DE3216554A1

DE3216554A1 - Verfahren und gefaess zur probenahme aus einem stahlbad

Info

Publication number: DE3216554A1
Application number: DE19823216554
Authority: DE
Inventors: Gotthard Dipl.-Ing. Dr. 6638 Dillingen Staats; Horst 6637 Nalbach Thome
Original assignee: Dillinger Huettenwerke AG
Current assignee: Dillinger Huettenwerke AG
Priority date: 1982-05-04
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1983-11-10
Also published as: JPS58223754A; US4603590A

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Form

Description

DR.-ING.W. BERNHARDT 6600 SAARBRÜCKEN. Kobenhüttenweg 43

PATENTANWALT .. TELEFON(OOeI) 65000

— 3 —

Aktien-Gesellschaft der Dillinger Hüttenwerke,
D-6638 Dillingen (Saar)

"Verfahren und Gefäß zur Probenahme aus
einem Stahlbad¹¹

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Probenahme aus einem Stahlbad, insbesondere für die Bestimmung des Aluminiumgehaltes, bei
dem ein Probegefäß mit einem Deckel in das Stahlbad getaucht wird,
der durch die Hitze und/oder den Flüssigkeitsdruck des Stahlbades
zerstört wird, und wieder herausgezogen wird und die Probe erstarren gelassen und entformt wird.

Ferner betrifft die Erfindung ein Probegefäß zur Durchführung des
Verfahrens.

Legierungselemente mit hoher Sauer Stoffaffinität, vor allem Aluminium,

bedürfen wegen des Abbrandes, dem sie durch die an der Badober- ί

fläche einwirkende Luft wie auch durch Luft aus den Porenräumen
und von den Oberflächen der feuerfesten Pfannenauskleidung ausgesetzt sind, einer genauen Überwachung durch Analyse.
Die Analysenergebnisse werden dabei jedoch durch die Probenahme ι

verfälscht. Im freien Rauminhalt des Probegefässes einschließlich J

ι etwa vorhandener Poren- u. dgl. Räume und absorbiert oder :

chemisorbiert an den Oberflächen der Probegefäßwandung befindet

sich Sauerstoff, von dem ein erheblicher Anteil Gelegenheit zur Ein- . j

- 4 - ■ ■ ί

Wirkung auf das Probematerial und damit zum Abbrand des darin vorhandenen Aluminiums erhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Probenahme bedingten Fehler des Analysenergebnisses zu vermindern.

Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das Probegefäß im wesentlichen vor dem Einfüllen der Probe entlüftet wird. Die Auswirkung der damit entfernten Luft auf das in der Probe gefundene Aluminium und andere Legierungselemente mit hoher Sauerstoff affinität ist bisher nicht erkannt und beachtet worden.

Die Entlüftung des Probegefässes ist z.B. in der Weise möglich, daß es vor der Verwendung evakuiert oder mit einem inerten Gas, das auch ein Edelgas sein kann, gefüllt wird.

Als eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, daß das Probegefäß eine Beigabe eines unterhalb der Stahlbadtemperatur siedenden Stoffes hoher Sauerstoffaffinität, vorzugsweise von Magnesium, erhalt. Der Stoff verdampft heftig, Magnesiumband z.B. fast explosionsartig, wenn die erste Stahlmenge eindringt. Die Entlüftung vollzieht sich jetzt hier in der Weise, daß der Sauerstoff der Luft sofort an das Magnesium gebunden und die Luft im übrigen durch die heftige Dampf entwicklung vollständig ausgetrieben v/ird. Der Einbruch der eigentlichen Probe durch den weiter zerstört en Deckel vollzieht sich erst anschließend. Die zuvor eingedrungene erste Menge der Schmelze ist dann schon am Boden des Probegefässes erstarrt. Sie vermischt sich nicht mehr mit der Probe. Der entweichende Magnesiumdampf löst sich in der Stahlschmelze kaum und läßt sie unverändert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhält das Probegefäß ferner die Beigabe eines oberhalb der Stahlbadtemperatur siedenden, im Stahlbad löslichen Stoffes hoher Sauerstoff äff inität, vorzugsweise von Zirkon.
Dieser zweckmäßigerweise gleichfalls in Form eines Bandes zuge-

gebene und nachher in der Probe gelöste Stoff fängt solchen in die Probe eindringenden Sauerstoff ab, der durch den verdampfenden Stoff nicht gebunden und/oder aus dem Probegefäß ausgetrieben werden konnte, wie an und ggf. in der Probegefäßwandung adsorbierten, chemisoroierten oder chemisch gebundenen Sauerstoff. Er wird zu diesem Zweck bevorzugt in vielfach größerer Menge beigegeben, als der Aluminiumgehalt der Probe beträgt.

Um die mit dem vorstehenden Verfahren erlangten Vorteile nicht durch Fehler an anderer Stelle zu entwerten, wird zur Durchführung des Verfahrens ein Probegefäß vorgeschlagen, das eine Wandung aus einem wärmeisolierenden, porösen Material mit einer Auskleidung aus dichtem Material aufweist.

In einem solchen Probegefäß bleibt die Probe langer im flüssigen Zustand als in den bekannten Bomben, Sonden usw.. Damit erhalten Aluminiumoxydpartikel die Zeit, aufzusteigen in einen für die Analyse nicht benutzten oberen Bereich der Probe, während sie sonst von der üblichen Spektralanalyse oder Röntgenfluorescenzanalyse erfaßt werden und Legierungsaluminium vortäuschen. Die Auskleidung aus dichtem Material schließt die Porenräume und die innere Oberfläche des wärmeisolierenden Materials von der Probe ab. Soweit durch konstruktiv bedingte Ritzen oder durch Temperaturschock o.a. entstandene Sprünge in der Auskleidung aus dichtem Material Sauerstoff aus dem porösen Material in die Probe dringen kann, dient die erwähnte im Stahlbad lösliche Beigabe, ihn zu binden.

Das neue Probegefäß läßt sich aber auch ohne die vorstehenden Verfahrensmaßnahmen mit Vorteil verwenden.

Als eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Probegefässes wird vorgeschlagen, daß das poröse Material gebundener Gießformsand ist, mit anderen Worten, daß das Probegefäß insoweit nach Herstellung und Eigenschaften einer Stahlgießform etwa gleichkommt.

Man erhält so die gewünschte wärmeisolierende Wandung auf eine einfache, kostengünstige Weise. Darüber hinaus läßt sich die Probe besonders leicht durch Zerschlagen des Probegefässes entformen.

Ferner bietet die Herstellung des Probegefässes aus Gießformsand die weiterhin vorgeschlagene Möglichkeit, die benötigte Halterung zum Befestigen des Probegefässes an einer Tauchstange einfach in die Wandung aus gebundenem Gießformsand einzuformen. Zur Erhöhung der Festigkeit kann man, sofern erforderlich, die Wandung aus gebundenem Gießformsand noch mit Blech ummanteln.

Für die Auskleidung aus dichtem Material wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß sie aus einem Hohlzylinder, vorzugsweise aus Silikaglas, und einem Boden, vorzugsweise aus Blech, besteht,, die in einer Einbettung aus mineralischem Leim liegen. Eine solche Auskleidung ist ebenfalls einfach in ihrem Aufbau und leicht zu zerschlagen.

Die Einbettung aus mineralischem Leim kann in zweckmäßiger Weise an ihrem oberen Rand flanschartig nach außen abgewinkelt und auf den oberen Rand der porösen Wandung gelegt sein und hier der Befestigung des Deckels des Probegefässes dienen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten, axialen Schnitt durch ein Probegefäß,

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht,
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt.

In einem mit einem Boden 1 versehenen Blechmantel 2 ist ein gleichfalls mit einem Boden 3 versehener dickwandiger Hohlzylinder 4 nach Art einer Stahlgießform aus Gießereiformsand geformt und mittels eines dafür üblichen Bindemittels verfestigt. Mit eingeformt sind zwei am unteren Ende einer Tauchstange 5 angebrachte Bügel 6, die, einander gegenüber, in dem Hohlzylinder 4 nahe dessen Rand verlaufen und in den Boden 3 umgebogen sind.

Über eine Zwischenschicht 7 aus mineralischem Leim sitzt in dem Hohlzylinder 4 ein an seinem unteren Ende durch eine Blechscheibe 8 abgeschlossenes Quarzrohr 9·

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Am oberen Ende liegt auf dem Quarzrohr 9 ein Blechdeckel 10. Er haftet ebenfalls an der Zwischenschicht 7, die zu diesem Zweck bei 11 flanschartig außen auf den oberen Rand des Hohlzylinders 4 herumgelegt ist.

In den von dem Cuarzrohr 9, der Blechscheibe 8 und dem Blechdeckel 10 begrenzten Hohlraum 12 sind ein Knäuel aus Magnesiumband 13 und ein Knäuel aus Zirkonband 14 eingelegt.

Die Menge des beispielsweise 3 mm breiten und 0,2 mm dicken Magnesiumbandes 13 beträgt bei der bevorzugten Größenordnung des Hohlraums von etwa 200 ml beispielsweise 2 g. Die Menge des Zirkonbands 14 ist etwa so bemessen, daß sie in der im Hohlraum 12 geschöpften Probe der Stahlschmelze gegenüber deren Aluminiumgehalt in fünf- bis zehnfachem Überschuß vorliegt.

Das beschriebene Probegefäß wird z.B. an einem gleichen, maschinell betätigten Tauchrohr aus Pappe angebracht wie die bekannten Tauchsonden.

Beim Eintauchen schmilzt der Blechdeckel 10 in der Hitze des Stahlbades. Er wird so dick bemessen, daß bei der gegebenen Absenkgeschwindigkeit die Stahlschmelze erst in der gewünschten Tiefe in den Hohlraum 12 durchbricht. Die erste eindringende Menge bringt das Magnesiunband 13 zu einer explosionsartigen Verdampfung, die den Sauerstoff chemisch bindet und die übrigen Luftbestandteile aus dem Hohlraum 12 austreibt und solange das Eindringen weiterer Schmelze durch den in diesem Zeitpunkt noch nicht ganz zerstörten Blechdeckel 10 verhindert. Erst anschließend füllt sich der Hohlraum 12 mit der Schmelze.

Nach z.B. 3 Sek. Verweilzeit in der unteren Stellung wird das Probegefäß wieder nach oben gezogen und nach dem Verlassen des Stahlbades z.B. etwa 5 bis 10 Sek. unbewegt gehalten, um die Probe erstarren zu lassen und zu verhindern, daß bei weiteren Bewegungen etwas herausschwappt.

Die später entformte Probe wird beispielsweise knapp unter ihrer

halben Höhe quer durchgeschnitten, und die Schnittfläche wird unter Weglassung eines Randbereiches für die Analyse herangezogen.

Wie schon angedeutet, konnten in der Zeitspanne, in der die Probemenge noch schmelzflüssig war, Aluminiumoxydpartikel in eine größere Höhe aufsteigen, so daß sie in der Schnittfläche nicht mehr in störender Menge auftreten. Neben der Wärmeisolierung durch den dickwandigen Hohlzylinder 4 aus gebundenem Gießformsand wird dies durch das verhältnismäßig große Probevolumen begünstigt, dem übrigens von dem erfindungsgemäßen Verfahren und Probegefäß her keine Grenzen gesetzt sind.

Mit der Auslassung des Randbereichs der Schnittfläche wird praktisch jegliches Aluminiumoxyd von der Analyse ferngehalten, das durch nach dem Füllen des Probegefässes von dessen Wandung in die Probemenge eindringenden Sauerstoff trotz des Zirkonzusatzes eventuell noch entsteht. Die Menge dieses Aluminiumoxyds dürfte aber ohnehin gering sein, zumal sich das Zirkon bei sonst gleichmäßiger Verteilung an den Grenzflächen anreichert.

Statt des Magnesiums kämen auch die anderen Erdalkalimetalle und die Alkalimetalle in Betracht, ferner Metallhydride sowie Zink.

Statt des Zirkons wären auch Hafnium, Titan, Siliziumlegierungen, Uran und Metalle der Scandium-Gruppe und der Lanthaniden möglich.

Die Zugabe könnte statt in Form von Band auch in Form von Spänen, Brocken, Pulver oder, z.B. mit Zink, als Überzug der Wand des Hohlraums 12 erfolgen.

Das Material des Hohlzylinders 4 könnte beispielsweise auch durch einen, gegebenenfalls feuerfesten, Leichtbeton mit einer Blähmasse als Zuschlag ersetzt werden.

Statt des Quarzrohres 9 könnte man auch ein Metallrohr verwenden, doch würde das nachher die Bearbeitung etwas erschweren.

Der Deckel 10 könnte auch eine Schwach stelle erhalten, durch die die erwähnte erste Menge der Stahlschmelze in Form eines genau

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bemessenen, örtlich fixierten, dünnen Stahles und ggf. in einer gleichfalls bemessenen zeitlichen Vorauseilung vor dem Durchschmelzen und/oder Durchbrechen des übrigen Deckels eindringt. In dem Blechdeckel läßt sich die Schwachstelle z.B. sehr einfach durch Eindrücken einer die Blechdicke verringernden Auswölbung, vorzugsweise mittig und nach oben, einrichten.

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Claims

Patentansprüche:

/ 1. !Verfahren zur Probenahme aus einem Stahlbad, insbesondere für die Bestimmung des Aluminiumgehaltes, bei dem ein Probegefäß mit einem Deckel in das Stahlbad getaucht wird, der durch die Hitze und/oder den Flüssigkeitsdruck des Stahlbades zerstört wird, und wieder herausgezogen wird und die Probe erstarren gelassen und entformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegefäß im wesentliche.! vor dem Einfüllen der Probe entlüftet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegefäß vor der Verwendung evakuiert oder mit einem inerten Gas gefüllt wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegefäß eine Beigabe eines unterhalb der Stahlbadtemperatur siedenden Stoffes hoher Sauerstoffaffinität, vorzugsweise von Magnesium, erhält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegefäß eine Beigabe eines oberhalb der Stahlbadtemperatur siedenden, im Stahlbad löslichen Stoffes hoher Sauerstoffaffinität, vorzugsweise von Zirkon, erhält.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beigabe in Form von Band in das Probegefäß eingelegt wird.
6. Probegefäß zur Probenahme aus einem Stahlbad, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Wandung (3,4) aus einem wärmeisolierenden, porösen Material mit einer Auskleidung (8,9) aus dichtem Material aufweist.

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7. Probegefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material gebundener Gießformsand ist, vorzugsweise mit einer Ummantelung (1,2) aus Blech.
8. Probegefäß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wandung (3,4) aus gebundenem Gießformsand eine Halterung (6) zum Befestigen des Probegefäßes an einer Tauchstange eingeformt ist.
9. Probegefäß nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus dichtem Material aus einem Hohlzylinder (9), vorzugsweise aus Silikaglas, und einem Boden (8), vorzugsweise aus Blech, besteht, die in einer Einbettung (7) aus mineralischem Leim liegen.
10. Probegefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem, vorzugsweise aus Blech bestehenden, Deckel (10) des Probegefäßes eine Schwachstelle eingerichtet ist, vorzugsweise in Form einer Auswölbung.