DE3622255C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen von Verbrennungsvorgängen in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen von Verbrennungsvorgängen in einem metallurgischen Ofen, insbesondere HochofenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Überwachung von Verbrennungsvorgängen
in einem Ofen, insbesondere einem Hochofen, einem Schachtofen
oder einem Reduzierofen. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung,
die zum Überwachen der Temperaturverteilung und zur Entnahme
von Gasen und Schmelzen aus einem Strömungsbereich
in Nachbarschaft zu einer Blasform des Ofens geeignet ist.
Es ist seit langer Zeit erwünscht, das Verhalten von Schmelzen
in der Nähe der Blasformen oder in einem Aufschmelzbereich
in metallurgischen Öfen, wie Hochöfen, Schachtöfen,
Reduzieröfen usw. zu überwachen, um die Ursache
des Abschmelzens der Blasformanordnung und der Bildung von
Ansammlung von Metallschmelze vor der Blasform zu ergründen.
Das ist insbesondere notwendig zu einer wirkungsvollen und
wirksamen Steuerung der Zusammensetzung von Roheisenschmelze.
Bei einem in jüngster Zeit entwickelten Verfahren wird
Eisenerz und feingemahlener Koks durch die Blasform in
den Ofen eingeführt. Diese durch die Blasform eingeführte
Ladung reagiert mit der durch das Koksgrüst herabtropfenden
Roheisenschmelze und ändert so deren Zusammensetzung.
Die Zusammensetzung der Roheisenschmelze kann durch Analyse
der Vorgänge und der Geschwindigkeit der Reaktion
der eingeblasenen Beladung mit der Roheisenschmelze gesteuert
werden. Zu diesem Zweck ist es nötig, die Temperaturen
der Schmelze zu messen und Proben von ihr und dem Gas
nicht nur in dem Einströmungsbereich, sondern auch im Zentralabschnitt
des Ofens, der mit Koks gefüllt ist, zu entnehmen.
Nun befindet sich aber der Zentralbereich bei arbeitendem
Ofen bei einer sehr hohen Temperatur, so daß eine entsprechend
große thermische Belastung vorliegt. Dadurch und
durch die Anwesenheit der Koksmasse selbst ist es immer
schwierig, eine Fühlersonde in den Zentralbereich des Ofens
bei arbeitendem Ofen einzusetzen.
Eine Strömungsbereichssonde zum Überwachen der Zusammensetzung
und der Temperatur des Gases in dem Strömungsbereich
wird in der JA-A-58-16 005 und der JA-U-59-0 28 027
beschrieben. Bei diesen erwähnten japanischen Veröffentlichungen
enthält die Strömungsbereichs-Sonde eine wassergekühlte
Röhre, die in den Strömungsbereich in der Nähe
einer Blasform des Ofens eingesetzt wird, um die Zusammensetzung
und Temperatur des Gases zu überwachen. Die Sonde
wird durch ein in den Ofen eingesetztes Blasrohr hindurch
durch die Blasform zur Überwachung der Temperatur, der
Gaszusammensetzung usw. eingeführt. Die Sonde muß, um
erfolgreiche Überwachung durchführen zu können, mehr als
3 m lang sein. Der Innendurchmesser dieses Blasrohres
beträgt etwa 150 mm. Damit ist die Ausrichtung der Sonde
auf das Gebiet in der Nähe der Achse des betreffenden Blasrohres
begrenzt, d. h. sie liegt im wesentlichen radial. Dadurch
wird der Überwachungsbereich stark begrenzt. Da die
Sonde beim Einsetzen durch das Blasrohr zur Überwachung
der Verbrennungsvorgänge die freie Querschnittsfläche
dieses Blasrohres einengt, wird genau im überwachten
Bereich eine Änderung der Strömungs- und Verbrennungsvorgänge
herbeigeführt.
Um diese schädliche Auswirkung auf den freien Querschnitt
des Blasrohres zu verringern, könnte man den Außendurchmesser
der Sonde auf etwa 50 mm verkleinern. Jedoch wird
dadurch die Steifigkeit der Sonde nicht mehr ausreichen,
um sicherzustellen, daß die Sondenspitze den Zentralbereich
des Ofens erreicht. Außerdem ist die Sonde im Blasrohr sehr
hohen Temperaturen von z. B. 1000°C bis 1300°C unterworfen.
Demzufolge kann die Sonde ungefähr die Hälfte der gesamten
thermischen Gesamtbelastung im Glasrohr aufnehmen. Dadurch
wird ein Wasserkühlrohr mit sehr hoher Kapazität nötig. Wenn
beispielsweise die thermische Belastung verdoppelt wird,
muß die Kapazität des Wasserkühlrohres ebenfalls verdoppelt
werden, um das Durchströmen der doppelten Kühlwassermenge
zuzulassen.
Es kann dabei auch nicht außer Acht gelassen werden, wenn
man die Genauigkeit der Überwachung betrachtet, daß die
Anwesenheit der Sonde und der Überwachungsvorgang selbst
die Verbrennungsbedingungen an der untersuchten Stelle beträchtlich
ändern.
Wie leicht einzusehen ist, liegt der Nachteil dieser bekannten
Sonde darin, daß die Sonde innerhalb des im Betrieb
befindlichen Blasrohres sitzt. Deswegen könnten die
Nachteile der üblichen Sonde beseitigt werden, wenn diese
auf irgendeine Weise in den Ofen eingeführt werden kann,
ohne das Blasrohr zu durchlaufen.
Diesbezüglich wurde ein verbessertes Überwachungssystem
für Verbrennungsvorgänge in der japanischen Patentanmeldung
59-69 217 beschrieben, die vom gleichen Anmelder eingereicht
wurde und inzwischen als JA-A-6 02 13 845 erschienen
ist. Bei dieser vorgeschlagenen Überwachungssonde ist
jedoch ein ziemlich komplizierter und damit sehr teurer
Aufbau erforderlich.
Aus der DE-OS 29 38 167 ist bekannt, den Abstand der Mündung
eines Lufteinlaßrohrs von einer dieser gegenüberliegenden
Hochofenwand durch das Lufteinlaßrohr mittels eines vor einem
Fenster des Lufteinlaßrohrs angeordneten Abstandmessers
zu erfassen.
Aus dem Artikel "Untersuchung der Bewegungsvorgänge vor den
Blasformen eines Hochofens mit dem Endoskop" Stahl und
Eisen 94 (1974) Nr. 12, Seiten 533 bis 539 ist weiterhin
bekannt, zur optischen Beobachtung der vor den Blasformen
eines Hochofens ablaufenden Vorgänge ein Endoskop zu verwenden,
welches bis vor den Blasformrüssel in den Hochofen ein
geführt wird.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Verbrennungszuständen
in einem metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, zu schaffen,
die sehr wirksam und einfach sind, einen breiten Überwachungsbereich
mit hoher Genauigkeit aufweisen und den
überwachten Verbrennungsbereich möglichst wenig stören.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der
Ansprüche 1 bzw. 12.
Somit werden die Verbrennungsvorgänge
in dem Ofen durch eine Sonde überwacht, die schräg
zur Achse des zugehörigen Blasrohres liegt. Zu diesem
Zweck wird die Sonde durch eine abgeänderte Blasform in
den Ofen eingesetzt, die eine die Sonde aufnehmende und
in das Innere des Ofens zulassende Durchgangsöffnung besitzt,
die ein Einführen der Sonde in schräger Ausrichtung
zu dem zugehörigen Radius, der durch die Mitte der
Blasform geht, zuläßt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung
zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge in einem
Ofen eine abgeänderte Blasform des Ofens vor einem Kühlmantel, die eine
Durchgangsöffnung bestimmt, die sich schräg zu einem
durch die Mitte dieser Blasform gehenden Radius des
Ofens erstreckt, und eine Sonde erstreckt sich durch
diese Durchgangsöffnung in das Innere des Ofens quer
über einen Strömungsbereich, zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge
im Ofen, und es ist ein Antriebsmechanismus
vorgesehen, um die Sonde in den Ofen einzuschieben
bzw. sie aus dem Ofen herauszuziehen.
Vorzugsweise erlaubt die Schrägstellung der Durchgangsöffnung
in der abgeänderten Glasform ein Durchfahren
der Sonde durch einen Strömungsbereich, der um eine
benachbarte Glasform gebildet ist.
Der Antriebsmechanismus enthält eine Stütze für die Sonde
und Kühleinrichtungen für diese. Die Stütze umfaßt eine
einen Kühlwasserweg in sich bestimmende Rohrhülse und
läßt die Sonde in Axialrichtung durchtreten, sowie ein
die Sonde dichtend abstützendes Dichtrohr.
Es kann ferner eine Halterung zum abnehmbaren Befestigen
der abgeänderten Blasform an ihrem Platz vorgesehen sein.
Die Rohrhülse kann mit einem Blasrohr in Verbindung stehen,
durch welches Luft mit einer bestimmten Geschwindigkeit geleitet
wird, um diese durch die Blasform in den Ofen einzuführen.
Das Blasrohr ist dann mit einer Einrichtung versehen,
die eine Versetzung des Blasrohres in einer senkrecht zu
seiner Achse stehenden Richtung verhindert, jedoch eine
Axialversetzung zuläßt. Das Blasrohr ist mit einer Luftquelle
über ein Abzweigrohr verbunden, das Abschnitte besitzt,
die Axialversetzungen des Blasrohres zulassen.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Überwachen
von Verbrennungsvorgängen in einem metallurgischen Ofen, insbesondere
Hochofen, bei dem ein Durchlaß für eine Sonde in einer Blasform bestimmt
wird, deren Achse schräg zu einem durch die Blasform
gehenden Radius des Ofens liegt und einen in der Nähe
einer benachbarten Blasform ausgebildeten Strömungsbereich
durchschneidet, bei dem die Sonde durch den Durchlaß durch
den Strömungsbereich zu einem Zentralbereich des Ofens
zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge vorgeschoben wird.
Dabei kann die Sonde während des Einschiebens der Sonde in
den Ofen bzw. des Herausziehens der Sonde aus dem Ofen gekühlt
werden.
Erforderlichenfalls kann Luft in den Ofen durch den Durchlaß
eingeblasen werden, wobei der Luftstrom in den Ofen ausreichend
hoch ist, um Metallschmelze am Austreten durch die
Blasform zu hindern.
Der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläuert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Hauptteil der bevorzugten
Ausführung der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Darstellung der Beziehung zwischen der thermischen
Belastung der Sonde der Überwachungsvorrichtung
und der erforderlichen Geschwindigkeit
des Kühlwassers,
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Meßergebnissen,
die mit der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1
und 2 erzielt wurden,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführung einer
abgewandelten Blasform, in die die Überwachungsvorrichtung
nach Fig. 1 und 2 eingesetzt ist,
Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung einer
erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung,
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 des Hauptteils der
Überwachungsvorrichtung nach Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt durch eine Heißluft-Einführung, die
bei einer weiteren Abwandlung der Überwachungsvorrichtung
nach Fig. 6 eingesetzt ist, und
Fig. 9 einen Schnitt durch eine modifizierte Heißluft-
Einführung.
In der Fig. 1 wird die bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen
Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge
gezeigt, die allgemein eine Sonde 10 und einen Antrieb
12 für die Sonde umfaßt. Die Sonde 10 wird durch eine
Rohrhülse 14 und eine abgeänderte Blasform 16 abgestützt.
Die Rohrhülse 14 ist mit einem Dichtrohr 18 verbunden. Das
Dichtrohr 18 ist an einem Grundrahmen 20 mit Befestigungslaschen
oder -klammern 22 angebracht. Zum Einsetzen der
Sonde 10 bis in den Zentralbereich eines beladenen Ofens
24, beispielsweise eines Hochofens, eines Schachtofens,
eines Reduzierofens oder dergl., ist eine Kraft von etwa
49,03 × 103 bis 294,2 × 103 N (5 bis 30 Tonnen) erforderlich.
Deshalb wird der Grundrahmen 20 an einem eine
Blasform 28 umgebenden Metallrahmen 26 über eine Ableitstütze
30 befestigt, die die Reaktionskraft beim Einsetzen
der Sonde in den Ofen 24 aufnimmt.
Die Sonde 10 reicht durch die Rohrhülse 14 und das Dichtrohr
18 hindurch und ist an ihrem äußeren Ende an einem
Träger 32 befestigt. Die Sonde 10 wird durch einen weiteren
Träger 34 abgestützt, der zwischen diesem äußeren Sondenende
und dem vom Ofen abliegenden Ende des Dichtrohres
18 liegt. Die Träger 32 und 34 werden durch eine Antriebskraft
in Bewegung gesetzt, die über eine um Kettenräder 38
und 40 gewundene Antriebskette 36 übertragen wird. Das Kettenrad
40 wird durch die Antriebseinrichtung, z. B. einen
Motor, über ein übliches Leistungsgetriebe in Bewegung gesetzt.
Die über die Antriebskette 36 übertragene Antriebskraft
verschiebt die Sonde 10 an dem Grundrahmen 20 in den
Ofen hinein bzw. holt ihn aus diesem zurück.
Es ist einzusehen, daß statt des gezeigten Kettenantriebssystems
auch die Benutzung von einem oder mehreren selbstantreibenden
Trägern möglich ist. Zusätzlich kann der Zwischenträger
34, der den Mittelabschnitt der Sonde 10 abstützt,
auch durch eine einfache Stützklammer ersetzt werden.
