NO137062B - Anordninger for kontinuerlig m}ling av temperaturvariasjoner p} innsiden av en smelteovns ovnsvegg - Google Patents

Abstract

Anordninger for kontinuerlig måling av temperaturvariasjoner på innsiden av en smelteovns ovnsvegg.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning•for kontinuerlig måling av temperaturvariasjoner i en smelteovn. En sådan anordning kan finne anvendelse i alle slags metallurgiske ovner, f.eks. høyovner, konvertere, cupolovner etc.

På det metallurgiske område og særskilt ved fremstilling av stål,

er det vanlig å foreta temperaturreguleringer ved hjelp av føler-elementer som utgjøres av temperatursonder med vanlige termoelementer. For å muliggjøre en riktig temperaturmåling, må termoelementene være ført gjennom den veggbekledning som dekker innerveggen av ovner og andre smeltebeholdere av samme type. Disse veggbekledninger som kan være av forskjellig type alt etter den smelteprosess som foreligger, utsettes alltid for relativt stor slitasje på grunn av sin kontinuerlige kontakt med smeltebadet og de vanskelige arbeidsforhold som foreligger.

Ved lysbueovner for moderne stålverk innføres fortløpende i ovnen visse mengder med skrapjern som smeltes i løpet av en passende arbeidssyklus. Den elektriske lysbue utvikles ved tilførsel av maksimal effekt og ved åpning av en grøft gjennom skrapjernet frem til ovnens vegg. Det vil forstås at i en sådan lysbueovn vil veggene direkte bli angrepet av den lysbue som utvikles ved elektrodene, og det kan henvises til tilfeller hvor ovnsvegger av dolomit og med en tykkelse på 450 mm er blitt nedslitt i en takt på 20 - 60 mm pr. dag, således at veggene må utskiftes delvis etter en uke og fullstendig erstattes etter to ukers bruk. Det bør i alle fall bemerkes at veggene i sådanne smeltebeholdere på den ene side utsettes for slitasje på grunn av sin nedsmeltning og på den annen side utsettes kontinuerlig for flytende stål og slagg under raffineringsprosessen.

Det vil således innses at en sonde for måling av temperaturer innvendig i en ovn, bør kunne motstå de indre overflatetemperaturer på ovnsveggene, hvilket vil si temperaturer opp til 1700°C.

En sådan målesonde bør ikke påvirkes eller skades av nedbrytningsprodukter fra ovnsveggene eller bestanddeler av det metalliske bad, under måleprosessen.

På denne bakgrunn vil det være av vesentlig betydning at en kontinuerlig temperaturmåling i en sådan beholder for smeltet metall kan utføres ved hjelp av en sonde som er innrettet for på

den ene side å kunne forskyves i avhengighet av ovnsveggenes nedslitning og på den annen side ikke selv å bli nedsmeltet, hvorunder også sonden ikke må føres for langt inn i smeltebeholderen for å ikke risikere å bli ødelagt av skrapjern som tilføres smelte-rommet.

I denne forbindelse er det fra fransk patentskrift nr. 1.593.515

og US patentskrift nr. 2.576.514 kjent en anordning for kontinuerlig måling av temperaturvariasjoner på innsiden av en smelteovns ovnsvegg ved hjelp av et termoelement anordnet på en målestav, som er tilsluttet bevegelsesorganer for føring av staven i styrt bevegelse frem og tilbake i en åpen føringskanal gjennom ovnsveggen til det indre av ovnen, og på dette grunnlag av kjent teknikk foreslås det i henhold til oppfinnelsen en anordning hvori nevnte bevegelsesorganer er innrettet og anordnet for å overføre til staven to innbyrdes uavhengige, men overlappende bevegelser, nemlig en svingende bevegelse med forut bestemt slaglengde mellom en fremskutt stilling, hvori stavens ytterende rager en liten avstand innover i smelteovnen fra ovnsveggens innside, og en tilbaketrukket stilling hvori stavens ytterende er inntrukket omtrent samme lille avstand innover i føringskanalen fra ovnsveggens innside, samt en styrt tilbaketrekningsbevegelse over en forut bestemt avstand hver gang den temperatur som avføles av termoelementet overskrider en forut fastlagt verdi under et forut bestemt tidsavsnitt.

På denne måte oppnås en rensing av målestavens føringskanal til

det indre av ovnen, samtidig som det sikres en forut bestemt

tilbaketrekning av målestaven i takt med ovnsveggens nedslitning, nemlig når den målte temperatur overskrider en forut bestemt verdi under en forut bestemt tid, for derved å unngå skade på termoelementet.

