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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von geschmolzener Schlacke, die die Flußrate von geschmolzener Schlacke,
die von geschmolzene Schlacke erzeugenden Öfen austritt, mißt, und
auf die Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungsvonichtung und
granulierte Schlackenentwässerungsvorrichtung,
die die Vorrichtung, die eine Menge von von einem Hochofen austretender
geschmolzener Schlacke mißt
und daraufhin die entsprechende Wasserzufuhrrate steuert, verwendet,
sowie auf den Schlamm-Wirbelschmelzofen, der die Vorrichtung, die
eine Menge von von einem Ofen austretender geschmolzener Schlacke
mißt und
daraufhin die entsprechende Zufuhrrate von Rohmaterial in Pulverform
in den Ofen steuert, verwendet.
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Bei einer dem Stand der Technik entsprechenden
Messung der Flußrate
der Schmelze ist ein Stausystem (zusammen mit einem Ultraschallpegel-Meßgerät) verwendet
worden. Ein Minuspunkt dieses Systems ist, daß sich die Schmelze an ihrer Oberfläche oder
an einer Staufläche
verfestigt, so daß keine
genaue Übergangsfläche der
Schmelze bestimmt werden kann und keine genaue Steuerung der Durchflußrate erreicht
wird. Der Ort, an dem eine solche Vorrichtung installiert wird,
befindet sich in einer durch hohe Temperatur und Staub bedingten
rauhen Installationsumgebung, während
die Zuverlässigkeit
und die Haltbarkeit der Vorrichtung dürftig und für die Praxis ungenügend sind.
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Aus diesem Grund ist es üblich, daß die Vorrichtung
zwar installiert ist, jedoch der Ofen ohne wirkliche Messung betrieben
wird.
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In einer Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungsvorrichtung
im Stand der Technik wird die Flußrate der in sie hineinfließende Schmelze
auf der Grundlage der Prozeßrate
eines Entwässerungsmittels
gesteuert, wie in JP-A-59-50058 offenbart ist. Da jedoch bei diesem
System der Naßgranulierungsprozeß durch
eine Prozeßsteuerung
geführt
wird, die die Prozeßrate
des Entwässerungsmittels,
das in einer auf den Blaskasten folgenden Stufe, in die das Naßgranulat
geleitet wird, vorhanden ist, als Parameter verwendet, enthält das System
eine Zeitverzögerung,
wobei dann, wenn die Flußrate
der Schmelze, die in die Verarbeitungseinheit fließt, plötzlich zunimmt,
die Flußrate
von Wasser, das gespritzt wird, gering ist, so daß sich die
Qualität
der naßgranulierten
Schlacke verschlechtert und im Extremfall die Gefahr einer Wasserdampfexplosion
besteht.
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Nach einem anderen Stand der Technik,
der in JP-A-5-311213 offenbart ist, wird vorgeschlagen, einem Hochtemperaturabschnitt
auf der Grundlage der Temperaturverteilung längs der Breite der einströmenden Schmelze
eine größere Menge
an Wasser zuzuschal- ten. Um jedoch hochwertige naßgranulierte
Schlacke herzustellen, muß ein
Wasserdruck, der hoch genug ist, um einen bestimmten Pegel des Auftreffens
auf die Schmelze zu bewirken, und eine Flußrate des Spritzwassers, die
der Flußrate
der Schmelze entspricht, sichergestellt werden, wobei das obige
Verfahren nicht immer wirksam ist, um hochwertige naßgranulierte
Schlacke herzustellen.
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In JP-A-3-282109, die einen Wirbelschmelzofen
des Standes der Technik offenbart, wird die Einlaßflußrate von
Rohmaterial in Pulverform mangels eines wirksamen Mittels zum Messen
der Flußrate von
aus dem Schmelzofen herausfließender
geschmolzener Schlacke dadurch gesteuert, daß dieses durch eine Beschickungsvorrichtung
mit konstanter Rate zugeführt
wird, jedoch ist es aufgrund dessen, daß sich Eigenschaften des Rohmaterials
in Pulverform wie etwa die Fülldichte
verändern, schwierig,
die Austrittsrate geschmolzener Schlacke auf einen vorbestimmten
Level zu steuern.
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Das Dokument "Control Science and
Technology for the Progress of Society – Proceedings of the Eight
Triennal World Congress of the International Federation of Automatic
Control" – Herausgeber H.
Akashi – veröffentlicht
von Pergamon Press, Bd. 5, 24.–28.
