DE2261350C3

DE2261350C3 - Protection tube for a probe

Info

Publication number: DE2261350C3
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: 1975-07-31
Also published as: DE2261350B2; DE2261350A1

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 used in handling, 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 weiteren Zusätzen.Protection tubes have therefore been known for a long time made of metallic materials such as alloys made of nickel, iron. Chromium with other additives.

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 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 Ansprechzeit 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 b36). 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 the shortest possible response time. 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 b36). 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 herian nai u*.._t. bereits vorgeschlagen. Schutzhüllen Thermoelement-Meßsonden aus Stahl herzustellen und diese Mittels einer keramischen Sch.cht zu überziehen iDL PS 54 465). Man will hierdurch eine ausrei-,o chende Wärmedämmung erzielen, um Formänderungen des Stahlkernes durch die dauernde Berührung mn schmelzflüssigem Glas zu vermeideaThe production of metallic protective tubes by drawing would only be possible for a limited selection of materials. The production by casting does not result in a pore-free structure, so that an insert of this kind herian nai u * .. _t . already proposed. Manufacture protective covers for thermocouple measuring probes from steel and cover them with a ceramic layer (iDL PS 54 465). The aim is to achieve sufficient thermal insulation in order to avoid changes in shape of the steel core due to constant contact with molten glass

Zu Herstellung dünnwandiger metallischer Hohlkoroer ist es auch bekannt, in einem metallischen Grundknrner mit der erwünschten Außenform des herzustel-Sn Gegenstandes das Metall einzudiffundieren und den unlegierten Teil des Grundkörpers durch Sauren herauszulösen (OT-OS 1515017) Da das Metall nichtrostender Stahl - galvanisch auf emen leicht schmelzbaren Grundkörper, wie Wachs mit Graph.toberfläche. aufgebracht wird, ergeben sich keine dichten Hohlkörper, die für Schutzrohre eingesetzt werden können Die so erhaltenen Schichtdicken liegen im M₁-kro-neterbereich. während die für den vorliegenden « Anwendungsfall im M.llimeterbereich liegen sollen.For the production of thin-walled metallic hollow cores, it is also known to diffuse the metal into a metallic base grain with the desired external shape of the object to be produced and to dissolve the unalloyed part of the base body by acid (OT-OS 1515017) Since the metal is stainless steel - galvanically on emen Easily fusible base, such as wax with a graphite surface. is applied, there are no tight hollow bodies that can be used for protective tubes. The layer thicknesses thus obtained are in the M ₁ crown range. while those for the present application should be in the millimeter range.

Es ist auch bekannt, zur Herstellung von aus einer Metallegierung bestehenden Gegenstanden, wie einem FaIt-nbJg in einen metallischen Grundkörper m.t der erwünschten Außenform das der Legierung entspre ίο chende Metall eindiffundieren zu lassen und den unle Eierten Teil des Grundkörpers durch Säuren herauszulösen (DT-AS I 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 FaIt-nbJg in a metallic base body with the desired outer shape to allow the metal corresponding to the alloy to diffuse and the unle Eated part of the body to be removed with acids (DT-AS I 244 521). The after this procedure However, manufactured objects only have the metal alloy on their inside. while outside pure Metals are present. They are therefore also not suitable for use with protective tubes, which have to be corrosion-resistant and mechanically stable on the outside. They assign the same Disadvantages such as the hollow body mentioned above. in particular, they do not have sufficient mechanical properties 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 temperaturwechselbeständig ist und einen guten Wärmeübergangswert aufweist.The object of the invention is to provide a protective tube to provide for the inclusion of a probe for immersion in molten metal, which against chemical Attack is resistant and mechanically stable. about that However, it is also resistant to high temperatures and changes in temperature and has a good heat transfer value having.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Schutzrohr nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch, daß es durch Aufschweißen auf einen Grundkörper aus einem anderen Metall bzw. Metallegierung als das Schutzrohr und nachträgliches Wiederentfernen des Grundkörpers hergestellt ist. 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 beimThis object is achieved in a protective tube according to the preamble of claim 1 according to the invention in 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. The 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 Metallegieiung 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 i<nd wird spanabhebend oder spanlos entfernt. Das so erhaltene erfindungsgemäßc Schutzrohr weist ein dichtes Gefüge einer Metallegierung auf. die spannungsfrei ist >md chemisch und temperaturwechselbeständig ist. Auch wenn die Korrosionsfestigkeit z. B. von Kobalt-Basis-Legierungen bekannt war, so ergibt ihre Verwendung in dem erfindungsgemäß hergestellten Schutzrohr überraschenderweise gleichzeitig die hohe Temperaturwechselbeständigkeit und gestaltet es, die Masse des erfindungsgemäßen Schutzrohres so gering zu halten, daß die Ansprechempfindlichkeit eines darin angeordneten Meßfühlers erheblich gesteigert ist.The removable base body, which is used for the protective tube according to the invention, consists preferably made of a weldable metal such as iron or steel and is machined or non-cutting removed. The inventive protective tube obtained in this way has a dense structure of a metal alloy. which is tension-free> md resistant to chemicals and temperature changes is. Even if the corrosion resistance z. B. of cobalt-based alloys was known, so their use in the invention results produced protective tube surprisingly at the same time the high thermal shock resistance and designed it to keep the mass of the protective tube according to the invention 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 dargcstellt. 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 p. 1 zeigt den Grundkörper t, welcher entfernbar ist un* 1. B. aus Eisen oder Stahl oder einem sonstigen schweißbaren Werkstoff besteht. Wie der Fi^l 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 Gru^ridkörpers 1 aufgetragen. Das Schutzrohr besteht aus einer chemisch und hochtemperaturbeständigen Legierung, insbesondere einer Kobalt-Basis-Legierung, 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 1 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 Auftragsschweißen gestattet, andererseits jedoch so niedrig wie möglich um das Ausschmelzen zu erleichtern.F i p. 1 shows the basic body t, which is removably un * 1. B. of iron or steel or other weldable material consists. As the Fi ^ l can also be seen, in the per se known build-up welding process, such as rod or powder welding, a layer, for. B. of weld seams 2 to be applied to the base body 1. To reach the full wall thickness of the protective tube 3 shown in Fig. 3 are successively ^r several layers of weld seams on the circumference of the Greeting idkörpers 1 applied. 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 from the protective tube 3 again. 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 1 can also be removed without cutting, for. B. by etching or melting. In the latter case, when selecting the material for the base body 1, care must be taken that the melting point of the metal or metal alloy used is so high that it allows build-up welding on the one hand, but on the other hand as low as possible to facilitate melting out.

Nachdem der Grundkörper 1 entfernt ist, entsteht das insbesondere der F i g. 5 zu 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 thin ones to be removed 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 Temperaturmeßeinrichtungen, z. B. in Buntmetallschmelzen, ist diese Bearbeitung normalerweise nicht erforderlich. Wird jedoch das erfindungsgemäße Schutzrohr nicht nur für Thermoelemente sondern auch für 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 Schutzrohres 3 nachbearbeiten insbesondere geglättet oder geschlichtet werden.In immersion probes for temperature measuring devices, z. B. in non-ferrous metal melts, this processing usually not required. However, the protective tube according to the invention is not only used for thermocouples but also used for measuring resistors or semiconductors, ζ B. for a strap-on thermostat either part of the outer surface of the protective tube, e.g. B. the bottom 5, or part of its circumference or rework the entire outer surface of the protective tube 3, in particular smoothed or finished will.

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:

! Protective 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 that it consists of a cobalt-based alloy

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.

thermowells placed in corrosive media cannot be used. In addition, in the centrifugal casting process, cores can be made as small as they are required for the application at hand.