En sådan anordning i henhold til oppfinnelsen kan også anvendes for bestemmelse og overvåkning av veggtykkelsen i en smeltebeholder eller en metallurgisk ovn.

Målestaven utgjøres fortrinnsvis av et innhult hylster for å muliggjøre avkjøling av den varme ytterende av termoelementet ved hjelp av en passende fluidstrømning innvendig i hylsteret, hvorved nevnte fluid fortri-nnsvis utgjøres av trykkluft med forholdsvis lavt trykk.

I henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen frembringes av målestavens svingebevegelse ved hjelp av en fordeler for styrefluid som av et klokkeverk styres til vekselvis fluid-tilførsel til den ene og den annen side av et stempel i en stempel/ sylinder-enhet.

I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, oppnås den styrte tilbaketrekning av målestaven ved hjelp av en skruestang forbundet med den bakre ytterende av målestaven. Den gjengede stang drives ved hjelp av en servomekanisme, som f.eks. kan utgjøres av en elektrisk servomotor som styres av en temperaturregistreringsinnretning.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan servomekanismen være styrt av temperaturregistrerings-innretningen ved hjelp av et første klokkeverk som forhindrer aktivering av servomekanismen under en ganske kortvarig overskridelse av den forut bestemte temperaturgrense, mens et annet klokkeverk plassert i styrekretsen på servomekanismens inngangsside bestemmer tilbaketrekningsgraden for målestaven, idet denne fortrinnsvis velges lik halve bevegelseslengden for den svingende bevegelse av målestaven.

I det tilfelle måletemperaturen ikke avtar etter et ytterligere forut bestemt tidsrom, kan en tidsstyrt sikkerhetsinnretning sørge

for at målestavens hylster tilføres trykkluft for kjøling.

Oppfinnelsens anordning kan videre være utstyrt med et tredje klokkeverk som dag for dag frembringer en forut bestemt tilbaketrekning av målestaven, idet det tas hensyn til den daglige nedslitning av smeltebeholderens eller ovnens vegger.

Ved en utførelse av foreliggende oppfinnelse er det mulig å

anordne en innretning for måling av veggtykkelsen, idet det forutsettes at tilbaketrekningen av målestaven er en funksjon av denne tykkelse. En sådan måleanordning kan f.eks. omfatte en enkel måleskala for avlesning av forandringene i veggtykkelsen.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser skjematisk de mekaniske deler av en første utførelsesform av oppfinnelsens anordning.

Fig. 2 viser skjematisk de mekaniske deler av en annen utførelses-

form av den samme måleanordning, og

Fig. 3 viser et funksjonsdiagram for styring av den automatiske tilbaketrekning av. målestaven i henhold til oppfinnelsen.

I fig. 1 er det vist en metallurgisk ovn hvis smeltebeholder er

angitt ved 1, og som er utstyrt med ovnsvegger 2 med en veggbekledning av dolomit 3, et isolerende hylster 4 samt en yttervegg 5 av stål. Et rør 6 av varmebestandig material, og som utvendig er belagt med et stålhylster 7, er ført gjennom de forskjellige deler av ovnsveggen 2. Det ytre stålrør 7 sikrer mekanisk fasthet for røret 6 under fylning av ovnen 1 og utgjør rørets elektromagnetiske skjerming når ovnen er en lysbueovn. Røret 6 er anbragt i et forut utformet hull gjennom de blokker som danner ovnsveggen 2

samt deres innkapsling, idet hullet er anbragt i passende høyde.

En målestav 8 omfatter et hult rør 9 ved hvis ende det er påsveiset

en kapsel 10 utstyrt med periferiske perforeringer 11. Et termo-

element 12 er sveiset med sin varme ende 12a inne i kapslen 10

og befinner seg således innvendig i et hulrom. Utgangs- eller målespenningen som representerer den målte temperatur, opptrer ved en utgangsklemme 13 for termoelementet 12.

Termoelementet 12 kan fortrinnsvis utgjøres av et kapslet element av den vanlige Chromel/Alumel-type, idet de to sammenkoblede ledere er innlagt i et isolerende hylster.

Røret 9 og kapslen 10 kan være utført i syrefast eller varmebestandig stål.

