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Verfahren und Vorrichtung zum gesteuerten Zuführen eines
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Frischgases und eines Schutzfluids Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gesteuerten. Zuführen eines Frischgases und
eines Schutzfluids zu im feuerfesten Mauerwerk eines Frischgefäß es angeordneten
Ringdüsen, durch deren Innenrohre das Frischgas und durch deren Ringspalte das Schutzfluid
von gegetrennten, jeweils von einer Hauptleitung abzweigenden Zuleitungen eingeleitet
wird, wobei in jeder Zuleitung für das Schutz fluid ein vom Frischgasdruck und vom
Schutzgasdurchfluß steuerbares Regelventil angeordnet ist.
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Bei einem mit reinem Sauerstoff und beispielsweise Propan betriebenen
Frischverfahren zum Herstellen von Stahl kann es während des Frischens vorkommen,
daß der aus dem Innenrohr der Düse austretende Sauerstoff in den Ringspalt eindringt
oder umgekehrt das Schutz fluid aus dem Ringspalt in das Innenrohr gelangt. Dies
bringt- bei der Verwendung von reinem Sauerstoff als Frischgas und brennbaren Schutzfluiden,
wie Kohlenwasserstoff, beispielsweise Propan oder bl, die Gefahr unerwünschter Brände
mit sich. Da derartige Brände zu Betriebsstörungen führen können, sind bereits eine
Reihe von Vorschlägen gemacht worden, um das über strömen an den Düsen zu vermeiden.
Diese Vorschläge verwenden in den einzelnen Zuleitungen eingebaute, fest eingestellte
Drosselkörper oder Blenden, zur Gleichverteilung des zu den Düsen strömenden Gases
bzw. Schutzfluids. Diese Vorschläge haben sich jedoch nicht bewährt.
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Aus der DE-PS 2 326 754 ist eine Vorrichtung zum gesteuerten Zuführen
eines Frischgases und eines fluiden Schutzmediums zu im feuerfesten Mauerwerk eines
Frischgefäßes angeordneten Ringdüsen. mit getrennten Zuleitungen bekannt, bei der
durch parallel geschaltete Regelventile in den einzelnen Düsenzuleitungen und nachgeschalteten
Druckregelventilen eine Gleichverteilung des Frischgases bzw. des Schutzfluids herbeigeführt
wird.
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Auch mit dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, Unregelmäßigkeiten
einer einzelnen Düse (Verstopfung oder Leitungsbruch) zu erkennen, entsprechend
auszugleichen oder zu signalisieren. Aufgrund von Fertigungstoleranzen oder betriebsbedingten
Ablagerungen können die einzelnen Düsen unterschiedliche
Strömungswiderstände
aufweisen, die nur sehr schwer während des Betriebs ausgeglichen werden können.
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Mittels der bekannten Vorrichtung wird eine Gleichverteilung dann
einigermaßen gewährleistet, wenn der Druck des Schutzfluids vor dem Verteilersystem
möglichst groß gegenüber dem Düsendruck ist. Dies führt aber bei Schutzfluiden,
wie z.B. Propan oder Butan insofern zu Schwierigkeiten, da zur Aufrechterhaltung
des gasförmigen Zustandes dieserGase die Zuführleitungen auf Temperaturen von über
1000C aufgewärmt werden müssen. Dies bedingt speziell hitzebeständige Dichtungen
und Geräte.
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Es ist bekannt. (DE-OS 2 834 737), daß die Durchflußmenge des Schutzfluids
in einem bestimmten Verhältnis zur Durchflußmenge des Frischgases (02 )steht.
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Ausgehend von dieser Tatsache liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die Nachteile der bekannten Vorrichtung zum gesteuerten Zuführen eines Frischgases
und eines fluiden Schutzmediums zu vermeiden und durch die Kopplung der Durchflußregelung
mit der Druckregelung eine Gleichverteilung des Frischgases bzw. des Schutzfluids
zu den einzelnen Ringdüsen zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man bei einem
Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 das Regelventil wahlweise von der
in der Frischgashauptleitung strömenden Frischgasmenge oder von der in der Schutzfluidzuleitung
strömenden Schutzfluidmenge steuert, wobei man das Steuersignal des die Frischgasmengen
messenden Durchflußtransmitters dem die Schutzfluidmenge in der Schutz fluidzuführleitung
regelnden Durchflußregler aufschaltet, und wobei in beiden Fahrweisen mittels eines
Druckreglers
ein bestimmtes Druckverhältnis zwischen Frischgasdruck und Schutzfluiddruck aufrechterhalten
wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus den
Unteransprüchen 2 - 6.
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Diese Vorrichtung weist in der Frischgashauptleitung eine Durchflußregeleinrichtung
und einen ersten Drucktransmitter auf. In der Schutzfluidhauptleitung ist erfindungsgemäß
eine Durchflußregeleinrichtung vorgesehen und in der Schutzfluidzuleitung ist eine
Regeleinrichtung für das Regelventil und ein über eine Regeleinrichtung mit dem
ersten Drucktransmitter verbundener zweiter Drucktransmitter vorgesehen.
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Die Durchflußregeleinrichtung in der Frischgashauptleitung weist einen
Durchflußtransmitter, einen mit dem Durchflußtransmitter verbundenen Durchflußregler
und ein mit dem Durchflußregler verbundenes Regelventil auf.
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Die Regeleinrichtung in der Schutzfluidhauptleitung weist einen Durchflußtransmitter,
einen mit dem Durchflußtransmitter verbundenen Durchflußregler, einen mit dem Durchflußregler
verbundenen Signalumschalter, ein mit dem Signalumschalter verbundenes Durchflußregelventil
und einen mit dem Durchflußregler und dem Durchflußtransmitter verbundenen Verhältnissteller
auf.
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Die Regeleinrichtungen der Regelventile in den Düsenzuleitungen weisen
je einen Durchflußtransmitter, einen mit dem Durchflußtransmitter verbundenen Durchflußregler,
einen mit
dem Durchflußregler verbundenen ersten Signalumschalter,
einen mit dem Signalumschalter verbundenen Trimmer, einen mit dem Tr-immer verbundenen
zweiten Signalumschalter, einen mit dem ersten Signalumschalter verbundenen Vergleicher,
ein mit dem Vergleicher verbundenes Leitgerät und einen mit dem Leitgerät und dem
Regelventil verbundenen Stellmacher auf.
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Die den ersten Drucktransmitter'in der Frischgashauptleitung mit den
je Düsenzuleitung vorhandenen zweiten Drucktransmitter verbindende Regeleinrichtung
weist einen mit dem zweiten Drucktransmitter verbundenen Druckregler und eine mit
dem Druckregler und dem ersten Drucktransmitter verbundene Rechenschaltung auf,
wobei das Signal des Druckreglers dem Vergleicher zuführbar ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens werden in vorteilhafter Weise die Düsen vor Abbrand durch unzureichende
Kühlung geschützt.
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Weiter wird, da die Kühlfluidmenge für jede Düse einzeln einstellbar
ist und daher freie Düsen nicht mit überhöhten Kühlfluidmengen betrieben werden,
eine Verringerung der Kühlfluidmenge erreicht.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind verschiedene Fahr-bzw. Betriebsweisen
des Konverters einstellbar, wodurch in vorteilhafter Weise bei Störungen von Anlagenteilen
der Betrieb der übrigen Anlagenteile aufrechterhalten bleiben kann.
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Durch die Durchflußmessung und die Druckmessung in jeder einzelnen
Düse ist eine gute Kontrollmöglichkeit für den Zustand der entsprechenden Düse gegeben.
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Durch die Anpassung des Alarmpegels in Abhängigkeit an den Betriebszustand
jeder einzelnen Düse ist es möglich, die Grenzwerte dem tatsächlichen Gefahrenzustand
entsprechend einzustellen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 ein Meß- und Regelschema
zum gesteuerten Zuführen eines Frischgases und eines Schutzfluids zu im feuerfesten
Mauerwerk eines Frischgefäßes angeordneten Ringdüsen.
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In Fig. 1 ist eine Frischgashauptleitung 10 gezeigt, von der eine
Frischgaszuleitung 12 zu einer Ringdüse 66 abzweigt. In der Frischgashauptleitung
ist in Strömungsrichtung von einem Durchflußtransmitter ein Stellventil 76, ein
Regelventil 28 und ein Drucktransmitter 60 vorgesehen. Zwischen dem Stellventil
76 und dem Regelventil 28 mündet in die Frischgashauptleitung eine Kühlgasleitung
20, in der ein Stellventil 72 angeordnet ist. Von einer Schutzfluidhauptleitung
14 zweigt zu der Ringdüse 66 eine Schutzfluidzuleitung 16 ab, die in den Ringraum
der Düse mündet. In der Schutzfluidleitung ist stromabwärts von einem Durchflußtransmitter
32 ein Stellventil 82 und ein Durchflußregelventil 40 vorgesehen. In der Schutzfluidzuleitung
ist ein Regelventil 22 und stromabwärts von diesem ein Drucktransmitter 62 und ein
Durchflußtransmitter 42 vorgesehen.
