DE69230152T2

DE69230152T2 - Verfahren zur regelung des brennstoff/luft-verhältnisses eines brenners

Info

Publication number: DE69230152T2
Application number: DE69230152T
Authority: DE
Inventors: Darrell Breitling; Jim Williams
Original assignee: Asarco LLC
Current assignee: Asarco LLC
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2012-05-23
Also published as: RU2086855C1; WO1993024665A1; PL169847B1; ES2137188T3; CN1057594C; AU2158592A; US5240494A; DE69230152D1; EP0641393B1; CN1080043A; EP0641393A1; JPH08504260A; AU667474B2; RU94046128A; EP0641393A4; JP3145119B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebs eines Brenners und insbesondere zur Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses von Brennern, die zum Schmelzen von Kupfer verwendet werden, um die Einleitung von unerwünschtem Sauerstoff und/oder Wasserstoff in das Kupfer zu vermeiden.
Das Schmelzen von Kupfer ist ein sehr wichtiges, in der Industrie übliches Verfahren. Wie im Stand der Technik wohlbekannt und in dem am 10. August 1965 an A. J. Phillips et al. erteilten US-Patent Nr. 3,199,997 beschrieben, bilden Kupferkathoden die vorwiegende Form von industriell hergestelltem Kupfer, wobei die Kathoden im allgemeinen flache rechteckige Formen mit einer Dicke von etwa 1 Zoll und mit Breiten von etwa 25 bis 40 Zoll besitzen, wobei jedoch auch größere oder kleinere Größen produziert werden können.
Obwohl das kathodisch abgeschiedene Kupfer technisch rein ist mit Ausnahme der üblichen Verunreinigungen und der unvermeidlichen minimalen Elektrolytmengen (Sulfaten), die auf der Oberfläche der Kathoden physisch vorhanden sind oder in diese eingeschlossen sind, werden die Kupferkathoden aufgrund ihrer Form und ihrer physikalischen Eigenschaften und vor allem wegen der Kornstruktur des abgeschiedenen Kupfers, im allgemeinen nicht unmittelbar weiterverwendet. Um sie in eine geeignetere Form zu bringen, müssen die Kathoden geschmolzen werden, und das geschmolzene Metall muß durch Gießen in verschiedene Halbzeugformen gebracht werden, beispielsweise Barren, Blöcke oder Profile wie z. B. Drähte, Knüppel und Stangen und ähnliche Formen, aus denen Fertigprodukte erzeugt werden, z. B. Bleche, Drähte, Rohre und die vielen anderen Produkte, die aus technisch reinem Kupfer hergestellt sind. Dabei ist es jedoch wichtig, daß das Kupfer beim Schmelzen nicht mit für kommerzielle Zwecke inakzeptablen Mengen von Sauerstoff und Schwefel verunreinigt wird, da das geschmolzene Kupfer damit aus wirtschaftlicher Sicht im wesentlichen unbrauchbar wird und eine Reihe von Wiederaufarbeitungsschritten durchlaufen muß, um eine neue Kathode zu bilden. Dies ist ein kostspieliges und zeitaufwendiges Verfahren.
Es ist daher wichtig, daß die zum Schmelzen des Kupfers verwendeten Brenner das Kupfer nicht beispielweise mit unerwünschtem Sauerstoff belasten. Im allgemeinen wird das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch (Brennstoff-Luft-Gemisch) so zusammengesetzt, daß nicht genügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs enthalten ist, so daß die für resultierende Schmelzflamme eine reduzierende Flamme ist. Für die meisten industriellen Anwendungen sollten die vorbestimmten Reduktionsbedingungen so gewählt werden, daß der in das Kupfer gelangende Sauerstoff weniger als 0,05 Gew.-% des Kupfers beim Schmelzen beträgt. Vorzugsweise sind die vorbestimmten Reduktionsbedingungen so, daß weniger als 0,035 und am besten weniger als 0,01 Gew.-% Sauerstoff in das geschmolzene Kupfer gelangen.
Die in US-A-3,199,977 und in dem US-Patent Nr. 4,536,152 beschriebenen Brenner waren speziell ausgelegt, um ein hohes Maß an Brennstoff-Luft-Vermischung zu liefern, um eine gleichmäßig reduzierende Flamme zu bilden, so daß unverbrannter Sauerstoff und eine mögliche Verunreinigung des Kupfers minimiert werden.
Obwohl die bekannten Brenner per se beim Schmelzen von Kupfer wichtig sind, ist es außerdem sehr wichtig, das Brennstoff- Luft-Gemisch entsprechend zu regeln, da ein Zuviel an Brennstoff oder Luft eine Flamme hervorrufen könnte, die das Kupfer verunreinigt, und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum wirksamen Schmelzen von Kupfer und anderen Metallen und Werkstoffen bereitzustellen, indem das Brennstoff-Luft-Verhältnis der Brenner, die für den Schmelzvorgang eingesetzt werden, geregelt wird.
Der zum Schmelzen von Kupfer vorwiegend eingesetzte Ofen ist der in US-A-3,199,977 beschriebene vertikale Schachtofen mit einer Vielzahl von Brennern, und die folgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber auf diesen Ofen.
Es wurde nun festgestellt, daß Brennstoff und Luft (Sauerstoff), die Brennern zum Schmelzen von z. B. Kathodenkupfer zugeführt werden, wirksam geregelt werden können, um ein Brennstoff-Luft-Verhältnis innerhalb gewünschter Betriebsgrenzen bereitzustellen, so daß z. B. eine reduzierende Flamme erzeugt wird, die einen Wasserstoff gehalt im verbrannten Gas von etwa ± 0,3 Vol.-% oder weniger des gewünschten Wasserstoffwertes hat. Der Wasserstoffwert wird normalerweise je nach verwendetem Brennstoff zwischen etwa 1 und 3 Vol.-% gehalten. Bei Verwendung von Erdgas liegt der Wasserstoffgehalt bei etwa 1-2 Vol.-%, während bei Propan der Wasserstoffgehalt etwa 0,3 - 0,9 Vol.-% beträgt, da wegen des Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnisses des Brennstoffs bei Propan mehr CO als H&sub2; gebildet wird, während bei Methan (Erdgas) gleiche Teile von H&sub2; und CO gebildet werden.
Die US-A-3,199,977 offenbart die Regelung des Brennstoff- Luft-Gemisches durch Entnahme einer Probe des Brennstoff- Luft-Gemisches durch Öffnungen in den Enden eines jeden Brennerkörpers. Weitere Techniken zum Regeln eines Brennstoff- Luft-Gemisches sind beschrieben in den US-Patenten 4,211,555, erteilt an Barry at al., und 4,887,958, erteilt an Hagar. Barry et al. beziehen sich auf einen metallurgischen Schmelzofen und beschreiben die Untersuchung eines Brennstoff-Luft- Gemisches und die Verbrennung der Probe in einem Verbrennungsanalysegerät, um das Brennstoff-Luft-Verhältnis dementsprechend zu regeln. Hagar bezieht sich auf eine Ofenregel einrichtung für einen Ofen mit einer Vielzahl von Brennern und beschreibt den Einsatz von Instrumenten für das Ziehen von Gasproben aus einzelnen Brennern und das Einleiten des Gases in eine Untersuchungseinrichtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses für jeden Brenner in einer aus einer Vielzahl von Brennern bestehenden Anlage beschrieben, umfassend die folgenden Schritte:
(a) für jeden Brenner Vorbestimmen einer Sollmenge für eine gewünschte Substanz, die Bestandteil des Brennstoffes bzw. der Luft ist,
(b) zu Analysezwecken Entnahme eines Teils von dem in dem Brenner zu verbrennenden Gemisch aus Brennstoff und Luft,
(c) Analysieren des entnommenen Gemisches aus Brennstoff und Luft, um die Menge der Substanz in der Probe zu messen,
(d) Vergleichen der gemessenen Menge der Substanz mit der vorbestimmten Sollmenge, die für den untersuchten Brenner erwünscht ist, und
(e) gegebenenfalls Ändern der Menge an Brennstoff bzw. Luft für den untersuchten Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Analyse gemäß Schritt (b) kontinuierlich ein Teil des Gemisches aus Brennstoff und Luft für jeden einzelnen von allen Brennern durch jeweils getrennte Kanäle in einen Verteiler gesaugt wird, und die Schritte (b)-(e) in regelmäßigen Abständen für jeweils einen anderen der Brenner wiederholt werden, um die Schritte (b)-(e) während des Gebrauchs der Brenner kontinuierlich für die aus einer Vielzahl von Brennern bestehenden Anlage durchzuführen.
Fig. 1 ist eine Darstellung einer Vorrichtung gemäß den Prinzipien und der Lehre der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Darstellung einer Vorrichtung, die das System zum Analysieren des Brennstoff-Luft-Gemisches bei einem Schachtofen mit einer Vielzahl von Brennern zeigt.
Der vertikale (Schacht)Ofen kann ein im allgemeinen vertikal angeordneter Ofen von gewünschter Form oder Größe sein, der eine Stange des zu schmelzenden Kupfers in jeder gewünschten Form aufnehmen kann, wobei die Stange mit dem Abschmelzen des Kupfers von der Stange aufgrund der Schwerkraft im Ofen nach unten gleiten kann. Der Ofen kann daher beispielsweise von im allgemeinen quadratischem, rechteckigem oder vorzugsweise rundem Querschnitt sein.
Der Ofen kann in jeder gewünschten Weise und aus jedem gewünschten Material aufgebaut sein. Die Seitenwände und der Herd des Ofens sind vorzugsweise in einem im wesentlichen gasdichten Stahlmantel untergebracht, der beispielsweise als Schweißkonstruktion ausgeführt ist, wobei der Mantel mit einem sauren, neutralen oder basischen feuerfesten Material ausgekleidet ist; dabei wird ein feuerfestes Material mit hohem Aluminiumoxidanteil bevorzugt.
Bei der praktischen Anwendung der Erfindung kann der Schmelzgasstrom (Flamme) als einheitlicher Strom oder als eine Vielzahl von Strömen an einem oder mehreren Punkten oder Zonen in den Ofen eingeleitet werden, und die Zusammenführung der brennstoff- und sauerstoffhaltigen Gase kann in einem oder in mehreren Schritten erfolgen. Die Zündung des oder, der vereinigten Gasströme kann ebenfalls zu jedem Zeitpunkt nach dem oder den Zusammenführungschritten und vor dem Kontakt des oder der vereinigten Gasströme mit dem zu schmelzenden Kupfer veranlaßt werden. Demzufolge kann der Schmelzgasstrom beispielsweise in einem einzigen Schritt zusammengeführt und an schließend einer Vielzahl von Brennern zugeführt und vor der Einleitung in den Ofen in den Brennern gezündet werden. Obwohl eine solche Vorgehensweise möglich ist, gehört sie nicht zu den bevorzugteren Vorgehensweisen, da die Möglichkeit eines Rückzündens in den Schmelzgasstrom besteht. Ebenso kann der Schmelzgasstrom in einem einzigen Schritt zusammengeführt und dann verbrannt werden, wobei die heißen Verbrennungsprodukte anschließend einer Vielzahl von Einlaßöffnungen in den Ofen zugeleitet werden. Obwohl eine solche Vorgehensweise möglich ist, gehört sie ebenfalls nicht zu den bevorzugteren Vorgehensweisen, da sie die Verwendung von relativ langen feuerfesten Leitungen erfordert, die in der Lage sind, extrem hohen Temperaturen standzuhalten. Vorzugsweise setzt sich der Schmelzgasstrom aus einer Vielzahl von vereinigten Gasströmen zusammen, von denen jeder durch einen eigenen, an die Ofenwand angebauten Brennerkörper in den Ofen eingeleitet wird, wobei jeder der vereinigten Gasströme in seinem jeweiligen Brennerkörper gezündet und anschließend in den Ofen eingeleitet wird. Bei der am meisten bevorzugten Vorgehensweise werden ein Strom aus Brenngas und ein Strom des sauerstoffhaltigen Gases getrennt einem jeden der Brennerkörper zugeleitet, von denen jeder mit einem Vereinigungsabschnitt (Mischzone) für Aufnahme und Mischung der getrennt zugeführten Ströme des Brenngases und des sauerstoffhaltigen Gases versehen ist, wobei der vereinigte Gasstrom anschließend in einen unmittelbar danach angeordneten Verbrennungsabschnitt im Brennerkörper gelangt, in dem der vereinigte Gasstrom gezündet und dann in den Ofen geleitet wird.
Der oder die Brenner können in die Wände des Ofens eingebaut sein, so daß die von diesen abgegebenen Gase direkt oder im allgemeinen tangential auf die Kupferstange gerichtet sind; die direkte Einspeisung wird bevorzugt, da sich herausgestellt hat, daß sie eine hohe Abschmelzrate liefert. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Brennern in mindestens einer Reihe in der Nähe des Ofengrundes und im Abstand zueinander am Umfang in die Ofenwände eingebaut. Vorzugsweise enthält eine solche Reihe mindestens drei Brenner. Noch mehr vorzuziehen ist eine Vielzahl von Brennern, die in jeder einer Vielzahl von Reihen in die Ofenwände eingebaut ist, wobei die Brenner in jeder Reihe in gleichem Abstand zueinander am Umfang des Ofens angeordnet sind, und wobei jede Reihe mit vertikalem Abstand zur nächsten angeordnet ist, wobei sich die unterste Reihe nahe am Herd des Ofens befindet. Diese letztere Anordnung der Brenner wird insbesondere in Kombination mit nach innen geneigten Ofenwänden im unteren Teil des Ofens mehr bevorzugt, da sich gezeigt hat, daß sie die Ausbildung eines im allgemeinen schräg zulaufenden unteren Abschnittes der schmelzenden Kupferstange unterstützt, im Falle eines runden Ofens also im allgemeinen einer konischen Form, wobei für diese Form ebenfalls eine höhere Abschmelzrate festgestellt wurde, die ohne diese nicht erzielt werden würde.
Außerdem wurde festgestellt, daß unter beliebigen vorgegebenen Bedingungen die vom Kupfer als Konvektionswärme von den Gasen aufgenommene Wärmemenge von der Temperatur der Gase abhängt, die auf die Stange auftreffen, und daß eine höhere Temperatur der auftreffenden Gase die vom Kupfer als Konvektionswärme aufgenommene Wärmemenge erhöht. Vorzugsweise wird mindestens der sauerstoffhaltige Gasstrom, und noch mehr bevorzugt, auch der Brennstoffstrom, soweit wie praktisch möglich vorgewärmt. Wenn diese Gase vorgewärmt werden, werden sie vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 150ºC bis 540ºC vorgewärmt. Bei dem am meisten bevorzugten Verfahren wird mindestens der Strom mit dem sauerstoffhaltigen Gas durch indirekten Kontakt mit den heißen Abgasen aus dem Ofen vorgewärmt.
Im allgemeinen wird der Ofen betrieben, indem Kupfer nach Bedarf am oberen Ende der Stange zugefügt wird, und das geschmolzene Kupfer kann in einem Schmelzbad am Ofengrund gesammelt und von dort kontinuierlich oder intermittierend durch das Abstichloch abgezogen werden. Vorzugsweise wird kein Schmelzbad verwendet, sondern man läßt das geschmolzene Metall in dem Maß, wie das Kupfer im Ofen abgeschmolzen wird, frei durch ein offenes Stichloch ausfließen. Das geschmolzene Metall aus dem Ofen kann auf jede geeignete Weise zur weiteren Verwendung an jeden gewünschten Ort verbracht werden. Vorzugsweise läßt man das Metall vom Stichloch in eine vorgewärmte Gießrinne fließen, durch die es unmittelbar in eine beim Ofen angeordnete Gießeinrichtung gelangt, oder aber in einen Warmhalteofen, wobei es aus dem Warmhalteofen in eine bereitgehaltene Gießeinrichtung gelangt. Die vorgewärmte Gießrinne und/oder der Warmhalteofen können mit Brennern beheizt werden, die mit dem gleichen Brennerregelungssystem verbunden sind, das für die Regelung der Ofenbrenner zum Schmelzen des Kupfers verwendet wird.
Bei der praktischen Anwendung der Erfindung kann jeder Brennstoff, insbesondere jeder flüssige oder verflüssigte Brennstoff, verwendet werden. Vorzugsweise ist der Brennstoff ein solcher, der Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, beispielsweise Wassergas oder Generatorgas, oder der Brennstoff ist ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff (d. h. ein Brennstoff, der Kohlenstoff und Wasserstoff enthält). Erdgas ist der am meisten bevorzugte Brennstoff. Wenn die bevorzugten Brennstoffe bei der praktischen Anwendung der Erfindung eingesetzt werden, um die korrekten reduzierenden Bestandteile in der Ofenatmosphäre zu bilden, werden diese als Ergebnis der unvollständigen Verbrennung des Brennstoffs im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehen. Im allgemeinen wird der Wasserstoffanteil durch Analyse einer Probe des mit Luft verbrannten Brennstoffs geregelt, wobei das Brennstoff-Luft-Verhältnis entsprechend eingestellt wird, um den gewünschten Wasserstoffgehalt zu erzielen. Aber unabhängig davon, welcher Brennstoff verwendet wird, regelt das erfindungsgemäße Verfahren den vorbestimmten Sollanteil einer ge wünschten Substanz, die ein Bestandteil des Brennstoffs oder der Luft ist (z. B. Wasserstoff, CO, O&sub2; etc.), auf ungefähr ± 0,3 Vol.-% und normalerweise auf weniger als ± 0,2 oder ± 0,1 Vol.-% ein.
Fig. 1 zeigt ein typisches Schema einer Anlage mit einem Einzelbrenner. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß, wie weiter oben erläutert, normalerweise mehrere Brenner in Reihen am Umfang des Ofens angeordnet sind, wobei jeder Brenner mit der gleichen Konfiguration der Ausrüstungskomponenten wie in Fig. 1 beschrieben arbeitet.
Brennstoff wie z. B. Erdgas wird von der Brennstoffzuführung 10 einem Zonenregler 11 zugeführt, um einen gegenüber dem Luftdruck positiven Brennstoffdruck aufrechtzuerhalten. Der Zonenregler hat zwei Zuleitungen 11a und 11b, die mit der Brennstoffleitung und dem Luftverteiler 19 in Verbindung stehen, um diese Bedingung eines positiven Druckes zu bewirken. Von dort strömt der Brennstoff in einen Brennstoffverteiler 12 und wird in ein herkömmliches membrangesteuertes Ventil 13 als Nullabgleichregler geführt. Das Ventil 13 ist ebenfalls mit Zuleitungen 13a und 13b versehen, die von der Luftzuleitung in den Raum über der Membran des Ventils 13 führen, so daß der Luftdruck mit der Membran in Verbindung steht. Die Leitung 13b hat zusätzlich ein Entlüftungsventil 20 und eine damit verbundene Entlüftung 21, um wie nachstehend erläutert die Brennstoff- oder Luftmenge mittels des Steuerungssystems 26 einzuregeln. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet ein motorgesteuertes Entlüftungsventil 20, um eine genau Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses zu bewirken, wobei sich die motorgesteuerte Regelung im Vergleich zur Druckregelung als sehr wichtig für die Erzielung der mittels der Erfindung erreichbaren Betriebsergebnisse herausgestellt hat.
Anschließend wird der Brennstoff durch eine einstellbare Düse 14 zugeführt, die gleichzeitig dazu dient, die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge zu regulieren. Normalerweise wird über die einstellbare Düse 14 eine grobe manuelle Regulierung des Brennstoffstromes vorgenommen, wobei das Entlüftungsventil 20 die endgültige Feinregulierung bewirkt, die für die exakte Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses notwendig ist. Anschließend gelangt der Brennstoff in eine Mischkammer 15 (normalerweise Teil des Brenners), wo die Vermischung mit der Luft stattfindet.
Luft gelangt von der Luftzuführung 17 durch ein Drosselklappenventil 18 zum Luftverteiler 19 und weiter durch ein Verteilerventil 19a in den Mischer 15. Das Brennstoff-Luft- Gemisch wird dem Brenner 16 zugeführt, in dem die Verbrennung stattfindet.
Das Verhältnis von Brennstoff zu Luft wird vorzugsweise dadurch bestimmt, daß eine Probe des Brennstoff-Luft-Gemisches gezogen und anschließend verbrannt wird, um die Verbrennungsprodukte zu analysieren. Auch andere Möglichkeiten der Probenahme und Analyse können Verwendung finden. Zur Durchführung dient ein Drei-Wege-Magnetventil 22. Bei Einstellung des Ventils 22 für Probenahme und Analyse wird das Brennstoff-Luft- Gemisch von der Unterdruckpumpe 23 in den Ofen 24 gesaugt, der das Gemisch unter idealen Bedingungen verbrennt. Das verbrannte Gemisch wird zur Analyse in die Analysezelle 25 geleitet, deren Ergebnisse an das Steuerungssystem 26 übermittelt werden. In Abhängigkeit von der Analyse wird das Entlüftungsventil 20 nachgeregelt, indem die Öffnung des Ventils verkleinert wird, wenn mehr Brennstoff benötigt wird, oder indem die Öffnung des Ventils vergrößert wird, wenn mehr Luft benötigt wird. Weitere Eingangssignale für die Steuerung 26 sind der Luftdruck und der Brennstoffdruck von den jeweiligen Verteilern.
Wenn keine Probenahme des Brennstoff-Luft-Gemisches zu Analysezwecken stattfindet, leitet das Magnetventil 22 die Mi schung in einen Unterdrucksammler 27, der mit einer Unterdruckpumpe 28 und einer Entlüftung 29 in Verbindung steht.
Beim typischen Brennersystem mit mehreren Brennern in einer Reihe am Umfang des Ofens hat jeder Brenner vom Brennstoffverteiler 12 und vom Luftverteiler 19 bis zum Brenner die gleiche Konfiguration. Außerdem hat jeder Brenner ein zugehöriges Dreiwege-Magnetventil, wobei die übrigen Ausrüstungskomponenten stromabwärts von dem Magnetventil unabhängig von der Anzahl der Brenner für alle Brenner genutzt werden. Somit ist im Normalfall beispielsweise nur ein einziger Ofen 24 für eine Reihe von Brennern vorgesehen. Mehrfache Öfen, Analysatorzellen etc. können zum Einsatz gelangen, wobei dies jedoch im allgemeinen nicht wirtschaftlich ist.
Fig. 2 verdeutlicht die Betriebsweise eines Schachtofens mit vier (4) Brennern, wobei von einem Mischer 15a eine Probe gezogen wird und über das Ventil 22a durch die Leitung 23a zur Unterdruckpumpe 23 gelangt. Nach der Pumpe 23 wird die Probe im Ofen 24 verbrannt und in der Zelle 25 analysiert, wobei die Ergebnisse an das Steuersystem 26 übermittelt werden. Dabei ist es ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß während des Abziehens und der Analyse des Gasgemisches vom Mischer 15a die Ventile 22b, 22c und 22d weitere Gasgemische von den Mischern 15b, 15c und 15d durch die Unterdruckpumpe 28 in den Unterdrucksammler 27 und zur Entlüftung 29 leiten. Wenn die Probe vom Mischer 15a analysiert und vom Steuerungssystem 26 ausgewertet ist, wird das Ventil 22a umgestellt, so daß das Gas vom Mischer 15a durch die Leitung 27a zum Unterdrucksammler 27 strömt, und das Ventil 22b wird umgestellt, so daß das Gasgemisch vom Mischer 15b abgezogen und analysiert werden kann, indem die Probe durch die Leitung 23b zum Unterdruck- und Analysesystem geleitet wird. Die Ventile 22c und 22d bleiben unverändert wie oben beschrieben, und ihr jeweiliges Gasgemisch gelangt in den Unterdrucksammler 27. Der obige Vorgang wird während des Ofenbetriebs kontinuierlich wieder holt, wobei aus allen Brennern immer wieder Proben gezogen werden. Dabei kann jede beliebige Abfolge der Untersuchung verwirklicht werden.
Das obige Verfahren zur Probenahme und Analyse bringt eine deutliche Erhöhung der Anzahl von Probenahmen und Analysen innerhalb des gleichen Zeitraums mit sich, da durch den Unterdrucksammler 27 zu jeder Zeit eine Probe des Gasgemisches für die Analyse im Ofen 24 und in der Zelle 25 zur Verfügung steht. Dies wird unmittelbar klar, wenn man die Strecke betrachtet, die eine Gasprobe vom Mischer 15 zum Probenverbrennungsofen 24 zurücklegen muß, da der Weg vom Mischer 15 zum Ventil 22 entfällt. Im normalen kommerziellen Betrieb kann die Anzahl der Proben und Analysen im Vergleich zu einem System ohne den Unterdrucksammler 27 ungefähr verdoppelt werden. Diese Steigerung bei Probenahme und Analyse ermöglicht die exakte Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses und damit einen erhöhten Wirkungsgrad des Schmelzvorganges.
Im kommerziellen Betrieb führte das Schmelzen von Kupferkathoden mittels eines Schachtofens mit drei Reihen mit jeweils einer Vielzahl von Brennern, die Regelung des Brennstoff- Luft-Verhältnisses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (einschließlich des motorgesteuerten Entlüftungsventils 20) aufgrund des geregelten Wasserstoffanteils der Brennerflamme (Schwankung kleiner als ± 0,2 Vol.-% gegenüber den gewünschten Sollwerten für den Wasserstoff) zu einer deutlichen Verbesserung der Produktqualität. Schmelzverfahren ohne die Nutzung der Erfindung zeigten Schwankungen beim Wasserstoffgehalt von ± 0,5 Vol.-% gegenüber dem gewünschten Sollwert für die Konzentration.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Brennstoff-Luft- Verhältnisses für jeden Brenner in einer aus einer Vielzahl von Brennern bestehenden Anlage, umfassend die folgenden Schritte:

(a) für jeden Brenner Vorbestimmen einer Sollmenge für eine gewünschte Substanz, die Bestandteil des Brennstoffes bzw. der Luft ist,

(b) zu Analysezwecken Entnahme eines Teils von dem in dem Brenner zu verbrennenden Gemisch aus Brennstoff und Luft,

(c) Analysieren des entnommenen Gemisches aus Brennstoff und Luft, um die Menge der Substanz in der Probe zu messen,

(d) Vergleichen der gemessenen Menge der Substanz mit der vorbestimmten Sollmenge, die für den untersuchten Brenner erwünscht ist, und

(e) gegebenenfalls Ändern der Menge an Brennstoff bzw. Luft für den untersuchten Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Analyse gemäß Schritt (b) kontinuierlich ein Teil des Gemisches aus Brennstoff und Luft für jeden einzelnen von allen Brennern durch jeweils getrennte Kanäle in einen Verteiler gesaugt wird, und die Schritte (b)-(e) in regelmäßigen Abständen für jeweils einen anderen der Brenner wiederholt werden, um die Schritte (b)-(e) während des Gebrauchs der Brenner kontinuierlich für die aus ei ner Vielzahl von Brennern bestehenden Anlage durchzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz des Brennstoffes Wasserstoff umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Brennstoff bzw. Luft mit Hilfe eines motorgesteuerten Entlüftungsventils verändert wird, um die Menge des zu den Brennern in der aus einer Vielzahl von Brennern bestehenden Anlage strömenden Brennstoffes bzw. der zu diesen strömenden Luft zu regulieren.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Analyse gemäß Schritt (b) das Brennstoff-Luft-Gemisch eines jeden Brenners in ein eigenes zu dem jeweiligen Brenner gehöriges Dreiwegeventil geleitet wird, wobei jedes Dreiwegeventil eine erste Auslaßöffnung besitzt, die mit dem Verteiler gekoppelt ist, und eine zweite Auslaßöffnung besitzt, die mit dem Ort der Analyse gemäß Schritt (c) gekoppelt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (b)-(e) jeweils für einen anderen der Brenner wiederholt werden, indem man die erste Auslaßöffnung schließt und die zweite Auslaßöffnung des Dreiwegeventils öffnet, damit das Gemisch eines ausgewählten Brenners analysiert werden kann, und indem man für alle anderen Dreiwegeventile die erste Auslaßöffnung öffnet und die zweite Auslaßöffnung schließt.

6. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (b)-(e) in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, indem man wahlweise verändert, bei welchem der Dreiwegeventile die zweite Auslaßöffnung offen ist, während bei allen anderen Dreiwegeventilen die erste Auslaßöffnung offen ist, um jeweils ein anderes Gemisch des Brenners für die Schritte (b)-(e) auszuwählen.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Schachtofen mit einer um den Umfang des Ofens herum angeordneten Reihe von Brennern.

8. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 7, wo der Ofen zum Schmelzen von Kupfer verwendet wird.