DE3622255C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen von Verbrennungsvorgängen in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Verbrennungsvorgängen in einem Ofen, insbesondere einem Hochofen, einem Schachtofen oder einem Reduzierofen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zum Überwachen der Temperaturverteilung und zur Entnahme von Gasen und Schmelzen aus einem Strömungsbereich in Nachbarschaft zu einer Blasform des Ofens geeignet ist.

Es ist seit langer Zeit erwünscht, das Verhalten von Schmelzen in der Nähe der Blasformen oder in einem Aufschmelzbereich in metallurgischen Öfen, wie Hochöfen, Schachtöfen, Reduzieröfen usw. zu überwachen, um die Ursache des Abschmelzens der Blasformanordnung und der Bildung von Ansammlung von Metallschmelze vor der Blasform zu ergründen.

Das ist insbesondere notwendig zu einer wirkungsvollen und wirksamen Steuerung der Zusammensetzung von Roheisenschmelze. Bei einem in jüngster Zeit entwickelten Verfahren wird Eisenerz und feingemahlener Koks durch die Blasform in den Ofen eingeführt. Diese durch die Blasform eingeführte Ladung reagiert mit der durch das Koksgrüst herabtropfenden Roheisenschmelze und ändert so deren Zusammensetzung. Die Zusammensetzung der Roheisenschmelze kann durch Analyse der Vorgänge und der Geschwindigkeit der Reaktion der eingeblasenen Beladung mit der Roheisenschmelze gesteuert werden. Zu diesem Zweck ist es nötig, die Temperaturen der Schmelze zu messen und Proben von ihr und dem Gas nicht nur in dem Einströmungsbereich, sondern auch im Zentralabschnitt des Ofens, der mit Koks gefüllt ist, zu entnehmen.

Nun befindet sich aber der Zentralbereich bei arbeitendem Ofen bei einer sehr hohen Temperatur, so daß eine entsprechend große thermische Belastung vorliegt. Dadurch und durch die Anwesenheit der Koksmasse selbst ist es immer schwierig, eine Fühlersonde in den Zentralbereich des Ofens bei arbeitendem Ofen einzusetzen.

Eine Strömungsbereichssonde zum Überwachen der Zusammensetzung und der Temperatur des Gases in dem Strömungsbereich wird in der JA-A-58-16 005 und der JA-U-59-0 28 027 beschrieben. Bei diesen erwähnten japanischen Veröffentlichungen enthält die Strömungsbereichs-Sonde eine wassergekühlte Röhre, die in den Strömungsbereich in der Nähe einer Blasform des Ofens eingesetzt wird, um die Zusammensetzung und Temperatur des Gases zu überwachen. Die Sonde wird durch ein in den Ofen eingesetztes Blasrohr hindurch durch die Blasform zur Überwachung der Temperatur, der Gaszusammensetzung usw. eingeführt. Die Sonde muß, um erfolgreiche Überwachung durchführen zu können, mehr als 3 m lang sein. Der Innendurchmesser dieses Blasrohres beträgt etwa 150 mm. Damit ist die Ausrichtung der Sonde auf das Gebiet in der Nähe der Achse des betreffenden Blasrohres begrenzt, d. h. sie liegt im wesentlichen radial. Dadurch wird der Überwachungsbereich stark begrenzt. Da die Sonde beim Einsetzen durch das Blasrohr zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge die freie Querschnittsfläche dieses Blasrohres einengt, wird genau im überwachten Bereich eine Änderung der Strömungs- und Verbrennungsvorgänge herbeigeführt.

Um diese schädliche Auswirkung auf den freien Querschnitt des Blasrohres zu verringern, könnte man den Außendurchmesser der Sonde auf etwa 50 mm verkleinern. Jedoch wird dadurch die Steifigkeit der Sonde nicht mehr ausreichen, um sicherzustellen, daß die Sondenspitze den Zentralbereich des Ofens erreicht. Außerdem ist die Sonde im Blasrohr sehr hohen Temperaturen von z. B. 1000°C bis 1300°C unterworfen. Demzufolge kann die Sonde ungefähr die Hälfte der gesamten thermischen Gesamtbelastung im Glasrohr aufnehmen. Dadurch wird ein Wasserkühlrohr mit sehr hoher Kapazität nötig. Wenn beispielsweise die thermische Belastung verdoppelt wird, muß die Kapazität des Wasserkühlrohres ebenfalls verdoppelt werden, um das Durchströmen der doppelten Kühlwassermenge zuzulassen.