August 1982, Kyoto, Japan, Seiten 2581-2586, K. Sano u. a., "Development
of blast furnace slag flow rate meter and its application to granulated
slag sand making process" behandelt die Entwicklung einer Messung
der Schlackenflußrate
eines Hochofens und ihre Anwendung auf das Herstellen von Schlackensand.
Es ist ein Meßgerät für die Flußrate geschmolzener
Schlacke offenbart, das ein Konelations-Fließgeschwindigkeitsmeßgerät und eine Photodiodenmatrix-Kamera
verwendet. Gezeigt ist die Verwendung der Verschiebung oder Veränderung der
Helligkeit der Oberfläche
eines Ofenschlackenstroms, die mit der Fließgeschwindigkeit zusammenhängt. Ferner
offenbart das Dokument, daß die
Querschnittsfläche
eines Kanals, die anhand der Änderung
der Höhe
von einem bestimmten Punkt ausgehend berechnet wird, für die Berechnung
des Schlackenstromvolumens verwendet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Probleme, deren Lösung die vorliegende Erfindung
beabsichtigt, sind, daß das
Verfahren der direkten Messung der Flußrate von von dem Ofen ausgetretener
geschmolzener Schlacke hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Stabilität dürftig ist
und eine Zeitverzögerung
beinhaltet und daß es
in der Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungsvorrichtung für die Herstellung
der naßgranulierten
Schlacke aus solcher geschmolzenen Schlacke nicht möglich ist, die
für den
Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungsprozeß erforderliche
richtige Wasserspritzrate sicherzustellen. Ferner ist es bei dem
Wirbelschmelzofen schwierig, die Austrittsflußrate geschmolzener Schlacke
zu steuern.
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Die Erfindung löst die obenerwähnten Probleme
mittels einer Vorrichtung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
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Bei der Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungsvorrichtung
und granulierte Schlackenentwässerungsvorrichtung
wird die Wasserflußrate
gesteuert und die Austrittsrate der geschmolzenen Schlacke in den
Wirbelschmelzofen anhand der berechneten Flußrate der geschmolzenen Schlacke
gesteuert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Konfiguration einer Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von geschmolzener Schlacke gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2A zeigt
ein Beispiel eines von einer Bildaufnahmevorrichtung der Meßvorrichtung
für die Flußrate von
geschmolzener Schlacke aufgenommenen Bildes,
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2B zeigt
einen Positionsbezug zwischen der Bildaufnahmevorrichtung und einem
Schlackenkanal,
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3 zeigt
eine Konfiguration einer Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungs-
und granulierte Schlackenentwässerungsvorrichtung,
die die Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von geschmolzener Schlacke verwendet,
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4 zeigt
eine Konfiguration eines Wirbelschmelzofens, der die Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von geschmolzener Schlacke verwendet,
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5 zeigt
ein Beispiel eines Bildverarbeitungs-Bildschirms bei dem Wirbelschmelzofen
und
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6 zeigt
Messungen eines Bildprozeß-Ausgangssignals
D und eines Fördermittelskala-Ausgangssignals
A.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnung erläutert. 1 zeigt eine Gesamtansicht der
Konfiguration einer Meßvorrichtung
E für die Flußrate einer
Schmelze. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Meßvorrichtung
E für die
Flußrate
einer Schmelze auf einen Hochtemperaturofen angewandt. Eine Videokamera 1,
die in einem wärebeständigen/staubgeschützten Kameragehäuse untergebracht
ist, ist schräg
oberhalb eines Schlackenkanals 8 angebracht, durch den
die Schmelze 18 des Hochtemperaturofens ausfließt. Die
Videokamera 1 ist so orientiert, daß die Richtung der Bildaufnahme
zur Fließrichtung
der Schmelze 18 in dem Schlackenkanal 8 senkrecht
ist. Ein von der Videokamera 1 aufgenommenes Videosignal
der Schmelze 18 wird an einen Umsetzer (Signalfrequenzwandler) geschickt.
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Ein Umsetzergehäuse nimmt eine Bildverarbeitungseinheit 2 zur
Verarbeitung eines eingegebenen Videosignals, eine Anzeigevorrichtung
3 zur
Anzeige eines eingegebenen Roh-Videosignals oder eines weiter unten
beschriebenen verarbeiteten Videosignals und eine Eingangsauswahlvorrichtung 4 zur Wahl
der Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 2 oder
durch die Anzeigevorrichtung 3 auf. Die Videokamera 1 und
das Umsetzergehäuse
sind beispielsweise am Ort der Hochtemperatureinrichtung angebracht.
