DE2261350B2

DE2261350B2 - Protection tube for a probe

Info

Publication number: DE2261350B2
Application number: DE19722261350
Authority: DE
Inventors: Herbert 6450 Hanau Schuhl
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1972-12-15
Publication date: 1974-12-19
Also published as: DE2261350A1; DE2261350C3

Description

Schutzrohre für Meßfühler, wie Temperaturfühler, wurden wenn sie zum Eintauchen in eine Stahlschmelze anwendbar sein sollen, meist aus keramischen Werkstoffen hergestellt. Keramische Schutzrohre weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie bei der Handhabung, z. B. in einem Konverter, leicht abbrechen oder in anderer Weise mechanisch beschädigt werden können.Protective tubes for measuring sensors, such as temperature sensors, were used when they were to be immersed in molten steel should be applicable, mostly made of ceramic materials. Ceramic protection tubes, however the disadvantage that they are difficult to handle, e.g. B. in a converter, easily break off or in another Way can be mechanically damaged.

Man kennt daher bereits seit längerer Zeit Schutzrohre aus metallischen Werkstoffen, wie Legierungen aus Nickel, Eisen, Chrom mit weiseren Zusätzen.Protection tubes made of metallic materials such as alloys have therefore been known for a long time made of nickel, iron, chromium with wiser additions.

Diese Schutzrohre aus metallischen Werkstoffen sind mechanischen Belastungen gegenüber widerstandsfähiger. Es müssen jedoch solche Metalle und Legierungen gewählt werden, welche chemischen Angriffen widerstehen können, insbesondere der Korrosion. Die gewählten Metalle und Legierungen müssen aber auch den auftretenden hohen Temperaturen gewachsen sein und z. B. beim Eintauchen in die Schmelze eine ausreichende Festigkeit aufweisen und insbesondere auch eine Schlackenschicht oder dergleichen auf einer Metallschmelze durchstoßen können.These protective tubes made of metallic materials are more resistant to mechanical loads. However, those metals and alloys must be selected which are chemically attacked can withstand, especially corrosion. The selected metals and alloys must, however also be able to cope with the high temperatures occurring and z. B. when immersed in the melt a Have sufficient strength and in particular a layer of slag or the like on a Can pierce molten metal.

Ferner besteht in der Meß- und Regeltechnik noch die Forderung, daß die Meßfühler Temperaturänderungen rasch folgen sollen, d. h. eine möglichst kurze An-Sprechzeit haben sollen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat man wegen des besseren Wärmeübergangs vom Medium zum Fühler die Massen, insbesondere den Durchmesser und die Wandstärke der Schutzrohre, verringert. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, solche Schutzrohre aus Vollmaterial durch wenigstens teilweises Ausbohren und Abdrehen herzustellen (vergleiche deutsches Gebrauchsmuster 1 891 636). Bei einer Herstellung allein durch spanabhebende Verformung ergeben sich hohe Materialverluste mit hohen Kosten sowie Gefügeänderungen des verwendeten Materials wenigstens im verformten Bereich, was zur Verminderung der Stabilität der Schutzrohre gegen chemische Angriffe führen kann.Furthermore, there is still the requirement in measurement and control technology that the sensors temperature changes should follow quickly, d. H. should have as short a response time as possible. To reach this goal, because of the better heat transfer from the medium to the sensor, one has the masses, especially the The diameter and the wall thickness of the protective tubes are reduced. It has also been suggested to produce such protective tubes from solid material by at least partial drilling and turning (cf. German utility model 1 891 636). In the case of production solely through machining deformation there are high material losses with high costs as well as structural changes of the used Material at least in the deformed area, which reduces the stability of the protective tubes against chemical attacks.

Die Herstellung metallischer Schutzrohre durch Ziehen wäre nur für eine begrenzte Auswahl von Werkstoffen möglich. Die Herstellung durch Gießen ergibt kein porenfreies Gefüge, so daß ein Einsatz derart hergestellter Schutzrohre in korrosiven Medien nicht er folgen kann. Außerdem lassen sich im Schleudergußverfahren keine so geringen Abmessungen erzielen, wie sie für den vorliegenden Anwendungszweck erforderlich sind.The production of metallic protection tubes by drawing would only be for a limited selection of materials possible. The production by casting does not result in a pore-free structure, so that an insert produced in this way Protective tubes in corrosive media cannot be followed. In addition, in the centrifugal casting process do not achieve such small dimensions as required for the present application are.

Man hat daher bereits vorgeschlagen, Schutzhüllen von Thermoelement-Meßsonden aus Stahl herzustellen und diese Mittels einer keramischen Schicht zu überziehen (DL-PS 54 465). Man will hierdurch eine ausreichende Wärmedämmung erzielen, um Formänderungen des Stahlkernes durch die dauernde Berührung mit schmelzflüssigem Glas zu vermeiden.It has therefore already been proposed to produce protective covers for thermocouple measuring probes from steel and to cover them with a ceramic layer (DL-PS 54 465). You want a sufficient one through this Achieve thermal insulation to avoid changes in the shape of the steel core due to constant contact with Avoid molten glass.

Zu Herstellung dünnwandiger metallischer Hohlkörper ist es auch bekannt, in einem metallischen Grundkörper mit der erwünschten Außenform des herzustellenden Gegenstandes das Metall einzudiffundieren und den unlegierten Teil des Grundkörpers durch Säuren herauszulösen (DT-OS 1515 017). Da das Metall nichtrostender Stahl - galvanisch auf einen leicht schmelzbaren Grundkörper, wie Wachs mit Graphitoberfläche, aufgebracht wird, ergeben sich keine dichten Hohlkörper, die für Schutzrohre eingesetzt werden können. Die so erhaltenen Schichtdicken liegen im Mikrometerbereich, während die für den vorliegenden Anwendungsfall im Millimeterbereich Legen sollen.It is also known to produce thin-walled metallic hollow bodies in a metallic base body diffuse the metal with the desired external shape of the object to be manufactured and to remove the unalloyed part of the base body with acids (DT-OS 1515 017). Because the metal is more rustproof Steel - electroplated to an easily meltable base, such as wax with a graphite surface, is applied, there are no tight hollow bodies that are used for protective tubes can. The layer thicknesses obtained in this way are in the micrometer range, while those for the present one Use case to lay in the millimeter range.

Es ist auch bekannt, zur Herstellung von aus einer Metallegierung bestehenden Gegenständen, wie einem Faltenbalg, in einen metallischen Grundkörper mit der erwünschten Außenform das der Legierung entsprechende Metall eindiffundieren zu lassen und den unlegierten Teil des Grundkörpers durch Säuren herauszulösen (DT-AS 1 244 521). Die nach diesem Verfahren hergestellten Gegenstände weisen jedoch nur auf ihrer Innensseite die Metallegierung auf, während außen reine Metalle vorhanden sind. Sie sind deshalb ebenfalls nicht für die Anwendung bei Schutzrohren geeignet, welche an ihrer Außenseite korrosionsbeständig und mechanisch stabil sein müssen. Sie weisen die gleichen Nachteile wie die obenerwähnten Hohlkörper auf, insbesondere haben sie keine ausreichende mechanische Festigkeit.It is also known for the manufacture of articles made of a metal alloy, such as a Bellows, in a metallic base body with the desired external shape that corresponds to the alloy To allow metal to diffuse in and to dissolve out the unalloyed part of the base body with acids (DT-AS 1 244 521). The objects produced by this process, however, only point to their Inside the metal alloy, while outside pure metals are available. So you are too Not suitable for use with protective tubes that are corrosion-resistant on the outside and must be mechanically stable. They have the same disadvantages as the hollow bodies mentioned above, in particular they do not have sufficient mechanical strength.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Schutzrohr für die Aufnahme eines Meßfühlers zum Eintauchen in Metallschmelzen zu schaffen, welches gegen chemische Angriffe beständig und mechanisch stabil ist, darüber hinaus jedoch hochtemperaturfest und temperaturwechselbestär .,- ist und einen guten Wärmeübergangswert at -V-Ti*'.The invention has the task of providing a protective tube for receiving a probe for immersion in To create molten metal, which is resistant to chemical attack and mechanically stable, about it In addition, however, it is resistant to high temperatures and temperature changes, and has a good heat transfer value at -V-Ti * '.

Gelöst Μη·.' i!.e Aufgabe bei einem Schutzrohr nach dem Oi'-'rsrsbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurJ;, daß es durch Aufschweißen auf einen Grundkörper aus einem anderen Metall bzw. Metallegierung als das Schutzrohr und nachträgliches Wiederentfernen des Grundkörpers hergestellt ist.Solved Μη ·. ' i! .e task with a thermowell according to the concept of claim 1 according to the invention dadurJ; that it is welded onto a base body made of a different metal or metal alloy than the protective tube and subsequent removal of the base body is made.

Das erfindungsgemäße Schutzrohr weist mannigfache Vorteile auf. Durch das Entfernen des Grundkörpers treten im Schutzrohr keine thermisch bedingten Spannungen mehr auf, die zum Bruch des Außenmantels führen können. Insbesondere hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Schutzrohr den durch das Eintauchen in Metallschmelzen, wie Buntmetallschmelzen, auftetenden mechanischen Belastungen sehr gut gewachsen ist, ohne daß bei ihrer Handhabung ein Bruch oder dergleichen, z. B. bei Durchstoßen der Schlackendecke einer Schmelze, befürchtet werden muß. Wegen der hohen Dichte des erfindungsgemäßen Schutzrohres ist es auch gegen chemische Angriffe beständig. Sowohl beim Eintauchen in die Schmelze als auch beimThe protective tube according to the invention has many advantages. By removing the main body there are no more thermally induced stresses in the protective tube that would cause the outer jacket to break being able to lead. In particular, it has been shown that the protective tube according to the invention by the immersion In metal melts, such as non-ferrous metal melts, the mechanical loads that arise have grown very well is without a break or the like in their handling, e.g. B. when piercing the slag cover melt, must be feared. Because of the high density of the protective tube according to the invention it is also resistant to chemical attack. Both when immersed in the melt and when

Herausnehmen aus der Schmelze verträgt die Metallegierung des erfindungsgemäßen Schutzrohres hohe Temperaturen und ist bei dem Wechsel zur Temperatur der Luft dauerhaftThe metal alloy tolerates removal from the melt of the protective tube according to the invention high temperatures and is at the change to temperature the air permanently

Besonders bewährt haben sich erfindungsgemäße Schutzrohre, die aus einer Kobalt-Basis-Legierung bestehen. Protective tubes according to the invention which consist of a cobalt-based alloy have proven particularly useful.

Der wieder entfernbare Grundkörper, der für das erfindungsgemäße Schutzrohr verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einem schweißbaren Metall, wie Eisen oder Stahl, und wird spanabhebend oder spanlos entfernt. Das so erhaltene erfindungsgemäße Schutzrohr weist ein dichtes Gefüge einer Metallegierung auf, die spannungsfrei ist und chemisch und temperaunwechselt^otändig ist Auch wenn die Korrosionsfestigkeit z. B. von Kobalt-Basis-Legierungen bekannt war, so ergibt ihre Verwendung in d^rn erfindungsgemäß hergestellten Schutzrohr überraschenderweise gleichzeitig die hohe Temperaturwechselbeständigkeit und gestattet es, die Masse des erfindungsgemäßen Schutzrohres so gering zu halten, daß die Ansprechempfindlichkeit eines darin angeordneten Meßfühlers erheblich gesteigert ist.The removable base body that is used for the inventive Protective tube used is preferably made of a weldable metal, such as Iron or steel, and is removed by cutting or non-cutting. The protective tube according to the invention thus obtained has a dense structure of a metal alloy that is tension-free and constantly changes chemically and temperature Even if the corrosion resistance is e.g. B. was known from cobalt-based alloys, so their use in the invention results produced protective tube surprisingly at the same time the high thermal shock resistance and allows the mass of the protective tube according to the invention to be kept so low that the sensitivity a sensor arranged therein is significantly increased.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und seiner Herstellung rein schematisch dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment of the invention and its production is shown purely schematically. It shows

F i g. 1 den Grundkörper, auf den das Material des Schutzrohres aufgeschweißt wird,F i g. 1 the base body onto which the material of the protective tube is welded,

F i g. 2 eine Vorderansicht auf den Grundkörper gemäß Fig. 1,F i g. 2 shows a front view of the base body according to FIG. 1,

F i g. 3 das Ausbohren des Grundkörpers aus dem aufgeschweißten Schutzrohr,F i g. 3 drilling out the base body from the welded-on protective tube,

F i g. 4 eine Vorderansicht des Grundkörpers gemäß F i g. 3.F i g. 4 shows a front view of the base body according to FIG. 3.

F i g. 5 das Schutzrohr nach dem Ausbohren des Grundkörpers,F i g. 5 the protective tube after drilling out the base body,

F i g. 6 eine Vorderansicht auf den Grundkörper gemäß F i g. 5.F i g. 6 shows a front view of the base body according to FIG. 5.

Wie der Zeichnung zu entnehmen, sind die einzelnen Stufen der Herstellung des erfindungsgemäßen Schutzrohres in den Figuren nacheinander im Schnitt dargestellt. As can be seen from the drawing, the individual stages in the manufacture of the protective tube according to the invention are shown shown one after the other in the figures in section.

F i g. 1 zeigt den Grundkörper 1, welcher entfernbar ist und z. B. aus Eisen oder Stahl oder einem sonstigen schweißbaren Werkstoff besteht. Wie der F i g. 1 weiter zu entnehmen, wird im an sich bekannten Auftragsschweißverfahren, wie Stab- oder Pulverschweißen, damit begonnen, eine Lage, z. B. von Schweißnähten 2, auf dem Grundkörper 1 aufzutragen. Bis zum Erreichen der vollen Wandstärke des Schutzrohres 3, dargestellt in Fig.3, werden aufeinanderfolgend mehrere Lagen von Schweißnähten auf den Umfang des Grundkörpers 1 aufgetragen. Das Schutzrohr besteht aus einer chemisch und hochtemperaturbeständigen Legierung, insbesondere einer Kobalt-Basis-Legieruiig, welche z. B. 50% Kobalt enthalten kann, mit weiteren Bestandteilen wie Chrom und Eisen. Nach dem das Auftragsschweißen beendet ist, wird der Grundkörper 1 wieder aus dem Schutzrohr 3 entfernt Bevorzugt wird hierbei ein spanabhebendes Verfahren, wie Bohren. Aus diesem Grund ist in F i g. 3 als spanabhebendes Werkzeug ein Bohrer 4 dargestellt. Das Entfernen des Grundkörpers kann jedoch auch durch Ausdrehen und/oder -fräsen erfolgen. Der Grundkörper i kann auch spanlos entfernt werden, z. B. durch Herausätzen oder -schmelzen. Im letzteren Falle muß bei der Auswahl des Werkstoffes für den Grundkörper 1 darauf geachtet werden, daß der Schmelzpunkt des verwendeten Metalls oder der Metallegierung so hoch liegt, daß er einerseits das Auftragsschweißer, gestattet, andererseits jedoch so niedrig wie möglich um das Ausschmelzen zu erleichtern.F i g. 1 shows the base body 1, which is removable and z. B. consists of iron or steel or some other weldable material. As the fig. 1 further shows, in the per se known build-up welding process, such as rod or powder welding, a layer such. B. of weld seams 2 to be applied to the base body 1. Until the full wall thickness of the protective tube 3, shown in FIG. 3, is reached, several layers of weld seams are applied to the circumference of the base body 1 one after the other. The protective tube consists of a chemically and high temperature resistant alloy, in particular a cobalt-based alloy, which z. B. may contain 50% cobalt, with other components such as chromium and iron. After the build-up welding has ended, the base body 1 is removed again from the protective tube 3. A machining process, such as drilling, is preferred here. For this reason, in FIG. 3 shows a drill 4 as a cutting tool. The base body can, however, also be removed by turning and / or milling. The base body i can also be removed without cutting, e.g. B. by etching or melting. In the latter case, care must be taken when selecting the material for the base body 1 that the melting point of the metal or metal alloy used is so high that it allows the builder welders on the one hand, but on the other hand it is as low as possible to facilitate melting out.

Nachdem der Grundkörper 1 entfernt ist, entsteht das insbesondere der F i g. 5 .;u entnehmende, dünne Schutzrohr, dessen Durchmesser vorzugsweise im Millimeterbereich liegt. Selbstverständlich kann die Außenhülle des Schutzrohres nachbearbeitet werden, wenn der jeweilige Anwendungsfall dies erfordert.After the base body 1 has been removed, the particular FIG. 5.; U extracting, thin Protective tube, the diameter of which is preferably in the millimeter range. Of course, the The outer shell of the protective tube can be reworked if the respective application requires this.

Bei Tauchmeßköpfen für Ternperaturmeßeinrichtungen, z. B. in Buntmetallschmelzen, ist diese Bearbeitung normalerweise nicht erforderlich. Wird jedoch das erfindungsgemäße Schutzrohr nicht nur für Thermoelemente sondern auch fur Meßwiderstände oder Halbleiter eingesetzt, so kann ζ B. für einen Anlegethermostaten entweder ein Teil der Außenfläche des Schutzrohres, z. B. der Boden 5, oder ein Teil seines Umfanges oder die gesamte Außenfläche des Schulzrohres 3 nachbearbeitet, insbesondere geglättet oder geschlichtet werden.In the case of immersion probes for temperature measuring devices, z. B. in non-ferrous metal melts, this processing is usually not necessary. However, if the invention Protection tube not only for thermocouples but also for measuring resistors or semiconductors used, ζ B. for a strap-on thermostat either part of the outer surface of the protective tube, z. B. the bottom 5, or part of its circumference or the entire outer surface of the Schulz tube 3 reworked, in particular smoothed or finished.

Das Schutzrohr kann auch thermisch nachbehandelt, z. B. vergütet oder geglüht sein, wenn die vorausgegangene Bearbeitung dies erfordert.The protective tube can also be thermally treated, e.g. B. be tempered or annealed if the previous one Editing this requires.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Protection tube for a probe for immersion in molten metal using weldable, chemically and thermally resistant metals or metal alloys that have a higher Have melting point than the molten metal, characterized in that it is by Welding onto a base body (1) made of a different metal or metal alloy than that Protective tube and subsequent removal of the base body (1) is made

2. Protection tube according to claim 1, characterized in that it is made of a cobalt-based alloy consists.

3. Protective tube according to one or more of the preceding claims, characterized in that that it is tempered or annealed.

4. Use of a thin protective tube according to claim 1 and / or 2 for temperature measuring devices.