DE2327746C2 - Gerät zum elektrochemischen Messen der Sauerstoffaktivität einer Metallschmelze - Google Patents

Description

a) die beiden Geräteteile (A, B) durch zwei in der Geräteachse (30) im axialen Abstand zueinander angeordnete und an der Isolierhalterung (58) befestigte Spannpatronen (26,46) miteinander verbunden sind;

b) die beiden Spannpatronen (26,46) jeweils gegen die Geräteachse (30) vorgespannte Greiffinger (28 und 48, 50) zum Greifen des Elektrodendrahtes (84) bzw. der Gegenelektrode (72) aufweisen;

c) die Isolierhalterung (58) aus einer in das Metallrohr (60) eingegossenen Keramikmasse besteht; und

d) die beiden Spannpatronen (26,46) mit je einem in die Keramikmasse eingebetteten, mit einer Anschlußklemme (40, 56) für eine Verbindung mit der Meßeinrichtung (22, 24) versehenen Anschlußkabel (38, 54) elektrisch verbunden sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Greifen des Elektrodendrahtes (84) vorgesehene Spannpatrone (26) mit einem an das zugeordnete Anschlußkabel (38) angeschraubten metallischen Adapter (34) verschraubt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum elektrochemischen Messen der Sauerstoffaktivität einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, das nach Art einer Sonde ausgeführt ist und aus einem wiederverwendbaren Geräteteil und einem damit lösbar verbundenen Wegwerfteil besteht, von denen der Wegwerfteil eine von einem Isoliermantel umgebene rohrförmige Gegenelektrode und eine Halbzelle aufweist, die elektrisch isoliert in das durch eine metallische Schutzkappe abgedeckte Eintauchende der Gegenelektrode eingesetzt ist und ein einen bekannten Teildruck oder eine sonstige Sauerstoffaktivität entwickelndes Material enthält, und der wiederverwendbare Geräteteil eine in einem Metallrohr angeordnete Isolierhalterung für ein gemeinsam mit der Gegenelektrode an eine Meßeinrichtung für die Potentialdifferenz anschließbares Anschlußteil an einen Elektrodendraht der Halbzelle aufweist

Geräte der vorgenannten Art, die beispielsweise aus der FR-PS 70 02 188 bekannt sind, müssen zur Durchführung des Meßvorganges durch eine in der Regel auf der Metallschmelze schwimmende Schlackendecke hindurchgestoßen werden und bleiben dann in der Metallschmelze für eine Dauer von durchschnktlich etwa 5 bis 15 Sekunden eingetaucht, um die mittels der Meßeinrichtung erfaßbaren Meßdaten zu erhalten.

ίο Sowohl beim Durchstoßen der Schlackendecke als auch während des eigentlichen Meßvorganges unterliegt dabei der Wegwerfteil des Gerätes einer so starken Beschädigungsgefahr, daß er für eine wiederholte Einzelmessung nicht mehr wiederverwendbar ist Das Ausmaß dieser Beschädigungsgefahr kann dabei auch zu einer Beeinträchtigung der mit dem Gerät erzielbaren Meßgenauigkeit führen, wobei ein besonderes Kriterium die Halterung der Halbzelle an dem wiederverwendbaren Geräteteil sowie der elektrische Anschluß von deren Elektrodendraht und der Gegenelektrode an die Meßeinrichtung besteht Die für wiederholte Einzelmessungen erforderliche Austauschbarkeit des Wegwerfteils sollte dabei bei einem solchen Gerät eine möglichst einfache und dabei für den Einsatz gleichzeitig sehr sichere Zusammenbaumöglichkeit mit dessen wiederverwendbarem Geräteteil ergeben, wobei für den Wegwerfteil eine genügend robuste Ausführungsform unter dem Gesichtspunkt bereitzustellen ist, daß sich Jessen Zerstörung unter dem Flüssigkeitsdruck der Metallschmelze nicht bereits dann eingestellt hat, noch bevor die zutreffenden Meßergebnisse mittels der Meßeinrichtung präzise erfaßt worden sind. Bei den bekannten Geräten der vorgenannten Art sind diese Forderungen primär deshalb nicht erfüllt, weil dabei für die lösbare Verbindung des Wegwerfteils mit dem wiederverwendbaren Geräteteil zwei axial auf Abstand zueinander angeordnete Federkontakte vorgesehen sind, von denen der eine, außermittig zur Geräteachse angeordnete Federkontakt bezüglich der Gegenelektrode und der andere, in der Geräteachse angeordnete Federkontakt bezüglich einer mit dem Elektrodendraht der Halbzelle verbundenen metallischen Hülse an einem gegenüber der Gegenelektrode wirksamen Isolierkörper eine reibschlüssige Verbindung aufweist, die besonders beim Durchstoßen der Schlackendecke einer Metallschmelze, deren Sauerstoffaktivität mit einem derartigen Gerät zu messen ist, leicht zu einer relativen Verschiebung der beiden Geräteteile und damit zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führen kann. Für die beiden Federkontakte ist an dem Wegwerfteil eine gemeinsame, in der Geräteachse angeordnete Halterung vorgesehen, die somit gemeinsam mit dem Wegwerfteil nach jeder vollendeten Einzelmessung verloren geht, womit nicht nur dessen Herstellungskosten entsprechend erhöht werden sondern dadurch auch bei dem Zusammenbau des wiederverwendbaren Geräteteils mit einem neuen Wegwerfteil erst entsprechend umständlich ein neuer Anschluß an die Meßeinrichtung bereitgestellt werden muß, bevor die nächste Einzelmessung durchgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine einfachere und weniger störanfällige Zusammenbaumöglichkeit der beiden Geräteteile zur Verfügung steht und deren wechselseitige Befestigung so beschaffen ist, daß weder bei dem Eintauchen des Gerätes in die Metallschmelze noch während der für die Durchführung einer Einzelmessung benötigten Aufenthaltszeit des

Wegwerfteils in der Metallschmelze eine evtL Verfälschung der Meßergebnisse infolge einer vorzeitigen Zerstörung des Wegwerfteils oder einer sonstigen nachteiligen Beeinflussung der Meßanordnung auftritt

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

a) die beiden Geräteteile durch zv/ei in der Geräteachse im axialen Abstand zueinander angeordnete und an der Isolierhalterung befestigte Spannpatronen miteinander verbunden sind;

b) die beiden Spannpatronen jeweils gegen die Geräteachse vorgespannte Greiffinger zum Greifen des Elektrodendrahtes bzw. der Gegenelektrode aufweisen;

c) die Isolierhalterung aus einer in das Metallrohr eingegossenen Keramikmasse besteht; und

d) die beiden Spannpatronen mit je einem in die Kermaikmasse eingebetteten, mit einer Anschlußklemme für eine Verbindung mit der Meßeinrichtung versehenen Anschlußkabel elektrisch verbunden sind.

Mit einem Gerät dieser Ausbildung erlauben die beiden an der Isolierhalterung des wiederverwendbaren Geräteteils vorgesehenen Spannpatronen eine sehr einfach und äußerst rasch zu bewerkstelligende Verbindung mit dem Wegwerfteil, die mechanisch sehr fest ist Weil in diese mechanische Verbindung nicht nur der Elektrodendraht der Halbzelle sowie die Gegenelektrode über die beiden Spannpatronen unmittelbar eingeschaltet sind sondern darüber auch die elektrische Anschlußverbindung an die Meßeinrichtung einen vergleichsweise ebenso großen Sicherheitsfaktor erhält, sind damit durch das erfindungsgemäße Gerät Vorkehrungen getroffen, die äußerst präzise Meßergebnisse gewinnen lassen. Das gesamte Gerät kann dabei sehr kompakt ausgeführt werden, wobei insbesondere im Umfang des Wegwerfteils jede vorzeitige Zerstörungsmöglichkeit beim Durchstoßen der Schlackendecke einer Metallschmelze sowie unter deren auf den Wegwerfteil für die Dauer einer Einzelmessung einwirkenden Flüssigkeitsdruck mit entsprechender Sicherheit ausgeschlossen wird.

Um den Zusammenbau der beiden Geräteteile noch weiter zu vereinfachen, ist gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die zum Greifen des Elektrodendrahtes vorgesehene Spannpatrone mit einem an das zugeordnete Anschlußkabel angeschraubten metallischen Adapter verschraubt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Gerät mit angeschlossener Meßeinrichtung in seinem in eine Metallschmelze eingetauchten Zustand,

Fig.2 einen Längsschnitt durch das Eintauchende des Gerätes und

Fig.3 in auseinandergezogener Darstellung die einzelnen Bauteile des Gerätes.

