DE2900069C2 - Meßkopf zur Ermittlung der Sauerstoffaktivität v. Schmelzen - Google Patents

Description

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nannten Graphittiegeln bekannt Die Massen werden aus verschiedenen Tonsorten und Graphit hergestellt Als Zweckbestimmung ist die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und dementsprechend die Verringerung der Temperanirschockempfindlichkeit angegeben. Für Stähle hoher Qualität werden Graphittiegel nicht empfohlen (Seite 587 der Schriftstelle). Die Graphitgehalte sind sehr unterschiedlich und liegen im Bereich zwischen 4 und 85%.

Die Korngrößen des Graphitanteils und dar übrigen Bestandteile des feuerfesten Materials sollen gering und so aufeinander abgestimmt sein, daß sich bei in sich zusammenhängender Graphitphase ein ausreichender Zusammenhalt des Trägermaterials ergibt

Die Graphitphase umhüllt die anderen Bestandteile des Materials, so daß diese praktisch voneinander getrennt sind. Dadurch wird ein ausreichender Zusammenhalt an sich erschwert. Es zeigt sich aber, daß dieser Erschwerung durch geeignete, aufeinander abgestimmte Bemessung der Körnungen entgegengewirkt werden kann. Die Abstimmung hängt im einzelnen von der Art der weiteren Bestandteile des Materials ab.

Im allgemeinen kommt es, wie bereits ermähnt nicht zu nennenswerten Verfälschungen der Meßwerte durch Herauslösen von Kohlenstoff aus dem Träger. In Sonderfällen jedoch, wenn die Schmelze besonders hohe Sauerstoffgehalte aufweist, wie es bei gänzlich unberuhigten Stählen der Fall sein kann, kann es sich zur Vorsicht empfehlen, daß der Träger im Bereich der Schmelze von einer feuerfesten Abdeckschicht überzogen ist, welche eine Unterbrechung aufweist, an welcher die Schmelze in unmittelbare Berührung mit dem Träger bringbar ist

Die Abdeckschicht verhindert, daß größere Flächen des Trägers der Schmelze ausgesetzt werden als für die Kontaktierung notwendig ist Es muß lediglich an einer Stelle der Abdeckschicht ein Zugang für die Schmelze zum Träger geschaffen sein.

In einer besonderen Ausführungsform können der Träger und die daraus hervorstehende Sonde von einer Abdeckscnicht aus dem Feststoffelektrolyten überzogen sein.

Eine solche Abdeckschicht hat zwei Funktionen: Im Bereich der Sonde wirkt sie in ihrer eigentlichen Funktion als Feststoffelektrolyt, in dem sie dort als Trennschicht zwischen der Vergleichssubstanz und der Schmelze wirkt Im Bereich des Trägers jedoch wirkt diese Abdeckschicht lediglich zur Verhinderung eines zu starken Angriffs der Schmelze am Träger.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt

F i g. 1 und 2 zeigen Längsschnitte.

Der in F i g. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Meßkopf umfaßt einen Träger 1 in Gestalt einer zylindrischen Bundbüchse, wefche einen auf einen geringeren Durchmesser abgesetzten Teil 2 und einen inneren Durchgang 4 besitzt. Auf dem abgesetzten Teil 2 ist ein Kartonrohr 3 aufgeschoben, welches die Lanze oder Stange zur Halterung und Handhabung des Meßkopfes 1 bildet Der in die Schmelze eintauchende Bereich des Kartonrohrs 3 ist von einem Rohr 5 aus einem nicht thermoschockcmpfindlichen feuerfesten Material umgeben, welches mit einem feuerfesten Kitt 6 festgelegt ist

In dem Durchgang 4 des Trägers 1 ist die röhrchenförmige Sonde 7 angeordnet, die in dem Ausführungsbeispiel ein Thermoelement mit den Schenkeln 8,9 enihält, von denen einer gleichzeitig die Zuleitung zur Vergleichssubstanz darstellt. Die Schenkel 8, 9 sind mit Kontaktdrähten 11, 12 verbunden, die in einem Anschlußstopfen 13 aus weichelastischem, nicht leitendem Material, ζ. B. Polyäthylen sitzen, der in das Ende des abgesetzten Teils 2 des Trägers 1 eingedrückt ist Außerdem sitzt in den Anschlußstopfen 13 noch ein Kontaktdraht 14, der in dem eingeschobenen Teil des Anschlußstopfens 13 an der Innenwandung der Durchgangsöffnung 4 anliegt und den Kontakt zu dem Träger 1 herstellt Die Kontaktdrähte 11,12,14 liegen in der in F i g. 1 dargestellten Weise frei und werden durch einen geeignet gestalteten Stecker angeschlossen, der an einer Stange durch das Innere des Kartonrohrs 3 eingeschoben wird (nicht dargestellt). Der Innenraum des Trägers 1 unterhalb des Anschlußstopfens 13 ist mit einer feuerfesten Masse 17 ausgefüllt

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Sonde aus einem Röhrchen aus ZrO?, welches an seinem unteren Ende die Vergleichssubrtanz. z. B. CrZCr₂O₃ enthält Diese Ausführungsform ist jedoch nicht zwingend und für die Erfindung ohne Bedeutung. Es kann ebensogut die Sonde die Vergler'-ssubstanz und den Feststoffelcktrolyten als übereinanrieriiegende Beschichtungen auf der Außenseite enthalten. Dabei muß die Anordnung natürlich so getroffen sein, daß die Vergleichssubstanz keinen galvanischen Kontakt zum Träger 1 hat, da andernfalls sich kein Potentialunterschied zwischen Schmelze bzw. Träger 1 und der Vergleichssubstanz einstellen kann, der die Basis für die Messung ist Auch kann die Sonde 7 eine separate Zuleitung zur Vergleichssubstanz aufweisen und kennen die Schenkel 8, 9 des Thermoelements durch ein von der Sonde 7 getrenntes Schutzröhrchen, welches ebenfalls in die Schmelze vorsteht, geführt sein.

Die Sonde 7 wird vor Gebrauch durch eine Kartontülle 15 und eine Metallkappe 16 geschützt, die sich beide nach dem Eintauchen in die Schmelze auflösen und den Zugang für die Schmelze zur Sonde 7 freigeben.

Der Träger 1 besteht aus einer gepreßten Graphitmasse. Diese Masse hat eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit so daß die Innenseite des Kartonrohrs 3, an der der abgesetzte Teil 2 des Trägers 1 anliegt, sowie d jr aus Polyäthylen bestehende Anschlußstopfen 13 vor zu großer Erwärmung geschützt sind. Außerdem ist die Masse elektrisch leitend, so daß die leitende Verbindung von der Schmelze über den Träger ί zu dem Kontaktdraht 14 hergestellt werden kann. Die sich einstellende EMK, die ein Maß für den Sauerstoffgehalt der Schmelze ist, wird zwischen dem Kontaktdraht 14 und einem der Kontaktdrähte U, 12, der in Verbindung mit der Vergleichssubstanz steht, gemessen.

In Fig.2 sind zwei abgewandelte Ausführungsformen 20, 30 dargestellt. Der Aufbau entspricht im wesentlichen der F i g. 1 -ind ist insoweit mit den gleichen Be~".j£szeichen versehen. Es ist lediglich in der in F i g. 2 linken Hälfte bei der Ausführungsform 20 der Träger 1 in dem mit der SvSimelze in Berührung kommender. Bereich mit einer Abdeckschicht 21 aus feuerfestem Material überzogen, z. B. aus AI2O3. Die Abdeckschicht 21 besitzt an einer Stelle eine Unterbrechung 22, in der die Schmelze in unmittelbare Berührung mit dem Träger 1 gelangen kann, um den Kontakt herzustellen. Im übrigen aber ist der Träger 1 vor dem Angriff der Schmelze geschützt. Es versteht sich, daß die Abdeckung 21 bei der Ausführungsform 20 auf dem ganzen Träger 1 vorhanden sein soll.

In der in F i g. 2 rechten Hälfte ist eine entsprechende Ausführungsform 30 wiedergegeben, bei der sich die Abdeckschicht 31 sowohl über den Träger 1 als; auch

über die Sonde 7 erstreckt und aus einem Feststoffelektrolyten, ζ. B. ZrOj, besteht und ebenfalls an mindestens
einer Stelle eine Unterbrechung 32 aufweist. Die Abdeckschicht 31 kann im Bereich der Sonde 7 die eigentliche Funktion als Feststoffelektrolyt ausüben, z. B. wenn
die Sonde 7 am unteren Ende eine unter der Abdeckschicht 31 freiliegende Vergleichssiibstanz aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Ki

15

25

30

40

45

50

55

60

65

Claims (4)

29 OO 069 1 2 Schlußleitungen bereitet jedoch noch immer Probleme. Patentansprüche: Aus der US-PS 36 68 099 ist ein MeBkopi der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden Art

1. Meßkopf zur Ermittlung der Sauerstoffaktivität bekannt, bei dem der Träger durch ein Cermclrohr gevon Schmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, unter 5 bildet ist, was jedoch wegen der hohen Kosten und der Eintauchen des Meßkopfes in die Schmelze, mit ei- Temperaturspannungsempfindlichkeit des Cermet keiner an einem feuerfesten Träger angeordneten Son- ne in der Praxis brauchbare Lösung darstellt

de mit einer Vergleichssubstanz bekannter Sauer- Aus der DE-AS 25 10 529 ist ein Meßkopf bekannt,

Stoffaktivität die durch einen bei höheren Tempera- bei dem der Träger aus einem hautpsächlich aus ZeIIuIo-

turen überwiegend sauerstoffionenleitenden und io sematerial und Bindemittel gepreßten Gemisch besteht,

vernachlässigbar elektronenleitenden Feststoffelek- welches zur Erzielung einer Leitfähigkeit Metallfasern

trolyten von der Schmelze getrennt ist, wobei der enthält, so daß der Träger selbst als Badkontakt dienen

Träger aus einem elektronenieitfähigen, jedoch eine kann.

relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Das Zeliulosematerial wird von der Schmelze heftig

Material besteht, dadurch gekennzeich- 15 angegriffen, so daß es zu Lockerungen der eigentlichen

net, daß der Träger (1) aus mindestens 20 Gew.-% Sc nde und Undichtigkeiten kommen kann. Auch kann

Graphit und im übrigen, neben Verunreinigungen, die Verbrennungsreaktion des in der Schmelze enthalte-

aus Mullit mit einem Anteil von 2 bis 10 Gew.-% nen Sauerstoffs mit dem Zellulosematerial zu einer lo-

Bentonit, bezogen auf die Mullitmenge, besteht kalen Verarmung der Schmelze an Sauerstoff in der

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Umgebung der Sonde und damit zu Fehlmessungen fühzeichnet, daS die Korngrößen des Graphitanteils ren.

und der übrigen Bestandteile des Trägers (1) gering Die Erfindung hat die Aufgabe einen Meßkopf der

und so aufeinander abgestimmt sind, daß sich bei in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art

sich zusammenhängender Graphitphase ein ausrei- so auszugestalten, daß er widerstandsfähig bleibt, keine

chender Zusammenhalt des Trägermaterials ergibt 25 Verfälschungen des Meßergebnisses bewirkt und billi-

3. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ger und leichter zu verarbeiten ist als ein Cermet
dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) von ei- Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ner feuerfesten Abdeckschicht (21,31) überzogen ist, durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegcwelche mindestens eine Unterbrechung (22,32) auf- benen Merkmale gegeben.

weist, an welcher die Schmelze in unmittelbare Be- 30 Der Graphitgehalt dient dazu, dem Träger die nötige

rührung mit dem Träger (1) bringbar ist. Elektronenleitfähigkeit zu verleihen, damit dieser als

4. Meßkopf nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Badkontakt wirken kann. Das graphithaltige feuerfeste zeichnet daß der Träger (1) und die daraus hervor- Material kann dem Angriff der Schmelze gut widerstestehende Sonde (7) von einer Abaeckschicht (31) aus hen. Diese Widerstandsfähigkeit wird noch dadurch gedem Feststoffelektrolyten überzogen sind. 35 fördert, daß das Material nicht als frei vorstehender

Stift, sondern in der kompakten Ausbildung in Gestalt

des Trägers als Ganzem vorliegt Der Graphitgehalt in

Höhe von mindestens 20% gewährleistet eine ausreichende Leitfähigkeit des Trägers. Andererseits jedoch

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßkopf der 40 haben ausgedehnte Vergleichsipessun^en ergeben, daß

dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden überraschenderweise kaum Kohlenstoff durch den

Art Kontakt mit der Schmelze aus dem Trager herausgelöst

Derartige Meßköpfe werden an der Spitze einer in wird. Der Zustand in der Umgebung des Meßkopfes

die Schmelze einzubringenden Lanze angeordnet Sie wird somit nicht verfälscht Der Bentonit dient als Plasti-

umfassen die Sonde für die Sauerstoffmessung, ein 45 fizierungs- und Bindemittel. Dadurch, daß der Träger

Thermoelement und einen elektronenleitenden Bad- selbst als Badkontakt dient, entfallen die Schwierigkei-

kontakt Die Technik der Messungen mit derartigen An- ten, die sich bisher beim Kontaktieren eines als separa-

ordnungen ist in der Schriftstelle »Stahl und Eisen« 95 ter Stift oder separates Formstück ausgebildeten Bad-

(1975), Heft 2, Seite 1084 wiedergegeben. kontaktes ergeben haben. Die Montage wird verein-

Bei einer bekannten Ausführungsform eines solchen 50 facht und die ganze Anordnung erheblich verbilligt. Die Meßkopfes besteht der Träger aus einem feuerfesten relativ geringe Wärmeleitfähigkeit verhindert einen zu keramischen Material, in dem die Sonde, der Badkon- großen Wärmetransport von der Vorderseite des Meßtakt sowie ein U-förmig gebogenes Quarzröhrchen für kop'es in die rückwärtigen Zonen, in denen der Träger das Thermoelement mit einem feuerfesten Kitt einge- in einem Kartonrohr gehalten ist, das natürlich an der setzt sind. Der Badkontakt besteht aus einem kurzen 55 Anlagefläche nicht ausbrennen darf, und in denen sich Stift aus Molybdändraht von etwa 3 mm Durchmesser. Anschlußteile aus Kunststoff befinden, deren Tempera-Es zeigt sich, daß dieser Stift häufig nicht standfest ge- tür ebenfalls niedrig gehalten werden muß.
nug ist, sondern von der Schmelze abgetragen wird, sei Die Verwendung von Graphit in einer keramischen es durch Abschmelzen, durch Lösung in der Schmelze Masse zur Erzielung einer elektrischen Leitfähigkeit ist oder durch Verdampfen von aus dem Material des Bad- eo für sich genommen aus der DE-OS 20 00 987 bekannt, kontakts und dem Sauerstoff der Schmelze gebildeten Hierbei geht es aber um Heizleiter für elektrische Heiz-MOO2. Eine Messung ist dann nicht mehr möglich, weil einrichtungen. Ein Schluß auf das Verhalten einer solder Badkontakt verschwunden ist. chen Masse in einer Metallschmelze ist nicht möglich.

In dem DE-GM 78 05 201 ist bereits versucht worden, Graphit in einer feuerfesten Masse ist ferner aus dem

als Badkontakt ein in das Bad hineinragendes Stück aus 65 Fachbuch »Refractory Materials: Their Manufacture

einem eine hohe Elektronenleitfähigkeit aufweisenden And Uses«, von Alfred B. Searle, 1950, Seiten 394,

metallkeramischen Material zu verwenden. Dessen Be- 514—515, 586—601, Charles Griffin & Company, Lon-

festigung und einwandfreie Kontaktierung mit den An- don, zur Herstellung von feuerfesten Steinen und söge-