DE2343470C2

DE2343470C2 - Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben an Schachtöfen, insbesondere Hochöfen

Info

Publication number: DE2343470C2
Application number: DE2343470A
Authority: DE
Inventors: Ernest Küntziger; Nicolas Assende Lemmens
Original assignee: Anciens Etablissements Paul Wurth SA
Current assignee: Paul Wurth SA
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1984-03-22
Also published as: GB1431401A; FR2198629A5; ZA735863B; ATA730873A; DE2343470A1; JPS5757526B2; IT998535B; AU5998673A; AT335489B; LU65998A1; JPS49101093A; CA997943A; BE804410A; US3888123A; ES418235A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben an Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Diese Vorrichtung befindet sieh in Ruhestellung außerhalb des Hochofens und wird zur Entnahme der Gasproben (Arbeitsstellung) in die Hochofenbeschikkung eingeführt.

Die Entnahme von Reduktionsgasproben aus dem Hochofen und die Kenntnis deren chemischer Zusammensetzung werden in Zukunft zur Steuerung des Hochofenprozesses im Hinblick auf einen optimalen Ofengang immer mehr von ausschlaggebender Bedeutung sein. Um aussagekräftige, reproduzierbare Meßwerte zu erzielen, ist es üblich, die Gasproben in der Hochofenbeschickung zu entnehmea

Es ist bekannt, die erwähnten Gasproben mittels Sonden aus dem Hochofen zu entnehmen. Hierbei gelangen entweder starr im Hochofen angeordnete oder bewegliche, von außen in den Hochofen radial eingeführte Sonden zum Einsatz. Desweiteren ist eine Sondenanlage bekannt, weiche einen quer durch die

ίο Hochofenbeschickung von Wand zu Wand verlaufenden Querbalken begreift, welcher als Träger eines verschiebbaren Sondenkopfes zur Entnahme der Gasproben dient.

Es ist weiterhin bekannt, siehe DE-AS 19 28 629, bei Schachtöfen Proben zu entnehmen, und Temperatursowie Gasdruckmessung vorzunehmen, mittels endlos umlaufenden Rollenketten, wobei diese entsprechend dem Außenumfang der Meßlanze konkav ausgesparte Klemmstücke aufweisen.

Hier ergibt sich der Nachteil, daß bei den gradlinigen Einführungen der MeBIanze sich unter der eigentlichen Sonde materialloser Raum bildet, der zu einer Fälschung des Meßergebnisses führt.

Die starr im Hochofen angeordneten Gassonden wirken sich meistens wegen ihrer durch die Arbeitsweise erforderten aufwendigen Ausführungen störend auf den Hochofen-Materialfluß an der Stelle der Gasprobenentnahme aus.
Die beweglichen Sonden umfassen einen Sondenstutzen, welcher an ihn.-m, in den Hochofen hineinragenden Ende angeordnet ist Durch diesen Sondenstutzen wird das Reduktionsgas in den Sondenkanal eingesaugt und zwecks einer später erfolgenden chemischen Analyse an einen Auffangbehälter außerhalb des Hochofens weitergeleitet. Ein außerhalb des Hochofens angeordneter Antrieb bewegt die Sonde in horizontaler Richtung in bzw. aus dem Hochofen. Zur Entnahme von Gasproben an verschiedenen Ofenradien wird die Sonde stufenweise zu den verschiedenen Punkten gefahren. Jedoch kann

■Ό hierdurch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Entnahmen von Gasproben nicht vermieden werden. Durch diese Zeitspanne zwischen den einzelnen Proben kann kein aussagekräftiges, reproduzierbares Gasbild im Hochofen erzielt werden, da eine prozeßbedingte Veränderung des Gases die Meßwerte während der Probenahmen verfälschen kann. Desweiteren erhöht sich durch die lange Verweilzeit der Sonde im Hochofen die Möglichkeit eir,er Beschädigung der Sonde durch Überhitzen der Sonde und ein Stürzen der Beschickung.

■>" In manchen Fällen geht die Sonde selbst verloren. Aus diesem Grunde sind die bekannten einführbaren Sonden meistens mit relativ großen Durchmessern ausgeführt, um ihren Widerstand gegen die starken Temperatur- und Knickbeanspruchungen zu erhöhen. Hierdurch

« treten dann wiederum dieselben Nachteile, wenigstens während den Messungen, wie bei den festeingebauten Sonden auf.

Was die auf einem im Ofen angeordneten Querbalken verschiebbare Sonde anbelangt, so weist sie neben den

w> äußerst aufwendigen Anbauten am Ofen, die platzraubend für die anderen wichtigen Bedienungsvorrichtungen sind, die Nachteile der beiden vorher angeführten Ausführungsarten der Sonden auf.

Die am geeignetsten erscheinende bekannte Ausfüh-

^&ί> rungsart begreift eine Sonde zur Entnahme von Gasproben, welche kontinuierlich in radialer Richtung in die Beschickung des Schachtofens, insbesondere des Hochofens, ein- und ausgefahren wird, welche mit einer

Anzahl von Entnahmeöffnungen entlang ihrer Längsachse versehen ist, die jeweils mit einer Leitung verbunden sind, welche die Entnahme von Gasproben an mehreren Stellen über den Ofendurchmesser gestatten. Solche Meßsonden sind beispielsweise in dem US-Patent 32 40 069 und in der deutschen Auslegeschrift 15 33 829 beschrieben. Sie gestatten die gleichzeitige Entnahme von Gasproben an mehreren Stellen des Ofenquersch.iitts, welches die Verweilzeit der Sonde im Ofen zur Messung wesentlich herabsetzt Die vorliegende Erfindung betrifft diese Sondenart

Man hat nun festgestellt, daß, obwohl die Zeit welche zur Messung benötigt wird, wesentlich verkürzt wurde, diese Sonden stets noch eine relativ lange Zeitspanne brauchen, um in die Beschickung des Ofeas ein- und '⁵ ausgefahren zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem der schnellen Ein- und Ausführung einer Gasentnahmesonde in die Ofenbeschickung zu lösen, wobei die Sonde zur Gasprobenentnahme radial in und aus dem Ofen gefahren wird, und zwar in einer Weise-, daß die in die Ofenbeschickung eingeführte Ga*entnahmeeinrichtung es gestattet, ein aussagekräftiges Gesamtbüd des Reduktionsgases im Ofen ohne Störung des Ofenganges zu ermitteln, und die Nachteile an den bestehenden Anlagen weitgehendst zu beheben, dies insbesondere, um die gesamte Verweilzeit der Sonde im Ofen wesentlich he rabzusetzen.

Dieses bestehende Problem wird allgemein als von großer Bedeutung angesehen, und mehrere Vorschläge zu dessen Lösung wurden bisher unterbreitet. So sieht die deutsche Auslegeschrift 15 33 829 vor, der Sonde eine Rotationsbewegung beim Einführen zu verleihen oder auch das äußere Ende der Sonde auf Führungsrollen zu lagern und ihre Verschiebung mittels eines hydraulischen Zylinderkolbenantriebs vorzunehmen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sonde mit einem Vibrator ausgestattet ist Dieser Vibrator wirkt während der Verschiebungsbewegung der .sonde auf diese ein. Hierdurch wird das Ein- und Ausfahren der Sonde in die Beschickung des Ofens sehr wesentlich erleichtert und die Verweilzeit der Sonde im Ofen zur Entnahme der Gasproben beträchtlich verringert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine weitere Verbreitung des Grundgedankens der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Anmelderin zur Lösung des anstehenden Problems, eine Sondenkonstruktion vorschlägt, die eine wirksame Wasserkühlung ⁵ⁿ und trotz geringer Ausmaße eine große Steifheit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Sonde eine Anzahl von Rohrleitungen umfaßt, die innerhalb eines äußeren zylindrischen Schutzrohrs um ein zentrales Rohr angeordnet sind, wobei diese Rohrleitungen mit " den im Mantel des äußeren Schutzrohres angebrachten Öffnungen in Verbindung stehen, um die gleichzeitige Gasentnahme an mehreren Stellen entlang der Sonde zu gestatten. Ein Wasserumlauf wird zwecks Kühlung der Sonde im zentralen Rohr und in dem freien Raum zwischen dem zentralen Rohr und der äußeren Schutzhülle, welche nicht von den Rohrleitungen besetzt ist, aufrechterhalten.

Diese erfindungsgemäße Konstruktion, welche zwei konzentrisch angeordnete Rohre umfaßt, deren Zwischenraum durch eine Anzahl Rohrleitungen weitgehend aufgefüllt ist. die die Gasentnahmeproben einem Analysator zuführen, gewährleistet die Steifheit der Sonde bei möglichst geringen Abmessungen. Die Verschiebungsbewegung der Sonde in der Ofenbeschikkung wird dadurch wesentlich erleichtert.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben in bezug auf die Zeichnungen, worin

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Sondenanlage darstellt;

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Sonde zeigt; und F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein Gasführungsrohr gemäß Fig. 2ist

Gemäß Fig. 1, welche einen Längsschnitt durch die Sondenanlage zeigt wird eine Sonde 2 in horizontaler Richtung in den Hochofen 4 eingeführt In Ruhestellung (ausgezogener Stellung) befindet sich die Sonde 2 auf einem Gleit- bzw. Führungsblock &, der auf einer Arbeitsbühne angeordnet ist Auf dem, dem Hochofen 4 entgegengesetzten Ende des Führungsblocks 6 ist ein Stellmotor 8 befestigt, welcher über beispielsweise eine endlose Kette (in der Fig.! nicht dargestellt) mit der Sonde 2 verbunden ist und die Sonde 2 in horizontaler Richtung bewegt

Weiterhin ist die Sonde versehen mit einem pneumatischen oder hydraulisch betriebenen Vibrator 10. Die erzeugten Vibrationen werden dem durch den Stellmotor 8 hervorgerufenen Zug bzw. Druck auf die Sonde 2 überlagert und begünstigen weitgehend die Bewegung der Sonde 2 in der Hochofenbtschickung.

Ein Abschlußventil 12 an der Hochofenwand 14 wird zum Einführen der Sonde 2 geöffnet und ist in Ruhestellung dei Sonde 2 geschlossen. Beim Abdichten des Hochofeninnern gegenüber der Außenatmosphäre bei eingeführter Sonde 2 ist das Ventil 12 mit einer Labyrinthdichtvorrichtung versehen.

Da erfindungsgemäß mit Hilfe der Sonde 2 gleichzeitig mehrere Gasproben an verschiedenen Ofenradien in der Beschickung entnommen werden sollen, um kein verfälschtes Gasbild zu erhalten, ist die Sonde 2, so wie in F i g. 2 dargestellt, mit einer gewissen Anzah; Öffnungen 18,20,22,24,26,28,30,32 und 34 an ihrem zylinderförmigen Schutzrohr 16 versehen. Die Anzahl der Öffnungen 18 bis 34 3ntsp/icht der gewünschten Anzahl der entnommenden Gasproben an den verschiedenen Hochofenradien. An jede öffnung 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 ist ein Gasführungsrohr 36 bzw. 38 bzw. 40 bzw. 42 bzw. 44 bzw. 46 bzw. 48 bzw. 50 bzw. 52 angeschlossen. Diese Gasführungsrohre 36 bis 52 sind auf der Innenseite des Schutzrohrs 16 verteilt und werden durch ein konzentrisch zum Schutzrohr 16 verlaufendes und zentral geführtes Stützrohr 54 in ihrer jeweiligen Lage gehalter Da sämtliche Gasführungsrohre 36 bis 52 parallel zum Schutzrohr 16 bzw. zum Stützrohr 54 verlaufen, sind die Öffnungen 18 bis 32 über das Schutzrohr 16 längsverschoben und winkelversetzt und stehen senkrecht zu den zugehörigen Gasführungsrohren 36 bis 52.