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In einem von der Anlage entfernten
Operationsraum sind eine Ablaufsteuerung 5, die ein Ausgangssignal
von der Bildverarbeitungseinheit 2 empfängt und eine Operationsfolge
sowie ein Operationsausgangssignal zur Übertragung des verarbeiteten Signals
an andere Geräte
oder Einrichtungen oder zur weiteren Verarbeitung des Signals erzeugt,
und eine Programmladeeinrichtung 6 für die Operationsprogrammierung
der Ablaufsteuerung 5 angeordnet. Der Umsetzer und die
Ablaufsteuerung 5 werden durch eine geeignete Stromquelle
gespeist.
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In den 2A und 2B werden die Prinzipien der
Verarbeitung des Videosignals der von der Videokamera 1 aufgenommenen
Schmelze 18 erläutert. 2A zeigt ein von der Videokamera 1 aufgenommenes
Bild der Schmelze 18 und des Kanals 8, während 2B einen Positionsbezug
des Schlackenkanals 8 und der Videokamera 1 zeigt.
Wie aus 2B ersichtlich
ist, ist die Videokamera 1 in der vorliegenden Ausführungsform
in einer Position schräg
oberhalb des Schlackenkanals 8, durch den die Schmelze ausfließt, angeordnet,
derart, daß die
gesamte Breite der Schmelze 18 und wenigstens ein Abschnitt
des Schlackenkanals 8 in den Bildaufnahmebereich fallen.
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Von dem durch die Videokamera 1 aufgenommenen
Bildsignal erscheint der Bereich der Schmelze 18, der Hochtemperatur
besitzt und eine starke Helligkeit aufweist, hell, während der
Bereich des Schlackenkanals 8, der eine relativ niedrige
Temperatur besitzt und eine geringe Helligkeit aufweist, dunkel
erscheint. Wenn sich die Flußrate
der in den Schlackenkanal 8 fließenden Schmelze 18 ändert, ändert sich
der Fließpegel
der Schmelze 18 in dem Schlackenkanal 8, wobei
sich der von der Schmelze 18 bedeckte Bereich der Seitenwände des
Schlackenkanals 8 ebenfalls ändert. Die Änderung des Seitenwandbereichs
erscheint in dem Videosignal, wie in den 2A und 2B gezeigt
ist, als relativer Wechsel zwischen Hell/Dunkel-Flächen unterschiedlicher
Helligkeit.
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Durch Festlegen eines experimentell
bestimmten Helligkeitsunterscheidungswertes für die die Schmelze 18 und
den Schlackenkanal 8 in der Bildverarbeitungseinheit 2 und
das Durchführen
der Bildverarbeitung anhand des festgelegten Wertes erscheint die Änderung
der Flußrate
der durch den Schlackenkanal 8 fließenden Schmelze 18 als Änderung
des Bereichs starker Helligkeit. Wenn dementsprechend in der Bildverarbeitungseinheit 2 die
wirklich gemessene Querschnittsfläche des Schlackenkanals 8 und
der experimentell bestimmte Flächenänderungsparameter
des Bereichs starker Helligkeit in ein Verhältnis zur Änderung der Flußrate der Schmelze 18 gesetzt
wird, kann die Flußrate
der Schmelze 18 durch Helligkeitsverarbeitung des von der
Videokamera 1 aufgenommenen Videosignals berechnet werden.
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Dementsprechend kann in der Bildverarbeitungseinheit 2 ein
Programm eingesetzt werden, das aus einer Flußrate im stabilen Zustand (Bereich
starker Helligkeit) einen Einstellwert berechnet und ein Signal
ausgibt, wenn der Bereich starker Helligkeit (Flußrate der
Schmelze 18) die vorbestimmte Flußrate überschreitet. Das Signal, das
die Flußrate
der Schmelze 18 angibt, oder das Signal, das angibt, daß die Flußrate der
Schmelze 18 den vorbestimmten Level überschritten hat, und das von
der Bildverarbeitungseinheit 2 erzeugt worden ist, wird
zu der Ablaufsteuerung 5 geschickt, die es in das Operationsausgangssignal
für andere
Geräte
oder Einrichtungen umsetzt.
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Bei der Verwendung der Meßvorrichtung
für die
Flußrate
einer Schmelze ist die Videokamera 1 schräg oberhalb
des Schlackenkanals 8 in der Anlage angebracht, wobei die
Position und der Zoom der Videokamera eingestellt werden, während das
Bild auf der Anzeigevorrichtung 3 in der Weise überwacht wird,
daß das
Videosignal des Schlackenkanals 8 und der Schmelze 18,
wie in 2A gezeigt ist,
erscheint, wobei die Unterscheidungshelligkeit durch die Eingangsauswahlvorrichtung 4 eingestellt
wird und die Flußratenberechnungsformel
durch das Hell/Dunkel-Flächenverhältnis und
die Parameter in der Bildverarbeitungseinheit 2 eingestellt
werden. Ferner wird in der Ablaufsteuerung 5 mit Hilfe
der Programmladeeinrichtung anhand des Ausgangssignals der Bildverarbeitungseinheit 2 das
Steuerausgangssignal oder das Format des Operationssignals eingestellt.
Dieser Initialisierungsprozeß kann
dem zu messenden Objekt und dem zu steuernden Ziel entsprechend
geeignet durchgeführt
werden, wie weiter unten beschrieben wird.
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Nun wird eine Ausführungsform,
in der die Meßvorrichtung
für die
Flußrate
einer Schmelze auf eine in 3 gezeigte
Geschmolzene-Schlacke-Naßgranulierungs-
und granulierte Schlackenentwässerungsvorrichtung
angewandt wird, erläutert.
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In 3 wird
die aus einem Hochtemperaturofen 7 fließende Schmelze 18 durch
den Schlackenkanal 8 in einen Blaskasten 9, in
dem mit einem konstanten Druck Spritzwasser aufgebracht wird, transportiert
und danach durch ein Entwässerungsmittel 10 entwässert und
durch eine Auswurffördereinrichtung 11 als
naßgranulierte
Schlacke entladen. Das durch das Entwässerungsmittel 10 getrennte Wasser
wird in einem Entwässerungswasserbad 13 gesammelt,
durch eine Umwälzpumpe 14 unter Druck
gesetzt, über
einen Kühlturm 15 abgekühlt und durch
eine von einem Pumpenregler 17 gesteuerte Wasserförderpumpe
zur Wiederverwendung durch den Blaskasten 9 als Spritzwasser
abgeführt.
Bei der vorliegenden Geschmolzene-Schlacke-Granulierungs- und granulierte
Schlackenentwässerungsvorrichtung
wird die Meßvorrichtung
für die
Flußrate
einer Schmelze so eingestellt, daß dann, wenn die Flußrate der
Schmelze 18 plötzlich über einen
vorbestimmten Level ansteigt, ein Signal *D ausgegeben wird, das
angibt, daß die
Naßgranulierte-Schlacke-Flußrate überschritten
worden ist.
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Die in den 1, 2A und 2B gezeigte Meßvorrichtung
für die
Flußrate
einer Schmelze ist in dem Schlackenkanal 8 der Geschmolzene-Schlacke-Granulierungs-
und granulierte Schlackenentwässerungsvorrichtung
angeordnet. In der vorliegenden Anordnung wird unter Verwendung
der Geschmolzene-Schlacke-Granulierungs- und granulierte Schlackenentwässerungsvorrichtung
ein normaler Betrieb durchgeführt.
Die Anzahl von betriebenen Wasserförderpumpen wird nämlich entsprechend
dem Naßgranulierte-Schlacke-Erzeugungsmenge-(WIQ)-Signal *A,
das Änderungen
der Entwässerungsmenge,
der Wassertemperatur und der Last, wenn die zufließende Schmelze
zunimmt, angibt, dem Enwässerungsflüssigkeitsbadtemperatur-(TI)-Signal *B und der Leistungsbelastung
*C des Naßgranulierte-Schlacke-Entwässerungsmittels
gesteuert, um die Granulierungs flußrate optimal zu steuern.
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Wenn die Flußrate der Schmelze 18 von
dem Hochtemperaturofen 8 plötzlich zunimmt, wird die Meßvorrichtung
für die
Flußrate
einer Schmelze betrieben und unterbricht das Signal *D, das angibt,
daß der
Einstellwert der Schmelze 18 überschritten worden ist, das
in den Pumpenregler 17 eingegebene Granulierungswasser-Flußrate-Steuersignal. Wenn der
Pumpenregler 17 das Signal *D empfängt, veranlaßt er, daß die Reservepumpe
ihren Betrieb startet, um die Granulierungswasser-Flußrate auf
den vorbestimmten Wert zu erhöhen.
