DE1598389B2

DE1598389B2 - Zum einmaligen gebrauch bestimmtes geraet zur entnahme einer probe aus fluessigen metallen

Info

Publication number: DE1598389B2
Application number: DE19651598389
Authority: DE
Priority date: 1964-12-29
Filing date: 1965-12-08
Publication date: 1972-04-06
Also published as: BE674406A; DE1598389A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zum einmaligen Gebrauch bestimmtes Gerät zur Entnahme einer Probe aus flüssigen Metallen, bei welchem in einem Halterohr ein evakuiertes, an seinen beiden Enden verschlossenes Gefäß angeordnet ist, an dessen Eintrittsende das geschmolzene Metall dann in das Gefäß eintreten kann, wenn dieses Ende eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gefäßes aufweist, wobei das Gefäß am einen Ende des Halterohrs befestigt ist, während das andere Ende dieses Halterohrs mit einer Traglanze verbindbar ist, um das Eintauchen des Gefäßes in die Schmelze zu erleichtern.

Ein derartiges Gerät ist beispielsweise aus der Literaturstelle »Erfahrungen über die Probenahme von flüssigem Stahl mit der Vakuumpipette aus dem Elektroofen und der Kokille im Stahlwerk«, Stahl und Eisen 81 (1961) Nr. 24, S. 1643 ff., bekannt. Dieses bekannte Gerät weist am Eintrittsende für das flüssige Metall eine Kapillare auf, die an ihrem Ende vakuumdicht abgeschlossen ist und beim Eintauchen in das Schmelzbad abschmilzt. Durch die sich in der Kapillare ergebende Querschnittsverengung ist eine relativ lange Zeitdauer für das Eintreten des geschmolzenen Metalls in das Gerät erforderlich, so daß die auf die übrigen Teile des Gerätes ausgeübten Hitzebeanspruchungen sehr hoch sind. Außerdem ist eine kontrollierte Erstarrung des in das Gefäß eintretenden flüssigen Metalls nicht möglich, so daß entweder die Gefahr besteht, daß das flüssige Metall vor der vollständigen Füllung des Glasrohrs erstarrt oder daß auf Grund der langen Zeitdauer für das Eintreten des Metalls die gesamte Sonde schmilzt. Um dies zu vermeiden, sind aufwendige und schwer herzustellende Isolierungen des das geschmolzene Metall aufnehmenden Gefäßes gegenüber dem Halterohr erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Entnahme einer Probe aus flüssigen Metallen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine einwandfreie Füllung des evakuierten Gefäßes mit dem flüssigen Metall möglich ist, und das einfach und ohne großen Aufwand vorher hergestellt werden kann, so daß die Probeentnahme durch Auswechseln des Gerätes in einer Traglanze schnell aufeinanderfolgend durchgeführt werden kann. Dabei soll sichergestellt sein, daß das evakuierte Gefäß während des Eintauchens in die Schmelze nicht schmilzt und daß andererseits die Metallprobe beim Herausziehen des Gerätes aus der Schmelze in dem Gefäß verbleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gefäß über seine gesamte Länge im wesentlichen den gleichen Querschnitt aufweist, daß das Eintrittsende des Gefäßes mit einem glasartigen Knopf verschlossen ist, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gefäßes liegt, daß ferner das Gefäß an seinem dem Eintrittsende entgegengesetzten Ende mit feuerfestem Material zur Isolierung des Gefäßes gegenüber der Schmelze und zur Abfuhr der Erstarrungswärme aus der Probe umgössen ist und daß das Eintrittsende über das feuerfeste Material um eine Strecke X hinausragt, die gleich dem Drei- bis Fünffachen des Innendurchmessers des Gefäßes ist.

