DE1054735B

DE1054735B - Temperature sensor built into a melting vessel with a protective device

Info

Publication number: DE1054735B
Application number: DEH28860A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Eichert
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1956-12-19
Filing date: 1956-12-19
Publication date: 1959-04-09

Description

In einen Schmelzbehälter mit einer Schutzvorrichtung eingebauter Temperaturfühler Beim Schmelzen und Gießen von beispielsweise Metallen, Legierungen, Schlacken oder Glas spielt zur Erzielung einer hochwertigen Qualität die Temperatur der Schmelze eine entscheidende Rolle. Deshalb sind kontinuierliche Temperaturmessungen von großer Bedeutung.Temperature sensor built into a melting vessel with a protective device When melting and casting, for example, metals, alloys, slags or To achieve high quality, glass plays a role in the temperature of the melt a crucial role. Therefore, continuous temperature measurements are of great importance Meaning.

Temperaturdifferenzen, die während des Gießvorganges auftreten und die Qualität des gegossenen Materials wesentlich beeinflussen, können durch entsprechende Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit und der Transportzeiten der Schmelze auf dem ganzen Weg vom Schmelzofen bis zu der Form, in der sie erstarrt, innerhalb gewisser Grenzen reguliert werden.Temperature differences that occur during the casting process and can significantly influence the quality of the cast material through appropriate Control of the flow rate and the transport times of the melt all the way from the furnace to the form in which it solidifies, within certain Limits are regulated.

Zur kontinuierlichen Temperaturmessung in Schmelzöfen sind bereits Konstruktionen bekannt, bei denen von außerhalb durch das Mauerwerk hindurch ein Temperaturfühler schräg nach unten in die Schmelze, die sich in einem Mauerwerksvorsprung befindet, eintaucht. Diese Ausführung eignet sich jedoch nur für stationäre Schmelzöfen mit einem niedrigen Flüssigkeitsstand.For continuous temperature measurement in melting furnaces are already Known constructions in which a through the masonry from the outside Temperature sensor at an angle downwards into the melt, which is located in a masonry protrusion is located, immersed. However, this version is only suitable for stationary melting furnaces with a low fluid level.

Da bei der bekannten Konstruktion der obere Teil des Einführungskanals immer oberhalb des Spiegels der Schmelze liegt, sind besondere Maßnahmen, die ein Durchbrechen .der Schmelze verhindern, nicht notwendig.As in the known construction, the upper part of the introduction channel is always above the level of the melt, special measures are a Prevent the melt from breaking through, not necessary.

weiterhin ist es bekannt, den Einführungskanal für den Temperaturfühler vollständig unterhalb des Spiegels der Schmelze anzuordnen und den Temperaturfühler mit der Wandung des Behälters keramisch zu verkitten oder zu versintern. Bei dieser Ausführung ist die Gefahr des Durchbrechens der Schmelze sehr groß, da der Kitt insbesondere bei großen Schmelzbehältern einem hohen ferrostatischen Druck und Schubkräften des Mauerwerks ausgesetzt und nicht geeignet ist, die eventuell durchbrechende Schmelze in der Wandung zum Erstarren zu bringen. Sofern der Temperaturfühler in unmittelbarer Nähe des Bodens des Schmelzbehälters angeordnet ist, läuft dann die gesamte Schmelze aus.It is also known, the introduction channel for the temperature sensor to be arranged completely below the level of the melt and the temperature sensor to cement or sinter with the wall of the container ceramic. At this Execution, the risk of breaking through the melt is very high, as the putty Particularly in the case of large melting containers, a high ferrostatic pressure and thrust forces the masonry is exposed and unsuitable for the melt that may break through to solidify in the wall. If the temperature sensor is in the immediate Is arranged near the bottom of the melting container, then the entire melt runs the end.

