DE2117796B2 - Probeentnahmevorrichtung fuer heisse gase zum zweck der gasanalyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ProbeentnahmevorrichUing für heiße Gase zum Zweck, der Gasanalyse mit einem Filter am Ende eines Gasauslaßrohres, das mit einem Kühlzylinder versehen ist und mit einem Mechanismus zur Aufnahme einer thermischen Ausdehnung, wie sie aus der DT- OS 18 11l 877 bekannt ist.

Herkömmliche Probeentnahmevorrichtungen für heiße Gase mit einem hohen Staubgehalt, wie sie beispielsweise von einem Schachtofen, einem Konverter, einem Siemens-Martin-Ofen oder einem anderen Ofen erzeugt werden, sind in d>in meisten Fällen mit einer Vorrichtung versehen, die die Gase bei gleichzeitigem Besprühen mit Wasser oder Dampf sammelt und das in den Gasen enthaltene Wasser anschließend abtrennt. Eine derartige Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Wasser oder d,sr Dampf und das Gas voneinander getiennt werden nlüssen, so daß sich die Analyse erheblich verzögert, daß, bei Verwendung eines Analysegerätes, das mit Infrarotstrahlen arbeitet, das Wasser Meßfehler verursacht uiiid daß dann, wenn der obere Teil der Sammelvorrichtung mit Wasser oder Dampf besprüht wird, beispielsweise CO₂ durch das Wasser absorbiert wird, so daß die Analyse fehlerhaft wird.

Es sind auch ohne Wasser arbeitende Probeentnahmevorrichtungen bekannt, bei denen ein komprimiertes Gas verwendet wird, um den angesammelten Staub wegzublasen. Jedoch wird der Staub wegen des Wassers, das in dem als Bindemittel wirkenden Gas enthalten ist, zu einem Schlamm, der sich ablagert und nur schwer allein mit Druckluft zu entfernen ist.

Aus der Firmendruckschrift der Siemens & Halske AG, Liste S IV-g »Geräte für die Maschinenüberwachung, Rauchgasanalyse« ist es weiterhin bekannt, bei derartigen Vorrichtungen Keramikfilter zu verwenden. Die Verwendung eines Keramikfilters hat jedoch den Nachteil, daß der Filter wegen der hohen Temperatur der Gase eine thermische Ausdehnung zeigt, so daß der Filter leicht aufgrund innerer Spannungen brechen kann, sofern keine Maßnahmen getroffen werden, die thermische Ausdehung aufzunehmen.

Aus der DT-OS 18 15 062 und dem DT-Gbm 19 31707 ist es darüberhinaus bekannt, bei der Probeentnahme von Gasen einen Mechanismus zum Ausblasen eines Gases zum Entfernen von Staub in der Nähedes Filters anzuordnen.

Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, eine Probeentnahrnevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf staubreiche Gase hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit angewandt und unter Bedingungen arbeiten kann, wie sie z. B. an einem Schachtofen, einem Konverter oder einem Siemens-Martin-Ofen herrschen.

Beispielsweise wird im Bereich des Konverterbetriebes mit einer dynamischen Kontrolle, bei der die Endzusammensetzung des Stahlbades, und insbesondere der Endkohlenstoffgehalt des Stahlbades mit großer Genauigkeit gemessen werden, ein Verfahren zum Feststellen der Stahlbadzusammensetzung unter Verwendung eines Meßgerätes für die Entkohlungsgeschwindigkeit verwandt. Nach diesem Verfahren wird die Kohlenstoffmenge, die aus dem Stahlbad austritt und damit die Entkohlungsgeschwindigkeit aus den Analysewerten von CO und CO₂ errechnet, die im Abgas in der Endphase des Blasens enthalten sind, und wird der Endkohlenstoffgehalt des Stahlbades unter Bezug zu dem Kohlenstoffgehalt im geschmolzenen Roheisen der Anfangsphase oder aus der gegenseitigen Beziehung zwischen der Entkohlungsgeschwindigkeit und dem Kohlenstoffgehalt im Stahlbad ermittelt, die aus vorher gemessenen Daten erhalten wird. Die Genauigkeit dieses Verfahrens hängt von einer genauen und haltbaren Probeentnahmevorrichtung zum Zweck der Analyse von CO und CO₂, die im Abgas enthalten sind, ab. Wenn jedoch die Regelvorrichtung erst nach einer aufwendigen Probeentnahme und Analyse ein Eingangssignal erhält, ergibt sich eine erhebliche Verzögerung, um diese Verzögerung herabzusetzen, muß die Gasentnahme an einer Stelle erfolgen, an der wesentlich härtere Bedingungen vorherrschen, und müssen die Probeentnahme und Analyse mit Gas auf einer Temperatur von mehr als 1000"C durchgeführt werden. Da jedoch Konvertergas nicht nur sehr heiß ist, sondern einen hohen Staub- und Feuchtigkeitsgehalt aufweist, verstopfen das Wasser und der Staub, die unter der Hitze koaguliert sind, selbst bei einer vorgesehenen Kühlung im Trockenzustand das Meßelement. Durch die Erfindung soll daher eine Probeentnahmevorrichtung geliefert werden, die unter derartigen Bedingungen eingesetzt werden kann.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist die Probeentnahmevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Filter am feuerseitigen Ende des Gasauslaßrohres angebracht und ein Keramikfilter ist, der zur Aufnahme seiner thermischen Dehnung mit dem Mechanismus zur Aufnahme einer thermischen Dehnung verbunden ist, und in dessen Nähe ein Mechanismus zum Entfernen von auf dem Filter abgelagertem Staub angebracht ist.

