DE3643368A1 - Vorrichtung zur bestimmung der ausflussrate eines fluides - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausflußrate eines Fluides, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Er­ findung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausflußrate einer Schmelze aus einem Schmelzofen.

Bei der Steuerung bestimmter Industrieprozesse ist es wünschenswert, daß die Strömungsrate einer Schmelze leicht bestimmbar ist; beispielsweise ist es wünschens­ wert, daß die Ausflußrate einer Metallschmelze, einer Schlacke oder einer Mineralschmelze oder dergleichen aus der Abstichöffnung eines Schmelzofens leicht bestimmbar ist. Es wurden bereits die verschiedensten Versuche un­ ternommen, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels der die Ausflußrate eines Fluides bestimmbar ist. Aus der US-PS 45 13 830 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein un­ unterbrochener Materialstrom in einen Behälter durch Ausleeren des Behälters unterbrochen wird, wobei die Strömungsrate anhand der Rate bestimmt wird, mit der der Behälter wieder gefüllt wird. Aus der US-PS 39 42 562 ist es bekannt, die Ausflußrate von feinem pulverförmigen Ma­ terial zu bestimmen; bei der US-PS 39 45 532 wird die dynamische Kraft eines fließfähigen Materials erkannt, welche von dem fließfähigen Material auf ein Meßelement aufgebracht wird. Bei der US-PS 39 39 709 wird die Auf­ prallkraft eines bestimmten Materials auf eine Prallplatte bestimmt und in der PCT-Anmeldung 85/01577 wird ein be­ stimmtes Material, das durch eine Meßleitung strömt, in­ termittierend gewogen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausflußrate eines Fluides zu schaffen, bei der die Ausflußrate ununterbro­ chen bestimmbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß ist ein Behälter vorgesehen, der eine Be­ hälterwand aufweist, die sich nach oben zu einer Mündung hin erstreckt, wobei der Behälter eine Ablaßöffnung in seiner Bodenfläche aufweist. Der Behälter wird von einer Hängevorrichtung, die von einer Kraftmeßdose ausgeht, ge­ tragen, und ein Signal von der Kraftmeßdose wird einer Auslesevorrichtung zugeführt, wobei dieses Signal abhängig ist von der von dem Behälter ausgehenden nach unten wir­ kenden und auf die Kraftmeßdose einwirkenden Kraft.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die Fälle geeignet, wo das Gewicht eines Materials zu bestimmen ist, wobei die Ausflußrate eine Funktion von Viskosität und Druck ist. Bei Flüssigkeiten, deren Strömungsverhalten durch eine Newtonsche Flüssigkeit angenähert werden kann, ist die Flußrate durch eine Öffnung beliebiger Größe pro­ portional zur Quadratwurzel des Druckes über der Öffnung gemäß der Gleichung Q = kA √, wobei "k" eine Konstante ist, "A" die Querschnittsfläche der Auslaßöffnung und "h" der Druck oberhalb der Öffnung ist. Einstellungen sind dahingehend nötig, dynamische Effekte zu kompensieren, die von der in dem Behälter einströmenden Flüssigkeit bei sich ändernden Viskositäten auftreten, wobei sich die Viskosi­ tät ändert, wenn die Schmelze Temperaturschwankungen un­ terliegt, oder für den Fall, daß Spritzer oder dergleichen auftreten, wobei die vorliegende Erfindung den Vorteil aufweist, daß sie aufgrund ihres einfachen Aufbaus leicht zu kalibrieren ist und wenn einmal eine korrekte Flußrate für eine gewisse Schmelze bei einer gewissen Temperatur erhalten ist, schwankt die Genauigkeit im Bereich ± 10%, was für die Prozeßsteuerung noch durchaus praktikabel ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch verein­ facht und in teilweiser Schnittdarstellung die wesentli­ chen Komponenten der vorliegenden Erfindung.

Gemäß der Zeichnung ist ein Schmelzofen 10 zum Schmelzen von Schlacke oder Mineralien bei einer Temperatur zwischen 1400°C und 1600°C vorgesehen. Obwohl der Schmelzofen mit einer Temperatursonde 11 dargestellt ist, kann in manchen Fällen das Signal für die Temperatur durch eine optische Einrichtung erhalten werden (beispielsweise durch einen optischen Sensor, der auf die Farbtemperatur einer Schmel­ ze 12 anspricht, die aus einer Öffnung in einer Abstich­ hülle 13 fließt).

Die Schmelze 12 wird in einen oben offenen Behälter 14 geführt, dessen Seitenwand 14 a sich nach oben zu der Mün­ dung erstreckt und dessen Bodenbereich 14 b eine Hülse 15 aufweist, welche aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt und hoher Widerstandsfestigkeit gefertigt ist, und durch welche die Schmelze innerhalb des Behälters fließt. Als Material für die Hülse kann vorteilhafterweise Kohlenstoff verwendet werden, der durch den Strom des aufgeschmolzenen Materials kaum angegriffen wird. Die Strömung durch eine Ablaßöffnung 16 der Hülse 15 ist proportional zur Qua­ dratwurzel des Druckes bzw. der Füllhöhe (head) der Schmelze im Behälter 14 oberhalb der Ablaßöffnung 16 und somit ist der Druck der Schmelze, der proportional zum Gewicht ist, eine korrekte Möglichkeit, die Flußrate über die Querschnittsfläche der Durchlaßöffnung 16 zu bestim­ men, wenn ein (experimentell feststellbarer) Strömungs­ koeffizient bekannt ist. Der Strömungskoeffizient ist eine Funktion der Temperatur und somit kann die Temperatur ei­ nem Computer 25 von der Sonde 11 übertragen werden, wo dann auf der Grundlage der Temperatur der Strömungskoef­ fizient bei dieser Temperatur bestimmt wird.

