DE3505286A1

DE3505286A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontrolle eines in einem turbulenten fluessigkeitsstrom ablaufenden heterogenen diffusionskinetischen verwandlungsprozesses

Info

Publication number: DE3505286A1
Application number: DE19853505286
Authority: DE
Inventors: Zoltán Miskolc Balzs; László Bódi; Gábor Endröczi; György Budapest Hollös; Gábor Nagy; Gábor Dr. Pál; Gábor Szönyi
Original assignee: VASIPARI KUTATO FEJLESZTO
Current assignee: VASIPARI KUTATO FEJLESZTO
Priority date: 1985-02-14
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1986-08-21
Also published as: ATA42685A; FR2578068B1; SE8500860L; GB2171198B; FR2578068A1; GB8503773D0; DE3505286C2; AT390516B; GB2171198A; SE8500860D0; SE457018B

Description

Vasipari Kutato es Fejlesztö Vällalat 15. 2. 1985 Budapest 119 D 6095

VERPAKREK UND VDIiRICHTUHG ZUR KOhTROLLE EIMES II» EINEM TURBU-LENTELl FLÜSSIGKEITSSTROM ABLAUFENDE!« HETEROGENEN DIFFUSIQNS-KINETISCHEIJ VERWANDLUN GJPROZESSES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle eines in einem turbulenten Flüssigkeitsstrom ablaufenden heterogenen üiffusiotiskinetisehen Verwandlungsprozesses.

In der Technik treten oft solche Prozesse auf» wobei sicheine heterogene Verwandlung in einem Flüssigkeitsstrom abspielt. Als heterogene Verwandlungen werden diejenigen chemischen, bzw. phy si koche raise hen Verwandlungsprozesse betrachtet, die an be- s stimmten Oberflüchen, zum Beispiel an Grenzflächen von Phasen '

/als in Systemen, die eine flüssige dispersierende Phase und eine andere flüssige, feste oder gasförmige Dispersphase erhalten/, an Oberflächen von katalytischem Eigenschaften, an in Flüssigkeit eingetauchten Elektroden sowie an den Wänden eines eine Flüssigkeit enthaltenden Gefässes Zustandekommen.

BAD ORIGINAL A3078-1219/NE *

Unter den Obigen betrifft die Erfindung die Kontrolle derjenigen heterogenen Verwandlungsprozessen, die die folgenden Bedingungen erfüllen: die Flüssigkeit befindet sich in turbulenter Strömung und die heterogene Verwandlung läuft unter Diffusionskinetik ab. Das letztere bedeutet, daß die Geschwindigkeit der Verwandlung durch die Geschwindigkeit des Stofftransportes von dem Inneren der Flüssigkeit zur die Stelle der Verwandlung bestimmenden Oberfläche, oder umgekehrt von dieser Oberfläche zum Inneren der Flüssigkeit bestimmt wird.

Bei der Kontrolle der in Flüssigkeit ablaufenden heterogenen Verwandlung^ prozessen ist es wohl bekannt, die unadttelbaren Verfahren zu verwenden, deren Wesen in der Probenahme und in phyaikocheraischer oder chemischer Analyse der Probe liegt. Diese Verfahren können durchaus die in der Praxis erforderliche Genauigkeit der Meßergebnisae gewährleisten, jedoch ist es praktisch unmöglich, jene zur Kontrolle der geprüften Prozesse in realer Zeit, iai Laufenden anzuwenden; bei den in veränderlichen Bedingungen ablaufenden schnellen industriellen Prozessen sind sie unfähig, als Grund der Lösung der Regelungsaufgaben zu dienen. In manchen Fällen ist die Probenahme selbst problematisch, unu. insbesondere bei denjenigen industriellen Prozessen, worin dazu der Prozeß unterbrochen werden sollte. Ein spezielles Problem besteht bei der Prüfung des Anteils von Komponenten, welche in kleinen Mengen anwesend sind. In diesen Fällen bildet die Probenahme bekannterweise ein Element der Prüfung, wobei die an mehreren Proben gewonnenen Ergebnisse durch stutiutische Methode bewertet werden sollen - lediglich eine höhere Anzahl von Proben kann zuverlässige Meßergeb-

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nisse gewährleisten, weil in einer Probe der zu bestimmende Anteil von dem wirklichen Durchschnittswert bedeutend abweichen kann.

Eine andere Gruppe der bekannten Lösungen bilden die Verfahren·, worin ein Parameter verfolgt wird, welcher mittelbar eine Aussage über den Portachritt, bzw. über die Geschwindigkeit der Verwandlung ermöglicht, wozu im allgemeinen ein Parameter ausgewählt wird, der aich luit der Konzentration auf bestimmte Weise ändert. Als solcher können der Druck, die Temperatur, die Farbe oder der Ton uaw. erwähnt werden. Die Information kann derart relativ schnell gewonnen werden, jedoch ist sie entweder ungenau oder nicht ganz komplett, und deswegen unfähig, als zuverlässiger Grund eines Regelungaprozeases verwendet zu werden. Bei der Konverterstahlherstellung unter Anwesenheit von Sauerstoff wurde ein Kontrollverfahren vorgeschlagen /Baptizmanski, V. I. u. a., IWUZ, T3chornaja Metallurgija, 1982, 2, S. 34 bis 38/, wonach zur Steuerung eine akustische Kontrolle vorgesehen ist. Dem vorgeschlagenen Verfahren nach wird die akustische Erscheinung beim Einblasen von Sauerstoff im Stahlbad auftretende, und zwar der charakteristische Pegel des Schalldrucks erfaßt wird. Der dargelegten Erkenntnis nach tritt eine sprungartige Vergrößerung des Schalldruokapegels auf, falls die auf der Oberfläche des Stahlbads liegende Schlakkendecke so dicht wird, wobei daj Einblasen weiterer Menge des Sauerstoffs aufgehört werden soll. Obwohl die Entwicklung von schädlichen sekundären Prozessen derart verhindert werden kann, ist es praktisch unmöglich, die Wiederholbarkeit des Verfahrens sichernde Informationen zu gewinnen, woraufgrund auf den Anteil des Kohlü im Bad geschlossen werden könnte, und

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zwar mit einem akzeptierbarem Fehler.

Der Erfindung wurde der Zweck gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu erarbeiten, wodurch ohne Probenahme durch auf mittelbare Prüfung zuverlässige Konzentrationsdaten bei den in einem turbulenten Flüssigkeitsstrom ablaufenden heterogenen diffusionakinetischen Verhandlungsprozeß gewonnen werden können·

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der von im turbulenten Flüssigkeitsstrom immer vorhandenen Blasen /Dampf-, Gas-, bzw. Kavitationsblusen/ durch ihre Schwingung hervorgerufene Flüsaigkeitsschall mit einer solchen veränderlichen spektralen Zusammensetzung gekennzeichenbar ist, die mit der Größe des turbulenten Diffusionskoeffizienten - dieser ist auf die Verwandlung charakteristisch - in einer eindeutigen Zusammensetzung verbleibt: erhöht sich der Wert des turbulenten Diffusionskoeffizienten D-|;_ur^ während der im turbulenten Flüssigkeitsstrom stattfindenden Verwandlung, kann man darauf schließen, daß sich eine charakteristische Abänderung des kontinuierlichen Spektrums des Flüssigkeitsschalls abspielt. Das Wesen der Abänderung besteht darin, daß sich im wirklich gedeckten Frequenzbad das Verhältnis der zu einem unter einem Frequenzpegel und einem oberhalb dessen liegenden Frequenzbereichen zuordnenbaren Energieinhalte vergrößert. Die Erkenntnis kann auch derart formuliert werden, daß sich bei der Steigerung des Wertes des turbulenten Diffuaionskoeffizienten die Amplituden der Komponenten von höheren Frequenzen im Bezug zu den der Komponenten von niedrigeren Werten erhöht. Das bedeutet, daß dem zeitlich veränderlichen Spektrum eine Zeitfunktion - sei es durch R(t)

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gezeichnet - zugeordnet werden kann, die in einem monotonisch steigernden funktioneilen Zusaomenhaag mit den turbulenten Diffusion skoeffizienten verbleibt. Es erleichtert die Verwendung dieser Erkenntnis die Tatsache, daß die charakteristischen aktualen Konzentrationen bei den heterogenen diffusionskinetischen, in einem turbulenten Flüssigkeitsstrom ablaufenden Verwandlung sprozessen auf bekannte Weise, aufgrund der bekannten aktuellen Werte des turbulenten Diffusionskoeffizienten berechnet werden können. Dazu sollen die Anfangskonzentration, die Abhängigkeit der Größe der die Stelle der Verwandlung bildenden Oberflüche von der Zeit und/oder Konzentration, falls die le.tzrere nicht ständig iat, bei der durch einen Gleichgewichtszustand kennzeichbaren Verwandlung die die Gleichgewichtskonzentration be stiatmenden Daten, weiters die Größe der in der Geschwindigkeitsgleichung der Verwandlung auftretenden Konstante bekannt sein.

Die Aufgabe der Erfindung ist eine technische Lösung unter Benutaung der obigen Erkenntnis zu schaffen, wobei die Kontrolle des in einem turbulenten Flüssigkeitsstrom ablaufenden heterogenen diffus ionakinetisehen Verwandlungsprozesses aufgrund der Analyse des den Flüssigkeitsstrom begleitenden Schalleffektes durchführbar ist. Mit anderen V/orten besteht die Aufgabe in der Erarbeitung eines Verfahrens und einer Vorriohtung, wodurch die Realzeitkontrolle von verschiedenen Prozessen erwähnter Art beim Bekanntsein von Anfangswerten der Konzentration sowie der Daten der aktiven Eingriffe in die Verwandlung /zum Beispiel der Zuführung der aktiven Stoffe/ gewährleistet werden kann.

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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde ein Verfahren sowie eine Vorrichtung erarbeitet. Das Wesen des Verfahrens besteht darin, daß ein durch die Schwingungen von in der turbulent fließenden Flüssigkeit vorhandenen Blasen hervorgerufener akustischer oder vibrationeller Vorgang erfaßt wird, das erfaßte Signal nötigenfalls einer Geräuschfiltrierung untergebracht wird, danach das erfaßte Si_fanal in ein die spektrale Zusammenfassung des letzteren rückspiegelndes elektrisches Signal umgewandelt wird, welches ala ein für den relativen Llomentanwert des turbulenten Diffuaionskoeffizienten der Flüssigkeit charakteristisches Meßsignal zur mittelbaren realzeitigen Kontrolle der Verwandlung benutzt wird.

Die Erfassung kann sowohl mittels eines Mikrophons, als auch eines Körperschallmessers durchgeführt werden. Die Erfassung der Vibrationen durch den Körperschallmesser ist mehr vorteilhaft, wenn der Frequenzbereich des Flüssigkeitsschalls mit dem Band der hörbaren Töne nicht übereinstimmt und es ist notwendig, wenn die Flüssigkeit in Vakuum angebracht wird, da in diesem Falle die den Schalleffekt weiterleitende Gasatmosphäre fehlt.

Das Verhältnis des Pegels der Geräusche zu deia des Signals, das die Effektivität der Erfassung bestimmt, kann künstlich, durch Hervorrufung von Blasen verbessert werden. Dazu kann zum Beispiel ein kapillaraktiver Stoff oder ein fester, bei der Temperatur der Flüssigkeit verdampfender Stoff in Pulverform oder ein eingeblasenes Gaa verwendet werden.

Das die spektrale Zusammensetzung rückspiegelnde Signal kann aus dem erfaßten Signal auf viele Weise hergestellt wer-

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den. Eine der als inabesondere vorteilhaft betrachteten Möglichkeiten besteht darin, daß im daa erfaßte Signal bedeckenden Spektrumbereich eine Bezugsfrequenz ausgewühlt wird, wodurch daa Spektrum in zwei Bereiche aufgeteilt wird. Zu einem deren und dem vollen Erfassungubereich, oder zu beiden werden die entsprechenden effektiven Werte oder Mittelwerte bestimmt und jene miteinander geteilt. Im allgemeinen wird der auf den mit höheren als die Bezugsfrequenz bestimute Spektrumbereich ausgewählt und der entsprechende Wert mit dem zum vollen Spektrumbereich gehörenden Wert verglichen. Der Erkenntnis nach bedeutet daa sich vergrößernde Verhältnis die Vergrößerung des turbulenten Diffusionskoeffiaienten D_t ^.

In einer weiteren vorteilhaften Verwirklichung des erfindungsgeraußen Verfahrens wird daa erfaßte 3i_onal bevor der Bildung des effektiven Y/ertes oder des Mittelwertes einer spektralen Transformation untergebracht. Die apektrale Transformation kann die Ausfiltrierung der Geräusche umfassen und ihr Wesen besteht darin, daß in einem oder mehreren ausgewählten Bereichen des Spektrums aus dem Spektrum entfernt /uusgefiltriert/ wer- · den. Die spektrale Transformation kann auf bekannte V/eiae durch eine Serie von Schmalbtindfiltern, einen Spektrumanalisator, eine zu einem A/D-Urawandler zugeschaltete Rechenmaschine usw. durchgeführt werden. I

Das Wesen der ebenso zur Lösung der gestellten Aufgabe erarbeiteten Vorrichtung besteht darin, daß in einer Reihenkette angeordnet eine auf akustischem Prinzip arbeitende Erfassungseinheit, einen Verstärker, eine Signulverarbeitungseinheit und eine Recheneinheit enthält, wobei die Signalverarbeitungseinheit

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ait einem das Ausgangs signal des Verstärkers in Spektralbereiche aufteilenden, die zu den letzteren gehörenden effektiven Werte oder Mittelwerte und deren Verhältnis bestimmenden Stromkreis versehen ist.

Die erfindungsgeuiäße Vorrichtung ist vorteilhaft in der Signalverarbei tungaeinheit iait einem das dein Verstärker entnommene Signal in verschiedenen Spektralbereichen umformenden Stromkreis versehen.

In der Sioflalverarbeitunkseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung iat es vorteilhaft, zur Durchführung der Bestimmungsaufgaben Eingangsfilter, wie Schmalbandfilter oder Hochpaßfilter und Tiefpaßfilter, nötigenfalls ein oder mehr Multipliziereinheiten, einen Summator sowie je ein Glied zur Bestimmung des effektiven Wertes oder des Mittelwertes in zwei Reihenketten angeordnet sind, wobei die Ausgänge der Reihenkette einer Teilereinheit zugeführt sind, die als Meßsignal die Momentanwerte der Zeitfunktion R/t/ bestimmt. Die Multipliziereinheiten sind zur Durchführung der spektralen Tränsformation fähig.

i)ü ist zweckmäßig, die Recheneinheit mit Eingängen zur Weiterleitung von Festwerten, Eichdaten und Realzeitdaten zu versehen.

Mit Hilfe des erfindungagemtißen Verfahrens sowie der entsprechenden Vorrichtung ist es möglich, die Kontrolle der heterogenen diffuaionskinetiachen Verwandlung in realer Zeit in solchen turbulent fließenden Flüssigkeiten zu führen, die der unmittelbaren Erfassung nicht zugänglich sind. Deswegen sind aie insbesondere vorteilhaft bei der Löaung der Regelungsaufgaben der Stahlproduktion, bei der Verfolgung des Schwefelgehaltes des

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Roheisens sowie zur Steuerung der uegelungstätigkeiten, Eingriffe zur Gewährleistung dea Schwefelinhaltea in einem vorbestimjB-ten Wertbereich zu verwenden.

Die Erfindung wird weitere anhand von beispielsweise dargestellten Verwirklichungen, bzw. Ausführungen und durch Darstellung eines konkreten Auuführungsbeispiels näher erläutert. Es wird dabei auf die beigelegte Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine mögliche Gestalt des mittels des erfindungsgeaußen Verfahrens bearbeiteten Signals,

Fig. 2 das Blockschere der erfindungs^einäßen Vorrichtung, Fig. 3 eine vorteilhafte Ausbildung des in der Signalterarbeitungseinheit der erfindun^sgemäßen Vorrichtung verwirklichten Stromkreises, und

Fig· 4 eine andere vorteilhafte Ausbildung des in der Signalverarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwirklichten Stromkreises.

Es ist insbesondere vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren in der Stahlerzeugung zu verwenden. Dabei besteht eine der möglichen Aufgaben in der Bestimmung des optimalen Zeitmomentes des Gießens und dazu in Verfolgung eines Prozesses» worin ein pulverisierter Legierungstoff in das durch Induktionsmiseheη in turbulenter Strömung erhaltenen Stahlbad eingeführt aufgelöst wird. Das Gießen dea Stahls in die Formen kann bei einem bestimmten, zum Beispiel 99% ausmachenden Pegel der Auflösung angefangen werden. Das Lösen bildet einen diffusionskinetischen Vorgang. Die die strömung der Flüssigkeit begleitende Schallerscheinung wird durch einen Körperschallmesser erfaßt,