Die erfindungsgemäße Probeentnahmevorrichtung mit einem derartigen Aufbau hat den Vorteil, daß sie so nahe wie möglich in der Nähe des feuerseitigen Gasauslaßrohres angeordnet werden kann, so daß eine durch das Sammeln der Gase verursachte Zeitverzögerung vermieden wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Da es sich bei der Vorrichtung um eine Probeentnahme-Vorrichtung für hohe Temperaturen handelt, in der ein Keramikfilter sm Ende der Vorrichtung verwendet und der Umfang gekühlt wird, ist die Ermittlungszeit kurz, und eine ausreichende Haltbarkeit und genaue Entnahme kann bei 1100⁰C gewährleistet werden.

2. Da der Keramikfilter mit einer nachgiebigen Feder gehalten wird, kann ein Bruch aufgrund inneren Spannungen, die durch thermische Ausdehnungsunterschiede gegenüber dom metallischen Halteteil erzeugt werden, vermieden werden.

3. Der Zeitplan der Absaugung und Staubentfernung kann unterschiedlich festgelegt werden, so daß den Anforderungen jedes Verfahrens durch eine Kontrcillfolge entsprochen werden kann.

4. Der Staub, der sich auf dem Keramikfilter und der Rohrbahn abgelagert hat, kann intermittierend von der verstaubten Seite aus durch komprimiertes Inertgas ausgeblasen werden.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau deVorrichtung darstellt;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsforni;

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A in F ig. 2;

Fig.4 ist eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der Vorrichtung im Rahmen einer Konverteranordnung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kühlerzylinder bezeichnet, in den Kühlwasser durch einen Kühlwassereinlaß 10 eingelassen und durch einen Kühlwasserauslaß II ausgelassen wird, so daß eine Kühlwirkung entsteht. Mit

2 ist eine einen Filter haltende Schubstange bezeichnet, die in den Kühlzylinder 1 eingefügt ist. Die Bezugsziffer

3 bezeichnet eine staubentfernende Stange, die durch einen Zylinder 4 und einen Kolben 5 bewegt wird. Weiterhin ist ein Keramikfilter 16 zwischen einem vorspringenden Teil 19 im vorderen Bereich des Kühlzylinders 1 und der Schubstange 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 F i g. 2 gezeigte Art gestaltet sein. Weilerhin kann die Schubstange 2 festgelegt sein und mit dem Filter 16 über einen üblichen Ausdehungszwischenraum am Ende der Schubstange 2 verbunden sein.

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 mechanischen Entfernung von Staub eingefügt. Diese <>o Stange ist mit dem hin- und hergehenden Kolben 5 und einem Zylinder 4 verbunden und gegenüber der Außenluft über eine Dichtung 7 abgedichtet. Mehrere scheibenförmige Metallteile 18 oder Bürsten zum Abkratzen des Staubcs, der sich auf dem Filter <\s 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.

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 Einlaß 14 ein und wird in einem Sarnmelgas-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 durchgeführt werden.

Der Staub, der sich auf dem Keramikfilter 16 ablagert, wird durch den folgenden Vorgang entfernt.

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, ζ. B. ein inertes Gas, wie N2, wird unter einem Druck von 4 bis 7 kg/cm² in die Kammer 15 eingeleitet, strömt durch den Abstand zwischen der den Staub entfernenden Stange 3 und der den Filter haltenden Schubstange 2 und bläst den Staub, der sich auf der Oberfläche des Filters I61 abgelagert hat, fort.

Durch alternative Aufbringung eines Luftdruckes auf beide Seiten des Zylinders 4 wird der Kolben 5 hin- und herbewegt, und entsprechend 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 Filteroberflärhe bewegen. Wenn der Filter 16 durch einen neuen Filter ersetzt werden muß, kann dies dadurch geschehen, daß ein Flansch 20, der im hinteren Bereich des Kühlzylinders 1 vorgesehen ist, entfernt wird, und daß ein neuer Filter durch den Druck der Schubstange 2 eingeschoben wird.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform, die von dem Aufbau der F i g. 1 abweicht, besteht der Kühlzylinder aus zwei Teilen, einen inneren Zylinder 2' und einem äußeren Zylinder Γ. Der innere Zylinder 2' hält den Keramikfilter 16 und wird durch Einleiten von Kühlwasser durch einen Kühlwasser-Einlaß 10 und durch Abziehen dieses Wassers durch den Kühlwasser-Auslaß 11 gekühlt. Der äußere Zylinder Γ 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 Rückblasöfnung 25 in der Endfläche des äußeren Zylinders 1 zurück- und ausgeblasen wird. Weiterhin wird in den äußeren Zylinder Γ Kühlwasser durch einen Kühlwasser-Einlaß 10' eingelassen und durch einen Kühlwasser-Auslaß 11' abgezogen. Der äußere Zylinder Γ ist mit einem Befestigungsflansch 12 und der innere Zylinder 2' mi' dem äußeren Zylinder Γ über ein Verbindungsgewinde 24 verbunden. Der Keramikfilter 16, der ein wichtiges Teil der Sammelvorrichtung darstellt, wird zwischen der¹ Ende des inneren Zylinders 2' und einem Metall-Halteteil 23, das vor dem inneren Zylinder 2' vorgesehen ist, gehalten. Das Metall-Halteteil 23 wird durch eine Feder 6 und eine rohrförmige Stange 27 mit Öffnungen 28 federnd gehalten. Dadurch wird ein Mechanismus zur Aufnahme von thermischen Ausdehnungen gebildet. Der Mechanismus zur Aufnahme von thermischer Ausdehnung muß jedoch nicht auf diese Art ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise vielmehr

