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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Gas- und Probenentnahme
und/oder Temperatur- sowie Gasdruckmessung bei Schachtöfen, insbesondere Hochöfen,
mit einer doppelwandig ausgebildeten, kühlmitteldurchströmten - Meßlanze, die auf
einer Ofenplattform horizontal verfahrbar gelagert und mittels eines Antriebes durch
die mit einer Stopfbuchsendichtung und einem Absperrschieber versehene Ofenwandung
hindurch in die Ofenbeschickung einzufahren ist.
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Sonden der vorerwähnten Art gehören zum Stand der Technik; so werden
in der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1965, S. 1542 bis 1546 eine Reihe von Sonden
beschrieben, die auf die verschiedenste Art und Weise in den Ofenschacht eingeführt
werden. Eine dieser bekannten Sonden wird mittels einer von einer Winde über eine
Umlenkrolle am Ofenpanzer gezogenen Kette in den Ofenschacht eingefahren, unterliegt
aber wegen der notwendigerweise winklig und zudem einseitig angreifenden Kette einer
starken Knickbeanspruchung, die leicht zu einem Verkanten der Sonde in der Mauerwerksführung
führt.
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Eine andere bekannte Sonde ist in einer Führung gelagert, und wird
mittels eines Elektromotors in den Ofenschacht und dessen Beschickung eingedreht.
Das Drehen erleichtert zwar das Eindringen in die Beschickungssäule, führt aber
zu Schwierigkeiten, wenn die Sonde unter dem Einfluß der im Ofenschacht herrschenden
Temperatur und dem Druck der auf ihr lastenden Beschickungssäule durchgebogen ist.
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Außerdem kommt es zu einem Festfressen der verborgenen und mit Ansätzen
versehenen Sonde in ihrer Führung. Weiterhin ist es auch bekannt, die Sonde mittels
eines sie umgebenden und über Klemmbacken angreifenden Druckluftzylinders in den
Ofenschacht einzufahren. Das Einfahren erfolgt aber nach Art eines Pilgerschrittverfahrens
schrittweise, da der Zylinder nach jedem Hub und Lösen der Klemmbacken zunächst
wieder in seine Ausgangsstellung zurückfahren muß. Außerdem erlauben die Klemmbacken
keine Schmierung der Sonde und die Sondenoberfläche ihrerseits, die die im Ofenmantel
bzw. Ofenmauerwerk befindliche Stopfbuchse beschädigt. Ein weiterer Nachteil dieser
bekannten Sonde besteht darin, daß die Klemmbacken, insbesondere bei Verschmutzung,
leicht rutschen und demzufolge die genaue Lage der Sondenspitze im Ofenschacht bei
der Messung nicht festliegt. Ein klares Bild über die Ofenverhältnisse ergibt sich
aber nur, wenn bei einer Messung auch der jeweilige Meßpunkt bekannt ist. Dies gilt
insbesondere beim Messen mit mehreren Sonden, deren Meßpunkte auf einem gemeinsamen
Kreis um die Ofenachse liegen muß Um die vorerwähnten Nachteile zu beheben, ist
auch bereits versucht worden, als Sondenantrieb Galsche-Ketten zu verwenden, die
über zwei der Sonde benachbarte Rollen am Schachtpanzer geführt und durch Zahnräder
angetrieben werden. Hierbei handelt es sich jedoch um einen wenig feinfühligen Antrieb,
der infolge ungleicher Kettenlängen und Verschmutzung ebenfalls leicht zu einer
hohen Knickbeanspruchung der Sonde führt.
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Schließlich wurde auch bereits eine Sonde vorgeschlagen, die über
zu ihren beiden Seiten auf der Ofenplattform angeordnete, von einem Elektromotor
angetriebene Gewindespindel eingefahren wird.
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Dieser Antrieb erfordert jedoch einen erheblichen baulichen Aufwand
und ist insofern problematisch,
als die Spindelführung vergleichsweise starr ist
und den durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Ofenmauerwerks und des Ofenpanzers
bedingten vertikalen Lageänderungen der Meßlanze nicht ausreichend zu folgen vermag.
