DE2144547C3 - An einer Sauerstoffblaslanze vorgesehene anschiußseitige Wärmedehnungs-Ausgleichseinrichtung nebst kurzschlußsicherer Abdichtungs-Teleskopführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine an einer Sauerstoffblaslanze vorgesehene anschlußseitige Wärmedehnungs-Ausgleichseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patcntan-Spruches I.

Bei einer bekannten Einrichtung der erwähnten Art nach der DT-OS !9 63 977 sind der Flansch des Sauerstoffzuführstutzens und derjenige des äußeren Kühlmantels mittels mehrerer gleichmäßig über den Umfang verteilter Distanzbolzen in einem wesentlichen axialen Abstand zueinander starr verbunden. Die den Sauerstol'fkanal bildende Hülse weist an ihrem einlaßseitigen Ende einen Flansch von geringerem Radius als die Flansche des Sauerstoffzuführstutzens und des äußeren Kühlmantels auf. Von dem Flansch des Sauerstoffzuführstutzens verlaufen mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte axiale Führungsstifte durch entsprechende achsparallele Führungsbohrungen in dem Flansch der Hülse, so daß deren einwandfreie axiale Führung gewährleistet ist. Mittels je einer Gruppe von Druckfedern, die je einem der Führungsstifte zugeordnet sind und sich gegen den Flansch des äußeren Kühlmantels abstützen, wird die Hülse stets in Richtung einer maximalen Annäherung des Düsenstokkes an die Anschlüßseite der Blaslanze vorgespannt. Auf diese Weise wird zwar ein Dehnungsausgleich erzielt, der bei Blaslanzen wegen der extremen Temperaturunterschiede zwischen der Anschlußseite und dem Düsenstock unbedingt erforderlich ist; die Außenfläche der Hülse, welche zusammen mit der Innenfläche des Flansches des äußeren Kühlmantels eine Dichtfläche bildet, liegt hierbei jedoch über einen axialen Abstand ungeschützt frei, welcher dem lichten Abstand zwischen den einander zugewendeten Stirnflächen der Flansche des Sauerstoffzuführstutzens und des äußeren Kühlmantels entspricht.

Bei Stahlgewinnungsverfahren, für welche derartige Blaslanzen überwiegend eingesetzt werden, entsteht eine beachtliche Staubentwicklung, welche bei freiliegenden oder teilweise freiliegenden Teleskopgleitflächen zu einem verstärkten Verschleiß von Dichtungen führen kann. Dies wiederum erfordert eine zeitaufwendige Zerlegung nebst entsprechenden Ausfallzeiten.

Es ist nun nicht ohne weiteres möglich, diesen Mangel der erwähnten bekannten Blaslanzen dadurch zu beseitigen, daß beispielsweise die Umfangsflächen der Flansche des Sauerstoffzuführstutzens und des äußeren Kühlmantels durch eine gasdichte Verkleidung umgeben werden, beispielsweise einen Gummibalgen, weil in diesem Fall das durch die Verkleidung umgrenzte Volumen, in welches bei schadhaften Dichtungen sowohl Sauerstoff als auch Kühlmittel, beispielsweise Wasser, austreten könnten, eine beträchtliche Menge an explosivem Gemisch aufzunehmen vermag.

Es sind auch Sauerstoffblaslanzen bekannt, bei denen die in der Wärmedehnungs-Ausgleichseinrichtung bzw. der einen Bestandteil derselben bildenden Abdichtungs-Teleskopführung enthaltenden Dichtungselemente gegenüber der äußeren Umgebung völlig abgekapselt sind, beispielsweise nach den US-PS 31 70 977 und 33 46 190. Bei derartigen Einrichtungen besteht indessen keine Kurzschlußsicherheit, so daß beim Verschleiß der Dichtungselemente, welcher selbstverständlich auch in diesem Fall, wenn auch langsamer, auftritt, unter Druck stehendes Kühlmittel mit unter Druck stehendem Sauerstolf in Verbindung gelangen kann, was Explosionsgefahren herbeiführt.

