DE2842136C2

DE2842136C2 - Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE2842136C2
Application number: DE2842136A
Authority: DE
Inventors: Paul Ivo Cure Diepenbeek Omer
Original assignee: Electro Nite NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2422162A1; BR7902090A; US4342633A; EP0004693A1; EP0004693B1; ZA791620B; CA1139842A; DE2842136A1; JPS54145187A; FR2422162B1; JPS5927861B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Gußeisen-, Eisen oder Stahlschmelzen mit einem am Ende eines Tragrohres befestigten Meßkopf aus einer Keramikmasse, in der eine aus einer Zirkonoxidmasse und einer Bezugsmasse bestehende elektro-chemische Zelle angeordnet ist, die mit eimern Schutzschirm versehen ist, der die elektro-chemische Zelle gegenüber der Schmelze abschirmt und beim Eintauchen des Meßkopfes in die Metallschmelze zerstört wird.

Derartige, für den einmaligen Gebrauch bestimmte Meßvorrichtungen werden seit mehreren Jahren zur Ermittlung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen durch Messung der Potentialdifferenz zwischen der Schmelze und einen! Bezügskörpef verwendet Dabei wird der Meßkopf in die Schmelze getaucht, in der er während der erforderlichen Zeit Von etwa 15 Sekunden zum Registrieren des Meßwertes bleibt. Derartige Messungen, auf die sich die Erfindung bezieht, werden im Gegensatz zu kontinuierlichen Messungen als Kurzzeitmessungen bezeichnet

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die mit den bekannten Einrichtungen erhaltenen Ergebnisse häufig unbeständig und unzuverlässig sind. Es wurde gefunden, daß dies auf Störungen zurückzuführen ist die durch den Wärmestoß verursacht werden, der beim Eintauchen des Meßkopfes in die Schmelze auftritt
Aus der DE-OS 19 06 388 ist es bekannt, auf den Kopf einer Meßeinrichtung einen Kupferblock sufzusetzen, um Wärmestöße zu der eigentlichen Meßzelle abzuschwächen. Die bekannte Einrichtung dient zur Durchführung kontinuierlicher Bestimmungen des Sauerstoffgehaltes und ist für den einmaligen Gebrauch wegen der zu langen Antwortzeit nicht geeignet Bei der bekannten Einrichtung ist die Meßkapsel in einem Rohr und zwischen diesen Teilen ein Ring aus hitzebeständigem Metall angeordnet Der Kupferblock ist auf das Rohr aufgeschoben. Würde man gemäß dem bekannten Vorschlag auf den Kopf einer Meßzelle fur Kurzzeitmessungen einen dicken Block aus Kupfer, d. h. einem gut wärmeleitenden Material, aufsetzen, so wäre die Einrichtung für d
mehr verwendbar.

Bei einer Ausführungsform der aus der US-PS 37 91 954 bekannten Meßeinrichtung ist die Meßzelle mit einer Schutzschicht versehen, die dicht an dem vorderen Ende des Rohres anliegt Diese Schutzschicht soll aus Papier, Stoff, Kunstharz oder Leder bestehen,

d. h. einem Material, das beim Eintauchen in die Schlacke bzw. Schmelze verkohlt wird. Die Schicht soll entweder die Öffnung einer Kappe solange blockieren, bis die Schlacke durchstoßen ist bzw. in einem anderen Fall eine angrenzende Keramikschicht vorwärmen und vor einer unmittelbaren Berührung mit dem geschmolzenen Metall schützen, um ein Zerspringen der Schicht durch zu plötzliche Erwärmung zu vermeiden.