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der am Mantel der Deckplatte des das Stahlband enthaltenden Gefäße β befestigt wird und bia 16 kHz die akustischen Schwingungen erfaßt. Aus de;a durch die Messung erhaltenen Spektrum wird zuerst das Geräusch von Netzfrequenz ausgefiltriert, was bedeutet, daß ein Teil des Spektrums bis zur Frequenz 100 Hz dem Spektrum entnommen wird und dadurch kann der Einfluß des Stromumwandler s der induktiven Mi sehe reinheit außer Acht gelassen werden. So wird eine Funktion y « y/x/ in einem Moment der Messung erhalten, die zum Beispiel der in Fig. 1 sichtbaren ahnlich ist, wobei y die Amplitude und χ die Frequenz bedeuten. In Fig. 1 ist f = 100 Hz die untere Frequenzgrenze der Bewertung des Spektrums, F = 16 kHz die obere Frequenzgrenze derselben und H = 5 kHz die Bezugsfrequenz. Die letztere bestimmt im Spektrum zwei Teilbereiche T^ und Tp Mit zeitlich veränderlichen effektiven Werten. Das 7/eaen des Verfahrens besteht darin, daß die zu nacheinander folgenden Zeitpunkten t_i gehörenden Funktionen y * y/x, t_i/ analysiert werden, und aufgrund der Veränderungen auf den Vorgang des Prozesses geschlossen wird. Bei der Analyse können zum Beispiel die folgenden effektiven Werte in Betracht gezogen werden: der zum Teilbereich T^ von 100 Hz bis zu 5 kHz gehörende effektive Y/ert I, und der zum vollen'analysierten Spektrumbereich von 100 Hz bis 16 kHz gehörende effektive Wert I₂* Alu Meßaignal wird das Verhältnis l-^/l^ verwendet, dessen zeitlich veränderliche V/erte die Zeitfunktion R/t/ bestimmen. Aufgrund der vorher durch Messungen bestimmten Ubergangsfunktion des turbulenten Diffusionskoeffizienten D* ν und der Zeitfunktion K/t/ können die Momentanwerte des turbulenten Diffusionskoeffizienten D+ , beetimiat werden. Die er-

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wähnten Momentanwerte, der Zeitpunkt der Kinführun^ des Legierungsstoffes sowie die eingeführte Klenge des Stoffes bilden die Grunddaten, woraus die für den Vorgang der Auflösung charakteristischen Konzentrationswerte bestimmt werden können.

Sine andere Möglichkeit besteht in der Bestimmung der Μο-aent anwerte der Zeitfunktion R/t/ aufgrund eines Verhältnissee I-a/Ip, wobei Ip den obenerwähnten effektiven oder Mittelwert bedeutet und der effektive Wert oder Mittelwert I3 mittels einer Funktion y/x,t./.z/x bestimmt wurde, wobei z/x/ eine entsprechende spektrumformierende Funktion ist. Als z/x/ kann unter anderen eine uonotoniaoh steigernde Funktion des Veränderlichen χ ausgewählt werden, zum Beispiel das Tausendfache des ganzen Teiles des Verhältnisses x/1000. Diese Operation ist in 7/irklicukeit eine Transformation des Spektrums. Mit Hilfe dieser Funktion kann der Einfluß der Amplituden der unter 1000 Hz liegenden Schwingungen ausgesiebt und der Einfluß der höheren Frequenzen intensifiziert in Betracht gezogen werden.

Bei der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Intensität der akustischen Erscheinung vorteilhaft vergrößert werden, falls der turbulente Strom der Flüssigkeit einer Einwirkung untergebracht wird, wodurch Blasen hervorgerufen werden. Za diesem Zweck ist ein fester pulverförmiger Stoff von mit der Temperatur der Flüssigkeit gleichem Dampfpunkt, ein oberflächenaktiver Stoff eingeführt oder ein Gas eingeblasen werden, worin die eingebrachten Stoffe den zu kontrollierenden Prozeß ungünstig nicht beeinflussen dürfen.

