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Vorrichtung zur Verhinderung von Explosionen in Hochofenwindleitungen
durch selbsttätige Absperrung der Windleitungen und selbsttätiges Öffnen eines Ventils
Die Explosionen im Hochofenbetrieb sind häufig auf das Zurückströmen explosiver
Gase aus dem Hochofen in die Heiß- oder Kaltwindleitung zurückzuführen. Dieses Zurückströmen
von Gasen tritt bei Stillständen des Ofens immer ein, insbesondere aber dann, wenn
eine oder mehrere der wassergekühlten Blasdüsen oder Kühlkästen am Hochofen leck
werden, wodurch Wasser in den Ofen dringt, wo es sofort in Wassergas zersetzt wird.
Solange der Druck in der Heiß- oder Kaltwindleitung und damit ,auch im Hochofen
noch hoch ist, entweichen die Gase, welche durch die Zersetzung des Wassers entstehen,
mit den Ofengasen durch die Gicht des Hochofens, ohne Explosionen zu verursachen.
Sobald aber der Druck in der Heiß- oder Kaltwindleitung entweder durch Abstellen
des Gebläses oder aus anderen Gründen plötzlich sinkt, fällt auch der Druck im Hochofen.
Das aus :dem lecken Kühlelement austretende Wasser findet :einen geringeren Widerstand
als vorher, so daß sich der Wasserzufluß vermehrt und :die Wassergasbildung entsprechend
verstärkt. Der hierbei entstehende Druck der explosiven Gase überwindet den nur
geringen Druck in der Heiß- oder Kaltwindleitung, so daß sie hemmungslos in diese
Leitung ausströmen, falls es nicht gelungen ist, reckzeitig alle Schieber :dicht
zu schließen. Das einfache Schließen :eines Heißwindschiebers - genügt aber nicht,
da sich die freihängende Schieberplatte nur bei größerem Druck dicht anpreßt. Die
explosiven Gase können bei dem vorhandenen verhältnismäßig geringen Druck um die
Schieberplatte herum in die dahinter befindliche Leitung und in die Winderhitzer
strömen, sofern nicht inzwischen ein dichter Abschluß herbeigeführt worden ist.
Derartige Vorgänge treten oft katastrophal auf, wenn beispielsweise bei Kurzschluß
oder ähnlichen Betriebsunfällen in der entstehenden Verwirrung das rechtzeitige
Schließen der wichtigsten Abschlußorgane übersehen wird. Man hat deshalb eine Sicherheitsvorrichtung
vorgeschlagen, die aus zwei miteinander verbundenen Platten besteht, welche den
Gasen selbsttätig den Austritt ins Freie unter gleichzeitigem Abschluß der Windleitung
ermöglichen. Diese Einrichtungen haben clen Nachteil, daß sie nur von dem in der
Leitung herrschenden Winddruck ohne Einwirkung von außen beeinflußt werden, so daß
bei. einem Hängenbleiben des Absperrorgans die Explosionen sich in die Windleitung
bis zur Gebläsemaschine fortsetzen können. Die bisher bekannten Sicherungsvorrichtungen
genügen also nicht :einwandfrei zur Verhinderung von Explosionen.
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Die Erfindung, welche die Beseitigung dieser Nachteile bezweckt, besteht
darin, daß im Gefahrfalle die selbsttätige Absperrung der Windleitungen und das
selbsttätige Öffnen eines Auslaßventiles durch zwei getrennte,
zwangsläufig
nacheinander, zweckmäßig von einer Zentralstelle aus geschaltete Organe erfolgt,
von denen das eine den Ofen gegenüber den Windleitungen abschließt und das andere
eine Leitung zum Austritt explosiver Gase ins Freie öffnet. Hierdurch wird erreicht,
daß die Betätigung der beiden Organe von der zufälligen Energie des Heißwindes oder
Hochofendruckes unabhängig ist und von. Lerner sicheren Energiequelle gespeist wird.
Dies trifft auch in dem Falle zu, wenn die Energiequelle selbsttätig durch ein.
Sanken .des Druckes in der Heiß- oder _Kaltwindleitung in Tätigkeit gesetzt wird.
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In der beiliegenden Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in Abb.
i bis 3 in zwei Ausführungsformen dagestellt. Es zeigt Abb. i schematisch die Anordnung
einer Steuerung für die Abschlußorgane unter Verwendung eines Preßmittels, Abb.2
und 3 schematisch die Anordnung einer elektrischen Steuerung der Abschlußorgane
in zwe verschiedenen Betriebsstellungen.
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Es sei angenommen, däß an dem Höchofen i nach Abb. i eine der Blasdüsen
2, welche an die Ringleitung 3 angeschlossen sind, leck geworden wäre und sich dadurch
explosive Gase in dem Hochofen gebildet hätten. Die Heiß- oder Kaltwindleitung q.
sei plötzlich abgestellt worden, so daß wegen des verringerten Druckes die explosiven
Gase aus dem. Hochofen durch die Blasdüsen 2 und die Rin gleitung 3 in die Heiß-
oder Kaltwindleitung q. eintreten könnten. Um dies zu verhindern, wird gemäß der
Erfindung nacheinander der Heißwindschieber 2o ,geschlossen. und alsdann das an
der Zweigleitung 27 angeordnete Ventil 26 geöffnet, welches die explosiven
Gase auf diese Weise unschädlich ins Freie entläßt.
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Die nacheinander erfolgende Umschaltung wird auf folgende Weise erreicht:
Der Umschalthebel s einer Zentralstelle wird in die in Abb. i mit vollen Linien
gezeichnete Stellung gebracht, wodurch die Steuerkolben 6, 7, 8, 9 in ihren Zylindern
i o, i i mittels der Hebel 12, 13 in die .ebenfalls voll gezeichneten Stellungen
verschoben werden. Das, in der Leitung 14 hefindliche Preßmittel, beispielsweise
Preßluft, Preßöl, Preßwasser o. clgl., strömt nunmehr durch die Leitung 15 in die
Kammer 16 des Steuerzylinders i o und von hier aus durch die Leitung 17 in den Zylinder
18 für den Bewegungskolben ig des Heiß windschiebers 2o. Der Bewegungskolben ig
wird in die gestrichelte Lage i g' abwärts gedrückt, wodurch der Heißwindschieber
2o in die Lage 2o' kommt und dadurch in der gewünschten Weise den Hochofen von der
Leitung q. abschließt. Das von einem früheren Arbeitsspiel her noch auf der entgegengesetzten
Seite des Kolbens ig befindliche Preßmi.ttel gelangt durch die Leitung 33 in die
Mittelkammer des Zylinders i o und von da aus durch eine Leitung 33' ins Freie oder
in einen Sammelbehälter, falls etwa Preßöl benutzt wird. Sobald der Bewegungskolben.
ig in seine Endstellung i g' gekommen ist, kann das Preßmittel durch die Leitung
2 i in die Kammer 22 des zweiten Steuerzylinders i i strömen und über die Leitung
23 in den Zylinder 24 für den Bewegungskolben 25, 26 des Ventfes gelangen. Der Kolben
25 wird in die :gestrichelte Lage 25' abwärts bewegt, wodurch das Ventil 26 in die
gestrichelte Lage 26' angehoben und geöffnet wird, so daß die explosiven Gasse aus
dem Hochofen i bei geschlossenem Heißwindschieber 20 ins Freie entweichen können.
Das unterhalb des Kolbens 25 befindliche Preßmittel entweicht durch die Leitung
3o in die Mittelkammer des Steuerzylinders i i und von da durch die Leitung 3o'
ins Freie bzw. einen Sammelbehälter. Gegebenenfalls kann das Venti126 auch unmittelbar
an der Ringleitung 3 angeordnet sein. Sobald die Entstehungsursachen für die explosiven
Gase beseitigt, also etwa die leck gewordene Düse ausgebessert ist, muß zunächst
das Ventil 26 wieder geschlossen und alsdann der Heiß.windschieber 2o geöffnet
werden. Zu diesem Zweck wird der Umschalthebel 5 der Zentralstelle ixi die strichpunkderte@
Lage 5' gebracht, wodurch die Steuerkolben 6,, 7, 8, 9 mittels der Hebel 12, 13
in die strichpunktierte Lagre 6', 7', 8', g' verschoben werden.
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Das Preßmittel kann nun. nacht mehr wie vorher von der Leitung 14
über die Leitung 15 und die Kammer 16 des Steuerzylinders i o in die Leitung 17
strömen. Das Preßmittel strömt vielmehr aus der Leitung 14 durch die Leitung 28
in die Kammer 29 des Steuerzylinders i i und von dort durch die Leitung 30 in den
Zylinder 24 unterhalb des Beweawngskolberis25-für das Ventil26. Der Bewegungskolben
wird daher aus seiner gestrichelten Stellung 25' wieder in seine ursprüngliche Lage
25 angehoben und dabei. das Ventil 26 geschlossen, wobei das von -dem vorhergehenden
Arbeitsspiel noch über dem Kolben 25 befindliche Preßmittel durch die Leitung 23
in die Mittelkammer des Steuerzylinders, 11 und von da durch die Leitung 30' ins
Freie bzw. in den Sammelbehälter entweicht. Sobald' der Kolben 25 in seiner Endstellung
angelangt ist, gibt er die Leitung 31 frei, so daß das den. Kolben aufwärts treibende
Preßmittel durch diese in. die Kammer 32 des Steuerzylinders i o und von da aus
durch die Leitung 33 in den Zylinder 18 unterhalb des Bewegungskolbens ig' eintreten
und diesen in seine ursprüngliche Lage anheben kann. Auf diese Weise wird der Schieber
20 wieder geöffnet,
und es kann wieder aus der Heißwindleitung 4
die Gebläseluft durch die Blasdüse 2 in den Hochofen i eintreten, wie es für normalen
Betriebszustand erforderlich ist. Das noch über dem Kolben i 9 befindliche Preßmittel
entweicht durch die Leitung 17 in die Mittelkammer des Steuerzylinders i
o und von da durch die Leitung 33' ins Freie bzw. in, den Sammelbehälter. Mit der
beschriebenen Einrichtung erfolgt also das öffnen und Schließen der Abschlußorgane
zwangsläufig nacheinander von einer Zentralstelle aus, und zwar
derart, da.ß
jeder Bewegungskolben 19, 25 in seiner Endstellung unter Vermittlung eines
Steuerkolbens dem Preßmittel den Weg nach dem nächstfolgenden Bewegungskolben freigibt.
Der HeißwindschiebLer 2o und das Ventil 26 können gegebenenfalls wassergekühlt sein.
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In den Abb. 2 und 3 ist eine Ausführungsform der Steuervorrichtung
gezeigt, bei der die zwangsläufig - nacheinander .erfolgenden Schaltungen des Heißwindschiebers
2o und Ventils 26 nicht, wie oben beschrieben, unter Verwendung eines Preßmittels,
sondern auf elektrischem Wege erfolgen. Es sei angenommen, daß Gleichstrom zur Verfügung
steht, wobei die Anschlußleitung 34 an den Pluspol und die Anschlußleitung 3 5 an
den Minuspol angeschlossen ist. Um das zwangsläufig aufenanderfolgende Schließen
und öffnen der Abschlußorgane 20 und 26 zu -ermöglichen, dürfen die mittels je eines
Schneckengetriebes 36, 37 und je einer Spindel 38, 39 die Abschlußorgane
2o und 26 bewegenden Elektromotore 40 und 4 i nur (nacheinander mit Strom gespeist
werden. Hierfür ist folgende Einrichtung getroffen: Sobald der Umschalter 42 in
die in Abb. 2 gezeichnete Lage gebracht worden ist, kann der Strom vom Pluspol durch
die Leitung 34 über den Umschalter 42, Leitung 43, Kontakthebel 44, Kontakts,"tück
45, Leitungen 46, 47 zum Elektromotor 40 gelangen, um von da durch die Leitungen
48, 49 über den Umschalter 42, Leitung 3 5 zum Minuspol zu fließen. Auf diese Weise
wird der Motor 40 in Umlauf versetzt und bewegt mittels des Getriebes
36,38 den Heißwindschieber 20 zum Schließen abwärts. Der Motor 4i, der über
die Leitungen 5o, 49, Umschalter 42, Leitung 35 mit dem Minuspol verbunden ist,
wird dagegen vorläufig noch nicht in Umlauf versetzt, da die Verbindung zum Pluspol
an dem Kontakthebel 44 und dem Kontaktstück 61 noch unterbrochen ist. Der Stromkreis
wird erst später, wie in folgendem gezeigt werden soll, nach völliger Abwärtsbewegung
des HeißwindSChieberS 20 geschlossen. Bei der Verschiebung des Heißwindschiebers
2o bewegt sich nämlich auch der an seiner Spindel 38 angeordnete Anschlag 5 1 abwärts,
so daß der Kontakthebel 52 freigegeben wird und sich unter Wirkung-der Feder
53 abwärts bewegen kann, wodurch er in seiner neuen. Lage 52' mit dem- Kontaktstück
54 in Berührung kommt. Dies ist für einen weiter unten beschriebenen Zweck erforderlich,
hat aber vorläufig noch keine Wirkung, da die an dem Kontaktstück 54 angeschlossene
Leitung 55 über das Kontaktstück 56, Kontald'thebel 57, Leitung 58 in einen Blindkontakt
59 mündet. Der Anschlag 51 trifft bei seiner weiteren Abwärtsbewegung auf
,den Kontakthebel 4.4. und bringt diesen entgegen der Wirkung der Feder 6o in die
gestrichelte Lage 44',, wobei sich der Anschlag 5 i selbst in seiner tiefsten (gestrichelten)
Lage 5 i' befindet. Hierdurch ist einerseits der über die Leitungen 43, 46, 47 zum
Motor 40 fließende Ström am Kontakt 44, 45 unterbrochen, so.daß der Motor 4o bei
der tiefsten Abschlul:')stellung des H@eiß-,#vindschiebers 20 'stehen bleibt. Andererseits
ist aber nunmehr der Stromkreis vom Pluspol über die Leitung 34, Umschalter 42,
Leitung 43, Kontakthebel 44, Kontaktstück 6 i, Leitung 62, Kontakthebel 63, Kontaktstück
64, Leitung 6 5 zum Elektromotor 41 und von da über die Leitungen 50, 49, Umschalter
42, Leitung 35 zum Minuspol geschlossen. Der Elektromotor wird also jetzt in Umlauf
versetzt und öffnet mittels des Getriebes 37, 39 das Ventil z6 zum Ablassen der
explosiven Gase aus der Leitung 27 ins Freie. An der Spindel 39 ist ebenfalls
ein Anschlag 66 angeordnet. der in. seiner untersten Ausgangsstellung den Kontakthebel
57 auf das Kontaktstück 56 preßt. Sobald. nun der Anschlag 66 sich beim öffnen.
des Ventils 26 aufwärts bewegt, folgt der Kontakthebel 57 unter Wirkung seiner Feder
67 in die gestrichelte Lage 57' nach und kommt dabei zu einem später noch zu beschreibenden
Zweck in Berührung mit dem Kontaktstück 68, Bei seiner weiteren Aufwärtsbewegung
stößt der Anschlag 66 an den Kontakthebel 63 und bringt diesen bei seiner höchsten
Lage 66' entgegen der Wirkung der Feder 69 in die gestrichelte Lage 63' und dadurch
in Berührung mit dem Blindkontakt 70. Infolgedessen ist der bisher über den Kontakt
63; 64 zum Motor 41 fließende Stromkreis am Kontakt 63 unterbrochen. Der Motor bleibt
stehen, nachdem das Ventil 26 ganz geöffnet ist. Um nun zur Erreichung eines
normalen Betriebszustandes das Ventil 26 zwangsläufig zunächst zu schließen
und dann den Heißwindschieber 2o zu öffnen, wird der Umschalter 42 der Zentralstelle
in die. in, Abb.3 dargestelltq Lage 42' gedreht. Infolgedessen fließt durch die
zum Motor 41 führende Leitung 5o nicht mehr der Minusstrom, sondern der von der
Leitung 34 über den Umschalter 42' zur Leitung 49 und 5o gelangende Plusstrom. Andererseits
ist
die Anschlußleitung 65 des Motors 41 über die Leitung 7i, Kontakt 57', 68, Leitung
58, Umschalter 42', Leitung 35 mit dem Minuspol verbunden. Infolgedessen verhält
jetzt der Motor 4i den umgelehrten Drehsinn als zuvor und. verursacht die Abwärtsbewegung
und Schließung des Ventils 26. Bei der hierbei stattfindenden Abwärtsbewegung. des
Anschlages 66 folgt der Kontakthebel 63 unter ZVirkung seiner Feder 69 aus seiner
Lage 63' in seine ursprüngliche Lage 63, wodurch er wieder in Berührung mit seinem
Kontaktstück 64 kommt. Alsdann stößt der Anschlag 66 an den Kontakthebel
57 an und bringt ihn aus seiner Lage 57' in seine ursprüngliche Lage
57. Hierdurch wird der über diesem Kontakthebel und die Leitung
71 zum Elektromotor fließende Strom unterbrochen, so, daß der Motor 41 nach
Abschluß des Ventils 26 stehenbleibt. Durch die erfolgte Berührung des Kontakthebels
57 mit dem Kontaktstück 56 ist aber nunmehr der Stromkreis vom Minuspol über die
Leitung 35, Umschalter 42', Leitung 58, Kontakt 57, 56, Leitung 55, Kontakt 54,
52', Leitung 47, Motor 4o, Leitungen 48, 49, Umschalter 42', Leitung 34 zum Pluspol
geschlossen, so daß der Motor 4o in Umlauf versetzt wird. Da also auch hei diesem
Motor die Anschlüsse an den Plus- und Minuspol gegenüber Abb.2 vertauscht sind,
erhält dieser ebenfalls - umgekehrten Drehsinn als vorher und verursacht das öffnen
des Heißwindschiebers 2o. Bei der Aufwärtsbewegung des Anschlages 5 i aus seiner
tiefsten Stellung 5 i' folgt der Kontakthebel 44 aus seiner Lage 44' dem Zuge seiner
Feder 6o in seine ursprüngliche Lage 44. Sobald der Anschlag 5 i bei weiterer Aufwärtsbewegung
den Kontakthebel 52' entgegen der Wirkung seiner Feder 53 wieder in seine ursprüngliche
Lage 52 mit dem Blindkontakt 72 in Berührung gebracht hat, ist der Stromkreis für
den -Motor 40 am Kontakt 52 unterbrochen, so daß der Motor bei geöffneter Stellung
des Heißwin:dschieb:ers 20 stehenbleibt. Die normale Betriebsstellung mit geöffnetem
Heißwindschieber 2o und geschlossenem Ventil 26 ist hierdurch wieder erreicht.
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Wie eingangs erwähnt wurde, tritt die Gefahr des Entweichens der explosiven
Gase aus dem Hochofen in die Windleitungen insbesondere dann ein, wenn der Druck
in der Kalt- oder Heißwindleitung 4aus irgendeinem Grunde plötzlich sinkt. Deshalb
ist es zweckmäßig, das Umschaltorgan 5 bzw. 42 der Zentralstelle statt von Hand
selbsttätig in Abhängigkeit vom Drucke in der Kalt- oder Heißwindleitung beeinflussen
zu lassen. Hierfür kann jedes beliebige Schaltmittel, wie beispielsweise Membran,
Quecksilberkontaktmanometer o. dgl., verwendet werden, das vom Druck in der Kalt-
oder Heißwindleitung 4 abhängig ist und selbsttätig ein Umlegen des Umschaltorgans
5 bzw. 42 verursacht.