Im Rahmen der vorliegenden Ausführungen wird lediglich auf anschlußseitige Dehnungs-Ausgleichseinrichtungen an Sauerstoffblaslanzen eingegangen, obgleich auch düsenstockseitige Wärmedehnungs-Ausgleichseinrichtungen bekannt sind. Es treten hier aber besondere Schwierigkeiten auf, weil bei Vornahme des Dehnungsausgleichs am Düsenstock zusätzlich zu axialen Ausdehnungen der beteiligten Bauelemente

auch noch radiale Ausdehnungen in Betracht zu ziehen sind, was ein Undichtwerden von Teleskopführungen in ^wissen Temperaturbereichen bedingen kann.
^J Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten anschlußseitigen Wärmedehnungs-Ausgleichseinrichtung nebst kurzschlußsicherer Abdichtungs-Teleskopführung an einer Sauerstoffblaslanze, bei welcher die 'Dichtungsflächen gegenüber der umgebenden Atmosphäre hinsichtlich eines Eintrittes von verschleißwirksamen Staubteilchen dicht gekapselt sind, wobei das Inberührungkommen zwischen Sauerstoff und Kühlmittel und/oder einem Brennstoff unter Druck in gefährlich großen Volumenelrmenten zuverlässig verhindert wird. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkma-Ie des Patentanspruches 1.

Das Volumen des Sammelringraumes entspricht hierbei lediglich der Stirnfläche der flanschlosen Hülse multipliziert mit der maximal auftretenden Axialverschiebung der anschlußseitigen Stirnfläche der Hülse. Das in diesem Sammelringraum eintretende Leckfluid, sei es Sauerstoff einerseites oder Kühlwasser oder Brennstoff andererseits, ist drucklos, steht also unter Atmosphärendruck, so daß in Verbindung mit dem sehr geringen Volumen des Sammelringraumes jegliche Explosionsgefahr zuverlässig ausgeschlossen weiden kann, während andererseits die völlige Abkapselung von Führungsflächen und Dichtungselementen gegenüber der Außenluft erzielt wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichiuingen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung an einer Sauerstofl'blasianze, welche ausschließlich zur Zufuhr von Sauerstoff eingerichtet ist, in einer axialen Schnittdarstellung ohne Düsenstock,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung an einer Sauerstoffblaslanze, welche zusätzlich zur Zuführung von gasförmigem Brennstoff eingerichtet ist, in einer axialen Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Sauerstoffblaslanze einen als Teleskopbüchse ausgebildeten Sauerstoffzuführstutzen 1, welcher im Abstand von seiner (in Blickrichtung der Zeichnung unteren) Mündung einen Flansch 2 aufweist. Der Flansch 2 ist an über den Innenumfang verteilten Punktbereichen 3 mit dem Sauerstoffzuführstutzen 1 durch Schweißstellen fest verbunden, während dazwischen axiale Austrittskanäle in Form von Bogenschützen 4 gebildet sind.

Auf dem Sauerstoffzuführstutzen 1 ist eine Hülse 5 an ihrem anschlußseitigen Endabschnitt 6 mit ihrer Innenfläche gasdicht in einem kleineren Bereich axial verschieblich geführt. Eine Gasdichtung wird mittels zweier O-Ringe 7 erzielt, die an Umfangsnutcn des Sauerstoffzuführstutzens 1 aufgenommen sind. Die Hülse 5 bildet daher einen Sauerstoffkanal, welcher über den Sauerstoffzuführstutzen 1 beschickt ist. Das (in Blickrichtung in der Zeichnung untere) Ende der Hülse 5 ist mit einem (nicht veranschaulichten) Düsenstock fest fio verbunden.

Die Hülse 5 ist von einem äußeren Kühlmantel umgeben, der aus Kühlmantelteilen 8, 9 zusammengesetzt ist. Die beiden Kühlniantelteile 8, 9 sind mittels zugehöriger, angeschweißter Flansche !0, Il fest <Λ verschraubt, und der untere Kühlmantelteil 9 ist ebenfalls mit dem (nicht veranschaulichten) Düsenstock fest verbunden. An seinem dem Sauerstoffzuführstut/.cn 1 zugewendeten Ende weist der Kühlmantelteil 8 einen damit verschweißten Flansch 12 auf, der mit dem Flansch 2 des Sauerstoffzuführstutzens 1 unter Zwischenlage einer Ringdichtung 13 sowie eines Flansches

14 einer nachfolgend noch näher erläuterten Führungsbüchse 15 starr verschraubt ist. An dem Kühlmantelteil 8 sind ein Einlaßstut/.en 16 und an dem Kühlmantelteil 9 ein Auslaßstutzen 17 für Kühlwasser vorgesehen.

Mit dem unteren Ende des Kiihlmanteltcils 8 ist ein innerer Kühlmantelteil 18 durch Schweißung flüssigkeitsdicht verbunden, welcher an seinem (in Blickrichtung der Zeichnung unteren) Ende in einen inneren Kühlmantelteil 19 mündet. Eine Muffenführung 20, welche keine besonderen Dichtungselemente aufweist, gewährleistet den Dehnungsausgleich zwischen den inneren Kühlmantelteilen 18, 19. Bei der Kühlung läuft das Wasser von dem Einlaßstutzen 16 in den Ringraum zwischen der Hülse 5 und dem inneren Kühlmantelieil 18 bzw. 19 (in Blickrichtung der Zeichnung nach unten) zum (nicht gezeigten) Düsenstock und von tion in den Ringraum zwischen dem äußeren Kühlmantelteil 9 sowie dem inneren Kühlmantclteil 19 bzw. 18 zu dem Auslaßstutzen 17. Eine eventuelle geringfügige Undichtigkeit der Muffenführung 20 spielt keine Rolle, weil hier allenfalls ein geringer Anteil des Kühlwassers vor dem Düsenstock zu dem Auslaßstutzen 17 nebengeschlossen wird.

Die Hülse 5 bzw. deren anschlußscitigcr Endabschnitt 6 ist mit der Außenfläche in einem kleinen Bereich axial verschieblich in der bereits erwähnten Führungsbüchse

15 verschieblich aufgenommen. In Umfangsnuten der Hülse 5 bzw. des Hülsenabschnittes 6 sind O-Ringe 21 aufgenommen.

Im Betrieb der Blaslanze erwärmt sich hauptsächlich der unmittelbar der Hitze ausgesetzte äußere Kühlmantelteil 9, so daß sich der äußere Kühlmantel am stärksten ausdehnt. Die allseitig gekühlte Hülse 5, wclcne lediglich am Düsenstock Wärme aufnimmt, bleibt verhältnismäßig kühl und dehnt sich infolgedessen nur verhältnismäßig wenig aus, so daß sich insgesamt in Blickrichtung der Zeichnung der Hülsenendabschnitt 6 gegenüber der Führungsbüchse 15 sowie dem Sauerstoffzuführstutzen 1 nach unten bewegt. Zwischen der oberen Stirnfläche des Hülsenabschnittes 6, dem Flansch 2 des Sauerstoffzuführstutzen 1 und der Ringdichtung 13. deren Innendurchmesser den Außendurchmesser des Sauerstoffzuführstuizens 1 übersteigt, ist ein kleiner Sammelringraum 23 für Leckfluid gebildet, welcher über die Bogenschütze 4 mit der Außenlufl in Verbindung steht.

Die Außenfläche des Sauerstoffzuführstutzens 1 und die Innenfläche der Führungsbüchse 15 sind demgemäß als Telcskopführungen für die Hülse 5 bzw. den Hülsenteil 6 ausgebildet. Hierbei ergibt sich zwangsläufig mit der Zeit ein gewisser Verschleiß der O-Ringe 7, 21 nebst entsprechendem Durchtritt von Leckfluid. Bei einem Verschleiß der O-Ringe 7 gelangt Sauerstoff zwischen der Außenfläche des Sauerstoffzuführstutzens 1 und der Innenfläche des Hülsenteils 6 in den Sammelringraum 23, welcher sich auf Atmosphären-Jruck befindet, und kann durch die Bogenschütze 4 entweichen. Weiden die O-Ringc 21 undicht, so gelangt Kühlwasser zwischen der Außenfläche des Hülsenteils 6 und der Innenfläche der Führungsbüchse 15 zu dem Sammelringraum 23 und kann ebenfalls durch die Bogenschütze 4 nach außen ablaufen. In keinem Fall ist es indessen möglich, daß Kühlwasser unmittelbar in den Sauerstoffkanal oder unter Druck stehender Sauerstoff in den äußeren Kühlmantel gelangt. Sofern Leckwasser

in dem Sammelringraum 23 mit auf Atmosphärendruck befindlichem Sauerstoff in Verbindung gelangt, ist dies wegen der geringen reagierenden Mengen ungefährlich. Andererseits wird durch den dargestallten Aufbau eine praktisch völlig staubfreie Kapselung der Bestandteile der Teleskopführungen bildenden O-Ringe 7 und insbesondere 21 erreicht.

Gemäß einer Abwandlung von Fig. 1 kann die Ringrichtung zusätzlich zur Anbringung der Bogenschütze 4 oder an Stelle derselben an der dem Flansch 2 zugewendeten Fläche aufgerauht sein, wobei sich dann ein Fluiddurchtritt 25 ergibt, über welchen der Sammelringraurr, 23 mit der Außenluft in Verbindung steht.

Bei der in Fig.2 veranschaulichten Einrichtung sind gleichartige oder analoge Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1. jedoch jeweils mit einem Indexstrich, versehen und nicht besonders erläutert.

Der äußere Kühlmantel, und zwar der (in Blickrichtung der Zeichnung obere) Kühlmantelleil 8', ist zwischen dem Wassereinlaßstutzen 16' und dem Flansch 12' mit einem Brennstoffeinlaßstutzen 26 versehen. Eine Trennhülse 27, welche mit der Außenfläche ihres einlaßseitigen Endes gegen den Kühlmantelteil 8' mittels O-Ringen 28' abgedichtet ist, bewirkt eine einwandfreie Trennung des über den Brennstoffcinlaßslutzen 26 zugeführten Brennstoffes gegenüber dem über den Einlaßstutzen 16' zugeführten Kühlwasser. Es ist in diesem Fall also die Hülse 5' nicht unmittelbar von dem Kühlwasser umspült sondern vielmehr die Trennhülse 27, wobei der Brennstoff in dem Ringraum zwischen der Hülse 5' und der Trennhülse 27 dem Düsenstock zugeführt wird. Voraussetzungsgemäß besteht beim eventuellen Zusammenkommen von

ίο Kühlwasser und Brennstoff keine Explosionsgefahr, so daß ein geringfügiger Verschleiß der O-Ringe 28' in Kauf genommen werden kann.

Die Führungsbüchse 15' ist — im Gegensatz zu F i g. 1 — über einen besonderen Flansch 28 mit einem Flansch 29 des Kühlmantelteils 8' verschraubt und bildet daher praktisch einen oberen Ansatz des Kühlmantelteils 8'. Die anschlußseitige Stirnfläche der Führungsbüchse 15' weist über den Umfang verleih radiale Kanäle 25' von sehr geringem Querschnitt auf und ist mit dem Flansch 2' des Sauerstoffzuführstutzcns Γ verschraubt.

Die Wirkungsweise der Blaslanze gemäß Fig. 2 ergibt sich analog derjenigen von Fig. 1, wobei auch Temperaturausdehnungen der Trennhülse 27 in einwandfreier Weise ausgeglichen werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. An einer Sauerstoffbiaslanze vorgesehene anschlußseilige Wärmedehnungs-Ausgleichseinrichtung nebst kurzschlußsicherer Abdichtungs-Teleskopführung zwischen einem zentralen axialen Sauerstoffkanal und einem koaxial umgebenden Brennstoff- oder Kühlmittelkanal zur Verhinderung der Bildung eines unter Druck stehenden, Sauerstoff ^|0 enthaltenden explosiven Gemisches, mit einem als Büchse ausgebildeten Sauerstoffzuführstutzen, welcher im Abstand von seiner Mündung einen Flansch aufweist, einer mit ihrer Innenfläche auf dem Sauerstoffzuführstutzen gasdicht in einem kleineren '5 Bei eich axial verschieblichen Hülse, welche den Sauerstoffkanal bildet und mit einem Düsenstock fest verbinden ist, und einem umgebenden äußeren Kühlmantel, welcher ebenfalls mit dem Düsenstock fest verbunden ist und an seinem dem Sauerstoffzu- *° führstutzen zugewendeten Ende einen mit dem Flansch des Sauerstoffzuführstutzens starr verbundenen Flansch aufweist, in dessen Innenfläche die Hülse mit ihrer Außenfläche gasdicht in einem kleineren Bereich axial verschieblich ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Außenfläche des Sauerstoffzuführstutzens (1; 1') als auch die Innenfläche des Flansches (12; 12') des Kühlmantels (8, 9; 8', 9', 15') selbst als Teleskopführungen für die flanschlose Hülse (5; 5') ausgebildet sind und beide Flansche (2, 12; 2', 12') mit ihren Stirnflächen gegeneinander anliegen, gegebenenfalls unter Einfügung einer Führungsbüchse (15), und daß zwischen der einlaßseitigen Stirnfläche der Hülse (5; 5') sowie dem Flansch (2; 2') des Sauerstoffzuführungsstutzcns ein kleiner Sammelringraum (23; 23') für Leckfluid gebildet ist, welcher über zumindest einen Austrittskanal (4; 25; 25') zwischen beiden Flanschen (2, 12; 2', 12') bzw. an einem der Flansche mit der Außenluft in Verbindung steht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flansche (2, 12) unter Zwischenlage einer Ringdichtung (8) aneinander befestigt sind und daß von den einander zugewendeten Flächen der Ringdichtung und des Flansches (2) des Sauerstoffzuführstutzens (1) zumindest eine Fläche aufgerauht ist (Fluiddurchtritt 25).
3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (2) des Sauerstoffzuführstutzens (1) mit dem letzteren lediglich an über den Umfang verteilten Punktbereichen (3) fest verbunden ist, während dazwischen die Austrittskanäle in Form von Bogenschützen (4) gebildet sind.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flansche (2', 12') unmittelbar gegeneinander anliegen und zumindest einer der Flansche (12') radiale Nuten (25') zur Bildung der Austrittskanäle aufweist.

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