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Beschreibung
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Vorrichtung zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in geschmolzenem
Metall Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts
in geschmolzenem Metall sowie zur Probeentnahme des geschmolzenen Metalls.
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Kohlenstoffbestimmungsvorrichtungen für geschmolzenes Metall sind
an sich bekannt, z.B. aus den US-PS'en 3 559 452, 3 709 040, 3 748 908 und 3 685
359.
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Eine bekannte Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung, welche direkt zum
Zwecke der Messung des Kohlenstoffgehalts in das geschmolzene Metall einführbar
ist, hat im allgemeinen in einer oberen Seitenwand eines Probeentnahmebehälters
eine Eingangs öffnung.
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Ein Temperaturmeßfühler, der Phasenänderungstemperaturen des geschmolzenen
Metalls mißt und den Kohlenstoffgehalt bestimmt, weist im allgemeinen ein Thermoelement
auf, das in einem U-förmigen Quarzrohr eingeschlossen ist. Die An-
ordnung
des Temperaturmeßfühlers bringt Unzulänglichkeiten mit sich, die im folgenden erläutert
werden.
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Bei einer Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung, in welcher der Temperaturmeßfühler
im unteren Teil des Behälters angeordnet Ist, ist es schwierig; einen unteren Teil
einer Probe für eine Spektralanalyse usw. zu verwenden, da der Temperaturmeßfühler
im unteren Teil der Probe verbleibt.
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Darüber hinaus bildet sich an der Oberseite der erstarrten Probe normalerweise
ein Schrumpfhohlraum, so daß der für die Analyse zur Verfügung stehende Teil der
Probe sehr begrenzt ist. Dies ist ein Problem für den oben erwähnten Typ der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
Wenn der Temperaturmeßfühler andererseits im oberen Teil des Behälters angeordnet
ist und sich nach unten in die Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung erstreckt, ist
der Teil der für die Analyse zur Verfügung stehenden Probe groß genug R da im unteren
Teil der erstarrten Probe kein Temperaturmeßfühler verbleibt.
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Der im oberen Teil des Behälters angeordnete Temperaturmeßfühler unterliegt
jedoch einem thermischen und dynamischen Schock durch den anfänglichen Aufprall
der Strömung des geschmolzenen Metalls hoher Temperatur durch die Eingangsöffnung
in der oberen Seitenwand des Behälters.
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Aus diesem Grund kann der Temperaturrneßfühler zerstört oder gebogen
werden, wodurch die Messung des Kohlenstoffgehalts unmöglich oder ungenau wird.
Dies stellt ein grösseres Problem des oben erwähnten Typs der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
dar Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine zuverlässige Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
für geschmolzenes Metall zu schaffen, bei welcher eine Zerstörung oder
Verbiegung
des Temperaturmeßfühlers durch den anfänglichen Aufprall von geschmolzenem Metall
vermieden wird, so daß eine genaue Messung gewährleistet ist, mit welcher eine erstarrte
Probe genommen werden kann, von welcher ein größerer Teil für eine Spektralanalyse,
usw. zur Verfügung steht, bei welcher eine erstarrte Probe leicht aus dem Behälter
entfernt werden kann, bei welcher eine erstarrte Probe mit einer glatten Boden fläche
und ohne Schrumpfhohlraum an der Oberseite entnommen werden kann und mit welcher
der Kohlenstoffgehalt in geschmolzenem Metall von relativ höherer Temperatur als
bisher schnell bestimmt werden kann.
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Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des
Schutzbegehrens erreicht. In der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in einem oberen Teil eines Probeentnahmebehälters ein Temperaturmeßfühler
zum Erfassen der Phasenänderungstemperatur eines geschmolzenen Metalls vorgesehen
und eine Schutzeinrichtung ist mindestens teilweise zwischen einer Eingangs öffnung
in einer oberen Seitenwand des Behälters und dem Temperaturmeßfühler eingefügt.
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Die Schutzeinrichtung soll den thermischen und dynamischen Schock
verhindern, welcher auf den Temperaturmeßfühler im oberen Teil des Behälters durch
eine Strömung des geschmolzenen Metalls, wie dies in der Vergangenheit erfolgt ist,
einwirkt.
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist alle Vorteile
der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung des Typs auf, bei dem der Temperaturmeßfühler
im oberen Teil des Behälters angeordnet ist, und löst die Zuverlässigkeitsproblematik
der bekannten Vorrichtung.
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Darüber hinaus kühlt die Schutzeinrichtung, welche notwendigerweise
im oberen Teil des Behälters angeordnet
ist, die Strömung des geschmolzenen
Metalls in den Behälter, wodurch eine Verzögerung der Erstarrung des geschmolzenen
Metalls im oberen Teil des Behälters erzielt wird.
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Zur gleichen Zeit absorbiert die Wand der Probeentnahmekammer, d.h.
des unteren Teils des Behälters, die Wärme des Probemetalls und bewirkt die Erstarrung
der Probe.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfthrungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen: Fig.1 eine Querschnittsansicht einer
Probeentnahmelanze mit einer Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, Fig.2a eine Querschnittsansicht der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Fig.1, Fig. 2b eine Explosionsdarstellung
der Fig.2a, Fig.3 eine Querschnittsansicht einer Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig.4 eine Querschnittsansicht
einer Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, Fig.5 eine Querschnittsansicht einer Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig.6 eine
perspektivische Ansicht einer Schutzplatte, gezeigt in Fig.5,
Fig.7
eine Querschnittsansicht einer anderen Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung und Fig.8 eine Querschnittsansicht einer noch anderen Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In Fig.1 ist eine Lanze 41 gezeigt, in welcher eine Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
20 eingebaut ist (mit dem linken Ende der Figur nach unten) und welche ein Führungsrohr
42 aus Karton aufweist, dasin einem oberen Teil (entsprechend dem rechten Teil der
Figur) der Lanze 41 angeordnet ist und die Lanze 41 führt, wenn die Lanze 41 an
einer Halteeinrichtung (nicht gezeigt) befestigt wird.
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Darüber hinaus weist die Lanze 41 ein Zwischenrohr 43 aus Karton auf,
das fest in das untere Ende des Führungsrohres 42 eingeführt ist.
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Ein Außenrohr 44 aus Karton, das fest über das untere Ende des Zwischenrohres
43 geführt ist und die Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung 20 aufnimmt, welche auf
einem unteren Niveau innerhalb einer Bohrung in dem Außenrohr 44 durch Verwendung
eines Innenrohrs 45 aus Karton als Wärmeisolationswand gehalten wird.
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Um die Lanze 41 gegen thermische Beanspruchung zu schützen, wenn die
Lanze in geschmolzenes Metall eingetaucht wird, ist eine Bodenwand 51 aus hitzebeständigem
Material wie z.B. Keramik fest an den unteren Enden des Außenrohrs 44 und des Innenrohrs
45, d.h. am unteren Ende der Lanze 41 befestigt.
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Die Bodenwand 51 trägt eine Temperaturmeßeinheit 60 innerhalb einer
Bohrung derart, daß die Einheit sich teilweise über die Bodenwand hinaus erstreckt,
so daß die Temperaturmeßeinheit die Temperatur geschmolzenen Metalls in einem
Ofen
messen kann Wie sich noch deutlicher aus dem nachfolgenden ergibt, weist die Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
20 eine Temperaturmeßeinheit 21 auf zum Messen der Temperatur der Strömung geschmolzenen
Metalls in einen Behälter 31.
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Die jeweiligen Temperaturmeßeinheiten 21 und 60 sind elektrisch mit
Hilfe von Zuführungsdrähten 27 mit einem Anschlußteil 64 an einem Ende eines Anschlußrohres
63 verbunden. Das Anschlußteil besteht aus Karton und ist innerhalb einer Bohrung
des Zwischenrohres 43 an der Innenseite des Anschlußrohres 63 angeordnet.
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Das Anschlußteil 64 weist einen Vorsprung 65 auf, der sich nach oben
innerhalb der Bohrung des Zwischenrohres 43 erstreckt und elektrisch mit einem hohlen
Anschlußteil verbunden ist, das an einer Halteeinrichtung befestigt ist, wenn die
Lanze 41 auf dieser flalteeinrichtung installiert ist.
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Wie in der Zeichnung gezeigt, sind in verschiedenen Teilen der Lanze
Festlegungsbauteile 62 zur Festleaunq relativer Bauteile vorgesehen.
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Die Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung 20 weist einen Behälter 3 mit
einer Eingangsöffnung 32 an seiner oberen Seitenwand auf. Über eine Eingangsöffnungsführung
49 aus hitzebeständigem Material wie zoB. Keramik, welche die Seitenwände des Außenrohrs
44 und des Innenrohrs 45 durchquert, ist die Eingangsöffnung 32 mit einer Öffnung
in der Außenseite des Außenrohres 44 verbunden, die durch eine Seitenabdeckung aus
Karton, welche die Außenseite des Außenrohres 44 -überdeckt, geschlossen ist.
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In Fig.2a und 2b (die eine Explosionsdarstellung der Fig.2a ist) ist
die Rohlenstofibestimmungsvorrichtung 20
der Fig.1 gezeigt, welche
die Temperaturmeßeinheit 21, den Behälter 31, eine Behälterdeckplatte 37 und ein
Schutzrohr 36, wie weiter unten beschrieben wird, aufweist.
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Die Temperaturmeßeinheit 21 besteht aus einem Körper 22 aus hitzebeständigem
Material wie z.B. Keramik mit einem Flansch 23 und aus einem Temperaturmeßfühler
25, der an dem Körper 22 mit Hilfe eines hitzebeständigen Zements 24 befestigt ist
und sich nach unten zu einer Probeentnahmekammer 34a im Behälter 31 erstreckt, was
weiter unten beschrieben wird.
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Der Temperaturmeßfühler 25 ist von bekannter Bauart und weist ein
Thermoelement auf, das innerhalb eines geradlinigen Quarzrohres gehalten wird, und
ein Paar von Zuführungsdrähten, die sich von einer oberen Endfläche des Körpers
22 aus erstrecken.
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Der Probeentnahmebehälter 31 ist unterteilt in einen oberen Teil 33
und einen unteren Teil 34, begrenzt durch eine vorzugsweise aus Metall oder Keramik
bestehende Trennplatte 35. Am oberen Ende des Probeentnahmebehälters 31 ist eine
Öffnung 38 ausgebildet.
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Der Probeentnahmebehälter 31 hat also zwei durch die Trennplatte 35
definierte Kammern, wobei die obere Kammer 33a Eingangskammer und die untere Kammer
34a Probeentnahmekammer genannt wird.
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Die Eingangskammer 33a innerhalb des Behälters 31 steht mit dem Äußeren
über die Eingangs öffnung 32 in der Seitenwand des oberen Teils 33 in Verbindung,
während die Wand der Probeentnahmekammer 34a mit kleiner werdendem Durchmesser nach
unten verjüngt ist.
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Die vorzugsweise aus Metall bestehende Behälterdeckplatte 37 ist über
der Öffnung 38 des Probeentnahmebehälters 31
derart befestigt,
daß sie ein Schutzrohr 36 hält, das in ein mittiges Loch eingeführt wird, wie weiter
unten beschrieben wird.
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Das Schutzrohr 36 besteht aus wärmebeständigem Material, z.B. schwer
schmelzbarem Material wie z.B. Keramik, Quarz oder ein metallisches Material, welche
dem Einfluß geschmolzenen Metalls widerstehen.
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Das Schutzrohr 36 erstreckt sich von der Behälterdeckplatte 37 aus
in den Probeentnahmebehälter 31, wobei sein unteres Ende innerhalb eines Bereiches
R in Fig.2a zwischen ungefähr der unteren Kante der Eingangsöffnung 32 und dem Meßpunkt
des Temperaturmeßfühlers 25 und bei dem in Fig.2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel
über der Trennplatte 35 innerhalb des oben definierten Bereichs angeordnet ist.
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Der Grund dafür, daß das untere Ende des Schutzrohres 36 unterhalb
der unteren Kante der Eingangsöffnung 32 angeordiet ist, besteht darin, daß ein:
direktes Auftreffen der Strömung geschmolzenen Metalls auf den Temperaturmeßfühler
25 verhindert werden soll. Der Grund dafür, daß das untere Ende des Schutzrohres
36 oberhalb des Meßpunkts des Temperaturmeßfühlers 25 angeordnet ist, besteht darin,
daß der Meßpunkt in das geschmolzene Metall in der Probeentnahmekammer 34a ohne
Störung durch das Schutzrohr 36 für einen genauen Temperaturnachweis eingetaucht
werden soll.
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Das Schutzrohr 36 ist streng getrennt von der Außenseite des Temperaturmeßfühlers
25, der in der Mitte des Rohres 36 verläuft, wodurch eine Isolierkammer 54 gebildet
wird, um den Temperaturmeßfühler 25 gegen thermischen und dynamischen Schock durch
das strömende geschmolzene Metall zu schützen.
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Die beschriebene Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung arbeitet in folgender
Weise.
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Die Lanze 41 wird mit Hilfe der Halteeinrichtung geladen und dann
von ihrem Boden aus in das geschmolzene Metall eingetaucht.
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Nach Hindurchtreten durch das Gekrätz, das auf der Oberfläche des
geschmolzenen Metalls schwimmt, wird die Lanze 41 in das geschmolzene Metall eingetaucht,
wobei der Seitenüberzug 50, welcher die Eingangsöffnung 32 verschließt, nach dem
Durchgang durch das Gekrätz zerstört wird.
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Demzufolge tritt das geschmolzene Metall über die Eingangsöffnungsführung
49 und die Eingangsöffnung 32 in den Probeentnahmebehälter 31 ein.
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Obwohl das geschmolzene Metall zunächst in die Eingangskammer 33a
strömt, schützt das Schutzrohr 36 den Temperaturmeßfühler 25, der sich ins Innere
der Eingangskammer 33a erstreckt, gegen den thermischen und dynamischen Schock durch
das strömende geschmolzene Metall.
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Wenn das strömende geschmolzene Metall auf das Schutzrohr 36 trifft,
entzieht das Schutzrohr 36 dem strömenden geschmolzenen Metall Wärme und kühlt dieses
somit ab.
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Das strömende geschmolzene Metall wird über ein Loch 52 in der Trennplatte
35 in die Probeentnähmekammer 34a gefördert, geführt entlang des Schutzrohres 36
und des Temperaturmeßfühlers 25.
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In der Eingangskammer 33a ist normalerweise eine Beruhigungssubstanz
angeordnet, um die geschmolzene Metallprobe innerhalb der Eingangskammer 33a zu
beruhigen.
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Das geschmolzene Metall strömt in die Probeentnahmekammer 34a, um
diese zu füllen. Wenn dies geschieht, überwacht
der Temperaturmeßfühler
25 e dessen Meßpunkt innerhalb der Probeentnahmekammer 34a positioniert ist,die
Temperatur des geschmolzenen Metalls innerhalb der Probeentnahmekammer 34a und liefert
ihre Anzeige über Zuführungsdrähte 27 und das Anschlußteil 64 nach außen Die innerhalb
des Probeentnahmebehälters 31 vorhandene Luft wird über die Eingangsöffnung 32 freigegeben,
wenn das geschmolzene Metall in den Behälter eingeführt wird.
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Während dem geschmolzenen Metall innerhalb der Probeentnahmekammer
34a Wärme durch den Behälter 31 entzogen wird und das geschmolzene Metall allmählich
erstarrt, wird die Temperatur des geschmolzenen Metalls durch den Temperaturmeßfühler
25 von Zeit zu Zeit erfaßt.
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Wenn das geschmolzene Metall innerhalb der Probeentnahmekammer 34a
erstarrtE sendet das Schutzrohr 36 die Wärme, welche das Rohr bei der Einführung
des geschmolzenen Metalls absorbiert hatg aus, wodurch die Erstarrung des geschmolzenen
Metalls im oberen Teil des Behälters verzögert wird Demzufolge ist die innerhalb
der Probeentnahmekammer 34a erstarrte Probe frei von einem Schrumpfhohlraum in ihrem
oberen Teil Der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Metalls wird bestimmt durch
Temperaturveränderungen der erstarrenden Probe innerhalb der Probeentnahmekammer
34a in herkömmlicher Weise.
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Die Temperatur des geschmolzenen Metalls innerhalb des Ofens wird
durch die am unteren Ende der Lanze 41 eingebaute Temperaturmeßeinheit 60 erfaßt
Nach Beendigung des oben beschriebenen Meßverfahrens wird die Lanze 41 aus dem geschmolzenen
Metall angehoben und
die erstarrte Probe aus der Probeentnahmekammer
34a für eine Spektralanalyse usw. entfernt.
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In Fig.3 ist eine andere Ausführungsform der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
20 gezeigt, welche sich von derjenigen Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung, die in
Fig.2a und 2b gezeigt ist, wie folgt unterscheidet.
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Das untere Ende des Schutzrohres 36 ist unterhalb der Trennplatte
35 innerhalb des Bereiches R in Fig.2a positioniert.
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Das geschmolzene Metall im oberen Teil des Behälters kann bei einer
höheren Temperatur gehalten werden als bei der Ausführungsform in den Fig.2a und
2b, wohingegen die innerhalb des Isolierraums vorhandene Luft in die Probeentnahmekammer
34a abgeblasen wird und manchmal einen Blasenhohlraum in der Probe verursacht.
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Um dieses Abblasen zu vermeiden, ist in der Seitenwand des Schutzrohres
36 ein Loch 55 vorgesehen. Das Loch steht mit dem Isolierraum 54 in Verbindung,
der von dem Schutzrohr 36 und dem Temperaturmeßfühler 25 innerhalb der Eingangskammer
33a begrenzt ist. Die Luft innerhalb des Isolierraums 54 wird insbesondere über
das Loch 55 und die Eingangskammer 33a an der Eingangsöffnung 32 freigegeben.
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Der Isolierraum 54 kann nach außen im Verhältnis zur Vorrichtung 20
über einen im Flansch 23 ausgebildeten Luftkanal (nicht gezeigt) geöffnet sein.
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Wenn das geschmolzene Metall in den Isolierraum einströmt, wird die
innerhalb des Isolierraums 54 vorhandene Luft nach außen abgeblasen.
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Die Probeentnahmekammer 34a hat eine zylindrische Form.
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Diese Aus führungs form ist im wesentlichen vergleichbar mit der in
Fig.2a und 2b gezeigten Ausführungsform, ausgenommen die Einfachheit der Entfernung
der erstarrten Probe aus der Probeentnahmekammer 34a In Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform
der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung 20 dargestellt, welche der in Fig.2a und 2b
gezeigten Ausführungsform ähnlich ist, ausgenommen die nachfolgenden Aspekte.
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Das untere Ende des Schutzrohres 36 ist durch einen Stopfen 56 verschlossen,
welcher-den Temperaturmeßfühler 25 in dessen etwas unterhalb seines Mittelteils
liegenden Teil haltert.
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Dies ermöglicht eine festere Halterung des Temperaturmeßfühlers 25
als in den Fig.2a und 2b.
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Obwohl kein geschmolzenes Metall in den Isolierraum 54 eintritt, ist
der Isolierraum 54 mit dem Loch 55 versehen, um die sich aufgrund eines Temperaturanstiegs
im Isolierraum 54 ausdehnende Luft freizugeben.
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In Fig.5 ist eine andere Ausführungsform der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
20 gezeigt, welche sich von der in den Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsform
wie folgt unterscheidet.
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Anstelle des Einbaus des Schutzrohres 36 ist an der Behälterdeckplatte
37 eine bogenförmige Schutzplatte 39, die in Fig.6 gezeigt ist, befestigt.
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Diese Ausführungsform ist schlechter in ihren Abkühlungseigenschaften
zur Zeit der Einführung des geschmolzenen Metalls und in.der Eigenschaft, das geschmolzene
Metall im oberen Teil des Behälters warmzuhalten im Vergleich zu der in den Fig.2a
und 2b gezeigten Ausführungsform,
da die Schutzplatte 39 in Bezug
auf die Masse, Oberfläche usw. kleiner als das Schutzrohr 36 ist.
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Die Schutzplatte 39 gewährleistet jedoch ausreichende Wirkungen zum
Schutze des Temperaturmeßfühlers 25 und die oben erwähnten Probleme sind nicht kritisch,
z.-B., wenn die Temperatur des geschmolzenen Metalls relativ niedrig ist.
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Eine andere Ausführungsform der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
20, gezeigt in Fig.7,ist ähnlich wie diejenige Ausführungsform, gezeigt in Fig.2a
und 2b,mit Ausnahme des folgenden.
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Der Probeentnahmebehälter 31 weist keine Trennplatte 35 auf, so daß
keine bestimmte Unterscheidung zwischen der Eingangskammer 33a und der Probeentnahmekammer
34a vorliegt.
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Die Strömung des geschmolzenen Metalls von der Eingangsöffnung 32
zum Inneren des Behälters 31 trifft auf den unteren Teil des Behälters 31, ohne
auf den Widerstand der Trennplatte 35 zu stoßen, so daß diese Ausführungsform nachteiliger
als die in den Fig.2a und 2b gezeigte Ausführungsform ist in Bezug auf die Beruhigung
der Aktivität des geschmolzenen Metalls.
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Dieses Problem ist nicht kritisch und kann bis zu einem gewissen Umfang
durch eine geeignete Auswahl der Größen-und Formbeziehungen des Behälters 31, der
Eingangsöffnung 32 usw. vermieden werden.
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Der Temperaturmeßfühler 26 ist U-förmig und mit dem linearen Temperaturmeßfühler,
gezeigt in Fig.2a und 2b,austauschbar.
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Eine andere Ausführungsform der Kohlenstoffbestimmungsvorrichtung
20,
gezeigt in Fig.8, unterscheidet sich von der in den Fig.2a und 2b gezeigten in folgenden
Aspekten.
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Eine Schutzplatte 39 ist vorgesehen, die Trennplatte 35 jedoch weggelassen.
Diese Ausführungsform zeigt dieselben Unzulänglichkeiten wie die in den Fig.5 und
7 gezeigten Ausführungsformen, wobei diese Unzulänglichkeiten jedoch nicht schwerwiegend
sind entsprechend den Bedingungen des geschmolzenen Metalls.