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"Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus
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Metallschmelzen und Schmelzmittel hierfür" Die Erfindung bezieht sich
auf ein Schmelzmittel zur Bindung des freien Sauerstoffes in einer aus einer Metallschmelze,
insbesondere flüssigem Stahl, entnommenen Probe und eine Vorrichtung und ein Verfahren
unter Verwendung derartiger Schmelzmittel.
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Bei der Entnahme von Proben aus einem unberuhigten Stahlbad ist es
ständige Praxis, in der Entnahmevorrichtung ein Beruhigungsmittel, wie beispielsweise
Aluminium, Zircon, Silizium oder Titan zu verwenden. Der unberuhigte Stahl tritt
in einen Hohlraum in der Entnahmevorrichtung ein, wo sich das Beruhigungsmittel
in ausreichender Menge befindet, um sich mit dem freien Sauerstoff in der Schmelzprobe
zu verbinden, so daß dort beim Erstarren kein wesentlicher Verlust an Sauerstoffgehalt
und keine Porosität auftritt, was die nachfolgende Analyse stören könnte. Wenn die
Ausdrücke beruhigt" und "beruhigen" in diesem Zusammenhang verwendet werden, so
hat das nicht dieselbe Bedeutung, die diese Ausdrücke beim Frischverfahren haben,
wo man mit ihnen eine Desoxydation der Stahlschmelze bezeichnet, die so weit durchgeführt
wird, daß die Stahlschmelze ruhig fließt, wenn sie in eine Gießform gegossen wird.
Zweifellos wird ein derartiges Desoxydationsverfahren nicht angewandt, wenn man
den Sauerstoffgehalt einer Probe von geschmolzenem Stahl analysieren will, da man
sich ja damit selbst schaden würde. Deshalb sollen diese Ausdrücke in der vorliegenden
Beschreibung als schmelzmetallurgische Begriffe für die chemische Vereinigung eines
Metalls mit dem freien Sauerstoff in der Probe aus einer Metallschmelze Mit Beruhigen
ist in diesem Zusammenhang also nicht - wie sonst üblich - die Entfernung der in
Stahlbädern gelösten Gase und des als FeO gelösten Sauerstoffes gemeint.
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Die Verwendung der bisher bekannten Beruhigungsmittel beim Entnehmen
vpn Proben hat viele Nebenerscheinungen. Wenn beispielsweise Aluminium oder Silizium
verwendet wird, müssen
zwei Proben genommen werden, da bei der Analyse
von Stahl gewöhnlich nach Silizium- und Aluminiumanteilen gesucht wird.
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Dasselbe gilt oft bei Zircon und Titan. Die Verwendung von Zircon
hat den zusätzlichen Nachteil, daß die erstarte Probe hart wird und deshalb schwierig
zu bearbeiten ist. Bei der Verwendung von Titan wird die orstarrte Probe zäh, so
daß auch diese schwieriger zu bearbeiten ist. Am nachteiligsten ist aber viellsicht,
daß Titan in den Entnahmevorrichtungen schwierig zu schmelzen ist und ungeschmolzene
Bestandteile von Titan das Analyzenergebnis verfälschen. Aber selbst wenn es schmilzt,
reagieren Titan und andere bekannte Beruhigungsmittel wenigstens mit einem Teil
des freien Stickstoffes in der Probe unter Bildung eines höher schmelzenden Nitrites
und einen somit zu ungenauen Stickstoffwerten in der Analyse.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen werden, Magnesium anstelle der obengenannten
Beruhigungsmittel bei der Entnahme von Proben von unberuhigtem Stahl zu verwenden,
und das liefert ausgezeichnete Ergebnisse. Die Verwendung von Magnesium ist jedoch
begrenzt und besondere Sorgfalt ist erforderlich, um zu verhindern, daß sich das
Magnesium bei der Temperatur des geschmolzenen Stahls mit Luft vcrbindec, wodurch
idcale Explosionsbedingungen geschaffen werden.
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Aufgrund dieser Wassachenhat insbesondere der Stahlindustrie ein zufziedenstellendes
Beruhigungsmittel zur Verwendung in Entnahmevorrichtungen für geschmolzenes Metall
gefehlt.
