EP0104326A2 - Double circuit lance for refining molten metals - Google Patents

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EP0104326A2
EP0104326A2 EP83106221A EP83106221A EP0104326A2 EP 0104326 A2 EP0104326 A2 EP 0104326A2 EP 83106221 A EP83106221 A EP 83106221A EP 83106221 A EP83106221 A EP 83106221A EP 0104326 A2 EP0104326 A2 EP 0104326A2
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tube
lance
oxygen
central
nozzle head
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EP83106221A
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Willi Bäcker
Josef Dr.Ing. Schoop
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Saar-Metallwerke GmbH
Saar Metallwerke GmbH
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Saar-Metallwerke GmbH
Saar Metallwerke GmbH
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
    • C21C5/46Details or accessories
    • C21C5/4606Lances or injectors

Abstract

In a lance for refining molten metal, especially molten iron, with oxygen-containing gases, consisting of a central pipe (1), a plurality of concentric shell pipes (2, 3, 8, 9), a nozzle head (12) and a plurality of nozzles (7, 13) spaced apart vertically, several of the pipes (1, 3, 4) are yieldingly joined to one another, in order to compensate for thermal expansions. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Lanze zum Frischen von Metall-, insbesondere Eisenschmelzen mit sauerstoffhaltigen Gasen aus einem Zentralrohr, mehreren konzentrischen Mantelrohren, einen Düsenkopf und mehreren mit vertikalem Abstand voneinander angeordneten Düsen.The invention relates to a lance for freshening metal, in particular iron melts with oxygen-containing gases from a central tube, a plurality of concentric jacket tubes, a nozzle head and a plurality of nozzles arranged at a vertical distance from one another.
  • Beim Sauerstoffaufblas-Verfahren kommen neben im oberen Teil eines Konverters angeordneten Seitenwanddüsen vornehmlich wassergekühlte Lanzen zum Einsatz, die in ihrer einfachsten Ausführung ein von zwei konzentrischen Rohren jeweils mit Abstand zum Nachbarrohr umgebenes Zentralrohr aufweisen, das an der Lanzenspitze in einen Düsenkopf aus .Kupfer endet. Der sich zwischen den Rohren ergebende Innenringspalt ist an eine Kühlwasserzuleitung angeschlossen und steht im Bereich des Düsenkopfs mit dem Außenringspalt in Verbindung, durch den das Kühlwasser entgegen der Strömungsrichtung des durch das Zentralrohr strömenden Sauerstoffs zu einer Kühlwasserableitung zurückströmt.In the oxygen inflation process, in addition to side wall nozzles arranged in the upper part of a converter, primarily water-cooled lances are used, which in their simplest design have a central tube surrounded by two concentric tubes, each at a distance from the neighboring tube, which ends in a nozzle head at the tip of the lance. The inner ring gap that results between the pipes is connected to a cooling water supply line and is connected in the region of the nozzle head to the outer ring gap, through which the cooling water flows back to a cooling water discharge line against the direction of flow of the oxygen flowing through the central pipe.
  • Obgleich sich der Abstand zwischen der Lanzenspitze und dem Bad einstellen und sich der Sauerstoff nach Menge und Druck regeln läßt, hat es sich gezeigt, daß mit Einlochlanzen ein allen Gegebenheiten gerechtwerdendes Frischen nicht möglich ist. Insbesondere hat sich bei größeren Gefäßen und damit höheren Sauerstoffmengen gezeigt, daß mit Einlochlanzen der Blasprozeß nicht zu beherrschen ist.Although the distance between the tip of the lance and the bath can be adjusted and the oxygen can be regulated in terms of quantity and pressure, it has been shown that with single-hole lances it is not possible to freshen up to suit all conditions. In particular, in the case of larger vessels and thus higher amounts of oxygen, it has been shown that the blowing process cannot be mastered with single-hole lances.
  • Die vorerwähnten Schwierigkeiten treten bei den ebenfalls bekannten Mehrlochlanzen bei entsprechender Auslegung und Fahrweise weniger auf, bei denen von dem Zentralrohr im Bereich des Düsenkopfs mehrere Düsen abgehen, deren gemeinsamer freier Querschnitt in aller Regel größer als der freie Querschnitt einer Einlochlanze ist. Derartige Mehrlochlanzen mit zumeist geneigt in bezug auf die Lanzenachse verlaufenden Düsenachsen zeichnen sich durch eine geringe senkrecht wirkende Strahlenergie und demgemäß auch eine geringere Eindringtiefe aus; sie erlauben im allgemeinen bei gleichem Sauerstoffangebot ein gleichmäßigeres Blasen und Führen zu einer besseren Prozeßbeherrschung.The aforementioned difficulties occur less with the also known multi-hole lances with the appropriate design and driving style, in which the central tube in the In the area of the nozzle head, go off several nozzles whose common free cross-section is generally larger than the free cross-section of a single-hole lance. Such multi-hole lances with nozzle axes that generally run at an angle with respect to the lance axis are distinguished by a low, vertically acting beam energy and, accordingly, a smaller penetration depth; they generally allow more uniform blowing and better process control with the same oxygen supply.
  • Das die Schmelze verlassende Abgas besteht aufgrund der hohen Badtemperatur zwangsläufig zum überwiegenden Teil aus Kohlenmonoxyd und enthält angesichts seiner unvollständigen Verbrennung noch eine erhebliche Wärmeenergie. Die Praxis ist daher bestrebt, dieses Kohlenmonoxyd im Konverterraum über der Schmelze einer Nachverbrennung zu unterwerfen, um einerseits primär der Schmelze zusätzliche Wärme zuzuführen, d.h. eine Schrottsatzerhöhung zu ermöglichen und andererseits gegebenenfalls die Abgastemperatur im Hinblick auf einen üblicherweise im Abgaskamin befindlichen Wärmetauscher zu erhöhen. Eine nennenswerte Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds ist jedoch mit den üblichen Ein- oder Mehrlochlanzen nicht möglich, weil deren im wesentlichen in einer Ebene auftretende Sauerstoffstrahlen mehr oder minder geschlossen auf die Badoberfläche treffen und nur peripher mit der umgebenden Gasatmosphäre über der Schmelze in Berührung kommen.Due to the high bath temperature, the exhaust gas leaving the melt inevitably consists predominantly of carbon monoxide and, in view of its incomplete combustion, still contains considerable thermal energy. Practice therefore endeavors to subject this carbon monoxide to post-combustion in the converter space above the melt in order to primarily supply additional heat to the melt, i.e. to enable a scrap rate increase and, on the other hand, if necessary, to increase the exhaust gas temperature with regard to a heat exchanger usually located in the exhaust gas fireplace. Significant post-combustion of the carbon monoxide is not possible with the usual single or multi-hole lances, however, because their oxygen jets, which essentially occur in one plane, hit the bath surface more or less completely and only come into peripheral contact with the surrounding gas atmosphere above the melt.
  • Um eine weitergehende Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds zu erreichen, ist es bekannt, Lanzen mit im Abstand von der Lanzenspitze angeordneten, an eine eigene Sauerstoffleitung angeschlossenem Sekundärdüsen zu verwenden. Da die Düsen - zumeist gruppenweise - an zwei selbständig regelbare Sauerstoffkreise angeschlossen sind, ist ein Frischen mit unterschiedlichem Sauerstoffdurchsatz für die sich im Düsenkopfzentrum befindenden Primärdüsen und die oberhalb angeordneten Sekundärdüsen und damit eine wirksame Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds möglich. Diese Lanzen haben jedoch eine geringe Lebensdauer, weil sie unterschiedlichen Wärmedehnungen unterliegen. Diese Wärmedehnungen resultieren daraus, daß die Lanze üblicherweise bis etwa 6 m in den Konverter hineinragt und sich trotz ihrer Wasserkühlung auf etwa 4000 C erwärmt. Dabei sind die Wärmedehnungen wegen der verschiedenen Werkstoffe sehr unterschiedlich; sie.können so - stark sein, daß'hohe Spannungen auftreten und die Lebensdauer der Lanze erheblich leidet. Gerade bei Zweikreislanzen ist die Temperaturbelastung besonders stark, weil infolge der weitgehenden Nachverbrennung des Kohlenmonoxyds in der Umgebung der Lanze eine wesentlich höhere Temperatur herrscht als bei herkömmlichen Lanzen.In order to achieve further post-combustion of the carbon monoxide, it is known to use lances with secondary nozzles arranged at a distance from the tip of the lance and connected to a separate oxygen line. There the nozzles - mostly in groups - are connected to two independently adjustable oxygen circuits, a refreshing with different oxygen throughput is possible for the primary nozzles located in the center of the nozzle head and the secondary nozzles arranged above, and thus an effective afterburning of the carbon monoxide. However, these lances have a short lifespan because they are subject to different thermal expansions. These thermal expansions result from the fact that the lance usually projects up to about 6 m into the converter and heats up to about 400 ° C. despite its water cooling. The thermal expansion is very different because of the different materials; they can be so strong that high tensions occur and the lance's service life suffers considerably. Especially with two-circuit lances, the temperature load is particularly high, because due to the extensive post-combustion of the carbon monoxide in the area around the lance, the temperature is much higher than with conventional lances.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten aus der unterschiedlichen Wärmedehnung resultierenden Nachteile der herkömmlichen Zweikreislanzen. zu beheben. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einer Lanze der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß ein Zentralrohr, ein Sekundärkreisrohr und ein Anschlußrohr nachgiebig miteinander verbunden sind.The invention is therefore based on the object, the aforementioned disadvantages resulting from the different thermal expansion of the conventional two-circuit lances. to fix. The solution to this problem is that according to the invention a central tube, a secondary circuit tube and a connecting tube are flexibly connected to each other in a lance of the type mentioned.
