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(11) | EP 1 659 188 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen Mediums in ein flüssiges Metall und Verfahren zur Herstellung |
| (57) Eine Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen Mediums in ein flüssiges
Metall, die einen rohrförmigen Körper aufweist, durch den das Medium in das flüssige
Metall leitbar ist und der von einem feuerfesten, mit einer Armierung versehenen Material
umgeben ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Lanzen.
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[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen Mediums in ein flüssiges Metall, die einen rohrförmigen Körper aufweist, durch den das Medium in das flüssige Metall leitbar ist und der von einem feuerfesten, mit einer Armierung versehenen Material umgeben ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Lanzen.
[0002] Derartige Vorrichtungen kommen im Wesentlichen im Hüttenwesen zum Einsatz. Sie werden beispielsweise in der Stahlherstellung benutzt, um die Stahlschmelze im Konverter mit Sauerstoff zu versorgen. Sie bestehen in der Regel aus einem Stahlrohr, das zum Schutz vor den sehr hohen Temperaturen mit einer feuerfesten Schutzschicht ummantelt ist.
[0003] Das Stahlrohr trägt dabei die gesamte Konstruktion. Zur Verbesserung der Verbindung mit der feuerfesten Ummantelung ist das Stahlrohr häufig mit Armierungen versehen, z.B. Winkelstahl, Rippen, Stacheldraht etc.
[0004] Trotzdem haben diese Lanzen auf Grund der erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen nur eine relativ geringe Standzeit, bevor sie ausgetauscht werden müssen.
[0005] Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung eine Lanze der eingangs Beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, die eine längere Standzeit erreicht.
[0006] Gelöst wird die Aufgabe durch eine entsprechende Lanze, die die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist. In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
[0007] Die Lanze weist erfindungsgemäß kein inneres Metallrohr als tragendes Element auf, insbesondere ist der rohrförmige Körper, durch den ein Medium zur Metallschmelze geleitet wird, direkt aus feuerfestem Material gegossen.
[0008] Die tragende Komponente der erfindungsgemäßen Lanze ist eine Armierung und/oder die Ummantelung aus feuerfestem Material. Die Armierung ist vorzugsweise ein räumliches Gebilde, das in das feuerfeste Material eingegossen ist. Sie besteht beispielsweise aus einer Mehrzahl von Betonrippenstählen, die untereinander verbunden sein können, beispielsweise durch Armierungsringe, sodass ein freitragendes Gerüst um den rohrförmigen Körper entsteht.
[0009] Durch diese Konstruktion werden vorteilhaft die temperaturbedingten Bauteilspannungen, bei gleicher oder besserer Stabilität, wesentlich reduziert gegenüber einem durchgehenden Rohr als tragendem Bauteil mit einer Ummantelung aus feuerfestem Material.
[0010] Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Konstruktion einen verbesserten Schutz bei bereits bestehenden Rissen, die bei Lanzen nach dem Stand der Technik einen Schwachpunkt darstellen. Da die erfindungsgemäße Lanze kein inneres Rohr aufweist, tritt über einen entstandenen Riss in der feuerfesten Ummantelung das gasförmige Medium aus und hält die Metallschmelze von dem Riss fern. Die Lanze ist so vorteilhaft gegen die Einflüsse des flüssigen Metalls geschützt.
[0011] Die Standzeit einer erfindungsgemäßen Lanze ist daher höher als die einer Lanze nach dem Stand der Technik.
[0012] Vorzugsweise bilden zwischen 2 und 12 parallel verlaufende Betonrippenstahlstränge die Armierung, besonders bevorzugt zwischen 4 und 8 Betonrippenstahlstränge. Bevorzugt weisen sie eine Schraubenlinienform auf, wodurch ein festerer Verbund mit der feuerfesten Masse erreicht wird, der vorteilhaft bei temperaturbedingter Materialausdehnung ist.