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zur vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
ein
Beruhigungsmittel oder im folgenden auch Schmelzmittel genannt, zu finden, das universell
bei allen Metallschmelzen, aber insbesondere bei Stahlbädern verwendbar ist, ohne
daß es die Analyse verfälscht oder der Umgang mit ihm zu besonderer Sorgfalt oder
besonderen Vorsichtsmaßnahmen Anlaß gibt. Die Aufgabe erstreckt sich auch auf einen
Vorschlag für eine geeignete Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer Metallschmelze,
in der das neue Schmelzmittel verwendbar ist, und auf ein geeignetes Verfahren unter
Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der wesentliche
Bestandteil des Schmelzmittels metallisches Germanium ist in einer Menge, die ausreicht,
den freien Sauerstoff wenigstens in einem Teilbereich der Probe zu binden, so daß
sich ein dichtes, nicht poröses Probestück für eine Analyse ergibt.
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Germanium ist kein Element, nach dem bei der Analyse von Stahl gesucht
wird, und damit besteht keine Notwendigkeit, gesonderte Proben zu entnehmen, wie
das bei Aluminium, Silizium, Zirkon und Titan notwendig ist, Germanium schmilzt
bei ca 2/3 des Schmelzpunktes von Eisen und siedet bei etwa der gleichen Temperatur
wie Eisen; infolgedessen schmilzt das Germanium schnell und bleibt geschmolzen,
so daß eine maximale Diffusion durch die Metallschmelze gesichert ist, besser als
bei den zur Zeit benutzten Beruhigungsmitteln außer Aluminium.
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Aus denselben Gründen verdampft oder erstarrt das Germanium nicht
vorzeitig. Die Dichte von Germanium liegt näher an Eisen als. die der anderen genannten
Elemente und das führt beispielsweise zu geringeren Problemen im Hinblick auf Verluste
durch Flotation Wegen der Eigenvalenz von Germanium braucht man
für
das Beruhigen von Stahl eine geringere Gewichtsmenge als bei den anderen Elementen.
Germanium hat eine Wärmeleitfähigkeit, die nahezu identisch mit derjenigen von Eisen
ist.
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Die Hinzufügung von Germanium zu einer geschmolzenen Probe macht den
Stahl nicht zäh, dagegen macht er ihn in geringfügigem Maße hart, ähnlich wie Silizium,
ohne daß Bohr- und Schneidprobleme auftreten, wie sie mit der Verwendung von Titan
verbunden sind. Germanium ist nicht giftig, gefährlich und explosiv. Germanium ist
auf dem Markt zu einem vernünftigen Preis erhältlich, wenn man es in größeren Mengen
einkauf. Es kann in alle erdenkbaren Spezialformen geschnitten und gegossen werden
und mit anderen Elementen legiert werden.
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Erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens
zur Entnahme von Proben aus einer Metallschmelze unter Verwendung des vorgenannten
erfindungsgemäßen Schmelzmittels sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung
wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung, aus der die Anwendung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer Metallschmelze
er sich lich ist; Fig, 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gem.
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Fig, g in vergrößertem Maßstab, aus der zum Zwecke der besseren Illustration
Teile herausgebrochen sind;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die
Vorrichtung gem. Fig. 2; Fig. 4 die Anwendung eines zweiten Ausführungsbeispieles
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer Metallschmelze;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gem.
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Fig. 4; Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gem. Fig.
5 und Fig. 7 yrafische Darstellungen von Meßwerten, die nach der und 8 erfindungsgemäßen
Methode gewonnen wurden Die Erfindung kann für die Analyse von generell jedem geschmolzenem
Metall und jeder Metallegierung verwendet werden.
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Werden jedoch Entnahmevorrichtungen verwendet, die stift- oder.
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scheibenförmige Probestücke liefern, wie sie hier nachfolgend als
Ausführungsbeispiele beschrieben werden, so ist die Erfindung insbesondere für die
Analyse von Metallen anwendbar, deren Schmelzpunkt bis ungefähr 147600C geht, die
also beispielsweise Stellit (Legierungen aus 40 bis 80% Kobalt, 20 bis 35 Chrom,
O bis 25% Wolfram, 0,75 bis 2,5% Kohlenstoff und O bis 3% Silizium), Blei, Kupfer,
Titan, Wolfram, Molybden, Niob und auf Thorium basierende Legierungen einschließen.
Vorzugsweise wird die erfindunsgemäße Vorrichtung und das Verfahren bei der Analyse
von Stahl angewandt.
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In Fig. 1 ist mit 10 ein Stahlbad mit einer Oberfläche aus einer Schlackenschicht
12 in einem feuerfest ausgekleideten Gefäß, Ofen oder eine Gießpfanne 14 bezeichnet
Wenn das Gefäß 14 eine kontinuierliche Gießform ist, ist selbstverständlich
keine
feuerfeste Auskleidung vorgesehen. Eine im ganzen mit 48 bezeichnete Entnahmevorrichtung
ragt durch die Schlackenschicht 12 in das Stahlbad 10. Die Entnahmevorrichtung 48
ist am unteren Ende eineriangen, starren Leitung oder eines Rohres 20 befestigt,
deren oberes Ende durch einen flexiblen Schlauch 22 mit einer mechanischen Vakuumpumpe
24 verbunden ist. Dasjenige Teilstück des Rohres 20, das in das Stahlbad 10 hineinragt,
ist durch eine feuerfeste Beschichtung 26 geschützt.
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Die Entnahmevorrichtung 48 weist ein Formteil 28 für die Bildung eines
Probestückes auf, das aus einem hohlen, flachen metallischen Abschnitt 30 zur Bildung
der gewünschten scheibenförmigen Probe und einem angeschmolzenen Quarzrohr 31 zur
Bild dung der gewünschten stiftförmren Probe und einen zylindrischen metallischen
Halter 32 für das Quarzrohr 31 besteht, der von dem Abschnitt 30 getragen wird.
Sofern kein scheibenförmiges Probestück gewünscht wird, kann der Abschnitt 30 entfallen.
Die meLallischen Teil stücke des Formteiles 28 bestehen aus zwei identischen Hälften,
jede Hälfte besteht aus einem halbkreisförmigen Teilstück 36, einem pfannenförmigen
Teilstück 38 und ohrenförmige Verlängerungen 40, die dazu dienen, die Hälften zusammenzuhalten,
aber in einen Abstand,.der ausreicht, daß das Gas im Inneren des Abschnittes 30
mit dem diesen Abschnitt umgebenden Raum kommunizieren kann. Die ohrenförmigen Verlängerungen
sind durch Punktschweißung verbunden und das gesamte Formteil 28 kann im unteren
Endstück des Rohres 20 festgeklemmt werden, so daß es starr gehalten wirdt Die beiden
pfannenförmigen Teilstücke 38 bilden die Form für
das scheibenförmige
Probenstück und die halbkreisförmien Teilstücke 36 bildende Form für das stiftförmige
Probenstück.
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Das obere Endstück des Quarzrohres 31 öffnet sich in das Innere des
Abschnittes 30, sodaß das Innere des Quarzrohres 31 mit dem Inneren des Abschnittes
30 kommuniziert.
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Vorzugsweise einstückig verschmolzen mit dem unteren Ende der feuerfesten
Beschichtung 26 ist ein undurchlässiges feuerfestes" Gehäuse aus einem Abschnitt
50, der den Abschnitt 30 in einem gewissen Abstand umgibt, und einem rohrförmigen
Teilstück 52, das den metallischen Halter 36 umgibt und dabei gleichzeitig das Quarzrohr
31 hält, während es den größten Teil des Quarzrohres 31 freiläßt. Da das rohrförmige
Teilstück 52 abdichtend an dem Quarzrohr 31 anliegt, ansonsten aber gasdichte Verbindungen
zwischen diesem Teilstück, dem Abschnitt 50 und der Beschichtung 26 bestehen, kann
das Innere der Entnahmevorrichtung 48 mit Hilfe der Vakuumpumpe 24 evakuiert werden,
der Zwischenraum 54 zwischen den Abschnitten 30 und 50 wirkt dabei als Wärmeisolator
und Leitung für das Vakuum zum Inneren des Abschnittes 30. Das letztere ist dadurch
möglich, daß die beir den pfannenförmigen Hälften des Abschnittes 30 nicht in abdichtendem
Kontakt miteinander stehen, sondern einen kleinen Spalt bilden.
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Um das Innere der EntnahmeVorrichtung 48 frei von Verunreinigungen
zu halten, ist das untere offene Ende des Quarzrohres 31 vor der Entnahme einer
Probe durch eine Metallkappe 60 verschlossen, die ihrerseits durch eine Plastikbeschichtung
62, die sich über die Kappe 60 hinaus dichtend an die Außenfläche des Quarz rohres
31 anlegt, geschützt ist. Dadurch wird das Innere des
Gesamtsystems
unter dem von der Vakuumpumpe 24 erzeugten Unterdruck gehalten. Die Metallkappe
60 besteht vorzugsweise aus solchem Material wie beispielsweise Weicheisen, das
keine Bestandteile enthält, die das Testergebnis stören könnten.
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Die Zusammensetzung und die Dicke der Kunststoffbeschichtung 62 sind
wesentliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Entnahmevorrichtung 48. Sie sind
so gewählt, daß die Hindurchführung der Entnahmevorrichtung 48 durch die Schlackenschicht
12 und die Einführung in das Stahlbad 10 zur Überführung des Kunststoffes in die
Gasform mit einer derartigen Geschwindigkeit und in einer solchen Menge erfolgt,
daß jegliche Schlacke oder andere Oberflächenverunreinigung, die sonst am unteren
Endstück des Quarezrohres 31 hängen bleibt und damit das in die Entnahmevorrichtung
eindringende flüssige Metall verschmutzt, vollständig von der Umgebung der äußeren
Wandungen des unteren Endstückes des Quarzrohres ferngehalten wird.
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Im unteren Endstück des Quarzrohres 31 befindet sich eine kleine Kapsel
25 aus metallischem Germanium Das Germanium kann in unterschiqltlichen Formen in
das Quarzrohr 31 eingebracht werden; die dargestellte Form ist gebräuchlich, obgleich
ebenso Germaniummetallpulver, Germaniummetallspäne und Germaniummetalldraht verwendet
werden kannq Beim Eintauchen der Entnahmevorrichtung 48 in das Stahlbad 10 tritt
der flüssige Stahl unterstützt durch die Saugwirkung der Vakuumpumpe 24 in das untere
Endstück des Quarzrohres 31 ein und kommt mit der Germaniumkapsel 25 in Berührung,
welche durch die Hitze des flüssigen Stahles geschmolzen wird und sich mit dem flüssigen
Stahl vermischt oder legiert, der dann durch das Quarzrohr 31 in den scheibenförmigen
Abschnitt
30 eintritt. Das Germanium beruhigt die Probe aus geschmolzenem Stahl durch Reaktion
mit dem freien Sauerstoff im Stahl unter Bildung von Germaniumdioxyd (GeO2). Da
Germaniumdioxyd mit einem Schmelzpunkt von 1.369+ 40K bei der Temperatur des flüssigen
Stahles stabil ist, bleibt es in der Probe. Nach dem Abkühlen ist die Probe dann
für das analytische Verfahren fertig, Früher war es unmöglich, eine zufriedenstellende
Beruhigung der stift- und scheibenförmigen Proben zu erhalten, weil die konventionellen
Beruhigungsmittel, die in anderer Hinsicht vertretbar sind, wie beispielsweise Titan,
in dieser Art von Probestücken nicht vollständig schnell zen und sich nicht vollständig
mischen, Germanium schmilzt und mischt sich wegen seines niedrigen Schmelzpunktes
und seiner Dichte sehr zuverlässig mit dem flüssigen Stahl, zumindest im Hohlraum
des Abschnittes 30, und es setzt sich nicht an der Oberfläche des Stahles ab.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gem, Figt 4 bis 6 tritt der flüssige Stahl
in den Holraum der Entnahmevorrichtung durch hydrostatischen Druck ein, Die Entnahmevorriclitung
nach diesem Ausführungsbeispiel, die allgemein mit 110 bezeichnet ist, weist ein
aufrecht stehendes Stahlrohr 111 auf, dessen oberes Ende offen und dessen unteres
Ende durch eine gußeiserne Platte 112 verschlossen istt Das Stahlrohr 111 und die
Eisenplatte 112 bilden einen Hohlraum 114 zur Aufnahme der Probe aus flüssigem Stahl,
der durch die Öffnung 115 einfließt Ein Handgriff 116 aus einem Stahlrohr ist so
an dem Rohr 111 befestigt, daß der Handgriff unter einem geeigneten Winkel absteht,
wenn das Rohr 111 in vertikaler Lage in ein Stahlbad getaucht werden soll, dem eine
Probe entnommen werden soll, Die Außenflächen des
Rohres 111, der
Platte 112 und des Handgriffes 116 sind mit einer Schicht aus feuerfestem Material
117 wie beispielsweise Schamotte bedeckt. Die Öffnung 115 ist durch einen Verschluß
118 abgedichtet, der mit seinem Rand 119 an der feuerfesten Beschichtung 117 angeklebt
ist Die Abdeckung 118 besteht aus einem Werkstoff, der schmilzt oder sich zersetzt,
wenn die Entnahmevorrichtung 110 in das Stahlbad eingetaucht wird, und somit den
Weg für den flüssigen unberuhigten Stahl in den Hohlraum 114 freigibt. Beispielefür
geeignete Werkstoffe für den Verschluß 118 sind solche Metalle wie beispielsweise
Stahlblech, die die Probe nicht verunreinigen, und hitzebeständiges Papier, das
vorzugsweise mehrschichtig verwendet wird und ausreichend dick sein sollte, der
Temperatur des Stahlbades für einen Zeitraum zu widerstehen, der ausreicht, um die
Entnahmevorrichtung 110 durch eine Schlackenschicht 120 hindurch in ein Stahlbad
121 in der in Fig. 4 dargestellten Stellung einzutauchen.
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An dem rohrförmigen Handgriff 116 ist eine stangenförmige Verlängerung
123 angebracht, die aus der öffnung 124 des Schmelztiegels 122 so weit herausreicht,
daß ein Arbeiter die Entnahmevorrichtung 110 in das unberuhigte Stahlbad 121 tauchen
kannt Die Entnahmevorrichtung 110 enthält in dem Hohlraum 114 Kapseln 125 aus metallischem
Germanium, Die Menge an metallischem Germanium in den Kapseln 125 reich en ebenso
wie diejenige in der Kapsel 25 im ersten Ausführungsbeispiel aus, den unberuhigten
flüssigen Stahl, der in den bzw. die Hohlräume fließt, zu beruhigen. Nach einer
allgemeinen Regel sollte die unberuhigte flüssige Stahlprobe, die in die Hohlräume
des Quarzrohres 31
und des Abschnittes 30 bzw. in den Hohlraum
114 einfließt, mit ungefähr 0,01 bis 1,0 Gewichtsprozent metallischen Germaniums
in Verbindung gebracht werden, vorzugsweise mit 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent. Gewöhnlich
ist das erfindungsgemäße Verfahren am wirksamsten bei Sauerstoffanteilen von 20
ppm bis 500 ppm, aber höhere Sauerstoffanteile bis zu 2,000 ppm können vorhanden
sein. Die Menge des metallischen Germaniums, die zur Erreichung der besten Resultate
in einem gegebenen Fall verwendet wird, hängt von dem Sauerstoffgehalt in der Stahlprobe
ab. Mindestens 0,01 Gewichtsprozent metalliches Germanium sollteüfür je 15 ppm Sauerstoff
in der unberuhigten Stahlprobe verwendet werden. Wenn es beispielsweise bekannt
ist, daß eine unberuhigte Stahlprobe ungefähr 150 ppm Sauerstoff enthält, müssen
mindestens ungefähr 0,1 Gewichtsprozent metallisches Germanium verwendet werden;
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wiegen die Proben ca, 600g und die Germaniumkapseln
sollten somit ungefähr 0,6g wiegen. Bei höheren Sauerstoffgehalten von 300, 450,
600, 750 und 1.500 ppm muß die unberuhigte Stahlprobe mindestens mit 0,2, 0,3, 0,4,
0,5 bzw-. 1,0 Gewichtsprozent metallischen Germaniums in Verbindung gebracht werden,
um die besten Resultate zu erhalten, Selbstverständlich muß die flüssige Metallprobe
mit soviel metallischem Germanium in Verbindung gebracht werden, daß ein erstarrtes
Festgußstück entsteht, das beruhigt ist. Abgesehen von den Kosten des Germaniummetalls
ist die Verwendung einer zu großen Menge von Germaniummetall nicht schädlich, da
das Germanium die Probe nicht mit einem Element verunreinigt, das von analytischem
Interesse ist oder analytische Nachteile bringt, Wenn das metallische Germanium
in den oben angegebenen Mengen verwendet wird, erhält man ein ausreichend beruhigtes
Testgußstück, das fest und homogen ist und nach metallurgischem Polieren keine Gasporen,
Einschlüsse oder andere Unvollkommenheiten aufweist.
