EP0842303B1 - Lanzenkopf einer blaslanze zur behandlung von schmelzen - Google Patents

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EP0842303B1
EP0842303B1 EP96931738A EP96931738A EP0842303B1 EP 0842303 B1 EP0842303 B1 EP 0842303B1 EP 96931738 A EP96931738 A EP 96931738A EP 96931738 A EP96931738 A EP 96931738A EP 0842303 B1 EP0842303 B1 EP 0842303B1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
    • C21C5/46Details or accessories
    • C21C5/4606Lances or injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge

Definitions

  • the invention relates to a lance head of a water-cooled blowing lance Treatment of melts, especially for inflating oxygen Melting steel in a converter, with at least one of the closest Pipe section having a nozzle cross section proceeding in the direction Bath surface with conically expanding expansion nozzle.
  • Blow lances are used in steelworks, which after the Oxygen inflation process work.
  • steel making processes in particular according to the so-called LD process, are contained in the pig iron Accompanying elements with the help of oxygen removed by oxidation. This is about the Lance oxygen at high speed from MACH 1.0 and greater to that in the Inflated melt inflated.
  • the individual blow lance heads are based on steel mill-specific data designed. In particular, the converter content, the converter dimensions, the current bath height and the amount of oxygen as well as the oxygen pressure considered.
  • Lances of this type can only be used to achieve a restless oxygen jet with which adverse consequence of unwanted steel splashes and strong dust in the Area of the converter mouth.
  • the present invention has set itself the goal of a generic To create a blowing lance with which the energy utilization of the oxygen steel increased, the reaction conditions in the converter improved and the environmental impact is reduced.
  • connection with the critical cross section Pipe section provided a first conical extension in a cylindrical Canal opens.
  • this channel which will be almost to the mouth of the nozzle can, is an annular chamber widening radially outward in diameter intended. This design creates a pulsating gas jet that formed stable leaves the nozzle and hits the surface of the melt.
  • the nozzle is designed so that at pressures up to 15 bar speeds between 1 and 3 mach.
  • the oscillation frequency of the gas is there adjustable in a range from 200 to 2000 Hz.
  • the preferred frequency range is 600 to 800 Hz.
  • oxygen quantities can be at high Use of energy for inflation or inflation on or in a molten metal of steel processing.
  • the design of the ring channel also helps to stabilize the gas jet not smooth design increased.
  • the annulus is divided into several Chamber segments divided, which are separated by webs.
  • the chamber segments have different radii, with pairs lying opposite each other Chamber segments have the same radius.
  • the outer walls of the chamber segments have continuously increasing radii.
  • panes are provided which are in are arranged in series so that the webs correspond to each other and Chamber segments with different radii are arranged in the direction of flow are.
  • the expansion part which adjoins the annular chamber in the flow direction Part of the nozzle can be cylindrical before it is in the region of the The mouth opens conically.
  • the cylindrical part has a positive influence the pulsating beam and further stabilizes it, particularly with respect to a Rotation in the axial direction.
  • the range of the critical diameter of the nozzle is corresponding to that Laval nozzle design rounded. In another, there This area is made of conical and technically simple cylindrical shaped elements assembled.
  • the desired frequency of the gas jet can between the first conical expansion in the area of the nozzle inlet and the Annular chamber provided one or more stages.
  • the individual levels are set apart from each other and stimulate the gas jet to vibrate.
  • the mouth of the conical extension can have a diameter that the of the cylindrical channel.
