DE19529932C1

DE19529932C1 - Lanzenkopf einer Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen

Info

Publication number: DE19529932C1
Application number: DE19529932A
Authority: DE
Inventors: Anatoly Prof Sizov
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2015-08-03
Also published as: JPH11500492A; US6033621A; AU7082696A; WO1997005290A1; DE59601512D1; EP0842303A1; EP0842303B1; ATE178100T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lanzenkopf einer wassergekühlten Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf Stahlschmelzen in einem Konverter, mit mindestens einer von einem den engsten Düsenquerschnitt aufweisenden Rohrabschnitt ausgehend sich in Richtung Badoberfläche konisch erweiternden Expansionsdüse.

Blaslanzen kommen in Stahlwerken zum Einsatz, die nach dem Sauerstoffaufblasverfahren arbeiten. Bei solchen Stahlherstellungsverfahren, insbesondere nach dem sogenannten LD-Verfahren, werden im Roheisen enthaltene Begleitelemente mit Hilfe von Sauerstoff durch Oxidation entfernt. Hierbei wird über die Lanze Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit von MACH 1,0 und größer auf die im Konverter befindliche Schmelze aufgeblasen.

Damit der Lanzenkopf im Hinblick auf die Metallurgie des Stahlherstellungsprozesses in der gewünschten Weise arbeiten kann, ist die erforderliche Sauerstoffmenge möglichst optimal über die Düsenaustrittsöffnungen mit der Metallschmelze in Berührung zu bringen. Die einzelnen Blaslanzenköpfe werden nach stahlwerksspezifischen Daten ausgelegt. Hierbei wird insbesondere der Konverterinhalt, die Konverterabmessung, die aktuelle Badhöhe und die Sauerstoffmenge sowie der Sauerstoffdruck berücksichtigt.

Aus der Schrift DE 37 00 892 A1 ist eine üblicherweise in Stahlwerken eingesetzte Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf Metallschmelzen, bekannt, bei dem mehrere zur Lanzenhauptachse divergierenden Gasaustrittsöffnungen vorgesehen sind, die einen engsten sogenannten kritischen Querschnitt aufweisen, dem sich in Strömungsrichtung eine konisch sich erweiternde Expansionsdüse anschließt.

Mit Lanzen dieser Bauart läßt sich nur ein unruhiger Sauerstoffstrahl erreichen, mit der nachteiligen Folge nicht erwünschter Stahlspritzer und starker Staubentwicklung im Bereich der Konvertermündung.

Die vorliegende Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, einen gattungsgemäßen Blaslanzenkopf zu schaffen, mit dem die Energieausnutzung des Sauerstoffstahls erhöht, die Reaktionsbedingungen im Konverter verbessert und die Umweltbelastung vermindert wird.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Erfindungsgemäß ist im Anschluß an dem den kritischen Querschnitt aufweisenden Rohrabschnitt eine erste konische Erweiterung vorgesehen, die in einem zylindrischen Kanal mündet. In diesem Kanal, der bis nahezu zur Mündung der Düse geführt sein kann, ist eine im Durchmesser radial nach außen sich erweiternde Ringkammer vorgesehen. Durch diese Bauform wird ein pulsierender Gasstrahl gewonnen, der stabil ausgebildet die Düse verläßt und auf die Oberfläche der Schmelze auftrifft.

Die Düse ist dabei so ausgestaltet, daß bei Drücken bis zu 15 bar Geschwindigkeiten zwischen 1 bis 3 Mach erreicht werden. Die Schwingfrequenz des Gases ist dabei einstellbar in einem Bereich von 200 bis 2000 Hz. Der bevorzugte Frequenzbereich liegt bei 600 bis 800 Hz.

Durch die stabile Ausbildung des Strahles lassen sich Sauerstoffmengen bei hoher Energieausnutzung für das Auf- oder Einblasen auf oder in einer Metallschmelze bei der Stahlverarbeitung einsetzen.

Durch den ruhig auf die Badoberfläche auftreffenden Strahl wird die Spritzneigung des Schmelzbades unterbunden und die Staubentwicklung reduziert.

Die Stabilisierung des Gasstrahles wird durch eine Ausgestaltung des Ringkanals mit nicht glatter Ausgestaltung erhöht. Die Ringkammer wird hierzu in mehrere Kammersegmente aufgeteilt, die durch Stege getrennt sind. Die Kammersegmente weisen dabei unterschiedliche Radien auf, wobei jeweils paarweise gegenüberliegende Kammersegmente den gleichen Radius besitzen.

In einer weiteren Ausgestaltung können die Außenwandungen der Kammersegmente kurvenförmig kontinuierlich sich vergrößernde Radien besitzen.

In einer baulich besonders einfachen Ausgestaltung sind Scheiben vorgesehen, die in der Weise in Reihe angeordnet sind, daß die Stege miteinander korrespondieren und in Strömungsrichtung Kammersegmente mit unterschiedlichen Radien angeordnet sind.

Der sich in Strömungsrichtung an die Ringkammer anschließende Expansionsteil der Düse kann zu einem Teil zylindrisch ausgebildet sein, bevor er im Bereich der Mündung sich konisch öffnet. Der zylindrische Teil nimmt dabei positiven Einfluß auf den pulsierenden Strahl und stabilisiert diesen weiter insbesondere bezüglich einer Verdrehung in Achsrichtung.

Der Bereich des kritischen Durchmessers der Düse ist entsprechend der Ausgestaltung einer Lavaldüse abgerundet. In einer weiteren, dabei fertigungstechnisch einfachen Weise ist dieser Bereich aus konischen und zylindrischen Formelementen zusammengesetzt.

Zur weiteren Einflußnahme auf die gewünschte Frequenz des Gasstrahles kann zwischen der ersten konischen Erweiterung im Bereich des Düseneintrittes und der Ringkammer eine oder mehrere Stufen vorgesehen. Die einzelnen Stufen sind scharfkantig voneinander abgesetzt und regen den Gasstrahl zum Schwingen an.

Die Mündung der konischen Erweiterung kann einen Durchmesser aufweisen, der dem des zylindrischen Kanals entspricht. In vorteilhafter Weise ist ein kleinerer Mündungsdurchmesser vorgesehen, da hierdurch beim Eintritt in den Kanal bereits eine erste Stufe entsteht, mit der auf die Pulsation des Gasstrahles positiv Einfluß genommen wird.

Ein Beispiel der Erfindung ist der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die

Fig. 1 einen Schnitt durch den Lanzenkopf

Fig. 2a, b Schnitte durch Ringkammern mit konstanten Radien

Fig. 3 einen Schnitt durch die Ringkammer mit kontinuierlich sich vergrößernden Radien

Die Fig. 1 zeigt auf der linken Seite des Schnittes einen konischen Eingangsabschnitt 11, der abgerundet in einem den kritischen Durchmesser aufweisenden Rohrabschnitt 12 übergeht, an dem sich lavaldüsenartig eine erste konische Erweiterung 21 anschließt. Die erste konische Erweiterung 21 mündet in einem den identischen Durchmesser aufweisenden Kanal 22.

Mit einem Abstand L_K1 von der Mündung der ersten konischen Erweiterung ist im Kanal eine Ringkammer 23 vorgesehen, die einen inneren Durchmesser D_Z besitzt. Die Ausgestaltung der Ringkammer ist in den Fig. 2 und 3 aufgezeigt.

An die Ringkammer 23 schließt sich ein Düsenteil 24 an, das sich über eine Länge L_A bis zur Düsenmündung konisch erweitert.

Auf der rechten Seite des Schnittes der Fig. 1 schließt sich an den konischen Eingangsabschnitt 11 ein Rohrabschnitt 12 an, der den kritischen Querschnitt D_Q aufweist.

An den kritischen Querschnitt schließt sich eine erste konische Erweiterung 21 an, deren Mündung einen Durchmesser D_M besitzt, die im vorliegenden Beispiel in einer Vorstufe 27 mündet, welche einen Durchmesser D_K1 aufweist, welche größer ist als der Durchmesser D_M.

An die Vorstufe 27 schließt sich ein Kanal 22 an, der einen Durchmesser D_KA besitzt, wobei D_KA größer D_K1 ist.

Im Kanal 22 ist eine Ringkammer 23 vorgesehen, in der sich Scheiben 37, 38 befinden. Diese Scheiben sind so zueinander angeordnet, daß die Stege 35 miteinander korrespondieren und die Kammersegmente jeweils unterschiedliche Radien aufweisen.

In Strömungsrichtung hinter der Ringkammer 25 ist ein Kanalteil 25 vorgesehen, der die gleichen Abmessungen aufweist wie der Kanal 22 und zwar über eine Länge L_KA, so daß im Abstand L_MA sich eine zweite konische Erweiterung 26 bis zur Mündung mit dem Durchmesser D_A anschließt. Die Gesamtlänge L_A entspricht dabei der Summe der zylindrischen Kammerlänge L_KA und der Länge der konischen Mündung L_MA.

Die Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch die Ringkammer 23. Im vorliegenden Beispiel sind insgesamt vier Kammersegmente 31 bis 34 vorgesehen, wobei die Kammersegmente 31 und 33 den gleichen und dabei kleineren Radius besitzen als die Kammersegmente 32 und 34.

Die einzelnen Kammersegmente sind durch Stege 35 voneinander getrennt. Die einzelnen Stege weisen eine Breite auf, die eine Beeinflussung der einzelnen Segmente unterbinden. Über die dargestellte Anzahl von vier Segmenten hinaus sind beliebige gradzahlige Segmentanzahlen möglich, wobei jeweils die Radien der gegenüberliegenden Segmente die gleiche Größe aufweisen. Die einzelnen Kammersegmente sind in den äußeren Ecken mit einem Radius r abgerundet.

In der Fig. 2b ist die Situation bei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Scheiben dargestellt. Die einzelnen Segmente sind dabei so angeordnet, daß sich jeweils in Strömungsrichtung ein Kammersegment mit kleinem Radius abwechselt mit einem Kammersegment mit großem Radius.

In der Fig. 3 ist entsprechend der Fig. 2 eine Ringkammer dargestellt, wobei die einzelnen Kammersegmente mit kontinuierlich sich vergrößerndem Radien ausgestaltet sind. Durch diese Ausbildung der Kammersegmente kann insbesondere Einfluß auf die Drehrichtung des pulsierenden Strahles genommen werden.

Bezugszeichenliste

Düseneingang
11 konischer Eingangsabschnitt
12 Rohrabschnitt
Expansionsdüsenteil
21 erste konische Erweiterung
22 Kanal
23 Ringkammer
24 Düsenteil
25 Kanalteil
26 Zweite Konische Erweiterung
27 Vorstufe
29 Mündung der Expansionsdüse
Pulsationskammer
31, 33 Kammersegmente kleiner Radius
32, 34 Kammersegmente großer Radius
35 Steg
36 Außenwandung
37 erste Scheibe
38 zweite Scheibe
Kühlmittelleiteinrichtung
41 Kühlkammer
D Durchmesser
L Länge
Index
E Eintritt
Q kritischer Querschnitt
M Mündung
Z Zylindrische Kammer
K Kanal
A Austritt
l Lanzenlängsachse
r Radius Kammersegmentecke

Claims

1. Lanzenkopf einer wassergekühlten Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf Stahlschmelzen in einem Konverter, mit mindestens einer von einem den engsten Düsenquerschnitt aufweisenden Rohrabschnitt ausgehend sich in Richtung Badoberfläche konisch erweiternden Expansionsdüse, dadurch gekennzeichnet,
daß die Expansionsdüse im Anschluß an dem den kritischen Querschnitt aufweisenden Rohrabschnitt (12) eine erste konische Erweiterung (21) aufweist, die in einem zylindrischen Kanal (22) mündet,
daß im Kanal (22) mit einem Abstand (L_K) zur Mündung der ersten konischen Erweiterung (21) mindestens eine Ringkammer (23) vorgesehen ist, und
daß sich an die Ringkammer (23) ein zumindest teilweise sich konisch erweiternder Düsenteil (24, bzw. 25, 26) bis zur Mündung (29) der Expansionsdüse anschließt.

2. Lanzenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (23) in mehrere Kammersegmente (31 bis 34) aufgeteilt ist.

3. Lanzenkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandungen (36) der Kammersegmente (31 bis 34) kreisbogenförmig sind, wobei die Kammersegmente (31, 33 bzw. 32, 34) paarweise gegenüberliegend angeordnet sind und dabei unterschiedliche Radien (R) aufweisen.

4. Lanzenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandungen (36) der Kammersegmente (31 bis 34) kurvenförmig mit kontinuierlich sich vergrößernden Radien (r) ausgestaltet sind.

5. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammersegmente (31 bis 34) durch Stege (35) voneinander getrennt sind.

6. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ringkammer (23) mehr als eine eine gradzahlige Anzahl von Kammersegmenten aufweisende Scheibe (37, 38) eingelegt ist.

7; Lanzenkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (37, 38) bei Anpassung ihrer Stege (35) so zueinander verdreht sind, daß in Strömungsrichtung die Kammersegmente mit kleinem Radius (31, 33) sich mit denen mit großem Radius (32, 34) abwechseln.

8. Lanzenkopf nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Kammersegmente in der Weise ausgestaltet sind, daß Schwingfrequenzen des Gases von 200 bis 2000 Hz erreichbar sind.

9. Lanzenkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingbereich bei Frequenzen von 600 bis 800 Hz einstellbar ist.

10. Lanzenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem zylindrischen Kanal (22) eine einen größeren Durchmesser als die erste konische Erweiterung (21) aufweisende Vorstufe (27) vorgesehen ist.

11. Lanzenkopf nach den Ansprüchen 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D_M) der Mündung der ersten konischen Erweiterung (21) kleiner ist als der Durchmesser (D_K) des Kanals (22).