DE3541806C1

DE3541806C1 - Appliance for determining physicochemical characteristics of metal melts, especially of steel melts

Info

Publication number: DE3541806C1
Application number: DE3541806A
Authority: DE
Inventors: Gustav Kolb
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1987-02-19
Also published as: BE905788A; SE8604993D0; SE8604993L

Abstract

The invention relates to an appliance for determining physicochemical characteristics of metal melts, especially of steel melts, which has a measuring head which can be plugged into a support tube, consists of a ceramic material, and in whose front an electrochemical cell, a contact electrode, and a thermoelement are provided as sensors, which are covered by a protective cap. In order to provide an appliance which makes it possible to improve by simple means the measuring accuracy of physicochemical characteristics of a metal melt or an iron or steel melt, it is proposed that, for the purpose of determining oxygen in steel melts, especially in steel melts in converters during steel production, the sensors (5, 6, 7), i.e. the electrochemical cell (5), the contact electrode (6) and the thermoelement (7) be arranged within a measuring chamber (K) which is formed by an annular element (3'), which in the axial direction projects beyond said sensors, on the measuring head (3), and the measuring chamber (K) be provided with venting ducts (8) which are situated in the measuring head (3) and open in the end face (4). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung physikalisch- chemischer Kenngrößen von Metall-, insbesondere Stahlschmelzen. Unter physikalisch-chemischen Kenngrößen werden dabei insbesondere die Temperatur, der freie Sauerstoffgehalt und der Kohlenstoffgehalt einer Schmelze verstanden.The invention relates to a device for determining physical Chemical parameters of metal, especially steel melts. Under physico-chemical parameters are in particular the Temperature, the free oxygen content and the carbon content understood a melt.

Für die Sauerstoffbestimmung bestehen derartige Vorrichtungen aus einem keramischen, in ein Tragrohr einsteckbaren Meßkopf, an dessen Stirn Meßfühler, wie Thermoelement, Kontaktelektrode und eine elek trochemische Zelle (EMK-Meßzelle) angeordnet sind. Zum Schutz gegen mechanische Einwirkungen und beim Eintauchen in die Schmelze durch die Schlackenschicht, sind die Meßfühler mit einer metallischen Schutzkappe geschützt.Devices of this type consist of oxygen determination a ceramic measuring head which can be inserted into a support tube, on the Forehead sensors, such as thermocouple, contact electrode and an elec trochemical cell (EMF measuring cell) are arranged. To protect against mechanical effects and when immersed in the melt the slag layer, are the sensors with a metallic Protective cap protected.

Zur Ermittlung des Gehaltes an aktivem oder freiem Sauerstoff in Metallschmelzen werden Meßköpfe eingesetzt, die am Ende des Trag rohres einer Lanze befestigt sind. Die Lanzen werden in das flüssige Schmelzbad eingetaucht. Bei diesen Messungen, auch EMK-Messung ge nannt, wird eine Zirkonoxyd-Zelle mit einem Referenzmaterial bestimm ter Sauerstoffaktivität benutzt. Als Kontaktelektrode dient z. B. ein Molybänstift. Das Thermoelement dient der Temperaturbestimmung der Schmelze. Ihre Kenntnis ist zur Ermittlung des tatsächlichen Sauer stoffgehaltes erforderlich. Mit diesen Sonden läßt sich der O₂-Ge halt, z. B. von Stahlschmelzen in einer Gießpfanne mit hinreichender Sicherheit bestimmen. Die Sonden, die in Kurzzeitmessungen eingesetzt werden - die Eintauchzeit der Sonden liegt dabei zwischen 6 und 10 Sekunden - sind für den einmaligen Gebrauch bestimmt. To determine the content of active or free oxygen in metal melts, measuring heads are used, which are attached to the end of the support tube of a lance. The lances are immersed in the molten pool. These measurements, also called EMF measurements, use a zirconium oxide cell with a reference material of certain oxygen activity. Z serves as the contact electrode. B. a molybdenum pencil. The thermocouple is used to determine the temperature of the melt. Their knowledge is necessary to determine the actual oxygen content. With these probes, the O ₂ -Ge can hold z. B. of molten steel in a ladle with sufficient certainty. The probes used in short-term measurements - the immersion time of the probes is between 6 and 10 seconds - are intended for single use.

Aus der DE-PS 28 42 136 ist eine Sonde für die Sauerstoffbestimmung bekannt, bei der die Meßfühler für Temperatur und Sauerstoff in der Stirn eines keramischen Grundkörpers in einer Ebene nebeneinander liegend angeordnet sind. Die elektro-chemische Zelle ist dabei mit einem dichtanliegenden, metallischen Schutzschirm umgeben.From DE-PS 28 42 136 is a probe for oxygen determination known in which the sensors for temperature and oxygen in the Forehead of a ceramic base body side by side in one plane are arranged horizontally. The electro-chemical cell is included surrounded by a close-fitting, metallic protective screen.

