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Sammelvorrichtung zum Untersuchen von Gasen.
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Die firfindung betrifft eine Probenentnahrnevorrichtung zum Sammeln
und genauen Untersuchen von staubreichen Gasen mit hoher 9?emreratur und hoher Beuchtigkeit
aus einer gaserzeugenden Quelle, wie z.B. einem Schachtofen, einem Konverter, einem
Siemens-Martin-Ofen oder irgendeinem anderen Ofen.
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Bei herkömmlichen Sammelvorrichtungen, die bei staubreicher Atmosphäre
hoher Temperatur verwendet werden, ist meistens ein System vorgesehen, bei dem Gase
gesammelt werden, während die obere Seite des Sammlers mit Wasser oder Dampf bespült
wird, und bei dem das in den Gasen enthaltene Wasser Vol1 diesen getrennt wird.
Dieses System hat jedoch folgende Nachteile: a) das Wasser oder der Dampf und das
Gas müssen voneinander getrennt werden, so daß sich die Analyse erheblich verzögert;
b) bei Verwendung eines Analysegeräts, das mit Infrarotstrahlen betrieben wird,
verursacht das Wasser Meßfehler;
c) bei einer Sammelvorrichtung,
bei der der obere Xeil mit Wasser oder Dampf bespült wird, wird CO2 oder dergl.
während des Sammelvorganges durch das Wasser absorbiert, so daß die Analyse fehlerhaft
wird.
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Daneben ist ein sogenanntes Trockensammelsystem bekannt, bei dem kein
Wasser verwendet wird. Bei dieser Anordnung wird ein komprimiertes Gas verwendet,
durch das angesammelter Staub weggeblasen wird. Jedoch wird det Staub wegen des
Wassers, das in dem als Bindemittel wirkenden Gas enthalten ist, zu einem Schlaulmy
der- sich aus der Sammelvorrichtung ablagert und nur schwer allein mit Druckluft
zu entfernen ist.
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Weiterhin ist vorgeschlagen worden, den oberen Bereich der Sammelvorrichtung
mit einem Keramikfilter zu versehen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß der
Filter wegen der hohen Temperatur der Gase einer thermischen Dehnung ausgesetzt
ist, und sofern keine Maßnahmen getroffen werden, die thermische Dehnung aufzunehmen,
kann der Filter leicht auf grund innerer Spannungen brechen.
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Auf der anderen Seite besteht in dem Bereich, in dem die Verwendung
von Probevorrichtungen unentbehrlich ist, eine starke Nachfrage nach einer Sammelvorrichtung,
die eine genaue u-nd schnelle Analyse der Gase ermöglicht und darüberhinaus haltbar
ist. Beispielsweise ist im Bereich des Konverterbetriebs, bei dem eine dynamische
Kontrolle durch ein Kontrollsystem weit entwickelt ist, wobei die Endpunkt-Zusammensetzung
des Stahlbades, oder insbesondere der Endpunkt-EohLenstoffgehalt des Stahlbades
mit erhöhter Genauigkeit festgestellt werden, ein Verfahren zur Feststellung der
Stahlbadzusammensetzung unter Verwendung eines Meßgerätes für die Entkohlungsgeschwindigkeit
in Anwendung. Entsprechend diesem Verfahren wird die Menge des Eohlenstoffes, der
aus dem Stahlbad austritt, und damit
die Entkohlungsgeschwindigkeit,
aus den Analysewerten von CO und CO,, die in dem Abgas und dessen Strömungsvolumen
in der Endperiode des Blasens enthalten sind, errechnet, und der Endpunkt-Kohlenstoffgehalt
des Stahlbandes kann aus der Beziehung zu dem Kohlenstoffgehalt in dem geschmolzenen
Roheisen der Anfangsperiode oder aus der gegenseitigen Beziehung zwischen dem Entkohlungsgeschwindigkeitswert
und dem IRohlenstoffgehalt im Stahlbad mit vorher bekannten Gasen ermittelt werden.
Die Genauigkeit der Ermittlung durch dieses Verfahren hängt von einer genauen und
haltbaren Sammolvorrichtung ab, die als Analysegerät für CO und GO, dient, die in
dem Abgas enthalten sind. Wenn jedoch ein Eingangssignal vorgesehen wird, das durch
Uberprüfung von schwierigen Vorgängen, wie dem Ansammeln und Analysieren von Gas,
in einer Kontrollvorrichtung erhalten wird, tritt wiederum das Hauptproblems nämlich
die Verzögerung der Untersuchung, auf. Damit die Verzögerung der Untersuchung auf
ein Minimum verringert wird, soweit die Sammelvorrichtung betroffen ist, und damit
weiterhin die erwähnte Verzögerung, wie gewünscht, reduziert wird, muß die Abtaststelle
des Sammelvorganges wesentlich härteren Bedingungen ausgesetzt werden, und die Messung
muß bei einer I?enTeratur oberhalb 100000 entsprechend dem heutigen Stand der technik
durchgelührt werden. Da jedoch das Konverterabgas nicht nur sehr heiß ist, sondern
einen hohen Staub- und Feuchtigkeitsgehalt aufweist, setzen das Wasser und der Staub,
die unter der Hitze koaguliert sind, im Trockenzustand das Meßelement zu, selbst
wenn dieses gekühlt wird. Aus diesem Grunde kann mit der bekannten Sammelvorrichtung,
die zuvor beschrieben wurde, das oben genannte Problem kaum gelöst werden.
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Die Erfindung ist auf einen stabilen Sammelvorgang, selbst in einer
Umgebung hoher Temperatur und hohen Staub- und Beuchtigkeitsgehaltes, gerichtet.
Darüberhinaus soll erfindurlgsgemäß ein Zeitverlust beim Sammeln dadurch vermieden
werden, daß die Sarlmelvorrichtung so dicht wie möglich in der Nähe der Gasquelle
angeordnet
wird.
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Die erfindungsgemäße Gassammelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein Keramikfilter in das Ende des Gasauslaßrohres eingesetzt ist, der mit einem
Kühlzylinder versehen ist, daß ein Mechanismus zum Einblasen eines Gases zum Entfernen
des Staubs in der Nähe des Filters vorgesehen ist, und daß das Gasauslaßrohr mit
einem Mechanismus zum Aufnehmen einer thermischen Ausdehnung ausgerüstet ist.
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Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung naher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau der erfindungsgemäßen
Vorrichtung darstellt; Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2; Fig.
4 ist eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Rahmen einer Konverteranordnung.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Kühlzylinder bezeichnet, in den Kühlwasser
durch einen Kühlwassereinlaß 10 eingelassen und durch einen Kühlwasserauslaß 11
ausgelassen wird, so daß eine Eühlwirkung entsteht. Mit 2 ist eine einen Filter
haltende Schubstange bezeichnet, die in den Kühlzylinder 1 eingefügt ist.
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Die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine staubentfernde Stange, die durch
einen Zylinder 4 und einen Kolben 5 bewegt wird. RJeitcrhin ist ein Keramikfilter
16 zwischen einem vorspringenden Teil 19 im vorderen Bereich des Kühlzylinders 1
und der Schibstange 2 vorgesehen. Die Schubstange 2 wird federnd über eine Feder
6, die sich gegenüber einer festen Platte 17 abstützt,
gehalten,
so daß ein Mechanismus gebildet wird, der eine thermische Ausdehnung aufnimmt. Dieser
Mechanismus muß nicht auf die beschriebene Art ausgebildet sein, sondern kann im
Rahmen einer anderen Ausführungsform auch auf die in Fig. 2 gezeigte Art gestaltet
sein. Weiterhin kann die Schubstange 2 festgelegt sein und mit dem Filter 16 über
einen üblichen Ausdehnungszwischenraum am Ende der Schubstange 2 verbunden sein.
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Auf dem äußeren Umfang ist der Keramikfilter 16 mit einem Sammelgas-Auslaßrohr
8 versehen, das durch den Kühlzylinder 1 in einen Raum 22 eintritt. In die den Filter
haltende Schubstange 2 ist eine Stange 3 zur mechani,schen Wntfernung von Staub
eingefügt. Diese Stange ist mit dem hin- und hergehenden Kolben 5 und einem Zylinder
4 verbunden und gegenüber der Außenluft über eine Dichtwrig 7 abgedichtet. Mehrere
scheibenförmige Metallteile 18 oder Bürsten zum Abkratzen des Staubes, der sich
auf dem Filter abgelagert hat, sind hintereinander auf der Spitze der staubentfernenden
Stange 3 angeordnet, so daß der Staub durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens
5 entfernt werden kann. Zwischen der Schubstange 2 und der staubentfernenden Stange
3 ist ein Abstand 21 von solchen Abmessungen vorgesehen, daß zurückströmende Gase
hindurchtreten können, wie später beschrieben werden soll. Mit 12 ist ein Einsetzflansch
bezeichnet.
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Das Gas, das durch die Ansaugwirkung einer Pumpe über ein Sammelauslaßrohr
9 abgesaugt wird, das sich bis zu dem oberen Umfangsbereich des. Keramikfilters
16 erstreckt, tritt in den Zylinder über einen Sammelgas-Einlaß 14 ein und wird
in einem Sammelgas-Auslaßrohr 8 gesammelt, nachdem es durch den Keramikfilter 16
gefiltert ist. Daher kann durch Weiterleiten dieses Gases zu einem Analysegerät
oder dergl. jeder gewünschte Vorgang durchge£-hrt werden.
