DE2937021C2 - Meßgerät und Meßanordnung zur Feststellung von Undichtigkeiten im Kühlflüssigkeitskreislauf von Hochofendüsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur Feststellung von Undichtigkeiten im Kühlflüssigkeitskreislauf von Hochofendüsen sowie auf eine diesbezügliche Meßanordnung.

Die Düsen eines Hochofens haben die Aufgabe, Heißluft (1000°/1300°) ins Ofeninnere zu leiten. Der Luftstrom wird in Gebläsen erzeugt und anschließend in Winderhitzern, normalerweise drei oder vier, erhitzt. Diese Luft wird durch den Druck der Gebläse bis zu einem Ringabteil geleitet, von dem mehrere Sammler ausgehen, deren Anzahl sich je nach dem Durchmesser und dem Fassungsvermögen des Hochofens ändert und die in den Düsen enden, deren Mündungen im Inneren des Ofens untergebracht sind und welche die Luft mit einem Druck ausstoßen, der zwischen 1,5 und 3 kg/cm² schwanken kann, sowie mit einem Luftdurchsatz von 8000 bis 20 000 NmVh pro Düse, je nach den bestehenden Innenvolumen. Zur eindeutigen Darstellung dieser Ausbildung sind die F i g. 1 und 2 des Zeichnungssatzes eingefügt, in denen das typische Schema einer Hochofenanlage sowie des mit der Düse in Verbindung stehenden Luftsammlers ersichtlich ist
Die durch die Düse eingeblasene Heißluft wirkt als Verbrennungsluft zum Entzünden des in den Ofen eingespritzten Heizöls und auch des in seinem Inneren enthaltenen Kokses, was eine Erhöhung der Flammtemperatur, die 2100⁰C er^reiciien kann, mit sich bringt
Es ist leicht verständlich, daß bei den Temperaturen, bei denen die Luft im Inneren zirkuliert sowie aufgrund der Tatsache, daß deren Mündungen mit dem Ofeninneren in Berührung stehen, ein Kühlsystem für dieselben nötig ist, um das Abschmelzen des Materials, aus dem sie bestehen, zu verhindern. Die Düsen weisen verschiedene Formgebungen auf, obwohl die unter denselben möglichen Abwandlungen keinerlei Einfluß auf deren Arbeitsweise haben. Bei allen Typen handelt es sich um einen Mantel mit innerem Wasserkreislauf, wobei die meisten Hersteller eine Kupferlegierung hoher Wärmeleitfähigkeit verwenden. Zur Erläuterung der obigen Ausführungen werden die F i g. 3 bis 6 beigefügt, in denen die typische Ausbildung einer Düse dargestellt ist.

Bis vor einigen Jahren hatten die Düsen einen einzigen Kühlkreislauf, der — wie oben erwähnt — nötig ist, damit die Düse nicht bei der Hitze, die sie auszuhalten hat, schmilzt, wobei außerdem zu berücksichtigen ist, daß Verschleißerscheinungen durch Abtragung durch die auf die Düse fallenden, eine hohe Temperatur aufweisenden Teilchen auftreten können. Die modernen hochofentechnischen Maßnahmen haben eine Tendenz zum Einblasen größerer Luftmengen, und zwar bei höherer Temperatur und größerem Druck, was dazu zwingt, die Kühlung der Düsen immer genauer, stärker und vor allem weniger anfällig für Störungen zu machen, was seinerseits dazu zwingt, die Kühltechnik bedeutenden Änderungen zu unterwerfen, da beim Durchbrennen oder Durchlöchern einer Düse das Kühlwasser frei wird und in den Ofen eindringt — mit allen damit verbundenen Gefahren.

Eine beim gegenwärtigen Stand der Technik fest allgemein angewandte Lösung besteht darin, die Düsen mit zwei voneinander vollständig unabhängigen Kühlsystemen zu versehen. Einer dieser Kreisläufe — derjenige der Düsenmündungen — ist dazu bestimmt, denjenigen Teil zu kühlen, der am stärksten mit den Ofen in Berührung steht, und in diesem Kreislauf besteht die Tendenz, dem Wasser durch Druck eine hohe Geschwindigkeit zu verleihen und ihn von der übrigen Düse, in der ein mit Druck und einer der vorherigen praktisch ähnlichen Durchflußmenge kühlender weiterer Kreislauf vorhanden ist, getrennt zu halten. Im Falle einer Durchlöcherung der Düsenmündung muß der Wasserkreislauf isoliert werden, um das Eindringen von Wasser in den Ofen zu vermeiden. Dabei kann der andere Kreislauf weiterarbeiten und die Düse weiter kühlen, wodurch erreicht wird, daß kein Stillegen des Ofens zum Austauschen der Düse nötig ist, was eine bedeutende Ersparnis hinsichtlich der Stillstandzeiten und eine Er-