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Um die in Fig. 7 dargestellten Meßergebnisse zu erhalten, wurden zwei
Entnahmevorrichtungen gem. dem zweiten Ausführungsbeispiel Seite an Seite an einer
Stange in die Gießpfanne eines basisch zugestellten Ofens getaucht, und zwar ungefähr
zwei Minuten nach Entnahme der regulären Abstichprobe. Eine der Entnahmevorrichtungen
enthielt 1,88 g Titandraht, die andere 1 g einer metallischen Germaniumkapselt Die
nach dem Abstich des Ofens entnommenen Proben zeigten einen Sauerstoffgehalt des
Stahls von 222 ppm. Jede Probe wurde entlang ihrer effektiven Länge in kleine Scheiben
geschnitten, um die Form der Sauerstoffverteilungskurve entlang der effektiven Länge
der Probe genau bestimmen zu können. Fig. 7 zeigt die Ergebnisse. Beide Kurven zeigen
den üblichen Verlauf, bei dem der Sauerstoffgehalt unterhalb der normalen Analysenzone
niedrig ist und oberhalb dieser Zone schnell ansteigt, Dieser unterschiedliche Sauerstoffgehalt
kommt von der unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen dem untersten
Teil und dem obersten Teil der Probe her, wobei ein im wesentlichen richtiges Bild
von dem Sauerstoffgehalt in denjenigen Abschnitten der Probe erscheint, der bei
0,75 inch vom Boden aus gemessen beginnt und sich bis wenig über 1 inch über dem
Boden erstreckt. Die Abszissewerte geben den Abstand der analysierten Probenscheiben
vom Boden der Probe aus gemessen in inch an. Oberhalb der oben definierten Zone
steigen die spezifisch leichteren Oxyde als Stahl in dem langsamer erstarrten Metall
auf und die Einschlüsse werden durch die fortschreitende Oberfläche des erstarrten
Metalls nach oben geschoben, was zu einem höheren Gesamtsauerstoffgehalt führt,
der kein richtiges Bild von dem Sauerstoffgehalt in dem flüssigen Stahl, der aufs
dem Stahlbad entnommen ist, abgibt. In anderen Worten, das Metall in der genannten
Analysezone hat Sauerstoffanteile von dem Metall unterhalb der Zone
gewonnen
und Sauerstoffanteile an das Metall überhalb der Zone abgegeben, wobei die Erfahrung
zeigt, daß die gewählte Analysenzone reprtäsentativ für den Sauerstoffgehalt in
dem flüssigen Stahl: Die Kurven in Fig. 7 zeigen, daß metallisches Germanium die
Sauerstoffverteilung in der Probe genauso gut wie Titan anzeigt.
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Die Kurven der grafischen Darstellung gem. Fig. 8 zeigen Meßwerte,
die mit einer Entnahmevorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel mit Germanium
als Schmelzmittel aus der Stranggußform nach dem Entgasen entnommen worden sind.
Der Sauerstoffgehalt des Stahles ist an diesem Entnahmepunkt, was normal ist, viel
niedriger und nimmt im allgemeinen mit fortschreitendem Gießen geringfügig ab. Die
Kurven zeigen den Sauerstoffgehalt jeder Probe entlang ihrer effektiven Länge, Obgleich
die Proben in der chronologischen Reihenfolge M-1D, M-2D, M-3D entnommen worden
sind, sollte der Sauerstoffgehalt in etwa gleichbleiben oder geringfügig abfallen,
und die drei Kurven zeigen, daß dies richtig istt Zur gleichen Zeit vurden drei
mit Titan beruhigte Proben in der gleichen chronologischen Reihenfolge und mit den
gleichen Kennzeichnungen entnommen Der durchschnittliche Sauerstoffgehalt jeder
dieser drei Proben in der Normalzone ist auf der rechten Seite der grafischen Darstellung
gem. Fig. 8 angezeigt. Man erkennt, daß die mit Titan beruhigten Proben einen höheren
Sauerstoffgehalt aufweisen; Dies bestätigt die Tatsache, daß Titan aufgrund der
auf seiner Oberfläche vorhandenen Oxyde zusätzlichen Sauerstoff in die Probe einführt,
während metallisches Germanium dies nicht oder nur in vernachlässigbarem Maße tut.
Man erken.nt weiterhin, daß bei den mit Titanium beruhigten Proben ffie M-3D-Probe,
die den geringsten Sauerstoffgehalt
haben sollte, nahezu soviel
Sauerstoff enthält, wie die M-1D-Probe und beträchtlich mehr als die M-2D-Probe.
Dies zeigt, daß die M-3D-Probe nicht den richtigen Sauerstoffgehalt in dem flüssigen
Stahl in der Stranggußform anzeigt.
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Der Ausdruck "unberuhigter Stahl" in dieser Patentbeschreibung soll
sowohl teilweise beruhigter Stahl als auch Stahl im allgemeinen umfassen, der einen
Anteil an gelöstem Sauerstoff enthält, welcher zu hoch ist, um ein festes Testgußstück
herzustellen, das für Analysezwecke geeignet ist, ohne daß man der flüssigen Stahlprobe
vor der Erstarrung ein Beruhigungsmittel zufügt.
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Beispiel: Eine Charge von niedriggekohltem Stahl wird in bekannter
Weise behandelt und in eine Gießpfanne abgestochen. Der Stahl hat eine Temperatur
von ungefähr 1.100°C und der Sauerstoffgehalt in dem abgestochenen Stahl beträgt
ungefähr 500 ppm.
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Wenn der Stahl in die Gießpfanne eintritt, wird in dem flüssigen Stahl
in der Gießpfanne ein Aluminiumbarren geschmolzen, Der Sauerstoffgehalt des Stahles
beträgt nach dieser Aluminiumzugabe ungefähr 250 ppm Eine Entnahmevorrichtung gemäß
dem zweiten Ausführungsbeispiel wird in die Gießpfanne durch die Schlackenschicht
an der Oberfläche des flüssigen Stahles in das Stahlbad eingeführt, um eine Probe
zu entnehmen. Der Hohlraum in der Entnahmevorrichtung enthält 0,167 Gewichtsprozent
metallisches Germanium in Form einer Kapsel. Da die Probe ungefähr 600 g wiegt,
wiegt die Germaniumkapsel 1 g. Die sich ergebende beruhigte Probe wird aus der Entnahmevorrichtung
entnommen und an ein Laboratorium gegeben, wo quer zur Längsachse der Probe eine
Scheibe von ungefähr
6 mm Dicke herausgeschnitten wird und als
Testkörper für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes des Stahles in der Gießpfanne
verwendet wird. Natürlich-werden weitere Tests an der Probe vorgenommen Ein noch
nicht erwähnter Vorteil, den die Erfindung mit sich bringt, soll hier noch ausgeführt
werden. Es ist üblich, daß man beim Vergleich der Stickstoffanalyse von fertigem
Stahl mit der Stickstoffanalyse von einer Probe desselben Stahles, die im geschmolzenen
Zustand entnommen und mit einem der bisher bekannten Beruhigungsmitteln beruhigt
worden ist, Diskrepanzen findet Diese Diskrepanzen kommen daher, weil beim Beruhigen
des flüssigen Stahls beispielsweise mit Titan das Titan wenigstens mit einem Teil
des freien Stickstoffes unter Bildung von Titannitriden reagiert, die Schmelpunkte
weit oberhalb der Temperatur des flüssigen Stahles haben und in der Tat so hoch
liegen, daß es selbst bei den hohen Temperaturen des analytischen Verfahrens (ca,
2,7500C) unwahrscheinlic ist, daß die Nitride aufgebrochen werden und den Stickstoff
freigeben,. Somit erhält man Meßwerte, die einen Stickstoffgehalt in der Probe unterhalb
des richtigen Wertes anzeigen, da ein Teil des Stickstoffes in der Probe als Nitride
gebunden wirds Dies ist dann nicht der Fall, wenn Germanium gemäß dem Vorschlag
nach der vorliegenden Erfindung als Beruhigungsmittel verwendet wird, da jedes mögliche
Reaktionsprodukt, d.. ht Germaniumdinitrid (Ge3N2) bei der Temperatur des flüssigen
Metalles sublimieren würden Somit bleibt die gesamte Stickstoffmenge in der Probe
für die Analyse erhalten
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Entnahmevorrichtung und das Beispiel für das erfindungsgemäße
Verfahren sollen die Erfindung nur erläutern, ohne sie zu beschränken. Es sind vielfältige
Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens
denkbar, ohne daß dadurch der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.