DE7405180U

DE7405180U - Vorrichtung zur Probennahme von Metall-, insbesondere Eisenschmelzen

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Publication number: DE7405180U
Application number: DE7405180U
Authority: DE
Original assignee: WACHENFELD H
Current assignee: WACHENFELD H
Publication date: 1974-06-27

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Or.-lng. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte ■ -»ooo Düsseldorf 30 · Cecilienallee 76 · Telefon 43373a

14.Februar 1974 28 688 K

Firma Hugo Wachenfeld, 4000 Düsseldorf-Hafen, Bremer Straße 61

"Vorrichtung zur Probennahme von Metall-, insbesondre

Eisenschmelzen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Probennahme von Metall-, insbesondere Eisenschmelzen mittels eines einen Probenraum aufweisenden und mit einem zerstörbaren Deckel verschlossenen Tauchkörpers«

Der Entnahme von Proben für die spektrograf!sehe oder nasschemische Untersuchung kommt bei Metallschmelzen eine zunehmende Bedeutung zu, da einerseits das Ergebnis der Analyse sehr wesentlich von der Durchführung der Probennahme abhängt und andererseits die heute üblichen Schmelzbzw. Frischverfahren außerordentlich schnell ablaufen, so daß für die Probennahme, den Transport der Probe zum Labor, die Vorbereitung der Probe und die Durchführung der Analyse nur äußerst wenig Zeit zur Verfügung steht. Einem besonderen Zeitdruck unterliegen die sogenannten Vorproben, bei denen es sich um Proben handelt, deren Analyse den weiteren Verfahrensablauf bestimmen. Dies ist dadurch bedingt, daß die Frischreaktionen nach der Probennahme weiterhin ablaufen, so daß das Analysenergebnis um so mehr überholt ist, je längere Zeit zwischen Probennahme und Einlauf des Analysenergebnisses vergeht.

Besondere Bedeutung kommt der Bestimmung des Sauerstoffge

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haltes im Stahl zu. Gerade hierbei ergeben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten, wenn die Probe mit einem Löffel gezogen und in eine Aluminium zum Abbinden des gelösten Sauerstoffs enthaltende standkokille aus Kupfer gegossen wird. Die im Probenlöffel befindliche Probe kühlt nämlich nicht unerheblich ab, was angesichts der Temperaturabhängigkeit der Sauerstofflöslichkeit zu einer Verringerung des Sauerstoffgehaltes führt. Andererseits unterliegt eine in einem offenen Löffel befindliche Probe der Gefahr einer Oxydation durch den Luftsauerstoff insbesondere beim Gießen des Stahls in die Kokille, Schließlieh kommt es häufig auch zu einer ungleichmäßigen Verteilung der aus der Desoxydation entstehenden Tonerde. Die Folge davon sind in weiten Grenzen schwankende Sauerstoff gehalte.

lim die vorerwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, ist auch bereits versucht worden, dip s'robe in ein Kupferoder Quarzrohr zu saugen. Dies ist jedoch nur bei geringen Schmelzgewichten bzw. bei kleinen Ofeneinheiten möglich. In der Praxis kommen dabei häufig Vakuumpipetten zur Verwendung, bei denen es sich um evakuierte Quarzröhrchen mit einer .Ansaugkapillare handelt. Die Spitze der Ansaugkapillare ist mit Silberchlorid verschlossen, das beim Eintauchen in die Schmelze aufschmilzt, so daß diese unter dem Einfluß des Vakuums durch die Ansaugkapillare in die Pipette gelangen kann.

Da die Vakuumpipetten aus einem hochwertigen Material bestehen und sorgfältig evakuiert und verschlossen werden müssen, eignen sie sich wegen ihres hohen Preises nicht zu einem Masseneinsatz. Hinzu kommt, daß sie außerordentlich schlagempfindlich sind und beim Eintauchen in eine mit Schlacke bedeckte Schmelze der Silberchloridverschluß aufschmilzt, so daß die Gefahr eines Eindringens von

Schlacke in die Pipette besteht. Zufolge des im allgemeinen hohen Eisenoxydulgehaltes der üblichen Schlacken
führt dies zu einer starken Verfälschung des Analysenergebnisses,

Weit verbreitet sind in der Praxis auch weniger empfindliche Tauchkokillen aus einem oben offenen Hohlzylinder. Uni ein Eindringen von Schlacke beim Durchstoßen der
Schlackend*cke zu vermeiden, ist die Tauchkokille mit
einem Holzdeckel verschlossen. Da das Analysenergebnis
durch den in der Schlacke und im Stahl verbrennenden bzw« verkohlenden Holzdeckel in starkem Maße verfälscht werden kann, wird der Holzdeckel lediglich mit einem dünnen Eisendraht auf der Kokillenöffnung befestigt. Beim Durchstoßen der Schlackendecke schmilzt der Eisendraht auf und wird der Holzdeckel freigesetzt. Der Nachteil einer solchen Tauchkokille besteht einmal in deren erheblicher Masse, die zu einem starken örtlichen Abkühlen der Schmelze beim Eintauchen der Kokille und damit zu den obenerwähnten Schwierigkeiten führt. Zum andern muß der Holzdeckel zunächst von Hand mit Draht auf der Kokillenöffnung befestigt werden.

Schließlich besteht auch bei der Probennahme die Gefahr, daß sich der Deckel zu früh oder zu spät löst und alsdann Schlacke in den Hohlraum der Tauchkokille gelangt oder
das Analysenergebnis durch Aufnahme von Reaktionsprodukten des Holzdeckels verfälscht wird. Schwierigkeiten in
der Handhabung ergeben sich zudem daraus, daß die Tauchkokille zunächst umgekehrt durch die Schlackenschicht in die Schmelze eingeführt und alsdann gedreht werden muß,
weil der Schwerpunkt der Tauchkokille außerhalb der Achse des Stabes liegt, an dem die Tauchkokille befestigt ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu beheben und insbesondere eine

preiswerte Vorrichtung zu schaffen, mit der sich innerhalb kürzester Zeit reproduzierbare Proben ziehen lassen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, die erfindungsgemäß aus einem am unteren Ende mit einer Scheibe versehenen, einen Aufsteigkanal mit einer Kokille enthaltenden Feuerfestkörper besteht, der von eine vorzugsweise aus Pappe oder einer anderen preiswerten,feedingt feuerfesten Masse bestehenden Hülse umgeben sein kann. Der feuerfeste Körper kann zusätzlich noch eine Mischkammer enthalten. Die Kokille kann aus Sintermetall, Glas, keramischen Werkstoffen oder Blech bestehen.

Die Scheibe kann aus einem keramischen Material, gebundenem Sand oder Blech bestehen und verschließt die Mischkammern vorübergehend gegenüber der Schmelze. Sofern es auf höchste Aiaalys engenauigkeit ankommt, sollte die Scheibe nicht aus Blech bestehen, da das aufschmelzende Blech die Analyse verändern kann;es sei denn, es handelt sich um ein artgleiches Blech. Andererseits kann die Scheibe auch aus Aluminium bestehen, das gleichzeitig der Desoxydation der Schmelze bzw. dem Abbinden des Sauerstoffs dient. Dickere Blechecheiben besitzen vorzugsweise eine zentrische öffnung oder Sollschmelzzone_; um das Eindringen der Schmelze in den Mischraum zu erleichtern. Anstelle der Aluminiumscheibe kann auch ein Aluminiumdraht oder -stück in die Mischkammer gelegt werden.

Die Mischkammer ist vorzugsweise kegelstumpfförmig au?gebildet, um eine Erhöhung der Steiggeschwindigkeit der Schmelze und ein rasches Eindringen durch den Aufsteigkanal in die eigentliche Kokille zu ermöglichen;sie kann isolierend oder mit einer Schutzschicht ausgekleidet sein.Die Kokille besteht vorzugsweise aus Stahl und besitzt zwei symmetrische Hälften; sie entspricht in ihren Abmessungen der gewünschten Probe und besitzt demzufolge eine geringe Wärmekapazität.

Um ein Rückfließen der Schmelze aus dem Probekörper zu verhindern, kann der Aufsteigkanal zwischen der Mischkammer und der

Kokille mit einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit und »kapazität wie beispielsweise Kupfer, Eisen, Aluminium, Siliziumkarbid, Zirkon- und Chromoxyd umgeben sein; er ist im übrigen jedoch in ein die Hülse ausfüllendes feuerfestes Material eingebettet. Infolge der größeren Kühlwirkung erstarrt die Schmelze sofort an dieser Stelle, nachdem die Kokille gefüllt ist.

