DD240438A1 - Verfahren zur bestimmung des calciumcarbidgehaltes von carbidschmelzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Calciumcarbidgehaltes von Carbidschmelzen. Sie ist einsetzbar zur Ueberwachung der Calciumcarbidproduktion hinsichtlich des Carbidgehaltes. Ziel der Erfindung ist, beruehrungslos die richtige Bestimmung des Calciumcarbidgehaltes in der ausfliessenden Schmelze zu ermoeglichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, dass eine Steuergroesse liefert fuer die Rohstoffdosierung zum Zwecke einer gleichbleibenden Carbidqualitaet. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass durch Temperaturmessung der erstarrenden Schmelze mittels Fernsehthermographie der funktionelle Zusammenhang zwischen mittlerer Schmelztemperatur und mittlerem Carbidgehalt eines Abstichs ermittelt wird, auf dessen Grundlage nach Bestimmung der mittleren Schmelztemperatur eines beliebigen Abstichs dessen mittlerer Carbidgehalt unmittelbar nach Abstichende angegeben werden kann. Die Erfindung ist anwendbar bei allen Produktionsverfahren, bei denen fluessiges Calciumcarbid abgestochen wird.

Description

Q=aexp{bT-cT²}

beschrieben-wird, worin bedeuten Q der mittlere Kalciumkarbidgehalt eines Abstichs, gemessen in 1 Acetylen/kg technisches Kalciumkarbid, f die mittlere Schmelztemperatur eines Abstichs, gemessen in ⁰C, a, b, c Konstanten mit den Zahlenwerten

a = 0,0353, b = 0,0866, c = 2,09 · 1(T^e. .

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Kaleiumkarbidgehalt eines beliebigen Abstichs aus seiner

mittleren Schmelztemperatur mit Hilfe dieser Gleichung bestimmt wird.

Anwendungsgebiet

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die berührungslose Bestimmung des Gehaltes an Kalciumkarbid im · _;

Schmelzfluß bei seiner elektrothermischen Synthese. Darüber hinaus ist es anwendbar auf andere Verfahren, bei denen ;

Schmelzen entstehen, zur Bestimmung ihrer Zusammensetzung. ' . . ' ;

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe eines Pyrometers die Temperatur des ausfließenden Karbids direkt am Abstich gemessen wird (US-Patent P 2149258.0-41). Dem Verfahren liegt die Annahme zugrunde, da die Karbidqualität an einer bestimmten Stelleim Ofen aus der Temperatur des am Abstich ausfließenden Karbids bestimmbar ist. . :. Dazu wird in periodischen Intervallen mit Hilfe eines Pyrometers die Temperatur der am Abstich ausfließenden |

Karbidschmelze gemessen. ;

Anhand von linearen Gleichungen, die zuvor für verschiedene Temperaturintervalle ermittelt wurden, wird der jeweils i

gemessenen momentanen Temperatur ein bestimmter Karbidgehalt zugeordnet, der dann als Steuerinformation dient für \

die automatisierte Beschickung des Ofens mit Rohstoffen über eine Kohlelektrode. Für das Verfahren ist ein Streubereich für den Karbidgehalt von ± 10% angegeben. j

Der bekannte Stand der Technik hat folgende Nachteile: ;

1. Die Temperaturmessungen direkt am Abstich werden durch Staubschwaden stark beeinträchtigt. Die Verfälschung der

Meßwerte wird aucFTdürch Verwendung eines Zweifarbenpyrometers nur vermindert, aber nicht beseitigt.

2. Da innerhalb des Ofens ein deutliches horizontales Temperaturgefälle besteht, ist die Repräsentanz der Temperatur der ausfließenden Schmelze für die Temperatur der Schmelze in der Reaktionszone innerhalb des Ofens nicht gegeben.

3. Die aus der Abstichtemperatur, gemessen am Abstichloch des Ofens, abgeleitete Korrelation zum Karbidgehalt der Schmelze ist thermodynamisch nicht zulässig, da an diesem Ort die Schmelze überhitzt ist und sich somit nicht im Phasengleichgewicht flüssig—fest befindet.

4. Richtige Messungen der Schmelzzusammensetzung sind nur bei den Temperaturen möglich, bei denen flüssige und feste Phase koexistieren. Dieser Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn die Schmelze bis zur sichtbaren Krustenbildung abgekühlt ist. Die in den Rissen der Krusten sichtbare Schmelze besitzt nahezu die gesuchte Temperatur, die dem Gleichgewichtszustand zwischen fester und flüssiger Phase entspricht. Für diese Messungen sind Pyrometer jeder Art nicht geeignet, da sie nur den integralen Temperaturwert des gesamten Meßflecks registrieren können, dessen Ausleuchtung sich aber an diesem Ort infolge der Krustenbildung ständig verändert. Für das richtige Messen der Schmelztemperatur zwischen den Rissen ist der Meßfleck des Pyrometers zu groß und für das Erfassen einer ausreichenden Anzahl von Rissen pro Zeiteinheit infolge deren örtlichen Fluktuationen zu klein.

5. DerVerlauf der in der o.g. Quelle angegebenen Beziehung zwischen Schmelztemperatur und Karbidgehäit der Schmelze steht im Widerspruch zu Ergebnissen von Untersuchungen über das Phasengleichgewicht Kalciumoxid-Kalciumcarbid. Die im US-Patent P 21 49258.0-41 den Karbidgehalten zugeordneten Schmelztemperaturen liegen zu niedrig bezüglich der bekannten Tatsache (Chemische Technik 28 (1976) 92-94, daß die Karbidbildung erst ab 1 900°C mit technisch verwertbarer Geschwindigkeit verläuft und ab 2200⁰C die Kalciumkarbidzersetzung überwiegt.

Die angegebene lineare Aporxiniation der Eichfunktion ist nur auf Grund des großen Streubereiches der Einzelwerte von ± 10% berechtigt, der aber auch eine Verwendbarkeit der momentanen Einzelmessungen für die erfindungsgemäße Aufgabe der automatisierten Rohstoffdosierung mit dem Ziel, eine stets gleichbleibende Karbidqualität zu produzieren, in Frage stellt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, die dem bekannten Stand der Technik anhaftenden Mangel zu beseitigen. Dazu soll berührungslos die richtige Bestimmung des Kalciumkarbidgehaltes in der ausfließenden Karbidschmelze ermöglicht werden als Steuergröße für die Rohstoffdosierung zum Zwecke der Produktion einer gleichbleibenden Karbidqualität.

Darlegung des Wesens der Erfindung

— Die technische Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung des Karbidgehaites von Karbidschmelzen zu entwickeln, welches den obigen Anforderungen entspricht.

— Merkmale der Erfindung Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:

1. Die Temperaturmessung erfolgt an einer Stelle, wo mehr als 50% der Schmelzoberfläche verkrustet ist, d.h. das System Kalciumkarbid-Kalciumoxid sich nahe dem Gleichgewicht zwischen fester und flüssigeFPhüe"b"efindetr '~~.

2. Es wird nicht ein einzelner willkürlich gewählter Temperaturwert ausgewertet, sondern eine für einen Abstich repräsentative mittlere Schmelztemperatur, die aus dem zeitlichen Temperaturverlauf während der Dauer eines Abstichs berechnet wird.

3. Simultan dazu werden über die Dauer eines Abstichs verteilt Kalciumkarbidproben genommen, hinsichtlich des Kalciumkarbidgehaltes analysiert und daraus ein mittlerer Kalciumkarbidgehalt für den jeweiligen Abstich ermittelt.

4. Aus dem mittleren KalciumkarbidgehaitQund der mittleren Schmelztemperatur T wird eine Eichbeziehung berechnet, die den Zusammenhang dieser beiden Größen in Form einer nichtlinearen Funktion darstellt. Der Verlauf dieser Funktion ist in Übereinstimmung mit bekannten Untersuchungen (Chemische Technik28 [19761 92,35 (1983) 297) und kann beschrieben werden durch die allgemeine Gleichung

Q= aexp{bT-cT²}. "

Darin sind a, b und c Konstanten, welche durch Regressionsrechnung ermittelt werden können. Bei Kenntnis dieser Konstanten kann dann mit Hilfe dieser Gleichung aus einer mittleren Schmelztemperatur T der dazugehörige mittlere Karbidgehalt Q berechnet werden. ^

Natürlich ist es so auch möglich, einem einzelnen Temperaturwert den entsprechenden Karbidgehalt zuzuordnen.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung näher dargestellt.

Zur Temperaturmessung wurde das Verfahren der Infrarot-Fernsehthermographie angewandt. Die Fernsehthermographie stellt das derzeitig geeignetste Verfahren zur Temperaturmessung kleiner bewegter Objekte über eine größere Entfernung dar. Als Strahlungsempfänger dient ein Videkon mit Silicium-Multidioden-Target. Wegen des großen Meßbereiches von 300-3000⁰C, der hohen Temperaturauflösung von 0,5% absolut sowie der Meßgeschwindigkeit von 50 Messungen pro Sekunde werden alle Nachteile früherer pyrometrischer Messungen vermieden. Insbesondere gewährleistet die Möglichkeit, den Punkt der maximalen Temperatur im Meßfeld anzuzeigen, die Gewähr für die Richtigkeit der Temperaturmessung bei teilweise verkrusteten Schmelzoberflächen. Die Temperaturmessung erfolgte am Ort des Eintritts der Schmelze in die Kühltrommel, da hier die Schmelze soweit abgekühlt ist, daß — erkennbar an der starken Krustenbildung — sie nahezu die Erstarrüngstemperatur erreicht hat.

Aus dem über die Dauer eines Abstichs an dieser Stelle registrierten Temperaturverlauf wird die mittlere Abstichtemperatur T berechnet. '

Zur Aufstellung der Eichbeziehung zwischen Karbidgehalt und Erstarrüngstemperatur wurden im Minutenabstand, je nach Dauer des Abstichs, 15—20 Karbidproben genommen, auf ihren Karbidgehalt hin analysiert und daraus der mittlere Karbidgehalt Q des jeweiligen Abstichs ermittelt. Die Beziehung zwischen Q und T, welche aus zahlreichen Abstichen ermittelt wurde, kann durch folgende Gleichung beschrieben werden:

Q = 0,0353 exp {0,0866 T - 2,09 -10"⁶T²)

Im Temperaturbereich von 1750 bis 2200°C beschreibt diese Gleichung die Teperaturabhängigkeit der Karbidbildung richtig: Sie erreicht ihr Maximum bei ca. 2000⁰C, um dann infolge der zunehmenden Karbidzersetzung wieder abzunehmen. Auf Grund des Korrelationskoeffizienten von r = 0,97 und der Reststreuung von S₀ = 4,261 C₂H₂/kg technisches Karbid kann diese Korrelation als gesichert angesehen werden.

Auf der Grundlage dieser Gleichung kann nur aus einer gemessenen mittleren Erstarrungstemperatur der mittlere Karbidgehalt des jeweiligen Abstiches bestimmt werden. Vorteilhaft erfolgt die Auswertung der obigen Gleichung mit Hilfe eines direkt an die Temperaturmeßeinrichtung angeschlossenen Rechners. Das Ergebnis für den jeweiligen Abstich liegt unmittelbar mit Abstichende vor und kann über ein Display zur Anzeige gebracht werden.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Bestimmung des Karbidgehaltes von Kalciumkarbidschmelzen mit Hilfe einer nach dem Prinzip der Fernsehtrfermographie arbeitenden Temperaturfeld-Meßeinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß

   die Messung der Temperatur der Schmelze an der Stelle erfolgt, wo mehr als 50% der Schmelzoberfläche verkrustet ist,

   aus den über die Dauer eines Abstichs zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen der Temperatur der Schmelze die mittlere Schmelztemperatureines Abstiches berechnet wird,

   — über die Dauer eines Abstichs einzelne Kalciumkarbidproben genommen werden, deren Karbidgehalt bestimmt und aus diesen Einzeiwerten der mittlere Kalciumkarbidgehalt des gesamten Abstichs berechnet wird,

   — derfunktionelle Zusammenhang zwischen mittlerer Schmelztemperatur und mittlerem Kalciumkarbidgehalt des Abstichs durch die Gleichung