DE2846166C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anbringung eines Sauer­ stoffühlers in einer Wand eines Industrieofens oder einer Schmelzwanne.

Sauerstoffühler leisten in der Industrie wertvolle, energiewirt­ schaftliche Dienste, weil die laufende genaue Überwachung des Sauerstoffgehaltes der Verbrennungsgase eine optimale Brenn­ stoffzufuhr und -ausnutzung ermöglicht. Die Überwachung und Re­ gelung des Sauerstoffgehaltes stabilisiert auch die Schmelzvor­ gänge in Schmelzwannen und -öfen; es wird eine bessere Regelung der Schmelzgeschwindigkeit, der Läuterung, der Schamottkorro­ sion und dergl. beispielsweise beim Glasschmelzen ermöglicht, wodurch die Glasqualität verbessert wird.

Bisher sind zur Anbringung der Sauerstoffühler in der Ofenwan­ dung umständliche und aufwendige Montiervorrichtungen und Maß­ nahmen zur richtigen Lagerung des Fühlers und zu dessen Schutz vor dem Angriff durch die Ofematmosphäre erforderlich. Nicht selten wird der Fühler und sein Schutzgehäuse durch Lockerung, Bewegung oder Wärmedehnung und -zusammenziehung beschädigt; oft reißt das den Fühler bildende oder ihn behaltende Material unter dem Einfluß von Wärmeschock und Wärmewechselbelastung oder durch mechanische Beschädigung.

Besonders groß werden die mechanischen und thermischen Wechsel­ belastungen beim Herausnehmen und Wiedereinsetzen.

Versucht man, beispielsweise durch federnde Lagerung die mecha­ nischen Belastungen abzufangen, so stellt sich als weiteres Problem, daß die mechanisch abfedernde Lagerung so offen gegen­ über den im Ofeninneren befindlichen Gasen wird, daß diese in die Bohrung und auf die Elektrodenbeschichtung des Sauerstoff­ fühlers gelangen. Dort bilden sie durch Kondensation und Legie­ rung unsaubere Elektrodenstellen, welche das Meßergebnis fäl­ schen. Die Legierungen, z. B. mit dem Platin der Elektroden haben meist niedrigere Schmelzpunkte. Sie können im Ofen wie­ derum schmelzen und verunreinigen das Schmelzgut.

Bisher konnten diese Probleme nicht zufriedenstellend gelöst werden.

Die US-PS 38 38 021 befaßt sich mit dem Vorschlag, einen Füh­ ler zu eichen, ohne ihn herauszunehmen. Hierzu wird die in einem Mantel um den Fühler befindliche Atmosphäre verdrängt und sodann durch ein Eichgas ersetzt. Das Problem der Abdich­ tung wird nicht näher behandelt.

Die US-PS 40 49 524 befaßt sich mit Problemen, welche sich durch die katalytische Wirkung des Platins beim Messen oxidierbarer Gase und Sauerstoff ergeben. Zur Abhilfe werden Siliziumkarbid­ beschichtungen vorgeschlagen, ohne jedoch auf das Problem einer thermisch und mechanisch schützenden Abdichtung und der Gefahr einer Legierung der Platinbeschichtung selbst einzugehen.

Die DD-PS 79 119 will Temperaturmeßlanzen in Schmelzöfen durch eine gegenüber Temperaturdifferenzen schützende ungesinterte Innenschicht und gegen chemischen Angriff durch eine dichte, gesinterte Außenschicht schützen. Auch werden die obenerläu­ terten Probleme nicht behandelt.

Aufgabe der Erfindung ist eine Anordnung zur Anbringung von Sauerstoffühlern in der Wandung von Industrieöfen, Schmelzwan­ nen und dergleichen, welche bei einfachster Ausbildung eine häufige Beschädigung beim Einsetzen oder Herausnehmen, sowie während des Ofenbetriebs durch mechanische Beschädigung, Wärme­ schock und Wärmewechselbelastung und den Sauerstoffühler vor einem schädlichen Angriff der Ofengase schützt.

Die Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch näher gekennzeich­ nete Anordnung gelöst.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine solche Anordnung mit einer im Hauptanspruch gekennzeichneten Positionierung und einer Abdichtung in Form eines Abdichtungskissens aus bieg­ samem wärmeisolierendem Fasermaterial die Grundprobleme und die weitere Schwierigkeit, nämlich eine unerwünschte Legierung und Verunreinigung durch Ofengase, vermeidet. Das ist überraschend, weil eine faserige Abdichtung an sich erwarten läßt, daß Gase durch das Fasermaterial zur Elektrodenschicht gelangen können, und dort unerwünschte Legierungen und Verunreinigungen bilden.

Der Sauerstoffühler wird hierdurch in seiner richtigen Lage gehalten, gegen Ofengase abgedichtet, gegen mechanische Beschä­ digung abgefedert und gegen Wärmeschockbeschädigung und Schäden durch Wärmewechselbelastung weitgehend geschützt.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Anord­ nung des Sauerstoffühlers in einer Wand, auf deren einen Seite sich die heißen Gase befinden, deren Sauerstoffgehalt über­ wacht oder gemessen werden soll.

Der Sauerstoffühler 1 besteht z. B. aus einem Zirkoniumoxidrohr als festem Elektrolyten, das an der Innen- und Außenfläche in bekannter Weise mit Platinelektroden versehen ist. Am einen Ende ist das Rohr mit der Spitze 3 verschlossen, am entgegen­ gesetzten Ende offen. Eine Manschette 4 aus rostfreiem Stahl trägt an beiden Enden ein Schraubengewinde und ist auf das offene Ende des Rohres 2 aufzementiert. Auf das eine Ende der Manschette 4 ist ein Thermoelementkopf 5 aufgeschraubt, mit An­ schlüssen für ein Thermoelement.

Der Sauerstoffühler 1 ist in einer Bohrung 8 der feuerfesten Wand 7 gelagert und reicht von deren kalten Seite bis über de­ ren heiße, von den zu messenden heißen Gasen bestrichenen Wandseite hinaus. Die Lagerbohrung 8 ist an der kalten Seite der Wand zu einer für die Aufnahme einer Mutter 12 aus rost­ freiem Stahl geeigneten Ausnehmung 11 erweitert. Die in dieser Ausnehmung einzementierte Mutter 12 hält die am anderen Ende der Manschette 4 aufgeschraubte Sauerstoffühleranordnung 1 in starrer Lage. Da die Meßspitze 3 des Fühlers über die Schamott­ wand 7 bzw. das Ende der Bohrung 8 hinausragt, ist sie den Ver­ brennungsgasen bei der Ofentemperatur unmittelbar ausgesetzt.

In der Bohrung 8 ist ein biegsames feuerfestes Fasermaterial 14 angebracht, das auf der Bohrungsinnenwand eine von der kalten bis zur heißen Seite über die geamte Bohrung reichende, kissen­ artige elastische Schicht bildet. Es wirkt als Wärmeisolierung und biegsame Abdichtung zum Schutz des festen Elektrolytrohrs gegen die heiße Ofenatmosphäre. Als Material für diese Bohrungs­ auskleidung ist jedes biegsame, faserige, feuerfeste Material geeignet, das bei den hohen Betriebstemperaturen mit der benach­ barten Schamotte fließmittelartig wirkt. Am wirtschaftlichsten ist ein Gewebe aus Kieselsäure, geeignet sind aber beispiels­ weise auch Gewebe oder Matten bzw. Filze aus Zirkon oder Zirko­ niumoxidfasern.

Die Wärmeisolierung ist wichtig, weil die hohen Temperaturen der benachbarten Schamottwand 7 in dem Rohr Wärmegefälle erzeu­ gen können, wodurch das Rohr infolge Wärmeschocks aufreißen oder platzen kann. Die Wärmegefälle treten in Glasschmelzöfen besonders bei Umschaltung des Ofens auf; der Ofen befindet sich dann auf einer höchsten Temperatur, während der einströmende auf die Meßspitze 3 des Fühlers treffende Brennstoff und die ange­ saugte Luft wesentlich niedrigere Temperaturen haben. Die zwischen der Bohrung 8 und dem Elektrolytrohr 2 vorgesehene Isolierschicht verhindert den Wärmeübergang von der Wand zum Rohr und schließt eine Verfälschung der Wärmeleitung entlang des Rohres durch von der Wand übertragene Wärmegefälle aus.