Der Behälter 14 wird von einer Platte 17 getragen, welche mit Stahlseilen 18 oder dergleichen an einer Kraftmeßdose 19 aufgehängt ist. Ein Hitzeschild 20 schützt die Kraft­ meßdose 19 vor zu starker Temperaturüberhöhung, welche möglicherweise die Genauigkeit der Kraftmeßdose beein­ flussen würde. Die Kraftmeßdose selbst hängt an einem Stahlseil 21 oder dergleichen, an einem Träger oder Balken 22. Das Ausgangssignal der Kraftmeßdose wird ebenfalls dem Computer 25 zugeführt und mit dem von der Kraftmeßdose übermittelten Gewicht kann der Flüssigkeitsstand innerhalb des Behälters 14 leicht ermittelt werden, wobei, wenn die Temperatur bekannt ist, deren Anzeigesignal von dem Tem­ peratursensor dem Computer übermittelt wird, der Strö­ mungskoeffizient des bestimmten Materiales in der Schmelze 12 ermittelt werden und hieraus wiederum die Strömungsrate durch die Öffnung 16 bestimmt werden kann.

Der Computer 25 ist in der Lage, Werte sowohl auf einem Drucker 23 auszudrucken, als auch an einer Digitalanzeige 24 darzustellen. Der Computer selbst, seine Programmie­ rung, der Drucker 23 und die digitale Anzeige 24 sind hinlänglich bekannt und bilden nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Die kontinuierliche Flußrate kann als Prozeßinformation für eine Bedienungsperson verwendet werden, zur Produk­ tionsüberwachung oder als Eingabesignal in ein Rückkop­ plungssystem zur Steuerung der Flußrate verwendet werden.

Es ergeben sich natürlich Variationen bzw. Schwankungen, die in der Kalibrierung des Druckers und der Anzeige kom­ pensiert werden müssen, z.B. dynamische Kräfte aufgrund des Aufschlagens des Schmelzenstroms auf die vergleichs­ weise langsam fließende Schmelze innerhalb des Behälters 14, wobei geringe Änderungen aufgrund von Spritzerbildung oder Erstarren der Schmelze im oberen Bereich des Behäl­ ters entstehen können und wobei weiterhin Variable auf­ grund von Änderungen des Mischungsverhältnisses in dem Ofen 10 vorliegen; all diese Änderungen und Schwankungen können jedoch auf empirischem Weg leicht bestimmt werden. Weiterhin ist eine Isolierummantelung 26 vorgesehen, wel­ che den Behälter 14 umgibt und eine Verringerung von Tem­ peraturschwankungen ermöglicht, so daß ein relativ hoher Grad von Genauigkeit aufrechterhalten werden kann.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Ausflußrate eines Fluides aus einer Öffnung, gekennzeichnet durch:
einen Behälter (14) mit einer Seitenwand (14 a), welche sich von einem Bodenbereich (14 b) noch oben zu einer Mündung erstreckt und mit einer Wand, die in dem Bodenbereich eine Ablaßöffnung (16) bildet; eine Kraftmeßdose (19);
eine Aufhängevorrichtung (18), mittels der der Behälter (14) an der Kraftmeßdose (19) derart aufgehängt ist, daß er das Fluid aufnimmt, wenn dieses aus der Öffnung strömt; und
eine Signalanzeigevorrichtung (23, 24), welche mit der Kraftmeßdose (19) verbunden ist und auf die nach unten gerichtete Kraft anspricht, welche von dem Behälter und seinem Inhalt auf die Kraftmeßdose aufgebracht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine Abstichöffnung (13) in der Sei­ tenwand eines Schmelzofens (10) ist, wobei die Kraft­ meßdose (19) oberhalb der Abstichöffnung (13) ist, die Mündung des Behälters (10) unterhalb der Abstich­ öffnung und in dem Strömungsweg des Fluides (12) ist, wenn dieses abgelassen wird, wobei das abgelassene Fluid eine Schmelze des Ofens ist, und wobei weiter­ hin die relativen Anordnungen und Größen der Öffnung, der Kraftmeßdose (19), der Aufhängevorrichtung (18), des Behälters (14) und der Ablaßöffnung (16) derart ist, daß die aus dem Schmelzofen (10) abgelassene und durch die Mündung eintretende Schmelze den Behälter (14) teilweise füllt, aber ununterbrochen aus diesem wieder herausströmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter gekenn­ zeichnet durch eine Isolierummantelung (26), welche den Behälter (14) umgibt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch ein Hitzeschild (20) unterhalb der Kraftmeßdose (19) und oberhalb der Mündung.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch eine Aufhängevorrich­ tung (21), an welcher die Kraftmeßdose (19) hängt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch einen temperaturemp­ findlichen Sensor (11), einen Computer (25), einen Drucker (23) und eine digitale Anzeige (24) und durch Leiter, welche die Kraftmeßdose, den Computer, den Drucker, die digitale Anzeige und den Temperatursen­ sor miteinander verbinden, wobei der Computer derart programmiert ist, daß er Temperaturschwankungen zu­ mindest teilweise kompensiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (11) ein Thermostat ist, der sich durch eine Wand des Schmelzofens (10) er­ streckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor ein optischer Sensor ist, der auf Farbe und Temperatur des abgelassenen Fluides anspricht.