DE3407996A1

DE3407996A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer verbindung zwischen einem plasmabrenner und einem reaktor

Info

Publication number: DE3407996A1
Application number: DE19843407996
Authority: DE
Inventors: Gunnar Astner; Jan Hofors Thörnblom; Örjan Westergren
Original assignee: SKF Steel Engineering AB
Current assignee: SKF Steel Engineering AB
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1984-03-03
Publication date: 1985-03-28
Also published as: SE8304722D0; GB2146209A; AT385591B; NO161769B; CA1222789A; IT1175451B; CS275605B6; DE3407996C2; BR8401811A; ES531163A0; US4611110A; NL8400724A; PH22885A; FI75466B; ZA842323B; CH663507A5; FI75466C; JPH0447438B2; GB2146209B; DD216836A5

Description

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen, zuverlässigen und gefahrlosen Herstellung einer druckdichten verbindung eines Industrie-Plasmabrenners mit einem Reaktor sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Plasmabrenner wurden bisher nur in sehr begrenztem Maße bei industriellen Verfahren eingesetzt. In den wenigen existierenden Fällen sind die Plasmabrenner kaum für industrielle Zwecke geeignet, bei denen sie unbedingt einfach und in der Handhabung betriebssicher sein müssen.

Ein Beispiel eines für den industriellen Einsatz vorgesehenen Plasmabrenners ist in der US-Patentschrift SN 3,705,975 beschrieben. Dieser Plasmabrenner besitzt einen Flansch, welcher mit Hilfe von rund um seinen Umfang verteilten Schraubbolzen eine druckdichte Verbindung zwischen Plasmabrenner und Reaktor ergeben soll. Der Plasmabrenner wird angehoben und am Reaktor angesetzt, woraufhin die Schraubbolzen festgezogen werden und umgekehrt. Dies ist naturgemäß äußerst zeitraubend und kompliziert.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil bisher bekannter Plasmabrenner-Anlagen besteht darin, daß das Hochspannungskabel von Hand angeschlossen werden muß.

Industrielle Prozesse verlaufen gewöhnlich kontinuierlich und es wird ein maximaler Nutzeffekt angestrebt. Die Betriebsdauer eines Plasmabrenners zwischen den Wartungsarbeiten ist in der Hauptsache durch den Elektrodenverschleiß begrenzt und die

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Brenner müssen daher regelmäßig ausgewechselt werden. Es ist daher unbedingt wichtig, die Austauschzeit so kurz wie möglich zu halten.

Plasmabrenner benötigen Spannungen von einigen 1000 V und sie müssen einwandfrei abgeschlossen werden, um zu verhindern, daß das Personal mit der Hochspannung in Berührung kommt, während außerdem dafür gesorgt werden muß, daß der Plasmabrenner vor Staub und Flüssigkeit geschützt wird.

Gewöhnlich besitzt der Reaktor, in welchem der Plasmabrenner verwendet wird, mehrere Plasmabrenner, sodaß es sehr wichtig ist, daß ein Plasmabrenner ausgewechselt werden kann, ohne daß die anderen abgeschaltet werden müssen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bisher verwendeten Plasmabrenner-Anlagen auszuschalten und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verbindung eines Plasmabrenners mit einem Reaktor während des Betriebes zu verwirklichen und, um dies zu erreichen, eine druckdichte Abdichtung des Reaktors während des Austausches eines Plasmabrenners zu schaffen und gleichzeitig automatisch die Hochspannung vom Plasmabrenner zu trennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen schnellen Austausch, eine zuverlässige Funktion und eine gefahrlose Handhabung und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner durch eine Fernsteuerung aus einer Position, in welcher er den Reaktor abdichtet, in Betriebslage geschoben wird und dabei

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gleichzeitig erste elektrische Kontakteinrichtungen am Plasmabrenner automatisch mit stationären zweiten elektrischen Kontakteinrichtungen verbunden werden, daß der Reaktor durch einen ferngesteuerten Schieber so lange nach außen hin abgedichtet wird, wie der Plasmabrenner sich außerhalb des Reaktors befindet, und geöffnet wird, sobald der Plasmabrenner sich in Abdichtungslage befindet, woraufhin der Plasmabrenner in seine Betriebslage gebracht wird, und alsdann mittels einer ferngesteuerten Verriegelung gegen den Reaktor gepreßt und mit diesem verriegelt wird, wobei gleichzeitig der Plasmabrenner mit der Rückleitung der Stromquelle verbunden wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch am Plasmabrenner angeordnete erste elektrische Kontaktorgane, welche mit stationären zweiten elektrischen Kontaktorganen verbindbar sind, durch ein auf einer ständig mit dem Reaktor verbundenen Führung verschiebbares Teil zum Verschieben des Plasmabrenners zum Reaktor hin und von diesem fort, durch am Reaktor und am Plasmabrenner angeordnete zusammenwirkende Dichtungselemente zur Abdichtung des Reaktors gegenüber seiner Umgebung bei in Abdicht- oder Betriebslage befindlichem Plasmabrenner, ferner durch eine zusammen mit dem Verschiebeteil den Plasmabrenner im wesentlichen vollständig umschließende Abdeckung und eine ferngesteuerte Verriegelungseinrichtung, durch welche der Plasmabrenner am Reaktor verriegelbar und gleichzeitig der Plasmabrenner mit der Rückleitung zur Stromquelle verbindbar ist.

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Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigt

Fig.1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung? und

Fig.2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig.1.

Fig„1 zeigt einen im wesentlichen von einer Abdichtung 1 umschlossenen Plasmabrenner,, der auf einer Platte 2 angeordnet ist. Diese Platte läuft auf einem nicht dargestellten Untersatz zum Reaktor hin und von diesem fort. Dargestellt sind lediglich eine Dichtfläche 3, die Wandung 4 des Einschubrohres im Reaktor für den Plasmabrenner sowie ein Schieber 5, deren Funktion im einzelnen noch zu beschreiben sein wird. Die Platte 2 mit dem darauf befindlichen umschlossenen Plasmabrenner wird mit Hilfe von zwei Hydraulikzylindern 6 und 7 hin und her bewegt, welche in Reihe miteinander arbeiten. Die Abdeckung 1 trägt zur leichteren Handhabung des Plasmabrenners beim Austausch an der Oberseite eine Tragöse 8. In dem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß bisher verwendete Plasmabrenner Leistungen von ca. 1 MW aufweisen und daher relativ klein und leicht waren, sodaß sie ohne weiteres von mehreren Männern bewegt werden konnten. Heutzutage übliche Leistungen betragen jedoch 6 bis 10 MW, was zu Gewichten von 500 kg führt. Die Notwendigkeit für besondere Führungen wird daher erhöht.

Fig.2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig.1 von oben gesehen. Die Anschlüsse für

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die Zufuhr und Abfuhr des Kühlmittels 11 bezw. 12 sowie für die Zufuhr von Gas 13 sind an der Rückseite der Platte 2 angeordnet und die Leitungen laufen unter der Platte durch diese hindurch nach oben zu Anschlüssen bzw. Auslässen 11a-d, 12a-d-13a-b. Die Anschlüsse für die Hochspannung 14 und die Niederspannung 15 sind an den beiden Seiten der Abdeckung 1 angeordnet und die elektrischen Übertragungen selbst sind im wesentlichen umhüllt. Die verschiedenen Kontakteinrichtungen werden mit stationären Kontakteinrichtungen 16, 17 auf dem Untersatz in Kontakt gebracht oder damit verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Kontaktorgane am Plasmabrenner aus dünnen Blechzungen 18 und 19, welche gestrichelt dargestellt sind, während die stationären Kontaktorgane aus ebenfalls gestrichelt dargestellten Gabeln 20 bezw. 21 bestehen.

Diese Kontaktorgane können naturgemäß auf die verschiedenste Weise im Rahmen des vorgeschlagenen Prinzips ausgebildet werden. So können beispielsweise die Kontaktorgane am Plasmabrenner auf bewegbaren Armen angeordnet werden, statt an ihm festzusitzen.

Am Reaktor sind vorzugsweise keilförmige und vorzugsweise hydraulisch gesteuerte Riegel 22 und 23 vorgesehen, welche das Vorderteil 24 des Plasmabrenners gegen die Dichtfläche 3 am Reaktor pressen, wobei in dieser Dichtfläche ein O-Ring 25 angeordnet ist (siehe Fig.1).

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Die tatsächliche Abdichtung zwischen Plasmabrenner und Reaktor kann auch auf andere Art und Weise erzielt werden, beispielsweise mittels eines Balgensystems, bei welchem ein die Nase 26 des Plasmabrenners umgebendes zylindrisches Teil in Dichtkontakt mit einem entsprechenden zylindrischen Teil am Reaktor gebracht wird und eine Dichtung zwischen diesen Teilen vorgesehen ist.

Zur Herstellung einer druckdichten Verbindung des Plasmabrenners mit einem Reaktor wird der von der Abdeckung 1 umgebene und auf der Platte 2 ruhende Plasmabrenner auf den Untersatz außerhalb des Reaktors aufgesetzt. Aus dieser Außenlage wird er zum Reaktor hingeschoben, indem einer der beiden Hydraulikzylinder 6, 7 betätigt wird, und zwar so weit, daß er sich in Abdichtlage am Reaktor befindet. Dies bedeutet, daß die Nase des Plasmabrenners teilweise in das Einschubrohr 4 des Reaktors eingeschoben ist, der Schieber 5 im Einschubrohr 4 jedoch noch geschlossen ist. In dieser Lage wird der Schieber 5 dann geöffnet und der Plasmabrenner durch Beaufschlagung des zweiten Hydraulikzylinders 6 in seine Betriebslage gefahren. Nunmehr werden die beiden Hydraulikzylinder 27 und 28 beaufschlagt, welche die Riegel 22 und 23 ausfahren, sodaß der Plasmabrenner gegen die Dichtfläche des Reaktors gepreßt wird und eine druckdichte Abdichtung erzielt wird.

Die Riegel haben vorzugsweise auch die Funktion einer Verbindung des Plasmabrenners mit der Rückleitung zur Stromquelle, sodaß sichergestellt wird, daß der Stromkreis nicht geschlossen werden kann, bevor die Abdichtung einwandfrei hergestellt

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ist. Wenn der Plasmabrenner aus der Abdichtlage in Betriebslage geschoben wird, werden auch seine ersten Kontaktorgane 14, 15 mit den feststehenden zweiten Kontaktorganen 16, 17 verbunden .

Der große Vorteil, zwei zusammenwirkende Hydraulikzylinder 6 und 7 vorzusehen, besteht darin, daß die Hublänge des ersten Zylinders 6 genau eingestellt werden kann, sodaß, wenn der Plasmabrenner ausgetauscht wird und aus seiner Betriebslage in Abdichtlage verfahren wird, der Schieber 5 geschlossen werden muß, bevor der zweite Hydraulikzylinder 7 beaufschlagt werden kann. Wenn ein einziger Zylinder für die zurückzulegende Gesamtdistanz verantwortlich wäre, bestünde stets die Gefahr, daß der Plasmabrenner die Grenzlage durchlaufen würde, d.h. die Abdichtlage. Das Resultat wäre beispielsweise bei einer Metalloxid-Reduktionsanlage mit Überdruck und extrem hohen Temperaturen verheerend.

Bei dem vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel, gemäß welchem der Plasmabrenner gegen eine ebene Dichtfläche am Reaktor gepreßt wird, ergibt sich kurzzeitig eine Leckstelle durch den Spalt zwischen dem Einschubrohr im Reaktor und der Plasmabrennernase, während der Plasmabrenner aus der Abdichtlage in die Betriebslage geschoben wird. Der auftretende Gasverlust kann vernachlässigt werden, doch kann er im Prinzip auch vollständig dadurch ausgeschaltet werden, daß man mit dem vorerwähnten Balgensystem arbeitet. In einem derartigen Balgensystem kann zwischen den beiden zylindrischen Teilen ein Überdruck erzeugt werden, bevor der Schieber geöffnet wird.

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Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung mancherlei weitere Abwandlungen möglich. Im Prinzip braucht der Plasmabrenner nicht auf e;iner Platte aufgebaut zu werden, sondern könnte insgesamt von einer Abdeckung umschlossen werden, welche auf Schienen oder dgl. ruht. Bei Verwendung einer Platte könnte diese außerdem durch Hülsen gesteuert werden, welche ihrerseits auf Schienen statt auf einem Untersatz oder Unterbau laufen.

Anstelle einer hydraulischen Betätigung der ferngesteuerten Funktionen sind auch andere Steuersysteme möglich, wie beispielsweise elektrische oder pneumatische Systeme oder Kombinationen derselben.

Außerdem können geeignete Anschlässe für Gas und Kühlmittel für den Plasmabrenner auf einer speziellen Anschlußeinrichtung mit Schnellkupplungen angeordnet werden, wobei diese Anschlußeinrichtung angeschlossen wird, wenn der Plasmabrenner sich außerhalb des Reaktors befindet. Vorzugsweise wird diese Verbindung ebenfalls durch Hydraulikzylinder oder dgl. ferngesteuert.

