DE1408098B2 - Vorrichtung zur Gasprobenentnahme und Temperaturmessung bei Schachtofen, insbesondere Hochöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gasprobenentnahme und Temperaturmessung bei Schachtöfen, insbesondere Hochöfen, mit einem doppelwandigen kühlmitteldurchströmten Meßrohr, das von einer Ofenplattform aus horizontal in die Ofenbeschickung eingeführt wird.

Aus »Stahl und Eisen«, 1952, S. 1325 bis 1328, ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt; diese hat sich jedoch insofern nicht bewährt, als die Meßsonde mittels eines über ein Vorgelege angetriebenen Seilzuges in den Ofenschacht eingeführt wird. Der Seilzug ist durch ein im Ofenschacht ortsfest verlegtes Tragrohr geführt, das nicht nur einer außerordentlich starken Beanspruchung durch niedergehenden Möller unterliegt, sondern seinerseits auch zu einer Störung des Ofengangs führen kann. Außerdem ergeben sich bei der Führung des Seils und der Sonde durch den Ofenpanzer und das Futter Dichtungsprobleme, die insbesondere angesichts der Gefahr eines Kohlenmonoxydaustritts schwerwiegender Natur sind.

Weiterhin ist aus der Zeitschrift »Neue Hütte«, 1958, S. 404 bis 407, eine Thermosonde bekannt, die mittels einer Katze und einer Seilwinde in den Ofenschacht eingeführt wird. Die Eigenart des Sondenantriebs bringt es mit sich, daß die Sonde einer starken Knickbeanspruchung unterliegt und häufig nicht axial in den Ofenschacht eingeführt wird. Ähnliche Probleme ergeben sich bei einer aus »Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 1928, S. 613/614, bekannten, von Hand in den Ofenschacht einzudrehenden Spindel; sie besitzt ein Außengewinde und wird durch ein am Ofenpanzer angeordnetes Führungsstück mit entsprechendem Innengewinde in den Ofen eingedreht. Diese Vorrichtung eignet sich schon deswegen nicht für eine laufende Prozeßüberwachung, weil das Eindrehen der Spindel viel zu zeitraubend ist und eine ständige Verbindung zwischen der Meßsonde und den zugehörigen Meßinstrumenten nicht gestattet. Außerdem ergeben sich auf Grund der starken Druck- und Temperaturbeanspruchung, der die Sonde bzw. Spindel im Hochofenschacht unterliegt, große Schwierigkeiten beim Herausdrehen der Sonde.

Zum Stand der Technik sei noch erwähnt, daß es aus der »VDI-Zeitschrift«, 21. Oktober 1959, S. 1416, bekannt ist, zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit und der Absinkgeschwindigkeit der Beschickungssäule im Hochofen eine in Höhe der Gichtöffnung fest in der Ofenwandung eingebaute und auf einer daran angeordneten Arbeitsbühne abgestützte Ultraschallsonde zu verwenden. Da hier die eigentliche Meßsonde fest angeordnet ist und frei über der Ofenbeschickung liegt, also mit letzterer nicht in Berührung kommt, geschweige denn in die Ofenbeschickung eingefahren werden müßte, kann die vorbekannte Ultraschallsonde weder in aufgabennoch lösungsmäßiger Hinsicht mit der erfindungsgemäß beschaffenen Vorrichtung verglichen werden. Das gleiche gilt auch von der obenerwähnten bekannten Hochofen-Meßvorrichtung in Gestalt einer Thermosonde, die zwar ebenfalls mit Hilfe eines motorischen Antriebsmittels in die Ofenbeschickung eingefahren werden kann, jedoch nicht mit Hilfe einer Verstellspindel, sondern über eine Seilführung, die schräg zur Sonde wirkt. Das aber ist von erheblichem Nachteil, zumal eine solche schräg an der Sonde angreifende Seilkraft leicht dazu führen kann, daß die Sonde abknickt. Außerdem kann hier auch nicht die volle Antriebsenergie zum Einfahren der Sonde verwendet werden, was bei dem erheblichen Widerstand, den die Hochofenbeschickung der Sonde entgegensetzt, von großer Bedeutung ist. Schließlich sind bei der vorbekannten Meßvorrichtung im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand weder seitlich angebrachte Führungsrollen an der Sonde noch eine letztere tragende und sie zugleich führende Plattform vorhanden.

