DE1049406B

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Publication number: DE1049406B
Application number: DENDAT1049406D
Authority: DE
Publication date: 1959-01-29

Description

DEUTSCHES

κι 18 a 6/09

INTERNAT. KL. C 21 b

PATENTAMT

B37568 VI/18a

ANMELDETAG: 18. OKTOBEB 1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER

AU S LE GE S CH RI FT: 2 9. JANUAR 1959

Bei Hochöfen und anderen öfen, deren sich ändernde Füllhöhe der Überwachung bedarf, macht es Schwierigkeiten, die Füllhöhe jederzeit genau festzustellen. Meist werden bei Hochöfen zur Messung der Füllhöhe Sonden verwendet, die von oben oder von der Seite an Ketten oder Gestängen hängend herabgelassen werden. Diese Meßverfahren sind umständlich und ungenau, weil die Sonde häufig beim Herablassen in die aufgeschüttete Füllung mehr oder weniger tief eindringt. Die Sonden unterliegen außerdem einem starken Verschleiß und müssen deshalb häufig ausgewechselt werden, was erhebliche Kosten verursacht. Es wurde deshalb bereits versucht, die Füllhöhe in Hochöfen auf andere Weise zu messen, beispielsweise durch optische Verfahren oder durch die Messung des Gasdruckes an verschiedenen Stellen mittels durch die Ofenwand geführter Bohrungen. Diese Verfahren vermochten sich jedoch in die Praxis nicht einzuführen.

Bei Bunkern und anderen Behältern, die mit Schüttgut gefüllt werden, ist es bekannt, zur Messung der Füllhöhe Sonden in verschiedener Höhe anzubringen, die Kontakte enthalten, die durch den Druck der Füllmasse geschlossen werden. Derartige Vorrichtungen sind für öfen nicht brauchbar, weil die Kontakte und ihre elastische Abdeckung nicht hitzebeständig ausgeführt werden können. Es ist ferner bekannt, bei Bunkern unter Ausnutzung der elektrischen Leitfähigkeit der Füllung durch Sonden festzustellen, ob der Bunker vollständig gefüllt ist. Derartige Vorrichtungen sind aber bei Hochöfen unzureichend, weil nicht nur die maximale Füllhöhe angezeigt, sondern die jeweilige Füllhöhe gemessen werden muß. Es ist ferner bekannt, in mit Flüssigkeit gefüllten Behältern den Flüssigkeitsstand dadurch anzuzeigen, daß mehrere in verschiedener Höhe endende Sonden vorhanden sind und durch die elektrisch leitende Flüssigkeit ein Strom zwischen sämtlichen in die Flüssigkeit eintauchenden Sonden fließt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Messung der Füllhöhe von Hochöfen und ähnlichen Öfen, deren sich ändernde Füllhöhe der Überwachung bedarf, bei der die Messung der Füllhöhe unter Ausnutzung der Leitfähigkeit der Füllung mittels mehrerer in verschiedener' Hohe angeordneter Sonden erfolgt, wobei erfindungsgemäß die Anzeige der Füllhöhe allein durch die am höchsten liegende stromführende Sonde bewirkt wird.

Die Flochofenbeschickung besteht bekanntlich aus einem Gemisch von Erz, Koks und Zuschlägen, also jedenfalls aus Stoffen, deren elektrische Leitfähigkeit sich wesentlich von der elektrischen Leitfähigkeit heißer Luft und der im Flochofenschacht vorhandenen heißen Gase unterscheidet. An den in verschiedenen

Anordnung zur Messung der Füllhöhe von Hochöfen und ähnlichen öfen

Anmelder: Brendel & Haass, Röntgen- und elektromed. Apparate, Düsseldorf, Kronprinzenstr. 18

Otto Herbst, Düsseldorf, ist als Erfinder genannt worden

Höhen durch die Schachtwand geführten und mit einer Spannungsquelle verbundenen Sonden kann daher zwischen denjenigen Sonden, deren innere Enden mit der Beschickung in Berührung stehen, eine höhere elektrische Leitfähigkeit gemessen werden als zwischen den Sonden, deren innere Enden sich oberhalb der Beschickung befinden. Um die genaue Füllhöhe zu ermitteln und Fehlmessungen zu vermeiden, erfolgt die Messung so, daß festgestellt wird, welches jeweils die am höchsten liegende stromführende, also innerhalb der Beschickung liegende Sonde ist. Das Meßergebnis wird zweckmäßig durch in Füllhöhe geeichte Meßinstrumente zur Anzeige gebracht bzw. aufgezeichnet. Die Anzeige des Meßergebnisses allein durch die am höchsten liegende stromführende Sonde hat den Vorteil, daß Fehler in der Leitfähigkeitsmessung, die darauf zurückzuführen sind, daß eine unterhalb der oberen Grenze der Beschickung liegende Sonde — sei es durch Hohlraumbildung oder dadurch, daß sich Teile der Zuschläge mit hohem Isolationsvermögen zufällig vor das Ende der Sonde gelegt haben — mit der Beschickung nicht in leitender Verbindung steht, weitgehend ausgeschaltet sind, da der Ausfall einer einzelnen Sonde nur dann einen Meßfehler zur Folge hat, wenn diese Sonde gerade die höchste unterhalb der Füllhöhe liegende Sonde ist, während die Füllhöhenmessung bei allen anderen Höhen unbeeinflußt bleibt.

Die Sonden können je nach den Temperaturen, die betriebsmäßig an der Stelle, an der die Sonde angeordnet wird, auftreten, aus hochschmelzendem Metall oder auch aus dem für elektrische Anordnungen üblichem Metall, z. B. Kupfer, bestehen, wobei bei der Verwendung von Kupferstäben zweckmäßig eine Wasserkühlung angewendet wird. An der Innenseite

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sind die Sonden ZweckmaBig· mit Köpfen versehen, um eine gute Berührung mit der Beschickung sicherzustellen. Damit die Sonden für den Fall, daß der Kopf der Sonde durch die Bewegung der Beschikkung abgerissen wurde, ausgewechselt werden können, sind die Sonden zweckmäßig von außen in die Hochofenwand cinsctzbar. Vorteilhaft sind dabei die Stäbe von Mänteln aus geeignetem Isoliermaterial umgeben, mit denen zusammen sie von außen in entsprechende Bohrungen der Hochofenwand eingesetzt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, auch Sonden mit Köpfen, deren Durchmesser gleich oder etwas kleiner als der Außendurchmesser der Mäntel ist, von außen durch die Ofenwand einzuführen und dicht in die Ofenwand einzusetzen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt.

Abb. 1 zeigt schematisch die Innenwand des Schachtes eines Hochofens, in die in geeigneten Abständen übereinander die Sonden 1 eingesetzt sind. Neben den Meßsonden können gegebenenfalls weitere Sonden als Stromzuführungs- oder Nullelektroden angebracht sein.

Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Hochofenwand in größerem Maßstab, in die die Sonden 1 und Ib eingesetzt sind. Dabei liegt, wie ersichtlich, die Sondel über der Beschickung 3, die Sonden Ib innerhalb der Beschickung 3. Jede Sonde ist mit einem Mantel 2 aus Isoliermaterial umgeben. Die Sonden können bei Bedarf, beispielsweise wenn eine Sonde beschädigt ist, während des Betriebes ausgewechselt werden, indem die Sonde zusammen mit dem sie umgebenden Mantel 2 nach außen herausgezogen und eine neue Sonde, ebenfalls mit Mantel, dafür in die öffnung der Hochofenwand eingeführt wird. Die Sonden selbst können, insbesondere wenn sie aus Kupfer bestehen, hohl sein und von innen durch Wasser oder öl gekühlt werden, oder es kann in dem Mantel 2 Wasser oder öl zur Kühlung der Sonde zirkulieren.

Abb. 3 zeigt ein Beispiel eines Schaltschemas zur Messung der Füllhöhe. Dabei ist angenommen, daß sich die drei Sonden 1 oberhalb der Beschickung, die Sonden Ib und Ic innerhalb der Beschickung befinden. Die Sonde Ic dient als Spannungselektrode und kann entweder unterhalb der übrigen Sonden oder wie die Sonden 1 a in Abb. 1 neben der Reihe der übereinanderliegenden Sonden 1 angeordnet sein. Alle Sonden 1 und Ib sind über Relais 4a bis 4/ mit dem einen Pol 5 einer Spannungsquelle, zweckmäßig einer Gleichspannungsquelle, verbunden, während die Sonde Ic mit dem anderen Pol 6 der Gleichspannungsquelle direkt in Verbindung steht. Jedes der Relais 4a bis 4f hat einen Ruhekontakt und einen Arbeitskontakt. Die Korltaktzunge des ersten Relais 4a ist mit dem einen Pol 7 einer geeigneten Spannungsquelle verbunden. Der Ruhekontakt dieses Relais ist mit der Zunge der Relais 4b und der Ruhekontakt dieses Relais wieder mit der Zunge des Relais 4c usw. verbunden. An die Arbeitskontakte 8ö bis 8/ der Relais sind Widerstände 9a bis 9f angeschlossen. Von diesen Widerständen ist der Strom- über ein Meßinstrument 10 zurück zu dem Pol 11 der Spannungsquelle geführt. Die Widerstände 9a bis 9/ sind verschieden groß. Die Arbeitsweise- ist nun folgende:

.,; Die drei obersten Sonden 1 befinden sich oberhalb 4er Beschickung. Durch die Relaisspulen 4a, 4i> und 4c fließt kein merklicher Strom.. Die Relais ziehen nicht an, und ihre Arbeitskontakte 8a, 8b, 8c sind geöffnet. Pemeusprechend fließt durch die Widerstände 9a, 9b, 9c kein Strom. Die Sonden Ib befinden sich innerhalb der Beschickung. Infolge der Leitfähigkeit der Beschickung fließt daher ein elektrischer Strom von der Sondelc zu den Sonden Ib, der ausreicht, die Re-Iais 4d, 4c und 4/ zum Ansprechen zu bringen. Die Arbeitskontakte 8a", 8c und 8/ sind daher geschlossen und entsprechend die zugehörigen Ruhekontakte geöffnet. Wie ohne weiteres ersichtlich, fließt dabei nur ein Strom durch den Widerstand 9c?, während die

ίο Widerstände 9e und 9/ stromlos bleiben, weil die zugehörigen Relais 8c und 8/, da der Ruhekontakt des Relais 8d geöffnet ist, mit dem Pol 7 der Spannungsquelle nicht mehr in Verbindung stehen. Sobald aber die obere Grenze der Beschickung unter die oberste der Sonden Ib fällt, so daß durch die Relaisspule 4i kein Strom mehr fließt, fällt das Relais 8d ab, der Arbeitskontakt des Relais 8c wird mit dem Pol 7 der Spannungsquelle verbunden, und es fließt jetzt Strom über den Widerstand 9c. Dadurch, daß die Widerstände 9a bis 9f, wie erwähnt, gegeneinander abgestuft sind, entspricht jedem Widerstand ein bestimmter Stromwert, und das Anzeigeinstrument 10 zeigt dementsprechend für jeden der Widerstände einen bestimmten Strom an. Dieses Instrument kann zweckmäßig in Füllhöhe geeicht werden, so daß sich direkt die Füllhöhe ablesen läßt bzw. bei Verwendung von Schreibinstrumenten die Füllhöhe laufend aufgezeichnet wird. Selbstverständlich läßt sich diese Anzeige auch auf andere Weise erzielen, beispielweise könnten statt der Widerstände 9a bis 9/ Magnetspulen vorgesehen sein, mit deren Ankern Anzeigevorrichtungen verbunden sind, so daß die jeweils stromführende Spule die Anzeige der Füllhöhe erscheinen läßt. Abb. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Schalt-Schemas zur Messung der Füllhöhe. Diese Schaltung unterscheidet sich von der Schaltung nach Abb. 3 dadurch, daß die Spannungselektrode mit der Füllhöhe mitwandert. Um dies zu erreichen, sind außer den Relaiskontakten 8, die die gleiche Funktion haben wie die Relaiskontakte 8 bei der Schaltung nach Abb. 3, noch weitere Relaiskontakte 18 vorgesehen. Diese Relaiskonfakte 18 sind, wie angedeutet, mit den Relaiskontakten 8 so verbunden, daß beim Ansprechen eines Relais 4 gleichzeitig mit der Umschaltung der Relaiskontakte 8 die Kontakte 18 geschlossen werden. Durch diese Kontakte 18 wird jeweils die nächste unterhalb der ansprechenden Sonde 1 liegende Sonde mit der Spannungselektrode Ic verbunden, so daß sie nun selbst mit dem Pol 6 der Spannungsquelle in Verbindung steht. Es besteht also nun ein Nebenschluß, so daß außer dem Stromfluß von der Spannungselektrode ib zu der höchsten innerhalb der Beschickung liegenden Sonde auch noch ein Stromfluß stattfindet zwischen den beiden obersten innerhalb der Beschikkung liegenden Sonden. Dadurch sind Unterschiede im Widerstand der Beschickung, die durch den verschieden großen Abstand der jeweils ansprechenden Sonde von der Spannungselektrode bedingt sein können, ausgeschaltet. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise dieser Schaltung der Schaltung nach Abb. 3.

Die Meßgenauigkeit der Vorrichtung hängt von dem senkrechten Abstand zwischen den einzelnen Sonden ab. Die Meßgenauigkeit kann auch abgestuft werden etwa derart, daß in dem Bereich, in welchem die Füllhöhe normalerweise sich bewegen soll, Sonden in geringeren Abständen angeordnet sind und außerhalb dieses Bereiches, der nur in Ausnahmefällen bei fehlerhafter' Beschickung erreicht wird, in größeren Abständen. Die Anordnung gemäß der Erfindung ermög-

Claims

licht es auch festzustellen, ob die Beschickung gleichmäßig eingebracht wurde bzw. ob sie einseitig stärker absinkt. Zu diesem Zweck können an mehreren Stellen des Umfanges des Hochofens Sondenreihen angebracht werden, oder die Sonden werden, statt sie senkrecht übereinanderliegend anzuordnen, über den Umfang verteilt. Bei Verwendung eines aufzeichnenden Meßinstrumentes hat die Anordnung gemäß der Erfindung noch den weiteren großen Vorteil, daß die Beschickung des Hochofens nicht nur laufend überwacht, sondern auch nachträglich noch kontrolliert werden kann. Bei dieser Aufzeichnung kann dann gleichzeitig auch die Gichtung des Hochofens erfaßt werden, etwa dadurch, daß an der Gichtglocke ein Schalter angebracht wird, der über ein Relais ein Zeichen auf den Schreibstreifen, auf dem die Füllhöhe aufgezeichnet wird, auslöst oder die Gichtung dadurch aufzeichnet, daß der Strom durch das Meßinstrument 10 unterbrochen wird, so daß dieses während der Gichtung die Füllhöhe Null aufzeichnet und erst bei geschlossener Gichtglocke wieder die tatsächliche Füllhöhe. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der Füllhöhe von Hochöfen und ähnlichen öfen, deren sich ändernde Füllhöhe der Überwachung bedarf,, bei der die Messung der Füllhöhe unter Ausnutzung der Leitfähigkeit der Füllung mittels mehrerer in verschiedener Höhe angeordneter Sonden erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige der Füllhöhe allein durch die am höchsten liegende stromführende Sonde bewirkt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßergebnis durch in Füllhöhe geeichte Meßinstrumente zur Anzeige gebracht bzw. aufgezeichnet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung für die Leitfähigkeitsmessung jeweils durch die Sonde zugeführt wird, die zunächst unterhalb der obersten innerhalb der Füllhöhe liegenden Sonde liegt.

4. Sonde für eine Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stab aus hochschmelzendem Metall besteht.

5. Sonde für eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem durch Wasser oder Öl gekühlten Metallstab besteht.

6. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstab mit einem in die Ofenwand von außen einsetzbaren Mantel aus Isoliermaterial umgeben ist.

7. Schaltung zur Messung der Füllhöhe von Hochöfen und ähnlichen öfen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von mehreren Sonden ein Widerstand und ein Relais zugeordnet ist, derart, daß das Relais durch den durch die Sonde fließenden elektrischen Strom so gesteuert wird, daß die Widerstände, die den unter der Füllhöhe liegenden Sonden zugeordnet sind, in einen gemeinsamen Stromkreis eingeschaltet, die Widerstände, die den über der Füllhöhe liegenden Sonden zugeordnet sind, dagegen abgeschaltet sind, oder umgekehrt.

8. Schaltung zur Messung der Füllhöhe von Hochöfen und ähnlichen öfen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von mehreren Sonden ein Widerstand und ein Relais zugeordnet ist, wobei jedes Relais einen zusätzlichen Kontakt aufweist, durch den beim Ansprechen eines Relais die dem vorhergehenden Relais zugeordnete Sonde mit dem einen Pol (6) einer Spannungsquelle verbunden wird, deren anderer Pol (5.) mit den Sonden in Verbindung steht, deren Relais noch nicht angesprochen haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 737 036, 865 065,
533, 351 740;

französische Patentschrift Nr. 825 007;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 696 623;
Funke u. Huster AG, »Elektronische Schalt-, Steuer- und Überwachungsgeräte mit eigensicheren Steuerleitungen«, S. 15, Abb. 13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen