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Patent Searching and Data


Title:
PROBE FOR CONTINUOUSLY MEASURING EXHAUST GASES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/017812
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a probe for continuously measuring exhaust gases on vessels for melting metals, in particular on electric furnaces for producing steel, which probe is characterized by a cylindrical body which can be attached by an open end to the removal point by means of a flange, while the opposite end can be closed off and just below the end which can be closed off at least one connector element for the line leading to an analysis device and a probe cooling means is provided, having a coolant-feed line and coolant-discharge line.

Inventors:
DENG JIANXIONG (DE)
KOLM INGO (DE)
Application Number:
PCT/DE2009/001130
Publication Date:
February 18, 2010
Filing Date:
August 13, 2009
Export Citation:
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Assignee:
GEORGSMARIENHUETTE GMBH (DE)
DENG JIANXIONG (DE)
KOLM INGO (DE)
International Classes:
F27D19/00; F27B3/28; F27D21/04
Foreign References:
US5344122A1994-09-06
US20060202123A12006-09-14
US5777241A1998-07-07
JP2003344237A2003-12-03
US20030206571A12003-11-06
DE1936649A11970-02-26
US5344122A1994-09-06
US20060202123A12006-09-14
US5777241A1998-07-07
JP2003344237A2003-12-03
Other References:
KIRSCHEN M ET AL: "ABGASMESSUNGEN AN PRIMAERENTSTAUBUNGSANLAGEN VON LICHTBOGENOEFEN//OFF-GAS MEASUREMENTS AT PRIMARY DEDUSTING SYSTEMS OF ELECTRIC ARC FURNACES", STAHL UND EISEN, VERLAG STAHLEISEN, DUSSELDORF, DE, vol. 124, no. 11, 12 November 2004 (2004-11-12), pages 73/74,76,79/80,82,84,86,88/89, XP001211980, ISSN: 0340-4803
KUEHN R ET AL: "KONTINUIERLICHE ABGASANALYSE UND ENERGIEBILANZ BEI DER ELEKTROSTAHLERZEUGUNG//CONTINUOUS OFF-GAS ANALYSIS AND ENERGY BALANCE FOR ELECTRIC STEELMAKING", STAHL UND EISEN, VERLAG STAHLEISEN, DUSSELDORF, DE, vol. 125, no. 4, 15 April 2005 (2005-04-15), pages 51 - 54,56, XP001235899, ISSN: 0340-4803
KIRSCHEN M ET AL., STAHL UND EISEN, vol. 124, no. 11, 12 November 2004 (2004-11-12)
Attorney, Agent or Firm:
RÖTHER, Peter (DE)
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Claims:
Sonde zur kontinuierlichen Abgasanalyse

Patentansprüche

1. Sonde zur kontinuierlichen Abgasanalyse an Gefäßen zur Erschmelzung von Metallen, insbesondere an Elektroofen für die Stahlerzeugung, gekennzeichnet durch einen zylinderförmigen Körper (17), welcher mit einem offenen Ende mittels eines Flansches (15) am Entnahmeort befestigbar ist, während das entgegen gesetzte Ende verschließbar ist und knapp unterhalb des verschließbaren Endes zumindest ein Anschlussstutzen für die Leitung (8) zu einer Analysevorrichtung und eine Sondenkühlung (20) vorgesehen ist mit einer Kühlmittelzuführungsleitung (21) und einer Kühlmittelabführungsleitung (22) .

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Kühlung bezogen auf die Gesamtlänge der Sonde (7) unterhalb von 50% liegt.

3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am verschließbaren Ende der Sonde (7) ein Anschlussstutzen (18) vorgesehen ist, an den eine Gasleitung zum Spülen und Reinigen der Sonde (7) anschließbar ist.

4. Sonde zur Durchführung der kontinuierlichen Abgasanalyse an Gefäßen zur Schmelzung von Metallen, insbesondere an Elektroofen für die Stahlerzeugung, bei denen die im Gefäß anfallenden Abgase über eine Abgasleitung aus dem geschlossenen Gefäß abgeführt werden, welche aus einem fest mit dem Gefäßdeckel verbundenen Krümmer und einem relativ zu diesem verschwenkbaren Klappstück besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde am fest mit dem Gefäßdeckel des Schmelzgefäßes verbundenen Krümmer angeflanscht ist.

5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse ein Massenspektrometer (13) vorgesehen ist.

Description:
Sonde zur kontinuierlichen Abga.sana.lyse

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur kontinuierlichen Abgasanalyse an Gefäßen zur Erschmelzung von Metall, insbesondere an Elektroofen für die Stahlerzeugung.

Obwohl die Erfindung nicht auf die Elektrostahlerzeugung beschränkt ist, wird sie am Beispiel derselben im folgenden beschrieben.