  • a smaller one Mouth diameter provided, as this already when entering the channel a first stage is created with which a positive influence on the pulsation of the gas jet is taken.
  • FIG. 1 shows a conical entrance section on the left side of the section 11, which is rounded in a tube section having the critical diameter 12 merges, on which a first conical extension 21 is formed like a Laval nozzle connects.
  • the first conical extension 21 ends in an identical one Diameter channel 22.
  • annular chamber 23 is provided in the channel, which has an inner diameter D Z.
  • the design of the annular chamber is shown in Figures 2 and 3.
  • a nozzle part 24 adjoins the annular chamber 23 and widens conically over a length L A to the nozzle mouth.
  • the conical inlet section 11 is followed by a pipe section 12 which has the critical cross section D Q.
  • the critical cross section is followed by a first conical extension 21, the mouth of which has a diameter D M , which in the present example ends in a preliminary stage 27 which has a diameter D K1 which is larger than the diameter D M.
  • a channel 22 adjoins the preliminary stage 27 and has a diameter D KA , where D KA is greater than D K1 .
  • An annular chamber 23 is provided in the channel 22, in which disks 37, 38 are located. These disks are arranged with respect to one another such that the webs 35 correspond with each other and the chamber segments are different Have radii.
  • a channel part 25 is provided, which has the same dimensions as the channel 22 over a length L KA , so that a second conical widening 26 adjoins the mouth with the diameter D A at a distance L MA .
  • the total length L A corresponds to the sum of the cylindrical chamber length L KA and the length of the conical mouth L MA .
  • FIG. 2a shows a section through the annular chamber 23.
  • a total of four chamber segments 31 to 34 are provided, the Chamber segments 31 and 33 have the same and smaller radius than that Chamber segments 32 and 34.
  • the individual chamber segments are separated from one another by webs 35.
  • the individual webs have a width that influences the individual Prevent segments. Beyond the number of four segments shown any even number of segments possible, with the radii of each opposite segments have the same size.
  • the single ones Chamber segments are rounded in the outer corners with a radius r.
  • FIG. 2b the situation is in the case of one behind the other in the direction of flow Disks shown.
  • the individual segments are arranged so that a chamber segment with a small radius alternates with each in the direction of flow a chamber segment with a large radius.
  • annular chamber is shown in accordance with Figure 2, the individual chamber segments with continuously increasing radii are designed.
  • This design of the chamber segments can in particular Influence on the direction of rotation of the pulsating beam.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Lanzenkopf einer wassergekühlten Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf Stahlschmelzen in einem Konverter, mit mindestens einer von einem den engsten Düsenquerschnitt aufweisenden Rohrabschnitt ausgehend sich in Richtung Badoberfläche konisch erweiternden Expansionsdüse.
Blaslanzen kommen in Stahlwerken zum Einsatz, die nach dem Sauerstoffaufblasverfahren arbeiten. Bei solchen Stahlherstellungsverfahren, insbesondere nach dem sogenannten LD-Verfahren, werden im Roheisen enthaltene Begleitelemente mit Hilfe von Sauerstoff durch Oxidation entfernt. Hierbei wird über die Lanze Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit von MACH 1,0 und größer auf die im Konverter befindliche Schmelze aufgeblasen.
Damit der Lanzenkopf im Hinblick auf die Metallurgie des Stahlherstellungsprozeßes in der gewünschten Weise arbeiten kann, ist die erforderliche Sauerstoffmenge möglichst optimal über die Düsenaustrittsöffnungen mit der Metallschmelze in Berührung zu bringen. Die einzelnen Blaslanzenköpfe werden nach stahlwerksspezifischen Daten ausgelegt. Hierbei wird insbesondere der Konverterinhalt, die Konverterabmessung, die aktuelle Badhöhe und die Sauerstoffmenge sowie der Sauerstoffdruck berücksichtigt.
Aus der Schrift DE 37 00 892 A1 ist eine üblicherweise in Stahlwerken eingesetzte Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf Metallschmelzen, bekannt, bei dem mehrere zur Lanzenhauptachse divergierenden Gasaustrittsöffnungen vorgesehen sind, die einen engsten sogenannten kritischen Querschnitt aufweisen, dem sich in Strömungsrichtung eine konisch sich erweitemde Expansionsdüse anschließt.
Mit Lanzen dieser Bauart läßt sich nur ein unruhiger Sauerstoffstrahl erreichen, mit der nachteiligen Folge nicht erwünschter Stahlspritzer und starker Staubentwicklung im Bereich der Konvertermündung.
Die vorliegende Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, einen gattungsgemäßen Blaslanzenkopf zu schaffen, mit dem die Energieausnutzung des Sauerstoffstahls erhöht, die Reaktionsbedingungen im Konverter verbessert und die Umweltbelastung vermindert wird.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Erfindungsgemäß ist im Anschluß an dem den kritischen Querschnitt aufweisenden Rohrabschnitt eine erste konische Erweiterung vorgesehen, die in einem zylindrischen Kanal mündet. In diesem Kanal, der bis nahezu zur Mündung der Düse geführt sein kann, ist eine im Durchmesser radial nach außen sich erweiternde Ringkammer vorgesehen. Durch diese Bauform wird ein pulsierender Gasstrahl gewonnen, der stabil ausgebildet die Düse verläßt und auf die Oberfläche der Schmelze auftrifft.
Die Düse ist dabei so ausgestaltet, daß bei Drücken bis zu 15 bar Geschwindigkeiten zwischen 1 bis 3 Mach erreicht werden. Die Schwingfrequenz des Gases ist dabei einstellbar in einem Bereich von 200 bis 2000 Hz. Der bevorzugte Frequenzbereich liegt bei 600 bis 800 Hz.
Durch die stabile Ausbildung des Strahles lassen sich Sauerstoffmengen bei hoher Energieausnutzung für das Auf- oder Einblasen auf oder in einer Metallschmelze bei der Stahlverarbeitung einsetzen.
Durch den ruhig auf die Badoberfläche auftreffenden Strahl wird die Spritzneigung des Schmelzbades unterbunden und die Staubentwicklung reduziert.
Die Stabilisierung des Gasstrahles wird durch eine Ausgestaltung des Ringkanals mit nicht glatter Ausgestaltung erhöht. Die Ringkammer wird hierzu in mehrere Kammersegmente aufgeteilt, die durch Stege getrennt sind. Die Kammersegmente weisen dabei unterschiedliche Radien auf, wobei jeweils paarweise gegenüberliegende Kammersegmente den gleichen Radius besitzen.
In einer weiteren Ausgestaltung können die Außenwandungen der Kammersegmente kurvenförmig kontinuierlich sich vergrößemde Radien besitzen.
In einer baulich besonders einfachen Ausgestaltung sind Scheiben vorgesehen, die in der Weise in Reihe angeordnet sind, daß die Stege miteinander korrespondieren und in Strömungsrichtung Kammersegmente mit unterschiedlichen Radien angeordnet sind.
Der sich in Strömungsrichtung an die Ringkammer anschließende Expansionsteil der Düse kann zu einem Teil zylindrisch ausgebildet sein, bevor er im Bereich der Mündung sich konisch öffnet. Der zylindrische Teil nimmt dabei positiven Einfluß auf den pulsierenden Strahl und stabilisiert diesen weiter insbesondere bezüglich einer Verdrehung in Achsrichtung.
Der Bereich des kritischen Durchmessers der Düse ist entsprechend der Ausgestaltung einer Lavaldüse abgerundet. In einer weiteren, dabei fertigungstechnisch einfachen Weise ist dieser Bereich aus konischen und zylindrischen Formelementen zusammengesetzt.
Zur weiteren Einflußnahme auf die gewünschte Frequenz des Gasstrahles kann zwischen der ersten konischen Erweiterung im Bereich des Düseneintrittes und der Ringkammer eine oder mehrere Stufen vorgesehen. Die einzelnen Stufen sind scharfkantig voneinander abgesetzt und regen den Gasstrahl zum Schwingen an.
Die Mündung der konischen Erweiterung kann einen Durchmesser aufweisen, der dem des zylindrischen Kanals entspricht. In vorteilhafter Weise ist ein kleinerer Mündungsdurchmesser vorgesehen, da hierdurch beim Eintritt in den Kanal bereits eine erste Stufe entsteht, mit der auf die Pulsation des Gasstrahles positiv Einfluß genommen wird.
Ein Beispiel der Erfindung ist der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die
Figur 1
einen Schnitt durch den Lanzenkopf
Figur2a,b
Schnitte durch Ringkammem mit konstanten Radien
Figur 3
einen Schnitt durch die Ringkammer mit kontinuierlich sich vergrößernden Radien
Die Figur 1 zeigt auf der linken Seite des Schnittes einen konischen Eingangsabschnitt 11, der abgerundet in einem den kritischen Durchmesser aufweisenden Rohrabschnitt 12 übergeht, an dem sich lavaldüsenartig eine erste konische Erweiterung 21 anschließt. Die erste konische Erweiterung 21 mündet in einem den identischen Durchmesser aufweisenden Kanal 22.
Mlt einem Abstand LK1 von der Mündung der ersten konischen Erweiterung ist im Kanal eine Ringkammer 23 vorgesehen, die einen inneren Durchmesser DZ besitzt. Die Ausgestaltung der Ringkammer ist in den Figuren 2 und 3 aufgezeigt.
An die Ringkammer 23 schließt sich ein Düsenteil 24 an, das sich über eine Länge LA bis zur Düsenmündung konisch erweitert.
Auf der rechten Seite des Schnittes der Figur 1 schließt sich an den konischen Eingangsabschnitt 11 ein Rohrabschnitt 12 an, der den kritischen Querschnitt DQ aufweist.
An den kritischen Querschnitt schließt sich eine erste konische Erweiterung 21 an, deren Mündung einen Durchmesser DM besitzt, die im vorliegenden Beispiel in einer Vorstufe 27 mündet, welche einen Durchmesser DK1 aufweist, welche größer ist als der Durchmesser DM.
An die Vorstufe 27 schließt sich ein Kanal 22 an, der einen Durchmesser DKA besitzt, wobei DKA größer DK1 ist.
Im Kanal 22 ist eine Ringkammer 23 vorgesehen, in der sich Scheiben 37, 38 befinden. Diese Scheiben sind so zueinander angeordnet, daß die Stege 35 miteinander korrespondieren und die Kammersegmente jeweils unterschiedliche Radien aufweisen.
In Strömungsrichtung hinter der Ringkammer 25 ist ein Kanalteil 25 vorgesehen, der die gleichen Abmessungen aufweist wie der Kanal 22 und zwar über eine Länge LKA, so daß im Abstand LMA sich eine zweite konische Erweiterung 26 bis zur Mündung mit dem Durchmesser DA anschließt. Die Gesamtlänge LA entspricht dabei der Summe der zylindrischen Kammerlänge LKA und der Länge der konischen Mündung LMA.
Die Figur 2a zeigt einen Schnitt durch die Ringkammer 23. Im vorliegenden Beispiel sind insgesamt vier Kammersegmente 31 bis 34 vorgesehen, wobei die Kammersegmente 31 und 33 den gleichen und dabei kleineren Radius besitzen als die Kammersegmente 32 und 34.
Die einzelnen Kammersegmente sind durch Stege 35 voneinander getrennt. Die einzelnen Stege weisen eine Breite auf, die eine Beeinflußung der einzelnen Segmente unterbinden. Über die dargestellte Anzahl von vier Segmenten hinaus sind beliebige geradzahlige Segmentanzahlen möglich, wobei jeweils die Radien der gegenüberliegenden Segmente die gleiche Größe aufweisen. Die einzelnen Kammersegmente sind in den äußeren Ecken mit einem Radius r abgerundet.
In der Figur 2b ist die Situation bei in Stömungsrichtung hintereinander angeordneten Scheiben dargestellt. Die einzelnen Segmente sind dabei so angeordnet, daß sich jeweils in Strömungsrichtung ein Kammersegment mit kleinem Radius abwechselt mit einem Kammersegment mit großem Radius.
In der Figur 3 ist entsprechend der Figur 2 eine Ringkammer dargestellt, wobei die einzelnen Kammersegmente mit kontinuierlich sich vergrößerndem Radien ausgestaltet sind. Durch diese Ausbildung der Kammersegmente kann insbesondere Einfluß auf die Drehrichtung des pulsierenden Strahles genommen werden.
Positionsilste Düseneingang
11
konischer Eingangsabschnitt
12
Rohrabschnitt
Expansionsdüsenteil
21
Erste konische Erweiterung
22
Kanal
23
Ringkammer
24
Düsenteil
25
Kanalteil
26
Zweite Konische Erweiterung
27
Vorstufe
29
Mündung der Expansionsdüse
Pulsationskammer
31,33
Kammersegmente kleiner Radius
32, 34
Kammersegmente großer Radius
35
Steg
36
Außenwandung
37
Erste Scheibe
38
Zweite Scheibe
Kühlmittelleiteinrichtung
41
Kühlkammer
D
Durchmesser
L
Länge
Index:
E
Eintritt
Q
Kritischer Querschnitt
M
Mündung
Z
Zylindrische Kammer
K
Kanal
A
Austritt
I
Lanzenlängsachse
r
Radius Kammersegmentecke

Claims (11)

  1. Lanzenkopf einer wassergekühlten Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen, insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf Stahlschmelzen in einem Konverter, mit mindestens einer von einem den engsten Düsenquerschnitt aufweisenden Rohrabschnitt ausgehend sich in Richtung Badoberfläche konisch erweiternden Expansionsdüse,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Expansionsdüse im Anschluß an dem den kritischen Querschnitt aufweisenden Rohrabschnitt (12) eine erste konische Erweiterung (21) aufweist, die in einem zylindrischen Kanal (22) mündet,
    daß im Kanal (22) mit einem Abstand (LK1) zur Mündung der ersten konischen Erweiterung (21) mindestens eine Ringkammer (23) vorgesehen ist, und daß sich an die Ringkammer (23) ein zumindest teilweise sich konisch erweiternder Düsenteil (24, bzw. 25, 26) bis zur Mündung (29) der Expansionsdüse anschließt.
  2. Lanzenkopf nach Anspruch 1;
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ringkammer (23) in mehrere Kammersegmente (31 bis 34) aufgeteilt ist.
  3. Lanzenkopf nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenwandungen (36) der Kammersegmente (31 bis 34) kreisbogenförmig sind, wobei die Kammersegmente (31, 33 bzw. 32, 34) paarweise gegenüberliegend angeordnet sind und dabei unterschiedliche Radien (R) aufweisen.
  4. Lanzenkopf nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenwandungen (36) der Kammersegmente (31 bis 34) kurvenförmig mit kontinuierlich sich vergrößemden Radien (r) ausgestaltet sind.
  5. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kammersegmente (31 bis 34) durch Stege (35) voneinander getrennt sind.
  6. Lanzenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in die Ringkammer (23) mehr als eine eine geradzahlige Anzahl von Kammersegmenten aufweisende Scheibe (37, 38) eingelegt ist.
  7. Lanzenkopf nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Scheiben (37, 38) bei Anpassung ihrer Stege (35) so zueinander verdreht sind, daß in Strömungsrichtung die Kammersegmente mit kleinem Radius (31, 33) sich mit denen mit großem Radius (32, 34) abwechseln.
  8. Lanzen kopf nach einem der o.g. Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abmessungen der Kammersegmente in der Weise ausgestaltet sind, daß Schwingfrequenzen des Gases von 200 bis 2000 Hz erreichbar sind.
  9. Lanzenkopf nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schwingbereich bei Frequenzen von 600 bis 800 Hz einstellbar sind.
  10. Lanzenkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in Strömungsrichtung vor dem zylindrischen Kanal (22) eine einen größeren Durchmesser als die erste konische Erweiterung (21) aufweisende Vorstufe (27) vorgesehen ist.
  11. Lanzenkopf nach den Ansprüchen 1 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Durchmesser (DM) der Mündung der ersten konischen Erweiterung (21) kleiner ist als der Durchmesser (DK) des Kanals (22).
EP96931738A 1995-08-02 1996-07-29 Lanzenkopf einer blaslanze zur behandlung von schmelzen Expired - Lifetime EP0842303B1 (de)

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DE19529932A DE19529932C1 (de) 1995-08-02 1995-08-02 Lanzenkopf einer Blaslanze zur Behandlung von Schmelzen
PCT/DE1996/001444 WO1997005290A1 (de) 1995-08-02 1996-07-29 Lanzenkopf einer blaslanze zur behandlung von schmelzen

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EP0842303A1 EP0842303A1 (de) 1998-05-20
EP0842303B1 true EP0842303B1 (de) 1999-03-24

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EP96931738A Expired - Lifetime EP0842303B1 (de) 1995-08-02 1996-07-29 Lanzenkopf einer blaslanze zur behandlung von schmelzen

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