SE438870B

SE438870B - LAND HEAD OF A RESEARCH LAUNCH

Info

Publication number: SE438870B
Application number: SE7803333A
Authority: SE
Inventors: J Schoop; W Resch; H Damme
Original assignee: Salzgitter Peine Stahlwerke
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1985-05-13
Also published as: IT1093897B; FR2384850A1; PT67808A; NL188232B; ZA781725B; GB1591585A; NL188232C; BE865235A; AT372706B; ATA164878A; NL7803193A; PL125025B1; LU79277A1; IT7821417A0; SE7803333L; CA1099919A; PL205521A1; DE2712745C2; DE2712745B1; BR7801849A

Description

7803333-9 Det är känt att vid färskningsprocessen i området för lanshuvu- det råder temperaturer upp till ZOOOOC. Smälttemperaturen för koppar ligger däremot vid 1083qC. 7803333-9 It is known that during the freshening process in the area of the lance head, temperatures up to ZOOOOC prevail. The melting temperature of copper, on the other hand, is 1083qC.

Den på ytterytan hos lanshuvudet uppträdande värmeenergin måste ledas inåt och bortledas medelst ett kylmedium, t.ex. kylvatten.The heat energy appearing on the outer surface of the lance head must be conducted inwards and dissipated by means of a cooling medium, e.g. cooling water.

Kända är genom en mångfald patent och patentansökningar tekniska förslag för lösning av det svåra problemet med en gynnsam kylme- delsledning i lanshuvudet för uppnående av en optimal kylverkan.Through a variety of patents and patent applications, technical proposals are known for solving the difficult problem of a favorable refrigerant line in the lance head for achieving an optimal cooling effect.

Praxis inom stålverksdrift har dock visat, att den därigenom upp- nådda teknikens ståndpunkt ej är tillfredsställande och att ej något av hittills kända förslag till lösningar har lett till en tillräcklig hållbarhet hos lanshuvudet.Practice in steel mill operation has shown, however, that the state of the art thus obtained is not satisfactory and that none of the hitherto known proposed solutions has led to a sufficient durability of the lance head.

Det har konstaterats, att vid de hittills kända färskningslansar- na av ovan beskriven typ de använda anordningarna för ledande av kylmedlet i lanshuvudet ej motsvarar strömningstekniska fordrin~ gar för att uppnå en tillräcklig kylning vid de ställen hos lans- huvudet, som utsättes för de högsta termiska påkänningarna. Även om i princip en kylmedelsförning till centrum av lanshuvudet har uppnåtts, har den önskade kylverkan ej kunnat uppnås på grund av bl.a. bildning av virvlar och dödvattenrum, eftersom ledorga- nen för vattenförningen konstruktivt ej är formade på ett sätt som svarar mot fordringarna. Exempelvis har föreslagits ledrin- gar för kylmediet i lanshuvudet, om nu dessa överhuvudtaget omgav munstyckena, utan att taga hänsyn till tvärsnitts-yta-förändring- en mellan de enskilda, angränsande munstyckena i hydrodynamiskt avseende.It has been found that in the hitherto known freshening lances of the type described above, the devices used for conducting the coolant in the lance head do not correspond to flow-technical requirements for achieving sufficient cooling at the places of the lance head which are exposed to the highest the thermal stresses. Although in principle a refrigerant flow to the center of the lance head has been achieved, the desired cooling effect has not been achieved due to e.g. formation of vortices and dead water spaces, since the guide members for the water flow are constructively not shaped in a way that corresponds to the requirements. For example, conduits for the refrigerant in the lance head have been proposed, if these at all surrounded the nozzles, without taking into account the cross-sectional surface change between the individual, adjacent nozzles in hydrodynamic terms.

I andra kända lanshuvuden slutar ledringarna framför den yttre omkretsen som omger munstyckena eller anordnades cirkelsegment med olika formgivning eller liknande inom lanshuvudet, vilka ej förhindrar en icke önskad skadlig virvelbildning, utan tvärtom ökar denna.In other known lance heads, the conduits end in front of the outer circumference surrounding the nozzles or arranged circular segments of different shapes or the like within the lance head, which do not prevent an undesirable harmful vortex formation, but on the contrary increase it.