I henhold til oppfinnelsen omfatter røret 9 i nærheten av den

ende som vender bort fra termoelementets varme ende 12a, en innløpsåpning 14 for trykkluft av forholdsvis lavt trykk, som tilføres gjennom en reguleringsventil 15 som tilføres luft fra et trykkluftnett gjennom en slange 16 og er forbundet med åpningen 14 gjennom en reduksjonsanordning 50.

Trykklufttilførslen muliggjør således en kjøling -<av kapslen 10

og den varme ende 12a av termoelementet, idet avkjølingen kan reguleres ved hjelp av ventilen 15 til et ønsket temperaturnivå

for termoelementet. Det vil således være variasjonene i ovnsveggens temperatur som måles, hvilket er tilstrekkelig for de fleste formål. Det skal imidlertid bemerkes at det også er mulig å oppnå en absolutt verdi for temperaturen i en gitt ovn ved innlegning av et visst antall termoelementer i veggen 2.

Den trykkluft som trenger inn i det indre av det hule rør 9 gjennom innløpsåpningen 14 strømmer ut gjennom de ytre åpninger 11 i kapslen 10, hvilket resulterer i en avkjøling av slaggbelegget på veggen 2 og oppsmuldring av dette. På denne måte medfører forskyvningen av målestaven 8 frem til det indre av ovnen 1 en rensing av den indre åpning 17 for det varmebestandige rør 6.

De svingende translasjonsbevegelser av målestaven 8 oppnås ved hjelp av en pneumatisk stempel/sylinder-enhet 18, som er festet til den motsatte ytterende av staven 8 i forhold til kapslen 10.

En elektro-pneumatisk fordeler 19 tilføres trykkluft gjennom

et slangesystem 20, og styres av et klokkeverk, som ikke er vist på fig. 1, på en slik måte at innløpsåpningene 21 og 23 for ventilen 18 tilføres luft alternativt gjennom hver sin tynne slange 22 og 24. Under styring fra den elektropneumatiske fordeler 19 trenger målestaven 8 et lite stykke inn i ovnen 1, tilpasset tilførselen av skrapjern og slik som vist i fig. 1,

og trekkes deretter tilbake gjennom sondeåpningen for det varmebestandige rør 6 til en passende stilling som vist ved 10a i figuren.

Anordningen for styrt tilbaketrekning av staven 8 omfatter en elektrisk servomotor 25, hvis styremekanisme vil bli nærmere forklart nedenfor. Servomotoren 25 påvirker over en rekke mellomliggende tannhjul en roterende gjenget hylse 27 som samarbeider med en gjenget stang 28, som forhindres fra å rotere og hvis ene ende er forbundet med ventilen 18.

Under påvirkning av servomotoren 25 forskyves således stangen 28 mot høyre i fig. 1, hvilket ved hjelp av den mellomliggende enhet 18 medfører en tilbaketrekning av målestaven 8 til det innvendige av det varmebestandige rør 6.

En konsoll 29 er sveiset til den metalliske yttervegg 5 av ovnen

og muliggjør feste av de forskjellige konstruksjonselementer av oppfinnelsens anordning. Glidestykkene 30 og 31 muliggjør ved hjelp av stillskruer 32 en nøyaktig innstilling av målestaven 8,

for å tillate manuell tilpasning av denne til den noe varierende plassering av føringsrøret 6 i forhold til ovnsbeholderen 1 ved hver utskiftning av ovnsveggene 2.

Fig. 2 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsens anordning,

og som avviker fra den ovenfor angitte form bare ved den mekaniske utførelse av organene for den styrte tilbaketrekningsbevegelse.

I fig. 2 er de elementer som er av samme art som de viste elementer i fig. 1, forsynt med samme henvisningstall som disse.

På sistnevnte figur er det vist en servomotor 25 som driver en rekke tannhjul 26, som i sin.tur frembringer rotasjon av en gjenget stang 33 som befinner seg forhindret for translasjonsbevegelse mellom en flens 34 festet til ovnsveggen 5 og en flens 35 som bærer servomotoren 25.

En føringstav 36 tjener som bindeledd mellom flensene 34 og 35

og samtidig som føring for en bæreplate 37, som er tilsluttet det bakre parti av enheten 18. En gjenget hylse 38 som er utført i ett stykke med støtteplaten 37, muliggjør translasjonsforskyvning av denne ved rotasjon av den gjengede stang 32 i hylsen 38, hvilket vil drive en translasjonsforskyvning av målestaven 8 på samme måte som ved det utførelseseksempel som er vist i fig. 1.

Det vil forstås at det er mulig å forsyne servomotoren 25 med to grensestoppere, således at en manuell eller automatisk vekslende bevegelse mellom disse muliggjør plassering av målestaven i aktiv driftsstilling eller fullstendig tilbaketrekning av denne.

En avstandsmåler kan også lett anordnes parallelt med den gjengede stang 28 eller 33, hvilket ved observasjon av forskyvningen av et merke gjør det mulig å oppnå en anvisning av ovnsveggens tykkelse og følgelig nedslitningsgraden for denne.

I fig. 3 er det skjematisk vist en anordning for automatisk elektrisk styring av tilbaketrekningen for målestaven 8.

Termoelementet 12 som er plassert innvendig i staven 8 er elektrisk forbundet over en ledningsforbindelse 39 med en temperaturregistreringsinnretning 40, som f.eks. kan være et elektronisk pyropotensiometer av konvensjonell type, som på kjent måte er utstyrt med en sikringskam og en kontakt 41. Ved hjelp av sikrings-kammen er det mulig å angi en grensetemperatur 42 på temperaturregistreringsinnretningen.

I den elektriske krets som brytes av bryteren 41 befinner det

seg et første klokkeverk 4 3 i serie med et annet klokkeverk 44.

Et tredje klokkeverk 45 eller dags-klokkeverk er innkoblet i en kretsgren som forløper mellom et punkt foran bryteren 41 og klokkeverket 44. Utgangene fra klokkeverkene 44 og 45 er forbundet med den elektriske servomotor 25 som over tannhjulsrekken 26 påvirker skruestangen 28 og målestaven 8. En tidsstyreinnretning 46 er likeledes innkoblet i en krets parallelt med klokkeverkene 43 og 44, og således at den kan settes under spenning gjennom bryteren 41. Styreelementet 46 påvirker på den ene side en alarmlampe 47

og på den annen side en elektroventil 48, som direkte forsyner det innhule hylsterrør 9 for målestaven 8 (se fig. 1) med trykkluft fra et vanlig trykkluftnett og som tilføres gjennom tilførsels-kanalen 49, idet den normale kjølekrets for målestaven 8 gjennom reduksjonsventilen 50, kortsluttes av ventilen 48.

Styreinnretningen virker nå på følgende måte:

Når den temperatur som måles av termoelementet 12 i målestaven 8, overskrider den angitte grensetemperatur 42 på temperaturregistreringsinnretningen 40, vil dette frembringe en slutning av bryteren 41.

Hvis grensetemperaturen bare overskrides under en ganske kort, forut bestemt tid, vil klokkeverket 4 3 forhindre at servomotoren 25 igangsettes for tilbaketrekning av målestaven 8.

Hvis imidlertid overskridelsen av grensetemperaturen varer lenger enn den tid som er innstilt i klokkeverket 43, vil dette verk aktivere servomotoren 25 under en tid som likeledes er forut bestemt i klokkeverket 44, således at tilbaketrekningen av målestaven 8 kan finne sted til en stilling som tilsvarer halve utslagsbevegelsen for stempel/sylinder-enheten 18, som under denne tid fortsetter å drive målestaven 8 i en translasjonsbevegelse med vekslende retning.

Hvis temperaturen etter denne tilbaketrekning av målestaven 8 bibeholder en verdi over grensetemperaturen 42 under en forut bestemt tid av lenger varighet, vil tidsstyreinnretningen 46

utløse alarmen 4 7 og elektroventilen 48 for overføring av luft under fullt trykk, for derved å frembringe en vesentlig kraftigere avkjøling av målestaven 8.

Hvis det etter 24 timers drift av smelteovnen ikke er påvist noen overskridelse av grensetemperaturen, hvilket kan bero på en suksessiv avkjøling til stadig lavere temperaturer, vil det likevel være nødvendig å utføre en tilbaketrekning av målestaven 8

på grunn av den normale nedslitning av ovnsveggene. Denne tilbaketrekning utføres ved hjelp av dags-klokkeverket 45 som uavhengig av stillingen av bryteren 41 påvirker den elektriske servomotor 25 gjennom klokkeverket 44. På denne måte trekkes likeledes målestaven 8 tilbake en strekning som er lik halve utslagslengden for enheten 18.

Også dags-klokkeverket 45 påvirkeralarmlampen 47, for å gjøre

det mulig for en overvåkende operatør å fastslå om det er frembragt en ekstra tilbaketrekning av målestaven.

Det bør bemerkes at temperaturregistreringsorganet ved en lysbueovn med tre elektroder kan utgjøres av et vanlig elektronisk pyropotensiometer med tre strømbaner, tre terskelreleer, som mulig-

gjør fastleggelse av forskjellige tillatte grensetemperaturer for de forskjellige elektroder.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør frembringelse av en måle-

anordning som kan tilpasses til meget forskjellige driftsbetingélser både ved metallurgiske ovner og ved lysbueovner. Ved hjelp av oppfinnelsens måleanordning er det mulig å utføre særlig nøyaktige temperaturmålinger, ut fra det forhold at målestaven utfører en kontinuerlig og automatisk rengjøring av sine omgivelser, og således ikke påvirkes hverken av nedbrytningsprodukter ved veggslitasje eller metallbadets bestanddeler.

Claims (9)

1. Anordning for kontinuerlig måling av temperaturvariasjoner på innsiden av en smelteovns ovnsvegg ved hjelp av et termoelement (12) anordnet på en målestav (8), som er tilsluttet bevegelsesorganer for føring av staven i styrt bevegelse frem og tilbake i en åpen føringskanal (9) gjennom ovnsveggen (3,4,5) til det indre av ovnen (1), karakterisert ved at nevnte bevegelsesorganer (18,19; 25,26,27,28) er innrettet og anordnet for å overføre til staven (8) to innbyrdes uavhengige, men overlappende bevegelser, nemlig en svingende bevegelse méd forut bestemt slaglengde mellom en fremskutt stilling (10), hvori stavens ytterende rager en liten avstand innover i smelteovnen (1) fra ovnsveggens innside, og en tilbaketrukket stilling (10a) hvori stavens ytterende er inntrukket omtrent samme lille avstand innover i føringskanalen (9) fra ovnsveggens innside, samt en styrt tilbaketrekningsbevegelse over en forut bestemt avstand hver gang den temperatur som avføles av termoelementet overskrider en forut fastlagt verdi under et forut bestemt tidsavsnitt.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bevegelsesorganene, for utførelse av nevnte svingende bevegelse, omfatter en stempel/ sylinder-enhet (18) tilsluttet en fluidfordeler (19) innrettet for vekselvis tilførsel av styrefluid til stemplets to sider innvendig i sylinderen, under styring fra et klokkeverk.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at bevegelsesorganene, for utførelse av nevnte styrte tilbaketrekningsbevegelse, omfatter en skruestang (28,31) forbundet med målestavens bakre ende og drevet fra en servomekanisme (25) som er anordnet for å styres fra en temperaturregistreringsinnretning til å bevirke nevnte tilbaketrekning av målestaven når registreringsinnretningen påviser en overskridelse av nevnte forut fastlagte temperaturverdi under det forut bestemte tidsavsnitt.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at servomekanismen (25) er innrettet for å styres av temperaturregistreringsinnretningen (40) ved hjelp av første klokkeverk (43) innrettet for å hindre aktiveringen av servomekanismen under overskridelser av nevnte forut fastlagte temperaturverdi som varer kortere enn det forut bestemte tidsavsnitt..

5. Anordning som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at et annet klokkeverk (44) anordnet på servomekanismens inngangsside er anordnet for å fastlegge målestavens forut bestemte tilbaketrekningsavstand og innrettet for å innstille nevnte avstand til høyst den halve slaglengde av målestavens svingende bevegelse frem og tilbake.

6. Anordning som angitt i krav 3-5, karakterisert ved at en sikkerhetsinnretning (46) med forsinket virkning er anordnet for å kunne påvirkes av temperaturregistreringsinnretningen (40) til å bevirke tilførsel av kjøleluft under trykk til det indre av målestaven (8).

7. Anordning som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at et tredje klokkeverk (45) er anordnet og innrettet for å fremkalle en forut bestemt daglig tilbaketrekning av målestaven lik halvparten av slaglengden for målestavens svingende bevegelse frem og tilbake.

8. Anordning som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at det er anordnet en måleskala parallelt med målestavens bevegelse for kontinuerlig bestemmelse av ovnsveggens tykkelse.

9. Anordning som angitt i krav 1 - 8, karakterisert ved at målestaven (8) utgjøres av et innhult hylster som omslutter termoelementet (12), og er anordnet for å motta en passende fluidsirkulasjon innvendig i hylsteret for avkjøling av termoelementets varme ytterende.