastomere in Form von Thermoplasten oder Duroplasten.

Die praktische Erprobung der neuerungsgemäßen Lanzenköpfe hat gezeigt, daß die Haltbarkeit der nach dieser Neuerung hergestellten Frischlanzen erheblich über das bisherige Maß der Haltbarkeit bekannter Lanzen gesteigert werden konnte, so daß neben einer meßbaren wirtschaftlichen Verbesserung auch die mit Zentraldefekten verbundene Unfallgefchr wesentlich vermindert wird.

Claims

-S- SchutzQnsprUche

1. Lanzenkopf für Frischlanzen mit mehreren von der Längsachse divergierend zur Badoberfläche ausgerichteten Expansionsdüsen, sowie mit mindestens je einer konzentrisch zur Längsachse angeordneten Vorlauf- und RUcklaufleitung für das Kühlmedium, zwischen denen eine Strömungsleitvorrichtung zur Kühlung des Lanzenkopfes und zur Umlenkung der Kuhlmittelströmung angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein an dem die Zulauf- (3) und RUcklaufleitung (4) abgrenzenden Rohr (5), in einem Abstand vom Lanzenkopfboden (6) angeordnetes, in Richtung zur Lärtgsachse (7) erstreckendes Strömungslenkstück (l), das im radialen Bereich (8) der querschnittseinengenden Expansionsdüsen (9) konkav an der zur Bodenplatte (6) zugewandten Seite ausgebildet ist.

2. Lanzenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Strömungslenkstück (1) nach innen begrenzende Rand (1O) sich mindestens bis zum die Expansionsdüsen (9) nach innen begrenzenden Umkreis (11) erstreckt und entsprechend der konkaven Ausbildung zur zentralen Stirnfläche (12) geneigt angeordnet ist.

3. Lanzenkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, den KühlmittelrUcklauf (4) begrenzende Oberfläche (13) des Strömungslenkstückes (l) konvex ausgebildet ist und die konvexe Oberfläche (13) etwa kongruent entsprechend der konkaven Oberfläche (14) des Verteilerstuckes (2) gestaltet ist.

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4. Lanzenkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt zwischen dem konkav ausgebildeten Verteilerstück (2) und der konvexen Oberfläche (13) des Strömungslenkstückes (l) mindestens so groß ist, wie der Strömungsquerschnitt unterhalb des Strömungslenkstückes (1).

5. Lanzenkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelvorlauf (3) und der Kühlmittelrücklauf (4) umkehrbar ist.

6. Lanzenkopf nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungslenkstück (i) durch an sich bekannte Verbindungstechniken, z.B. durch Schweißen, Löten, Klemmen, Kleben oder dergleichen, oder mittels federnder Verbindungselemente mit dem Rohr (5) verbunden ist.

7. Lanzenkopf nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Lanzenkopfbodens (6) zusätzlich mit oberflächenvergrößernden Rippen oder dergleichen versehen isL.

8. Lanzenkopf nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen zwischen dem Strömungslenkstück (1) und den Expansionsdüsen (9) aus einem dauerelastischen Werkstoff besteht.

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9. Lanzenkopf nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen dem Strömungslenkstück (l) und den ExpansionsdUsen (9) aus einer nicht lösbaren Verbindung besteht, die z.B. durch Schweißen oder Löten hergestellt ist.

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