DE10103701C1 - Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metallschmelzen oder Schlackeschmelzen - Google Patents
Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metallschmelzen oder SchlackeschmelzenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metallschmelzen oder Schlackeschmelzen mit einem am Ende eines Trägerrohres angeordneten Messkopf, an dem eine elektrochemische Messzelle angeordnet ist, wobei die elektrochemische Messzelle ein einseitig geschlossenes Festelektrolytröhrchen aufweist, das an dem geschlossenen Ende und mindestens an einem Teil seines Umfangs von einem einseitig geschlossenen Stahlrohr umgeben ist, wobei innerhalb des Festelektrolytröhrchens an seinem geschlossenen Ende ein Referenzmaterial und an das Referenzmaterial anschließend ein Füllmaterial angeordnet ist, wobei ein Metallstab als Elektrode längs des Festelektrolytröhrchens in diesem derart angeordnet ist, dass es einerseits mit dem Referenzmaterial in Kontakt steht und andererseits aus dem offenen Ende des Festelektrolytröhrchens hinausragt und wobei das offene Ende des Festelektrolytröhrchens einen Verschluss aufweist. Die Messeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss als Kappe ausgebildet ist, die an der Außenseite des Stahlrohres oder des Festelektrolytröhrchens anliegt und dass der Verschluss gasdurchlässig ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metall
schmelzen, insbesondere Eisen-, Stahl- oder Gusseisenschmelzen, oder Schlackeschmelzen
mit einem am Ende eines Trägerrohres angeordneten Messkopf, an dem eine elektrochemische
Messzelle angeordnet ist, wobei die elektrochemische Messzelle ein einseitig geschlossenes
Festelektrolytröhrchen aufweist, das an dem geschlossenen Ende und mindestens an einem
Teil seines Umfangs von einem einseitig geschlossenen Stahlrohr umgeben ist, wobei innerhalb
des Festelektrolytröhrchens an seinem geschlossenen Ende ein Referenzmaterial und an das
Referenzmaterial anschließend ein Füllmaterial angeordnet ist, wobei ein Metallstab als Elekt
rode längs des Festelektrolytröhrchens in diesem derart angeordnet ist, dass es einerseits mit
dem Referenzmaterial in Kontakt steht und andererseits aus dem offenen Ende des Festelekt
rolytröhrchens hinausragt und wobei das offene Ende des Festelektrolytröhrchens einen Ver
schluss aufweist.
Eine derartige Messeinrichtung ist aus DE 30 21 949 A1 bekannt. Diese Messeinrichtung weist
ein Festelektrolytröhrchen auf, das an seinem offenen Ende durch einen Gummistopfen gas
dicht verschlossen ist. Der Gummistopfen reicht in das Festelektrolytröhrchen hinein und ist
gegen dessen innere Wand gepresst, wobei der Grad der Abdichtung unter anderem von der
Größe der Anlagefläche an dem Festelektrolytröhrchen abhängt. Beim Messvorgang wird diese
Vorrichtung in eine Stahlschmelze eingetaucht. Dabei folgt ein sehr rascher und extremer Tem
peraturwechsel. Durch die im Inneren des Festelektrolytröhrchens eingeschlossenen Gase wird
dabei der Innendruck beachtlich erhöht, so dass an die Festigkeit des Festelektrolytröhrchens
bzw. seiner metallischen Umhüllung besondere Anforderungen gestellt werden müssen.
Zur Lösung eines ähnlichen Problems bei einem Quarzglasrohr ist in GB 1 473 761 vorgeschla
gen, aus einem inerten Material heraus Gase durch ein Entlüftungsrohr nach außen zu führen.
Eine weitere Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität von Metallschmelzen ist
in DE 28 42 136 A1 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung
zu verbessern.