Beim Anmeldungsgegenstand geht es nicht darum ein Zerspringen des Meßkopfes, sondern Unregelniäßigkeiten der mit der Einrichtung ermittelten Meßwerte zu vermeiden. Dies ist bei Ve.-wendvrg einer Schutzschicht aus einem Material, das in der Schmelze verbrennt, nicht möglich, weil sich nicht vermeiden läßt, daß ungleichmäßige Erwärmungen oder stark Überhitzte Stellen auftreten.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß der Schutzschirm dicht an der Zirkonoxidmasse anliegt, aus legiertem oder unlegiertem Eisen besteht und eine Wandstärke von 1 bis 3 mm aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schutzscliirmes. der innerhalb eines Zeitraumes von etwa OJ bis 5 Sekunden nach dem Eintauchen in die Schmelze schmilzt, führt zu gleichmäßigen und zuverlässigen Meßergebnissen. Es ergibt sich ferner ein Vorteil dadurch, daß der Schirm gleichzeitig als Kontaktelektrode zwischen der Meßvorrichtung und der Schmelze dienen kann.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform in teilweise äuseinandergezögenef Darstellung,

Fi g. 2 den gleichen Meßkopf in zusammengebautem Zustand,

Fig.3 einen senkrechten Längsschnitt durch den auf F i g. 2 dargestellten Meßkopf,

Fig.4 einen senkrechten Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und

Fig.5 einen senkrechten Längsschnitt durch eine weitere, der F i g. 3 entsprechende Ausführungsform, bei der der Schutzschirm gleichzeitig als Kontaktelektrode dient

Die auf den F i g. 1 bis 3 dargestellte Meßvorrichtung besteht aus einem Meßkopf 1, wie er z. B. aus der DE-AS 25 19 601 bekannt ist Der Meßkopf wird in das Ende eines auf der Zeichnung nicht dargestellten Rohres aus pinem geeigneten Material, wie z. B. Pappe, Holz oder dergleichen, gesteckt Im vorliegenden Fall besteht die elektro-chemische Zelle 2 aus einem Zirkonoxidröhrchen 3, dessen oberer Abschnitt eine Bezugsmasse 4 (07Cr₂O₃) und dessen unterer Abschnitt eine inerte Füllmasse 5 enthält. Im Inneren des Röhrchens 3 ist ein Leiter 6 angeordnet, dessen Ende 7 innerhalb der Bezugsmasse liegt Auf das Röhrchen ist mit leichter Reibung ein hüllenförmiger, rohrförmiger Metallschirm 8 geschoben, dessen oberes Ende geschlossen ist und dessen Innendurchmesser praktisch dem Außendurchmesser der mit 2 bezeichneten elektrochemischen Zeile entspricht Die Wandstärke des Schutzschirmes 8 richtet sich nach de.· Temperatur der zu messenden Metallschmelze und der Art der benutzten elektrochemischen Zelle; erfindungsgemäß besteht der Metallschirm aus legiertem oder unlegiertem Eisen und hat eine Wandstärke von 1 bis 3 mm. Dadurch ist gewährleistet daß die Meßzelle während einer Zeit von etwa 03 bis 5 Sekunden nach dem Eintauchen in die Schmelze durch den Schutzschirm gegen jeden unmittelbaren Kontakt mit dem geschmolzenen Metall geschützt wird, so daß Wärmestöße und damit verbundene Meßfehler weitgehend vermieden werden. Dabei kommt es entscheidend darauf an. daß das Zirkonoxidröhrchen nach dem Schmelzen des Schutzschirmes in unmittelbare Berührung mit der Schmelze kommt Nur so ist es möglich, einen genauen Meßwert während der kurzen Meßzeit von etwa 15 Sekunden zu erhalten.

Der Meßkopf 1 kann auch mit einer weiteren Meßvon ichtung, z. B. einem Thermoelement 9, ausgestattet sein, so daß außer der Bestimmung des Aktivsauerstoffgehaltes mittels der elektrochemischen Zelle 2 auch eine gleichzeitige Messung der Temperatur der Schmelze möglieh ist

Um die Potentialdifferenz zwischen der Metall-

schmeize und der Bezugsmasse messen zu könnet:, kann der Meßkopf mit einem ringförmigen Metallkontakt 10 versehen werden, der an das Ende wenigstens eines weiteren Leiters angeschlossen wird.

Bei der auf F i g. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Schutzschirm 8 als Kontaktelektrode benutzt. Zu diesem Zweck ist das untere Ende des Schutzschirmes 8 mittels eines ringförmigen Ansatzes 12 verlängert, der in die keramische Masse 13 eindringt Durch den ringförmigen Ansatz kann der Metallkontakt 10 der auf F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ersetzt werden. Dadurch wird die Herstellung des Meßkopfes erleichtert und ein einwandfreier Kontakt zwischen dem Meßkopf und dem geschmolzenen Metall mit einer erheblich geringeren Metallmenge sichergestellt Mit 14 ist der Leiter bezeichnet der für die erforderliche elektrische Verbindung sorgt Beim Eintauchen der Vorrichtung in die Schmelze wird der Schutzschirm 8 zerstört während der ringförmig Ansatz 12 durch die Keramikmasse 13 geschützt wire Dies ermöglicht die Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes derSchmelze durch Messung der Potentialdifferenz zwischen der Schmelze und der Bezugsmasse.

Auf Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt Dabei ist die eigentliche elektrochemische Zelle in einer vorderen Ausnehmung der keramischen Masse angeordnet Sie besteht aus der Bezugsmasse 4 aus CtZCt₂O₃, der darüber angeordneten Zirkonoxidmasse 3, die durch den Schutzschirm 8 abgedeckt wird. Der Leiter 6 ist in die Bezugsmasse 4 eingebettet.

Der Schutzschirm 8 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer 1 bis 3 mm starken Scheibe aus legiertem oder unlegiertem Eisen, deren Durchmesser praktisch dem der Zirkonoxidmasse 3 entspricht Die Befestigung des Schutzschirmes erfolgt mit feuerfestem Zement 11 bekannter Zusammensetzung am vorderen Ende des Meßkopfes. Mit 10 ist ein Metallkontakt bezeichnet, der den Meßkopf umschließt und der wie bei den übrigen Ausführungsformen an das Ende wenigstens eines weiteren Leiters angeschlossen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Gußeisen-, Eisen- oder Stahlschmelzen mit einem am Ende eines Tragrohres befestigten Meßkopf aus einer Keramikmasse, in der eine aus einer Zirkonoxidmasse und einer Bezugsmasse bestehende elektrochemische Zelle angeordnet ist, die mit einem Schutzschirm versehen ist, der die elektro-chemische Zelle gegenüber der Schmelze abschirmt und beim Eintauchen des Meßkopfes in die Metallschmelze zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (8) dicht an der Zirkonoxidmasse (3) anliegt, aus legiertem oder unlegiertem Eisen besteht und eine Wandstärke von 1 bis 3 mm aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkonoxidmasse die Form eines Röhrchens (3) hat, das aus dem aus der Keramikmasse bestehenden Körper herausragt und in dem die Bezugsmasse (5) angeordnet ist, und daß der Schutzschirm (8) ebenfalls röhrchenförmig ausgebildet ist und wenigstens die gleiche Länge hat wie der aus der Keramikmasse herausragende Abschnitt des aus der Zirkonoxidmasse bestehenden Röhrchens, auf das er aufschiebbar ist, wobei der Innendurchmesser des Schutzschirmes (8) praktisch dem Außendurchmesser des Röh'chens (3) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrchenförmige Schutzschirm (8) länger ist als der gegenüber der Keramikmasse (13) vorstehende Abschnitt des Röhrchens (3) und mit einem rin^'ormigen Abschnitt (12) in die Keramikmasse eingebettet ist, de- an einen Leiter (14) angeschlossen is! und als Kontaktelektrode dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkonoxidmasse (3) die Form einer Scheibe hat, die in einer vorderen Ausnehmung des aus der Kermamikmasse bestehenden Teils auf der Bezugsmasse (4) aufliegt und daß der Schutzschirm (8) scheibenförmig ausgebildet ist, auf der oberen Fläche der aus Zirkonoxid bestehenden Scheibe aufliegt und mit einem geeigneten Verbindungsmittel, vorzugsweise feuerfestem Zement (11), befestigt ist.