[0013] Weiterhin bevorzugt ragen an dem oberen Ende der Lanze, das von der Metallschmelze entfernt liegt, die Betonrippenstahlstränge aus der feuerfesten Ummantelung heraus. Sie sind durch eine Metallscheibe hindurchgeführt und mit dieser verbunden, vorzugsweise ober- und unterhalb der Scheibe mit dieser verschweißt.
[0014] Die Betonrippenstahlstränge umfangen den rohrförmigen Körper im Wesentlichen konzentrisch. Der Fachmann versteht, dass die Steifigkeit der Armierung um so höher ist, je näher die Betonrippenstahlstränge sich an der äußeren Wand der feuerfesten Ummantelung befinden.
[0015] Eine nicht punktsymmetrische Anordnung, beispielsweise aus einer ungeraden Anzahl von Betonrippenstahlsträngen, ist ebenfalls bevorzugt, da diese besonders vorteilhaft bezüglich der Kraftaufnahme bzw. der Verhinderung erhöhter Rissbildung sind.
[0016] Weiterhin bevorzugt sind Armierungsringe vorgesehen, die mit den spiralisierten Betonrippenstahlsträngen vorzugsweise innenliegend verbunden sind und so den Armierungskörper bilden. Vorzugsweise ist alle 100 mm bis 500 mm Lanzenlänge ein Armierungsring vorgesehen, besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen den Armierungsringen jedoch 200 mm bis 300 mm.
[0017] Gegenüber einer herkömmlichen Lanze mit einem Innenrohr aus Stahl werden für die erfindungsgemäße Armierung nur etwa 20 % der Menge an Stahl benötigt, bei zumindest gleicher oder höherer Steifigkeit der Konstruktion.
[0018] Die Lanze weist vorzugsweise im unteren Bereich mindestens eine Austrittsöffnung in Form eines Kanals durch die feuerfeste Ummantelung auf, die senkrecht nach unten als Öffnung des rohrförmigen Körpers ausgeführt sein kann. Bevorzugt sind mehrere solcher Austrittskanäle vorgesehen, die axial nach unten und/oder radial, also zur Seite, durch die feuerfeste Schicht geführt sind, wodurch eine günstige Verteilung des Mediums in der Metallschmelze möglich ist.
[0019] Zur Messung der Durchflussmenge und/oder der Fließgeschwindigkeit und/oder des Drucks des Mediums, ist eine Anschlussmöglichkeit für ein entsprechendes Messgerät vorgesehen. Damit ist es vorteilhaft möglich, anhand der Durchflussparameter Rückschlüsse auf den Zustand der Lanze zu ziehen und so den Zeitpunkt sehr genau bestimmen, zu dem die Lanze ausgetauscht werden muss.
[0020] Erfindungsgemäß weist die Lanze kein Innenrohr mit tragender Funktion auf. Es ist jedoch vorzugsweise möglich, dass beispielsweise über einen Teilabschnitt der Lanze ein inneres Rohr verläuft, das keinerlei tragende Funktion erfüllt. Insbesondere ist es nicht mit der freitragenden Armierung verbunden. Insbesondere verhindert, bzw. steuert ein solches Rohr, ohne tragende Funktion, beispielsweise den radialen Gasaustritt aus der Lanze.
[0021] Ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen Mediums in ein flüssiges Metall, die einen rohrförmigen Körper aufweist, der von einem feuerfesten, mit einer Armierung versehenen Material umgeben wird, zur Verfügung zu stellen.
[0022] Dies gelingt, indem der rohrförmige Körper beim Gießen des feuerfesten Materials als Aussparung durch einen nicht mit der Armierung verbundenen Platzhalter gebildet wird, der zumindest so stabil ist, dass er die beim Gießen auftretenden Kräfte aufnehmen kann.
