Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blaslanzenkopfes

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blaslanzenkopfes (1), der in einer Blaslanzenkopfschale (2) Düsenaustrittsöffnungen (5,6) für das Auf- oder Einblasen von Gasen auf eine oder in eine Metallschmelze aufweist, wird vor der Endfertigung der Düsenaustrittsöffnungen (5,6) Verstärkungsmaterial, dessen Festigkeit und Verschleißbeständigkeit größer sind als bei dem Werkstoff des Blaslanzenkopfes, insbesondere der Blaslanzenkopfschale, auf die Blaslanzenkopfschale (2) im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen (5,6) aufgebracht und anschließend die Düsenaustrittsöffnungen (5,6) durch dieses Verstärkungsmaterial hindurch in die Blaslanzenkopfschale (2) auf Solldurchmesser gebohrt, wobei die Austrittsränder (7,8) der Düsenaustrittsöffnungen (5,6) von dem Verstärkungsmaterial gebildet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blaslanzenkopfes mit einer Blaslanzenkopfschale, in der Düsenaustrittsöffnungen für das Auf- oder Einblasen von Gasen auf eine oder in eine Metallschmelze vorgesehen sind.

[0002] Derartige Lanzenköpfe werden zum Beispiel in Stahlwerken eingesetzt, die nach dem Sauerstoff-Aufblasverfahren, vorzugsweise nach dem LD-Verfahren, arbeiten. Bei diesem Stahlherstellungsverfahren werden im Roheisen enthaltene Begleitemente mit Hilfe von Sauerstoff durch Oxidation entfernt. Der Sauerstoff wird dazu mit einer hohen Geschwindigkeit von ca. 1.5 Mach auf das in einem Konverter befindliche flüssige Roheisen aufgeblasen. Durch die aus dem Lanzenkopf austretenden Sauerstoffstrahlen wird das Roheisenbad intensiv durchmischt und die unerwunschten Bestandteile, wie Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Silizium usw. werden verbrannt.

[0003] Der Blaslanzenkopf wird daher innenseitig Sauerstoffdrücken bis 15 bar und den genannten hohen Strömungsgeschwindigkeiten ausgesetzt. Das erfordert in diesem Bereich absolut glatte und geometrisch absolut richtige Konturen. Außenseitig wird der Blaslanzenkopf durch Strahlungshitze bis 2000 C und durch aufgeschäumte Schlacke, die Fe-Gehalte bis zu 20% enthält, beaufschlagt. Diesen Anforderungen ist der Blaslanzenkopf während der Prozeßdauer bis zu 20 Minuten ausgesetzt. Daher muß der Lanzenkopf gekühlt werden, z.B durch eine Wasserkühlung. Bei exakt ausgelegtem Kuhlsystem können dann Blaslanzenkopfhaltbarkeiten bis 1000 Chargen erreicht werden.

[0004] Die Haltbarkeit oder Standzeit eines Blaslanzenkopfes bis zum Auftreten der ersten Undichtigkeit im Wasserkühlsystem ist nicht das alleinige Kriterium zur Beurteilung des verwendeten Blaslanzenkopfes. Damit ein Blaslanzenkopf im Hinblick auf die Metallurgie des Stahlherstellungsprozesses in der gewünschten Weise arbeiten kann, muß die erforderliche Sauerstoffmenge möglichst optimal über die Düsenaustrittsöffnungen mit der Metallschmelze, zum Beispiel dem Roheisenbad, in Berührung gebracht werden. Aus diesem Grund wird jeder Blaslanzenkopf nach entsprechenden Berechnungen an die spezifischen Betriebsbedingungen eines jeden Stahlwerks angepaßt. Zu den stahlwerksspezifischen Daten gehören dabei insbesondere Konverterinhalt und -abmessungen, Badhöhe, Sauerstoffmenge und -druck sowie Kühlwassermenge und -druck.

[0005] Der aufgrund der im Stahlwerk vorliegenden Betriebsdaten konzipierte Blaslanzenkopf arbeitet naturgemäß nur so lange optimal, wie seine mit hoher Präzision gefertigten Düsen ihre ursprüngliche, nach den Gesetzen der Strömungslehre bestimmte Form behalten. Dies gilt insbesondere für die Kanten der Düsenaustrittsöffnungen. Die Geometrie der Düsen, insbesondere Lavaldüsen, ist so ausgelegt, daß der Gasstrahl, insbesondere Sauerstoffstrahl, unter strömungstechnisch einwandfreien Bedingungen austritt. Kommt es während des Betriebes zum sogenannten Kantenverschleiß, ist ein optimales Arbeiten der Düsen nicht mehr gewährleistet. Unter Kantenverschleiß ist eine mehr oder weniger ausgeprägte Abrundung oder Ausfransung der ursprünglich scharfkantigen Düsenaustrittsöffnungen zu verstehen. Die Folgen eines solchen Kantenverschleißes sind in erster Linie

1. zu hohe Verschlackung des Eisens und damit unzureichendes Stahlausbringen und als dessen Folge

2. zu hoher Verschleiß an sehr teurem Feuerfestmaterial, also Verminderung der Konverterhaltbarkeit.

[0006] Ein Blaslanzenkopf kann also metallurgisch ungeeignet und damit für den Stahlwirtschaftsbetrieb unwirtschaftlich werden, lange bevor er in Folge von Undichtigkeiten im Wasserkühlsystem ausgewechselt werden muß.

[0007] Aus der AT-PS 313 945 sind ein einschlägiger Düsenkopf für Sauerstoffblaslanzen und Brennerlanzen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind die Außenfläche des Düsenkopfes und die Innenfläche der Austrittsöffnungen mit einer Molybdänschicht überzogen. Aufgrund dieser Schutzschicht wird die Haltbarkeit des Düsenkopfes, besonders im Hinblick auf den Kantenverschleiß, unter den genannten Einsatzbedingungen erhöht.

[0008] Bei dem Verfahren zur Herstellung dieses Düsenkopfes wird nach dessen Reinigung von Oxyden und dem Aufrauhen seiner Oberfläche, insbesondere durch Sandstrahlen, pulverförmiges Molybdän mittels eines Sauerstoff-Azetylen- oder Plasmabrenners auf die Außenseite und die Innenflächen der Austrittsöffnungen aufgespritzt, wobei das Molybdän mit der Oberfläche des Düsenkopfes versintert.

[0009] Ferner wird in der JP 63-20 6420 (A) (in Patents Abstr. of Japan, Sect C, Vol. 12 (1988), Nr. 496 (C-555) eine Blaslanze für Konverter oder dergleichen beschrieben, bei der die Endbereiche der Austrittsöffnungen mit hitzebeständigem Metall oder Keramik ausgekleidet sind Hierdurch lassen sich ebenfalls die Standzeiten dieser Blaslanze erhöhen.

