CH644152A5 - Vorrichtung zum feststellen von undichtigkeiten in fluessigkeitsgekuehlten hochofenduesen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Die Düsen eines Hochofens haben die Aufgabe, Heissluft (1000°/1300°) ins Ofeninnere zu leiten. Der Luftstrom wird in Gebläsen erzeugt und anschliessend in den Heizöfen, normalerweise drei oder vier, erhitzt. Diese Luft wird durch den Druck der Gebläse bis zu einem Ringabteil geleitet, von dem mehrere Sammler ausgehen, deren Anzahl sich je nach dem Durchmesser und dem Fassungsvermögen des Hochofens ändert und die in den Düsen enden, deren Mündungen im Inneren des Ofens untergebracht sind und welche die Luft mit einem Druck ausstossen, der zwischen 1,5 und 3 kg/cm2 schwanken kann, sowie mit einem Luftdurchsatz von 8000 bis 20 000 NmVn pro Düse, je nach den bestehenden Innenvolumen. Zur eindeutigen Darstellung dieser Ausbildung sind die Figuren 1 und 2 des beiliegenden Zeichnungssatzes eingefügt, in denen das typische Schema einer Hochofenanlage sowie des mit der Düse in Verbindung stehenden Luftsammlers ersichtlich ist. Die durch die Düse eingeblasene Heissluft wirkt als Verbrennungsluft zum Entzünden des in den Ofen eingespritzten Heizöls und auch des in seinem Inneren enthaltenen Kokses, was eine Erhöhung der Flammtemperatur, die 2100°C erreichen kann, mit sich bringt.

Es ist leicht verständlich, dass bei den Temperaturen, bei denen die Luft im Inneren der Düsen zirkuliert, sowie aufgrund der Tatsache, dass deren Mündungen mit dem Ofeninneren in Berührung stehen, ein Kühlsystem für dieselben nötig ist, um das Abschmelzen des Materials, aus dem sie bestehen, zu verhindern. Die Düsen weisen verschiedene Formgebungen auf, obwohl die unter denselben möglichen Abwandlungen keinerlei Einfluss auf deren Arbeitsweise haben. Bei allen Typen handelt es sich um einen Mantel mit innerem Wasserkreislauf, wobei die meisten Hersteller eine Kupferlegierung hoher Wärmeleitfähigkeit verwenden. Zur Erläuterung der obigen Ausführungen werden die Figuren 3-6 beigefügt, in denen die typische Ausbildung einer Düse dargestellt ist.

Bis vor einigen Jahren hatten die Düsen einen einzigen Kühlkreislauf, der - wie oben erwähnt - nötig ist, damit die Düse nicht bei der Hitze, die sie auszuhalten hat, schmilzt, wobei ausserdem zu berücksichtigen ist, dass Verschleisser-scheinungen durch Abtragung durch die auf die Düse fallenden, eine hohe Temperatur aufweisenden Teilchen auftreten können. Die modernen hochofentechnischen Massnahmen haben eine Tendenz zum Einblasen grösserer Luftmengen, und zwar bei höherer Temperatur und grösserem Druck, was dazu zwingt, die Kühlung der Düsen immer genauer, stärker und vor allem weniger anfällig für Störungen zu machen, was seinerseits dazu zwingt, die Kühltechnik bedeutenden Änderungen zu unterwerfen, da beim Durchbrennen oder Durchlöchern einer Düse das Kühlwasser frei wird und in den Ofen eindringt - mit allen damit verbundenen Gefahren.

Eine beim gegenwärtigen Stand der Technik fast allgemein angewandte Lösung besteht darin, die Düsen mit zwei voneinander vollständig unabhängigen Kühlsystemen zu versehen. Einer dieser Kreisläufe - derjenige der Düsenmündungen - ist dazu bestimmt, denjenigen Teil zu kühlen, der am stärksten mit dem Ofen in Berührung steht, und in diesem Kreislauf besteht die Tendenz, dem Wasser durch Druck eine hohe Geschwindigkeit zu verleihen und ihn von der übrigen Düse, in der ein mit Druck und einer der vorherigen praktisch ähnlichen Durchflussmenge kühlender weiterer Kreislauf vorhanden ist, getrennt zu halten. Im Falle einer Durchlöcherung der Düsenmündung muss der Wasserkreislauf isoliert werden, um das Eindringen von Wasser in den Ofen zu vermeiden. Dabei kann der andere Kreislauf weiterarbeiten und die Düse weiter kühlen, wodurch erreicht wird, dass kein Stillegen des Ofens zum Austauschen der Düse nötig ist, was eine bedeutende Ersparnis hinsichtlich der Stillstandzeiten und eine Erhöhung der Herstellungsleistung bedeutet, da der Stillstand eines Hochofens einen sehr bedeutenden Ausgabenposten darstellt und der Austausch und die Reparatur der Düse nur bei programmierten Stillegungen durchgeführt werden können.

Der im Schema der Figur 7 ersichtliche Kühlkreislauf der Düsenmündungen macht aufgrund seiner Arbeitsweise in geschlossenem Kreislauf (da das Wasser sehr streng einzuhaltende Kennzeichen aufweisen muss) die direkte Beobachtung des Wassers in jeder Düse des Ofens unmöglich. Früher lag der Wasserauslauf in jeder Düse frei über einem Sammler, und dort konnte das mögliche Fehlen von Wasser bei jedem Rücklauf direkt beobachtet werden; beim gegenwärtigen Stand der Technik ist dies wegen des geschlossenen Kreislaufes unmöglich, und bei den gegenwärtig in diesen Düsentypen verwendeten grossen Durchflussmengen (30/40 m3/h/ Düse) sind die Gefahren wesentlich grösser, nicht nur die der Explosion, sondern auch die der Folgen, welche das Eindringen von Wasser für den Gang des Ofens bedeuten.

Angesichts des Drängens der Hochofentechniker, eine wirksame Methode zur Feststellung von Undichtigkeiten zu finden, sind Verfahren aller Art entworfen worden. Das am meisten benutzte besteht darin, ein Manometer in den Kreiss

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lauf jeder Düse und zwei schnellwirkende Ventile - eines vor dem Manometer und der Düse und das andere dahinter -derart in die Wasserein- und -auslaufleitungen einzubauen, dass sich die Ventile periodisch einmal der Reihe nach schliessen und damit die Düse vom Kreislauf isolieren. Nach Durchführung dieser Massnahme zeigt die Beobachtung des Manometers an, ob Kühlflüssigkeit entwichen ist oder nicht; diese Beobachtung ist jedoch sehr subjektiv, da sie nur wenige Sekunden dauern darf, weil die Düsenmündung durchbrennen würde, wenn man sie ohne Wasser liesse.. Dieses Verfahren bietet sehr wenig Sicherheit, da im Falle eines Durchbrennens nach Überprüfung bis zur nächsten Beobachtung Wasser in den Ofen gelangt. Andererseits ist das Beobachtungssystem durch in unmittelbarer Nähe des sich in Betrieb befindenden Ofens angebrachte Geräte auch nicht zu empfehlen. Ausserdem ist zu berücksichtigen, dass die Manometer untereinander nicht alle gleich anzeigen können. Kurz zusammengefasst: obwohl das Verfahren gegenwärtig normal ist, muss nach anderen, zuverlässigeren und vor allem schnelleren Verfahren gesucht werden.

In diesem Sinne benutzt die gegenwärtige Technik ein weiteres Verfahren, das in der Feststellung von H2 in der Gicht des Hochofens besteht. Diese Methode ist neben ihrer durch die Reaktion des Ofens selbst bedingten Langsamkeit nicht in der Lage, anzuzeigen, aus welcher Düse Wasser entweicht. Die laufende Analyse von H2 gibt zu erkennen oder kann zu erkennen geben ob Wasser aus den Düsen entweicht, jedoch nicht nur das, sondern auch in sonstigen Elementen des Ofens, sowie auch Änderungen in der Heizölmenge. All dies zeigt, dass es sich hier um eine Methode zur Bestätigung, jedoch nicht zur direkten Feststellung handelt. Als Folge davon ist weiter nach Systemen gesucht worden, wobei sich gewisse Normen herausgebildet haben, die von jedem der in die Praxis umzusetzenden Systeme gefordert werden müssen. Die interessantesten und nennenswertesten Bedingungen sind folgende:

Nullverschiebung: Sie besteht darin, dass bei einem Nennwert Q der Durchflussmenge der Kühlung der Düsenmündung das Anfangs- und Endmass in der Grössenordnung von ± 1 m3 des Wertes Q liegen muss.

Wiederholbarkeit der Messung: Diese Bedingung ist wesentlich interessanter als die Genauigkeit der Messung.

Keines der bekannten Systeme erfüllt bisher die erste Bedingung, somit die Grössenordnung der entweichenden Mengen, die von diesen Systemen festgestellt werden können, nicht die Bedürfnisse des Hochofen-Bedienungspersonals befriedigt. Die grundsätzlichen Systeme, mit denen gegenwärtig an einigen Hochöfen Versuche unternommen werden und die alle an dem oben erwähnten Nachteil leiden, sind folgende:

Propellerzähler: Diese rufen ausserdem erhöhte Leistungsverluste hervor, mit der Folge, dass Pumpen mit höherem Druck benötigt werden, was sich in höheren Anfangskosten ausdrückt und einen wesentlich teureren Betrieb der Anlage zur Folge hat.

Messung von Änderungen in Ultraschallfeldern oder magnetischen Feldern: Die Verunreinigung des Wassers (Oxyde, Gasblasen usw.) beeinflusst diese durch Verfälschung der Messung. Andererseits müssen diese sehr empfindlichen Geräte auf den Rohrleitungen selbst angebracht werden, und diese müssen zwecks Verhinderung einer schnellen Zerstörung der Geräte durch die extremen Umweltbedingungen der Nähe des Hochofens verlängert werden, um die Geräte in einem angemessenen Raum unterzubringen, wodurch sich die Anfangskosten stark erhöhen.

Messung des Differenzdrucks mit Venturirohren oder

Membranen: Die dieses Prinzip verwendenden bestehenden Systeme erfüllen nicht die erwähnte Bedingung der Nullver-schiebung.

Die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Verbesserungen in der Feststellung von Undichtigkeiten der Kühlflüssigkeit benutzen ein Suchgerät, das dem entspricht, welches in dem System zur Messung der Änderungen des Differenzdrucks der Flüssigkeit benutzt wird, das die Nachteile der anderen, bisher beim herkömmlichen Stand der Technik vorhandenen Lösungen ausschliesst und gegenüber diesen folgende Vorteile aufweist:

a) Es hat einen grossen Nullverschiebungswert, was die Feststellung von Undichtigkeiten der Grössenordnung von 0,2% zulässt.

b) Die Messungen sind aufgrund der erfindungsmässigen Ausgestaltung des Apparates laufend wiederholbar.

c) Die unmittelbar in die Rohrleitungen einzubauenden Messvorrichtungen sind äusserst widerstandsfähig und können daher am Hochofen eingebaut werden ohne besondere Räumlichkeiten zu benötigen. Andererseits werden die einen Bestandteil der Erfindung bildenden elektronischen Einrichtungen unmittelbar in die zentrale Kontrolltafel des Hochofens eingebaut, womit sie vollständig sicher geschützt sind und mit den mechanischen Einrichtungen durch leicht zu montierende und leicht zu schützende einfache Leitkabel verbunden werden.

d) Die mit der vorgeschlagenen Vorrichtung erhaltenen Messungen werden nicht durch die möglicherweise im Wasser enthaltenen geringen Verunreinigungen verfälscht.

e) Die Gesamteinrichtung wird nicht durch die dem hydraulischen Kreislauf eigenen Pulsationen beeinflusst.

Erfindungsgemäss wird eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung vorgeschlagen, die durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Das in dieser Spule beobachtete Signal wird in ein moduliertes Signal, vorzugsweise von 0-20 mA umgewandelt, das anschliessend zu einem Anzeigegerät geleitet wird, in dem sich die Alarm- und Aufzeichnungsvorrichtungen befinden. Dabei wird die herkömmlicherweise in Systemen induktiver Art zur Verarbeitung der aus der Hochfrequenzspule stammenden Daten benutzte Technik verwendet, wobei aber auch herkömmliche Aufzeichnungs-, Alarm-, Datenverarbeitungsund sonstige Systeme verwendet werden können.

Zur Vervollständigung der anschliessend folgenden Beschreibung und zum besseren Verständnis der Erfindung wir ein Satz Zeichnungen beigefügt, in denen zwecks Erläuterung, jedoch keineswegs in einschränkender Form folgendes dargestellt ist:

Figur 1 zeigt in Seitenansicht eine typische Hochofenanlage, in der mit 1 die Beschickungszone des Ofens, mit 2 die in denselben eingebrachten Erzschichten, mit 3 die Koksschichten bezeichnet sind, wobei Zone 4 der Mischung von Erz und Koks entspricht, 5 die Schmelzzone des Materials darstellt, und das geschmolzene Erz im unteren Teil 6 des Ofens erhalten wird. Mit 7 sind die Luftsammler bezeichnet, die durch die Mündung der Düsen 8 einblasen.

Fig. 2 entspricht der Seitenansicht eines Teils der Hochofenanlage, in welcher der mit feuerfestem Material 9 ummantelte Luftsammler 7 und die Kaltwasser-Einlassleitung 10 zur Kühlung der Mündung 11 der Düse 8 ersichtlich ist, wobei ferner die Leitung 12 zur Rückführung der Kühlflüssigkeit erkennbar ist.

Fig. 3 entspricht einer Seitenansicht einer Düse 8, in

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welcher die verschiedenen Leitungen für den Umlauf der Kühlflüssigkeit zu sehen sind.

Fig. 4 entspricht einem Schnitt gemäss der Linie A-B in Fig. 3 durch eine Hochofendüse.

Fig. 5 entspricht einem Schnitt gemäss C-D in Fig. 3.

Fig. 6 entspricht einem Schnitt durch die Düse gemäss E-F in Fig. 5.

Fig. 7 entspricht einem Kühlschema der Düse eines Hochofens. In diesem Schema ist mit 8 die Düse und mit 13 der breitere Teil derselben bezeichnet. 14 stellt die feuerfeste Verkleidung und 15 die Aussenhülle des Hochofens dar. Die Linien 16 bzw. 17 stellen die Sammelleitungen für den Rücklauf von aus den breiten Teilen 13 und aus den Düsenkörpern 8 kommendem heissem Wasser dar, während die Linie 18 dem Einlauf des kalten Wassers in die Mündungen 11 der Düse 8 und die Linie 19 dem Einlauf von zusätzlichem Kaltwasser in die Düsenkörper und die breiteren Teile derselben entspricht.

Fig. 8 entspricht einem senkrechten Schnitt durch eine Messvorrichtung zum Feststellen von Undichtigkeiten von Kühlflüssigkeit in Hochofendüsen.

Fig. 9 stellt das Kühlschema eines Hochofens dar, welches dem in Fig. 7 gezeigten entspricht und welches eine oder mehrere der erfindungsgemässen Vorrichtungen zum Feststellen von Undichtigkeiten umfasst.

Unter Bezugnahme auf die oben genannten Figuren, insbesondere Fig. 8 und 9, bestehen die Massnahmen zum Feststellen von Undichtigkeiten von Hochofendüsen darin, dass in die Kühlanlage wenigstens eine der schematisch in Fig. 8 angedeuteten Messvorrichtungen eingebaut wird. Mit diesen Messvorrichtungen ist es möglich, die kleinen Mengen entweichenden Kühlmittels festzustellen, die in Hochofendüsen auftreten können und die mit den bisher bestehenden herkömmlichen Kontrollgeräten nicht feststellbar sind.

Die Messvorrichtung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 20, das in seinem Inneren eine ringförmige Haube

21 aufnimmt, die eine doppelte Wandung aufweist und einen anschliessend beschriebenen, vollständig dichten Innenraum

22 definiert. Die die ringförmige Haube 21 bstimmenden Wände sind mit Quecksilber 23 ausgefüllt, welches als Führung für die Verschiebungen einer weiteren Haube 24 dient, die gegenüber der Haube 21 umgekehrt angeordnet und mit ihrer Wandung zwischen denen der Haube 21 untergebracht ist. Das Quecksilber dient gleichzeitig als Abdichtung zwischen dem so definierten Raum 22 und dem die beiden Hauben umgebenden Raum 25. Die Haube weist ihrerseits ein Gegengewicht 26 und eine axial sowie heb- und senkbar angeordnete Stange 27 auf, in deren Endbereich ein Ferritkern 28 angeordnet ist, der im Einflussbereich einer Spule oder eines mit einem Hochfrequenzstrom gespeisten induktiven Stromkreis 29 angebracht ist.

Die Räume 25 und 22 stehen über die Leitungen 30 und 31

mit ihren entsprechenden Ventilen 32 und 33 mit der Kühlanlage in Verbindung. Ein Ablassventil 34 ist gleichfalls vorhanden.

In Übereinstimmung mit diesem Aufbau werden die in der die Räume 25 und 22 ausfüllenden Flüssigkeit vorhandenen Änderungen des Differenzdruckes in entsprechende Verschiebungen der Haube 24 umgewandelt und aufgrund der Verschiebungen des Ferritkernes 28 eine Änderung des im induktiven Stromkreis 29 bestehenden elektromagnetischen Feldes erzeugt. Diese Änderungen werden auf eine Vorrichtung 35 übertragen, um sie in ein moduliertes elektrisches Signal umzuwandeln, welches zur Ingangsetzung von Alarmeinrichtungen 36, optischen oder akustischen sowie Aufzeichnungsanlagen befähigt ist.

Es sei noch auf die bedeutende Funktion hingewiesen, die das Quecksilber 23 als Abdichtungs- und Trennelement der beiden Räume 22 und 25 ausübt, und zwar dadurch, dass es ein dickflüssiges Abstützelement für die Haube 24 darstellt und verhindert, dass die möglicherweise zwischen den Räumen bestehenden Druckunterschiede durch Undichtigkeiten ausgeglichen werden, welche bei Verwendung einer anderen Abdichtungsvorrichtung entstehen könnten.

Die bedienungsgerechte Anordnung dieser Messvorrichtung ist in Fig. 9 ersichtlich, in der das in Fig. 7 dargestellte herkömmliche Kühlnetz dadurch abgeändert ist, dass zwei Vorrichtungen 37 und 38 zum Feststellen von Undichtigkeiten einbezogen worden sind, eine im Einlauf- und eine weitere im Auslaufkühlkreislauf. Die durch diese Vorrichtungen durchgeführten Messungen werden mittels herkömmlicher Methoden verglichen, und falls Unterschiede zwischen ihnen bestehen, werden die vorgesehenen Alarmanlagen in Gang gesetzt. Falls jedoch die Anlage einen Kühlkreislauf mit gleichbleibender Durchflussmenge sicherstellt, dann kann auf die Mess vorrichtung am Einlauf verzichtet werden, und es genügt, eine einzige Messvorrichtung im Auslaufkreislauf.

Die Erfindung liefert folglich eine Vorrichtung zum Feststellen von Undichtigkeiten, welche eine Vorrichtung grosser Widerstandsfähigkeit umfasst, welche die Anordnung derselben neben dem Hochofen zulässt, ohne Erhitzungsprobleme oder Beschädigungen befürchten zu müssen, eine Tatsache, welche die Vorrichtung schon an sich von den meisten herkömmlichen Systemen unterscheidet. Andererseits verhindert die besondere Ausbildung desselben die Beeinflussung durch Pulsationen des Kühlkreislaufes und die daraus sich ergebenden Messfehler, womit man ein System mit einer Genauigkeit erhält, welche Undichtigkeiten der Kühlflüssigkeit von weniger als 0,2% festzustellen erlaubt.

Schliesslich vermeidet die erfindungsgemässe Vorrichtung aufgrund ihres einfachen Aufbaus die Abhängigkeit von laufenden Instandhaltungsarbeiten, da die darin eingebaute Vorrichtung - einmal geeicht - nur sehr schwer Änderungen erfährt und somit für eine unbestimmte Dauer gebrauchsfähig ist.

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1. Vorrichtung zum Feststellen von Undichtigkeiten in flüssigkeitsgekühlten Hochofendüsen (8), auf der Grundlage der Messung von Änderungen im Differenzdruck der Kühlflüssigkeit unter Anwendung einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage, die zur Feststellung kleiner Flüssigkeits-Undichtigkeiten fähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Flüssigkeitskreislauf mindestens eine Messvorrichtung eingebaut ist, die aus einem zylindrischen Gehäuse (20) besteht, das eine feststehende ringförmige Haube (21) mit doppelter Wandung umgibt, die mit Quecksilber (23) ausgefüllt ist, welches als Führung für die Verschiebungen einer weiteren, hinsichtlich der feststehenden umgekehrten beweglichen Haube (24) dient, die ein Gegengewicht (26) und eine axial herausragende Stange (27) aufweist, an deren freiem Ende ein Kern (28) aus magnetischem Material eingebaut ist, der im Einflussbereich eines induktiven Stromkreises (29) hoher Frequenz liegt, dass das die doppelte Wandung der feststehenden Haube ausfüllende Quecksilber (23) die innerhalb und ausserhalb beider Hauben (21,24) vorhandenen Kühlflüssigkeits-Volumen unabhängig und getrennt voneinander hält, wobei die Flüssigkeiten über Leitungen (30,31) in ihre jeweiligen Räume (25,22) eindringen, die entsprechende Durchlassventile (32,33) aufweisen und an das Kühlnetz angeschlossen sind, und wobei elektronische Mittel vorgesehen sind, welche die elektronischen Signale des induktiven Stromkreises auswerten, um optische und/oder akustische Alarmanlagen sowie Datenaufzeichnungsmittel in Gang zu setzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlauf- und Auslaufkreisläufen der Kühlflüssigkeit der Anlage je eine Messvorrichtung (37,38) zur Feststellung von Undichtigkeiten eingebaut ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Auswertung der Änderungen des elektromagnetischen Feldes in einer durch einen Hochfrequenzstrom gespeisten Spule (29), welche durch einen Ferritkern (28) erzeugt werden, der sich gegenüber einer den Differenzdruck der Kühlflüssigkeit feststellenden Einrichtung verschiebt.