DE10102854C2 - Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lanzenkopf für eine Sauer­ stofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausge­ bildeten, an einen Sauerstoff-Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durch­ setzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsenmündungen durch Mündungsringe verstärkt sind, die in einem Umfangsfalz der Düsenmündung befestigt sind.

Derartige, insbesondere zur Stahlherstellung eingesetzte Lanzenköpfe sind am Ende einer Sauerstofflanze angeordnet, über die hochreiner Sauerstoff (99,5 bis 99,8% O2) auf das Metall­ bad in einem Konverter oder dergleichen geblasen wird. Die Seitenwände und die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes sind im allgemeinen doppelwandig ausgebildet und dienen als Kühl­ wasserkanäle, welche zum Zwecke einer Kühlung des der Schmelz­ temperatur des Stahls ausgesetzten Lanzenkopfes von Kühlwasser durchströmt werden.

Der Sauerstoff wird mit einer hohen Überschallgeschwindigkeit auf das Roheisen aufgeblasen. Das erfordert glatte und geometrisch korrekte Düsenkonturen bis zur Mündung hin.

Die Haltbarkeit oder Standzeit eines der Strahlungshitze der Stahlschmelze, aufgeschäumter Schlacke sowie den hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs ausgesetzten Lanzen­ kopfes wird u. a. durch die Düsenkonturtreue im Bereich der Düsenaustrittskanten bestimmt, die einem besonders schnellen Verschleiß unterliegen.

Es ist deshalb bereits bekannt, bei einem Lanzenkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art die Düsenmündungen durch Mündungsringe zu verstärken, um die Standzeit des Lanzen­ kopfes zu erhöhen.

In der DE 41 13 660 C1 ist ein Lanzenkopf der eingangs genannten Art und ein Verfahren offenbart worden, bei welchem Mündungsringe aus einem hochwarmfesten metallischen Werkstoff beispielsweise durch Schweißen oder Spritzen im Mündungsbereich befestigt werden. Diese Mündungsringe verstärken die besonders belasteten Austrittskanten der Ausblasdüsen und verbessern damit die Standzeit des Lanzenkopfes. Da offensichtlich wegen des für die Mündungsringe verwendeten Materials einerseits und wegen der Art und Weise ihrer Befestigung im Mündungsbereich andererseits Schwierigkeiten bestehen, die Mündungsringe über­ gangslos und stoßfrei an die Innenkontur der Ausblasdüsen anzupassen, werden diese Mündungsringe mit Übermaß gefertigt bzw. als geschlossene Scheiben eingebaut und nachträglich auf das korrekte Maß aufgebohrt. Dieses Verfahren ist wegen des zusätzlichen Bohr-Arbeitsschrittes äußerst umständlich und deshalb kostspielig. Ein weiterer Nachteil wird auch darin gesehen, daß das verwendete metallische Material die Standzeit des Lanzenkopfes nicht so verbessert, daß sich der technische Aufwand für das Anbringen der Mündungsringe immer lohnt.

Sehr viel bessere feuerfeste Eigenschaften haben Keramik­ materialien, so daß eine Verwendung derartiger Materialien eine weitere Verbesserung der Standzeit von Lanzenköpfen verspricht.

In der oben genannten DE 41 13 660 C1 ist auch auf die japanische Patentanmeldung JP 63-206 420 (A) (in Patent Abstracts of Japan, Sect. C, Vol. 12 (1988), Nr. 496, C-555) Bezug genommen, die eine Blaslanze für Konverter oder der­ gleichen zum Gegenstand hat, bei der die Endbereiche der Austrittsöffnungen mit Keramik ausgekleidet sind. Die hitze­ beständige Auskleidung ist unter anderem auch im Inneren der Düsenöffnung in einem Umfangsfalz befestigt. Über die Art und Weise ihrer Befestigung in der Düsenöffnung ist dort nichts ausgesagt.

Aus der DE-AS 25 39 989 ist ein Lanzenkopf für eine Blaslanze bekannt, der einen in einem Umfangsfalz der Mündungsöffnung der Düse eingesetzten bzw. eingestampften Einsatz aus einem verschleißfesten, feuerfesten Material aufweist. An anderer Stelle wird dieses Material als hochwärmeleitfähig bezeichnet. Mit diesem Einsatz soll erreicht werden, daß trotz starker Erosionsschäden am eigentlichen Blaslanzenkopf der Einsatz unbeschädigt und damit die Zuführung von festen oder gas­ förmigen Behandlungsmitteln in die Metallschmelze ohne Ein­ schränkung bleibt, da der Einsatz ein vor der Mündung des Einsatzes endendes Förderrohr für das Behandlungsmittel schützt.

In der DE 37 00 892 A1 ist ein Lanzenkopf beschrieben, bei welchem im wesentlichen die gesamte Bodenwand des Sauerstoff- Sammelraumes durch einen Keramikeinsatz gebildet ist, welcher durch eine zentrale Schraube mit dem Lanzenkopf verbunden wird. Dieser Keramikeinsatz ist ein verhältnismäßig kompliziertes Bauteil, dessen Herstellung schwierig und deshalb teuer ist. Außerdem schließt sich der Keramikeinsatz nicht lückenlos an die Innenkontur der Blasdüse an; vielmehr ist aus Gründen einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung der beiden relativ voluminösen Bauteile in einem Ausführungsbeispiel eine Lücke im Übergangsbereich dieser Bauteile belassen. In weiteren Ausfüh­ rungsbeispielen ist in einer Lücke zwischen den Bauteilen eine elastische, d. h. formveränderliche Dichtung angeordnet. In beiden Fällen besteht die Gefahr, daß die Überschallströmung in der Blasdüse gestört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lanzenkopf der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem eine Verstär­ kung der Düsenmündungen auf besonders einfache Weise, aber dennoch dauerhaft erreicht wird.

Diese Aufgabe wird zum einen bei dem Lanzenkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Mündungsringe aus feuer­ festem Keramikmaterial bestehen und jeweils in einen Außenring aus Metall eingelegt sowie mit diesem verbunden sind und daß der Außenring jeweils in einem Umfangsfalz der Düsenmündung eingeschraubt ist. Neben der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird hier der zusätzliche Vorteil erreicht, daß ein Auswechseln der Mündungsringe in besonders einfacher Weise möglich ist.

Eine formschlüssige Sicherung des Mündungsringes nach dem Einbau ist gegeben, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Innenkontur des Außenringes und die Außenkontur des Mündungsringes sich nach außen zu konisch verengen.

Vorzugsweise sind die Mündungsringe einerseits und die Umfangs­ falze andererseits mit großer Präzision ausgeführt, so daß nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Mündungsringe so ausgebildet sind, daß sie im eingebauten Zustand mit der Innenwand der Ausblasdüse fluchten.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung können die Mündungs­ ringe durch unterschiedliche Befestigungsarten in dem zugeord­ neten Außenring befestigt sein, nämlich durch Schrumpfen, durch Kleben oder durch Klemmen. Das Schrumpfen hat den Vorteil, daß sich der einem Verschleiß unterworfene Mündungsring aus Keramik aus dem Außenring lösen läßt, wenn die Schrumpfspannung durch Erwärmen aufgehoben oder so weit vermindert wird, daß der Mündungsring entfernt werden kann, so daß der Außenring wieder­ verwendbar ist.

Wird der Mündungsring durch Kleben befestigt, wird insbesondere das bei der Schrumpfbefestigung bestehende Risiko vermieden, daß durch Erwärmen des Lanzenkopfes im Betrieb die Schrumpf­ spannung aufgehoben wird und die Mündungsringe sich lösen.

Werden die Mündungsringe in dem zugeordneten Außenring durch Klemmen befestigt, erhalten beispielsweise die Mündungsringe im Außendurchmesser ein Übermaß und werden in den zugeordneten Außenring eingepreßt.

In weiteren Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe wird bei einem Lanzenkopf der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die Mündungsringe aus feuerfestem Keramikmaterial bestehen und direkt in den zugeordneten Umfangsfalz der Düsenmündung ein­ gelegt und in diesem durch Schrumpfen oder durch Kleben oder Klemmen befestigt sind.

Die Umfangsfalze einerseits und die Mündungsringe andererseits werden vorzugsweise mit hoher Präzision ausgebildet, so daß sich die Mündungsringe lückenlos und exakt mit der Innenkontur der Düsen fluchtend in die Umfangsfalze einlegen lassen. Auf diese Weise kann auch ohne Nachbearbeitung eine störungsfreie Strömung sichergestellt werden.

Diese Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe ermöglichen technisch einfache und preiswert zu verwirklichende Lanzen­ köpfe. Je nach der Art und Weise der Befestigungstechnik lassen sich die Mündungsringe bei Verschleiß auch auswechseln, so daß die Standzeit des Lanzenkopfes weiter erhöht werden kann.

Wenn die Mündungsringe direkt in dem zugeordneten Umfangsfalz durch Schrumpfen befestigt sind, erlaubt diese Befestigungsart in einfacher Weise die Mündungsringe bei Verschleiß wieder vom Lanzenkopf zu demontieren, indem beispielsweise die Schrumpf­ spannung durch Erwärmen des Lanzenkopfes aufgehoben oder so weit vermindert wird, daß der Mündungsring entfernt werden kann.

Wenn andererseits die Mündungsringe in dem zugeordneten Umfangsfalz durch Kleben befestigt sind, wird bei dieser Befestigungsart insbesondere das bei der Schrumpfbefestigung bestehende Risiko vermieden, daß durch Erwärmen des Lanzen­ kopfes im Betrieb die Schrumpfspannung aufgehoben wird und die Mündungsringe sich lösen.

Falls die Mündungsringe in dem zugeordneten Umfangsfalz durch Klemmen befestigt sein sollen, erhalten die Mündungsringe im Außendurchmesser ein Übermaß und werden jeweils in den zugeord­ neten Umfangsfalz eingepreßt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Lanzenkopf im Querschnitt, wobei eine dar­ gestellte Düsenmündung durch einen Mündungsring verstärkt ist;

Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung einen Mündungsring gemäß der Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3 den Mündungsring gemäß der Fig. 2 in einer Ansicht von vorne;

Fig. 4 eine andere Ausgestaltung eines Mündungsringes im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Lanzenkopfes 2 im Querschnitt. Ein derartiger Lanzenkopf ist an sich bekannt und braucht deshalb nicht in allen Einzelheiten beschrieben zu werden. Er umfaßt einen zentralen, an einen nicht dargestellten Sauerstoff-Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum 4 und mehrere von diesem abzweigende, die Bodenwand 6 des Lanzenkopfes 2 durch­ setzende Ausblasdüsen 8, 10, von denen die letztere Aus­ blasdüse 10 in einem Querschnitt dargestellt ist. Der Lanzenkopf 2 ist von Kühlwasserkanälen 12 durchsetzt, durch die Kühlwasser strömt.

Der Sauerstoff strömt mit hoher Überschallgeschwindigkeit aus dem Sauerstoff-Sammelraum 4 durch die Ausblasdüsen 8, 10 hindurch nach außen und wird mittels des Lanzenkopfes 2 auf die Oberfläche der Stahlschmelze gelenkt.

Am Beispiel der Ausblasdüse 10 ist zu erkennen, daß die Düsenmündung 14 durch einen gesonderten Mündungsring 16 verstärkt ist. Dieser besteht aus einem hochwärmebestän­ digen Keramikmaterial, welches den insbesondere im Bereich der Vorderkante der Düsenmündung 14 auftretenden Belastungen durch den schnell strömenden Sauerstoff, die Schmelzentemperatur und gegebenenfalls die aufschäumende Schlacke besser standhält als das Material des Lanzen­ kopfes 2, das im allgemeinen Kupfer oder eine Kupfer­ legierung ist.

Wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, ist der Mündungs­ ring 16 in einen Außenring 18 eingesetzt. Der Außenring 18 ist mit einem Außengewinde 20 versehen und in einen im Bereich der Düsenmündung 14 ausgebildeten, mit einem Innengewinde 22 versehenen Umfangsfalz 24 eingeschraubt.

Wie die Fig. 2 erkennen läßt, verengt sich die Innenkontur des Umfangsringes 18 und die Außenkontur des Mündungsrin­ ges 16 konisch nach außen, d. h. in Fig. 2 nach rechts. Zum Zusammenbau des Mündungsringes und des Außenringes 18 wird der Mündungsring 16 von der Innenseite des Außenringes 18 her, d. h. in Fig. 2 von links in den Außenring 18 einge­ setzt. Wegen der sich verjüngenden Innenkontur des Außen­ ringes 18 ist der Mündungsring 16 im montierten Zustand absolut sicher formschlüssig gehalten.

Fig. 3 zeigt die aus dem Mündungsring 16 und dem Außenring 18 bestehende Anordnung in einer Vorderansicht. Wie zu erkennen ist, sind in der äußeren Stirnseite 26 des Außen­ ringes 18 zwei Montagelöcher 28 ausgebildet, in die ein Werkzeug zum Verschrauben des Außenringes 18 eingesetzt werden kann.

Wie weiter vorne bereits beschrieben wurde, kann der Mündungsring 16 im Außenring 18 zusätzlich durch Schrumpfen, Kleben oder Klemmen befestigt sein.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Mündungs­ ringes 116. Dieser ist im Gegensatz zu der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Konstruktion nicht über einen Außen­ ring sondern direkt in einen im Bereich der Düsenmündung 14 ausgebildeten Umfangsfalz 124 eingesetzt. Damit der Mündungsring 116 von vorne in den Umfangsfalze 124 einge­ setzt werden kann, ist die Außenkontur des Mündungsringes 116 einerseits und die innere Umfangskontur des Umfangs­ falzes 124 andererseits zylindrisch ausgebildet. Es besteht deshalb keine formschlüssige Sicherung des Mündungsringes 116. Die Befestigung des Mündungsringes 116 im Umfangsfalz 124 erfolgt deshalb ausschließlich durch Schrumpfen, Kleben oder Klemmen.

Claims (11)

1. Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten, an einen Sauerstoff- Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsenmündungen durch Mündungsringe verstärkt sind, die in einem Umfangsfalz der Düsenmündung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16) aus feuerfestem Keramikmaterial bestehen und jeweils in einen Außenring (18) aus Metall eingelegt sowie mit diesem verbunden sind und daß der Außenring (18) jeweils in einen Umfangsfalz (24) der Düsenmündung (14) eingeschraubt ist.

2. Lanzenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Außenringes (18) und die Außen­ kontur des Mündungsringes (16) sich nach außen zu konisch verengen.

3. Lanzenkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16) so ausgebildet sind, daß sie im eingebauten Zustand mit der Innenwand der Ausblasdüse (10) fluchten.

4. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16) in dem zugeordneten Außenring (18) durch Schrumpfen befestigt sind.

5. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16) in dem zugeordneten Außenring (18) durch Kleben befestigt sind.

6. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16) in dem zugeordneten Außenring (18) durch Klemmen befestigt sind.

7. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (16) aus einem Keramikmaterial hergestellt sind, welches aus einer Aluminiumoxide (Al2O3) und Siliziumnitride (SSN) enthaltenden Gruppe ausgewählt ist.

8. Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten, an einen Sauerstoff- Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsenmündungen durch Mündungsringe verstärkt sind, die in einem Umfangsfalz der Düsenmündung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116) aus feuerfestem Keramik­ material bestehen und direkt in den zugeordneten Umfangs­ falz (124) der Düsenmündung (14) eingelegt und in diesem durch Schrumpfen befestigt sind.

9. Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten, an einen Sauerstoff- Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsenmündungen durch Mündungsringe verstärkt sind, die in einem Umfangsfalz der Düsenmündung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116) aus feuerfestem Keramik­ material bestehen und direkt in den zugeordneten Umfangs­ falz (124) der Düsenmündung (14) eingelegt und in diesem durch Kleben befestigt sind.

10. Lanzenkopf für eine Sauerstofflanze, mit einem im Inneren des Lanzenkopfes ausgebildeten, an einen Sauerstoff- Zuführkanal angeschlossenen Sauerstoff-Sammelraum und mit mehreren von dem Sammelraum abzweigenden, die Bodenwand des Sauerstoff-Sammelraumes durchsetzenden Ausblasdüsen, wobei die Düsenmündungen durch Mündungsringe verstärkt sind, die in einem Umfangsfalz der Düsenmündung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116) aus feuerfestem Keramik­ material bestehen und direkt in den zugeordneten Umfangs­ falz (124) der Düsenmündung (14) eingelegt und in diesem durch Klemmen befestigt sind.

11. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsringe (116) aus einem Keramikmaterial her­ gestellt sind, welches aus einer Aluminiumoxide (Al2O3) und Siliziumnitride (SSN) enthaltenden Gruppe ausgewählt ist.