DE3302019A1

DE3302019A1 - Ascheschmelzsystem

Info

Publication number: DE3302019A1
Application number: DE19833302019
Authority: DE
Inventors: Ward S. Beton Harbor Mich. Kaler; Larry S. St. Joseph Mich. O'Brien
Original assignee: Leco Corp
Current assignee: Leco Corp
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1983-09-08
Also published as: GB2116315A; GB8305978D0; DE3302019C2; US4522787A; JPS58162849A; GB2116315B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Analysevorrichtungen und richtet sich insbesondere auf Analysevorrichtungen zur Bestimmung der Schmelzbarkeit von Kohle- und Koksasche.

Bevor Kohle oder Koks in einem Ofen verbrannt wird, muß der Brennstoff analysiert werden, um die Schmelzbarkeit der Kohle- oder Koksasche festzustellen. Das Verbrennen von Kohle oder Koks in einem üblichen Hüttenwerksofen, der zum Schmelzen der Asche ausreichend hohe Temperaturen erzeugt, führt dazu, daß sich die Asche auf verschiedenen Ofenbauteilen, insbesondere den Ofenrosten sammelt. Werden die Ansammlungen zu groß, dann muß der Ofen heruntergefahren, gekühlt und gereinigt werden, wodurch übermäßige Ofenruhezeiten entstehen.

Die ASTM-Norm-Prüfverfahren zur Feststellung der Schmelzbarkeit von Kohle- und Koksasche machen es erforderlich, die Asche in Dreieckspyramidenkegeln zu formen, die dann in einen Analyseofen eingesetzt werden. Die Temperatur innerhalb des Ofens wird dann mit 8⁰C (15°F) pro Minute hochgefahren und die Kegel werden zur Feststellung der Änderung ihrer Form beobachtet. Die Schmelzbarkeit der Asche wird zu vier Temperaturen festgestellt, nämlich (1) der Temperatur, bei der die Spitze des Kegels sich rundet, (2) die Temperatur, bei der die Höhe des deformierten Kegels gleich der Breite der Kegelbasis ist, (3) die Temperatur, bei der die Höhe des deformierten Kegels gleich der Hälfte der Breite der Basis ist und (4) die Temperatur, bei der der Kegel zu einem Batzen reduziert ist, dessen Höhe nicht größer als 1,6 mm (1/16 Zoll) ist. Dieses Prüfverfahren weist verschiedene wesentliche Nachteile auf. Zum einen ist das Verfahren zeitraubend und macht es erforderlich, daß ein Beobachter fortlaufend alle Kegel innerhalb des Ofens beobachtet, da alle Kegel durch alle vier Schmelzstufen hindurchgehen. Diese Aufgabe ist entmutigend und der Beobachter

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kann unaufmerksam werden, was zu ungenauen Temperaturablesungen führt. Außerdem ist die Feststellung der Form von fünf Kegeln (der typischen Ofenbeschickung) schwierig. Drittens unterliegen die empirischen Feststellungen etwas der Beurteilung der einzelnen menschlichen Beobachter, was zu weiteren Fehlern und Änderungen in den Testergebnissen führt. Das ASTM-Prüfverfahren berücksichtigt diese Probleme und gibt deshalb vergleichsweise große akzeptierbare Fehler für jede der vier Schmelzstufen von über 5O⁰C (oder 100⁰F).

Obwohl wenigstens zwei bekannte Vorrichtungen entwickelt worden sind, die das zeitraubende und mühselige Beobachten der Kegel mindern sollen, weisen auch diese Vorrichtungen noch Nachteile auf. Eine dieser Vorrichtungen wird als Zusatzeinheit für übliche öfen verkauft und enthält einen geschlossenen Kreis aus Kamera und Motor sowie einen angeschlossenen Videobandrecorder. Der Operator leitet den Test ein und aktiviert den Videobandrecorder, um die Analyseergebnisse aufzuzeichnen. Nachdem der Versuch beendet ist, kann der Operator das Band mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit zurücklaufen lassen, um die Schmelzbarkeitkriterien für jeden Kegel festzustellen. Jedoch unterliegt auch diese Einrichtung und das damit durchführbare Verfahren noch der Einzelbeurteilung des Operators bei der Auswertung der Kegelform. Darüber hinaus ist die Beobachtung des ganzen Videostreifbandes nach einem Test fast genauso mühselig und schwierig wie die Beobachtung während des Testes selbst.

Es ist ferner noch eine Vorrichtung auf dem Markt, die als Zusatzvorrichtung für übliche öfen gedacht ist und einen geschlossenen Kamerakreis und einen daran angeschlossenen Computer aufweist, der das Videobild auf der Kamera analysieren soll. Wie bei der oben beschriebenen Einheit haben jedoch die Videoröhren einen schlechten Wirkungsgrad unter der hohen lichtintensität der weißglühenden Kegel und des

weißglühenden Ofeninneren. Außerdem brennen die Videoröhren häufig infolge der in Betracht kommenden hohen Lichtintensitäten durch. Darüber hinaus sind der für die Analyse des Videobildes erforderliche Computer und die für die Durchführung dieses Analyseverfahrens erforderliche Software vergleichsweise kompliziert, da der Computer jeden der einzelnen Kegel unterscheiden und getrennt analysieren muß, wobei im allgemeinen fünf solcher Kegel im Ofen für ein einzelnes Videobild vorhanden sind.

Die aufgezeigten Probleme sollen durch die Erfindung gelöst werden. Im wesentlichen wird ein Aseheschmelzsystem vorgeschlagen, das einen Ofen mit einer Ofenkammer und mit einer innerhalb der Kammer sitzenden probeaufnehmenden Plattform aufweist. Der Analysator enthält ferner eine Zeilenabtastvorrichtung und Einrichtungen zum synchronen Abtasten der einzelnen Bilder der Kegelproben über das Zeilenabtastfeld. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Computerkreis an die Zeilenabtastvorrichtung angekoppelt, um von ihr die Daten abzunehmen, wenn die Konusbilder in Querrichtung abgetastet werden, und um die Konusforminformation aufgrund der Zeilenabtastungen zu berechnen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Zeilenabtastvorrichtung aus einem Feld von Festkörperelementen mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen Dioden bestehen, die in Zeilenanordnung vorliegen. Zusätzlich kann bei der bevorzugten Ausführungsform die Kegelbildabtast. vorrichtung Einrichtungen zum Drehen des Trägers aufweisen, um eine Bildbewegung zu erzeugen.

Da die Kegelbilder einzeln über ein Zeilenabtastfeld abgetastet werden, braucht der Computer nur einfach das Zeilenabtastfeld zu prüfen, wenn das Bild vorbeiläuft, um so rasch die Stromform eines Kegels durch stufenweise Integration

zu bestimmen. Dadurch wird die Computer-Hardware sehr stark reduziert und desgleichen die für diese Einrichtung der Formanalyse erforderliche Software. Weiter braucht der Operator das System lediglich anzuschalten und die Proben aufzugeben bzw. wegzunehmen. Damit kann der Operator ähnliche Analysatoren oder andere Einrichtungen im Laboratorium gleichzeitig mit bedienen. Ferner ist der Zwang zur kontinuierlichen visuellen Beobachtung der Kegel vermieden. Schließlich sind auch die Ungenauigkeiten, die durch die individuelle Beurteilung des Beobachters bei der Feststellung des Zustandes der Schmelzbarkeit erzeugt werden, beseitigt, weil sie durch Festkörpervorrichtungen und Computeranalyse durchgeführt werden.

Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform nach der Erfindung weist die Festkörperabbildungsvorrichtung auch unter intensiver Bestrahlung eine weit längere Lebensdauer auf als die bisher verwendeten Videokameras. Dadurch verbessert sich nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Systems, sondern es reduzieren sich auch die Aufwendungen für überwachung und Reparatur.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Asche-

schmelzsanalysators gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise abgebrochen gezeichnete

Draufsicht auf den Analysator;

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch den Ofen

und den Probenträger;

Fig. 4 eine Ansicht längs der Ebene IV-IV der

Fig. 3;

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Fig. 5 eine Seitenansicht der Trägertransportvorrichtung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Konstruktion nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Ofen und die optische Einrichtung;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Ebene VIII-VIII in Fig. 7 und das umgekehrte auf dem Zeilenabtastfeld entworfene Bild;

Fig. 9t eine Vorderansicht zur Wiedergabe des Zeilenabtastfeldes;

Fig. 10 eine auseinandergezogene Teilseitenansicht der Probenschale und des Probenträgers;

Fig. 11 eine Draufsicht im wesentlichen längs der Ebene XI-XI der Fig. 10;

Fig. 12 eine Seitenansicht zur Wiedergabe der Schmelzstufen eines als Beispiel gewählten Kegels; und in

Fig. 13 ein elektrisches Blockschaltbild zur Wiedergabe des Steuersystems des Analysators.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Ascheschmelzanalysator gemäß der Erfindung bezeichnet. Er enthält ein Gehäuse 12 und einen innerhalb des Gehäuses untergebrachten Ofen 14. Der Ofen weist eine Ofenkammer 15 (Fig. 3) mit einem Sichtfenster 17 auf. Ein Probenträger 16, eine den Träger 16 aufnehmende Trägertransportvorrichtung 18 und eine optische Einrichtung 20 sind innerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei die Einrichtung 20 mit dem Sichtfenster 17 ausgefluchtet ist. Die Transport-

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vorrichtung 18 transportiert den Träger 16 zwischen einer Analysestellung (Fig. 3), in der sich ein Probentrog 92 im Träger 16 innerhalb der Ofenkammer 15 befindet, und einer Beschickungsstation (Fig. 1), in der der Träger be- und entladen wird. In der Analysestellung wird der Träger 16 gedreht, um die darauf sitzenden Kegel 21 vor das Sichtfenster 17 zu bringen. Die optische Anordnung 20 weist nach Fig. 7 einen Spiegel 22 und eine Linse 24 auf, welche die Bilder der innerhalb der Kammer befindlichen Kegel 21 auf ein Zeilenabtastfeld 26 abbilden. Ein Computer 28 (Fig. 13) ist an das Zeilenabtastfeld 26 angekoppelt und prüft wiederholt das Zeilenabtastfeld, wenn die Kegelbilder abgetastet werden, um die für die vorhandene Form der Kegel geltenden Informationen zu verrechnen. Diese Konusforminformation wird dann zur Berechnung der Schmelzbarkeit analysiert.

Beim Analysator 10 (Fig. 1) erkennt man, daß das Gehäuse 12, der Ofen 14, der Träger 16 und die Trägertransportvorrichtung im wesentlichen der Konstruktion entsprechen, die in der parallel laufenden Anmeldung (MO7549) mit dem Titel "Analyseofen" beschrieben ist. Das Gehäuse 12 enthält ein Tastenfeld 30, das mit dem Computer 28 (Fig. 13) gekoppelt ist, um Steuerbefehle eingeben zu können. Zusätzlich weist das Gehäuse 12 einen Bildschirm 32 auf, der ebenfalls an den Computer 28 angeschlossen ist und die Information bezüglich der Temperatur innerhalb des Ofens 14 und der Form der darin befindlichen Kegel wiedergibt.

Der Ofen 14 ist nach Fig. 3 im allgemeinen zylindrisch und innerhalb des Gehäuses 12 gelagert. Die Seitenwand des Ofens 14 enthält einen Außenmantel 34, einen mittleren Mantel einen Innenmantel 38 und einen Heizelemententräger 40.

Die Mantel 34, 36 und 38 sind zylindrisch und weisen diametral gegenüberliegende, vorzugsweise zylindrische Sichtfenster 17 und 41 auf, die sich voll durch die Mantel erstrecken.

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Die Sichtfensterbohrungen sind durch ein einzelnes Kristallaluminiumoxid- oder Quarzfenster 17a bzw. 41a abgedeckt. Das Sichtfenster 41 ist durch eine Rauchglasfrontplatte 33 (Fig. 1) sichtbar, während das Sichtfenster im allgemeinen in Flucht mit einem optischen Detektor 20 steht. Der Ofen enthält einen Boden 42 und einen Herd 44, der auf diesem Boden sitzt. Boden 42 und Herd 44 begrenzen zusammen eine gestufte Öffnung 45, die den Träger 16 aufnimmt. Im Herd 44 ist eine Gasbohrung 47 angeordnet, durch die Gase in die Kammer 15 eingeführt werden können. Eine Dichtung 46, ein Deckel 48 und ein oberer Abschlußstopfen 50 bilden den oberen Teil des Ofens 14. Alle Ofenbestandteile sind so dimensioniert, daß sie eng ineinander passen und eine vergleichsweise dicht geschlossene Kammer 15 mit einem Volumen von annähernd drei Litern bilden. Eine Vielzahl von im allgemeinen U-förmigen Heizelementen 52 erstreckt sich zwischen dem Elemententräger 40 und der Dichtung 46 und nach innen in die Ofenkammer 15, so daß sie im allgemeinen parallel zur Ofenseitenwandung orientiert sind. Die Heizelemente 52 werden von einer Leistungsquelle 116 (Fig. 13) gespeist, die an den Computer 28 durch geeignete Interface-Kreise einschließlich eines Kreisblockes 28 nach Fig. 13 gekoppelt sind. Ein Deckenglied 54 und ein Abstandsglied 56 (vgl. auch Fig. 4) wirken zusammen und dichten die Heizelemente 52 im Ofen 14 ab.

Die Transportvorrichtung 18 (Fig. 5 und 6) enthält einen stangenlosen Zylinder 58, der durch einen Auf-/Ab-Schalter 11 in üblicher Weise betätigt wird, eine Tragkonsole 6 0 und einen Träger 62, der schwenkbar durch einen Stift 68 an der Konsole montiert ist. Der Zylinder 58 ist im Gehäuse (Fig. 2) durch Befestigungskonsolen 64 befestigt, die sich vom Zylinder zum Gehäuse erstrecken. Ein senkrecht verschiebbares Element 66 erstreckt sich vom Zylinder 58 und kann nach oben und unten laufen. Die Konsole 60 ist

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am Element 66 durch Schrauben 67 befestigt. Infolgedessen kann der Träger 62 in einer horizontalen Ebene um den Drehstift 68 schwenken und vertikal durch Betätigung des Zylinders 58 verschoben werden, um das Element 66 und die darauf sitzende Konsole 60 anzuheben oder abzusenken.

Ein Motor 70 sitzt auf der Unterseite des Trägers 62 und treibt eine Welle 72 mit annähernd 10 Umdr./min. Ein Werktisch 74 legt sich über den Träger 62 und trägt seinerseits wieder den Probeträger 16 und einen Sensor 76. Der Sensor ist ein üblicher optischer Sensor, der Licht auf das Objekt richtet und die Reflektionsfähigkeit des Objektes, gegen das das Licht gerichtet ist, fühlt. Der Sensor 76 ist an den Computer 28 (Fig. 13) angeschaltet, um Rotationsstellungsinformationen bezüglich des Trägers 16 zu liefern.

Der Träger 16 enthält einen gestuften, aus hitzebständigem Material bestehenden Teil 78, der selbst wieder einen unteren zylindrischen Teil 80 und einen oberen zylindrischen Teil 82 aufweist, dessen Durchmesser etwas geringer als derjenige des unteren Teiles ist, so daß er im allgemeinen mit dem der Bohrung 45 übereinstimmt. Eine im allgemeinen ebene Probenplattform 84 wird durch das obere Ende des oberen Teiles 82 gebildet. Stifte 98 und 100 (Fig. 10 und 11) erstrecken sich nach oben von der Plattform 84, wobei der Stift 98 in der Mitte der Plattform angeordnet und der Stift 100 zur Einstellung des darauf sitzenden Troges 92 versetzt angeordnet ist.

Der untere Teil 80 des aus hitzebeständigem Material 78 bestehenden Elementes 78 ist fest innerhalb einer Aluminiumschale 86 fixiert, die, wie man aus Fig. 5 erkennt, fest auf der Antriebswelle 72 und mit ihr mitdrehend montiert ist. Infolgedessen dreht der Motor 70 die Probenplattform 84 über die Welle 72, die Schale 86 und das aus hitzebeständigem Material bestehende Element 78. Die Schale 86 enthält

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eine Vielzahl schmaler, sich vertikal erstreckender lichtreflektierender Streifen 90, die sich über die Umfangsoberflache 92 erstrecken. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Umfangsoberflache geschwärzt und die reflektierenden Streifen 90 sind durch Abtragen des schwarzen Emails am Ort der Streifen 90 gebildet, um das reflektierende Aluminium wieder freizulegen. Ein Streifen 90 ist jeweils für jede Kegelprobe 21 auf der Plattform 84 vorgesehen . und bei der bevorzugten Ausführungsform sind fünf solcher Streifen verwendet. Infolgedessen kann, wenn sich der Lagerbock 16 dreht, der Sensor 76 die reflektierenden Streifen abtasten, wenn die Streifen am Sensor vorbeilaufen, was zur Erzeugung von Signalen führt, die auf die reflektierenden Streifen ansprechen und eine Information für die Ausfluchtung der Proben bezüglich des Sichtfensters 17 geben.

Der Probentrog 92 (Fig. 10 und 11) ist ein im allgemeinen scheibenförmiges Element mit einem Außendurchmesser, der mit dem Außendurchmesser des oberen Teiles 82 des Trägers 16 identisch ist. Der Trog 92 weist eine Vielzahl kreisförmiger Eindrückungen 93 auf, die jeweils einen Durchmesser von annähernd 6,5 mm (1/4 Zoll) und annähernd eine Tiefe vom 0,8 mm (1/32 Zoll) aufweisen. Die Eindrückungen 93 nehmen Kegelproben 21 auf, die entsprechend der ASTM-Norm bemessen sind. Die Öffnung 94 erstreckt sich durch die Mitte des Troges 92 und die öffnung 96 ist radial außerhalb derselben angeordnet, damit sie mit den Stiften 98 und 100 auf der Plattform 84 übereinstimmen. Infolgedessen kann der Trog 92 auf der Plattform 84 nur in einer Winkelorientierung aufgesetzt werden, um die richtige Ausfluchtung der Probehalteindrückungen 93 mit dem Anzeigestreifen 90 auf der Aluminiumschale 86 sicherzustellen.