Bekannt ist aus der USA.-Patentschrift 2 523 691 auch ein Meßrohr zum Messen der Gaszusammensetzung und der Temperatur in mit pulverisierten oder granulierten Trockenstoffen gefüllten Behältern. Dieses Meßrohr ist keinen besonderen Beanspruchungen unterworfen und besitzt daher auch keine Wasserkühlung, so daß es der außergewöhnlich hohen Temperatur- und Druckbeanspruchung im Schacht eines Hochofens nicht gewachsen wäre.

Eine der Teufemessung dienende Sonde ist aus der deutschen Patentschrift 801 639 bekannt. Diese Sonde besteht aus einer im Schacht weit oberhalb der Beschichtung befindlichen angetriebenen Kettentrommel zum Auf- und Abwickeln einer mit einem Gewicht an ihrem Ende versehenen Kette. Der Trommelantrieb besteht aus einer mit einem Motor verbundenen axial unverschieblichen Welle. Über die Abwickellänge der Kette bis zum Auftreffen des Gewichts auf die Beschickungssäule kann mit dieser bekannten Vorrichtung die Höhe der Beschickungssäule im Hochofenschacht gemessen werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Meßvorrichtung zu schaffen, die für jede Einzelmessung in die Ofenbeschickung eingefahren werden kann und für den Dauerbetrieb geeignet ist sowie ohne Störung des Ofengangs ein schnelles Messen gestattet. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in der Weise, daß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art das Meßrohr zwischen im Abstand voneinander angeordneten Rollenpaaren mit horizontalen Achsen geführt wird und an seinem rückwärtigen Ende über einen Kreuzkopf mit zwei beiderseits neben dem Meßrohr angeordneten elektromotorisch angetriebenen und in der Meßrohrendstellung selbsttäig abschaltbaren Spindeln verbunden ist. Dadurch, daß die Führungsrollenpaare einerseits horizontale Achsen besitzen und andererseits die angetriebenen Spindeln beiderseits neben dem Meßrohr liegen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung der außerordentlich hohen Temperatur- und Druckbeanspruchung eines für moderne Hochöfen geeigneten Meßrohrs im Ofen und dem aus der Höhe der Beschickungssäule resultierenden, dem Meßrohr in axialer Richtung zu erteilenden Antriebsmoment gewachsen.

Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Meßrohrführung durch Führungsrollen mit horizontalen Achsen in der Vertikalen einerseits und dem auf den angetriebenen Spindeln geführten Kreuzkopf in der Horizontalen andererseits besteht darin, daß diese Führung unabhängig vom Schachtofen selbst ist. Eine derartige Trennung der Führung vom Ofen bzw. Ofenpanzer erlaubt es, der unkontrollierbaren Wärmeausdehnung und Deformation des Meßrohrs ebenso Rechnung zu tragen wie der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Schachtpanzers und der die Vorrichtung tragenden Ofenplattform. Dabei erlaubt die Führung des Meßrohrs durch die Füh-

rungsrollenpaare und den Kreuzkopf bzw. die Spindeln auf der Ofenbühne die Verwendung einer Büchse im Schachtpanzer und -mauerwerk, die nicht mehr der Führung, sondern allenfalls noch dem Abstützen des Meßrohrs zu dienen braucht. So können Büchsen zur Verwendung kommen, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Meßrohrs und die lediglich noch als Auflager dienen und das Meßrohr gegen von oben wirkende Kräfte abstützen. Außerdem wird dadurch ein müheloses Einführen und Herausziehen des Meßrohrs gewährleistet, auch wenn dieses nach mehrmaligem Gebrauch insbesondere beim Herausziehen infolge der Erwärmung im Ofen und des Gewichts der Beschickungssäule mehr oder minder stark durchgebogen ist und gegebenenfalls Ansätze aufweist. Schließlich gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung wegen der guten Abstützung über eine große Meßrohrlänge ein schnelles Einfahren mit hoher Antriebskraft und damit kurzfristige sowie häufige Messungen ohne wesentliche Knickbeanspruchung des Meßrohrs.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung befindet sich in dem Meßrohr eine im Durchmesser kleiner gehaltene und in begrenztem Umfang längsverschiebliche Hohlstange, die an ihrem vorderen Ende das Thermoelement enthält und mit einem an der Meßrohrinnenwandung anliegenden, ringförmigen Bund versehen ist, der in der zurückgezogenen Stellung der Hohlstange die Bohrung des Meßrohrs absperrt, in der vorgeschobenen Stellung aber für die Gasprobenentnahme zwischen der Innenwand des Meßrohrs und dem Umfang der Hohlstange einen Zwischenraum frei läßt. Die Hohlstange ist aus dem rückwärtig durch eine Stopfbüchse abgedichteten Meßrohr herausgeführt und mit einem hier gelagerten Betätigungshebel verbunden. Die Vor- und Rückwärtsbewegung der Hohlstange kann aber auch durch andere Mittel, z.B. durch ein Handrad mit Gewinde, bewirkt werden. Die längsverschiebliche Anordnung der Hohlstange ist für das Arbeiten mit der Vorrichtung von größter Wichtigkeit, denn sie gestattet, daß das Meßrohr bei geschlossenen Gasprobenentnahmewegen in die Beschickung eingetrieben wird. Verstopfungen dieser Wege sind dann ausgeschlossen. Erst nach Erreichen der vorgesehenen Meßstelle wird der Gasprobenentnahmeweg freigegeben.

Vor der im Ofenmauerwerk vorgesehenen Einführöffnung für das Meßrohr ist ein mit einem Absperrschieber und außerhalb desselben mit einer Stopfbuchse versehener Rohrstutzen vorgesehen. Durch den Absperrschieber kann die Einführöffnung im Ofen verschlossen werden, wenn das Meßrohr ganz aus dem Ofen herausgezogen und in seine rückwärtige Stellung auf der Plattform gefahren ist. Der Abstand zwischen Absperrschieber und Stopfbüchse ist so bemessen, daß bei vollständigem Ausfahren des Meßrohrs (z. B. zum Auswechseln) der Absperrschieber geschlossen werden kann, solange das Meßrohr sich noch im Bereich der Stopfbüchse befindet, also den Rohrstutzen noch abschließt. Erst nach dem Schließen des Absperrschiebers wird das Meßrohr ganz aus dem Rohrstutzen herausgezogen. Umgekehrt wird beim Einfahren des Meßrohrs in den Ofen der Absperrschieber erst geöffnet, wenn das Meßrohr bis in den Bereich der Stopfbüchse in den Rohrstutzen eingeführt ist. Auf diese Weise ist durch die Erfindung das schwierige Problem gelöst, auch beim Auswechseln des Meßrohrs zu vermeiden, daß das im Ofen unter hohem Druck stehende und außerdem heiße Gas in starkem Strom austritt und die Bedienungsmannschaft gefährdet. Beim üblichen Arbeiten der Vorrichtung, bei dem das Meßrohr nicht gänzlich aus dem Rohrstutzen ausgefahren wird, bietet die Stopfbüchse allein schon Gewähr gegen Gasaustritt.

ίο Da das Meßrohr im eingefahrenen Zustand' äußerst starker Hitzeeinwirkung ausgesetzt ist, ist seine intensive Kühlung durch eine Kühlflüssigkeit von größter Wichtigkeit. Gemäß der Erfindung sind die Wege für die Kühlflüssigkeit so angeordnet, daß letztere in einem verhältnismäßig weiten inneren Ringraum vom hinteren Ende des Meßrohrs bis nahe zum Meßrohrkopf und dann in einem verhältnismäßig engen äußeren Ringraum zum hinteren Meßrohrende zurückfließt. Hierdurch wird bewirkt, daß die Kühlflüssigkeit ohne wesentliche Erwärmung die Innenwand des Meßrohrkopfes erreicht und dann mit großer Geschwindigkeit innen an der Außenwand des Meßrohrs entlangfließt, so daß intensivste Kühlung sichergestellt und eine den Wärmeübergang hemmende örtliche Dampfbildung mit Sicherheit vermieden wird.

Üblicherweise wird das Meßrohr in radialer Richtung in den Ofen eingeführt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Vorrichtung aber auch so ausgebildet sein, daß das Meßrohr schräg bzw. tangential in das Ofeninnere eingeschoben werden kann. Zu diesem Zweck wird der den Absperrschieber tragende Rohrstutzen um eine senkrechte Achse schwenkbar an eine im Ofenmauerwerk verankerte, das Meßrohr umgebende Armatur angeschlossen und die das Meßrohr sowie dessen Führungs- und Antriebsmittel tragende Plattform gleichfalls um diese Achse verschwenkbar ausgebildet. Die Plattform ruht dabei vorzugsweise auf Laufrädern, die auf einem ortsfest angeordneten Stützgerüst fahren.

Einzelheiten der Meßeinrichtung nach der Erfindung seien an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung in Seitenansicht,

F i g. 2 die zu F i g. 1 gehörende Aufsicht,

F i g. 3 einen axialen Längsschnitt durch das Meßrohr,

Fig. 3a wiederum im Längsschnitt, das Kopfende

des Meßrohres mit eingezogenem Thermoelement, Fig. 3b in gleicher Darstellung das Kopfende des

Meßrohres mit dem Thermoelement in Betriebsstellung,

F i g. 4 eine Aufsicht zu F i g. 3,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform in Seitenansicht und

F i g. 6 die der F i g. 5 entsprechende Aufsicht.

Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist an dem Meßrohr 1 ein Kreuzkopf 2 vorgesehen, der mit den zu beiden Seiten des Meßrohres angeordneten Spindeln 3 in Verbindung steht, derart, daß das Rohr 1 in Längsrichtung der Spindeln 3 hin und her zu verfahren ist. Das Meßrohr ist in zwei Rollenpaaren 4 und 5 geführt, die jeweils in Böcken 4' bzw. 5' gelagert sind. Die Spindeln 3 sind an ihren Enden gleichfalls in Lagern geführt, die ebenso wie die

Claims (7)

Rollenlager auf der Plattform 11 fest angeordnet sind. Der Antrieb der Gewindespindeln 3 erfolgt über den Elektromotor 6 und das Getriebe 7. Hinter letzterem befindet sich eine mit einem Nockenschalter versehene Schalteinrichtung 8, die dem Motor 6 selbsttätig ausschaltet, sofern das Meßrohr 1 in die gewünschten Endstellungen gelangt ist. In dem Ofenmauerwerk 9 ist die durch eine Büchse 9' ausgekleidete Einführungsöffnung für das Meßrohr 1 vorgesehen. Vor dieser öffnung ist ein Rohrstutzen 10 mit einem Absperrschieber 10' und einer Stopfbüchse 10" angeordnet, der den Ofen abschließt, sobald das Meßrohr ganz aus dem Ofen herausgezogen ist. Das Meßrohr 1 ist durch ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, zu kühlen, das durch die Schläuche 12 zu- und abgeführt wird. In den F i g. 3 und 4 ist das Meßrohr 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Zur Herstellung des Kühlmantels ist das Meßrohr doppelwandig ausgebildet. Das Kühlwasser tritt durch das Rohr 13 in den Kühlmantel ein und läuft über den Rohrstutzen 14 ab. Die Innenwandung des Rohrs 1 wird von dem Meßkanal 15 gebildet, in dem die im Durchmesser kleiner gehaltene Hohlstange 16 längsverschieblich geführt ist. Am vorderen Ende der Hohlstange 16 ist das Thermoelement 17 eingebaut. Hinter dem Thermoelement 17 befindet sich ein ringförmiger Bund 18, der in der rückwärtigen Stellung der Hohlstange 16 (F i g. 3 a an der Innenwandung des Meßrohrs anliegt und dadurch dessen Längsbohrung absperrt, damit beim Einschieben des Rohrs 1 in den Ofen keine groben Teile der Ofenbeschickung in das Rohr 15 gelangen können. Am rückwärtigen Ende des Rohrs 15 ist ein mit einer Stopfbüchse 19 versehener Lagerkopf 20 vorgesehen, der an seinem ausladenden Tragarm 20' einen doppelarmigen Betätigungshebel 21 trägt, mit dessen Hilfe die Hohlstange 16 im Rohr 15 axial verschoben werden kann. Wird der Betätigungshebel 21 in Pfeilrichtung verschwenkt, so wird die Hohlstange 16 im Meßrohr 1 so weit nach vorn bewegt, daß ihr Meßkopf 17 sowie der ringförmige Bund 18 in die strichpunktiert gezeichnete Stellung gelangen (F i g. 3 b). Dadurch kann das im Ofen befindliche Gas hinter den Bund 18 in das Rohr 15 eintreten. Über den am rückwärtigen Ende des Rohrs 15 vorgesehenen seitlichen Rohrstutzen 22 wird das Gas abgeführt. Die vom Thermoelement 17 herkommenden Zuleitungen werden durch die Hohlstange 16 hindurch- und über die am rückwärtigen Ende der Stange 16 befindliche Öffnung 23 herausgeführt. Es sei noch erwähnt, daß die für die Gasprobenentnahme und Temperaturmessung erforderliche Relativverschiebung zwischen der Hohlstange 16 und dem Meßrohr 1 in der Praxis dadurch herbeigeführt wird, daß man das Meßrohr 1, nachdem es weit genug in das Ofeninnere eingeführt worden ist, etwas zurückzieht, dabei aber die Hohlstange 16 in ihrer Stellung beläßt (F i g. 3 b). Auf diese Weise wird der am vorderen Ende der Hohlstange 16 befindliche Temperatur-Meßkopf vor unzulässig hohen Beanspruchungen geschützt, wie sie sonst durch ein weiteres Eindrücken in die Ofenbeschickung eintreten würden. Die in den F i g. 5 und 6 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen im wesentlichen nur dadurch, daß hier die das Meßrohr 1 sowie dessen Führungs- und Antriebsmittel tragende Plattform 25 in horizontaler Richtung schwenkverstellbar ist. Zu diesem Zweck ist der den Absperrschieber 10' tragende Rohrstutzen 10 um eine senkrechte, durch den Bolzen 24 laufende Achse schwenkverstellbar an eine im Ofenmauerwerk 9 verankerte, die Meßrohr-Einführöffnung umgebende Armatur 24' angeschlossen. Der Bolzen 24 besitzt eine quer zu seiner Längsachse verlaufende Bohrung für den Durchgang des Meßrohrs 1. Die Plattform 25 ist über Laufräder 27, 28 und 29 auf dem ortsfest angeordneten Stützgerüst 30 abgestützt. Auf diese Weise kann durch Verschwenken der Plattform 25 und des auf ihm verschieblich geführten Meßrohrs 1 um den Bolzen 24 das Meßrohr auch in schräger bzw. tangentialer Richtung in den Ofen eingeführt werden, so wie das F i g. 6 veranschaulicht. Mit Hilfe entsprechend ausgebildeter elektrischer Schaltvorrichtungen und an sich bekannter Folgesteuerungen kann der gesamte Meßvorgang automatisch durchgeführt werden. Patenansprüche:

1. Vorrichtung zur Gasprobenentnahme und Temperaturmessung bei Schachtofen, insbesondere Hochöfen, mit einem doppelwandigen kühlmitteldurchströmten Meßrohr, das von einer Ofenplattform aus horizontal in die Ofenbeschickung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (1) zwischen im Abstand voneinander angeordneten Rollenpaaren (4, 5) mit horizontalen Achsen geführt wird und an seinem rückwärtigen Ende über einen Kreuzkopf (2) mit zwei beiderseits neben dem Meßrohr (1) angeordneten elektromotorisch angetriebenen und in der Meßrohrendstellung selbsttätig abschaltbaren Spindel (3) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßrohr (1) eine im Durchmesser kleiner gehaltene und in begrenztem Umfang längsverschieblich angeordnete Hohlstange (16) vorgesehen ist, die an ihrem vorderen Ende das Thermoelement (17) trägt und mit einem ringförmigen Bund (18) versehen ist, der in zurückgezogener Stellung der Hohl stange (16) die Meßrohr-Längsbohrung (15) absperrt und in der vorgeschobenen Stellung der Hohlstange (16) einen ringförmigen Zwischenraum zwischen der Innenwand der Längsbohrung und der Hohlstange (16) für die Gasprobenentnahme freigibt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstange (16) aus dem rückwärtig durch eine Stopfbüchse (19) abgedichteten Meßrohr (1 bzw. 15) herausgeführt und mit einem hier gelagerten Betätigungshebel (21) versehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wege für die Kühlflüssigkeit so angeordnet sind, daß letztere in einem verhältnismäßig weiten inneren Ringraum vom hinteren Ende des Meßrohrs (1) bis nahe zum Meßrohrkopf und dann in einem verhältnismäßig engen Ringraum zum hinteren Meßrohrende zurückgeführt wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der im Ofenmauerwerk (9) vorgesehenen Einführöffnung für

das Meßrohr (1) ein mit einem Absperrschieber (10') und außerhalb desselben mit einer Stopfbüchse (10") versehener Rohrstutzen (10) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen Absperrschieber (10') und Stopfbüchse (10") so bemessen ist, daß der Absperrschieber (10') geschlossen werden kann, solange das Meßrohr (1) sich noch im Bereich der Stopfbüchse (10") befindet und den Rohrstutzen (10) abschließt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Absperrschieber (10') tragende Rohrstutzen (10) um eine

senkrechte Achse (24) schwenkverstellbar an eine im Ofenmauerwerk (9) verankerte, die Meßrohr-Einführöffnung umgebende Armatur (24') angeschlossen ist und die das Meßrohr (1) sowie deren Führungs- und Antriebsmittel tragende Plattform (25) gleichfalls um diese Achse (24) schwenkverstellbar ist und auf einem ortsfest angeordneten Stützgerüst (30) aufruht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (25) auf entsprechend angeordneten Laufrädern (27, 28, 29) ruht, die auf dem Stützgerüst (30) laufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 532/38