Auf den Stahlerzeugungsprozess im Elektroofen (Lichtbogenofen) wirkt die inhomogene und von Charge zu Charge variierende Zusammensetzung des Schrotts als Störgröße. Eine allgemein gültige Strategie für die Zugabe von Sauerstoff und fossilen Energieträgern kann somit nicht für jede Schmelze das Optimum darstellen. Durch eine kontinuierliche Abgasanalyse mit hoher Verfügbarkeit lassen sich Kenngrößen aus einer in Echtzeit gerechneten Leistungsbilanz des Prozesses ermitteln. Für die Bediener der Anlage werden damit die Vorgänge im Ofen transparent und ein Reagieren auf wechselnde Betriebszustände wird ermöglicht.

Es ist bekannt, bei einer derartigen Analyse eine lanzenartige Sonde in das einen Teil der Abgasleitung aus dem Ofengefäß bildende Klappstück einzuführen. Derartige Lanzen haben bezüglich der Messgenauigkeit, der Anfälligkeit gegen Störfaktoren wie Temperatur, Verschmutzung etc. erhebliche Nachteile, da sie relativ weit in den Abgasstrom hineinreichen und eine relativ geringe Messoberfläche bieten.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die durch den Spalt zwischen Krümmer und Klappstück angesaugte Falschluft das Analysenergebnis verfälschen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sonde der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sie äußerst robust ist und kontinuierlich eine relativ große Menge des zu analysierenden Abgases entnehmen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Einsatzort dieser Sonde anzugeben, der eine möglichst unverfälschte Messung ermöglicht.

Die Erfindung löst den ersten Teil dieser Aufgabe durch einen zylinderförmigen Körper, welcher mit seinem offenen Ende mittels eines Flansches am Entnahmeort befestigbar ist, während das entgegen gesetzte Ende verschließbar ist und knapp unterhalb des verschließbaren Endes zumindest ein Anschlussstutzen für die Leitung zu einer Analysevorrichtung und eine Sondenkühlung vorgesehen ist, mit einer Kühlmittelzuführungsleitung und einer

Kühlmittelabführungsleitung .

Dabei kann die Sondenkühlung sich über die gesamte Länge des zylinderförmigen Rohres erstrecken. Gemäß Anspruch 2 ist allerdings vorgesehen, dass sich die Wasserkühlung lediglich auf den unteren Bereich der Sonde beschränkt, was den Vorteil hat, dass das von maximal 1800 0 C herunter gekühlte zu analysierende Gas im Bereich oberhalb der Kühlung nicht unter den Taupunkt herab gekühlt wird, so dass der im Abgas vorhandene Wasserdampf nicht kondensieren kann.

Somit ist eine derartig ausgestaltete Sonde auch zur Wasserdampfmessung geeignet.

Das verschließbare Ende der Sonde kann mit einer Leitung zur Rückspülung mittels eines Gases, beispielsweise Stickstoff, verbunden werden. Diese Rückspülung dient in Prozesspausen, z. B. bei einem Chargiervorgang, zur Reinigung der Sonde.

Dies betrifft insbesondere die Sondenöffnung, die durch anhaftende Schlacken verstopfen könnte.

Bei bisher bekannten Sonden fand diese Rückspülung mit einem Druck bis höchstens 6 bar statt.

Mit der erfindungsgemäßen Sonde ist ein Druck möglich, der wesentlich höher als 6 bar sein kann, beispielsweise 13 bar.

Der zweite Teil der der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zur Durchführung der kontinuierlichen Abgasanalyse vorgesehene Sonde am fest mit dem Gefäßdeckel eines Schmelzgefäßes vorhandenen Krümmer angeflanscht ist, wobei der Krümmer zusammen mit einem relativ zu diesem schwenkbaren Klappstück die Abgasleitung des Gefäßes bildet.

Das Abgas wird mittels mindestens einer am Krümmer montierten Sonde aufgenommen, anschließend einem Aufbereitungsprozess unterworfen und analysiert. Unter Aufbereitung des Abgases versteht man zunächst eine Grobfilterung mit anschließender Wasserabscheidung, die jedoch nicht immer zwingend erforderlich ist. Darauf hin gelangt das Abgas durch einen Feinfilter über eine Vakuumpumpe in den Analysator .

Gemäß Anspruch 5 wird vorgeschlagen, dass die Analyse in einem Massenspektrometer erfolgt.

Die Analyse bezieht sich in erster Linie auf CO, CO 2 , H 2 , CH 4 zur Überwachung der Verbrennung.

Weiterhin wird die Probe auf O 2 sowie N 2 analysiert.

Der besondere Vorteil des Einsatzes des Massenspektrometers zur Analyse ist seine Fähigkeit auch seltene Gaskomponenten wie Ar und He zu analysieren.

Diese Gase können als Tracer zur Bestimmung der Abgas und Falschluftrate mittels Massenbilanz dienen. Werden die Berechnungen unabhängig voneinander entweder mittels der Argonbilanz oder der Heliumbilanz mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt, ergeben sich jeweils die selben Flussraten für Abgas und Falschluft. Hieraus kann geschlossen werden, dass das Gas an der Analysestelle gut durchgemischt ist, ein Indiz dafür, dass der angegebene Messort optimal ist.

Zur Entnahme der Abgasprobe wird eine Sonde benutzt, die aus einem zylindrischen Rohrstück besteht, welches auf eine Öffnung am Entnahmeort aufgeflanscht wird. Die Sondenöffnung schließt dabei vorteilhafterweise mit der Innenwand des Krümmers ab oder reicht allenfalls ein wenig in den Krümmer hinein. Am entgegen gesetzten Ende ist das Rohr verschließbar ausgebildet. In der Zylinderwand unterhalb des verschließbaren Endes ist mindestens ein Anschlussstutzen für die Leitung des zu messenden Abgases zur Analyse vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Anlage zur Abgasanalyse

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine hierfür geeignet Sonde .

In der Figur 1 ist eine Anlage zur Abgasanalyse an einem Elektro-Lichtbogenofen zur Stahlerzeugung dargestellt.

Der Elektroofen ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen.

Das Ofengefäß ist mittels eines Deckels 2 verschlossen. Die Elektrode ist mit dem Bezugszeichen 3 versehen.

Das während des Schmelzvorgangs erzeugte Abgas wird über eine Abgasleitung 4 nach außen abgeführt.

Diese Leitung 4 besteht aus einem am Ofendeckel 2 fest angeordneten Krümmer 5 und einem gegenüber diesem Krümmer verschwenkbaren Klappstück 6, welches beim Abstichvorgang seitlich weggeklappt wird, und der gesamte Ofen gekippt wird, wobei naturgemäß auch der Krümmer 5 diese Kippbewegung mitmacht . Zwischen Krümmer 5 und Klappstück 6 befindet sich daher auch ein Spalt, durch den von außen Falschluft in den Abgasstrom eingesaugt wird.

Auf den Krümmer 5 ist eine lediglich angedeutete Sonde 7 aufgeflanscht . Die Sonde 7 ist mit einer Leitung 8 über einen Grobfilter 9, optional einen Wasserabscheider 10, einen Feinfilter 11 und eine Vakuumpumpe 12 mit einem Massenspektrometer 13 verbunden, in dem das aufbereitete Abgas analysiert wird. Andere Analysengeräte sind natürlich möglich.

In der Figur 2 ist in schematisierter Form eine für die Abgasanalyse geeignete Sonde 7 dargestellt.

Am Entnahmeort der Abgasprobe ist um eine Öffnung 14 in der Wand des Entnahmeorts die zylinderförmige Sonde 7 mittels eines Flansches 15 anmontiert.

Der zylinderförmige Körper 17 der Sonde 7 ist an seinem oberen Ende verschlossen, jedoch mit einem Anschlussstutzen 18 versehen, an den eine Stickstoffleitung zur Rückspülung der Anlage angeschlossen werden kann.

Knapp unterhalb des verschlossenen Endes befindet sich in der Zylinderwand ein Anschlussstutzen 19 zum Anschluss der Leitung 8 zur Analyseapparatur.

Es ist in der Schemaskizze lediglich ein Anschlussstutzen 19 dargestellt. Es können aber auch mehrere sein, so dass bei entsprechend ungünstigen Platzverhältnissen die Leitung 8 wahlweise an den geeigneteren Anschlussstutzen angeschlossen werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im unteren Bereich der Sonde diese von einer Kühlvorrichtung 20 umgeben. Das Kühlmittel, z. B Wasser, gelangt durch die Zuführung 21 in die Kühlvorrichtung 20 und durch die Abflussleitung 22 wieder heraus .

Wenn der Kühlbereich in Bezug auf die Gesamtlänge der Sonde weniger als 50% ausmacht, ist die Sonde auch zur Messung von Wasserdampf geeignet.

Dies ergibt sich daraus, dass das durch die Kühlvorrichtung 20 von maximal 1800 0 C herab gekühlte Gas auf seinem Weg zum Stutzen 19 nicht so weit gekühlt werden kann, dass der im Abgas befindliche Wasserdampf kondensiert.

Wenn die Sonde nicht zur Wasserdampfmessung eingesetzt werden soll, kann sie auch über die gesamte Länge gekühlt sein.