höhung der Herstellungsleistung bedeutet, da der Stillstand eines Hochofens einen sehr bedeutenden Ausgabenposten darstellt und der Austausch und die Reparatur der Düse nur bei Programmierted Stillegungen durchgeführt werden können.

Der im Schema der F i g. 7 ersichtliche Kühlkreislauf der Düsenmündungen macht aufgrund seiner Arbeitsweise in geschlossenem Kreislauf (da das Wasser sehr streng einzuhaltende Kennzeichen aufweisen muß) die direkte Beobachtung des Wassers in jeder Düse des Ofens unmöglich. Früher lag der Wasserauslauf in jeder Düse frei über einem Sammler, und dort konnte das mögliche Fehlen von Wasser bei jedem Rücklauf direkt beobachtet werden; beim gegenwärtigen Stand der Technik ist dies wegen des geschlossenen Kreislaufes unmöglich, und bei den gegenwärtig in diesen Düsentypen verwendeten großen Durchflußmengen \30/40 m³/h/Düse) sind die Gefahren wesentlich größer, nicht nur die der Explosion, sondern auch die der Folgen, weiche das Eindringen von Wasser für den Gang des Ofens bedeuten.

Angesichts des Drängens der Hochofentechniker, eine wirksame Methode zur Feststellung von Undichtigkeiten zu finden, sind Verfahren aller Art entworfen worden. Das am meisten benutzte besteht darin, ein Manometer in den Kreislauf jeder Düse und zwei schnellwirkende Ventile — eines vor dem Manometer und der Düse und das andere dahinter — derart in die Wasserein- und -auslaufleitungen einzubauen, daß sich die Ventile periodisch einmal der Reihe nach schließen und damit die Düse vom Kreislauf isolieren. Nach Durchführung dieser Maßnahme zeigt die Beobachtung des Manometers an, ob Kühlflüssigkeit entwichen ist oder nicht: diese Beobachtung ist jedoch sehr subjektiv, da sie nur wenige Sekunden dauern darf, weil die Dusenmündung durchbrennen würde, wenn man sie ohne Wasser ließe. Dieses Verfahren bietet sehr wenig Sicherheit, da im Falle eines Durchbrerinens nach Oberprüfung bis zur nächsten Beobachtung Wasser in den Ofen gelangt. Andererseits ist das Beobachtungssystem durch in unmittelbarer Nähe des sich in Betrieb befindenden Ofens angebrachte Geräte auch nicht zu empfehlen. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Manometer untereinander nicht alle gleich anzeigen können. Kurz zusammengefaßt: obwohl das Verfahren gegenwärtig normal ist, muß nach anderen, zuverlässigeren und vor allem schnelleren Verfahren gesucht werden«

In diesem Sinne benutzt die gegenwärtige Technik ein weiteres Verfahren, das in der Feststellung von H2 in der Gicht des Hochofens besteht. Diese Methode ist neben ihrer durch die Reaktion des Ofens selbst bedingten Langsamkeit nicht in der Lage, anzuzeigen, aus welcher Düse Wasser entweicht. Die laufende Analyse von H2 gibt zu erkennen oder kann zu erkennen geben, ob Wasser aus den Düsen entweicht, jedoch nicht nur das, sondern auch in sonstigen Elementen des Ofens, sowie auch Änderungen in der Heizölmenge. Ml dies zeigt, daß es sich hier um eine Methode zur Bestätigung, jedoch nicht zur direkten Feststellung handelt. Als Folge davon ist weiter nach Systemen gesucht worden, wobei sich gewisse Normen herausgebildet haben, die von jedem der in die Praxis umzusetzenden System gefordert werden müssen. Die interessantesten und nennenswertesten Bedingungen sind folgende:

Nullverschiebung: Sie besteht darin, daß bei einem Nennwert <?der Durchflußmenge der Kühlung der Düsenmündung das Anfangs- und Endmaß in der Größenordnung von + 1 m³des Wertes (fliegen muß.

