-
Technisches
Fachgebiet
-
Diese
Erfindung betrifft die Hüttenindustrie, insbesondere
Steuereinheiten für
die Verteilung von Möller-Material
in Verhüttungseinheiten,
z.B. in Hochöfen.
-
Stand der
Technik
-
Aus
dem Stand der Technik ist eine Vorrichtung zum Messen von Parametern
des Möllers
und des an der Oberfläche
befindlichen Gases bekannt, die permanent in einer HochofenArbeitskammer
befestigt ist und Thermoelemente und Vorrichtungen zum Aufnehmen
von Proben des an der Oberfläche befindlichen
Gases aufweist (SU 618178 A1, V.P. Tarasov et al., 23.08.1990, C21
B 7/24).
-
Diese
Vorrichtung hat jedoch die folgenden Nachteile:
- – Sie kann
die Struktur der Materialsäule
im Hochofen nicht prüfen,
die daher nur indirekt unter Verwendung der geprüften Zusammensetzung und Temperatur
des an der Oberfläche
befindlichen Gases beurteilt werden kann;
- – sie
beeinflusst die Verteilung von Möller-Materialien,
wenn sie in den Hochofen gefüllt
werden;
- –kurze
Lebensdauer.
-
Die
der beanspruchten Erfindung in ihrer technischen Art und den erzielten
Ergebnissen am nächsten
kommende Vorrichtung ist ein Sonden-Abtastsystem zum Überprüfen der
Verteilung von Möller-Materialien
in Verhüttungseinheiten,
das eine horizontale Sonde, einen Sonden-Positioniermechanismus mit einem Antrieb,
einen Sensor zum Bestimmen des Möller-Materials,
einen Sonden-Weggeber und -Begrenzungsschalter, eine Recheneinrichtung, eine
Einheit aus Analog/Digital-Wandlern, deren Dateneingänge mit
dem Sensor, dem Geber und den Begrenzungsschaltern, und deren Datenausgänge mit
den Eingängen
der Recheneinheit verbunden sind (RU 2002809 C1, V.A. Dobroskok
et al., 15.11.1993, C21 B 7/24). Dieses Sonden-Abtastsystem hat
nicht die Nachteile der vorstehend genannten Vorrichtung, ermöglicht es
jedoch nicht, die Struktur der Möller-Material-Säule in einem
automatischen Modus zu messen und erfordert eine Beteiligung einer
Bedienperson bei den Messungen. Darüber hinaus ist es für eine genauere
Messung der Struktur der Möller-Material-Säule in Verhüttungseinheiten mit
Hilfe des Sonden-Abtastsystems erforderlich, die Möller-Absinkgeschwindigkeit über den
gesamten Abtastradius zu messen, was bei diesem System nicht vorgesehen
ist.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Das
Ziel der Erfindung ist es, die funktionalen Fähigkeiten des Sonden-Abtastsystems
zu erweitern, seine Bedienung im automatischen Modus zu gewährleisten
und die Genauigkeit der Messungen zu verbessern.
-
Das
genannte Ziel wird in folgender Weise erreicht: Ein Sonden-Abtastsystem
zum Überprüfen der
Verteilung von Möller-Materialien
in Verhüttungseinheiten,
das eine horizontale Sonde, einen Sonden-Positioniermechanismus
mit einem Antrieb, einen Sensor zum Bestimmen des Möller-Materials,
einen Sonden-Weggeber und -Begrenzungsschalter, eine Recheneinrichtung,
eine Einheit aus Analog/Digital-Wandlern, deren Dateneingänge mit
dem Sensor, dem Geber und den Begrenzungsschaltern, und deren Datenausgänge mit
den Eingängen
der Recheneinrichtung verbunden sind, umfasst und das zusätzlich mit
einer Steuereinheit für
den Sondenantrieb und einer Füllstandslinien-Überwachungseinheit mit deren
Prozeßsteuerungseinheit
ausgestattet ist, wobei Eingänge
der Steuereinheiten mit den Ausgängen
der Recheneinrichtung verbunden sind und der Datenausgang der Füllstandslinien-Überwachungseinheit
mit dem Eingang der Einheit aus Analog/Digital-Wandlern verbunden
ist.
-
Das
Sonden-Abtastsystem kann zusätzlich mit
einer Steuereinrichtung für
die Möller-Absinkgeschwindigkeit
und/oder einer Einrichtung zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
mit Steuereinheiten ausgestattet sein, wobei Datenausgänge der Steuereinrichtung
für die
Möller-Absinkgeschwindigkeit
und der Einrichtung zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
mit den Eingängen
der Einheit aus Analog/Digital-Wandlern verbunden sind, und die Eingänge der
Steuereinheiten dieser Einrichtungen mit den Ausgängen der
Recheneinrichtung verbunden sind.
-
Das
Sonden-Abtastsystem ist mit einem Sensor zum Bestimmen des Möller-Materials
ausgestattet. Dieser Sensor besteht aus einem leitfähigen Körper, Isolierdichtungen
und leitfähigen
Kontaktelementen, die zusammen mit dem Körper an verschiedenen Anschlüssen der
elektrischen Stromquelle angeschlossen sind, und ist zusätzlich mit
einem leitfähigen
Stab, der entlang der Längsachse
des Sensorkörpers
verläuft
und einem in Längsrichtung
erstreckten Isoliermantel zwischen dem Sensorkörper und dem leitfähigen Stab
ausgestattet, wobei der letztere eine in Querrichtung verlaufende
Isolierdichtung und einen Konus, der ein Kontaktelement bildet,
das an einem seiner Enden befestigt ist, und am anderen Ende eine
in Querrichtung verlaufende Isolierdichtung und Spannelemente aufweist,
um den leitfähigen
Stab und die Isolierdichtungen im Sensorkörper zu sichern.
-
Der
Sensor zum Bestimmen des Möller-Materials
kann zusätzlich
mit einem leitfähigen
Rohr, das zwischen dem leitfähigen
Stab und dem Sensorkörper
angeordnet und mit dem Kontaktelement verbunden ist, und mit einem
in Längsrichtung
erstreckten Isoliermantel ausgestattet sein, der zwischen dem leitfähigen Rohr
und dem Sensorkörper
eingefügt
ist.
-
Die
Ausstattung des Sonden-Abtastsystems mit der Sondenantriebs-Steuereinheit
ermöglicht
es, den automatischen Betriebsmodus unter einem vorgegebenen Programm
zu realisieren, d.h., eine automatische Messung der Struktur der
Materialsäule
in einer Verhüttungseinheit
in vorgegebenen Schritten und einem vorgegebenen Höhenabschnitt
durchzuführen.
In diesem Fall ermöglicht
die im Sonden-Abtastsystem enthaltene Füllstandslinien-Überwachungseinrichtung mit
ihrem Antrieb und der Antriebs-Steuereinheit die Absinkgeschwindigkeit
des Möller-Materials
in der Verhüttungseinheit
an Messpunkten der Füllstandslinie
zu bestimmen.
-
Der
Betrieb der vorstehend genannten Füllstandslinien-Überwachungseinrichtung
kann mechanisch, per Laser, etc. sein. Das Ausstatten der Füllstandslinien-Überwachungseinrichtung
mit einer Steuereinheit ermöglicht
es, die Messungen der Füllstandslinie
zu vorgegebenen Zeitpunkten durchzuführen und die Möller-Absinkgeschwindigkeit
genau zu bestimmen.
-
Durch
das Ausstatten des Sonden-Abtastsystems mit der Steuereinrichtung
für die
Möller-Absinkgeschwindigkeit
und/oder einer Einrichtung zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
trägt dazu bei,
die Messgenauigkeit der Struktur der Materialsäule in einer Verhüttungseinheit
zu erhöhen.
In diesem Fall ist es möglich,
die Messung der Möller-Absinkgeschwindigkeit über den
gesamten Abtastradius, oder die Berechnung dieser Geschwindigkeit
zu gewährleisten,
falls die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung nicht verfügbar ist
und das Sonden-Abtastsystem nur die Einrichtung zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
aufweist. Basierend auf den Messungen, die mit der letzteren durchgeführt wurden,
ist es möglich,
die Möller-Absinkgeschwindigkeit über den
gesamten Abtastradius zu berechnen.
-
Die
Verfügbarkeit
der Einrichtung zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
im Sonden-Abtastsystem
ermöglicht
es zusätzlich,
den Deformationsprozess von Schichten verschiedener Möller-Materialien
und ihre Mischung zu steuern, während
sie in der Verhüttungseinheit
absinken.
-
Die
Ausstattung des Möller-Material-Sensors mit
einem leitfähigen
Stab gewährleistet
seine Zuverlässigkeit
und Haltbarkeit aufgrund der Tatsache, dass dieser hochfeste, z.B.
Stahlstab als ein elektrischer Stromleiter dient. Der Sensorkörper dient
als der zweite Leiter. Die notwendige elektrische Isolation zwischen
ihnen wird durch longitudinale und transversale Isolationseinsätze bereitgestellt.
Darüber
hinaus gleicht die Ausgleichsdichtung eine mögliche Änderung der Dicke der Isolationsdichtung
zwischen dem Sensorkörper
und dem Konus unter der Einwirkung hoher Temperaturen und ätzender
Stoffe in der Arbeitskammer einer Verhüttungseinheit aus. Spannelemente
für den
leitfähigen
Stab und die Isolierdichtungen im Sensorkörper gewährleisten die Steifigkeit des
Sensors und die elektrische Isolierung des Sensorkörpers und
des Stabs, wenn er in der Arbeitskammer der Verhüttungseinheit bewegt wird.
-
Das
Ausstatten des Sensors mit einem leitfähigen Rohr ermöglicht,
die Genauigkeit einer Messung der Struktur der Materialsäule in einer
horizontalen Richtung zu verbessern. Der mit dem leitfähigen Rohr
ausgestattete Sensor erkennt das Schließen des Schaltkreises durch
Stücke
elektrisch leitfähigen
Möller-Materials
(Koks), deren Größe die Dicke der
Isolierdichtung zwischen dem Konus und dem Kontaktelement des Sensors,
das mit dem leitfähigen Rohr
verbunden ist, übersteigt.
Somit erlaubt es der Sensor, die Position jedes Stücks solchen
Materials entlang der Abtastachse zu bestimmen. Dadurch wird es
möglich,
Schichten aus Mischungen von leitfähigen und nicht leitfähigen Materialien
zu identifizieren, wodurch die funktionalen Fähigkeiten des beanspruchten
Sonden-Abtastsystems zum Überprüfen der
Verteilung von Möller-Material
und des in diesem System integrierten Sensors zum Bestimmen von
Möller-Material
erweitert werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 zeigt
das Blockdiagramm des Sonden-Abtastsystems. 2 und 3 zeigen
eine longitudinale Schnittansicht des Sensors zum Bestimmen von
Möller-Material
in zwei Varianten.
-
4 und 5 zeigen
die Ergebnisse der Abtastung von zwei Hochöfen mit unterschiedlichen Volumina.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
-
Das
Sonden-Abtastsystem umfasst eine horizontale Sonde 1, einen
Sonden-Positioniermechanismus
mit einem Antrieb 2, einen Sensor 3 zum Bestimmen
von Möller-Material, einen Sonden-Weggeber 4,
Begrenzungsschalter 5, eine Recheneinrichtung 6,
eine Einheit aus Analog/Digital-Wandlern 7, eine Sondenantriebs-Steuereinheit 8,
eine Füllstandslinien-Überwachungseinheit 9,
eine Prozeßsteuereinheit
der Füllstandslinien-Überwachungseinrichtung 10.
Die horizontale Sonde kann nicht nur als eine Tragestruktur, die
den Sensor zur Überprüfung des
Möller-Materials
und einzelne Komponenten anderer Einheiten, z.B. ein Thermoelement,
eine Einrichtung zum Entnehmen von Proben von Gas und/oder Materialien
aus dem Hochofen, etc., aufnimmt, sondern auch als der Körper des
Sensors zum Bestimmen des Möller-Materials
dienen. Der Querschnitt des Sondenkörpers kann rund sein und auch
jede andere Form aufweisen, z.B. oval, rechteckig, quadratisch,
etc..
