DE1573271A1

DE1573271A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen thermoelektrischen Messung der Temperatur von korrodierenden Medien

Info

Publication number: DE1573271A1
Application number: DE1966M0069085
Authority: DE
Inventors: Pipitz Dr Phil Egon; Ing Bernd Natter; Tirol Reutte; Rinesch Dipl-Ing Dr Mon Rudolf; Dipl-Ing Dr Techn Sedlatschek; Dipl-Ing Dr Rer Pol Strohmeier
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1965-04-09
Filing date: 1966-04-07
Publication date: 1970-06-04
Also published as: ES324616A1; AT257982B; SE331760B; BE678388A; GB1119338A; CH451553A; NL6604682A; LU50858A1

Description

Dr. Jng. Hj. ν. Schwarze

Pafenfanwalt

415 KREFELD

Weifparkifr. 14 - TeL 26671

Metallwerk Planaee Aktiengesellschaft in Reutte/Tirol

Einrichtung zur kontinuierlichen thermoelektrischen Messung der Temperatur von korrodierenden Medien

Die fortlaufende Messung der Temperatur von metallischen und nichtmetallischen Schmelzen, z.B. von Eisen- und Stahlschmelzen usw., ist in vielen Fällen ein geeignetes Mittel, um die in den Schmelzen ablaufenden Vorgänge zu kontrollieren«, Yon besonderer Wichtigkeit ist eine derartige Kontrolle 'bei Vorgängen, die sehr rasch vor aich gehen, wie "dies a.B· beim . Prischen von Roheisen mit Sauerstoff der Fall ist»

Man hat versucht, eine fortlaufende Temperaturmessung -/on Schmelzen in Tiegeln und Konvertern durch Thermoelemente vorzunehmen, die in Schutzrohren untergebracht waren, die in die Schmelzen hineinragten* Mit den bisher bekannten WerJte^if.ja für" die Schutzrohre konnte jedoch nur exrja tsshr ©eerf::?·?!^:^ Lebensdauer erzielt werden.

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Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen thermoelektrischen Messung der Temperatur von korrodierenden Medien, die diese Nachteile nicht aufweist. Die erfindungs-■ gemäße Einrichtung zeichnet sich durch ein metallkeramiaches .Meßelement aus, in das die KeiSlötstellen der Thermoelemente mit ihren Isolierungen eingepreßt oder eingeaintert sind. Da das gemäß der Erfindung vorgesehene Temperaturmeßelement aus einem metallkeramischen Werkstoff besteht, ist es sehr widerstandsfähig gegen dan korrodierenden Angriff dar zu meeoendon flüssigen und gasförmigen Medien. Wegen seiner guten thermischen Leitfähigkeit nimmt es sehr rasch die Temperatur seiner Umgebung an und leitet sie an die ThermoineQdrähte weiter. Wegen der kompakten Anordnung seiner Einzelteile gestattet die erfindungsgemäße Einrichtung auch bei ungünstigen Bedingungen, z.B. starken Erschütterungenj zuverlässige Messungen.

Als metallkeramische Werkstoffe.sum Aufbau der Temperaturmeßelemente haben sich Sinterwerkstoffe bewährt, die 2.0 bis 35 Vol.-einer ü.cerwiagesd aus Molybdän und/οasr Wolfram gebildeten metal/ ischall Komponeiitö u?.id im" Rest eine überwiegend aus Zirkonoxid '.' rtehtiiäe oxiüÄiirasische Korn; ":.snte enthalten. Vorteilhaft ka.-ir. --jü .vain, wsnn üie Sirkonoxidpliase noch stabilisierende Zu3?-':-2e, s.i, r-;l..s 10 G-ew.> Magnesiumciid oder Kalziumoxid,, enthält. Darüber hin&üv tonnen diese metallkeramisehen Werkstoffs nceii Ausätze an anderea riochschuielKe.ndeii Metallen, wie 2.B. Ghi^nii cd er ar/^^sn- ao^i-^ihmelseiid⁵::; leiden, _t-?iu z.B. Titanox:i '. ΐΐιν'"--.. .Ύ. ZiA ^vi'*i- ^r~: :::iAX:-xnA_f ■":;■/?;-^""-5V . "■■· diese metall-

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Komponenten bestehen, sind sie besonders für Meßelemente geeignet, die bei .hohen Temperaturen (bis etwa 200O⁰C) eingesetzt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in einem TemperaturmeQelement nicht nur eine einzige, sondern mehrere Heißlöt3tellen angeordnet sind, wobei ihr Abstand von der korrodierenden Oberfläche unterschiedlich ist. Dadurch kann die Lebensdauer der Meßelemente erheblich verlängert werden. Wird die anfänglich der dem Korrosionsangriff auogooetflten OberflUohe am nüehnten liegende Heifllötetolle . zerstört, so kann die Messung mit.der .Heißlötstelle,-die zur Oberfläche die zweitnächste Entfernung hat, fortgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, die. Temperaturmessung mit mehreren Heißlötstellen gleichzeitig, z.B. mit Hilfe eines Mehrfarben-Schreibers, zu verfolgen. Der beobachtete Temperaturgradient kann dann zur Korrektur der Meßwerte benutzt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsformder Erfindung sind die Heißlötstellen mit dem metallkeraraisehen Körper leitend verbunden. Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist es auch möglich, "zu den Heißlötstellen jeweils ημΓ einen isoliert eingeführten Draht zuzuleiten, während der zweite Thermoelementschenkel durch die metallische Komponente gebildet ist. Vorzugsweise bestehen, hiebei die Thermoelementdrähte aus einer Molybdän-Rhenium-Legierung und die metallische Komppnente des metallkeramischen Körpers aus Molybdän.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen werden vorteilhafterweise hergestellt,- indem die mit Isolierungen versehenen Thermoelementdrähte mit der metallkeramischen Masse umpreßt werden, wonach "

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die raetallkeramische Masse gesintert wird. Die Isolierungen der Thermoelementdrähte werden ihrerseits zweckmäßig durch Auftragen von in Bindemitteln aufgeschlämmten hochschmelzenden Oxiden und Trocknen der Aufschlämmungen hergestellt. . ·

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen eignen sich besonders zur Messung der Temperatur an der Wandung von Behältern zur Aufnahme korrodierender Medien und ,zur Temperaturmessung von Schmelzen nach dem. Tauchverfahren,

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung noch näher erläutert.

Fig.l zeigt eine Ausführurigsform der Meßeinrichtung im Längsschnitt, Pig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig.l und Fig.3 einejabgeänderte Meßeinrichtung im Längsschnitt. In · den Fig.4 bis 6 sind vorteilhafte Weiterbildungen und in Fig.7 eine als Tauchelement ausgebildete Meßeinrichtung im Längsschnitt dargestellt.

Die Meßeinrichtung nach den Fig.l und 2 ist in die Wandung eines zur Aufnahme von Eisen- und Stahlschmelzen bestimmten Konverters"eingebaut. Der Körper 1 des Meßelementes besteht aus einem metallkeramischen Sinterwerkstoff mit 60 VoI.-^ Molybdän und 40 Vol.-# Zirkondioxid. In dem metallkeramischen Körper 1 sind zur. Aufnahme der Thermomeßdrähte 3 mehrere feuerfeste keramische Schutzrohre 2 eingesetzt. Die keramischen Schutzrohre können in den metallkeramischen Körper·1 eingepreßt 'oder eingesintert werden. Sie können aber auch in vorbereitete Bohrungen eingeschoben werden. Die Heißlötstellen der Thermo-

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elemente haben unterschiedlichen Abstand von der verschleissenden Oberfläche des metallkeramischen Körpers. Die Kaltlötstellen der Thermodrähte befinden sich im Klemmkasten 4, der mit Hilfe des Kühlsystems 5 auf niedriger Temperatur gehalten wird. Als Kühlmittel wird im dargestellten Fall ein neutrales oder reduzierendes Gas, wie z.B. Stickstoff, Argon •oder Wasserstoff, verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, Thermodrähte aus Werkstoffen zu verwenden, die nicht oxydät ionsbeständig sind. Zur Meaaung von hohen Temperaturen haben eich beispielsweise Thermodrähte aus Molybdän und Molybdän-Rhenium-· Legierungen bewährt. Zum Beispiel werden Molybdänlegierungen

verwendet, die 30 bis 50 °/> Rhenium enthalten. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Thermoelementes für hohe Temperaturen weist einen Schenkel aus einer Molybdänlegierung, die 41 i* Rhenium enthält, auf und einen Schenkel, der aus Molybdän mit geringen nichtmetallischen Zusätzen zur Erhöhung der Rekristallisationstemperatur besteht. Das Kühlsystem ist nach außen hin durch das Stahlrohr 6 abgeschlossen, das mit dem 'metallkeramischen Körper 1 verschraubt ist. . '

Anstelle oder zusätzlich zu der Gaskühlung kann natürlich auch · eine Kühlung durch ein flüssiges Medium, z.B. Wasser, vorgesehen werden. In diesem Falle können zur Führung, des Kühlmedium;= Kühlmantel verwendet werden, die sich bis in den Bereich des metallkeramischen Körpers 1 ausdehnen.

•Fig.3 zeigt eine Einrichtung, die nehen dem ( noch ein mit einem flüssigen Medium arbeiteru., rjul*"^· aufweist. Durch das letztere wird auch, der käl^o-r^ ΐ^ίΐ metallkeraraischen Körpere 1 einer intansiven K*.ihr.:.u; "λζ^ϊ

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In den Pig. 1 und 3 ist auch die Konverterwandung schematisch dargestellt. Sie besteht aua dem Verschleißfutter 7, dem Dauerfutter 8, der Isolierschicht 9 und dem Konverterpanzer 10. Der metallkeramische Körper 1 des Meßelementes ist in einen Stein des Verschleißfutters eingepreßt, eingesintert oder einzementiert. Der metallkeramische Körper 1 kann auf diese Weise mit dem Verschleißfutter unlösbar verbunden werd-en. Bei Erneuerung des Verschleißfutters wird ein neues Meß-,element eingebaut werden. Man wird deshalb bestrebt sein, .dem Meßelement eine Lebensdauer zu geben, die der des Verschleißfutters entspricht, so daß die Temperatur über die gesamte Lebensdauer der Ausmauerung des Konverters verfolgt werden kann. Aus Sicherheitsgründen kann es zweckmäßig sein, zwei der beschriebenen Meßeinrichtungen gegeneinander versetzt einzubauen.

Bei der in Fig.4 dargestellten Einrichtung sind die zur Isolierung der Thermoarähte vorgesehenen Kapillarrohre 11 in den metallkeramiseli^r* Evrper 1 eingesintert. Die Heißlötstellen de; Thermoelemente «erden durch die Lötperlen 12 gebildet, die aus aen KapilXarrehren herausrage. "Die Heißlötstellen sind β ρ eMails in vem met al !keramischen Körper 1 eingesintert, so ca.; ein guter "vilrmeüDergang eraielt wird.

?.U',5 38i/gt 3':i3 Ausführungsform, bei, der durch die Kapillar-τ·.-'. ;-3 11 £w:-;.i* rjiv tiü einziger ^h^rmosle^entdraht einge-, ·

... - ι- :. / Zy,;,- -^-:. ;.■■;::. /;:'*-::. 12 dicsss? r-r/ähv*⁴ sind in den

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inetallkeramischen Körper 1 eingesintert. Der zweite Schenkel der Thermoelemente wird für alle gemeinsam durch die metallische Phase des metallkeramischen Körpers 1 und den Thermoelementdraht 13 gebildet. Voraussetzung dabei ist natürlich, daß der Draht 13 aus dem gleichen Metall bzw. der gleichen Legierung besteht wie die metallische Phase des Körpers 1. Diese Porr derung läßt sich leicht erfüllen, wenn der metallkeramische Körper 1 aus Molybdän und Zirkonoxid aufgebaut ist. Der Thermo-? elementdraht 13 muß dann in diesem Falle au β Molybdän bestehen.

Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung, bei der die Isolierung der Thermo'elementdrähte 3 durch eine auf den Drähten direkt aufgebrachte Schicht 14 erfolgt. Die Herstellung einer solchen Isolierschicht kann mittels einer Aufschlämmung von hochschmelzenden Oxiden in einem organischen Bindemittel, z.B. gelöste Methylzellulose oder Gummi arabicum, vorgenommen werden. Die zu isolierenden Thermoelementdrähte werden in diese Aufschlämmung mehrfach getaucht oder mit ihr mehrfach bespritzt, bis die entsprechende Dicke der Isolierschicht erreicht ist. Um ein besseres Haften der Isolierschicht zu erreichen, können die Drähte vor Aufbringung des Überzuges aufgerauht werden. .An den Enden der Thermoelementdrähte, die die Heißlötstellen bilden sollen, wird die Oxidschicht zweckmäßig wieder entfernt.

Die Verbindung der Thermodrähte mit dem metallkeramischen Körper 1 kann gleichzeitig mit seiner Herstellung vorgenommen werden. Die mit der Isolierung versehenen Thermoelementdrähte werden in das metallkeraraische Pulver eingelegt und mit diesem

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umpreßt. Anschließend wird der metallkeramische Körper 1 gemeinsam mit den Drähten und ihren-Isolierungen gesintert.

Pig.7 zeigt beispielsweise eine Einrichtung, die es ermöglicht, eine erfindungsgemäße Einrichtung als Tauchelement zu "benutzen. Die Temperaturmessung von Schmelzen wird in der Weise vorgenommen, daß die dargestellte Tauchlanze mit ihrer metallkeramischen Spitze 1 in die Schmelze eingeführt wird. Bei der dargestellten Anordnung ist daa Kühlsystem von dem motall- , keramischen Körper Ί durch das keramische Zwischenstück 15 getrennt. Die Tauchlanze ist außen mit Stopfenstangensteinen 16, die sehr widerstandsfähig gegen Metallschmelzen sind, umkleidet.

■ Das Kühlsystem arbeitet mit einem flüssigen Medium, das mittels . der Kühlmantel 17 und 18 gelenkt wird.

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Claims

-T37327 7 Patentansprüche

1. Einrichtung zur kontinuierlichen thermoelektrischen Messung der Temperatur von korrodierenden Medien, insbesondere metallischen Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem metallkeramischen Meßelement ausgestattet ist, in das die'Heißlötstellen der Thermoelemente mit ihren Is.olierungen eingepreßt oder eingesintert sind. ,

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des' metallkeramischen Meßelementes aus einem Sinterwerkstoff besteht, der 20 bis 85 VoL-^S einer überwiegend aus Molybdän und/oder Wolfram gebildeten metallischen ' Komponente und im Re3t eine überwiegend aus Zirkonoxid gebildete keramische Komponente enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkonoxidphase noch stabilisierende Zusätze, z.B. bis •zu 10 Gew. i» Magnesiumoxid oder Kalziumoxid, enthält.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Thermoelemente mit unterschiedlichem· Abstand ihrer Heißlötstellen von der verschleißenden Oberfläche vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bia 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißlötstellen mit dem metallkeraralscheii Körper leitend verbunden sind.

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6. Einrichtung "nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Heißlötstellen jeweils nur ein isoliert eingeführter Draht zugeleitet wird, während der zweite Thermoelementschenkel durch die metallische Komponente des
metallkeramischen Körpers gebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Thermoelementdrähte aus-einer Molybdän-Rhenium-Legierung und die metallische Komponente des metallkeramischen Körpers aus Molybdän bestehen.

8. Verfahren ^xzur Herstellung von Einrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Isolierungen versehenen Thermoelementdrähte mit der metallkeramischen Masse uiüpreßt werden und daß danach die metallkeramische Masse gesintert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierungen der Thermoelementdrähte durch Auftragen von-in Bindemitteln aufgeschlämmten hochschmelzenden Oxiden und
Trocknen der Aiii3chlämmungen hergestellt werden.

10» Verwendung von Einrichtungen nach den Ansprüche 1 bis 7, zur Messung der Temperatur an der Wandung von Behältern zur Aufnahme korrodierender Medien.

11* Verwendung von Einrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 7, aur Mäüeung des,⁵ 'lempeiiatur von Schmelzen nsoa aem Tauchverfahren.

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