Wiederholbarkeit der Messung: Diese Bedingung ist wesentlich interessanter als die Genauigkeit der Messung.

Kein.es der bekannten Systeme erfüllt bisher die erste Bedingung, womit die Größenordnung der entwichenden Mengen, die von diesen Systemen festgestellt werden können, nicht die Bedürfnisse des Hochofen-Bedienungspersonals befriedigt Die grundsätzlichen Systeme, mit denen gegenwärtig an einigen Hochöfen Versuche unternommen werden und die alle an dem oben erwähnten Nachteil leiden, sind folgende:

Propellerzähler: Diese rufen außerdem erhöhte Leistungsverluste hervor, mit der Folge, daß Pumpen mit höherem Druck benötigt werden, was sich in höheren Anfangskosten ausdrückt und einen wesentlich teueren Betrieb der Anlage zur Folge hat

Messung von Änderungen in Ultraschallfeldern oder magnetischen Feldern: Die Verunreinigung des Wassers (Oxyde, Gasblasen usw.) beeinflußt diese durch Verfälschung der Messung. Andererseits müssen diese sehr empfindlichen Geräte auf den Rohrleitungen selbst angebracht werden, und diese müssen zwecks Verhinderung einer schnellen Zerstörung der Geräte durch die extremen Umweltbedingungen der Nähe des Hochofens verlängert werden, um die Geräte in einem angemessenen Raum unterzubringen, wodurch sich die Anfangskosten stark erhöhen.

Messung des Differenzdruckes mit Venturirohren oder Membranen: Die dieses Prinzip verwendenden bestehenden Systeme erfüllen nicht die erwähnte Bedingung der Null verschiebung.

Die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Verbesserungen in der Feststellung von Undichtigkeiten der Kühlflüssigkeit benutzen ein Suchgerät, das dem entspricht, welches in dem System zur Messung der Änderungen des Differenzdrucks der Flüssigkeit benutzt wird, das die Nachteile der anderen, bisher beim herkömmlichen Stand der Technik vorhandenen Lösungen ausschließt und gegenüber diesen folgende Vorteile aufweist:

a) Es hat einen großen Nullverschiebungswert, was die Feststeilung von Undichtigkeiten der Größenordnung von 0,2% zuläßt.

b) Die Messungen sind aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Apparates laufend wiederholbar.

c) Die unmittelbar in die Rohrleitungen einzubauenden Einrichtungen sind äußerst widerstandsfähig und können daher am Hochofen eingebaut werden ohne besondere Räumlichkeiten zu benötigen. Andererseits werden die elektronischen Einrichtungen unmittelbar in die zentrale Kontrolltafel des Hochofens eingebaut, womit sie vollständig sicher geschützt sind und mit den mechanischen Einrichtungen durch leicht zu montierende und leicht zu schützende einfache Leitkabel verbunden werden.

d) Die mit den vorgeschlagenen Verbesserungen erhaltenen Messungen werden nicht durch die möglicherweise im Wasser erhaltenen geringen Verunreinigungen verfälscht.

e) Die Gesamteinrichtung wird nicht durch die dem hydraulischen Kreislauf eigenen Pulsationen beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Meßgerät zur Festelllung von Undichtigkeiten im Kühlflüssigkeitskreislauf von Hochofendüsen zu

schaffen, welches einfach aufgebaut ist und die Feststellung von Fehlern mit großer Genauigkeit zu ermitteln ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund des Meßgerätes nach Anspruch 1 gelöst. Anspruch 6 gibt eine zweckmäßige Anordnung wieder, um die Genauigkeit der Fehlerfeststellung zu verbessern.

Im einzelnen wird der Differenzdruck des Kühlwassers festgestellt, wenn dieses durch eine Meßblende strömt. Bei Änderungen dieses Differenzdruckes hat sich der Kühlwasserstrom verändert, was beispielsweise auf Kühlwasserverlust zurückgehen kann und als Alarmzeichen zu werten ist. Vorteilhaft vergleicht man die Meßwerte des Kühlwasserzufuhrstromes und des Kühlwasserabfuhrstromes miteinander, um einen Kühlwasserverlust festzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Hochofen, von der Seite gesehen, teilweise geschnitten,

F i g. 2 eine vergrößerte Einzelheit,

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Düse,

Fig.4 einen Längsschnitt entlang der Linie A-B in Fig. 3,

F i g. 5 einen Längsschnitt entlang der Linie C-D in Fig. 3,

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie E-Fm F i g. 5,

F i g. 7 einen Teil des Kühlflüssigkeitskreislaufes,

F i g. 8 einen Schnitt durch das neue Meßgerät und

F i g. 9 eine Meßanordnung.

Der in F i g. 1 dargestellte Hochofen weist eine Beschickungszone 1 auf, von welcher Erzschichten 2 und Koksschichten 3 abwechselnd aufgegeben werden. Erz und Koks mischen sich in einer Zone 4, während in einer Zone 5 das Erz schmilzt und das Metall sich am Boden 6 sammelt. Eine ringförmige Luftzufuhrleitung 7 verteilt erwärmte Luft auf eine Mehrzahl von Düsen 8, durch welche die Luft ins Innere des Hochofens gelangt.

Die ringförmige Luftzufuhrleitung 7 ist mit feuerfestem Material 9 ummantelt (F i g. 2). Eine Kühlwasserzweigleitung 10 führt bis zur Mündung 11 der Düse 8, und eine Kühlwasserzweigleitung 12 bringt das Kühlwasser zurück. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, weist die Düse einen Doppelmantel auf, wobei die verschiedenen Leitungen für den Umlauf der Kühlflüssigkeit im Ringraum verlaufen. Einzelheiten hierzu sind den F i g. 4, 5 und 6 zu entnehmen. Jede Düse läuft konisch zu und weist, in Achsrichtung gesehen, Abschnitte unterschiedlicher Breite auf.

In F i g. 7 ist die Kühlflüssigkeitszufuhr und -abfuhr zu den verschiedenen Abschnitten der Düse 8 schematisch dargestellt In den breitesten Düsenabschnitt 13 führen die Zweigleitungen von der Kühlwasserzufuhrleitung 17 bzw. -abfuhrleitung 16, ebenso in den mittleren Abschnitt der Düse 8. Kritisch ist der Mündungsabschnitt 11 der Düse 8, in welchen die Zweigleitungen 10,12 von der zusätzlichen Kühlwasserzufuhrleitung 18 bzw. der Kühlwasserabfuhrleitung 19 führen. In diesen Zweigleitungen sind Meßblenden angeordnet, die in F i g. 9 bei 40 angeordnet sind. Vor und hinter jeder Meßblende 40 führt eine Stichleitung 30 und 31 zu dem jeweiligen Meßgerät 37 bzw. 38.

F i g. 8 zeigt die Einzelheiten eines dieser Meßgeräte 37 bzw. 38. Es enthält ein zylindrisches Gehäuse 20, in dessen Innerem eine ringförmige Doppelwand 21 mit ringförmigem Zwischenraum 23 angeordnet ist, der mit Quecksilber gefüllt ist. In das Quecksilber taucht eine Glocke 24 ein, die zu diesem Zweck mit einem Gewicht

ίο 26 belastet ist. Es werden so abdichtende Wände 21, 24 gebildet, zwischen denen ein Innenraum 22 abgedichtet ist, während ein Außenraum 25 zur Gehäusewandung 20 existiert. An der Wand oder Glocke 24 ist eine Stange 27 angebracht, die am oberen Ende einen Ferritkern 28 trägt, der im Zwischenbereich einer Spule 29 angeordnet ist. Die Spule wird mit hochfrequentem Strom gespeist, wobei die Lage des Ferritkernes 28 und damit auch die Lage der Glocke 24 den Stromkreis beeinflußt. Der Raum 25 ist über die Stichleitung 30 und ein Ventil 32 mit der Zweigleitung 10 bzw. 12 vor der Meßblende 40 verbunden, während der Raum 22 über die Stichleitung 31 und das Ventil 33 mit der entsprechenden Zweigleitung 10 oder 12 hinter der Meßblende 40 in Verbindung steht. Die Räume 22 und 25 stellen somit die Meßräume des Systems dar.