Durch diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Gerätes zur Entnahme einer Probe aus flüssigen Metallen ist es möglich, daß nach dem Abschmelzen des glasartigen Knopfes die Probe schnell auf Grund des konstanten Querschnittes in das evakuierte Gefäß einströmt und daß die aus der Probe frei werdende Erstarrungswärme ausreichend schnell abgeführt wird, so daß diese Probe erstarrt, wobei gleichzeitig das evakuierte Gefäß von der das Halterohr umgebenden Schmelze isoliert ist, um eine Erwärmung des Gefäßes von außen und damit eine Verlangsamung der Erstarrung zu vermeiden.

Wenn die Strecke X wesentlich kleiner ist als der genannte Bereich, besteht die Gefahr, daß das in das Gefäß eintretende geschmolzene Metall verfestigt wird, bevor das gesamte Gefäß gefüllt ist. Wenn die Strecke X den angegebenen Bereich übersteigt, besteht die Gefahr, daß die Probe durch das offene, nicht verengte Ende des Gefäßes ausläuft, wenn das Gerät aus der Schmelze entfernt wird, wodurch sich

ein nicht vollständig mit Metall gefülltes Gefäß ergeben würde.

Um eine Verunreinigung oder Verfälschung der gewonnenen Probe zu vermeiden, ist es dabei vorteilhaft, wenn das Gefäß aus einem glasartigen Werkstoff besteht.

Zur Vermeidung einer mechanischen Beschädigung des Gefäßes beim Einbringen des Halterohrs und der Traglanze durch eine Schlackenschicht hindurch in die Schmelze ist es dabei vorteilhaft, wenn der das Eintrittsende des Gefäßes verschließende Knopf durch eine tassenförmige Kappe geschützt ist. Hierdurch wird außerdem verhindert, daß der Knopf vorzeitig abschmilzt.

Weiterhin kann es für eine einfache Handhabung zweckmäßig sein, wenn die Traglanze und das Halterohr auf einer Geraden liegen, so daß das Halterohr teleskopartig auf die Traglanze aufgesteckt werden kann.

Um eine möglichst billige Herstellung des zum einmaligen Gebrauch bestimmten Gerätes zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, wenn das Halterohr aus Pappe besteht, da dieses aus Pappe bestehende Halterohr zwar beim Eintauchen in die Schmelze angekohlt wird, jedoch nicht völlig verbrannt wird, da der hierzu notwendige Sauerstoff in der Schmelze 'bzw. in der Schlackenschicht nicht vorhanden ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Gerätes zur Entnahme einer Probe, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

F i g. 4 eine teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht des rechten Endes eines anderen Ausführungsbeispiels des Gerätes,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente. In Fig. 1 ist eine Probeentnahmevorrichtung für geschmolzenes Metall gezeigt, welche im ganzen mit 10 bezeichnet ist.

Die Vorrichtung 10 weist eine Traglanze 12 auf, die an einem Ende einen Griff und am anderen Ende einen lösbar befestigten, zum einmaligen Gebrauch bestimmten Probenehmer 14 aufweist. Wie im folgenden noch erläutert wird, erleichtert die Traglanze 12 das Eintauchen eines Teiles des Probenehmers 14 in das Schmelzbad.

Als Traglanze 12 kann ein hohles Rohr vorgesehen sein, welches aus irgendeinem geeigneten Werkstoff, beispielsweise Stahl, besteht. Am Teil 16 kann irgendein geeigneter Handgriff oder eine Greifvorrichtung vorgesehen sein. Das vom Teil 16 entfernt liegende Ende der Traglanze 12 weist einen Aufnehmer 18 mit verringertem Durchmesser auf, der sich in axialer Richtung von einem verjüngten Ansatz 20 bis zu einer Spitze 19 erstreckt. Der Aufnehmer 18 besitzt eine Länge, die größer ist als etwa die halbe Länge des Probenehmers 14, und erstreckt sich in diesen hinein, um einen inneren Halt gegenüber, Knickbeanspruchungen zu schaffen. Der Aufnehmer ist vorzugsweise ein hohles Stahlrohr. Der Ansatz 20 kann zusammen mit dem übrigen Teil der Traglanze 12 aus einem Stück bestehen oder daran angeschraubt sein.

Der nur einmal verwendbare Probenehmer 14 weist eine längliche Pappröhre 24 auf, deren Länge ungefähr 17,8 bis 152,4 cm (7 bis 60 Zoll) sein kann. Die Pappröhre 24 ist hohl und kann bei einem Außendurchmesser der Röhre von 2,23 cm (Va Zoll) eine Wandstärke von 0,318 cm (Vs Zoll) haben. Das eine Ende der Röhre 24 ist teleskopartig über den Aufnehmer geschoben und in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Ansatz 20.

ίο Der Durchmesser des Aufnehmers 18 ist um den Abstand von ungefähr 1,59 bis 3,18 mm (¹Ae bis Vs Zoll) etwas geringer als der Innendurchmesser der Röhre 24. Der verjüngte Ansatz 20 erleichtert das Anbringen der Röhre 24 an der Traglanze 12. Wenn erforderlich, können Mittel, beispielsweise eine Bajonettverbindung, eine Riegelvorrichtung usw. vorgesehen werden, um die Röhre 24 zwangläufig an der Traglanze 12 festzulegen. Es wurden jedoch befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn nur ein Preßsitz zwischen Schulter 20 und Röhre 24 vorgesehen ist.

Das andere, mit 26 bezeichnete Ende der Röhre 24, wird in das geschmolzene Material, dem eine Probe entnommen werden soll, eingetaucht.

Im Endteil 26 der Röhre ist ein evakuiertes Gefäß 30 angeordnet. An seinem einen Ende 32 ist das Gefäß 30 in irgendeiner üblichen Art, beispielsweise durch Erhitzen und Zusammenziehen, abgeschlossen. Das Gefäß 30 kann aus irgendeinem bei hohen Temperaturen vakuumdichten glasartigen oder keramischen Werkstoff, beispielsweise Quarz, bestehen. Das andere Ende des Gefäßes 30 ist durch einen Knopf oder ein Fenster 34 abgeschlossen. Der Knopf 34 besteht vorzugsweise aus einem glasartigen Werkstoff, welcher eine viel niedrigere Schmelztemperatur als das Gefäß 30 besitzt. Der Knopf 34 sollte vorzugsweise einen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der mit dem des Gefäßes 30 zu vereinbaren ist, so daß, wenn es dem Hitzeschock ausgesetzt ist, Sprungbildung verhindert wird.

Innerhalb des evakuierten Gefäßes 30 sind Mittel zum Beruhigen des Stahls vorgesehen. Wie gezeigt, ist das Mittel zum Beruhigen des Stahls eine Schicht aus Aluminiumfolie 36. Die Aluminiumfolie 36 ist in Form einer hohlen Röhre gerollt, um auf diese Weise maximale Oberflächengröße für die Berührung mit der Stahl-Schmelzprobe vorzunehmen. Vorgezogen wird die Verwendung von Aluminiumfolie, die die gesamte Außenfläche des sich innerhalb des Gefäßes 30 befindenden geschmolzenen Metalls berührt. Der Werkstoff im Inneren des Gefäßes 30 zur Beruhigung des Stahls kann jedoch auch Aluminium in anderer Form sein, beispielsweise Aluminiumpulver, oder ein Aluminiumüberzug an der Innenoberfläche des Gefäßes 30.

Das Gefäß 30 ist wie folgt aufgebaut: Eine aus Quarz hergestellte, und an beiden Enden offene Röhre wird vorgesehen. Der Knopf 34 wird am einen Ende der Quarzröhre angeschmolzen. Danach wird Aluminiumfolie in der Form einer hohlen Röhre oder in irgendeiner anderen Form in die Quarzröhre eingesetzt. Die Aluminiumfolie wird vorzugsweise in einem solchen Ausmaß vorgesehen, daß sie ungefähr l°/o des Stahlvolumens ausmacht, welches innerhalb des Gefäßes 30 aufgenommen werden kann. Danach wird das Gefäß 30 evakuiert und am Ende 32 durch Erhitzen und Zusammenziehen desselben verschlossen.

Das auf diese Weise ausgebildete Gefäß 30 wird

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dann in eine sich verjüngende, nicht gezeigte, keramische Gehäuseform eingesetzt. Sodann wird ein hitzeisolierendes feuerfestes Material in flüssigem Zustand in die Form eingeleitet. Das feuerfeste Material ist in der Zeichnung mit 38 bezeichnet. Danach läßt man das feuerfeste Material 38 aushärten. Nachdem dies erfolgt ist, wird das mit dem feuerfesten Material geschützte Gefäß 30 kraftschlüssig in das Ende 26 der Röhre 24 eingepaßt. Die leichte Verjüngung von 0,00254 bis 0,0254 mm (0,0001 bis 0,001 Zoll) über die Länge des feuerfesten Materials von 7,62 cm (3 Zoll) erleichtert die Einfachheit des Einpressens des Körpers aus feuerfestem Material in die Röhre 24. Das frei liegende Ende des feuerfesten Körpers 38 ragt über das Ende 26 mit einem Abstand von ungefähr 1,59 mm (Vio Zoll) hinaus, was im folgenden erklärt werden wird.

Wie in F i g. 2 gezeigt, umhüllt dann der feuerfeste Körper 38 die Außenfläche des größten Teiles des Gefäßes 30, einschließlich des Endes 32. Der Rest des Gefäßes 30 ragt über das Ende 26 und das benachbarte Ende des feuerfesten Körpers 38 um einen Abstand entsprechend der Strecke X hinaus. Die Strecke X ist zwischen 3- bis 5mal so groß wie der Innendurchmesser des Gefäßes 30. Es hat sich herausgestellt, daß bei diesem baulichen Zusammenhang gleichmäßigere Ergebnisse erhalten werden. Der feuerfeste Körper 38 wirkt als ein Isolator für das in das Gefäß 30 eintretende geschmolzene Metall. Wenn die Strecke X wesentlich kleiner ist als der oben angegebene Bereich, dann besitzt das in das Gefäß 30 eintretende geschmolzene Metall die Tendenz, sich zu verfestigen, bevor das gesamte Gefäß 30 gefüllt ist. Wenn die Strecke X den oben angegebenen Bereich übersteigt, dann hat die Probe die Tendenz, durch das offene Ende des Gehäuses 30 auszulaufen, wenn der Probenehmer 10 aus der Schmelze entfernt wird, was ein nicht vollständig mit Metall gefülltes Gefäß 30 zur Folge hat.

Ein Verankerungsring 41 wird um das Ende 26 der Röhre 24 herum angelegt. Der Ring 41 kann eine Plastikhülse sein, die aus einem Polymer-Werkstoff, beispielsweise Nylon, hergestellt ist, oder er kann ein plastiküberzogenes Band sein. Der Ring 41 erstreckt sich, wie gezeigt, über das Ende 26 mit einem Abstand, der annähernd 4,76 mm (³Ae Zoll) sein kann, hinaus. Dieser Vorsprung des Ringes 41 bildet eine Rille für das feuerbeständige Material 43.

Weiterhin ist eine napfförmige Kappe 40 vorgesehen, deren offenes Ende gegenüber dem Ende 26 auf der Röhre 24 angeordnet ist und um das herausragende frei stehende Ende des feuerfesten Körpers 38 herum mittig angeordnet ist. Die Kappe 40 bildet für das Gefäß 30 und den Knopf 34 während des Durchführens durch irgendwelche Schlacke an der Oberfläche des Schmelzbades einen Schutz. Während des Durchführens oder kurz nach dem Durchführen des Probenehmers 10 durch die Schlacke schmilzt die Kappe 40. Die Kappe 40 kann beispielsweise aus Kupfer, Stahlblech, Messing, Aluminium usw. hergestellt sein. In der Kappe 40 ist ein Loch 39 vorgesehen, um während ihres Schmelzens den Austritt von Gasen zu gestatten.

Die Vorrichtung 10 zur Probeentnahme geschmolzener Materialien wird wie folgt verwendet: Der vorher zusammengesetzte Probenehmer 14 ist, mit der Traglanze 12 fluchtend, teleskopartig über den Aufnehmer 18 geschoben und, wie in F i g. 1 gezeigt, kraftschlüssig an der Schulter 22 befestigt. Sodann wird die Vorrichtung 10 von einer Bedienungsperson am Handgriff 16 gehalten. Das rechte Ende des Probenehmers 14 wird in ein Schmelzbad eingetaucht. Infolge der baulichen Verbindung der Bestandteile des Probenehmers 14 ist die Eintauchtiefe unkritisch. Wenn die Pappröhre 24 eine Länge von annähernd 61 bis 122 cm (24 bis 48 Zoll) besitzt, kann sie um einen Abstand von annähernd 30,5 bis

ίο 38 cm (12 bis 15 Zoll) am Ende 26 eingetaucht werden. Im allgemeinen wird die Eintauchtiefe durch die Schlackeschicht bestimmt. Da es das Ziel ist, eine repräsentative schlackenfreie Probe zu erhalten, kann die Eintauchtiefe in einem schlackenfreien Schmelzbad 7,6 cm (3 Zoll) und in einem Bad mit reichlich Schlacke 30,5 bis 38 cm (12 bis 15 Zoll) betragen. Während des Durchtritts durch die Schlacke oder kurz danach setzt die Kappe 40 den Knopf 34 dem Schmelzbad aus, und dieser schmilzt auf ähnliche Weise ab. Darauf tritt eine Probe des geschmolzenen Metalls in das evakuierte Gefäß 30 ein und verfestigt • sich infolge der Isolation des feuerfesten Körpers 38 und der Röhre 24.

Das rechte Teil des Probenehmers 14 ist normalerweise für einen Zeitraum von annähernd 3 bis 5 Sekunden in das Schmelzbad eingetaucht. Für einige Schmelzbäder, bemerkenswerterweise bei denjenigen mit einem wesentlichen Mangananteil, können zusätzlich 3 bis 5 Sekunden notwendig sein. Sodann wird der Probenehmer 14 herausgezogen und vom Träger 12 getrennt. Die Pappröhre 24 wirkt mit dem feuerfesten Körper 38 zusammen, um die Probe zu isolieren und auf diese Weise die schnelle Erstarrung der Probe innerhalb des Gefäßes 30 zu erleichtern.

Wenn der Probenehmer 14 aus dem Schmelzbad genommen wird, ist die Röhre 24 angekohlt, aber sie ist im allgemeinen infolge des Fehlens von ausreichendem Sauerstoff nicht vollständig vom Schmelzbad verbraucht worden. Sodann wird das rechte Ende des Probenehmers 14 auf irgendeine Weise, beispielsweise durch Schlagen mit einem Hammer zerbrochen oder zerdrückt, um den erstarrten Metallrohling aus dem Inneren des Gefäßes 30 zu erhalten. Nach Erhalt des Proberohlings werden die Bestandteile des Probenehmers 14 weggeworfen.

Der Träger 12 ist ein bleibender Bestandteil der Vorrichtung 10 und wird immer wieder benutzt. Wenn eine weitere Probe des Schmelzmaterials genommen werden soll, wird ein neuer Probenehmer 14 teleskopartig über den Aufnehmer 18 geschoben, an der Schulter 20 befestigt und der obige Vorgang wiederholt.

In den Fig. 4 und 5 ist ein Teil eines anderen Ausführungsbeispieles des Probenehmers 14 dargestellt, der im ganzen mit 14' bezeichnet ist. Der Probenehmer 14' stimmt mit dem Probenehmer 14 mit Ausnahme der im folgenden erläuterten Unterschiede überein. Demgemäß sind einander entsprechende Bauelemente mit dem gleichen, aber mit einem Strich versehenen Bezugszeichen bezeichnet.

In bestimmten Metallschmelzbädern tritt eine Reaktion zwischen dem Schmelzbad und der Pappröhre 24 auf. Dies macht sich durch heftige Blasenbildung und durch Spritzen des Schmelzbades bemerkbar. Um die Reaktion zwischen der Röhre 24' und dem Schmelzbad zu mildern, ist eine feuerbeständige Hülse 44 von ausreichender Länge vorgesehen, um auf diese Weise die Röhre 24' über eine Länge, die größer ist als die

Eintauchtiefe der Röhre 24', zu umhüllen. Zudem schafft die feuerfeste Hülse 44 eine zusätzliche Isolierung für das Gefäß 30, um das Spritzen des Schmelzbades zu vermeiden.

Die Hülse 44 kann aus einem der obenerwähnten feuerfesten Werkstoffe hergestellt sein. Die Hülse 44 kann auf der Röhre 24' in irgendeiner geeigneten Weise festgehalten werden. Beispielsweise kann die Hülse 44 auf der Röhre 24 durch Anbringen von feuerfestem Zement 46 auf das Ende 26 und das benachbarte. Ende der Hülse 44 sowie durch Anbringen des gleichen Zementes 47 auf das andere Ende der Hülse 44 gehalten werden. Es sei bemerkt, daß man

die Einbuchtung für den Zement 46 durch Verlängern der Hülse 44 um einen Abstand von 3,18 bis 4,77 mm (Vs bis ³As Zoll) über das Ende der Röhre 24' hinaus erhält.

Der feuerfeste Körper 38 kann dadurch hergestellt werden, daß er in flüssiger Form am Ende 26 in die Röhre eingegossen wird. In diesem Fall kann ein Stöpsel aus Baumwolle oder einem anderen Werkstoff in der Röhre 24 ungefähr 7,63 cm (3 Zoll) vom ίο Ende 26 entfernt angeordnet werden, und während des Eingießens wird das Gefäß 30 innerhalb der Röhre 24 aufrecht und mit Abstand von der Wand der Röhre gehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Zum einmaligen Gebrauch bestimmtes Gerät zur Entnahme einer Probe aus flüssigen Metallen, bei welchem in einem Halterohr ein evakuiertes an seinen beiden Enden verschlossenes Gefäß angeordnet ist, an dessen Eintrittsende das geschmolzene Metall dann in das Gefäß eintreten kann, wenn dieses Ende eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gefäßes aufweist, wobei das Gefäß am einen Ende des Halterohrs befestigt ist, während das andere Ende dieses Halterohrs mit einer Traglanze verbindbar ist, um das Eintauchen des Gefäßes in die Schmelze zu erleichtern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Das Gefäß (30) weist über seine gesamte Länge im wesentlichen den gleichen Querschnitt auf;

b) das Eintrittsende des Gefäßes (30) ist mit einem glasartigen Knopf (34) verschlossen, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Gefäßes (30) liegt;

c) das Gefäß (30) ist mit seinem dem Eintrittsende entgegengesetzten Ende (32) mit feuerfestem Material (38) zur Isolierung des Gefäßes (30) gegenüber der Schmelze und zur Abfuhr der Erstarrungswärme aus der Probe umgössen;

d) das Eintrittsende ragt über das feuerfeste Material (38) um eine Strecke X hinaus, die gleich dem Drei- bis Fünffachen des Innendurchmessers des Gefäßes (30) ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (30) aus einem glasartigen Werkstoff besteht.

3. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Knopf (34) durch eine tassenförmige Kappe (40) geschützt ist.

4. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Traglanze (12) und das Halterohr (24) auf einer Geraden liegen.

5. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterohr (24) aus Pappe besteht.