DE2343470A1

DE2343470A1 - Vorrichtung zur entnahme von gasproben an schachtoefen, insbesondere hochoefen

Info

Publication number: DE2343470A1
Application number: DE19732343470
Authority: DE
Inventors: Ernest Kuentziger; Nicolas Lemmens
Original assignee: Anciens Etablissements Paul Wurth SA
Current assignee: Paul Wurth SA
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1974-03-14
Also published as: AU5998673A; DE2343470C2; ES418235A1; GB1431401A; CA997943A; FR2198629A5; JPS5757526B2; LU65998A1; JPS49101093A; IT998535B; US3888123A; ATA730873A; ZA735863B; AT335489B; BE804410A

Description

München,den 27-August 1973

Meine Akte: PGm 1155

PATENTANMELDUNG

S.A. des Anciens Etablissements PAUL WURTH,

32, rue d¹Alsace,
Luxembourg

Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben an Schachtofen, insbesondere Hochöfen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur

Entnahme von Gasproben an Schachtofen, insbesondere Hochöfen, welche sich in Ruhestellung ausserhalb des Hochofens befindet und zur Entnahme der Gasproben (Arbeitsstellung) in die Hochofenbeschickung eingeführt wird.

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Die Entnahme von Reduktionsgasproben aus dem Hochofen und die Kenntnis deren chemischer Zusammensetzung werden in Zukunft zur Steuerung des Hochofenprozesses im Hinblick auf einen optimalen Ofengang immer mehr von ausschlaggebender Bedeutung sein. Um aussagekräftige, reproduzierbare Messwerte zu erzielen ist es üblich, die Gras—. proben in der Hochofenbeschickung zu entnehmen.

Es ist bekannt, die erwähnten Gasproben mittels Sonden aus dem Hochofen zu entnehmen. Hierbei gelangen entweder starr im Hochofen angeordnete oder bewegliche, von aussen in den Hochofen radial eingeführte Sonden zum Einsatz. Desweiteren ist eine Sondenanlage bekannt, welche einen quer durch die Hochofenbeschickung von Wand zu Wand verlaufenden Querbalken begreift, welcher als Träger eines verschiebbaren Sondenkopfes zur Entnahme der Gasproben dient,

Jedoch besitzen die bekannten Sondenanlagen allgemeine und spezifische Nachteile, die anschliessend kurz erläutert werden.

Die starr im Hochofen angeordneten Gassonden wirken sich meistens wegen ihrer durch die Arbeitsweise erforderten aufwendigen Ausführung störend auf den Hochofen-Materialfluss an der Stelle der Gasprobenentnahme aus. Es bildet sich des öfteren ein materialloser Raum unterhalb der Gassonde, welcher das Bild des Reduktionsgasflusses durch den künstlich erzeugten materiallosen, Raum stört und die Messwerte verfälscht.

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Die beweglichen Sonden umfassen einen Sondenstutzen, welcher an ihrem, in den Hochofen hineinragenden Ende angeordnet ist. Durch diesen Sondenstutzen wird das Reduktionsgas in den Sondenkanal eingesaugt und zwecks einer später erfolgenden chemischen Analyse an einen Auffangbehälter ausserhalb des Hochofens weitergeleitet. Ein ausserhalb des Hochofens angeordneter Antrieb bewegt die Sonde in horizontaler Richtung in bzw. aus dem Hochofen. Zur Entnahme von Gasproben an verschiedenen Ofenradien wird die Sonde stufenweise zu den verschiedenen Punkten gefahren. Jedoch kann hierdurch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Entnahmen von Gasproben nicht vermieden werden. Durch diese Zeitspanne zwischen den einzelnen Proben kann' kein aussagekräftiges, reproduzierbares Gasbild im Hochofen erzielt werden, da eine prozessbedingte Veränderung des Gases die Messwerte während den Probenahmen verfälschen kann. Desweiteren erhöht sich durch die lange Verweilzeit der Sonde im Hochofen die Möglichkeit einer Beschädigung der Sonde durch Ueberhitzen der Sonde und ein Stürzen der Beschickung. In manchen Fällen geht die Sonde selbst verloren. Aus diesem Grunde sind die bekannten einführbaren Sonden meistens mit relativ grossen Durchmessern ausgeführt um ihren Widerstand gegen die starken Temperatur- und Knickbeanspruchungen zu erhöhen. Hierdurch treten dann wiederum dieselben Nachteile, wenigstens während den Messungen, wie bei den festeingebauten Sonden auf.

Was die, auf einem im Ofen angeordneten Querbalken, verschiebbare Sonde anbelangt, so weist sie neben den äusserst aufwendigen Anbauten am Ofen, die platzraubend für die anderen wichtigen Bedienungsvorrichtungen sind, die Nachteile der beiden vorher angeführten Ausführungsarten der Sonden auf.

