DE69014616T2

DE69014616T2 - Einschlusssensor für metallschmelzen zur kontinuierlichen verwendung.

Info

Publication number: DE69014616T2
Application number: DE69014616T
Authority: DE
Inventors: Roderick I. L. Montreal Quebec H3Z 2L6 Guthrie; Hidemasa Kashima-Gun Ibaragi Prf. 314 Nakajima
Original assignee: GUTHRIE RES ASS; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: GUTHRIE RES ASS; Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: WO1990013015A1; EP0469044A1; AU5534390A; ZA903235B; ATE114812T1; AU647021B2; KR0157221B1; KR920701811A; BR9007333A; CA2053298C; US5241262A; BR9007331A; EP0469044B1; CA2053298A1; DE69014616D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Ausmaßes an Einschlüssen in geschmolzenem Metall, wie abgeschiedene Sekundärphasenteilchen, Tropfen von Schlacke und/oder Luftblasen, während der Verfeinerung desselben, wobei alle Einschlüsse eine Diskontinuität des Stromflusses in der Fühlzone hervorrufen und daher durch Messen dieser Diskontinuität erfaßt werden können. Im Anschluß werden all diese Einschlüsse kollektiv, der Einfachheit halber, "Einschlüsse" genannt
Im allgemeinen haben all solche Einschlüsse eine mehr oder weniger verschlechternde Wirkung auf die benötigten technischen Eigenschaften des Metalls, und es ist mehr und mehr bedeutend geworden, akkurate Information über ihre Anzahl und Größe zu haben, um sicherzustellen, daß das Metall genügend "rein" für seinen gedachten Zweck ist, und auch um zu zeigen, ob die verwendeten Verfahren ein genügend "reines" Metall herstellen.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Der Bereich an geschmolzenen Metallen, für welchen die gegenwärtige Erfindung verwendet werden kann, ist breit und enthält geschmolzene Metalle, die einer Verfeinerung beim Stahl-Herstellen, Aluminiumverfeinerungen, Kupferverfeinerung, Titanverfeinerung, Magnesiumverfeinerung unterworfen werden, Legierungen dieser Metalle und dergleichen. Jedoch wird, in der folgenden Beschreibung, geschmolzener Stahl für die Stahlherstellung vornehmlich als Beispiel verwendet.

STAND DER TECHNIK

Eine bekannte Erfindung, die die gegenwärtige Erfindung betrifft, ist in U.S. Patentnr. 4,555,662, herausgegeben im November 1985, beschrieben, wobei dieses Patent eine quantitative Meßmethode für Einschlüsse offenbart und die Methode jetzt allgemein als Flüssigmetallreinheitsanalyse (LiMCA als Abkürzung) bezeichnet wird. Die LiMCA-Methode und die LiMCA-Vorrichtung wurden ursprünglich zum Nachweisen von nichtmetallischen Einschlüssen während der Aluminiumverfeinerung entwikkelt, aber ihre Anwendbarkeit bei der auf Eisen- und Stahlverfeinerung ist ebenfalls untersucht worden.
Die LiMCA-Methode wird manchmal auch als die Elektrische Zonenfühlmethode (ESZ als Abkürzung) bezeichnet, wobei das Prinzip der Methode ist, daß, wenn solch ein Einschluß, der in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit eingeschlossen ist, durch eine elektrisch isolierte Öffnung hindurchtritt, der elektrische Widerstand der Flüssigkeit, die durch die Öffnung fließt, sich proportional zu dem Volumen des Teilchens ändert. Die instantane Änderung des Widerstandes wird als ein Puls des elektrischen Potentials zwischen zwei Elektroden an sich gegenüberliegenden Seiten der Öffnung erfaßt, und die Anzahl und Größe der Teilchen kann direkt auf folgende Weise gemessen werden.
Zuerst, wenn angenommen wird, daß die Teilchen sphärisch sowie von einem Durchmesser d sind und die Öffnung zylindrisch mit dem Durchmesser D ist, ist die Änderung R des elektrischen Widerstands, wenn ein Teilchen durch die Öffnung hindurchtritt, durch folgende Gleichung gegeben:
ΔR = (4 d³)/(πD&sup4;) ... (1)
Dabei ist der elektrische Widerstand der Flüssigkeit.
Tatsächlich muß Gleichung (1) durch einen Korrekturfaktor F (d/D) korrigiert werden, der durch folgende Gleichung gegeben ist:
F(d/D) = [1 - 0,8(d/D)³]&supmin;¹ ... (2)
Daher kann ΔR tatsächlich durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
ΔR = (4 d³)/(πD&sup4;) x [1 - 0,8(d/D)³]&supmin;¹ ... (3)
Wenn der elektrische Strom durch die Öffnung I ist, dann ist der Puls ΔV des elektrischen Potentials, wenn ein Teilchen mit dem Durchmesser d durch die Öffnung hindurchtritt, durch die folgende Gleichung gegeben:
ΔV = I(ΔR) ... (4)
Ein bereits offenbarter Einschlußsensormeßfühler, der die oben beschriebenen Grundprinzipien anwendet und zum "kontinuierlichen" Gebrauch mit geschmolzenem Metall (z. B. für Perioden in der Länge von ungefähr 30 bis 40 Minuten) gedacht ist, umfaßt eine erste Innenelektrode, die innerhalb eines Quartzrohrs getragen wird und mit einer wassergekühlten Halterung verbunden ist. Eine Öffnung ist in einem Bereich des Quartzrohrs nahe dessen unteren Ende bereitgestellt. Das Rohr ist an der wassergekühlten Halterung unter Verwendung einer Dichtung angebracht, die den Verbindungspunkt zwischen denselben abdichtet. Die notwendige, zweite Außenelektrode besteht aus einem Stab, der von dem Meßfühler getrennt angeordnet ist und sich nahe der Öffnung ausbreitet.
Wenn eine Messung durchgeführt werden soll, wird das Innere der hohlen Elektrode, das als eine Kammer zum Aufnehmen des geschmolzenen Metalls dient, evakuiert, und das geschmolzene Metall wird durch die Öffnung nach innen gesaugt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Veränderung des elektrischen Widerstands zwischen der Innen- und Außenelektrode gemessen und durch herkömmliche Mittel verstärkt, und die Größe und Anzahl der Einschlüsse wird bestimmt. Wenn das Rohr ausreichend gefüllt ist, wird der Unterdruck durch einen Überdruck ersetzt, bis das Rohr leer ist, und der Arbeitszyklus kann so häufig wie möglich wiederholt werden, bis das Rohr ersetzt werden muß.
Der oben beschriebene Sensormeßfühler und andere werden verwendet, um "kontinuierliches" Messen mittels der LiMCA-Methode durchzuführen, um Einschlüsse in geschmolzenem Aluminium zu erfassen und die Teilchengrößenverteilungen zu bestimmen. Geschmolzenes Aluminium hat eine relativ niedrige Schmelztemperatur von ungefähr 700ºC, so daß eine Anzahl von unterschiedlichen Materialien zur Verfügung stehen, aus denen das Rohr (wärmebeständiges Glas und Quartz) und die Elektroden (Stahldraht) gemacht sein können. Jedoch ist die Arbeitstemperatur von Bädern aus geschmolzenem Metall für Metalle wie Eisen und Titan viel höher als für Aluminium (über 1550ºC), und bei solchen Temperaturen bestehen erhebliche Probleme aufgrund des Mangels an Wärmeresistenz des Meßfühlers und der Elektroden, so daß es schwierig ist, diese bekannten Sensoren zu verwenden. Es hat einige Einsätze von Sensoren dieses Types in Labormessungen von Einschlüssen in bestimmten, geschmolzenen Eisensiliziumlegierungen gegeben, wobei eine Temperatur in dem geschmolzenen Stadium von 1250ºC vorlag.
Um die LiMCA-Methode für geschmolzenen Stahl und dergleichen anzuwenden, ist es notwendig, die folgenden Probleme zu lösen.

ANFORDERUNG AN DEN FLUß VON GESCHNOLZENEM METALL IN UND AUS DEN MKßFÜHLERKÖRPER

Für die Temperaturen, bei welchen der Sensor arbeiten muß, ist es schwierig, Materialien zu finden, die die notwendigen Eigenschaften der elektrischen Isolation aufweisen und immer noch ausreichend mechanisch stark sind und hinreichend wenig kosten, um wirtschaftlich akzeptabel zu sein. Normalerweise würde man zum Überwinden dieses Problems alle möglichen Maßnahmen zum Kühlen des Meßfühlers und seiner Komponenten durchführen, dies ist aber nicht möglich bei einem Sensor, der dazu gedacht ist, kontinuierlich zu arbeiten, da das Metall, das zuerst eindringen soll, schnell ausfrieren würde und im Anschluß nicht entfernt werden könnte während des Teils des Arbeitszyklus, während dem der Sensor geleert wird zu Wiederverwendung. Daher muß zumindest der Teil des Meßfühlerkörpers, der das geschmolzene Metall aufnimmt, stets auf einer Temperatur gehalten werden, die hoch genug ist, daß Ausfrieren, oder selbst teilweises Kühlen des Metalls, um zu viskos zu werden, nicht auftreten kann, und es ist diese Forderung, die das Bereitstellen eines zufriedenstellenden Meßfühlers so schwierig macht und für welche die gegenwärtige Erfindung eine Lösung darstellt.

WÄRMERESISTENZ EINES FEUERBESTÄNDIGEN MEßFÜHLERKÖRPERS

Wenn ein Meßfühler in ein geschmolzenes Metall mit einem hohen Schmelzpunkt eingetaucht wird, wie geschmolzenes Stahl mit einem Schmelzpunkt von zumindest 1500ºC, kann die Temperatur, die von dem elektrisch isolierenden Meßfühlerkörper erreicht wird, den Erweichungspunkt des Materials, aus welchem derselbe hergestellt ist, übersteigen. Daher kommt es, wenn das geschmolzene Metall in den Meßfühler eingesaugt wird, und bevor ein einziger Arbeitszyklus abgeschlossen werden kann, zu einer Verbiegung oder Deformation des Meßfühlerkörpers, und demgemäß wird eine Messung unmöglich.
Es ist möglich einen Meßfühlerkörper aus einem Material, wie Bornitrid (BN), herzustellen, welches gut resistent gegenüber hohen Temperaturen ist. Jedoch ist solch ein Meßfühlerkörper extrem teuer (mehr als 10 mal die Kosten eines Quartzrohrs), und er ist daher zu kostspielig, um im kommerziellen Routinebetrieb verwendet zu werden.

SCHMELZSCHADEN DER INNENELEKTRODE UND SCHLECHTER ELEKTRISCHER KONTAKT AUFGRUND DER ADHÄSION VON SCHLACKE, ETC.

Bei bekannten Verfahren, von denen wir Kenntnis haben, werden stabförmige Elektroden, die aus Stahldraht (oder Stockmaterial), wärmebeständigen Legierungen oder dergleichen gemacht sind, als Innenelektrode benutzt. Jedoch, wenn das heiße Metall den Meßfühler betritt, selbst beim ersten Mal, erfährt die stabförmige Metallelektrode Schäden, und bei dem zweiten und jedem folgenden Mal kann die Elektrode so kurz werden, das es für die Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwierig wird, ihre Spitze zu erreichen, so daß kein elektrischer Kontakt erhalten wird und die Messung nicht durchgeführt werden kann.
Um diesem Problem Herr zu werden, wurden Versuche unternommen, elektrisch leitfähige, wärmeresistente Materialien, wie Graphit oder Zirkonborid (ZrB&sub2;), für die Innenelektrode zu verwenden. Jedoch bildet sich während der Messung eine Schlackeschicht auf der Oberfläche der Elektrode, die durch nichtmetallische Einschlüsse hervorgerufen wird, und dies führt zu solch schlechter elektrischer Verbindung, daß ein Messen unmöglich wird.

AUFRECHTERHALTUNG EINER LUFTDICHTIGKEIT ZWISCHEN MEßFUHLERKOPF UND MEßFÜHLERKÖRPER

Die Dichtung oder der O-Ring, der normalerweise zwischen dem Meßfühlerkopf und dem Meßfühlerkörper eingefügt ist, um den Verbindungspunkt zu dichten, ist natürlich aus einem wärmeresistenten Material gemacht. Im Falle eines Materials mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, wie Aluminium, gibt es ein entsprechend geringeres Problem bezüglich der Abdichtungsfähigkeit der Dichtung. Jedoch im Fall eines Metalls mit einem hohen Schmelzpunkt, wie geschmolzenes Stahl, werden, selbst wenn der Meßfühlerkopf wassergekühlt ist, die Dichtung oder der O-Ring schnell verschlechtert durch Wärmeleitung von dem Meßfühlerkörper und/oder Wärmestrahlung von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls, und als ein Resultat wird es schnell unmöglich, Luftdichtigkeit zum Inneren des Meßfühlers während der Messung aufrechtzuhalten.
In diesem Fall wird nicht nur die Messung unmöglich, aufgrund der Unmöglichkeit geschmolzenes Metall einzusaugen und zu entsorgen, sondern es wird auch schwierig, genau die Menge des geschmolzenen Metalls zu bestimmen, welche eingesaugt oder entsorgt wird, und eine genaue Messung der Konzentration der gemessenen Teilchen pro Einheitsvolumen wird unmöglich.

