DE2655206B2 - Verfahren zur Einstellung und Regelung gewünschter Redoxpotentiale in Gasen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung und Regelung gewünschter Redoxpotentiale wasserstoffhaltiger Schutzgase in Sinteröfen für oxidkeramische Körper durch entsprechende Zumischung von Wasser zur Ofenatmosphäre.

Bei sehr vielen pulvermetallurgischen Prozessen, die normalerweise in Hochtemperaturöfen durchgeführt werden, werden reduzierende Gasatmosphären für die Sicherstellung und Einstellung der gewünschten Produktqualität verwendet Über die dort üblichen Schutzgasregelungen wird in der Zeitschrift »Stahl und Eisen« 1960, Heft 26, Seiten 1955-1963, berichtet. Von der Möglichkeit einer Regelung des Redoxpotentials wird allerdings nicht gesprochen. Nur in einem völlig anderen Zusammenhang, nämlich den der Wasseraufbereitung, siehe DE-OS 24 27 526, wird von der Verwendung des Redoxpotentials als Meß- und Regelgröße berichtet. Die dort vorgeschlagenen Maßnahmen sind aber nicht auf Schutzgase für Sinteröfen übertragbar.

Als reduzierendes Medium enthalten diese Schutzgase in nahezu allen Fällen Wasserstoffgas. Das Redoxpotential von Wasserstoff wird entsprechend der nachstehenden Gleichung aus thermodynamischer Sicht vom Verhältnis des Wasserstoffgehaltes zum Wassergehalt bestimmt.

I G_n, = RT In P = 2,1 G°_r + 2RT .§*»-

Darin bedeutet:

Δ G die freie Enthalpie
R Gaskonstante

T absolute Temperatur

Po₂ den Partialdruck von Sauerstoff
Δ0° die freie Bildungsenthalpie für O₂ bei Standardbedingungen (1 at, 25⁰C)

Hieraus ergibt sich, daß das Reduktionsvermögen des ω Wasserstoff enthaltenden Gases durch die Zumischung von Wasser beeinflußt werden kann. Von dieser Erkenntnis wurde jedoch bis jetzt nur insoweit Gebrauch gemacht, als damit das Redoxpotential nur annähernd auf einen definierten Wert eingestellt wurde, bs

Mit weiterschreitender Entwicklung der pulvermetallurgischen Technik zeigt es sich, daß eine genaue Einstellung des Redoxpotentials des Schutzgases für eine gleichbleibende hohe Qualität der Endprodukte von großer Bedeutung ist

Es stellte sich daher die Aufgabe, die Redoxpotentiale in Schutzgasen ohne die sehr schwierige direkte Zumischung von Wasser automatisch einzustellen und in Abhängigkeit vom Produktdurchsatz zu steuern. Der Durchsatz der Produkte ist insofern von Bedeutung, als durch stattfindende Reduktionsprozesse Wasser entsteht Neben dieser Sicherung einer gleichbleibenden Produktqualität sollte die Einstellung und Regelung des Redoxpotentials, unabhängig vom Bedienungspersonal, in einer leicht nachprüf- und dokumentierbaren Art und Weise erfolgen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Befeuchtung ein im Ofen rekombinierendes Sauerstoff/Wasserstoffgemisch Verwendung findet, das dem Ofen mit Hilfe eines Teiles des diesem zuströmenden Schutzgases zugeführt wird.

Die mengenmäßige Regelung dieses Sauerstoff/Wasserstoffgemisches kann über an sich bekannte steuerbare Dosiereinrichtungen erfolgen, besonders vorteilhaft ist es aber, dieses Sauerstoff/Wasserstoffgemisch auf elektrolytischem Wege zu erzeugen, wobei der Elektrolysestrom :,n Abhängigkeit vom gemessenen Redoxpotential bzw. der Abweichung desselben vom Sollwert gesteuert wird.

Dieses Verfahren ist in der Figur am Beispiel eines Sinterofens für Kernbrennstofftabletten funktionsschematisch näher dargestellt. Der Ofen 1 stellt einen an sich bekannten Durchlaufsinterofen dar, der in seinem heißen Teil mit einer Wärmeisolation 16 versehen ist, in die die Heizwicklung 15 eingebettet ist Das Sintergut, also in diesem Beispiel Kernbrennstofftabletten, werden in der dargestellten Weise auf sogenannten Transportschiffchen nach öffnen der Ofenklappe 11 eingeschoben und verlassen den Ofen in Pfeilrichtung, wobei die Klappe 12 angehoben wird. Die Klappen 13 und 14 teilen jeweils eine Endzone a und e des Ofens ab, um ein Eindringen der Außenluft in den Innenraum des Ofens zu verhindern. Dieser Innenraum teilt sich auf in die Vorwärmzone b, die eigentliche Sinterzone c und die Abkühizone d in letzterer wird über die Leitung 17 das reduzierende Schutzgas eingeführt,-strömt in Gegenrichtung zur Bewegung der Kernbrennstofftabletten durch den Ofen und verläßt diesen wieder über die Leitung 18. Letztere führt dann zu einer Gasreinigungsanlage, die jedoch nicht näher dargestellt ist, da sie für den vorliegenden Erfindungsgegenstand nicht von Bedeutung ist. Das über die Leitung 17 zugeführte Schutzgas wird den Vorratsbehältern 31 und 32 über die Dosierventile 41 und 42 entnommen und besteht beispielsweise aus Wasserstoff und Argon oder Stickstoff usw.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun an die Ofenzone, in der die Reduktion abläuft, z. B. die 700°-Zone eine Gasentnahmeleitung 19 angeschlossen, die über eine Pumpe 20 zu einer Meßzelle für das Redoxpotential 2 führt. Die diese Meßzelle wieder verlassenden Gase gelangen über die Leitung 21 zur Abgasleitung 18 zurück. Durch nichtdargestellte Einrichtungen ist dafür Sorge getragen, daß der Meßvorgang in der Meßzelle 2 die Gasprobe aus dem Ofenraum bei dessen Entnahmetemperatur erfaßt. Das Ausgangssignal dieser Meßzelle wird anschließend über einen Verstärker 3, an den ein Registriergerät 6a angeschlossen ist, einem Meßwertwandler 4 zugeführt. Dieser ist außerdem an eine Gleichstromquelle 5 angeschlossen. Außerdem befindet

sich in diesem Gerät ein Sollwertgeber für das einzustellende Redoxpotential. In Abhängigkeit der Differenz zwischen diesem Sollwert und dem Istwert des Redoxpotentials aus dem Verstärker 3 wird nun in diesem Meßwertwandler der aus der Gleichspannungsquelle 5 kommende Elektrolysestroru für die Elektrolysezelle 7 eingestellt Ein Schreiber 6 registriert ständig diesen Elektrolysestrom, der ein Maß für den Zustand des Redoxpotentials im Ofeninneren darstellt Die Elektrolysezelle 7 enthält mit Schwefelsäure angesäuertes Wasser, die elektrolytisch erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff steigen darin nach oben und werden durch eine gasdurchlässige Membran in die Leitung 71 entlassen. Diese führt zu einem Gastrockner 8, an den eine Pumpe 9 angeschlossen ist Ober die Leitung 10 wird nun dieses Wasserstoff/Sauerstoffgemisch, vermischt mit einem Teil des Schutzgases, das über das Ventil 43 zugemischt wird, in die Abkühlzone des Ofenraumes d eingeleitet Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei absinkendem Redoxpotential an der Meßzelle 2 eine vermehrte Menge Wasserstoff/ Sauerstoffgemisch dem Ofen zugeführt wird und in diesem zu Wasser in f einstverteilter Form rekombiniert Dieses Ausführungsbeispiel dient der Veranschaulichung des Verfahrensprinzips, selbstverständlich sind je nach Anwendungsbereich auch Modifikationen, insbesondere auch hinsichtlich der Anbringung der Gasentnahmeleitung 19 möglich, die stets an jenem Ort

ίο vorgesehen werden muß, an dem das jeweils herrschende Redoxpotential des Schutzgases festgestellt werden soll. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei ungleichmäßig beschickten öfen die Schutzgaswirkung genau konstant zu halten, was neben der erwähnten Qualitätssicherung der Endprodukte mit einer wesentlicher« Vereinfachung des Produktionsablaufes verbunden ist, da nunmehr die durch den jeweiligen Ofen hindurchzuführende Menge an z. B. Sintergut nicht mehr gleichmäßig und konstant zu sein braucht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einstellung und Regelung gewünschter Redoxpotentiale wasserstoffhaltiger Schutzgase in Sinteröfen für oxidkeramische Körper durch entsprechende Zumischung von Wasser zur Ofenatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befeuchtung ein im Ofen rekombinierendes Sauerstoff/Wasserstoffgemisch Verwendung findet, das dem Ofen mit Hilfe eines Teils des diesem zuströmenden Schutzgases zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff/Wasserstoffgemisch auf elektrolytischem Wege erzeugt wird und der Elektrolysestrom in Abhängigkeit vom gemessenen Redoxpotential bzw. der Abweichung desselben vom Sollwert gesteuert wird.