Claims

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 10 02 61 5O4/E~th 1. März 1984 Patentanmeldung SKF Steel Engineering AB P. 0. Box 202 S-813 00 HOFORS, Schweden Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Plasmabrenner und einem Reaktor. Patentansprüche:

1. Verfahren zur schnellen, zuverlässigen und gefahrlosen Herstellung einer druckdichten Verbindung eines Industrie-Plasmabrenners mit einem Reaktor wie z.B. einem Schachtofen zur Reduktion von Metalloxid, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner durch eine Fernsteuerung aus einer Position, in welcher er den Reaktor abdichtet, in Betriebslage geschoben wird und dabei gleichzeitig erste elektrische Kontakteinrichtungen

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am Plasmabrenner automatisch mit stationären zweiten elektrischen Kontakteinrichtungen verbunden werden, daß der Reaktor durch einen ferngesteuerten Schieber so lange nach außen hin abgedichtet wird, wie der Plasmabrenner sich außerhalb des Reaktors befindet, und geöffnet wird, sobald der Plasmabrenner sich in Abdichtungslage befindet, woraufhin der Plasmabrenner in seine Betriebslage gebracht wird, und alsdann mittels einer ferngesteuerten Verriegelung gegen den Reaktor gepreßt und mit diesem verriegelt wird, wobei gleichzeitig der Plasmabrenner mit der Rückleitung der Stromquelle verbunden wird.

2. Vorrichtung zur schnellen, zuverlässigen und gefahrlosen Herstellung einer druckdichten Verbindung zwischen einem Industrie-Plasmabrenner und einem Reaktor gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch am Plasmabrenner angeordnete erste elektrische Kontaktorgane (14, 15), welche mit stationären zweiten elektrischen Kontaktorganen (16, 17) verbindbar sind, durch ein auf einer ständig mit dem Reaktor verbundenen Führung verschiebbares Teil (2) zum Verschieben des Plasmabrenners zum Reaktor hin und von diesem fort, durch am Reaktor und am Plasmabrenner angeordnete zusammenwirkende Dichtungselemente zur Abdichtung des Reaktors gegenüber seiner Umgebung bei in Abdicht- oder Betriebslage befindlichem Plasmabrenner, fernöor durch eine zusammen mit dem Verschiebeteil (2) den Plasmabrenner im wesentlichen vollständig umschließende Abdeckung (1) und eine ferngesteuerte Verriegelungseinrichtung, durch welche der Plasmabrenner am Reaktor verriegelbar und gleichzeitig der Plasmabrenner mit der Rückleitung zur Stromquelle verbindbar ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung aus einem Untersatz besteht, auf welchem eine das Verschiebeteil (2) bildende Platte mit dem darauf montierten Plasmabrenner verschieblich angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente aus einer ebenen Stirnfläche am Plasmabrenner und einer entsprechenden Dichtfläche (3) am Reaktor mit einer Dichtung in Form eines O-Ringes (25) zwischen beiden Flächen bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung aus zwei hydraulisch steuerbaren, vorzugsweise keilförmigen und durch Hydraulikzylinder (27, 28) betätigbaren Riegeln (22, 23) bestehen, durch welche der Plasmabrenner fest gegen die Dichtfläche (3) des Reaktors preßbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente aus zwei ineinanderschiebbaren zylindrischen Teilen mit dazwischen angeordneten Abdichtungen bestehen, die am Reaktor bezw. am vorderen Ende des Plasmabrenners angebracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrischen Kontaktorgane (14, 15) aus dünnen Metallblechzungen (18, 19) und die zweiten stationären elektrischen Kontaktorgane (16, 17) aus Gabeln (20, 21) bestehen, in welche die Blechzungen automatisch eingeschoben werden.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kontaktorgane (14, 15) gabelförmig sind und die
zweiten stationären Kontaktorgane (16, 17) aus in diese Gabeln einführbaren dünnen Blechzungen bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Anordnung für den gleichzeitigen Anschluß
von Gas und Kühlmittel aufweist, welche auf einer speziellen Anschlußeinrichtung angebracht ist, die mit dem Plasmabrenner verbindbar ist, wenn dieser sich in seiner Außenlage befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung der speziellen Anschlußeinrichtung mit dem Plasmabrenner eine Fernsteuerung vorgesehen ist.