DE1573371C - Einrichtung zur kontinuierlichen Temperaturmessung von heißen Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Temperaturmessung von heißen Medien in mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Reaktionsgefäßen für Eisen- und Stahlschmelzen. Eine solche Einrichtung ist bei der Durchführung von metallurgischen Prozessen, bei welchen kohlenstoffhaltige Eisenschmelzen in Konvertern oder Tiegeln mit Sauerstoff gefrischt werden, von besonderem Wert. Hier kann eine verläßliche Temperaturanzeige genaue Auskunft über das Fortschreiten der Verbrennung der einzelnen Begleitelemente geben, und so kann der Endpunkt der Frischreaktion und die Erreichung der optimalen Abstichtemperatur unter Ausschaltung subjektiver Einschätzungen, die ein großes Maß von Erfahrung voraussetzen, sicher ermittelt werden. Die gemessenen Temperaturwerte können zum automatischen Steuern des Prozesses dienen.

Es sind bereits Einrichtungen zur kontinuierlichen Temperaturmessung bei Frischprozessen bekanntgeworden, bei welchen in eine rohrförmige Ausnehmung des Mauerwerkes des Konverters ein Meßkopf eingesetzt wird, der ein in die Schmelze ragendes, ein Thermoelement ummantelndes, feuerfestes keramisches Schutzrohr aufweist, wobei die Schenkel des Thermoelementes durch das Mauerwerk und den Gefäßmantel nach außen führen. Zur Befestigung des Schutzrohres waren eine verhältnismäßig komplizierte Tragkonstruktion und Mittel vorgesehen, um ein Versintern der Meßeinrichtung an der Meßstelle zu verhindern. Zu diesem Zweck hat man beispielsweise Druckgas in den ringförmigen Spalt zwischen dem das Schutzrohr mit dem Thermoelement haltenden Tragkörper und seinem Sitz im feuerfesten Mauerwerk eingeblasen.

Nachteile dieser bekannten Einrichtung bestanden darin, daß das Material des Schutzrohres gegen die Einflüsse der Schmelze, Schlacke und Zuschlagstoffe sich als zu wenig widerstandsfähig erwies. Als Materialien für das Schutzrohr sind verschiedene Stoffe vorgeschlagen worden, z. B. Chromit, gesinterte Magnesia, Zirkoniumdiborid u. dgl., jedoch ist es bisher nicht gelungen, eine Haltbarkeit zu erzielen, die über mehr als etwa 10 Chargen reicht. Vielfach haben die bekannten Einrichtungen kaum einer Chargendauer standgehalten.

Der Hauptnachteil der bekannten Einrichtungen war aber der, daß es als unvermeidlich angesehen wurde, das Schutzrohr mit dem Thermoelement frei in den Tiegel ragen zu lassen, weil die "Wärmeleitfähigkeit der bisher verwendeten Materialien unzureichend war; ein Zurücksetzen des Thermoelementes an die Innenseite der feuerfesten Auskleidung bis zum Fluchten mit dieser erschien unmöglich, weil infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Materialien die Temperaturanzeige zu träge geworden wäre. Dieses Hineinragen der Meßeinrichtung in das Konverterinnere hat sich aber beim praktischen Betrieb als außerordentlich hinderlich und störend erwiesen, weil beim Chargieren des Konverters mit Schrott, Roheisenmassen od. dgl. eine Beschädigung der Meßeinrichtung sehr häufig war.

Die Erfindung bezweckt die Überwindung dieser Schwierigkeiten durch Schaffung einer Einrichtung zur kontinuierlichen Temperaturmessung von heißen Medien in mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Reaktionsgefäßen für Eisen- und Stahlschmelzen, mit einem die Gefäßwand durchsetzenden, ein Thermoelement enthaltenden Rohr aus hitzebeständigem und gegen die Einflüsse des heißen Mediums widerstandsfähigem Material. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an der Innenwand des Gefäßes durch ein Verschlußstück abgeschlossen ist, welches ebenfalls aus hitzebeständigem und gegen die Einflüsse des Mediums widerstandsfähigem sowie gut wärmeleitfähigem, vorzugsweise metallkeramischem Material besteht, und daß die Heißlötstelle des Thermoelementes mit dem Verschlußstück verbunden ist.

Die Heißlötstelle des Thermoelementes kann in

das Verschlußstück eingepreßt oder eingesintert sein.

Es ist also ein wesentliches Merkmal der Erfindung,

daß das Material für das Verschlußstück nicht nur hitzebeständig und gegen die Einflüsse von Schmelze, Schlacke und Zustellungsstoffen widerstandsfähig, sondern auch gut wärmeleitfähig ist. Dadurch ist es möglich, die Meßstelle an die Innenwand der feuerfesten Auskleidung (in Flucht mit dieser) zu verlegen oder sogar noch weiter zurückzuversetzen, so daß keine abstehenden Teile der Meßeinrichtung in das Innere des metallurgischen Ofens ragen, d. h. auch keine Gefahr einer Beschädigung beim Chargieren besteht.

Zweckmäßig besteht das Verschlußstück und gegebenenfalls auch das die Gefäßwand durchsetzende Rohr aus 40 bis 75 Volumprozent feinverteiltem Molybdän und bzw. oder Wolfram und 25 bis 60 Volumprozent feinverteiltem Zirkonoxyd.

Zur Stabilisierung des Zirkonoxyds kann Calcium- oder Magnesiumoxyd in einer Menge bis zu 10 Gewichtsprozent des Zirkonoxyds im Verschlußstück und gegebenenfalls im Rohr enthalten sein.

Zweckmäßig ist die mit dem heißen Medium in Berührung kommende Oberfläche des Verschlußstückes bzw. Rohres durch Abbeizen frei von metallischen Komponenten.

Vorzugsweise ist das Verschlußstück in dem mit der Innenwand des Gefäßes abschließenden Ende des die Auskleidung durchsetzenden Rohres lösbar befestigt, so daß es, nachdem es einem vorbestimmten Verschleiß unterlegen ist, aus dem Rohrende in das Tiegelinnere herausgeschlagen und durch ein neues Verschlußstück ersetzt werden kann.

Bei Verwendung eines Verschlußstückes aus metallkeramischem Material umfaßt die Erfindung drei bevorzugte Ausführungsformen, die darin bestehen, daß

a) die Heißlötstelle des Thermoelementes mit dem Verschlußstück verbunden ist;

b) daß beide Schenkel des Thermoelementes im Abstand voneinander an das Verschlußstück angeschlossen sind und das Material des einen Thermoschenkels das gleiche ist wie die Metallhauptkomponente des metallkeramischen Werkstoffes des Verschlußstückes, so daß das Verschlußstück einen Teil der Heißlötstelle bildet; oder

c) daß ein Schenkel des Thermoelementes in einem mctallkeramischen Rohr an einer Stelle im Abstand von der Spitze dieses Rohres angeschlossen ist und daß der andere Schenkel aus einem zur Spitze dieses Rohres geführten, in der Spitze befestigten zweiten Leiter besteht, wobei das Verschlußstück aus dem gleichen metallkeramischen Werkstoff oder auch aus einem anderen Material bestehen kann wie das den einen Schenke! des Thermoelementes bildende Rohr.

Die Erfindung ist in der Zeichnung, die verschiedene Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Die Fig. 1 bis 9 stellen jeweils Vertikalschniite durch eine Tiegelwand und ihre feuerfeste Auskleidung dar.

'In den Figuren .ist mit 1 die Tiegelwand, mit 2 die feuerfeste Auskleidung und mit 3 das Tiegelwand und feuerfeste Auskleidung durchsetzende Rohr aus hitzebeständigem und gegen die Einflüsse von Schmelzt;, Schlacke und Zuschlagstoffen widerstandsfähigem Material bezeichnet. Das schmelzenseitige Ende des Rohres 3 ist durch ein Verschlußstück 4 abgeschlossen, welches erfindungsgemäß nicht nur in bezug auf Widerstandsfähigkeit und Hitzebeständigkeit die gleichen Eigenschaften wie das Rohr 3 erfüllen muß, sondern welches außerdem noch gut wärmeleitfähig sein soll, was in optimaler Weise mit einem metallkeramischen Material der früher erwähnten Zusammensetzung erreicht wird. Natürlich können das Rohr 3 und das Verschlußstück 4 aus gleichem Material bestehen. ,

Das Verschlußstück 4 kann, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2, mit feuerfester Dichtungsmasse 5 gegenüber dem Rohr 3 gedichtet sein. Es kann aber auch, wenn die Einpassung des Verschlußstückes in das Rohrende 3 nahezu spielfrei und durch Reibungsschluß vorgenommen wird, wie in den F i g. 3 und 4, der Raum für die Ringdichtung freigelassen und durch Luft erfüllt sein. Ein solcher Luftraum bewirkt einen Wärmestau und damit eine sehr rasche Anzeige des Meßgerätes.

Beispiele von zusätzlicher isolierung der Meßeinrichtung sind in den-Fig. 5 und 6 dargestellt. Hier sind mit 6 keramische Isoliermassen bezeichnet.

Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 6 fluchtet die dem Gefäßinneren zugekehrte Fläche 7 des Verschlußstückes mit der Innenwand der feuerfesten Auskleidung 2 und der Stirnwand des Rohres 3. Diese Fläche ist vorzugsweise frei von metallischen Komponenten, was man dadurch leicht erreichen kann, daß man diese Fläche abbeizt, so daß nur oxydische Komponenten mit der Schlacke und der Schmelze in Berührung kommen. Die Verschlußstücke besitzen bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 in ihrem mittleren Teil eine muldenförmige Ausnehmung 8, die zur Aufnahme eines Thermoelementes dient, welches in üblicher Weise noch in ein handelsübliches gasdichtes Schutzrohr 9 aus Keramik eingeschlossen ist. Das Ende dieses das Thermoelement enthaltenden Schutzrohres wird zum Anliegen in die Mulde 8 gebracht. Vermöge der guten Wärmeleitfähigkeit des Materials des Verschlußstückes erfolgt die Temperaturanzeige rasch und ohne Trägheitserscheinungen.

Die Mulde 8 des Verschlußstückes erweitert sich bei allen Ausführungsformen nach den Fig. I bis 6 und bildet dann mit den radial nach außen gerichteten Flächen des Verschlußstückes Sitzflächen 10 und Il für ein Halterohr 12 mit einem vorderen Zentrierteil 13. Die Zentrierung kann mittels Gewinden 14 (F i g. 1, 2, 3), durch einen Paßteil 15 (F i g. 4), durch einen Bajonettverschluß oder in sonst bekannter Weise erfolgen.

Bei diesen Beispielen nach den F i g. 1 bis 6 werden, wie erwähnt, handelsübliche, in keramische Schutzrohre eingeschlossene Thermoelemente, z. B. vom Typ Platin/Rhodium, verwendet. Bevorzugte Ausführungsformen von neuen Thermoelementen unter Verwendung von metallkeramischcn Verschluß-Stücken gemäß der Erfindung sind in den F i g. 7, 8 und 9 erläutert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist mit 4 wieder das Verschlußstück bezeichnet. In das Innere dieses Verschlußstückes ist die Heißlötstelle 16 eines aus zwei Schenkeln 17,18 bestehenden Thermoelementes eingepreßt oder eingesintert, so daß die Heißlötstelle mit dem Verschlußstück eine Einheit bildet. Hierbei muß jedoch beachtet werden, daß für die Leiter des Thermoelementes Metalle verwendet werden, die durch die metallischen Komponenten des aus metallkeramischen Material bestehenden Verschlußstückes nicht vergiftet werden. Wolfram/Rhenium hat sich für diesen Zweck als geeignetes Thermoelement erwiesen. Die von der Heißlötstelle 16 aus dem Verschlußstück herausgeführten Leiter bzw. Schenke! 17, 18 des Thermoelementes werden durch ein Schutzrohr 19 geführt.