[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein wirksames, zuverlässiges und für möglichst viele Materialien anwendbares Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blaslanzenkopf der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem der Kantenverschleiß an den Düsenaustrittsöffnungen erheblich reduziert und die Lebensdauer des Blaslanzenkopfes unter strömungstechnisch optimalen Bedingungen erhöht werden kann.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß zumindest vor er Endfertigung der Düsenaustrittsöffnungen Verstärkungsmaterial auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgebracht wird und daß anschließend die Düsenaustrittsöffnungen durch dieses Verstärkungsmaterial hindurch in die Blaslanzenkopfschale auf Solldurchmesser gebohrt werden. Dabei werden also die Konturen der Düsenaustrittsöffnungen insbesondere auch in ihrem Kantenbereich erst dann bestimmt, wenn das Verstärkungsmaterial bereits mit dem Grundmaterial der Blaslanzenkopfschale verbunden ist.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß das Verstärkungsmaterial in Form von Ringen oder Scheiben auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgelegt und dann mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird. Dabei bilden dann die Ringe oder Scheiben nach dem Bohren der Düsenaustrittsöffnungen den Kantenbereich dieser Offnungen.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die Blaslanzenkopfschale außen im Bereich der noch zu erstellenden Düsenaustrittsöffnungen mit Ausnehmungen versehen wird, daß das Verstärkungsmaterial in diese Ausnehmungen eingebracht und mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen auf Solldurchmesser gebohrt werden. In den Ausnehmungen kann das Verstärkungsmaterial besonders sicher und fest angeordnet werden.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die Blaslanzenkopfschale mit Durchtrittsöffnungen versehen wird, die sich an ihrem äußeren Randbereich erweitern, daß Verstärkungsmaterial in diesen Randbereichen plaziert und mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen durch das Verstärkungsmaterial hindurch auf Solldurchmesser gebohrt werden. Die Düsenaustrittsöffnungen werden somit in zwei aufeinanderfolgenden Schritten bestimmt, wobei sich die endgültige Kontur selbstverständlich erst nach dem zweiten Bohrvorgang ergibt.

[0015] Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, daß das Verstärkungsmaterial mit der Blaslanzenkopfschale durch explosives Schweißen, durch Auftragsschweißen, Reibschweißen, Elektronenschweißen, Diffusionsschweißen, Löten oder Spritzen verbunden wird. Es ist diejenige Art der Verbindung zu wählen, die den jeweiligen Gegebenheiten am besten Rechnung trägt und dabei vor allem die Material- und Temperaturverhältnisse berücksichtigt.

[0016] Im nun folgenden figurativen Teil der Beschreibung wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen eines nach diesem Verfahren herstellbaren gekühlten Blaslanzenkopfes näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1

einen Axialschnitt durch einen Blaslanzenkopf mit Schaft und Blaslanzenkopfschale, wobei die rechts und links dargestellten Ausführungen voneinander abweichen,

Figur 2

einen geschmiedeten oder gegossenen Rohling für eine Blaslanzenkopfschale und

Figur 3

den Rohling gemäß Fig. 2 nach einer weiteren Bearbeitungsstufe, wobei die rechts und links dargestellten Ausführungen voneinander abweichen.

[0017] In Fig. 1 ist ein Blaslanzenkopf 1 mit einer Blaslanzenkopfschale 2 und einem Schaft 3 dargestellt. Diese miteinander verbundenen Teile sind mit Kühlkanälen 4 versehen, die in üblicher Weise ausgebildet sind.

[0018] In der Blaslanzenkopfschale 2 des Blaslanzenkopfes 1 sind Düsenaustrittsöffnungn 5, 6 vorgesehen. Zur Illustration verschiedener Ausführungsmöglichkeiten ist die Düsenaustrittsöffnung 5 im Bereich ihres Austrittsrandes 7 anders ausgebildet als die Düsenaustrittsöffnung 6 im Bereich ihres Austrittsrandes 8. In der praktischen Ausführung werden in der Regel drei oder mehr gleich ausgebildete Düsenaustrittsöffnungen 5 oder 6 in der Blaslanzenkopfschale 2 vorgesehen sein. Das Verfahren zur Herstellung der Austrittsränder 7, 8 wird durch Fig. 3 erläutert.

