DE4105830A1 - Sonde zur entnahme von gasproben und zur ausfuehrung von thermischen messungen in einem schachtofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonde zur Entnahme von Gasproben und zur Ausführung von thermischen Messungen in einem Schachtofen, aus im wesentlichen einer Halterung in Form eines Schutzmantels, die über der Beschickungsoberfläche durch eine Öffnung in der Wand des Ofens eingeführt wird, einer Reihe von inneren Sondenrohren, die längs des Schutzmantels verteilte Öffnungen mit einer außerhalb des Ofens angeordneten Vorrichtung zur Ausführung von thermischen Messungen und zur Aufnahme von Gasproben verbinden, Thermoelementen, die im Bereich der besagten Öffnungen des Schutzmantels angeordnet sind, Abstandsstücken, die in dem Schutzmantel transversal angeordnet sind und die inneren Rohre festhalten, und aus einem oder mehreren, in dem Schutzmantel verlaufenden Kühlkreisen.

Eine Sonde dieser Art ist beispielsweise aufgrund des US-Patents 31 30 584 bekannt. Angesichts der äußerst harten Einsatzbedingungen erfordern diese Sonden eine häufige Wartung, beispielsweise zum Ersetzen eines schadhaften Thermoelements oder zum Reinigen eines verstopften Gasproben-Entnahmerohrs. Um diese Wartungsarbeiten auszuführen, war es bisher erforderlich, die Sonde ganz auszubauen und diese Arbeiten meistens in der Reparaturwerkstatt auszuführen, was natürlich einen Zeitverlust darstellt.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine neue Sonde vorzuschlagen, bei der die inneren Sondenrohre "in situ" ersetzt werden können, ohne die Sonde ausbauen zu müssen.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Sonde von der in dem Oberbegriff beschriebenen Art vorgeschlagen, die bei ihrer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberfläche der Abstandsstücke von der Wand des Ofens bis zu der Spitze der Sonde immer kleiner wird, daß der Oberflächenunterschied zwischen zwei benachbarten Abstandsstücken einen exponierten Teil des größeren Abstandsstücks und eine entsprechende transversale Stufe des Schutzmantels definiert, daß die besagten Öffnungen sich in den besagten exponierten Teilen befinden, und daß die inneren Sondenrohre zur Entnahme von Gasproben und zur Ausführung von thermischen Messungen ausnahmslos gerade, austauschbare individuelle Elemente sind, die in geraden Halte- und Schutzkanälen angeordnet sind, von denen jeder von außerhalb des Ofens bis zu dem jeweiligen exponierten Teil durch den Schutzmantel verläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die besagten exponierten Teile der Abstandsstücke eine im wesentlichen dreieckige Form, wobei die Spitze zu der Beschickungsoberfläche hin gerichtet ist, während die verschiedenen aufeinanderfolgenden dreieckigen Teile bei axialer Projektion gegeneinander versetzt angeordnet sind. Jedes der inneren Sondenrohre kann außerhalb des Ofens direkt an den Schutzmantel angeflanscht werden. Die inneren Sondenrohre können außerhalb des Ofens auch durch eine Schraubenfeder in ihrem Haltekanal festgehalten werden.

Das innere Ende jedes für die Ausführung von thermischen Messungen vorgesehenen Sondenrohrs weist eine geschlossene Spitze auf, in der ein Thermoelement untergebracht ist, das in ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist und über das Sondenrohr mit der außerhalb des Ofens angeordneten Vorrichtung zur Ausführung von thermischen Messungen verbunden ist.

Weitere Besonderheiten und Merkmale der Erfindung werden sich aus der Beschreibung einiger vorteilhafter Ausführungsformen ergeben, die nachstehend zur Veranschaulichung wiedergegeben werden, wobei auf die im Anhang beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine axiale Ansicht der Sonde von dem Inneren des Ofens aus.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des inneren Endes der Sonde gemäß der Schnittebene A-A der Fig. 3.

Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Sonde.

