DE2016873A1

DE2016873A1 - Differentialthermoelement zur indirek ten quantitativen Bestimmung einer Legie rungskomponente aus einer leitenden Schmel ze mit mehreren Legierungskomponenten

Info

Publication number: DE2016873A1
Application number: DE19702016873
Authority: DE
Inventors: Hans Rudiger Dipl Ing χ 1100 Berlin Dorst
Original assignee: QUALITATS und EDELSTAHL KOM VE
Current assignee: QUALITATS und EDELSTAHL KOM VE
Priority date: 1970-04-09
Filing date: 1970-04-09
Publication date: 1971-10-21
Also published as: US3757206A; FR2059860A5

Description

Dipl.-Ing. Hans-Rüdiger Dorst
11ο Berlin, Thulestr. I5

VEB Qualitäts- und
Edelstahl-Kombinat

1422 Hennigsdorf
LeIt-BfN -Patentbüro

Differentialthermoelement zur indirekten, quantitativen Bestimmung einer Legierungskomponente aus einer leitenden Schmelze mit mehreren Legierungskomponenten . ■

Die Erfindung "betrifft ein Differentialthermoelement zur indirekten, quantitativen Bestimmung einer Legierung skomponente aus einer leitenden Schmelze mit meh_r reren Legierungskomponenten, wobei die Schmelze den gemeinsamen Schenkel eines Differentialthermoelements bildet und die bei einer bestimmten Temperatur der Schmelze sich einstellende Thermospannungsdifferenz als Analogwert für die in der Schmelze vorhandene Menge der einen Legierungskomponente mit einem Voltmeter gemessen wird. Zur Bestimmung von Beimengungen in elektrisch leitenden Schmelzen ist bereits ein Differentialthermoelement bekanntgeworden, bei dem zwei in die Schmelze eintauchende dünnwandige Behälter aus hochschmelzendem, leitendem ^λ Material mit unterschiedlichen reinen Metallen oder,, eutektischen Gemischen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit und Schmelztemperatur gefüllt sind. Zur Messung der Differenz der Thermospannungen sind die beiden dünnwandigen Behälter über eine Spannungsmeßeinrichtung elektrisch leitend miteinander verbunden. ·

Am Anschluß je eines Behälters wird sich, in Abhängigkeit von der jeweiligen Werkstoffkombination (Schmelze . und Füllung des Behälters), eine Thermospannung einstelleni deren Differenz ein Maß für den augenblicklichen

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Anteil der einen Legierungskomponente der Schmelze darstellt. Beide auftretenden Thermospannungen sind abhängig von folgenden Einflußfaktoren:

a) Umgebungstemperatur der Schmelze

b) der sich mit änderndem Gehalt an Legierungsbestandteilen ändernden Leitfähigkeit der Schmelze und

c) der Stellung der als Vergleichselektrode benutzten Füllung des Behälters und der Schmelze in der Potentialreihe.

Aus dieser Spannungsdifferenz läßt sich der momentane P Anteil der einen Legierungskomponente der Schmelze direkt mit Hilfe spezieller Meßwertumformer oder indirekt durch Vergleich mit den Eichkurven oder Diagrammen der verwendeten Thermoelemente, deren Werkstoffzusammensetzung bekannt istj bestimmen.

Dieser bekannten Anordnung haften einige Nachteile an, die die Handhabung, Anwendungsmöglichkeit und Feßgenauigkeit der bekannten Anordnung erheblich einschränken.

So ist es bei der quantitativen Bestimmung von Beimengungen oder Legierungskomponenten aus einer leitenden Schmelze unumgänglich zur eigentlichen Bestimmung ^ der Thermospannungsdifferenz, die die momentane Legierungszusaimaensetzung der Schmelze repräsentiert, gleichzeitig die Temperatur der Schmelze zu messen. D, h«, daß zusätzlich zum vorhandenen Differentialthermoelement die Installierung einer Temperaturmeßeinrichtung im Bereich der Schmelze erforderlich ist, womit der gerät et ecnnische Aufwand vergrößert wird. Vom meßtechnischen Gesichtspunkt ergibt sich hieraus ein weiterer Nachteil, der in der Tatsache begründet ist, daß die Temperaturverteilung in der Schmelze an verschiedenen Stellen ein unterschiedliches Niveau aufweist und somit bei Messungen Meßungenauigkeiten und Meßfehler

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BAD ORIGiNAt

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auftreten, weil die Fessung der Bezugstemperatur zwangsläufig an einem, dem Differentialthermoelement benachbarten Ort im Bereich der Schmelze erfolgen muß. Damit ist die. für die beiden Fessungen notwendige Voraussetzung gleicher Meßbedingungen nicht gewährleistet.

