<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der Zufuhr mindestens einer Reaktionskomponente bei der Erzeugung eines qualitätskontrollierten metallurgischen Produktes, insbesondere Kalziumcarbid, aus zumindest einer Reaktionsmischung, die insbesondere aus Kalk und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in beliebigem Verhältnis besteht, in einem elektrischen Lichtbogenofen.
Unter dem Ausdruck"metallurgisches Produkt"sollen hier sowohl Legierungen, z. B. siliziumhaltige Legierungen, als auch Metallverbindungen, wie Kalziumcarbid od. dgl., verstanden werden.
Die Herstellung eines metallurgischen Produktes, z. B. Kalziumcarbid, in einem elektrischen Ofen mit Tauchlichtbogen ist im wesentlichen gleich geblieben, seit der elektrische Lichtbogenofen kommerziell verwendet wird. Der grundlegende Fortschritt bei der Herstellung derartiger Produkte bestand zweifellos in der Verwendung einer Hohlelektrode, durch welche eine feinteilige Reaktionsmischung direkt in die Reaktionszone in der Nähe der Elektrodenspitze zugeführt werden kann.
Um die Verwendung einer Hohlelektrode zu veranschaulichen, wird nachfolgend die Herstellung von Kal- ziumcarbid diskutiert. Aus einer Mischung von Kalk und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel wird der
EMI1.1
teiligen Kalks und etwa 80% des feinteiligen Reduktionsmittels. Die verbleibende Mischung aus Kalk und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel mit Korngrössenvon 7,5 cm und darunter bis zu etwa 0, 6 cm Mindestgrösse wird einem elektrischen Lichtbogenofen im Bereich der aus Kohlenstoff bestehenden Hohlelektrode zugeführt und durch Zufuhr elektrischer Energie erhitzt.
Die feinteiligen Reaktionskomponenten werden sodann durch die Hohlelektrode der Reaktionszone des Ofens zugeführt, wobei ihr Verhältnis in Abhängigkeit von der Menge der grobteiligen Reaktionskomponenten im Bereich der Hohlelektrode zwischen 0 und 1 betragen kann.
Als feinteiliges Reduktionsmittel kann beispielsweise Koks, Kohle, Kohlenstoff oder eine Mischung daraus
EMI1.2
5 bis 20 Gew.-% vorhanden. Die Verwendung von Hohlelektroden zur Herstellung von Kalziumcarbid sowie die damit erzielbaren Ergebnisse sind in der USA-Patentschrift Nr. 2,996, 360 ausführlich beschrieben. Seit der Erfindung der Hohlelektrode ist das Verfahren allerdings nicht wesentlich verbessert worden.
Der einwandfreie Betrieb eines elektrischen Tauchlichtbogenofens hängt vor allem von der Erfahrung der Bedienungsperson und ihrer Fähigkeit ab, die einzelnen Instrumente und die äusseren Ereignisse in und um den arbeitenden Ofen richtig zu deuten. Zum Beispiel soll der Strom durch jede Elektrode in einem vielphasig arbeitenden System auf einem maximal zulässigen Wert gehalten werden, während gleichzeitig die vertikale Stellung der Elektrode innerhalb des Ofens so ausgerichtet werden muss, dass eine hohe Qualität und hohe Ausbeute des metallurgischen Produktes bei niedrigen Wartungskosten erhalten wird, d. h. bei niedrigem Leistungsverbrauch pro kg Produkt und minimalen Abschaltzeiten für Wartung, Elektrodenuntersuchungen und Unterdeckenreinigung.
Wesentliche Veränderliche, die die Stromregulierung und die Elektrodenstellung bei der Herstellung von Kalziumcarbid beeinflussen, sind die Korngrösse und das Verhältnis von kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel zu Kalk. Wenn der Widerstand der Mischung in der Zone zwischen der Elektrodenspitze und dem Boden des Ofens steigt und dementsprechend die Elektrodenspitze zu hoch in dem Ofen ansteigt, muss an Stelle der Mischung aus Kalk und Kohle Kalk alleine zugeführt werden. Dies erniedrigt den Widerstand und erlaubt die Absenkung der Elektrode. Die entgegengesetzte Handlungsweise ist erforderlich, wenn der spezifische Widerstand der Mischung absinkt, d. h. dass nur kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel in die Reaktionszone eingegeben werden soll.
Das Bedienungspersonal ist auch verantwortlich für die Verschiebung der Elektrode zum Ausgleich des Elektrodenverbrauches. Wenn eine Wasserkühlung in dem Ofensystem vorliegt, muss ein Gasanalysatorbeobachtet werden, um die Wasserstoffkonzentration im Abgas des Ofens zu kontrollieren, da ein abnormaler Anstieg der Wasserstoffkonzentration meist eine fehlerhafte Arbeitsweise der Wasserkühlung anzeigt, wobei ein Teil des Wassers in den Ofen gelangt.
Neben den genannten Instrumentenablesungen und ihrer Deutung muss die Bedienungsperson auch die Qualität des erzeugten Produktes prüfen und danach gegebenenfalls korrigierende Mischungszusätze beigeben. Die Qualität von Kalziumcarbid z. B. wird an Proben geschmolzenen Carbids, die dem Ofen entnommen werden, durch Gasanalyse, z. B. durch Messung der Menge an Acetylengas, das pro kg Carbid herstellbar ist, bestimmt.
Obwohl die Bedienungsperson für die Deutung der aufgezählten Messergebnisse verantwortlich ist und durch manuelle Betätigung optimale Leistungs- und Zuführungsverhältnisse aufrechterhalten soll, ist sie meist doch nicht in der Lage, die bedeutsamen Abhängigkeiten zwischen den Elektroden auszugleichen, wenn der durch eine Elektrode fliessende Strom oder die Stellung einer Elektrode sich ändert.
Aus der nicht zum Stande der Technik zählenden österr. Patentschrift Nr. 324722 ist inzwischen eine Vorrichtung bekanntgeworden, die eine automatische Regelung der optimal erforderlichen Stromstärke bei
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Regelvorrichtung für jede Elektrodenanzahl in einem mehrphasigen elektrischen Lichtbogenofen, z. B. in einem herkömmlichen dreiphasigen Ofen, vervielfacht werden kann.
Bei dem in Fig. l gezeigten Beispiel wird eine grobkörnige Mischung aus Kalk und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel --300-- in dem elektrischen Tauchlichtbogenofen --302-- um die Hohlelektrode --301-herum angeordnet und der Elektrode elektrische Energie zugeführt, um die zur Umsetzung der Mischung aus Kalk und Kohle in der Reaktion szone-303-- zu Kalziumearbid und Kohlenmonoxyd erforderliche Hitze zu
<Desc/Clms Page number 3>
liefern. Feinteilige Partikeln mindestens einer der Reaktionskomponenten werden in die Reaktionszone - durch eine Öffnung --304-- in der Elektrode --301-- mit einer Geschwindigkeit und in einem Verhältnis zugeführt, die für optimale Kalziumcarbidbildung notwendig sind.
Entsprechend den Veränderungen im Gasdruck an der Elektrodenspitze wird durch eine Gaseinlassvorrichtung --305-- Gas durch die Öffnung - -304-- zugeführt, um den Gasdruck an der Elektrodenspitze gleichmässig zu halten und damit einen freien Fall der feinteiligen Einsatzstoffe durch die hohle Elektrode --301-- sicherzustellen. Eine Höhenmessscheibe --360-- ist an hydraulischen Kolben --307-- gekoppelt, die die hohlen Elektroden --301-- absenken und anheben können. Die Unter- und Obergrenzen der Kolben --307-- sind vorherbestimmt und sind eine Funktion der Länge des Hubs der Steuermittel des jeweils verwendeten Ofens.
Die Stellung der regelnden Kolben - innerhalb dieser Hublänge bestimmt direkt die Stellung des Bodens der Kontaktplatten --308-- mit Bezug zu einer absoluten unteren Grenze für die Spitze der Elektrode, die von dem Herd getrennt sein muss, und diese Position wird als Kopfstellung bezeichnet. Diese Kopfstellung kann gesichert und nachfolgend mit
EMI3.1
--306--,Kopfstellung bezeichnet.
Gemäss Fig. 2 wird, wenn die Kopfstellung sich über der vorbestimmten unteren Grenzmarkierung befindet, ein Signal von einem herkömmlichen Übertrager-l und 2-- zu einem Eingang eines zweieingängigen UND-Gatters --3-- gegeben. Ein normalerweise geschlossenes Relais --4-- überträgt ein dauerndes Signal über --5-- zu einem der beiden Eingänge eines UND-Gatters --6--, wenn der Ofen angeschaltet ist oder sich in Betrieb befindet. Ein normalerweise geschlossenes Computerbandrelais --7-- überträgt ein ständiges Signal über --8-- zum zweiten Eingang des UND-Gatters --6--, wenn der Ofen an die Computerregelung angeschaltet ist.
Die beiden Signale triggern das UND-Gatter --6-- zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das über --9-- an das UND-Gatter --10-- übertragen wird. Ein normalerweise geschlossener Druckschalter - -11--, verbunden mit hydraulischen Kolben-307-, überträgt ein dauerndes Signal über --12-- zum zweiten Eingang des UND-Gatters --10--, wenn der Druck auf die hydraulischen Kolben --307-- innerhalb eines normalen vorherbestimmten Bereichs liegt.
Der Ausgang von UND-Gatter --10-- wird dann über --13-- an den zweiten Eingang des UND-Gatters --3-- gegeben, das wieder zusätzlich zu dem Signal vom Übertrager
EMI3.2
--14-- zugangssignal des UND-Gatters --15-- ist eine Funktion des Phasenstroms, der durch die Elektrode --301-fliesst, und ist nur vorhanden, wenn der Strom-Istwert unter dem Sollwert liegt. Dieser Wert ist eine Funktion des jeweiligen verwendeten Ofens und ist so berechnet, dass er die Herstellung von Kalziumcarbid bei niedrigen Herstellungskosten optimiert. Der Strom-Sollwert durch die Elektrode --301-- ist in die Kontrolleinheit --16-- eingegeben, zusammen mit einem erlaubten Stromtoleranzbereich, der in die Kontrolleinheit - eingegeben ist.
Daher werden zwei den vorherbestimmten Ausgangsstrom anzeigende Signale über - 18 und 19-- in eine herkömmliche arithmetische Einheit --20-- eingegeben. Der tatsächliche Strom durch die Elektrode --301-- kann durch jedes herkömmliche Stromstärkemessinstrument (nicht gezeigt) gemessen und in einem Übertrager --21-- eingegeben werden, der das konvertierte Signal wieder über --22-- zu einer arithmetischen Einheit --20-- weiterleitet.
Sobald und sofern Strom von der Sammelschiene, die die Elektrode --301-- mit Strom versorgt, abgezapft wird, um die Abzapföffnung --309-- des Ofens zu öffnen, schliesst sich ein normalerweise geöffnetes Relais --23-- und sendet damit ein Signal über --24-- zum vorspannenden Anzeiger --25--, der das Signal über --26-- zur Steuerung --16-- triggert, die den Strom-Sollwert, der in der Steuerung --16-- gesetzt ist, auf einen hohen Wert vorspannt.
Der genaue Stromwert, der in dem Anzeiger --25-- festgesetzt ist, wird gewöhnlich aus der Erfahrung mit dem Ofen gewonnen und ist
EMI3.3
zu dem gesetzten erlaubbaren Toleranzsignal von der Steuerung --17-- addiert und die Summe von dem tatsächlichen Stromsignal von dem Übertrager --21-- subtrahiert. Wenn das Ergebnis ein negativer Wert ist, wird ein Signal über --27-- zu dem zweiten Eingang des UND-Gatters --15-- geführt. Wenn an beiden Eingängen des UND-Gatters --15-- Signale vorliegen, wird ein Ausgangssignal über --28-- an eine in Serie geschaltete Zeitverzögerung --29--, ein normalerweise geöffnetes Relais --30-- und ein Solenoid --31-- geliefert, das wieder eine hydraulische Regeleinheit --32-- aktiviert.
Die Kolben --307--, die Teil der hydraulischen Regeleinheit --32-- bilden, werden dann dazu gebracht, die Elektrode --301-- um eine Länge abzusenken, die von der Zeitverzögerung --29-- abhängt, da während der Zeit, in der die Verzögerung --29-- das Relais --30-- geschlossen hält, der Magnet --31-- in seinem angeschalteten Zustand verbleibt und dabei die Kolben --307-- wirksam hält. Die Zeitverzögerung --29-- ist daher so ausgelegt, dass sie ein Absenken der Elektrode --301-- in kurzen Teilschritten verursacht, wobei jeder Schritt den vollständigen Verfahrensablauf, wie oben beschrieben, erfordert.
<Desc/Clms Page number 4>
Wenn also der Ofen an die Computersteuerung angeschlossen ist und der Elektrodenkopf über der fest- gesetzten berechneten unteren Grenze liegt, wird eine negative Veränderung in dem optimalen Stromfluss durch die Elektrode automatisch ein Absenken der Elektrode verursachen und damit die Amperezahl durch die Elektrode bis zum Sollwertbereich, der in den Einheiten --16 und 17-- festgesetzt ist, anheben. Die Einbeziehung der vorspannendenEinheit-25-- verhindert automatisch die fehlerhafte AnpassungderElektrode, wenn der Strom vorübergehend von der Sammelschiene zum Schmelzen von verfestigtem Material, das die Abzapföffnung --309-- blockiert, entnommen wird.
Die Information, dass der Ofen eingeschaltet und an die Computersteuerung angeschaltet ist, triggert das UND-Gatter --6-- zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das über --77-- an einen Eingang eines zweiengängigen UND-Gatters --33-- geführt wird. Der zweite Eingang des UND-Gatters --33-- erhält ein Signal vom Übertrager-l und 34--, wenn die Kopfstellung unterhalb der festgesetzten Höchstgrenzmarke liegt. Diese zwei Eingangssignale am UND-Gatter --33-- triggern ein Ausgangssignal --35-- zu einem Eingang von einem zweieingängigen UND-Gatter --36--. Der zweite Eingang zu dem UND-Gatter --36-- wird von der arithmetischen Einheit --20-- über --37-- versorgt, wenn der erhaltene Wert darin eine positive Grösse ist.
Das Triggern des UND-Gatters --36-- liefert ein Ausgangssignal über --38-- an die Zeitverzögerung - und das dazu in Serie geschaltete Relais --40--, das einen Magneten --41-- einschaltet, um die Elektrodenkolben --307--, die in der Elektrodenhydraulikregeleinheit --32-- enthalten sind, zum Anheben der Elektrode --301-- zu veranlassen. Wieder ist eine Zeitverzögerung --39-- einbezogen, um wirksam die Elektrode nur in Stufen anzuheben. Die Funktion ist die gleiche wie bei der Zeitverzögerung --29--.
Die automatische Verschiebung der Elektroden in getrennten Schritten zur Kompensation des Elektrodenverbrauches wird durch ein Ofen-"Ein"-Signal von dem Relais --4-- eingeleitet, das über --42-- dem ersten Eingang eines zweieingängigen UND-Gatters --43-- zugeführt wird. Das Signal zu dem zweiten Eingang des UND-Gatters --43-- wird über --45-- von einem normalerweise geschlossenen Relais --44-- genommen, das in der geschlossenen Stellung anzeigt, dass die Verschiebungsvorrichtung vom Computer kontrolliert wird.
Der Ausgang des UND-Gatters --43-- wird über --46-- zu einem Eingang eines zweieingängigen UND-Gatters --47-- geleitet, dessen zweiter Eingang von dem Übertrager --1-- über --48-- geliefert wird, wenn die Kopfstellung unterhalb der festgesetzten Höchstgrenze liegt. Diese zwei Eingangssignale trig-
EMI4.1
--47-- zureingängigen UND-Gatters --50--.
Gleichzeitig mit diesem Kontrollvorgang ist ein herkömmliches Megawattstunden-Messgerät (nicht gezeigt) in den Stromkreis für die Elektrode --301-- eingebaut und an einen Übertrager --51-- angeschlossen, der ein Ausgangssignal entsprechend der integrierten Leistung, der Elektrode - liefert. Dieses repräsentative Signal wird über --52-- in eine arithmetische Einheit --53-- eingegeben, die den Elektrodenverbrauch berechnet, indem sie dieses Signal mit einem Signal vergleicht, das über - von einer Speichereinheit --55-- bezogen wird. Dieser Speichereinheit wird anfangs eine Elektrodenverbrauchsgeschwindigkeit eingegeben, die die notwendige Leistung zum Verbrauch von 1 cm Elektrode während normaler Betriebsstellung des Ofens bedeutet.
Diese Geschwindigkeit beruht auf früherer Erfahrung bei der Herstellung von Kalziumcarbid und wird in MWh/cm ausgedrückt. Die exakte Elektrodenverbrauchsgeschwindigkeit hängt unter anderem von der Art und der Grösse der Elektrode und dem verwendeten elektrischen Lichtbogen ab. Zum Beispiel wurde ein Elektroden-Verbrauch von etwa 10 bis 13 MWh/cm mit Erfolg für einen 23, 5 Megawattofen benutzt, unter Verwendung von selbstbackenden hohlen Kohlenstoffelektroden mit einem Durchmesser von 112 cm und einer Länge von 276 cm. Die arithmetische Elektroden-Verbrauchseinheit --53-- vergleicht den Istwert der verbrauchten integrierten Leistung mit der Elektroden-VerbrauchsoderBenutzungsgeschwindigkeit undberechnet daraus die in einer bestimmten Zeitperiode verbrauchte Elektrodenlänge.
Der berechnete Verbrauch wird als Signal über --56-- einer arithmetischen Verschiebeberech- nereinheit --57-- zugeführt, von wo ein Ausgangssignal, das volle 2, 5 cm-Inkremente darstellt, über-58- an das UND-Gatter --50-- geleitet wird. Der Teil des Signals, der einen Bruchteil von 2, 5 cm (1 inch) darstellt, wird über --59-- in eine Gleitungsrückstandaufzeichnungseinheit --60-- gespeist, wo er gespeichert
EMI4.2
zurückgeleitet wird.
Als Sicherheitsfaktor gegen einen zu schnellen Vorschub der Elektrode und die Zufuhr von ungebackener Elektrode in den Ofen wird eine ZeitkontroUeinridltung --257-- mit der Verschiebeberechnereinheit --57-gekoppelt und durch ein Gleitbefehlausgangssignal von der Einheit --57-- über --258-- getriggert. Daraufhin überträgt die Zeitkontrolleinheit-257-ein Ausgangssignal über --258-- zurück zur Einheit --57--, um diese von der Ausgabe eines Befehls abzuhalten, der einen Vorschub von 5 cm oder mehr während der darauffolgenden Stunden bewirken würde. So speichert die Einheit --57-- ein zweites Gleitsignal, bis eine geeignete Zeit seit der Übertragung des ersten Gleitsignals vergangen ist.
Wenn an beiden Eingängen des UND-Gatters --50-- Signale eingehen, wird ein Ausgangssignal über - -61-- an einen Eingang des zweieingängigen UND-Gatters --62-- übertragen.
<Desc/Clms Page number 5>
Der Ausgang der Elektrodenverbrauohseinheit-53-wird über-63-der Elektrodenlänge-Berech- nungseinheit --64-- zugeführt. In der Einheit--64-- wird das Ausgangssignal der Kontrolleinrichtung --65--, das die anfängliche Länge der Elektrode darstellt, die mit Hilfe herkömmlicher Messverfahren od. dgl. bestimmt und von der Bedienungsperson vorgegeben wurde, über --66-- mit dem Elektrodenverbrauchs-Ausgangssignal der Einheit --53-- und dem Ausgangssignal des Verschubanzeigers --68--, das die tatsächliche Verschiebung der Elektrode darstellt, zu einem Signal kombiniert, das die Elektrodenlänge anzeigt.
Die Berechnungen der arithmetischen Einheit --64-- setzen sich aus Addition und Subtraktion entsprechend der folgenden Gleichung zusammen :
EMI5.1
<tb>
<tb> ursprüngliche
<tb> Elektroden-Länge <SEP> + <SEP> Tatsächliche <SEP> - <SEP> Elektroden- <SEP> = <SEP> Tatsächliche <SEP> Elektrodenlänge <SEP> (Anpassung <SEP> über <SEP> die <SEP> Einheit
<tb> (unter <SEP> den <SEP> Kontakt- <SEP> Verschiebung <SEP> Verbrauch
<tb> platten) <SEP> --32-- <SEP> nicht <SEP> berücksichtigt)
<tb>
Wenn die so berechnete Länge kleiner als die vorbestimmte maximale Elektrodenlänge ist, wird ein Ausgangssignal in der Einheit --64-- erzeugt und über --69-- zu einem Eingang des zweieingängigen UND- Gatters --70-- geführt. Die vorgegebene Toleranz der Elektroden-Maximallänge wird in die logische Schaltung einbezogen, um sicherzustellen,
dass die Elektrode, wenn ein Elektrodenvorschub-Signal ausgelöst wird, nicht zu weit in die Mischungslast eindringt und dem Herd zu nahe kommt oder umgekehrt die Kopfstellung zu hoch getrieben wird, um die gewünschte Stellung der Spitze zu erreichen.
Der zweite Eingang zum UND-Gatter-70-wird über-71-- von der Berechnungseinheit für den Spitze-zu-Herd-Abstand --72-- versorgt. In dieser Einheit wird das Kopfstellungssignal von dem Übertrager - 1-- über --73-- mit dem Elektrodenlängensignal von der Elektrodenlänge-Berechnungseinheit--64--über - und mit einem Untergrenzenkopfsignal von der Kopf-zu-Herd-Speichereinheit --75-- über --76-- kombiniert. Anfangs wird eine vorherbestimmte Abstandsmessung zwischen der unteren Kopfgrenze und dem Herd als Funktion der Regeleinrichtung in die Speichereinheit --75-- eingegeben, was eine minimale Spitzezu-Herd-Länge für eine anfängliche Elektrodenlänge ermöglicht.
Die Spitze-zu-Herd-Einheit --72-- vergleicht diese drei Eingangssignale und verwendet geeignete arithmetische Schaltungen zur Berechnung der Spitze-zu-Herd-Stellung und damit des Eindringens der Elektrode in die Ofenmischung aus der Gleichung :
EMI5.2
<tb>
<tb> Spitze-zu-Herd- <SEP> Untere <SEP> Grenzendistanz <SEP>
<tb> Spitze-zu-Herd- <SEP> = <SEP> (zwischen <SEP> Kopf <SEP> und <SEP> Herd, <SEP> + <SEP> Kopfposition <SEP> - <SEP> Elektrodenlänge
<tb> Stellung, <SEP> (-1-) <SEP> (-64-) <SEP>
<tb>
Wenn die Spitze-zu-Herd-Abmessung, die durch das berechnete Signal von der Einheit --72-- dargestellt wird, über einem festgesetzten minimalen Signalpegel liegt, der für eine geeignete Ofenarbeitsweise berechnet wurde, wird ein Ausgangssignal über --71-- zu dem zweiten Eingang des UND-Gatters --70-- geleitet.
Das UND-Gatter --70-- triggert dann einen Ausgang, der über --78-- an den zweiten Eingang des UND-Gatters --62-- geliefert wird, wenn die Länge der Elektrode unterhalb der Kontaktplatten unter einer vorherbestimmten maximalen Länge liegt und der Abstand zwischen Spitze und Herd über einem minimalen Wert liegt. Wenn der Vorschubbefehl am ersten Eingang liegt, wird das UND-Gatter --62-- dadurch dazu gebracht, ein Vorschubsignal über --79-- abzugeben, das anzeigt, dass alle Vorsichtsmassnahmen einen Vorschub der Elektrode --301-- erlauben.
Das Vorschubsignal wird in eine Serienfolgeeinheit --80-- aus Schaltern, Relais und Magneten eingegeben. Das Vorschubsignal löst die Vorschubsequenz aus, indem ein normalerweise offenes Relais --81-- geschlossen wird, wodurch ein Magnet --82-- angeregt wird, der ein Kopfband --310-- der Elektrode --301-- öffnet. Ein normalerweise geschlossener Druckschalter --83-- wird nach Erkennung der Öffnung des Kopf- bandes --310-- geöffnet, wodurch wieder ein normalerweise geöffnetes Relais --84-- geschlossen wird, wodurch ein Magnet --85-- erregt wird, der das Kopfband --310-- mit nicht gezeigten hydraulischen Vorrichtungen um eine festgesetzte Distanz, vorzugsweise ungefähr 2, 5 cm, anhebt.
