DE9406982U1 - Bohrkopf zum Bohren von Hochofen-Stichlöchern - Google Patents

Description

7040/+II/bu

Willi Wader GmbH

Justus-von-Liebig-Straße 3, D-42477 Radevormwald

Bohrkopf zum Bohren von Hochofen-Stichlöchern

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrkopf zum Stichlochbohren an Hochöfen, bestehend aus einem Stahlrohrstück und mindestens zwei länglichen Stahlstücken, die auf der Umfangsflache des Stahlrohrstückes über dessen Umfang verteilt und radial von diesem abstehend sowie sich in Richtung der Rohrstücklängsachse und um einen Überstand über eine Stirnfläche des Stahlrohrstückes hinaus erstrekkend angeordnet sind, wobei jedes Stahlstück an seinem vorderen, das Stahlrohrstück überragenden Ende Bohrmittel aufweist.

Ein derartiger Bohrkopf ist beispielsweise aus der EP 0 576 784 Al bekannt. Die Bohrmittel dieses bekannten Bohrkopfes sind als etwa radiale Schneidkanten ausgebildet, wozu jedes Stahlstück an seinem sich über das Stahlrohrstück hinaus erstreckenden, vorderen Ende zwei dachförmige und so zwischen sich die Schneidkante bildende Stirnflächen aufweist. Dabei sollen die dachförmigen Stirnflächen bezüglich der Schneidkante asymmetrisch ausgebildet sein.

Dieser bekannte Bohrkopf hat sich zwar bereits gut bewährt, der vorliegenden Erfindung liegt aber die Aufgabe zugrunde, den bekannten Bohrkopf noch weiter so zu verbessern, daß er noch bessere Bohreigenschaften beim Aufbohren von Hochofen-Stichlöchern erhält.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Bohrmittel als warzenförmige Ansätze ausgebildet sind, wobei insgesamt mindestens zwei innere Ansätze sowie mindestens zwei gegenüber den inneren Ansätzen zumindest radial nach außen versetzt angeordnete, äußere Ansätze vorgesehen sind und die inneren Ansätze axial länger als die äußeren Ansätze ausgebildet sind. Somit definieren die inneren Ansätze einen inneren, kleineren Bohrkreis, d.h. sie liegen mit ihren Mitten auf diesem inneren Bohrkreis. Die äußeren Ansätze definieren in analoger Weise einen äußeren, größeren Bohrkreis, bzw. sie liegen mit ihren Mitten auf diesem größeren Bohrkreis. Somit sind die inneren und äußeren Ansätze zumindest in radialer Richtung versetzt zueinander angeordnet.

Erfindungsgemäß ist es allerdings vorteilhaft, wenn die inneren Ansätze und die äußeren Ansätze zusätzlich auch in Rotationsrichtung gegeneinander derart versetzt angeordnet sind, daß sie jeweils auf verschiedenen Radiallinien liegen. Hierbei können besonders gute Bohreigenschaften erreicht werden, wenn jeweils paarweise ein äußerer Ansatz einem zugehörigen inneren Ansatz in Rotationsrichtung des Bohrkopfes vorgeordnet ist. Dies bedeutet, daß bei der Rotation des Bohrkopfes jeder der äußeren Ansätze dem jeweils zugehörigen inneren Ansatz um einige Winkelgrade voreilt, und zwar um etwa 10° bis 50°, insbesondere um etwa 30° bis 40°. Dies ist vorteilhaft für den Abtransport des beim Bohren entstehenden Bohrmehls nach außen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ferner die inneren Ansätze im Querschnitt kleiner ("dünner" ) als die äußeren Ansätze ausgebildet. Dies bedeutet, daß die inneren Ansätze vergleichsweise "lang und dünn" und die äußeren Ansätze demgegenüber vergleichsweise "kurz und dick" ausgebildet sind. Bevorzugt weisen die Ansätze kreisförmige Querschnitte auf und sind an ihrem freien Ende kalottenförmig, insbesondere halbkugelförmig, ausgebildet.

Bevorzugt weist jedes Stahlstück paarweise einen inneren Ansatz und einen äußeren Ansatz auf, d.h. jedes Stahlstück besitzt insgesamt zwei verschiedenartig ausgebildete und angeordnete Ansätze. Dabei sind dann vorzugsweise insgesamt drei Stahlstücke in einer gleichmäßigen Umfangsverteilung vorgesehen, so daß die Stahlstücke um jeweils 120° gegeneinander versetzt sind. Insgesamt sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform folglich drei innere und drei äußere Ansätze vorhanden, die paarweise auf den Stahlstücken gebildet sind. Allerdings können - je nach gewünschtem Bohrdurchmesser - auch bis zu 12 Stahlstücke vorgesehen sein, die dann aber bevorzugt ebenfalls jeweils einen inneren und einen äußeren Ansatz aufweisen.

Der erfindungsgemäße Bohrkopf besitzt sehr gute Bohreigenschaften, was bedeutet, daß einerseits die ausgehärtete Stichloch-Stopfmasse sehr gut zerkleinert (zertrümmert) wird, und daß andererseits auch das so entstehende Bohrmehl gut aus dem Bohrloch abgeführt wird. Dies erfolgt insbesondere durch zentral durch einen Kühlluft-Kanal zugeführte Kühlluft, die dann radial nach außen und wieder in axialer Richtung nach hinten zwischen den Stahlstücken hindurch geblasen wird und so das Bohrmehl mitnimmt. Hierbei ist auch die spezielle Ausgestaltung und Anordnung der warzen-

- 4

förmigen Ansätze für den Abtransport des Bohrmehls von besonderem Vorteil, insbesondere für den Transport radial von innen nach außen innerhalb des Bohrloches.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes in einer ersten Ausfuhrungsform (Pfeilrichtung I gemäß Fig. 2),

Fig. 2 eine bohrmittelseitige Stirnansicht auf den Bohrkopf in Pfeilrichtung II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht analog zu Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrkopfes (Pfeilrichtung III gemäß Fig. 4) und

Fig. 4 eine Stirnansicht analog zu Fig. 2 in Pfeilrichtung IV gemäß Fig. 3.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel jeweils nur einmal beschrieben.

Die beiden dargestellten Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und 2 einerseits sowie gemäß Fig. 3 und 4 andererseits unterscheiden sich hauptsächlich durch unterschiedliche

Bemessungen, sind aber - was die grundsätzliche konstruktive Ausgestaltung betrifft - einander im wesentlichen identisch.

Ein erfindungsgemäßer Bohrkopf 1 besteht aus einem Stahlrohrstück 2 und mindestens zwei, in den dargestellten Ausführungsbeispielen drei, länglichen Stahlstücken 4, die auf der äußeren Umfangsflache 6 des Stahlrohrstückes 2 - insbesondere gleichmäßig - über dessen Umfang verteilt angeordnet sind. Dabei erstrecken sich die Stahlstücke 4 mit ihrer Längserstreckung in Richtung der Rohrlängsachse 8 und hierbei um einen Überstand A über eine Stirnfläche 10 des Stahlrohrstückes 2 hinaus, d.h. in Bohrrichtung nach vorne. Ferner stehen die Stahlstücke 4 auch in radialer Richtung von der Umfangsflache 6 des Stahlrohrstückes 2 ab.

Das Stahlrohrstück 2 ist im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Außenquerschnitt kreisförmig ausgebildet und besitzt einen axialen Kanal 12 (siehe insbesondere Fig. 2 und 4) für ein Kühlmedium, üblicherweise Kühlluft. Zudem ist der Bohrkopf 1 im bevorzugten Ausführungsbeispiel lösbar über eine Gewindeverbindung mit einer nicht dargestellten Bohrstange verbindbar. Hierzu besitzt das Stahlrohrstück 4 ein Innengewinde 14, mit dem der Bohrkopf 1 auf ein Außengewinde der Bohrstange aufgeschraubt werden kann. Die Bohrstange ist dann ebenfalls als Stahlrohr mit einem axialen Kanal ausgebildet, durch den dann - im in das Innengewinde 14 eingeschraubten Zustand der Bohrstange - das Kühlmedium zugeführt werden kann, welches dann stirnseitig nach vorne aus dem Bohrkopf 1 bzw. aus dem Stahlrohrstück 2 austritt. Alternativ zu dieser bevorzugten Ausführungsform kann allerdings der erfindungsgemäße Bohrkopf 1 auch einstückig mit einer Bohr-

stange verbunden, d.h. an einem Ende der Bohrstange gebildet (angeformt) sein.

Jedes Stahlstück 4 weist an seinem vorderen, das Stahlrohrstück 2 überragenden Ende Bohrmittel 16 auf, wobei diese Bohrmittel 16 erfindungsgemäß als warzenförmige Ansätze 18, 20 ausgebildet sind. Erfindungsgemäß sind insgesamt mindestens zwei innere Ansätze 18 sowie mindestens zwei gegenüber den inneren Ansätzen 18 zumindest in radialer Richtung nach außen versetzt angeordnete, äußere Ansätze 20 vorgesehen, wobei die inneren Ansätze 18 erfindungsgemäß axial länger als die äußeren Ansätze 20 ausgebildet sind (siehe hierzu insbesondere Fig. 1 und 3). Somit definieren die inneren Ansätze 18 mit ihren Mittelachsen einen kleineren Bohrkreis 22 und die äußeren Ansätze 20 entsprechend einen größeren Bohrkreis 24 (siehe hierzu Fig. 2 und 4). Wie sich aus Fig. 1 und 3 jeweils ergibt, gehen die warzenförmigen Ansätze 18, 20 erfindungsgemäß von im wesentlichen ebenen und senkrecht zur Rohrstücklängsachse 8 angeordneten Stirnflächen 26 der Stahlstücke 4 aus.

Bevorzugt sind die warzenförmigen Ansätze 18, 20 im Querschnitt jeweils kreisförmig sowie insbesondere auf ihren vorderen, den Stahlstücken 4 abgekehrten Stirnseiten kalottenförmig (halbkugelförmig) ausgebildet. Somit sind die Ansätze 18, 20 im Grunde zylindrisch mit abgerundeten Enden ausgebildet (vgl. hierzu in Fig. 1 und 2 insbesondere die inneren Ansätze 18 sowie in Fig. 3 und 4 alle Ansätze 18, 20; die äußeren Ansätze 20 in der Ausführung nach Fig. 1 und 2 sind aufgrund ihrer kürzeren axialen Länge praktisch als Halbkugeln ausgebildet).

Wie sich nun des weiteren aus Fig. 2 und 4 ergibt, sind die

I ·

inneren Ansätze 18 und die äußeren Ansätze 20 zusätzlich zu ihrem radialen Versatz vorzugsweise auch in Rotationsrichtung gegeneinander derart versetzt angeordnet, daß sie jeweils auf verschiedenen Radiallinien liegen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die inneren Ansätze 18 in Rotationsrichtung 28 des Bohrkopfes 1 den äußeren Ansätzen 20 um jeweils einige Winkelgrade nachgeordnet sind, so daß bei der Rotation die inneren Ansätze 18 den äußeren Ansätzen 20 nacheilen.

Erfindungsgemäß sind die inneren Ansätze 18 im Querschnitt kleiner, d.h. "dünner", als die äußeren Ansätze 20 ausgebildet. Dies bedeutet, daß die inneren Ansätze 18 vergleichsweise "lang und dünn" und die äußeren Ansätze 20 vergleichsweise "kurz und dick" ausgebildet sind.

In den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist jedes Stahlstück 4 einen inneren Ansatz 18 und einen äußeren Ansatz 20 auf. Ferner sind vorzugsweise insgesamt drei Stahlstücke 4 in einer gleichmäßigen Umf angsverteilung vorgesehen, jedoch können - je nach Bohrdurchmesser B - auch bis zu 12 Stahlstücke 4 vorgesehen sein.

Die Stahlstücke 4 weisen äußere Umfangsflächen 30 auf, die - im Querschnitt gesehen; siehe Fig. 2 und 4 - kreisbogenförmig konvex gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Krümmungsdurchmesser vorzugsweise dem Bohrdurchmesser B entspricht (nur in Fig. 2 eingezeichnet). Im Bereich des Überstandes A weisen die Stahlstücke 4 bevorzugt jeweils einen sich ausgehend von der äußeren Umf angs fläche 6 des Stahlrohrstückes 2 radial nach innen in Richtung auf die Rohrlängsachse 8 erstreckenden Absatz 32 auf, wobei diese Absätze 32 vorzugsweise mit der vorderen Stirnfläche 10 des

Stahlrohrstückes 2 verbunden sind. Dabei sind aber die Stahlstücke 4 im Bereich ihrer vorderen, das Stahlrohrstück 2 um den Überstand A überragenden Enden, d.h. im Bereich der Absätze 32, derart ausgebildet, daß der Kühlluft-Kanal 12 des Stahlrohrstückes 2 nach vorne ohne Überdeckung im wesentlichen offen ist. Hierdurch kann die Kühlluft frei und ohne Behinderung nach vorne austreten. Die inneren Ansätze 18 sind hierbei bevorzugt im Bereich der radial nach innen ragenden Absätze 32 der Stahlstücke 4 angeordnet
(siehe hierzu insbesondere Fig. 2 und 4), und zwar insbesondere so, daß sie unmittelbar an den Mündungsquerschnitt des Kanals 12 angrenzen. Die Stahlstücke 4 bzw. deren Absätze 32 weisen dabei auf ihren radial nach innen weisenden Seiten jeweils Begrenzungsflächen 34 auf, die ausgehend von dem inneren Ansatz 18 schräg nach außen bis zum Außenumfang 6 des StahlrohrStückes 2 verlaufen.

Bevorzugt ist das Stahlrohrstück 2 zusammen mit den Stahlstücken 4 und den warzenförmigen Ansätzen 18, 20 als einstückiges Gußteil ausgebildet (Feinguß, lunkerfrei), wobei alle Ecken und Kanten scharfkantig ausgebildet sind, was für die Bohrfunktion vorteilhaft ist. Das Gußteil kann aus Sphäroguß, Temperguß, unlegiertem Stahlguß, niedrig legiertem Stahlguß oder hochlegiertem Stahlguß bestehen. Alternativ hierzu ist es jedoch ebenfalls möglich, den Bohrkopf als einstückiges Schmiedeteil herzustellen, oder aber die Stahlstücke 4 an dem Stahlrohrstück 2 durch Anschweißen zu befestigen.

Um eine lange Haltbarkeit (Standzeit) zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest im Bereich der warzenförmigen Ansätze 18, 20 der Stahlstücke 4 jeweils ein verschleißfestes Material oberflächlich angeordnet ist. Hier-

bei kann es sich um eine Beschichtung, insbesondere um eine Auftragsschweißung handeln, die zumindest bereichsweise, aber jedenfalls die Ansätze 18, 20 überdeckend, auf den Stahlstücken 4 angeordnet ist.

Im folgenden sollen beispielhaft einige Bemessungen des erfindungsgemäßen Bohrkopfes 1 angegeben werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 beträgt der Bohrdurchmesser B 60 mm. Hierbei beträgt der Durchmesser der inneren Ansätze 18 etwa 9 mm und derjenige der äußeren Ansätze 20 etwa 12 mm. Die Stahlstücke 4 sind vorzugsweise bezüglich der zugehörigen Radiallinien 36 jeweils derart asymmetrisch angeordnet bzw. ausgebildet, daß ihre Breite (= Abstand der jeweiligen seitlichen Begrenzungsfläche des Stahlstückes 4 von der Radiallinie 36) auf einer Seite der Radiallinie mit insbesondere etwa 8 mm kleiner als auf der anderen Seite (dort insbesondere etwa 10 mm) ist; die Gesamtbreite jedes Stahlstückes 4 beträgt folglich vorzugsweise ca. 18 mm (s. hierzu insbes. in Fig. 2 das untere Stahlstück 4 und die dort eingezeignete Radiallinie 36). Der Außendurchmesser des Stahlrohrstückes 2 beträgt 34 mm, und der kleinste (Mündungs-)Durchmesser des Kanals 12 beträgt 14 mm, während das Innengewinde 14 einen Durchmesser von etwa 27 mm aufweist (Gewinde "ww 270"). Die Länge des Stahlrohrstückes 2 beträgt 48 mm und die Gesamtlänge der Stahlstücke etwa 57 mm, wobei jedes Stahlstück auf seiner den warzenförmigen Ansätzen 18, 20 axial abgekehrten Seite bevorzugt eine schräg bis zum Außenumfang 6 des Stahlrohrstückes 2 verlaufende Begrenzungsfläche 38 mit einer Länge von vorzugsweise etwa 15 mm aufweist. Die axiale Länge der inneren, längeren Ansätze 18 beträgt etwa 10 mm und diejenige der äußeren, kürzeren Ansätze 20 etwa 8 mm.

- 10 -

Im Falle der Ausführung nach Fig. 3 und 4 beträgt der Bohrdurchmesser B 40 mm. Die inneren Ansätze 18 sind etwa 8 mm lang und die äußeren Ansätze 20 etwa 6 mm lang. Der Durchmesser der inneren Ansätze 18 beträgt etwa 6 mm und derjenige der äußeren Ansätze 20 etwa 8 mm. Die übrigen Maße entsprechen im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2.

Natürlich ist die Erfindung keinesfalls auf diese konkret angegebenen Maße beschränkt, sondern diese Maße dienen lediglich als Anhaltswerte.

Im übrigen ist die Erfindung ohnehin nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (13)

7040/+II/bu Willi Wader GmbH Justus-von-Liebig-Straße 3, D-42477 Radevormwald Ansprüche

1. Bohrkopf (1) zum Stichlochbohren an Hochöfen, bestehend aus einem Stahlrohrstück (2) und mindestens zwei länglichen Stahlstücken (4), die auf der Umfangsflache (6) des Stahlrohrstückes (2) über dessen Umfang verteilt und radial von diesem abstehend sowie sich in Richtung der Rohrstücklängsachse (8) und um einen Überstand (A) über eine Stirnfläche (10) des Stahlrohrstückes (2) hinaus erstreckend angeordnet sind, wobei jedes Stahlstück (4) an seinem vorderen, das Stahlrohrstück (2) überragenden Ende Bohrmittel (16) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmittel (16) als warzenförmige Ansätze (18,20) ausgebildet sind, wobei insgesamt mindestens zwei innere, Ansätze (18) sowie mindestens zwei gegenüber den inneren Ansätzen (18) zumindest radial nach außen versetzt angeordnete, äußere Ansätze (20) vorgesehen sind und die inneren Ansätze (18) axial länger als die äußeren Ansätze (20) ausgebildet sind.

2. Bohrkopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die warzenförmigen Ansätze (18, 20) von im wesentlichen ebenen und senkrecht zur Rohrstücklängsachse (8) angeordneten Stirnflächen (26) der Stahlstücke (4) ausgehen.

3. Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die warzenförmigen Ansätze (18, 20) im Querschnitt kreisförmig sowie vorzugsweise auf ihren vorderen, den Stahlstücken (4) abgekehrten Stirnseiten kalottenförmig ausgebildet sind.

4. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Ansätze (18) im Querschnitt kleiner als die äußeren Ansätze (20) ausgebildet sind.

5. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Ansätze (18) und die äußeren Ansätze (20) in Rotationsrichtung (28) gegeneinander derart versetzt angeordnet sind, daß sie jeweils auf verschiedenen Radiallinien liegen.

6. Bohrkopf nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Ansätze (18) in Rotationsrichtung (28) den äußeren Ansätzen (20) nachgeordnet sind.

7. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stahlstück (4) einen inneren Ansatz (18) und einen äußeren Ansatz (20) aufweist.

8. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Stahlstücke (4) in einer gleichmäßigen Umfangsverteilung vorgesehen sind.

9. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstücke (4) im Bereich ihrer vorderen, das Stahlrohrstück (2) um den Überstand (A) überragenden Enden derart ausgebildet sind, daß ein axialer Kühlluft-Kanal (12) des Stahlrohrstückes (2) nach vorne im wesentlichen ohne Überdeckung offen ist.

10. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohrstück (2) zusammen mit den Stahlstücken (4) und den warzenförmigen Ansätzen (18, 20) als einstückiges Gußteil ausgebildet ist.

11. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstücke (4) äußere Umfangsflächen (30) aufweisen, die - im Querschnitt gesehen - kreisbogenförmig kon-

vex gekrümmt ausgebildet sind, wobei der Krümmungsdurchmesser vorzugsweise dem Bohrdurchmesser (B) entspricht .

12. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstücke (4) im Bereich des ÜberStandes (A) jeweils einen sich ausgehend von der Umfangsf lache (6) des Stahlrohrstückes (2) radial nach innen in Richtung auf die Rohrlängsachse (8) erstreckenden Absatz (32) aufweisen, wobei die Absätze (32) vorzugsweise mit der vorderen Stirnfläche (10) des Stahlrohrstückes (2) verbunden sind.

13. Bohrkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohrstück (2) einstückig mit einer Bohrstange verbunden oder lösbar, insbesondere über eine Gewindeverbindung (14), mit einer Bohrstange verbindbar ist.