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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln und Überwachen des Feuchtigkeitsgehaltes
einer zu sinternden Mischung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Messen und Regeln des Feuchtigkeitsgehaltes einer Sintermischung aus Festbestandteilen,
die zu einem Sintervorgang verwendet wird, und insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Messen und Regeln des Feuchtigkeitsgehaltes einer Sintermischung
als Vorbereitung für das Sintern auf Wanderrosten.
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Das Sintern auf Wanderrosten ist ein wichtiges Verfahren zum Aufbereiten
von feinzerteilten, eisenhaltigen und nicht eisenhaltigen Erzen. Die Sintermischungen
können Flugasche, feine Sinterrückstände, Walzenzunder, Pyrit, Anilinschlamm und
Eisenerze, wie z. B. Hämatit, Magneteisenstein, Limonit und Siderit enthalten. Sintermischungen
von nicht eisenhaltigen Erzen können aus Braunstein, Zinkerz, Bleierz oder Nickelerz
bestehen. Mineralien, wie z. B. Kalksteinaggregate, phosphathaltiges Gestein, Lehm,
Schleif- oder Mahlschlamm, ein Nebenprodukt bei der Scheibenglasherstellung, Kesseltlugasche,
Rückstände von Kohlebergwerken und Brennstoffe, wie z. B. feinzerkleinerte Kohle
oder Koks, können ebenfalls in der Sintermischung für Wanderroste enthalten sein.
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Bei mit Wanderrosten arbeitenden Sinterverfahren wird Luft durch
die feuchte Sintermischung und den Rost geblasen, während die Mischung sich mit
dem Rost bewegt, um die darin enthaltenen Brennstoffe zu verbrennen und somit Wärme
zu erzeugen, durch die das Erz durch Wärmebindung zusammengesintert wird.
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Zur Verbesserung der Gasdurchlässigkeit der Sintermischung auf dem
Wanderrost muß die Sintermischung entsprechend vorbehandelt werden.
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Für die Verblasesinterung auf dem Sinterband ist eine größtmögliche
Durchlässigkeit der Schicht für Luft und Abgase, die vom Verbrennen des in der Mischung
befindlichen Brennstoffes herrühren, notwendig, da die Sintergeschwindigkeit in
direkter Abhängigkeit von der Durchlässigkeit steht. In denjenigen Fällen, insbesondere
bei älteren Anlagen, in denen keine Granulationsvorrichtungen benutzt werden, steht
die Schichtdurchlässigkeit in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgehalt der Mischung,
die in einer Art Mischvorrichtung, wie z. B. einer Knet-oder Schlägermühle, flockig
gemacht worden ist. Bei den meisten modernen Anlagen wird die angefeuchtete Sintermischung
oder ein Teil dieser Mischung entweder durch eine Granuliertrommel mit mehreren
Kegeln, eine Standardgranuliertrommel, eine scheibenförmige Vorrichtung zur Herstellung
von Kügelchen oder durch eine andere Vorrichtung, die das
feuchte Gemisch in kleine
Kügelchen zusammenrollen kann, geleitet. Durch diesen Granulationsvorgang wird die
Durchlässigkeit der Schicht und die Sintergeschwindigkeit auf dem Rost gegenüber
älteren Verfahren wesentlich verbessert. Die genaue Regelung des Feuchtigkeitsgehaltes
der Mischung ist, bevor sie in die Granuliervorrichtung kommt, notwendig, um Kügelchen
optimaler Größe zu erhalten und mit größtmöglicher Geschwindigkeit ein festes Sintergut
herzustellen. Da der Feuchtigkeitsgehalt der Sintermischung mit oder ohne Granulationsprozeß
von großer Wichtigkeit ist, ist in dieser Industrie eine Meßgeräteausrüstung, die
entweder ganz- oder halbautomatisch betätigt wird, notwendig, die die Feuchtigkeit
bei der Beschickung der Granuliervorrichtung vor dem Rost oder bei der Beschickung
des Rostes der Sintermaschine, wenn keine Granuliervorrichtung benutzt wird, regelt.
Folglich wurden Verfahren entwickelt, um die Durchlässigkeit der Mischung, bevor
sie den Sinterrost erreicht, zu erhöhen. Die bisher angewandten Bearbeitungsverfahren
verliefen so, daß kleine Wassermengen der Sintermischung beigegeben
wurden
und daß das angefeuchtete Sintergemisch durch eine Knet- oder Schlägermühle flockig
gemacht wurde, bevor es auf den Sinterrost gelangte, oder daß dem Sintergemisch
als Bindemittel zum Granulieren Wasser zugeleitet wurde und daß dann die angefeuchtete
Mischung durch Granuliertrommeln geleitet wurde, insbesondere in eine Granuliertrommel
mit mehreren Kegeln, die die Mischung zu Kügelchen verarbeitet, wie sie in dem USA.-Patent
2920344 beschrieben ist. Scheibenförmige Granuliervorrichtungen und andere Vorrichtungen
wurden ebenfalls verwendet, um die Mischung in kleine Kügelchen mit Hilfe einer
Bindeflüssigkeit, wie z. B. Wasser, zusammenzuballen, wodurch die Durchlässigkeit
des Sintergemisches wesentlich erhöht wurde.
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Die Feuchtigkeitsmenge in der Sintermischung hat einen bedeutenden
Einfluß auf die maximale Herstellungsgeschwindigkeit des Sintergutes, die auf einem
Sinterrost erreicht werden kann, und hat außerdem einen Einfluß auf die Qualität
des gesinterten Produktes, und somit ist die Regulierung der Feuchtigkeitsmenge
in der Sintermischung wünschenswert, um eine gleichmäßige Bearbeitung mit oder ohne
Granulationsvorgang zu ermöglichen.
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Zur Zeit werden Feuchtigkeitsbestimmungen von Hand vorgenommen, und
zwar durch die Entnahme von Materialproben aus der Mischung, die auf die Rostglieder
gebracht wird, jedoch können Messungen der Feuchtigkeitsveränderungen der Mischung,
wenn das Material zur Sintermaschine gelangt, nicht schnell genug vorgenommen werden,
um einen wirksamen Ausgleich des Feuchtigkeitsgehaltes auf die gewünschte Höhe durch
Erhöhen oder Vermindern der Wassermenge, die der Mischung, bevor sie auf den Rost
gelangt, beigegeben wird, zu erreichen. Versuche sind unternommen worden, um ständig
eine Variable zu überwachen, die mit dem Feuchtigkeitsgehalt in Beziehung steht,
und durch genaue Eichung diese Variable in eine Feuchtigkeitsmessung zu verwandeln.
Elektrische Proben-Prüfsysteme zur Messung der Leitfähigkeit geben kein richtiges
Maß des Feuchtigkeitsgehaltes, da die Leitfähigkeit der Mischung in keinem festen
Verhältnis zu dem in der Mischung vorhandenen Feuchtigkeitsgehalt steht. Die Leitfähigkeit
der Mischung wird auch von den chemischen Bestandteilen der Mischung beeinflußt,
außerdem durch das Schüttgewicht und die Struktur der Mischung, den Zustand der
Proben usw., und infolgedessen sind die Ablesungen nicht genügend genau, um als
Grundlage für ein zufriedenstellendes System der Feuchtigkeitsregelung für Sintergemische
in Sintermaschinen zu dienen. Infolgedessen ändert sich der Feuchtigkeitsgehalt
des Sintergemisches auf dem Rost in weitem Maße, ebenso wie die Sintergeschwindigkeit,
und außerdem wird der Sintervorgang teuer, da ja jederzeit eine Person vorhanden
sein muß, um von Hand die Sintermischung zu untersuchen und ebenfalls von Hand die
nötige Menge an Flüssigkeit einzustellen, die beigegeben werden muß, um die Wasserzugabe
zu der Mischung zu regulieren.
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Daher ist es Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine
verbesserte Vorrichtung zum Messen und Regulieren der Wasserzugaben zu einem Sintergemisch
vor dem Sintern zu schaffen, derart, daß ein Minimum an Dichte des Sintergemisches
aufrechterhalten wird, bevor es auf den Rost gelangt, um dadurch die Durchlässigkeit
der Sintermischung beim Sintern zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, der Mischung Wasser zuzufügen,
bevor sie auf den Sinterrost gelangt, die befeuchtete Mischung in einem fortlaufenden
Strom weiterzubefördern, den Strom auszuebnen, Gammastrahlen auf den Strom zu richten
und insbesondere Gammastrahlen radioaktiver Isotope durch den Strom der Mischung
durchtreten zu lassen, den Anteil an der Strahlung zu messen, die den Strom durchdringt
und dadurch ein Signal zu erzeugen, dessen Größe proportional der durch den Strom
hindurchdringenden Strahlung ist, und schließlich eine Steuervorrichtung zu betätigen,
die durch das Signal veranlaßt und nach Maßgabe der Größe des erzeugten Signals
Regelvorrichtungen betätigt, welche die genannte Wassermenge (pro Zeiteinheit) der
Sintermischung in flüssigem Zustand zugibt, bis die durch den Strom hindurchgegangene
und gemessene Strahlung eine vorgegebene Stärke erhalten hat, wobei der Mischung
derjenige Feuchtigkeitsgehalt erteilt wird, dem eine vorgegebene Größe minimalen
Schüttgewichtes der Mischung zugeordnet ist. Der Feuchtigkeitsgehalt bei einem speziellen
Mindestschüttgewicht und der Durchdringungsgrad einer solchen Strahlung bei einer
Mischung mit dem speziellen Mindestschüttgewicht können entweder von Hand oder vollautomatisch
mittels bekannter Geräte ermittelt werden.
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Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung darum, daß, wenn Wasser
mit der trockenen oder nicht genügend Feuchtigkeit aufweisenden Mischung gemischt
wird, das Schüttgewicht bis zu einem Minimalwert abnimmt, an diesem Punkt jedoch
die Hinzugabe von weiterem Wasser plötzlich dazu führen kann, daß das Schüttgewicht
des Gemisches zu einem Höchstwert ansteigt. Es wurde gefunden, daß erstaunlicherweise
der zum Granulieren nötige Feuchtigkeitsgehalt der Mischung, bei dem man eine optimale
Durchlässigkeit der Mischung in Form von Kugeln oder Kügelchen, z. B. mittels Granuliertrommeln
od. dgl., erhält, etwa 1 0/o größer oder kleiner als derjenige Feuchtigkeitsprozentsatz
ist, bei dem das Mindestschüttgewicht der Sintermischungen vorliegt.
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Im Hinblick auf die gestellten Ziele schafft die Erfindung ein Verfahren
zum Regeln und Überwachen des Feuchtigkeitsgehaltes einer zu sinternden Mischung,
bei dem Wasser zu der zu sinternden Mischung hinzugegeben und dadurch der Feuchtigkeitsgehalt
der Mischung vor dem Sintern auf einem vorgegebenen konstanten Wert eingestellt
wird; dieses erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise
von radioaktiven Isotopen herkommende Gammastrahlung vorgegebener Stärke durch die
eingestellte Mischung geschickt und die Stärke der an einem Detektor bzw. Meßgerät
empfangenen, durchgedrungenen Strahlung gemessen wird, wobei ein Relativwert der
empfangenen Strahlung, bezogen auf eine vorgegebene Strahlungsstärke gemessen wird,
wie sie in dieser Stärke bei einer Mischung empfangen wird, die den vorgegebenen,
konstanten Durchlässigkeitswert hat; und daß der Zustrom von Wasser zu der vorgenannten
Mischung durch den Unterschied und nach Maßgabe des Unterschiedes, der zwischen
der vorgegebenen Strahlungsstärke und der gemessenen Stärke der empfangenen Strahlung
besteht und gemessen wurde, derart eingeregelt wird, daß der Wasserzustrom in seiner
Größe so erhöht oder verringert wird, daß man den
konstanten Durchlässigkeitswert
der Mischung erhält, wenn die gemessene Strahlungsstärke abnimmt bzw. zunimmt in
bezug auf die vorgegebene Strahlungsstärke.
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Die Erfindung schafft weiterhin eine Einrichtung zum Regeln und Überwachen
des Feuchtigkeitsgehaltes der zu sinternden Mischung, bei der eine Vorrichtung zum
Zusetzen von Wasser zu der zu sinternden Mischung vorgesehen ist, durch die der
Feuchtigkeitsgehalt der Mischung vor dem Sintern auf einem vorgegebenen konstanten
Wert eingestellt wird. Diese erfindungsgemäße Einrichtung ist gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung zum Durchleiten einer vorzugsweise von radioaktiven Isotopen herkommenden
Gammastrahlung einer vorgegebenen Stärke durch die eingestellte Mischung; durch
einen Detektor zum Messen der Stärke der von ihm empfangenen Strahlung, durch eine
Vorrichtung zum Messen der aufgenommenen Strahlungsmenge, durch eine Vorrichtung
zum Messen der empfangenen Strahlung als Relativwert in bezug auf eine vorgegebene
Strahlungsstärke, wie sie in dieser Stärke bei einer Mischung empfangen wird, die
einen vorgegebenen konstanten Durchlässigkeitsgrad hat; und durch eine Vorrichtung
zum Einregeln des Zustroms von Wasser zu der vorgenannten Mischung, und zwar veranlaßt
durch den Unterschied und zum Einregeln nach Maßgabe des Unterschiedes, der zwischen
der vorgegebenen Strahlungsstärke und der Stärke der gemessenen Strahlung gemessen
wurde, in der Weise, daß durch das Einregeln der Wasserzustrom in seiner Stärke
so erhöht und verringert wird, daß man den konstanten Durchlässigkeitsgrad der Mischung
erhält, wenn die gemessene Strahlungsstärke abnimmt oder zunimmt in bezug auf die
vorgegebene Strahlungsstärke.
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Zum besseren Verständnis ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen
beispielsweise näher erläutert. und zwar zeigt Fig. 1 ein Teilschema der Einrichtung
zur Durch führung der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Steuersystems, Fig. 3 ein Schaubild der
Linien, die das Verhältnis der auf Schüttgewicht geeichten Skalenablesung zum wirklichen
Schüttgewicht darstellt, Fig. 4 zwei graphische Darstellungen, die erfindungsgemäß
die Beziehung zwischen dem Schüttgewicht und dem Feuchtigkeitsgehalt von feinzerkleinerten
Stoffen angeben, Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Skalenablesung in Abhängigkeit
von dem Feuchtigkeitsgehalt bei Anwendung der Erfindung darstellt.
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Die gleichen Bezugszahlen werden in jeder der verschiedenen Darstellungen
für gleiche Teile benutzt. In den Fig. 1 und 2 bedeutet a einen Durchflußmesser,
b die Strömungsrichtung des Wassers, c die Richtung des Gutes zur Granuliervorrichtung
oder Sintermaschine hin und d einen Übertrager.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schaubild von gemessenem Schüttgewicht
in Prozent einer Bezugsgröße als Funktion des tatsächlichen Schüttgewichtes bedeuten
die Bezugszeichen e grobes Gut und f feines Gut. - Die in der Fig. 3 gezeichneten
Symbole, und zwar von einem Kreis umrandeter Punkt und von einem Viereck umrandeter
Punkt, bezeichnen im ersten Falle gleichförmiges Gut und im letzten Falle entnommene
Proben.
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Bei dem in Fig. 4 gezeigten Schaubild ist auf der Abszisse der Feuchtigkeitsgehalt
der Mischung in Gewichtsprozent und auf der Ordinate das Schüttgewicht in kg/m3
aufgetragen. Die Kurve g stellt die tatsächlich beim Sintern verwendete Eisenerzmischung
dar, während die Kurve h die Funktion von Mesabi-Erzklein (Gruppe 13) wiedergibt.
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In Fig. 5 ist auf der Abszisse der Feuchtigkeitsgehalt in Gewichtsprozent
dargestellt, während die Skalenablesung in Prozent auf die Ordinate aufgetragen
ist. Die Kurve ist eine Wiedergabe der Skalenablesung als Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes
für Erzgruppe 13.
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In bezug auf Fig. 3 bis 5 ist noch folgendes zu bemerken: Ein vorgeschlagenes,
noch nicht zum Stand der Technik gehörendes System, das eine Gammastrahlenquelle
und einen Ionisationskammerdetektor benutzt, um das Schüttgewicht von Kohlegemischen
für Koksöfen zu regeln, hat sich als brauchbar herausgestellt, um die nötigen Veränderungen
des Schüttgewichtes solcher Kohle durch Hinzufügung von Öl und Wasser hervorzurufen.
Die Zuordnung der Strahlungsquelle zu einem Detektor vermag wirklich die änderungen
der Masse zu messen, durch die die Strahlen hindurchgehen, und kann zu dem Schüttgewicht
dadurch in Beziehung gesetzt werden, daß man eine konstante Tiefe beibehält, durch
die die Strahlen hindurchgehen, die auf einen bestimmten konstanten Querschnitt
beschränkt sind.
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Nach Beobachtung einiger dieser Versuche haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung festgestellt, daß ein solches Gammastrahlensystem für teilweise oder vollständig
automatische Regulierung des Feuchtigkeitsgehaltes bei Sintermischungen verwendet
werden könnte; wenn nämlich ein solches System das Schüttgewicht von Kohle messen
und den Zufluß von Ö1 oder Wasser einstellen und dadurch dieses Schüttgewicht regeln
konnte, müßte es auch möglich sein, den Feuchtigkeitsgehalt von Sintermischungen
durch Messung des Schüttgewichtes zu regeln, das in irgendeiner Abhängigkeit von
dem Flüssigkeitsgehalt stehen müßte.
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Infolgedessen wurde eine Reihe von Ausgangsversuchen unternommen,
um festzustellen, ob man Gammastrahlen zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes
von Erzen benutzen könne. In diesen Versuchen wurde Mesabi- (Gruppe 13) Erzklein
verwendet, da dieses als typisch angesehen werden kann.
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Es wurde festgestellt, daß die Testvorrichtung so geeicht werden konnte,
daß sie Schüttgewichte für Sintermischungsmaterial abzulesen erlaubt, und zwar mit
einer Genauigkeit von +0,01602g/cm3, unabhängig von der durchschnittlichen Teilchengröße
der Mischung. Eine graphische Darstellung von Geraden, die das Schüttgewicht zu
der Skalenablesung (in Prozent an einer Amperemeterskala gemessen) in Beziehung
setzt, ist in Fig. 3 wiedergegeben. Es wurde weiterhin festgestellt, daß das Schüttgewicht
tatsächlich mit dem Feuchtigkeitsgehalt in Beziehung gebracht werden kann, wenn
eine Sintermischung mit konstanter Teilchengröße verwendet wird. Ein Schaubild dieser
Variablen ergibt jedoch keine gerade Linie. Die untere Kurve in Fig. 4 zeigt die
Beziehung zwischen dem Schüttgewicht und dem Feuchtigkeitsgehalt für Mesabi- (Gruppe
13) Erzklein. Außerdem durchläuft die Kurve einen Punkt eines äußersten Minimums
an Schüttgewicht bei etwa 111/2 0/o Wassergehalt. Es wurde festgestellt, daß der
gewünschte
Feuchtigkeitsgehalt für ein Optimum an Granulation für
dieses spezielle Erz 10/o über oder unter demjenigen Feuchtigkeitsgehalt liegt,
der dem Mindestschüttgewicht in dieser Kurve entspricht. Wenn das Beschickungsgut
für die Sinteranlage nicht granuliert wird, so wurde festgestellt, daß der optimale
Feuchtigkeitsgehalt noch unter demjenigen liegt, der das Mindestschüttgewicht ergibt.
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Die Linie, die in der graphischen Darstellung der Fig. 3 die Skalenablesung
zu dem Schüttgewicht in Beziehung setzt, und die jeweilige Kurve, die das Schüttgewicht
zu dem Feuchtigkeitsgehalt gemäß Fig. 4 in Beziehung setzt, können derart miteinander
kombiniert werden, daß sie jeweils eine Kurve ergeben, welche die Skalenablesung
zu dem Feuchtigkeitsgehalt in Beziehung setzt. Eine solche Kurve wurde in Fig. 5
dargestellt, und zwar für die Gruppe 13 Erzfein der unteren Kurve von Fig. 4. Somit
ergibt sich gemäß der Erfindung, daß ein beliebiges Meßinstrument für die Anzeige
von Gammastrahlen, die von radioaktiven Isotopen herkommen, so eingestellt werden
kann, daß es den Feuchtigkeitsgehalt in irgendeine Signalart verwandelt, d. h. in
Strom, der von einer Detektorionisationskammer herkommt und eine Funktion gemäß
einer Kurve sein muß, die der letztgenannten Kurve ähnlich wäre.
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Bei Fig. 1 ist das einfachste Verfahren (1) zum Regeln der Feuchtigkeit
schematisch dargestellt, wobei die genannte Vorrichtung dazu verwendet wurde, um
a) völlig automatisch den niedrigsten Punkt des Schüttgewichtes in Abhängigkeit
von der Feuchtigkeitskurve aufrechtzuerhalten, und zwar unabhängig von Verschiebungen
dieser aufgezeichneten Kurve, die von Änderungen der Mischung herrühren, und b)
diese Aufrechterhaltung nur halbautomatisch zu bewirken, wenn die gewünschte Menge
sehr nahe bei dem Minimum der Kurven nach Fig. 4 liegt.
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Die vollkommen automatische Regelung der Feuchtigkeit wird mit diesem
System nur dann vorgenommen, wenn ein Rechengerät benutzt wird, das automatisch
den niedrigsten Punkt des Schüttgewichtes in Abhängigkeit von den Feuchtigkeitskurven
nach Fig. 4 auffindet und festhält. Halbautomatische Regelung wird ohne das Rechengerät
24 vorgenommen. und dies ist für die Feuchtigkeitsregelung nur dann zufriedenstellend,
wenn die gewünschte Feuchtigkeitsmenge sehr nahe bei dem jeweils zugehörigen Minimum
der Kurven liegt. Der Arbeitsgang wird nur dann ohne Rechengerät durchgeführt, wenn
die Mischung nicht granuliert wird, da der zum Granulieren richtige Feuchtigkeitsgehalt
immer in der Nähe des Tiefpunktes der Kurven liegt. So kann bei einer an den Kurven
auftretenden Verschiebung, die von einer Veränderung der Mischung herrührt, nur
das Rechengerätverfahren dazu benutzt werden, den neuen, niedrigen Punkt zu ermitteln
und festzuhalten, der sich durch Veränderungen der Mischung ergibt.
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Es ist dennoch unwahrscheinlich, daß die Veränderung der Mischung
bei einer bestimmten Anlage jemals Veränderungen oder Verschiebungen der jeweiligen
Kurve verursachen würde, die ebenso stark sind wie die Verschiebungen, die durch
die beiden Kurven der Fig. 4 dargestellt sind.
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Das auf dem Förderband 11 befindliche Material läuft unter einer
Wassersprühvorrichtung 15 durch,
bevor es in die Mischvorrichtung 17 gelangt. Wird
eine Granuliervorrichtung verwendet, so erfordert das Mischen mittels des Mischers
17 wahrscheinlich keine Vorrichtungen, die komplizierter wären als die Kombination
von Schüttrinnen oder als ein Bandmischer. In diesem Fall würden wahrscheinlich
einige der gröberen Bestandteile der Sintermischung, wie z. B. das Rücklaufgut,
nach der Granulierstufe dem Sinterbeschickungsstrom 13 zugeführt werden, um den
Feuchtigkeitsgehalt der Mischung, nachdem Kügelchen gebildet worden sind, zu vermindern.
Wird das Sinterbeschickungsmaterial nicht granuliert, so könnte die Mischvorrichtung
17 aus einer Schlägermühle bestehen. In diesem Fall würden alle Bestandteile des
Sinterbeschickungsstromes 13 gemischt werden. Gleichviel, welches Mischsystem angewendet
wird, läuft das die Mischvorrichtung 17 verlassende Material dann auf einem Förderbandl9
unterhalb einer Glättvorrichtung 20 entlang, die die Oberfläche des Stroms 21 so
ebnet, daß sie über dem Band 19 eine konstante Höhe aufweist. Das ausgeebnete Gut
21 läuft dann zwischen der (Strahlen-) Quelle 23 und dem Detektor 25 hindurch, bevor
es in die (nicht gezeichnete) Granuliervorrichtung oder Sintermaschine geht. Ist
es nötig, einen Punkt bei dem oder nahe dem Minimum der in Fig. 4 gezeigten Kurve
zu halten, was der Fall ist, wenn die Mischung granuliert wird, so geht das Signal
von dem Detektor 25 zu dem Rechengerät 24, das ein Amperesignal von dem Ionisationsdetektor
25 erhält und die Stärke dieses Signals in seinem Speicher aufspeichert. Das Rechengerät
sendet dann ein Signal an die Wasserzustrom-Regelvorrichtung 39, die das Ventil
26 einstellt und somit die Wasserabgabe bzw. -strömungsgeschwindigkeit an dem Sprühkopf
15 um eine kleine Menge verändert.
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Dann trifft ein neues Signal von der Ionisationskammehr 25 bei dem
Rechengerät 24 ein. Dieses Signal wird in dem Rechengerät mit den vorhergehenden
Signalen verglichen. Da der Detektor vorzugsweise eine kompensierende, gegenwirkende
elektromotorische Kraft enthält, wie später noch erklärt werden wird, nimmt die
resultierende, von dem Detektor abgegebene Stromstärke ab, wenn ein vermindertes
Schüttgewicht mehr Gammastrahlen durch die Schicht gehen läßt. Wird die Ampereanzeige
des Rechengerätes 24 größer, so verändert sie die Wassermenge oder Wassergeschwindigkeit
bei den Ventilen 26, 15 entgegengesetzt zu der vorhergehenden Änderung, indem die
Zustromregelungsvorrichtung 39 neu eingestellt wird; wird die Ampereanzeige kleiner,
so wird die Wasserabgabe in der gleichen Richtung wie vorher verändert. So hält
die Ampereanzeige durch dauernde Prüfung und Fehlerfeststellung das Minimum der
Kurve.
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Ein System dieser Art - Verfahren (1) - mit einem Rechengerät in
dem Stromkreis, das vorher so eingestellt wurde, daß es automatisch das Minimum
einer Kurve wie den in Fig. 4 gezeigten hält, oder das mit einer Vorspannung vorher
so eingestellt werden kann, daß es automatisch einen Punkt nahe dem Minimum einer
solchen Kurve festhält, ist sehr zufriedenstellend, da es den besten Feuchtigkeitsgrad
zum Granulieren beibehält, und zwar unabhängig von den Veränderungen des tatsächlichen
Kurvenverlaufs, die von Veränderungen in den Bestandteilen der Mischung oder von
Veränderungen in der charakteristischen Größe der Teilchen herrühren, die die Mischung
bilden.
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Wenn es jedoch erwünscht ist, einen Feuchtigkeitsgehalt zu halten,
der irgendwo auf der Kurve liegt, wo sie weitab von dem Minimum verläuft, wird ein
zweites Verfahren (2) angewandt, bei dem in dem Stromkreis kein Rechengerät verwendet
zu werden braucht und statt dessen ein einfaches Regelgerät 39 verwendet werden
kann, das eine konstante, von dem Strahlungsdetektor herkommende Eingangsstromstärke
dadurch aufrechterhält, daß das Wasser durch das Ventil 26 geregelt wird. Dies ist
meist dann der Fall, wenn die Mischung lediglich flockig gemacht und nicht granuliert
werden soll, um eine gute Gasdurchlässigkeit zu erzielen, wenn das Gemisch in die
Sintervorrichtung kommt. Dieses Regelverfahren (2) ist dann zufriedenstellend, wenn
das Verhältnis zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt und dem Schüttgewicht genau definiert
ist und wenn das Schüttgewicht, das dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entspricht,
erheblich über dem Mindestwert liegt.
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Wird keine Granuliervorrichtung benutzt, so würde der Feuchtigkeitsgehalt,
der notwendig ist, um größte Gasdurchlässigkeit zu ergeben, wahrscheinlich irgendwo
auf diesem Teil der Kurve liegen. Liegt jedoch der optimale Feuchtigkeitsbereich
nahe dem Minimum der Kurve, so würde ein einfaches Regelinstrument 39 irrtümlich
mehr Wasser anfordern, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des gemessenen Materials tatsächlich
auf dem ansteigenden Teil der Kurve jenseits des Minimums liegen würde. In diesem
Fall würde entweder ein Rechengerät oder das im folgenden beschriebene Verfahren
benötigt werden.
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Fig. 2 zeigt ein drittes Verfahren, das einen Punkt bei oder in der
Nähe von dem Minimum der Kurve aufrechterhalten könnte, unter der Voraussetzung,
daß die Kurve genau gegeben ist, und sich wahrscheinlich nicht auf Grund von Veränderungen
in der Zusammensetzung oder der physikalischen Eigenschaften der Mischung verschiebt.
Bei diesem Verfahren werden Messungen bei Punkten vorgenommen, die oberhalb des
Minimums der Kurve liegen, und diese Messungen werden auf Feuchtigkeitsgehalte projiziert
bzw. übertragen, welche denjenigen äquivalent sind, die sich am Minimum der Kurve
oder in dessen Nähe ergeben.
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Somit zeigt Fig. 2 ein kompliziertes System, das das Minimum ohne
die Benutzung eines Rechengerätes aufrechterhält. In diesem Fall würde das auf dem
Förderband 11 befindliche Material, das durch die Glättvorrichtung 27 zu einer konstanten
Höhe geebnet worden ist, zwischen der (Strahlungs-) Quelle 28 und dem Detektor 29
hindurchlaufen. Diese erste Strahlungsmeßeinrichtung 28, 29 würde dann einen auf
die bekannte Feuchtigkeit bezogenen Feuchtigkeitsgehalt in Abhängigkeit von der
abgelesenen Kurve für die gerade verwendete besondere Mischung anzeigen. Das Material
13 auf dem Förderband 11 würde dann unter einer Wassersprühvorrichtung 30 durchlaufen,
die bei 31 so reguliert wird, daß sie eine vorher eingestellte, konstante Wassermenge
pro Zeiteinheit zusetzt, die wesentlich kleiner ist als die Menge, die nötig wäre,
um den gewünschten, endgültigen Feuchtigkeitsgehalt zu erzeugen. Nach der Wasserzugabe
bei 30 wird der Mischvorgang 17 und nach ihm die Glättung bei 20 eingeleitet, um
die teilweise angefeuchtete Mischung 21 für die zweite, aus (Strahlungs-) Quelle
und Detektor 23, 25 bestehende Strahlungsmeßeinrichtung vorzubereiten, die nun den
Feuchtigkeitsgehalt anzeigt, der an dem Material nach
der inzwischen erfolgten Wasserzugabe
bei 30 eingestellt worden ist. Die Signale der beiden Detektoren 29, 25 gelangen
dann zu einer Differentialrelaisvorrichtung 32, vorzugsweise zu einen Differentialamperemeter.
Das von dieser Vorrichtung 32 ausgehende Signal, das eine Funktion des Unterschiedes
zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt der Mischung vor dem Hinzufügen einer abgemessenen
Wassermenge pro Zeiteinheit bei 30 darstellt, ist daher eine Funktion der Menge
der festen Bestandteile der auf dem Band 19 befindlichen Mischung pro Zeiteinheit.
Durch die Leitung 38 wird das Signal zu einem Verhältnisregler 33 geleitet. Ferner
tritt in den Verhältnisregler 33 ein Signal ein, das von einem Strömungsmesser 34
herkommt, der in der zu der zweiten Sprühvorrichtung 15 führenden Wasserleitung
35 liegt. Dies letztere Signal wird von dem Differentialdruck abgeleitet, der an
der Mündung des Meßgerätes 34 besteht und der eine Quadratwurzelfunktion der Strömung
ist, und wird in eine lineare Funktion mittels eines Quadratwurzelwandlers 36 umgewandelt,
bevor es in den Verhältnisregler 33 eintritt. Der Verhältnisregler 33, der ein zu
dem Fluß der Sintermischung linear proportionales Signal 38 und ein zu dem Wasserfluß
der zweiten Sprühvorrichtung 15 linear proportionales Signal erhält, regelt dann
durch die Leitung 139 ein Regelventil37, das in der Leitung 35 liegt, die zu der
zweiten Sprühvorrichtung 15 führt. Dieser Regelvorgang steuert das genaue Verhältnis
von Wasser zu Sintermischung 21 ein, um den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten.
Ein von der ersten Meßvorrichtung 29 kommendes Signal geht auch direkt durch die
Leitung 40 zu dem Verhältnisregler 33, um den grundlegenden Bezugspunkt an dem Verhältnis
regler 33 neu einstellen, wenn Veränderungen innerhalb des Feuchtigkeitsgehaltes
der unbehandelten Mischung auftreten.
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Diese Kombination von Regelinstrumenten ergibt immer eine endgültige
Mischung mit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt unter der Voraussetzung, daß die
in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit aufgenommene Meßkurve konstant bleibt. Bei
einer großen Zahl von Fällen würde diese Voraussetzung wahrscheinlich gegeben sein.
Verschiebungen der Kurve, z. B. auf Grund von kleinen Veränderungen in der durchschnittlichen
Teilchengröße während des gewöhnlichen Arbeitsganges, könnten durch die Bedienungsperson
ausgeglichen werden, die kleine Veränderungen in der Instrumenteneinstellung vornehmen
könnte. Für größere Veränderungen innerhalb der Mischung, die verschiedene Minimas
auf der Kurve ergeben, entnimmt die Bedienungsperson von Hand Proben und bestimmt
den Minimalwert für das jeweilige Material und stellt dann die Zustromregelvorrichtung
39 auf den erforderlichen, vorgegebenen Punkt des erforderlichen Mindestschüttgewichts
ein, wenn das Rechengerät 24 der Fig. 1 nicht verwendet wird. Die Bedienungsperson
tut das gleiche bei der Arbeitsweise nach Fig. 2, wenn eine Veränderung in der Mischung
auftritt.
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Verschiedene Arten von Gammastrahlenquellen können erfindungsgemäß
verwendet werden. Zu diesen Strahlungsquellen gehören Gammastrahlen aussendende
Radiumisotope, wie z. B. Caesium 137.
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Vorzugsweise enthält die Strahlungsquelle ein 100-Millicurie-Kügelchen
aus Caesium 137. Caesium 137 wird deshalb bevorzugt, weil seine Halbwertzeit etwa
33 Jahre beträgt, was genügend lang ist, so daß zerfallbedingte
Korrekturen
nicht nötig oder nicht schwierig sind, und weil Caesium einen für die Erfindung
geeigneten Energiebereich aufweist. Diese Strahlungsquelle 23 erzeugt Strahlen im
wesentlichen gleichmäßigen Energieniveau und von genügender Stärke, so daß diese
den Fluß der Sintermischung und das Förderband 19 zu den Detektoren hin durchdringen
und ein Signal erzeugen, das proportional der durch den Fluß hindurchgehenden Strahlung
ist. Die Strahlungsquelle 23 kann einen Behälter aufweisen, in dem sich ein Kügelchen
befindet, und der festgehalten wird. Schwere Metallplatten sind an einem Rahmen
angebracht, um die von der Quelle kommende Strahlung abzuschirmen, so daß das Bedienungspersonal
gegen die in der Umgebung der Quelle herrschende Strahlung geschützt wird. Die Platten
schirmen ebenfalls Seitenstrahlung gegen Auftreffen auf den Detektor 25 ab. Der
Behälter hat ein Strahlungsfenster, das ein dünnes Aluminiumstück enthält, das für
die Strahlung des Kügelchens praktisch transparent ist. Das Fenster ist in Form
eines Schlitzes in dem Behälter angebracht, der vorzugsweise aus Stahl besteht,
damit die Strahlung des Kügelchen gesammelt und durch den Fluß 21 und das Band hindurch
auf den Detektor 25 in einer im wesentlichen konzentrierten Form gerichtet wird.
Vorzugsweise wird die Strahlung senkrecht zur Längsachse des Bandes durch den Strom
hindurchgeschickt.
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Der Detektor 25 ist auf der Seite des Stromes der Sintermischung
angebracht, die der Strahlungsquelle 23 gegenüberliegt, und zwar in festem Abstand
von der Strahlungsquelle 23 derart, daß er die durch den Strom geleitete Strahlung
empfängt und ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Stärke der auf den Detektor
25 auftreffenden Strahlung entspricht. Zu diesem Zweck kann der Detektor ein Geiger-Müller-Zähler,
eine Ionisationskammer, ein Szintillationszähler oder irgendeine andere ähnliche
Vorrichtung sein, wie sie zur Strahlungsmessung verwendet wird.
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Vorzugsweise besteht der Detektor aus einer mit zwei durch ein Füllgas
voneinander getrennter Elektroden versehenen Zelle. Die Zelle erzeugt eine konstante
Spannung mit variablen inneren Impedanzen.
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Wie bei elektrolytischen Zellen hängt die unmittelbar in der Zelle
erzeugte Potentialdifferenz (des offenen Stromkreises) der Zelle von der Natur der
Elektroden ab, und der erzeugte Strom ist eine Funktion der Ionenkonzentration.
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Wird das Füllgas gewaltsam ionisiert, indem es der einfallenden Strahlung
ausgesetzt wird, so werden positive Ionen von den negativen Elektroden angezogen,
und negative Elektronen werden von den positiven Elektroden angezogen, und somit
wird ein elektrisches Signal erzeugt.
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Die Gammastrahlung des Kügelchens wird geschwächt, wenn die Strahlung
durch das Sintergut des Stromes hindurchgeht, und diese Schwächung oder Absorption
ist eine Funktion der Dichte des Materials des Stromes. Da der Ausebnungsvorgang
bewirkt, daß die Tiefe des Stromes praktisch konstant ist, ist die Absorption der
Gammastrahlen eine Funktion des Schüttgewichts des Sintergutstromes. Dieses ist
wiederum eine Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes der jeweils gegebenen Mischung.
So wird der Detektor dem variablen Strahlungsfeld ausgesetzt, das durch Veränderungen
des Schüttgewichts hervorgerufen wird, die durch den Feuchtigkeitsgehalt des Sintergutstromes
bedingt sind.
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Vorzugsweise wird für genaue Messungen eine Kompensationszelle verwendet,
um ein Nullsystem für die Messung zu schaffen. Die Kompensationszelle ist direkt
mit einer Meßzelle parallel geschaltet. Beide Zellen sind in gleicher Bauart ausgeführt,
nur daß die Kompensationszelle entgegengesetzte Polarität besitzt, und eine radioaktive
Quelle besitzt, die auf einer Normal-Einstellschraube angebracht ist, die in eine
Ausnehmung der Kompensationszelle hineinragt.
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So kann die Lage der Quelle innerhalb der Kompensationszelle geändert
werden, und der von dort ausgehende Ausgangsstrom kann auf den richtigen Wert eingestellt
werden, bei dem der von der Meßzelle kommende Ausgangsstrom auf Null gebracht wird,
wenn sich auf dem Band keine Mischung befindet, oder wenn irgendeine vorgegebene
Bezugs-Gammastrahlendurchlässigkeit vorliegt.
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Zur Erläuterung sei erwähnt: ist es erwünscht, die Gammastrahlendurchlässigkeit
eines Sintergemisches zu messen, dessen Schüttgewicht von etwa 1,52 bis zu 1,84
g/cm8 variiert, so wird die Meßzelle einen praktisch konstanten Strom erzeugen,
wenn die Sintermischung eine praktisch konstante Durchlässigkeit aufweist. Zum Beispiel
kann der von der Zelle erzeugte Strom 10 Einheiten betragen, wenn das Schüttgewicht
der Mischung bei 1,52 g/cm3 liegt, und 6 Einheiten, wenn das Schüttgewicht 1,84
g/cms beträgt. Die Kompensationszelle ist so eingestellt, daß sie einen Strom von
etwa -10 Einheiten erzeugt, und der Meßzellenstrom von + 10 Einheiten addiert sich
algebraisch zu einem Strom Null für ein Schüttgewicht von 1,52g/cm3. Beträgt das
Schüttgewicht einer Sintermischung 1,84 g/cm3, so erzeugt die Meßzelle + 6 Einheiten,
während die Kompensationszelle weiterhin -10 Einheiten erzeugt; so entsteht ein
Nettostrom von vier negativen Einheiten bei einem Schüttgewicht von 1,84 g/cm3.
Wenn die Regelvorrichtung mit einem Rechengerät 24 (Fig. 1) ausgerüstet ist, das
laufend eine solche Einstellung liefert, daß der Punkt des Mindestschüttgewichts
aufrechterhalten wird, so würde die Kompensationszelle so eingestellt, daß sie einen
Strom liefert, der größer als derjenige ist, der von der Meßzelle bei dem Mindestschüttgewicht
zu erwarten ist, so daß der resultierende Strom niemals bis Null absinken würde.