Es kann dabei auch nicht außer Acht gelassen werden, wenn man die Genauigkeit der Überwachung betrachtet, daß die Anwesenheit der Sonde und der Überwachungsvorgang selbst die Verbrennungsbedingungen an der untersuchten Stelle beträchtlich ändern.

Wie leicht einzusehen ist, liegt der Nachteil dieser bekannten Sonde darin, daß die Sonde innerhalb des im Betrieb befindlichen Blasrohres sitzt. Deswegen könnten die Nachteile der üblichen Sonde beseitigt werden, wenn diese auf irgendeine Weise in den Ofen eingeführt werden kann, ohne das Blasrohr zu durchlaufen.

Diesbezüglich wurde ein verbessertes Überwachungssystem für Verbrennungsvorgänge in der japanischen Patentanmeldung 59-69 217 beschrieben, die vom gleichen Anmelder eingereicht wurde und inzwischen als JA-A-6 02 13 845 erschienen ist. Bei dieser vorgeschlagenen Überwachungssonde ist jedoch ein ziemlich komplizierter und damit sehr teurer Aufbau erforderlich.

Aus der DE-OS 29 38 167 ist bekannt, den Abstand der Mündung eines Lufteinlaßrohrs von einer dieser gegenüberliegenden Hochofenwand durch das Lufteinlaßrohr mittels eines vor einem Fenster des Lufteinlaßrohrs angeordneten Abstandmessers zu erfassen.

Aus dem Artikel "Untersuchung der Bewegungsvorgänge vor den Blasformen eines Hochofens mit dem Endoskop" Stahl und Eisen 94 (1974) Nr. 12, Seiten 533 bis 539 ist weiterhin bekannt, zur optischen Beobachtung der vor den Blasformen eines Hochofens ablaufenden Vorgänge ein Endoskop zu verwenden, welches bis vor den Blasformrüssel in den Hochofen ein­ geführt wird.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Verbrennungszuständen in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, zu schaffen, die sehr wirksam und einfach sind, einen breiten Überwachungsbereich mit hoher Genauigkeit aufweisen und den überwachten Verbrennungsbereich möglichst wenig stören.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 12.

Somit werden die Verbrennungsvorgänge in dem Ofen durch eine Sonde überwacht, die schräg zur Achse des zugehörigen Blasrohres liegt. Zu diesem Zweck wird die Sonde durch eine abgeänderte Blasform in den Ofen eingesetzt, die eine die Sonde aufnehmende und in das Innere des Ofens zulassende Durchgangsöffnung besitzt, die ein Einführen der Sonde in schräger Ausrichtung zu dem zugehörigen Radius, der durch die Mitte der Blasform geht, zuläßt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge in einem Ofen eine abgeänderte Blasform des Ofens vor einem Kühlmantel, die eine Durchgangsöffnung bestimmt, die sich schräg zu einem durch die Mitte dieser Blasform gehenden Radius des Ofens erstreckt, und eine Sonde erstreckt sich durch diese Durchgangsöffnung in das Innere des Ofens quer über einen Strömungsbereich, zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge im Ofen, und es ist ein Antriebsmechanismus vorgesehen, um die Sonde in den Ofen einzuschieben bzw. sie aus dem Ofen herauszuziehen.

Vorzugsweise erlaubt die Schrägstellung der Durchgangsöffnung in der abgeänderten Glasform ein Durchfahren der Sonde durch einen Strömungsbereich, der um eine benachbarte Glasform gebildet ist.

Der Antriebsmechanismus enthält eine Stütze für die Sonde und Kühleinrichtungen für diese. Die Stütze umfaßt eine einen Kühlwasserweg in sich bestimmende Rohrhülse und läßt die Sonde in Axialrichtung durchtreten, sowie ein die Sonde dichtend abstützendes Dichtrohr.

Es kann ferner eine Halterung zum abnehmbaren Befestigen der abgeänderten Blasform an ihrem Platz vorgesehen sein.

