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Dokumentenidentifikation DE4105830C2 11.03.1999
Titel Sonde für Gasprobenentnahmen und thermische Messungen in einem Schachtofen
Anmelder Paul Wurth S.A., Luxemburg/Luxembourg, LU
Erfinder Mailliet, Pierre, Howald, Luxemburg/Luxembourg, LU;
Lonardi, Emile, Bascharage, Luxemburg/Luxembourg, LU;
Wies, Georges, Dudelange, Luxemburg/Luxembourg, LU
Vertreter Bernhardt, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 66123 Saarbrücken
DE-Anmeldedatum 25.02.1991
DE-Aktenzeichen 4105830
Offenlegungstag 12.09.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.03.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.1999
IPC-Hauptklasse G01N 1/22
IPC-Nebenklasse G01K 13/10   C21B 7/24   G01D 11/30   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Sonde für Gasprobenentnahmen und thermische Messungen in einem Schachtofen.

Solche Sonden sind zum Beispiel in folgenden Schriften beschrieben: US 3,130,584, DE 27 51 727 A1, DE-OS 23 43 470 und US 3,240,069.

Angesichts der äußerst harten Arbeitsbedingungen im Schachtofen, erfordern diese Sonden eine häufige Wartung, beispielsweise zum Ersetzen eines schadhaften Thermoelements oder zum Entstopfen oder Ersetzen eines verstopften Gasproben-Entnahmerohrs. Um diese Wartung auszuführen, war es bisher meistens erforderlich, die Sonde vollständig auszubauen und diese Arbeiten in der Reparaturwerkstatt auszuführen, was natürlich einen Zeitverlust darstellt.

Die Luxemburger Patentschrift LU-A-65 940 stellt den Stand der Technik dar, welcher der vorliegenden Erfindung am nächsten kommt. In dieser Patentschrift wird eine Sonde für Gasprobenentnahmen und thermische Messungen in einem Schachtofen beschrieben. Die Sonde weist einen einteiligen Sondenkörper in Form eines Schutzmantels auf, der durch eine Öffnung in der Ofenwand oberhalb der Beschickungsoberfläche in den Hochofen eingeführt wird. Die Unterseite des Schutzmantels ist stufenförmig ausgebildet. Geradlinige Gasproben-Entnahmerohre, die außerhalb des Ofens mit einer Gasproben-Aufnahmevorrichtung verbunden sind, erstrecken sich durch den Schutzmantel. Die Mündung jedes dieser Gasproben-Entnahmerohre ragt aus dem Schutzmantel im Bereich einer Stufe hervor und ist hier fest mit dem Schutzmantel verschweißt. In dem Schutzmantel werden diese Gasproben-Entnahmerohre von horizontalen Traversen getragen. In jedem dieser Gasproben-Entnahmerohre ist ein Thermoelement zurückziehbar angeordnet. Das Thermoelements ist jeweils mit einem Gasproben-Entnahmekopf fest verbunden, der verschiebbar in die vordere Mündung des Gasproben-Entnahmerohres eingepaßt ist. Dieser Gasproben- Entnahmekopf weist längs einer unteren Mantellinie eine Reihe von kleinen Löchern auf, damit das Gas in das Innere des Gasproben-Entnahmerohrs eindringen kann. Durch den kleinen Durchmesser der Löcher soll verhindert werden, daß Feststoffpartikel in das Gasproben-Entnahmerohr eindringen und dieses Rohr verstopft. Es hat sich jedoch erwiesen, daß diese kleinen Löcher sehr oft gereinigt werden müssen, ansonsten verstopfen sie komplett. Um den Wartungsaufwand zu reduzieren, wäre es folglich von Vorteil mit größeren Einmündungen im Entnahmekopf zu arbeiten. Durch diese größeren Einmündungen dringen jedoch wieder Feststoffpartikel in die Gasproben-Entnahmerohre ein und setzen sich an den gekühlten Wänden dieser Rohre ab. Dies kann zu einer vollständigen Verstopfung der Rohre führen, was in den meisten Fällen eine komplette Demontage der Sonde erfordert.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Gassonde der in der Patentschrift LU-A-65 940 beschriebenen Art zu schaffen, die leichter zu warten ist und bei der eine vollständige Verstopfung der Gasproben- Entnahmerohre, auf einfache Art und Weise und ohne Demontage der Sonde, zu beheben ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Sonde mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Schutzmantel weist vorteilhaft Querstege auf, welche die Aufnahmekanäle im Schutzmantel abzustützen, wobei diese Querstege derart angeordnet und geformt sind, daß sie gleichzeitig die transversalen Stufen des Schutzmantels ausbilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stufen im Schutzmantel abwechselnd rechts und links einer durch die Längsachse der Sonde verlaufenden, vertikalen Ebene angeordnet.

Jedes der inneren Sondenrohre kann außerhalb des Ofens direkt an den Schutzmantel angeflanscht werden. Die inneren Sondenrohre können außerhalb des Ofens auch durch eine Schraubenfeder in ihrem Haltekanal festgehalten werden.

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

Weitere Merkmale der Sonde ergeben sich aus der Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:

- Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sonde;

- Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sonde;

- Fig. 3 ist eine axiale Ansicht der Sonde vom Inneren des Ofens aus;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

In der Fig. 8 ist ein Rohr 42 für die thermischen Messungen veranschaulicht. Dieses Rohr 42 ist auf die gleiche Weise wie das Rohr 32 in der Fig. 6, der das Rohr 32a in der Fig. 7 in den entsprechenden Aufnahmekanal 22eingeschoben. An das innere Ende von jedem der Rohre 42 ist eine Kappe 44 von der Form einer geschlossenen Spitze angeschweißt, die ein Thermoelement 46 enthält, das in ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebettet ist. Jedes Thermoelement 46 ist über seine durch das Rohr 42 verlaufende Stange 48 mit der außerhalb des Ofens angeordneten Meßvorrichtung elektrisch verbunden. In der Arbeitsposition werden die Rohre 42 in ihrem Aufnahmekanal 22 festgehalten, daß die Kappe 44 bei der entsprechenden Stufe 18 aus der Wand des Schutzmantels 16 herausragt, wie dies in der perspektivischen Ansicht der Fig. 5 dargestellt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Sonde für Gasprobenentnahmen und thermische Messungen in einem Schachtofen, mit:

    einem Schutzmantel (16), der durch eine Öffnung in der Ofenwand (10) oberhalb der Beschickungsoberfläche in den Hochofen einführbar ist, wobei der Querschnitt des Schutzmantels (16) bis zur Sondenspitze stufenförmig derart abnimmt, daß der Schutzmantel (26) mehrere transversale Stufen (18) aufweist;

    mindestens einem in dem Schutzmantel (16) verlaufenden Kühlkreis (24);

    Temperaturmeßrohren (42) die jeweils ein Thermoelement (46) für die thermischen Messungen tragen;

    geraden Aufnahmekanälen (22) für die Temperaturmeßrohre (42), die sich von außerhalb des Ofens durch den Schutzmantel (16) erstrecken, um jeweils im Bereich einer transversalen Stufe (18) des Schutzmantels (16) eine Ofeneinmündung auszubilden, wobei jedes der Temperaturmeßrohre (42) einzeln und zurückziehbar in einem dieser Aufnahmekanäle (22) angeordnetet ist, derart, daß das Thermoelement (46) in Meßposition an der Ofeneinmündung des Aufnahmekanals (22) angeordnet ist, um dort Temperaturmessungen vorzunehmen; und

    Gasproben-Entnahmerohren (32, 32a), die außerhalb des Ofens mit einer Vorrichtung für die Gasprobenentnahme verbunden sind und an ihrem freien Ende eine Gaseinmündung aufweisen; gekennzeichnet durch separate gerade Aufnahmekanäle (20) für die Gasproben- Entnahmerohre (32, 32a), die sich durch den Schutzmantel (16) erstrecken um jeweils im Bereich einer transversalen Stufe (18) des Schutzmantels (16) eine Ofeneinmündung auszubilden, wobei jedes der Gasproben-Entnahmerohre (32, 32a) einzeln und zurückziehbar in einem dieser Aufnahmekanäle (20) angeordnetet ist, derart, daß in Meßposition seine Gaseinmündung an der Ofeneinmündung seines Aufnahmekanals (20) angeordnet ist, um dort Gasproben zu entnehmen und sie durch die Gasproben-Entnahmerohre (32, 32a) zur Vorrichtung für die Gasprobenentnahme außerhalb des Ofens zu leiten.
  2. 2. Sonde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Querstege (28), welche die Aufnahmekanäle (20, 22) im Schutzmantel (16) abzustützen, wobei die Querstege (28) derart angeordnet und geformt sind, daß sie gleichzeitig die transversalen Stufen (18) des Schutzmantels (16) bilden.
  3. 3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (18) wechselnd rechts und links einer durch die Längsachse der Sonde (12) verlaufenden, vertikalen Ebene angeordnet sind.
  4. 4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transversalen Stufen (18) im wesentlichen dreieckig ausgebildet sind, wobei die Spitze eines jeden Dreiecks in Richtung Beschickungsoberfläche zeigt und abwechselnd rechts und links einer durch die Längsachse der Sonde (12) verlaufenden, vertikalen Ebene angeordnet ist.
  5. 5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende eines Gasproben- Entnahmerohres (32) oder eines Temperaturmeßrohres (42) außerhalb des Ofens auf einen Aufnahmekanal (20, 22) aufgeflanscht ist und das vordere Ende dieses Rohres (32, 42) frei aus seinem Aufnahmekanal (20, 22) herausragt.
  6. 6. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem hinteren Ende eines Gasproben- Entnahmerohres (32a) oder eines Temperaturmeßrohres (42) eine zylindrische Schraubenfeder (38) derart zugeordnet ist, daß das vordere Ende des Rohres (32a, 42) im Aufnahmekanal (20, 22) durch Federkraft gegen einen Anschlag (34) gepreßt wird, so daß das Rohr elastisch im Aufnahmekanal (20, 22) festgehalten wird.
  7. 7. Sonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schutzmantel (16) ein abgedichtetes Gehäuse ausbildet, in das die Aufnahmekanäle (20, 22) abgedichtet montiert sind, und das außerhalb des Ofens an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist.
  8. 8. Sonde nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Kühlmittelkanal (24) der den Schutzmantel (16) axial durchquert und in der Sondenspitze eine Einmündung in den Schutzmantel (16) ausbildet.
  9. 9. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Aufnahmekanäle (20, 22) am hinteren Ende des Schutzmantels (16) durch eine Dichtung (30) abgedichtet aus dem Schutzmantel (16) herausgeführt sind.






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