DD142383A5 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des kohlenstoffpegels eines gasgemisches - Google Patents

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DD142383A5 DD79211659A DD21165979A DD142383A5 DD 142383 A5 DD142383 A5 DD 142383A5 DD 79211659 A DD79211659 A DD 79211659A DD 21165979 A DD21165979 A DD 21165979A DD 142383 A5 DD142383 A5 DD 142383A5
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Werner Goehring
Cornelius H Luiten
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Ipsen Ind Int Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kohlenstoffpegels eines in einem Wärmebehandlungsofen reagierenden Gasgemisches, das durch Einführen eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes in einen Ofenraum entsteht, dessen Reaktionsprodukte sich nicht im Wassergasgleichgewicht und nicht im

Description

-A-
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Kohlenstoffpegels eines Gasgemisches
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kohlenstoffpegels eines in einem Wärmebehandlungsofen reagierenden Gasgemisches, das durch Einführen eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes in einen Ofenraum entsteht, dessen Reaktionsprodukte sich nicht im Wassergasgleichgewicht und nicht im Methangasgleichgewicht befinden und das einen Überschuß an Methan aufweist« Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens»
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Unter den bekannten Aufkohlungs-Verfahren gewinnt die Gasaufkohlung sowie das !Carbonitrieren und Blankhärten in gleichartigen Ofenatmosphären zunehmende Bedeutung,, Die Verfahren werden in Wärmebehandlungsöfen geschlossener Bauweise durchgeführt, die es gestatten, eine kontrollierte Atmosphäre bei einer bestimmten Reaktionstemperatur einzustellen und aufrechtzuerhalten« Die wesentliche Problematik des Gasaufkohlungsverfahrens besteht darin, die Übertragung des Kohlenstoffs von der Gasatmosphäre auf den Werkstoff Stahl geregelt durchzuführen, um reproduzierbare Aufkohlungsergebnisse an Werkstücken verschiedenen Grundkohlenstoffgehalts, verschiedener Legierung sowie verschiedener Formgebung zu erzielen.
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Es ist bekannt, zur Ausbildung einer OfenatraoSphäre ein Brennstoff-Luft-Gemisch in den Ofenraum einzuführen, welches sich nicht im Gleichgewichtszustand befindet« Durch entsprechende Mischung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes und Luft kann man wirksame Kohlungsgase herstellen. Aufgrund der Tatsache, daß sich diese im Ofenraum nicht im Wassergasgleichgewicht und nicht im Methangasgleichgewicht' befinden, ist es nachteiligerweise schwierig, den Kohlenstoffpegel zu erfassen und zu regeln· Es ist vei*sucht worden, eine direkte Erfassung des Kohlenstoffpegels mit Hilfe von in den Ofenraum gehängten Folien- oder Drahtproben durchzuführen, die nach einer Behandlungszeit von etwa 30 Minuten aus dem Ofen genommen und sodann auf ihren Kohlenstoffgehalt untersucht werden· Die Kohlenstoffaufnähme der Proben kann auf diese Weise diskontinuierlich festgestellt werden. Eine automatische Prozeßkontrolle ist nicht möglich.
Aufgrund der beschriebenen Nachteile wurde dieses seit Jahrzehnten bekannte einfache Verfahren zur Herstellung einer Aufkohlungsatmosphäre durch die Anwendung von Schutzgaserzeugern verdrängt, welche die Herstellung einer im chemischen Gleichgewicht befindlichen Ofenatmosphäre ermöglichen, deren Kohlenstoffpegel automatisch regelbar ist, indem indirekte Verfahren zur Prozeßkontrolle angewandt werden* Dabei wird die Zusammensetzung der Gasphase als Indikator für den Kohlenstoffpegel zugrunde gelegt. Basis hierfür ist allerdings das Vorhandensein eines chemischen Gleichgewichts der Ofenatmosphäre, um unter Anwendung der bekannten chemischen .Gleichgewichtsbeziehungen temperaturabhängige Kenngrößen zu erhalten, die der Prozeßkontrolle zugrunde gelegt werden können. Hierbei ist es bekannt, die Werte für Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und Wasser aus der Ofenatmosphäre heraus laufend zu übermitteln und zu überwachen und auf der
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Basis dieser Regelgrößen Rückschlüsse auf den Kohlenstoffpegel zu ziehen.
Nachteilig ist dabei, daß Generatoren für die Erzeugung der verwendbaren, im chemischen Gleichgewicht befindlichen Gas-" gemische verwendet werden mussen0 Nachteilig ist darüber hinaus, daß sich der Gleichgewichtszustand im Ofenbetrieb nicht aufrechterhalten läßt, da es zur Erhöhung des Kohlenstoffangebots notwendig ist, zusätzlich zu dem Gleichgewichtsgas einen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff in den Ofenraum einzuführen. Das dann im Ofenraum reagierende Gasgemisch erreicht das Wassergasgleichgewicht nur unzureichend und weist in jedem Fall einen Überschuß an Methan auf« In dem Augenblick, da im Ofen die aufkohlende Atmosphäre mit ausreichendem Kohlenstoffangebot bereitgestellt ist, ist der Gleichgewichtszustand, der für die bekannte Regelung notwendig ist, nicht mehr vorhanden. Der Reaktionsgrad des Gasgemisches im Ofenraum hängt von vielen variablen Paktoren ab, wie Ofentemperatur, Ofenraumgröße und Verweildauer des Gemisches, Gasumwälzung, katalytische Wirkung oder Rußbildung im Ofenraum, Art des Brennstoffes bzw. des vorhandenen Sauerstoffes, usw. Unter praktischen Bedingungen ist bestenfalls mit einer Annäherung an das Wassergasgleichgewicht zu rechnene Ein erheblicher Überschuß von nicht reagiertem Kohlenwasserstoff verbleibt auf jeden PaIl0 Damit kann der Kohlenstoffpegel des reagierenden Gasgemisches nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durch die übliche Messung des CO2- oder H2O-Anteils der Ofenatmosphäre ermittelt werden» .
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art vorzuschlagen, um eine einfach durchführbare
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automatische Regelung der OfenatmoSphäre zu erreichen»
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des KohlenstoffpegeIs eines Gasgemisches zu entwickeln, die es ermöglichen, eine kontinuierliche Meß- und Regelgröße für den Kohlenstoffpegel einer Brennstoff-Luftgemisch-Ofenatmosphäre zu finden, die nicht das Vorhandensein eines chemischen Gleichgewichtes voraussetzt. Insbesondere soll unter Benutzung von indirekten Meßgrößen der Ofenatmosphäre eine automatische Regelung des KohlenstoffpegeIs auch bei starkem CH»-Überschuß der Ofenatmosphäre durchführbar sein·
Die Aufgabe ist an einem Verfahren der vorgenannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regelgröße aus dem Anteil der im Ofenraum vorhandenen Gaskomponente CO als erster Meßgröße, der elektrischen Spannung eines sauerstoffionenleitenden Pestkörper-Elektrolyten als zweiter Meßgröße und der Ofentemperatür als dritter Meßgröße ermittelt wird· Anders als nach dem Stand der Technik, bei dem der Kohlenstoffpegel einer Ofenatmosphäre nur bei chemischem Gleichge-
oCO wicht anhand einer Punktion ~qq- ermittelt werden kann, wird nach der Erfindung der Kohlenstoffpegel eines nicht im Gleichgewicht befindlichen reagierenden Gasgemisches festgestellt, indem zusätzlich zu der Messung des CO-Mengenanteils als Meßgröße die elektrische Spannung eines sauerstoffionenleitenden Pestkörper-Elektrolyten einbezogen wird, welche die noch in der Ofenatmosphäre vorhandene freie Reaktionsenthalpie repräsentiertt
Bekanntlieh.gibt die elektrische Spannung eines säuerstoffionenleitenden Pestkörper-Elektrolyten im Gleichgewichtszu-
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55 217/13 ·
stand den Anteil sauerstoffhaltiger Gase im Gasgemisch an« Es wurde erkannt, daß im reagierenden Zustand die Spannung zusätzlich noch die zur erreichbaren Gleichgewichtseinstellung notwendige freie"Reaktionsenthalpie erfaßt. Die freie Reaktionsenthalpie Δ G ist eine Funktion des Produktes der Faraday-Konstanten F mit dem Elektrodenpotential E, Sie beträgt . .
Rt Γ 7
Δ G = -4T (In pCO Meßwert - In pCO Gleiohgewichtswert) LraVJ
Pig. 1 erläutert den Zusammenhang: Auf der Ordinate ist die Spannung E des Festkörper-Elektrolyten dargestellt. Die Meßwerte setzen sich zusammen aus einem Spannungsanteil für den Gleichgewichtszustand und einem Spannungsanteil für die freie Reaktionsenthalpie ^ G0 Auf der Abszisse sind die CO-Werte' dargestellte Die senkrechte Linie in der Mitte über dem CO-Gleichgewichtswert kennzeichnet den Gleichgewichtszustand. Links davon sind die Gleichgewichtsabweichungen zu kleineren CO-Meßwerten hin und rechts davon zu größeren CO-Meßwerten hin verzeichnet» Der vorgenannte feste Zusammenhang zwischen der freien Reaktionsenthalpie, dem gemessenen GO-Wert und dem CO-Gleichgewichtswert gestattet unter Zugrundelegung der erfindungsgemäß anzuwendenden Meßgrößen eine Umrechnung auf Gleichgewichtsv/erteο Die Ermittlung des Kohlenstoffpegels anhand der Gleichgewichtswerte als solche ist bekannt ·
Zweckmäßigerweise wird das' Verfahren der Erfindung derart durchgeführt 5 daß die drei Meßgrößen der Ofenatmosphäre gemessen werden, einem Rechner zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels .aus den drei Meßgrößen eingespeist werden und hiervon abhängig der Mengenstron des in den Öfenraum eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft verändert wird, bis Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert
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hergestellt ist, wozu dem Ofenraum ausschließlich Mengenströme von Brenngas und/oder Luft zugeführt werden« Hierdurch kann in einfacher Weise der Kohlenstoffpegel und damit die Geschwindigkeit der Aufkohlung, die Schichtdicke sowie die KohlenstoffVerteilung in der Randschicht automatisch geregelt werdeno Durch den ständigen Vergleich der Meßgrößen über den Rechner mit dem vorgegebenen'Sollwert des Kohlenstoffpegels wird über die Veränderung der Mengenströme eine ausgezeichnete Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Einstellung des Kohlenstoffpegels erzielt« Die vorherige Aufbereitung der Ofenatmosphäre in separaten Schutzgaserzeugern wird vermiedene
Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung des CO-Gehalts der Ofenatmosphäre, eine zweite Meßeinrichtung aus einem im Ofenraum angeordneten Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxidbasis, durch eine Temperatur-Meßeinrichtung sowie einen Rechner zur .Ermittlung des Kohlenstoffpegels aus den drei Meßgrößen, über den ein Stellglied gesteuert ist, das den Mengenstrom, des in den Ofenraum eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft bis zur Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert automatisch veränderte
Die Meßeinrichtung zur Messung des CO-Mengenanteils der Ofenatmosphäre ist ein Infrarot-Analysator. Die Meßeinrichtung besteht aus einem Pestkörper-Elektrolyten auf ZirkonoxidbasiSj dessen Außenelektrode mit der Ofenatmosphäre und dessen Innenelektrode mit Luft in Berührung steht ο Die mit der Ofenatmosphäre in Verbindung stehende Außenelektrode an der Berührungsstelle zum Elektrolyten besteht aus einem elektrisch leitenden Element, das auf den
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Zerfall von Methan nicht katalytisch wirkt. Die Außenelektrode an der Berührungsstelle zum Festkörper-Elektrolyten besteht aus einem elektrisch leitenden Stoff, der mindestens 80 Gewichtsprozent eines Elements enthält, bei dem die d-Niveaus der besetzten Elektronenschalen vollständig mit 10 Elektronen besetzt sind.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben· In der Zeichnung zeigen:
Figo 1: ein schematisches Diagramm, welches die Abhängigkeit der Spannung eines Festkörper-Elektrolyten von nicht im Gleichgewichtszustand befindlichen Ofenatmosphären verdeutlicht;
Fig. 2: die Zusammensetzung einer geregelten Ofenatmosphäre bei unterschiedlichem Reaktionsgrad;
Fig. 3: die Auswertung von Meßwerten bei sich veränderndem Reaktionsgrad;
Fig« 4; eine Regelvorrichtung schematisch und
Fig* 5: eine Sauerstoffsonde im Schnitt einer Ofenwandung«.
Beispiel 1.
Das erste Beispiel bezieht sich auf eine Ofenatmosphäre, die aus einem Verbrennungsgasgemisch besteht, das hohe COp- und HpO-Anteile aufweist und dessen Kolilenstoffpegel erheblich zu niedrig ist« Eine derartige Ofenatmosphäre kann durch Eindringen von Luft in den Ofenraum oder während eines Spülvorganges entstehen· Die Ofenatmosphäre soll durch Zugabe von Erdgas auf einen Kohlenstoffpegel von 0,62 % C gebracht v/erden
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und befindet sich dann nicht im Zustand des chemischen Gleichgewichtsβ Es ergeben sich folgende Meßwerte der Ofenatmosphäre während der geregelten Zugabe von Erdgas:
Ofenraumtemperatur 930 0C
Spannung am Festkörper-Elektrolyten 1138 mV
CO-Volumenanteil . 14,5 %'
C02-Volumenanteil 0,59 %
H2O-Volumenanteil 1,7 %
CH4-Volumenanteil 20,5 %
H2-Volumenanteil 25,0 %
U2-Volumenanteil . ' Rest
In Pig. 2 ist die Zusammensetzung der geregelten Ofenatmosphäre bei unterschiedlichem Reaktionsgrad dargestellt, wie er bei langer andauerndem Ofenbetrieb auftreten kann« Auf der Ordinate sind die Gasvolumenanteile der Ofenatmosphäre und die Spannung am Pestkörper-Elektrolyten (Referenzgas Luft) verzeichnete Die Abszisse stellt den reagierenden Anteil gebundenen Sauerstoffs dar« Als Null-Punkt, des reagierenden Sauerstoffanteils seien vorgenannte Meßwerte angenommen» Bei längerer Verweilzeit des Gasgemisches im Ofenraum oder unter dem Einfluß einer katalytischen Wirkung" steigt der Reaktionsgrad, gekennzeichnet durch den reagierenden Sauerstoffanteil. Der Sauerstoff wird von CO2 und HpO abgegeben und reagiert mit überschüssigem CH, zu-CO. Die Zunahme des CO-Anteils entspricht zahlenmäßig dem reagierenden Anteil gebundenen Sauerstoff-.
In Pig. 3 ist die Auswertung der Meßwerte bei sich veränderndem Reaktionsgrad dargestellt. Auf der Ordinate ist der Kohlenstoff pegel verzeichnet, auf der Abszisse der gleiche reagierende Anteil gebundenen Sauerstoffs wie in Pig. 2*
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Die Kurve zeigt den ermittelten Kohlenstoffpegel aus den CO- und COp-Anteilen,, Die gerade Linie zeigt den Verlauf des Kohlenstoffpegels bei der erfindungsgemäßen Ermittlung aus dem CO-Anteil und der Spannung eines sauerstoffionenleitenden Pestkörper-Elektrolyten bei der angegebenen Temperatur« Der Vergleich zeigt deutlich die fehlerhafte Ermittlung auf Grund der CO/GOp-Mengenanteile gemäß Stand der Technik und die Unabhängigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Gleichgev/icht seinst ellung ο
Die Auswertung der Meßwerte der Ofenatmosphäre ergibt folgende Kohlenstoffpegel:
nach dem bekannten Verfahren unter Benutzung
der gemessenen CO- und COp-Anteile 0,12 % C
erfindungsgemäß unter Benutzung des gemessenen CO-Anteils und der Spannung des Pestkörper-Elektrolyten 0,615 % C
vergleichsweise unter Benutzung des gemessenen COp-Anteils und der Spannung des Pestkörper-Elektrolyten 1,98 % C
Eine. Überprüfung dieser Werte anhand der Polienprobe ergab einen Kohlenstoffpegel von 0,62 % C. Das Ergebnis läßt klar erkennen« daß das erfindungsgemäße Verfahren trotz erheblicher Abweichungen der Ofenatmosphäre vom V/assergasgleichgewicht und vom Methangleichgewicht und sich veränderndem Reaktionsgrad eine genaue Ermittlung des Kohlenstoffpegels gestatteto Bei dem tatsächlichen Kohlenstoffpegel dürfte nach dem Wassergasgleichgewicht bei einem CO-Anteil von 14,5 % der CGg-Anteil nur O31I % betragen« Der dem Gleichgewicht entsprechende Methan-Anteil beträgt bei 930 C
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Ofentemperatur O,0065 % CH.· Der tatsächlich, vorhandene CH^,-Anteil übersteigt diesen Wert -um das über 3150-fache*
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden dem Ofenraum ausschließlich Mengenströme von Brennstoff und Luft zugeführt. Der Vorteil liegt darin, daß zur Herstellung der Ofenatmosphäre weder ein Schutzgaserzeuger zur Aufbereitung eines Brennstoff-Luftgemisches noch Stickstoff aus einem Vorratsbehälter erforderlich ist. Neben diesen Einsparungen an apparativem Aufwand und Energie kann die Verbrennungswärme des Brennstoff-Luftgemisches im Ofenraum genutzt werden.
Nachfolgend beschriebenes zweites Beispiel bezieht sich auf diese bevorzugte Ausführungsform.
Beispiel 2«
In einem Ofenraum mit einem Volumen von ca. 1 m werden
= 2,0 m Erdgas und
= 2,5 m-5 Luft eingeführt.
bei 850 0C Mengenströme von V = 2,0 m Erdgas und
Das im Ofenraum reagierende Gasgemisch ergibt folgende Meßwerte:
Spannung am Pestkörper-Elektrolyt 1133 mV
CO-Volumenanteil . 17,2 %
" ' 0,115 $5
11 43,5 %
" Rest.
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Die aus den Meßwerten ermittelten Kohlenstoffpegel betragen:
beim erfindungsgemäßen Verfahren:
CO + Elektrolyt 0,92 % C
vergleichweise: aus CO + CO2 ' 1,34 % C
aus CO2 + Elektrolyt ' 1,60 % C.
Der tatsächlich an mehreren'Folienproben ermittelten Kohlenstoffpegel beträgt durchschnittlich 0,925 % C,
Fig. 4 der Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, die an einen Ofen 1, der schematisch dargestellt ist, angeschlossen ist ο Der Ofen 1 weist eine geschlossene Arbeitskammer 2 auf, in der Temperaturen von 800 bis Ί«100 C eingestellt werden können« An die Arbeitskammer 2 ist eine erste Meßeinrichtung 3 angeschlossen, mit der Meßgas aus der Ofenatmosphäre abgezogen werden kann und einem CO-Analysator zugeführt werden kann, der den CO-Mengenanteil der Ofenatmosphäre nach dem Infrarot-Absorptionsprinzip ermittelt. An den Ofen ist ferner eine zweite Meßeinrichtung 4$ bestehend aus einem im Ofenraum 2 angeordneten Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxidbasis angeordnet, dessen Außenelektrode 11 mit der Ofenatmosphäre und dessen Innenelektrode 10 mit Luft in Berührung steht, wie Fig. 5 der Zeichnung näher verdeutlicht. Als Meßwert wird eine Spannung in mV erhalten»
An den Ofenraum 2 ist ferner eine dritte Meßeinrichtung 5 zur kontinuierlichen Ermittlung der Ofenraurntemperatur angeschlossen.
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Sämtliche drei Meßgrößen werden in einen Rechner 6 zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels eingespeist* Der Rechner ist ein seinem Anwendungszweck entsprechend programmierter elektronischer Baustein, der digital den Ist-Kohlenstoffpegel anzeigte Dies ist in der Zeichnung durch das Symbol %G ausgedrückt·
An den Rechner 6 ist ein in Abhängigkeit vom Kohlenstoffpegel gesteuertes Stellglied 7 angeschlossen, das den Mengenstrom des in den Ofenraum eingeführten Brenngases und/oder der Luft bis zur Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert verändert» In der Zeichnung ist die Leitungsführung für Luft sowie Propangas bzwo Erdgas schematisch dargestellte Die Zuführung erfolgt durch die Rohrleitung 8,
Im Prinzip besteht der Festkörper-Elektrolyt (zweite Meßeinrichtung 4) gemäß Pig. 5 der Zeichnung aus einer Wand 9 aus stabilisiertem Zirkonoxid« Eine Seite der Vifand 9 steht mit einem Referenzgas mit bekanntem Sauerstoffgehalt, im vorliegenden Pail Luft, in Berührung und ist mit einer Elektrode 10 leitend verbunden, die nachfolgend Innenelektrode genannt wird» Die andere Seite der Wand 9 steht mit einer Ofenatmosphäre im Ofenraum 2 in Berührung und ist mit einer anderen Elektrode leitend verbunden, die nachfolgend Außenelektrode 11 genannt wird. Die Elektroden 10 und 11 bestehen aus Platinmetallene Als Meßstelle gilt die gemeinsame Berührungsstelle 12 zwischen Elektrode, Zirkonoxid und Ofenatmosphäre bzwo Referenzluft ©
In der Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung ist die Außenelektrode 11. mindestens an der Berührungsstelle zum Elektrolyten aus einem elektrisch leitenden Element ausgeführt, welches auf einen CHL-Zerfall nicht katalytisch wirkt« Hiermit
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ist in vorteilhafter Weise erzielt, daß eine örtlich an der Meßstelle weitergehende Reaktion gebundenen Sauerstoffs als dem CO-Wert der Ofenatmosphäre entsprechen würde, unterbunden ist*
Die spezielle Ausführung der nicht katalytisch wirkenden Elektrode 11 an der Berührungsstelle zum Pestelektrolyten 9 besteht aus einem elektrisch leitenden Stoff, der mindestens 80 Gewichtsprozent eines Elements enthält, bei dem die d-Iüveaus der besetzten Elektronenschalen vollständig mit Elektronen besetzt sind. Derartige Elemente sind beispielsweise Kupfer, Silber, Gold oder Palladium· Mit einem solchen Pestkörper-Elektrolyten sind bei langer Lebensdauer sehr genaue Heßwerte erzielbar*
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sind neu, da sie erstmals eine genaue kontinuierliche Messung des Kohlenstoffpegels in nicht im Gleichgewichtszustand befindlichen Gasgemischen ermöglichen« Das Verfahren der Erfindung ist äußerst fortschrittlich, da es durch einfache Zumischung von Brennstoffen zu einem gebundenen oder freien Sauerstoff - vorzugsweise Luft - enthaltenden Gasgemisch in einem Ofenraum die Anhebung und Regelung des Kohlenstoffpegels gestattete Energieverbrauchende Einrichtungen zur Herstellung regelbarer, im Gleichgewichtszustand befindlicher Ofenatmosphären entfallen« Weiterhin können handelsübliche Brennstoffe ohne definierte Zusammensetzung verwendet werdeno . . ...

Claims (1)

  1. -H- 29.6.1979
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    Erfindungsanspruch
    1· Verfahren zur Regelung des Kohlenstoffpegels eines Gasgemisches, das nach dem Einführen eines kohlenwasserst off halt igen Brennstoffes in dem Ofenraum entsteht, des-. sen Reaktionsprodukte sich nicht im Wassergasgleichgewicht und nicht im Methangasgleichgewicht befinden und das einen Überschuß an Methan auf v/eist, gekennzeichnet dadurch, daß die Regelgröße aus dem Anteil der im Ofenraum vorhandenen, Gaskomponente CO als erster Meßgröße, der elektrischen Spannung eines sauerstoffionenleitenden Festkörper-Elektrolyten als zweiter Meßgröße und der Ofenraumtemperatur als dritter Meßgröße ermittelt wird*
    2β Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die drei Meßgrößen der Ofenatmosphäre gemessen werden, einem Rechner zur Ermittlung des Kohlenstoffpegels aus den drei Meßgrößen eingespeist werden und hiervon abhängig der Mengenstrom des in den Ofenraum eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft verändert v/ird, bis Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert hergestellt ist, wozu dem Ofenraum ausschließlich Mengenströme von Brenngas und Luft zugeführt werden«
    3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt und 2, gekennzeichnet durch eine erste Meßeinrichtung (3) zur kontinuierlichen Ermittlung des CO-Gehaltes der Ofenatmosphäre, eine zweite Meßeinrichtung (4) aus einem im Ofenraum (2) angeordneten Festkörper-Elektrolyten auf Zirkonoxidbasis, durch eine Temperatur-Meßeinrichtung (5) sowie einen Rechner (6) zur Ermittlung des Kohlenstoff- pegels aus den drei Meßgrößen, über den ein Stellglied
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    (7) gesteuert ist, das den Mengenstrom des in den Ofenraum (2) eingeführten Brennstoffes und/oder der Luft bis zur Übereinstimmung des gemessenen Kohlenstoffpegels mit dessen Sollwert automatisch verändert«
    4a Vorrichtung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Meßeinrichtung (3) zur Messung des CO-Mengenanteils der Ofenatmosphäre ein Infrarot-Analysator ist»
    5β Vorrichtung nach Punkt 3 und 4» gekennzeichnet dadurch, daß die Meßeinrichtung (4) aus einem Pestkörper-Elektrolyten auf Zirkoncxidbasis besteht·, dessen Außenelektrode (11) mit der Ofenatmosphäre und dessen Innenelektrode (10) mit Luft in Berührung steht©
    '6e Vorrichtung nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß die mit der Ofenatmosphäre in Verbindung stehende Außenelektrode (11) an der Berülirungss teile zum Elektrolyten aus einem elektrisch leitenden Element besteht, das auf den Zerfall von Methan nicht katalytisch wirkt·
    7· Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenelektrode (11) an der Berührungsstelle zum Pestkörper-Elektrolyten aus einem elektrisch leitenden Stoff besteht, der mindestens 80 Gewichtsprozent eines Elements enthält, bei dem die d-IJiveaus der besetzten Elektronenschalen vollständig mit 10 Elektronen besetzt sind«
    Hierzu i> Selten Zeichnungen
DD79211659A 1978-03-21 1979-03-19 Verfahren und vorrichtung zur regelung des kohlenstoffpegels eines gasgemisches DD142383A5 (de)

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