Die Rohrhülse kann mit einem Blasrohr in Verbindung stehen, durch welches Luft mit einer bestimmten Geschwindigkeit geleitet wird, um diese durch die Blasform in den Ofen einzuführen. Das Blasrohr ist dann mit einer Einrichtung versehen, die eine Versetzung des Blasrohres in einer senkrecht zu seiner Achse stehenden Richtung verhindert, jedoch eine Axialversetzung zuläßt. Das Blasrohr ist mit einer Luftquelle über ein Abzweigrohr verbunden, das Abschnitte besitzt, die Axialversetzungen des Blasrohres zulassen.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Überwachen von Verbrennungsvorgängen in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, bei dem ein Durchlaß für eine Sonde in einer Blasform bestimmt wird, deren Achse schräg zu einem durch die Blasform gehenden Radius des Ofens liegt und einen in der Nähe einer benachbarten Blasform ausgebildeten Strömungsbereich durchschneidet, bei dem die Sonde durch den Durchlaß durch den Strömungsbereich zu einem Zentralbereich des Ofens zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge vorgeschoben wird.

Dabei kann die Sonde während des Einschiebens der Sonde in den Ofen bzw. des Herausziehens der Sonde aus dem Ofen gekühlt werden.

Erforderlichenfalls kann Luft in den Ofen durch den Durchlaß eingeblasen werden, wobei der Luftstrom in den Ofen ausreichend hoch ist, um Metallschmelze am Austreten durch die Blasform zu hindern.

Der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläuert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Hauptteil der bevorzugten Ausführung der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung der Beziehung zwischen der thermischen Belastung der Sonde der Überwachungsvorrichtung und der erforderlichen Geschwindigkeit des Kühlwassers,

Fig. 4 eine schematische Darstellung von Meßergebnissen, die mit der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1 und 2 erzielt wurden,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführung einer abgewandelten Blasform, in die die Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1 und 2 eingesetzt ist,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung,

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 des Hauptteils der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Heißluft-Einführung, die bei einer weiteren Abwandlung der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 6 eingesetzt ist, und

Fig. 9 einen Schnitt durch eine modifizierte Heißluft- Einführung.

In der Fig. 1 wird die bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge gezeigt, die allgemein eine Sonde 10 und einen Antrieb 12 für die Sonde umfaßt. Die Sonde 10 wird durch eine Rohrhülse 14 und eine abgeänderte Blasform 16 abgestützt. Die Rohrhülse 14 ist mit einem Dichtrohr 18 verbunden. Das Dichtrohr 18 ist an einem Grundrahmen 20 mit Befestigungslaschen oder -klammern 22 angebracht. Zum Einsetzen der Sonde 10 bis in den Zentralbereich eines beladenen Ofens 24, beispielsweise eines Hochofens, eines Schachtofens, eines Reduzierofens oder dergl., ist eine Kraft von etwa 49,03 × 10³ bis 294,2 × 10³ N (5 bis 30 Tonnen) erforderlich. Deshalb wird der Grundrahmen 20 an einem eine Blasform 28 umgebenden Metallrahmen 26 über eine Ableitstütze 30 befestigt, die die Reaktionskraft beim Einsetzen der Sonde in den Ofen 24 aufnimmt.

Die Sonde 10 reicht durch die Rohrhülse 14 und das Dichtrohr 18 hindurch und ist an ihrem äußeren Ende an einem Träger 32 befestigt. Die Sonde 10 wird durch einen weiteren Träger 34 abgestützt, der zwischen diesem äußeren Sondenende und dem vom Ofen abliegenden Ende des Dichtrohres 18 liegt. Die Träger 32 und 34 werden durch eine Antriebskraft in Bewegung gesetzt, die über eine um Kettenräder 38 und 40 gewundene Antriebskette 36 übertragen wird. Das Kettenrad 40 wird durch die Antriebseinrichtung, z. B. einen Motor, über ein übliches Leistungsgetriebe in Bewegung gesetzt. Die über die Antriebskette 36 übertragene Antriebskraft verschiebt die Sonde 10 an dem Grundrahmen 20 in den Ofen hinein bzw. holt ihn aus diesem zurück.

Es ist einzusehen, daß statt des gezeigten Kettenantriebssystems auch die Benutzung von einem oder mehreren selbstantreibenden Trägern möglich ist. Zusätzlich kann der Zwischenträger 34, der den Mittelabschnitt der Sonde 10 abstützt, auch durch eine einfache Stützklammer ersetzt werden. Es kann auch ein Hydraulikzylinder zum Antreiben des Trägers verwendet werden. In diesem Fall kann der Hydraulikzylinder direkt den Träger betätigen.

Wie bekannt ist, läuft eine große Menge von Roheisen- und Schlacken-Schmelze durch die mit Koks gefüllten Abschnitte des Ofens nach unten herab, d. h. durch die Abschnitte außerhalb der Einströmungsbereiche für die zugeblasenen Gase. Deshalb ist die Sonde 10, wenn sie in diesen Teil des Ofens eingesetzt wird, sehr strengen und schädlichen Bedingungen unterworfen, wodurch die Kanten der Sonde ausbrechen oder Teilchen aus Schlacke oder Eisen an der Umfangsfläche der Sonde anhängen können. Um eine vollständige Abdichtung auch unter derart harten Bedingungen sicherzustellen, wird das Dichtrohr 18 länger gewählt, als es der Länge der in den Ofen eingesetzten Sonde entspricht. Dadurch wird wiederum eine längere Sonde und ein Träger mit erhöhtem Laufweg erforderlich. Deswegen wird eine Antriebskombination aus Hydraulikmotor und Antriebskette bevorzugt bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge eingesetzt, damit in der Auswahl der Sondenlänge und des Sondenlaufweges größere Freiheit herrscht.

Fig. 2 zeigt die Sonde 10, wie sie in den Ofen durch die Blasform 16 eingesetzt wird. Die in Fig. 2 gezeigte bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge ist z. B. bei einem Hochdruck- Schachtofen mit einem Innenraum von 3000 m³ eingesetzt. In diesem Ofen sind die Blasformen 28a, 28b und 28c jeweils mit regelmäßigen Winkelabständen β von 11° 15′ angeordnet. Um die Blasformen 28 liegt ein Einströmungs- oder Strömungsbereich (raceway region) 42 bis zu einer radialen Tiefe von etwa 1,3 m.

Die Sonde 10 wird durch die Blasformstelle 28b zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge in dem Strömungsbereich 42 eingesetzt. Eine in dieser Blasformstelle 28b angebrachte abgewandelte Blasform 16 ist besonders dazu ausgelegt, die Sonde 10 aufzunehmen und sie schräg zur Achse eines sonst an der Blasformstelle 28b angebrachten Blasrohres 44 hindurchtreten zu lassen. An den Blasformen 28a und 28c sind Blasrohre 46 angebracht. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführung führt das in die Blasform 28a eingesetzte Blasrohr 46 Luft hoher Temperatur in den Ofen ein, um die Verbrennung in diesem zu unterhalten, und erzeugt so den Strömungsbereich 42 um die Blasform 28a. Zu diesem Zweck ist das Blasrohr 46 der Blasform 28a an ein Zweigrohr 48 (Fig. 1) einer Gebläseleitung 50 angeschlossen, die den Ofen umgibt und in der Luft hoher Temperatur umläuft. Das Blasrohr 44 der Blasform 28b ist normalerweise an einem weiteren Zweigrohr 48 angeschlossen, um dort Luft hoher Temperatur zur Aufrechterhaltung der Verbrennung in den Ofen einzuführen, wenn es in Betrieb ist. Um die Überwachung der Verbrennungsvorgänge in dem Strömungsbereich um die Blasform 28a durchzuführen, wird das Blasrohr 44 von dem Zweigrohr 48 in dieser Ausführung abgetrennt. Das diesem Blasrohr 44 entsprechende Abzweigrohr wird durch eine dort angebrachte Abschlußplatte 52 geschlossen (Fig. 1).

Die an der Blasformstelle 28b eingesetzte abgeänderte Blasform 16 besitzt eine Durchgangsöffnung 54, durch die die Sonde 10 hindurchtritt. Die Achse dieser Durchgangsöffnung 54 liegt mit einem Winkel α von z. B. 16° 30′ schräg zur Achse des Blasrohres 44. Die Sonde 10 nimmt genau den gleichen Winkel α zur Achse des Blasrohres 44 ein, da sie sich der Achse der Durchgangsöffnung 54 anpaßt. Die Sonde 10 wird in den Ofen bis zu einer Länge von 3 m durch die Durchgangsöffnung 54 der abgewandelten Blasform 16 hindurchgeschoben.

Bei dieser Anordnung liegen die Rohrhülse 14, das Dichtrohr 18 und der Antrieb 12 längs der Achse der Sonde 10, so daß auch sie einen Winkel von 16° 30′ mit der Achse des radialen Blasrohres 44 bilden.

Es ist dabei zu bemerken, daß die Blasrohre 44 und 46 mittels Federanordnungen 56 an den entsprechenden Blasformen 28a, 28b bzw. 28c befestigt sind. Bei der gezeigten Ausführung dient das noch eingesetzte Blasrohr 44 dazu, die abgeänderte Blasform 16 zu halten. Die Federanordnungen 56 für das Blasrohr 44 besitzen ausreichende Federkraft, um die auf die Blasformbefestigung 16 beim Herausziehen der Sonde 10 aus dem Ofen ausgeübte Gegenkraft zu überwinden. Das durch die Federanordnung 56 vorgespannte Blasrohr 44 hält die abgewandelte Blasform 16 in Richtung Ofen-Innenraum zurück und hält damit die abgewandelte Blasform 16 in gasdichter Anlage an dem Innenumfang eines metallischen Kühlmantels 58.

Das innere Ende der abgewandelten Blasform 16 steht in den Ofen um etwa 250 mm vor, also etwa halb so weit wie die normalen Blasform-Anordnungen 60, die zum Einleiten von Luft hoher Temperatur in den Ofen dienen.

Bei der dargestellten Ausführung wird der Durchmesser D der Sonde 10 im Hinblick auf die Wärmefestigkeit und die Steifigkeit gegen Verbiegungen der Sonde mit 80 mm ausgewählt. Die Sonde 10 wird in den Ofen mit einer Kraft von 127,5×10³ N (13 Tonnen) eingesetzt. Der Durchmesser der Sonde 10 kann entsprechend der Art des Überwachungsvorganges, der Ofengröße usw. ausgewählt werden. Die zum Einstoßen der Sonde 10 in den Ofen erforderliche Kraft ändert sich mit dem Durchmesser der Sonde 10. Die Beziehung zwischen der erforderlichen Kraft P und dem Durchmesser D der Sonde kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:

P = π DL σ tan ⌀

wobei σ die durch die Belastung erzeugte Spannung der Ofenbeladung in N/m²,
tan ⌀ der Reibkoeffizient zwischen der Beladung und der Sonde, und
L die Einsetztiefe der Sonde in m ist.

Der Innendurchmesser der abgeänderten Blasform 16 ist mit 130 mm bestimmt, und andererseits wird der Innendurchmesser der Rohrhülse 14 auf 100 mm festgesetzt, um die Sonde 10 mit 80 mm aufzunehmen. Das Blasrohr 44 wird an den Ofenmantel mit einer Gesamt-Federkraft von 205,9×10³ N (21 Tonnen) durch die drei Federanordnungen 56 (von denen nur zwei in der Zeichnung dargestellt sind) angedrückt.

Die Rohrhülse 14 ist so ausgelegt, daß sie einen Kühlwasserstrom zur Sondenkühlung durchläßt. In gleicher Weise bestimmt die Sonde einen Kühlwasserweg, der an eine Kühlwasserquelle an ihrem äußeren Ende angeschlossen ist, um die Sonde mittels des Kühlwassers kühlzuhalten. Der Kühlwasserstrom hängt von der thermischen Belastung auf die Sonde 10 innerhalb des Ofens ab. Die Beziehung zwischen der thermischen Belastung und dem erforderlichen Kühlwasserstrom kann in Fig. 3 ersehen werden. Da die thermische Belastung auf den Abschnitt der Sonde 10 einwirkt, der bei der gezeigten Ausführung in den Ofen hineinragt, können maximal 3 m Sondenlänge thermisch belastet sein. Unter Annahme einer thermischen Belastung von 418,6 × 10⁹ J/m²h (10×10⁶ kcal/m²hr) wird dadurch der erforderliche Kühlwasserstrom etwa 8 m/s betragen.

Vergleicht man das mit der bei einem üblichen Gerät, wie es in der Beschreibungseinleitung besprochen wurde, erforderlichen Kühlwassergeschwindigkeit, so zeigt sich, daß bei diesem die Sonde sich durch das Blasrohr hindurcherstreckt, durch die Luft hoher Temperatur fließt. Wenn man deswegen annimmt, daß die Sonde in den Ofen mit einer Länge von 3 m eingesetzt ist, und die Länge des Blasrohres 2 m beträgt, so ist ein Abschnitt der Sonde von 5 m Länge thermischer Belastung unterworfen. Wie in Fig. 3 zu sehen, ist in diesem Fall die erforderliche Kühlwassergeschwindigkeit etwa 12 m/s. Eine Erhöhung der erforderlichen Kühlwassergeschwindigkeit erhöht aber auch den Druckabfall über der Rohrhülse. Vergleicht man die erforderliche Kühlwassergeschwindigkeit bei dem bekannten Gerät mit der in dem erfindungsgemäßen Gerät, so zeigt sich, daß der Druckabfall beim bekannten Gerät etwa 2,25mal größer als bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist. Der gemessene Druckabfall bei dem erfindungsgemäßen Gerät beträgt 10,2 bar (10 kg/cm²) und der erforderliche Kühlwasserstrom 33×10³ kg/h. Im Vergleich dazu trat bei dem bekannten Gerät ein Druckabfall von 22,94 bar (22,5 kg/cm²) auf und es war eine Menge von 50×10³ kg/h Kühlwasser nötig. Diese Anforderungen machen den praktischen Einsatz des bekannten Gerätes unmöglich.

Fig. 4 zeigt Ergebnisse von Überwachungsmessungen mit dem dargestellten Überwachungsgerät für Verbrennungsvorgänge erfindungsgemäßer Art. Bei diesen Untersuchungen wurde die Menge der absinkenden Eisenschmelze und die Temperaturverteilung an verschiedenen Stellen im Ofen überwacht und in Fig. 4 aufgetragen.

Ein Zweifarb-Pyrometer mit optischer Faser wurde benutzt, um die Temperaturverteilung im Ofen zu messen. Außerdem wurde ein Schmelzproben-Entnehmer zur Entnahme von Probenschmelzen benutzt, der am inneren Ende der Sonde angebracht war.

Es zeigt sich aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen, daß die Ofentemperatur an Stellen in der Nähe der Ofenwand und im Zentralbereich des Ofens annähernd gleiche Werte angibt. Andererseits ist der Strömungsbereich wegen der dort stattfindenden Verbrennungsvorgänge viel heißer. Relativ wenig Eisenschmelze tropft durch den Strömungsbereich, infolge der Gasströmung in diesem Bereich. Andererseits werden die Maximalgeschwindigkeiten des Abtropfens von Eisen- und Schlackenschmelze an Stellen beobachtet, die direkt an den Strömungsbereich angrenzen.

Es ist dabei zu beachten, daß der zwischen der Sonde und einem zu der Blasformstelle 28b führenden Ofenradius bei der gezeigten Ausführung auf 16° 30′ festgesetzt ist, um den Strömungsbereich und den Zentralabschnitt des Ofens gleichzeitig überwachen zu können. Diese Schrägstellung der Sonde ist jedoch nicht auf den hier angegebenen besonderen Winkel beschränkt.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der bevorzugten Ausführung der erfindungesgemäßen Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge. Bei dieser Abwandlung wird die abgeänderte Blasform 16′ an der Blasformstelle 28 mittels der Rohrhülse 14′ gehalten. Um die abgewandelte Blasform 16′ an ihrer Stelle zu halten, ist die Rohrhülse 14′ mit einer integral ausgebildeten Feder-Haltevorrichtung 60′ versehen.

Die abgewandelte Blasform 16′ ist hier selbst schräg zu einem Ofenradius an dieser Stelle in den Kühlmantel 58 eingesetzt. In diesem Fall dient die Rohhülse 14′ dazu, die Achse der Durchgangsöffnung 54′ und damit die Sonde 10 mit einem bestimmten Winkel schräg zu dem entsprechenden Radius zu halten.

In den Fig. 6 bis 8 ist eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorichtung dargestellt. Bei der nachfolgenden Beschreibung für diese weitere Ausführung der Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge sind Bestandteile, die den in den bereits beschriebenen Ausführungen gleichen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und werden zur Vereinfachung der Beschreibung nachfolgend nicht weiter erläuert.

Bei dieser weiteren Ausführung ist ein Blasrohr 72 in abgewandelter Form vorgesehen, das mit einem Abzweigrohr 48 in Strömungsverbindung steht. Weiter ist, wie in der Figur zu sehen, das Blasrohr 72 mit einer Haltevorrichtung 74 versehen, die durch ähnliche Federanordnungen 56 wie bei der ersten Ausführung zu dem Ofen hin vorgespannt ist. Die Haltevorichtung 74 besitzt einen Durchlaß, der mit dem Innenraum des Blasrohres 72 verbunden ist, um heiße oder aber auch kühle Luft durchzuleiten.

Das Blasrohr 72 ist mit dem Haupt-Gebläserohr über das Zweigrohr 48 in der gleichen Weise wie bei den anderen Blasrohren verbunden, um die hohe Temperatur zur Aufrechterhaltung der Verbrennung in den Ofen einzuführen. Die kontinuierliche Luftströmung entweder von heißer oder kühler Luft macht es nun nicht mehr notwendig, das Zweigrohr abzuschließen, wie es bei der ersten Ausführung erforderlich war, und besondere Maßnahmen zu treffen, um ein Austreten von Schmelze aus der Blasform zu verhindern. Um ein Austreten von Schmelze aus der Blasform zu verhindern, wird eine ausreichende Luftströmung durch das Blasrohr 72 aufrechtzuerhalten, die Koks und andere Materialien von der Blasformöffnung fernhält. Bei einer Blasform mit einer Durchgangsöffnung von 120 mm Durchmesser sollte die Luftströmung durch das Blasrohr 72 etwa 15 m³/min im Normalzustand betragen.

Wenn heiße Luft benutzt wird, tritt eine Versetzung zwischen dem Blasrohr und dem Abzweigrohr 48 infolge der thermischen Ausdehnung auf. Um dies auszugleichen, werden Dehn-Verbindungsstellen 76 bei dem Abzweigrohr 48 verwendet. Um andererseits eine Versetzung des Blasrohres 76 gegenüber der Achse der Halterung 74 zu verhindern, werden Anschlagteile 78 (Fig. 7) eingesetzt. Die Anschlagteile 78 sind mit einem Ende an dem Metallrahmen 26 des Ofens befestigt und tragen am anderen Ende Anlageschrauben 80. Die Anlageschrauben 80 liegen mit Punktberührung am Außenumfang des Blasrohres 72 an, so daß eine Axialversetzung des Blasrohres 72 zugelassen, jedoch eine Radialversetzung verhindert ist.

Fig. 8 zeigt das bei dieser Ausführung verwendete Blasrohr im einzelnen. Es ist hier ein Strömungs-Steuerring 82 in den Luftströmungsweg 84 im Blasrohr 72 eingesetzt. Der Strömungs-Steuerring 82 begrenzt den Luftströmungs-Querschnitt und steuert damit die in den Ofen einströmende Luftmenge. Andererseits kann, wie in Fig. 9 dargestellt, auch ein Strömungs-Steuerventil 86 zur Steuerung des Luftstromes durch das Blasrohr 72 verwendet werden, das in diesem Fall aus Keramik gefertigt wird, um die dort auftretenden hohen Temperaturen auszuhalten.

Bei diesem Aufbau wird dann, wenn keine Überwachung der Verbrennungsvorgänge notwendig ist, die Sonde in die Rohrhülse 70 zurückgezogen. Dann kann das Blasrohr 72 als normales Blasrohr dienen, das die Verbrennung in der Nähe der entsprechenden Blasform unterhält. In diesem Fall sollte die Strömungsmenge der erhitzten Luft entsprechend erhöht werden. Vorzugsweise wird dann die geänderte Blasform so geschwenkt, daß sie die erhitzte Luft ein wenig mehr nach unten richtet, als in der Stellung mit eingesetzter Sonde, um ein Überdecken der Strömungsbereiche zu vermeiden.

Wie sich aus der Beschreibung ergibt, ist es durch diese Erfindung möglich, wirksam und genau Messungen und Überwachungen der Verbrennungsvorgänge im Ofen durchzuführen.

Zwar wurde bei der Beschreibung der Meßvorgänge nur die Temperaturmessung im Ofen und das Entnehmen von Schmelzenproben beschrieben, jedoch ist leicht einzusehen, daß auch verschiedene andere Arten von Informationen mit der Überwachungsvorrichtung erhalten werden können. Z. B. kann die Verteilung der Schlacke, die Zusammensetzung der Roheisenschmelze an verschiedenen Stellen des Ofens mit Hilfe dieser Überwachungsvorrichtung gemessen werden.

Claims (15)

1. Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Blasform (28b) des Ofens in der Weise durch eine abgeänderte Blasform (16; 16′) ersetzt ist, daß in dieser eine sich schräg zu einem durch die Mitte der Blasform erstreckenden Radius des Ofens verlaufende Durchgangsöffnung (54; 54′) bestimmt ist,
daß eine sich durch die Durchgangsöffnung (54; 54′) in das Innere des Ofens erstreckende Sonde (10) zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge vorgesehen ist, und daß ein Antriebsmechanismus (12) zum Einschieben der Sonde (10) in den und zum Zurückziehen derselben aus dem Ofen vorgesehen ist.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (54, 54′) durch die geänderte Blasform (16) der Sonde (10) das Durchfahren eines um eine benachbarte Blasform (28a) gebildeten Strömungsbereiches (42) erlaubt.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus (12) eine Abstützung (18) für die Sonde und Mittel (14) zum Abkühlen der Sonde enthält.

4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung eine Rohrhülse (14, 70) mit darin bestimmtem Kühlwasserweg umfaßt, die den Durchtritt der Sonde (10) in Axialrichtung zuläßt, und ein dichtend die Sonde abstützendes Dichtrohr (18).

5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung (44, 56, 60) zum lösbaren Befestigen der abgeänderten Blasform (16, 16′) vorgesehen ist.

6. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse (70) in Verbindung mit einem Blasrohr (72) steht, durch welches Luft mit einer bestimmten Geschwindigkeit geführt wird, um so Luft durch die geänderte Blasform (16) in den Ofen einzuführen.

7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Blasrohr Einrichtungen (78, 80) vorgesehen sind, die eine Versetzung des Blasrohres (72) in einer Richtung senkrecht zu einer Achse beschränken, jedoch eine Axialversetzung zulassen.

8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blasrohr (72) über ein Luft-Zuführrohr (48) mit einer Luftquelle (50) verbunden ist, wobei das Luft-Zuführrohr mindestens einen axiale Versetzung des Blasrohrs (72) zulassenden Abschnitt (76) versehen ist.

9. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Öffnung (54) in der geänderten Blasform (16) der Sonde (10) ein Durchfahren eines um eine benachbarte Blasform (28a) gebildeten Strömungsbereiches (42) erlaubt.

10. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenstütze (18) eine Rohrhülse mit darin bestimmtem Kühlwasserpfad umfaßt und zuläßt, daß die Sonde (10) axial hindurchtritt, und eine dichtend die Sonde (10) abstützendes Dichtrohr (18).

11. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiter eine Halteeinrichtung (72, 74) vorgesehen ist, die die abgeänderte Blasform (16) abnehmbar an ihrem Einsatzort hält.

12. Verfahren zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaß für eine Sonde (10) an einer Blasformstelle (28b) bestimmt wird, wobei die Achse des Durchlasses (54) schräg zu einem durch die Blasformstelle (28b) hindurchtretenden Radius des Ofens liegt, so daß diese einen in der Nähe einer benachbarten Blasform (28a) gebildeten Strömungsbereich (42) durchläuft, und daß die Sonde (10) mit Schub durch den Durchlaß (54) eingesetzt und durch den Strömungsbereich (42) zu einem Zentralbereich des Ofens zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge eingeschoben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß während der Überwachung durch den Durchlaß (54) Luft in den Ofen eingeblasen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß genügend Luft in den Ofen eingeblasen wird, um Metallschmelze am Austreten durch den Durchlaß zu verhindern.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde während des Vorschiebens in den und des Zurückholens aus dem Ofen (24) gekühlt wird.