In F i g. 8 ist eine Variante veranschaulicht, bei der die beiden Schenke! 20 und 21 des Thermoelementes im Abstand voneinander in das Verschlußstück 4 eingepreßt, eingesintert oder in sonstige metallische Verbindungen mit dem Verschlußstück gebracht sind, wobei das Material des einen Thermoschenkels 20 das gleiche Metall ist wie die metallische Hauptkomponente des metallkeramischcn Verschlußstückes, beispielsweise Molybdän. Auf diese Weise bildet das Verschlußstück einen Teil der Heißlötstelle des Thermoelementes.

Dieser Gedanke ist in einer anderen Variante bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 gezeigt. Das Verschlußstück ist wieder mit 4 bezeichnet und es weist eine Mulde 8 als Sitz für ein außen einzuschiebendes, in eine Schutzhülle eingeschlossenes Thermoelement auf. Hier besteht die am vorderen Ende geschlossene, rohrförmige Schutzhülle 22 jedoch auch aus metallkeramischem Material, an dessen Spitze der eine Leiter 23 eines Thermoelementes befestigt, insbesondere eingepreßt oder eingesintert, ist. Der zweite Schenkel 24 des Thermoelementes, der ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8 aus dem gleichen Material bestehen muß wie die metallische Hauptkomponente des metallkeramischen Rohres 22, wird an einer Stelle 25 im Abstand von der Spitze des Rohres abgenommen, so daß also auch hier das metallkeramische Rohr 22 einen Teil der Heißlötstelle darstellt. Nach außen zu sind die Schenkel 23 und 24 wieder in Schutzhüllen 26 bzw. 27 geführt. Das Verschlußstück 4 und das metalikeramische Rohr 22 können natürlich aus gleichem oder aus verschiedenem Material bestehen.

In den schematischen Darstellungen gemäß den F i g. 7, 8 und 9 sind ähnliche Mittel zum Zentrieren, Dichten, Isolieren usw. wie in den Fig. 1 bis 6 dargestellt worden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur kontinuierlichen Temperaturmessung von heißen Medien in mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Reaktionsgefäßen für Eisen- und Stahlschmelzen, mit einem die Gefäßwand durchsetzenden, ein Thermoelement enthaltenden Rohr aus hitzebeständigem und gegen die Einflüsse des heißen Mediums widerstandsfähigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) an der innenwand des Gefäßes durch ein Verschiußstiick (4) abgeschlossen ist, weiches ebenfalls aus hitze-

beständigem und gegen die Einflüsse des Mediums widerstandsfähigem sowie gut wärmeleitfähigem, vorzugsweise metallkeramischem Material besteht, und daß die Heißlötstelle (16) des Thermoelementes (17, 18) mit dem Verschlußstück (4) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißlötstelle (16) des Termoelementes (17, 18) in das Verschlußstück eingepreßt oder eingesintert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schenkel (20 und 21) des Thermoelementes im Abstand voneinander an das Verschlußstück (4) angeschlossen sind und das Material des einen Thermoschenkels (20) das gleiche wie die Metallhauptkomponente des mctallkeramischen Werkstoffes des Verschlußstückes ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel (24) des Thernjoelementes in einem metallkeramischen Rohr (22) an einer Stelle (25) im Abstand von der Spitze dieses Rohres angeschlossen ist und daß der andere Schenkel aus einem zur Spitze dieses Rohres geführten, in der Spitze befestigten zweiten Leiter (23) besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (4) lösbar ■ befestigt ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück und gegebenenfalls auch das Rohr aus 40 bis 75 Volumprozent feinverteiltem Molybdän und bzw. oder Wolfram und 25 bis 60 Volumprozent feinverteiltem Zirkonoxyd besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Zirkonpxyds Calcium- oder Magnesiumoxyd in einer Menge bis zu 10 Gewichtsprozent des Zirkonoxyds enthalten ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem heißen Medium in Berührung kommende Oberfläche des Verschlußstückes bzw. Rohres (4) durch Abbeizen frei von metallischen Komponenten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen