DE2501570A1

DE2501570A1 - Vorrichtung zum messen des sauerstoffgehaltes von metallbaedern

Info

Publication number: DE2501570A1
Application number: DE19752501570
Authority: DE
Inventors: Theo Pieter Bollen; Omer Paul Cure
Original assignee: ELECTRO NITE
Current assignee: ELECTRO NITE
Priority date: 1974-02-19
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1975-09-25
Also published as: LU69426A1; FR2261525B1; GB1473761A; FR2261525A1

Description

Dr. W. P. Radt 9 R Π 1

ι Dipl.-Ing. E E. Finkener
DipL-Ing. W. Ernesti Electro-Nite N.V.

Patentanwälte

463pοchum Houthalen / Belgien

Heinr%-Köidg-StraSe 12 ° Fernsprecher 4IS SO, 4 23 27 __________________________ Telegrammadresse: Radtpatent Bochum

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WE/US

Vorrichtung zum Messen des Sauerstoffgehaltes von Metairbä&ern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Sauerstoffgehaltes von Metallbädern, insbesondere von Gußeisen- oder Stahlbädern, auf elektrochemischem Wege.

Bekanntlich ist es bei der Herstellung von Stahl wichtig, so schnell wie möglich genaue Informationen über den Sauerstoffgehalt eines Metallbades, insbesondere eines Gußeisenbades, während des Frischens zu erhalten. Diese Messungen führt man gewöhnlich mit Meßsonden durch, die auf elektrochemischen Verfahren basieren und mit der über die gemessene Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Elektroden, die in das Bad eintauchen, die Sauerstoff aktivität bestimmt werden kann. Allgemein hat die eine Elektrode dieser Sonden die Form eines langgestreckten Bechers mit geringem Durchmesser und die andere die Form einer Metallstange.

Es sind verschiedene Arten von Sonden bekannt, die im allgemeinen folgende Merkmale aufweisen:

1. eine erste Elektrode, die am Boden eines langgestreckten Rohres aus Quarz oder feuerfestem Material angeordnet ist, das an dem Ende, mit dem es in das Bad . eingetaucht wird, mit einem Plättchen aus einem feuerfesten Oxyd verschlossen ist, das Ionen leitet,

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2. eine pulverförmige Schicht am Boden des Rohres, die einen guten Kontakt zwischen dem Ende der Elektrode und der inneren Oberfläche des Plättchens aufrechterhält und die einen gegebenen Sauerstoffpartialdruck erzeugt,

3. eine zweite Elektrode, die aus einem Metallstab, beispielsweise aus Eisen, bestehen kann und

4. ein Thermoelement zum Messen der Temperatur des Bades.

IJm die Herstellung der Meßsonden und ihre Handhabung zu vereinfachen, wurden die Elektroden in einer einzigen Meßzelle untergebracht, die zusammen.mit einer Stütze eine Sonde bildet, deren Handhabung sehr einfach ist und von der verschiedene Teile austauschbar sind, dadurch, daß die Formen und die Dimensionen in Standardabmessungen hergestellt werden.

Die Arbeitsweise dieser bekannten Torrichtungen zum Messen der Sauerstoff aktivität wird häufig durch besondere Faktoren gestört, die in bestimmten Fällen zu einer Zerstörung der Vorrichtungen führen können.

So hat man festgestellt, daß im Inneren der Vorrichtungen ein auf die Wirkung der Temperatur zurückzuführender tiberdruck auftrat, insbesondere durch in dem feuerfesten Material enthaltenes Kristallwasser, durch Luft, die sich in den Poren des Pulvers befindet und durch organische Stoffe, die unabhängig von den getroffenen Vorkehrungen praktisch immer in schwachen Konzentrationen in den Stoffen aus feuerfestem Zement enthalten sind, der benutzt wird, um die verschiedenen Teile, aus denen die Meßzelle besteht, zusammenzuhalten.

Unter der Einwirkung der Temperatur zersetzen sich die organischen Stoffe wenigstens teilweise und verbrennen;

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das Kristallwasser verdampft und die Luft dehnt si eh. aus. Diese drei Faktoren erzeugen einen Gasdruck im Inneren der Vorrichtung, der in dem Quarzrohr ent steht, von wo er sich fortpflanzt und die Zerstörung hervorruft, z.B. das Austreiben der Scheibe aus feuerfestem Oxyd am Boden des Quarzrohres, insbesondere wenn das Quarzrohr sich unter der Einwirkung der Temperatur genau in dem Bereich befindet, in dem es aufweicht.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde schon daran gedacht, in dem Stopfen Hohlräume oder Ausdehnungskammern anzubringen, die dazu bestimmt sind, in einem gewissen Maß das Auftreten von Überdruck zu verhindern. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Methode schließlich zu zu großen Abmessungen des Meßkopfes führte.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, eine Meßsonde so auszubilden, daß sie vollständig unempfindlich gegenüber Jedem eventuell auftretenden Überdruck ist, der im Inneren der Sonde auftreten kann, unabhängig davon welche Ursache der Überdruck hat. " ■ ■

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Messen der Sauerstoffaktivität eines Metallbades sowie zur Bestimmung der Temperatur des Bades unter "Verwendung eines Meßkopfes aus, der auf das Ende eines Trägerrohres aufgesteckt ist und außer Rohren,■Stütz-, Schutz- und elektrischen Verbindungselementen aus folgenden Teilen besteht:

a) einer ersten elektrisch leitenden Elektrode, beispielsweise aus Eisen,

b) einem Rohr, das an dem Ende, an dem es eingetaucht wird, verschlossen ist, wobei wenigstens dieses Ende des Rohres aus einem Zement aus einem feuerfesten Oxyd besteht, das die Eigenschaft hat, Ionen zu leiten, das Rohr jedoch auch vollständig aus einem derartigen Zement be-

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stellen kann,

c) einem Thermoelement,

d) einer zweiten Elektrode, die in dem Rohr angeordnet ist,

e) einer Schicht aus pulverförmigem Material, die am Boden des Rohres angeordnet ist und die einen guten Kontakt zwischen dem Ende der zweiten Elektrode und der inneren Wand des Rohrendes sicherstellt, wobei dieses Material hauptsächlich aus einem Gemisch eines Metalles mit seinem Oxyd besteht,

f) einer Schicht aus pulverförmigem, feuerfestem, vorzugsweise elektrisch isolierendem Material, "beispielsweise aus Aluminiumpulver, die in dem Rohr oberhalb der vorstehend erwähnten Schicht angeordnet ist,

wobei diese Teile so angeordnet sind, daß die erste Elektrode, das Ende des Rohres und das Thermoelement praktisch gleichzeitig in das Metall eintauchen und mit diesem in Berührung kommen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Sonde außerdem eine vorzugsweise aus Metall bestehende Abzugsleitung enthält, wobei ein Ende dieser Leitung in dem Rohr und vorzugsweise in der Schicht aus pulverförmigem, feuerbeständigem Material untergebracht ist, während das andere Ende in dem freien Raum im Inneren der Schutzrohre für die Sonde und im Inneren des Trägerrohres mündet.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um einen Längsschnitt durch das Ende einer Meßsonde gemäß vorliegender Erfindung.

Mit 1 ist eine äußere Hülle bezeichnet, die aus einem zylindrischen Rohr aus feuerfestem Material besteht. Dieses Rohr umgibt und schützt ein zweites Rohr 2 aus Pappe, in das an der Seite der Meßsonde eine Hülse 3 aus feuer-

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festem Material gesteckt ist, in die ein Stopfen 4 aus feuerfestem Zement hineinragt, der die Hülse verschließt.

Dieser Stopfen 4 ist an dem dem Bad zugewandten Ende von einem Metallzylinder 5 umgeben, der die erste Elektrode bildet, die mit ihrem überstehenden Ende 6 mit dem Metallbad in Berührung kommt. Der Stopfen 4 dient ferner als Halterung für ein U-förmig gebogenes Rohr 7» welches das Thermoelement zum Messen der Badtemperatur enthält, sowie für ein beispielsweise aus Quarz bestehendes Eohr 8, dessen unterer Abschnitt aus einem festen Elektrolyten 9r "beispielsweise aus Zirkon, besteht. In dem Rohr 8 befindet sich die zweite'Elektrode 10, die, wenn sie mit der Elektrode 6 gekoppelt ist, die Messung der elektromotorischen Kraft entsprechend der Sauerstoffaktivität des Metallbades ermöglicht. Das Ende dieser Elektrode ist von einem Pulver 11, beispielsweise aus Or-Cr-O.,, umgeben, das den elektrischen Eontakt zwischen der Elektrode 10 und dem festen Elektrolyten 9 fördert und einen vorbestimmten Sauerstoffpartialdruck erzeugt. Oberhalb des Pulvers 11 ist das Quarzrohr 8 mit einem Pulver 12 aus einem pulverisierten, feuerfesten und elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Aluminiumpulver, gefüllt.

Eine so aufgebaute Sonde wird auf ein Trägerrohr aufgesteckt, das auch die elektrischen Verbindungen enthält, die die Verbindung mit den Leitern 13, 14 und 15 sicherstellen, deren Ausgänge schematisch auf der Zeichnung dargestellt sind und die die Messung der Temperatur T (Leitungen 13 und 14) und die Messung der elektromotorischen Kraft E (Leitungen 13 und 15) ermöglichen.

Der Schutz gegen einen eventuell im Inneren auftretenden Überdruck erfolgt mittels einer hohlen Leitung 16, die im Inneren des Quarzrohres 8 angeordnet ist, vorzugsweise

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in dem Abschnitt, in dem sich das pulverförmige Material 12 befindet, und dessen anderes Ende 18 im Inneren des Rohres 2 der Meßzelle mündet, wobei es durch eine Öffnung 19 geführt ist, die in einer Platte 20 angebracht ist, die den Innenraum des Stopfens 4 und die Hülse 3 verschließt. Darüber hinaus befindet sich dieses Ende 18 in dem Abschnitt des Rohres 2, der nicht von dem Trägerrohr benötigt wird, dessen Ende 21 schematisch dargestellt ist und das dazu dient, die Sonde zu halten.

Auf diese Weise können gasförmige oder andere Stoffe, die beispielsweise in dem Stopfen 4 entstehen und in das Quarzrohr übertreten oder die in dem Rohr 8 selbst entstehen, leicht durch die Leitung 16 entweichen, deren Ende 18 praktisch mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Anspruch

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Claims

- 7 Fat ent a η s ρ r u c h

Vorrichtung zum Messen der Sauerstoff aktivität und zur Bestimmung der Temperatur eines Metallbades unter Verwendung eines Meßkopfes, der auf das Ende eines Trägerrohres aufgesteckt ist und außer Ronren, Stütz-, Schutz- und elektrischen Verbindungselementen aus folgenden Teilen besteht:

einer ersten elektrisch leitenden Elektrode, beispielsweise aus Eisen, einem Rohr, das an dem Ende, an dem es eingetaucht wird, verschlossen ist, wobei wenigstens dieses Ende des Rohres aus einem Zement aus einem feuerfesten Oxyd besteht, das die Eigenschaft hat, Ionen zu leiten, das Rohr jedoch auch vollständig aus einem derartigen Zement bestehen kann, einem Thermoelement, einer zweiten Elektrode, die in dem Rohr angeordnet ist, einer Schicht aus pulverförmigem Material, die am Boden des Rohres angeordnet ist und die einen guten Eontakt zwischen dem Ende der zweiten Elektrode und der inneren Wandung des Rohrendes sicherstellt, wobei dieses Material hauptsächlich aus einem Gemisch eines Metalles mit seinem Oxyd besteht und einer Schicht aus pulverförmigem feuerfestem, vorzugsweise elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus Aluminiumpulver, die in dem Rohr oberhalb der vorstehend erwähnt en Schicht angeordnet ist, wobei diese Teile so angeordnet sind, daß die erste Elektrode, das Ende des Rohres und das Thermoelement praktisch gleichzeitig in das Metall eintauchen und mit diesem in Berührung kommen, dadurch gekennzeichnet , daß die Sonde außerdem eine vorzugsweise aus Metall bestehende Abzugsleitung (16) enthält, wobei ein Ende dieser Leitung in dem Rohr (8) und vorzugsweise in der Schicht (12) aus pulverförmigem, feuerbeständigem Material untergebracht ist, während das andere

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Ende in dem freien Raum im Inneren der Schutzrohre (1, 2) für die Sonde und im Inneren des Trägerrohres (21) mündet.

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