Sämtliche Gasführ^ngsrohre 36 bis 52 sind an einer außerhalb des Hochofens 4 vorgesehenen Verteileranlage 56 (Fig. 1) angeschlossen, von wo aus die verschiedenen Gasproben gleichzeitig übe.- getrennte Leitungen an Auffangbehälter weitergeieitet werden.

Um einer Beschädigung durch Erhitzen der Sonde 2 im Hochofen 4 vorzubeugen, wird die Sonde 2 ■vassergekühlt Der Kühlwasservorlauf geschieht bis zur Sondenspitze durch den Hohlraum 58, welcher durch die Gasführungsrohre 36 bis 52, durch das Schutzrohr 16

und das Stützrohr 54 abgegrenzt ist. Der Rücklauf des Kühlwassers findet durch das Innere 60 des Stützrohres 54 statt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel geschieht die Kühlwasserzufuhr durch das Innere des Stützrohres 54 und die Rückfuhr durch den Hohlraum 58. Hierdurch wird eine besonders günstige Kühlung der Sondennase erreicht.

Während in dem oben angeführten Ausführungsbeispiel sämtliche Gasführungsrohre 36 bis 52 parallel zueinander angeordnet und die GaseinlaBöffnungen winkelverstellt über den gesamten Umfang des Schutzrohrs 16 verteilt sind, so sind gemäß einer weiteren Ausführungsform die GaseinlaBöffnungen nur längsverschoben zueinander und nicht mehr winkelverstellt. Hierbei werden die Gasführungsrohre 36 bis 52 verdrillt zueinander um das Stützrohr 54 angeordnet.

Die erste Ausführungsform, welche die geraden Gasführungsrohre umfaüt, besitzt den Vorteil, daö sie auf sehr einfache Weise hergestellt werden kann. In der *> zweiten Ausführungsform hingegen liegen sämtliche Gaseinlaßöffnungen auf derselben Ebene.

Gemäß F i g. 3, welche einen Längsschnitt durch eines der Gasführungsrohre und durch die zugehörige Einlaßöffnung 18 zeigt, ist das Gasführungsrohr 36 -'5 annähernd auf Höhe der Einlaßöffnung 18 geschlossen. Ferner ist im Gasführungsrohr 36 ein Thermoelement 62 vorgesehen, welches vom Gas umflossen wird und die Temperatur von letzterem an ein Anzeigegerät weiterleitet. Wegen der verhältnismäßig kurzen Ver- Jo weilzeit der Sonde 2 im Hochofen 4 soll das Thermoelement 62 schnell ansprechen.

Um das Gasbild im Hochofen zu vervollständigen, kann außerhalb des Hochofens ein Gasdruckanzeiger bzw. Aufzeichengerät an jedes einzelne Gasführungs- J5 rohr angeschlossen werden. So werden auf den verschiedenen Ofenradien die chemische Zusammensetzung, die Temperatur und der Druck des Reduktionsgases ermittelt. Diese Meßwerte können zur Steuerung des gesamten Hochofenprozesses verwendet werden.

Zur Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Sonde sei gesagt, daß vor der Einführung der Sonde 2 in den Hochofen 4 das Ventil 12 beispielsweise hydraulisch geöffnet wird. Während des Einführens der Sonde 2 mit Hilfe des Stellmotors 8 und des Vibrators IO wird Preßluft durch das Verteilerventil 56 in die Gasführungsrohre 36 bis 52 eingeschleust, zur Freihaitung der öffnungen während des Einfahrvorganges der Sonde. Das Einführen der Sonde 2 bis in ihre Arbeitsstellung dauert meistens nicht langer als 15 Sekunden. Die Preßluftzufuhr wird nun zu den Gasführungsrohren abgeschaltet, und Reduktionsgas fließt nun durch die Gasführungsrohre zum Verteilerventil 56. Da sich noch Restmengen an Preßluft in den Gasführungsrohren befinden, wird dieses Reduktionsgas-Preßluft-Gemisch vorerst in die Atmosphäre abgeblasen, bevor das Reduktionsgas in die bereitstehenden Auffangbehälter geleitet wird. Zur Durchführung dieses gesamten Vorgangs wird eine Zeitspanne von annähernd 30 Sekunden benötigt. Das hierauf erfolgende Herausziehen der Sonde aus dem Hochofen nimmt weitere 15 Sekunden in Anspruch, so daß mit einer Gesamtarbeitszeit zur Entnahme der Proben von einer Minute gerechnet wird. Diese Zeitspanne wird im Normalfalle nicht überschritten. Neben diesem prozeßtechnischen und zeitlichen Vorteil sei noch hervorgehoben, daß die einfache Bauart der Sotiile sehr geringe Abmessungen zuläßt. So kann der äußere Durchmesser des Außenmantels 16 in einem Ausführungsbeispiel auf 60,3 mm beschränkt werden. Der geringe Durciimesser der Sonde stört keinesfalls das Reduktionsgasbild und verfälscht die Meßwerte nicht.

Um die Verschiebungsbewegung der Sonde in der Ofenbeschickung zu erleichtern, ist es von Vorteil, einen ähnlichen Vibrator anzuwenden wie diejenigen die bei Schls^bGhriTtSSchinen Q^igr Abljsuhüniniern zur Anwendung kommen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben an Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, welche eine Sonde begreift, die radial in den Ofen ein- und ausgefahren wird, und über ihrer Längsachse mit einer Anzahl Öffnungen versehen ist, die jeweils mit einer Leitung verbunden sind zwecks gleichzeitiger Entnahme von Gasproben an mehreren Stellen über den Ofendurchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) mit einem Vibrator (10) ausgestattet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) eine Anzahl Gasführungsrohre begreift, die innerhalb eines äußeren, zylindrischen Schutzrohrs (16) um ein hierzu konzentrisches zentrales Rohr (54·) angeordnet sind, wobei die einzelnen Gasführungsrohre (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 und 52) jeweils mit einer Öffnung (18, 20, 22, 34, 26, 28, 30, 32 und 34) in Verbindung stehen, die an dem Mantel des äußeren Schutzrohres (16) angebracht ist, um die Entnahme von Gasproben zu ermöglichen, und daß im zentralen Rohr (54) und im freien Zwischenraum zwischen dem zentralen Rohr und dem zylindrischen Schutzrohr, der nicht von den Rohrleitungen, belegt ist (58), ein Kühlwasserumlauf aufrechterhalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gasführungsrohr (36,38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 und 52) mit einem Thermoelement (62) versehen ist zur Aufzeichnung der Temperaturen der jeweilig-".n Gasprobe.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gasf hrungsrohr an ein Manometer angeschlossen ist zur Angabe des Gasdrucks an der Probenentnahmestelle.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Gasführungsrohre (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 und 52) parallel zueinander verlaufen, wodurch die Gaseinlaßöffnungen (18, 20, 22, 24, 26, 128, 30, 32 und 34) winkelverstellt und in ihrer Längsrichtung verschoben zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungsrohre (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 und 52) verdrillt zueinander angeordnet sind, wodurch sämtliche Gaseinlaßöffnungen (18,20,22,24,26,28,30,32 und 34) auf einer Ebene liegen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) einen maximalen Durchmesser von 603 mm besitzt.