DE1573216C - Verfahren zur Temperaturmessung in einem Schmelzbad und Temperaturmeßgerat zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturmessung in einem Schmelzbad, bei dem ein Thermoelement mit einer zu einem Meßinstrument führenden Verbindung in das Bad eingetaucht wird, und ein Temperaturmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das Temperaturmeßgerät dienen insbesondere der Temperaturmessung unter der Oberfläche eines verhältnismäßig unzugänglichen Bades geschmolzenen Metalls, wie etwa Stahl in einem Konverter.

Bisher war es beispielsweise bei Temperaturmessungen während des Blasens (Frischens) notwendig, das Schmelzgefäß so zu senken, daß eine Temperaturmeßsonde in die Konvertermündung eingeworfen werden konnte. Die Sonde tauchte dann langsam in die Schmelze ein und wurde nach einer bestimmten Zeit wieder herausgezogen. Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Temperaturmessung in derartigen Schmelzen 2u* entwickeln, das die Temperaturmessung ohne Unterbrechung des Blasvorganges möglich macht.

Zwar sind Temperaturmeßgeräte mit Thermoelementen bekannt, die zur Temperaturmessung an entfernten Orten, wie etwa Bohrlöchern, dienen. Diese bekannten Ausführungen sind jedoch nicht geeignet, die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen.

Das die Aufgabe lösende Verfahren zur Temperaturmessung in einem Schmelzbad kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß über nicht thermoelektrisch ausgeglichene Zuführungen den über thermoelektrisch ausgeglichene Verbindungsleitungen mit der heißen Verbindungsstelle verbundenen KaItverbindungsstcllen des in einem Senkkörper relativ hoher Wärmeträgheit eingebauten Thermoelements eine Spannung zugeführt wird, die dem Betrag nach gleich der vom Thermoelement vor dem Eintauchen in das Bad erzeugten Spannung an den Kaltverbindungsstellen ist, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen hat, und das Meßinstrument über thermoelestrisch ausgeglichene Verbindungsleitungen mit den nicht thermoelektrisch ausgeglichenen Zuführungen verbunden ist.

Das Temperaturmeßgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß der Senkkörper so aus Schwermetall ausgeführt ist, daß er in das Bad einsinkt, daß die Kaltverbindungsstellen des in dem Senkkörper eingebauten Thermoelements über aus dem Bad herausführende, nicht thermoelektrisch ausgeglichene Leitungen mit entfernt angeordneten Klemmkontakten verbunden sind und daß Mittel zum Ausgleich der durch die nicht ausgeglichenen Leitungen bewirkten Fehler bei der Temperaturmessung vorgesehen sind.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. An Hand 5er Figuren werden in der Beschreibung Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Senkkörper und die dazugehörige Einrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht des Gerätes nach F i g. 1 von unten,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten bevorzugten Alisführungsbeispiels des Temperaturmeßgerätes und

F i ° 4 ein Blockschaltbild eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Temperaturmeßgerätes.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Senkkörper 10 aus Gußeisen dargestellt, der die Form eines länglichen Rotationskörpers hat. Der Senkkörper hat eine beträchtliche Wärmeträgheit. Der Senkkörper 10 ist, wie gezeigt, von seiner Oberseite 13 zu einer Ebene 12 in der Nähe seines Bodens hin leicht konisch verjüngt, so daß er in einer um ein Modell herum gebildeten Gußform gegossen werden kann, die dann durch Abwärtsziehen entfernt wird. Unter der Ebene 12 weist der Senkkörper 10 vier im Abstand voneinander liegende Füße 11 auf, die symmetrisch um die Rotationsachse herum angeordnet sind. Die Ebene 12 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 8,89 cm und die Oberseite 13 einen von 9,84 cm. Der Abstand der Ebenen 12 und 13 beträgt vorzugsweise 10,48 cm. Die Füße 11 sind 3,87 cm lang. Der Senkkörper hat eine axiale Bohrung 14, die 1,59 cm Durchmesser hat und sich von seiner Oberseite 13 über eine Strecke von 7.62 cm erstreckt, wo sie sich zu einer sich bis zur Ebene 12 erstreckenden Bohrung 15 von 2,86 cm Durchmesser erweitert.