[0019] Der in Fig. 2 dargestellte Rohling für eine Blaslanzenkopfschale 2 ist geschmiedet oder gegossen. Er besteht insbesondere aus geschmiedetem oder gegossenem Kupfer. Er hat Abschnitte 10 zur Aufnahme von Durchgangsöffnungen 11. Bei der in Fig. 3 links dargestellten Ausführungsform wird in einen Abschnitt 10 zunächst eine Durchgangsöffnung 11 eingebracht, die sich nach außen, also nach unten hin, erweitert. In dieser Erweiterung ist ein Ring 12 aus einem Verstärkungsmaterial eingesetzt, das innig mit dem Grundmaterial der Blaslanzenkopfschale 2 verbunden ist. Nachdem das Verstärkungsmaterial somit zur Randverstärkung angebracht ist, wird die Durchgangsöffnung 11 durch Bohren oder Fräsen auf das Sollmaß der Düsenaustrittsöffnung 5 gebracht und damit die Kontur für den Gasaustritt genau bestimmt. Die Düsenaustrittsöffnung 5 wird demnach an ihrem Austrittsrand 7 weiterhin von dem Verstärkungsmaterial festgelegt und bestimmt. Dies ist in Fig. 1 links dargestellt.

[0020] Bei der Ausführungsform, die in Fig. 3 rechts abgebildet ist, wird zunächst auf der Austrittsseite der noch zu fertigenden Düsenaustrittsöffnung eine flache Ausnehmung 13 gebildet. In diese Ausnehmung 13 wird Verstärkungsmaterial eingebracht und bildet dort eine plattenartige Einlage 14, die mit dem Grundmaterial innig verbunden wird. Durch diese Einlage 14 aus Verstärkungsmaterial und durch den Abschnitt 10 hindurch wird nun durch Fräsen oder Bohren die Düsenaustrittsöffnung 6 gebildet. Der Austrittsrand 8 dieser Düsenaustrittsöffnung wird dann eindeutig von dem Verstärkungsmaterial bestimmt, wie in Fig. 1 rechts dargestellt ist.

[0021] Als Verstärkungsmaterial in den verschiedenen Ausführungsformen kommen insbesondere dispersionsverfestigte Kupferwerkstoffe mit hoher Leitfähigkeit, hochwarmfeste Werkstoffe auf Nickelbasis, austhenitische Stähle, Nickel, Molybdän und Wolfram in Betracht. Die Verbindung dieses Verstärkungsmaterials mit dem Grundmaterial der Blaslanzenkopfschale 2 erfolgt nach den jeweiligen thermischen Gegebenheiten und Materialien durch explosives Schweißen, Auftragschweißen, Reibschweißen, Elektronenschweißen, Diffusionsschweißen, Löten oder Spritzen. Die Blaslanzenkopfschale 2 wird mit dem übrigen Blaslanzenkopf 1 durch Schrauben verbunden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Blaslanzenkopfes mit einer Blaslanzenkopfschale, in der Düsenaustrittsöffnungen für das Auf- oder Einblasen von Gasen auf eine oder in eine Metallschmelze vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest vor der Endfertigung der Düsenaustrittsöffnungen Verstärkungsmaterial auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgebracht wird und daß anschließend die Düsenaustrittsöffnungen durch dieses Verstärkungsmaterial hindurch in die Blaslanzenkopfschale auf Solldurchmesser gebohrt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial in Form von Ringen oder Scheiben auf die Blaslanzenkopfschale im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen aufgelegt und dann mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaslanzenkopfschale außen im Bereich der noch zu ersteilenden Düsenaustrittsöffnungen mit Ausnehmungen versehen wird, daß das Verstärkungsmaterial in diese Ausnehmungen eingebracht und mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen auf Solldurchmesser gebohrt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaslanzenkopfschale mit Durchtrittsöffnungen versehen wird, die sich an ihrem äußeren Randbereich erweitern, daß Verstärkungsmaterial in diesen Randbereichen plaziert und mit der Blaslanzenkopfschale innig verbunden wird und daß schließlich die Düsenaustrittsöffnungen durch das Verstärkungsmaterial hindurch auf Solldurchmesser gebohrt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial mit der Blaslanzenkopfschale durch explosives Schweißen, durch Auftragsschweißen, Reibschweißen, Elektronenschweißen, Diffusionsschweißen, Löten oder Spritzen verbunden wird.

Zeichnung