WO2022128377A1 - Device and method for taking gas samples from a blast furnace - Google Patents

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WO2022128377A1
WO2022128377A1 PCT/EP2021/082837 EP2021082837W WO2022128377A1 WO 2022128377 A1 WO2022128377 A1 WO 2022128377A1 EP 2021082837 W EP2021082837 W EP 2021082837W WO 2022128377 A1 WO2022128377 A1 WO 2022128377A1
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furnace chamber
probe
furnace
gas samples
temperature
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PCT/EP2021/082837
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Martin Freimann
Jürgen PITHAN
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TMT - Tapping Measuring Technology GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a device for taking gas samples from a blast furnace with a rod-shaped probe arranged in the furnace chamber of the blast furnace above the burden surface, which has a plurality of extraction openings for taking gas samples from the furnace chamber, which are equipped with storage devices for connection to an outside of the furnace chamber arranged analysis device for analyzing the gas samples taken are connected, the device having a feed device arranged outside of the furnace chamber, with which the probe can be moved into and out of the furnace chamber.
  • the invention relates to a method for taking gas samples by means of such a device, the probe being moved radially from a ready position outside the furnace chamber to a sampling position inside the furnace chamber, gas samples then being taken through the sampling openings arranged inside the furnace chamber with storage of the gas samples take place in the storage devices, and then the gas samples stored in the storage devices are analyzed successively in the analysis device.
  • the probe being moved radially from a ready position outside the furnace chamber to a sampling position inside the furnace chamber, gas samples then being taken through the sampling openings arranged inside the furnace chamber with storage of the gas samples take place in the storage devices, and then the gas samples stored in the storage devices are analyzed successively in the analysis device.
  • Measurements of the temperatures of the gases rising from the reduction process which in the past were only possible at certain points using thermocouples, are now carried out using an acoustic measuring system offered by the applicant under the brand name TMT SOMA, which calculates a two-dimensional temperature distribution in a layer above the burden surface through the arrangement of the Measurement system defined measurement level delivers.
  • the process that takes place in a blast furnace is essentially determined by the structure of the layering of coke and ore in the furnace vessel, which forms the blast furnace burden Additives are introduced into the furnace chamber.
  • a charging device that can be rotated around the vertical axis of the blast furnace is regularly used, which is technically termed a "rotary chute" and which has a discharge ramp whose inclination relative to the vertical axis can be adjusted in order to enable layers that are defined as precisely as possible to achieve a reproducible blast furnace process.
  • An essential parameter of the blast furnace process is given by the gas composition of the top gas rising from the burden, whereby it is known to take gas samples to measure the gas composition by means of a measuring lance permanently installed on the furnace wall inside the furnace chamber, which is arranged above the burden. men.
  • the measuring probe is provided with a plurality of sampling openings, each of which is connected via a pipe to an analysis device arranged outside the furnace chamber, with the analyzes of the gas samples taken from the furnace chamber through different sampling openings being carried out independently of one another, each of the analysis devices assigned to individual removal openings.
  • the known measuring lances are located in an arrangement below the rotary chute required for charging the furnace, so that a collision of the rotating rotary chute with the measuring lance permanently installed on the furnace wall can be avoided.
  • the material introduced into the furnace chamber via the rotary chute often collides with the measuring lance subject to wear and tear from repeated collisions.
  • the invention is based on the object of proposing a device for taking gas samples from a blast furnace which, on the one hand, enables collision-free operation and, on the other hand, requires comparatively little equipment to carry out the sample analysis.
  • the device according to the invention has the features of claim 1 .
  • the device according to the invention for taking gas samples from a blast furnace has a rod-shaped probe arranged in the furnace chamber of the blast furnace above the burden surface with a plurality of extraction openings for taking gas samples from the furnace chamber, the extraction openings having storage devices for connection to an analysis device arranged outside the furnace chamber for analyzing the gas samples taken, the device having a feed device which is arranged outside the furnace chamber and with which the probe can be moved into and out of the furnace chamber.
  • the design of the device with a rod-shaped probe that can be moved into and out of the furnace chamber, which can be moved by means of a feed device arranged outside the furnace chamber, enables the probe to be used inside the furnace chamber in accordance with the charging matrix of the blast furnace, i.e. a only temporary arrangement of the probe within the furnace chamber during the charging pauses, so that a collision of the probe with material introduced into the furnace chamber during charging can be avoided.
  • the assignment of storage devices to the respective sampling opening enables the individual gas samples to be temporarily stored independently of one another, so that an analysis of the respective gas sample does not have to be carried out immediately at the same time as the sampling by means of an analysis device assigned to the respective sampling opening, but by means of a single analysis device, the individual gas samples, each stored in a sample storage device, can be analyzed in a chronologically consecutive sequence. Only one analysis device is therefore sufficient to successively analyze all of the gas samples taken from the furnace space via the extraction openings.
  • the probe is preferably arranged in a removal position radially inside the furnace chamber in such a way that the probe extends at least partially between the vertical axis and the periphery of the furnace chamber, so that the position of the extraction openings in relation to the vertical axis when the probe is arranged in a defined manner on the periphery of the Furnace space is defined solely by the longitudinal coordinate of the probe.
  • the probe is arranged in a horizontal plane within the furnace chamber, so that the probe can be positioned within a horizontal measuring plane, which is caused by the arrangement of a further measuring device, i.e. in particular a device for temperature measurement with a plurality of acoustic Transmitter/receiver arrangements, or in a horizontal plane arranged at least closely adjacent and parallel to the measurement plane is possible.
  • a further measuring device i.e. in particular a device for temperature measurement with a plurality of acoustic Transmitter/receiver arrangements
  • measured variables determined in the measurement plane such as in particular the temperature, can be overlaid with values for the gas composition determined within the same plane or at least in close proximity to the measurement plane.
  • the storage devices are preferably connected to the common analysis device via valve devices that can be actuated independently of one another, so that the chronological sequence of the respective analysis of the gas samples can be determined by the operator as desired, regardless of a simultaneous removal of the gas samples by means of the removal openings of the probe.
  • both the measurement of the gas composition and the removal of the gas samples can take place at a defined measurement time, so that after a subsequent analysis of the Gas samples in the analysis device an assignment of each to a Position of the gas composition determined in each sampling opening and the temperature at the sampling location can take place.
  • the device for temperature measurement has a plurality of acoustic transmitter/receiver arrangements which are arranged on the periphery of the furnace chamber in a common measurement plane, such that a temperature distribution within the measurement plane is determined.
  • the values of the gas composition determined by means of the probe can be assigned to the temperature values in the areas associated with the positioning of the Removal openings in the removal of the gas samples are made matching positions.
  • the device for taking gas samples and the device for temperature measurement is part of a device arrangement comprising a device for determining the topography of the burden surface in the blast furnace
  • the temperature values determined by means of the temperature measurement and the values of the gas composition determined by means of the probe can be linked to the vertical distance of the measurement plane from the burden surface associated topography values of the burden surface, so that three different parameters of the blast furnace process, namely the temperature, the gas composition and the topography, can be determined at a substantially corresponding point in time of the process.
  • the device for determining the topography of the burden surface comprises a radar device with an antenna device which is arranged in the area of a furnace cover, the antenna device being arranged on a rotation axis inclined at an angle of inclination a relative to the vertical axis of the blast furnace and by means of s a drive device can be rotated about the axis of rotation in such a way that a radar fan formed by the emitted radar radiation of the antenna device strikes the surface of the burden along a profile line and sweeps over the surface of the burden when the antenna device rotates, the topography of the entire surface of the burden can be determined with little operational effort.
  • the probe is moved radially from a ready position outside the furnace chamber to a removal position inside the furnace chamber, gas samples are then removed through the extraction openings arranged inside the furnace chamber with storage of the gas samples in the storage devices, and then the gas samples stored in the storage devices are successively analyzed in the analysis device.
  • the gas samples are preferably taken at the same time, so that despite the subsequent analysis of the respective gas samples taken from the furnace chamber through the different sampling openings, the composition of all the gas samples can be determined at a consistent process time.
  • a functional linear dependency between the temperature and the gas composition along the probe is determined by means of a processor device, and starting from in Defined positions in the measurement plane determined temperature values of the temperature distribution according to the functional dependency between the temperature and the gas composition, the gas composition is determined at the defined positions by means of a processor device in such a way that one of the temperature distribution superimposed device distribution of the gas composition within the measurement plane is determined.
  • the direct assignment of gas temperature and gas composition creates the prerequisite for a corresponding control of the blast furnace process, with irregularities in the blast furnace process in particular being recognizable at an early stage and controlled intervention being possible before damage to the blast furnace can occur.
  • topography values of the burden surface determined by means of a processor device are superimposed on the temperature distribution superimposed on the distribution of the gas composition by means of the device for determining the topography of the burden surface, which is additional to the device for temperature measurement, so that by knowing a corresponding other process parameters, an even more targeted control of the blast furnace process is possible, such that, for example, in the case of a local lowering of the burden surface in an area of increased temperature and a gas composition with a high calorific value, a correspondingly positioned charging with ore takes place in order to prevent overheating in the area of the lowering of the burden surface to prevent.
  • FIG. 1 shows a sectional representation of a shaft furnace with a device for taking gas samples arranged on the upper part of a furnace vessel on a furnace wall;
  • Fig. 2 is a schematic representation of a connected to an analysis device probe in Fig. 1 at the top of Shaft furnace arranged device for taking gas samples;
  • FIG. 3 shows a partially sectioned isometric representation of the furnace vessel shown in FIG. 1 with a device arrangement comprising, in addition to the device for taking gas samples, a device for temperature measurement within the furnace chamber and a device for determining the topography of the burden surface.
  • Fig. 1 shows a shaft furnace 10, which essentially consists of a furnace base 11, a furnace top 12 and a furnace cover 13, in which a charging device designed here as a rotary chute 14 is integrated, which can be pivoted about a vertical axis 15 of the shaft furnace 10 is, so that a discharge ramp 17 adjoining a funnel opening 16 of the rotary chute 14, which can be tilted in relation to the vertical axis 15, can be positioned in a defined manner.
  • a shaft furnace 10 which essentially consists of a furnace base 11, a furnace top 12 and a furnace cover 13, in which a charging device designed here as a rotary chute 14 is integrated, which can be pivoted about a vertical axis 15 of the shaft furnace 10 is, so that a discharge ramp 17 adjoining a funnel opening 16 of the rotary chute 14, which can be tilted in relation to the vertical axis 15, can be positioned in a defined manner.
  • the rotary chute 14 is used for alternating charging of the blast furnace 10 with layers of coke and burden, not shown in detail in FIG. To do this, it is necessary to determine the topography of a burden surface 18 formed in the furnace chamber as precisely as possible.
  • a radar device 20 is arranged in the region of the furnace cover 13 above the burden surface 18 in a furnace wall 19 of the furnace upper part 12 , with a housing 21 of the radar device 20 penetrating the furnace wall 19 .
  • Inside the housing 21 there is an antenna device 22 which is arranged on an antenna carrier 23 which can be rotated about an axis of rotation 24 and can be driven via a carrier shaft 25 with a drive device not shown in detail here.
  • the axis of rotation 24 is inclined at an angle a to the vertical axis 15 and intersects the vertical axis 15 approximately at an intersection S with the burden surface 18.
  • the antenna device 22 is designed in such a way that a main axis direction H of the radar radiation essentially coincides with the axis of rotation 24 and coincides Beam opening angle ß of the antenna device 22 is large enough to form a radar fan 49, which allows the charging of the charge surface 18 along a profile line P of the shaft furnace 10.
  • the radar fan 28 is formed with marginal rays 29, 30.
  • the antenna device 22 rotates through 360° about the axis of rotation 24, the radar fan 28 sweeps over the entire burden surface 18.
  • the rotation of the radar device 20 about the axis of rotation 24 can take place independently of the position of the rotary chute 14 without the risk of a collision with the rotary chute 14.
  • the shaft furnace 10 is provided with a temperature measuring device 26 in its furnace upper part 12 in addition to the radar device 20, which has a plurality of acoustic transmitter/receiver arrangements 28 in a horizontal plane 27 , which are arranged on the periphery 29 of the furnace chamber formed by the furnace wall 19, and which serve to determine a temperature distribution within a measurement plane 30 formed in the horizontal plane 27.
  • the transmitter/receiver arrangements 28 have a loudspeaker device (not shown here) as a transmitter, with which an acoustic signal is emitted, which is received by a receiver device designed as a microphone device.
  • 3 shows the example of a transmitter/receiver arrangement 28 signal paths 31 between a transmitter of the transmitter/receiver arrangement 28 and the receivers of opposite transmitter/receiver arrangements 28, the signal paths defining the measurement plane 30 - kidneys Since the signal propagation times of the acoustic signals along the signal paths 31 depend on the temperature of the top gas above the burden surface 18, which is formed during the reduction of the ore arranged in the furnace base 11, an average temperature of the top gas along a Determine signal path 3 1.
  • a superimposition of all signal paths 3 1 formed between the transmitter/receiver arrangements 28 makes it possible, on the basis of suitable algorithms, to determine a given temperature distribution in the measurement plane 30, so that hotspots can be identified, for example, and in particular taking into account the topography of the burden surface determined by the radar device 20 18 targeted measures for process control of the blast furnace process can be initiated.
  • Such a measure can then consist, for example, in the event that such a hotspot is assigned to an area of the burden surface 18 that has a greatly reduced fill level compared to the surrounding burden surface 18, targeted charging with a disproportionate amount of ore in order to temporarily reduce the reducing temperature-increasing effect of the coke and thus lower the temperature at the point in question on the burden surface.
  • the upper part 12 of the shaft furnace 10 is provided in the present case with a gas sampling device 32 in addition to the radar device 20 and the temperature measuring device 26, which has a rod-shaped probe 33 with a plurality of of sampling openings 34 for taking gas samples from the furnace chamber.
  • the gas sampling device 32 has a frame device 36 arranged outside the furnace space, here on a blast furnace platform 35, which includes a feed device 37 by means of which the probe 33 can be moved into and out of the furnace space.
  • the furnace wall 19 is fitted with a stuffing box packing provided blast furnace socket 38 is provided, which also has a shut-off valve 48 to allow a sealing of the furnace space with a probe 33 arranged completely outside the furnace space.
  • Fig. 1 shows, in its removal position shown in Fig. 1, the probe is arranged radially inside the furnace chamber, with the probe 33 extending into a horizontal plane 39 adjacent to the measuring plane 30 of the temperature measuring device 26, so that measurements with the temperature measuring device 26 may also be possible can then take place when the probe 33 is in the removal position shown, without the probe 33 being able to impede the signal transmission along the signal paths 31 of the temperature measuring device 26.
  • the probe 33 is arranged within the furnace chamber in such a way that the removal openings 34 of the probe 33, which in the present case are arranged equidistantly over the length of the probe 33, cover the burden surface 18 along the radius r of a circular area formed by the burden surface 18.
  • the distal removal opening 34 is located on the vertical axis 15 of the shaft furnace 10, which defines the center M of the burden surface 18, and the proximal removal opening 34 is in the immediate vicinity of the furnace wall 19, so that the removal openings 34 are defined surface points Px to P 6 are assigned to the burden surface 18 .
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the probe 33 with the removal openings 34 formed here on the underside of a probe body 40, which are each connected via a fluid line 41 to a storage device 42 arranged outside of the probe body 40.
  • the storage devices 42 in turn are each connected to an analysis device 44 via a fluid line 43, with a valve device 45 being provided in each of the fluid lines 43 in such a way that the menen and stored in the storage devices gas samples for analysis of the gas composition of the individual gas samples can be supplied to the analysis device 44 independently of one another.
  • the probe 33 shown in FIG. 2 enables gas samples to be taken at the same time, corresponding in number to the number of sampling openings 34, and these can be stored in the storage devices 42 independently of one another.
  • the storage devices 42 are each preceded by a further valve device 46 .
  • the valve device 46 is provided with an auxiliary connection 47 for a purge gas supply, in order to enable the fluid lines 41 to be purged while the probe 33 is arranged outside the furnace chamber, so that when the probe 33 takes subsequent samples, the gas samples are not influenced by residues from previous gas samples can be excluded.
  • the defined arrangement of the probe 33 or the extraction openings 34 of the probe 33 in the measuring plane 30 or closely adjacent to the measuring plane 30, in which the temperature distribution is determined by means of the temperature measuring device 26, enables a defined assignment between the gas samples taken from the top gas in the positions of the sampling openings 34 and the temperatures of the top gas determined in the area of the sampling openings 34, so that along the course of the probe 33, i.e. here along the radius r of the measuring plane 30, the dependence between the temperature and the Gas composition can be represented as a linear function.
  • the dependency between temperature and gas composition which is thus known, it is now possible, as a function of the furnace gas temperature determined by means of the temperature measuring device 26 at any location in the measurement plane 30, the gas composition of the furnace gas can be determined.