Aus EP 0 813 057 A2 ist eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Me
tallschmelzen bekannt. Bei dieser Messeinrichtung weißt das dem Eintauchende abgewandte
Ende ein Verbindungsstück auf, das an einem Trägerrohr angeordnet ist und in einen Halter,
beispielsweise eine metallische Lanze eingesteckt wird. An dem eintauchseitigen offenen Ende
des Trägerrohres ist ein Aluminiumoxidrohr angeordnet, an dessen Ende ein Festelektrolytrohr
fixiert ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs
gelöst. Dadurch, dass der Verschluss als an der Außenseite des Stahlrohres oder des Fest
elektrolytröhrchens anliegende Kappe ausgebildet ist, lässt sich die erfindungsgemäß vorgese
hene Gasdurchlässigkeit des Verschlusses ohne Spannungen ausbilden, so dass ein insge
samt definierter Gasdurchtrittsquerschnitt in dem Verschluss gewährleistet werden kann. Vor
zugsweise weist der Verschluss Öffnungen auf. Die Öffnungen sind in dem Bereich des offenen
Endes des Festelektrolytröhrchens angeordnet, so dass ein Gasaustausch zwischen dem In
nenraum des Festelektrolytröhrchens und seiner Umgebung erfolgen kann. Dadurch wird ein
Druckanstieg bei Temperaturwechsel im Innern des Festelektrolytröhrchens zumindest weitge
hend vermieden und gleichzeitig ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des elektroche
mischen Elementes verhindert. Dazu sind die Öffnungen in ihrer Größe begrenzt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Verschluss als Kunststoffkappe, insbesondere aus
Polypropylen auszubilden. Kunststoffe weisen eine Elastizität auf, die ein enges Anliegen an
der Außenseite des Festelektrolytröhrchens oder des Stahlrohres ermöglichen. Die Kunststoff
kappe ist vorzugsweise mittels Schnappverschluss, das heißt mittels Rastelementen, an dem
Stahlrohr bzw. dem Festelektrolytröhrchen fixiert. In seinem Zentrum weist der Verschluss eine
Durchführung auf, die vor der Montage einen etwas geringeren Durchmesser hat als die
Elektrode, die durch sie hindurchgesteckt wird. Dadurch ist ein dicht abschließendes Anliegen
des Verschlusses an der Elektrode unter Spannung gewährleistet. Der Verschluss liegt zweck
mäßigerweise auch an dem Stahlrohr oder dem Festelektrolytröhrchen flüssigkeitsdicht, insbe
sondere unter Spannung, an. Der Verschluss kann porös sein, um gasdurchlässig zu sein.
Vorzugsweise sind mehrere Öffnungen, insbesondere drei bis fünf Öffnungen, gleichmäßig um
die Längsachse des Festelektrolytröhrchens herum angeordnet. Die Öffnungen sind vorzugs
weise in einem etwa senkrecht zur Achse des Festelektrolytröhrchens ausgerichteten ebenen
Teil des Verschlusses angeordnet. Der Verschluss weist vorzugsweise einen röhrchenförmigen
Abschnitt auf, der eng an der Elektrode anliegt. Zwischen dem röhrchenförmigen Abschnitt und
dem an der Außenseite des Stahlrohres oder des Festelektrolytröhrchens anliegenden Ab
schnitt des Verschlusses ist zweckmäßigerweise ein konischer Abschnitt angeordnet. An die
sem können zusätzlich oder alternativ Öffnungen angeordnet sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Messzelle mit Detaildarstellung
der Rasteinrichtung
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Messzelle.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrochemische Messzelle ist in beispielsweise aus DE 30 21 949 A1
oder DE 28 42 136 A1 beschriebenen Messköpfen, die von Trägerrohren in bekannter Wei
se gehalten werden, angeordnet.
Das Festelektrolytröhrchen 1 aus Zirkondioxid ist einseitig geschlossen und von einem eben
falls einseitig geschlossenen Stahlrohr 2 umgeben. Das Stahlrohr 2 ragt an seinem offenen En
de über das Festelektrolytröhrchen 1 hinaus. In der Spitze des Festelektrolytröhrchens 1 ist als
Referenzmaterial 3 eine Mischung aus Chrom und Chromdioxid angeordnet. Das darüber an
geordnete Füllmaterial 4 ist beispielsweise Aluminiumoxid. Oberhalb des Füllmaterials 5 ist ein
gasdurchlässiger Zement 6 angeordnet, das den offenen Bereich des Festelektrolytröhrchen 1
schließt. In dem Festelektrolytröhrchen 1 ist zentrisch ein Molybdänstab als Elektrode 5 ange
ordnet. Das offene Ende des Stahlrohres 2 ist mit einer Kunststoffkappe 7 aus Polypropylen
verschlossen. Die Kunststoffkappe 7 liegt an der Außenseite des Stahlrohres 2 unter Spannung
eng an und ist dort mittels Rastnoppen 8 innerhalb einer Nut 9 fixiert. An dem an dem Umfang
des Stahlrohres 2 anliegenden Teil der Kunststoffkappe 7 schließt sich ein senkrecht zur Achse
des Festelektrolytröhrchens ausgerichteter Abschnitt 10 an, in dem Öffnungen 11 angeordnet
sind. Dieser ebene Abschnitt 10 wird zu der Elektrode 5 hin von einem konischen Abschnitt 12
begrenzt, an den ein rohrförmiger Abschnitt 13 anschließt. Dieser rohrförmige Abschnitt 13 liegt
eng an der Elektrode 5 an. In demontiertem Zustand ist die Öffnung des rohrförmigen Ab
schnitts 13 geringfügig kleiner als der Querschnitt der Elektrode 5. Bei der Montage wird der
rohrförmige Abschnitt 13 aufgeweitet und liegt dann unter Spannung an der Elektrode 5 an.
Die Öffnungen 11 sind gleichmäßig um die Elektrode 5 herum angeordnet. Insgesamt sind vier
der Öffnungen 11 vorgesehen, mit einem Querschnitt von jeweils geringfügig größer als
0,01 mm2.
Claims (14)
1. Messeinrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metallschmelzen oder Schlacke
schmelzen mit einem am Ende eines Trägerrohres angeordneten Messkopf, an dem eine
elektrochemische Messzelle angeordnet ist, wobei die elektrochemische Messzelle ein ein
seitig geschlossenes Festelektrolytröhrchen aufweist, das an dem geschlossenen Ende und
mindestens an einem Teil seines Umfangs von einem einseitig geschlossenen Stahlrohr
umgeben ist, wobei innerhalb des Festelektrolytröhrchens an seinem geschlossenen Ende
ein Referenzmaterial und an das Referenzmaterial anschließend ein Füllmaterial angeord
net ist, wobei ein Metallstab als Elektrode längs des Festelektrolytröhrchens in diesem der
art angeordnet ist, dass es einerseits mit dem Referenzmaterial in Kontakt steht und ande
rerseits aus dem offenen Ende des Festelektrolytröhrchens hinausragt und wobei das offe
ne Ende des Festelektrolytröhrchens einen Verschluss aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verschluss (7) als Kappe ausgebildet ist, die an der Außenseite des Stahlrohres
(2) oder des Festelektrolytröhrchens (1) anliegt und dass der Verschluss (7) gasdurchlässig
ist.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, und dass der Verschluss (7)
Öffnungen (11) aufweist zur gasdurchlässigen Verbindung des Innenraumes des Festelekt
rolytröhrchens (1) mit der Umgebung.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11) eine
Größe von jeweils mindestens 0,01 mm2 aufweisen.
4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) aus Kunststoff gebildet ist.
5. Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (7) aus
einem Polyolefin, insbesondere aus Polypropylen gebildet ist.
6. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) porös ist.
7. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Öffnungen (11), insbesondere drei bis fünf Öffnungen (11), gleichmässig um die Achse des
Festelektrolytröhrchens (1) herum angeordnet sind.
8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) flüssigkeitsdicht an der Außenseite des Stahlrohres (2) oder des Festelekt
rolytröhrchens (1) fixiert ist.
9. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) mittels Rastvorrichtungen (8; 9) an der Außenseite des Stahlrohres (2) oder
des Festelektrolytröhrchens (1) fixiert ist.
10. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) in seinem Zentrum eine Durchführung aufweist, die die Elektrode (5) um
schliesst.
11. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) einen sich längs der Elektrode (5) erstreckenden und die Elektrode (5) dicht
umschließenden rohrförmigen Abschnitt (13) aufweist, in dem die Durchführung angeordnet
ist.
12. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verschluss (7) zwischen der Durchführung und dem an der Außenseite des Stahlrohres (2)
oder des Festelektrolytröhrchens (1) anliegenden Abschnitt einen konischen Abschnitt (12)
aufweist.
13. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an
dem an der Außenseite des Stahlrohres (2) oder des Festelektrolytröhrchens (1) anliegen
den Abschnitt des Verschlusses (7) ein senkrecht zur Längsachse des Festelektrolytröhr
chens (1) ausgerichteter ebener Abschnitt (10) an der offenen Seite des Festelektrolytröhr
chens (1) angeordnet ist.
14. Messeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11) an
dem ebenen, senkrecht zur Längsachse des Festelektrolytröhrchens (1) ausgerichteten Ab
schnitt (10) angeordnet sind.
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| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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