WO2010076214A1

WO2010076214A1 - Schutzgasgekühlte sauerstoffblaslanze

Info

Publication number: WO2010076214A1
Application number: PCT/EP2009/067268
Authority: WO
Inventors: Marinko Lekic-Ninic; Stefan Lechner; Helmut Kerschbaum; Harald Traxinger; Peter Wieser
Original assignee: Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2010-07-08
Also published as: CN102334003A; EP2366086A1; KR20110096587A; BRPI0922971A2; AT506950B1; AT506950A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zumindest in einem lanzenkopfseitigen Abschnitt schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze (1) mit einem zentralen Technikkanal (2), und neben dem Technikkanal mindestens zwei Sauerstoffleitungen (3), die lanzenkopfseitig jeweils mit mindestens einer Auslassdüse (7) versehen sind, wobei die Längsachsen der Sauerstoffleitungen von der Längsachse des Technikkanals verschieden sind, einer den Technikkanal sowie die Sauerstoffleitungen umgebenden Thermoschutzvorrichtung (4) aus Feuerfestmaterial, welche zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze (1) bildet, wobei zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Zwischenräume zwischen den Sauerstoffleitungen (3) mit Auslassdüsen (7), dem Technikkanal (2) und der Thermoschutzvorrichtung (4) mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind, und die Thermoschutzvorrichtung (4) zumindest eine Lage Feuerfestmaterial umfasst. Die Sauerstofflanze (1) umfasst mindestens einen Sensor (9, 10, 12) zur Bestimmung von Meßgrößen, wobei der Sensor an mindestens einer der Stellen - Thermoschutzvorrichtung (4), - Technikkanal (2), - Auslassdüsen (7) so angebracht ist, dass er in einem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich Meßgrößen ermitteln kann.

Description

Schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zumindest im lanzenkopfseitigen Abschnitt schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze.

Bei der Behandlung von Stahlschmelzen mit Sauerstoff aus einer Sauerstoffblaslanze ist es zur Kontrolle der hergestellten Stahlqualität notwendig, die Zusammensetzung der Stahlschmelzen zu ermitteln. Das kann durch Analyse von Proben aus der Stahlschmelze, sowie durch die Analyse von Proben der bei der Behandlung der Stahlschmelze anfallenden Abgase erfolgen. Üblicherweise werden Proben der

Stahlschmelze durch von der Sauerstoffblaslanze verschiedene Sublanzen gezogen. Eine weitere Information darüber, wie die Behandlung mit Sauerstoff gesteuert werden soll, gibt die Temperatur der Stahlschmelze. Die Eindringtiefe des Sauerstoffs in die Stahlschmelze beeinflusst den Zeitaufwand zur Behandlung maßgeblich. Je nach Abreissverhalten des Sauerstoffstroms beim Austritt aus den Auslassdüsen einer Sauerstoffblaslanze ändern sich die Eindringtiefe und damit der Zeitaufwand. Veränderungen im Abreissverhalten werden beispielsweise durch Verschleiß der Auslassdüsen, Änderungen des Abstandes der Sauerstoffblaslanze von der Stahlschmelze, und Änderungen des im Bereich der Sauerstofflanze herrschenden Druckes verursacht. Informationen über Parameter wie Abstand von der Stahlschmelze, Temperatur der Stahlschmelze, Druck, sind bei ihrer Messung im Brennfleck der Behandlung der Stahlschmelze hinsichtlich einer Verwendung zur Steuerung des Behandlungsprozesses besonders aussagekräftig. Diese Parameter sind bei wassergekühlten Sauerstoffblaslanzen schwierig zu erhalten, da Sensoren für diese Parameter den Kühlmantel der Sauerstoffblaslanze, insbesondere des Lanzenkopfes, durchsetzen müssen. Dadurch erhöht sich die Gefahr von Leckagen des Kühlmantels. Da auf einer wassergekühlten Lanze aufgrund der intensiven Kühlung der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze zudem Verbärungen aus frierenden Schlackespritzern und Stahlspritzern auftreten, sind in der Außenhaut angebrachte Sensoren der Gefahr der Bedeckung durch Verbärungen ausgesetzt.

Eine Wasserkühlung der Sauerstoffblaslanze ist eine übliche Methode zum Schutz vor Verschleiß. Nachteilig ist dabei, dass das Gewicht der Sauerstoffblaslanze im Einsatz durch die Wasserkühlung beträchtlich erhöht wird, was entsprechend dimensionierte Tragevorrichtungen notwendig und die Sauerstofflanze insgesamt schwerfälliger macht. Zudem besteht die Gefahr von Leckagen des Kühlmantels und damit verbundenem gefährlichen Kühlwassereintritt in die Stahlschmelze.

