-
Gefäss fü schmelzflüssiges Metall Die Erfindung betrifft ein Gefäss
zur kontinuierlichen Nessung des Sauerstoffgehalts in einem schmelzflüssigen Metall.
-
Zur elektrochemischen Messung des Sauerstoffgehaltes in einem schmelzflüssigen
Metall ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, bei dem ein feuerfestes Material
als Zwischenelektrolyt zusammen mit einem Standardelektrodenmaterial verwandt wird,
um ein konstantes Sauerstoffpotential zu schaffen und eine Blektrolytzelle zu bilden,
die aus sohmelzflüssigem Metalle z. B. aus schmelzflüssigem Stahl - Zwischenelektrolyt
- Standardelektrode besteht, wobei der Sauerstoffgehalt im schmelzflüssigen Stahl
aus der elektromotorischen Kraft der Elektrolytzelle berechnet wird.
-
Die Erfindung bezieht. sich insbesondere auf einen Behälter, mit dem
kontinuierlich das Sauerstoffpotential in einem schmelzflüssigen
Metall
während eines Industrieschmelzverfahrens oder anderen Verfahren, die auf dem obengenannten
Prinzip beruhen, festgestellt wird, Die Erfindung richtet sich also auf einen Behälter
für schmelzflüssiges. Metall, in dessen Wand eine Normelektrode eingesetzt ist,
damit kontinuierlich das Sauerstoffpotential eines schmelzflüssigen Metalls in dem
Behalter gemessen wird. Dies. e und andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung, in der auf die Zeichnungen bezug genommen wird, in denen
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt'durch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt,
in der Normelektrode und metallische Elektrode im Boden des Schmelzofens eingesetzt
sind, um das Sauerstoffpotential im schmelzflüssigen Metall zu messen.
-
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der elektromotorischen
Kraft und den Sauerstoffanalysewerten im und Stahl
der elektromotorischen Kraft zeigt, die durch den in Fig. 1 gezeigten Schmelzofen
gemeesen wurde, Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform
der Erfindung Fig. 4 und 6 zeigen schematisch im Querschnitt eine Ausführungsform,
wie das System mit eingesetzter Normelektrode, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, bei
einem Gefåss für schmelzflüssiges Metall auf Industrieebene verwandt wird, wobei
sich Fig. 4 auf eine Ausführungsform bezieht, bei der die Meßeinrichtungen in eine
80 Tonnen-Pfanne eingeführt werden, und Fig. 6 auf eine
solche für
einen. Konverter mit 130 Tonnen Fassungsvermögen.
-
'Fig. 5 und 7 zeigen schematisch die Einbauelemente entsprechend
den Fig. 4 und 6.
-
Erfindungsgemäss werden bei einem Gefäss für schmelzflüssiges Metall,
durch das das Sauerstoffpotential im schmelzflüssigen Metall gemessen wird, eine
Normelektrode allein oder zusammen mit einer metallischen Elektrode in die Seiten-oder
Bodenwand des Gefässes durch dessen Wand geführt wodurch das System gegen Erosion
und Verschmutzung geschützt wird, die durch hervorperufen wurden,<.
-
Schlacken/und'Bearbeitungsvorgänge im Gefässfdurchgeführt werden<können>,
ohne dass eine Beeinflussung stattfindet, wodurch auch ein stables und kontinuierliches
Messen des Sauerstoffpotentials im schmelzflüssigen Metall über eine längere Zeit
möglich wird.
-
Auch kann man erfindungsgemäss ein Sauerstoffpotential kontinuierlich
und immer genau über eine lange Zeit messen, indem eine Anordnung geschaffen wird,
bei der eine Vielzahl von Normelektroden in die Wand des Gefässes eingeführt werden,
und wobei unterschiedliche Abstände von der Innenfläche der Gefäßwand bis zur Spitze
der Normelektrode eihgehalten werden können. Darüberhinaus ist ein Schalter vorgesehen,
der abwechselnd von einer Elektrode zur neuen umgeschaltet wird, der der Erosion
durch Schmelzen der Behälterwand ausgesetzt wird.
-
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 schematisch einen Schmelzofen als
AusiuhrungQ sform des Gefässes nach der Erfindung, wobei die
Meßeinrichtungen
nach der Erfindung in die Bodenwand des Hochfrequenzinduktionsofens eingeführt werden,
der eine Schmelzkapazität von 10 kg aufweist, wodurch das Sauerstoffpotential des
schmelzflüssigen Stahls im Ofen kontinuierlich gemessen werden kann.
-
In Fig. 1 ist mit 1 eine Induktionsspule zur Aufheizung bezeichnet,
2 bezeichnet einen=durch ElektroguL hergestellten Tiegel aus Magnesiumoxyd. 3 ist
eine Schicht feuerfesten Materials, durch die die Wärmespeicherung des Tiegels sichergestellt
wird und durch die ein Austreten schmelzflüssigen Metalls verhindert wird. Die Normelektrode
besteht aus einem feuerfesten Mantel 4 aus gesintertem Magnesiumoxyd, der als Zwischenelektrolyt
dient, wobei dieser feuerfeste Mantel mit pulverformigem Normelektrodenmaterial
5 gefüllt ist, das der Normelektrode ein konstantes Sauerstoffpotential gibt, und
weist eine leitende Elektrode 6 auf, d. ho ein Material, das ein leitender Körpe
sein kann, ohne dass das konstante Sauerstoffpotential der Normelektrode gestärt
wird, wobei diese Normelektrode so in die Behälterwand eingeführt ist, dass das
eine Ende der Eelektrode der Innenfläche des Tiegel. durch diese Tiegelwand 2 ausgesetzt
ist und das andere Ende mit einem automatischen Aufzeichnet 9 in Form einer Ausgleichselektronenröhre
verbunden ist. 7 ist ein feuerfester Einsatz, der ein Aufspalten eines Weichstahletabest
der alB metalliEche Elektrode dientJ verhindert und Uffl eine elektrische und thermische
Isolierung gegen die Umgebung zu sichert.
-
Wie aus Fige 1 klar zu ersehen, besteht ein Vorteil der Erfindung
darin, dass durch Anordnung von Meßeinriciltungen im Boden des Ofens die Meßelektroden
gegen Erosion durch die schmelzflüssige Schlacke oder durch eine heftige Rührbewegung
des schmelzflussigen Metalles geschützt sind, und dass die Arbeitsbedingungen für
den Ofen, verglichen mit dem üblichen Verfahren, wesentlich besser sind, bei dem
die Elektroden von oben in das Bad eingetaucht werden.
-
Bei der beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung besteht die
Normelektrode aus dem feuerfesten Mantel 4 : des Zwischenelektrolyten,'dem Normelektrodenmaterial
5 und dem leitenden Elektrodenmaterial 6 und wird unter Verwendung gesinterten Magnesiumoxyds
für diesen feuerfesten Mantel 4 hergestellt sowie unter Verwendung von pulverförmigem
Graphit fü dieses Material 5 sowie einer Graphitstange für das Material 6. Andere
Kombinationen des Elektrodenmaterials anderer Art sind auch anwendbar. Z. B. kann
als Material für den Zwischenelektrolytmantel 4 ein Metalloxyd, z. B. Magnesiumoxyd,
Aluminiumoxyd, Siliziumoxyd, Zirkoniumoxyd oder Berylliumoxyd-verwendet werden.
-
Statt des pulverförmigen Materials 5 kann ein reduzierendes oder nicht
oxydierendes Material, z. B. graphit oder Siliziumcarbid, verwandt werden und fUr
das Elektrodenmaterial 6 ein n Material, das eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist
und das in einer reduzierenden Atmosphäre seine Natur nicht verlandert, z. B. Graphit,
Siliziumearbind, Wolfram oder'ein anderer Metalldraht mit einem hohen Schmelzpunkt.
-
Im folgenden wird ein Verfahren zum Messen des Sauerstoffpotentials
im schmelzflüssigen Stahl beschrieben, bei dem das erfindungsgemässe Gefäss hiermit
beschickt wird.
-
7 kg Elektrolyteisen und ein UberschuB an Kohlenstoff werden in einen
Schmelzofen nach Fig. 1 gegeben und durch Hochfrequenzinduktionsheizung geschmolzen.
Ist die Beschickung geschmolzen, so zeigt der Aufzeichner 9 unmittelbar das Sauerstoffpotential
des schmelzflüsaigeh Metalls an, da jedoch die Badtemperatur in dieser Periode instabil
ist, kann man sich auf den aufgezeichneten Wert nicht verlassen. Die Temperatur
muss daher so schnsll wie möglich bei 1550°C in einen stabilen Zustand gebracht
werden. Nach Aufrechterhalten der konstanten Temperatur lässt man den Aufzeichner
in Funktion treten und die elektromotorische Kraft aufzeichnen. Dann wird das Bad
einer Dekarburierung unterworfen, indem ein Sauerstoffwind auf das schmelzflüssige
Metall geblasen wird,und die Steigerung im Sauerstoffpotential während der Dekarburierung
wird auf dem Aufzeichner kontinuierlich aufgezeichnet. Während des nannten Blasverfahrens
werden Proben zum Analysieren von Sauerstoff und Kohlenstoff in bestimmten Zeitabschnitten
abgenommen.
-
Die Beziehung zwischen der so erhaltenen elektromotorischen Kraft
und dem Sauerstoffanalysewert (0) im Stahl und der zwischen der elektromotorischen
Kraft und dem Analysewert des Kohlenstoffs ' (0) im Stahl sind in Fig. 2 dargestellt.
-
Nie offensichtlich aus Fig. 2 zu ersehen, bestehen enge Beziehungen
zwischen der so gemessenen elektromotorischen Kraft und
den AnalysewertenfürSauerstoffundKohlenstoff
im Stahl.
-
Unabhängig von dem beispielsweise genannten Versuch wird eine weitere
Untersuchung §ber die Fälle durchgeführt, bei denen gesintertes Aluminiumoxyd oder
Siliziumoxyd als Material für den Zwischenelektrolyten, Siliziumcarbid als pulverfürmiges
Material 5 und Wolframdraht oder ein Wolframstab für das Elektrodenmaterial 6 verwandt
wurden. Es zeigte sich, dass stabile Aufzeichnungen in allen Fällen erhalten wurden.
Zusammenfassend konnte festgestelltwerden,dassdie Bedingungen, unter denen das Verfahren
zum Einführen der Normelektrode in den Boden des Ofens, wie sie bei den erfindungsgemässen
Beispielen angewandt wurden, darin bestanden, dass man ein Metalloxyd als feuerfestes
Material, z. B. Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Siliziumoxyd, Zirkoniumoxyd, Berylliumoxyd
oder Thoriumoxyd, als Zwischenelektrolyt verwandte, ein Material mit niedrigem Sauerstoffpotential,
z. B. Graphit oder Siliziumcarbid, als pulverformiges Material für die Normelektrode,
wodurch sich ein konstantes Sauerstoffpotential ergab und ein bei hohem Schmelzpunkt
nicht oxydierendes Material, was seine Natur in einer reduzierenden Atmosphäre nicht
veränderte, z. B. Graphit, Wolfram oder Nickel als leitendes Material.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die 7m Laboratorium Anwendung
fand, soll nun erläutert werden, bei. der eine Normelektrode verwandt wqird, die
ein relativ hohes Sauerstoffpotential besitzt *
Der schematische
Querschnitt des in der erfindungsgemässen AusfUhrungsform verwandten Schmelzofens
ist in Fig. 3 gezeigt. Die Materialien und die Zweckbestimmung dieser Materialien,
die mit dem Bezugszeichen 1 bis 3 in Fig. 3 bezeichnet werden, sind die gleichen,
wie bei der vorhergehenobn Ausoxyd führungsform. Die BlektroguBmagnesiu erkleidung
4 wird glei-chzeitig als Zwischenelektrolyt und Normelektrodenmaterial verwandt,
wobei der Leiter 5 aus einer Platinelektrode besteht.
-
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine feuerfeste Auskleidung, durch
die eine Zerstörung eines Weichstahlstabes durch Scnmelzen, z.B. der metallischen
Elektrode, verhindert wird und eine elektrische und thermische Isolierung sichergestellt
wird ; 7 ist eine metallische Elektrode aus Weichstahldraht und 8 ist ein automatischer
Aufzeichnet vom Ausgleichselektronenröhrentyp.