Bin weiterer Nachteil besteht in der Anwendung von· dünnwandigen Behältern aus hochschmelzendem Metall. Damit ist, abgesehen von den hohen¹ Gestehungskosten für derartige Materialien die Gefahr einer unerwünschten Auflegierung der Schmelze mit hochschmelzenden Metallen durch die Auflösung und evtl. Durchbruch des dünnwandigen Behälters und das unerwünschte Eindringen der als Thermoelementschenkel dienenden reinen Metalle oder eutektoiden Gemische in die Schmelze gegeben.-Außerdem wird durch die Verwendung von hochschmelzenden Metallen als Behältermaterial die Lebensdauer des Differentialthermoelements außerordentlich verkürzt und damit werden periodische Messungen über einen längeren Zeitraum (Dauerbetrieb) praktisch ausgeschlossen.

Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden und die Meßgehauigkeit eines Differentialthermoelements zu verbessern sowie bei periodischen Fessungen der Thermospannungsdifferenz die Lebensdauer des Differentialthermoelements zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialthermoelement zur indirekten, quantitativen Bestimmung eine.r Legierungskomponente aus einer leitenden Schmelze mit mehreren Legierungskomponenten so zu vervollkommnen, daß gleichzeitig mit der quantitativen Bestimmung der einen Legierungskomponente eine Messung der Temperatur der Schmelze,als notwendige Voraussetzung für die exakte Bestimmung der momentanen Legierungszusammensetzung in unmittelbarer Nähe des Differentialthermoelements gewährleistet ist.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch, gelöst, daß in der Bohrung des Meßgeräteträgers eine buchsenförmige Thermoelektrode aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist, in der eine zweite stabförmige Thermoelektrode aus elektrisch leitendem, feuerfestem Material mittels eines elektrisch isolierenden Halteringes befestigt ist und daß die stabförmige Thermoelektrode eine oder mehrere, gegenüber der Schmelze abgeschlossene Längsbohrungen aufweist, an deren Grund ein Thermoelement zur Messung der Temperatur der Schmelze angeordnet ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die " benachbarten Thermoelementschenkel am Grund der Längsbohrung eingebettet und über das elektrisch leitende, feuerfeste Material der stabförmigen Thermoelektrode leitend untereinander verbunden. Eine weitere Ausgestaltung der-Erfindung besteht darin, daß ein einziger Thermoelementschenkel elektrisch leitend mit der stabförmigen Thermoelektrode verbunden ist und diese selbst den zweiten Thermoelementschenkel des Thermoelements bildet.

Aus der .erfindungsgemäßen Ausbildung eines Differentialthermoelements ergeben sich folgende Vorteile:

Es können zeitlich aufeinanderfolgend mehrere, sich in ihrer Konzentration ändernde Legierungskomponenten einer Schmelze bestimmt werden oder aber es können gleichzeitig mehrere, sich in einem bekannten Verhältnis zueinander ändernde Legierungskomponenten einer Schmelze bestimmt werden. Durch die Anordnung einer stabförmigen Thermoelektrode aus elektrisch leitendem, feuerfestem Material wird das zur Temperaturmessung verwendete Thermoelement wirksam vor der Schmelze geschützt und der Aufbau dieses Thermoelements wesentlich vereinfacht. Darüber hinaus wird die Lebensdauer bei gleichzeitiger Verbesserung der Feßgenauigkeit wesentlich erhöht.

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Fit diesem Differentialthermoelement ist es möglich, die sich zeitlich ändernden Legierungskomponenten einer Schmelze und gleichzeitig·die momentane Temperatur der Schmelze in kurzen Zeitabständen oder kontinuierlich während der Dauer des Schmelzproζesses zu bestimmen.

Aus diesen Vorteilen resultiert die Möglichkeit, eine Schmelze im. Hinblick auf ihre Legierungszusammensetzung genauer zu führen und damit die Qualität der Stähle wesentlich zu /verbessern. Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen: .

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Differentialthermoelement mit stabförmiger Thermoelektrode, in dessen Längsbohrung ein Thermoelement zur Temperaturmessung angeordnet ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Differentialthermoelement mit einem in die Längsbohrungen der stabförmigen Thermoelektrode eingesetztem Thermoelement;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Differentialthermoelement, bei dem der eine Schenkel des Thermoelements von der stabförmigen Thermo-' elektrode gebildet wird.

In einer Bohrung eines Meßgeräteträgers 1, der beispielsweise von einem Tauchlanzenkopf oder direkt von der Ofenwand gebildet wird, ist eine buchsenförmige Thermoelektrode 2 aus elektrisch leitendem, feuerfestem Faterial eingesetzt, in der mittels eines elektrisch isolierenden Halteringes 3 eine stabförmige Thermoelektrode 4 aus elektrisch leitendem, feuerfestem Material befestigt ist. Die stabförmige Thermoelektrode 4 kann beispielsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung, aus graphitisierter Schamotte, Keramik oder leitfähigen, hochschmelzenden Metalloxyden bestehen.

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Auch metallische Sinterkörper aus Karbiden hochschmelzender Metalle bieten sich für diesen Zweck an.

In Fig. 1 ist in einer Längsbohrung 5 deas Thermoelektrode 4 ein handelsübliches Thermoelement 6 angeordnet und mit Distanzstücken 6 a gegenüber der Längsbohrung 5 der Thermoelektrode 4 abgestützt. Zur Messung der Temperatur der Schmelze ist das Thermoelement 6, dessen Schenkel sich am Grund der Längsbohrung 5 befinden, an ein Voltmeter 8 zur Messung der Thermospannung angeschlossen. Die Thermoelektrode 2 und die Thermoelektrode 4 bilden zusammen ein Differentialthermoelement, dessen gemeinsamer Schenkel von der Schmelze gebildet wird. Beide Thermo elektroden 2 und 4 sind zur Messung der Thermo spannungsdifferenz an ein Voltmeter 7 angeschlossen, wobei die gemessene Spannung ein Maß für die momentane Legierungszusammensetzung der Schmelze darstellt.

In Fig. 2 weist die Thermo elektrode 4 zwei Längsbohrungen 5 auf, in die die Meßleitungen eines Thermoelements eingesetzt und gegenüber der Thermoelektrode 4 elektrisch isoliert sind. Die benachbarten Thermoelementschenkel sind am G-rund der Längsbohrungen 5 der Thermoelektrode 4 eingebettet und über das elektrisch leitende, feuerfeste Material miteinander verbunden.

In Fig. 3 weist die Thermoelektrode 4 lediglich eine Längsbohrung 5 auf, in die eine einzige Feßleitung eines Thermoelementschenkels eingesetzt und·gegenüber der Thermoelektrode 4 elektrisch isoliert ist. Der Thermoelementschenkel ist mit der Thermoelektrode 4 leitend verbunden, während der zweite Thermoelementschenkel von der Thermoelektrode 4 selbst gebildet wird. Damit weisen die beiden Meßkreise eine gemeinsame Thermoelektrode bzw. Thermoelementschenkel und eine gemeinsame Meßleitung auf und ergeben ein einfach aufgebautes Differentialthermoelement, das mit einer Temperaturmeßeinrichtung ausgerüstet ist,

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Claims

Fat entansprüche

Differentialthermoelement zur indirekten, quantiativen Bestimmung einer Legierungskomponente aus einer leit enden Schmelze mit mehreren Legierungskomponenten, wobei die Schmelze den gemeinsamen Schenkel eines Differentialthermoelements bildet und die bei einer bestimmten Temperatur der Schmelze sich einstellende Thermospannungsdifferenz als Analogwert für die in der Schmelze vorhandene T'enge der einen Legierungskomponente mit einem Voltmeter gemessen.wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung eines Meßgeräteträgers (1) eine buchsenförmige Thermoelektrode (2) aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist, in der eine zweite stabförmige Thermoelektrode (4) aus elektrisch leitendem, feuerfestem Material mittels eines elektrisch isolierenden Halteringes (3) befestigt ist und daß die stabförmige Thermoelektrode (4) eine öder mehrere, gegenüber der Schmelze abgeschlossene Längsbohrungen (5) aufweist, an deren G-rund ein Thermoelement (6) zur Messung der Temperatur der Schmelze angeordnet ist.

Differentialthermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Thermoelementschenkel am Grund der Längsbohrung (5) der stabförmigen Thermoelektrode (4) eingebettet sind und über das elektrisch leitende, feuerfeste Material miteinander verbunden s ind.

Differentialthermoelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Thermoelementschenkel elektrisch leitend mit der stabförmigen Thermo elektrode (4) verbünden ist und diese selbst den zweiten Thermoelementschenkel des Thermoelements (6) bildet.

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