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Die am geeignetsten erscheinende bekannte Ausführungsart begreift eine Sonde zur Entnahme von Gasproben, welche kontinuierlich in radialer Richtung in die Beschickung des Schachtofens, insbesondere des Hochofens, ein und ausgefahren wird, welche mit einer Anzahl von Entnahmeöffnungen entlang ihrer Längsachse versehen ist, die jeweils mit einer Leitung verbunden sind, welche die Entnahme von Gasproben an mehreren Stellen über den Ofendurchmesser gestatten. Solche Messonden sind beispielsweise in dem USA Patent Nr 3.240.069 und in der deutschen Auslegeschrift Nr 1.533.829 beschrieben. Sie gestatten die gleichzeitige Entnahme von Gasproben an mehreren Stellen des Ofenquerschnitts, welches die Verweilzeit der Sonde im Ofen zur Messung wesentlich herabsetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft diese Sondenart:

Man hat nun festgestellt, dass, obwohl die Zeit welche zur Messung benötigt wird wesentlich verkürzt wurde, diese Sonden stets noch eine relativ lange Zeitspanne brauchen um in die Beschickung des Ofens ein und ausgefahren zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem der schnellen Ein- und Ausführung einer Gasentnahme sonde in die Ofenbeschickung zu lösen, wobei die Sonde zur Gasprobenentnahme radial in und aus dem Ofen gefahren wird, und zwar in der Weise, dass die in die Ofenbeschickung eingeführte Gasentnahmeeinrichrung ein aussagekräftiges Gesamtbild des Reduktionsgases im Ofen ohne Störung des Ofengangs zu ermitteln, und die Nachteile an den bestehenden Anlagen weitgehendst zu beheben, dies insbesonders um die gesamte Verweilzeit der Sonde im Ofen wesentlich herabzusetzen .

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Dieses bestehende Problem wird allgemein als von grosser Bedeutung angesehen und mehrere Vorschläge zu dessen Lösung wurden bisher unterbreitet. So sieht die deutsche Auslegeschrift Nr 1.533.829 vor, der Sonde eine Rotationsbewegung beim Einführen zu verleihen oder auch das äussere Ende der Sonde auf Führungsrollen zu lagern und ihre Verschiebung mittels einem hydraulischen Zylinderkolbenantrieb vorzunehmen.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Gasentnahmeeinrichtung einen Vibrator begreift, welcher während der Verschiebungsbewegung der Sonde auf diese einwirkt. Hierdurch wird das Ein- und Ausfahren der Sonde in die Beschickung des Ofens sehr wesentlich erleichtert und die Verweilzeit der Sonde im Ofen zur Entnahme der Gasproben beträchtlich verringert.

Eine weitere Verbreitung des Grundgedankens der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Anmelderin zur Lösung des anstehenden Problems, eine Sondenkonstruktion vorschlägt, die eine wirksame Wasserkühlung und trotz geringer Ausmasse eine grosse Steifheit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Sonde eine Anzahl von Rohrleitungen umfasst, die innerhalb einem äusseren zylindrischen Schutzrohr um ein zentrales Rohr angeordnet sind, wobei diese Rohrleitungen mit den im Mantel des äusseren Schutzrohres angebrachten Oeffnungen in Verbindung stehen um die gleichzeitige Gasentnahme an mehreren Stellen entlang der Sonde zu gestatten. Ein Wasserumlauf wird zwecks Kühlung der Sonde im zentralen Rohr und in dem freien Raum zwischen dem zentralen Rohr und der äusseren Schutzhülle welche nicht von den Rohrleitungen besetzt ist, aufrecht erhalten.

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Diese erfindungsgemässe Konstruktion, welche zwei konzentrisch angeordnete Rohre umfasst, deren Zwischenraum durch eine Anzahl Rohrleitungen weitgehend aufgefüllt ist, die die Gas entnahm ep ro Td en einem Analysator zuführen, gewährleistet die Steifheit der Sonde "bei möglichst geringen Abmessungen. Die Verschiebungsbewegung der Sonde in der Ofenbeschickung wird dadurch wesentlich erleichtert.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, worin:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Sondenanlage darstellt;

Figur 2 einen Querschnitt durch die Sonde zeigt;

Figur 3 einen Längsschnitt durch ein Gasführungsrohr gemäss Figur 2 ist.

Gemäss Figur 1, welche einen Längsschnitt durch die Sondenanlage zeigt, wird eine Sonde 2 in horizontaler Richtung in den Hochofen 4 eingeführt. In Ruhestellung (ausgezogener Stellung) befindet sich die Sonde 2 auf einem Gleit- bzw. Führungsblock 6 der auf einer Arbeitsbühne angeordnet ist. Auf dem, dem Hochofen 4 entgegengesetzten Ende des Führungsblocks 6 ist ein Stellmotor 8 befestigt, welcher über beispielsweise eine endlose Kette (in der Figur 1 nicht dargestellt) mit der Sonde 2 verbunden ist und die Sonde 2 in horizontaler Richtung bewegt.

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Weiterhin ist die Sonde versehen mit einem pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Vibrator 10. Die erzeugten Vibrationen werden dem durch den Stellmotor 8 hervorgerufenen Zug bzw. Druck auf die Sonde 2 überlagert und begünstigen weitgehend die Bewegung der Sonde 2 in der Hochofenbeschickung.

Ein Abschlussventil 12 an der Hochofenwand 14 wird zum Einführen der Sonde 2 geöffnet und ist in Ruhestellung der Sonde 2 geschlossen. Beim Abdichten des Hochofeninnern gegenüber der AussenatmoSphäre bei eingeführter Sonde 2 ist das Ventil 12 mit einer Labyrinthdichtvorrichtung versehen.

Da erfindungsgemäss mit Hilfe der Sonde 2 gleichzeitig mehrere Gasproben an verschiedenen Ofenradien in der Beschickung entnommen werden sollen, um kein verfälschtes Gasbild zu erhalten, ist die Sonde 2, so wie in Figur 2 dargestellt, mit einer gewissen Anzahl Oeffnungen 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 an ihrem zylinderförmigen Aussenmantel 16 versehen. Die Anzahl der Oeffnungen 18 bis 34 entspricht der gewünschten Anzahl der entnommenen Gasproben an den verschiedenen Hochofenradien. An jede Oeffnung 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 ist ein Gasführungsrohr 36 bzw. 38 bzw. 40 bzw. 42 bzw. 44 bzw. 46 bzw. 48 bzw. 50 bzw. 52 angeschlossen. Diese Gasführungsrohre 36 bis 52 sind auf der Innenseite des Aussenmantels 16 verteilt und werden durch ein konzentrisch zum Aussenmantel 16 verlaufendes und zentral geführtes Stützrohr 54 in ihrer jeweiligen Lage gehalten. Da sämtliche Gasführungsrohre 36 bis 52 parallel zum Aussenmantel 16 bzw. zum Stützrohr 54 verlaufen, sind die Oeffnungen 18 bis 32 über den Aussenmantel 16 längsverschoben und winkelversetzt und stehen senkrecht zu den zugehörigen Gasführungsrohren 36 bis 52.

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Sämtliche Gasführungsrohre 36 bis 52 sind an einer ausserhalb des Hochofens 4 vorgesehenen Verteileranlage 56 (Figur 1) angeschlossen, von wo aus die verschiedenen Gasproben gleichzeitig über getrennte Leitungen an Auffangbehälter weitergeleitet werden.

Um einer Beschädigung durch Erhitzen der Sonde 2 im Hochofen 4 vorzubeugen, wird die Sonde 2 wassergekühlt. Der Kühlwasservorlauf geschieht bis zur Sondenspitze durch · den Hohlraum 58, welcher durch die Gasführungsrohre 36 bis 52, durch den Aussenmantel 16 und das Sttitzrohr 54 abgegrenzt ist. Ear Rücklauf des Kühlwassers findet durch das Innere 60 des Stützrohres 54 statt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel geschieht die Kühlwasserzufuhr durch das Innere des Stützrohres 54 und die Rückfuhr durch den Hohlraum 58. Hierdurch wird eine besonders günstige Kühlung der Sondennase erreicht.

Während in dem oben angeführten Ausführungsbeispiel sämtliche Gasführungsrohre 36 bis 52 parallel zueinander angeordnet und die GaseinlassÖffnungen winkelverstellt über den gesamten Umfang des Schutzmantels 16 verteilt sind, so sind gemäss einer weiteren Ausführungsform die Gaseinlassöffnungen nur längsverschoben zueinander und nicht mehr winkelverstellt. Hierbei werden die Gasführungsrohre 36 bis 52 verdrillt zueinander um das Stützrohr 54 angeordnet.

Die erste Ausführungsform, welche die geraden Gasführungsrohre umfasst, besitzt den Vorteil, dass sie auf sehr einfache Weise hergestellt werden kann. In der zweiten Ausführungsform hingegen liegen sämtliche Gaseinlassöffnungen auf derselben Ebene.

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Gemäss Figur 3» welche einen Längsschnitt durch eines der Gasführungsrohre und durch die zugehörige Einlassöffnung 18 zeigt, ist das Gasführungsrohr 36 annähernd auf Höhe der Einlassöffnung l8 geschlossen. Ferner ist im Gasführungsrohr 36 ein Thermoelement 62 vorgesehen, welches vom Gas umflossen wird und die Temperatur von letzterem an ein Anzeigegerät weiterleitet. Wegen der verhältnismässig kurzen Verweilzeit der Sonde 2 im Hochofen 4 soll das Thermoelement 62 schnell ansprechen.