Der begrenzende Schalter --311-könnte andas äusserste Ende der Elektroden angebracht sein und so gesetzt werden, dass ein Alarmsignal o. dgl. immer dann ausgelöst wird, wenn das Kopfband --310-- sich dem äussersten Ende der Elektrode nähert. Sobald das Kopfband --310-- um den festgelegten Wert angehoben ist, wird ein normalerweise geöffneter Schalter --86-- geschlossen, wodurch wieder ein normalerweise geöffnetes Relais --87-- geschlossen und damit ein Magnet --88-- angeregt wird, der das Kopfband --310-- an seiner höheren Stellung schliesst. Das Schliessen des Kopfbandes --310-- inaktiviert einen normalerweise geschlossenen Druckschalter --89--, der dann ein normalerweise geöffnetes Relais --90-- schliesst und damit einen Magneten - anregt und das Bodenband --310-- öffnet.
Nach Bestätigung der Öffnung des Bodenbandes --310-- mit
<Desc/Clms Page number 6>
Hilfe eines normalerweise geschlossenen Druckschalters --92-- wird die Elektrode --301-- zusammen mit dem geschlossenen Kopfband --310-- mit Hilfe herkömmlicher Hydraulikvorrichtungen (nicht gezeigt) abgesenkt, die durch ein normalerweise geöffnetes Relais --93-- und einen dazu in Serie geschalteten Magneten - betätigt werden. Ein normalerweise geöffneter Begrenzungsschalter-95-- wird geschlossen, sobald bekannt wurde, dass das Absenken der Elektrode --301-- und des Kopfbandes --310-- um eine Länge entsprechend der Länge, um die das Kopfband --310-- ursprünglich angehoben wurde, beendet ist.
Der Schalter - verursacht ein Signal zur Schliessung eines normalerweise geöffneten Relais --96--, das seinerseits einen Magneten --97-- dazu anregt, das Bodenband --312-- zu schliessen. Die Bestätigung des Schliessens des Bodenbandes --312-- über einen normalerweise geschlossenen Druckschalter --98-- erzeugt ein Ausgangssignal, das über --99-- an die Speichereinheit --16-- gegeben wird. Es könnte auch die Elektroden- gleitsequenzeinheit --80-- angeordnet werden, wodurch der Ausgang der einzelnen Schritte in der Folgekette einem Computer eingegeben werden könnte, der seinerseits das Eingangssignal ermitteln und durch ein Ausgangssignal den nächsten Schritt in der Folge einleiten würde.
So würde jeder Schritt in der Folge nur dann durchgeführt, wenn alle Bedingungen im Ofen den Ausgleich des Elektrodenverbrauchs erforderlich machen.
Mit der Aufgabe des Vorschubkommandos von dem Ausgang des UND-Gatters --62-- wird ein Signal über --100-- an die Speichereinheit --16-- gegeben, in der der gespeicherte Stromsollwert für die Elek- trode um einen vorbestimmten Wert vermindert wird, der normalerweise etwa 100 Ampere für eine Verschiebung von 2, 5 cm beträgt. Diese Verminderung des Stromsollwertes in der Speichereinheit --16-- um einen fixen Wert dient dazu, eine zeitweise Aktivierung der hydraulischen Elektrodenregelung --32-- sicherzustellen, um die Elektrode anzuheben, bevor der Vorschub begonnen wird, so dass die Elektrode ohne Störung verschoben werden kann und eine kurzzeitige Stromüberlastung während des Vorschubs verhindert wird.
Nach Beendigung der Verschiebung wird ein Betätigungssignal von der Folgeeinheit --80-- über --99-- zur Speichereinheit --16-- geleitet, worauf das Signal zur Stromsollwert-Verminderung vom UND- Gatter --62-- beseitigt wird und der Stromsollwert auf seine ursprüngliche Grösse gebracht wird.
Während der tatsächlichen Verschiebung liefert eine Verschiebungszählvorrichtung-101--, z. B. eine parallel verbundene Relaisanordnung --103--, ein Signal, das die tatsächliche Verschiebung der Elektrode wiedergibt, über --103-- zu dem Verschiebungsanzeiger-68--.
Von dort wird ein Ausgangssignal über - der Elektrodenlänge-Berechnereinheit-64-, wie oben beschrieben, und ein zweites Ausgangssignal über --104-- der Vergleichseinheit --105-- zugeleitet. Hier wird ein Signal, das die geforderte Verschie- bungslänge darstellt und über --106-- von der Berechnungseinheit --57-- geliefert wird, mit dem Signal verglichen, das die tatsächliche Verschiebung darstellt, und eine eventuelle Differenz wird über --107-- der Verschiebespeichereinheit --60-- zugeführt.
Hier wird das der Differenz proportionale Signal zu dem Signal der Befehlseinheit --57-- addiert, das den Bruchteil einer 2, 5 cm-Verschiebung darstellt, und die Summe wird über --108-- zurück zur Befehlseinheit --57-- geleitet, die über --58-- ein Ausgangssignal liefert, das vollständige 2, 5 cm Verschiebungsinkrimente, wie oben beschrieben, darstellt. Wenn in der Befehlseinheit --57-- wieder ein Signal für einen Bruchteil von 2, 5 cm vorhanden ist, wird es über --59-- zurück
EMI6.1
geleitet.- geleitet, um eine Alarmvorrichtung --110-- auszulösen, worauf eine visuelle Kontrolle und gegebenenfalls eine Korrektur stattfinden kann.
Zusätzlich kann dieses Signal auch die Ofenleistungsversorgung abschalten, um ernsthafte Folgen zu vermeiden, wenn die Elektrode --301-- sich dem Herd zu sehr nähert.
Verschiebung und Regelung der Elektrode sind also als Funktion der Leistung und des Elektrodenverbrauchs vollautomatisch. Die verschiedenen Speichereinheiten mit vorgegebenen Daten sind flexibel genug, um einen grossen Bereich von Ausgangszuständen zu umfassen, so dass Kalziumcarbid automatisch in Öfen verschiedener Grösse und verschiedenen Leistungsanforderungen erzeugt werden kann.
Wie aus Fig. l und 2 zu erkennen, wird die Carbidtemperatur an der Anzapföffnung --309-- zu periodischen Intervallen durch Temperaturanzeigevorrichtungen --313--, z. B. Zwei-Farben-Pyrometer od. ähnl., geprüft, worauf herkömmliche Übertragungsvorrichtungen --111-- diese Temperaturablesungen in ein Ausgangssignal transformieren. Dieses Signal wird über --112-- der --112-- der Einheit --113-- zugeführt, in der eine Beziehung zwischen Abzapftemperatur und Carbidqualität gespeichert ist. Die Carbidqualität wird aus der Menge an Acetylen in m 3/kg Carbid, die in einem Acetylengenerator freigesetzt wird, berechnet, wobei bei ungefähr 0, 37 m 3 Acetylen/kg Carbidprodukt das Produkt reines Carbid ist.
Die Abhängigkeit der Carbidqualität von der Abzapftemperatur ist nicht linear, und bei über 19000C nähert sich die Kurve asymptotisch diesem Wert von 0, 35 m 3/kg. Die Abhängigkeit der Carbidqualität von der Abzapftemperatur kann durch eine lineare Kurve im interessierenden Temperaturbereich für die Produktion von Kalziumcarbid angenähert
EMI6.2
EMI6.3
<Desc/Clms Page number 7>
3ausgedrückt werden, mit der Anzapftemperatur in OC und der Carbidqualität in m 3/kg.
Diese Formel wurde aus den Abzapftemperaturen der Carbidqualitäten zahlreicher Proben von geschmolzenem Carbid ermittelt, die in verschiedenen Temperaturintervallen in einem 23,5 Megawatt-Ofen während eines Testproduktionslaufes für Kalziumcarbide ermittelt wurde. Diese Werte sind in Fig. 3 als Kreise dargestellt, zusammen mit einer linearen Kurvenannäherung der Daten, die für Temperaturen von
EMI7.1
arithmetische Schaltkreise verwendet werden. So kann die Abzapftemperatur mit Hilfe der Übertragungsvor- richtung --111-- in ein Signal umgewandelt werden, das einer Konversionseinheit --113-- zugeführt wird, die es automatisch in ein Signal umwandelt, das die Carbidqualität darstellt.
Um die Beziehung zwischen Abzapftemperatur und Carbidqualität noch genauer darzustellen, kann die nicht lineare Beziehung zwischen diesen zwei Grössen durch eine Kombination von zwei linearen Kurven dargestellt werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Bei einer Abzapftemperatur von etwa 1640 bis 17600C wird die Formel für die Carbidqualität wie folgt ausgedrückt :
EMI7.2
EMI7.3
EMI7.4
EMI7.5
<Desc/Clms Page number 8>
dass die Menge an feinteiligem Koks im Vorratsbehälter über einem vorbestimmten unteren Pegel liegt, wo- durch sichergestellt ist, dass genügend Zufuhrmaterial im Behälter ist.
Das Ausgangssignal des UND-Gatters --131-- wird über --134-- zu einem Eingang des zweieingängigen
UND-Gatters --135-- geliefert. Der zweite Eingang des UND-Gatters --135-- wird nur erhalten, nachdem eine Reihe von Verfahrensüberprüfungen durch logische Schaltungen durchgeführt sind, um sicherzustellen, dass der Ofen und die damit verbundenen Geräte richtig arbeiten und der automatischen Regelung unterliegen.
Ein Signal, das anzeigt, dass der Ofen arbeitet, wird von einem normalerweise geschlossenen Relais --4-- über --136-- einem Eingang des zweieingängigen UND-Gatters --137-- zugeleitet.
Ein normalerweise ge- schlossenes Relais --138-- überträgt ein Signal über --139-- zu dem zweiten Eingang des UND-Gatters --137-- und zeigt damit an, dass das Gerät zur Zufuhr von feinteiligen Stoffen --314-- automatisch gesteuert wird. Das Ausgangssignal des UND-Gatters --137-- wird dann über --140-- einem Eingang eines zwei ein- gängigen UND-Gatters --141-- zugeleitet, dessen zweiter Eingang von einem normalerweise geschlossenen
Relais --142-- über --143-- versorgt wird, welches anzeigt, dass die Zufuhrschraube --315-- richtig ar- beitet.
Der Ausgang des UND-Gatters --141-- wird über --144-- dem zweiten Eingang des UND-Gatters - zugeführt. Ist der Ofen zur Annahme von feinteiligem Koks bereit und arbeiten seine mechanischen und elektrischen Elemente richtig, so wird das UND-Gatter --135-- ausgelöst und sein Ausgangssignal über - einem zweiten Eingang des UND-Gatters --129-- zugeführt. Dieses Signal in Verbindung mit dem
Signal am ersten Eingang des UND-Gatters --129--, das anzeigt, dass feinteiliger Koks benötigt wird, trig- gert UND-Gatter --129--, das dann ein Ausgangssignal über --146-- dem normalerweise geöffneten Relais - liefert, das den Magneten --148-- anregt,
das Ventil --316-- in der Zufuhrleitung --317-- für fein- teiligen Koks zu öffnen. Gleichzeitig wird der Ausgang des UND-Gatters --129-- über --149-- dem norma- lerweise offenen Relais --150-- zugeführt, um dieses offen zu halten, wodurch der Magnet --151-- im nicht angeregten Zustand und das Ventil --319-- in der Zufuhrleitung --320-- für feinteiligen Kalk geschlossen bleibt. Dies verhindert die Zufuhr von feinteiligem Kalk in den Ofen. Das Ausgangssignal des UND-Gatters --129-- wird auch über-152-- dem normalerweise geschlossenen Relais --153-- geliefert, um es zu öffnen, was den Magneten --154-- abschaltet und damit wieder das Ventil --322-- für feinteilige Einsatzmi- schung in der Zufuhrleitung --323-- für feinteilige Einsatzmischung schliesst.
Dies beendet die Lieferung von Einsatzmischung in den Ofen. Daher bewirkt die Triggerung des UND-Gatters --129--, dass nur feinteliger Koks über den Schneckenvortrieb --315-- und die Zuführvorrichtung --325-- durch die hohle Öffnung --304-- in der Elektrode --301-- zugeführt wird, während die Zufuhr von feinteiligem Kalk und feinteiliger Mischung ausgeschlossen wird. Diese Zufuhr von feinteiligem Koks setzt sich fort, bis die Stellung der Elektrodenspitze sich verändert oder die Analyse der Carbidqualität zufriedenstellend ist. Als Sicherheitsmassnahme kann der Koks kontinuierlich für eine vorher festgesetzte maximale Zeitspanne innerhalb eines festgesetzten Zeitintervalls zugeführt werden, um so die Gefahr eines Koksüberschusses im Ofen, die zu einer Unterbrechung des Gesamtverfahrens führen würde, möglichst klein zu halten.
Wenn die Stellung der Elektrodenspitze innerhalb des vorher festgelegten Bereiches bzw. darunter liegt, überträgt die arithmetische Einheit --119-- ein Signal über --159 bzw. 155-- an einen der Eingänge des zweieingängigen ODER-Gatters --156--, dessen Ausgangssignal über --157-- einem Eingang eines zweiengängigen UND-Gatters --158-- zugeführt wird.Der zweite Eingang des UND-Gatters-158-- wird mit einem niedrige Carbidqualität anzeigenden Signal versorgt, das von der Umsetzereinheit --113 und 114-zugeführt wird.
Das UND-Gatter --158-- wird dann dazu verwendet, das ODER-Gatter --127-- über --160-- an einem Signal anzuregen, das einem Eingang des UND-Gatters --129-- zugeführt wird und die Zufuhr von feinteiligem Koks, wie oben beschrieben, steuert.
Daher verursachen die Kombination aus niedriger Qualität des Carbids und niedriger oder im gewünschten Bereich liegender Elektrodenspitzenstellung und die Kombination aus niedriger Elektrodenspitzenstellung und niedriger oder im gewünschten Bereich liegender Carbidqualität, dass nur feinteiliger Koks zugeführt wird, vorausgesetzt dass das UND-Gatter --135-- angeregt wird, was anzeigt, dass alle physikalischen Erfordernisse für gute Arbeitsbedingungen erfüllt sind.
Wenn die Elektrodenspitzenstellung und die Carbidqualität innerhalb des gewünschten Bereiches liegen, werden sowohl das Signal von der Vergleichseinheit --119-- als auch das Signal von der Konversionseinheit - über --161 bzw.162-- den beiden Eingängen des zweieingängigen UND-Gatters --163-- zugeführt.
Das Ausgangssignal des UND-Gatters --163-- wird dann über --164-- zu einem Eingang des zweieingängigen ODER-Gatters --165-- geleitet, das wieder ein Signal über --166-- an einen Eingang des zweieingängigen UND-Gatters --167-- leitet. Der zweite Eingang für dieses UND-Gatter --167-- wird von einem zweieingängigen UND-Gatter --168-- über --169-- versorgt.
Das Ausgangssignal des UND-Gatters --141--, wie oben beschrieben, wird einem Eingang des UND-Gatters --168-- zugeführt, während ein normalerweise geschlossenes Relais --170--, das anzeigt, dass die Menge an Einsatzmischung über einen minimalen Pegel im Vorratsbehälter liegt, den zweiten Eingang über --171-- liefert.
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<Desc/Clms Page number 10>
--167-- wirdsatzmischung durch die hohle Elektrode --301-- zugeführt werden kann.
In dem Zeitintervall, während die Elektrodenspitzenstellung niedrig und die Carbidqualität hoch sind, werden Signale von dem Vergleicher --119-- und dem Umsetzer --113 und 204 bzw. 205-zu verschiedenen
Eingängen des zweieingängigen UND-Gatters --206-- geführt, das ein Ausgangssignal über --207-- an die j Speichereinheit --16-- übermittelt. Hier wird der gespeicherte Stromstärkenausgang für die Elektrode - -301--, wie oben beschrieben, um einen vorbestimmten Wert vermindert, bis entweder die Carbidqualität oder die Elektrodenspitzenstellung in dem gewünschten Bereich liegen und korrigierende Mischungszustände beigegeben werden können, um die ausserhalb des Bereiches liegende Bedingung auszugleichen.
In ähnlicher
Weise werden, wenn die Elektrodenspitzenstellung hoch und die Carbidqualität niedrig liegt, Signale vom !) Vergleicher-119-und dem Umsetzer-113-über-208 bzw. 209-zuverschiedenenEingängendes zwei- eingängigen UND-Gatters-210-- geleitet, welches seinerseits ein Ausgangssignal über --211-- an die
Speichereinheit --16-- liefern, um den festgesetzten Strompegel um einen vorherbestimmten Wert zu ver- mindern. Diese Verminderung oder Vergrösserung des festgesetzten Strompegels in der Speichereinheit - ist unter anderem eine Funktion des Widerstandes von Kalk, Koks und der Einsatzmischung.
Zum Beispiel erzeugt für einen 23, 5 Megawatt-Ofen und einen festgesetzten Stromwert von ungefähr 1200 A das UND-Gatter --206 oder 210-- ein Ausgangssignal, das einen Anstieg von 25 A bzw. eine Abnahme von 25 A darstellt, mit maximal zwei aufeinanderfolgenden Veränderungen von insgesamt 50 Ampere in jeder Rich- tung. Die Einsatzmischung bei diesem Beispiel bestand aus 38 Gew.-% Koks und 62 Gew.-% Kalk.
Der ver- wendete Kalk und der verwendete Koks hatten die folgenden Analysen :
EMI10.1
<tb>
<tb> Kalk <SEP> Koks
<tb> Zusammensetzung <SEP> Gew.-% <SEP> Zusammensetzung <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 96,52 <SEP> freier <SEP> Kohlenstoff <SEP> 85,98
<tb> MgO <SEP> 1, <SEP> 66 <SEP> flüchtiger <SEP> KohlenC02 <SEP> 1,05 <SEP> stoff <SEP> 1, <SEP> 72 <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 0, <SEP> 49 <SEP> Asche <SEP> 12, <SEP> 30 <SEP>
<tb> A1203 <SEP> 0, <SEP> 28
<tb>
Diese zusätzliche Bedingung zu der automatischen Steuerung des Ofenbetriebes erlaubt eine Korrektur der Spitzenstellung der Elektrode, wenn die Kombination von Carbidqualität und Elektrodenspitzenposition miteinander in Konflikt stehen in Hinblick auf die erforderliche, korrigierende feinteilige Beschickung.
Um genauer den tatsächlichen Verbrauch der Elektrode darzustellen, wie er in der arithmetischen Ein- heit --53-- berechnet wird, werden Korrekturen an der Verbrauchsgeschwindigkeit vorgenommen, basierend auf der genauen Beschickung, die in den Ofen eingebracht wird. Jede feinteilige Beschickung hat einen unterschiedlichen fixierten Kohlenstoffgehalt und bewirkt infolgedessen, dass die Elektrode mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verbraucht wird. Ein Signal von einer normalerweise geschlossenen Relaiseinheit --42--, das den Betrieb der Beschickungsschnecke-315-- anzeigt, wird über --212, 213 und 214-zu einem Eingang der zweieingängigen UND-Gatter --215, 216 bzw. 217-- geführt.
Der zweite Eingang des UND-Gatters - wird von einem normalerweise geöffneten Relais --263-- über --218-- versorgt, das in seinem geschlossenen Zustand anzeigt, dass feinteiliger Koks durch die Elektrode zugeführt wird. Dies aktiviert das UND-Gatter --215-- zur Übertragung eines Ausgangssignals über --219-- in die Elektrodenverbrauchsbe- rechnereinheit --53--, um die Verbrauchsgeschwindigkeit um einen vorher festgesetzten Betrag zu vermindern. Zum Beispiel wäre bei Verwendung der oben genannten Koksmischung eine Verminderung der Elektrodenverbrauchsgeschwindigkeit um etwa 35% erforderlich.
In ähnlicher Weise würden normalerweise ge- öffnete Relais --264 bzw. 265--, die die Zufuhr von feinteiliger Beschickungsmischung bzw. feinteiligem Kalk anzeigen, nach ihrem Schliessen Signale über --220 bzw. 221-- zu UND-Gattern --216 bzw. 217-- übertragen. UND-Gatter-216-- triggert ein Ausgangssignal über --223-- zur Einheit --53--, die die Verbrauchsgeschwindigkeit der Elektrode um einen vorbestimmten Wert von ungefähr 30% vermindert, wennnur feinteilige Mischung in den Ofen eingeführt wird. UND-Gatter-217-- erzeugt ein Ausgangssignal zu - -224--, das in die Einheit --53-- eingegeben wird, um die Verbrauchsgeschwindigkeit um einen vorherbestimmten Wert von ungefähr 20% zu vermindern, wenn nur feinteiliger Kalk in den Ofen eingeführt wird.
Daher ist die exakte Verminderung der Verbrauchsgeschwindigkeit, die jeder Beschickung entspricht, eine Funktion des fixierten Kohlenstoffgehaltes dieser Beschickung.
Wenn im Ofen Wasserkühlung angewendet wird, kann die Fliessgeschwindigkeit mit Hilfe herkömmlicher Mittel gemessen werden, um die richtige Kühlung des Ofens sicherzustellen. Zum Beispiel kann die Fliess-
<Desc/Clms Page number 11>
geschwindigkeit des Wassers in einem Kühlmantel --327-- mit einem inneren Kegel --328-- durch einen Flussmesser --329-- festgestellt werden, der dann ein Signal über einen Druckschalter --225-- und ein normalerweise offenes Relais --226--, die in Serie geschaltet sind, über --227-- zu einer Alarmeinrichtung - sendet, immer dann, wenn die Fliessgeschwindigkeit unter einen festgesetzten Wert absinkt.
In ähnlicher Weise kann die Fliessgeschwindigkeit einer Kühlflüssigkeit für die elektrische Kontaktplatte --308-durch ein Flussmeter --330-- kontrolliert werden, das wieder in einer Serienschaltung mit einem Druckschalter --229-- und einem normalerweise offenen Relais --230-- gekoppelt sein kann, um ein Signal über
EMI11.1
setzten Minimalwert absinkt, der für einen sicheren Betrieb notwendig ist.
Zusätzlich kann der Druck des zirkulierenden Kühlwassers durch eine Messeinrichtung --331-- festgestellt werden, die in einer Serien- schaltung an einen Druckschalter --233-- und ein normalerweise geschlossenen Relais --234-- angeschlos- sen sein kann, das über -235-- ein Signal auslösen kann, um die Alarmeinrichtung --236-- zu aktivieren.
Daher liefert die automatische und ständige Überwachung des Kühlungssystems Mittel für die Erkennung und Verhinderung längerer, schädlicher Überhitzungen in den Ofenteilen.
Die Arbeitstemperatur des Transformators, der dem System elektrische Energie liefert, kann laufend gemessen werden, um seine Überhitzung zu verhindern. Herkömmliche Temperaturmessvorrichtungen kön- nen in der Nähe des Transformators in geeigneter Weise zu einer Serienschaltung aus Temperaturschalter --237-- und einem normalerweise geöffneten Relais --238-- gekoppelt werden, um über --239-- ein Signal an die Alarmeinrichtung --240-- zu liefern, wenn die Temperatur über einen festgelegten Höchstwert steigt.
In ähnlicher Weise kann eine Serienschaltung aus Temperaturschalter --241-- und normalerweise geöffnetem Relais --242-- oder Temperaturschalter --243-- und normalerweise geöffnetem Relais --244-- über --239-- das Alarmsignal auslösen, wenn das Primärkabel oder die sekundäre Sammelschiene des Transformators eine vorher festgelegte Temperaturgrenze überschreitet. Als zusätzliche Sicherheitsmassnahme kann das Alarmsignal neben der Auslösung der Alarmeinrichtung --240-- auch über --245-- der Speichereinheit - zugeführt werden, um den Strom-Sollwert darin zu vermindern. Dies führt zur Anhebung der Elektrode und damit zur Verminderung der Strombelastung in dem betroffenen Teil während des Alarms, um weitere Komplikationen zu verhindern, die aus der Überhitzung der Komponente resultieren könnten.
Während der Ofen vollständig automatisch gesteuert wird, sobald erst einmal die notwendigen Ofenin- formationen in die jeweiligen Speichereinheiten eingegeben sind, wie oben beschrieben, kann die tatsächliche Produktion von Kalziumcarbod automatisch und fortlaufend während des Ofenbetriebs berechnet werden. Dies wird erreicht, indem das Abgas des Ofens mit einer Messvorrichtung --332--, wie in Fig. l gezeigt, gemessen wird und das Ergebnis einem Übertrager --246--, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zugeführt wird, der wieder ein dem Abgasfluss proportionales Signal über --248-- an die arithmetische Einheit --247-- überträgt.
Die Abgastemperatur wird durch ein Messgerät --333-- gemessen, das wieder an den Übertrager --222-- angeschlossen ist, dessen Ausgang über --249-- an die arithmetische Einheit --247-- angeschlossen ist. Der Analysator --326-- misst den CO-Gehalt des Abgases und ist mit dem Übertrager --250-- gekoppelt, der ein dem CO-Gehalt proportionales Ausgangssignal über --251-- an die arithmetische Einheit --247-- liefert. In der arithmetischen Einheit --247-- wird der Abgasfluss oder die Temperatur entsprechend umgerechnet und danach der CO-Gehalt unter Berücksichtigung des Gasflusses korrigiert, worauf das Ausgangssignal, das den korrigierten CO-Fluss darstellt, über --252-- an eine andere arithmetische Einheit --253-- geleitet wird.
Das Carbidqualitätssignal von der Einheit --113-- wird ebenfalls über --254-- in die arithmetische Einheit
EMI11.2
verwendet werden.
Die arithmetische Einheit --253-- berechnet die hergestellte Menge an Kalziumcarbid, indem sie die drei Eingangssignale, nämlich den korrigierten CO-Fluss, die Carbidqualität (im CH/kgCaC) und den Koeffizienten m C H/m CO entsprechend der folgenden Beziehung vergleicht :
EMI11.3
Das Ausgangsmaterial der Einheit --253-- kann jeder herkömmlichen Aufzeichnungsvorrichtung eingegeben werden, um die Herstellung von Kalziumcarbid sichtbar zu machen.
<Desc/Clms Page number 12>
Ein vollständig automatisches Verfahren zur Herstellung von Kalziumcarbid hoher Qualität kann also durch herkömmliche logische Schaltungen erreicht werden, die Flexibilität bei den vorgesehenen Grössen in den Speichereinheiten erlaubt es, das Verfahren unter Verwendung jedes Ofens und jeder Mischungszusam- mensetzung anzuwenden. Die Verwendung hohler Elektroden ist vorteilhaft, da sie optimale Bedingungen für die Zufuhr von feinteiligem Koks und Kalk direkt in die Reaktionszone ermöglicht. Die hilfsweise Alarm- vorrichtungen liefern automatisch sichtbare und/oder hörbare Anzeichen für Fehlfunktionen, während gleichzeitig automatisch Massnahmen ergriffen werden, um mögliche Konsequenzen zu mildern.
Wenn massive Elektroden verwendet werden, können die korrigierenden Zusätze von Kalk und/oder koh- lenstoffhaltigem Reduktionsmittel als Ergebnis der Kontrollen zwar durch die primäre Eingabevorrichtung des Ofens zugeführt werden, jedoch mit viel langsamerer korrektiver Wirkung, als wenn die korrigieren- den Zugaben direkt durch die hohle Elektrode in die Reaktionszone zugeführt werden. Die in Fig. 2 gezeigte Steuerung kann bei massiven Elektroden angewendet werden, indem die Ausgänge zu Regelvorrichtungen in den Behältern für Kalk und kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel geführt werden, die wieder die Zufuhr dieser Reaktionsstoffe in den Ofen zwischen dem inneren Kegel --328-- und der Elektrode --301-- zu steuern, dass die Bedingungen innerhalb eines gewünschten Bereiches für die Erzeugung von Qualitätscarbid gehalten werden.
Die automatische Elektrodensteuerung, die Elektrodenverschiebung und die Steuerung der Reaktionsstoffzufuhr können unabhängig oder in Kombination vorgenommen werden, um in verschiedenem Masse eine automatische Steuerung für die Produktion von Kalziumcarbid zu ermöglichen. Die Elektrodensteuerung und die Elektrodenverschiebungskontrolle können in jedem elektrischen Tauchlichtbogenofen zur Erzeugung jeder Art von metallurgischem Produkt verwendet werden, wo diese beiden Steuerungen notwendig sind, beispielsweise zur Erzeugung von siliziumhaitigen Legierungen, Ferromangan, Ferrochrom od. ähnl. Durch geringe Veränderungen in der Regelung der Reaktionsstoffzufuhr nach Fig. 2 kann diese in jedem elektrischen Tauchlichtbogenofen dazu verwendet werden, die Verhältnisse zwischen zwei oder mehr Reaktionsstoffen zu steuern.
Zum Beispiel könnte ein Signal über die Qualität des metallurgischen Produktes, das einen Mangel an einem der Reaktionsstoffe anzeigt, an Stelle des Carbidqualitätssignals mit der logischen Schaltung kombiniert werden, um ein Ausgangssignal für die automatische Steuerung der Beschickungsmenge zu erhalten.
Die ausserordentlichen Ersparnisse, die durch Anwendung dieses automatischen Verfahrens bei der Herstellung von Kalziumcarbid erreicht werden, zeigt das folgende Beispiel.
Beispiel : Ein elektrischer Lichtbogenofen mit drei Phasen von 23,. 5 Megawatt, einer Tiefe von 3, 6 m und einem Durchmesser von 7, 62 m mit hohlen, selbstbackenden Kohlenstoffelektroden wurde mit automatischer Prozesssteuerung ausgerüstet. Die hohlen Elektroden massen 114 cm äusserer Durchmesser, 10 cm Innendurchmesser, 279 cm in der Länge und drangen in den Ofen so weit ein, dass jede Elektrode 140 cm vom Herd entfernt war. Die verschiedenen Messinstrumente, die in Fig. l gezeigt sind, wurden in den Ofen eingebaut und die Ergebnisse einem GE PAC 4040 Computer eingegeben, der in geeigneter Weise programmiert war.
Die verwendeten feinteiligen Reaktionsstoffe waren die folgenden :
EMI12.1
<tb>
<tb> Kalk <SEP> Koks
<tb> Zusammensetzung <SEP> Gew.-% <SEP> Grösse <SEP> Zusammensetzung <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Grösse <SEP>
<tb> CaO <SEP> 96,52 <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> cm <SEP> Freier <SEP> Kohlenund <SEP> 1, <SEP> 66 <SEP> und <SEP> feiner <SEP> stoff <SEP> 85,98 <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> cm <SEP>
<tb> MgO <SEP> 1,66
<tb> Flüchtiger <SEP> und <SEP> feiner
<tb> 2 <SEP> Kohlenstoff <SEP> 1,72
<tb> "30, <SEP> 49 <SEP> Asche <SEP> 12,30
<tb> Al2O3 <SEP> 0,28
<tb>
Mischung 60% Koks und 40% Kalk
Die grobkörnige Mischung, die um alle drei Elektroden herum zugeführt wurde, hatte die gleiche Zusammensetzung wie die feine Mischung und Korngrössen von 7, 6 x5, 1 cm und darunter bis zu minimal etwa 0, 6 cm.
Die Beschickungsgutbehälter ähnlich den in Fig. l mit --318, 321 und 324-- bezeichneten hatten einen Inhalt von 5, 66 m3.
<Desc/Clms Page number 13>
Die der Speichereinheit des Computers eingegebenen Anfangsinformationen für einen Ofen dieser Grösse und für die genannten Einsatzstoffe sind wie folgt, wobei die Bezugszahlen entsprechend der Fig. 1 in Klammer ebenfalls angegeben sind.