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Die Staub, der sich auf dem Keramikfilter 16 ablagert, wird durch
den folgenden Vorgang entfernt.
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Entsprechend Fig. 1 ist die Druckgasleitung 13 für ein Rückblasen
mit einer Kammer 15 verbunden, die an einem Ende des Kühlzylinders 1 gebildet ist.
Ein komprimiertes Gas, z.B. ein inertes Gas, wie N2, wird unter einem Druck von
4 bis 7 kg/cm2 in die Kammer 15 eingeleitet, strömt dadurch den Abstand zwiseheii
der den Staub entSernenden Stange 3 und der den Filter haLterlden Schubstange 2
und bläst den Staub, der sich auf der Oberfläche des Filters 16 abgelagert hat,
fort.
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Durch alternative Aufbringung eines Luftdruckes auf beide Seiten des
Zylinders 4 wird der Kolben 5 hin- und herbewegt, und cntsprechend dazu wird die
Stange 3 zum Entfernen des Staubes betätigt und entfernt den Staub, der sich auf
der Oberfläche des Filters abgelagert hat, während sich die Scheiben 18 über die
Filteroberfläche bewegen. Wenn der Filter 16 durch einen neben Filter ersetzt werden
muß, kann dies dadurch geschehen, daß ein Flansch 20, der im hinteren Bereich des
KühLzylir.ders 1 vorgesehen ist, entfernt wird, und daß ein neuer Filter durch den
Druck der Schubstange 2 eingeschoben wird.
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Bei der,-in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, die von dem Aufbau der
Fig 1 abweicht, besteht der Kühlzylinder aus zwei Teilen, einem inneren Zylinder
2' und einem äußeren Zylinder 1'. Der innere Zylinder 2' hält den Keramikfilter
16 und wird durch Einleiten von Kühlwasser durch einen Kühlwaser-Einlaß 10 und durch
Abziehen dieses Wassers durch den Kühlwasser-Auslaß 11 gekühlt. Der äußere Zylinder
1' schützt den inneren Zylinder 2' und hat die Funktion, den Staub wegzublasen,
der sich auf der Oberfläche des Keramikfilters 16 angesammelt hat indem ein komprimiertes
Gas durch die Druckgasleitung 13 eingeblasen wird, wodurch das Gas durch eine Rückblasöffnung
25 in der Endfläche des äußeren Zylinders 1 zurück- und ausgeblasen wird. Weiterhin
wird inden äußeren Zylinder lt Kühlwasser
durch einen Kühlwasser-Einlaß
10' eingelassen und durch einen Kühlwa:sser-Auslaß 11' abgezogen. Der äußere Zylinder
1 ist mit einem Befestigungsflansch 12' und der innere Zylinder 2' mit dem äußeren
Zylinder 1' über ein Verbindungsgewinde 24 verbunden. Der Keramikfilter 16, der
ein wichtiges Teil der Sammelvorrichtung darstellt, wird zwischen dem Ende des inneren
Zylinders 2' und einem Metall-EIalteteil 23, das vor dem inneren Zylinder 2' vorgesehen
ist, gehalten. Das Metall-Halteteil 23 wird durch eine Feder 6 und eine rohrförnige
Stange 27 mit Öffnungen 28 federnd gehalten. Dadurch wird ein Mechanismus zur Aufnahme
von thermischen Ausdehnungen gebildet.
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Der Mechanisrus zur Aufnshme von thermischer Ausdehnung muß jedoch
nicht auf diese Art ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise vielmehr in einem
üblichen husdelznungsswischenraum bestehen, der durch die Filterhaltenut 23' gebildet
wird, die in dem metallischen Halteteil 23 vorgesehen ist, wobei Asbest oder dergl.
in diesen Zwischenraum eingefügt ist.
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Wenn das Sammelgas mit Hilfe einer Pumpe durch den Auslaß 9 abgesaugt
wird, wird das Gas auf die Innentseite des Filters 16 von außen eingeführt und dadurch
gefiltert, und das so eingeführte Gas verläuft durch das Innere der rohrförmigen
Stange 27 von den Öffnungen 28 auf der Seite des Keramikfilters an und wird über
den Absaug-Auslaß 9 gesammelt.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Sammelvorrichtung erfolgt der Sammelvorgang
wie folgt: Bei Einleitung des Sammelvorganges wird zunächst eine nicht dargestellte
Absaugpumpe in Gang gesetzt Die Absaugung des Gases ist nicht auf den Durchgang
durch die Öffnungen 28 der rohrförmigen Stange 27 beschränkt. Vielmehr ist es beispielsweise
auch möglich, die Stange 27 als massive Stange ausbilden und einen Abstand 21 zwischen
der Stange und der Innenfläche des inneren Zylinders vorzusehen, so daß das Gas
durch
diesen Abstand abgesaugt werden kann. Das von der Spitze her
eintretende Gas wird gereinigt durch einen Trockiiungskühler durch Filterpapier
oder einen PilterEund dem Analysegerät zugeleitet. Mit 26 ist eine Abdeckung für
den Keramikfilter 16 bezeichnet.