Gleichzeitig schützt diese biegsame Schicht die mit der Platin­ elektrode versehene Außenfläche des Fühlrohrs in der Bohrung vor dem Angriff schädlich wirkender Bestandteile der Verbren­ nungsgase, wie z. B. Blei oder Antimon, die durch Kondensation in der kühleren Bohrung mit dem Platin Legierungen bilden könn­ ten. Derartige Legierungen haben meist niedrigere Schmelzpunkte, schmelzen im Ofen und verunreinigen nicht nur das Schmelzgut, sondern führen darüber hinaus zu falschen, für das eigentliche Schmelzgut ungenauen Meßwerten.

Weiterhin wirkt das Fasermaterial 14 in der Bohrung 8 wie ein Kissen. Es schützt das Rohr 2 vor dem Anstoßen an die Scha­ mottwand und eventueller Beschädigung beim Herausnehmen oder Einsetzen des Fühlers.

Eine weitere Ausgestaltung zeigt die Fig. 2. Der Sauerstoffüh­ ler ist hier in einer Bohrung 18 in einem gesonderten Stöp­ sel 19 angebracht. Die Meßspitze 21 des Fühlers ragt hier in die heißen Verbrennungsgase innerhalb einer in der Ofenwand 24 vorgesehenen Ausnehmung oder Höhlung 20. Der Stöpsel 19 hat den leicht verjüngt ausgebildeten, in die Ausnehmung eingescho­ benen Körper 23 und einen zur abdichtenden Befestigung an der Außenwand geeigneten Kopfteil 27. Nach der Einsetzung bildet ein Stöpselende eine Begrenzungswand der Ausnehmung, über die das Fühlerende in die Ausnehmung ragt.

Eine durch den Stöpsel 19 geführte Entlüftungsbohrung 28 zieht einen Teil der in der Aufnehmung befindlichen Gase laufend ab, so daß ein Durchgang entsteht, und fortlaufend nachströmende heiße Verbrennungsgase die Fühlerspitze 21 bestreichen. Ein solcher Abzug ist entbehrlich, wenn die Fühlerspitze entspre­ chend den zuvor erläuterten, in der Fig. 1 dargestellten Aus­ bildung unmittelbar in den Gasstrom reicht. Beide Ausbildungen sind möglich, und auch die Ausgestaltung der Fig. 2 kann so abgewandelt werden, daß die Meßspitze nicht in einer Ausneh­ mung angeordnet ist, sondern direkt in die fließenden Gase im Ofen ragt.

Im übrigen ist die Stöpselausbildung der Fig. 2 besonders günstig, weil die Installation und Herausnahme des Fühlers er­ leichtert wird, ohne die Schraube 11 in Fig. 1 oder 29 der Fig. 2 lockern zu müssen. Bei der Anordnung des Fühlers in dem herausnehmbaren Stöpsel kann die gesamte Anordnung herausgezo­ gen werden.

Claims (4)

1. Anordnung zur Anbringung eines Sauerstoffühlers in einer Wand eines Industrieofens oder einer Schmelzwanne, bei der der Sauerstoffühler in einer durch die Wand hindurchführenden Boh­ rung angeordnet ist, bestehend aus Positioniermittel und Ab­ dichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Positioniermittel durch eine Mutter (12) aus rostfreiem Stahl gebildet wird, die in eine in der kalten Wandseite (7) vorgesehene Ausnehmung ein­ zementiert ist, und die Abdichtung aus einem elastischen, feuerfesten und wärmeisolierenden Fasermaterial (14) besteht, das den Sauerstoffühler in der Bohrung kissenartig von der heißen Ofenseite bis zur kalten Ofenseite umgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der heißen Seite der Ofenwand (24) eine Ausnehmung (20) vor­ gesehen ist, in welcher die den Sauerstoffühler aufnehmende Bohrung (18) endet, und in die die Meßspitze (21) des Sauer­ stoffühlers hineinragt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (18) in einem Stöpsel (19) vorgesehen ist, welcher in eine größere, von der kalten Wandseite bis in die Ausneh­ mung (20) reichende Bohrung oder Ausnehmung herausnehmbar eingesetzt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stöpsel einen nach der heißen Seite leicht verjüngt zulaufen­ den Stöpselkörper (23) und einen auf der kalten Wandseite lie­ genden Stöpselkopf (27) enthält.