Wenn der Kühlwasserstrom sich in einer der Zweigleitungen 10 oder 12 ändert, ändert sich auch der Druckabfall an der Meßblende 40. Der geänderte Druckabfall führt zu einem geänderten Differenzdruck zwischen den Meßräumen 22 und 25 und damit zu einer Verschiebung der Glocke 24. Die Einrichtung 27, 28, 29 stellt einen Wegaufnehmer dar, der die Verschiebung der Glocke 24 feststellt. Es sei angenommen, daß die besprochene Änderung des Differenzdruckes nur am Gerät 37 stattfindet und in einem verringerten Druckabfall besteht. In der Zweigleitung 12 fließt somit mehr Flüssigkeit, als in der Zweigleitung 11 zurückfließt. Dies deutet auf eine Undichtigkeit des Kühlflüssigkeitskreislaufes hin.

Der Wegaufnehmer 27,28,29 ist elektrisch mit einem Auswertegerät 35 (F i g. 8) verbunden, welches im Fall einer festgestellten Undichtigkeit eine Alarmeinrichtung 36 (F i g. 9) ansteuert

Wenn dafür gesorgt wird, daß in der Zweigleitung 12 ein gleichbleibender Kühlflüssigkeitsstrom fließt wird das Meßgerät 38 nicht benötigt und es genügt die Anordnung nur eines einzigen Meßgerätes 37.

Infolge seiner einfachen Bauart ist das Meßgerät sehr robust und kann in der Nähe eines Hochofens aufgestellt werden. Wenn im Kühlmittelkreislauf Pulsationen vorkommen, dann heben sie sich in der Anordnung nach F i g. 9 gegeneinander auf. Die erzielbare Meßgenauigkeit ist deshalb sehr hoch. Kühlmittelverlust von weniger als 0,2% kann bereits festgestellt werden.

Die Meßanordnung ist auch gegen Veränderung durch laufende Instandhaltungsarbeiten am Hochofen bzw. der Hochofendüse unempfindlich. Wenn das Meßgerät einmal eingestellt ist, braucht es nicht mehr nachgestellt zu werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßgerät zur Feststellung von Undichtigkeiten im ICühlflüssigkeitskreislauf von Hochofendüsen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: mindestens eine Meßblende ist in der Kühlwasserabfuhrleitung (19) vorgesehen, die über zwei Stichleitungen (30,31) in Strömungsrichtung vor und hinter der Meßblende mit zwei Meßräumen (22, 25) verbunden ist;

die Meßräume (22,23) sind Ober abdichtende Wände (21, 24) voneinander getrennt, wobei wenigstens eine Wand (24) kolbenartig verschieblich angeordnet ist und jede Differenzdruckänderung zwischen den Meßräumen (22, 25) zu einer Verschiebung dieser Wand (24) führt;

ein Wegaufnehmer (27, 28, 29) ist der beweglichen Wand (24) zugeordnet und gibt ein elektrisches Signal ab, das für Dichtigkeit bzw. Undichtigkeit des Kühlwasserkreislaufs kennzeichnend ist

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenartig verschiebliche Wand (24) als Glocke ausgebildet ist, die in einen flüssigkeitsgefüllten ringförmigen Raum (23) eintaucht, der zwischen zwei feststehenden Wänden (21) gebildet ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (23) mit Quecksilber gefüllt ist und daß die Glocke (24) mit einem Belastungsgewicht (26) versehen ist.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (27, 28, 29) eine mit der verschieblichen Wand (24) verbundene Stange (27), einen daran befestigten Kern (28) und eine Induktionsspule (29) aufweist.

5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal des Wegaufnehmers (27, 28, 29) piner Auswerteeinrichtung (35) zuführbar ist, welche die Signale für Undichtigkeit erkennt und eine Alarmeiiirichtung (36) und/oder Datenaufzeichnungseinrichtungen ansteuert.

6. Meßanordnung zur Feststellung von Undichtigkeiten im Kühlflüssigkeitskreislauf von Hochofendüsen,

gekennzeichnet durch zwei Meßgeräte (37,38) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Meßblende des einen Gerätes (37) in der Kühlwasserabfuhrleitung (19) und die Meßblende des anderen Geräts (38) in der Kühlwasserzufuhrleitung (18) angeordnet ist,

und daß eine Vergleichseinrichtung für die Meßwerte beider Geräte (37, 38) vorgesehen ist, die bei Abweichung voneinander einen Alarm in Gang setzt.