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Wenn der Sammelvorgang beendet wird, wird der Absaugvorgang noch einige
Minuten fortgesetzt, damit das innerhalb der Stange 27 verbliebene Gas entfernt
werden kann. Nach Ablauf dieser Zeit wird die Absaugpumpe ausgeschaltet, und danach
wird komprimiertes Inertgas durch den äußeren Zylinder lt eingeleitet, wodurch der
Staub auf dem Keramikfilter 16 am Ende entfernt wird. In diesem Zustand ist die
Vorrichtung für den nächsten Sammelvorgang vorbereitet.
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Nunmehr soll als praktischer Anwendungsfall der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein Beispiel erläutert werden, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung
für ein Verfahren zur Kontrolle der Stahlbadzusammensetzung während des Betriebes
eines Konverters verwendet wird. In Fig. 4 ist mit 29 ein Konverter, mit 32 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung, mit 33 eine Sammelvorrichtung, mit 34 ein CO- und
CO2-Analysegerät, mit 35 ein Flußmeßgerät zum Messen des Flußvolumens der Abgase,
mit 36 ein Multiplikator bzw. Verstärker, mit 37 ein Abtasteleinent für das Flußmeßgerät
und mit 38 eine Kontrollvorrichtung bezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sehr wirkurgsvoll eingesetzt
werden, wenn die Kontrolle der Stahlbad-Zusapn'ens etzug unter Verwendung der in
Fig. 4 gezeigten Vorrichtung durchgeführt wird. Bei diesem Kontrollverfahren der
Stahlbad-Zusammensetzung wird die Stahlbad-Zusammensetzung in bezug auf einen Soll-Wert
durchfolgende Maßnahmen kontrolliert.
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Die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt des Stahlbades und der
Entkohlungsgeschwindigkeit wird zuvor ermittelt, und der Kohlenstoffgehalt des Stahlbades
wird aufgrund der Entkohlungsgeschwindigkeit festgestellt, und die Mengen an Sauerstoff
und Walzenschlacke, die beeinflußbare Veränderliche in dem Kontrollsystem sind,werds
mit Hilfe der Kontrollvorrichtung 38 eingestellt, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Feststellung der Entkohlungsgeschwindigkeit verwendet wird.
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Bin Abgas aus einem Konverter 29 wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gesammelt und dem Analysegerät 34 zugeführt,in:dem die CO- und CO2-Gehalte
des Gases analysiert werden. Die intkohlungsgeschwindigkeit ergibt sich durch Multiplikation
der so enthaltenen Analysewerte des Probegases mit einem Abgasstromwert unter Verwendung
des Multiplikators 36.
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Auf diese Art kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein gleichmäßiger
Entnahmevorgang durchgeführt werden, und die Verlustzeit liegt innerhalb von etwa
3 Sekunden. Daher kann das Kontrollsystem für die Stahlbad-Zusammensetzung unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich billiger eingesetzt werden
und genauer arbeiten, als das herkömmliche Kontroll-Rechnersystem mit offener Schleife.
(open loop).
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur beim oben
erwähnten Konverterbetrieb verwendet werden, sondern ebenfalls für unterschiedliche
Verwendungszwecke, z.B. zur Beurteilung der Bedingungen in einem Schachtofen, wie
etwa der Reduktionsbedingung und des Wasserverlustes und dergl., indem eine Analyse
der Gase im oberen Schachtofenbereich durchgeführt wird, oder bei einer Sinteranlage,
in der in dem Abgas Staub in großen Mengen enthalten ist.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich wie folgt
zusammenfassen:
1. Da es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
um eine Probenentnahme-Vorrichtung für hohe Temperaturen handelt, in der ein Keramikfilter
am Ende der Vorrichtung verwendet und der Umfang gekühlt wird, ist die Ermittlungszeit
kurz, und eine ausreichende Haltbarkeit und genaue Entnahme kann bei 110000 gewährleistet
werden.
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2. Da der Keramikfilter mit einer nachgiebigen Feder gehalten wird,
kann ein Bruch auf grund inneren Spannungen, die durch thermische Ausdehnungsunterschiede
gegenüber dem metaL-lischen Halteteil erzeugt werden, vermieden werden.
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3. Der Zeitplan der Absaugung und Staubentfernung kann unterschiedlich
festgelegt werden, so daß den Anforderungen jedes Verfahrens durch eine Kontrollfolge
entsprochen werden kann.
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4. Der Staub, der sich auf dem Keramikfilter und der Rohrbahn abgelagert
hat, kan intermittierend von der verstaubten Seite aus durch komprimiertes Inertgas
ausgeblasen werden.