Allen bekannten Sonden ist aber der Nachteil zu eigen, daß sich ein gleichmäßiger
Vorschub bei mehreren auf dem Schachtumfang angeordneten Sonden praktisch nicht
oder nur mit sehr großem baulichen Aufwand erreichen läßt. Außerdem arbeiten die
bekannten Sonden mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit und können demzufolge nicht
mit hoher Anfangsgeschwindigkeit eingefahren, insbesondere aber mit hoher Geschwindigkeit
aus dem Ofen herausgezogen werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile
zu beheben und insbesondere eine Sonde zu schaffen, die bei regelbarer Geschwindigkeit
und ohne komplizierten baulichen Aufwand leicht in die Ofenbeschickung ein- und
ausgefahren werden kann. Insbesondere soll sich die Sonde zum kontinuierlichen Messen
mit mehreren auf dem Ofenumfang verteilten Sonden eignen. Die Lösung dieser Aufgabe
besteht darin, daß bei der eingangs erwähnten Sonde erfindungsgemäß die Meßlanze
über an ihrem rückwärtigen Ende angeordnete Führungsrollen in einem auf der Plattform
angeordneten Führungsrahmen gelagert sowie durch einen auf dem Führungsrahmen angeordneten
und von einer Pumpe mit veränderlicher Fördermenge gespeisten Hydraulikzylinder
mit stufenlos regelbarer Vorschubgeschwindigkeit anzutreiben ist.
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Der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb ist nicht nur erheblich
billiger als vergleichbare mechanische oder elektromechanische Antriebe, sondern
erlaubt durch unterschiedlich große druckbeaufschlagte Flächen des Kolbens auch
eine höhere Rückzugsgeschwindigkeit, wie sie nach Abschluß der Messung zur Schonung
der Meßlanze oder beim plötzlichen Ausfall der Lanzenkühlung unbedingt erforderlich
ist. Zudem erlaubt die hydraulische Steuerung das gleichmäßige Einfahren mehrerer
Sonden, deren Meßpunkte sich bei gemeinsamer Druckmittelbeaufschlagung stets auf
einem Kreis um die Ofenachse befinden. Auf diese Weise gelingt es, die Temperaturverteilung
und Gaszusammensetzung über den Schachtquerschnitt exakt zu erfassen und damit die
Voraussetzung für eine Prozeßsteuerung zu schaffen.
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Vorteilhaft ist der Hydraulikzylinder auf dem Führungsrahmen mittels
Rollen verfahrbar gelagert und in zwei axial verschiedenen Einbaustellungen, z.
B. mittels Steckbolzen, zu arretieren. Auf diese Weise braucht der Verstellhub des
Hydraulikzylinders nur so groß zu sein, daß die Lanzenspitze im Ofen den normalen
Meßweg auszuführen vermag. Zum Ausbau der Meßlanze kann der Hydraulikzylinder aus
seiner vorderen, der Betriebsstellung entsprechenden Einbaulage auf dem Führungsrahmen
gelöst und um das Ausbaumaß der Meßlanze nach hinten gefahren werden, um in der
Ausbaustellung der Lanze erneut befestigt werden zu können. Die am Hydraulikzylinder
vorhandenen Rollen gewährleisten dabei ein leichtes Verschieben des Zylinders und
fixieren zugleich die Befestigungslöcher für die Steckbolzen. Um an Baulänge zu
sparen, sind der Hydraulikzylinder und seine mit ihrem freien Ende an einer Mitnehmergabel
der Meßlanze angreifende Kolbenstange vorteilhaft achsparallel zur Meßlanze versetzt
angeordnet.
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Um den durch die ungleichmäßige Wärmeausdehnung
des
Mauerwerks und Panzers vor allem bei neuen Hochöfen auftretenden Höhenverlagerungen
der Meßlanze ausreichend Rechnung tragen zu können, ist der den Hydraulikzylinder
und die Meßlanze tragende Führungsrahmen an seinem rückwärtigen Ende um eine waagerechte
Achse schwenkbeweglich und an seinem vorderen der Ofenwandung zugewandten Ende über
eine vertikal verstellbare Stütze auf der Ofenplattform abgestützt, während die
Meßlanze auf einer im Ofenwanddurchbruch angeordneten Stützschale gleitbeweglich
aufruht, die ebenso wie die die Meßlanze umgebende Stopfbuchsendichtung in einer
den Ofenwanddurchbruch abschirmenden und den Absperrschieber tragenden Armatur in
begrenztem Umfang vertikal verschieblich ist. Hierzu empfiehlt es sich, die Stopfbuchse
mit einem vertikal verlaufende Langlöcher aufweisenden Ringflansch zu versehen,
der über zwischengelegte Dichtungsringe gleitbeweglich an einem an der Ofenwand-Armatur
vorhandenen Ringflansch anliegt und mittels darin angeordneter Verbindungsbolzen
gehalten ist, die unter Wirkung von Tellerfedern stehen und die Langlöcher im stopfbuchsenseitigen
Ringflansch durchdringen.