In dem Raum 15 befindet sich ein sich nach oben in die Bohrung 14 und nach unten in den durch die Füße 11 gebildeten Raum erstreckendes Gehäuse Ϊ6 mit einem Teil Ϊ7, in dem ein Phitin-Platin-Rhodium-Thermoelement untergebracht ist. Das Thermoelement ist in F i ". 1 nicht «czciut. Seine heiße Verbindungsstclle ist schematisch in Fig. 3 und 4 bei 30 dargestellt. Die Thermoelementdrähte sind mit Endklcmmen 18 und 19 verbunden, die sich am oberen Ende 20 des Gehäuses 16 befinden. Es ist klar, daß die Drähte, die das Thermoelement bilden, sich nicht selbst zu Endklemmen 18 und !9 zu erstrecken brauchen, sondern mit diesen Endklemmen durch Drähte von weniger teurem Material verbunden sein können. Wenn dies der Fall ist, müssen die Zwischendrähte in bekannter Weise aus thermoelektrisch ausgeglichenem Material sein, so daß die Kaltverbindung des Thermoelements sich an den Klemmen 18 und"l9 befindet.

Das ein Thermoelement enthallende Gehäuse 16 ist in der beschriebenen Ausführung im Handel erhältlich als eine Einheit, die gewöhnlich für Sondentemperaturmeßinstrumente verwendet wird, und ist nicht Teil der Erfindung. Der Gehäuseteil 17 ist so gebaut, daß er das Thermoelement gegen mechanische Beschädigung vor seiner Verwendung schützt, aber sofort nach Eintauchen in das Bad schmilzt.

Der aus Grauguß bestehende Senkkörper 10 mit seinen oben angegebenen Maßen wiegt zusammen mit seinem Thermoelementgehäuse 16 ungefähr 4,54 kg und sinkt ungefähr ^%fc bis 2 m in dem geschmolzenen Stahl bei einer Temperatur von ungefähr 1649⁰C.

Mit den Endklemmen 18 und 19 verbundene isolierte Leiter 22 und 23 sind durch eine weitere Isolierumhüllung geschützt und bilden ein Kabel 24. Der Senkkörper 10 ist am oberen Ende seiner Bohrung 14 mit einer üblichen Spannbüchse 25 versehen, durch die das Kabel 24 läuft und die bewirkt, daß das Gewicht des Senkkörpers 10 von dem sich aus der Spannbüchse 25 heraus erstreckenden Teil des Kabeis 24 gehalten wird. Das Kabel 24 ist so lang, daß es aus dem Bad heraus durch die Öffnung des Konverterofens bis zu den weiteren Geräteteiien führt, die noch beschrieben werden. Das Kabel 24

hat eine Länge von ungefähr 13,72 m. Die Leiter 22 und 23 sind nicht thermoelektrisch ausgeglichen, sondern bestehen beide aus gewöhnlichem, verlitztem Kupferdraht.

In seiner ersten, in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Leiter 22 und 23 an ihren fernen Enden mit einem Ausgleichsgerät verbunden. In einer speziellen Ausführungsform können sie mit einem Paar in der Bohrung eines ein Duplikat des Senkkörpers 10 bildenden Senkkörpers 31 angeordneter Klemmen 32, 33 verbunden sein. Die Endklemmen 32 und 33 werden im Inneren des Senkkörpers 31 durch eine geeignete Isoliervorrichtung gehalten und sind ihrerseits durch übliche thermoelektrisch ausgeglichene Leitungen mit einer geeigneten, nicht gezeigten Temperaturanzeige- oder Aufzeichnungsvorrichtung verbunden.

In einer zweiten, in F i g. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Platin-Rhodium-Draht (10 °/o Rhodium) der Thermoelement-. verbindung 30 mit der Klemme 18 und der Platindraht mit der Klemme 19 verbunden. Die Leitung 22 ist mit einer Klemme 27 einer verstellbaren Gleichstromquelle 39 verbunden. Die Spannungsquelle 39 tritt an die Stelle des Dupiikatsenkkövpers 31 und dient als Ausgleichsgerät. Die andere Klemme 38 der Gleichstromquelle 39 ist über einen nicht ausgeglichenen Leiter 34 mit einer Klemme 36 verbunden, und der Leiter 23 ist mit einer Klemme 35 verbunden. Die Klemmen 35 und 36 befinden sich in einer auf einer gesteuerten Temperatur gehaltenen Kammer 40. Vorzugsweise wird die Kammer 40 auf der Temperatur schmelzenden Eises von 0° C gehalten. Die Gleichstromquelle 39 ist in Serisnhilfsschaltung mit den Thermoelementklemmen 18 und 19 verbunden. Ein üblicher Temperaturanzeiger oder eine Aufzeichnungsvorrichtung 43 ist mit Klemmen 35 und 36 durch übliche thermoelektrisch ausgeglichene Leiter 42 bzw. 41 verbunden.