Aus der DE-OS 29 00 069 ist es bekannt, die an der Stirnseite des Meßkopfes angeordneten Meßfühler durch eine Schutzkappe abzuschirmen. Beim Eintauchen in das flüssige Metallbad schmilzt nach etwa 0,3-5 Sekunden die Schutzkappe. Die Meßfühler haben dann direkten Kontakt zur Schmelze. Benutzt man derartige Vorrichtungen zur Sauerstoffbe stimmung einer Stahlschmelze während des Schmelzprozesses, also z. B. im Konverter, so schmelzen die Schutzkappen zu einem Zeitpunkt auf, in dem das Schmelzbad starken Bewegungen unterworfen ist.From DE-OS 29 00 069 it is known that at the front of the Shield the measuring head arranged by a protective cap. When immersed in the liquid metal bath, it melts after about 0.3-5 Seconds the protective cap. The sensors are then in direct contact to melt. If such devices are used for oxygenation mood of a steel melt during the melting process, e.g. B. in the converter, the protective caps melt at a time, in which the weld pool is subject to strong movements.

Es hat sich in der betrieblichen Praxis gezeigt, daß die mit den be kannten Einrichtungen erhaltenen Meßergebnisse häufig unstetig und damit nicht eindeutig reproduzierbar sind, da auf dem Meßprotokoll starke Ausschläge zu verzeichnen sind. Vergleichsmessungen haben ge zeigt, daß im bewegungsfreien Schmelzbad die o. g. Unregelmäßigkeiten nicht auftreten.It has been shown in operational practice that the be Known facilities obtained measurement results often inconsistent and so that they are not clearly reproducible because of the measurement record there are strong rashes. Comparative measurements have ge shows that the above-mentioned. irregularities do not occur.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Meßtechnik ist, daß zusätzliche Kenngrößen des Schmelzbades, wie z. B. der Kohlenstoffgehalt oder andere Begleitelemente nicht gleichzeitig mit der Sauerstoffbestim mung erhalten werden können, da hierzu gesonderte Probenahmesonden erforderlich sind, die ebenfalls mit der Lanze in das Bad eingetaucht werden.Another disadvantage of previous measuring technology is that additional Characteristics of the melt pool, such as. B. the carbon content or other accompanying elements do not coincide with the oxygen determination can be obtained since separate sampling probes are used for this are necessary, which are also immersed in the bath with the lance will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, mit einfachen Mitteln die Meßsicherheit physikalisch-chemischer Kenngrößen einer Metall- bzw. Eisen- oder Stahlschmelze zu verbessern. The invention has for its object a device create, which allows the measurement certainty with simple means physical-chemical parameters of a metal or iron or Improve molten steel.

Bei einer Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1 wird die Aufgabe im Hinblick auf die Sauerstoffbestimmung in Metallschmelzen, insbesondere bei Stahlschmelzen im Konverter während des Stahlher stellungsprozesses erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßfühler, also die elektro-chemische Zelle, die Kontaktelektrode und das Thermoelement innerhalb eines Ringelementes am Meßkopf angeordnet sind. Das Ringelement erstreckt sich in axialer Richtung über die Meßfühler hinaus und bildet einen Meßraum. Dieser Meßraum ist mit Entlüftungskanälen versehen, die sich von der Stirnfläche des Meßkopfes durch diesen hindurch in das Papprohr erstrecken. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im bewegten Schmelzbad die sich darin befindenden Verunreinigungen, insbesondere Schlacke, mitgerissen und an der Meßsonde vorbeigeführt werden. Diese im wesentlichen oxydischen Verunreinigungen bewegen sich in unregelmäßigen Zeitabständen in unterschiedlicher Menge durch die Meßstrecke und verfälschen die Meßwerte bezüglich des zu ermittelnden, gelösten Sauerstoffgehaltes des Stahles. Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung schafft im Meßbereich einen Meßraum, in der die Schmelze an ihrer Bewegung gehindert wird. Die ruhende Schmelze in dem Meßraum verhindert die Zufuhr von Verunreinigungen von außerhalb zu der im Bereich der Meßfühler be findlichen Schmelze.In a device according to the preamble of claim 1 Task with regard to the determination of oxygen in molten metals, especially with molten steel in the converter during the steelmaking process Positioning process solved according to the invention in that the sensors, So the electro-chemical cell, the contact electrode and that Thermocouple arranged within a ring element on the measuring head are. The ring element extends in the axial direction over the Sensor and forms a measuring room. This measuring room is with Ventilation channels provided, which extend from the end face of the Extend the measuring head through this into the cardboard tube. The Invention is based on the knowledge that in the moving melt pool the impurities therein, in particular slag, carried along and led past the measuring probe. This in essential oxidic impurities move in irregular time intervals in different amounts by the Measuring section and falsify the measured values with respect to the determining, dissolved oxygen content of the steel. The Device designed according to the invention creates a in the measuring range Measuring room in which the melt is prevented from moving. The dormant melt in the measuring room prevents the supply of Contamination from outside to be in the area of the sensor sensitive melt.

Bei einem Hindurchführen der Vorrichtung durch auf dem Metallbad be findliche Schlacke ist das Ringelement mit einer metallischen, den Meßraum verschließenden Kappe versehen. In vereinfachter Ausführung kann diese Kappe auch durch ein ebenes metallisches Blech bestehen, das auf die Öffnung des Ringelementes aufgesetzt ist. Diese metal lische Kappe bzw. Abdeckung bewirkt, daß während des Durchstoßens der Schlackenschicht keine Schlacken in den Meßraum eindringen. Erst beim Eintauchen in die Stahlschmelze schmilzt diese metallische Abdeckung auf und der Meßraum wird frei für die Metallschmelze. Kurze Zeit nach dem Aufschmelzen der Metallabdeckung und Eindringen der Schmelze beruhigt sich die Schmelze innerhalb des Meßraumes und im Stahl enthaltene Schlackenteilchen haben Gelegenheit sich an der Stirnwand des Meßkopfes abzusetzen ohne die Messung zu beeinträch tigen. Das aus keramischem Material bestehende Ringelement, das, einem Deich vergleichbar, den Meßraum gegen das Eindringen weiterer Schlackenbestandteile aus der übrigen Schmelze schützt, kann in konstruktiv einfacher Weise entweder auf den Grundkörper axial auf geschoben oder bei der Herstellung des Grundkörpers als Rohrfortsatz vorgesehen sein.When the device is passed through on the metal bath sensitive slag is the ring element with a metallic, the Cap closing the measuring chamber. In a simplified version this cap can also consist of a flat metal sheet, which is placed on the opening of the ring element. This metal Lische cap or cover causes that while piercing the Slag layer no slags penetrate into the measuring room. First when immersed in the molten steel, it melts metallic Cover and the measuring room is free for the molten metal. A short time after the metal cover has melted and penetrated the melt, the melt calms down within the measuring space and Slag particles contained in steel have the opportunity to Remove the end wall of the measuring head without affecting the measurement term. The ring element made of ceramic material, the one Dike comparable, the measuring room against the ingress of others Protects slag components from the rest of the melt structurally simple way either axially on the base body pushed or in the manufacture of the base body as a tubular extension be provided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Sauerstoffbestimmung dadurch verbessert werden, daß das den Meßraum bildende Ringelement mit einem Deckel aus keramischem Werkstoff geschlossen und der Deckel mit Öffnungen für den Schmelzeneintritt versehen ist. Herstellungs technisch empfiehlt es sich, das Ringelement mit dem Deckel als ein stückiges Bauteil zu fertigen und mit dem Meßkopf fest zu verbinden. Die Öffnungen sollen sich bevorzugt in axialer Richtung des Meßkopfes erstrecken. Sie können nach innen konisch erweitert sein. Der Durch messer der Öffnungen sollte bevorzugt an der Eintrittseite 1-3 mm betragen. Eine Abwandlung ist dahingehend möglich, daß in den Deckel bevorzugt zwei größere Ausnehmungen vorgesehen sind, in die vorzugs weise zylindrische, keramische Einsätze mit einer entsprechenden An zahl von Öffnungen für den Schmelzeneintritt eingesetzt und befestigt werden. In diesem Fall kann auf die metallische Kappe verzichtet werden und es verbleibt nur die äußere Schutzkappe als Sicherheit gegen mechanische Einwirkungen. Diese keramische Kappe ist darüber hinaus mit Vorteil bei Probenahmesonden oder kombinierten Sonden, z. B. Sonden, wie sie in der DE-OS 30 39 027 beschrieben sind, zur Probenahme und Kohlenstoffbestimmung bei legierten Stahlschmelzen einsetzbar, da sich der Fortfall der metallischen Abdeckung in einer Verbesserung der Analysengenauigkeit der Stahllegierungselemente, wie Chrom und Nickel, bemerkbar macht. Es wurde gefunden, daß die ansonsten vorhandene metallische Kappe beim Aufschmelzen die erste in die Sonde eindringende Probenahmemenge "verdünnt", da diese metalli sche Kappe üblicherweise aus einem weichen, von Legierungselementen freien Stahlblech besteht. Durch diese Ausgestaltung der Vorrichtung wird verhindert, daß feinste, in der Schmelze befindliche Schlacken teilchen in den Meßraum eindringen können. Die Sauerstoffbestimmung wird damit noch sicherer. Diese Ausgestaltung der Meßeinrichtung ge stattet ferner die Durchführung der Kohlenstoffbestimmung für be ruhigte Stahlschmelzen nach der thermischen Analyse. Nach dem Ein dringen der Schmelze in den Meßraum durch die feinen Öffnungen der keramischen Abdeckung ist das Wärmeaufnahmevermögen der keramischen Abdeckung groß genug, um bei der Ausfahrt der Sonde aus dem Konverter das Auslaufen der Schmelze aus dem Meßraum zu verhindern. Während der Ausfahrt der Sonde aus dem Konverter und der fortschreitenden Er starrung der Schmelze in dem Meßraum kann der dabei auftretende Tem peraturverlauf aufgezeichnet werden und aus dem Temperaturverlauf in an sich bekannter Weise der Kohlenstoffgehalt der Schmelze ermittelt werden. Diese Kohlenstoffbestimmung liegt dann zeitlich nach der vorangegangenen EMK-Messung.In a further embodiment of the invention, the oxygen determination can can be improved in that the ring element forming the measuring space closed with a lid made of ceramic material and the lid is provided with openings for the melt inlet. Manufacturing technically it is recommended to use the ring element with the lid as a to manufacture lumpy component and firmly connect it to the measuring head. The openings should preferably be in the axial direction of the measuring head extend. They can be flared inwards. The through The diameter of the openings should preferably be 1-3 mm on the entry side be. A modification is possible in that in the lid preferably two larger recesses are provided in the preference wise cylindrical, ceramic inserts with a corresponding type Number of openings used for melt entry and fastened will. In this case, the metallic cap can be omitted and only the outer protective cap remains as security against mechanical influences. This ceramic cap is over it also advantageous for sampling probes or combined probes, e.g. B. probes as described in DE-OS 30 39 027 for Sampling and carbon determination for alloy steel melts can be used, since the loss of the metallic cover in one Improvement of the analysis accuracy of the steel alloy elements, like chrome and nickel. It was found that the otherwise existing metallic cap when melting the first in the probe penetrating sample quantity "diluted", since this metallic cal cap usually made of a soft, of alloying elements free steel sheet. This configuration of the device prevents the finest slag in the melt particles can penetrate into the measuring room. The oxygen determination it becomes even safer. This configuration of the measuring device ge also supports the implementation of the carbon determination for be smoothed steel melts after the thermal analysis. After the one penetrate the melt through the fine openings of the ceramic cover is the heat absorption capacity of the ceramic Coverage large enough to exit the probe from the converter to prevent the melt from escaping from the measuring space. While the exit of the probe from the converter and the progressive Er Rigidity of the melt in the measuring room, the tem temperature curve are recorded and from the temperature curve in the carbon content of the melt is determined in a manner known per se will. This carbon determination is then after the previous EMF measurement.

Mit dieser Meßtechnik ist es daher möglich, den Sauerstoffgehalt und den Kohlenstoffgehalt sowie die Badtemperatur des Stahles an einer Stelle des Bades gewissermaßen zeitgleich zu bestimmen.With this measuring technique it is therefore possible to determine the oxygen content and the carbon content and the bath temperature of the steel on one To determine the location of the bath at the same time.

Bei all den vorbeschriebenen Ausführungen ist der Meßraum mit einer Entlüftungsbohrung verbunden, die sich durch den Meßkopf erstreckt. In all the above-described versions, the measuring room is with a Vent hole connected, which extends through the measuring head.

Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit ist gegeben, wenn in weite rer Ausgestaltung der Erfindung diese Entlüftungsbohrung zu einem Durchlaufkanal für die in dem Meßraum eindringende Schmelze erweitert ist und im Anschluß an den Meßraum ein Hohlraum für die Aufnahme einer geringen Schmelzenmenge vorgesehen ist, der dann gleichzeitig als Probenraum für eine aus dem Stahlbad zu entnehmende Stahlprobe zur spektrometrischen oder naßchemischen Bestimmung weiterer Stahl begleitelemente Verwendung finden kann. Die Entlüftungsbohrungen sind dann in den die Probenahmekamer abschließenden Materialteil des Meßkopfes vorgesehen und finden ihre Ausgangsöffnung innerhalb des die Meßvorrichtung tragenden Tragrohres. Diese Ausführungsform erhöht nicht nur die Sicherheit hinsichtlich der Sauerstoffbestimmung, da in dem Meßraum selbst absolut schlackenfreie Schmelze behalten wird, sondern erhöht auch die Treffsicherheit der Temperaturmessung, da eine genügende Materialmenge durch den Meßraum strömt und ein unver fälschtes Bild der Temperatur der umgebenden Schmelze liefert. Das bei dieser Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich eine massive Mate rialprobe gewonnen wird, ist ein weiterer Vorteil der Erfindung ins gesamt.A further increase in the measuring accuracy is given if in wide rer embodiment of the invention this vent hole to one Flow channel for the melt penetrating into the measuring space expanded is and a cavity for the recording following the measuring space a small amount of melt is provided, which is then simultaneously as a sample room for a steel sample to be taken from the steel bath for the spectrometric or wet chemical determination of other steel accompanying elements can be used. The vent holes are then into the material part of the sampling chamber Measuring head provided and find their exit opening within the the supporting tube carrying the measuring device. This embodiment increases not only the safety regarding the oxygen determination, because in the measuring room itself is kept absolutely slag-free melt, but also increases the accuracy of the temperature measurement, because a sufficient amount of material flows through the measuring space and an un provides a false picture of the temperature of the surrounding melt. The in this embodiment of the invention, a massive mate rialprobe is another advantage of the invention ins total.

Hinsichtlich der Anordnung des Thermoelementes ist es als von Vorteil gefunden worden, die Lötstelle der Thermodrähte im geometrischen Mittelpunkt des Meßraumes anzuordnen.With regard to the arrangement of the thermocouple, it is advantageous have been found, the solder joint of the thermal wires in the geometric Arrange the center of the measuring room.