Es kann auch ein Hydraulikzylinder zum Antreiben des
Trägers verwendet werden. In diesem Fall kann der Hydraulikzylinder
direkt den Träger betätigen.
Wie bekannt ist, läuft eine große Menge von Roheisen- und
Schlacken-Schmelze durch die mit Koks gefüllten Abschnitte
des Ofens nach unten herab, d. h. durch die Abschnitte außerhalb
der Einströmungsbereiche für die zugeblasenen Gase.
Deshalb ist die Sonde 10, wenn sie in diesen Teil des Ofens
eingesetzt wird, sehr strengen und schädlichen Bedingungen
unterworfen, wodurch die Kanten der Sonde ausbrechen oder
Teilchen aus Schlacke oder Eisen an der Umfangsfläche der
Sonde anhängen können. Um eine vollständige Abdichtung auch
unter derart harten Bedingungen sicherzustellen, wird das
Dichtrohr 18 länger gewählt, als es der Länge der in den
Ofen eingesetzten Sonde entspricht. Dadurch wird wiederum
eine längere Sonde und ein Träger mit erhöhtem Laufweg erforderlich.
Deswegen wird eine Antriebskombination aus Hydraulikmotor
und Antriebskette bevorzugt bei der beschriebenen
Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge eingesetzt,
damit in der Auswahl der Sondenlänge und des Sondenlaufweges
größere Freiheit herrscht.
Fig. 2 zeigt die Sonde 10, wie sie in den Ofen durch die
Blasform 16 eingesetzt wird. Die in Fig. 2 gezeigte bevorzugte
Ausführung der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung
für Verbrennungsvorgänge ist z. B. bei einem Hochdruck-
Schachtofen mit einem Innenraum von 3000 m3 eingesetzt. In
diesem Ofen sind die Blasformen 28a, 28b und 28c jeweils
mit regelmäßigen Winkelabständen β von 11° 15′ angeordnet.
Um die Blasformen 28 liegt ein Einströmungs- oder Strömungsbereich
(raceway region) 42 bis zu einer radialen Tiefe von
etwa 1,3 m.
Die Sonde 10 wird durch die Blasformstelle 28b zur Überwachung
der Verbrennungsvorgänge in dem Strömungsbereich
42 eingesetzt. Eine in dieser Blasformstelle 28b angebrachte
abgewandelte Blasform 16 ist besonders dazu ausgelegt,
die Sonde 10 aufzunehmen und sie schräg zur Achse
eines sonst an der Blasformstelle 28b angebrachten Blasrohres
44 hindurchtreten zu lassen. An den Blasformen 28a
und 28c sind Blasrohre 46 angebracht. In der in Fig. 2 gezeigten
Ausführung führt das in die Blasform 28a eingesetzte
Blasrohr 46 Luft hoher Temperatur in den Ofen ein,
um die Verbrennung in diesem zu unterhalten, und erzeugt
so den Strömungsbereich 42 um die Blasform 28a. Zu diesem
Zweck ist das Blasrohr 46 der Blasform 28a an ein Zweigrohr
48 (Fig. 1) einer Gebläseleitung 50 angeschlossen,
die den Ofen umgibt und in der Luft hoher Temperatur umläuft.
Das Blasrohr 44 der Blasform 28b ist normalerweise
an einem weiteren Zweigrohr 48 angeschlossen, um dort Luft
hoher Temperatur zur Aufrechterhaltung der Verbrennung in
den Ofen einzuführen, wenn es in Betrieb ist. Um die Überwachung
der Verbrennungsvorgänge in dem Strömungsbereich um
die Blasform 28a durchzuführen, wird das Blasrohr 44 von
dem Zweigrohr 48 in dieser Ausführung abgetrennt. Das diesem
Blasrohr 44 entsprechende Abzweigrohr wird durch eine dort
angebrachte Abschlußplatte 52 geschlossen (Fig. 1).
Die an der Blasformstelle 28b eingesetzte abgeänderte Blasform
16 besitzt eine Durchgangsöffnung 54, durch die die
Sonde 10 hindurchtritt. Die Achse dieser Durchgangsöffnung
54 liegt mit einem Winkel α von z. B. 16° 30′ schräg zur Achse
des Blasrohres 44. Die Sonde 10 nimmt genau den gleichen Winkel
α zur Achse des Blasrohres 44 ein, da sie sich der Achse
der Durchgangsöffnung 54 anpaßt. Die Sonde 10 wird in den
Ofen bis zu einer Länge von 3 m durch die Durchgangsöffnung
54 der abgewandelten Blasform 16 hindurchgeschoben.
Bei dieser Anordnung liegen die Rohrhülse 14, das Dichtrohr
18 und der Antrieb 12 längs der Achse der Sonde 10,
so daß auch sie einen Winkel von 16° 30′ mit der Achse des
radialen Blasrohres 44 bilden.
Es ist dabei zu bemerken, daß die Blasrohre 44 und 46 mittels
Federanordnungen 56 an den entsprechenden Blasformen
28a, 28b bzw. 28c befestigt sind. Bei der gezeigten Ausführung
dient das noch eingesetzte Blasrohr 44 dazu, die
abgeänderte Blasform 16 zu halten. Die Federanordnungen 56
für das Blasrohr 44 besitzen ausreichende Federkraft, um
die auf die Blasformbefestigung 16 beim Herausziehen der
Sonde 10 aus dem Ofen ausgeübte Gegenkraft zu überwinden.
Das durch die Federanordnung 56 vorgespannte Blasrohr 44
hält die abgewandelte Blasform 16 in Richtung Ofen-Innenraum
zurück und hält damit die abgewandelte Blasform 16 in gasdichter
Anlage an dem Innenumfang eines metallischen Kühlmantels
58.
Das innere Ende der abgewandelten Blasform 16 steht in den
Ofen um etwa 250 mm vor, also etwa halb so weit wie die normalen
Blasform-Anordnungen 60, die zum Einleiten von Luft
hoher Temperatur in den Ofen dienen.
Bei der dargestellten Ausführung wird der Durchmesser D
der Sonde 10 im Hinblick auf die Wärmefestigkeit und die
Steifigkeit gegen Verbiegungen der Sonde mit 80 mm ausgewählt.
Die Sonde 10 wird in den Ofen mit einer Kraft von
127,5×103 N (13 Tonnen) eingesetzt. Der Durchmesser der
Sonde 10 kann entsprechend der Art des Überwachungsvorganges,
der Ofengröße usw. ausgewählt werden. Die zum Einstoßen
der Sonde 10 in den Ofen erforderliche Kraft ändert
sich mit dem Durchmesser der Sonde 10. Die Beziehung zwischen
der erforderlichen Kraft P und dem Durchmesser D der
Sonde kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:
P = π DL σ tan ⌀
wobei σ die durch die Belastung erzeugte Spannung der Ofenbeladung
in N/m2,
tan ⌀ der Reibkoeffizient zwischen der Beladung und der Sonde, und
L die Einsetztiefe der Sonde in m ist.
tan ⌀ der Reibkoeffizient zwischen der Beladung und der Sonde, und
L die Einsetztiefe der Sonde in m ist.
Der Innendurchmesser der abgeänderten Blasform 16 ist mit
130 mm bestimmt, und andererseits wird der Innendurchmesser
der Rohrhülse 14 auf 100 mm festgesetzt, um die Sonde
10 mit 80 mm aufzunehmen. Das Blasrohr 44 wird an den Ofenmantel
mit einer Gesamt-Federkraft von 205,9×103 N
(21 Tonnen) durch die drei Federanordnungen 56 (von denen
nur zwei in der Zeichnung dargestellt sind) angedrückt.
Die Rohrhülse 14 ist so ausgelegt, daß sie einen Kühlwasserstrom
zur Sondenkühlung durchläßt. In gleicher Weise bestimmt
die Sonde einen Kühlwasserweg, der an eine Kühlwasserquelle
an ihrem äußeren Ende angeschlossen ist, um die Sonde mittels
des Kühlwassers kühlzuhalten. Der Kühlwasserstrom hängt von
der thermischen Belastung auf die Sonde 10 innerhalb des
Ofens ab. Die Beziehung zwischen der thermischen Belastung
und dem erforderlichen Kühlwasserstrom kann in Fig. 3 ersehen
werden. Da die thermische Belastung auf den Abschnitt
der Sonde 10 einwirkt, der bei der gezeigten Ausführung in
den Ofen hineinragt, können maximal 3 m Sondenlänge thermisch
belastet sein. Unter Annahme einer thermischen Belastung
von 418,6 × 109 J/m2h (10×106 kcal/m2hr) wird
dadurch der erforderliche Kühlwasserstrom etwa 8 m/s
betragen.
Vergleicht man das mit der bei einem üblichen Gerät, wie
es in der Beschreibungseinleitung besprochen wurde, erforderlichen
Kühlwassergeschwindigkeit, so zeigt sich, daß
bei diesem die Sonde sich durch das Blasrohr hindurcherstreckt,
durch die Luft hoher Temperatur fließt. Wenn man
deswegen annimmt, daß die Sonde in den Ofen mit einer Länge
von 3 m eingesetzt ist, und die Länge des Blasrohres 2 m
beträgt, so ist ein Abschnitt der Sonde von 5 m Länge
thermischer Belastung unterworfen. Wie in Fig. 3 zu sehen,
ist in diesem Fall die erforderliche Kühlwassergeschwindigkeit
etwa 12 m/s. Eine Erhöhung der erforderlichen Kühlwassergeschwindigkeit
erhöht aber auch den Druckabfall über
der Rohrhülse. Vergleicht man die erforderliche Kühlwassergeschwindigkeit
bei dem bekannten Gerät mit der in dem erfindungsgemäßen
Gerät, so zeigt sich, daß der Druckabfall
beim bekannten Gerät etwa 2,25mal größer als bei dem erfindungsgemäßen
Gerät ist. Der gemessene Druckabfall bei
dem erfindungsgemäßen Gerät beträgt 10,2 bar (10 kg/cm2)
und der erforderliche Kühlwasserstrom 33×103 kg/h. Im Vergleich
dazu trat bei dem bekannten Gerät ein Druckabfall
von 22,94 bar (22,5 kg/cm2) auf und es war eine Menge von
50×103 kg/h Kühlwasser nötig. Diese Anforderungen machen
den praktischen Einsatz des bekannten Gerätes unmöglich.
Fig. 4 zeigt Ergebnisse von Überwachungsmessungen mit dem
dargestellten Überwachungsgerät für Verbrennungsvorgänge
erfindungsgemäßer Art. Bei diesen Untersuchungen wurde die
Menge der absinkenden Eisenschmelze und die Temperaturverteilung
an verschiedenen Stellen im Ofen überwacht und in
Fig. 4 aufgetragen.
Ein Zweifarb-Pyrometer mit optischer Faser wurde benutzt,
um die Temperaturverteilung im Ofen zu messen. Außerdem
wurde ein Schmelzproben-Entnehmer zur Entnahme von Probenschmelzen
benutzt, der am inneren Ende der Sonde angebracht
war.
Es zeigt sich aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen,
daß die Ofentemperatur an Stellen in der Nähe der Ofenwand
und im Zentralbereich des Ofens annähernd gleiche
Werte angibt. Andererseits ist der Strömungsbereich wegen
der dort stattfindenden Verbrennungsvorgänge viel heißer.
Relativ wenig Eisenschmelze tropft durch den Strömungsbereich,
infolge der Gasströmung in diesem Bereich. Andererseits
werden die Maximalgeschwindigkeiten des Abtropfens
von Eisen- und Schlackenschmelze an Stellen beobachtet, die
direkt an den Strömungsbereich angrenzen.
Es ist dabei zu beachten, daß der zwischen der Sonde und
einem zu der Blasformstelle 28b führenden Ofenradius bei
der gezeigten Ausführung auf 16° 30′ festgesetzt ist, um
den Strömungsbereich und den Zentralabschnitt des Ofens
gleichzeitig überwachen zu können. Diese Schrägstellung
der Sonde ist jedoch nicht auf den hier angegebenen besonderen
Winkel beschränkt.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der bevorzugten Ausführung
der erfindungesgemäßen Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge.
Bei dieser Abwandlung wird die abgeänderte
Blasform 16′ an der Blasformstelle 28 mittels
der Rohrhülse 14′ gehalten. Um die abgewandelte Blasform 16′
an ihrer Stelle zu halten, ist die Rohrhülse 14′ mit einer
integral ausgebildeten Feder-Haltevorrichtung 60′ versehen.
Die abgewandelte Blasform 16′ ist hier selbst schräg zu einem
Ofenradius an dieser Stelle in den Kühlmantel 58 eingesetzt.
In diesem Fall dient die Rohhülse 14′ dazu, die
Achse der Durchgangsöffnung 54′ und damit die Sonde 10
mit einem bestimmten Winkel schräg zu dem entsprechenden
Radius zu halten.
In den Fig. 6 bis 8 ist eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen
Überwachungsvorichtung dargestellt. Bei
der nachfolgenden Beschreibung für diese weitere Ausführung
der Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge
sind Bestandteile, die den in den bereits beschriebenen
Ausführungen gleichen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
und werden zur Vereinfachung der Beschreibung nachfolgend
nicht weiter erläuert.
Bei dieser weiteren Ausführung ist ein Blasrohr 72 in
abgewandelter Form vorgesehen, das mit einem Abzweigrohr
48 in Strömungsverbindung steht. Weiter ist,
wie in der Figur zu sehen, das Blasrohr 72 mit einer
Haltevorrichtung 74 versehen, die durch ähnliche Federanordnungen
56 wie bei der ersten Ausführung zu dem Ofen
hin vorgespannt ist. Die Haltevorichtung 74 besitzt einen
Durchlaß, der mit dem Innenraum des Blasrohres 72
verbunden ist, um heiße oder aber auch kühle Luft durchzuleiten.
Das Blasrohr 72 ist mit dem Haupt-Gebläserohr über das
Zweigrohr 48 in der gleichen Weise wie bei den anderen
Blasrohren verbunden, um die hohe Temperatur zur
Aufrechterhaltung der Verbrennung in den Ofen einzuführen.
Die kontinuierliche Luftströmung entweder von heißer
oder kühler Luft macht es nun nicht mehr notwendig, das
Zweigrohr abzuschließen, wie es bei der ersten Ausführung
erforderlich war, und besondere Maßnahmen zu treffen, um
ein Austreten von Schmelze aus der Blasform zu verhindern.
Um ein Austreten von Schmelze aus der Blasform zu verhindern,
wird eine ausreichende Luftströmung durch das Blasrohr
72 aufrechtzuerhalten, die Koks und andere Materialien
von der Blasformöffnung fernhält. Bei einer Blasform mit
einer Durchgangsöffnung von 120 mm Durchmesser sollte die
Luftströmung durch das Blasrohr 72 etwa 15 m3/min im Normalzustand
betragen.
Wenn heiße Luft benutzt wird, tritt eine Versetzung zwischen
dem Blasrohr und dem Abzweigrohr 48 infolge der thermischen
Ausdehnung auf. Um dies auszugleichen, werden Dehn-Verbindungsstellen
76 bei dem Abzweigrohr 48 verwendet. Um andererseits
eine Versetzung des Blasrohres 76 gegenüber der
Achse der Halterung 74 zu verhindern, werden Anschlagteile
78 (Fig. 7) eingesetzt. Die Anschlagteile 78 sind mit einem
Ende an dem Metallrahmen 26 des Ofens befestigt und tragen
am anderen Ende Anlageschrauben 80. Die Anlageschrauben 80
liegen mit Punktberührung am Außenumfang des Blasrohres 72
an, so daß eine Axialversetzung des Blasrohres 72 zugelassen,
jedoch eine Radialversetzung verhindert ist.
Fig. 8 zeigt das bei dieser Ausführung verwendete Blasrohr
im einzelnen. Es ist hier ein Strömungs-Steuerring 82 in
den Luftströmungsweg 84 im Blasrohr 72 eingesetzt. Der
Strömungs-Steuerring 82 begrenzt den Luftströmungs-Querschnitt
und steuert damit die in den Ofen einströmende
Luftmenge. Andererseits kann, wie in Fig. 9 dargestellt,
auch ein Strömungs-Steuerventil 86 zur Steuerung des Luftstromes
durch das Blasrohr 72 verwendet werden, das in diesem
Fall aus Keramik gefertigt wird, um die dort auftretenden
hohen Temperaturen auszuhalten.
Bei diesem Aufbau wird dann, wenn keine Überwachung der
Verbrennungsvorgänge notwendig ist, die Sonde in die
Rohrhülse 70 zurückgezogen. Dann kann das Blasrohr 72
als normales Blasrohr dienen, das die Verbrennung in
der Nähe der entsprechenden Blasform unterhält. In diesem
Fall sollte die Strömungsmenge der erhitzten Luft
entsprechend erhöht werden. Vorzugsweise wird dann die
geänderte Blasform so geschwenkt, daß sie die erhitzte
Luft ein wenig mehr nach unten richtet, als in der Stellung
mit eingesetzter Sonde, um ein Überdecken der Strömungsbereiche
zu vermeiden.
Wie sich aus der Beschreibung ergibt, ist es durch diese
Erfindung möglich, wirksam und genau Messungen und Überwachungen
der Verbrennungsvorgänge im Ofen durchzuführen.
Zwar wurde bei der Beschreibung der Meßvorgänge nur die
Temperaturmessung im Ofen und das Entnehmen von Schmelzenproben
beschrieben, jedoch ist leicht einzusehen, daß auch
verschiedene andere Arten von Informationen mit der Überwachungsvorrichtung
erhalten werden können. Z. B. kann die
Verteilung der Schlacke, die Zusammensetzung der Roheisenschmelze
an verschiedenen Stellen des Ofens mit Hilfe
dieser Überwachungsvorrichtung gemessen werden.
Claims (15)
1. Überwachungsvorrichtung für Verbrennungsvorgänge in einem metallurgischen
Ofen, insbesondere Hochofen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Blasform (28b) des Ofens in der Weise durch eine abgeänderte Blasform (16; 16′) ersetzt ist, daß in dieser eine sich schräg zu einem durch die Mitte der Blasform erstreckenden Radius des Ofens verlaufende Durchgangsöffnung (54; 54′) bestimmt ist,
daß eine sich durch die Durchgangsöffnung (54; 54′) in das Innere des Ofens erstreckende Sonde (10) zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge vorgesehen ist, und daß ein Antriebsmechanismus (12) zum Einschieben der Sonde (10) in den und zum Zurückziehen derselben aus dem Ofen vorgesehen ist.
daß eine Blasform (28b) des Ofens in der Weise durch eine abgeänderte Blasform (16; 16′) ersetzt ist, daß in dieser eine sich schräg zu einem durch die Mitte der Blasform erstreckenden Radius des Ofens verlaufende Durchgangsöffnung (54; 54′) bestimmt ist,
daß eine sich durch die Durchgangsöffnung (54; 54′) in das Innere des Ofens erstreckende Sonde (10) zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge vorgesehen ist, und daß ein Antriebsmechanismus (12) zum Einschieben der Sonde (10) in den und zum Zurückziehen derselben aus dem Ofen vorgesehen ist.
2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchgangsöffnung (54, 54′) durch die
geänderte Blasform (16) der Sonde (10) das Durchfahren
eines um eine benachbarte Blasform (28a) gebildeten
Strömungsbereiches (42) erlaubt.
3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus (12) eine
Abstützung (18) für die Sonde und Mittel (14) zum Abkühlen
der Sonde enthält.
4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstützung eine Rohrhülse (14, 70) mit darin
bestimmtem Kühlwasserweg umfaßt, die den Durchtritt der
Sonde (10) in Axialrichtung zuläßt, und ein dichtend die
Sonde abstützendes Dichtrohr (18).
5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch
gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung (44, 56, 60) zum
lösbaren Befestigen der abgeänderten Blasform (16, 16′)
vorgesehen ist.
6. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse (70) in Verbindung
mit einem Blasrohr (72) steht, durch welches Luft
mit einer bestimmten Geschwindigkeit geführt wird, um so
Luft durch die geänderte Blasform (16) in den Ofen einzuführen.
7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Blasrohr Einrichtungen (78, 80) vorgesehen
sind, die eine Versetzung des Blasrohres (72) in
einer Richtung senkrecht zu einer Achse beschränken, jedoch
eine Axialversetzung zulassen.
8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Blasrohr (72) über ein Luft-Zuführrohr
(48) mit einer Luftquelle (50) verbunden ist, wobei das
Luft-Zuführrohr mindestens einen axiale Versetzung des
Blasrohrs (72) zulassenden Abschnitt (76) versehen ist.
9. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Öffnung
(54) in der geänderten Blasform (16) der Sonde (10)
ein Durchfahren eines um eine benachbarte Blasform (28a)
gebildeten Strömungsbereiches (42) erlaubt.
10. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenstütze (18) eine
Rohrhülse mit darin bestimmtem Kühlwasserpfad umfaßt und
zuläßt, daß die Sonde (10) axial hindurchtritt, und eine
dichtend die Sonde (10) abstützendes Dichtrohr (18).
11. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß weiter eine Halteeinrichtung
(72, 74) vorgesehen ist, die die abgeänderte Blasform (16)
abnehmbar an ihrem Einsatzort hält.
12. Verfahren zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge in einem
metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Durchlaß für eine Sonde (10) an einer Blasformstelle
(28b) bestimmt wird, wobei die Achse des Durchlasses
(54) schräg zu einem durch die Blasformstelle (28b)
hindurchtretenden Radius des Ofens liegt, so daß diese
einen in der Nähe einer benachbarten Blasform (28a) gebildeten
Strömungsbereich (42) durchläuft, und
daß die Sonde (10) mit Schub durch den Durchlaß (54) eingesetzt
und durch den Strömungsbereich (42) zu einem Zentralbereich
des Ofens zur Überwachung der Verbrennungsvorgänge
eingeschoben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß während der Überwachung durch den Durchlaß (54) Luft
in den Ofen eingeblasen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
genügend Luft in den Ofen eingeblasen wird, um Metallschmelze
am Austreten durch den Durchlaß zu verhindern.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sonde während des Vorschiebens
in den und des Zurückholens aus dem Ofen (24) gekühlt
wird.
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