in einem üblichen Ausdehnungszwischenraum bestehen, der durch die Filterhallenui 23' gebildet wird, die in dem metallischen Halteteil 23 vorgesehen ist, wobei Asbest oderdergl. in diesen Zwischenraum eingefügt ist.

Wenn das Sammelgas mit Hilfe einer Pumpe durch den Auslaß 9 abgesaugt wird, wird das Gas auf die Innenseite 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.

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 auszubilden und einen Abstand 2« 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 Trocknungskühler, durch Filterpapier oder einen Filter, und dem Analysegerät zugeleitet. Mit 26 ist eine Abdeckung für den Keramikfilter 16 bezeichnet.

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 Γ eingeleitet, wodurch der Staub auf dem Keramikfilter 16 am Ende entfernt wird. In diesem Zustand ist die Vorrichtung für den nächsten Sammelvorgang vorbereitet.

Nunmehr soll als praktischer Anwendungsfall der Vorrichtung ein Beispiel erläutert werden, bei dem die 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 Probeentnahmevorrichtung, 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 Abtastelement für das Flußmeßgerät und mit 38 eine Kontrollvorrichtung bezeichnet.

Die Vorrichtung kann sehr wirkungsvoll eingesetzt werden, wenn die Kontrolle der Stahlbad-Zusammensetzung unter Verwendung der in Fig.4 gezeigten Vorrichtung durchgeführt wird. Bei diesem Kontrollverfahren der Slahlbad-Zusammensetzung wird die Stahlbad-Zusammcnsetzung in bezug auf einen Soll-Wert durch folgende Maßnahmen kontrolliert.

Die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt des Stahlbades und der Entkohlungsgeschwindigkeit wird zuvor ermittelt, und der Kohlenstoffgehalt des Stahlbades wird aufgrund der Enlkohlungsgeschwindigkcit festgestellt, und die Mengen an Sauerstoff und Walzenschlacke, die beeinflußbare Veränderliche in dem Kontrollsystem sind, werden mit Hilfe der Kontrollvorrichtung 38 eingestellt, wobei die Vorrichtung zur Feststellung der Entkohlungsgeschwindigkeit verwendet wird. Ein Abgas aus einem Konverter 29 wird mit Hilfe der gemäßen Vorrichtung 32 gesammelt und dem Analysegerät 34 zugeführt, in dem die CO- und C02-Gehalte des Gases analysiert werden. Die Entkohlungsgeschwindigkeit ergibt sich durch Multiplikation der so enthaltenen Analysewerte des Probegases mit einem Abgasstromwert unter Verwendung des Multiplikators 36. Auf diese Art kann mit der 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 Vorrichtung wesentlich billiger eingesetzt werden und genauer arbeiten, als das herkömmliche Kontroll-Rech nersystem mit offener Schleife, (open loop).

Weiterhin kann die Probeentnahmevorrichtung 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 Wasservcrlustes 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Palentansprüche:

1. Probeeninahmevorrichtuni; für heiße Gase zum Zweck der Gasanalyse mit einem Filter am Ende eines Gasauslaßrohres, das mit einem Kühlzylinder versehen ist, und mit einem Mechanismus zur Aufnahme einer thermischen Ausdehnung, d a durch gekennzeichnet, daß der Filter am feuerseitigen Ende des Gasauslaßrohres angebracht und ein Keramikfilter (16) ist, der zur Aufnahme seiner thermischen Dehnung mit dem Mechanismus (2, 6, 17; 6, 23, 27, 28) zur Aufnahme einer thermischen Ausdehnung verbunden ist und in dessen Nähe ein Mechanismus. (3, 4, 5, 13, 15) zum Entfernen von auf dem Filter (16) abgelagertem Staub angebracht ist.

2. Probeentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (3,4, 5, 13, 15) zum Entfernen von Staub einen Mechanismus (13, 15) zum Einblasen eines Gases enthält.

3. Probeentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (3, 4, 5, 13, 15) zum Entfernen von Staub eine Stange (3) mit einem Antriebsmotor enthält.