[0023] Die Herstellung der erfindungsgemäßen Lanze erfolgt durch Gießen der feuerfesten Masse in eine Gießform. Die erfindungsgemäße Armierung, beispielsweise aus Betonrippenstahlsträngen und Armierungsringen wird bei diesem Vorgang in der Regel mit eingegossen. Ein tragendes Rohr aus Stahl, das mit der Armierung verbunden ist, wird erfindungsgemäß nicht verwendet. Der rohrförmige Körper wird statt dessen vorzugsweise durch einen Platzhalter geformt, der zunächst mit eingegossen wird. Dieser muss zumindest so stabil sein, dass er die Kräfte, die beim Gießen der feuerfesten Masse auftreten, aufnehmen kann.
[0024] Da der Platzhalter vorzugsweise den Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers freihält, kommt die entfallende Wandstärke des Stahlrohres der feuerfesten Ummantelung zu Gute, was die Hitzebeständigkeit vorteilhaft erhöhen kann. Ebenso könnte auch der Durchmesser der Lanze um den selben Betrag verkleinert werden, wodurch sich ebenso vorteilhaft eine Einsparung an feuerfester Masse, Gewicht und Volumen ergeben würde
[0025] Vorzugsweise werden als Platzhalter sogenannte Gießdorne zur Ausformung des rohrförmigen Hohlkörpers, ebenso wie zur Formung der Austrittskanäle genutzt, die nach dem Gießvorgang wieder entfernt und bei späteren Gießvorgängen erneut eingesetzt werden.
[0026] Ebenfalls bevorzugt verbleiben die Platzhalter jedoch in der fertig gegossenen Lanze. Sie sind in diesem Fall zum Beispiel aus einem solchen Material hergestellt, dass sie bei der Trocknung des feuerfesten Materials oder spätestens bei der ersten Nutzung der Lanze abschmelzen.
[0027] Das Verfahren ist weniger aufwändig, als die Entfernung wiederverwendbarer Gießdorne und die Rückstände beeinträchtigen die Funktion der Lanze nicht.
[0028] Ein weiterer Vorteil der Herstellung von Lanzen ohne inneres, tragendes Rohr, ist, dass die Trocknung der feuerfesten Masse über eine größere Oberfläche, nämlich innen und außen, erfolgt und dadurch weniger lange dauert.
[0029] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erklärt. Die Ausführungen beziehen sich ebenso auf das Herstellungsverfahren, wie auf die Lanze selbst. Sie sind beispielhaft und schränken den allgemeinen Charakter der Erfindung nicht ein.
[0033] In Figur 1 ist eine seitliche Ansicht einer Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen Mediums in flüssiges Metall dargestellt. Zusätzlich ist eine Draufsicht dargestellt, die verdeutlicht, dass die Lanze im Wesentlichen zylindrisch ist.
[0034] Unterhalb der Metallscheibe 4 ist die eigentliche Lanze mit dem angedeuteten rohrförmigen Körper 2 und der Ummantelung aus feuerfestem Material 8 zu sehen.
[0035] Oberhalb der Scheibe 4 befindet sich die Zuleitungen für das Medium, in der auch der Anschluss 7 für ein Messgerät angeordnet ist.
[0036] Ebenfalls angedeutet ist die Armierung 1 aus Betonrippenstahlsträngen 3und Armierungsringen 5, die erkennbar eine Art Käfig um den rohrförmigen Körper 2 bilden. Die Betonrippenstahlstränge 3 sind an ihrem oberen Ende durch die Metallscheibe 4 hindurchgeführt und mit dieser beidseitig verschweißt.
[0037] Im unteren Bereich der Darstellung sind drei Austrittskanäle 6 dargestellt, die gleichmäßig auf dem Kreisumfang verteilt sind.
[0038] Figur 2 stellt einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1 dar. Oben an der Zuleitung ist ein Anschlussstutzen 7 für eine Messgerät. Zu erkennen. In der geschnittenen Darstellung ist nur einer der Betonrippenstahlstränge 3 zu sehen, wodurch die Schraubenlinienform deutlich erkennbar ist. Ebenso die Durchführung durch die Metallscheibe 4 am oberen Ende.
[0039] Die Armierungsringe 5 umgeben in konstanten Abständen den rohrförmigen Körper 2. Dieser wird direkt durch das feuerfeste Material 8 gebildet, das ihn umgibt.
[0040] In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die Austrittskanäle 6 in einem geringfügig aus der Horizontalen nach unten geneigten Winkel.
[0041] In Figur 3, einem Querschnitt entlang der Linie B-B aus Figur 1, ist die relative Lage der schraubenlinienförmigen Betonrippenstahlstränge 3, der Armierungsringe 5, sowie des rohrförmigen Körpers 2 und der Austrittskanäle deutlich dargestellt. Die Armierungsringe 5 liegen innerhalb des durch die Betonrippenstahlstränge 3 gebildeten Kreises
Bezugszeichenliste:
1. Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen Mediums in ein flüssiges Metall,
die einen rohrförmigen Körper (2) aufweist, durch den das Medium in das flüssige Metall
leitbar ist und der von einem feuerfesten, mit einer Armierung (1) versehenen Material
(8) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper (2) nicht Teil der tragenden Konstruktion der Lanze ist.
2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper (2) im Wesentlichen durch mindestens eine Aussparung in dem
feuerfesten Material (8) gebildet ist.
3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (1) und/oder das feuerfeste Material die tragende Konstruktion der
Lanze ist.
4. Lanze nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freitragende Armierung (1) mehrere, vorzugsweise 2 bis 12, besonders bevorzugt
4 bis 8 schraubenlinienförmige Betonrippenstahlstränge (3) aufweist, die parallel
zu dem rohrförmigen Körper (2), konzentrisch, vorzugsweise nicht punktsymmetrisch,
um diesen herum angeordnet sind und die an ihrem oberen, der Metallschmelze abgewandten
Ende durch eine Metallscheibe (4) geführt und mit dieser, vorzugsweise beidseitig,
verschweißt sind.
5. Lanze nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freitragende Armierung (1) mehrere Armierungsringe (5) aufweist, die den rohrförmigen
Körper (2), vorzugsweise in gleichen Abständen von 100 mm bis 500 mm, besonders bevorzugt
von 200 mm bis 300 mm, umgeben und mit den Betonrippenstahlsträngen (3) verbunden
sind.
6. Lanze nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium durch einen oder mehrere Austrittskanäle (6), die senkrecht nach unten
weisen und/oder radial durch das feuerfeste Material (8) verlaufen, aus der Lanze
herausführbar ist.
7. Lanze nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussmöglichkeit (7) für ein Messgerät vorgesehen ist, mit dem beispielsweise
Druck, Durchflussmenge, oder Durchflussgeschwindigkeit des Mediums messbar ist.
8. Lanze nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des rohrförmigen Körpers (2) ein Metallrohr angeordnet ist, das keine tragende
Funktion erfüllt und das sich vorzugsweise über den oberen, der Metallschmelze abgewandten
Teil des rohrförmigen Körpers (2) erstreckt, besonders bevorzugt über die oberen zwei
Drittel des Rohrkörpers.
9. Verfahren zur Herstellung einer Lanze zum Einleiten eines insbesondere gasförmigen
Mediums in ein flüssiges Metall, die einen rohrförmigen Körper (2) aufweist, der von
einem feuerfesten, mit einer Armierung (1) versehenen Material (8) umgeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper (2) beim Gießen des feuerfesten Materials (8) als Aussparung
durch einen nicht mit der Armierung verbundenen Platzhalter gebildet wird, der zumindest
so stabil ist, dass er die beim Gießen auftretenden Kräfte aufnehmen kann.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Gießdorne als Platzhalter zur Ausformung des rohrförmigen Körpers (2) und/oder der
Austrittskanäle (6) in die Gießform eingebracht werden, die nach dem Gießvorgang wieder
entfernt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platzhalter zur Ausformung des rohrförmigen Körpers (2) und/oder der Austrittskanäle
(6), die in die Gießform eingebracht werden, bei der Trocknung des feuerfesten Materials
(8) und/oder bei der ersten Benutzung schmelzen und/oder verbrennen.