Das zum elektrochemischen Messen der Sauerstoffaktivität einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, zu benutzende Gerät 10 ist nach Art einer Sonde ausgeführt und besteht aus einem wiederverwendbaren Geräteteil A und einem damit lösbar verbundenen Wegwerfteil B. Der Wegwerfteil B ist zum Eintauchen des Gerätes in die beispielsweise in einem Behälter 14 enthaltene Schmelze 12 vorgesehen, an deren Oberfläche in der Regel eine Schlackendecke 16 schwimmt die zuerst zu durchstoßen ist und damit eine Beschädigungsgefahr für die Gerätespitze ergibt in welche in noch näher zu beschreibender Weise eine Halbzelle eingesetzt ist, die ein einen bekannten Teildruck oder eine sonstige Sauerstoffaktivität entwikkelndes Material enthält Es wird dadurch unter Vermittlung zweier Elektroden eine Meßgröße für eine zwischen diesen Elektroden geschaffene Potentialdifferenz erhalten, die spezifisch für die jeweilige Metallschmelze ist und an einer mittels Anschlußkabeln 18 und 20 angeschlossenen Meßeinrichtung 22, 24 erfaßbar ist um in Abhängigkeit von deren Wert evtl. Korrekturmaßnahmen für eine je nachdem erwünschte Veränderung des Sauerstoffgehaltes der Metallschmelze zu ergreifen.

Der wiederverwendbare Geräteteil A weist eine metallische Spannpatrone 26 mit vier gegen die Geräteachse 30 vorgespannten Spannfingern 28 auf, die zum Greifen des einen Endes 88 eines Elektrodendrahtes 84 eingerichtet sind, dessen anderes Ende 86 in das einen bekannten Teildruck oder eine sonstige Sauerstoffaktivität entwickelnde Material der Halbzelle 78 eingefügt ist. Die Spannpatrone 26 ist mittels eines Gewindezapfens 32 mit einem metallischen Adapter 34 verschraubt, mit dem auch das Anschlußgewinde 36 eines Anschlußkabels 38 verschraubt ist. Das Anschlußkabel 38 ist von einer versteifenden Isolierhülse 39 umgeben und weist an seinem anderen Ende eine Anschlußklemme 40 auf, über welche eine Steckverbindung mit dem einen Anschlußkabel 18 der Meßeinrichtung 22, 24 herstellbar ist. Auch der Adapter 34 ist von einer Isolierhülse 44 umgeben, die zwischen der Spannpatrone 26 und einem Ringflansch 42 des Adapters 34 festgelegt ist

In axialem Abstand zu der Spannpatrone 26 ist eine weitere Spannpatrone 46 von etwas größerem Durchmesser angeordnet, die gleichfalls vier gegen die Geräteachse 30 vorgespannte Greiffinger 48 aufweist, deren Enden 50 auf einen gegenüber dem Schaftdurchmesser etwas größeren Durchmesser aufgeweitet sind. Das den aufgeweiteten Enden 50 der Greiffinger 48 abgewandte Ende der Spannpatrone 46 ist mit Umfangsriefen 52 versehen und mit einem weiteren Anschlußkabel 54 elektrisch verbunden, das an seinem anderen Ende eine Anschlußklemme 56 für eine entsprechende Steckverbindung mit dem Anschlußkabel 20 der Meßeinrichtung 22,24 aufweist.

Die einen Anschlußenden der beiden Anschlußkabel 38 und 54 sind in eine aus einer Keramikmasse bestehende Isolierhalterung 58 eingebettet, die von einem als Gießform für die Keramikmasse dienenden Metallrohr 60 umgeben ist. In die Keramikmasse der Isolierhalterung 58 ist auch das mit den Umfangsriefen 52 versehene Ende der Spannpatront 46 sowie das obere Ende der das Anschlußkabel 38 umgebenden Isolierhülse 39 eingebettet, die eine gegenüber den Greiffingern 48 der Spannpatrone 46 größere axiale Länge aufweist und damit über diese nach unten vorsteht. Über das Metallrohr 60 der Isolierhalterung 58 ist das eine Ende eines weiteren Metallrohres 62 bis zum Anschlag an eine Schulter aufgeschoben und mittels einer Madenschraube 64 gesichert. Das Metallrohr 62 nimmt eine ebenfalls aus einer Keramikmasse bestehende Isolierhalterung 70 für zwei in die Keramikmasse eingebettete Steckhülsen 66 und 68 auf, welche die Steckverbindung mit den Anschlußklemmen 40 und 56 der beiden Anschlußkabel 38 und 54 erlauben. Die