Abstract

The invention relates to a device for taking gas samples from a blast furnace, having a rod-shaped probe (33), which is arranged in the furnace chamber of the blast furnace above the charge surface (18) and has a plurality of removal openings (34) for taking gas samples from the furnace chamber, said openings being connected to storage units for connection to an analysis unit, situated outside the furnace chamber, for analysing the gas samples taken, wherein the device has an advancing unit, situated outside the furnace chamber, with which the probe (33) can be moved into and out of the furnace chamber.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Entnahme von Gasproben aus einem Hochofen Apparatus and method for taking gas samples from a blast furnace
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben aus einem Hochofen mit einer im Ofenraum des Hochofens oberhalb der Mölleroberfläche angeordneten stabförmigen Sonde, die eine Mehrzahl von Entnahmeöffnungen zur Entnahme von Gasproben aus dem Ofenraum aufweist, welche mit Speichereinrichtungen zum Anschluss an eine außerhalb des Ofenraums angeordneten Analyseeinrichtung zur Analyse der entnommenen Gasproben verbunden sind, wobei die Vorrichtung eine außerhalb des Ofenraums angeordnete Vorschubeinrichtung aufweist, mit der die Sonde in den Ofenraum hinein und aus dem Ofenraum hinaus verfahrbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entnahme von Gasproben mittels einer derartigen Vorrichtung, wobei die Sonde aus einer Bereitstellungsposition außerhalb des Ofenraums in eine Entnahmeposition innerhalb des Ofenraums radial verfahren wird, anschließend Entnahmen von Gasproben durch die innerhalb des Ofenraums angeordneten Entnahmeöffnungen mit Speicherung der Gasproben in den Speichereinrichtungen erfolgen, und anschließend die in den Speichereinrichtungen gespeicherten Gasproben sukzessive in der Analyseeinrichtung analysiert werden. Steigende Anforderungen an die Hochofentechnologie hinsichtlich Produktivität, Emissionsverminderung und Ressourceneinsatz erfordern den Einsatz fortschrittlicher Messeinrichtungen zur Steuerung und Verfolgung der ablaufenden Prozesse. Messungen der Temperaturen der aus dem Reduktionsprozess aufsteigenden Gase, die in der Vergangenheit nur punktuell über Thermoelemente möglich waren, erfolgen mittlerweile über ein von der Anmelderin unter der Marke TMT SOMA angebotenes akustisches Messsystem, welches eine zweidimensionale Temperaturverteilung in einer oberhalb der Mölleroberfläche durch die Anordnung des Messsystems definierten Messebene liefert. The present invention relates to a device for taking gas samples from a blast furnace with a rod-shaped probe arranged in the furnace chamber of the blast furnace above the burden surface, which has a plurality of extraction openings for taking gas samples from the furnace chamber, which are equipped with storage devices for connection to an outside of the furnace chamber arranged analysis device for analyzing the gas samples taken are connected, the device having a feed device arranged outside of the furnace chamber, with which the probe can be moved into and out of the furnace chamber. Furthermore, the invention relates to a method for taking gas samples by means of such a device, the probe being moved radially from a ready position outside the furnace chamber to a sampling position inside the furnace chamber, gas samples then being taken through the sampling openings arranged inside the furnace chamber with storage of the gas samples take place in the storage devices, and then the gas samples stored in the storage devices are analyzed successively in the analysis device. Increasing demands on blast furnace technology in terms of productivity, emission reduction and use of resources require the use of advanced measuring devices to control and monitor the ongoing processes. Measurements of the temperatures of the gases rising from the reduction process, which in the past were only possible at certain points using thermocouples, are now carried out using an acoustic measuring system offered by the applicant under the brand name TMT SOMA, which calculates a two-dimensional temperature distribution in a layer above the burden surface through the arrangement of the Measurement system defined measurement level delivers.
Der in einem Hochofen ablaufende Prozess wird wesentlich durch den Aufbau der im Ofengefäß angeordneten Schichtung aus Koks und Erz bestimmt, die die Hochofenmöllerung ausbildet, wobei zur Ausbildung der Schichten eine Begichtung des Hochofens erfolgt, bei der durch die Gicht des Hochofens Erz, Koks und mögliche Zuschläge in den Ofenraum eingebracht werden. Zur Begichtung wird regelmäßig eine um die Hochachse des Hochofens rotierbare Beschickungseinrichtung eingesetzt, die fachthermologisch al s „Drehschurre“ bezeichnet wird und die eine Schüttrampe aufweist, deren Neigung gegenüber der Hochachse verstellbar ist, um möglichst exakt definierte Schichten zur Erzielung eines reproduzierbaren Hochofenprozesses zu ermöglichen. The process that takes place in a blast furnace is essentially determined by the structure of the layering of coke and ore in the furnace vessel, which forms the blast furnace burden Additives are introduced into the furnace chamber. For charging, a charging device that can be rotated around the vertical axis of the blast furnace is regularly used, which is technically termed a "rotary chute" and which has a discharge ramp whose inclination relative to the vertical axis can be adjusted in order to enable layers that are defined as precisely as possible to achieve a reproducible blast furnace process.
Hierzu ist es notwendig, die Topografie der Mölleroberfläche möglichst exakt zu bestimmen, wobei es in diesem Zusammenhang bekannt ist, eine von der Anmelderin unter der Marke 3DTop Scan angebotene Radareinrichtung einzusetzen, mit der die Oberflächentopografie erfasst werden kann. For this purpose it is necessary to determine the topography of the burden surface as precisely as possible, it being known in this context to use a radar device offered by the applicant under the brand name 3DTop Scan, with which the surface topography can be recorded.
Ein wesentlicher Parameter des Hochofenprozesses ist durch die Gaszusammensetzung des aus der Möllerung aufsteigenden Gichtgases gegeben, wobei es bekannt ist, zur Messung der Gaszusammensetzung mittels einer innerhalb des Ofenraums an der Ofenwand fest installierten Messlanze, die oberhalb der Möllerung angeordnet ist, Gasproben zu entneh- men. Zur Entnahme der Gasproben ist die Messlanze mit einer Mehrzahl von Entnahmeöffnungen versehen, die j eweils über eine Rohrleitung mit einer außerhalb des Ofenraums angeordneten Analyseeinrichtung verbunden sind, wobei die Analysen der j eweils durch unterschiedliche Entnahmeöffnungen dem Ofenraum entnommenen Gasproben in voneinander unabhängigen, j eweils der einzelnen Entnahmeöffnungen zugeordneten Analyseeinrichtungen erfolgen. An essential parameter of the blast furnace process is given by the gas composition of the top gas rising from the burden, whereby it is known to take gas samples to measure the gas composition by means of a measuring lance permanently installed on the furnace wall inside the furnace chamber, which is arranged above the burden. men. To take the gas samples, the measuring probe is provided with a plurality of sampling openings, each of which is connected via a pipe to an analysis device arranged outside the furnace chamber, with the analyzes of the gas samples taken from the furnace chamber through different sampling openings being carried out independently of one another, each of the analysis devices assigned to individual removal openings.
Die bekannten Messlanzen befinden sich in einer Anordnung unterhalb der für die Begichtung des Ofens erforderlichen Drehschurre, so dass eine Kollision der rotierenden Drehschurre mit der fest an der Ofenwand installierten Messlanze vermieden werden kann. Allerdings kommt es aufgrund der vorstehend erläuterten Relativanordnung häufig zu einer Kollision des über die Drehschurre in den Ofenraum eingeführten Materials mit der Messlanze, die zwar gegebenenfalls durch eine nach unten geneigte Ausrichtung der Messlanze abgemildert werden kann, wobei die Messlanze j edoch in j edem Fall aufgrund der wiederholten Kollisionen einem entsprechenden Verschleiß unterliegt. The known measuring lances are located in an arrangement below the rotary chute required for charging the furnace, so that a collision of the rotating rotary chute with the measuring lance permanently installed on the furnace wall can be avoided. However, due to the relative arrangement explained above, the material introduced into the furnace chamber via the rotary chute often collides with the measuring lance subject to wear and tear from repeated collisions.
Weiterhin wird es als nachteilig angesehen, dass aufgrund des Anschlusses der einzelnen Entnahmeöffnungen an j eweils eine gesonderte Analyseeinrichtung der Betrieb der bekannten Vorrichtung mit einem entsprechend großen apparativen Aufwand verbunden ist. Furthermore, it is considered to be disadvantageous that due to the connection of the individual removal openings to a separate analysis device in each case, the operation of the known device is associated with a correspondingly large amount of equipment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben aus einem Hochofen vorzuschlagen, die zum einen einen kollisionsfreien Betrieb ermöglicht, und zum anderen einen vergleichsweise geringen apparativen Aufwand zur Durchführung der Probenanalyse erfordert. The invention is based on the object of proposing a device for taking gas samples from a blast furnace which, on the one hand, enables collision-free operation and, on the other hand, requires comparatively little equipment to carry out the sample analysis.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben aus einem Hochofen weist eine im Ofenraum des Hochofens oberhalb der Mölleroberfläche angeordnete stabförmige Sonde mit einer Mehrzahl von Entnahmeöffnungen zur Entnahme von Gasproben aus dem Ofenraum auf, wobei die Entnahmeöffnungen mit Speichereinrichtungen zum Anschluss an eine außerhalb des Ofenraums angeordnete Analyseeinrichtung zur Analyse der entnommenen Gasproben verbunden sind, wobei die Vorrichtung eine außerhalb des Ofenraums angeordnete Vorschubeinrichtung aufweist, mit der die Sonde in den Ofenraum hinein und aus dem Ofenraum hinaus verfahrbar ist. To solve this problem, the device according to the invention has the features of claim 1 . The device according to the invention for taking gas samples from a blast furnace has a rod-shaped probe arranged in the furnace chamber of the blast furnace above the burden surface with a plurality of extraction openings for taking gas samples from the furnace chamber, the extraction openings having storage devices for connection to an analysis device arranged outside the furnace chamber for analyzing the gas samples taken, the device having a feed device which is arranged outside the furnace chamber and with which the probe can be moved into and out of the furnace chamber.
Die Ausbildung der Vorrichtung mit einer stabförmigen, in den Ofenraum hinein und aus dem Ofenraum hinaus verfahrbaren Sonde, die mittels einer außerhalb des Ofenraums angeordneten Vorschubeinrichtung verfahrbar ist, ermöglicht einen Einsatz der Sonde innerhalb des Ofenraums in Ab stimmung mit der Begichtungsmatrix des Hochofens, also eine lediglich temporäre Anordnung der Sonde innerhalb des Ofenraums während der Begichtungspausen, so dass eine Kollision der Sonde mit während der Begichtung in den Ofenraum eingeführtem Material vermieden werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Zuordnung von Speichereinrichtungen zur j eweiligen Entnahmeöffnung eine voneinander unabhängige Zwischenspeicherung der einzelnen Gasproben, so dass nicht unmittelbar im zeitlichen Zusammenhang mit der Probenentnahme eine Analyse der j eweiligen Gasprobe mittels einer der j eweiligen Entnahmeöffnung zugeordneten Analyseeinrichtung durchgeführt werden muss, sondern mittels einer einzigen Analyseeinrichtung die einzelnen, j eweils in einer Probenspeichereinrichtung gespeicherten Gasproben in zeitlich einander nachfolgenden Abfolge analysiert werden können. Damit ist lediglich eine Analyseeinrichtung ausreichend, um sukzessive sämtliche der über die Entnahmeöffnungen dem Ofenraum entnommenen Gasproben zu analysieren. Vorzugsweise ist die Sonde in einer Entnahmeposition radial innerhalb des Ofenraums angeordnet, derart, dass sich die Sonde zumindest teilweise zwischen der Hochachse und der Peripherie des Ofenraums erstreckt, so dass die Position der Entnahmeöffnungen bezogen auf die Hochachse bei definierter Anordnung der Sonde an der Peripherie des Ofenraums allein durch die Längskoordinate der Sonde definiert ist. The design of the device with a rod-shaped probe that can be moved into and out of the furnace chamber, which can be moved by means of a feed device arranged outside the furnace chamber, enables the probe to be used inside the furnace chamber in accordance with the charging matrix of the blast furnace, i.e. a only temporary arrangement of the probe within the furnace chamber during the charging pauses, so that a collision of the probe with material introduced into the furnace chamber during charging can be avoided. In addition, the assignment of storage devices to the respective sampling opening enables the individual gas samples to be temporarily stored independently of one another, so that an analysis of the respective gas sample does not have to be carried out immediately at the same time as the sampling by means of an analysis device assigned to the respective sampling opening, but by means of a single analysis device, the individual gas samples, each stored in a sample storage device, can be analyzed in a chronologically consecutive sequence. Only one analysis device is therefore sufficient to successively analyze all of the gas samples taken from the furnace space via the extraction openings. The probe is preferably arranged in a removal position radially inside the furnace chamber in such a way that the probe extends at least partially between the vertical axis and the periphery of the furnace chamber, so that the position of the extraction openings in relation to the vertical axis when the probe is arranged in a defined manner on the periphery of the Furnace space is defined solely by the longitudinal coordinate of the probe.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Sonde in einer Horizontalebene innerhalb des Ofenraums angeordnet ist, so dass eine Positionierung der Sonde innerhalb einer horizontalen Messebene, die durch die Anordnung einer weiteren Messeinrichtung, also insbesondere eine Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einer Mehrzahl von akusti schen Sender-/Empfänger-Anordnungen, oder in einer zumindest dicht benachbart und parallel zu der Messebene angeordneten Horizontalebene möglich ist. Hierdurch können in der Messebene ermittelte Messgrößen, wie insbesondere die Temperatur, mit innerhalb derselben Ebene oder zumindest dicht benachbart zur Messebene ermittelten Werten für die Gaszusammensetzung überlagert werden. It has proven to be particularly advantageous if the probe is arranged in a horizontal plane within the furnace chamber, so that the probe can be positioned within a horizontal measuring plane, which is caused by the arrangement of a further measuring device, i.e. in particular a device for temperature measurement with a plurality of acoustic Transmitter/receiver arrangements, or in a horizontal plane arranged at least closely adjacent and parallel to the measurement plane is possible. As a result, measured variables determined in the measurement plane, such as in particular the temperature, can be overlaid with values for the gas composition determined within the same plane or at least in close proximity to the measurement plane.
Vorzugsweise sind die Speichereinrichtungen über unabhängig voneinander betätigbare Ventileinrichtungen mit der gemeinsamen Analyseeinrichtung verbunden, so dass unabhängig von einer zeitgleichen Entnahme der Gasproben mittels der Entnahmeöffnungen der Sonde die zeitliche Abfolge der j eweiligen Analyse der Gasproben durch den Bediener beliebig bestimmbar ist. The storage devices are preferably connected to the common analysis device via valve devices that can be actuated independently of one another, so that the chronological sequence of the respective analysis of the gas samples can be determined by the operator as desired, regardless of a simultaneous removal of the gas samples by means of the removal openings of the probe.
Wenn die Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben Bestandteil einer Vorrichtungsanordnung umfassend eine Vorrichtung zur Temperaturmessung innerhalb des Ofenraums ist, kann zu einem definierten Messzeitpunkt sowohl die Messung der Gaszusammensetzung als auch die Entnahme der Gasproben erfolgen, so dass nach Durchführung einer unabhängig vom Messzeitpunkt nachfolgend durchgeführten Analyse der Gasproben in der Analyseeinrichtung eine Zuordnung der j eweils an einer Position der j eweiligen Entnahmeöffnung ermittelten Gaszusammensetzung und der Temperatur am Ort der Probenentnahme erfolgen kann. If the device for taking gas samples is part of a device arrangement comprising a device for measuring the temperature inside the furnace chamber, both the measurement of the gas composition and the removal of the gas samples can take place at a defined measurement time, so that after a subsequent analysis of the Gas samples in the analysis device an assignment of each to a Position of the gas composition determined in each sampling opening and the temperature at the sampling location can take place.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vorrichtung zur Temperaturmessung eine Mehrzahl von akustischen Sender-/Empfänger-Anordnung aufweist, die an der Peripherie des Ofenraums in einer gemeinsamen Messebene angeordnet sind, derart, dass eine Temperaturverteilung innerhalb der Messebene ermittelt wird. It is particularly preferred if the device for temperature measurement has a plurality of acoustic transmitter/receiver arrangements which are arranged on the periphery of the furnace chamber in a common measurement plane, such that a temperature distribution within the measurement plane is determined.
Wenn sich die Sonde innerhalb der Messebene der Vorrichtung zur Temperaturmessung oder in einer zur Messebene benachbarten Horizontalebene erstreckt, kann in einem durch die Messebene definierten Abstand von der Mölleroberfläche eine Zuordnung der mittels der Sonde ermittelten Werte der Gaszusammensetzung zu den Temperaturwerten in den mit der Positionierung der Entnahmeöffnungen bei der Entnahme der Gasproben übereinstimmende Positionen erfolgen. If the probe extends within the measuring plane of the device for temperature measurement or in a horizontal plane adjacent to the measuring plane, at a distance from the burden surface defined by the measuring plane, the values of the gas composition determined by means of the probe can be assigned to the temperature values in the areas associated with the positioning of the Removal openings in the removal of the gas samples are made matching positions.
Wenn die Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben und die Vorrichtung zur Temperaturmessung Bestandteil einer Vorrichtungsanordnung umfassend eine Vorrichtung zur Bestimmung der Topografie der Mölleroberfläche im Hochofen ist, können die mittels der Temperaturmessung ermittelten Temperaturwerte und die mittels der Sonde ermittelten Werte der Gaszusammensetzung verknüpft werden mit den über den vertikalen Abstand der Messebene von der Mölleroberfläche zugeordneten Topografiewerten der Mölleroberfläche, so dass drei unterschiedliche Parameter des Hochofenprozesses, nämlich die Temperatur, die Gaszusammensetzung und die Topografie zu einem im wesentlichen übereinstimmenden Zeitpunkt des Prozesses ermittelbar sind. If the device for taking gas samples and the device for temperature measurement is part of a device arrangement comprising a device for determining the topography of the burden surface in the blast furnace, the temperature values determined by means of the temperature measurement and the values of the gas composition determined by means of the probe can be linked to the vertical distance of the measurement plane from the burden surface associated topography values of the burden surface, so that three different parameters of the blast furnace process, namely the temperature, the gas composition and the topography, can be determined at a substantially corresponding point in time of the process.
Wenn die Vorrichtung zur Bestimmung der Topografie der Mölleroberfläche eine Radareinrichtung mit einer Antenneneinrichtung umfasst, die im Bereich eines Ofendeckels angeordnet ist, wobei die Antenneneinrichtung auf einer gegenüber der Hochachse des Hochofens unter einem Neigungswinkel a geneigten Rotationsachse angeordnet ist und mittel s einer Antriebseinrichtung um die Rotationsachse rotierbar ist, derart, dass ein durch die emittierte Radarstrahlung der Antenneneinrichtung gebildeter Radarfächer längs einer Profillinie auf die Mölleroberfläche auftrifft und bei Rotation der Antenneneinrichtung die Mölleroberfläche überstreicht, kann die Topografie der gesamten Mölleroberfläche mit geringem operativen Aufwand bestimmt werden. If the device for determining the topography of the burden surface comprises a radar device with an antenna device which is arranged in the area of a furnace cover, the antenna device being arranged on a rotation axis inclined at an angle of inclination a relative to the vertical axis of the blast furnace and by means of s a drive device can be rotated about the axis of rotation in such a way that a radar fan formed by the emitted radar radiation of the antenna device strikes the surface of the burden along a profile line and sweeps over the surface of the burden when the antenna device rotates, the topography of the entire surface of the burden can be determined with little operational effort.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entnahme von Gasproben mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Sonde aus einer Bereitstellungsposition außerhalb des Ofenraums in eine Entnahmeposition innerhalb des Ofenraums radial verfahren, anschließend erfolgen Entnahmen von Gasproben durch die innerhalb des Ofenraums angeordneten Entnahmeöffnungen mit Speicherung der Gasproben in den Speichereinrichtungen, und anschließend werden die in den Speichereinrichtungen gespeicherten Gasproben sukzessive in der Analyseeinrichtung analysiert. In the method according to the invention for taking gas samples by means of the device according to the invention, the probe is moved radially from a ready position outside the furnace chamber to a removal position inside the furnace chamber, gas samples are then removed through the extraction openings arranged inside the furnace chamber with storage of the gas samples in the storage devices, and then the gas samples stored in the storage devices are successively analyzed in the analysis device.
Vorzugsweise erfolgen die Entnahmen der Gasproben zeitgleich, so dass trotz der einander nachfolgenden Analyse der j eweiligen durch die unterschiedlichen Entnahmeöffnungen dem Ofenraum entnommenen Gasproben die Zusammensetzung sämtlicher Gasproben in einem übereinstimmenden Prozesszeitpunkt bestimmt werden kann. The gas samples are preferably taken at the same time, so that despite the subsequent analysis of the respective gas samples taken from the furnace chamber through the different sampling openings, the composition of all the gas samples can be determined at a consistent process time.
Vorzugsweise wird durch Zuordnung der in den Entnahmepositionen der Sonde mittels der Analyseeinrichtung ermittelten Gaszusammensetzungen zu den mittels der Vorrichtungen nach Anspruch 7 an den Entnahmepositionen ermittelten Temperaturwerten mittels einer Prozessoreinrichtung eine funktionale lineare Abhängigkeit zwischen der Temperatur und der Gaszusammensetzung längs der Sonde ermittelt, und ausgehend von in definierten Positionen in der Messebene ermittelten Temperaturwerten der Temperaturverteilung entsprechend der funktionalen Abhängigkeit zwischen der Temperatur und der Gaszusammensetzung wird mittels einer Prozessoreinrichtung die Gaszusammensetzung an den definierten Positionen bestimmt, derart, dass eine der Temperaturverteilung Überla- gerte Verteilung der Gaszusammensetzung innerhalb der Messebene ermittelt wird. Preferably, by assigning the gas compositions determined in the extraction positions of the probe by means of the analysis device to the temperature values determined by means of the devices according to claim 7 at the extraction positions, a functional linear dependency between the temperature and the gas composition along the probe is determined by means of a processor device, and starting from in Defined positions in the measurement plane determined temperature values of the temperature distribution according to the functional dependency between the temperature and the gas composition, the gas composition is determined at the defined positions by means of a processor device in such a way that one of the temperature distribution superimposed device distribution of the gas composition within the measurement plane is determined.
Durch die unmittelbare Zuordnung von Gastemperatur und Gaszusammensetzung ist die Voraussetzung für eine entsprechende Steuerung des Hochofenprozesses geschaffen, wobei insbesondere Unregelmäßigkeiten im Hochofenprozess frühzeitig erkennbar sind und somit gesteuert eingegriffen werden kann, bevor Schäden am Hochofen entstehen können. The direct assignment of gas temperature and gas composition creates the prerequisite for a corresponding control of the blast furnace process, with irregularities in the blast furnace process in particular being recognizable at an early stage and controlled intervention being possible before damage to the blast furnace can occur.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn mittels einer Prozessoreinrichtung der mit der Verteilung der Gaszusammensetzung überlagerten Temperaturverteilung mittels der neben der Vorrichtung zur Temperaturmessung zusätzlichen Vorrichtung zur Bestimmung der Topografie der Mölleroberfläche ermittelte Topografiewerte der Mölleroberfläche überlagert werden, so dass durch die Kenntni s eines entsprechenden weiteren Prozessparametes eine noch gezieltere Steuerung des Hochofenprozesses möglich wird, derart, dass beispielsweise bei einer lokalen Absenkung der Mölleroberfläche in einem Bereich erhöhter Temperatur und einer Gaszusammensetzung mit hohem Brennwert eine entsprechend positionierte Begichtung mit Erz erfolgt, um eine Überhitzung in dem Bereich der Absenkung der Mölleroberfläche zu verhindern. It is particularly advantageous in this context if topography values of the burden surface determined by means of a processor device are superimposed on the temperature distribution superimposed on the distribution of the gas composition by means of the device for determining the topography of the burden surface, which is additional to the device for temperature measurement, so that by knowing a corresponding other process parameters, an even more targeted control of the blast furnace process is possible, such that, for example, in the case of a local lowering of the burden surface in an area of increased temperature and a gas composition with a high calorific value, a correspondingly positioned charging with ore takes place in order to prevent overheating in the area of the lowering of the burden surface to prevent.
Nachfolgend wird anhand der Figuren eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine Ausführungsform eines mittels der Vorrichtung durchführbaren Verfahrens näher erläutert. An embodiment of the device according to the invention and an embodiment of a method that can be carried out by means of the device are explained in more detail below with reference to the figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen Schachtofen in Schnittdarstellung mit einer am Oberteil eines Ofengefäßes an einer Ofenwand angeordneten Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben; 1 shows a sectional representation of a shaft furnace with a device for taking gas samples arranged on the upper part of a furnace vessel on a furnace wall;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mit einer Analyseeinrichtung verbundenen Sonde der in Fig. 1 am Oberteil des Schachtofens angeordneten Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben; Fig. 2 is a schematic representation of a connected to an analysis device probe in Fig. 1 at the top of Shaft furnace arranged device for taking gas samples;
Fig- 3 eine teilweise geschnittene isometrische Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Ofengefäßes mit einer neben der Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben eine Vorrichtung zur Temperaturmessung innerhalb des Ofenraums sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Topografie der Mölleroberfläche umfassenden Vorrichtungsanordnung. 3 shows a partially sectioned isometric representation of the furnace vessel shown in FIG. 1 with a device arrangement comprising, in addition to the device for taking gas samples, a device for temperature measurement within the furnace chamber and a device for determining the topography of the burden surface.
Fig. 1 zeigt einen Schachtofen 10, der im Wesentlichen aus einem Ofenunterteil 1 1 , einem Ofenoberteil 12 und einem Ofendeckel 13 besteht, in den eine, hier als Drehschurre 14 ausgebildete Beschickungseinrichtung integriert ist, die um eine Hochachse 15 des Schachtofens 10 ver- schwenkbar ist, so dass eine an eine Trichteröffnung 16 der Drehschurre 14 anschließende Schüttrampe 17, die gegenüber der Hochachse 15 neigungsverstellbar ist, definiert positioniert werden kann. Fig. 1 shows a shaft furnace 10, which essentially consists of a furnace base 11, a furnace top 12 and a furnace cover 13, in which a charging device designed here as a rotary chute 14 is integrated, which can be pivoted about a vertical axis 15 of the shaft furnace 10 is, so that a discharge ramp 17 adjoining a funnel opening 16 of the rotary chute 14, which can be tilted in relation to the vertical axis 15, can be positioned in a defined manner.
Die Drehschurre 14 dient zur alternierenden Beschickung des Hochofens 10 mit in Fig. 1 im Einzelnen nicht näher dargestellten Koks- und Möllerschichten, wobei möglichst exakt definierte Schichten zur Erzielung eines reproduzierbaren Hochofenprozesses angestrebt werden. Hierzu ist es notwendig, die Topografie einer im Ofenraum ausgebildeten Mölleroberfläche 18 möglichst exakt zu bestimmen. The rotary chute 14 is used for alternating charging of the blast furnace 10 with layers of coke and burden, not shown in detail in FIG. To do this, it is necessary to determine the topography of a burden surface 18 formed in the furnace chamber as precisely as possible.
Zur Erfassung der Mölleroberfläche 18 ist im Bereich des Ofendeckels 13 oberhalb der Mölleroberfläche 18 in einer Ofenwand 19 des Ofenoberteils 12 eine Radareinrichtung 20 angeordnet, wobei ein Gehäuse 21 der Radareinrichtung 20 die Ofenwand 19 durchdringt. Innerhalb des Gehäuses 21 befindet sich eine Antenneneinrichtung 22, die auf einem Antennenträger 23 angeordnet ist, der um eine Rotationsachse 24 drehbar und mit einer hier nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung über eine Trägerwelle 25 antreibbar ist. Die Rotationsachse 24 ist unter einem Winkel a gegenüber der Hochachse 15 geneigt und schneidet die Hochachse 15 etwa in einem Schnittpunkt S mit der Mölleroberfläche 18. Die Antenneneinrichtung 22 ist so ausgebildet, dass eine Hauptachsenrichtung H der Radarstrahlung im Wesentlichen mit der Rotationsachse 24 zusammenfällt und ein Strahlöff- nungswinkel ß der Antenneneinrichtung 22 ausreichend groß ist, um einen Radarfächer 49 auszubilden, der die Beaufschlagung der Mölleroberfläche 18 längs einer Profillinie P des Schachtofens 10 ermöglicht. Im vorliegenden Fall ergibt sich eine Ausbildung des Radarfächers 28 mit Randstrahlen 29, 30. Bei einer Drehung der Antenneneinrichtung 22 um die Rotationsachse 24 um 360° wird von dem Radarfächer 28 die gesamte Mölleroberfläche 18 überstrichen. Wie aus Fig. 1 deutlich wird, kann die Rotation der Radareinrichtung 20 um die Rotationsachse 24 unabhängig von der Stellung der Drehschurre 14 ohne die Gefahr einer Kollision mit der Drehschurre 14 erfolgen. To detect the burden surface 18 , a radar device 20 is arranged in the region of the furnace cover 13 above the burden surface 18 in a furnace wall 19 of the furnace upper part 12 , with a housing 21 of the radar device 20 penetrating the furnace wall 19 . Inside the housing 21 there is an antenna device 22 which is arranged on an antenna carrier 23 which can be rotated about an axis of rotation 24 and can be driven via a carrier shaft 25 with a drive device not shown in detail here. The axis of rotation 24 is inclined at an angle a to the vertical axis 15 and intersects the vertical axis 15 approximately at an intersection S with the burden surface 18. The antenna device 22 is designed in such a way that a main axis direction H of the radar radiation essentially coincides with the axis of rotation 24 and coincides Beam opening angle ß of the antenna device 22 is large enough to form a radar fan 49, which allows the charging of the charge surface 18 along a profile line P of the shaft furnace 10. In the present case, the radar fan 28 is formed with marginal rays 29, 30. When the antenna device 22 rotates through 360° about the axis of rotation 24, the radar fan 28 sweeps over the entire burden surface 18. As is clear from FIG. 1, the rotation of the radar device 20 about the axis of rotation 24 can take place independently of the position of the rotary chute 14 without the risk of a collision with the rotary chute 14.
Wie insbesondere einer Zusammenschau der Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist, ist der Schachtofen 10 zusätzlich zu der Radareinrichtung 20 in seinem Ofenoberteil 12 mit einer Temperaturmesseinrichtung 26 versehen, die in einer Horizontalebene 27 eine Mehrzahl von akustischen Sender- /Empfänger-Anordnungen 28 aufweist, die an der durch die Ofenwand 19 gebildeten Peripherie 29 des Ofenraums angeordnet sind, und die dazu dienen, eine Temperaturverteilung innerhalb einer in der Horizontalebene 27 ausgebildeten Messebene 30 zu ermitteln. As can be seen in particular from a synopsis of FIGS. 1 and 3, the shaft furnace 10 is provided with a temperature measuring device 26 in its furnace upper part 12 in addition to the radar device 20, which has a plurality of acoustic transmitter/receiver arrangements 28 in a horizontal plane 27 , which are arranged on the periphery 29 of the furnace chamber formed by the furnace wall 19, and which serve to determine a temperature distribution within a measurement plane 30 formed in the horizontal plane 27.
Die Sender-/Empfänger-Anordnungen 28 weisen vorliegenden Fall als Sender eine hier nicht näher dargestellte Lautsprechereinrichtung auf, mit der ein akustisches Signal ausgesendet wird, das von einer als Mikrofoneinrichtung ausgebildeten Empfängereinrichtung empfangen wird. In Fig. 3 sind am Beispiel einer Sende-/Empfängeranordnung 28 Signalstrecken 3 1 zwischen einem Sender der Sender-/Empfänger-Anordnung 28 und den Empfängern gegenüberliegender Sender-/Empfänger-Anord- nungen 28 dargestellt, wobei die Signal strecken die Messebene 30 defi- nieren. Da die Signallaufzeiten der akustischen Signale längs den Signalstrecken 3 1 abhängig sind von der Temperatur des oberhalb der Mölleroberfläche 18 ausgebildeten Gichtgases, das bei der Reduktion des im Ofenunterteil 1 1 angeordneten Erzes gebildet wird, lässt sich aus der Signallaufzeit eine gemittelte Temperatur des Gichtgases längs einer Signalstrecke 3 1 ermitteln. Eine Überlagerung sämtlicher zwischen den Sender-/Empfänger-Anordnungen 28 ausgebildeten Signalstrecken 3 1 ermöglicht auf Basis geeigneter Algorithmen die Ermittlung einer in der Messebene 30 gegebenen Temperaturverteilung, so dass etwa Hotspots erkennbar werden und insbesondere unter Berücksichtigung der mittels der Radareinrichtung 20 ermittelten Topografie der Mölleroberfläche 18 gezielt Maßnahmen zur Prozesssteuerung des Hochofenprozesses eingeleitet werden können. Eine derartige Maßnahme kann dann beispielsweise darin bestehen, dass für den Fall, dass ein derartiger Hotspot einem Bereich der Mölleroberfläche 18 zugeordnet ist, der eine zur umgebenden Mölleroberfläche 18 stark reduzierte Füllstandshöhe aufweist, gezielt mit einer überproportionalen Menge von Erz beschickt wird, um temporär die reduzierende temperatursteigernde Wirkung des Koks zu verringern und somit die Temperatur an der betreffenden Stelle der Mölleroberfläche abzusenken. In the present case, the transmitter/receiver arrangements 28 have a loudspeaker device (not shown here) as a transmitter, with which an acoustic signal is emitted, which is received by a receiver device designed as a microphone device. 3 shows the example of a transmitter/receiver arrangement 28 signal paths 31 between a transmitter of the transmitter/receiver arrangement 28 and the receivers of opposite transmitter/receiver arrangements 28, the signal paths defining the measurement plane 30 - kidneys Since the signal propagation times of the acoustic signals along the signal paths 31 depend on the temperature of the top gas above the burden surface 18, which is formed during the reduction of the ore arranged in the furnace base 11, an average temperature of the top gas along a Determine signal path 3 1. A superimposition of all signal paths 3 1 formed between the transmitter/receiver arrangements 28 makes it possible, on the basis of suitable algorithms, to determine a given temperature distribution in the measurement plane 30, so that hotspots can be identified, for example, and in particular taking into account the topography of the burden surface determined by the radar device 20 18 targeted measures for process control of the blast furnace process can be initiated. Such a measure can then consist, for example, in the event that such a hotspot is assigned to an area of the burden surface 18 that has a greatly reduced fill level compared to the surrounding burden surface 18, targeted charging with a disproportionate amount of ore in order to temporarily reduce the reducing temperature-increasing effect of the coke and thus lower the temperature at the point in question on the burden surface.
Wie Fig. 1 zeigt, ist der Schachtofen 10 an seinem Ofenoberteil 12 im vorliegenden Fall zusätzlich zu der Radareinrichtung 20 und der Temperaturmesseinrichtung 26 mit einer Gasprobenentnahmevorrichtung 32 versehen, die eine im Ofenraum des Schachtofens 10 oberhalb der Mölleroberfläche 18 angeordnete stabförmige Sonde 33 mit einer Mehrzahl von Entnahmeöffnungen 34 zur Entnahme von Gasproben aus dem Ofenraum aufweist. Die Gasprobenentnahmevorrichtung 32 weist eine außerhalb des Ofenraums, hier auf eine Hochofenbühne 35 angeordnete Gestelleinrichtung 36 auf, die eine Vorschubeinrichtung 37 umfasst, mittels der die Sonde 33 in den Ofenraum hinein und aus dem Ofenraum hinaus verfahrbar ist. Um eine gasdichte Durchdringung der Ofenwand 19 zu ermöglichen, ist an der Ofenwand 19 ein mit einer Stopfbuchsenpackung versehener Hochofenstutzen 38 vorgesehen, der darüber hinaus ein Absperrventil 48 aufweist, um bei einer vollständig außerhalb des Ofenraums angeordneten Sonde 33 eine Abdichtung des Ofenraums zu ermöglichen. As Fig. 1 shows, the upper part 12 of the shaft furnace 10 is provided in the present case with a gas sampling device 32 in addition to the radar device 20 and the temperature measuring device 26, which has a rod-shaped probe 33 with a plurality of of sampling openings 34 for taking gas samples from the furnace chamber. The gas sampling device 32 has a frame device 36 arranged outside the furnace space, here on a blast furnace platform 35, which includes a feed device 37 by means of which the probe 33 can be moved into and out of the furnace space. In order to enable gas-tight penetration of the furnace wall 19, the furnace wall 19 is fitted with a stuffing box packing provided blast furnace socket 38 is provided, which also has a shut-off valve 48 to allow a sealing of the furnace space with a probe 33 arranged completely outside the furnace space.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die Sonde in ihrer in Fig. 1 dargestellten Entnahmeposition radial innerhalb des Ofenraums angeordnet, wobei sich die Sonde 33 in eine zur Messebene 30 der Temperaturmesseinrichtung 26 benachbarten Horizontalebene 39 erstreckt, so dass gegebenenfalls Messungen mit der Temperaturmesseinrichtung 26 auch dann erfolgen können, wenn sich die Sonde 33 in der dargestellten Entnahmeposition befindet, ohne dass die Sonde 33 die Signalübertragung längs der Signalstrecken 3 1 der Temperaturmesseinrichtung 26 behindern könnte. As Fig. 1 shows, in its removal position shown in Fig. 1, the probe is arranged radially inside the furnace chamber, with the probe 33 extending into a horizontal plane 39 adjacent to the measuring plane 30 of the temperature measuring device 26, so that measurements with the temperature measuring device 26 may also be possible can then take place when the probe 33 is in the removal position shown, without the probe 33 being able to impede the signal transmission along the signal paths 31 of the temperature measuring device 26.
Die Sonde 33 ist derart innerhalb des Ofenraums angeordnet, dass die Entnahmeöffnungen 34 der Sonde 33 , die im vorliegenden Fall äquidistant über die Länge der Sonde 33 verteilt angeordnet sind, die Mölleroberfläche 18 längs des Radius r einer durch die Mölleroberfläche 18 gebildeten Kreisfläche überdecken. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die distale Entnahmeöffnung 34 auf der den Mittelpunkt M der Mölleroberfläche 18 definierenden Hochachse 15 des Schachtofens 10 und die proximale Entnahmeöffnung 34 in unmittelbarer Nachbarschaft zur Ofenwand 19, so dass die Entnahmeöffnungen 34 definierten Oberflächenpunkten Px bis P6 der Mölleroberfläche 18 zugeordnet sind. The probe 33 is arranged within the furnace chamber in such a way that the removal openings 34 of the probe 33, which in the present case are arranged equidistantly over the length of the probe 33, cover the burden surface 18 along the radius r of a circular area formed by the burden surface 18. In the embodiment shown in Fig. 1, the distal removal opening 34 is located on the vertical axis 15 of the shaft furnace 10, which defines the center M of the burden surface 18, and the proximal removal opening 34 is in the immediate vicinity of the furnace wall 19, so that the removal openings 34 are defined surface points Px to P 6 are assigned to the burden surface 18 .
Fig- 2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Sonde 33 mit den hier auf einer LTnterseite eines Sondenkorpus 40 ausgebildeten Entnahmeöffnungen 34, die j eweils über eine Fluidleitung 41 an eine außerhalb des Sondenkorpus 40 angeordnete Speichereinrichtung 42 angeschlossen sind. Die Speichereinrichtungen 42 ihrerseits sind j eweils über eine Fluidleitung 43 an eine Analyseeinrichtung 44 angeschlossen, wobei in den Fluidleitungen 43 j eweils eine Ventileinrichtung 45 vorgesehen ist, derart, dass die über die Entnahmeöffnungen 34 dem Ofenraum entnom- menen und in den Speichereinrichtungen gespeicherten Gasproben zur Analyse der Gaszusammensetzung der einzelnen Gasproben unabhängig voneinander der Analyseeinrichtung 44 zugeführt werden können. 2 shows a schematic representation of the probe 33 with the removal openings 34 formed here on the underside of a probe body 40, which are each connected via a fluid line 41 to a storage device 42 arranged outside of the probe body 40. The storage devices 42 in turn are each connected to an analysis device 44 via a fluid line 43, with a valve device 45 being provided in each of the fluid lines 43 in such a way that the menen and stored in the storage devices gas samples for analysis of the gas composition of the individual gas samples can be supplied to the analysis device 44 independently of one another.
Die in Fig. 2 dargestellte Sonde 33 ermöglicht eine in der Anzahl der Anzahl der Entnahmeöffnungen 34 entsprechende gleichzeitige Entnahme von Gasproben, die in den Speichereinrichtungen 42 unabhängig voneinander gespeichert werden können. Um unabhängig von der Anordnung der Sonde 33 innerhalb oder außerhalb des Ofenraums eine vom Zeitpunkt der Probenentnahme unabhängige Fixierung der j eweiligen Gaszusammensetzung der Gasproben zu ermöglichen, ist den Speichereinrichtungen 42 j eweils noch eine weitere Ventileinrichtung 46 vorgeordnet. Die Ventileinrichtung 46 ist mit einem Nebenanschluss 47 für eine Spülgaszuführung versehen ist, um während einer Anordnung der Sonde 33 außerhalb des Ofenraums eine Spülung der Fluidleitungen 41 zu ermöglichen, so dass bei einander nachfolgenden Probenentnahmen durch die Sonde 33 eine Beeinflussung der Gasproben durch Rückstände vorhergehender Gasproben ausgeschlossen werden kann. The probe 33 shown in FIG. 2 enables gas samples to be taken at the same time, corresponding in number to the number of sampling openings 34, and these can be stored in the storage devices 42 independently of one another. In order to enable the respective gas composition of the gas samples to be fixed independently of the arrangement of the probe 33 inside or outside the furnace chamber, the storage devices 42 are each preceded by a further valve device 46 . The valve device 46 is provided with an auxiliary connection 47 for a purge gas supply, in order to enable the fluid lines 41 to be purged while the probe 33 is arranged outside the furnace chamber, so that when the probe 33 takes subsequent samples, the gas samples are not influenced by residues from previous gas samples can be excluded.