BESTÄNDIGKEIT GEGENÜBER SCHMELZEN DES WÄRMERISISTENTEN MEßFÜHLERKÖRPERS

Die Außenseite eines wärmebeständigen Meßfühlerkörpers wird korrodiert und Schmelzschäden ausgesetzt durch den Kontakt mit der Schlacke oder dem Flux, der normalerweise die Oberfläche des geschmolzenen Metalls bedeckt, und wenn Löcher gebildet werden, wird das Messen unmöglich. Um dies zu verhindern, wurde versucht, die Bereiche des Meßfühlerkörpers, die eingetaucht werden, komplett aus einem schlackeresistenten Material zu bilden, wie Bornitrid. Jedoch sind diese schlackeresistenten Materialien teuer, so daß bei diesem Vorschlag der Meßfühlerkörper teuer wird und seine Kosten kommerziell unwirtschaftlich werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Als ein Resultat verschiedenster Untersuchungen, die als Ziel hatten, diese Probleme zu lösen, haben die gegenwärtigen Erfinder die folgende Erfindung gemacht.
EP 0 165 035 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen und Messen von suspendierten Teilchen in einer Probe aus geschmolzenem Metall. Diese Vorrichtung ist zum Verwenden mit Metallen, die eine niedrigere Schmelztemperatur haben, wie Aluminium, gedacht.
In Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung wird ein Sensor zum Nachweisen von Einschlüssen in geschmolzenem Metall des Typs geliefert, der in geschmolzenes Metall eingetaucht wird und Einschlüsse darin durch das elektrische Zonenfühlverfahren bezüglich des Flusses von geschmolzenem Metall in sein Inneres erfaßt und einen Meßkopf und einen Meßkörper umfaßt, der von dem Meßkopf getragen wird, wobei der Meßkörper zum Eintauchen seines unteren Endes in das geschmolzene Metall, das den Meßkörper erwärmt, bewegbar ist; wobei der Meßkörper ein längliches Rohr aus elektrisch isolierendem Material, eine Innenelektrode, die aus einem elektrisch leitenden Innenrohr besteht, das an einer Innenwand des isolierenden Rohrs angebracht ist, und eine Außenelektrode, die aus einem elektrisch leitenden Außenrohr besteht, das an einer Außenwand des isolierenden Rohrs angebracht ist, umfaßt, besagte innere und äußere Elektrode physikalischen Halt für zumindest den Teil des isolierenden Rohrs bereitstellen, an welchem sie angebracht sind, und das isolierende Rohr sowie die Innen- und Außenelektrode Registrierungsöffnungen für den Fluß von geschmolzenem Metall in das Innere des Meßkörpers enthalten; dadurch gekennzeichnet, daß das längliche isolierende Rohr an den Meßkopf angreift, um denselben zu unterstützen, was zu einer Unterstützung des Meßkörpers durch den Meßkopf führt, um den Fluß der Wärme von dem Meßkörper zu dem Meßkopf zu verhindern; die Innenelektrode sich von dem unteren Ende des isolierenden Rohrs zu einer Stelle erstreckt, die zwischen dem unteren und dem oberen Ende des isolierenden Rohrs liegt und eine metallaufnehmende Kammer umfaßt, die an ihrem oberen Ende ein sich transversal erstreckendes, wärmeisolierendes Abdeckglied aufweist, das die Bewegung des geschmolzenen Metalls, das die Kammer betritt, in das obere Ende des isolierenden Rohrs verhindert und das obere Ende des isolierenden Rohrs von der Wärme des Metalls in der Kammer abschirmt; die Außenelektrode sich vor dem unteren Ende des isolierenden Rohrs zu einer Stelle erstreckt, die zwischen dem unteren und dem oberen Ende des isolierenden Rohrs liegt, und oberhalb des geschmolzenen Metalls, wenn der Meßkörper in das geschmolzene Metall eingefügt ist, die Außenelektrode an ihrem oberen Ende eine sich nach außen erstreckende Umfangsabschirmung aufweist, die das obere Ende des isolierenden Rohrs von der Hitze abschirmt, die von dem geschmolzenen Metall abgestrahlt wird.
Vorzugsweise ist der Meßfühlerkopf, der den Meßfühlerkörper stützt, wassergekühlt.
Das Material des Meßfühlerrohrs ist vorzugsweise Siliziumoxid, und das Material sowohl der Innen- als auch der Außenelektrode ist vorzugsweise Graphit.

AUFRECHTERHALTEN DER WÄRMERESISTENZ DES MEßFÜHLERKÖRPERROHRS

Daher kann die Wärmeresistenz des Meßfühlerkörperrohrs aufrechterhalten oder ersetzt werden, dadurch daß als die Innenelektrode ein Rohr aus einem Material mit einer Stärke bei hohen Temperaturen (d. h. einer Erweichungspunkttemperatur, die größer als die Temperatur des geschmolzenen Metalls ist) innerhalb des Meßfühlerkörperrohrs verwendet wird. Der Meßfühlerkörper wird daher gegen Unterdruck während des Ansaugens und Überdruck während des Evakuierens abgestützt, und selbst wenn das wärmeresistente Material des Meßfühlerkörperrohrs erheblich weich wird, wird das Rohr keine Verbiegung erleiden.

SCHMELZEN DER INNENELEKTRODE INNERHALB DES MEßFÜHLERS UND SCHLECHER ELEKTRISCHER KONTAKT AUFGRUND DER ADHÄSION VON SCHLACKE ETC.

Wenn die Innenelektrode als ein hohles, elektrisch leitendes Rohr aus wärmeresistentem Material ausgebildet ist, das in den Meßfühlerkörper eingefügt und so hergestellt ist, daß es als die Innenwand des Metallaufnahmegehäuses des Meßfühlerkörpers fungiert, arbeitet es nicht nur als Innenelektrode, sondern das Elektrodenmaterial bleibt bei der Elektrode und Schäden werden soweit wie möglich verhindert auf das Schmelzen hin. Außerdem wird der Oberflächenkontaktbereich mit dem geschmolzenen Metall erhöht, so daß schlechter elektrischer Kontakt reduziert wird. Auch der Aufbau des Meßfühlerkörpers ist vereinfacht.

AUFRECHTERHALTEN DER LUFTDICHTIGKEIT ZWISCHEN MEßFÜHLERKOPF UND MEßFÜHLERKÖRPER

Die folgenden Maßnahmen helfen beim Gegenwirken gegen dieses Problem.
(a) Durch Einfügen eines wärmeisolierenden, querverlaufenden Gliedes in das Meßfühlerkörperrohr an dem oberen Ende der Innenelektrode wird irgendeine abdichtende Abdichtung und/oder ein O-Ring von Wärmestrahlung des geschmolzenen Metalls, das in den Meßfühlerkörper fließt, isoliert und Wärmeverschlechterung kann daher reduziert werden.
(b) Zusätzlich oder alternativerweise kann, wenn der Meßfühlerkopf (und/oder ein Meßfühlerhalter, der den Meßfühlerkörper über ein Verbindungsglied zwischen dem Meßfühlerkopf und dem Meßfühlerkörper trägt) wassergekühlt ist, die Wirkung der Wärmestrahlung sowohl von innerhalb als auch von außerhalb des Meßfühlerkörpers auf die Dichtung und/oder den O-Ring minimiert werden.