Fig. 6 ist ein Teilausschnitt einer vertikalen Schnittansicht einer ersten Ausführungsform für die Anordnung der Probenentnahme-Rohre.

Fig. 7 ist eine zu der Fig. 6 analoge Ansicht einer zweiten Ausführungsform für die Probenentnahme- Rohre.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht des inneren Endes eines Rohrs zur Ausführung von thermischen Messungen.

In der Fig. 1 ist ein Teil des Kopfes eines Schachtofens 10 schematisch dargestellt. Die Kennziffer 12 bezeichnet eine Sonde zur Ausführung von thermischen Messungen und zur Entnahme von Gasproben, die in einer Halterung 14 der Wand des Ofens festgehalten wird und sich über der Beschickungsoberfläche in horizontaler Richtung bis zu der Mittelachse des Ofens erstreckt. Diese Sonde besteht im wesentlichen aus einem äußeren Schutzmantel 16, in dem Rohre zur Entnahme von Gasproben und zur Ausführung von thermischen Messungen angeordnet sind, wobei diese Rohre gemäß der vorliegenden Erfindung ausnahmslos gerade, austauschbare individuelle Elemente sind, von denen jedes bei einer der Stufen 18 endet, die bei dem Schutzmantel 16 über die gesamte Länge der Sonde vorgesehen sind und dieser Sonde eine sich verjüngende Form geben.

Die Fig. 2 zeigt eine Sonde 12, die in der gleichen Weise aufgebaut ist wie die Sonde der Fig. 1, aber bezüglich der Horizontalen geneigt ist, wobei die Spitze der Sonde 12 niedriger als die Halterung 14 ist. Diese Anordnung wurde gewählt, damit die Sonde 12 in den mit einem V-förmigen Beschickungsprofil arbeitenden Öfen parallel zu der Beschickungsoberfläche ist.

Das besondere stufenförmige Aussehen der Sonde 12 ist aus den Fig. 3 und 5 klar ersichtlich. Wie sich aus der perspektivischen Ansicht der Fig. 5 ergibt, nimmt der Querschnitt der Sonde 12 vom Sondenende bis zur Sondenspitze in aufeinanderfolgenden Stufen 18 ab, die bezüglich der Achse der Sonde radial verlaufen und in denen Kanäle 20, 22 enden, die für die Entnahme von Gasproben bzw. für die Ausführung von thermischen Messungen vorgesehen sind. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, haben die Stufen 18 eine im wesentlichen dreieckige Form. Sie sind abwechselnd auf der einen und der anderen Seite einer vertikalen Ebene angeordnet, die durch die Achse der Sonde verläuft. Die Kennziffer 24 in der Fig. 3 bezeichnet einen axialen Kanal für die Umwälzung einer Kühlflüssigkeit, während die Kennziffer 26 eine Schutzumhüllung bezeichnet, die normalerweise um den oberen Teil der Sonde herum vorgesehen ist, und die zum Beispiel in an sich bekannter Weise aus einem Kasten-Verbundmaterial bestehen kann.

Die Fig. 4 zeigt, im Schnitt, das innere Ende der Sonde 12 mit der vorletzten und der letzten der Stufen 18, wobei die letzte Stufe nur teilweise sichtbar ist, da sie jenseits der vertikalen Symmetrieebene gelegen ist. Diese Figur zeigt einen geraden Kanal 20, der am Ende des Schutzmantels 16 mündet, und einen zweiten, ähnlichen Kanal 20, der in der radialen Fläche der vorletzten Stufe 18 mündet. In der letzten Stufe 18 mündet ein weiterer, ähnlicher Kanal, der jedoch in der Fig. 4 nicht sichtbar ist. Die Kanäle 20 werden innerhalb des Schutzmantels 16 von transversalen Abstandsstücken 28 festgehalten, die mit dem Schutzmantel 16 fest verbunden sind und von denen jedes die radiale Fläche von einer der Stufen 18 bildet. Die Abstandsstücke 28 halten innerhalb des Schutzmantels 16 außerdem den axialen Kanal 24 oder eventuell mehrere Kanäle für die Umwälzung der Kühlflüssigkeit fest. Diese Kühlflüssigkeit, die einfach Wasser sein kann, füllt den gesamten Schutzmantel 16 aus und fließt über nicht-dichte Durchführungen in den um die Kanäle 20, 22 und 24 angeordneten Abstandsstücken oder über zusätzliche Bohrungen in den Abstandsstücken bis zu der Spitze des Schutzmantels 16, und danach über den axialen Kanal 24 nach außerhalb des Ofens zurück. Die in der Fig. 4 nicht sichtbaren Kanäle 22 entsprechen den Kanälen 20 und verlaufen parallel dazu durch den Schutzmantel 16 und die Abstandsstücke 28.