Wie anhand der Darstellung in Fig. 3 nachvollziehbar, ermöglicht die definierte Anordnung der Sonde 33 bzw. der Entnahmeöffnungen 34 der Sonde 33 in der Messebene 30 oder dicht benachbart der Messebene 30, in der mittels der Temperaturmesseinrichtung 26 die Temperaturverteilung ermittelt wird, eine definierte Zuordnung zwischen den in den Positionen der Entnahmeöffnungen 34 dem Gichtgas entnommenen Gasproben und der im Bereich der Entnahmeöffnungen 34 ermittelten Temperaturen des Gichtgases, so dass längs dem Verlauf der Sonde 33 , also hier längs des Radius r der Messebene 30, die Abhängigkeit zwischen der Temperatur und der Gaszusammensetzung als lineare Funktion darstellbar ist. Ausgehend von der somit bekannten Abhängigkeit zwischen Temperatur und Gaszusammensetzung kann nun in Abhängigkeit von der mittels der Temperaturmesseinrichtung 26 ermittelten Gichtgastemperatur an einem beliebigen Ort in der Messebene 30 die Gaszusammensetzung des Gichtgases bestimmt werden. As can be understood from the representation in Fig. 3, the defined arrangement of the probe 33 or the extraction openings 34 of the probe 33 in the measuring plane 30 or closely adjacent to the measuring plane 30, in which the temperature distribution is determined by means of the temperature measuring device 26, enables a defined assignment between the gas samples taken from the top gas in the positions of the sampling openings 34 and the temperatures of the top gas determined in the area of the sampling openings 34, so that along the course of the probe 33, i.e. here along the radius r of the measuring plane 30, the dependence between the temperature and the Gas composition can be represented as a linear function. Starting from the dependency between temperature and gas composition, which is thus known, it is now possible, as a function of the furnace gas temperature determined by means of the temperature measuring device 26 at any location in the measurement plane 30, the gas composition of the furnace gas can be determined.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben aus einem Hochofen mit einer im Ofenraum des Hochofens oberhalb der Mölleroberfläche ( 18) angeordneten stabförmigen Sonde (33), die eine Mehrzahl von Entnahmeöffnungen (34) zur Entnahme von Gasproben aus dem Ofenraum aufweist, welche mit Speichereinrichtungen (42) zum Anschluss an eine außerhalb des Ofenraums angeordnete Analyseeinrichtung (44) zur Analyse der entnommenen Gasproben verbunden sind, wobei die Vorrichtung eine außerhalb des Ofenraums angeordnete Vorschubeinrichtung (37) aufweist, mit der die Sonde (33) in den Ofenraum hinein und aus dem Ofenraum hinaus verfahrbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dass die Sonde (33) in einer Entnahmeposition radial innerhalb des Ofenraums angeordnet ist, derart, dass sich die Sonde (33) zumindest teilweise zwischen der Hochachse ( 15) und der Peripherie (29) des Ofenraums erstreckt. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (33) in einer Horizontalebene innerhalb des Ofenraums angeordnet ist. Device for taking gas samples from a blast furnace with a rod-shaped probe (33) arranged in the furnace chamber of the blast furnace above the burden surface (18), which has a plurality of extraction openings (34) for taking gas samples from the furnace chamber, which are connected to storage devices (42 ) for connection to an analysis device (44) arranged outside the furnace chamber for analyzing the gas samples taken, the device having a feed device (37) arranged outside the furnace chamber, with which the probe (33) can be moved into and out of the furnace chamber can be moved out. Device according to claim 1, that the probe (33) is arranged in a removal position radially inside the furnace chamber, such that the probe (33) extends at least partially between the vertical axis (15) and the periphery (29) of the furnace chamber. Device according to Claim 2, characterized in that that the probe (33) is arranged in a horizontal plane within the furnace space.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtungen (42) über unabhängig voneinander betätigbare Ventileinrichtungen (45) mit der gemeinsamen Analyseeinrichtung (44) verbunden sind. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage devices (42) are connected to the common analysis device (44) via valve devices (45) that can be actuated independently of one another.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben Bestandteil einer Vorrichtungsanordnung umfassend eine Vorrichtung (26) zur Temperaturmessung innerhalb des Ofenraums ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for taking gas samples is part of a device arrangement comprising a device (26) for measuring the temperature inside the furnace chamber.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (26) zur Temperaturmessung eine Mehrzahl von akusti schen Sender-/Empfänger-Anordnungen (28) aufweist, die an der Peripherie (29) des Ofenraums in einer gemeinsamen Messebene (30) angeordnet sind, derart, dass eine Temperaturverteilung innerhalb der Messebene (30) ermittelt wird. 6. Device according to claim 5, characterized in that the device (26) for temperature measurement has a plurality of acoustic transmitter/receiver arrangements (28) which are located on the periphery (29) of the furnace chamber in a common measurement plane (30). are arranged in such a way that a temperature distribution within the measurement plane (30) is determined.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sonde (33) innerhalb der Messebene (30) der Vorrichtung (26) zur Temperaturmessung oder in einer zur Messebene (30) benachbarten Horizontalebene (27) erstreckt. 7. Device according to claim 6, characterized in that the probe (33) extends within the measuring plane (30) of the device (26) for temperature measurement or in a horizontal plane (27) adjacent to the measuring plane (30).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 17 dass die Vorrichtung zur Entnahme von Gasproben und die Vorrichtung (26) zur Temperaturmessung Bestandteil einer Vorrichtungsanordnung umfassend eine Vorrichtung zur Bestimmung der Topografie der Mölleroberfläche ( 18) im Hochofen ist. 8. Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that 17 that the device for taking gas samples and the device (26) for temperature measurement is part of a device arrangement comprising a device for determining the topography of the burden surface (18) in the blast furnace.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bestimmung der Topografie der Mölleroberfläche eine Radareinrichtung (20) mit einer Antenneneinrichtung (22) umfasst, die im Bereich eines Ofendeckels ( 13) angeordnet ist, wobei die Antenneneinrichtung (22) auf einer gegenüber der Hochachse ( 15) des Hochofens unter einem Neigungswinkel a geneigten Rotationsachse (24) angeordnet ist und mittels einer Antriebseinrichtung um die Rotationsachse (24) rotierbar ist, derart, dass ein durch die emittierte Radarstrahlung der Antenneneinrichtung (22) gebildeter Radarfächer (49) längs einer Profillinie P auf die Mölleroberfläche ( 18) auftrifft und bei Rotation der Antenneneinrichtung (22) die Mölleroberfläche (18) überstreicht. 9. Device according to claim 8, characterized in that the device for determining the topography of the burden surface comprises a radar device (20) with an antenna device (22) which is arranged in the area of a furnace cover (13), the antenna device (22) on is arranged on a rotation axis (24) which is inclined at an angle of inclination a relative to the vertical axis (15) of the blast furnace and can be rotated about the rotation axis (24) by means of a drive device in such a way that a radar fan (49 ) strikes the burden surface (18) along a profile line P and sweeps over the burden surface (18) when the antenna device (22) rotates.
10. Verfahren zur Entnahme von Gasproben mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die Sonde (33 ) aus einer Bereitstellungsposition außerhalb des Ofenraums in eine Entnahmeposition innerhalb des Ofenraums radial verfahren wird, anschließend Entnahmen von Gasproben durch die innerhalb des Ofenraums angeordneten Entnahmeöffnungen (34) mit Speicherung der Gasproben in den Speichereinrichtungen (42) erfolgen, und anschließend die in den Speichereinrichtungen (42) gespeicherten Proben sukzessive in der Analyseeinrichtung (44) analysiert werden. 18 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmen der Gasproben zeitgleich erfolgen. . Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch Zuordnung der in der Entnahmeposition der Sonde (33) mittels der Analyseeinrichtung (44) ermittelten Gaszusammensetzungen zu den mittels der Vorrichtung nach Anspruch 6 an den Entnahmepositionen (34) ermittelten Temperaturwerten mittels einer Prozessoreinrichtung eine funktionale lineare Abhängigkeit zwischen der Temperatur und der Gaszusammensetzung längs der Sonde (33) ermittelt wird, und ausgehend von in definierten Positionen in der Messebene (30) ermittelten Temperaturwerten der Temperaturverteilung entsprechend der funktionalen Abhängigkeit zwischen der Temperatur und Gaszusammensetzung mittel s einer Prozessoreinrichtung die Gaszusammensetzung an den definierten Positionen bestimmt wird, derart, dass eine der Temperaturverteilung überlagerte Verteilung der Gaszusammensetzung innerhalb der Messebene (30) ermittelt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Prozessoreinrichtung der mit der Verteilung der Gaszusammensetzung überlagerten Temperaturverteilung mittels der Vorrichtung nach Anspruch 9 ermittelte Topografiewerte der Mölleroberfläche (18) überlagert werden. 10. A method for taking gas samples by means of a device according to claim 1, wherein the probe (33) is moved radially from a ready position outside the furnace chamber to a removal position inside the furnace chamber, then gas samples are taken through the extraction openings (34) arranged inside the furnace chamber. with storage of the gas samples in the storage devices (42), and then the samples stored in the storage devices (42) are successively analyzed in the analysis device (44). 18 1. Method according to claim 10, characterized in that the gas samples are taken at the same time. . Method according to Claim 10 or 11, characterized in that by assigning the gas compositions determined in the removal position of the probe (33) by means of the analysis device (44) to the temperature values determined by means of the device according to Claim 6 at the removal positions (34) by means of a processor device a functional linear dependency between the temperature and the gas composition along the probe (33) is determined, and starting from temperature values of the temperature distribution determined in defined positions in the measuring plane (30) according to the functional dependency between the temperature and the gas composition by means of a processor device, the gas composition is determined at the defined positions in such a way that a distribution of the gas composition superimposed on the temperature distribution is determined within the measurement plane (30). 3. The method according to claim 12, characterized in that topography values of the burden surface (18) determined by means of a processor device are superimposed on the temperature distribution superimposed with the distribution of the gas composition by means of the device according to claim 9.
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