DE3836998A1 - Sensoranordnung zur raeumlichen abgrenzung der atmosphaeren in kontinuierlich betriebenen industrieoefen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur räumlichen Abgrenzung der Atmosphären in kontinuierlich betriebenen Industrieöfen, vorzugsweise in Tunnel- oder Durchlauföfen. Die Erfindung findet in der keramischen Industrie Anwendung.

Zur Gewährleistung einer hohen Qualität keramischer Erzeugnisse ist die Einhaltung einer definierten Prozeßführung notwendig. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Prozeßführung ist neben den erforderlichen Temperaturen auch die räumliche Abgrenzung von oxydierenden und reduzierenden Atmosphären über die gesamte Länge des kontinuierlich betriebenen Industrieofens.

Für die räumliche Abgrenzung der beschriebenen Atmosphären ist es notwendig, sauerstoffhaltiges Trägergas gezielt in den Ofenraum einzubringen. Dazu sind in der DD-PS 1 31 291 und der DE-PS 30 25 801 Lösungen beschrieben worden, bei denen Düsen über die gesamte Ofenlänge bzw. über bestimmte Bereiche des Ofens verteilt angeordnet sind, durch die das sauerstoffhaltige Trägergas gesteuert eingeblasen wird.

Des weiteren wird in der DD-PS 2 20 692 eine Lösung dargestellt, in der das sauerstoffhaltige Trägergas, zwar ebenfalls über Düsen, die jedoch zwischen oxydierender und reduzierender Atmosphäre angeordnet sind, eingeblasen wird.

Alle diese Lösungen haben den Nachteil, daß keine Kopplung zwischen bestehender Ofenatmosphäre und insgesamt eingeblasenem sauerstoffhaltigen Trägergas vorhanden ist, wodurch strömungstechnisch durch die Verbrennung und den jeweiligen Wagenbesatz hervorgerufen keine definierte räumliche Abgrenzung zwischen oxydierender und reduzierender Atmosphäre erzielt werden kann. Die unkontrollierte Verlagerung der oxydierenden bzw. reduzierenden Atmosphäre führt zu Brennfehlern in den keramischen Erzeugnissen.

Um den Sauerstoffgehalt in beliebigen Atmosphären bestimmen zu können sind aus dem Stand der Technik verschiedene Feststoffsensoren bekannt (DD-PS 2 18 469 oder DD-PS 2 48 437). Mittels derartiger Feststoffsensoren wäre eine Steuerung, Regelung oder Einstellung von oxydierenden oder reduzierenden Atmosphären durch Messung des Sauerstoffgehaltes und nachfolgender Beeinflussung der Einströmparameter eines sauerstoffhaltigen Trägergases möglich. Trotz dieser Erkenntnisse ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, unabhängig von der Verbrennung und dem Wagenbesatz die sich strömungstechnisch einstellende Veränderung der räumlichen Abgrenzung von oxydierender und reduzierender Atmosphäre zu erfassen und nachfolgend auszuregeln, zu steuern oder einzustellen.

Die Erfindung hat die technische Aufgabe, eine Sensoranordnung zur räumlichen Abgrenzung der Atmosphären in kontinuierlich betriebenen Industrieöfen der keramischen Industrie zu entwickeln, die unabhängig von strömungstechnisch durch die Verbrennung und den Wagenbesatz hervorgerufenen Änderungen der Ofenatmosphäre eine für die qualitätsgerechte Prozeßführung notwendige räumliche Abgrenzung zwischen oxydierender und reduzierender Atmosphäre unter Beibehaltung der notwendigen Prozeßtemperatur durch gezielte Beeinflussung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Trägergases garantiert.

Unter Verwendung bekannter Feststoffsensoren wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß ein oder mehrere Feststoffsensoren in mindestens zwei Querschnitten des Industrieofens angeordnet sind, wobei die Querschnitte den Übergangsbereich zwischen der oxydierenden und der reduzierenden Atmosphäre räumlich begrenzen. Für die Einhaltung der räumlichen Abgrenzung der oxydierenden von der reduzierenden Atmosphäre wird die theoretisch angestrebte Grenzfläche, die unter Berücksichtigung der technologisch bedingten Temperaturen für eine exakte Prozeßführung erforderlich ist, auf einen durch die Anordnung der Feststoffsensoren determinierten Übergangsbereich erweitert, der sich naturgemäß beim Übergang von Oxydation zu Reduktion einstellt. Durch diesen Übergang von der Grenzfläche zu einem Übergangsbereich und der erfindungsgemäßen Anordnung der Feststoffsensoren wird es erst möglich, eine räumliche Abgrenzung zwischen oxydierender und reduzierender Atmosphäre innerhalb des Ofenraumes stabil über die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Trägergas einzustellen, ohne daß strömungstechnisch durch die Verbrennung und den Wagenbesatz hervorgerufene Inhomogenitäten eine Abweichung der technologisch bedingten Lage der oxydierenden und der reduzierenden Atmosphäre innerhalb des Ofenraumes, die zu einer Qualitätsminderung der Brennprodukte führen würde, erfolgt. Die Feststoffsensoren sind über eine bekannte Regel- oder Steuereinheit oder durch Handeinstellung mit der Zuführung für das sauerstoffhaltige Trägergas verbunden.

In dem Querschnitt, der der oxydierenden Atmosphäre zugeordnet ist, wird über die in diesem Querschnitt angeordneten Feststoffsensoren dafür gesorgt, daß an dieser Stelle eine Atmosphäre herrscht, deren Luftverhältnis gleich oder größer 1 ist. Entsprechend wird im Querschnitt, der der reduzierenden Atmosphäre zugeordnet ist, ein Luftverhältnis von kleiner 1 aufrechterhalten. Über die Steuer- bzw. Regeleinheit wird ein Algorithmus für die Bestimmung des Istwertes des Sauerstoffgehaltes umgesetzt, mit dem vor der Bildung des Mittelwertes denjenigen Meßpunkten, die eine reduzierende Atmosphäre ausweisen, d. h. die ein Luftverhältnis von kleiner 1 besitzen, die höchste Priorität zugeordnet wird. Eine Mittelwertbildung erfolgt erst dann, wenn an allen festgelegten Meßorten reduzierende Atmosphäre vorhanden ist. Ein gleichartiger Algorithmus wird auch für oxydierende bzw. neutrale Atmosphären realisiert.

Die Lage der Querschnitte, in denen die Feststoffsensoren angeordnet sind und die den Übergangsbereich zwischen der oxydierenden und der reduzierenden Atmosphäre räumlich begrenzen, ist so gewählt, daß sie sich in der Brennerzone befinden, wobei der jeweils technologisch vorgegebene Temperaturbereich in bekannter Weise geregelt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung in Verbindung mit der Einhaltung der technologisch vorgegebenen Temperaturparameter wird die Einhaltung der technologischen Führungswerte des Brennprozesses gesichert und so die Qualität der keramischen Erzeugnisse garantiert.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung ist dazu in Fig. 1 ein Teil eines Durchlaufofens mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung dargestellt.

Ausgehend von den technologischen Anforderungen und den ofentechnischen Besonderheiten wird eine geometrisch abgegrenzte Zone 6 festgelegt, die durch die Querschnitte 4 und 5 räumlich begrenzt wird. An den vorgegebenen Meßorten, d. h. den Querschnitten 4 und 5, sind rechts und links und/oder oben Feststoffsensoren 1 zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes angeordnet. Des weiteren sind die Temperaturmeßfühler 2 rechts und links und/oder oben im Bereich der Zone 6 angeordnet, daß sie einen repräsentativen Meßwert für die Prozeßführung liefern. Die Messung des Sauerstoffgehaltes mit den Feststoffsensoren 1 an den Meßorten im Querschnitt 4 und 5 sowie die Temperaturmessung mit den Temperaturfühlern 2 in der Zone 6 erfolgt über getrennte Algorithmen in den festgelegten Meßorten. Der Algorithmus für die Bestimmung des Istwertes des Sauerstoffgehaltes beinhaltet, daß vor der Bildung des Mittelwertes denjenigen Meßpunkten, die eine reduzierende Atmosphäre ausweisen die höchste Priorität zugeordnet wird. Die Mittelwertbildung erfolgt erst dann, wenn an allen festgelegten Meßorten neutrale oder oxydierende Atmosphäre vorhanden ist.

Im geregelten Zustand des Ofens 3 muß im Querschnitt 4 das Luftverhältnis gleich oder größer 1, im Querschnitt 5 kleiner 1 sein und die Temperatur in der Zone 6 beispielsweise im Bereich von 1050 Grad Celsius bis 1100 Grad Celsius liegen. Wird im Querschnitt 4 ein kleineres Luftverhältnis als gefordert festgestellt, dann wird durch eine bekannte apparative Anordnung der Volumenstrom des sauerstoffhaltigen Trägergases erhöht. Wird im Querschnitt 5 ein größeres Luftverhältnis als gefordert festgestellt, so wird der Volumenstrom des sauerstoffhaltigen Trägergases vermindert. Gleichzeitig erfolgt in Zone 8 die Temperaturüberwachung. Bei Verlassen des vorgegebenen Temperaturbereiches wird der Brenngasvolumenstrom der Zone 6 mit bekannten Mitteln entsprechend der Temperaturabweichung vergrößert bzw. verkleinert. Diese Korrektur der Temperatur durch Veränderung des Brenngasvolumenstromes beeinflußt die Lage der Grenzflächen 4 und 5 innerhalb der Zone 6, die ihrerseits dann wieder über die Sensoranordnung mit nachfolgender Steuer- oder Regeleinrichtung oder von Hand im vorgegebenen Bereich fixiert werden kann.

Die Erfindung ermöglicht es, unabhängig von strömungstechnisch durch die Verbrennung und den Wagenbesatz hervorgerufenen Änderungen der Atmosphären eine für die qualitätsgerechte Prozeßführung notwendige räumliche Abgrenzung zwischen oxydierender und reduzierender Atmosphäre unter Beibehaltung der erforderlichen Prozeßtemperatur durch gezielte Beeinflussung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Trägergases zu garantieren. Darüber hinaus ist eine energetisch günstigere Betriebsweise des Ofens möglich.

Claims (2)

1. Sensoranordnung zur räumlichen Abgrenzung der Atmosphären in kontinuierlich betriebenen Industrieöfen, vorzugsweise in Tunnel- und Durchlauföfen der keramischen Industrie, unter Verwendung von Feststoffsensoren, gekennzeichnet dadurch, daß ein oder mehrere Feststoffsensoren (1) in zwei den Übergangsbereich zwischen der oxydierenden und der reduzierenden Atmosphäre räumlich begrenzenden Querschnitten (4) und (5) angeordnet sind.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Querschnitte (4) und (5) in der Brennerzone angeordnet sind.