Um das Gasbild im Hochofen zu vervollständigen, kann ausserhalb des Hochofens ein Gasdruckanzeiger bzw. Aufζeichengerät an jedes einzelne Gasführungsrohr angeschlossen werden. So werden auf den verschiedenen Ofenradien die chemische Zusammensetzung, die Temperatur und der Druck des Reduktionsgases ermittelt. Diese Messwerte können zur Steuerung des gesamten Hochofenprozesses verwendet werden.

Zur Arbeitsweise der erfindungsgemässen Sonde sei gesagt, dass vor der Einführung der Sonde 2 in den Hochofen das Ventil 12 beispielsweise hydraulisch geöffnet wird. Während dem Einführen der Sonde 2 mit Hilfe des Stellmotors und des Vibrators 10 wird Pressluft durch das Verteilerventil 56 in die Gasführungsrohre 36 bis 52 eingeschleust, zur Freihaltung der Oeffnungen während dem Einfahrvorgang der Sonde. Das Einführen der Sonde 2 bis in ihre Arbeitsstellung dauert meistens nicht länger als 15 Sekunden. Die Pressluftzufuhr wird nun zu den Gasführungsrohren abgeschaltet und Reduktionsgas fliesst nun durch die GasfUhrungsrohre sum Verteilerventil 56. Da sich noch Restmeilgen an Pressluft in den Gasführungsrohren befinden wird diesel Reduktioiisgas-Pressluft-Gemisch vorerst in die Atmosphäre abgeblasen bevor

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das Reduktionsgas in die bereitstehenden Auffangbehälter geleitet wird. Zur Durchführung dieses gesamten Vorgangs wird eine Zeitspanne von annähernd 30 Sekunden benötigt. Das hierauf erfolgende Herausziehen der Sonde aus dem Hochofen nimmt weitere 15 Sekunden in Anspruch, so dass mit einer Gesamtarbeitszeit zur Entnahme der Proben von einer Minute gerechnet wird. Diese Zeitspanne wird im Normalfalle nicht überschritten. Neben diesem prozesstechnischen und zeitlichen Vorteil sei noch hervorgehoben, dass die einfache Bauart der Sonde sehr geringe Abmessungen zulässt. So kann der äussere Durchmesser des Aussenmantels in einem Ausführungsbeispiel auf 60.3 mm beschränkt werden. Der geringe Durchmesser der Sonde stört keinesfalls das Reduktionsgasbild und verfälscht die Messwerte nicht.

Um die Verschiebüngsbewegung der Sonde in der Ofenbeschickung zu erleichtern ist es von Vorteil einen ähnlichen Vibrator anzuwenden wie diejenigen die bei Schlagbohrmaschinen oder Abbauhämmern zur Anwendung kommen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

11J Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben an

Schachtofen, insbesondere Hochöfen, welche eine Sonde begreift die radial in den Ofen ein- und ausgefahren wird und über ihrer Längsachse mit einer Anzahl Oeffnungen versehen ist die jeweils mit einer Leitung verbunden sind zwecks gleichzeitiger Entnahme von Gasproben an mehreren Stellen über den Ofendurchmesser, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einem Vibrator ausgestattet ist um deren Verschiebungsbewegung in der Ofenbeschickung zu erleichtern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde eine Anzahl Rohrleitungen begreift, die innerhalb einem äusseren, zylindrischen Schutzrohr um ein hierzu konzentrisches zentrales Rohr angeordnet sind, wobei die einzelnen Rohrleitungen jeweils mit einer Oeffnung in Verbindung stehen die an dem Mantel des äusseren Schutzrohres angebracht ist um die Entnahme von Gasproben zu ermöglichen, und dass im zentralen Rohr und im freien Zwischenraum zwischen dem zentralen Rohr und dem zylindrischen Schutzrohr der nicht von den Rohrleitungen belegt ist, ein Kühlwasserumlauf aufrechterhalten wird.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gasführungsrohr mit einem Thermoelement versehen ist, zur Aufzeichnung der Temperatur der jeweiligen Gasprobe.

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4» Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3_t dadurch

gekennzeichnet, dass jedes Gasführungsrohr an ein Manometer

angeschlossen ist zur Angabe des Gasdrucks an der Probenent nähme st eile.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4_y dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Gasführungsrohre
parallel zueinander verlaufen, wodurch die Gaseinlassöffnungen winkelverstellt und in ihrer Längsrichtung verschoben zueinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungsrohre verdrillt zueinander angeordnet sind, wodurch sämtliche Gaseinlassöffnungen auf einer Ebene liegen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einem zentral
angeordneten Stützrohr versehen ist und dass die Gasführungsrohre um dieses Stützrohr verlaufen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde einen maximalen
Durchmesser von 60.3 mm besitzt.

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