Die optische Anordnung 20, die im einzelnen in Fig. 7 dargestellt ist, weist ein Tragrohr 102 zur Aufnahme eines Spiegels 22, einer Irisblende 104, einer Linse 24 und des Zeilenabtastfeldes 26 auf. Das Tragrohr 102 ist am

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Gehäuse 12 montiert und mit dem Sichtfenster 17 ausgefluchtet, welches wiederum mit dem Probentrog 92 (Fig. 3) fluchtet. Der Spiegel 22 sitzt an der Verbindungsstelle der RöhrteiIe 102a und 102b und projiziert ein Bild vom Sichtfenster 17 durch die Irisblende 104 und die Linse längs des optischen Weges 23. Diese geknickte Konstruktion verbessert die Kompaktheit der Anordnung 20 wesentlich. Sowohl Irisblende 104 als auch Linse 24 sind an sich bekannt. Die Irisblende 104 ist eine Festöffnungsblende zur Steuerung der Intensität des auf das Zeilenabtastfeld geworfenen Bildes. Es kann auch eine Irisblende mit variabler Öffnung verwendet werden. Die Linse 24 ist so gewählt, daß sie das Bild vom Sichtfenster 17 auf das Linienabtastfeld wirft, wobei die Kegel 21 mit einer Höhe von 19 mm (3/4 Zoll) auf ein Bild 114 von 3,2 mm (1/8 Zoll) (Fig. 8) reduziert werden.

Das Zeilenabtastfeld 26 (Fig. 7, 8 und 9) ist bei der bevorzugten Ausführungsform eine handelsübliche ladungsgekoppelte Festkörperbildvorrichtung. Wie man aus Fig. erkennt, umfaßt das Feld 26 eine im allgemeinen lineare und vertikale gerade Linienstrecke aus lichtempfindlichen Dioden 106 mit einer Gesamthöhe von 6,35 mm (1/4 Zoll). Bei der bevorzugten Ausführungsform sind 256 solcher Dioden in einem integrierten Chip (Modell Nr. RL-256G der Firma EG & G Reticon) vorhanden. Das Feld 26 ist innerhalb des Rohrteiles 102 b so angeordnet, daß das Bild 108 des Sichtfensters 17 auf dem Zeilenabtastfeld fokussiert wird (Fig. 8). Das Bild 108 selbst besteht aus dem Hintergrundbild 110, dem Plattformbild 112 und dem Kegelbild 114. Weil das Sichtfenster 41 vergleichsweise kühl bezüglich der Plattform 92 und der Kegel 21 ist, erscheint das Hintergrundbild 110 auf dem Feld 26 zu dunkel oder schwarz im Vergleich zu den Bildern von Plattform 112 und Kegel 114. Plattform und Kegel 21, die weißglühende Bilder 112 und 114 liefern, erscheinen hell oder weiß im Vergleich zum Hintergrundbild 110,

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Infolgedessen ist die Außenumgrenzung des Kegels 21 im Bild 108 klar begrenzt. Wenn sich der Träger 16 dreht, werden die Proben durch den Teil des Ofens 14 gefördert, der mit dem Sichtfenster 17 fluchtet, so daß die Kegelbilder 114 über das Zeilenabtastfeld 26 abgetastet werden. Da der Träger 16 kontinuierlich dreht, werden die Kegelbilder wiederholt über das Abtastfeld abgetastet.

Ein Thermoelement 111 (Fig. 7 und 13) ist innerhalb der Kammer 15 angeordnet und an den Computer 28 angeschaltet. Das Thermoelement 111 tastet die Temperatur innerhalb des Ofens 14 ab und erzeugt darauf bezüglich Signale, die vom Computer 28 aufgenommen und als Teil einer aus einer geschlossenen Schleife bestehenden Temperatursteuerung für den Ofen verwendet werden.

Fig. 13 zeigt die Gesamtcomputersteuerung für den Analysator 10. Der Computer 28 ist an das Zeilenabtastfeld 26, das Tastenfeld 30, den Trägersensor 76 und das Ofenthermoelement 111 durch entsprechende geeignete Interfacekreise angeschaltet, um von ihnen Signale aufzunehmen. Außerdem ist der Computer 28 an den Bildschirm 32, den Trägermotor und die Kraftquelle 116 durch geeignete Steuerkreise angeschaltet, um entsprechende Steuersignale aufzunehmen. Der Bildschirm 32 kann die Konuszahl, den gegenwärtigen Schmelzbarkeitszustand und die Temperatur anzeigen, bei der die gegenwärtige Schmelzbarkeitsstufe begonnen hat. Außerdem kann der Computer an einen nicht gezeichneten Drucker angeschaltet sein, um eine Hartkopie der auf dem Sichtfeld 32 vorliegenden Information zu erhalten.

Die verschiedenen Schmelzbarkeitszustände die durch den Analysator 10 berechnet werden sollen, sind in Fig. 12 wiedergegeben. Der ASTM-Kegel 112 ist eine Pyramide mit dreieckiger Basis von 6,35 mm (1/4 Zoll) Seiten-

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länge und 19 mm (3/4 Zoll) Höhe. Der Kegel 116 ist der Kegel bei der Anfangsdeformationstemperatur, bei der der Scheitel 118 gerade gerundet ist.

Der Kegel 120 befindet sich in der zweiten Stufe, d. h. bei der sogenannten Erweichungstemperatur und ist bereits zu einem kugelförmigen Batzen heruntergeschmolzen, dessen Höhe gleich der Basisbreite entspricht. Der Kegel befindet sich auf der Halbkugeltemperatur, wobei die Höhe des halbkugelförmigen Batzens gleich der Hälfte der Breite der Basis ist. Schließlich ist bei Fließtemperatur der Kegel 124 zu einer Masse zusammengeschmolzen, deren maximale Höhe 1,5 mm (1/16 Zoll) beträgt, Die ASTM-Regeln erfordern, daß für jede Probe alle diese Temperaturen bestimmt werden.

Soll eine Analyse durchgeführt werden, dann können fünf getrennte Kegel gleichzeitig analysiert werden, wobei jeder dieser Kegel entsprechend den Bestimmungen ASTM geformt ist. Die fünf Kegel 21 werden dann aufrecht in die Eindrückungen 93 auf der Platte 92 eingesetzt, wobei jeder Kegel in einer dieser Eindrückungen sitzt. Der Träger wird dann in seine Beschickungsstellung nach Fig. 1 bewegt und der Probentrog 92 auf die Plattform 84 durch die ausfluchtenden öffnungen 94 und 96 mit den Stiften 98 bzw. 100 eingesetzt und schließlich der Trog auf die Plattform gesetzt. Der Träger 16 wird dann in die Analysestellung innerhalb des Ofens 14 (Fig. 3) bewegt, so daß der Probentrog 92 und die Kegel 21 vertikal mit den Sichtfenstern 17 und 41 ausgefluchtet sind. Der Operator gibt dann einen geeigneten Befehl auf dem Tastenfeld 30 an den Computer 28, so daß die Analyse beginnen kann. Der Computer 28 ist in üblicher Weise so programmiert, daß er geeignete Steuersignale an den Leistungskreis 116 gibt, um die Elemente 52 zu betätigen, wodurch die Temperatur innerhalb der Kammer 15 auf die Anfangstemperatur von 815°C (1500⁰F) bei der bevorzugten Ausführungsform gesteigert wird. Wenn die Anfangstemperatur erreicht ist, wie es vom

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Thermoelement 111 angezeigt wird, dann erzeugt der Computer 28 ein Steuersignal zur Betätigung des Trägermotors 70 zur Drehung desselben mit 10 Umdr./min und zur Leistungsquelle 116 zur Steigerung der Temperatur innerhalb der Kammer 15 mit 8⁰C (15°F) pro Minute. Außerdem werden durch ASTM festgelegte Gase in die Kammer 15 durch die Gasbohrung 42 in üblicher Weise eingeführt.

Da Träger 16 und Probentrog 92 gedreht werden, werden die darauf befindlichen Kegel durch den mit dem Sichtfenster 17 ausgefluchteten Teil des Ofens 14 befördert. Das Bild der Kammer 14, das im Sichtfenster 17 erscheint, wird auf dem Spiegel 22 reflektiert und durch die Irisblende 104 und die Linse 24 auf das Zeilenabtastfeld 26 geworfen. Infolgedessen werden die Bilder der Kegeln wiederholt (mit ca. 500 Abtastungen / see) und einzeln in senkrechter Linie über das Zeilenabtastfeld 26 vertikal abgetastet, wenn sich der Träger 16 dreht. Während der Analyse prüft der Computer 28 wiederholt das Feld 26 durch Ablesen jeder Diode 106 mit 500 E vom Boden zum Oberteil, bis ein Licht-Dunkel-übergang entdeckt wird. Zwischen den Kegeln, bildet die Prüfung des Zeilenabtastfeldes 26 die Spitze des Troges 92. Die reflektierenden Streifen 90 werden auf der Aluminiumschale so angeordnet, daß der Sensor 76 einen der reflektierenden Streifen unmittelbar vor dem Eintritt eines Konus in das Sichtfenster 17 feststellt. Jeder reflektierende Streifen ist einmalig, so daß der Sensor 76 verschiedene Signale zum Computer 28 nur von jeweils einem Konus 21 abgibt. Infolgedessen kann der Computer feststellen, welcher Kegel sich auf der abgetasteten Zeile des Zeilenabtastfeldes befindet. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das gesamte Feld 26 annähernd alle 1,7 Millisekunden überprüft, um die gewünschte Lösung bei der Feststellung der Gestalt des Kegelbildes 114 zu erreichen. Der Computer analysiert dann die gespeicherte Mehrfachabtastinformation, die bei einem Durchgang eines Bildes 114 erhalten worden ist, um die Form des Konus auszurechnen.

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Der Computer 28 ist in üblicher Weise programmiert, um die vorübergehend gespeicherte Abtastinformation mit den gespeicherten Daten zu vergleichen, die den vier Schmelzbarkeitszuständen nach den folgenden Kriterien entsprechen. Ein Kegel hat seine Anfangsdeformationstemperatur, wenn die Kegelspitze um 1,6 mm geschrumpft ist. Der Kegel hat seine Erweichungs- oder Halbkugeltemperatür erreicht, wenn die Höhe gleich der Breite der Basis bzw» die Hälfte der Breite der Basis ist. Schließlich ist die Fließtemperatur erreicht, wenn die Höhe des Kegels nicht größer als 1,6 mm ist. Wenn der Computer 28 feststellt, daß eine der Schmelzbarkeitsstufen erreicht ist, speichert er diese Information einschließlich der Kegelnummer, des Schmelzbarkeitszustandes und der vom Thermoelement 111 zu dem Zeitpunkt abgetasteten Temperatur, bei der dieser Zustand eingetreten ist. Diese Information wird auf die Anzeigevorrichtung 32 überspielt und bei der bevorzugten Ausführungsform auf einem Drucker als Ergebnis der Analyse ausgedruckt, so daß man eine Hartkopie der Analyseergebnisse erhält. Da die Temperatur mit 8⁰C (15°F) pro Minute hochgestuft wird und sich der Träger 16 mit 10 Umdr./min dreht, ist die Genauigkeit jeder Schmelzbarke it Stufentemperatur mit einer Genauigkeit von - 0,8⁰C (1,5°F) bestimmt. Diese Genauigkeit ist eine große Verbesserung gegenüber der akzeptablen ASTM-Genauigkeit vom _+ 28°C (50⁰F).

Wenn die Temperatur innerhalb der Kammer 15 über die Fließtemperatur aller Kegel auf dem Trog 92 gestiegen ist, liefert der Computer 28 ein Signal an die Kraftquelle 116, um die Elemente 52 und den Trägermotor 70 abzuschalten. Wenn der Operator den Zylinder-Auf/Ab-Schalter betätigt, kann der Träger in seine Entnahmestellung nach Fig. 1 bewegt werden, worauf der Probetrog 92 vom Träger 16 abgenommen und weggeworfen wird. Der Analysator 10 ist dann für den nächsten Analysedurchgang bereit.

Claims

Patentansprüche

y'Analyseofen mit einer eine Kammer bildenden Ofen, einer strahlungsempfindlichen Abtastvorrichtung zur Herstellung von auf ein darauf fokussiertes Bild ansprechenden Signalen, mit Einrichtungen, die das Bild eines Teiles der Ofendkammer auf diese Abtastvorrichtungen richten und mit Einrichtungen zur Aufnahme einer oder mehrerer Proben innerhalb der Ofenkammer und zur wiederholten Förderung dieser Proben durch den Kammerteil, wobei die Bilder dieser Proben wiederholt auf die Abtastvorrichtung gerichtet werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Probenaufnahmevorrichtung aus einer Probentragvorrichtung und Einrichtungen zum Drehen dieser Vorrichtung besteht, um eine Probe innerhalb der Kammer auf einer vorbestimmten Bewegungsbahn zu bewegen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Anzeige der Winkelorientierung jeder Probe innerhalb der Kammer.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen an die Abtastvorrichtung angeschalteten Kreis, der auf diese anspricht und die Forminformation einer Probe festlegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionsvorrichtungen ein Sichtfenster innerhalb des Ofens und in Flucht mit der Probentragvorrichtung und optische Einrichtungen umfassen, welche die vom Sichtfenster kommende Strahlung auf die Feststellvorrichtung werfen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastvorrichtung aus einer Festkörperbildvorrichtung in Form eines linearen Feldes von Abtastelementen besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlung innerhalb des sichtbaren Spektrums liegt und das Feld aus einer Vielzahl von lichtempfindlichen Dioden besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis zur Abtastung des Feldes und zur Erzeugung von darauf ansprechenden Signalen, die zur Schaffung eines Profiles der durch das Sichtfenster laufenden Proben verwendet sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Kreis einen Computer zum Vergleich von Informationen der Abtastvorrichtung mit gespeicherten

Informationen und zur Schaffung von Ausgangssignalen schafft, die die Existenz eines Vergleichs anzeigen.
10. AseheschmelzanaIysator, gekennzeichnet durch einen Ofen mit einer Kammer zum Schmelzen einer oder mehrerer Proben, mit Detektorvorrichtungen, die im Abstand von der Kammer angeordnet ist und Signale erzeugen, die auf ein von der Kammer kommendes Bild ansprechen, mit Einrichtungen, die das Bild eines Teiles der Ofenkammer auf diese Detektorvorrichtungen werfen, mit Einrichtungen zur Aufnahme einer oder mehrerer Proben innerhalb der Ofenkammer und zur wiederholten Förderung der Proben durch den Kammerteil, wobei das Bild der Probe wiederholt auf die Detektorvorrichtungen geworfen wird, und mit einem an die Detektorvorrichtung angeschalteten Kreis der auf die von dieser Vorrichtung kommenden Signale zur Umrechnung der Forminformation bezüglich der Form der Probe anspricht.
11. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Probenträger aus einer die Probe tragenden Vorrichtung und aus einer diese Vorrichtung in Umlauf versetzenden Vorrichtung besteht.
12. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Probentragvorrichtung Einrichtungen zum Einsetzen jeder Probe und zur Anzeige der Winkelorientierung jeder Probe innerhalb der Kammer aufweist.
13. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η ζ e i c h n-e t, daß an den Kreis angeschaltete Sensoren zur Erzeugung von Signalen vorgesehen sind, die auf diese Anzeigevorrichtungen ansprechen, wobei der Kreis feststellt, welche der Proben sich im Kammerteil befindet.

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14. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionseinrichtungen ein Sichtfenster in der Wandung des Ofens aufweisen, das durch ein Fenster verschlossen ist, wobei das Sichtfenster mit dem Kammerteil ausgefluchtet ist.
15. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionsvorrichtung eine Fokussierungslinse und einen Spiegel umfaßt, welche die Bilder vom Fenster auf die Detektorvorrichtungen werfen.
16. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionsvorrichtung ferner eine Irisblende aufweist, die dazu dient, die Intensität des Bildes auf der Detektorvorrichtung zu regeln.
17. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektorvorrichtung aus Festkörperbildvorrichtungen besteht.
18. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die FestkörperbiIdvorrichtung ein im allgemeinen lineares Feld aus lichtempfindlichen Dioden umfaßt.
19. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Festkörperbildvorrichtung ein ladungsgekoppelter integrierter Kreis ist.
20. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektorvorrichtung ein lineares Abtastfeld von Detektoren umfaßt.
21. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 20, dadurch

gekennzeichnet , daß das Feld aus einer
Vielzahl von lichtempfindlichen Dioden besteht.
22. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch an den Kreis angeschlossene Mittel zum Abtasten der Temperatur innerhalb der Kammer und
zur Erzeugung darauf bezüglicher Signale.
23.. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch an den Kreis angeschlossene Einrichtungen zur bildlichen Wiedergabe der Forminformation.
24. Ascheschmelzanalysator nach Anspruch 23, dadurch
gekennzeichnet , daß der Kreis einen Computer aufweist, der so programmiert ist, daß er die Probenforminformation mit der Ofenkammertemperatur in Relation
bringt.
25. Ascheschmelzsystem, gekennzeichnet durch einen Ofen mit einer temperaturregelbaren Kammer; einer Plattform zur Aufnahme einer oder mehrerer Proben innerhalb der Kammer; einer Zeilenabtasteinrichtung zum Prüfen der Lichtintensität längs einer Linie und zur Erzeugung von darauf bezüglichen Signalen; Einrichtungen zum Projizieren wiederholender Bilder jeder Probe auf die Zeilenabtastvorrichtung; einen an die Zeilenabtastvorrichtung gekoppelten Computer zur Prüfung der Signale, wenn die Bilder auf die Zeilen
der Abtastvorrichtung gerichtet werden, und zum Berechnen von Probenforminformationen, und Anzeigevorrichtungen zur Anzeige der Forminformation.
26. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeilenabtastvorrichtung ein lineares Feld von lichtempfindlichen Dioden aufweist.
27. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionsvorrichtung Einrichtungen zum Drehen der Plattform umfaßt.
28. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß die Plattform Einrichtungen zur Anzeige der Winkelorientierung jeder Probe auf der umlaufenden Plattform aufweist und daß das System ferner Einrichtungen besitzt, die an den Computer angeschaltet und auf die Anzeigevorrichtungen bezügliche Signale erzeugen.
29. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß jede Probe einem einzigen Identifikator zugeordnet ist und die Anzeigevorrichtung die Forminformation für jede Probe in Verbindung mit diesem jeder Probe zugeordneten Identifikator liefert.
30. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch an den Computer angeschaltete Vorrichtungen zum Abtasten der Temperatur innerhalb der Ofenkammer und zur Erzeugung entsprechender darauf bezüglicher Signale.
31. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzeigevorrichtung die Forminformation in Verbindung mit der Temperatur innerhalb der Ofenkammer anzeigt.
32. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß der Ofen eine Wandung besitzt und die Projektionsmittel ein Sichtfenster innerhalb dieser Wandung mit umfassen.
33. Ascheschmelzsystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die Projektionsmittel

einen Spiegel, eine Linse und eine Irisblende umfassen, die so angeordnet sind, daß ein geknickter optischer Weg um ein verkleinertes Bild einer Probe auf die Zeilenabtastvorrichtung zu werfen.