-
Der Schmelzofen nach dieser Ausfihrungsform besitzt den Vorteil, dass,
da die Normelektrode durch eine feuerfeste Auskleidung gebildet wird, dann, wenn
die Erosion des Ofenbodens voranschreitet und die Normelektrode oben abechmilXzt,
wodurch die Elektroden ihre Funktion als Elektrolytzelle verlieren, keinerlei Schwierigkeiten
hinsichtlich eines Austritts des schmelzflüssigen Metalle aufgrund'einer auereichenden
Bestindigkeit der feuerfesten Auskleidung als Konstruktionsmaterial für den Ofen
auftreten. Selbst wenn also nach dieser Ausfuhrungew form als Schmelzofen ein Konverter
verwandt wird, bei dem ein merklicher Verlust durch Abschmelzen des Ofenmaterials
durch
den Ofen~Detrieb auftritt, so kann die Messung des Sauerstoff-,
potentials des sojhmelzflüssigen Stahls kontinuierlich über einen langen Zeitraum
gemessen werden, indem der Abstand von der Innenfläche der Ofenwand zur Elektrodenspitze
verändert wird, indem mehrere Elektroden der feuerfesten Auskleidung in der Wand
des Ofenbodens eingeführt werden. AIs Normelektrodenmaterial, wie six es in dieser
Ausführungsform verwandt wird, sind Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd,
Siliziumoxyd und Berylliumoxyd als feuerfeste Auskleidung geeignet sowie ein Msterial
mit hohem Schmelzpunkt, das eine hohe chemische Stabilität besitzt, z. B. Platin,
Platin-Rhodium, Nickel usw. als Leitermaterial.
-
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden soll nun die Erfindung mit
bezug auf die Fig. 4 bis 7 fXI die Fälle weiter erläutert werden, wo der Blektrodenaufbau
nach der Erfindung für Behälter für schmelzflüssiges Metall im Industriebetrieb
angewandt wird.
-
Fig. 4 zeigt schematisch im Querschnitt eine 80 Tonnen-Pfanne, die
den Zustand zeigt, wo die obengenannten Me#einrichtungen in der Wand der Pfanne
vorgesehen sind und Fig. 6 zeigt einen anderen schematischen Querschnitt eines 130
Tonnen Konverters, wobei ähnliche Meßeinrichtungen in der Wand des Konverters zu
sehen sind. Abwicklungen sind in den Fig. 5 und 7 gezeigt. Da jedes Teil das gleiche
Bezugzeichen in sämtlichen Figuren aufweist, wird jedes Bezugszeiohen summarisch
im folgenden erläutert.
-
In den Figuren bezeichnet A den Orts wo die Meßeinrichtungen in
der
Wand angebracht sind, und B die Begrenzungslinie, wo die.
-
Innenwand des Behälters poch'erodiert ist ; in den Fig. 4-und 6 ist
zu sehen, wie tief diese Erosion greifen kann. In den. Fig.
-
5 und 7 zeigt a die Seite mit dem schmelzflüssigen Metall, b eine
Schicht einer f'euerfesten Auskleidung, c einen Eisenschutz, d feuerfesten Zement,
B die Schmelzerosionslinie, e einen Schalter und f einen Elektronenröhrenaufzeichner.
D in den Fig. 5 und 7 bezeichnet eine feuerfeste, eingesetzte Auskleidung, F einen
Weichstahlstab, der in einer feuerfesten Auskleidung als Meßeinrichtung eingegossen
ist und B1 E2 Q E5 zeigJen eine Vielzahl der Normelektroden, die in die Wand des
Ofens in verschiedenen Tiefeneingeführt sind, so dass-selbst wenn die Spitzen der
einzelnen Normelektrode durch ochmelzen erodiert sind, das Sauerstoffpotential im
schmelzflüssigen Stahl im Gefäss kontinuierlich und stabil über eine lange Zeit
gemessen werden kann. Tritt eine solche Erosion bei der Normelektrode auf, z. B.
bei der, die durch E bezeichnet ist, die sich in der Bodenwand des Gefässes mit
einer relativ niedrigen Höhe schmelzflUssigen Materials befindet, so wird der Schalter
e auf die nächste Normelektrode, E2 bezeichnet, wodurch die elektromotorische Kraft
kontinuierlich und stabil gemessen werden kann. D. h. erfindungsgemäss kann die
elektromotorische Kraft durch die Anordnung gemessen werden, bei der eine Vielzahl
der Normelektroden (E1, E2, E3.....) in die Wand. des Gefässes im voraus mit unterschiedlichen
Abständen von der
Innenfläche der Gefässwand bis zur Spitze jeder
Nvrmelektrode eingeführt wird. Auch wird ein Schalter eingebaut, der von E1 auf
E2 usw. nacheinander entsprechend der Freigabe der Oberfläche der Normelektrode
umgeschaltet wird, wenn die Erosion durch kbschmelzen der G'efäss-oder Behälterwand
voranschreitet.