Es ist ferner bekannt, die Meßdrähte eines Thermoelementes in die Wand eines Graphitschmelztiegels mit einzuformen. Da der Naturgraphit einer Alterung unterliegt und dadurch die Anzeige des Thermoelementes beeinträchtigt wird, hat man auch schon die Lötstelle des Thermoelementes in einen hochfeuerfesten, alterungsbeständigen Werkstoff eingehüllt. Die Hülle der Lötstelle kommt bei der bekannten Ausführung unmittelbar mit der Schmelze in Berührung. Das Thermoelement ist hier nicht in der Lage, den Materialbewegungen im Graphit beim Erwärmen und Abkühlen zu folgen, und ist daher erhöhter Bruchgefahr ausgesetzt. Die Einführung des Thermoelementes liegt oberhalb des Schmelztiegels. Das Thermoelement selbst berührt nur in Höhe der Innenwand des Graphittiegels die Schmelze, kann also die wahre Temperatur nur angenähert erfassen. Eine Durchbruchsicherung kann hier entfallen, da der Thermoelementdraht völlig in dem Material des Tiegels eingebettet ist.It is also known to insert the measuring wires of a thermocouple into the To mold the wall of a graphite crucible. Because the natural graphite is aging and the display of the thermocouple is impaired as a result the soldering point of the thermocouple into a highly refractory, non-aging one Material encased. The shell of the soldering point comes in the known design in direct contact with the melt. The thermocouple is not in the here Able to follow the movements of the material in the graphite during heating and cooling, and is therefore exposed to an increased risk of breakage. The introduction of the thermocouple lies above the crucible. The thermocouple itself only touches the inner wall of the graphite crucible is the melt, so it can only approximate the true temperature. A breakthrough protection can be omitted here, since the thermocouple wire is completely in is embedded in the material of the crucible.

Hier knüpft die Erfindung an und stellt sich die Aufgabe, eine vollständig unter dem Schmelzspiegel liegende Einführung für einen Temperaturfühler zu schaffen, die eine genügende Sicherheit gegen ein Durchbrechen der Schmelze durch die Behälterwandung und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer des Temperaturfühlers gewährleistet.This is where the invention picks up and the task is to complete one to create an entry for a temperature sensor below the melting level, a sufficient security against breaking of the melt through the container wall and at the same time guarantees a long service life for the temperature sensor.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein in einen Schmelzbehälter mit einer Schutzvorrichtung eingebauter Temperaturfühler mit Schutzröhrchen, dessen Einführungskanal vollständig unterhalb des Spiegels der Schmelze liegt, vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, daß der Temperaturfühler hinter einer Schicht feuerfester Masse von einem gut wärmeleitenden Körper umgeben ist und dieser Körper gleichzeitig eine Festigkeit besitzt, die der von kohlenstoffarmem Eisen entspricht, welches, ohne abzuscheren oder wesentlich zu verformen, die Bewegungen der hochfeuerfesten Auskleidung aufnehmen kann.To solve this problem a in a melting container with a Protective device built-in temperature sensor with protective tube, its inlet channel is completely below the level of the melt, suggested that this is is characterized by the fact that the temperature sensor is behind a layer of refractory mass of is surrounded by a body that conducts heat well and this body is at the same time a Has strength equivalent to that of low carbon iron, which, without shear or substantially deform the movements of the refractory lining can accommodate.

Wird durch die Schmelze das Schutzröhrchen zerstört und kommt die .einbrechende Schmelze mit dem den Temperaturfühler umgebenden Körper in Berührung, so erstarrt sie auf Grund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Körpers in der Wandung des Behälters, und zwar innerhalb des Durchführungskanals für die Meßdrähte des Temperaturfühlers. Es ist vorpeilhaft, dem Körper hoher Wärmeleitfähigkeit eine ionische Form zu geben, so daß zu der der Schmelze abgewandten Seite hin die die Wärme ableitende :NTasse größer wird. Das Erstarren der Schmelze wird dadurch beschleunigt, daß die im Durchführungskanal nach der Einlegung der Meßdrähte verbleibende Spaltbreite nur wenige Millimeter beträgt. Hinzu kommt, daß der Durchführungskanal für die Meßdrähte mit einer geeigneten Füllmasse, z. B. keramischem Kitt, nach außen luftdicht verschlossen ist. Es bildet sich also innerhalb des Durchführungskanals ein Luftpolster, durch das der Strömungswiderstand der eindringenden Schmelze erheblich erhöht wird. Der Temperaturabfall innerhalb des den Temperaturfühler umgebenden Körpers ist so beträchtlich, daß hei einem Eindringen der Schmelze in den Temperaturfühler erfahrungsgemäß nur der vordere Teil der lIeßdrähte zerstört wird.If the protective tube is destroyed by the melt and the .Ingress of melt in contact with the body surrounding the temperature sensor, so it solidifies due to the high thermal conductivity of the body in the wall of the container, within the duct for the measuring wires of the Temperature sensor. It is advantageous the body of high thermal conductivity to give an ionic form, so that the side facing away from the melt the heat dissipating: NTcup gets bigger. The solidification of the melt is thereby accelerated that the remaining in the duct after the insertion of the measuring wires Gap width is only a few millimeters. In addition, the duct for the measuring wires with a suitable filling compound, e.g. B. ceramic putty, to the outside is hermetically sealed. It is thus formed within the duct an air cushion through which the flow resistance of the penetrating melt is considerable is increased. The temperature drop within the one surrounding the temperature sensor The body is so substantial that the melt penetrates the temperature sensor Experience has shown that only the front part of the lead wires is destroyed.

Der den Temperaturfühler umgebende Körper verhindert jedoch nicht nur ein Durchbrechen der Schmelze, sondern er nimmt auch die Bewegungen der hochfeuerfesten Auskleidung des Schmelzbehälters auf. Bei der Einführung der Schmelze in den Schmelzbehälter wird die Wandung derart stark erbitzt, daß die hochfeuerfeste Auskleidung sich ausdehnt. Würde man den Temperaturfühler innerhalb eines Schutzröhrchens anordnen, das die gesamte Wandung des Schutzbehälters durchtritt, so würden in diesem Röhrchen infolge der Bewegung der hochfeuerfesten Masse Sprünge und Verschiebungen auftreten, so daß z. B. ein Auswechseln des verklemmten oder abgescherten Thermoelementdralites unmöglich wird. Der den Temperaturfühler unigebende Körper muß somit neben der hohen Wärmeleitfähigkeit auch eine so große Festigkeit haben, daß er die Bewegungen der Innenauskleidung des Schmelzbehälters infolge der hohen Wärmebelastung aufnehmen kann, ohne Form und Richtung des Durchführungskanals wesentlich zu verändern oder zu reißen und undicht zu werden. Als Werkstoff für den den Temperaturfühler umgebenden Körper eignet sich z. B. kohlenstoffarmes Eisen.However, the body surrounding the temperature sensor does not prevent it only one breaking through the melt but it also takes the movements of the highly refractory Lining the melting pot on. When introducing the melt into the melting container the wall is so severely bitten that the highly refractory lining expands. If you were to arrange the temperature sensor inside a protective tube that the passes through the entire wall of the protective container, so would in this tube as a result the movement of the refractory mass jumps and displacements occur so that z. B. replacing the jammed or sheared thermocouple wire becomes impossible. The body giving the temperature sensor must therefore be in addition to the high Thermal conductivity also have so great a strength that it prevents the movements of the Take up the inner lining of the melting vessel due to the high heat load can, without significantly changing the shape and direction of the duct or to tear and leak. As a material for the one surrounding the temperature sensor Body is suitable e.g. B. low carbon iron.

Verwendet man als Temperaturfühler ein Thermoeleinent, z. B. ein Platin-, Platin-Rhodium-Thermoelement, so wird durch den den Temperaturfühler umgebenden Körper großer Wärmeleitfähigkeit eine Diffusion des Rhodiums in den Platinschenkel vermieden. Diese Diffusion stellt sich bei hohen Temperaturen ein und setzt die Thermokra.ft herab.If a thermocouple is used as a temperature sensor, e.g. B. a platinum, Platinum-rhodium thermocouple, so is through the one surrounding the temperature probe Body of great thermal conductivity diffusion of the rhodium into the platinum leg avoided. This diffusion occurs at high temperatures and sets the Thermal power down.

Durch den starken Temperaturabfall innerhalb des Bereiches des gut wärmeleitenden Körpers wird aber eine derartige Diffusion verhindert, so daß nur das vordere Stück des Thermoelementes ausgewechselt zu werden braucht. Das Thermoelement läßt sich leicht auswechseln, da der Körper hoher Wärmeleitfähigkeit Form und Richtung des Durchführungskanals erhalten hat.Due to the sharp drop in temperature within the range of the gut thermally conductive body such diffusion is prevented, so that only the front piece of the thermocouple needs to be replaced. The thermocouple can be easily exchanged because the body has high thermal conductivity shape and direction of the implementation channel.

Gegenüber den bekannten Ausführungen zeichnet sich das Schutzröhrchen bei der erfindungsgemäßen Konstruktion durch eine geringe Länge aus. Da das Schutzröhrchen nach einigen Temperaturmessungen von etwa 1700° C ausgewechselt werden muß, sind die im Betrieb anfallenden Kosten für das Schutzröhrchen ebenfalls sehr gering. Die Lebensdauer des Schutzröhrchens ist relativ groß, da es vollständig unterhalb des Spiegels der Schmelze liegt und somit nicht mit den Metalldämpfen und der Schlacke in Berührung kommt.Compared to the known versions, the protective tube stands out in the construction according to the invention by a short length. Because the protective tube must be replaced after a few temperature measurements of around 1700 ° C the operating costs for the protective tube are also very low. The service life of the protective tube is relatively long since it is completely underneath the level of the melt and thus not with the metal vapors and the slag comes into contact.

Die erfindungsgemäße Konstruktion kann, da Vakuumdichtigkeit gewährleistet ist, in die Wandung von Behältern eingebaut werden, in denen die Schmelze einer Vakuumbehandlung unterzogen wird und die vor dem Einfüllen der Schmelze evakuiert werden.The construction according to the invention can, since it ensures vacuum tightness is to be built into the wall of containers in which the melt is a Vacuum treatment is subjected and which is evacuated before pouring the melt will.

Weitere Kennzeichen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die sich besonders bewährt hat.Further characteristics of the invention emerge from the subclaims and the following description of an embodiment which has proven particularly successful Has.

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht eines Behälters zur Aufnahme der Schmelze mit einer schwalbennestförmig angebauten Schutzvorrichtung; Fig. 2 zeigt die Einzelheiten der Konstruktion nach Fig. 1 im Schnitt.Fig. 1 shows the overall view of a container for receiving the melt with a swallow's nest-shaped protective device; Fig. 2 shows the details the construction of Fig. 1 in section.

Auf eine Gieß- oder Zwischenpfanne 1, die mit dem üblichen 'Alauerwerk 3 ausgekleidet ist, wird ein beispielsweise schwalbennestförmiger Aufbau 11 zum Schutz gegen ein Durchbrechen der Schmelze angeflanscht. Die Schutzvorrichtung ist nach außen ebenfalls über Flansche 12 abgedichtet. Um zu verhindern, daß zwischen dem Flansch 10 der Schutzvorrichtung und dem Pfannenpanzer 9 Luft eindringt oder durchbrechende Schmelze ausströmt, kann der Flansch 10 zusätzlich angeschweißt werden.On a pouring or tundish 1, which is with the usual 'Alauerwerk 3 is lined, a structure 11, for example in the form of a swallow's nest, is used for Flanged protection against breaking of the melt. The protective device is also sealed to the outside via flanges 12. To prevent between the flange 10 of the protective device and the pan armor 9 air penetrates or Breakthrough melt flows out, the flange 10 can also be welded on.

In die Bohrung 2 des Mauerwerks 3 der Pfanne 1 und des Pfannenpanzers 9 wird ein Körper 6 großer Wärmeleitfähigkeit, beipielsweise ein kohlenstoffarmer Eisenkern, eingeführt, der für die Durchführung des Temperaturfühlers durchbohrt ist. :eben der großen Wärmeleitfähigkeit muß der Körper 6 eine derart hohe Festigkeit aufweisen, daß er die Bewegungen der hochfeuerfesten Auskleidung aufnehmen kann. Der Körper 6 kann z. B. aus kohlenstoffarmem Eisen hergestellt werden, so daß er, ohne rissig zu werden, den Bewegungen der hochfeuerfesten Auskleidung standhalten kann. Für den Körper 6 kann, abweichend von der geraden Form, auch eine in Richtung der Schutzvorrichtung 11 konisch erweiterte Form gewählt werden. Er wird an der Schutzvorrichtung 11 über den Flansch 10 mit der durchbohrten Schraube 8 festgeschraubt.In the hole 2 of the masonry 3 of the pan 1 and the pan shell 9 becomes a body 6 of great thermal conductivity, for example a low-carbon one Iron core, inserted, which pierces for the passage of the temperature sensor is. : precisely because of the great thermal conductivity, the body 6 must have such a high strength have that it can absorb the movements of the refractory lining. The body 6 can, for. B. be made of low carbon iron, so that he, Withstand the movements of the highly refractory lining without cracking can. For the body 6, deviating from the straight shape, one in the direction the protective device 11 conically flared shape can be selected. He's going to the Protective device 11 is screwed tight over the flange 10 with the cannulated screw 8.

In den Körper 6 wird von der Pfanne aus das Schutzröhrchen 4, das aus metallkeramischem Werkstoff, beispielsweise aus Molybdän und Aluminiumoxyd, gefertigt ist, mit dem Temperaturfühler mit Hilfe von ausgeglühtem Asbest eingesetzt, und zwar vorzugsweise so weit, daß das Schutzröhrchen 4 mit seiner Spitze etwa 25 mm über das Mauerwerk in den Pfannenraum hineinragt. Bei einer Wandstärke des Schutzröhrchens von etwa 5 mm liegt bei Verwendung eines Thermoelementes damit dessen Lötstelle 20 mm tief im Pfannenraum, so daß der Temperaturabfall infolge der Wärmeableitung von der Schmelze zur Behälterwand das Meßergebnis nicht beeinflußt.The protective tube 4, the made of metal-ceramic material, for example molybdenum and aluminum oxide, is manufactured, with the temperature sensor inserted with the help of annealed asbestos, and preferably so far that the protective tube 4 with its tip about 25 mm protrudes over the masonry into the socket space. With a wall thickness of the protective tube If a thermocouple is used, the soldering point is about 5 mm 20 mm deep in the pan, so that the temperature drop due to heat dissipation from the melt to the container wall does not influence the measurement result.

Der Raum 7 vor und zwischen Eisenkern 6. Mauerwerk 3 und Schutzröhrchen 4 wird zweckmäßig mit feuerfestem Mörtel ausgestampft.The space 7 in front of and between the iron core 6. Masonry 3 and protective tubes 4 is expediently stamped out with refractory mortar.

Der Temperaturfühler, in dem dargestellten Beispiel das Thermoelement 5, dessen Schenkel beispielsweise aus Platin und Platin-Rhodium bestehen, wird durch den Eisenkern und eine Verschraubung 8 herausgeführt und der Draht beim Austritt aus der Verschraubung mit widerstandsfähigem Kitt so verkittet, daß der Ram innerhalb des Schutzröhrchens und des Eisenkernes praktisch luftdicht abgeschlossen ist.The temperature sensor, in the example shown the thermocouple 5, the legs of which are made of platinum and platinum-rhodium, for example the iron core and a screw connection 8 led out and the wire at the exit cemented out of the screw connection with resistant putty so that the ram is inside the protective tube and the iron core is practically airtight.

Die Schutzvorrichtung 11 wird mit trockenem, besonders feinkörnigem Quarzsand, der als zusätzlicher Schutz wirkt, gefüllt.The protective device 11 is dry, particularly fine-grained Quartz sand, which acts as additional protection, is filled.

Bei Verwendung von Thermoeleinenten kann für die Anzeige der gemessenen Temperaturen die Thermospannung durch einen Fotozellenkompensator verstärkt und der Temperaturverlauf während des Gießens mit einem Linienschreiber registriert werden.When using thermocouples you can display the measured Temperatures the Thermal voltage through a photocell compensator and the temperature profile during casting with a line recorder be registered.

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion ist es möglich, den genauen Temperaturverlauf in einer Schmelze, die sich in einem Behälter befindet, während des Gießens stetig zu verfolgen und damit die Qualität des gegossenen Materials günstig zu beeinflussen.With the construction according to the invention, it is possible to determine the exact Temperature profile in a melt that is in a container while of the casting process and thus the quality of the cast material favorable to influence.

Sollte die Schmelze wider Erwarten innerhalb der Wandung des Schmelzbehälters durch den den Temperaturfühler umgebenden Körper nicht zum Erstarren gebracht werden, so wird sie auf jeden Fall in der Sandfüllung der schwalbennestförmigen Schutzvorrichtung aufgehalten und kann in der Schmelzanlage selbst keinen Schaden anrichten.Should, contrary to expectations, the melt be inside the wall of the melting container are not caused to solidify by the body surrounding the temperature sensor, so it will definitely be in the sand filling of the swallow's nest-shaped protective device held up and cannot cause any damage in the melting plant itself.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. In a melting pot with a protective device built-in temperature sensor with protective tube, its inlet channel complete is below the level of the melt, characterized in that the temperature sensor (5) behind a layer of refractory mass of a body with good thermal conductivity (6) is surrounded and this body at the same time has a strength that of corresponds to low-carbon iron, which, without shearing or deforming, can absorb the movements of the highly refractory lining (3).

2. In a melting pot Temperature sensor built in with a protective device according to claim 1, characterized in that characterized in that the body (6) surrounding the temperature sensor has a duct for the sensor whose gap width compared to the temperature sensor is at most a few millimeters.

3. In a melting pot with a protective device built-in temperature sensor according to claims 1 and 2, characterized in that that the duct for the temperature sensor with the help of a putty after is hermetically sealed on the outside.

4. In a melting pot with a protective device built-in temperature sensor according to claims 1 to 3, characterized in that that the body surrounding the temperature sensor faces away from the melt expanded towards.

5. Built into a melting vessel with a guard Temperature sensor according to Claims 1 to 4, characterized in that on the The outside of the container holding the melt is filled with dry sand Box (11) is attached, through which the leads of the temperature sensor after are led outside.

6. In a melting container with a protective device built-in temperature sensor according to claims 1 to 5, characterized in that the tip of the temperature sensor extends at least 25 mm into the melt. References considered: British Patent No. 750,385 U.S. Patent No. 2,102,955; "Industrial Heating", December 1944, p. 2038.