Kurzfassung
In der Eisen- und Stahlindustrie werden mit Hilfe von Wärm- und Wärmebehandlungsöfen Nutzgüter mit höchsten Qualitätsanforderungen hergestellt. Zur Einstellung der geforderten Werkstoffeigenschaften wird das anfängliche Rohmaterial z.T. mehrfach wärmebehandelt. Für eine erfolgreiche Wärmebehandlung müssen die Heißgasatmosphären in den Ofenzonen definiert in der Zusammensetzung und dem zeitlichen Temperaturverlauf eingestellt werden. Die Heißgasatmosphären werden z.T. unterstöchiometrisch, d.h. Brenngas/Luftverhältnis (Lambda) kleiner 1 eingestellt und sie erreichen Temperaturwerte von 300 bis über 1.200 °C. Beispielsweise werden Vorwärmöfen von Feuerverzinkungsanlagen bei Temperaturwerten von über 1.300 °C betrieben. Die unterstöchiometrischen Heißgasatmosphären haben u.a. die Aufgabe, eine Oxidation der Nutzgutoberfläche zu verhindern. Eine Zunderbildung und/oder Entkohlung soll teilweise oder ganz verhindert werden. Aufgrund fehlender kostengünstiger Messtechnik und aus Sicherheitsgründen wird häufig ein zu niedriger unterstöchiometrischer Lambdawert ein-gestellt. Unnötig hohe Energiekosten und Emissionen sind die Folgen.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Messgerät zur Ermittlung des unterstöchiometrischen Lambdawerts entwickelt, gebaut und getestet. An einem Vorwärmofen wurde das Messgerät erfolgreich betrieblich erprobt. Das Messgerät besteht im Wesentlichen aus einer Misch- und Reaktionskammer, in der die zu untersuchende Heißgasprobe katalytisch unterstützt verbrannt wird, und einer Steuereinheit, in der die vorliegenden Werte verarbeitet werden. Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten wurden folgende wesentliche Arbeiten durchgeführt:
– Ermittlung der Anforderungen an das Messgerät mittels Betriebsmessungen an einem unterstöchiometrisch betriebenen Vorwärmofen
– Entwicklung von Berechnungsgleichungen zur Ermittlung des unterstöchiometrischen Lambdawerts
– Untersuchung und Auswahl eines geeigneten Katalysators und des optimalen Brenn-luft-/Heißgasprobenvolumenstromverhältnisses im Messgerät
– Durchführung von Vorabuntersuchungen und Optimierung des gebauten Messgerätes im Labor sowie an einer Brennerversuchsanlage
– Erfolgreicher Einsatz des Messgerätes über einen Zeitraum von rd. sechs Monaten an einem unterstöchiometrisch betriebenen Vorwärmofen einer Feuerverzinkungsanlage
Das Messgerät hat einen Messfehler von unter 1 % und eine Ansprechzeit (T90-Zeit) von kleiner gleich 15 s. Es ist zuverlässig und erfüllt die betrieblichen Anforderungen. Vergleichbare Messsysteme liefern um bis zu einer Zehnerpotenz ungenauere Ergebnisse

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