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Lanze zum Einspritzen von pulverförmigem Material
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in eine Metallschmelze Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lanze
zum Einspritzen eines pulverförmigen Materials zusammen mit einem Trägergas in Metallschmelzen,
insbesondere in flüssigen Stahl.
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Das Einspritzen oder Einführen eines pulverförmigen Materials zusammen
mit einem Trägergas direkt in Metallschmelzen kann entweder durch Diisen im Boden
oder in der Wand der Pfanne oder durch eine Lanze, die in die Schmelze eingetaucht
wird, erfolgen. Das Einspritzen kann verschiedenen Zwecken dienen, beispielsweise
dem Einlegieren verschiedener Elemente, der Desoxdation, der Abscheidung nichtmetallischer
Einschlüsse, der Modifizierung von Einschlüssen, der Entschwefelung, Feinung, Feinkornbehandlung
und Temperatureinstellung.
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Beim Einspritzen mittels Lanze in eine Stahlschmelze wird der Stahl
in eine Gießpfanne abgestochen, die zur Einspritzanlage verbracht wird, in der die
Lanze in einem heb- und senkbaren, meistens auch drehbaren Ständer sitzt. Die PulverzuffShrung
wird durch ein pneumatisches Fördersystem gestartet,
und die Lanze
wird dabei in die Schmelze niedergesenkt. Das Einspritzen dauert an, bis eine vorbestimmte
Pulvermenge eingesDeist ist, oder bis die rlchiEe Temperatur erhalten wurde, cder
während eines vorbestimmten Zeitraumes. Danach wird die Lanze hochgeführt, und die
Pfanne, gegebenenfalls nach einer gewissen Haltezeit, zum Gießt we-.tertransportiert.
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Bei einer herkömmlichen Einspritzlanze für Stahlschmelze sitzt der
Auslauf i.n der Lanzenspitze. Diese Konstruktion bereitet jedoch gewisse Probleme,
wenn die Lanze bei niedrigen Chargengewichten, beispielsweise von der Größenordnung
40 Tonnen und darunter, angewendet wird. Die Badtiefe ist aufgrund des geringen
Chargengewichtes klein, wodurch das eingespritzte Material zu wenig Reaktionszeit
erhält und die Badoberfläche teilweise unverbraucht erreicht. Bei Einspritzung von
beispielsweise SiCa in eine Stahlschmelze wird Ca beim Eintritt in die Schmelze
verdampft und muß während des Aufsteigens, vor Erreichen der Oberfläche, mit der
Schmelze reagieren können. Die Erfahrung lehrt jedoch, daß dies nicht der Fall ist,
sondern Ca reagiert mit dem Sauerstoff der Luft oberhalb des Bades. Die Ausbeute
ist infolgedessen schlecht und muß durch Erhöhung der SiCa Menge kompensiert werden,
was seinerseits eine längere Behandlungszeit und größere Temperaturverluste zur
Folge hat. Bei geringen Chargegewichten ergeben sich außerdem Probleme durch Spritzer,
die durch das heftige Umrühren verursacht werden, wodurch Stahl über den Pfannenrand
schwappt, und auch das unverbrannte Ca reißt, wenn es die Badoberfläche erreicht,
Stahl- und Schlacketropfen mit sich, die hinausspritzen. Probleme entstehen ferner
mit dem Verschleiß von Gießpfanne, Lanze und Stopfenstange. Der Verschleiß von Lanze
und Stopfenstange ergibt sich vermutlich durch Erosion in der Schlackenlinie, und
durch das heftige Umrühren der Badoberfläche wird der Ziegelschutz der Pfanne abgenutzt.
Lanze und Ständer bewegen
sich außerdem aufgrund von mangelnder
Stabilität. Durch Senkung der Zuführgeschwindigkeit kann hi.er eine Verbesserung
versucht werden, was aber dazu fährt, daß der Impuls an der Mündung des l,anzenauslaufes
so schwacn wird, daß Stahl hineinspritzt und dadurch den Auslauf verstopft. Die
genannten Schwächen haben zur folge, daß die Lebensdauer der Einspritzlanze oft
nur auf eine einzige Behandlung begrenzt ist.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Einspritzlanze zu
schaffen, insbesondere eine Lanze zum Einsprtzen von pulverförmigem Material in
Netallschmeizen mit niedrigem Chargengewicht, bei der die vorstehend genannten Probleme
vermieden werden, ohne daß die Zuführgeschwisidigkeit für das pulverförmige Material
gesenkt und dadurch die Behandlungszeit verlängert werden müssen Die neuell url3
kennzeichnenden Merkmale einer Lanze gemäß der vorliegenden Erfindung gehen aus
den beigefügten Patentensprüchen hervor.
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Da bei einer erfindungsgemäßei-. Lanze der oder die Ausläufe fr das
eingespritzte Pulver ein Stück autwärts an der Lanze und nicht, wie es herkömmlich
der Fall ist, in der Lanzensnitze liegen, kann die Lanze gegen den Pfannenboden
abgestützt werden. Die Lanze wird infolgedessen weniger mechanischell Beanspruchungen
ausgesetzt, und ihre Befestigung ist stabiler.
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Alternativ kann der Aufhangeständer der Lanze einfacher und billiger
aus.gefithrt werden. Der oder die Pulverausläufe liegen stets in gleicher bestimmter
Entfernung vom Pfannenboden, so daß im Hinblick auf die Reaktionszeit stets mit
optimalen Verhältnissen gearbeitet werden kann. Außerdem verschwindet so gut wie
völlig die Gefahr von Bodenbruch in der Pfanne, und auch sonst erhält die Pfannenauskleidung
eine bessere Haltbarkeit. Da die Lanze mit ihrer Spitze stabil gegen den Pfannenboden
steht, wird auch die Lanzenverkleidung weniger Verschleiß in Form von beispielsweise
Erosion in der Schlackenlinie
ausgesetzt, wie er bei einer herkömmlichen
Lanze rewnhnlich vorkommt. Während eine herkömmliche Lanze nur ein einziges Mal
mit derselben Verkleidung angewendet werden konnte, zeigt eine Lanze gemäß der Erfindung
nach dreimaliger Anwendung noch immer keine Anzeichen von Verschleiß.
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Wenn die Lanze gemaß der Erfindung mit mehreren, von der Lanzenachse
schräg abwärts gerichteten Ausläufen versehen ist, ist dank der gröberen Kontaktfläche
mit der Metallschmelze ein größerer Pulvervorschub möglich. Außerdem ist die Ausheute
besser, und die Behandlungszeit kan verkürzt werden.
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Da mit dieser Lanzenausführung das Pul.ver weiter wep von der Lanze
verteilt wird, wird die Lanze weniger verschlissen, die Badoberfläche in der Pfanne
ist ruhiger, und das Pulver wird in der Schmelze besser umgemscht.
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Der verminderte Verschleiß von Lanze und Stopfenstange bedeutet, daß
die Behandlungszeiten für Einspritzbehandlung nicht durch diesen Verschleiß begrenzt
werden.
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Nachstehend wird eine Lanze gemäß der Erfindung im einzelnen beschrieben,
wobei auf die beigefügten zeichnungen Bezug genommen wird, die eine Ausführungsform
der Lanze in schematischer Darstellung als Beispiel zeigen.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Lanze gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt der Lanze gemäß Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab, wobei ein Teil des Mittelstückes der Lanze ausgelassen ist.
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Fig. 3 zeigt eine Lanze gemäß der Erfindung in ihrem Ständer aufgehängt
und in eine Pfanne mit Metallschmelze niedergesenkt.
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Die in den Zeichnungen wiedergegebene Lanze besteht aus einem inneren
Stahlrohr 1 und einer rohrförmigen Verkleidung 2 aus Rohrziegeln 3. Das Stahlrohr
1 hat an seinem oberen Ende einen
Kunplungsnippel 4 zum Anschließen
an eine Ges- und Pulverleitung 5 gem.MR Fig. 3. Am unteren Ende der Lanze sitzt
eine keramische Kugel 6, die auf einen Gewindebolzen 7 aufgeschraubt ist, der an
das untere Ende des Stahlrohres 1 geschweiQit ist. Zwischen der Kugel 6 und dem
untersten der Rohrziegel 3 liegt eine Verteilungsdüse Q rit drei schaf abwärts gerichteten
Ausleufkanälen 9, die den Kanal 10 im Rohr 1 mit der Außenseite der Lanze verbinden
und in Beziehung zueinander mit einer Teilung von 120 rund um den Umkreis der Düse
angeordnet sind. Die Kanäle sind vorzugsweise mit Kupferrohr ausgekleidet. Die Kanäle
9 gehen vom Rohrkanal 1G im Anschluß an eine Verteilungsschnecke 11 t mit konischem
Kopf aus, der auf den Bolzen 7 aufmontiert ist.
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in Fig. 3 ist gezeigt, wie die Lanze 2 in eine Metallschmelze 12 iii
einer Pfanne mit Stahlmantel 13 und Ziegelauskleidung 14 niederZesenkt ist. Die
Lanzenspitze stößt dabei mit der keramischen Kugel 6 gegen den Pfannenboden 15.
Die Lanze ist oben an einem Ständer 16 aufgehängt, und das pulverförmige Material
wird zusammen mit Trägergas über die vorerwähnte Leitung 5 dem Kanal 10 des Stahlrohres
zugeführt und durch diesen Kanal abwärts zu den Auslaufkanälen 9 und in die Metallschmelze
gel.eitet, wo das Pulver und das Trägergas 17 zur Schlackenoberfläche 18 aufzusteigen
beginnen. Das Pulver kann hierbei besser als bei bekannten Lanzen dieser Art mit
der Schmelze reagieren, weil es einmal in drei verschiedenen Richtungen in der Schmelze
verteilt, und weil es zum anderen durch die schräg abwärts gerichteten Kanäle weiter
weg von der Lanze verteilt wird. Die Kanäle haben in dem gezeigten Beispiel eine
Schrägstellung von etwa 45° zur Lanzenachse, es können aber auch andere geeignete
Werte zwischen 0 und 900, und vorzugsweise zwischen 30 und 600 gewählt werden.
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Die Anzahl Kanäle kann natürlich auch eine andere als, wie im Beispiel
gezeigt, drei sein. Es können ein Kanal, zwei, vier oder noch mehr Kanäle angewendet
werden, die dabei vorzugsweise
gleichmäßig rund um die Peripherie
der Lanze verteilt sind. Die Lanze 2 wird nach abgeschlossener Behandlung mit Hilfe
des Ständer 16 aus der Pfanne gehoben, und die Pfanne wird durch Einheben in die
beiden Hebezapfen 19 wegtransportiert.
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Die Lanze wurde vorstehend speziell unter Bezugnahme auf Stahlschmelzen
beschriehen. Sie kann jedoch auch für andere Metallschmelzen, beispielsweise Schmelzen
von Roheisen, Kupfer, Bleilegierungen usw. angewendet werden.