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Die die Meßlanze abdichtende Stopfbuchse ist vorteilhaft mit einer
Schmiermittclzuleitung versehen, durch die mittels einer automatischen Pumpe ein
Schmiermittel an die Stopfbuchsendichtung und an den Meßlanzenumfang herangeführt
werden kann.
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Auf diese Weise wird die Meßlanze bei ihrem Einfahren in die Ofenbeschichtung
mit einer Schmiermittelschicht umgeben, die ein Festbrennen von Möllerteilen und
ein Beschädigen der Stopfbuchsenpackung beim Zurückziehen der Meßlanze verhindert.
Weiterhin wird dadurch die Reibung der Meßlanze an der in der Ofenwand-Armatur befindlichen
Stützschale verringert, wodurch die Antriebsleistung für die Lanze wesentlich reduziert
werden kann.
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Schließlich wird durch das Schmiermittel auch noch die Abdichtung
der Meßlanze in der Stopfbuchsenpackung verbessert.
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Die Meßlanze ist so stark ausgebildet, daß sie die Belastung der
niedergehenden Möllerung im Schachtofen aushält. Dafür genügt es in der Regel, wenn
die Meßlanze einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
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Bei großen Senkgeschwindigkeiten des Möllers empfiehlt es sich jedoch,
eine Meßlanze von ovalem bzw. stromlinienförmigem Querschnitt zu verwenden, der
dem niedergehenden Möller einen entsprechend geringeren, leichter zu überwindenden
Widerstand entgegensetzt.
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Die Meßlanze ist vorteilhaft so beschaffen, daß mit ihr gleichzeitig
Gasproben entnommen und Temperatur- sowie statische und dynamische Gasdruckmessungen
vorgenommen werden können. Zu diesem Zweck ist im Innern der Meßlanze ein Gasentnahmerohr
angeordnet, in dem zwei zur Lanzenspitze führende und dort um 900 versetzt ausmündende
Rohrleitungen für die statische und dy'namische Gasdruckmessung sowie die Verbindungsleitungen
für das Thermoelement untergebracht sind, das in der durch eine auswechselbar befestigte,
mit unteren Gasansaugöffnungen versehene Verschlußkappe abgedeckten Lanzenspitze
untergebracht ist und hier vom anzusaugenden Gasstrom unmittelbar umspült wird.
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Durch die geschützte Anordnung des Thermoelements in der abgedeckten
Lanzenspitze und die große Strömungsgeschwindigkeit des abzusaugenden Gases läßt
sich
eine schnelle, einwandfreie Temperaturmessung erreichen.
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Schließlich kann an Stelle der Verschlußkappe, des Thermoelementes
und der für die Gasdruckmessung bestimmten Rohrleitungen in der Lanzenspitze auch
eine kleine Pfanne für die Entnahme von Möller-Proben vorgesehen sein, wobei die
Pfanne an dem in der Meßlanze zentral angeordneten Gasentnahmerohr befestigt und
dadurch wahlweise aus der Lanzenspitze herausgeschoben oder darin zurückgezogen
werden kann. Um bei der Entnahme von Möller-Proben nachträgliche Reaktionen zu vermeiden,
kann in das Lanzeninnere ein neutrales Gas eingeblasen werden, das die Proben bis
zur Abkühlung überstreicht. Falls zum Herausziehen der Pfanne nicht genügend Platz
hinter der Lanze zur Verfügung steht, kann zur Entnahme von Möller-Proben an Stelle
der Pfanne eine Förderschnecke verwendet werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht der auf der Ofenplattform angeordneten
Vorrichtung mit horizontal verfahrbarer Meßlanze, F i g. 2 die zu F i g. 1 gehörige
Draufsicht, F i g. 3 eine schematisch gehaltene Querschnittdarstellung der Meßlanze,
Fig. 4einenAxialschnittdurchdieMeßlanzenspitze, F i g. 5, 6 und 7 Schnitte nach
den Linien V-V bzw. VI-VI und VII-VII der F i g. 4, Fig. 8 einen Axialschnitt durch
die den Ofenwanddurchbruch abschirmende Armatur mit Stützschale, Absperrschieber
und Stopfbuchsendichtung, F i g. 9 eine Stirnansicht auf die in F i g. 8 abgebildete
Armatur, Fig. 10 einen Schnitt nach der LinieX-X der Fig. 9, F i g. 11 einen Axialschnitt
durch eine andere Ausführungsform der Lanzenspitze mit eingebauter Pfanne für Möller-Probenentnahme,
Fig. 12 eine Aufsicht auf die Möller-Entnahmepfanne und Fig. 13 einen Schnitt nach
der LinieXIII-XIII der Fig. 11.
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Auf der Plattform 1 des Hochofens 2 ist über die Gelenkstütze 3 und
die vertikal verstellbare Stütze 4 der Führungsrahmen 5 abgestützt, der über das
Trägerblech 6 und die Streben 7 mit dem das Of enmauerwerk 2'umgebenden Ofenpanzer
2" verbunden ist. Auf dem Führungsrahmen 5 sind in der Nähe seines Anlenkendes 3'
zwei Führungsschienen 5', 5" vorgesehen, zwischen denen der Hydraulikzylinder 8
angeordnet ist. Letzterer ist mittels zweier beidseitig angeordneter Rollen 9 auf
dem Führungsrahmen 5 verfahrbar gelagert und in zwei axial verschiedenen Einbaustellungen
zu arretieren. Diese beiden Einbaustellungen werden durch die an den beiden Enden
der Führungsschienen 5', 5" vorgesehenen Halteaugen 10 und die darin wahlweise einzusetzenden
Steckbolzen 11 fixiert, die in entsprechende Bohrungen an dem die Rollen 9 tragenden
Zylinderbund 12 bzw. an am letzteren vorhandenen Achsschenkeln eingreifen. In der
in den F i g. 1 und 2 voll gezeichneten Einbaustellung nimmt der Hydraulikzylinder
8 seine Betriebsbereitschaftslage ein, wohingegen die gestrichelt dargestellte Stellung
der Ausbaulage entspricht, in der also die durch ihn verfahrbare Meßlanze 13 ausgebaut
werden kann,
Die Meßlanze 13 ist an ihrem rückwärtigen Ende mit
zwei beidseitig angeordneten Führungsrollen 14 versehen, die in den doppel-T-förmigen
Längsträgern 5"' des Führungsrahmens 5 verfahrbar lagern.
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Weiterhin besitzt die Meßlanze 13 in der Nähe ihres rückwärtigen Endes
eine Mitnehmergabel 15, an der die Kolbenstange 16 des Hydraulikzylinders 8 angreift.
Da der Hydraulikzylinder 8 durch eine nicht dargestellte Förderpumpe mit regelbarer
Fördermenge zu speisen ist, kann die Meßlanze 13 mit verschiedener gewünschter Geschwindigkeit
durch den Ofenwanddurchbruch 17 in die Ofenbeschickung eingefahren bzw. aus ihr
herausgefahren werden.
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Die den Ofenwanddurchbruch 17 abschirmende Armatur ist von der in
den F i g. 8, 9 und 10 dargestellten Beschaffenheit. Sie besteht im wesentlichen
aus der Stopfbuchse 20, dem aus mehreren Flanschringen 21, 22, 23, 24 und 24' zusammengesetzten
Armaturenkörper, dem um die Achse 25 schwenkbeweglichen Brillenschieber 26 und der
Stützschale 27. Die auf dem Ofenmauerwerk2' aufliegende Stützschale 27, die die
Meßlanze 13 gleitbeweglich abstützt, ist zwischen den beiden Flanschringen 24, 24'
vertikal verschieblich gelagert. Das tritt auch für die Stopfbuchse 20 zu, deren
Ringflansch 20' in der in F i g. 10 dargestellten Weise mit dem Ringflansch 21'
des Flanschringes 21 gleitverschieblich verbunden ist. Zu diesem Zweck sind im Ringflansch
20' vertikal verlaufende Langlöcher 29 vorhanden, die von den im Ringflansch 21'
sitzenden, unter Wirkung der Tellerfedern 30 stehenden Verbindungsbolzen 31 durchdrungen
sind. Durch die Bolzenmuttern 32 und die Unterlegscheibe 33 können die beiden Ringflansche
20', 21', die durch die konzentrisch angeordneten Dichtungsringe 34 gegenseitig
abgedichtet sind, unter entsprechenden Vorspanndruck gesetzt bzw. sicher abdichtend
und gleitbeweglich miteinander verbunden werden. Wie aus F i g. 8 hervorgeht, ist
in der Stopfbuchse 20 noch ein Schmiernippel 35 für die Schmiermittelzuleitung 36
vorhanden, über die durch eine nicht dargestellte Pumpe ein Schmiermittel an die
Dichtungsringe sowie an den Umfang der hindurchgeführten Meßlanze 13 heranzubringen
ist.