Dazu wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, das Thermoelement innerhalb der EMK-Zelle in bestimmter Weise anzuordnen, so daß mit ein und demselben Thermoelement sowohl die Badtemperatur gemessen und auch die Kohlenstoffbestimmung durch thermische Analyse durchgeführt werden kann. Bei einer EMK-Meßzelle, bestehend aus einem einseitig geschlossenen Rohr aus Zirkonoxid, darin deponiertem Refe renzmaterial mit bekanntem Sauerstoffpotential, in dem Referenzmate rial angeordneten metallischen Leiter sowie einem in dem Rohr be findlichen Thermoelement, wird die Anordnung erfindungsgemäß derart getroffen, daß in das Rohr ein mit Längskanälen versehener Stift eingesetzt ist, daß durch zwei der Längskanäle die Drähte eines Thermoelementes geführt sind, dessen Lötstelle außerhalb des Stiftes liegt und an dem Boden des Rohres anliegt und der Zwischenraum zwi schen Stift und Rohrboden mit feuerfestem, elektrisch isoliertem Material verfüllt ist und daß ferner der Stift mit einem zur Ober fläche offenen Kanal versehen ist, daß der Kanal mit dem Referenz material bekannten Sauerstoffpotential gefüllt ist und gleichzeitig den metallischen Leiter aufnimmt.For this purpose, it is proposed in a further embodiment of the invention that To arrange the thermocouple in a certain way within the EMF cell, so that with the same thermocouple both the bath temperature measured and also the carbon determination by thermal analysis can be carried out. With an EMF measuring cell, consisting of a tube made of zirconium oxide, closed on one side, containing refe reference material with known oxygen potential, in the reference material rial arranged metallic conductor and a be in the tube sensitive thermocouple, the arrangement according to the invention is such hit that in the tube a pin provided with longitudinal channels is used that through two of the longitudinal channels, the wires one Are guided thermocouple, the solder joint outside the pin lies and lies against the bottom of the tube and the space between pen and tube plate with fireproof, electrically insulated Material is backfilled and that the pin with one to the top surface open channel is provided that the channel with the reference known oxygen potential is filled and at the same time picks up the metallic conductor.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigt The invention is based on the drawings, the exemplary embodiments represent, explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Meßkopf zur EMK-Messung, Fig. 1 is a plan view of the measuring head to the EMF measurement,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß A-A nach Fig. 1, Fig. 2 shows a section according to AA of Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß B-B nach Fig. 4 als Draufsicht eines Meßkopfes für die Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Temperatur bestimmung, Fig. 3 shows a section BB of Fig. 4 to specifications of a measuring head for the oxygen, carbon and temperature as a plan view,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß C-C nach Fig. 3, Fig. 4 shows a section according to CC in Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine EMK-Zelle zur gleichzeitigen Temperaturbestimmung und Fig. 5 shows a longitudinal section through a cell EMF for the simultaneous determination of temperature and

Fig. 6 einen Schnitt gemäß D-D nach Fig. 4, Fig. 6 is a section DD of FIG. 4,

Fig. 7 einen Schnitt durch die einteilige Kappe mit den Schmelzeneintrittsöffnungen, Fig. 7 is a section through the one-piece cap to the melt inlet openings,

Fig. 8 eine Draufsicht nach Fig. 7. Fig. 8 is a plan view of FIG. 7.

In Fig. 1 und 2 ist der Meßkopf in ein Tragrohr 1 aus Pappe einge steckt, und zwar bis zu einer Schulter 2 des Meßkopfes 3. In der Stirnfläche 4 des Meßkopfes 3 sind in an sich bekannter Weise eine übliche EMK-Meßzelle 5, die dazugehörende Kontaktelektrode 6 und ein Thermoelement 7 angeordnet. Ferner sind in der Stirnfläche 4 die Öffnungen von Entlüftungskanälen 8 gelegen, die sich durch den Meß kopf 3 erstrecken und im Inneren des Tragrohres 1 münden. Der Meßkopf 3 erstreckt sich mit einem Außendurchmesser entsprechend der Schulter 2 als Ringelement 3′ in axialer Richtung über die Meßfühler 5, 6, 7 hinaus und bildet einen offenen Meßraum K. Der Meßkopf 3 ist nach Fig. 2 durch eine Schutzkappe 9 aus Stahlblech geschützt, die am Tragrohr 1 befestigt ist und diesen vor mechanischen Zerstörungen, z. B. beim Transport oder beim Auftreffen auf nicht gelöste Schlacken bildner auf der Stahlschmelze schützt. Um das Eindringen von flüssi ger Schlacke in den Meßraum K zu vermeiden, ist es von Vorteil, eine zusätzliche metallische Kappe 10 (Fig. 2) auf das Ringelement 3′ aufzustecken. Die Kappe 10 wird nach Durchstoßen der Schlackenschicht und dem Eintauchen in das Schmelzbad von flüssigem Stahl aufge schmolzen und gibt den Meßraum K frei. Diese Kappe 10 ist bei Mes sungen von schlackefreien Schmelzen, z. B. in Gießpfannen, nicht er forderlich.In Figs. 1 and 2, the measuring head is in a supporting tube 1 made of cardboard is inserted, up to a shoulder 2 of the measuring head. 3 In the end face 4 of the measuring head 3 , a conventional EMF measuring cell 5 , the associated contact electrode 6 and a thermocouple 7 are arranged in a manner known per se. Furthermore, in the end face 4, the openings of ventilation channels 8 are located, which extend through the measuring head 3 and open into the interior of the support tube 1 . The measuring head 3 extends with an outer diameter corresponding to the shoulder 2 as a ring element 3 ' in the axial direction over the sensors 5, 6, 7 and forms an open measuring space K. The measuring head 3 is protected according to FIG. 2 by a protective cap 9 made of sheet steel, which is fastened to the support tube 1 and protects it from mechanical damage, e.g. B. protects during transport or when hitting undissolved slag on the molten steel. In order to avoid the penetration of liquid slag into the measuring chamber K , it is advantageous to attach an additional metallic cap 10 ( FIG. 2) to the ring element 3 ' . The cap 10 is melted after piercing the slag layer and immersing it in the molten bath of liquid steel and releases the measuring space K. This cap 10 is in measurement solutions of slag-free melts, for. B. in ladles, not he required.

In Fig. 3 und 4 sind Weiterentwicklungen der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 dargestellt. Diese Weiterentwicklung kann mit Vorteil bei der einfachen EMK-Messung von Schmelzen im blasenden Konverter, insbesondere jedoch zur EMK-Messung und zusätzlicher gleichzeitiger Kohlenstoffbestimmung durch thermische Analyse wie auch der Badtem peraturmessung und Probenahme verwendet werden. Auch hier nimmt das Tragrohr 1 einen Meßkopf 3 bis zu dessen Schulter 2 auf. In der Stirnfläche 4 des Meßkopfes 3 sind die Kontaktelektrode 6 und mittig, jedoch in einer Erhebung 16 der Stirnfläche 4 eine EMK-Meßzelle 11 mit innerhalb der Meßzelle 11 gelegenem Thermoelement 12 (s. Fig. 5) angeordnet. Der Meßraum K wird in diesem Fall gebildet von dem Ring element 3′ und einem Deckel 3′′. Die Schmelze kann in diesem Fall durch Öffnungen 13 des Deckels 3′′ in den Meßraum K eintreten. Wie dargestellt, ist das Ringelement 3′ und der Deckel 3′′ in einem Stück aus einer Feuerfestkeramik gefertigt und auf den Meßkopf 3 aufge schoben und die Berührungsflächen miteinander verkittet bzw. zemen tiert. Die Öffnungen 13 weisen einen Durchmesser von 1 bis 3 mm auf, so daß einerseits ein Füllen des Meßraumes K mit Metallschmelze unter Zurückhalten auch von feinen Schlackenteilchen in der Schmelze gege ben ist und andererseits ein Leerlaufen des Meßraumes beim Ausfahren der Lanze vermieden wird. Dies ist wichtig im Hinblick auf die durchzuführende Kohlenstoffbestimmung während der Abkühlung des Me talls in dem Meßraum K. Es ist von Vorteil, im Hinblick auf die EMK-Messung, da auch feinste Schlackenteilchen die Sauerstoffbestim mung nicht beeinträchtigen können.In Fig. 3 and 4 are developments of the device according to FIGS. 1 and 2.. This further development can be used to advantage in the simple EMF measurement of melts in a blowing converter, but in particular for EMF measurement and additional simultaneous carbon determination by thermal analysis as well as bath temperature measurement and sampling. Here, too, the support tube 1 receives a measuring head 3 up to its shoulder 2 . In the end face 4 of the measuring head 3 , the contact electrode 6 and in the middle, but in an elevation 16 of the end face 4, an EMF measuring cell 11 with a thermocouple 12 located inside the measuring cell 11 (see FIG. 5) are arranged. The measuring space K is formed in this case by the ring element 3 ' and a cover 3'' . In this case, the melt can enter the measuring chamber K through openings 13 in the cover 3 '' . As shown, the ring member 3 ' and the lid 3''is made in one piece from a refractory ceramic and pushed onto the measuring head 3 and cemented the contact surfaces together or zemen. The openings 13 have a diameter of 1 to 3 mm, so that on the one hand a filling of the measuring chamber K with molten metal while restraining even fine slag particles in the melt is given and on the other hand an empty running of the measuring chamber is avoided when the lance is extended. This is important with regard to the carbon determination to be carried out during the cooling of the metal in the measuring space K. It is advantageous with regard to EMF measurement, since even the finest slag particles cannot impair the oxygen determination.

Auch bei dieser Ausbildung der Vorrichtung ist die metallische Kappe 10 vorgesehen, die den Deckel 3′′ mit Abstand überdeckt und auf dem äußeren Rand des Ringelementes 3′ aufgeschoben ist. Die Schutzkappe 9 wiederum umgibt den aus dem Tragrohr 1 herausragenden Teil des Meß kopfes 3 mit Abstand und ist am Tragrohr 1 befestigt.In this embodiment of the device, the metallic cap 10 is provided, which covers the cover 3 '' at a distance and is pushed onto the outer edge of the ring element 3 ' . The protective cap 9 in turn surrounds the part of the measuring head 3 protruding from the support tube 1 at a distance and is attached to the support tube 1 .

Soll die Einrichtung für beruhigte, hochlegierte Stahlschmelzen zum Einsatz kommen, ist es von Vorteil, die metallische Kappe 10 fortzu lassen und dafür den Deckel mit den eingesetzten, die Eintrittsöff nungen enthaltenden Zylindern zu verwenden, wie in Fig. 7 und 8 dar gestellt. Nach Fig. 7 und 8 besteht also die Kappe aus dem Ringele ment 3′ und dem Deckel 3′′. In den Deckel 3′′ sind zwei Ausnehmungen 24 eingearbeitet, die mit je einem zylinderischen Einsatz 25 ausge füllt sind. In den zylinderischen Einsatz sind dann die Öffnungen 13 für den Schmelzeneintritt enthalten.If the device for calm, high-alloy steel melts are used, it is advantageous to leave the metallic cap 10 and to use the cover with the inserted cylinders containing the inlet openings, as shown in FIGS. 7 and 8. According to FIG. 7 and 8. Thus, the cap from the Ringele element 3 'and the cover 3''. In the cover 3 '' two recesses 24 are incorporated, which are each filled with a cylindrical insert 25 . The openings 13 for the melt entry are then contained in the cylindrical insert.

Mit dieser Grundausführung kann der Sauerstoffgehalt der Schmelze, als auch der Kohlenstoffgehalt von bereits im Stahlschmelzofen be ruhigten Schmelzen mittels thermischer Analyse bestimmt werden. Bei entsprechender Größe des Meßraumes K kann gleichzeitig die Badtempe ratur der Schmelze ermittelt werden. Von Vorteil ist es jedoch für die Temperaturbestimmung des Bades innerhalb des im Tragrohr befind lichen Teiles des Meßkopfes 3 einen Hohlraum 14 vorzusehen, der die erste durch den Meßraum K strömende Metallmenge aufnimmt. Der Hohl raum 14 ist mit dem Meßraum K durch einen der zum Schmelzendurch flußkanal 15 im Durchmesser erweiterten Entlüftungskanäle 8 verbun den. Die in den Hohlraum 14 strömende Schmelzenmenge erwärmt auf ihrem Weg durch den Meßraum K dessen Begrenzungswände, so daß die mit der EMK-Meßzelle 11 ermittelte Temperatur die tatsächliche Badtem peratur angibt.With this basic design, the oxygen content of the melt, as well as the carbon content of melts already calmed in the steel melting furnace, can be determined by means of thermal analysis. With a corresponding size of the measuring space K , the bath temperature of the melt can be determined at the same time. However, it is advantageous to provide a cavity 14 for determining the temperature of the bath within the part of the measuring head 3 located in the support tube, which cavity receives the first quantity of metal flowing through the measuring chamber K. The hollow space 14 is connected to the measuring chamber K through one of the flow channels 15 with a diameter of melting through the ventilation channels 8 . The amount of melt flowing into the cavity 14 heats its boundary walls on its way through the measuring space K , so that the temperature determined with the EMF measuring cell 11 indicates the actual bath temperature.

Der Hohlraum 14 kann natürlich in bekannter Weise so gestaltet sein, daß eine gewünschte Form eines Probenkörpers der Schmelze erhalten wird. Ebenso ist es möglich, den Hohlraum 14 mit einem Thermoelement zu versehen und in dem Raum ein Desoxidationsmittel für die einlau fende Schmelze zu deponieren, um die Vorrichtung für die Sauerstoff bestimmung, Kohlenstoffbestimmung und Probenahme unberuhigter Schmel zen, z. B. aus dem LD-Konverter während des Blasens, geeignet zu machen.The cavity 14 can of course be designed in a known manner so that a desired shape of a sample body of the melt is obtained. It is also possible to provide the cavity 14 with a thermocouple and to deposit a deoxidizer for the incoming melt in the room in order to determine the device for oxygen determination, carbon determination and sampling of unoccupied melts, e.g. B. from the LD converter during blowing to make it suitable.

In den Fig. 5 und 6 ist die elektro-chemische Zelle bzw. EMK-Meßzelle 11 dargestellt, wie sie in einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 eingesetzt ist oder aber auch gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann. Die EMK-Meß zelle 11 besteht demgemäß aus einem einseitig geschlossenen Rohr 17 aus Zirkonoxid, in das ein Stift 18 eingesetzt ist. Der Stift 18 weist zwei in Achsrichtung verlaufende Längskanäle 19 auf, durch die die Drähte des Thermoelementes 12 geführt sind. Der Stift 18 besteht aus einem feuerfesten, elektrisch nicht leitenden Material. Die Löt stelle des Thermoelementes 12 liegt außerhalb des Stiftes 18 und an dem Boden des Rohres 17 an. Der Zwischenraum zwischen dem Stift 18 und dem Boden des Rohres 17 ist mit feuerfestem, elektrisch nicht leitendem Material ausgefüllt. Außerdem ist der Stift 18 mit einem zu seiner Oberfläche offenen Kanal 21 versehen. Dieser Kanal ist mit einem Referenzmaterial 22 mit bekanntem Sauerstoffpotential, z. B. aus Chrom-Chromoxid, gefüllt. In dieses Referenzmaterial 22 ist der metallische Leiter 23 eingebettet.Can be used in FIGS. 5 and 6, the electro-chemical cell or EMF measuring cell 11 is shown as it is used in a device according to Fig. 4, or also in FIG. 2. The EMF measuring cell 11 accordingly consists of a tube 17 closed on one side made of zirconium oxide, in which a pin 18 is inserted. The pin 18 has two longitudinal channels 19 running in the axial direction, through which the wires of the thermocouple 12 are guided. The pin 18 is made of a refractory, electrically non-conductive material. The soldering point of the thermocouple 12 lies outside of the pin 18 and at the bottom of the tube 17 . The space between the pin 18 and the bottom of the tube 17 is filled with refractory, electrically non-conductive material. In addition, the pin 18 is provided with a channel 21 open to its surface. This channel is provided with a reference material 22 with a known oxygen potential, e.g. B. made of chromium-chromium oxide. The metallic conductor 23 is embedded in this reference material 22 .

Reference list K measuring room
1 support tube
2 shoulder
3 measuring head
3 ′ ring element
3 '' lid
4 end face
5 EMF measuring cell / 11 electro-chemical cell
6 contact electrode
12/7 thermocouple
8 ventilation channels
9 protective cap
10 cap
11 see 5
12 see 7
13 openings
14 cavity
15 melt flow channel
16 survey
17 tube closed on one side
18 pen
19 longitudinal channels
20 refractory material
21 channel
22 Reference material
23 metallic conductor
24 recesses
25 cylindrical insert

Claims

1. Device for determining physico-chemical parameters of metal or steel melts, with a plug-in tube into a supporting tube made of a ceramic material, in the end of which an electro-chemical cell, a contact electrode and a thermocouple are provided as sensors, which are covered by a protective cap, characterized in that the sensors ( 5, 6, 7 ), i.e. the electrochemical cell ( 5 ), the contact electrode ( 6 ) and the thermocouple ( 7 ), are located inside for determining the oxygen of steel melts during the steel production process one of a ring element ( 3 ' ) projecting from this in the axial direction on the measuring head ( 3 ) and the measuring chamber (K) are arranged and the measuring chamber (K) with ventilation channels located in the measuring head ( 3 ) and opening in the end face ( 4 ) ( 8 ) is provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the ring element ( 3 ' ) with a cover ( 3'' ) made of ceramic material and the cover ( 3'' ) with openings ( 13 ) for the melt entry is seen ver.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the ring element ( 3 ' ) is provided with a metallic, the measuring chamber (K) , optionally including the ceramic cover ( 3'' ) over covering cap ( 10 ) and the Cap has a distance to the protective cap ( 9 ) on all sides.

4. The device according to claim 2, characterized in that the openings ( 13 ) in the cover ( 3 '' ) are arranged in the axial direction of the measuring head ( 3 ).

5. The device according to claim 4, characterized in that the openings ( 13 ) expand conically inwards.

6. The device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one ventilation channel ( 8 ) of the measuring chamber (K) is expanded in free cross section to a melt flow channel ( 15 ) and to a cavity ( 14 ) located in the support tube ( 1 ) of the measuring head ( 3 ) leads and the ventilation channels ( 8 ) from the cavity ( 14 ) into the free cross section of the support tube ( 1 ) are guided.

7. Apparatus according to claim 1 or 2 with an EMF measuring cell, be standing from a one-sided closed tube made of ZRO ₂ , reference material deposited therein with known oxygen potential , metallic conductor arranged in the reference material and a thermocouple located in the tube, characterized in that in the tube ( 17 ) with a longitudinal channels ( 19 ) pin ( 18 ) is inserted that through two of the longitudinal channels ( 19 ) the wires of a thermocouple ( 12 ) are guided, the solder joint is outside of the pin ( 18 ) and on the Bottom of the tube ( 17 ) and the space between the pin and tube sheet is filled with refractory, electrically insulating material ( 20 ) and that the pin is also provided with a channel ( 21 ) open to the surface, that the channel with the reference material ( 22nd ) known oxygen potential is filled and at the same time receives the metallic conductor ( 23 ).

8. Use of a ring element ( 3 ' ) and lid ( 3'' ) existing one-piece cap with inlet openings ( 13 ) in the lid ( 3'' ) as a shield for measuring and / or sampling probes for alloy steel melts in particular.

9. Device according to claims 2 and 8, characterized in that in the cover ( 3 '' ) at least one recess ( 24 ) is easily seen, which is closed with an insert ( 25 ) containing the openings ( 13 ).