DE2004819B2

DE2004819B2 - Vorrichtung zum Messen der Abkühlungskurve eines geschmolzenen Metalls

Info

Publication number: DE2004819B2
Application number: DE2004819A
Authority: DE
Inventors: Hubertus Joannes Josephus Genk Surinx (Belgien)
Original assignee: Electro Nite NV
Current assignee: Electro Nite NV
Priority date: 1969-02-04
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1974-06-20
Also published as: ES376090A1; FR2030279B1; US3643509A; SE363531B; GB1249589A; LU57920A1; AT314234B; NL7001221A; NL166544C; NL166544B; JPS4842200B1; ZA697221B; DE2004819A1; DE2004819C3; FR2030279A1; SU376967A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Abkühlungskurve eines geschmolzenen Meiaiis, die aus einer Lanze besteht, die an ihrem Eintauchende mit einem Behälter aus feuerfestem Material versehen ist, der aus der Lanre herausiagt und in dem ein Thermoelement angeordnet ist, wobei der Behälter mit der Eintrittsöffnung für das flüssige Metall versehen ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der belgischen Patentschrift 712121 bekannt. Es handelt sich dabei um eine nicht verbrauchbare Lanze des Typs, bei dem der Innenraum gekühlt wird. Derartige Lanzen haben bei einem Durchmesser von etwa 8 cm ziemlich große Abmessungen. Um die Lanze ist ein Behälter angeordnet, dessen Befestigung ein sehr schwierig zu lösendes Problem darstellt. Bei der bekannten Vorrichtung müssen die Abmessungen der Basisfläche des Behälters und deren Entfernung von der Lötstelle des Thermoelementes ferner aufeinander abgestimmt werden, damit die Meßstelle nicht zu stark durch die erheblich niedrigere Temperatur beeinflußt wird, der die Probe am Ende der Lanze und beim Auftreffen auf die Wandung des Behälters beim Eintauchen in das Bad ausgesetzt ist. Auch muß eine ausreichende Menge des Metalls in den Behälter eindringen, um eine zu schnelle Verfestigung in bezug auf die Antwortzeit des Thermoelementes zu vermeiden. Es ist ferner erforderlich, die Verbindungen zwischen den Drähten der warmen Lötstelle (Pt-Pt Rh) und den Verbindungsleitungen zum Meßkreis sorgfältig zu isolieren, um zu vermeiden, daß zwei zusätzliche Thermoelemente entstehen, die die Messung verfälschen. Man muß auch die Verbindungsstellen elektrisch gut isolieren, da beim Abkühlen aus der Probe Gas austritt, das durch den Zement zur Befestigung des Thermoelementes zu den Verbindungsstellen strömt.

Die bekannte Vorrichtung ist für eine Massenproduktion ungeeignet und es ist in jedem Fall ein weiteres, getrenntes Thermoelement erforderlich, um die Temperatur des Bades zu messen. Da ferner die Verfestigung der Probe schon nach wenigen Sekunden beendet ist, wird bei Verwendung der bisher üblichen

Stoffe zur Anfertigung des Behälters die Möglichkeit ausgeschlossen, mittels eines einzigen Thermoelementes sowohl die Temperatur des Bades zu messen als auch die Abkühlungskurve zu bestimmen. Diese Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung

»5 zugrunde, wobei es gleichzeitig damm geht, den Meßkopf zum Zwecke der Massenanfertigung möglichst einfach und darüber hinaus klein auszubilden. Dies gilt insbesondere für den Behälter.

Die Erfindung besteht, ausgehend von einer Vor-

richtung gemäß der belgischen Patentschrift 712121 darin, daß die Lanze in an sich bekannter Weise aus einem bei der Badtemperatur verbrauchbaren Material und der Behälter aus einem Material mit so guter Wärmeleitfähigkeit besteht, daß die thermische Ar-

»5 Sprechzeit seiner Wandung kürzer als 12 Sekunden ist, und daß der der Lanze zugewandte Rand des Be hälters mit feuerfestem Zement in einer zylindrischen Manschette des Thermoelementes, befestigt ist, wobei die Manschette in an sich bekannter Weise in ein Ende der Lanze eingesteckt und an ihrem dem Thermoelement entgegengerichteten Ende mit Leitungen zum Anschluß des Thermoelementes an einen Meßkreis versehen ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besieht der Behälter aus Quarz und hat seine Wandung eine unterhalb 3 mm liegende Stärke.

Eine derartige Vorrichtung unterscheidet sich auch grundlegend von dem Gegenstand der USA.-Patentschrill 3 357 250, aus dem es bekannt ist. gegenüber der eigentlichen Lanze vorstehende Teile. z.B. das

♦o Thermoelement, mit einer Schutzhülle zu versehen, die aus einem Material besteht, das beim Durchgang durch die auf dem Bad schwimmende Schlackenschicht schmilzt. Ferner ist es aus der USA.-Patentschrift bekannt, die Meßvorrichtung so zu koristru-

♦5 ieren. daß die thermische Ansprechzeit und die Zeit oberhalb der der Meßkopf und der in das Bad eintauchende Teil der Lanze zerstört werden, aufeinander abzustimmen. Hiervon zu unterscheiden ist dit Lehre der vorliegenden Erfindung, den Behälter so auszubilden, daß die thermische Ansprechzeit seiner Wandung kurzer als 12 Sekunden ist, insbesondere unter Berücksichtigung des wesentlichen Unterschiedes, daß die Behälter im Falle der vorliegenden Erfindung aus feuerfestem Material bestehen, während sie gemaß der USA.-Patentschrift 3 357 250 beim Durchgang durch die Schlackenschicht des Bades aufgeschmolzen werden sollen.

Aus der Literaturstelle »Iron and Steel Engineer«, Band 45. 1968, Heft 3, Seiten 77 bis 83, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Verfestigungskurve einer Probe flüssigen Metalls mittels eines Behälters bekannt, der im Ende einer Tauchlanze angeordnet ist und in dem sich ein Thermoelement befindet. Der Behälter selbst besteht aus einer feuerfesten Kammer, die von dem Lanzenrohr umgeben ist, so daß es nicht möglich ist, mit dem gleichen Thermoelement die Temperatur des Bades und die Temperatur der Verfestigung der Probe zu messen, die

sich sofort abkühlt, ohne daß durch das Thermoelement eine Temperatur gemessen werden kann, die die tatsächliche Badtemperatur wiedergibt.

Bei dem Gegenstand der französischen Patentschrift 1 554516 besteht der Behälter der Probe aus verhältnismäßig dickem feuerfestem Material und ist, um die thermische Isolation tu erhöhen, von einer Hülle aus isolierendem Material umgeben. Wenn das flüssige Metall in den gut isolierten Behälter eintritt, verfestigt es sich sehr schnell, da der Behälter kälter ist als das Bad. Um die Temperatur des Bades während der Aufzeichnung der Verfestigungskurve zu messen, muß ein zweites Thermoelement vorspringend an dem Behälter befestigt werden.

Die französische Patentschrift 1 530 322 betrifft eine Vorrichtung, mit der eine Probe geschmolzenen Metalls durch Eintauchen genommen werden kann. Die Vorrichtung entspricht der der französischen Patentschrift 1 554516. Auch diese Vorrichtung benötigt ein zweites Thermoelement außerhalb des Behäl-Iters, das gegenüber dem Ende des Behälters vorsteht, um die Temperatur def Bades im Augenblick der Probennahme zu messen.

Die Meßvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung hat gegenüber den bekannten Einrichtungen eine Reihe von Vorteilen, sowohl was die Herstellung anbelangt als auch hinsichtlich der Sicherheit beim Einsatz und der Kostenersparnis. Die Quarzbehälter werden auf Lanzen aufgesetzt, die einen Durchmesser von nur etwa 30 mm haben Eine Massenp-oduktion ist ohne weiteres möglich. Für die Befestigung des Behälters wird einfacher feuerfester Zement benutzt, der gewöhnlich zur Befestigung der Thermoelemente verwendet wird. Dadurch ergibt sich ein sehr geringes Gewicht und die Möglichkeit, die Meßvorrichtung sehr klein auszubilden, zumal eine kleine Probe genügt, um beide Messungen, nämlich sowohl die der Temperatur des Bades als auch die der Verfestigungskurve des Metalls durchzuführen. Dabei ist zu beachten, daß der feuerfeste Zement wegen der hohen Backtemperatur schon nach wenigen Sekunden weich wird und die mechanische Festigkeit der Vorrichtung schnell absinkt. Die Erfindung setzt sich über die herrtchende Meinung der Fachwelt hinweg, daß für die Probennahme und die unmittelbare Messung der Verfestigungskurve ein Behälter mit einer Wandung benutzt werden muß, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat und eine praktisch sofortige Verfestigung der Probe, während sie im Bad ist. sicherstellt. Damit wird nicht nur ein neuer Weg bezüglich der Ausfuhrung der Messung beschritten. sondern auch hinsichtlich des verwendeten Materials, der Dimensionierung des Meßkopfes und der Befestigung an der Lanze.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit einem Thermoelement.

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1 und

Fig.3 ein Temperatur-Zeit-Diagramm,das mit HiI-fe der auf den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung aufgenommen wurde. Die Temperatur ist in ⁰C auf der Abszisse, die Zeit in Sekunden auf der Ordinate aufgetragen.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden für identische Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet.

Auf der Zeichnung ist eine verzehrbare Lanzette 20 dargestellt, die in bekannter Weise aus Pappe besteht und eine Thermoelement-Einrichtung aufweist, die aus einer zylindrischen Manschette 1 aus einem keramischen Material, an deren Ende sich ein Flansch 2 mit einem größeren Durchmesser befindet, und einem Innenfutter 3 besteht, bei der das dem Flansch gegenüberliegende Ende durch eine Paßscheibe 9 verschlossen ist, aus der zwei mit Rillen versehene Zapfen 10 hervorragen. In den Flansch 2 ist seitlich in ein Füllmaterial aus z. B. feuerfestem Zement 8 ein U-Rohr 4 eingesetzt, das aus Quarz besteht und in dessen Innenraum sich die Drähte 5 und 6 eines Thermoelementes befinden, wobei der Draht 5 beispielsweise aus Platin und der Draht 6 beispielsweise aus Platin-Rhodium besteht und die wärmeempfindliche Verbindungsstelle mit 7 bezeichnet ist. Die Drähte 5 und 6 des Thermoelementes sind im Innern der Manschette 1 jeweils mit einem nach außen führenden Leiter 11 verbunden, der eine in der Paßscheibe 9 vorgesehene öffnung durchquert und von der Rille einer der Zapfen 10 aufgenommen wird. Die Leiter 11 werden ebenfalls durch den Zement innerhalb der Manschette 1 festgehalten.

Die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Behälter 13 in Form einer Küvette mit zylindrischer Wand 16 auf. die aus der Manschette 1 um das Rohr 4 der wärmeempfindlichen Verbindungsstelle des Thermoelementes hervorragt. Der Rand 14 des Behälters 13 drückt gegen das Innenfutter 3 der Manschette und auf diese Weise wird der Behälter von dem Zement 8 festgehalten.

Der Behälter 13 besteht vorzugsweise aus Quarz und seine Wanddicke liegt in der Größenordnung von 0,8 mm. In der zylindrischen Wand ist ziemlich nahe bei der Manschette eine Öffnung 15 vorgesehen.

Quarz ist nur ein Beispiel für eines der verwendbaren Materialien. Der Behälter kann erfindungsgsmäß auch aus einem anderen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. gebranntem Aluminiumoxyd, gebranntem Zirkonoxyd. gebranntem Magnesiumoxyd sov-'ie aus Mischungen solcher Materialien bestehen. Der Behälter kann auch aus einem Material bestehen, das keine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. In diesem Falle muß die Masse des Behälters so verringert werden, daß die Wärmeleitfähigkeit der Wand derart ist. daß ihre thermische Ansprechzeit, d. h. die Zeit, die erforderlich ist. um ihre Temperatur beim Eintauchen der Lanzette genau auf die Temperatur des Bades zu bringen, kurzer ist als die zur Beschädigung der Vorrichtung sowie zur Verzehrung der Lanzette erforderliche Zeit. Insbesondere muß die Wärmeleitfähigkeit der Wand erfindungsgemäß so groß sein, daß ihre Ansprechzeit unterhalb 12 Sekunden liegt.

Die öffnung 15 ist durch einen den Behälter 13 umgebenden Metallring 21 geschützt. Dieser Ring bildet eine Schutzwand, die nach dem Eintauchen die Einfuhrung der Probe in den Behälter etwas verzögert, so daß diese Einführung erst genau dann erfolgt, wenn die Wand die gleiche Temperatur aufweist wie das Bad. Es kann auch eine Metallkappe vorgesehen sein, die den Behälter 13 vollständig umgibt, wobei dann der Ring 21 fakultativ ist.

Eine Druckausgleichsleitung 23 verbindet das Innere des U-Rohres 4 mit dem Inneren des Behälters 13. Schließlich ist in dem Behälter 13 ein Aluminiumfaden 22 vorgesehen, um das eindringende flüssige Metall zu beruhigen.

Wenn die Lanzette 20 in ein flüssiges Stahlbad ein-

geführt wird, nimmt der Behälter 13 dank der guten Wärmeleitfähigkeit seiner Wand sofort die Temperatur des Bades an. Gleichzeitig schmilzt der Ring 21 in der Weise, daß die öffnung 15 erst freigelegt wird, wenn die Temperatur der Wand des Behälters 13 genau gleich der Temperatur des Bades ist. Die flüssige Stahlprobe tritt durch die öffnung 15 in den Behälter ein und behält genau die Temperatur des Bades bei, solange die Vorrichtung selbst in dem Bad ist. Die mit Hilfe des Thermoelementes 5, 6, 7 vorgenommene Messung ergibt genau die Temperatur des Bades. Anschließend zieht man die Lanzette aus dem Bad heraus und das gleiche Thermoelement 5, 6, 7 zeigt dann die Abkühlungskurve der Probe in dem Behälter 13 an.

Bei der Prüfung des in Fig. 3 dargestellten Diagramms stellt man drei Temperaturstufen 25, 26 und 27 fest. Die Stufe 25 gibt die sehr kurze Verzögerung beim Temperaturausgleich im Innern des Behälters 13 im Verhältnis zur Temperatur des Bades wieder, die «j.? Folge eines leichten Temperaturunterschiedes zwischen dem Inneren und dem Äußeren dieses Behälters im Augenblick des Eintritts der flüssigen Metallprobe ist. Die Stufe 26 stellt die von dem Thermoelement gemessene höchste Temperatur dar, die der Temperatur des Bades entspricht und die Stufe 27 gibt schließlich die Temperatur der Verfestigung der Probe wieder, die, wenn man sie mit bekannten Tabellen vergleicht, den Kohlenstoffgehalt der Probe anzeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dauer zur Aufzeichnung dieses Diagramms bis zum Beginn der Stufe 27 unterhalb 12 Sekunden, d. h. unterhalb der

»ο zur Verzehrung der Lanzette erforderlichen Zeit liegt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere darin, daß es einerseits möglich ist, alle erforderlichen Messungen mit dem gleichen

Thermoelement durchzuführen, und daß andererseits der Behälter mit seinen kleinen Dimensionen die Temperatur des Bades nicht beeinflußt, und daß darüber hinaus keine schwere Fühmngsapparatur für die Lanzette verwendet werden muß, und daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr billig ist, da sie aus einem einzigen Element und einem einfachen Küvetten-Zusatz mit Thermoelementeinrichtungen zum klassischen Eintauchen besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Abkühlungskurve eines geschmolzenen Metalls, bestehend aus einer Lanze, die an ihrem Eintauchende mit einem Behälter aus feuerfestem Material versehen ist, der aus der Lanze herausragt und in dem ein Thermoelement angeordnet ist, wobei der Behälter mit einer Eintrittsöffnung für das flüssige Metall versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (20) in an sich bekannter Weise aus einem bei der Badtemperatur verbrauchbaren Material und der Behälter (13) aus einem Material mit so guter Wärmeleitfähigkeit besteht, daß die thermische Ansprechzeit seiner Wandung (16) kürzer als 12 Sekunden ist, und daß der der Lanze zugewandte Rand (14) des Behälters mit feuerfestem Zement (8) in einer zylindrischen Manschette (1) des Thermoelementes (5) befestigt ist, wobei die Manschette (1) in an sich bekannter Weise in ein Ende der Lanze eingesteckt und an ihrem dem Thermoelement entgegengerichteten Ende mit Leitungen (11) zum Anschluß des Thermoelementes an einen Meßkreis versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (13) aus Quarz besteht und daß seine Wandung (16) eine unterhalb 3 mm liegende Stärke hat.