Der Betrieb des Gerätes und des Verfahrens nach der Erfindung wird zuerst unter Hinweis auf die in F i g. 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Der die Thermoelementverbindung 30 enthaltende Senkkörper 10 und der Ausgleichsduplikatsenkkörper 31 werden zusammen an irgendeine geeignete Stelle auf der Arbeitsplattform gebracht und dort belassen, bis sie ihre Temperaturen aneinander angeglichen haben. Die Temperatur der KaItverbindungsklemmen 18 und 19 des Thermoelements im Senkkörper 10 ist gleich der der Klemmen 32 und 33 im Senkkörper 31, der wiederum die Temperatur des Senkkörpers 10 hat. In einem Stahlwerk kann sich die Umgebungstemperatur innerhalb weniger Minuten sehr stark ändern. Die beiden Senkkörper sprechen auf solche Änderungen mit der gleichen Geschwindigkeit an, so daß sich kein Temperaturunterschied zwischen den beiden Sätzen von Klemmen 18, 19 und 32, 33 entwickelt.

Der Senkkörper 10 wird dann an dem Kabel 24 in den Konverterofen eingeführt und sinkt dort um etwa 30 bis 100 cm unter die Oberfläche des Bades. Die Heißverbindung 30 des Thermoelements nimmt genauso schnell die Badtemperatur an, als wäre sie in das Bad mit einer gewöhnlichen Sonde eingeworfen worden. Die sich innerhalb des Senkkörpers 10 befindenden Klemmen 18 und 19 haben eine beträchtliche Wärmeträgheit, und ihre Temperatur steigt in einigen Sekunden nur unmerklich an. In dieser Zeit erreicht aber die Heißverbindung 30 die Badtemperatur. Die vom Thermoelement erzeugte Spannung ist daher proportional dem Temperaturunterschied zwischen der Heißverbindung 30 und der Kaltverbindung 18, 19. Da die Klemmen 18 und 19 anfangs die gleiche Temperatur wie die Endklemmen 32 und 33 hatten, die sich auch während des Meßzeitraumes im wesentlichen nicht geändert hat, wird die an der Kaltverbindung des Thermoelements liegende Spannung auf die Klemmen 32 und 33 der Arbeitsplattform übertragen. Die Verwendung nicht ausgeglichener Leitungen 22 und 23 bringt daher keinerlei Fehler in die Temperaturmessung hinein.

In der Ausführungsform nach F i g. 4 nimmt die verstellbare Spannungsquelle 39 die Stelle des Duplikatsenkkörpers 31 der oben beschriebenen Ausführungsform ein und stellt das Ausgleichsgerät dar. Die Endklemmen 35 und 36 werden auf einer konstanten Temperatur gehalten, wie bereits erwähnt wurde. Die Temperatur des Senkkörpers W wird mit einem gewöhnlichen Thermometer unmittelbar vor Verwendung des Senkkörpers gemessen. Die verstellbare Gleichstromquelle 39 wird dann so eingestellt, daß sie eine Spannung liefert, die gleich der ist, die durch ein Platin-Platin-Rhodium-Thermoelement erzeugt würde, das eine Kaltverbindungstemperatur von der obenerwähnten konstanten Temperatur und eine Heißverbindungstemperatur, die gleich der gemessenen Temperatur des Senkkörpers 10 ist, hat.

Nach dem Eintauchen des Senkkörpers 10 in das Bad wird die zwischen den Endklemmen 35 und 36 liegende Spannung auf einen üblichen Temperaturanzeiger oder ein Registriergerät mit Hilfe üblicher temperaturausgeglichener Drähte übertragen. Wie in der Praxis der ersten Ausführungsform des Verfahrens führt die Verwendung unausgeglichener Leiter 22 und 23 keinerlei Fehler in die Temperaturmessung ein. Es besteht kein Unterschied in der von den beiden Ausführungsformen der Erfindung erzielten Genauigkeit der Ergebnisse. Die dem Temperaturunterschied zwischen der gemessenen Temperatur des Senkkörpers 10 und einer bekannten konstanten Temperatur entsprechende Spannung ist das elektrische Äquivalent des Duplikatsenkkörpers 31.

Vergleiche zwischen mit dem beschriebenen Verfahren und Gerät gemessenen Temperaturen und denen der gleichen Bäder, die im wesentlichen zur gleichen Zeit durch übliche Sondenthermoelemente bestimmt wurden, ergaben über den Temperaturbereich von ungefähr 1589°'C bis ungefähr 1639° C Unterschiede von normalerweise weniger als 5 bis 6° C.

Es hat sich gezeigt, daß in Bädern von geschmolzenem Eisenmetall unter einer Schlackendecke ein beträchtlicher Temperaturgradient in der Schlacken-Metall-Grenzschicht und dem Bad direkt darunter besteht. Temperaturmessungen, die wirklich die Temperatur des Bades darstellen, müssen deshalb in Bereichen weit unter der Badoberfläche durchgeführt werden, vorzugsweise etwa 30 cm unter der Oberfläche. Sonst ergeben sich Fehler von ungefähr 27 bis 28° C. Der hier beschriebene und dargestellte Senkkörper dringt entsprechend weit unter die Oberfläche des Bades in einen Konverter ein und ist in Größe, Form und Material für diesen Zweck sehr geeignet. Ein schwererer Senkkörper schafft zufriedenstellende Temperaturmessungen, ist aber ungeschickter und weniger wirtschaftlich zu handhaben.

In der vorstehenden Beschreibung wurde auf in

der Technik bekannte ausgeglichene Thermoelementleitungen Bezug genommen, die die Kaltverbindung des Thermoelements zu einem von der gemessenen Temperaturquelle weit entfernt liegenden Punkt übertragen, so daß eine konstante Kaltverbindungstemperatur aufrechterhalten werden kann. Die Ausgleichsleitungen werden aus einem Material gemacht, das billiger ist als die Elemente des Thermoelements. Das Material der thermoelektrisch ausgeglichenen Leitung, die mit dem Platin-plus-10-%-Rhodium-Draht eines üblichen Platin-Platin-Rhodium-Thermoelements verbunden werden soll, ist Kupfer, und das Material der ausgeglichenen Leitung, die mit dem Platindraht des Thermoelements verbunden werden soll, ist eine Legierung. Der Draht aus dieser Legierung ist um ein Mehrfaches teurer als ein Kupferdraht vom gleichen Durchmesser, und seine Kosten stellen einen bedeutenden Teil der Gesamtkosten der Messung dar, die unter Verwendung eines nur einmal zu benutzenden Senkkörpers, eines* nur einmal zu verwendenden Thermoelements und entsprechender Leitungen durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung, die die Verwendung von unausgeglichenen Leitungsdrähten möglich macht, bringt so eine beträchtliche Verringerung in den Kosten der Bestimmung der Badtemperaturen.

Das Temperaturmeßgerät gemäß der Erfindung ist nur zum einmaligen Gebrauch bestimmt. Das im Senkkörper montierte Thermoelement und mit dem Thermoelement verbundene, nicht ausgeglichene Zuführungen 22, 23, die nach dem Eintauchen des Senkkörpers in das Bad aus diesem herausführen und das Thermoelement mit einem Temperaturanzeiger verbinden, schmelzen nach der Temperaturmessung in dem Schmelzbad.

Die Zuführungen 22 und 23 des Gerätes führen nur geringe Stromstärken. Ihre Größe wird lediglich durch ihre Wärmekapazität bestimmt. Sie müssen unterhalb des Schmelzpunktes verbleiben, bis das Thermoelement die Badtemperatur erreicht hat und die mit ihnen verbundene Temperaturanzeige- oder Registriervorrichtung gearbeitet hat. Es hat sich gezeigt, daß ein Kabel 24 ohne besondere Hochtemperaturisolation für die Zuführungen 22 und 23 genügt, wenn die Leitungen aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,28 mm oder mehr sind.

Dem Fachmann ist auch klar, daß die gesteuerte Temperatur, bei der die Klemmen 35 und 36 der Ausführungsform nach F i g. 4 gehalten werden, höher oder niedriger als die Temperatur der Umgebungsluft sein kann. Die Kaltverbindungstemperatur ist lediglich ein Bezugspunkt und ist nur im Verhältnis zur Temperatur der Heißverbindung des Thermoelements »kalt«. Der Fachmann wird auch erkennen, daß die Leitung 42 nach F i g. 4 ein Legierungsdraht ist und der Draht 41 ein Kupferdraht. So verbindet die Klemme 36 den Kupferdraht 34 mit dem Kupferdraht 41, wobei diese Verbindung keine thermoelektrische Spannung erzeugt. Bei solchen Verbindungen muß nur die Klemme 35 auf einer konstanten bekannten Temperatur gehalten werden.

Vorstehend wurde Bezug auf einen Senkkörper 31 genommen, der das Duplikat des Senkkörpers 10 ist. Es ist nicht notwendig, daß der Senkkörper 31 genau Größe und Form des Senkkörpers 10 wiederholt. Es genügt, wenn der Senkkörper 31 im wesentlichen die gleiche Wärmekapazität und Wärmeträgheit hat wie der Senkkörper 10, so daß Veränderungen in der Temperatur der umgebenden Atmosphäre bewirken, daß seine Temperatur sich in der gleichen Art und Weise und im gleichen Ausmaß ändert wie die des Senkkörpers 10. Der Ausdruck »Duplikat« hat diese Bedeutung in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Temperaturmessung in einem Schmelzbad unter Anwendung eines in das Bad eintauchenden Thermoelements, dadurch gekennzeichnet, daß über nicht thermoelektrisch ausgeglichene Zuführungen (22, 23) den über thermoelektrisch ausgeglichene Verbindungsleitungen mit der heißen Verbindungsstelle (30) verbundenen Kaltverbindungsstellen (18,19) des in einem Senkkörper (10) relativ hoher Wärmeträgheit eingebauten Thermoelements (18 — 30 — 19) eine Spannung zugeführt wird, die dem Betrag nach gleich der vom Thermoelement vor dem Eintauchen in das Bad erzeugten Spannung an den Kaltverbindungsstellen (18, 19) ist, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen hat, und das Meßinstrument über thermoelektrisch ausgeglichene Verbindungsleitungen (41, 42) mit den nicht thermoelektrisch ausgeglichenen Zuführungen (22, 23) verbunden ist.

2. Verfahren zur Temperaturmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung dadurch zugeführt wird, daß die ausgangsseitigen Enden der nicht ausgeglichenen Zuführungen (22, 23) mit Verbindungsklemmen (32, 33) in einem dem Senkkörper (10) entsprechenden Duplikatkörper (31) verbunden sind, und daß Senkkörper (10) und Duplikatkörper (31) vor dem Eintauchen des Senkkörpers (10) auf gleiche Temperatur gebracht werden.

3. Verfahren zur Temperaturmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzuführende Spannung von einer zwischen eine der thermoelektrisch ausgeglichenen Zuführungen (22,23) geschalteten Spannungsquelle geliefert wird.

4. Temperaturmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Senkkörper (10) so aus Schwermetall ausgeführt ist, daß er in das Bad einsinkt, daß die Kaltverbindungsstellen (18,19) des in dem Senkkörper (10) eingebauten Thermoelements über aus dem Bad herausführende, nicht thermoelektrisch ausgeglichene Zuführungen (22, 23) mit entfernt angeordneten Klemmkontakten (32, 33; 35,36) verbunden sind und daß Mittel (31, 39) zum Ausgleich der durch nicht ausgeglichene Zuführungen (22,23) bewirkten Fehler bei der Temperaturmessung vorgesehen sind.

5. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Ausgleich der durch die Zuführungen (22, 23) bedingten Meßfehler ein die Klemmkontakte (32, 33) umgebender Duplikatkörper (31) vorgesehen ist, der dieselben Wärmeeigenschaften hat wie der Senkkörper (10).

6. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Senkkörper (10) aus Eisen besteht und die Form eines Rotations-

körpers mit einem maximalen Durchmesser von etwa 9 cm und eine mittige, nach unten offene Bohrung (15) aufweist.

7. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper längliche Form hat und an seinem unteren Ende mehrere symmetrisch zur Rotationsachse angeordnete Füße (11) aufweist und daß ein Gehäuse (16) mit dem Thermoelement in

dem durch die Bohrung (15) und die Füße (11) gebildeten Raum angeordnet ist.

8. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleich der von den nicht ausgeglichenen Leitern (22, 23) bewirkten Meßfehler durch eine variabel einstellbare Spannungsquelle (39) erreicht ist, die mit den thermoelektrisch ausgeglichenen Zuführungen (22, 23) in Reihe geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen