<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Frischen von Metallbädern in einem sich drehenden Trommelofen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Frischen von Metallen in einem Trommelofen, der sich um eine im wesentlichen horizontale Achse dreht und in den Stirnwänden Öffnungen besitzt, durch die unter die Oberfläche des Metallbades eintauchende Frischmitteldüsen und zur Verbrennung des aus dem Metallbade aufsteigenden Kohlenoxyds in den Raum oberhalb des Metallbades hineinragende Zusatz-Frischmitteldüsen eingeführt sind und die Verbrennungsgase aus dem Ofeninnern abgeleitet werden, wobei die Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen vergrössert wird, wenn der CO-Gehalt der Abgase den ge-
EMI1.1
brennungsprodukte des Kohlenstoffs des Metallbades als Kohlenoxydgas aus dem Metallbad auf.
Der grosse Vorteil dieser Rotationsöfen besteht darin, dass es ihnen möglich ist, dieses Kohlenoxydgas zu verbrennen und dadurch den thermischen Wirkungsgrad des Prozesses zu verbessern. Die Verbrennung des Kohlenoxydgases wird in der Weise bewirkt, dass durch Zusatz-Frischmitteldüsen, welche durch die Öffnungen in den Stirnwänden des Trommelofens in den Raum oberhalb des Metallbades hineinragen, der Sauerstoff eingeblasen wird, der zur Verbrennung des Kohlenoxydgases zu Kohlendioxyd erforderlich ist.
Dabei muss die mit dem Zusatz-Frischmittel eingeblasene Sauerstoffmenge die stöchiometrisch errechnete Sauerstoffmenge überschreiten, weil der mit dem Zusatz-Frischmittel eingeblasene Sauerstoff zum Teil von dem Metallbad aufgenommen wird. Überschreitet die mit dem Zusatz-Frischmittel eingeführte Sauerstoffmenge die stöchiometrisch erforderliche Sauerstoffmenge jedoch zu stark, so findet sich in den Abgasen neben Kohlendioxyd unverbrauchter Sauerstoff wieder.
Es hat sich nun gezeigt, dass das Verhältnis der Zusatz-Frischmittelmenge zu der unter die Badoberfläche eingeführten Frischmittelmenge, bei dem eine restlpse Verbrennung des Kohlenoxyds zu Kohlendioxyd stattfindet, ohne dass sich in den Abgasen unverbrauchter Sauerstoff wiederfindet, sehr stark von von der Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen abhängig ist. Stellt man ein konstantes Verhältnis der vorgenannten Frischmittelmengen ein, so zeigt sich, dass schon geringfügige Schwankungen in der Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen erhebliche Schwankungen im Kohlenoxydgehalt der Abgase zur Folge haben. Bei feststehenden Eintauchdüsen sind derartige Schwankungen der Eintauchtiefe jedoch unvermeidlich, weil der lichte Ofenraum in der Praxis nicht ein mit der Ofenachse koaxialer Rotationskörper ist.
Infolgedessen bewegt sich die Badoberfläche während der Ofendrehung auf und ab. Diese Auf- und Abbewegun-
EMI1.2
dass bei diesem Beispiel eine Veränderung der Eintauchtiefe von etwa 14,5 cm auf etwa 18 cm den COGehalt der Abgase von 2 % auf 40 % erhöhte. Die Fig. 1 zeigt ferner, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Verringerung der Gesamteintauchtiefe der Eintauchdüsen unter 14,5 cm'der Sauerstoffgehalt der Abgase stark anstieg.
<Desc/Clms Page number 2>
Will man zur Erzielung eines möglichst hohen thermischen Effektes ohne Sauerstoffverlust die aus dem Metallbad aufsteigenden Gase möglichst vollkommen verbrennen, so ist es erforderlich, jeder Veränderung der Badoberfläche die EintaucÍ1dü & en so folgen zu lassen, dass jeweils diejenige Eintauchtiefe vorhanden ist, welche einen möglichst geringen CO-Gehalt der Abgase ergibt. Die zur Erzielung dieses Effektes optimale Gesamteintauchtiefe liegt in dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel etwa dort, wo die CO-Kurve die 0.-Kurve schneidet.
Es ist nun zwar möglich, mit bekannten, kontinuierlich arbeitenden Analysatoren den CO-Gehalt der Abgase laufend zu messen und je nach der Anzeige des Analysators die Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen zu vergrössern oder zu verkleinern, bis der gewünschte CO-Gehalt sich einstellt. Dieses Verfahren ist aber nur möglich. wenn die Veränderungen der Badspiegelhöhe nicht zu schnell erfolgen. Denn es vergeht eine gewisse Zeit, bis die Veränderung der Abgaszusammensetzung, die bei Schwankungen der Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen an der Eintauchstelle entsteht, sich bis zur Messstelle des Analysators in der Abgasleitung fortgepflanzt hat.
Es hat sich n'm gezeigt, dass Änderungen der Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen praktisch augenblicklich eintretende, messbare Schwankungen des Druckes im Trommelofen hervorrufen. Dies rührt daher, dass bei Vergrösserung der Eintauchtiefe mehr CO, bei Verkleinerung der Eintauchtiefe mehr CO. gebildet wird und bei konstanter Sauerstoffzufuhr infolgedessen bei Vergrösserung der Eintauchtiefe eine grössere Gasmenge, bei Verkleinerung der Eintauchtiefe eine kleinere Gasmenge gebildet wird. Denn
EMI2.1
Gemäss der Erfindung wird daher bei einem Verfahren zum Frischen vonMetallbädern in einem Trom- meloen, der sich um eine im wesentlichen horizontale Achse dreht und in den Stirnwänden Öffnungen besitzt, durch die unter die Oberfläche des Metallbades eintauchende Frischmitteldüsen (Primärdüsen) und zur Verbrennung des aus dem Metallbad aufsteigenden Kohlenoxydes in den Raum oberhalb des Metallbades hineinragende Zusatz-Frischmitteldüsen (Sekundärdüsen) eingeführt sind und die Verbrennunggase aus demOfeninnern abgeleitet werden, bei konstanter Sauerstoffzufuhr im Trommelofen der dem gewünschten CO-Gehalt der Abgase entsprechende Gasdruck in der Weise wenigstens annähernd konstant gehalten,
dass bei Unterschreitung dieses Gasdruckes die Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen vergrössert und bei Überschreitung dieses Gasdruckes die Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen verkleinert wird, bis der dem gewünschten CO-Gehalt der Abgase entsprechende Gasdruck im Trommelofen erreicht ist.
Es sind nun elektrische Messumformer für niedrige Gasdrücke bekannt, die Druckschwankungen von der hier auftretenden Grösse in einen elektrischen Impuls augenblicklich umwandeln. Ein solches Gerät ist z. B. in der Zeitschrift"Elektronik"1956, Seite 47 bis 49 beschrieben.
Gemäss der Erfindung werden die Unter- und Überschreitungen des dem gewünschten CO-Gehalt der Abgase entsprechenden Gasdrucks im Trommelofen in einem solchen elektrischenMessumformer in elektrische Impulse umgewandelt und diese Impulse in einem Verstärker bekannter Art in Steuerströme für einen Antriebsmotor der Verstelleinrichtung der Frischmitteldüsen umgewandelt derart, dass der Motor bei Unterschreitung des dem gewünschten CO-Gehalt der Abgase entsprechenden Gasdrucks die Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen vergrössert und bei Überschreitung dieses Gasdruckes die Eintauchtiefe der Frischmitteldüsen verkleinert, bis der dem gewünschten CO-Gehalt der Abgase entsprechende Gasdruck im Trommelofen erreicht ist.
Wird auf diese Weise der Gasdruck im Trommelofen konstant gehalten, stellt sich auch ein konstanter CO-Gehalt der Abgase ein und es ist ohne Bedeutung, dass der Analysator diesen CO-Gehalt mit einer gewissen Zeitverzögerung misst. Wünscht man den CO-Gehalt der Abgase zu erhöhen, stellt man den elektrischenMessumformer auf einen höheren Solldruck ein, den dieser dann automatisch in der oben beschriebenen Weise im Trommelofen einstellt. Durch Verstellung des Solldruckes des Messumformers kann also der CO-Gehalt der Abgase beliebig verändert werden.
Auch bei konstantem Gasdruck in der Frischtrommel können gewisseschwankungen im CO-Gehalt der Abgase immer noch eintreten, wenn z. B. die Sauerstoffzufuhr durch Schwankungen des Druckes oder der Temperatur des Frischmittels sich ändert. Eine Nachstellung des Solldrucks des elektrischen Messumformers kann daher auch zur Aufrechterhaltung eines konstanten CO-Gehaltes der Abgase erforderlich sein.
Um diese Nachstellung automatisch herbeizuführen, werden gemäss der Erfindung von einem Analysator der den CO-Gehalt der Abgase misst und auf den gewünschten CO-Gehalt eingestellt ist, bei Abweichun- gen des CO-Gehalts der Abgase von dem gewünschten CO-Gehalt über ein Integrationsgerät an sich bekannter Art elektrische Impulse dem Verstärker zugeleitet, deren Spannung der Richtung der Spannung der Impulse des elektrischen Messumformers entgegengesetzt ist. Dadurch wird erreicht, dass der vom Messumformer gesteuerte Gasdruck jetzt nicht mehr um den an ihm eingestellten Solldruck pendelt, son-
<Desc/Clms Page number 3>
dem um einen darüber oder darunter liegenden Wert, je nachdem, ob der dem eingestellten Solldruck entsprechende CO-Gehalt der Abgase über oder unter dem gewünschten CO-Gehal. : liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand der schematischen Zeichnung Fig. 2 erläutert werden.
Das Metallbad i befindet sich in einer keramisch ausgekleideten Trommel 2, in der es mit Sauerstoff gefrischt wird. Der Sauerstoff wird mit einer wassergekühlten Primärdüse 3 durch eine Öffnung in der Trommelstirnwand in das Bad geblasen und mit einer zweiten, ebenfalls wassergekühlten Sekundärdüse 4, die durch dieselbe Öffnung in die Trommel reicht, über Jas Bad geblasen.
Mit einem Analysator 5 wird über eine Sonde 6 kontinuierlich die Zusammensetzung des Abgases ermittelt.
Über der Sekundärdüse 4 ist ein wassergekühlte Rohr 7 angebracht, das als Sonde für die Druckessung dient. An dieser Sonde wird ein Druckmessgerät 3 angebracht, das den Druck im Gefäss kontinuierlich und praktisch trägheitslos ermittelt und in der Zeitschrift "Elektronik", 1956, S. 47-49, beschrieben ist.
In diesem Gerät wird die Abweichung des Druckes im Gefäss von einem eingestellten Sollwert in einen schwachen elektrischen Impuls umgewandelt und dieser Impuls in einem Verstärker 9 verstärkt. Der Verstärker 9 betätigt in seinem Ausgangskreis einen Elektromotor 10, der über ein Vorgelege 11 und eine Zahnstange 12 die Eintauchtiefe der Primärdüse steuert. Überschreitet jetzt der am Messgerät 8 abgelesene Druck den eingestellten Sollwert, so wird eine positive Differenzspannung, deren Grösse der Sollwertabweichung proportional ist, auf den Verstärker 9 gegeben, dort verstärkt und dem Motor 10 zugeführt, der dann die Düse herauszieht. Bei zu niedrigem Druck geschieht dasselbe in umgekehrter Richtung.
Wenn man jetzt nach einem irgendwie eingestellten Sollwert des Druckes die Düse steuert, so bekommt man zwar einen konstanten CO-Gehalt im Abgas, aber nicht unbedingt den gewünschten. Um zu erreichen, dass sich auch der gewünschte CO-Gehalt konstant im Abgas einstellt, wird die vom Analysator 5 angezeigte Differenz zwischen dem gewünschten und dem tatsächlichen CO-Gehalt ebenfalls als Differenzspannung auf den Verstärker 9 gegeben. Wenn jetzt beispielsweise der CO-Gehalt des Abgases zwar konstant, aber zu hoch ist, so erhält der Verstärker eine Zusatzspannung vom Analysator 5, deren Richtung der Spannung aus dem Druckmessgerät 8 entgegengesetzt ist. Diese zusätzliche Korrekturspannung wirkt genau so, als ob man den Drucksollwert in dem Sinne verändert hätte, dass er dem gewünschten CO-Gehalt entspricht.
Der Druck pendelt jetzt nicht mehr um den. eingestellten Sollwert, sondern um einen darüber oder darunter liegenden Wert, je nachdem, ob der CO-Gehalt des Abgases über oder unter dem gewünschten Gehalt liegt. Jetzt stellt sich allmählich der richtige CO-Gehalt ein ; damit verschwindet aber der vom Analysator 5 abgegebene Korrekturimpuls, und es wird wieder der alte Drucksollwert wirksam, der, wie vorher erläutert, nicht dem richtigen CO-Gehalt entspricht. Um dieses zu verhindern, schaltet man zusätzlich zwischen Analysator 5 und Verstärker 9 ein Integrationsgerät 13, das die Ab- weichungen des CO-Gehaltes vom. gewünschten Wert speichert und dem Verstärker zuführt.
Diese Speicherung kann in einfacher Weise so erfolgen, dass der Impuls die Drehgeschwindigkeit eines Ferraris-Motors steuert, der einen Spannungswähler in dem Sinne verstellt, dass die abgegebene (Sekundär-) Spannung proportional zur primärseitig anliegenden Spannung ist, multipliziert mit der Zeit, in der diese Spannung angelegen hat.
Bei einer Schmelze wird folgendermassen verfahren :
In einem Anwendungsbeispiel, bei dem die Drucke zwischen + 10 mm WS und - 5 mm WS liegen, wird der Sollwert des Druckmessgeräts 8 beispielsweise auf + 5 mm WS eingestellt. Das Druckmessgerät 8 steuert die Eintauchtiefe der Düse 3, so dass der eingestellte Drucksollwert sich in der Trommel 2 tatsächlich ausbildet. Der CO-Gehalt im Abgas ist jetzt bereits konstant ; er betrage beispielsweise 20 lu. Ge-
EMI3.1
nung immer mehr steigt, je länger der fehlerhafte CO-Wert anliegt. Sein Spannungssignal wirkt ebenfalls so, dass der Drucksollwert verringert wird. Der trägheitslos ansprechende Druckregler 8 zieht jetzt die Düse 3 etwas höher, so dass der sich einstellende Druck dem neuen Sollwert entspricht.
Jetzt wird auch der CO-Gehalt im Abgas geringer, und die Differenzspannung zwischen gewünschtem und tatsächlichem CO-Gehalt verschwindet allmählich. Damit würde der Druck wieder auf den Sollwert zurückgehen, wenn nicht das Integrationsglied in dem gewünschten Sinne gewirkt hätte, dass der Drucksollwert eine bleibende Änderung erfahren hat.