DE3337133C2

DE3337133C2 -

Info

Publication number: DE3337133C2
Application number: DE19833337133
Authority: DE
Inventors: Mirali Ogly Kaskai Cingiz; Alekper Ogly Babaev Ibragim; Ivan Petrovic Lukonin; Asker Askerovic Baku Su Baisev
Original assignee: Institut Geologii Imeni Akademika Im Gubkina Akademii Nauk Azerbajdzanskoj Ssr Baku Su
Current assignee: Institut Geologii Imeni Akademika Im Gubkina Akademii Nauk Azerbajdzanskoj Ssr Baku Su
Priority date: 1983-03-29
Filing date: 1983-10-12
Publication date: 1987-09-03
Also published as: FR2543683A1; FR2543683B1; SU1594401A2; DE3337133A1; CH660795A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur thermischen Analyse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2. Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung sind aus der Literaturstelle von A. I. Zwetkow und G. A. Pilojan, "Neuzeitliche Tendenzen in der Entwicklung der Differential-Thermoanalyse", Berichtsammlung "Die Ergebnisse der Wissenschaft, Geochemie, Mineralogie, Petrografie 1963-1964", Moskau, 1965, Seite 167, bekannt.

Das bekannte Verfahren und die zugehörige Einrichtung dienen zur Phasenanalyse von Stoffen oder zur Kontrolle der Zusammensetzung und Qualität von Gesteinen, Erzen, Rohstoffen und anderen thermisch aktiven Stoffen im Erzbergbau oder der chemischen Industrie.

Bei dem bekannten Verfahren wird der zu untersuchende Stoff portionsweise zugeführt und die Messung seines thermischen Ver haltens erfolgt im Laufe seiner Erwärmung im ganzen Temperatur bereich. In der dafür verwendeten bekannten Einrichtung ist der Träger für den zu untersuchenden Stoff ein Tiegel, mit dem die Temperaturmeßvorrichtung starr verbunden ist.

Da sich der Tiegel mit der in ihm befindlichen Stoffportion durch den ganzen Ofen bewegen muß, um alle Temperaturzonen zu durchlaufen, kann je Erwärmungszyklus nur diese eine Stoff portion untersucht werden. Dabei wird das ganze thermische Verhalten des zu untersuchenden Stoffes über den gesamten Temperaturbereich des Ofens, also auch in den informationslosen Teilen, aufgenommen, auch wenn nur einmal ein thermischer Effekt auftritt. Die Analysemenge ist daher, bezogen auf die für die Analyse aufgewendete Zeit, gering, außerdem ist die Genauigkeit der Bestimmung des thermischen Effektes niedrig.

Darüber hinaus ist eine quantitative Phasenanalyse zu unter suchender Stoffe, bei der Messungen mehrerer thermischer Charakteristiken von Vergleichsmischungen und der zu unter suchenden Stoffe unter strenger Beibehaltung genau gleicher Versuchsbedingungen durchgeführt werden müssen, um die erhaltenen Meßwerte vergleichen zu können, in der bekannten Einrichtung nur sehr schwer durchzuführen und die Ergebnisse sind ungenau, da die Versuchsverhältnisse nur schlecht reproduzierbar sind. Die bereits für die einzelne Analyse erforderliche lange Zeit schließt eine Schnellanalyse der Phasenzusammensetzung des zu untersuchenden Stoffes aus.

Ein Ofen für thermische Untersuchungen, der über seine Länge ein gewünschtes Temperaturgefälle aufweist, ist in der AU-PS 1 66 681 näher beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung einer thermischen Analyse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 so auszu bilden, daß die Analysezeit kürzer ist und die Genauigkeit der Analyse erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Maßnahmen bzw. Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 beschreiben vorteilhafte Ausge staltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Ein richtung haben den Vorteil, daß eine ununterbrochene Thermo analyse im Strom des zu untersuchenden Stoffes möglich ist. Es kann gleichzeitig eine Vielzahl von thermischen Effekten an unterschiedlichen Abschnitten des Stromes erhalten und dessen Inhomogenität ermittelt werden, woraus sich auch eine Steigerung der Meßgenauigkeit ergibt. Dabei kann sich in der Meßzone der thermische Effekt, beispielsweise eine Phasenumwandlung, ungehindert und vollständig ausbilden, was weiter zur Meß genauigkeit beiträgt. Außerdem ist eine ununterbrochene quantitative Ermittlung der Phasenzusammensetzung des zu untersuchenden Stoffes möglich. Die Thermoanalyse kann deshalb automatisiert werden und etwa bei der Überwachung von Fertigungsstraßen eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Einrichtung zur Durchführung einer thermischen Analyse, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Gesamtansicht einer Einrichtung mit einem ringförmigen Förderer, teilweise im Schnitt und

Fig. 3 eine Gesamtansicht der Einrichtung von Fig. 2 mit zwei Temperaturmeßvorrichtungen, teilweise im Schnitt.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung zur Durchführung einer differentiellen thermischen Analyse hat einen Behälter 1 mit einem zu untersuchenden Stoff 2. Unter einer Abgabeöffnung des Behälters 1 befindet sich eine Arbeitsfläche 3 eines Förderers 4 in Form einer Rinne mit einer Drehlagerung 5. Auf der Arbeitsfläche 3 des Förderers 4 wird ein Strom 6 des zu untersuchenden Stoffes 2 verteilt und ge fördert. Der Förderer 4 läuft durch einen Ofen 7 mit dem jeweiligen Temperaturgradienten hindurch, dessen Länge kleiner als die Länge des Förderers 4 ist. An der Eintrittsöffnung 8 des Ofens 7 ist eine Abgleichstange 9 für den Stoffstrom 6 angeordnet. Am Ausgang 10 des Ofens 7 ist ein Kratzeisen 11 angebracht, das an der Arbeitsfläche 3 angreift. Zur Einrichtung gehören ferner eine Temperaturmeßvorrichtung 12, die eine Röhre 13 mit einem Ansatzstück 14 an seinem einen Ende aufweist. Das Ansatzstück 14 ist im Inneren des Ofens 7 in einer Temperaturzone 15 untergebracht, die dem Temperaturbereich der Auswirkung des thermischen Effektes des Stoffstromes 6 entspricht. In Fig. 1 ist die Orts lage der Temperaturzone 15 schematisch gezeigt. Auf das Ansatzstück 14 ist ein bogenförmiger Streifen 16 aufge setzt, der mit dem Strom 6 des zu untersuchenden Stoffs 2 in Berührung tritt. Die Röhre 13 ist in einer Gelenkunterstützung 17 eines Balancierwerks 18 gelagert. Ein Gegengewicht 19 im Balancierwerk 18 ist an dem freien Ende der Röhre 13 angeordnet. Die Einrichtung hat weiterhin ein Verstellwerk 20 für eine lineare Verstellung mit einem Antrieb 21 und einer Schraubenspindel 22, auf der die Gelenkunterstützung 17 des Balancierwerks 18 sitzt.

Die Gelenkunterstützung 17 des Balancierwerks 18 ver stellt sich längs einer Führung 23 des Verstellwerks 20. An die Röhre 13 der Tempe raturmeßvorrichtung 12 ist eine Korrekturvorrichtung 24 zur Korrektur der Verstellung der Temperaturmeßvorrichtung 12 an geschlossen.

Bei der Ausführungsvariante der Einrichtung von Fig. 2 sind ein ringförmiger Förderer 25 und ein Ofen 26 mit bogenförmiger Gestalt vorgesehen, deren Krümmungsradien übereinstimmen, wobei der Drehpunkt des Förderers 25 außerhalb des Ofens 26 liegt.

Bei der Ausführungsvariante der Einrichtung von Fig. 3 ist eine weitere Temperaturmeßvorrichtung 27 in einer Zone 28 angeordnet. In den Zonen 15 und 28 tritt, wie schematisch angedeutet, ein weiterer thermischer Effekt des zu untersuchenden Stoffes 2 auf.

Zur Durchführung der thermischen Analyse wird im Ofen 7 ein Betriebszustand mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten über der Länge erzeugt. Die Temperatur in der Eintrittsöffnung 8 des Ofens 7 ist dabei am kleinsten und am Ausgang 10 am größten. Hiernach wird der Förderer 4 angefahren.

In den Behälter 1 wird zu untersuchender Stoff 2 geschüttet, der aus der unteren Abgabeöffnung ununterbrochen auf die Arbeitsfläche 3 des rinnenförmigen laufenden Förderers 4 fällt. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Stroms 6 des Stoffs 2 nach Volumen und Dichte längs des Förderers 4 wird durch die Abgleichstange 9 verwirklicht. Der Strom 6 des Stoffes 2 tritt in den Ofen 7 in Richtung steigender Temperatur ein. Aufgrund des im Ofen 7 auf rechterhaltenen stabilen Temperaturgradienten und auf grund der Bewegung des Förderers 4 mit konstant blei bender Geschwindigkeit erwärmt sich der Stoff 2 zum Strom 6 über den ganzen Temperaturbereich gleichmäßig. Dabei besitzt jeder Teilabschnitt des Stromes 6 auf seiner Länge eine unterschiedliche Temperatur, während beim Erreichen ein und derselben Zone des Ofens 7 sich jeder Teilab schnitt des Stromes 6 auf dieselbe Tempreatur er wärmt hat. Als Folge davon wickelt sich die thermische Charakteristik des Stoffes 2 über der ganzen Länge des Stromes 6 innerhalb des Ofens 7 ab, so daß sich der thermische Effekt nicht erschöpft, da sich der Stoff 2 im Strom 6 bewegt und in jeder Temperaturzone 15, 28 der Stoff 2 ununterbrochen erneutert wird. In diesem Falle hängt die Größe des thermischen Effektes mit der Inhomogenität des zu untersuchenden Stoffes 2 zusammen, d. h. kennzeichnet dessen Qualität.

Zur Durchführung der Messungen wird zunächst die Temperaturmeßvorrichtung 12 im Inneren des Ofens 7 in einer Zone 15 angeordnet, in der eine Temperatur herrscht, bei der der thermische Effekt auftritt. Wenn die Ortslage dieser Zone im voraus nicht bekannt ist oder der Temperatur bereich des thermischen Effektes noch nicht gesucht worden ist, wird das Ansatzstück 14 der Temperaturmeßvorrichtung 12 durch das Verstellwerk 20 im Inneren des Ofens 7 solange längs des Stromes 6 verschoben, bis der Teilabschnitt 15 des Ofens 7 ermittelt ist, in dem der thermische Effekt des Stoffes 2 zur Auswirkung kommt. Hiernach werden die Werte des thermischen Effektes im geförderten Strom 6 des Stoffs 2 innerhalb der Temperaturzone 15 ununterbrochen registriert.

Der Wärmekontakt des Ansatzstückes 14 und des Stoffs 2 im Strom 6 erfolgt über den wärmeleitenden Streifen 16, dessen bogenförmige Gestalt ein hindernisfreies Durchgleiten des Stroms 6 sichert.

Da sich die Temperaturmeßvorrichtung 12 ständig in der be stimmten Zone 15 des Ofens 7 unter isothermen Ver hältnissen befindet, können Temperaturfluktuationen nur eine Folge einer Wärmeeinwirkung des zu untersuchenden Stoffs 2 sein. In diesem Zusammenhang besteht die Mög lichkeit, mit der Temperaturmeßvorrichtung 12 eine Differen tialaufzeichnung des thermischen Verhaltens durch den elektrischen Ausgleich der Temperaturanzeige der Zone 15 des Ofens 7 durchzuführen.

Zu den zur Untersuchung verwendeten Stoffen können solche Stoffe gehören, deren Temperatur sich in Abhängigkeit von dem Gehalt an thermoaktiver Phase, den Versuchsverhältnissen und anderen Einflußgrößen ändert. In diesem Falle kann sich die Ortslage der Zone 15, die der Temperatur der Auswirkung des thermischen Effektes entspricht, in Längsrichtung des Stromes 6 in der einen oder anderen Richtung verschieben. Um die Temperaturmeßvorrichtung 12 stets im Bereich des thermischen Effektes zu halten, kann die Einrichtung mit zwei Einstellzu ständen der Temperaturmeßvorrichtung 12 arbeiten, was durch das Verstellwerk 20 und die Korrekturvorrichtung 24 zur Korrektur der Verstellung erreicht wird.

Bei einem ersten Betriebszustand wird der Ausschlag der Verstellung mit seinem Größtwert vorgegeben, wobei die Korrekturvorrichtung 24 eine Änderung der Verstelleinrichtung bei Herabsetzung der Größe des thermischen Effektes bis auf ihren kleinsten Wert am Anfang und Ende des Tem peraturbereichs des Effektes bewirkt. Bei diesem Betriebszustand wird ein und derselbe thermische Effekt so wohl während der Vorwärtsbewegung als auch während der Rückbewegung der Temperaturmeßvorrichtung 12 vollständig aufge zeichnet, so daß eine mehrmalige Wiederholung der thermischen Kennlinie für die unterschiedlichen Teil abschnitte des Stromes 6 des zu untersuchenden Stoffes 2 gewährleistet ist.

In einem zweiten Betriebszustand wird der Ausschlag der Ver stellung, wenn die Korrekturvorrichtung 24 die Verstell richtung der Temperaturmeßvorrichtung 12 bei jeder Herabsetzung des Thermoeffektwertes ändert, mit seinem kleinsten Wert vorgegeben, da nur die Notwendigkeit besteht, den größten Wert des thermischen Effektes zu messen. Bei diesem Betriebszustand werden mehrere Maximalwerte der thermischen Effekte an den verschiedenen Teilabschnitten des zu untersuchenden Stoffes registriert.

Die Möglichkeit, eine Vielzahl von thermischen Effekten zu ge winnen, begünstigt die Anwendung statistischer Auswertungsmethoden zur Verarbeitung der Meßergebnisse und damit eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Unter suchungen.

Die thermische Analyse kann an einer ganzen Reihe von Stoffen 2 und 29 (Fig. 3) in un unterbrochener Reihenfolge durchgeführt werden, so daß man eine quantitative Phasenanalyse dieser Stoffe durchführen kann. Dazu werden mindestens zwei Ströme 6 aus kalibrierten Mischungen mit einem vor bestimmten Gehalt an thermisch aktiver Phase hintereinander in die Meßzone 15 des Ofens 7 befördert. Da nach wird der Strom 6 des zu untersuchenden Stoffes 2 mit einem unbekannten Gehalt an zu untersuchender Phase zugeführt. Durch Vergleich der Meßwerte der thermischen Effekte dieser Stoffströme wird der Gehalt der ge suchten, thermisch aktiven Phase im zu untersuchenden Stoff 2 ermittelt.

Wenn der Stoff 2 mehrere temperatur unterschiedliche thermische Effekte aufweist, die sich in den verschiedenen Temperaturzonen 15 und 28 entlang des Stromes 6 auswirken (Fig. 3), können sie mit Hilfe der Temperaturmeßvorrichtung 12 bzw. 27 gleichzeitig ge messen werden. Aus diesen Messungen ergibt sich ent weder die Ermittlung mehrerer thermisch aktiver Phasen in einem Stoff 2 oder es wird eine bestimmte thermisch aktive Phase mit höherer Meßgenauigkeit ermittelt.

Die ringförmige Gestalt des Förderers 25 (Fig. 2) er möglicht eine Vereinfachung in der Herstellung und dem zufolge auch im Aufbau der Einrichtung.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Analyse eines Stoffes durch

- Einführen des zu untersuchenden Stoffes (2) in eine Einrichtung mit einem örtlichen Temperaturgradienten in Richtung steigender Temperaturen,
- Erwärmung des Stoffes (2) und
- Messung des Temperaturverhaltens des Stoffes (2) zur Bestimmung der Parameter eines thermischen Effektes,

dadurch gekennzeichnet, daß

- wenigstens ein zu untersuchender Stoff (2) in Form eines gleichmäßig geförderten Stromes (6) ununterbrochen zugeführt wird, daß
- im der Einrichtung mit dem örtlichen Temperaturgradienten der zugeführte Strom (6) des zu untersuchenden Stoffes (2) im gesamten Temperaturintervall synchron mit der Förderung erwärmt wird, daß
- entlang des Stromes (6) des zu untersuchenden Stoffes (2) während dessen Erwärmung die Ortslage wenigstens einer Temperaturzone (15; 28) bestimmt wird, in der sich der thermische Effekt auswirkt, und daß
- das Temperaturverhalten des Stromes (6) des zu untersuchenden Stoffes (2) in dieser Temperaturzone (15; 28) ununterbrochen gemessen wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Träger für den zu untersuchenden Stoff (2) mit einem Ofen (7; 26), der über seine Länge den jeweiligen Temperaturgradienten aufweist und in dem sich der Träger des Stoffes (2) bewegt, und mit einer Temperaturmeßvorrichtung (12), die ein mit dem zu untersuchenden Stoff (2) in Berührung tretendes Ansatzstück (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des zu untersuchenden Stoffes (2) ein Förderer (4; 25) mit einer die Länge des Ofens (7; 26) übersteigenden Länge ist, auf dessen Arbeitsfläche (3) sich der gleichmäßig geförderte Strom (6) des Stoffes (2) befindet, wobei das Ansatzstück (14) der Temperaturmeßvorrichtung (12) im Inneren des Ofens (7; 26) in der Temperaturzone (15; 28) unterge bracht ist, in der sich der thermische Effekt im Strom (6) des Stoffes (2) auswirkt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Arbeitsfläche (3) des Förderers (4; 25) rinnenförmig ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Förderer (25) ringförmig mit einem außerhalb des Ofens (26) liegenden Drehpunkt ausgeführt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein mit der Temperaturmeßvorrichtung (12) in mechanischer Verbindung stehendes Verstellwerk (20) für dessen Verstellung.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 5, gekennzeich net durch ein Balancierwerk (18) zum Ausgleich des Gewichtes der Temperaturmeßvorrichtung (12), das mit dieser und gegebenenfalls mit dem Verstellwerk (20) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Korrekturvorrichtung (24) zur Korrektur der Verstellung der Temperaturmeßvorrichtung (12), die mit dieser und mit dem Verstellwerk (20) in elektrischer Verbindung steht.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zusätzliche Temperaturmeßvorrichtungen (27), deren Anzahl der von zusätzlichen thermischen Effekten des zu untersuchenden Stoffes (2) entspricht.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Temperaturmeßvorrichtung (12, 27) einen bogenförmigen Streifen (16) aufweist, der auf das Ansatzstück (14) aufgesetzt ist und an dem der gleichmäßig geförderte Strom (6) des Stoffes (2) entlanggleitet.

10. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Kratzeisen (11), das am Ausgang (10) des Ofens (7; 26) angeordnet ist und an der Arbeitsfläche (3) des Förderers (4; 25) anliegt.