  • Um eine nachgiebige Verbindung der einzelnen Rohre zu erreichen, kann bei der erfindungsgemäßen Lanze auf dem Zentralrohr ein Sekundärkreisrohr mit einem Sauerstoff-Ringspalt im oberen Rohrbereich verschiebbar geführt sein, von dem aus mindestens eine Sekundärdüse abgeht. Das Sekundärkreisrohr kann seinerseits in oder auf einem das Zentralrohr mit Abstand konzentrisch umgebenden Anschlußrohr verschiebbar geführt sein. Dabei sollten sich im Bereich der Rohrführungen Dichtungen befinden, um die sich zwischen den einzelnen konzentrischen Rohren ergebenden Ringspalte auch bei einem Verschieben der Rohre gegeneinander abzudichten.In order to achieve a flexible connection of the individual pipes, in the lance according to the invention, a secondary circular pipe with an oxygen ring gap in the upper pipe area can be slidably guided on the central pipe, from which at least one secondary nozzle emerges. The Se secondary circular tube can in turn be slidably guided in or on a connecting tube concentrically surrounding the central tube at a distance. Seals should be located in the area of the pipe guides in order to seal the annular gaps between the individual concentric pipes even when the pipes are moved.
  • Die erfindungsgemäßen Rohrführungen nehmen die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Lanzenrohre auf.The pipe guides according to the invention absorb the different thermal expansions of the lance pipes.
  • Besondere Bedeutung kommt den Rohriührungen zu, weil sich die Sekündärdüsen durch zwei das Zentralrohr, das Sekundärkreisrohr und das Anschlußrohr jeweils mit Abstand zum Nachbarrohr umgebende Kühlwasserrohre des Kühlwasserkreislaufs erstrecken. In diesem Falle sind nämlich bei herkömmlichen Lanzen die beiden Kühlwasserrohre, das Sekundärkreisrohr und der Düsenkopf praktisch starr miteinander gekuppelt, so daß unterschiedliche Wärmedehnungen ohne eine entsprechende Rohrführung zu erheblichen inneren Spannungen führen können. Bei der erfindungsgemäßen Lanze ist diese Gefahr jedoch nicht gegeben, da das über die Sekundärdüsen mit den beiden Kühlwasserrohren gekuppelte Sekundärkreisrohr im bzw. auf dem Anschlußrohr beweglich geführt ist.The pipe guides are particularly important because the secondary nozzles extend through two cooling water pipes of the cooling water circuit which surround the central pipe, the secondary circular pipe and the connecting pipe, each at a distance from the neighboring pipe. In this case, the two cooling water pipes, the secondary circuit pipe and the nozzle head are coupled practically rigidly with one another in conventional lances, so that different thermal expansions without a corresponding pipe guide can lead to considerable internal stresses. With the lance according to the invention, however, this danger does not exist, since the secondary circuit tube coupled to the two cooling water tubes via the secondary nozzles is movably guided in or on the connecting tube.
  • Von besonderem Vorteil ist auch, daß es sich bei den erfindungsgemäßen Rohrführungen um einfache Steckverbindungen handelt, die sich nicht nur leicht und kostengünstig herstellen lassen, sondern auch einen raschen Austausch der Teile und deren Wiederverwendung erlauben.It is also of particular advantage that the pipe guides according to the invention are simple plug-in connections which are not only easy and inexpensive to manufacture, but also allow the parts to be replaced quickly and reused.
  • Da bei der erfindungsgemäßen Lanze auch das Düsenkopfrohr verschiebbar auf dem Zentralrohr geführt ist, überträgt sich auch die Wärmedehnung des Düsenkopfs und des Düsenkopfrohrs nicht auf das Zentralrohr. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine Lanze, die trotz hoher und insbesondere unterschiedlicher Temperaturbelastung im wesentlichen spannungsfrei bleibt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellten axialen Längsschnitts durch eine erfindungsgemäße Sauerstofflanze des näheren erläutert:
    • Diese Lanze besteht aus einem Zentralrohr 1 für Sauerstoff, auf dem ein Düsenkopfrohr 2 und ein Sekundärkreisrohr 3 axial verschiebbar geführt sind. Das Sekundärkreisrohr 3 ist seinerseits in einem Anschlußrohr 4 ebenfalls axial verschiebbar geführt. Zwischen dem oberen Teil des Sekundärkreisrohrs 3 und dem sich daran anschließenden Anschlußrohr 4 einerseits sowie dem Zentralrohr 1 andererseits befindet sich ein Ringspalt 5, von dem der Kanal 6 einer Düse 7 mit schräg in bezug auf die Lanzenachse verlaufender Düsenachse abgeht. Die Düse 7 durchragt ein mit Abstand konzentrisch zu den Rohren 1 bis 4 verlaufendes Kühlwasserführungsrohr 8 und ist mit einem im Abstand zu dem Kühlwasserführungsrohr 8 verlaufenden Mantelrohr 9 verschweißt. Auf diese Weise ergibt sich zwischen den Rohren 1 bis 4 einerseits und dem Kühlwasserführungsrohr 8 andererseits ein Ringspalt für den Kühlwasserzulauf und über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Durchtrittsöffnung zwischen dem Mantelrohr 9 und dem Kühlwasserführungsrohr 8 ein weiterer Ringspalt 11 für die Kühlwasserrückführung. Die beiden Rohre 8, 9 sind in üblicherweise mit einem Düsenkopf 12 verbunden, dessen Düsen 13 mit dem Inneren des Zentralrohrs 1 in Verbindung stehen.
    Since in the lance according to the invention the nozzle head tube is also slidably guided on the central tube, transmits the thermal expansion of the nozzle head and the nozzle head tube does not affect the central tube either. Overall, this results in a lance that remains essentially free of tension despite high and, in particular, different temperature loads. The invention is explained below with reference to an axial longitudinal section shown in the drawing as an exemplary embodiment through an oxygen lance according to the invention:
    • This lance consists of a central tube 1 for oxygen, on which a nozzle head tube 2 and a secondary circuit tube 3 are axially displaceable. The secondary circular tube 3 is in turn also axially displaceably guided in a connecting tube 4. Between the upper part of the secondary circular pipe 3 and the connecting pipe 4 adjoining it on the one hand and the central pipe 1 on the other hand there is an annular gap 5 from which the channel 6 of a nozzle 7 goes off with a nozzle axis extending obliquely with respect to the lance axis. The nozzle 7 extends through a cooling water guide tube 8, which runs at a distance concentrically to the tubes 1 to 4, and is welded to a jacket tube 9, which runs at a distance from the cooling water guide tube 8. In this way, there is an annular gap between the pipes 1 to 4 on the one hand and the cooling water guide tube 8 on the other hand for the cooling water inlet and a further annular gap 11 for the cooling water return via an opening (not shown in the drawing) between the jacket tube 9 and the cooling water guide tube 8. The two tubes 8, 9 are usually connected to a nozzle head 12, the nozzles 13 of which are connected to the interior of the central tube 1.
  • Die erfindungsgemäße Lanze weist somit zwei voneinander getrennte und demgemäß auch regelbare Sauerstoffkreise aus dem Ringspalt 5 und den von ihm abgehenden Düsen 7 einerseits sowie dem Zentralrohr 1 mit den Düsen 13 andererseits auf. Obgleich die Düsen 7, 13 über die Rohre 8, 9 und dem Düsenkopf 12 starr miteinander verbunden sind und die einzelnen Rohre einer sehr unterschiedlichen Temperaturbelastung mit entsprechend unterschiedlichen Wärmedehnungen unterliegen, kann es bei der erfindungsgemäßen Lanze nicht zu unzulässigen Spannungen kommen, da die Rohre 2 und 3 verschiebbar geführt sind. Zu Undichtigkeiten an den Führungsflächen kann es dabei nicht kommen, da in deren Bereich 0-Ringe 14, 15, 16 angeordnet sind, die den Innenraun. des Zentralrohrs 2 bzw. den Ringspalt _ 5 gegen den Ringspalt 10 abdichten.The lance according to the invention thus has two of them separate and accordingly also controllable oxygen circuits from the annular gap 5 and the nozzles 7 emanating from it on the one hand and the central tube 1 with the nozzles 13 on the other. Although the nozzles 7, 13 are rigidly connected to one another via the pipes 8, 9 and the nozzle head 12 and the individual pipes are subjected to a very different temperature load with correspondingly different thermal expansions, inadmissible stresses cannot occur in the lance according to the invention, since the pipes 2 and 3 are slidably guided. Leakages on the guide surfaces cannot occur since 0-rings 14, 15, 16 are arranged in their area, which seal the interior. seal the central tube 2 or the annular gap 5 against the annular gap 10.
  • Insgesamt gewährleisten die verschiedenen nachgiebigen Verbindungen zwischen den konzentrischen Rohren einen raschen Ausgleich der erheblichen Wärmedehnungen, wodurch die Lebensdauer der Lanze erheblich erhöht wird.All in all, the various flexible connections between the concentric tubes ensure rapid compensation of the considerable thermal expansions, which considerably increases the lance's service life.

Claims (5)

1. Zweikreislanze zum Frischen von Metall-, insbesondere Eisenschmelzen mit sauerstoffhaltigen Gasen aus einem Zentralrohr (1), mehreren konzentrischen Mantelrohren (2,3,8,9), einem Düsenkopf (12) und mehreren mit vertikalem Abstand voneinander angeordneten Düsen (7;13), dadurch gekennzeichnet , daß das Zentralrohr (1) ein Sekundärkreisrohr (3) und ein Anschlußrohr (4) nachgiebig miteinander verbunden sind.1. Two-circuit lance for freshening metal, in particular iron melts with oxygen-containing gases from a central tube (1), several concentric jacket tubes (2, 3, 8, 9), a nozzle head (12) and several nozzles (7; 13), characterized in that the central tube (1), a secondary circular tube (3) and a connecting tube (4) are flexibly connected to one another.
2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Sekundärkreisrohr (3) in oder auf dem das Zentralrohr (1) mit Abstand konzentrisch umgebenden Anschlußrohr (4) geführt ist.2. Lance according to claim 1, characterized in that the secondary circular tube (3) in or on which the central tube (1) is spaced concentrically surrounding the connecting tube (4).
3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Zentralrohr (1) ein Sekundärkreisrohr (3) geführt ist und sich im Bereich des oberen Rohrteils ein Sauerstoff-Ringspdt (5) befindet, von dem aus mindestens eine Sekundärdüse (7) abgeht.3. Lance according to claim 1 or 2, characterized in that a secondary circular tube (3) is guided on the central tube (1) and in the region of the upper tube part there is an oxygen ring gap (5), from which at least one secondary nozzle (7 ) goes off.
4. Lanze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Bereich der Rohrführungen Dichtungen (14, 15, 16) befinden.4. Lance according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that seals (14, 15, 1 6) are located in the region of the pipe guides.
5. Lanze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich jede Sekundärdüse durch zwei das Zentralrohr (1) das Sekundärkreisrohr (3) das Düsenkopf- und das Anschlußrohr (2, 4) jeweils mit Abstand zum Nachbarrohr umgebende Kühlwasserrohre (8, 9) erstreckt.5. Lance according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that each secondary nozzle extends through two the central tube (1), the secondary circular tube (3), the nozzle head tube and the connecting tube (2, 4), each with a distance to the neighboring tube and surrounding cooling water tubes (8, 9).
EP83106221A 1982-08-27 1983-06-25 Double circuit lance for refining molten metals Withdrawn EP0104326A3 (en)

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Inventor name: BAECKER, WILLI

Inventor name: SCHOOP, JOSEF, DR.ING.