Es ist bekannt, die Wasserkühlung durch andere Kühlmedien zu ersetzen. DE10253463 stellt eine gasgekühlte Blaslanze vor. Das Problem der Ermittlung von Meßgrößen im Brennfleck zur Steuerung der Behandlung von Stahlschmelzen mit Sauerstoff wird in DE10253463 nicht behandelt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sauerstoffblaslanze bereitzustellen, mit der bei der Behandlung von Stahlschmelzen ohne Gefahr von Leckagen eines Wasserkühlmantels über Sensoren Meßgrößen zumindest im Brennfleck ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine zumindest in einem lanzenkopfseitigen Abschnitt schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze mit einem zentralen Technikkanal, und neben dem Technikkanal mindestens zwei, bevorzugt drei bis sechs, Sauerstoffleitungen, die lanzenkopfseitig jeweils mit mindestens einer Auslassdüse versehen sind, wobei die Längsachsen der Sauerstoffleitungen von der Längsachse des Technikkanals verschieden sind, einer den Technikkanal sowie die Sauerstoffleitungen umgebenden

Thermoschutzvorrichtung aus Feuerfestmaterial, welche zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze bildet, wobei zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Zwischenräume zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, dem Technikkanal und der Thermoschutzvorrichtung mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind, und die Thermoschutzvorrichtung zumindest eine Lage, bevorzugt mehrere Lagen, Feuerfestmaterial umfasst, wobei die Sauerstofflanze mindestens einen Sensor zur Bestimmung von Meßgrößen umfasst, wobei der Sensor an mindestens einer der Stellen - Thermoschutzvorrichtung,

- Technikkanal,

- Auslassdüsen so angebracht ist, dass er in einem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich Meßgrößen ermitteln kann. Die erfindungsgemäße Sauerstoffblaslanze weist einen zentralen Technikkanal auf, der von mehreren, also mindestens 2, Sauerstoffleitungen benachbart ist. Bevorzugt sind 3 bis 6 Sauerstoffleitungen vorhanden. Die Längsachsen der Sauerstoffleitungen fallen nicht mit der Längsachse des zentralen Technikkanals zusammen, sie sind also neben dem Technikkanal angeordnet. Die Sauerstoffleitungen sind lanzenkopfseitig jeweils mit mindestens einer Auslassdüse versehen; eine oder mehrere Sauerstoffleitung können jedoch auch mit mehreren Auslassdüsen versehen sein.

Im Vergleich zu einer Sauerstofflanze mit einer einzigen Sauerstoffleitung ist durch das Vorhandensein von mehreren Sauerstoffleitungen eine Regulierung der Sauerstoffzufuhr erleichtert, da die einzelnen Sauerstoffleitungen unabhängig voneinander gesteuert werden können. Über die verschiedenen Sauerstoffleitungen können somit verschiedene Mengen Sauerstoff pro Zeiteinheit zugeführt werden und verschiedene Drücke des jeweils zugeführten Sauerstoffs eingestellt werden. Dadurch kann Einfluss auf die Bewegung der Stahlschmelze und auf die Bewegung von auf der Stahlschmelze vorhandener Schlacke genommen werden. Zudem kann der Sauerstoff-Partialdruck im Gasraum besser reguliert werden als bei Verwendung einer einzigen Sauerstoffleitung.

Bei der Behandlung einer Stahlschmelze dringt der Sauerstoff im sogenannten Brennfleck in die Stahlschmelze ein. Gegebenenfalls auf der Stahlschmelze vorhandene Schlacke wird dabei durch die Sauerstoffstrahlen weggedrückt. Der Brennfleck befindet sich unterhalb der Sauerstofflanze auf einer Verlängerung ihrer Längsachse. Da in der Sauerstoffblaslanze zentral zwischen den Sauerstoffleitungen ein zentraler Technikkanal vorhanden ist, befindet sich der Brennfleck somit in einem eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich. Mittels Sonden, die Meßgrößen in einem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich ermitteln können, können Meßgrößen, auch Parameter genannt, aus dem Brennfleck ermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass, da gegebenenfalls auf der Stahlschmelze vorhandene Schlacke durch den Strom des eingeblasenen Sauerstoffs weggedrückt wird, der Blick auf die Stahlschmelze freigegeben ist. Dadurch können die Stahlschmelze betreffende Meßgrößen besser ermittelt werden als wenn Sensoren verwendet werden, die auf gegebenenfalls von Schlacke bedeckte Bereiche der Oberfläche der Stahlschmelze gerichtet sind. Die Sensoren sind dabei an mindestens einer der Stellen

- Thermoschutzvorrichtung,

- Technikkanal, - Auslassdüsen angebracht.

Im Falle des Vorhandenseins mehrerer Sensoren können auch an mehreren oder allen dieser Stellen ein Sensor oder mehrere Sensoren vorhanden sein.

Da zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt der Sauerstoffblaslanze keine Wasserkühlung vorhanden ist, besteht zumindest in diesem Abschnitt der Sauerstoffblaslanze, welcher der größten Verschleißgefahr ausgesetzt ist, keine Gefahr von Leckagen eines mit Wasser versorgten Kühlmantels. Daher können Sensoren an beliebigen Stellen im schutzgasgekühlten Bereich der Sauerstoffblaslanze angebracht werden, ohne an solchen Stellen Leckagen einer Wasserkühlung befürchten zu müssen. Infolgedessen können Sensoren genau an den Stellen angebracht werden, wo besonders aussagekräftige Messdaten erhalten werden können. Beispielsweise sind Informationen über den Gasdruck an den Auslassdüsen besonders wichtig. Vorteilhafterweise sind an der Sauerstofflanze auch Sensoren angebracht, die abseits des lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereiches Meßgrößen ermitteln können.

Ebenso ist aufgrund des Verzichtes auf eine Wasserkühlung im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt der Sauerstoffblaslanze die Gefahr von Verbärungen der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze beziehungsweise von Sensoren durch frierende Schlackespritzer oder Stahlspritzer herabgesetzt, da die dortige Außenhaut im Vergleich zu einer wassergekühlten Außenhaut weniger stark gekühlt wird.

Die erfindungsgemäße Sauerstoffblaslanze ist zumindest in einem lanzenkopfseitigen Abschnitt schutzgasgekühlt. Sie kann auch vollständig schutzgasgekühlt sein, dass heißt, ohne Wasserkühlung auskommen. Wenn sie nicht vollständig schutzgasgekühlt ist, so ist der nicht schutzgasgekühlte Abschnitt der Sauerstoffblaslanze wassergekühlt. Zumindest der lanzenkopseitige Abschnitt der Sauerstoffblaslanze ist schutzgasgekühlt. Dabei ist unter dem lanzenkopfseitigen Abschnitt ein Abschnitt zu verstehen, der den

Lanzenkopf, dass heißt also das lanzenkopfseitige Ende der Sauerstoffblaslanze umfasst. Zumindest 0,25 % der Längserstreckung der Sauerstoffblaslanze ist schutzgasgekühlt. Die Längserstreckung ist dabei als die Erstreckung vom lanzenkopfseitigen Ende der Sauerstoffblaslanze bis zur Stelle der Einleitung von Sauerstoff in die Sauerstoffblaslanze zu verstehen. Bevorzugt ist es, wenn größere Abschnitte schutzgasgekühlt sind, beispielsweise bis zu 0,5%, bis zu 1%, bis zu 2%, bis zu 4%, bis zu 8%, bis zu 10%, bis zu 20%, bis zu 30%, bis zu 40%, bis zu 50%, bis zu 60%, bis zu 70%, bis zu 80% oder bis zu 90% der Längserstreckung. Je größer der schutzgasgekühlte Abschnitt ist, desto leichter wird die erfindungsgemäße Sauerstoffblaslanze im Vergleich zu einer wassergekühlten

Sauerstoffblaslanze. Besonders bevorzugt ist es, bis zu 100% der Längserstreckung schutzgasgekühlt auszuführen.

Bei den genannten Bereichen sind die oberen Grenzwerte mit umfasst. Die schutzgasgekühlten Abschnitte umfassen immer das lanzenkopfseitige Ende der Sauerstoffblaslanze. Mit zunehmendem Anteil an der Längserstreckung der

Sauerstoffblaslanze wandert das der Sauerstoffeinleitung in die Sauerstoffblaslanze zugewandte Ende des schutzgasgekühlten Abschnittes immer weiter in Richtung Sauerstoffeinleitung der Sauerstoffblaslanze. Bei einer Längserstreckung der Sauerstoffblaslanze von beispielsweise 25 m sind also beispielsweise zumindest die letzten 6,25 cm der Sauerstoffblaslanze schutzgasgekühlt, was 0,25% der Längserstreckung ausmacht.

Wenn die Sauerstoffblaslanze nicht vollständig schutzgasgekühlt ist, so ist der nicht schutzgasgekühlte Abschnitt der Sauerstoffblaslanze wassergekühlt. Die Wasserkühlung ist dabei wie aus dem Stand der Technik bekannt als ein die Sauerstoffblaslanze umhüllender Kanal mit einmündender Wasserzulaufleitung und ausmündender Wasserauslaufleitung ausgeführt.

Technikkanal und Sauerstoffkanäle sind zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt der Sauerstoffblaslanze in Längsrichtung von einer Thermoschutzvorrichtung aus Feuerfestmaterial umgeben, welche zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze bildet. Die Thermoschutzvorrichtung umfasst dabei mindestens eine Lage Feuerfestmaterial. Bevorzugt umfasst sie mehrere Lagen Feuerfestmaterial, da dies zu einer verbesserten Verschleißresistenz führt. Die Lagen können aus gleichen oder verschiedenen Feuerfestmaterial bestehen.

Unter Feuerfestmaterial sind Materialien zu verstehen, die eine hohe mechanische Festigkeit, Formstabilität, Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit bei den bei der Behandlung einer Stahlschmelze von Rohstahl herrschenden Bedingungen aufweisen. Diese Bedingungen sind gekennzeichnet durch Temperaturen von 20⁰C bis 2000⁰C, Spritzer saurer bis basischer Schlacke, Spritzer flüssigen Metalls. Bei dem Feuerfestmaterial handelt es sich beipielsweise um

Silikatkeramik wie beispielsweise Steatit, Cordierit und MuIMt, - Oxidkeramik als Einstoffkeramik wie beispielsweise Aluminiumoxid,

Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid, teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid und vollstabilisiertes Zirkoniumdioxid, Titandioxid Oxidkeramik als Mehrstoffsystem wie Aluminiumtitanat Dispersionskeramik wie mit Zirkoniumdioxid verstärktes Aluminiumoxid - Oxidkeramik wie Spinell

Nichtoxidkeramik. Nichtoxidkeramik umfasst keramische Werkstoffe auf der Basis von Verbindungen von Bor, Kohlenstoff, Stickstoff und Silicium. Bevorzugte Nichtoxidkeramiken sind Siliciumcarbid,, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Borcarbid und Bornitrid. - Faserkeramik-Verbundwerkstoffe wie beispielsweise Metal-Matrix-Composits, C/C,

C/SiC, SiC/SiC und AI₂O₃/AI₂O₃, AI₂O₃/ZrO, AI₂O₃/SiO2.

Das Feuerfestmaterial kann auch Graphit oder Bornitrid sein. Wenn die Außenhaut bei der Behandlung von Stahlschmelzen von einem Schutzgasmantel umhüllt ist, besteht keine Gefahr der Oxidation des Graphits oder des Bornitrids unter den bei der Behandlung von Stahlschmelzen herrschenden Bedingungen.

Zwischenräume zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, Technikkanal, und Thermoschutzvorrichtung sind zumindest im schutzgasgekühlten Abschnitt der Sauerstoffblaslanze mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden. Als Schutzgas kommt jedes Gas in Frage, das unter den bei der Behandlung einer Stahlschmelze mit Sauerstoff herrschenden Bedingungen inert ist. Bevorzugt ist die Verwendung von Stickstoff oder Argon.

Die Schutzgaszufuhrvorrichtung ist beispielsweise eine die Zwischenräume mit einem Schutzgasreservoir verbindende Rohrleitung, in der Vorrichtungen zur Regelung des Gasflusses vorhanden sind. Beim Betrieb der Sauerstoffblaslanze strömt das Schutzgas durch die Zwischenräume, führt dabei Wärme ab und kühlt die Sauerstoffblaslanze dadurch. Weiterhin wird durch die Schutzgasatmosphäre oxidierender Verschleiß der Sauerstoffblaslanzenteile verhindert. Weiterhin schützt das Schutzgas die von ihm umspülten Teile der Sauerstoffblaslanze vor Reaktionen mit der Umgebung wie beispielsweise Schlacken- oder Stahlspritzern, Stäuben im Gasraum über der Stahlschmelze, oder Gasen. Außerdem wird durch die strömende Schutzgasatmosphäre eine Wärmeübertragung von heißen Gasen aus der Umgebung durch Konvektion auf die Sauerstoffblaslanze gestört.

Die Messgrößen stammen bevorzugt aus der Gruppe aus der Gruppe

- Temperatur,

- Gasdruck, - Abstand der Sauerstoffblaslanze zu Festkörpern und/oder Flüssigkeitsspiegel der Schlacke und/oder der Stahlschmelze,

- Spektraldaten.

Die Temperatur kann beispielsweise auf folgende Arten gemessen werden:

- Messung mit einem NTC- oder PTC- Widerstand

-Messung mit einer temperaturabhängigen Konstantstromquelle

-Messung mit einem Thermoelement

-Messung mit frequenzanalogen Temperatursensoren

-Messung mit Strahlungsthermometer wie beispielsweise Linienscanner Infrarotkameras, Infrarotmesssystem

-akustische Gastemperaturmesstechnik.

Die Temperatur der Stahlschmelze gibt Information über den Zustand der Behandlung einer Stahlschmelze, die zur Steuerung der Behandlung mit Sauerstoff genutzt werden kann.

Der Gasdruck kann beispielsweise barometrisch oder manometrisch gemessen werden. Die Kenntnis des Gasdruckes lässt Rückschlüsse über das Abrissverhalten des Sauerstoffs beim Austritt aus den Auslassdüsen zu, die zur Steuerung der Eindringtiefe des Sauerstoffs genutzt werden können. Der Abstand der Sauerstoffblaslanze zu Festkörpern und/oder Flüssigkeitsspiegel der Schlacke oder der Stahlschmelze kann beispielsweise gemessen werden mittels:

- Lasertriangulation, - Laufzeitverfahren wie beispielsweise Laserradar,

- interferometrisch arbeitende Systeme, beispielsweise Laserinterferometer,

- geführter Mikrowelle, -magnetostriktiven Sensoren, -Ultraschall. Die Messung des Abstandes der Sauerstoffblaslanze vom Flüssigkeitsspiegel der

Stahlschmelze, beziehungsweise von gegebenenfalls vorhandener Schlacke, kann zur Steuerung der Eindringtiefe des Sauerstoffs, und damit der Behandlungszeit der Stahlschmelze, genutzt werden. Die Steuerung der Eindringtiefe des Sauerstoffs kann dabei beispielweise durch Auf- und Abbewegung der Sauerstoffblaslanze erfolgen. Durch Messung des Abstandes kann ein jederzeit ein Abstand der Sauerstoffblaslanze vom Flüssigkeitsspiegel eingehalten werden, bei dem die Verbärung der Sauerstoffblaslanze durch Metall- und Schlackespritzer gering gehalten wird. Weiterhin ermöglicht eine Messung des Abstandes zu Festkörpern die Vermeidung einer Beschädigung der Sauerstoffblaslanze durch Kontakt mit beispielsweise in der Stahlschmelze stehenden Schrottteilen, die noch nicht geschmolzen sind.

Spektraldaten können beispielsweise gemessen werden mittels

- Emissionsspektralanalyse beispielsweise mit Entladungsplasma, mit laserinduziertem Plasma oder mit Laserablation und Entladungsplasma, - Laser- induzierter Plasmaspektroskopie,

Spektraldaten über die Zusammensetzung der Stahlschmelze können Aufschluss über das Fortschreiten der Behandlung der Stahlschmelze geben.

Bevorzugterweise ist in den Technikkanal eine Vorrichtung zur Entnahme von Stahl- und/oder Gasproben einbringbar.

Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise eine an einem Metallseil befestigtes Vakuumglas umfassen, oder ein aus dem Technikkanal ausfahrbares Rohrstück. In diesem Fall kann auf die Verwendung einer Sublanze zur Probennahme verzichtet werden. Vorteilhaft ist dabei, dass bei der Entnahme von Stahlproben im Brennfleck direkt aus der Stahlschmelze geschöpft werden kann und keine gegebenenfalls auf der Stahlschmelze vorhandene Schlackenschicht durchdrungen werden muss.

Bevorzugterweise ist dabei in den Technikkanal eine Vorrichtung zur Messung von Temperatur und/oder Zusammensetzung einer entnommen Stahl- oder Gasprobe einbringbar. In diesem Fall können die Proben ohne durch Entnahme aus der Sauerstoffblaslanze hervorgerufene Verzögerungen ausgewertet werden. Eine derartige Auswertung kann beispielsweise durch Laser- induzierte Plasmaspektroskopie gemacht werden.

Gegenüber einer Erfassung von Parametern der Metallschmelze aus dem Brennfleck - und somit aus der bewegten Schmelze - hat eine Messung einer entnommenen Probe im Technikkanal den Vorteil, dass die Probe im Technikkanal nicht bewegt ist. Zusätzlich entfallen bei der Messung im Technikkanal auch andere, durch die Umgebung des Brennflecks hervorgerufene, die Messung beeinflussende Störfaktoren wie beispielsweise wechselnde Umgebungsdrücke und schlechte visuelle Bedingungen. Zudem bietet eine Erfassung von Parametern der Stahlschmelze im Technikkanal den Vorteil, dass die Probe nicht aus der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze entnommen werden muss, um zu den Parametern zu gelangen. Dadurch kann die Erfassung schneller erfolgen.

Nach einer Ausführungsform ist in den Technikkanal eine Vorrichtung zur Erfassung von Spektraldaten einbringbar.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Technikkanal mit einer Vorrichtung zur Lieferung von festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen verbunden ist. Durch Zugabe von beispielsweise Legierungselemente beinhaltenden Substanzen zur Stahlschmelze durch eine solche Vorrichtung zur Lieferung kann die erzielte Stahlqualität beeinflusst werden. Kann die Zugabe über den Technikkanal erfolgen, müssen keine zusätzlichen Kanäle für diesen Zweck in der Sauerstoffblaslanze vorgesehen werden, beziehungsweise kann die Zugabe über zusätzliche Lanzen vermindert oder obsolet gemacht werden.

Die Thermoschutzvorrichtung umgibt den Technikkanal und die Sauerstoffleitungen zumindest in dem schutzgasgekühlten Abschnitt der Sauerstoffblaslanze zumindest in Längsrichtung der Sauerstoffblaslanze. Vorteilhafterweise ist die die Thermoschutzvorrichtung von Kanälen durchzogen, wobei die Kanäle mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind und in den Zwischenraum zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, dem Technikkanal und der Thermoschutzvorrichtung münden und/oder eine oder mehrere Mündungen in der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aufweisen. In diesem Fall trägt das Schutzgas besser zu Kühlung und Schutz der Thermoschutzvorrichtung vor oxidativem Verschleiß bei. Wenn Kanäle eine Mündung in der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aufweisen, wird diese von einem Schutzgasmantel umhüllt, was einen besonders effektiven Schutz vor Verbärungen und Verschleiß darstellt. Schlacken- oder Metallspritzer können vor dem Kontakt mit der Aussenhaut vom Schutzgasstrom weggeblasen werden und erreichen in diesem Fall die Aussenhaut nicht. Schlacken- oder Metallspritzer, die die Aussenhaut erreichen, können zum Teil vom Schutzgasstrom wieder abgeblasen werden. Da die Außenhaut im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt nicht wassergekühlt ist, gefrieren diese Spritzer nur langsam, was ein Abblasen erleichtert. Auf die Aussenhaut auftreffende Schlacken- oder Stahlspritzer kühlen beim Durchtritt durch den Schutzgasmantel ab und treffen im Vergleich zu einer Sauerstoffblaslanze ohne Schutzgasmantel mit einer geringeren Temperatur auf die Außenhaut. Infolgedessen laufen Reaktionen mit der Aussenhaut weniger heftig oder überhaupt nicht ab, so dass diese weniger verschlissen wird. Zusäztlich ergibt sich der Vorteil, dass solchermassen entstehende Verbärungen auf der Aussenhaut weniger stark haften als Verbärungen, die unter heftiger Reaktion mit dem Material der Aussenhaut entstehen. Entsprechend fallen sie früher unter ihrem eigenen Gewicht von der Aussenhaut ab als stärker haftende Verbärungen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lanzenkopf der Sauerstofflanze ebenfalls von der Thermoschutzvorrichtung bedeckt, wobei der lanzenkopfseitige Teil der Thermoschutzvorrichtung als Schutzelement ausgebildet ist, das ablös- und austauschbar am Technikkanal befestigt ist, wobei in dem Schutzelement Durchlässe vorhanden sind, durch welche die Auslassdüsen nach außen geführt sind, wobei diese Durchlässe jeweils so dimensioniert sind, dass zwischen Auslassdüse und Schutzelement ein Spalt verbleibt. Durch diesen Spalt kann Schutzgas entweichen. Dadurch werden die Auslassdüsen vor Verbärungen und Verschleiß geschützt sowie gekühlt. Zusätzlich bildet das Schutzgas eine Ummantelung des austretenden Sauerstoffstromes, wodurch dieser gerichteter in die Stahlschmelze eindringen kann. Dadurch lässt sich die Eindringtiefe besser steuern. Nach einer Ausführungsform kann das Schutzelement einen Durchlass für den Technikkanal aufweisen. Nach einer Ausführungsform kann dieser Durchlass so dimensioniert sein, dass zwischen Technikkanal und Schutzelement ein Spalt verbleibt. Durch diesen Spalt kann Schutzgas entweichen. Dadurch wird der Technikkanal vor Verbärungen und Verschleiß geschützt sowie gekühlt. Nach einer anderen Ausführungsform verbleibt kein Spalt zwischen Technikkanal und Schutzelement. Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Schutzelement keinen Durchlass für den Technikkanal auf. Dabei endet der Technikkanal vor dem Schutzelement. In dem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich, beispielsweise dem Raumbereich zwischen dem Schutzelement und dem lanzenkopfseitigen Ende des Technikkanals, kann beispielsweise die Temperatur als Meßgröße ermittelt werden, was beispielsweise Rückschlüsse auf den Zustand des Lanzenkopfes zulässt.

Die Thermoschutzvorrichtung kann grundsätzlich aus einem oder mehreren Elementen bestehen. Vorteilhafterweise besteht sie aus mehreren Elementen, da diese im Vergleich zu einem einzigen Element kleiner und damit einfacher gefertigt beziehungsweise im Wartungsfall einfacher ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann die

Thermoschutzvorrichtung aus mehreren übereinandergestapelten Ringen bestehen. Vorteilhafterweise ist zumindest ein Element der Thermoschutzvorrichtung am Technikkanal befestigt. Wenn das Element der Thermoschutzvorrichtung, welches sich bei senkrechter Stellung der Sauerstoffblaslanze - mit dem Lanzenkopf am unteren Ende - an unterster Stelle befindet, am Technikkanal befestigt ist, kann die Last der darüber angeordneten Elemente von diesem Element beziehungsweise von seiner Befestigung getragen werden. In so einem Fall kann teilweise oder ganz auf separate Befestigungen für die übrigen Elemente der Thermoschutzvorrichtung in der Sauerstoffblaslanze verzichtet werden, was die Konstruktion und Fertigung der Sauerstoffblaslanze einfacher macht.

Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze ist die Länge des Technikkanals unabhängig von den Sauerstoffkanälen und der Thermoschutzvorrichtung verstellbar. Dazu kann beispielsweise ein lanzenkopfseitiger Endabschnitt des Technikkanals einen Rohrabschnitt enthalten, der in den Technikkanal ein- und ausfahrbar ist. Im ausgefahrenen Zustand verlängert der Rohrabschnitt den Technikkanal. Dadurch können Messgrößen in verschiedenen Positionen ermittelt werden, ohne den Rest der Sauerstoffblaslanze bewegen zu müssen. Mittels der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze können für die Behandlung einer Stahlschmelze relevante Messgrößen einfach und ohne Risiko an den für die jeweiligen Messgrößen idealen Positionen gemessen werden. Dadurch wird die Optimierung der Behandlung vereinfacht.

Anhand der folgenden schematischen beispielhaften Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den lanzenkopfsteitigen schutzgasgekühlten Abschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch den lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Sauerstoffblaslanze.

Figur 3 zeigt eine Schrägansicht eines Abschnittes einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den lanzenkopfseitigen Endabschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze 1. Ein zentraler Technikkanal 2 ist von zwei Sauerstoffleitungen 3 umgeben. Die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze wird von einer aus mehreren Elementen bestehenden

Thermoschutzvorrichtung 4 aus Feuerfestmaterial gebildet. Die Elemente sind eine Röhre 4a sowie ein den Lanzenkopf bedeckendes schüsseiförmiges Schutzelement 4b. Die Röhre 4a ist über Befestigungsvorrichtung 5 am Technikkanal befestigt. Das Schutzelement 4b ist über Befestigungsvorrichtung 6 am Technikkanal befestigt. Sauerstoff ist mit gewellten Pfeilen dargestellt. Schutzgas ist mit geraden Pfeilen dargestellt. Schutzgas strömt durch die Zwischenräume zwischen Technikkanal 2, Sauerstoffleitungen 3, und den Elementen der Thermoschutzvorrichtung 4a und 4b, sowie durch Kanäle in der Röhre 4a. Die Verbindung der Zwischenräume beziehungsweise der Kanäle mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung ist nicht dargestellt. Das Schutzgas tritt aus den Kanälen in der Röhre 4a unter anderem an der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aus und umhüllt diese mit einem Schutzgasmantel. Die aus den Auslassdüsen 7 austretenden Sauerstoffströme werden von Schutzgasströmen umhüllt, die aus den Spalten zwischen den Auslassdüsen 7 und dem Schutzelement 4b austreten. Aus Öffnungen 17 im Schutzelement strömt ebenfalls Schutzgas aus. Im Technikkanal 2 ist eine Vorrichtung zur Entnahme von Stahlproben 8 eingebracht. Zur Probennahme wird diese aus dem Technikkanal in die Stahlschmelze abgesenkt. Ein Sensor zur Bestimmung der Temperatur 9 und ein Sensor zur Bestimmung des Abstandes der Lanze zu einem Festkörper und/oder Flüssigkeitsspiegel 10 sind im Technikkanal angebracht. Sie erfassen die entsprechenden Messdaten im lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich. An der Außenhaut der Sauerstofflanze ist ein Sensor zur Messung von Gasdruck 1 1 befestigt. Ein weiterer Sensor zur Messung von Gasdruck 12 ist an einer Auslassdüse 7 befestigt.

Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung von Umlaufkanten der Öffnungen 17, der Mündungen der Kanäle der Röhre 4a, der unteren Enden der Sauerstoffleitungen 3, des unteren Endes des Technikkanals 2, der Auslassdüsen 7, sowie der Durchlässe des Schutzelementes 4b, durch welche die Auslassdüsen 7 nach aussen geführt sind, verzichtet.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch den lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze. Der Figur 1 entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen. Der Lanzenkopf ist mit einem Schutzelement 4b versehen. Das Schutzelement 4b weist keinen Durchlass für den Technikkanal auf. Der Technikkanal endet vor dem Schutzelement 4b. In dem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich, zwischen dem Schutzelement und dem lanzenkopfseitigen Ende des Technikkanals, befindet sich ein Temperatursensor 19.

Figur 3 zeigt eine Schrägansicht eines den Lanzenkopf enthaltenden Abschnittes einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffblaslanze, An mehreren Stellen der Aussenhaut sind Sensoren 13, 14, 15, 16 angebracht. Auch in Figur 2 sind ein zentraler Technikkanal 2 sowie mehrere Auslassdüsen 7 am Lanzenkopf zu sehen. Der Lanzenkopf ist mit einem Schutzelement 4b versehen, welches einen Durchlass für den Technikkanal 2 aufweist. Zwischen dem Schutzelement 4b und den Auslassdüsen 7 beziehungsweise dem Technikkanal 2 befinden sich ringförmige Spalte. Weiterhin weist das Schutzelement 4b durchgehende Öffnungen 17 auf, durch die Schutzgas aus den Zwischenräumen zwischen Technikkanal 2, nicht dargestellten Sauerstoffleitungen, und den Elementen der Thermoschutzvorrichtung Röhre 4a und Schutzelement 4b zur Aussenhaut der Sauerstofflanze strömen kann. Der schutzgasgekühlte Abschnitt der Sauerstoffblaslanze endet an der Trennlinie 18. Bis zur Trennlinie Kante 18 ist die Sauerstoffblaslanze wassergekühlt. Ab der Trennlinie 18 bis zum Lanzenkopf ist die Sauerstofflblaslanze schutzgasgekühlt, wobei in dem schutzgasgekühlten Bereich die Elemente der Thermoschutzvorrichtung Röhre 4a und Schutzelement 4b die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze bilden. Die Kante 18 bildet die Grenze zwischen dem schutzgasgekühlten und dem wassergekühlten Abschnitt der Sauerstoffblaslanze.

1 Sauerstoffblaslanze

2 Technikkanal

3 Sauerstoffleitung

4 Thermoschutzvorrichtung

4a Röhre

4b Schutzelement

5 Befestigungsvorrichtung

6 Befestigungsvorrichtung

7 Auslassdüsen

8 Vorrichtung zur Entnahme von Stahlproben

9 Sensor zur Bestimmung der Temperatur

10 Sensor zur Bestimmung des Abstandes der Lanze zu einem Festkörper und/oder Flüssigkeitsspiegel

11 Sensor zur Messung von Gasdruck

12 Sensor zur Messung von Gasdruck

13 Sensor

14 Sensor

15 Sensor

16 Sensor

17 Öffnung (im Schutzelement)

Claims

Patentansprüche

1 ) Zumindest in einem lanzenkopfseitigen Abschnitt schutzgasgekühlte Sauerstoffblaslanze (1 ) mit einem zentralen Technikkanal (2), und neben dem Technikkanal mindestens zwei Sauerstoffleitungen (3), die lanzenkopfseitig jeweils mit mindestens einer Auslassdüse (7) versehen sind, wobei die Längsachsen der Sauerstoffleitungen von der Längsachse des Technikkanals verschieden sind, einer den Technikkanal sowie die Sauerstoffleitungen umgebenden Thermoschutzvorrichtung (4) aus Feuerfestmaterial, welche zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Außenhaut der Sauerstoffblaslanze (1 ) bildet, wobei zumindest im lanzenkopfseitigen schutzgasgekühlten Abschnitt die Zwischenräume zwischen den Sauerstoffleitungen (3) mit Auslassdüsen (7), dem Technikkanal (2) und der Thermoschutzvorrichtung (4) mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind, und die Thermoschutzvorrichtung (4) zumindest eine Lage, bevorzugt mehrere Lagen, Feuerfestmaterial umfasst, wobei die Sauerstofflanze (1 ) mindestens einen Sensor (9,10,12) zur Bestimmung von Meßgrößen umfasst, wobei der Sensor an mindestens einer der Stellen

- Thermoschutzvorrichtung (4),

- Technikkanal (2),

- Auslassdüsen (7) so angebracht ist, dass er in einem lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereich Meßgrößen ermitteln kann.

2) Sauerstoffblaslanze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße aus der Gruppe - Temperatur,

- Gasdruck,

- Abstand der Lanze zu Festkörpern und/oder Flüssigkeitsspiegel,

- Spektraldaten, stammt. 3) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Technikkanal (2) eine Vorrichtung zur Entnahme von Stahl- und/oder Gasproben (8) einbringbar ist.

4) Sauerstoffblaslanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Technikkanal (2) eine Vorrichtung zur Messung von

Temperatur und/oder Zusammensetzung einer entnommen Stahl- oder Gasprobe einbringbar ist.

5) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Technikkanal (2) eine Vorrichtung zur Erfassung von Spektraldaten einbringbar ist.

6) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Technikkanal (2) mit einer Vorrichtung zur Lieferung von festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen verbunden ist.

7) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoschutzvorrichtung (4) von Kanälen durchzogen ist, wobei die Kanäle mit einer Schutzgaszufuhrvorrichtung verbunden sind und in den

Zwischenraum zwischen den Sauerstoffleitungen mit Auslassdüsen, dem Technikkanal und der Thermoschutzvorrichtung münden und/oder Mündungen in der Außenhaut der Sauerstoffblaslanze aufweisen.

8) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lanzenkopf der Sauerstofflanze ebenfalls von der Thermoschutzvorrichtung (4) bedeckt ist, wobei der lanzenkopfseitige Teil der Thermoschutzvorrichtung (4) als Schutzelement (4b) ausgebildet ist, das ablös- und austauschbar am Technikkanal (2) befestigt ist, wobei in dem Schutzelement Durchlässe vorhanden sind, durch welche die Auslassdüsen (7) nach außen geführt sind, wobei diese Durchlässe jeweils so dimensioniert sind, dass zwischen Auslassdüse und Schutzelement ein Spalt verbleibt.

9) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoschutzvorrichtung (4) aus mehreren Elementen besteht. 10) Sauerstoffblaslanze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Element der Thermoschutzvorrichtung (4) am Technikkanal (2) befestigt ist.

11 ) Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sauerstoffblaslanze auch Sensoren (11 ,13,14,15) angebracht sind, die abseits des lanzenkopfseitig eine Verlängerung des Technikkanals bildenden Raumbereiches Meßgrößen ermitteln können.

12) Verwendung einer Sauerstoffblaslanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Sauerstoffbehandlung von Stahlschmelzen.