EMI13.1
<tb>
<tb>
Stromsollwert <SEP> (16) <SEP> 1200 <SEP> A
<tb> Toleranz <SEP> für <SEP> Stromsollwert <SEP> (17) <SEP> : <SEP> i <SEP> : <SEP> 25 <SEP> A
<tb> Stromvorspannung <SEP> für <SEP> verschiedene
<tb> Gasqualität <SEP> und <SEP> Spitzenstellung <SEP> (206,210) <SEP> : <SEP> i <SEP> : <SEP> 25 <SEP> A
<tb> Stromvorspannung <SEP> für <SEP> die <SEP> Abzapfung
<tb> der <SEP> Elektrode <SEP> (25) <SEP> : <SEP> i <SEP> :
<SEP> 25 <SEP> A
<tb> Sollwert <SEP> der <SEP> Kopfstellung <SEP> über <SEP> der
<tb> absoluten <SEP> unteren <SEP> Grenze <SEP> (1, <SEP> 306) <SEP> 38, <SEP> 1 <SEP> cm
<tb> obere <SEP> Grenze <SEP> für <SEP> Kopfstellung <SEP> (2,306) <SEP> 38, <SEP> 1 <SEP> cm <SEP>
<tb> untere <SEP> Grenze <SEP> für <SEP> Kopfstellung <SEP> (1, <SEP> 306) <SEP> 35, <SEP> 6 <SEP> cm <SEP>
<tb> Anfangslänge <SEP> der <SEP> Elektrode <SEP> (65) <SEP> 279, <SEP> 4 <SEP> cm <SEP>
<tb> Zeitintervall <SEP> zwischen <SEP> den
<tb> Verschiebungen <SEP> (257) <SEP> 1 <SEP> h
<tb> Verbrauchsgeschwindigkeit <SEP> (55) <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> MWh/cm <SEP>
<tb> Vorspannung <SEP> der <SEP> Verbrauchsgeschwindigkeit <SEP> für <SEP> die <SEP> Einsatzmischung <SEP> (223) <SEP> 30%
<tb> Vorspannung <SEP> der <SEP> Verbrauchsgeschwindigkeit <SEP> für <SEP> die <SEP> Kalkzufuhr <SEP> (224)
<SEP> 20%
<tb> Vorspannung <SEP> der <SEP> Verbrauchsgeschwindigkeit <SEP> für <SEP> die <SEP> Kokszufuhr <SEP> (215) <SEP> 35%
<tb> Untere <SEP> Grenze <SEP> des <SEP> Kopf-zu-HerdAbstandes <SEP> (75) <SEP> 381 <SEP> cm
<tb> Spitze-zu-Herd-Abstand <SEP> (121) <SEP> 139, <SEP> 7 <SEP> cm <SEP>
<tb> Toleranz <SEP> für <SEP> Spitze-zu-Herd-Abstand <SEP> (122) <SEP> : <SEP> i <SEP> :
<SEP> 12, <SEP> 7 <SEP> cm
<tb> Obergrenzenmarkierung <SEP> über <SEP> der <SEP> festgesetzten
<tb> Kopfstellung <SEP> für <SEP> Koksbeschickung <SEP> (1, <SEP> 306) <SEP> 25, <SEP> 4 <SEP> cm <SEP>
<tb> Untergrenzenmarkierung <SEP> unter <SEP> der <SEP> festgesetzten
<tb> Kopfstellung <SEP> für <SEP> die <SEP> Kalkbeschickung <SEP> (1, <SEP> 306) <SEP> 25, <SEP> 4 <SEP> cm <SEP>
<tb> Untere <SEP> Grenze <SEP> für <SEP> jeden <SEP> Beschickungsbehälter
<tb> (133,170, <SEP> 175) <SEP> 0, <SEP> 226 <SEP> m3 <SEP>
<tb> Alarmpunkt <SEP> für <SEP> die <SEP> Kühlwassermenge <SEP> für
<tb> Mantel <SEP> (225) <SEP> 1,76 <SEP> kg/cm2
<tb> Alarmpunkt <SEP> für <SEP> Kühlwasserfluss <SEP> für <SEP> die
<tb> Platte <SEP> (229) <SEP> 1, <SEP> 76 <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb> Druckalarmpunkt <SEP> für <SEP> zurückfliessendes
<tb> Kühlwasser <SEP> (233) <SEP> 2,
46 <SEP> kg/cm2
<tb> Koeffizient <SEP> m <SEP> C <SEP> H/m <SEP> CO <SEP> (255) <SEP> 0, <SEP> 93 <SEP>
<tb> Transformatortemperaturgrenze <SEP> (237) <SEP> 700C
<tb> Primäre <SEP> Kabeltemperaturgrenze <SEP> (241) <SEP> 800C
<tb> Temperaturgrenze <SEP> für <SEP> Transformatorsekundärsammelschiene <SEP> (243) <SEP> 870C
<tb>
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
<tb>
<tb> Alarm <SEP> für <SEP> zu <SEP> grossen <SEP> Vorschub <SEP> (110) <SEP> 15,2 <SEP> cm
<tb> Q <SEP> (m/kg) <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 062x <SEP>
<tb> (0, <SEP> 00833 <SEP> T <SEP> - <SEP> 9, <SEP> 5)
<tb> (16400C <SEP> : <SEP> S <SEP> T <SEP> : <SEP> S <SEP> 17500C) <SEP>
<tb> Carbidqualitätsumrechnung
<tb> Q <SEP> (m3/kg) <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 062 <SEP> x <SEP>
<tb> (0,00267 <SEP> T <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 37)
<tb> (17500C <SEP> : <SEP> S <SEP> T <SEP> :
<SEP> S <SEP> 19000C) <SEP>
<tb>
Die automatische Kalziumearbid-Herstellung wurde drei Monate lang fortgesetzt und ein Durchschnitt von 0, 329 kg Kalziumearbid pro kWh Leistung erzeugt. Während dieser drei Monate wurden insgesamt 17550 Nettotonnen erzeugt. Gleichzeitig mit der genannten Testproduktion wurde in einem ähnlichen Ofen Kalziumcarbid auf herkömmlichem Wege mit Handsteuerung erzeugt. Dieser zweite Produktionstest lief drei Monate mit häufigeren und längeren Abschaltperioden für die Wartung, Elektrodenmessung und Unterdecke- säuberung und führte zu einem Durchschnitt von 0, 315 kg Kalziumcarbid pro kWh Leistung.
Die gesamte Testproduktion von 14350 Nettotonnen während dieser drei Monate in dem Ofen mit herkömmlicher manueller Bedienung war also um 3200 Nettotonnen niedriger als bei der beschriebenen automatischen Steuerung.
Ausserdem war die Anzahl und die Häufigkeit der Abschaltperioden für Wartung, Elektrodenmessung und Unterdeckensäuberung deutlich vermindert, da der Ofen im wesentlichen unter optimalen Bedingungen arbeitete. Ein Vergleich der Abschaltperioden für die zwei Öfen zeigte eine Einsparung von 27 h pro Monat für den automatisch gesteuerten Ofen. Diese höhere Arbeitszeit ergibt eine zusätzliche Produktion von 607, 5 Nettotonnen Kalziumcarbid bei einer durchschnittlichen Produktion von 7, 5 Nettotonnen pro Stunde.
Die Differenz zwischen diesem Produktionsanstieg und dem gesamtenProduktionsanstieg von 3200 Nettotonnen beruht hauptsächlich auf der Steigerung der integrierten Gesamtlast während des Ofenbetriebes, was darauf zurückzuführen ist, dass die optimalen Bedingungen besser eingehalten werden konnten als bei manueller Steuerung möglich.
Ein Vergleich der Carbidqualität in. jedem Ofen zeigte, dass der automatisch gesteuerte Ofen ein Produkt mit um durchschnittlich 0, 012 m 3 Acetylen/kg Carbid mehr als das Produkt des herkömmlich betriebenen Ofens lieferte. Der durchschnittliche Kalkverbrauch pro kg CaC war ebenfalls um ungefähr 260 Nettotonnen pro Monat gegenüber dem herkömmlichen Verfahren geringer infolge der besseren Kontrolle der Zugabe und der Wirksamkeit der Zufuhr durch die hohle Elektrode.
Der Testvergleich zwischen den beiden Verfahren zur Erzeugung von CaC über drei Monate kann wie folgt zusammengefasst werden :
EMI14.2
<tb>
<tb> kg <SEP> CaC/kWh <SEP> Abschalt-durchschnitt-durchschnitt-Tonne <SEP> Kalk/
<tb> zeiten <SEP> % <SEP> liches <SEP> CaC/liehe <SEP> Gas-Tonne <SEP> CaC <SEP>
<tb> Tag <SEP> (Tonnen) <SEP> qualität
<tb> m <SEP> C2H2 <SEP>
<tb> m <SEP> C2H2 <SEP>
<tb> automatisches
<tb> Verfahren <SEP> 0,329 <SEP> 2,0 <SEP> 195 <SEP> 0,303 <SEP> 0,87
<tb> herkömmliches
<tb> Verfahren <SEP> 0, <SEP> 315 <SEP> 5, <SEP> 8 <SEP> 160 <SEP> 0, <SEP> 291 <SEP> 0, <SEP> 91 <SEP>
<tb>
EMI14.3
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.