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Verfahren zur Messung, Regelung und Optimierung der Gasdurchlässigkeit
von Sintermischungen auf einem Wanderrost Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Messung, Regelung und Optimierung der Gasdurchlässigkeit von Sintermischungen auf
einem Wanderrost.
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Die Leistung einer Sinteranlage hinsichtlich Durchsatz ist in starkem
Maße von der Gasdurchlässigkeit der Sintermischung auf dem Wanderrost, auf dem der
eigentliche Sinterprozeß erfolgt, abhängig. Die Gasdurchlässigkeit einer Sinterschicht
wird weitgehend von den physikalischen und chem-schen Eigenschaften der Mischung
bzw. der Hlschungsbestandteile und deren Vorbehandlung beeinflussi. Dabei kommt
es u. a. auf die Kornverteilung, Benetzungs- und Bindetähigkeit der Erze, die Art
der Zuschläge sowie den Anteil des Rückgutes und die Feuchte in der Mischung an.
.*Jeiberen Einfluß auf die Gasdurchlässigkeit haben dabei Faktoren, wie das Porenvolumen
der in Misch- und Rolliertrormeln erzeugten Mischungs-Pelletes, deren Behandlung
während des Transportes und die Pressung dieser Pellet-Schicht auf dem Wanderrost
durch die hindurchgesaugten Gase.
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Auch die Zündung der Sintermischung im Ofenbereich am Anfang des Rostes
spielt eine besondere Rolle für die Gasdurchlässigkeit, da z.B. zu hohe Zündintensität
zu einem Verschmelzen der Oberfläche der Sintermischung, d.h zur Gasundurchlässigkeit
führt. Unter Ofenbereich wird dabei der Bereich am Anfang des Sinterbandes verstanden,
in den heiße
Rauchgase oder heiße Luft eingeführt und durch die
Sintermischung über Saugkästen mit entsprechendem Unterdruck abgesaugt werden.
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Der Ofenbereich besteht dabei aus dem Zündbereich oder dem thermischen
Behandlungsbereich, der auch unterteilt sein kann in einen Bereich für das heiße
Rauchgas zur Zündung der Mischung und zur anderen in einen Bereich, in dem heiße
Verbrennungsluft zur Unterstützung des Sintervorganges eingeführt wird.
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Eine optimale Fahrweise in bezug auf die Sinterleistung oder die Bandgeschwindigkeit
sollte auf alle Einflußfaktoren für die Gasdurchlässigkeit Rücksicht nehmen. Doch
ist der Einfluß der verschiedenen Faktoren, die schon zuvor erwähnt arurden, teilweise
sehr verschieden und von Erzmischung zu Erzmlschung unterschiedlich, so daß Einflußfaktoren,
die für eine Erzmischung wesentlich sind, für eine andere Mischung von weniger ausschlaggebender
Bedeutung sein können.
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Man wird deshalb von Fall zu Fall immer nur einige der wesentlichsten
Faktoren zur regelung und Optimierung der Fahrweise eines Sinterbandes heranziehen.
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Es ist bekannt, daß man die Bandgeschwindigkeit mit Hilfe von Durchlässigkeitsmessungen
regeln kann, wobei ei die Durchlässigkeit im Bereich des Durchbrennpunktes auf dem
S-nterband gemessen wird. Bei einer Verschiebung des Durchbrennpunktes wird die
Meßanordnung ebenfalls verschoben oder durch nehrere gleiche Meßanordnungen nebeneinander
in der Umgebung des Durchbrennpunktes bestimmt. Sie erlauben es, Veränderungen der
Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Lage des Durchbrennpunktes zu erkennen und
den Durcn'brennpunkt durch Ändern der Bandgeschwindigkeit zu verlagern.
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Dabei wird aber kein Einfluß genommen auf die Wärmebehandlung, das
Wärmeangebot und weitere Einflußgrößen, die eine wesentliche Rolle in der eigentlichen
Zündzone spielen. Der
Aufwand für mehrere oder eine bewegliche Gasdurchlassigk2itsmessung
ist dabei sehr groß; es sind separate Gasdurchlässigkeitsmeßsysteme erforderlich
(DT-A.S 1 961 297).
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Auch der Einfluß der Feuchtigkeit auf die Sinterleistung und Qualität
ist bekannt und man hat zur Regelung der Gasdurchlässigkeit der grünen Mischung
von Pellets und Granalien diese entweder in einem separaten Bwiker oder auf dem
Wanderrost vor dem Ofenbereich gemessen und danach die Feuchtzugabe geregelt (DT-OS
1 811 281).
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Es ist jedoch kein Verfahren bekannt, in dem die Gasdurchlässigkeit
im Ofenbereich zur Regelung und Optimierung herangezogen wird. Aber gerade dieser
Bereich ist der wichtigste im gesamten Verfahren, weil hier durch die Art und Führung
der thermischen Behandlung die Güte und Qualität der Pellets weitgehend beeinflusst
wird und die Bandgeschwindigkeit in dem hier stattfindenden Brennprozeß für das
gesamte Verfahren ausschlaggebend ist. Gasdurchlässigkeitsmessungen mit den üblichen
Geräten erscheinen in diesem Bereich der heißen Gase sehr schwierig, so daß man
meist nur vor oder hinter diesem Bereich die Gasdurchlässigkeit mit einer entsprechenden
Apparatur bestimmt.
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Die bisher gemessenen Werte der verschiedenen Verfahren ergeben immer
nur relative Werte, die meist auf eine der Einflußgrößen zugeschnitten sind, beispielsweise
die Feuchte der Mischung oder die Lage des Durchbrennpunktes. Sie nehmen keinen
Einfluß auf das Wärmeangebot im Ofenbereich noch auf die Veränderung der Gasdurchlässigkeit
der Sintermischungsschicht in der Ofenzone infolge der Pressung der Schicht aufgrund
des dort herrschenden Unterdruckes durch die abgesaugten Gase. Die Gasdurchlässigkeit
in der Brennzone ist jedoch der entscheidende Faktor für die Führung der Reaktion
bei den verschiedensten Erzmischungen und deren Vorbehandlung sowie für die Güte
des erzeugten Sinters.
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Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die NachteIle
der bisherigen separaten Meßvorrichtungen zu vermeiden und die verschiedenen Einflußfaktoren
auf die Gasdurchlässigkeit im Ofenbereich zu bestimmen und diese zur Regelung und
Optimierung der Leistung des W2nderrostes und des erzeugten Sinters zu verwenden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Ofenbereich des Wanderrostes
in geregelter Menge heiße Gase zugeführt und durch die Sintermischung gesaugt werden
und zwar derart, daß die zugeführte und gemessene Gasmenge der Gasdurchlassigkeit
der Sintermischung im Ofenbereich direkt proportional wird, und dieser Meßwert zur
Regelung und Optimierung der Mischung und deren Vorbehandlung auf dem Wanderrost
sowie zur Regelung der Bandgeschwindigkeit dient.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird
die im Ofenbereich gemessene Gasdurchlässigkeit der Sintermischung auf dem Wanderrost
durch schrittrfeises Verändern einzelner Einflußgrößen optimiert und die Abreichungen
von dem Optimalwert der Gasdurchlässigkeit geregelt.
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Wie schon erwähnt, ist die Ga-sdurchlässigkeit im Bereich des Ofens
von ausschlaggebender Bedeutung für den ganzen Sinterprozeß, weil er die eigentliche
Wärmebehandlung umfaßt.
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Erfindungsgemäß ist hierzu jedoch keine separate Gasdurchlässigkeitsmessung
mit einer entsprechenden Apparatur erforderlich, sondern es werden die üblichen
Meßgeräte für die Brennstoffmenge, beispielsweise Brenngase oder Brennöle und Brennluft
oder heiße Luft, verwendet. Dabei ist nur darauf zu achten, daß die dem Sinterband
zugeführten heißen Gase in gleicher Menge durch die Sintermischung im Ofenbereich
abgezogen werden, d.h. daß im Übergang Ofenhaube und Oberfläche der Sintermischung
der Druck + O herrscht. Es darf weder Luft eingesaugt noch in den umgebenden Raum
austreten. Dies läßt sich mnt üblichen Ofendruckregelungen leicht erreichen. In
diesem Falle wird aber dann das spezifische Rauchgasangebot
bzw.
Luftangebot in m³/m²h Sinterfläche gleich der Gasdurchlässigkeit und aus dem gemessenen
und umgerechneten Gasmengenbestimmungen die Gasdurchlässigkeit über einen entsprechenden
Faktor ermittelt. Jede Änderung einer Einflußgröße wird in ihrer Auswirkung auf
die Durchlässigkeit durch die Gasmengenmessung in Ofenbereich direkt erfaßt. Eine
besondere Meßanordnung ist nicht erforderlich. Durch schrittweises Ändern der Einflußgrößen,
beispielsweise der Aufgabemischung, der Feuchte der Aufgabemischung, oder durch
Verändern des Rückgutsatzes, oder durch Verändern der Temperatur des Rückgutsatzes,
oder durch Verändern der thermischen Behandlung durch langsames oder schnelles Laufen
des Wanderrostes, oder durch Verändern des Wärmeangeboten bis hin zum oberflächlichen
Schmelzen der Sintermischung im Ofenbereich, lassen sich Kurven für die optimale
Durchlässigkeit ermitteln. So wird für einzelne Erzmischungen die optimale Fahrweise
des Sinterbandes bei optimaler Gasdurchlässigkeit ermittelt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird
zur Messung der Gasdurchlässigkeit der Sintermischung der Ofendruck durch Verändern
der Luftmenge im Ofenbereich direkt oder mit Hilfe einer Brennstoff-Luft-Verhältnisregelung
geregelt.
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Durch Andern des Luftverhältnisses kann sowohl das Rauchgasangebot
je nach der Fahrweise mit mehr oder weniger Luftüberschuß vergrößert oder verkleinert
werden und gleichzeitig dabei die Ofentemperatur verringert oder erhöht werden Es
wird also bei einem Ofendruck # 0 das Rauchgasangebot und die Ofentemperatur über
das Luftverhältnis im Rauchgas verändert und dabei die optimale Gasdurchlässigkeit
in Abhängigkeit von diesen Verhältnissen im Ofenbereich ermittelt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
zur Messung der Gasdurchlässigkeit der Sintermischung auf dem Wenderrost den Ofendruck
durch Verändern der Brennstoffmenge bei konstantem Luftverhältnis zu regeln.
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Wenn bei bekanntem Luftverhältnis eine optimale Gasdurchlässigkeit
ermittelt ist, dann kann durch Erhöhen der Brennstoffzugabe und der gleichen Verbrennungsbedingungen
die Sinterbandgeschwindigkeit erhöht werden. Dadurch läßt sich das Wärmeangebot
im Zündbereich verändern und bei einem Ofendruck # 0 die Bandgeschwindigkeit variieren.
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Durch die Einhaltung eines bestimmten Luftverhältnisses wird dabei
das Sauerstoffangebot für den Brennstoff im Sinter entsprechend eingestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Gasdurchlässigkeit
der Sintermischung im Ofenbereich des Wanderrostes in Abhängigkeit von einer oder
mehrerer der fogenden Einflußgrößen optimiert: Schichthöhe der Sintermischung auf
dem Wanderrost, Koks und Rückgutmenge trend Feuchte der Mischung.
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Diese Einflußgrößen sind in den weiLaus meisten Fällen die wichtigsten.
Die Schichthöhe bietet einen erhöhten Strömnugswiderstand, sie muß bei gleicher
Bandlänge schneller durchbrennen, ohne daß die Güte des Sinterns sich verschlechtert,
falls nicht die Bandgeschwindigkeit herabgesetzt wird. Der Brennstoffanteil, ebenso
wie die Menge an Rückgut beeinflussen in bekannter Weise die Güte des erzeugten
Sinters, genauso wie die Feuchte der Mischung vor dem Ofenbereich die Gasdurchlässigkeit
beeinflusst.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher ttrd beispielhaft beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung für eine Gasdurchlässigkeitsmessung
im Ofenbereich; Fig. 2- die Abhängigkeit der Gasdurchlässigkeit vom Unterdruck in
den Saugkästen; Fig. 3 die Gasdurchlässigkeit in Abhangigkeit von der Mischungsfeuchte
und Mischungstemperatur; Fig. 4 den Einfluß der Zündintensität auf die Gasdurchlässigkeit;
Fig. 5 den Verlauf der Schmelzgrenze der Erzmischungen A und C, ermittelt aus der
Gasdurchlässigkeitsmessung nach Fig. 4.
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An einer Bandsinteranlage nach Fig. 1 mit beispielsweise einer Bandlänge
von 100 m und einer Bandbreite von 4 m und einem Ofenbereich von ca. 10 - 11 m Länge
wird die Gasdurchlässigkeit erfindungsgemäß über das Rauchgasangebot im Ofenbereich
ermittelt. Hierzu werden die dem Ofenraum 2 zugeführten gasförmigen oder flüssigen
Brennstoffe VBr und Luftmengen L je Zeiteinheit gemessen und über die spezifischen
Brennstoffdaten das Rauchgasangebot VR ermittelt. Die Rauchgasmenge ergibt sich
aus der Formel VR = VBr [a0 + (# - 1) . l0] [Nm³/h] L (gemessen) VBr . l0 a0, l0
=Brennstoffkennzahlen VBr, L = die an den Stellen 3 und 4 gemessenen Gasmengen.
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Die Gasdurchlässigkeit je m² Ofenfläche ergibt sich aus
| qR = VR |
| Nm³ B = Bandbreite (m) |
| B L |
| m2h L = Ofenlänge (m) |
Während der Messungen wird der Ofendruck so geregelt, daß weder
rauchgas aus dem Ofen in die freie Umgebung austritt noch Umgebungsluft in den Ofen
eingesaugt wird.
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Nach diesem Meßverfahren für qR werden nur durch schrittweise Veränderung
einzelner Einflußgrößen Kurven dieser Einflußgrbßen in Abhängigkeit von der Gasdurchlässigkeit
ermittelt. So wird beispielsweise durch schrittweise Veränderung des Unterdruckes
in den Saugkästen 6 über die Drosselklappen 7 nter sonst gleichbleibenden Bedingungen
der Einfluß des Unterdruckes auf die Gasdurchlässigkeit gemessen und als Kurve in
Fig. 2 dargestellt. Die Darstellung in Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit von drei verschiedenen
Erzmischungen A, B, C vom Unterdruck in den Saugkästen.
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Aufgetragen ist dabei die Gasdurchlässigkeit in Nm3/m2h über dem Unterdruck
in den Saugkästen in mmWS für eine bestimmte Schichthöhe der Sintermischung.
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Nach dem. gleichen PrInzIp werden auch die Einflüsse der Mischungsfeuchte
und -temoeratur (Fig. 3), der Zündtnmperatur und Zündintensitat (Fig. 4) bestimmt.
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In diesem Beispiel wurde zur Optimierung der Gasdurchlässigkeit zunächst
bei einem Unterdruck in den Saugkästen von 800 mmWS die optimale Mischungsfeuchte
der Erzmischung C ermittelt und dann konstant gehalten (Fig. 3, Punkt 1 auf der
Kurve der Erzmischung C).
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Danach wurde der Unterdruck in den Saugkästen solange gesteigert bis
das Maximum der Gasdurchlässigkeit (Fig. 2, Punkt 2) für die Erzmischung C erreicht
war.
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Anschließend wurde die Rauchgastemperatur im Ofen solange erhöht,
bis eine Verringerung der Gasdurchlässigkeit infolge Verschmelzung der Oberfläche
der Sintermischung auftrat (Fig. 4, Punkt 3). Danach wurde unter sonst gleichbleibenden
Bedingungen der Kokssatz verringert (durch Verringern der Bandgeschwindigkeit) und
die Rauchgastemperatur im Ofen
soweit gesteigert, bis-die ursprüngliche
Gasdurchlässigkeit wieder erreicht wurde (Fig 4, Punift 4).
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Die über die Gasdurchlässigkeit ermittelten Schmelzgrenzen der Sintermischung
Ä und C bei unterschiedlichen Kokssätzen sind in Abhängigkeit von der Zündtemperatur
und Zündintensität in Fig. 5 dargestellt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich also in einfacher Weise
die optimale Gasdurchlässigkeit einer Erzmischung in Abhängigkeit von verschiedenen
Einflußgrößen ermitteln. In den Beispiel waren es Unterdruck, Feuchte der Mischung,
Zündintensität, Kokssatz und Rauchgastemperatur Es ist hier aber genausogut möglich,
noch andere Einflußgrößen zu berücksichtigen, wenn sie für das Verfahren ausschlaggebend
sind.
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Patentansprüche