-
Zusätzlich kann
das Sonden-Abtastsystem auch die Steuereinrichtung 11 für die Möller-Absinkgeschwindigkeit
und/oder die Einrichtung 12 zum Überprüfen der Füllstandslinien-Kontur mit Steuereinheiten
(1) umfassen.
-
Die
Dateneingänge
der Einheit aus Analog/Digital-Wandlern 7 sind mit dem
Sensor 3 zum Bestimmen des Möller-Materials, einem Sonden-Weggeber 4,
Begrenzungsschaltern 5, einer Füllstandslinien-Überwachungseinheit 9,
einer Steuereinrichtung 11 für die Möller-Absinkgeschwindigkeit und der Einrichtung 12 zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
verbunden. Die Ausgänge
der Einheit aus Analog/Digital-Wandlern 7 sind mit dem Eingang
der Recheneinrichtung 6 verbunden und die Ausgänge der
Recheneinrichtung sind mit der Sondenantriebs-Steuereinheit 8 und
der Steuereinheit der Füllstandslinien-Überwachungseinheit
verbunden.
-
Der
Sensor zum Bestimmen des Möller-Materials
ist wie folgt aufgebaut. Der leitfähige Metallkörper 13 des
Sensors ist z.B. in Form eines Rohres hergestellt, in dem sich ein
leitfähiger
Stab 14 (2) befindet. Zwischen dem Körper 13 und
dem leitfähigen
Stab 14 ist ein in Längsrichtung
verlaufender Isolationsmantel aus Verbundstoffen vorgesehen, der z.B.
Bestandteile aus Beton 15, Asbestgewebe 16, Asbestschnur 17 und
hitzeresistentem Beton 18 umfasst. An seinem vorderen Ende
hat der Sensor einen Konus 19 in Form einer konischen Spannmutter,
die auf den leitfähigen
Stab geschraubt ist. Die Form des Konus und die Methode seiner Befestigung
auf dem leitfähigen
Stab können
sich von der in 2 dargestellten unterscheiden.
Zwischen dem Konus 19 und dem Körper 13 ist eine Isolierdichtung 20 angeordnet.
Der leitfähige
Stab 14 wird im Sensorkörper 13 mit
Hilfe von Spannmuttern 23 gesichert, nachdem die isolierende
Ausgleichsdichtung 21 und eine Unterlegscheibe 22 eingefügt wurden.
Am hinteren Ende des leitfähigen
Stabes ist ein Kontaktelement 25 mittels einer Spannmutter 24 gesichert.
Der Sensor ist über
dieses Kontaktelement mit dem Mess-Schaltkreis und mit einem der Anschlüsse einer
elektrischen Stromquelle verbunden. Der andere Anschluss der elektrischen
Stromquelle ist mit dem Sensorkörper
verbunden. Der Sensorkörper
hat an seinem äußeren Abschnitt
einen angeschweißten Anschlag 26.
Die Form des Körpers
und anderer Teile des Sensors zum Bestimmen von Möller-Material, die
in 2 gezeigt sind, als auch die Art ihrer Verbindung
betreffen nur diese spezielle Ausführungsform dieses Sensors.
-
3 zeigt
eine andere Ausführungsform des
Sensors, bei der er zusätzlich
mit dem leitfähigen Rohr 27 versehen
ist, das zwischen dem Sensorkörper 13 und
dem leitfähigen
Stab 14 angeordnet und mit Hilfe von Isoliereinlagen 20, 29 und 30 gegenüber diesen
isoliert ist, von denen sich die letzteren beiden in Längsrichtung
erstrecken. Das leitfähige
Rohr 27 ist mit dem Kontaktelement 28 verbunden.
Der Meßschaltkreis
und die Anschlüsse
der elektrischen Stromquelle sind mit dem leitfähigen Rohr 27 und dem
Zentralstab 14 über
die Kontaktelemente im hinteren Teils des Sensors verbunden.
-
Das
Sonden-Abtastsystem arbeitet wie folgt. Der Befehl, das Sonden-Abtastsystem
in Betrieb zu setzen, wird von der Bedientafel der Recheneinrichtung
gegeben, die ein Steuersignal erzeugt und damit die Steuereinheit
des Antriebs des Sonden-Positioniermechanismus ansteuert. Die horizontale
Sonde, die als Sensor zum Bestimmen von Möller-Material als auch als
Tragestruktur zum Aufnehmen dieses Sensors dienen kann, wird mit
ihrem vorderen Teil in die Arbeitskammer der Verhüttungseinheit
durch die Einführ-
und Absperrvorrichtungen im Mantel der Verhüttungseinheit mit Hilfe des
Sonden-Positioniermechanismus und seines Antriebs eingeführt und führt eine
translatorische Bewegung in der Richtung des Zentrums der Verhüttungseinheit
aus. Der elektrische Meßschaltkreis
bestimmt die Signalstärke
im elektrischen Schaltkreis, der den Konus und den Sensorkörper als
Elemente umfasst. Die Stärke
dieses Signals hängt
von der elektrischen Leitfähigkeit des
Möller-Materials
ab, an dem der vordere Teil des Sensors im Moment der Signalerfassung
angeordnet ist. Der vorstehend erwähnte Schaltkreis schließt, wenn
der Sensorkonus durch die Schicht aus leitfähigem Material (z.B. Koks)
hindurchläuft
und öffnet, wenn
der Sensorkonus durch die Schicht aus nicht leitenden Materialien
(z.B. Eisenerz 15) hindurchläuft.
-
Bei
dieser Ausführungsvariante
des Sensors mit einem inneren leitfähigen Rohr wird ein elektrischer
Schaltkreis zwischen dem Kontaktelement 28 und dem Konus 19 dazu
verwendet, die Stärke
des Signals zu messen. Diese Gestaltung ermöglicht es, die Grenzen von
kleinen Ansammlungen von Möller-Materialien
verschiedener Leitfähigkeit,
z.B. Koks und Eisenerz-Materialien,
mit größerer Genauigkeit zu
bestimmen. Wenn sich die Sonde von der Peripherie zum Zentrum der
Verhüttungseinheit
bewegt, erzeugt der Meßschaltkreis
des Sensors somit ein elektrisches Signal in diskreter Form, dessen
Höhe von
der Art des Materials abhängt,
in dem sich der Konus zu diesem Zeitpunkt befindet. Dann wird das Signal über die
Einheit aus Analog/Digital-Wandlern in die Recheneinrichtung geführt. Gleichzeitig
erzeugt der Sonden-Weggeber
ein Signal über
die Position des Sensors zum Bestimmen des Möller-Materials in der Verhüttungseinheit
in der Höhe
der Sondierung, das ebenfalls der Recheneinheit zugeführt wird.
Wenn der Sensorkonus den zugewiesenen Punkt erreicht, z.B. das Zentrum
der Verhüttungseinheit,
erzeugt ein Begrenzungsschalter ein Steuersignal, um die Sondenbewegung
in Richtung des Zentrums der Verhüttungseinheit zu stoppen und
eine Bewegung in Rückwärtsrichtung
zu starten. Wenn die Sonde die Ausgangsposition erreicht, erzeugt
der Begrenzungsschalter ein Steuersignal, um die Bewegung zu stoppen.
Nach der vorgegebenen Wartezeit von z.B. einer Minute sendet die
Recheneinrichtung nochmals einen Befehl an die Sondenantriebs-Steuerungseinheit,
um die Sonde in die Verhüttungseinheit
einzuführen.
Die Anzahl der Sondenbewegungen (Abtastzyklen) wird an der Bedientafel
der Recheneinrichtung eingestellt. Nachdem das Sonden-Abtastsystem
eingeschaltet wird, werden die Signale der Füllstandslinien-Überwachungseinheit über die
Einheit aus Analog/Digital-Wandlern
der Recheneinrichtung zugeführt,
die die Möller-Absinkgeschwindigkeit
berechnet. Falls das Sonden-Abtastsystem mit der Steuereinrichtung
für die
Möller-Absinkgeschwindigkeit
und/oder einer Einrichtung zum Überprüfen der
Füllstandslinien-Kontur
ausgestattet ist, werden deren Datensignale der Recheneinrichtung
ebenfalls über
die Einheit aus Analog/Digital-Wandlern
zugeführt.
Die Recheneinrichtung konvertiert die vom Sensor und vom Geber kommende Information
gemäß einem
vorgegebenen Programm in ein zweidimensionales Bild (entlang des
vertikalen Querschnittes der Verhüttungseinheit) aus Schichten von
Möller-Materialien mit unterschiedlicher
Leitfähigkeit,
z.B. Koks und Eisenerz-Materialien, und berechnet ihre Proportion
entlang der Sondenachse als auch andere Parameter, die die Struktur
der Füllsäule charakterisieren.
Graphische und digitale Information erreicht den Video-Bildschirm oder den
Drucker und wird gespeichert.
-
Die
Ergebnisse der Sondierung von zwei Hochöfen, die mit verschiedenen
Befüllvorrichtungen ausgestattet
sind, sind in den 4 und 5 gezeigt.
-
4 zeigt
die Darstellung der Füllsäulen-Struktur
in einem vertikalen Abschnitt des Schachtes eines 5580-m3-Hochofens,
der mit der Paul Wurt-Befüllvorrichtung
ausgestattet ist. Charakteristisch für diesen Hochofen ist ein starker
zentraler Gasfluss und die Ausdehnung der Schmelzzone in das Zentrum
des Hochofens bis zu einer Höhe
von 3–4
Metern unter der Füllstandslinie.
Resultierend daraus befindet sich in der zentralen Zone des Hochofens
auf der Höhe
der Sondierung nur die Kokspackung, darunter die flüssigen Produkte
der Schmelze.
-
5 zeigt
die Darstellung der Füllsäulen-Struktur
in einem vertikalen Abschnitt des Schachtes eines 1000-m3-Hochofens,
der mit der Bell-Befüllvorrichtung
ausgestattet ist.
-
Charakteristisch
für diesen
Hochofen ist eine weniger ausgeprägt geschichtete Struktur, die
sich aufgrund des Befüllverfahrens
und der verwendeten Befüllvorrichtung
ergibt.
-
Eine
quantitative Analyse der radialen Verteilung verschiedener Möller-Materialien,
z.B. Koks und Eisenerz-Materialien, der Form und Dicke ihrer Schichten
und ihrer Mischungsschichten ermöglicht ein
zeitgerechte Einstellung der Möller-Verteilung
in der Verhüttungseinheit
zum Zwecke einer Optimierung ihrer Leistungsfähigkeit. Die Verwendung des Sonden-Abtastsystems
im Hochofen ermöglicht
eine Steuerung und Optimierung der radialen Verteilung von Erz,
wodurch eine minimale Heizrate oder die maximale Produktivität des Hochofens
erreicht wird.
-
Das
dargestellte Sonden-Abtastsystem zum Prüfen der Verteilung des Möller-Materials
in einer Verhüttungseinheit
ermöglicht
eine zuverlässige Messung
der Dicke und der Form der Schichten von Möller-Material innerhalb einer
Verhüttungseinheit, was
zur Optimierung ihrer Verteilung entlang des horizontalen Abschnittes
zum Zwecke einer Verbesserung der technischen und ökonomischen
Eigenschaften des Hochofen-Verfahrens notwendig ist. Es kann auch
zur Anpassung eines mathematischen Modells der Materialverteilung über den
Querschnitt während der
Befüllung
der Verhüttungseinheit
verwendet werden.
-
Das
beanspruchte Sonden-Abtastsystem ermöglicht es zeitgerecht, wenn
es erforderlich wird, eine Information über die Struktur der Füllsäule innerhalb
der Verhüttungseinheit
zu erhalten, z.B. im Hochofen unterhalb des Sondierungsniveaus bis
zu einer vorgegebenen Tiefe, die vom Abtastzyklus und der Wartezeit
zwischen zwei wechselseitigen Durchläufen der Sonde abhängt.