DE2909978A1

DE2909978A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des kohlenstoffpegels eines in einem ofenraum reagierenden gasgemisches

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Publication number: DE2909978A1
Application number: DE19792909978
Authority: DE
Inventors: Werner Goehring; Cornelius Hendrikus Luiten
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1978-03-21
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1979-09-27
Also published as: IT7921143A0; GB2016698B; FR2420791A1; FR2420791B1; GB2016698A; PL214252A1; YU66079A; IT1166716B; ES478842A1; YU42805B; US4372790A; PL128969B1; JPS6325066B2; DD142383A5; JPS54132442A; DE2909978B2; YU228082A; CH628092A5; ATA179579A; AT367462B

Description

DIPL.-ING. ALEX STENGER

Malkastenstraße 2 DIPL-ING. WOLFRAM WATZKE

D-4000 DÜSSELDORF 1 «3* DIPL.-ING. HEINZ J. RING

Unser Zeichen: 20 Il6 Datum: 9. Mär Z 1979

Ipsen Industries International Gesellschaft mit beschränkter Häftling, Flutstraße 52, 4190 Kleve

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Kohlenstoffpegels eines in einem Ofenraum reagierenden Gasgemisches

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kohlen^ stoffpegels eines in einem Wärmebehandlungsofen reagierenden Gasgemisches, das durch Einführen eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes in einen Ofenraum entsteht, dessen Reaktionsprodukte sich nicht im Wassergasgleichgewicht und nicht im Methangasgleichgewicht befinden und das einen Überschuß an Methan aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Unter den bekannten Aufkohlungs-Verfahren gewinnt die Gasaufkohlung sowie das Karbonitrieren und Blankhärten in gleichartigen Ofenatmosphären zunehmende Bedeutung. Die Verfahren werden in Wärmebehandlungsöfen geschlossener Bauweise durchgeführt, die es gestatten, eine kontrollierte Atmosphäre bei einer bestimmten Reaktionstemperatur einzustellen und aufrechtzuerhalten. Die wesentliche Problematik des Gasaufkohlungsverfahrens besteht darin, die Übertragung des Kohlenstoffs von der Gasatmosphäre auf den Werkstoff Stahl geregelt durchzuführen, um reproduzierbare Aufkohlungsergebnisse an Werkstücken verschiedenen Grundkohlenstoffgehälts, verschiedener Legierung sowie verschiedener Formgebung zu erzielen.

Es ist bekannt, zur Ausbildung einer Ofenatmosphäre ein Brennstoff-Luft-Gemisch in den Ofenraum einzuführen, welches sich nicht im Gleichgewichtszustand befindet. Durch entsprechende

9098-39/0830.

Telefon (0211) 36051* - Telegrammadresse: Dabspalent · Postsdiedsfconto Köln 227610 - 503

ORIGINAL INSPECTED

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Mischung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes und Luft kann man wirksame Kohlungsgase herstellen. Aufgrund der Tatsache, daß sich diese im Ofenraum nicht im Wassergasgleichgewicht und nicht im Methangasgleichgewicht befinden, ist es nachteiligerweise schwierig, den Kohlenstoffpegel zu erfassen und zu regeln. Es ist versucht worden, eine direkte Erfassung des Kohlenstoffpegels mit Hilfe von in den Ofenraum gehängten Folien- oder Drahtproben durchzuführen, die nach einer Behandlungszeit von etwa 30 Minuten aus dem Ofen genommen und sodann auf ihren Kohlenstoffgehalt untersucht werden. Die Kohlenstoffaufnahme der Proben kann auf diese Weise diskontinuierlich festgestellt werden. Eine automatische Prozeßkontrolle ist nicht möglich..

