DE2954228C2

DE2954228C2 -

Info

Publication number: DE2954228C2
Application number: DE2954228A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Anton Prof. Dr.-Ing.Habil. 4030 Ratingen De Fischer
Original assignee: Ferrotron Elektronik 4030 Ratingen De GmbH
Current assignee: Ferrotron Elektronik 4030 Ratingen De GmbH
Priority date: 1979-08-24
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1989-06-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßzelle der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Das solchen Meßzellen zugrundeliegende Meßprinzip ist in der Schriftstelle "Stahl und Eisen" 95 (1975), Heft 22, Seite 1084 wiedergegeben. Bei der gezeigten Aus führungsform sind das Thermoelement, die Sonde für die Sauerstoffmessung und der Badkontakt getrennt voneinander in einem gemeinsamen Meßkopf angeordnet. Dies kann Probleme hinsichtlich eines hinreichend schnellen Temperaturaus gleichs mit sich bringen. Bei der aus der GB-PS 13 81 976 bekannten Meßzelle sind die drei Elemente Temperatur messung, Sauerstoffaktivitätsmessung und Badkontakt in eine Meßeinheit integriert. Die Vergleichssubstanz be findet sich in einem isolierenden feuerfesten Rohr, welches an dem in die Schmelze eintauchenden Ende bis auf eine Öffnung geschlossen ist und in der Öffnung einen Stopfen aus dem Feststoffelektrolyten trägt, der mit der Vergleichssubstanz in dem Rohr in Verbindung steht. Das feuerfest isolierende Rohr ist von einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Cermet-Rohr umgeben, welches den Bad kontakt bildet. Diese Ausführungsform ist aufwendig und trotzdem in ihrer Funktionssicherheit verbesserungsfähig.

Die Erfindung geht von einer Ausführungsform aus, die durch die der nicht vorveröffentlichten DE-OS 28 33 397 zugrundeliegende Anmeldung zum Stand der Technik gehört. Bei dieser Ausführungsform sind bei einem als U-Rohr ausgebildeten Trägerrohr einer der Schenkel auf einem Längenabschnitt mit übereinander liegenden Beschichtungen mit dem Feststoffelektrolyten bzw. der Vergleichssubstanz und der andere Schenkel mit einem als Röhrchen ausgebildeten Badkontakt versehen.

Vergleichssubstanz und Feststoffelektrolyt haben hier bei zwar schon eine relativ geringe Schichtdicke, wodurch die Wärmeschockfähigkeit verbessert ist. Beim Eintauchen in die Schmelze erfährt die Meßzelle ja einen erheblichen Temperatursprung, der von den sehr spröden Materialien der Meßzelle nur ertragen werden kann, wenn durch entsprechende konstruktive Gestaltung dafür gesorgt ist, daß in der Meß zelle möglichst geringe Wärmespannungen auftreten.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß als Beschichtungen vorliegende Vergleichssubstanzen und Festkörperelektrolyte immer noch in manchen Fällen die Neigung zeigen, aufzureißen oder abzuplatzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärme schockfestigkeit der Meßzelle weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 bzw. 2 wieder gegebenen Erfindungen gelöst.

Die Ausbildung der Vergleichssubstanz bzw. des Fest stoffelektrolyten als Röhrchen vermeidet Wärmespannungen, die durch die beim Beschichten sich einstellende direkte Ver bindung zwischen den Schichten auftreten können. Die Röhrchen können lose bzw. nur an einem Ende durch die Abdichtung festgelegt auf dem Trägerrohr angeordnet sein und sich un abhängig von diesem ausdehnen. Dadurch verringern sich die Temperaturspannungen insgesamt und vereinfacht sich auch die Herstellung der Meßzelle.

Den Badkontakt als Röhrchen auszubilden, geht für sich genommen aus der US-PS 35 78 578 hervor. Das Röhrchen ist außenseitig einer Beschichtung eines oxydierten Nickeldrahtes mit einem Feststoffelektrolyten angebracht. Es handelt sich hierbei jedoch um eine Meßsonde anderer Art, d. h. ohne Trä gerrohr und ohne integrierte Temperaturmessung.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.

Fig. 1 und 2 zeigen Längsschnitte durch die Achse zweier Meßzellen.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 60 bezeichnete Meßzelle umfaßt ein U-förmiges gebogenes Trägerrohr 41 aus einem elektrisch isolierenden feuerfesten keramischen Material, zum Beispiel Quarz. Das Trägerrohr 41 enthält im Innern das Thermoelement 4 mit den Schenkeln 4′ und 4′′ und der im Scheitel des "U" befindlichen Schweißperle 6. Auf dem in Fig. 1 unteren Schenkel des "U" ist ein als Badkontakt dienendes Röhrchen 59 aus einer elektrisch leitenden Metall keramik angeordnet, welches über eine Ableitung 52 an die Meßvorrichtung angeschlossen werden kann. Auf dem gegenüber liegenden Schenkel des "U" sitzt ein Röhrchen 57 aus der Vergleichssubstanz, beispielsweise aus Cr/Cr₂O₃, welches zu einem Cermet versintert ist. In dem in die Schmelze ein tauchenden Bereich ist das Röhrchen 57 mit einer Beschichtung 48 aus einem Feststoffelektrolyten, beispielsweise aus mit CaO stabilisiertem Zirkonoxid, überzogen. Damit die Schmelze an dem eintauchenden, in Fig. 1 rechten Ende des Röhrchens 57 nicht mit der Vergleichssubstanz in Berührung kommt, was einen Kurzschluß verursachen und die Messung unmöglich machen würde, befindet sich an dieser Stelle eine hitzebeständige Abdichtung 58 aus einem keramischen, d. h. elektrisch nicht leitenden feuerfesten Kitt.

Es brauchen also bei der Meßzelle 60 auf den Schenkeln des U-förmigen Trägerrohrs 41 keine Beschichtungen angebracht zu werden, sondern müssen lediglich die Röhrchen 57, 59 aufge schoben werden. Die Röhrchen 57, 59 lassen sich relativ leicht herstellen und im Falle des Röhrchens 57 außen mit dem Fest stoffelektrolyten 48 beschichten.

Bei der Meßzelle 70 der Fig. 2 sind sowohl der Badkontakt als Röhrchen 59 als auch der Feststoffelektrolyt als Röhrchen 68 ausgebildet, die auf den beiden Schenkeln des U-förmigen Träger rohrs 41 sitzen. Das Röhrchen 68 beläßt zum Außenumfang des Trägerrohrs 41 allseits einen gewissen Abstand, beispiels weise etwa 1 mm. Der Abstandsraum ist mit der Vergleichs substanz 67 ausgefüllt. Damit die Schmelze nicht in Berührung mit der Vergleichssubstanz 67 kommt und einen Kurzschluß ver ursacht, ist das Röhrchen 68 durch eine Abdichtung 66 aus einem keramischen Kitt gegenüber dem Trägerrohr 41 und damit gegen die Schmelze abgedichtet.

Die Vergleichssubstanz 67 kann als Pulver vorliegen. Es ist aber auch möglich, die Vergleichssubstanz 67 als noch verformbare Beschichtung auf das Trägerrohr 41 aufzubringen und das Röhrchen 68 aus dem Feststoffelektrolyten dann unter Erzielung eines Kontaktes darüberzuschieben. Beispielsweise könnte die Vergleichssubstanz 67 mit einem Kunststoffbinder versetzt und ausgehärtet werden.

Zwischen der Schweißperle 6 und den Vergleichssubstanzen 57, 67 besteht bei den Meßzellen 60, 70 zwar ein gewisser Abstand, doch spielt dies keine Rolle, weil der Abstand gering ist und die Wandstärken des Trägerrohrs 41 und der Elemente 48, 57, 68, 67 gering sein sollen. Der Außendurchmesser des Trägerrohrs 41 einschließlich des Feststoffelektrolyten 48 bzw. 68 soll 6 bis 8 mm nicht übersteigen. Die Gesamtmasse der Meßzellen 60, 70 ist dadurch sehr gering, so daß eine geringe Wärmekapazität vorliegt und ein rascher Temperaturausgleich zur Schmelze und innerhalb der Meßzelle eintritt.

Claims

1. Meßzelle zur gleichzeitigen Ermittlung der Temperatur und der Sauerstoffaktivität von Schmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, unter Eintauchen der Meß zelle in die Schmelze,
mit einer festen Vergleichssubstanz bekannter Sauer stoffaktivität,
mit einem bei höheren Temperaturen überwiegend sauerstoffionenleitenden und vernachlässigbar elektronen leitenden Feststoffelektrolyten, der die Vergleichssub stanz von der Schmelze trennt, und
mit einem gemeinsamen feuerfesten nichtleitenden, als U-Rohr ausgebildeten Trägerrohr, welches in seinem Inneren das Thermoelement trägt, dessen Verbindungsstelle im Scheitel des "U" liegt,
welches auf einem Schenkel die Vergleichssubstanz trägt, die ganz durch eine weitere Beschichtung mit dem Feststoffelektrolyten überdeckt ist, und
welches auf dem anderen Schenkel einen als Röhrchen ausgebildeten Badkontakt aufweist, der von der Beschichtung mit der Vergleichssubstanz elektrisch isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichssubstanz als ein auf dem Trägerrohr (41) lose angeordneten Röhrchen (57) ausgebildet ist, das außen eine Beschichtung (48) mit dem Feststoffelektrolyten trägt sowie durch eine hitzebeständige Abdichtung (58) gegen eine Berührung durch die Schmelze geschützt ist.

2. Meßzelle zur gleichzeitigen Ermittlung der Temperatur und der Sauerstoffaktivität von Schmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, unter Eintauchen der Meß zelle in die Schmelze,
mit einer festen Vergleichssubstanz bekannter Sauer stoffaktivität,
mit einem bei höheren Temperaturen überwiegend sauerstoffionenleitenden und vernachlässigbar elektronen leitenden Feststoffelektrolyten, der die Vergleichssub stanz von der Schmelze trennt, und
mit einem gemeinsamen feuerfesten nichtleitenden, als U-Rohr ausgebildeten Trägerrohr,
welches in seinem Innern das Thermoelement trägt, dessen Verbindungsstelle im Scheitel des "U" liegt,
welches auf einem Schenkel die Vergleichssubstanz trägt, die ganz durch eine weitere Beschichtung mit dem Feststoffelektrolyten überdeckt ist, und
welches auf dem anderen Schenkel einen als Röhrchen ausgebildeten Badkontakt aufweist, der von der Beschichtung mit der Vergleichssubstanz elektrisch isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffelektrolyt als ein auf dem Trägerrohr (41) lose angeordnetes Röhrchen (68) ausgebildet ist, daß die Vergleichssubstanz (67) sich zwischen dem Röhrchen (68) und dem Trägerrohr (41) befindet und daß das Röhrchen (68) gegenüber dem Trägerrohr (41) mittels einer Abdichtung (66) gegen die Schmelze abgedichtet ist.