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Die Frischgasmengenverteilung auf die einzelnen Düsen ist problemlos
und wird in bekannter Weise über den Durchfluß transmitter 24 gemessen und über
den Durchflußregler 26 bzw. das Durchflußregelventil 28 geregelt.
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Das Mengenmeßsignal des Durchflußtransmitters 24 wird über einen Verhältnissteller
30, der zwischen 2 z und 10 % einstellbar ist, einem Durchflußregler 34 für das
Schutzgas zugeführt, dessen Signal über einen Signalumschalter 36 entweder dem in
der Schutzfluidhauptleitung 14 angeordneten Regelventil 40 oder aber über den Signalumschalter
46 als übergeordneter Sollwert dem Regler 44 und in weiterer Folge dem Regelventil
22 zugeführt wird.
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Die gemeinsame Durchflußmessung des Schutzfluids für alle Düsen wird
mittels des Durchflußtransmitters 32 durchgeführt, dessen Signal ebenfalls dem Durchfluß
regler 34 zugeführt wird. Das in der Schutzfluidzuführleitung angeordnete Regelventil
ist über einen Stellmacher 56, ein Leitgerät 54, einen Vergleicher 52, einen ersten
Signalumschalter 50, einen Trimmer 48 und einen zweiten Signalumschalter 46, die
in Reihe geschaltet sind, mit dem Signalumschalter 36 verbunden. Das Signal des
Durchfluß transmitters 42 wird einem Durchflußregler 44 zugeführt, dessen Signal
wiederum dem ersten Signalumschalter 50 zugeführt wird. Das Signal des zweiten Signalumschalters
46 kann als Sollwert dem Durchflußregler 44 zugeführt werden. Das Signal des Drucktransmitters
62 wird einem Druckregler 64 zugeführt, dessen Signal dem Vergleicher 52 zugeführt
wird. Das Signal des ersten Drucktransmitters 60 wird über eine Rechenschaltung
58 dem Druckregler 64 als Sollwert aufgeschaltet.
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Mit der Regelvorrichtung sind folgende Fahrweisen möglich: 1.) Mittels
des Durchflußregelventils 40 ist eine gemeinsame Durchflußregelung des Schutzfluids
zu allen Düsen möglich, wobei die nachgeschaltete in den Schutzfluidzuführleitungen
der
einzelnen Düsen angeordneten Regelventile 22 entweder über
ihren Handstellantrieb örtlich oder über ihr Leitgerät 54 fernverstellt werden,
so daß ein gleichmäßiger Durchfluß gegeben ist. Diese Fahrweise ist vor allem zur
Inbetriebnahme der Anlage geeignet.
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2.) Das Stellsignal des Durchflußreglers 34 wird über die Signalumschalter
36, 46 auf das Regelventil 22 geschaltet, wobei das gemeinsame Regelventil 40 voll
geöffnet wird. Der Signalumschalter 46 kann nun das Stellsignal über den Trimmer
49, den ersten Signalumschalter 50, dem Vergleicher 52, dem Leitgerät 54 und dem
Stellmacher 56 dem Regelventil 22 zuführen.
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Bei dieser Fahrweise werden die Regelventile parallel von dem Durchflußregler
34 gesteuert, wobei jedoch zwei Einschränkungen gelten: Eine Druckbegrenzung über
den Drucktransmitter 62 und den Druckregler 64 ist vorrangig wirksam.
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Die Lage der Regelventile kann gegeneinander mittels des Trimmers
48 vertrimmt werden, um stark unterschiedliche Strömungswiderstände der Ringdüsen
auszugleichen.
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3.) Das Stellsignal des Durchflußreglers 34 wird über den Signalumschalter
46 auf den' Durchflußregler 44 als Sollwert aufgeschaltet (Kaskadenschaltung) und
das Stellsignal des Durchflußreglers 44 wird über den Signalumschalter 50 in bereits
beschriebener Weise dem Regelventil 22 zugeführt.
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Auch hier gilt wieder die Einschränkung, daß eine Druckbegrenzung
über den Drucktransmitter 62 und den Druckregler 64 vorrangig wirksam ist.