Aufgrund der beschriebenen Nachteile wurde dieses seit Jahrzehnten bekannte einfache Verfahren zur Herstellung einer AufkohlungsatmoSphäre durch die Anwendung von Schutzgaserzeugern verdrängt, welche die Herstellung einer im chemischen Gleichgewicht befindlichen Ofenatmosphäre ermöglichen, deren Kohlenstoffpegel automatisch regelbar ist, indem indirekte Verfahren zur Prozeßkontrolle angewandt werden. Dabei wird die Zusammensetzung der Gasphase als Indikator für den Kohlenstoffpegel zugrundegelegt. Basis hierfür ist allerdings das Vorhandensein eines chemischen Gleichgewichts der Ofenatmosphäre, um unter Anwendung der bekannten chemischen Gleichgewichtsbeziehungen temperaturabhängige Kenngrößen zu erhalten, die der Prozeßkontrolle zugrundegelegt werden können. Hierbei ist es bekannt, die Werte für Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Wasserstoff und Wasser aus der Ofenatmosphäre heraus laufend zu übermitteln und zu überwachen und auf der Basis dieser Regelgrößen Rückschlüsse auf den Kohlenstoffpegel zu ziehen.

Nachteilig ist dabei, daß Generatoren für die Erzeugung der verwendbaren, im chemischen Gleichgewicht befindlichen Gasgemische verwendet werden müssen. Nachteilig ist darüber hinaus, daß sich der Gleichgewichtszustand im Ofenbetrieb nicht aufrechterhalten läßt, da es zur Erhöhung des Kohlenstoff-Angebots notwendig ist,

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zusätzlich zu dem Gleichgewichtsgas einen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff in den Ofenraum einzuführen. Das dann im Ofenraum reagierende Gasgemisch erreicht das Wassergasgleichgewicht nur unzureichend und weist in jedem Fall einen Überschuß an Methan auf. In dem Augenblick, da im Ofen die aufkohlende Atmosphäre mit ausreichendem Kohlenstoffangebot bereitgestellt ist, ist der Gleichgewichtszustand, der für die bekannte Regelung notwendig ist, nicht mehr vorhanden. Der Reaktionsgrad des Gasgemisches im Ofenraum hängt von vielen variablen Faktoren ab, wie Ofentemperatur, Ofenraumgröße und Verweildauer des Gemisches, Gasumwälzung, katalytisch^ Wirkung oder Rußbildung im Ofenraum, Art des Brennstoffes bzw. des vorhandenen Sauerstoffes, usw. Unter praktischen Bedingungen ist bestenfalls mit einer Annäherung an das Wassergasgleichgewicht zu rechnen. Ein erheblicher Überschuß von nicht reagiertem Kohlenwasserstoff verbleibt auf jeden Fall. Damit kann der Kohlenstoffpegel des reagierenden Gasgemisches nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durch die übliche Messung des C0_?- oder HpO-Anteils der Ofenatmosphäre ermittelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierliche Meß- und Regelgröße für den Kohlenstoffpegel einer Brennstoff-Luftgemisch-Ofenatmosphäre zu finden, die nicht das Vorhandensein eines chemischen Gleichgewichtes voraussetzt. Insbesondere soll unter Benutzung von indirekten Meßgrößen der Ofenatmosphäre eine automatische Regelung des Kohlenstoffpegels auch bei starkem CH^-Überschuß der Ofenatmosphäre durchführbar sein. Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der eine solche automatische Regelung der Ofenatmosphäre in einfacher Weise durchführbar ist.

Die Aufgabe ist an einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regelgröße aus dem Anteil der im Ofenraum vorhandenen Gaskomponente CO als erster Meßgröße, der elektrischen Spannung eines sauerstoffionenleitenden Festkörper-Elektrolyten als zweiter Meßgröße und der Ofentemperatur

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■ G-

als dritter Meßgröße ermittelt wird. Anders als nach dem Stand der Technik, bei dem der Kohlenstoffpegel einer Ofenatmosphäre nur bei chemischem Gleichgewicht anhand einer Funktion er-

puu2

mitteltwerden kann, wird nach der Erfindung der Kohlenstoffpegel eines nicht im Gleichgewicht befindlichen reagierenden Gasgemisches festgestellt, indem zusätzlich zu der Messung des CO-Mengenanteils als Meßgröße die elektrische Spannung eines sauerstoffionenleitenden Festkörper-Elektrolyten einbezogen wird, welche die noch in der Ofenatmosphäre vorhandene freie Reaktionsenthalpie repräsentiert.

Bekanntlich gibt die elektrische Spannung eines sauerstoffionenleitenden Festkörper-Elektrolyten im Gleichgewichtszustand den .■Anteil sauerstoffhaltiger Gase im Gasgemisch an* Es wurde erkannt, daß im reagierenden Zustand die Spannung zusätzlich noch die zur erreichbaren Gleichgewichtseinstellung notwendige freie Reaktionsenthalpie erfaßt. Die freie Reaktionsenthalpie Δ G ist eine Funktion des Produktes der Faraday-Konstanten F mit dem Elektrodenpotential E. Sie beträgt

Λ G = H (in pCO _Meßwert - in pCO _Gleichgewichtswert⁾ [^mV]

Fig. 1 erläutert den Zusammenhang: Auf der Ordinate ist die Spannung E des Festkörper-Elektrolyten dargestellt. Die Meßwerte setzen sich zusammen aus einem Spannungsanteil für den Gleichgewichtszustand und einem Spannungsanteil für die freie Reaktionsenthalpie Λ G. Auf der Abszisse sind die CO-Werte dargestellt. Die senkrechte Linie in der Mitte über dem CO-Gleichgewichtswert kennzeichnet den Gleichgewichtszustand. Links davon sind die Gleichgewichtsabweichungen zu kleineren CO-Meßwerten hin und rechts davon zu größeren CO-Meßwerten hin verzeichnet. Der vorgenannte feste Zusammenhang zwischen der freien Reaktionsenthalpie, dem gemessenen CO-Wert und dem CO-Gleichgewichtswert gestattet unter.Zugrundelegung der erfindungsgemäß anzuwendenden Meßgrößen eine Umrechnung auf Gleichgewichtswerte. Die Ermittlung

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des Kohlenstoffpegels anhand der Gleichgewichtswerte als solche ist bekannt.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren der Erfindung derart durchgeführt, daß die drei Meßgrößen der Öfenatmosphäre gemessen werden, einem Rechner zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels aus den drei Meßgrößen eingespeist werden und hiervon abhängig der Mengenstrom des in den Ofenraum eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft verändert wird, bis Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert hergestellt ist, wozu dem Ofenraum ausschließlich Mengenströme von Brenngas und/oder Luft zugeführt werden. Hierdurch kann in einfacher Weise der Kohlenstoffpegel und damit die Geschwindigkeit der Aufkohlung, die Schichtdicke sowie die Kohlenstoffverteilung in der Randschicht automatisch geregelt werden. Durch den ständigen Vergleich der Meßgrößen über den Rechner mit dem vorgegebenen Sollwert des Kohlenstoffpegels wird über die Veränderung der Mengenströme eine ausgezeichnete Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Einstellung des Kohlenstoffpegels erzielt. Die vorherige Aufbereitung der Ofenatmosphäre in separaten Schutzgaserzeugern wird vermieden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung des CO-Gehalts der Ofenatmosphäre, eine zweite Meßeinrichtung aus einem im Ofenraum angeordneten Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxydbasis, durch eine Temperatur-Meßeinrichtung sowie einen Rechner zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels aus den drei Meßgrößen, über den ein Stellglied gesteuert ist, das den Mengenstrom des in den Ofenraum eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft bis zur Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoff pegels mit dessen Sollwert automatisch verändert. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen

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unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt;

Fig. 1 ein schematisches Diagramm, welches die Abhängigkeit der Spannung eines Festkörper-Elektrolyten von nicht im Gleichgewichtszustand befindlichen Ofenatmosphären verdeutlicht,

Fig. 2 die Zusammensetzung einer geregelten Ofenatmosphäre bei unterschiedlichem Reaktionsgrad,

Fig. 3 die Auswertung von Meßwerten bei sich veränderndem Reaktionsgrad,

Fig. 4 eine Regelvorrichtung schematisch und Fig. 5 eine Sauerstoffsonde im Schnitt einer Ofenwandung.

Beispiel 1.

Das erste Beispiel bezieht sich auf eine Ofenatmosphäre, die aus einem Verbrennungsgasgemisch besteht, das hohe COo- und HoO-Anteile aufweist und dessen Kohlenstoffpegel erheblich zu niedrig ist. Eine derartige Ofenatmosphäre kann durch Eindringen von Luft in den Ofenraum oder während eines Spülvorganges entstehen. Die Ofenatmosphäre soll durch Zugabe von Erdgas auf einen Kohlenstoff pegel von 0,62% C gebracht werden und befindet sich dann nicht im Zustand des chemischen Gleichgewichts. Es ergeben sich folgende Meßwerte der Ofenatmosphäre während der geregelten Zugabe von Erdgas:

Ofenraumtemparetur Spannung am Festkörper-Elektrolyten CO-Volumenanteil COg-Volumenanteil HpO-Volumenanteil CH^-Volumenanteil Ho-Volumenanteil ^-Volumenanteil

In Fig. 2 ist die Zusammensetzung der geregelten Ofenatmosphäre bei unterschiedlichem Reaktionsgrad dargestellt, wie er bei lan-

930	° C
1138	mV
14,5	%
0,59	%
1,7	%
20,5	%
25_s0	%
Rest

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•I."

ger andauerndem Ofenbetrieb auftreten kann. Auf der Ordinate sind die Gasvolumenanteile der Ofenatmosphäre und die Spannung am Festkörper-Elektrolyten (Referenzgas Luft)· verzeichnet. Die Abszisse stellt den reagierenden Anteil gebundenen Sauerstoffs dar. Als Nullpunkt des reagierenden Sauerstoffanteils seien vorgenannte Meßwerte angenommen. Bei längerer Verweilzeit des Gasgemisches im Ofenraurn oder unter dem Einfluß einer katalytischen Wirkung steigt der Reaktionsgrad, gekennzeichnet durch den reagierenden Sauerstoffanteil. Der Sauerstoff wird von COg und HpO abgegeben und reagiert mit überschüssigem CH^ zu CO. Die Zunahme des CO-Anteils entspricht zahlenmäßig dem reagierenden Anteil gebundenen Sauerstoffs.

In Fig. 3 ist die Auswertung der Meßwerte bei sich veränderndem Reaktionsgrad dargestellt. Auf der Ordinate ist der Kohlenstoffpegel verzeichnet, auf der Abszisse der gleiche reagierende Anteil gebundenen Sauerstoffs wie in Fig. 2.

Die Kurve zeigt den ermittelten Kohlenstoff pegel aus den CO- und C02~Anteilen. Die gerade Linie zeigt den Verlauf des Kohlenstoffpegels bei der erfindungsgemäßen Ermittlung aus dem CO-Anteil und der Spannung eines sauerstoffionenleitenden Festkörper-Elektrolyten bei der angegebenen Temperatur. Der Vergleich zeigt deutlich die fehlerhafte Ermittlung auf Grund der CO/COg-Mengenanteile gemäß Stand der Technik und die Unabhängigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Gleichgewichtseinstellung.

Die Auswertung der Meßwerte der Ofenatmösphäre ergibt folgende Kohlenstoffpegel:

nach dem bekannten Verfahren unter Benutzung

der gemessenen CO- und COp-Anteile 0,12 % C

erfindungsgemäß unter Benutzung des gemessenen -; ■ . CO-Anteils und der Spannung des Festkörper-Elektrolyten 0,615 % C

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• AO-

vergleichsweise unter Benutzung des gemessenen COp-Anteils und der Spannung des Festkörper-Elektrolyten 1,98 % C

Eine Überprüfung dieser Werte anhand der Folienprobe ergab einen Kohlenstoff pegel von.O,62% C. Das Ergebnis läßt klar erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren trotz erheblicher Abweichungen der Ofenatmosphäre vom Wassergasgleichgewicht und vom Methangleichgewicht und sich veränderndem Reaktionsgrad eine genaue Ermittlung des Kohlenstoffpegels gestattet. Bei dem tatsächlichen Kohlenstoff pegel dürfte nach dem Wassergasgleichgewicht bei einem CO-Anteil von 14,5% der C0₂-Anteil nur 0,1% betragen. Der dem Gleichgewicht entsprechende Methan-Anteil beträgt bei 93O°C Ofentemperatur 0,0065% CH^. Der tatsächlich vorhandene CH^-Anteil übersteigt diesen Wert um das über 3150-fache.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsfortn der Erfindung werden dem Ofenraum ausschließlich Mengenströme von Brennstoff und Luft zugeführt. Der Vorteil liegt darin, daß zur Herstellung der Ofenatmosphäre weder ein Schutzgaserzeuger zur Aufbereitung eines Brennstoff-Luftgemisches noch Stickstoff aus einem Vorratsbehälter erforderlich ist. Neben diesen Einsparungen an apparativem Aufwand und Energie kann die Verbrennungswärme des Brennstoff-Luftgemisches im Ofenraum genutzt werden.

Nachfolgend beschriebenes zweites Beispiel bezieht sich auf diese bevorzugte Ausführungsform:

Beispiel 2.

In einem Ofenraum mit einem Volumen von ca. 1 m werden bei 850⁰C

= 2,0 nr Erdgas und
= 2,5 m³ Luft eingeführt.

Mengenströme von V_n = 2,0 nr Erdgas und

Das im Ofenraum reagierende Gasgemisch ergibt folgende Meß werte:

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Spannung am Pestkörper-Elektrolyt 1133 mV

CO-Volumenanteil 17,2 %

CO₂- " 0,115%

H₂O- " 0,4 %

CH₄- " 4,5 %

H₂- " 43,5 °/o

N₂- " . Rest.

Die aus den Meßwerten ermittelten Kohlenstoffpegel betragen:

beim erfindungsgemäßen Verfahren:

CO + Elektrolyt 0,92 % C

vergleichsweise: aus CO + CO₂ 1,34 9(5 C

aus CO₂ + Elektrolyt 1,60 % C.

Der tatsächlich an mehreren Folienproben ermittelte Kohlenstoffpegel beträgt durchschnittlich 0,925 % C.

Fig. 4 der Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, die an einen Ofen 1, der schematisch dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Ofen 1 weist eine geschlossene Arbeitskammer 2 auf, in der Temperaturen von 800 bis 1.100° C eingestellt werden können. An die Arbeitskammer 2 ist eine erste Meßeinrichtung 3 angeschlossen, mit der Meßgas aus der Ofenatmosphäre abgezogen werden kann und einem CO-Analysator zugeführt werden kann, der den CO-Mengenanteil der Ofenatmosphäre nach dem Infrarot-Absorptionsprinzip ermittelt. An den Ofen ist ferner eine zweite Meßeinrichtung 4, bestehend aus einem im Ofenraum 2 angeordneten Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxydbasis angeordnet, dessen Außenelektrode 11 mit der Ofenatmosphäre und dessen Innenelektrode 10 mit Luft in Berührung steht, wie Fig. 5 der Zeichnung näher verdeutlicht. Als Meßwert wird eine Spannung in mV erhalten .

An den Ofenraum 2 ist ferner eine dritte Meßeinrichtung 5 zur kontinuierlichen Ermittlung der Ofenraumtemperatur angeschlossen.

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• /12-

Sämtliche drei Meßgrößen werden in einen Rechner 6 zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels eingespeist. Der Rechner ist ein seinem Anwendungszweck entsprechend programmierter elektronischer Baustein, der digital den Ist-Kohlenstoffpegel anzeigt. Dies ist in der Zeichnung durch das Symbol %C ausgedrückt.

An den Rechner 6 ist ein in Abhängigkeit vom Kohlenstoffpegel gesteuertes Stellglied 7 angeschlossen, das den Mengenstrom des in den Ofenraum eingeführten Brenngases und/oder der Luft bis zur Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert verändert. In der Zeichnung ist die Leitungsführung für Luft sowie Propangas bzw. Erdgas schematisch dargestellt. Die Zuführung erfolgt durch die Rohrleitung 8.

Im Prinzip besteht der Festkörper-Elektrolyt (zweite Meßeinrichtung 4) gemäß Fig. 5 der Zeichnung aus einer Wand 9 aus stabilisiertem Zirkonoxyd. Eine Seite der Wand 9 steht mit einem Referenzgas mit bekanntem Sauerstoffgehalt, im vorliegenden Fall Luft, in Berührung und ist mit einer Elektrode 10 leitend verbunden, die nachfolgend Innenelektrode genannt wird. Die andere Seite der Wand 9 steht mit der Ofenatmosphäre im Ofenraum 2 in Berührung und ist mit einer anderen Elektrode 11 leitend verbunden, die nachfolgend Außenelektrode genannt wird. Die Elektroden 10 und 11 bestehen aus Platinmetallen. Als Meßstelle gilt die gemeinsame Berührungsstelle 12 zwischen Elektrode, Zirkonoxyd und Ofenatmosphäre bzw. Referenzluft.

In der Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung ist die Außenelektrode 11 mindestens an der Berührungsstelle zum Elektrolyten aus einem elektrisch leitenden Element ausgeführt, welches auf einen CPL.-Zerfall nicht katalytisch wirkt. Hiermit ist in vorteilhafter Weise erzielt, daß eine örtlich an der Meßstelle weitergehende Reaktion gebundenen Sauerstoffs als dem CO-Wert der OfenatmoSphäre entsprechen würde, unterbunden ist.

Die spezielle Ausführung der nicht katalytisch wirkenden Elek-

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-γ-

. 43

trode 11 an der Berührungsstelle zum Festelektroiyten 9 besteht aus einem elektrisch leitenden Stoff, der mindestens 80 Gewichtsprozent eines Elements enthält, bei dem die d-Niveaus der besetzten Elektronenschalen vollständig mit 10 Elektronen besetzt sind. Derartige Elemente sind beispielsweise Kupfer, Silber, Gold oder Palladium, Mit einem solchen Festkörper-Elektrolyten sind bei langer Lebensdauer sehr genaue Meßwerte erzielbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sind neu, da sie erstmals eine genaue kontinuierliche Messung des Kohlenstoffpegels in nicht im Gleichgewichtszustand befindlichen Gasgemischen ermöglichen. Das Verfahren der Erfindung ist äußerst fortschrittlich, da es durch einfache Zumischung von Brennstoffen zu einem gebundenen oder freien Sauerstoff - vorzugsweise Luft - enthaltenden Gasgemisch in einem Ofenraum die Anhebung und Regelung des Kohlenstoffpegels gestattet. Energieverbrauchende Einrichtungen zur Herstellung regelbarer, im Gleichgewichtszustand befindlicher OfenätmoSphären entfallen. Weiterhin können handelsübliche Brennstoffe ohne definierte Zusammensetzung verwendet werden.

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■A If-

Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung des Kohlenstoffpegels eines in einem Wärmebehandlungsofen reagierenden Gasgemisches, das nach dem Einführen eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes in dem Ofenraum entsteht, dessen Reaktionsprodukte sich nicht im Wassergasglelchgewicht und nicht im Methangasgleichgewicht befinden und das einen Überschuß an Methan aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Regelgröße aus dem Anteil der im Ofenraum vorhandenen Gaskomponente CO als erster Meßgröße, der elektrischen Spannung eines sauerstoffionenleitenden Festkörper-Elektrolyten als zweiter Meßgröße und der Ofenraumtemperatur als dritter Meßgröße ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die drei Meßgrößen der Ofenatmosphäre gemessen werden, einem Rechner zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels aus den drei Meßgrößen eingespeist werden und hiervon abhängig der Mengenstrom des in den Ofenraum eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft verändert wird, bis Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert hergestellt ist, wozu dem Ofenraum ausschließlich Mengenströme von Brenngas und Luft zugeführt werden.

3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine erste Meßeinrichtung (3) zur kontinuierlichen Ermittlung des CO-Gehaltes der Ofenatmosphäre, eine zweite Meßeinrichtung (4) aus einem im Ofenraum (2) angeordneten Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxydbasis, durch eine Temperatur-Meßeinrichtung (5) sowie einen Rechner (6) zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels aus den drei Meßgrößen, über den ein Stellglied (7) gesteuert ist, das den Mengenstrom des in den Ofenraum (2) eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft bis zur Übereinstimmung

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.3.

des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert automatisch verändert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (3) zur Messung des CO-Mengenanteils der Ofenatmosphäre ein Infrarot-Aanalysator ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4) aus einem Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxydbasis besteht, dessen Außenelektrode (11) mit der Ofenatmosphäre und dessen Innenelektrode (10) mit Luft in Berührung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Ofenatmosphäre in Verbindung stehende Außenelektrode (11) an der Berührungsstelle zum Elektrolyten aus einem elektrisch leitenden Element besteht, das auf den Zerfall von Methan nicht katalytisch wirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenelektrode (11) an der Berührungsstelle zum Festkörper-Elektrolyten aus einem elektrisch leitenden Stoff besteht, der mindestens 80 Gewichtsprozent eines Elements enthält, bei dem die d-Niveaus der besetzten Elektronenschalen vollständig mit 10 Elektronen besetzt sind.