Detta leder nödvändigtvis till en otillräcklig kylning av isyn- nerhet den centrala, termiskt högpåkända delen av lanshuvudet, varigenom efter relativt kort tid en förstöring av lanshuvudet inträder genom att ingående koppar smältes. 7803333-9 Lanshuvudet blir därigenom för tidigt oanvändbart, vilket medför oftare förekommande avbrott i driften och därmed minskning i pro- duktionen. Dessutom uppstår härvid en ökad olycksfallsrisk genom en möjlig knallgasbildning (H20-spaltning), såsom inledningsvis nämndes.This necessarily leads to an insufficient cooling of the central, thermally stressed part of the lance head in particular, whereby after a relatively short time a destruction of the lance head occurs by melting the constituent copper. 7803333-9 The lance head thus becomes unusable prematurely, which leads to more frequent interruptions in operations and thus a reduction in production. In addition, there is an increased risk of accidents due to a possible explosion of explosive gas (H2O decomposition), as was initially mentioned.

Föreliggande uppfinning har till uppgift att vid kända lanshuvuden av nämnd typ undanröja ovan beskrivna nackdelar och att åstadkomma en bättre kylning av de termiskt högpåkända ställena hos lanshu- vudet och därutöver uppnå en större hållbarhet och driftsäkerhet genom att kylområdet för lanshuvudkylningen optimalt anpassas till hydrodynamiska fordringar.The object of the present invention is to eliminate known disadvantages described above with known lance heads of the type mentioned and to achieve a better cooling of the thermally high stressed places of the lance head and in addition to achieve a greater durability and operational reliability by optimally adapting the cooling area for lance head cooling to hydrodynamic requirements.

Enligt föreliggande uppfinning âstadkommes sålunda ett lanshuvud för en färskningslans med flera från lanshuvudets längdaxel diver- gerande, mot badytan riktade expansionsmunstycken samt med åtmins- tone vardera en koncentriskt till längdaxeln anordnad tillopps- och återloppsledning för kylmedium, mellan vilka är anordnad en på en mot lanshuvudets botten vänd sida konkavt utformad strömnings- ledaranordning för kylning av lanshuvudet och för omlänkning av en kylmedelsströmning, som kännetecknas av ett strömningslänkstyçke som är anordnat vid ett rör, som avgränsar tillopps- och återlopps- ledningen, på ett avstånd från lanshuvudets botten och utsträcker sig i riktning mot längdaxeln och tätt omsluter expansionsmunstyc- kena, vilket strömningslänkstycke på den mot bottenplattan vända sidan inom det radiala området för de tvärsnittsminskande expan- sionsmunstyckena är konkavt utformat på sådant sätt, att ett lika stort genomflödestvärsnitt erhålles vid tilltagande tvärsnitts- minskning mellan de intilliggande expansionsmunstyckena i horison- tal riktning genom proportionell ökning av genomflödestvärsnittet i vertikal riktning.According to the present invention there is thus provided a lance head for a freshening lance with several expansion nozzles diverging from the lance head's longitudinal axis, towards the bath surface and with at least each a supply and return line for the cooling medium arranged concentrically to the longitudinal axis, between which the lance head is arranged. bottom facing side concavely designed flow conductor device for cooling the lance head and for diverting a coolant flow, characterized by a flow link piece arranged at a pipe delimiting the inlet and return line, at a distance from the lance head's bottom and extending direction to the longitudinal axis and tightly encloses the expansion nozzles, which flow link piece on the side facing the bottom plate within the radial area of the cross-section reducing expansion nozzles is concavely designed in such a way that an equally large flow cross-section is obtained with increasing cross-section. or the adjacent expansion nozzles in the horizontal direction by proportional increase of the flow cross-section in the vertical direction.

Genom den konkava formningen av strömningslänkstycket uppnås så- ledes enligt uppfinningen, att vid tilltagande avsmalning hos strömningstvärsnittet mellan vardera två angränsande expansions- munstycken i horisontalplanet detta proportionellt i vertikalpla- net kompenseras för erhållande av ett konstant strömningstvärsnitt.Due to the concave formation of the flow link piece, it is thus achieved according to the invention that with increasing narrowing of the flow cross section between each two adjacent expansion nozzles in the horizontal plane, this is compensated proportionally in the vertical plane to obtain a constant flow cross section.

Krökningen hos den konkava ytan kan därmed beräknas exakt. Enligt uppfinningen föreligger därmed över hela totala fria inre ytan hos lanshuvudbotten en likformig hög strömningshastighet hos kylmedlet 7803333-9 vilken säkerställer att långtgående förhindras en filmförångs- -minskning vid värmeövergângen fast/flytande, vilken visat sig stå i samband med det för tidigare nedsmältandet av kopparn i centrala omrâdet hos lanshuvudbotten.The curvature of the concave surface can thus be calculated exactly. According to the invention, there is thus over the entire total free inner surface of the lance scalp a uniformly high flow rate of the coolant 7803333-9 which ensures that a film vapor reduction is substantially prevented at the heat transfer solid / liquid, which has been found to be associated with the earlier melting of the copper. in the central area of the lance scalp.

Denna funktion understödes ytterligare genom en föredragen utform- ning enligt uppfinningen av strömningslänkstycket, vid vilken en kant, som begränsar strömningslänkstycket, sträcker sig inåt åt- minstone till en omkrets som begränsar expansionsmunstycket och motsvarande den konkava utformningen är anordnad lutande mot en centralt belägen ändyta hos lanshuvudbotten, varigenom kylmedel- strömmen intensivt länkas till det termiskt högbelastade centrala området hos lanshuvudbotten._ I nära samband med den fördelaktiga funktionen hos lanshuvudet enligt_uppfinningen står det ringa motståndet för kylmedlets åter- lopp, vilket likaså är av betydelse för kylningens optimala ver- kan. Enligt uppfinningen är sålunda lämpligen en övre yta, som be- Å gränsar återloppsledningen, hos strömningslänkstycket utformad konvex, varvid den konvexa övre ytan är formad ungefär i kongruens med den konkavt formade ytan hos strömningslänkstycket.This function is further supported by a preferred design according to the invention of the flow link piece, in which an edge limiting the flow link piece extends inwards at least to a circumference limiting the expansion nozzle and correspondingly the concave design is arranged inclined towards a centrally located end surface of lance scalp, whereby the coolant flow is intensively linked to the thermally highly loaded central area of the lance scalp._ In close connection with the advantageous function of the lance head according to the invention, there is little resistance to the coolant return, which is also important for the optimal effect of cooling. Thus, according to the invention, an upper surface delimiting the return line of the flow link piece is suitably formed convex, the convex upper surface being formed approximately in congruence with the concavely shaped surface of the flow link piece.

Lanshuvudet enligt uppfinningen kan vidare kännetecknas av att ett strömningstvärsnitt mellan ett konkavt format fördelarstycke och den konvexa ytan hos strömningslänkstycket åtminstone är så stort som ett strömningstvärsnitt under strömningslänkstycket.The lance head according to the invention can be further characterized in that a flow cross section between a concave shaped manifold and the convex surface of the flow link piece is at least as large as a flow cross section below the flow link piece.

Det har visat sig att vid exakt iakttagande av vad föreliggande uppfinning utlär strömningsrummen för kylmedlet kan utformas så idealiskt, att kylmedelstillopp och -återlopp kan genomföras i var- andra motstående riktning vid likaså fullständig kylverkan.It has been found that in exact observance of what the present invention teaches, the flow spaces for the coolant can be designed so ideally that coolant inlets and refluxes can be carried out in opposite directions with equally complete cooling action.

Lanshuvudet enligt föreliggande uppfinning förklaras idetefter- följnnae närmare under hänvisning till bifogade ritning.The lance head according to the present invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing.

Ritningen visar ett snitt genom ett enligt uppfinningen utformat lanshuvud för en färskningslans med fyra från längdaxel 7 diver- gerande anordnade expansionsmunstvcken 9. Strömningslänkstycket 1 är förbundet med rör resp. rörstycke 5, som skiljer kylmedelstill- lopp 3 och kylmedelsåterlopp 4 från varandra.The drawing shows a section through a lance head designed according to the invention for a freshening lance with four expansion nozzles 9 arranged diverging from longitudinal axis 7. The flow link piece 1 is connected to pipes resp. pipe section 5, which separates coolant inlet 3 and coolant reflux 4 from each other.

Strömningslänkstycket 1 är förbundet med röret 5 medelst i och för sig känd förbindningsteknik, t.ex. genom svetsning, lödning, kläm- 7803333-9 passning, limning eller liknande, eller medelst fjädrande för- bindningsorgan.The flow link piece 1 is connected to the pipe 5 by means of a connection technique known per se, e.g. by welding, soldering, clamping, gluing or the like, or by means of resilient connecting means.

Strömningslänkstycket 1 är på den undre, mot bottenplattan 6 vän- da sidan i ett radialt område 8 för expansionsmunstyckena 9 format konkavt, svarande mot den i omrâdet 8 föreliggande tvärsnittsminsk- ningen mellan expansionsmunstyckena 9, för erhållande av konstant tvärsnittsyta i omrâdet 8, som ovan redan beskrivits.The flow link nozzle 1 is concavely formed on the lower side, facing the bottom plate 6 in a radial area 8 of the expansion nozzles 9, corresponding to the cross-sectional reduction present in the area 8 between the expansion nozzles 9, to obtain a constant cross-sectional area in the area 8, already described.

En kant 10, som begränsar strömningslänkstycket 1, sträcker sig inåt åtminstone fram till en omkrets 11 som begränsar expansions- munstycket 9 och länkar kylmedlet till den centrala ytan 12 hos lanshuvudbotten 6. Den konvexa ytan 13 hos strömningslänkstycket 1 är ungefär kongruent med en konkav yta 14 hos ett fördelarstyc- ke 2, varigenom tillförsäkras ett störningsfritt återlopp för kylmedlet under lågt motstånd.An edge 10 defining the flow link piece 1 extends inwardly at least up to a circumference 11 defining the expansion nozzle 9 and links the coolant to the central surface 12 of the lance scalp 6. The convex surface 13 of the flow link piece 1 is approximately congruent with a concave surface. 14 of a manifold 2, thereby ensuring a trouble-free return for the coolant under low resistance.

För att uppnå en anmärkningsfri strömning hos kylmedlet erfordras det att strömningslänkstycket 1 tätas noggrant mot expansionsmun- styckena 9;tätningen kan framställas exempelvis genom en icke upp- lösbar förbindning, såsom genom lödning, svetsning och liknande, eller även genom lösbara tätningar, exempelvis av ett åldringsbe- ständigt material, såsom elastomerer i form av termoplaster eller duroplaster.In order to achieve a remarkable flow of the coolant, it is required that the flow link piece 1 be carefully sealed against the expansion nozzles 9, the seal can be produced for example by a non-soluble connection, such as by soldering, welding and the like, or also by soluble seals, for example by a aging-resistant materials, such as elastomers in the form of thermoplastics or thermosets.

Den praktiska provningen av lanshuvudet enligt uppfinningen har visat att hållbarheten hos färskningslansar med sådana lanshuvuden kunde ökas långt utöver hâllbarheten hos kända lansar, varvid jämte en kraftig ekonomisk förbättring även den med förutnämnda mittendefekter förbundna olycksfallsrisken väsentligt minskades.The practical testing of the lance head according to the invention has shown that the durability of freshening lances with such lance heads could be increased far beyond the durability of known lances, whereby together with a strong economic improvement also the accident risk associated with the aforementioned center defects was significantly reduced.

Claims

7803333-9 (f: Patent Claim

Lance head for a freshening lance with several expansion nozzles diverging from the longitudinal axis of the lance head, directed towards the bath surface and with at least one concentric to the longitudinal axis arranged inlet and return line for coolant, between which a cone is arranged on one side of the lance head cavity-shaped flow conductor device for cooling the lance head and for diverting a coolant flow, characterized by a flow link piece (1), which is arranged at a pipe (5), which delimits the inlet (3) and the return line ( 4), at a distance from the bottom (6) of the lance head and extends in the direction of the longitudinal axis (7) and tightly encloses the expansion nozzles (9), which flow link piece on the side facing the bottom plate (6) within the radius region (8) ) for the cross-sectional reduction nozzles (9) is concavely designed in such a way that an equal flow cross-section is obtained with increasing cross-sectional reduction between to the adjacent expansion nozzles (9) in the horizontal direction by proportional Increase of the flow-through cross-section in the vertical direction.

Lance head according to claim 1, characterized in that an edge (10) delimiting the flow link piece (1) extends inwards at least up to a circumference (11) delimiting the expansion nozzle (9) and corresponding to the concave the design is arranged inclined towards a centrally located end surface (12) of the lance scalp (6).

Lance head according to claims 1 and 2, characterized in that an upper surface (13), which delimits the return line (4), of the flow link piece (1) is formed convex and that the convex upper surface (13) is formed approximately in congruence. with the concavely shaped surface of the flow link piece.

Lance head according to claims 1-3, characterized in that a flow cross section between a concave shaped manifold (2) and the convex surface (13) of the flow link piece (1) is at least as large as a flow cross section below 9 7803333-9 flow link piece (1).

Lance head according to claims 1-4, characterized in that the coolant in the supply line (3) is led in an opposite direction to the coolant in the return line (4).

Lance head according to one or more of claims 1-5. characterized in that the flow link piece (1) is connected to the pipe (5) by means of a connection technique known per se, e.g. by welding, soldering, clamping, gluing or the like, or by means of resilient connecting means.

Lance head according to one or more of Claims 1 to 6, characterized in that a seal between the flow link piece (1) and the expansion nozzles (9) consists of an aging-resistant material.

Lance head according to claim 7, characterized in that the seal between the flow link piece (1) and the expansion nozzles (9) consists of a non-releasable connection, which is produced by welding or soldering. i ... * _ _ -_..._..___....__.__.._.._._..._..-__. .__ .V