Eine der Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ist, daß in jeden der Kanäle 20, 22 von außerhalb der Sonde 12 die Mittel zur Entnahme von Gasproben und zur Ausführung von thermischen Messungen eingeführt werden können, ohne daß die Sonde 12 aus dem Ofen herausgenommen werden muß, und ohne daß der Kühlkreis entleert werden muß.

In der Fig. 6 ist der eine der inneren Sondenkanäle 20 in detaillierterer Form wiedergegeben. Dieser Kanal erstreckt sich von einer der Stufen 18 bis nach der Außenseite des Ofens, wobei er über eine Dichtung 30, durch die die Kühlflüssigkeit innerhalb des Schutzmantels 16 zurückgehalten wird und die unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen dem Schutzmantel 16 und dem Kanal 20 ausgeglichen werden, aus dem Schutzmantel 16 herausgeführt ist. Der in der Fig. 6 dargestellte Kanal 20 enthält ein Rohr 32, das sich über die gesamte Länge des Kanals 20 erstreckt und in der radialen Fläche von einer der Stufen 18 herausgeführt ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein Rohr zur Entnahme von Gasproben, wobei das Gas bei der Stufe 18 in das Rohr 32 einströmen kann und dann durch dieses Rohr weiterströmt, bis es außerhalb des Ofens aufgefangen wird, um Analysen des Gases zu machen. Bei der Ausführungsform der Fig. 6 ist das Rohr 32 außerhalb der Sonde 12 auf den Kanal 20 aufgeflanscht. Das innere Ende ragt dagegen frei aus dem Kanal 20 heraus, um unterschiedliche Wärmeausdehungen auszugleichen und den Ausbau zu erleichtern. Für diesen Ausbau genügt es in der Tat, das Rohr 32 außerhalb des Ofens loszuschrauben und dann aus dem Kanal 20 herauszuziehen, wobei die Funktionsweise der übrigen Bereiche der Sonde nicht gestört wird. Es ist ebenfalls möglich, durch Einschieben einer Stange von außerhalb des Ofens dieses Rohr 32 zu entstopfen.

Die Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform für die Einführung und Befestigung eines Rohrs 32a zur Entnahme von Gasproben. Dieses Rohr 32a ist ebenfalls einfach in den Kanal 20 eingeführt, weist aber an seinem inneren Ende einen Wulst 34 auf, der mit dem inneren Ende des Kanals 20 zusammenwirkt, um die Arbeitsposition des Rohrs 32a festzulegen. Außerhalb der Sonde 12 weist das Rohr 32a einen peripheren Flansch 36 auf, auf den eine Schraubenfeder 38 einwirkt, um das Rohr in den Kanal 20 hineinzudrücken, wobei diese Schraubenfeder 38 um das Rohr 32a herum angeordnet ist und sich auf dem Boden einer Kappe abstützt, die auf den äußeren Teil des Kanals 20 oder auf den Schutzmantel 16 aufgeschraubt ist. Das Rohr 32a wird also elastisch festgehalten, wobei die Feder 38 einen Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehungen ermöglicht. Zum Ausbau genügt es, einfach die Kappe 40 abzuschrauben und das Rohr 32a herauszuziehen.

In der Fig. 8 ist ein Rohr 42 für die thermischen Messungen veranschaulicht. Dieses Rohr 42 ist auf die gleiche Weise wie das Rohr 32 in der Fig. 6, oder das Rohr 32a in der Fig. 7 in den entsprechenden Kanal 22 eingeschoben. An das innere Ende von jedem der Rohre 42 ist eine Kappe 44 von der Form einer geschlossenen Spitze angeschweißt, die ein Thermoelement 46 enthält, das in ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist. Jedes Thermoelement 46 ist über seine durch das Rohr 42 verlaufende Stange 48 mit der außerhalb des Ofens angeordneten Meßvorrichtung elektrisch verbunden. In der Arbeitsposition werden die Rohre 42 in ihrem Kanal 42 so festgehalten, daß die Kappe 42 bei der entsprechenden Stufe aus der Wand des Schutzmantels 16 herausragt, wie dies in der perspektivischen Ansicht der Fig. 5 dargestellt ist.

Claims (6)

1. Sonde zur Entnahme von Gasproben und zur Ausführung von thermischen Messungen in einem Schachtofen, aus im wesentlichen einer Halterung in Form eines Schutzmantels (16), die über der Beschickungsoberfläche durch eine Öffnung in der Wand des Ofens (10) eingeführt wird, einer Reihe von inneren Sondenrohren (32), (42), die die längs des Schutzmantels (16) verteilten Öffnungen mit einer außerhalb des Ofens angeordneten Vorrichtung zur Ausführung von thermischen Messungen und zur Aufnahme von Gasproben verbinden, Thermoelementen (46), die im Bereich der besagten Öffnungen des Schutzmantels (16) angeordnet sind, Abstandsstücken (28), die in dem Schutzmantel (16) in Querrichtung angeordnet sind und die inneren Rohre festhalten, und aus einem oder mehreren, in dem Schutzmantel verlaufenden Kühlkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Abstandsstücke (28) von der Wand des Ofens bis zu der Spitze der Sonde immer kleiner wird, daß der Oberflächenunterschied zwischen zwei benachbarten Abstandsstücken einen exponierten Teil des größeren Abstandsstücks und eine entsprechende transversale Stufe (18) des Schutzmantels (16) definiert, daß die besagten Öffnungen des Schutzmantels (16) sich in den besagten exponierten Teilen befinden, und daß die besagten inneren Sondenrohre (32), (34) zur Entnahme von Gasproben und zur Ausführung von thermischen Messungen ausnahmslos gerade, austauschbare individuelle Elemente sind, die in geraden Halte- und Schutzkanälen (20), (22) untergebracht sind, von denen jeder außerhalb des Ofens bis zu dem besagten jeweiligen exponierten Teil durch den Schutzmantel verläuft.

2. Sonde gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten exponierten Teile der Abstandsstücke (28) eine im wesentlichen dreieckige Form haben, wobei die Spitze zu der Beschickungsoberfläche hin gerichtet ist, und daß die verschiedenen aufeinanderfolgenden dreieckigen Teile bei axialer Projektion der Sonde gegeneinander versetzt angeordnet sind.

3. Sonde gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der inneren Rohre (32), (42) außerhalb des Ofens auf den Schutzmantel (16) aufgeflanscht ist.

4. Sonde gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Rohre (32a), (42) über eine außerhalb des Ofens angeordnete Schraubenfeder (38) in seinem Haltekanal (20), (22) festgehalten wird.

5. Sonde gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (16) ein dichtes Gehäuse bildet, in dem die gegenüber diesem Gehäuse abgedichteten Kanäle (20) und (22) untergebracht sind, und das außerhalb des Ofes an einen Kühlkreis angeschlossen ist.

6. Sonde gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen axialen Kanal (24) oder mehrere Kanäle zur Umwälzung der Kühlflüssigkeit, die von den Abstandsstücken (28) festgehalten werden.