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Diese Druckbegrenzung verhindert, daß der Druck des Schutzgases über
den Druck des Frischgases ansteigt.
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Mittels des in der Frischgashauptleitung angeordneten Drucktransmitters
60 wird der Druck des Frischgases gemessen. Das Signal des Drucktransmitters 60
wird einer Rechenschaltung 58 zugeführt, die ein um einen bestimmten konstanten
Wert vermindertes Drucksignal dem Druckregler 64 als Sollwert zuführt. Überschreitet
der durch den zweiten Drucktransmitter 62 gemessene Druck diesen Sollwert, nimmt
das Stellsignal von dem Druckregler 64 ab und unterdrückt schließlich über den Vergleicher
52 das Durchflußreglersignal. Dadurch wird das Regelventil 22 teilweise oder gänzlich
geschlossen, bis der Druck in der Schutzfluidzuführleitung 16 dem Drucksollwert
entspricht, d.h. das Regelventil 22 arbeitet je nach Zustand der Düse entweder als
Durchfluß oder als Druckregelorgan.
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Das Regelventil ist so ausgebildet, daß durch eine mechanische Einrichtung
(z. B. Handrad) ein völliges Schließen verhindert werden kann bzw. das Ventil auf
einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Dadurch ergibt sich der wirtschaftliche
Vorteil, daß ein einziges Ventil sowohl die Funktion der bisher üblichen festen
Drosselkörper im Handbetrieb als auch gleichzeitig die Funktion der Mengenregelung
und Druckbegrenzung im Automatikbetrieb erfüllt.
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Zur Betriebskontrolle sind je Düse ein Druckanzeiger 86, ein Durchflußtransmitter
42 sowie ein Durchflußanzeiger 84 vorgesehen. Diese Anzeiger sind von l)okannter
ls.auart, z. B. als Leuchtbandanzeiger ausgebildet, wobei das-Leuchtband des Durchflußanzeigers
bei wirksamer Druckbegrenzung
blinkt.
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Die Signale des Durchflußanzeigers bzw. des Druckanzeigers werden
Alarmschaltern 90 bzw. 96 für den Druck und den Durchfluß zugeführt, deren Alarmpegel
über Alarmpegelversteller 88 bzw. 94 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der
Anlage über die Alarwr und Sicherheitsanlage verstellbar ist.
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Insbesondere wird beim Frischbetrieb ein minimaler Druck von etwa
3 bar und ein Durchfluß von 70% des auf die jeweilige Düse als Sollwert vorgegebenen
Durchflußwertes festgelegt. Die Unterschreitung einer oder beider Grenzwerte bewirkt
eine Blasunterbrechung, d.h. eine Düse kann weder durch zu geringen Gasdruck noch
Durchfluß (z.B. Rohrleitungsbruch) beschädigt werden.
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Bei Blasunterbrechung wird in bekannter Weise anstelle von Frischgas
Kühlgas in die Frischgashauptleitung über die Kühlgasleitung 20 eingeblasen, wobei
das in der Frischgashauptleitung 10 angeordnete Stellventil 76 schließt und das
in der Kühlgasleitung 20 angeordnete Stellventil 72 öffnet.
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Nach dem öffnen der Stickstoffleitung 18 mittels des Stellventils
102 wird die Schutz gasleitung mittels des Stellventils 82 geschlossen. Dann wird
Stickstoff in so hoher Menge eingeblasen, daß die Ringdüsen 66 nicht mit der Schmelze
volllaufen; dies wird bei den Ringdüsen insbesondere durch die von der Regelung
unabhängige Stickstoffeinspeisung über das Rückschlagventil 78 sichergestellt. Das
Rückschlagventil 80 in der Schutzfluidzuleitung verhindert den Rücktritt von Stickstoff
in die Gasleitungen.
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Werden einzelne Düsen außer Betrieb gesetzt, so besteht die
Möglichkeit
über das Handregelventil 104 jede einzelne Düse sicher vom Gas netz zu trennen und
die daraus resultierenden Alarme bzw. Steuerbefehle über die Alarmschaltung 92 bzw.
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98 unwirksam zu machen.
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Zu Testzwecken besteht die Möglichkeit, die einzelnen Düsen durch
die Handventilkombination 68, 70, 72 auf Stickstoff umzuschalten und so die Anlage
mit Inertgas auf optimale Gasgleichverteilung einzustellen.