DE69609654T2

DE69609654T2 - Lanze zum Einblasen fluider Substanzen in Öfen, insbesondere in Öfen zur Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE69609654T2
Application number: DE69609654T
Authority: DE
Inventors: Federico Macario
Original assignee: Elti Srl
Current assignee: Elti Srl
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: EP0737754A3; DE69609654D1; EP0737754A2; EP0737754B1; US5846482A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lanze zum Einblasen flüssiger Substanzen in Ofen, insbesondere für die Stahlherstellung.
Bekanntlich erfordern Prozesse der Stahlherstellung mit Elektroöfen das Einblasen flüssiger Substanzen in den Ofen.
Das Einblasen dieser Substanzen erfolgt mittels Lanzen, die durch geeignete Türen in den Seitenwänden des Ofens über der Oberfläche des flüssigen Materials in den Ofen eingeführt werden.
Beim Beschicken des Ofens mit Schrott oder Eisenmaterial als Rohmaterial für die Stahlherstellung wird dieses Material beispielsweise mit einem Strahl Sauerstoff aus einer geeigneten Lanze versehen, welcher die Beschickung trennen und somit ihren Niedergang in den Ofen erleichtern und zudem Wärmeenergie liefern soll, die zum Schmelzen des eingeführten Materials beiträgt.
Beim folgenden Frischen werden Sauerstoff und Feinkohle in die das flüssige Metall bedeckende Schlacke geblasen. Das Einblasen von Sauerstoff und Kohle bei diesem Schritt hat eine chemische Wirkung auf das Metall, da die eingeblasenen Substanzen miteinander und mit dem flüssigen Metall reagieren und so das Aufschäumen der Schlacke erleichtern. Es hat außerdem einen physikalischen Effekt, da der abgegebene Strahl das flüssige Metall in ständiger Bewegung hält, wodurch chemische Reaktionen erleichtert werden und gleichmäßige Metalleigenschaften in der gesamten Metallmasse erzeugt werden.
Es ist zu beachten, daß beim Frischen der Sauerstoffstrahl und der Kohlestrahl zusammentreffen müssen, um eine chemische Reaktion von Sauerstoff und Kohle mit der für die Verschlackung unbedingt notwendigen Bildung von CO zu erreichen.
Daher ist die Lanze, durch die Sauerstoff eingeblasen wird, zunächst mit einer oder mehreren Lanzen verbunden, durch welche die Feinkohle eingeblasen wird, so daß die aus den verschiedenen Lanzen austretenden Ströme zwangsläufig in einem bestimmten Winkel zusammentreffen.
Durch die hohen Temperaturen im Inneren des Ofens können die gewöhnlich aus unlegiertem Stahl hergestellten Lanzen unerwünschte Verformungen erfahren, welche im Laufe der Zeit den Winkel verändern, in dem die Ströme der eingeblasenen Substanzen aufeinandertreffen, was zu erheblich schlechteren Ergebnissen als in der Theorie führt.
Darüber hinaus haben Tests neuer Stahlherstellungsprozesse ergeben, daß ein Bedarf besteht, mehrere Substanzen mittels spezieller Verfahren in den Ofen einzublasen. Da es bei herkömmlichen Lanzen schwierig ist, eine korrekte Ausrichtung der Ströme der ausgegebenen Fluide zu gewährleisten, sind optimale Ergebnisse auf diesem Gebiet nicht erreichbar.
Aus Dokument LU-A-0 049 185 ist eine Lanze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lanze anzugeben, mit der erforderlichenfalls mehrere Substanzen gleichzeitig in den Ofen eingeblasen werden können, während eine korrekte Ausrichtung der unterschiedlichen Ströme der eingeblasenen Substanzen zueinander beibehalten und optimale Effizienz bei modernen Stahlherstellungsprozessen erreicht wird.
Im Rahmen dieses Ziels besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Lanze anzugeben, die sehr einfach und leicht anzuwenden ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lanze anzugeben, die zu im Vergleich zu den Kosten herkömmlicher Lanzen wettbewerbsfähigen Kosten hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lanze anzugeben, die jederzeit erlaubt, auch nur eine Substanz in den Ofen einzublasen, so daß die Anforderungen während der verschiedenen Schritte der Stahlherstellung mit Elektroöfen in vollem Maße erfüllt werden.
Weiterhin ist eine Lanze anzugeben, die optimale Ergebnisse ermöglicht, was das Vermischen der Substanzen beim Einblasen angeht.
Diese und andere Aufgaben, die im folgenden deutlich werden, werden durch eine in Anspruch 1 spezifizierte Lanze zum Einblasen flüssiger Substanzen in Öfen, insbesondere zur Stahlherstellung, gelöst.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Lanze gemäß der Erfindung, das als nicht einschränkendes Beispiel in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt ist, in denen zeigen:
Fig. 1 bis 5 Ansichten der Lanze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und insbesondere zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Lanze gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine axiale Schnittansicht der Lanze gemäß der Erfindung entlang der Ebene II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Vorderansicht der Lanze gemäß der Erfindung,
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Ebene IV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Ebene V-V in Fig. 1,
Fig. 6 bis 9 Ansichten der Lanze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und insbesondere zeigen
Fig. 6 eine axiale Schnittansicht der Lanze gemäß der Erfindung,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Lanze gemäß der Erfindung,
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Details aus Fig. 6, und
Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Ebene IX-IX in Fig. 6.
In den oben erwähnten Figuren ist die Lanze gemäß der Erfindung in ihren zwei Ausführungsformen mit den Bezugszeichen 1 bzw. 101 gekennzeichnet und enthält einen länglichen Körper 2, 102, in dem zumindest zwei Kanäle 3 und 4 im ersten Ausführungsbeispiel und drei Kanäle 103, 104, 105 im zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, die nahe dem hinteren Ende der Lanze beispielsweise mittels herkömmlicher Verbindungsteile 5, 6, 106, 107, 108 mit bekannten Mitteln zum Zuführen von in den Ofen einzublasenden flüssigen Substanzen verbunden werden können, welche der Einfachheit halber hier nicht gezeigt sind.
Genauer gesagt, besteht der Körper 2, 102 im wesentlichen aus einem zylindrischen Körper, welcher innen hohl ist, und die Kanäle 3, 4, 103, 104 und 105 sind röhrenförmige, in den Körper 2, 102 eingeführte Körper.
Im ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 bis 5 dargestellt ist, verläuft der Kanal 4 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Körpers 2 und führt am vorderen Ende oder an der Spitze 7 des Körpers 2 aus diesem heraus, während der Kanal 3 ebenfalls parallel zur Längsachse des Körpers 2 verläuft und mit einer Ausgabedüse 8 endet, deren Richtung bezüglich der Achse derart geneigt ist, daß sie die Ausgaberichtung des Kanals 4 außerhalb des Körpers 2 schneidet.
Vorzugsweise sind die Auslaßöffnungen der Kanäle 3 und 4 so ausgerichtet, daß die beiden Ausgaberichtungen einander in einem Winkel α schneiden, der im wesentlichen zwischen 30º und 40º liegt und vorzugsweise 35º beträgt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 bis 9 dargestellt ist, verläuft der dritte Kanal 103 zumindest nahe seinem aus dem Körper 102 hinausführenden Ende in dem zweiten Kanal 104.
Vorzugsweise verläuft der dritte Kanal 103 im wesentlichen über seine gesamte Länge in dem Körper 102 koaxial in dem zweiten Kanal 104.
Der erste Kanal 105 und der zweite Kanal 104 verlaufen im wesentlichen parallel zur Längsachse des Körpers 102 und führen an seinem vorderen Ende, d. h. an seiner Spitze 109 aus dem Körper 102 hinaus, während der erste Kanal 105 ebenfalls parallel zur Längsachse des Körpers 102 verläuft und mit einer Ausgabedüse 110 endet, deren Richtung bezüglich der Achse derart geneigt ist, daß sie die Ausgaberichtung des dritten Kanals 103 und des zweiten Kanals 104 außerhalb des Körpers 102 schneidet.
Vorzugsweise sind die Auslaßöffnung des ersten Kanals 105 und die Auslaßöffnung des dritten und des zweiten Kanals 103 und 104 so ausgerichtet, daß die beiden Ausgaberichtungen einander in einem Winkel α schneiden, der im wesentlichen 30º bis 40º und vorzugsweise 35º beträgt.
Zweckmäßigerweise ist der dritte Kanal 103 in dem zweiten Kanal 104 durch Hülsen 111a und 111b gelagert, wobei axiale Kanäle 112 für den Durchgang der in den zweiten Kanal 104 eingeblasenen flüssigen Substanzen vorgesehen sind.
Sowohl im ersten als auch im zweiten Ausführungsbeispiel ist in dem Körper 2, 102 zumindest nahe seinem Ende oder seiner Spitze 7, 109, die in den Ofen einzuführen ist, eine Kammer für die Zirkulation eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser vorgesehen.
Der gesamte Raum in dem Körper 2, 102, der nicht von den Kanälen 3, 4, 103, 104, 105 eingenommen wird, ist im wesentlichen in zwei Bereiche unterteilt: ein Bereich, gekennzeichnet mit den Bezugszeichen 9, 113, grenzt direkt an die Innenhaut des Körpers 2, 102, während der andere Bereich, gekennzeichnet mit den Bezugszeichen 10, 114, weiter im Inneren liegt. Diese Bereiche stellen einen Abgabebereich bzw. einen Rückführbereich für das in dem Körper 2, 102 gepumpte Kühlmittel dar. Der Bereich 9, 113 und der Bereich 10, 114 sind in der Nähe der Lanzenspitze miteinander verbunden.
Der Abgabebereich 9, 113 ist mit einer Einlaßöffnung 11, 115 verbunden, während der Rückführbereich 10, 114 mit einer Auslaßöffnung 12, 116 verbunden ist. Die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung sind zum Pumpen des Kühlmittels mit Pumpmitteln bekannter Art verbunden, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind und beispielsweise aus einer von einem geeigneten Kühlkreislauf bedienten Pumpe bestehen.
Der nahe bei der Spitze 7, 109 gelegene Bereich des Körpers 2, 102, d. h. der Bereich, der beim Frischen in die Schlacke über dem Pegel des flüssigen Metalls eingetaucht werden soll, besteht aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, um eine effektive Ableitung der Wärme in dem Bereich der Lanze zu gewährleisten, der den größten thermischen Belastungen ausgesetzt ist, um Verformungen oder Beschädigung des Lanzenkörpers beim Gebrauch weitestgehend zu verhindern.
Die Verwendung der Lanze gemäß der Erfindung ergibt sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Insbesondere wird deutlich, daß die Lanze gemäß der Erfindung bei den verschiedenen Schritten der Stahlherstellung eingesetzt werden kann, um Sauerstoff und/oder andere Substanzen in den Ofen einzublasen.
Die erfindungsgemäße Lanze nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird beim Beschicken des Ofens in den Ofen eingeführt. Der Kanal 3 ist dabei mit Mitteln zum Pumpen von Sauerstoff verbunden, und die Lanze wird im wesentlichen als herkömmliche Lanze benutzt, um den in den Ofen eingeführten Schrott oder das Eisenmaterial zu trennen und um den Schmelzvorgang zu unterstützen.
Da bei diesem Schritt das Einblasen von Feinkohle nicht erforderlich ist, wird Kanal 4 nicht benutzt.
Beim Frischen ist der Kanal 3 mit der Sauerstoffzufuhr verbunden, während Kanal 4 mit Mitteln zum Zuführen von Feinkohle verbunden ist. Die Lanze wird in den Ofen eingeführt und so positioniert, daß ihre Spitze 7 in der das flüssige Metall bedeckenden Schlackeschicht angeordnet ist.
Bei der in den Fig. 6 bis 9 gezeigten Lanze dient der erste Kanal 103 vorzugsweise zum Einblasen von Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Methan, oder von Feinkohle, jedoch auch anderen, entsprechend verflüssigten Substanzen gemäß den jeweiligen Erfordernissen.
Der zweite Kanal 104 wird vorzugsweise zum Injizieren von Kohlenwasserstoffen verwendet, deren Strahl beim Austreten aus der Lanze die durch den ersten Kanal 103 geblasenen Substanzen enthält.
Der dritte Kanal 105 wird vorzugsweise zum Einblasen von Sauerstoff verwendet.
In den verschiedenen Schritten der Stahlherstellung können die verschiedenen Kanäle 103, 104, 105 je nach den Erfordernissen zum Einblasen einer einzelnen Substanz oder mehrerer Substanzen gleichzeitig in den Ofen verwendet werden.
Da die Lanze gemäß der Erfindung praktisch monolithisch ist, verändern sich die Richtungen der Ströme der eingeblasenen Substanzen beim Einblasen gewis sermaßen nicht. Dadurch wird eine hohe Effizienz der Lanze bei ihrem Einsatz ermöglicht, mit qualitativ besserer Wirkung und besserer Ausnutzung der eingeblasenen Substanzen.
In der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, daß die Lanze gemäß der Erfindung die gestellte Aufgabe erfüllt, da sie durch ihren praktisch monolithischen Körper, in dem mehrere Kanäle zum gleichzeitigen Einblasen mehrerer flüssiger Substanzen in einen Ofen für die Stahlherstellung vorgesehen sind, die verschiedenen Ströme während der ganzen Zeit in der richtigen Ausrichtung beibehält und somit den maximalen Wirkungsgrad erreicht.
Selbstverständlich können wie oben beschrieben zwei oder drei Kanäle, oder auch mehrere Kanäle entsprechend den Betriebsanforderungen in dem Lanzenkörper ausgebildet sein.
Die so beschriebene Lanze kann zahlreiche Modifikationen und Veränderungen erfahren, die alle im Rahmen des Erfindungskonzepts liegen. Außerdem können alle Details durch andere, technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.
In der Praxis sind die Materialien, soweit sie mit dem jeweiligen Verwendungszweck kompatibel sind, je nach Erfordernissen und Stand der Technik variierbar; Gleiches gilt für die Abmessungen.
Wo in den Patentansprüchen auf technische Merkmale Bezugszeichen folgen, dienen diese lediglich der besseren Verständlichkeit der Ansprüche und haben folglich keine einschränkende Wirkung auf den Zweck eines Elementes, das beispielhaft durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet wird.

Claims

1. Lanze (1) zum Einblasen flüssiger Substanzen in Öfen, insbesondere zur Stahlherstellung, mit einem länglichen Körper (2; 102), in dem mindestens zwei Kanäle (3, 4; 105, 104, 103) ausgebildet sind, die in der Nähe eines seiner Längsenden (7; 109) aus dem Körper heraus führen und mit Mitteln zum Zuführen von in den Ofen einzublasenden flüssigen Substanzen verbunden werden können, wobei eine Kammer (9, 10; 113, 114) für die Zirkulation eines Kühlmittels in dem Körper entsprechend dem Ende (7; 109) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen der beiden Kanäle (3, 4; 105, 104, 103) in zwei Ausgaberichtungen ausgerichtet sind, die außerhalb der Lanze (1) zusammentreffen, und daß das Längsende (7; 109) des Körpers aus einem metallischen Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit hergestellt ist.

2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem länglichen Körper (2; 102) drei Kanäle angeordnet sind: ein erster Kanal (3; 105), eine zweiter Kanal (4; 104) und ein dritter Kanal (103), wobei der dritte Kanal (103) in dem zweiten Kanal (4; 104) verläuft.

3. Lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kanal (103) koaxial in dem zweiten Kanal (4; 104) verläuft.

4. Lanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung des ersten Kanals (3; 105) und die Auslaßöffnung des zweiten und des dritten Kanals (4; 104; 103) in zwei Ausgaberichtungen ausgerichtet sind, die außerhalb des Körpers (2; 102) zusammentreffen.

5. Lanze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgaberichtungen sich in einem Winkel zwischen 30º und 40º schneiden.

6. Lanze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgaberichtungen sich in einem Winkel von 35º schneiden.

7. Lanze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (9, 10; 113, 114) zum Zirkulieren des Kühlmittels einen an die Innenhaut des Körpers (2; 102) angrenzenden Abgabebereich (9; 113) und einen in dem Abgabebereich liegenden Rückführbereich (10; 114) enthält.

8. Lanze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3, 4; 103, 104, 105) aus in den Körper (2; 102) eingeführten röhrenförmigen Körpern bestehen.