BESTÄNDIGKEIT GEGENÜBER SCHMELZSCHÄDEN DES WÄRMERESISTENTEN MEßFÜHLERKOPFES

Wenn die Außenseite der Bereiche des wärmeresistenten Meßfühlerkörpers, die Kontakt mit der geschmolzenen Schlacke oder dem Flux haben können, mit einem schlackeresistenten Material geschützt sind, können Schmelzschäden des Meßfühlerkörpers von außen effektiv verhindert werden. Mit diesem Verfahren sind zwei unterschiedliche Ausführungsarten denkbar.
(A) Eine separate Außenelektrode wird verwendet, und ein nichtleitendes Außenrohr wird an dem Meßfühlerkörper angebracht, oder
(B) ein Außenrohr, das aus einem elektrisch leitenden feuerfesten Material hergestellt ist, wird an den Meßfühlerkörper angebracht. In diesem Fall kann das Außenrohr als eine Außenelektrode verwendet werden, und die Wärmebeständigkeit des Meßfühlerkörpers ist besonders verbessert.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die bekannte ESZ-Methode und die entsprechende Vorrichtung werden nun detaillierter beschrieben, und ein Meßfühler, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, wird nunmehr anhand eines Beispieles mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1(a) und Fig. 1(b) Illustrationen sind, die die Grundgedanken der Erfassung von Einschlüssen mittels der ESZ-Methode erklären;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines bekannten Einschlußsensormeßfühlers für kontinuierliche Messung ist, der die ESZ-Methode benutzt und eine separate Außenelektrode verwendet;
Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines Einschlußsensormeßfühlers der Erfindung ist; und
Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2 eines anderen bekannten Sensorfühlers ist.

BESCHREIBUNG DES BEKANNTEN VERFAHRENS UND DER BEKANNTEN VORRICHTUNG

Fig. 1a illustriert eine elektrisch isolierte Öffnung 10 mit einem Durchmesser D, die in einer Wand ausgebildet ist und durch welche eine elektrisch leitende Flüssigkeit 14, nämlich geschmolzenes Metall, fließt. Nichtleitende Einschlußpartikel 17 mit einem Durchmesser d sind in der Flüssigkeit eingeschlossen und fließen durch die Öffnung, wobei sie jeweils Anlaß zu einer entsprechenden Widerstandsänderung und demgemäß zu einer Änderung des Pulses des elektrischen Potentials ΔV geben, wie in Fig. 1b illustriert. Fig. 2 zeigt den Meßfühler des bekannten Einschlußsensors, der diese Grundsätze anwendet und von einem Typ ist, der eine separate Außenelektrode aufweist. In einigen Fällen ist ein Niveausensor innerhalb des Meßfühlerkörpers angebracht.
Ein Meßfühlerkörper 16, der vertikal von einem wassergekühlten Meßfühlerkopf 15 getragen wird, ist aus einem elektrisch isolierenden Rohr, beispielsweise, aus Quartz gebildet, wobei eine Öffnung 17 nahe seiner Spitze ausgebildet ist. Eine stabförmige Innenelektrode 18 durchläuft den Meßfühlerkopf 15, ist in das Innere des elektrisch isolierenden Rohrs eingefügt und erstreckt sich bis in die Nähe der Öffnung 17. Der Meßfühlerkörper 16 ist mit dem Meßfühlerkopf 15 in einer luftdichten Weise mittels einer Dichtung 19 verbunden. Die Innenelektrode 18 ist auch an dem Meßfühlerkopf 15 in einer luftdichten Weise mittels einer elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Dichtung 20 angebracht. Das Innere des Rohrs ist mit einem geeigneten Luftzufuhr- und Luftabfuhrsystem über eine Leitung 21 verbunden. Wenn der Meßfühlerkörper in geschmolzenes Metall eingetaucht ist, fließt dasselbe in und aus dem Rohr durch die Öffnung 17. Eine Außenelektrode 22 ist an einer Stelle angeordnet, die der Öffnung 17 gegenüberliegt.
Der Meßfühlerkörper 16 wird in das geschmolzene Metall eingetaucht, und dann wird das Ausströmungssystem betrieben, um ein Vakuum innerhalb des Rohrinneren herzustellen, wodurch ein Fluß des geschmolzenen Metalls in das Rohr hervorgerufen wird. Die Größe und Anzahl der Einschlüsse in dem Metall wird dann basierend auf der Änderung des elektrischen Widerstands zwischen der Innen- und Außenelektrode gemessen. Wie oben beschrieben, wird dieser Sensor zum Durchführen einer "kontinuierlichen" Messung mittels der LiMCA-Methode verwendet, um Einschlüsse in geschmolzenem Aluminium zu erfassen und zu messen.

BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Bei dem Sensor der Erfindung, der in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine zylindrische Innenelektrode 31 von einer zylindrischen Außenelektrode 32 elektrisch isoliert durch ein dazwischen angeordnetes, längliches Rohr 30 aus einem elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Material, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein Quartzrohr ist und den Meßfühlerkörper bildet. Der untere Bereich des Rohrs 30 ist mit einer Öffnung 33 genauso wie in Fig. 2 ausgerustet. Wenn der Meßfühler in geschmolzenem Metall eingetaucht ist und ein Vakuum an die Leitung 46 angelegt ist, wird geschmolzenes Metall in das Rohr 30 durch die Öffnung 33 eingesaugt. Das Rohr 30 wird von einer wassergekühlten Meßfühlerhalterung 35 an ihrem oberen Ende getragen, wobei eine druckdichte Dichtung 34 zwischen diesen Teilen angeordnet ist. Der Meßfühler wird in das und aus dem Metall durch einen geeigneten Handhabungsmechanismus (nicht gezeigt) bewegt, der an den Meßfühlerkopf 35 angebracht ist. Die Innenelektrode ist mit dem Elektrodenstab 36 und die Außenelektrode 32 mit dem Elektrodenstab 37 verbunden. Ein Abdeckglied 40 für das obere Ende des Innenrohrs bildet ein wärmeisolierendes Abschirmglied, das den oberen Bereich des Rohrs von der Wärme von dem geschmolzenen Metall in dem unteren Bereich abschirmt.
Das untere Ende der Innenelektrode ist mit einem ausgeformten Endbereich 43 ausgerüstet, der sich gut in das untere Ende des Rohrs einpaßt, während die Außenelektrode auch ausgeformt ist, um gut um das abgerundete, äußere Ende des Rohrs 30 zu passen. Die Innenelektrode ist mit einer Öffnung 44 und die Außenelektrode mit einer Öffnung 45 ausgerüstet, wobei diese Öffnungen die Öffnung 33 umgeben und durch sie das geschmolzene Metall hindurchtritt. Das untere Ende des Rohrs, welches in das geschmolzene Metall eingeführt wird, ist daher im wesentlichen komplett eingelegt, umschlossen und gehalten zwischen den beiden Elektroden 31 und 32, und nur der kleine Bereich benachbart zur Öffnung wird direkt dem geschmolzenen Metall ausgesetzt. Das Abschirmglied 40 ist mit einer Durchbohrung 47 ausgerüstet, durch welche das Vakuum und der Druck in dem Inneren der Metallaufnehmkammer 48 angelegt wird, und daher ist ebenfalls sichergestellt, daß Metall den Bereich des Rohrs 30 nicht bespritzen und erreichen kann, der nicht durch die Innenelektrode 31 und die Abdeckung 40 geschützt ist.
Das bevorzugte Material für die Innenelektrode 31 und das wärmeisolierende Glied 40 ist Graphit, das, während es ebenfalls elektrisch leitfähig ist, ausreichende mechanische Stärke bei den Temperaturen des geschmolzenen Metalls hat, um den Meßfühlerkörper gegen das Zusammenfallen auf grund des Weichwerdens abzustützen, wenn geschmolzenes Metall eingesaugt und herausgedrückt wird. Zusätzlich stellt die Innenelektrode einen großen Kontaktoberflächenbereich für das geschmolzene Metall innerhalb des Meßfühlerkörpers bereit und sichert guten elektrischen Kontakt.
Das wärmeisolierende Abschirmglied 40 verhindert das Überhitzen des Mittelbereichs des Meßfühlerkopfes 35 durch Abstrahlung des Metalls, und als ein Resultat ist die Verschlechterung und die Abnutzung der Dichtung 34 zumindest erheblich reduziert. Daher kann gute Luftdichtigkeit zwischen dem Meßfühlerkopf 35 und dem Meßfühlerkörper 30 während der Periode erreicht werden, während der der Sensor arbeitet, und das Einsaugen und Entsorgen des geschmolzenen Metalls in das bzw. aus dem elektrisch isolierenden Rohr 30 wird gleichmäßig durchgeführt. Außerdem kann der Druck innerhalb des Meßfühlerkörpers 30 genau gemessen werden, da eine gute Dichtung aufrechterhalten wird, und es ist möglich, genau die Menge des geschmolzenen Metalls zu bestimmen, die eingesaugt oder entsorgt wird, so daß ein akkurates Messen der Konzentration der Teilchen pro Einheitsvolumen durchgeführt werden kann.
Die elektrisch leitende, wärmeresistente Innenelektrode 31 wird daher verwendet für den Zweck des Erhöhens der Wärmeresistenzstärke des Meßfühlerkörpers, des Verhinderns der Adhäsion von Schlacke an den Innenseiten des Meßfühlerkörpers und zum Verhindern von Schmelzschäden an der Innenelektrode. Zusätzlich wird der Meßfühlerkopf 35 wassergekühlt, um zu messen und die Luftdichtigkeit zwischen dem Meßfühlerkopf und dem Meßfühlerkörper aufrechtzuhalten. Die Außenelektrode 32, die aus einem elektrisch leitenden, wärmeresistenten Material hergestellt ist, hat auch eine Beständigkeit gegenüber Schlackeerosion, so daß sie als eine Schlackeschutzschicht fungiert. Gleichzeitig, da sie sich zusammen mit dem Meßfühlerkörper 30 sich erstreckt, hilft es die Kompaktheit eines Einschlußsensors in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung zu erhöhen.
Das obere Ende des Rohrs 30, das nicht in das geschmolzene Metall eingetaucht wird, ist mit einem umschließenden Zylinder 42 aus Schlackeschutzmaterial ausgerüstet, und das Verhindern von Spritzern und dem Effekt der Wärmestrahlung von dem Bad auf das obere Ende kann auch verbessert werden durch den nach außen sich ausbreitenden Flansch 41 des Außenzylinders 32, wobei dieser Flansch effektiv eine Abgrenzung zwischen dem Teil des Sensors, der eingetaucht wird, und dem Teil, der stets oberhalb der Oberfläche des Bades verbleibt, liefert. Die Schlackeschicht kann stark in ihrer Dicke über einen Bereich von bis zu 1 bis 15 cm variieren, und eine typische Länge für das Rohr 30 ist 30 bis 40 cm mit einem Innendurchmesser von ungefähr typischerweise 4 bis 5 cm. Die Dicke der Innen- bzw. Außenelektrode ist typischerweise 4 bis 10 mm, noch üblicher ungefähr 6 mm.
Die Öffnung 33 kann mit einer dünnen Metallabdeckung 49 aus einem Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Metallbad ausgerüstet sein, die geschmolzen wird durch das geschmolzene Metall, sobald der Meßfühler in dem Bad ist, wobei die Abdeckung das Eindringen von Schlacke in die Öffnung 33 verhindert, während die Abdeckung durch die Schlackeschicht beim ersten Einführen in das Bad hindurchtritt. Ein geeignetes Material ist Aluminium von einer Dicke in dem Bereich von 0,1 bis 1,0 mm.
Die Größe der Öffnung 33, die notwendig ist, kann in einem relativ breiten Bereich variieren, abhängig von dem Material, dessen Reinheit untersucht wird und der Natur der Einschlüsse darin. Ein Minimalwert ist typischerweise 200 Mikron (1 Mikron = 1 um), aber es ist festgestellt worden, daß es manche Stahlsorten gibt, die Einschlüssen haben, die in einer Größe bis zu 250 Mikron gemessen worden sind, so daß Öffnungen in einer Größe bis zu 1,2 mm notwendig sein können. Einige der in Stahl aufgefundenen Einschlüsse, wie Aluminiumoxid und Aluminosilikate, sind bekannt dafür, eine Tendenz zu haben, an feuerbeständigen Materialien anzuhaften, und es ist notwendig, dies zu verhindern, da sich diese Materialien an der Öffnung ansammeln und dieselbe zumindest teilweise blockieren können. Eine möglichkeit zum zumindest teilweise Reduzieren dieses Effektes ist, die Öffnung so auszuformen, daß sowohl der Eingang als auch der Ausgang weich gerundet ist, wodurch Turbulenz und Rezirkulation des eintretenden Flusses so weit wie möglich verhindert wird; die Wahl des Materials für das Rohr 30 wird durch die Leichtigkeit der wirtschaftlichen Herstellung einer Öffnung mit solch einer Kontur beeinflußt werden. Es ist, beispielsweise, für ein Siliziumoxidrohr gefunden worden, daß es möglich ist, die Öffnung ökonomisch dadurch herzustellen, daß zuerst ein Loch unter Verwendung eines Diamantbohrers für Uhrmacher gebohrt wird und dann die Kanten des Loches mit einer Mikroflamme (Acetylensauerstoffgas) aufgeheizt werden, um teilweise mit dem Siliziumoxid zu verschmelzen und den Oberflächenenergiekräften zu erlauben, das Loch in die gewünschte Kontur zu formen. Die ursprüngliche Größe des Loches wird so ausgewählt, daß die gewünschte Endgröße der Durchführung erhalten wird. Bei einem langen, schmalen Rohr, wie es für den Meßfühler verwendet wird, kann der Eingang einfach auf diese Art ausgeformt werden, aber das Ausformen des Ausganges ist schwieriger, und um dies zu erleichtern, kann die Durchführung in einer scheibenförmigen Einfügung ausgeformt werden, die dann in eine Öffnung in der Wand des Rohrs, die die gleiche Größe aufweist, eingefügt wird.
Eine andere Überlegung bezüglich der Vermeidung von Turbulenz und demgemäß einer Möglichkeit der Verstopfung ist, die Reynolds-Zahl des Flusses kleiner als ungefähr 2000 zu halten, da unterhalb dieses Wertes der Fluß dazu neigt, turbulent zu werden, selbst wenn der Flußweg durch den Umriß der Öffnung "stromlinienförmig" gehalten wird. Die Reynolds-Zahl ist durch die Beziehung gegeben:
wobei = Dichte der Flüssigkeit,
U = mittlere Flußgeschwindigkeit,
d = Durchmesser der Öffnung und
u = Viskosität der Flüssigkeit.
Es wird zu sehen sein, daß und u durch das verwendete Verfahren festgelegt werden und nur U und d durch das Design des Meßfühlers bestimmt sowie eng miteinander verbunden sind. Die Wahl von d ist etwas in Abhängigkeit von der Größe der zu messenden Einschlüsse beschränkt, während der Wert von U durch die Druckdifferenz gesteuert werden kann, die verwendet wird, um das Metall zu bewegen. Wenn eine große Öffnung benötigt wird, kann es notwendig sein, ein relativ niedrigeres Druckdifferential zu verwenden, um den Fluß in dem gewünschten Ausmaß zu verringern.

MATERIALIEN - ELEKTRODEN

Um einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall und den Elektroden herzustellen, ohne den die LiMCA- Signale in einem Hintergrund aus elektrischem Rauschen verdeckt werden, ist es wichtig, daß ein so ausgeprägt wie mögliches Benetzen entlang des Stromweges zwischen den beiden Elektroden und der elektrischen Fühlzone dazwischen hergestellt wird. Bezüglich des Auswählens geeigneter Elektroden, ist festzuhalten, daß die Elektroden nicht mit der Schmelze reagieren dürfen, um ein elektrisch isolierendes Oxid oder eine andere nichtleitende Schicht zu bilden.
Graphit ist ein sehr bevorzugtes Material aufgrund seiner Kosten, kann aber Probleme hervorrufen, wenn das Metall beträchtlichen, gelösten Sauerstoff (z. B. über ungefähr 10 ppm enthält), da dann eine Tendenz besteht, daß CO-Blasen hergestellt werden, welche Nebensignale erzeugen oder selbst den Sginalweg komplett blockieren können. Eine hilfreiche Technik ist, einen kurzen, starken "Konditionierungs"-Strom zu verwenden, vor dem Anlegen des Teststroms, wie es bei der LiMCA- Technik gemacht wird, wobei man glaubt, daß dies beim "Ausbrennen" lokaler Bereiche der Oxide oder Gasfilme hilft, die ansonsten erhöhten elektrischen Widerstand zwischen der Elektrode und der Schmelze herstellen. In dem Fall von geschmolzenem Stahl, insbesondere mit Aluminiumberuhigter Stahl, das mit entsprechend niedrigen Sauerstoffniveaus, ist Graphit eine gute Wahl, da es ein annehmbar guter Leiter der Elektrizität ist und sich nur langsam in Stahl auflöst. Außerdem hat Graphit, in Schmelzen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, einen Kontaktwinkel, der nur wenig kleiner als 90º ist, d. h., es ist leicht benetzend, was wieder hilfreich ist. Der Nettoeffekt der Wahl von Graphit ist eine Elektrode, die praktisch instantan guten Kontakt herstellt. Außerdem ist es möglich, da Graphit bei typischen Stahlherstellungstemperaturen (1500 bis 1650ºC) nicht schmilzt, den gewünschten mechanischen Halt des Meßfühlerkörpers zu liefern. Siliziumoxid schmilzt bei ungefähr 1740ºC, aber es wird bestimmt etwas weicher bei Stahlbadbetriebstemperaturen, und daher benötigt es solch eine Abstützung.

MATERIALIEN - MEßFÜHLERKÖRPER

Ein bevorzugtes elektrisch und thermich leitfähiges Material für den Bereich des Meßfühlers, der die Öffnung 33 enthält, ist Quartzglas, trotz seines Weichwerdens, da es einfach erhältlich ist, geringe Kosten hat und relativ einfach zu einer konturierten Öffnung ausformbar ist. Außerdem wird Siliziumoxid chemisch von Eisen und Stahl angegriffen, und es scheint, daß die Öffnung durch den Fluß des Metalls durch sie gereinigt (erweitert) wird, so daß gute Signale erhalten werden. Der Einsatz eines hohen, anfänglichen Konditionierungsstroms ist außerdem nützlich, und es ist festgestellt worden, daß das Maximieren der Zeit des Kontakt zwischen dem Siliziumoxid und dem Stahl auch die Wirksamkeit zu verbessern scheint, was wiederum gegen eine zu schnellen Fließrat spricht.
Andere geeignete Materialien sind Bornitrid (BN) und Titanoxid (TiO&sub2;), aber diese beiden Materialien sind so viel teurer als Siliziumoxid, daß der Sensor kornmerziell unwirtschaftlich werden kann. Es ist berichtet worden, daß Bornitrid einen Kontaktwinkel mit Stahl bei 1550ºC von weniger als 50º hat, während Titanoxid einen Kontaktwinkel mit Eisen von 84º hat. Öffnungen werden leicht in Bornitrid hergestellt, aber das Ausformen von Kanten ist schwieriger; Schmelzen mit hohem Sauerstoffgehalt (z. B. größer als 1.000 ppm) sollten auch vermieden werden, da ansonsten das Bornitrid schnell korrodiert.
Die Erfindung wird nun detaillierter mittels der folgenden Beispiele beschrieben.

BEISPIELE

Bei einem ersten Beispiel wurde die Konzentration an Einschlüssen in geschmolzenem Stahlmetall gemessen, während ein Einschlußsensor der Erfindung mit dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau verwendet wird, wobei der Sensor einen Meßfühlerkopf 35 aus Aluminium, Elektrodenstäbe 36 und 37 aus Stahl, eine Innenelektrode 31 aus Graphit, eine Außenelektrode 32 aus Graphit, ein Rohr 30 aus elektrisch isolierendem Quartz und eine Abdichtung 34 aus wärmeresistenem Gummi hat.
Während eine Messung durchgeführt worden ist, war das geschmolzene Metall auf 1550º, und eine Schlackeschicht mit einer Dicke von 10 mm war auf dem geschmolzenen Stahl vorhanden. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung des geschmolzenen Stahls, und Tabelle 2 zeigt die Zusammensetzung der geschmolzenen Schlacke TABELLE 1: ZUSAMMENSETZUNG DES GESCHMOLZENEN STAHLS (GEW.-%) Al (aufgelöst) O&sub2; (gesamt) TABELLE 2: ZUSAMMENSETZUNG DER GESCHMOLZENEN SCHLACKE (GEW.-%)
Es ist gefunden worden, daß dieser Meßfühler der Erfindung kontinuierliches Messen durchführen konnte, ohne daß man Problemen begegnet ist während des Eintauchens in geschmolzenes Stahl für über 30 Minuten.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Bei diesem Beispiel wurde ein bekannter Einschlußsensor, wie in Fig. 2 illustriert, verwendet, der einen Meßfühlerkörper 16 aus einem Quartzrohr hat, um die Konzentration der Einschlüsse in geschmolzenem Stahl auf gleiche Weise und unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Beispiel 1 zu messen. Der Meßfühlerkörper 16 wurde in das geschmolzene Stahl eingetaucht, und nach ungefähr 3 Minuten wurde der Druck innerhalb des Meßfühlers auf 16,5 kPa reduziert, und das Ansaugen des geschmolzenen Stahls begann. Jedoch deformierte sich der Meßfühlerkörper 15 Sekunden nach dem Beginnen des Einsaugens und kollabierte, aufgrund der Temperatur des geschmolzenen Stahls, die seinen Erweichungspunkt überstieg, und aufgrund des Unterdrucks innerhalb des Meßfühlers, und das Messen wurde unmöglich. Der Meßfühlerkopf 15 wurde wassergekühlt, und die Dichtung 19 war nach dem Test immer noch unversehrt.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Bei diesem Beispiel wurde das Messen der Einschlüsse in geschmolzenem Metall auf gleiche Weise und unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 durchgeführt, wobei der in Fig. 4 gezeigte Einschlußsensor verwendet wurde. Dabei wurde ein zusammengesetzter Meßfühlerkörper verwendet, dessen unterer Teil 50, der in das Stahl eingetaucht wurde, aus Bornitrid (BN) hergestellt worden war, während der obere Teil 51, der mit dem unteren Teil 50 über ein Verbindungsglied 57 verbunden war, aus Siliziumoxid bestand. Die Innenelektrode 52 war aus Graphit, das von einem Zylinder aus Mullit umgeben war. Die separate Außenelektrode ist nicht gezeigt, aber die Innenelektrode 52 war mit einem Elektrodenstab 53 verbunden. Der zusammengesetzte Meßfühlerkörper 50, 51 wurde von dem Meßfühlerkopf 54 über ein Verbindungsglied 57 getragen, das mit einem O-Ring 56 ausgerüstet ist, wobei das Verbindungsglied mit einem wassergekühlten Meßfühlerhalter 58 verbunden war und von demselben getragen wurde. Das Bezugszeichen 59 kennzeichnet ein Strahlabschirmglied, das aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist, wie eine wärmeresistente anorganische Faser, und den O-Ring 56 vor Wärme von dem geschmolzenen Stahl schützt. Das Bezugszeichen 55 kennzeichnet die Fühlöffnung. Das Bad, welches gemessen wurde, umfaßte das geschmolzene Stahl und die geschmolzene Schlacke, wie für die Beispiele 1 und 2 beschrieben. Der Druck innerhalb des Meßfühlerkörpers wurde, wie bei Beispiel 1, ungefähr 3 Minuten nach dem Eintauchen des Meßfühlerkörpers auf 16,5 kPa reduziert, um das Einsaugen in Gang zu setzen. Als das Niveau des geschmolzenen Stahls innerhalb des Meßfühlerkörpers die Spitze der Innenelektrode erreichte, startete das Erfassen der LiMCA-Signale. Anschließende nachdem das Niveau des geschmolzenen Stahls innerhalb des Meßfühlerkörpers ein vorgeschriebenes Niveau erreichte, wurde das Einsaugen beendet, und das Innere des Meßfühlers wurde mit Argongas unter Druck gesetzt, so daß das geschmolzene Stahl entfernt wurde. Nachdem das Entleeren so gut wie abgeschlossen war, wurde geschmolzener Stahl wieder in den Meßfühlerkörper eingesaugt, und das Erfassen der Signale, aufgrund von Einschlüssen, wurde ein zweites Mal in Angriff genommen. Jedoch, selbst nachdem das Niveau des Stahls innerhalb des Meßfühlers die Innenelektrode 52 erreichte, wurde der Strom durch die Signalerfassungsschaltung extrem instabil, und die Oszillation der Grundlinie (Rauschen) auf einem Oszilloskop überstieg bei weitem die Peakhöhe der Signale aufgrund der Einschlüsse, und daher war das Erfassen und Messen der Signale unmöglich. Der Grund dafür war, daß, wenn das geschmolzene Stahl entfernt worden war, eine Schlackeschicht und eine Schicht aus Einschlüssen an der kompletten Oberfläche der Innenelektrode mit dem schmalen Durchmesser anhaftete, und die Leitfähigkeit der Elektrodenoberfläche war stark reduziert.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Bei diesem Beispiel wurde das Beispiel 1 wiederholt, außer daß der Meßfühler, der verwendet wurde, nicht mit einem wassergekühlten Meßfühlerkopf oder einer Strahlabschirmung ausgerüstet war. Das geschmolzene Bad, welches gemessen wurde, umfaßte das geschmolzene Stahl und die geschmolzene Schlacke, die in den Tabellen 1 und 2 beschrieben sind, bei 1550ºC. Der Meßfühlerkörper war in das geschmolzene Stahl für ungefähr 3 Minuten eingetaucht, wonach der Druck innerhalb des Meßfühlers auf 16,5 kPa reduziert und das Einsaugen und Erfassen sowie Messen der LiMCA-Signale begonnen wurde. 3 Minuten nach dem Beginn des Messens wurde es schwierig, das geschmolzene Stahl einzusaugen oder zu entfernen, und das Erfassen und Messen der Signale wurde unmöglich. Der Grund dafür war, daß der O-Ring, der aus wärmeresistentem Gummi hergestellt war, aufgrund der Strahlung und Wärmeleitung des geschmolzenen Stahls verbrannt war, und die Luftdichtigkeit des Inneren des Meßfühlers konnte nicht aufrechterhalten werden.

VERGLEICHSBEISPIEL 4

Bei diesem Beispiel wurde Beispiel 1 wiederholt, aber der Meßfühlerkörper, der benutzt wurde, war nicht mit einem Außenrohr ausgerüstet, und eine Außenelektrode wurde verwendet. Wie bei Beispiel 3 umfaßte das Bad das geschmolzene Stahl und die geschmolzene Schlacke, die in den Tabellen 1 und 2 beschrieben sind, bei 1550ºC. Ungefähr 3 Minuten nachdem der Meßfühlerkörper in das geschmolzene Stahl eingetaucht worden war, wurde der Druck innerhalb des Meßfühlers auf einen Druck von 16,5 kPa reduziert und das Einsaugen und Erfassen sowie Messen der LiMCA-Signale begonnen. Jedoch erlitt der Bereich des Quartzrohrs, der den Meßfühlerkörper bildete, der in Kontakt mit der geschmolzenen Schlacke war, 5 Minuten nach dem Beginnen des Messens Schmelzschäden, und es wurden Löcher darin gefunden, so daß ein folgendes Messen unmöglich wurde.
Als Zusammenfassung der obigen Resultate werden die nutzbaren Lebenszeiten der Messfühler in geschmolzenem Stahl und deren Einheitskosten in Tabelle 3 miteinander verglichen. Die gegenwärtige Erfindung ist nicht besonders billig bezüglich der Herstellungskosten, aber es kann gesehen werden, daß sie auf überwältigende Weise überlegen bezüglich ihrer nutzbaren Lebenszeit ist. TABELLE 3 Meßfühlertyp Dauer des Normalbetriebs vom Beginn des Einsaugens von geschmolzenem Stahl (Minuten) Kosten pro Meßfühler* (Preisindex) gegenwärtige Erfindung Vergleichsbeispiel mindestens Minuten Sekunden höchstens 2 Minuten (nur eine Messung möglich) * Bemerkung: Der Preisindex enthält nicht die Kosten für den Meßfühlerhalter oder den Meßfühlerkopf.
Es wird zu sehen sein, daß, wie oben beschrieben, ein Einschlußsensor in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung ein kontinuierliches Messen von Einschlüssen in einem geschmolzenen Metall, wie geschmolzenes Stahl, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, durchführen kann, und, da er ein kontinuierliches Messen für über 30 Minuten durchführen kann, kann gesagt werden, daß er für den praktischen Gebrauch ein überlegener Einschlußsensor ist.

Bezugszeichenliste

10 Stand der Technik - isolierte Öffnung
12 Stand der Technik - nichtleitende Teilchen
14 Stand der Technik - elektrisch leitende Flüssigkeit
15 Stand der Technik - wassergekühlter Meßkopf
16 Stand der Technik - Meßkörper
17 Stand der Technik - Öffnung
18 Stand der Technik - Innenelektrode
19 Stand der Technik - Rohr/Kopf-Dichtung
20 Stand der Technik - Kopf/Eletrode-Dichtung
21 Stand der Technik - Druck/Ausström-Röhre
22 Stand der Technik - separate Außenelektrode
30 Quartzrohr
31 Innenelektrode
32 Außenelektrode
33 Öffnung
34 Rohr/Kopf-Dichtung
35 wassergekühlter Meßkopf
36 Innenelektrodenstab
37 Außenelektrodenstab
38 Kopfelektrodendichtung
40 wärmeisolierendes Abschirmglied
41 wärmeabschirmender Flansch
42 Schlackeschutzgehäuse
43 Innenelektrodenende
44 Innenelektrodenöffnung
45 Außenelektrodenöffnung
46 Röhre zur Druck/Vakuum-Quelle
47 Bohrung für Druck/Vakuum-Durchführung
48 Metallaufnehmkammer
49 Öffnungsabdeckung
50 Stand der Technik - Meßkörperunterteil
51 Stand der Technik - Meßkörperoberteil
52 Stand der Technik - Innenelektrode
53 Stand der Technik - Innenelektrodenstab
54 Stand der Technik - Meßkopf
55 Stand der Technik - Öffnung
56 Stand der Technik - O-Ring
57 Stand der Technik - Verbindungsglied
58 Stand der Technik - wassergekühlter Meßfühlerhalter
59 Stand der Technik - Strahlungßabschirmung

Claims

1. Sensor zum Nachweisen von Einschlüssen in geschmolzenern Metall des Typs, der in geschmolzenes Metall eingetaucht wird und Einschlüsse darin durch das elektrische Zonenfühlverfahren bezüglich des Flusses von geschmolzenem Metall in sein Inneres erfaßt und einen Meßkopf (35) und einen Meßkörper (30, 31, 32) umfaßt, der von dem Meßkopfgetragen wird, wobei der Meßkörper zum Eintauchen seines unteren Endes in das geschmolzene Metall, das den Meßkörper erwärmt, bewegbar ist;

wobei der Meßkörper ein längliches Rohr (30) aus elektrisch isolierendem Material, eine Innenelektrode (31), die aus einem elektrisch leitenden Innenrohr besteht, das an einer Innenwand des isolierenden Rohrs angebracht ist, und eine Außenelektrode (32), die aus einem elektrisch leitenden Außenrohr besteht, das an einer Außenwand des isolierenden Rohrs angebracht ist, umfaßt, besagte innere und äußere Elektrode physikalischen Halt für zumindest den Teil des isolierenden Rohrs bereitstellen, an welchem sie angebracht sind, und das isolierende Rohr sowie die Innen- und Außenelektrode Registrierungsöffnungen (33, 34, 35) für den Fluß von geschmolzenern Metall in das Innere des Meßkörpers enthalten;

dadurch gekennzeichnet, daß:

das längliche isolierende Rohr (30) an den Meßkopf (45) angreift, um denselben zu unterstützen, was zu einer Unterstützung des Meßkörpers durch den Meßkopfführt, um den Fluß der Wärme von dem Meßkörper zu den Meßkopf zu verhindern;

die Innenelektrode (31) sich von dem unteren Ende des isolierenden Rohrs (30) zu einer Stelle erstreckt, die zwischen dem unteren und dem oberen Ende des isolierenden Rohrs liegt und eine metallaufnehmende Kammer (48) umfaßt, die an ihrem oberen Ende ein sich transversal erstreckendes, wärmeisolierendes Abdeckglied (30) aufweist, das die Bewegung des geschmolzenen Metalls, das die Kammer betritt, in das obere Ende des isolierenden Rohrs verhindert und das obere Ende des isolierenden Rohrs von der Wärme des Metalls in der Kammer abschirmt; die Außenelektrode (32) sich vor dem unteren Ende des isolierenden Rohrs (30) zu einer Stelle erstreckt, die zwischen dem unteren und dem oberen Ende des isolierenden Rohrs liegt, und oberhalb des geschmolzenen Metalls, wenn der Meßkörper in das geschmolzene Metall eingefügt ist, die Außenelektrode an ihrem oberen Ende eine sich nach Außen erstreckende Umfangsabschirmung (41) aufweist, die das obere Ende des isolierenden Rohrs von der Hitze abschirmt, die von dem geschmolzenen Metall abgestrahlt wird.

2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zylinder (42) aus schlackeschützendem Material, das um den oberen Teil des Meßkörpers (30, 31, 32) oberhalb der Außenelektrode (32) angeordnet ist, um den entsprechenden Teil des Meßkörpers von Schlacke auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls abzuschirmen, wenn der Meßkörper in das geschmolzene Metall eingefügt ist.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (33, 44, 45) in dem länglichen isolierenden Rohr (30) und der inneren und äußeren Elektrode (31, 32) von solch einer Größe sind, und Mittel zum Hervorrufen des Einfließens des Metalls durch die Öffnungen in den Meßkopf solch ein Druckdifferential herstellen, daß die Fließrate des geschmolzenen Metalls in den Meßkörper mit einer Reynolds-Zahl von weniger als 2,000 stattfindet.

4. Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (35), der den Meßkörper trägt, wassergekühlt ist.

5. Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das länglich isolierende Rohr (30) Kieselsäure umfaßt, und die Innen- und Außenelektrode (31, 32) Graphit umfassen.

6. Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper mit einem äußeren Abdeckglied (49) ausgerüstet ist. das die Öffnung (33) in dem länglichen isolierenden Rohr (30) abdeckt, wobei das Abdeckglied ein Material umfaßt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das geschmolzene Metall umfaßt, das Abdeckglied (49) dem Meßkörper erlaubt, durch eine Schlackeschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls hindurchgesteckt zu werden, ohne daß Schlacke in die Metallaufnehmkammer (48) eindringt.

7. Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (33) in dem länglichen isolierenden Rohr (30) einen ausgeformten Umriß und Eingangs- und Ausgangsöffnungen aufweist, die weich gerundet sind, um Turbulenzen des Flusses durch dieselben zu reduzieren.