Keramikmasse der Isolierhalterung 70 ist von einer als Gießhilfe dienenden Metallhülse 72 umgeben, die an dem Metallrohr 62 durch einen Schiebesitz gehalten ist. Der Wegwerfteil B weist eine rohrförmige Gegenelektrode 72 auf, die zweckmäßig aus demselben ·> Material wie die bezüglich ihrer Sauerstoffaktivität mit dem Gerät zu messende Metallschmelze besteht. Das obere Ende 74 dieser rohrförmigen Gegenelektrode 72 ist zum Greifen durch die Greiffinger 48, 50 der Spannpatrone 46 eingerichtet, so daß damit das to Anschlußkabel 20 der Meßeinrichtung 22, 24 mit dem die Halbzelle 78 aufnehmenden Eintauchende 76 der Gegenelektrode 72 elektrisch leitend verbunden ist. Die Halbzelle 78 besteht aus einem Metall, wie Chrom oder Titan, und einem zugehörigen Oxyd, wie Chromoxyd oder Titanoxyd, und ist in einem transparenten Feststoffelektrolyten 82 der Kombination Berylliumerde-Zirkonerde zusammen mit dem Anschlußende 86 des Elektrodendrahtes 84 eingebettet, der über die Spannpatrone 28 eine entsprechende elektrische Anschlußverbindung mit dem Anschlußkabel 18 der Meßeinrichtung 22,24 aufweist und an dem Feststoffelektrolyten 82 durch einen aus einer Keramikmasse bestehenden Verschlußstopfen 90 gehalten wird. Der zweckmäßig aus Molybdän bestehende Elektrodendraht 84 ist im übrigen gegen die Gegenelektrode 72 durch einen aus einer Keramikmasse bestehenden Isolierkörper 92 isoliert, und die Gegenelektrode 72 ist von einem Isoliermantel 94 umgeben, an welchem eine ihr Eintauchende 76 und damit die Halbzelle 78 für den Durchstoßvorgang der Schlackendecke 16 der Metallschmelze 12 schützende Schutzkappe 98 mittels einer Keramikmasse 100 befestigt ist. Die Schutzkappe 98 besteht zweckmäßig aus demselben Material wie die bezüglich ihrer Sauerstoffaktivität zu messende Metallschmelze und wird nach erfolgter Eintauchung des Gerätes in diese sofort weggeschmolzen, womit dann erst das Eintauchende 76 der Gegenelektrode 72 und die Halbzelle 78 in Berührung mit der Metallschmelze kommen. Über den Isoliermantel 94 ist im übrigen noch das eine Ende 104 einer aus Karton bestehenden Schutzhülle 102 aufgeschoben, deren anderes Ende 106 das Metallrohr 60 sowie eine Teillänge des Metallrohres 62 des wiederverwendbaren Geräteteils A umgibt. Die Schutzhülle 102 schützt das in die Metallschmelze eingetauchte Geräteende für die Dauer einer Einzelmessung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gerät zum elektrochemischen Messen der Sauerstoffaktivität einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze, das nach Art einer Sonde ausgeführt ist und aus einem wiederverwendbaren Geräteteil und einem damit lösbar verbundenen Wegwerfteil besteht, von denen der Wegwerfteil eine von einem Isoliermantel umgebene rohrförmige Gegenelektrode und eine Halbzelle aufweist, die elektrisch isoliert in das durch eine metallische Schutzkappe abgedeckte Eintauchende der Gegenelektrode eingesetzt ist und ein einen bekannten Teildruck ' oder eine sonstige Sauerstoffaktivität entwickelndes Material enthält, und von denen der wiederverwendbare Geräteteil eine in einem Metallrohr angeordnete Isolierhalterung für ein gemeinsam mit der Gegenelektrode an eins Meßeinrichtung für die Potentialdifferenz anschließbares Anschlußteil an einen Elektrodendraht der Halbzelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß