Blaslanze

Abstract

 Eine Blaslanze (1) zur Behandlung von metallurgischen Schmelzen weist einen Lanzenkopf (7) auf, in dem mehrere zu einer Badoberfläche der Schmelze gerichtete und eine Stirnplatte (11) des Lanzenkopfes (7) durchsetzende Expansionsdüsen (14) vorgesehen sind, die von mindestens einem Lanzenkanal (6) ausgehen, wobei der mindestens eine Lanzenkanal (6) von einem Zulauf- (17) und einem Rücklaufkanal (18) für ein Kühlmedium peripher umgeben ist und der Zulauf- (17) und Rücklaufkanal (18) voneinander von einem oberhalb der Stirnplatte (11) angeordneten Strömungslenkstück (15) getrennt sind, welches Strömungslenkstück (15) von mindestens einem den Zulauf­(17) mit dem Rücklaufkanal (18) verbindenden Verbindungskanal (19) für das Kühlmedium durchsetzt ist.
Um die Lebensdauer der Blaslanze (1) wesentlich zu erhöhen und um insbesondere eine Leckage der Stirnplatte (11) zu vermeiden, ist zusätzlich zu dem mindestens einen Verbindungskanal (19) mindestens ein Kühlmittelsekundärkanal (23) vorgesehen, der unter Abzweigung eines Teilstromes des dem Verbindungskanal (19) zulaufenden Kühlmittels diesen Teilstrom in eine von der Strömungsrichtung im Verbindungskanal (19) abweichende Strömungsrichtung ableitet und dessen Mündung (25) direkt gegen das Zentrum (26) der Stirnplatte (11) gerichtet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Blaslanze zur Behandlung von metallurgischen Schmelzen, mit einem Lanzenkopf, in dem mehrere zu einer Badoberfläche der Schmelze gerichtete und eine Stirnplatte des Lanzenkopfes durchsetzende Expansionsdüsen vorgesehen sind, die von mindestens einem Lanzenkanal ausgehen, wobei der mindestens eine Lanzenkanal von einem Zulauf- und einem Rücklaufkanal für ein Kühlmedium peripher umgeben ist und der Zulauf- und Rücklaufkanal voneinander von einem oberhalb der Stirnplatte angeordneten Strömungslenkstück getrennt sind, welches Strömungslenkstück von mindestens einem den Zulauf- mit dem Rücklaufkanal verbindenden Verbindungskanal für das Kühlmedium durchsetzt ist.

[0002] Bei Blaslanzen dieser Art (DE-C - 27 12 745), die sich für verschiedene metallurgische Verfahren, wie z.B. das LD-, LDAC-Verfahren, in der Praxis gut bewährt haben, ist die Stirnplatte erheblichen thermischen Belastungen, die von der Stahlschmelze herrühren, ausgesetzt. Es kann bei unzureichender Kühlung der Stirnplatte zu einem vorzeitigen Verschleiß durch Abtragen von Material kommen, wodurch Leckagen an der Stirnplatte entstehen können.

[0003] Man hat daher nach Lösungen gesucht, die Kühlung der thermisch hoch beanspruchten Stirnplatte zu verbessern. So ist beispielsweise gemäß der DE-C - 27 12 745 zur Verbesserung der Kühlung ein Strömungslenkstück zwischen dem Zulauf- und dem Rücklaufkanal vorgesehen, das so ausgebildet ist, daß ein gleichbleibender Durchflußquerschnitt bei zunehmender Verengung zwischen den benachbarten Expansionsdüsen in horizontaler Ebene durch proportionale Vergrößerung des Durchflußquerschnittes in vertikaler Ebene gegeben ist. Hierdurch soll eine gleichmäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels an der Stirnplatte sichergestellt werden.

[0004] Eine problematische Stelle ist jedoch nach wie vor das Zentrum der Stirnplatte, bei welchem auch bei dieser bekannten Lösung nur eine relativ geringe Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit herrscht. Es kann daher im Zentrum der Stirnplatte zu Dampfblasenbildungen kommen, wodurch wiederum Leckagen entstehen können.

[0005] Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Blaslanze zu schaffen, bei der auch eine hinreichende Kühlung des Zentralbereiches der Stirnplatte sichergestellt ist, so daß die Stirnplatte keine Schwachstelle mehr darstellt und die Lebensdauer der Blaslanze wesentlich erhöht ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zu dem mindestens einen Verbindungskanal mindestens ein Kühlmittelsekundärkanal vorgesehen ist, der unter Abzweigung eines Teilstromes des dem Verbindungskanal zulaufenden Kühlmittels diesen Teilstrom in eine von der Strömungsrichtung im Verbindungskanal abweichende Strömungsrichtung ableitet und dessen Mündung direkt gegen das Zentrum der Stirnplatte gerichtet ist.

[0007] Besonders günstige Strömungsverhältnisse stellen sich ein, wenn die Strömungsachse des Austrittsquerschnittes der Mündung des Kühlmittelsekundärkanales im Winkel zur Strömungsachse der im Verbindungskanal an der Mündung herrschenden Strömung des Kühlmittels steht.

[0008] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kühlmittelsekundärkanal bzw. -kanäle radialasymmetrisch zum Zentrum des Querschnittes des Lanzenkopfes gerichtet ist (sind).

[0009] Die asymmetrische Zuleitung eines Kühlmittelteilstromes bewirkt eine intensive Verwirbelung der an der Stirnplatte herrschenden Strömung, so daß Bereiche mit wesentlich reduzierter Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit, wie sie sich bei bekannten symmetrischen Strömungsverhältnissen einstellen, vermieden werden.

[0010] Eine leicht herzustellende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlmittelsekundärkanal innerhalb des Verbindungskanales angeordnet ist.

[0011] Eine besonders starke Strömung läßt sich im Zentralbereich der Stirnplatte dadurch erzielen, daß der mindestens eine Kühlmittelsekundärkanal einen geschlossenen Querschnitt sowie einen sich von seinem Anfang bis zu seinem Ende verkleinernden Innenquerschnitt aufweist.

[0012] Eine konstruktiv einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlmittelsekundärkanal einen nach einer Seite offenen Querschnitt aufweist.

[0013] Eine Ausführungsform, bei der eine Wirbelbildung an der Stirnplatte vermieden wird und trotzdem eine hohe Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit an der gesamten Stirnplatte und insbesondere in deren Zentrum sichergestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß vom Zulaufkanal ausgehend mindestens eine Bohrung durch einen den mindestens einen Lanzenkanal unten begrenzenden Bodenteil von der Seite her bis zu dessen Zentrum durchsetzt und in eine den Bodenteil weiter vertikal durchsetzende Bohrung übergeht und diese Bohrungen den Kühlmittelsekundärkanal bilden, wobei vorteilhaft an die vertikale Bohrung eine nahe bis zum Zentrum der Stirnplatte reichende allseits geschlossene Kanalverlängerung angesetzt ist.

[0014] Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Blaslanze nach einer ersten Ausführungsform zeigt. Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1. In den Fig. 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen in zu Fig. 1 analoger Darstellung gezeigt.

[0015] Eine Blaslanze 1 zum Sauerstoffaufblasen auf eine Oberfläche einer z.B. in einem Konverter befindlichen Schmelze weist einen wassergekühlten Außenmantel 2 auf, der von drei konzentrisch angeordneten Rohren 3, 4, 5 gebildet ist. Durch das Innenrohr 3 wird ein zentraler Lanzenkanal 6 gebildet, durch den Sauerstoff zum Lanzenkopf 7 zugeführt wird. Der Lanzenkanal 6 ist an seinem unteren Ende durch einen Bodenteil 8 verschlossen. Durch diesen Bodenteil 8 führen Gasdurchtrittsöffnungen 9, deren Achsen 10 zueinander divergierend angeordnet sind, nach außen und sind, wie nachfolgend noch erläutert, durch die den Lanzenkopf 7 schmelzenseitig begrenzende Stirnplatte 11 hindurchgeführt.

[0016] Die Stirnplatte 11 ist am Außenmantelrohr 5 angeschweißt und weist nach innen gerichtete Rohrstutzen 12 auf, die an die Gasdurchtrittsöffnungen 9 des Bodenteiles 8 fluchtend anschließen. Die Gasdurchtrittsöffnungen 9 bilden zusammen mit dem sich nach außen im Querschnitt erweiternden Innenraum 13 der Rohrstutzen 12 die Expansionsdüsen 14.

[0017] Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind vier solche Expansionsdüsen 14 vorgesehen. Ihre Anordnung ist radial symmetrisch getroffen.

[0018] An das mittlere Rohr 4 ist endseitig ein zwischen dem Bodenteil 8 und der Stirnplatte 11 liegendes Strömungslenkstück 15 angeschweißt, welches einen zentralen Durchlaß 16 aufweist und mit diesem gemeinsam mit dem Bodenteil 8 und der Stirnplatte 11 einen den Zulauf- 17 und den Rücklaufkanal 18, die von den Rohren 3, 4 bzw. von den Rohren 4, 5 gebildet werden, verbindenden Verbindungskanal 19 bildet. Das Kühlmedium wird durch den Zulaufkanal 17 dem Verbindungskanal 19 zugeführt, in diesem unter Durchtritt durch den zentralen Durchlaß 16 gegen die Stirnplatte 11 umgelenkt. Danach strömt es entlang der Stirnplatte 11 radial nach außen in Richtung zum Rücklaufkanal 18. Die Rohrstutzen 12 der Stirnplatte 11 ragen mit seitlichem Spiel durch das Strömungslenkstück 15, so daß auch eine Kühlung dieser Rohrstutzen 12 sichergestellt ist.

[0019] Zwischen den Rohren 3, 4, 5 sind jeweils Distanzstücke 20, 21 eingesetzt, um die gegenseitige Lage der Rohre und damit den Strömungsquerschnitt des Zulauf- 17 und Rücklaufkanales 18 sicherzustellen. Zum Ausgleich von Längsdehnungen ist das zentrale Rohr 3 von zwei Rohrteilen 3′ und 3˝ gebildet, wobei der untere, an den Bodenteil 8 angeschweißte Rohrteil 3˝ in den nach oben ragenden Rohrteil 3′ hineinragt und zwischen diesen Rohrteilen Dichtungen 22 vorgesehen sind.

[0020] Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind zwei radial asymmetrisch angeordnete, d.h. in nur einer Hälfte des Querschnittes liegende (vgl. Fig. 2) Kühlmittelsekundärkanäle 23 vorgesehen, die jeweils von einem allseits geschlossenen Rohr 24 gebildet sind. Jeder Kühlmittelsekundärkanal 23 geht vom Zulaufkanal 17 aus und dient zur Abzweigung eines Teilstromes des zulaufenden Kühlmittels. Jeder Teilstrom wird mit Hilfe der Kühlmittelsekundärkanäle 23 in eine von der Strömungsrichtung im Verbindungskanal 19 abweichende Strömungsrichtung geleitet. Die Mündung 25 jedes Kühlmittelsekundärkanales 23 ist direkt gegen das eine im Blaslanzeninnere ragende Erhebung bildende Zentrum 26 der Stirnplatte 11 gerichtet.

[0021] Die Strömungsachse 27 des Austrittsquerschnittes der Mündung 25 jedes Kühlmittelsekundärkanales 23 steht im Winkel zur Strömungsachse 28 der im Verbindungskanal 19 an der Mündung 25 des Kühlmittelsekundärkanales 23 herrschenden Strömung. Die Kühlmittelsekundärkanäle 23 bewirken, daß die im Verbindungskanal 19 ohne Kühlmittelsekundärkanäle 23 herrschende radial symmetrische Strömung verwirbelt wird und eine radial asymmetrische Strömung entsteht, die im Zentrum der Stirnplatte eine Kühlmittelströmung mit hinreichend großer Geschwindigkeit sicherstellt und das im besonderen Maß gefährdete Zentrum 26 der Stirnplatte 11 ausreichend kühlt.

[0022] Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Kühlmittelsekundärkanal 23 von einer im Querschnitt U-­förmigen, geradlinig verlaufenden Rinne 29 gebildet, deren Mündung ebenfalls gegen das Zentrum 26 der Stirnplatte 11 gerichtet ist.

[0023] Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform weist einen Kühlmittelsekundärkanal 23 auf, der ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte Kühlmittelsekundärkanal 23 aus einem allseits geschlossenen Rohrstück 30 gebildet ist. Dieses Rohrstück weist ebenso wie die in Fig. 1 dargestellte Variante einen sich von seinem Anfang bis zu seinem Ende, d.h. in Strömungsrichtung, verkleinernden Innenquerschnitt auf, wodurch ein hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit besonders effektiver Teilstrom gegen das Zentrum 26 der Stirnplatte 11 gerichtet wird.

[0024] Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Variante sind am Beginn des Verbindungskanales 19 Auffangbleche 31 eingesetzt, an die jeweils eine Bohrung 32, die zum Zentrum des Bodenteiles 8 leitet, anschließt. Es können ein oder mehrere gleichmäßig verteilt angeordnete Auffangbleche 31 vorgesehen sein. An die ins Zentrum führenden Bohrungen 32 schließt eine weitere, genau in der Achse 33 der Blaslanze liegende Bohrung 34 an, durch die die über die Auffangbleche abgeleiteten Teilströme des Kühlmittels gegen das Zentrum 26 der Stirnplatte 11 geleitet werden. An diese Bohrung 34 schließt zweckmäßig ein in Richtung der Achse 33 angeordnetes Rohrstück 35 an, wodurch der aus diesem austretende abgezweigte Kühlmittelstrom, ohne von der Strömung im Verbindungskanal 19 beeinflußt zu werden, bis nahe an das Zentrum 26 der Stirnplatte 11 geführt werden kann.

Ansprüche

1. Blaslanze (1) zur Behandlung von metallurgischen Schmelzen, mit einem Lanzenkopf (7), in dem mehrere zu einer Badoberfläche der Schmelze gerichtete und eine Stirnplatte (11) des Lanzenkopfes (7) durchsetzende Expansionsdüsen (14) vorgesehen sind, die von mindestens einem Lanzenkanal (6) ausgehen, wobei der mindestens eine Lanzenkanal (6) von einem Zulauf- (17) und einem Rücklaufkanal (18) für ein Kühlmedium peripher umgeben ist und der Zulauf- (17) und Rücklaufkanal (18) voneinander von einem oberhalb der Stirnplatte (11) angeordneten Strömungslenkstück (15) getrennt sind, welches Strömungslenkstück (15) von mindestens einem den Zulauf- (17) mit dem Rücklaufkanal (18) verbindenden Verbindungskanal (19) für das Kühlmedium durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem mindestens einen Verbindungskanal (19) mindestens ein Kühlmittelsekundärkanal (23) vorgesehen ist, der unter Abzweigung eines Teilstromes des dem Verbindungskanal (19) zulaufenden Kühlmittels diesen Teilstrom in eine von der Strömungsrichtung im Verbindungskanal (19) abweichende Strömungsrichtung ableitet und dessen Mündung (25) direkt gegen das Zentrum (26) der Stirnplatte (11) gerichtet ist.

2. Blaslanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsachse (27) des Austrittsquerschnittes der Mündung (25) des Kühlmittelsekundärkanales (23) im Winkel zur Strömungsachse (28) der im Verbindungskanal (19) an der Mündung (25) herrschenden Strömung des Kühlmittels steht (Fig. 1 bis 4).

3. Blaslanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kühlmittelsekundärkanal (23) bzw. -kanäle (23) radialasymmetrisch zum Zentrum (26) des Querschnittes des Lanzenkopfes (7) gerichtet ist (sind) (Fig. 1 bis 4).

4. Blaslanze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlmittelsekundärkanal (23) innerhalb des Verbindungskanales (19) angeordnet ist (Fig. 1 bis 4).

5. Blaslanze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlmittelsekundärkanal (23) einen geschlossenen Querschnitt sowie einen sich von seinem Anfang bis zu seinem Ende verkleinernden Innenquerschnitt aufweist (Fig. 1, 4).

6. Blaslanze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlmittelsekundärkanal (23) einen nach einer Seite offenen Querschnitt aufweist (Fig. 3).

7. Blaslanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zulaufkanal (17) ausgehend mindestens eine Bohrung (32) durch einen den mindestens einen Lanzenkanal (6) unten begrenzenden Bodenteil (8) von der Seite her bis zu dessen Zentrum durchsetzt und in eine den Bodenteil (8) weiter vertikal durchsetzende Bohrung (34) übergeht und diese Bohrungen (32, 34) den Kühlmittelsekundärkanal (23) bilden (Fig. 5).

8. Blaslanze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die vertikale Bohrung (34) eine nahe bis zum Zentrum (26) der Stirnplatte (11) reichende allseits geschlossene Kanalverlängerung (35) angesetzt ist (Fig. 5).

Zeichnung