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Die Meßlanze 13 besitzt normalerweise einen kreisringförmigen Querschnitt,
wie das in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt ist. Sie kann aber zumindest teilweise
auch den in Fig. 3 voll gezeichneten ovalen bzw. stromlinienförmigen Querschnitt
13' besitzen, wodurch ihr Widerstand gegen den niedergehenden Möller entsprechend
verringert wird.
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Die Ausbildung der Lanzenspitze geht aus den Fig. 4 bis 7 hervor.
Danach ist auf den aus dem Außen- und Innenrohr 40 bzw. 41 bestehenden Lanzenkörper,
der innen von Kühlwasser in der eingezeichneten Pfeilrichtung durchströmt wird und
einen Leitrohreinsatz 42 trägt, ein entsprechend geformtes Abschlußstück 43 aufgeschweißt,
auf dem stirnseitig das kreuzförmig geschlitzte Anschlußstück 44 mit dem Anschlußgewinde45
für die hier aufgeschraubte Verschlußkappe 46 befestigt ist. Die Verschlußkappe
46 ist in ihrem unteren Teil mit Gasansaugöffnungen 47 versehen. Das anzusaugende
Gas strömt durch den in der Meßlanze vorgesehenen Ringkanal 48, der zwischen dem
Innenrohr 41 des Lanzenkörpers und dem zentral darin untergebrachten Rohr 49 liegt.
Im Rohr 49 sind die Rohrleitungen 50, 51 sowie das Meßrohr53 untergebracht, das
an seinem vorderen Ende das Thermoelement 52 und
die dazu führenden Verbindungsleitungen
54 enthält.
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Das Rohr 50 ist durch den nach unten weisenden Schlitz des Anschlußstückes
44 nach unten herausgeführt und dient zur dynamischen Gasdruckmessung, wohingegen
das Rohr 51 in der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise seitlich herausgeführt ist und
die statische Gasdruckmessung ermöglicht. Die beiden übrigen im Anschlußstück 44
vorhandenen Kreuzschlitzteile sind durch eine feuerfeste Masse 55 verschlossen,
desgleichen auch der von den Phrieitungen 50, 51 und 53 nicht ausgefüllte Querschnitt
im Zentralrohr 49, wie das die F i g. 4 und 7 zeigen. Da das Thermoelement 52 von
dem über die Öffnungen 47 angesaugten Gas unmittelbar und mit hoher Geschwindigkeit
umströmt wird, erlaubt es eine schnelle Temperaturmessung.
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Um mit der Meßlanze auch Möller-Proben entnehmen zu können, kann
gemäß den Fig. 11, 12 und 13 in der Lanzenspitze auch eine kleine Pfanne 60 vorgesehen
werden, die in der zentralen Bohrung des Abschluß stückes 43 verschieblich untergebracht
und mit ihrem rückwärtigen Ende an dem Zentralrohr 49. z. B. mit Hilfe des Keils
61, verbunden ist. Durch entsprechendes Axialbewegen des Zentralrohres 49 kann daher
die Pfanne 60 wahlweise aus dem Abschlußstück 43 der Lanzenspitze herausgeschoben
oder in letzteres zurückgezogen werden. Durch das Rohr 49 und die Bohrungen 62 in
der Pfanne 60 kann ein neutrales Gas eingeblasen werden, um nachträgliche Reaktionen
zu vermeiden.