In dieser Weise wird eine Vorwärtsregelung
angewandt, so daß eine
sichere und sparsame Steuerung ohne Zeitverzögerung erreicht wird. Wenn
das Signal *D nicht für
eine vorbestimmte Zeit eingegeben wird, d. h., wenn die Flußrate der
Schmelze in den stabilen Zustand zurückkehrt, wird der herkömmliche
Wasserförderpumenbetrieb wieder
aufgenommen.
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In den 4 und 5 wird eine Ausführungsform,
in der die Meßvorrichtung
E für die
Flußrate
von geschmolzener Schlacke der vorliegenden Erfindung auf einen
Wirbelschmelzofen angewandt wird, erläutert. Der Schmelzofen umfaßt einen
Werfer 19, einen Brenner 20, einen Schmelzofen 21 und
einen Kühler 22.
An einer Stelle ist ein Überwachungsfenster 24 ausgebildet,
das die Beobachtung des unteren flüssigen Abschnitts beim Austreten
der geschmolzenen Schlacke aus dem Schmelzofen ermöglicht,
wobei die Videokamera 1 der Meßvorrichtung E für die Flußrate von
geschmolzener Schlacke an der Bildaufnahmestelle positioniert ist.
In dem von der Videokamera 1 aufgenommenen Bild erscheint
die abwärts
fließende
geschmolzene Schlacke 23, wie sie vom Auslaß des Schmelzofens 21 her
gesehen wird, als Bereich starker Helligkeit, während der Hintergrund als Bereich
schwacher Helligkeit erscheint, wie in 5 gezeigt ist. Die Bildverarbeitungseinheit 2 mißt den Helligkeitsbereich
der in 5 gezeigten streifenähnlichen
Unterscheidungszone F, die von der Eingangsauswahlvorrichtung 2 voreingestellt wird,
um die Flußrate
der geschmolzenen Schlacke 23 zu berechnen. Die sich ergebende
Flußrate
der geschmolzenen Schlacke 23 wird zum Werfer 26 zurückgeführt, um
die Materialeingaberate so zu steuern, daß die Ausflußrate der
geschmolzenen Schlacke korrekt gesteuert wird. Die Unterscheidungszone F
wird durch die Eingangsauswahlvorrichtung 4 in der Bildverarbeitungseinheit 2 eingestellt,
während die
Anzeigevorrichtung 3 beobachtet wird, falls die Meßvorrichtung
E für die
Flußrate
von Schmelze installiert ist.
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6 zeigt
Messungen eines (durch eine durchgezogene Linie gezeigten) Bildprozeß-Ausgangssignals
D bei dem Ofen, an dem die Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von Schmelze in der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung installiert ist, und eines (durch eine
unterbrochene Linie gezeigten) Fördermittelskala-Ausgangssignals
A. Aus den Messungen geht hervor, daß die berechneten Daten bei
einer Verzögerungszeit
für das
Bildausgangssignal D, die der Bahnverzögerungszeit, bis die Schmelze
die stromabwärts
befindliche Auswurffördereinrichtung
erreicht, entspricht, im wesentlichen mit den Meßdaten übereinstimmen und daß die Flußrate der Schmelze
durch die Bildverarbeitung für
den Schlackenkanal 8 vor der Messung an der Fördermittelskala
erfaßt
werden kann und die genaue Steuerung der Wasserflußrate in
Echtzeit erreicht wird.
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Mit der Meßvorrichtung für die Flußrate von Schmelze
der obenbeschriebenen Ausführungsform ist
eine hochzuverlässige
und haltbare Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von Schmelze erreicht worden, da das Bild des Flusses der Schmelze
in der zu diesem senkrechten Richtung aufgenommen wird und die Flußrate der
Schmelze über
die Unterscheidung der Helligkeit des Bildsignals berechnet wird.
In der Geschmolzene-Schlacke-Granulierungs- und granulierte Schlackenentwässerungsvirrichtung,
die die vorliegende Meßvorrichtung
für die
Flußrate
von Schmelze verwendet, wird die Wasserflußrate anhand der Zuflußrate der
Schmelze so gesteuert, daß keine
Zeitverzögerung
eingeht und der Steuerprozeß schnell
auf eine plötzliche Änderung
der Flußrate
der Schmelze reagiert, wodurch die Qualität des Produkts erhalten bleibt.
Ferner wird bei der Steuerung der Flußrate der geschmolzenen Schlacke
in dem Wirbelschmelzofen eine genaue Steuerung der Flußrate erreicht.