Die erfindunnagemäße Vorrichtung /Fig. 2/ sichert die realzeitige Kontrolle von in einem turbulentem Strom einer Flüssig-

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keit ablaufenden heterogenen diffusionskinetischen Verwandlungs-Prozessen, und dient auch zur Verwirklichung des obendargestellten Verfahrens. Die Vorrichtung enthält in einer Reihenkette eine auf akustischem Prinzip arbeitende Erfassungseinheit 1 zur Verfolgung der iia turbulenten Strom der Flüssigkeit ablaufenden akustischen Erscheinung, einen Verstärker 2, eine das verstärkte Siiinal empfangende Signalverarbeitungseinheit 3 und eine aufgrund des verarbeiteten Si^HaIa ein Auagan^ssi^nal herstellende Recheneinheit 4. Die Recheneinheit 4 weist Eingänge 11, 12, 13 vorteilhaft auf, wodurch charakteristische für den Prozeß Pestwerte, Eichwerte sowie Realzeitdaten eingeführt werden können.

Die Siijnalverarbeitunoseinheit 3 und die Recheneinheit 4 der erfindunga^etaäßen Vorrichtung können auch als eine entsprechend programmierte Rechenmaschine ausgebildet werden, wobei das Ausgangs signal der Recheneinheit 4 weiteren Vorrichtungen zur Steueruno oder Regelung des Prozesses zugeführt wird, wodurch der zu kontrollierende Prozeß, z.B. durch Zugabe bestimmter Stoffe, Vergrößerung der Intensität der Mischung usw. beeinflußt werden kann.

Die Signalverarbeitungseinheit 3 weist einen Stromkreis auf, der das Ausgangesignal des Verstärkers 2 wunschgemäß umformen kann und dadurcn die verschiedenen Informationen über den zu kontrollierenden Prozeß gewährleistet. Einige Möglichkeiten der zweokiuaßigen Ausbildung dieses Stromkreises sind die folgenden:

Das Ausgangs signal des mit der Erfassungueiη he it I verbundenen Versturkera 2 wird mehreren Scbuaalbandfiltern 6 /Fig. 3/, üder einem Hochpaßfilter 15 und einem Tiefpaßfilter 14 /Fig. 4/

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zugeführt. Die Ausgänge der Filter sind unmittelbar /Pig. 4/ oder durch LIuIt ipliziereinhei ten 7 /Pig. 3/ Summatoren θ zugeschaltet und dadurch Gliedern 9 zur Bestimmung des effektiven Wertes oder des Mittelwertes zugeführt. Die Ausgänge der letzteren sind mit einer analogen oder digitalen Teilereinheit 10 verbunden. Das Aufgangssignal der Signalverarbeituftgseinheit ist das Signal der Teilereinheit 1O₁ das als Meßsignal die Momentanwerte der Zeit funktion R/t/ darstellt.

Mit Hilfe der 3chuialbundfi.lter 6 kann nötigenfalls auch die Ausciebung der Geräusche gesichert werden, was als eine Operation der Transformation des Spektrums gilt.

Die Erfassungseinheit 1 der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist im allgemeinen als ein Liikrophon oder Körper schal lmesser ausgebildet, dessen Ausgangssignal durch die Signalverarbeitungseinheit 3 umgewandelt wird, woraus die Recheneinheit das zur Anzeige oder zur Einschaltung der Eingriffseinheiten notwendige Signal erzeugen kann.

Die Erfindung wird weiters anhand eines mehr konkreten Verwirklichungsbeispiels näher erläutert,

BEISPIEL

Die Aufgabe besteht in der Entschwefelung von 64 Tonnen Stahl in einem Bad. Zu diesem Zweck wird ein pulverförmiger aktiver Stoff in Strom eines neutralen Trägergases durch eine ins Bad eingetauchte Lanze eingeblasen.

Der geschmolzene Stuhl verbleibt in turbulenter Strömung, und sind in jener nicht nur Kavitationsblasen, sondern auch die Blasen des Trägergases vorhanden. Die heterogene diffusionskinetische Verwandlung bildet eine Reaktion, die auf der Ober-

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fläche von dispergierten Teilen stattfindet, welche Teile als Ergebnis der zwischen dem eingeführten aktiven Stoff und def» geschmolzenen Stahl ablaufenden Reaktionen entstehen. Während der Oberflachenreaktion verläßt der Schwefel den Stahl des Bades und tritt in die dispergierten Teile herein. Die dispergierten T ei-te verlassen das Stahlbad in bestimmter Zeit, wobei ihre Oberflächengröße praktisch von der Abwesenheit des Schwefels /dem Schwefelinhalt/ unabhängig ist.

Zur Erzeugung des Keßsi&nals, d.h. eines die Momentanwerte der Zeitfunktion R/t/ representierenden Signals wird ein richtungsempfindliches Mikrophon verwendet, dessen verstärk«» tes Signal zu einem Hochpaßfilter 14 mit Bandgrenze 7 kHz und einem anderen Hochpaßfilter mit unterer Durchlassungsgrenze 100 Hz gegeben wird. Das letztere sichert die Aussiebung der Geräusche niedriger Frequenz, deren Quelle der in der Nähe arbeitende Stromumwandler ist. Die Geräusche weisen die Maximale Amplitude bei der Frequenz 50 Hz auf. Die Ausgänge der Filter sind unmittelbar je einem Glied 9 zur Bestimmung des effektiven Wertes zugeführt, und die Glieder 9 sind mit einer analogen Teilereinheit 10 verbunden. Derart werden elektrische Signale proportioneil zu den Energie einheiten des in Fig. 1 durch T₂ gezeichneten und des vollen Spektrumbereiches erzeugt, deren Verhältnis das Ließsignal, d.h. die Zeitfunktion R/t/ bestimmt.

Zwecks Vorbereitung der Kontrolle wurde der Prozeß der Entschwefelung mehrmals verfolgt, und zwar zwecks Bestimmung der Übergangsfunktion zwischen der Zeitfunktion R/t/ und dem turbulenten Diffusionskoeffizienten unter Verwendung der er-

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• 4 * « t ·

erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Schwefelinhalt des Stahls wird durch flammenphotometrioehe Messungen aufgrund von bevor und nach der Behandlung ausgenommenen /der Hütte bevor Gießen und dem Stahlbad bevor dem Ausgießen zu Formen entnommenen/ Proben bestimmt. Aus den notierten Werten der Zeitfunktion R/t/ sowie den Daten der Analyse konnte es durch Rechnen festgestellt werden, daß die kinetische Gleichung der aktuellen Schwefelkonzentration S/t/ bei den Werten R/t/ zwischen 0,05 und 0,80 die folgende konkrete Gestalt aufnimmt:

dS/t/ R/t/ - 0,89

dt S/t/ - E/t/

Hier bedeutet E/t/ die Schwefelkonzentration in Gleichgewichtszustand, wozu aus theoretischen Gründen die Gleichung

1. + 0,0225 a/t/

angegeben werden kann, wobei Sq den Schwefelinhalt bevor der Behandlung /dem Gießen aus der Hütte/ und m/t/ die Menge des bis zum Moment t der Behandlung eingeblasenen und durch elektronisches Wagen bestimmten aktiven Stoffes bedeuten.

Die Kontrolle des Prozesses in realer Zeit wird derart vorgenommen, daß die die Zeitfunktion R/t/ rückspiegelnden lleßsig- · nale der erfindungscemüßen Vorrichtung und die Meßsi^nale der elektronischen Waage einrichtung einem Llinikouputer zugeführt werden, das aufgrund der konkreten kinetischen Gleichung nach der Einspeisung des Wertes Sq in kurzen Zeitabständen die Werte der aktuellen Schwefelkonzentration S/t/ berechnet und anzeigt. Zwi- ' sehen der Entnahme der zur Bestimmung des Schwefelinhaltes Sq notwendigen Probe und dew Anfang der Behandlung soll eine Zeit-

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dauer etwa 20 bis 30 Minuten gesichert werden, worin der Schwefelinhalt bestimmbar ist. Dur zu kontrollierende Prozeß selbst dauert 3 bis 10 Minuten, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Erreichung des erwünschten Schwefelgehaltes.

Die Kontrolle bezweckt einerseits die Vermeidung von Abfallprodukten wegen des zu hohen Schwefelinhaltes, andererseits die Verhinderung der Auflösung des Stickstoffes anutelle des entfernten Schwefels aus der Umgebung» und die Vermeidung der Verwendung von zu hohen lie η ge π dea aktiven Stoffes. /Der Stickstoff kann den Schwefel in de.u Stbhl vertreten, falls im Stahlbad die Hen^e dea letzteren zu niedrig ist./

Nach den Kontrollprüfungen, wie oben dargestellt, konnte festgestellt werden, die durch die Vorrichtung angezeigten Konzentrat ionswerte stimmen unter Berücksichtigung des Toleranzbereiches mit den durch flaiamenphotometri3che Analyse gemessenen Werten überein. Die Übereinstimmung konnte iia Falle von 21 durchgeprüften Kontrollen bestätigt werden.

Die erfindungagemüße Vorrichtung und das jener grundliegende Verfahren bilden relativ einfache Maßnahmen zur genauen Realzeitkontrolle von geprüften Prozessen erwähnter Art, wobei keine Probenahme notwendig ist. Ein spezieller Vorteil ist darin zu sehen, daß bei bestimmten Bedingungen /bei der Erfüllung der sog. Reynolds-Analogic/ der Wert des turbulenten Diffusionskoeffizienten ala Grund zur Berechnung des turbulenten Viskositätskoeffizienten und der turbulenten V/ärmeleitfähigkeitszahl dienen kann.

Obwohl zur Erreichung der zuverlässigen Meßergebnisse die Kontrollmessungen und Berechnungen notwendig sind, der Vorgang

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auch während der Prüfuntjen untersucht werden aoll_t gewährleisten das vorgeschlagene Verfahren und die entsprechende Vorrichtung auf zuverlässige Weise Daten, die bei den Realzeitkontrollen notwendig sind. Derart wurde eine Lösung einer zur Zeit nicht gelösten Aufgabe erarbeitet.

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Claims

PAtENT-UNDf=JECHTSANWALTE BARDEHLE, PAGENBERG^CtfDST.-Ai/FENJ&gfWB & PARTNER RECHTSANWÄLTE pÄtEnVaNWa'lTE* - EUROPLAN PATtNT JOCHEN PAGENBERG ob ju« ti μ h»sv»bp·- HEINZ BARDEHLE οιρι mo φ BERNHARD FROHWITTER o.pl ing · WOLFGANG A DOST d« d.^ chi μ GÜNTER FRHR. ν. GRAVENREUTH οιρι ing fFH>· UDO W. ALTENBURG omi -*«vi> POSTFACH Θ6Ο62Ο. 8OO0 MÜNCHEN TELEFON (089)980361 TELEX 522791 pad d CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN BÜRO GALILEIPLATZ 1. 8 MÜNCHEN Datum 15· 2- 1985/st D 6095 PATENTANSPRÜCHE y

1. Verfahren zur Kontrolle eines in einen turbulenten Plus-V sigkeitsstron ablaufenden heterogenen diffusionskinetischen Verwandlung sprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Schwingungen von in der turbulent fließenden Flüssigkeit vorhandenen Blasen hervorgerufener akustischer oder vibrationeller Vorgang erfaßt wird, das erfaßte Signal in ein die spektrale Zusammensetzung der letzteren rückspiegelndes elektrisches Signal ungewandelt wird, welches als ein für den relativen Koaentanwert des turbulenten Diffusionskoeffizienten charakteristisches Meßsignal zur mittelbaren realzeitigen Kontrolle der Verwandlung benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeit künstlich G₃s- und/oder Darapfblasen hervorgerufen werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bein Umwandeln des erfaßten Signals in das die spektrale Zusammensetzung dessen rückspiegelnde elektrische Signal aus den erfaßten Signal zwei Spektralbereiche ausgewählt werden, und das Verhältnis der dazu gehörenden effektiven Werte oder ilittelwerte festgestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß das erfaßte Signal bevor dem Uawandeln in das elektrische Signal einer spektralen Transformation untergebracht wird.

5. Vorrichtung zur Kontrolle eines in einem turbulenten Flüssigkeitsstrom ablaufenden heterogenen diffusionskinetischen Verwandlung sprozesses, insbesondere zur Verwirklichung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß in einer Reihenkette angeordnet eine auf akustischem Prinzip arbeitende Erfassun^seinheit /1/, einen Verstärker /2/, eine Signalverarbeitungseinheit /3/ und eine Recheneinheit /4/ enthält, wobei die Signalverarbeitungseinheit /3/ mit einem das Ausgangs signal des Verstärkers /2/ in Spektralbereiche aufteilenden, die zu den Spektralbereichen gehörenden effektiven Werte oder Mittelwerte und das Verhältnis der letzteren bestimmenden Stromkreis versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit /3/ mit einem das dem Verstärker /2/ entnommene Signal in verschiedenen Spektralbereichen umformenden Stromkreis versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit /4/ ait Pestwerte, Realzeitdaten und Eichdaten weiterleitenden Eingängen /11, 12, 13/ versehen ist.

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