Die mit einem Deckel in üblicher Weise verschlossene Vorrichtung kann mit dem hinteren Hülsenende auf eine Stange gesteckt und sehr schnell durch die Schlackenschicht in die Schmelze gestoßen werden. Dabei schmilzt augenblicklich der Deckel und gegebenenfalls auch die Scheibe auf, so daß das Metall in die Mischkammer eindringen und mit dem dort befindlichen Aluminium reagieren kann. Von der Mischkammer gelangt das Metall durch den Aufsteigkanal in die Kokille, wo ee augenblicklich erstarrt. Nach dem Herausziehen der Vorrichtung aus der Schmelze braucht lediglich die Hülse mit der feuerfesten Füllung zerschlagen und die Kokille auseinandergenommen zu werden, aus der die Probe dann ohne weiteres herausfällt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fix. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine erfinduiigs- ί

gemäße Vorrichtung mit kegeistumpfförmiger Mischkammer, ι

Fi,g. 2 einen axialen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Mischkammer und

Fig. 3 einen axialen Längsschnitt durch eine erfindungagemäße Vorrichtung ohne Hülse.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer mit einem Deckel 1 verschlossenen Papp- Ader Keramikhülse 2. Die Hülse ist mit einer Lochscheibe 3 verschlossen, der benachbart eine Aluminiumscheibe 4 für die Desoxydation der Probe angeordnet ist.

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Oberhalb dor Aluminiumscheibe 4 befindet sich eine kegelstumpfförmige Mischkammer 5 in einem die Hülse 2 ausfüllenden Feuerfestkörper 6. Vom oberen Ende der Mischkammer 5 geht ein von einem Material 7 hoher Wärmeleitfähigkeit und -kapazität vmgebener Aufsteigkanal 8 zu einer äquatorial geteilten kokille 9. Oberhalb der Kokille 9 ist die Hülse zur Aufnahme einer Arbeitsstange offen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist die Hülse 2 ebenfalls mit einem Deckel 1 verschlossen, dem eine Scheibe hoher Wärmeleitfähigkeit und -kapazität benachbart ist. In diesem Fall endet der Aufsteigkanal 8 unmittelbar an dem Deckel 1 und enthält ebenso wie die KolriLle 9 einen teilweise spiralförmig gewickelten Aluminiumdraht für die Desoxydation der Probe. Das obere Ende der Kokille ist mit einem Kanal 11 verbunden. Dieser dient zur Aufnahme einer besonderen Probe für die Gasanalyse. Der Aufsteigkanal 8„ die Kokille 9 und der Probenkanal 11 sind ebenfalls von einem feuerfesten Material umgeben, während der obere Teil der Hülse 2 für die Aufnahme einer Arbeitsstange bestimmt ist.

Da das Fließvermögen der Metalle je nach Temperatur Tüzw. Viskosität unterschiedlich ist, kann der Steigkanal eine unterschiedliche Länge besitzen, also bei niedriger Temperatur und/oder hoher Viskosität eine verhältnismäßig geringe Länge besitzen und bei hoher Temperatur und/oder niedriger Viskosität verhältnismäßig lang bemessen sein. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Schmelze stets bis in die Kokille gelangt und diese nach Möglichkeit voll ausfüllt, während andererseits mit Hilfe eines verhältnismäßig langen Steigkanals ein rechtzeitiges Erstarren der in der Kokille befindlichen Schmelze sichergestellt wird, um ein Zurückfließen der Schmelze aus der Kokille beim Herausziehen der Probe aus dem Metallbad zu verhindern.

Bei dem Ausfülirungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Feuerfe^tkörper 6 mit einer zentrischen Gewindeausnehmung Ii versehen, in die das mit einem Außengewinde versehene freie Ende einer Arbeitsstange 15 eingeschraubt werden kann. Vorzugsweise ist das in die Schmelze eintauchende Ende der Arbeitsstange 15 mit einem Zwischenstück 14 aus Stahl oder feuerfestem Material und einer feuerfesten Umhüllung 16 als Schutz gegen die Schmelze und Schlacke versehen. Die Arbeitsstange 15 ist mit einer zentrischen Bohrung versehen, um beim Eintauchen in die Schmelze freiwerdende Gase abzuführen. Das Zwischenstück 14 dient zur Verminderung: des Verschleißes im bereich des Übergangs Arbeitsstange/Probermehmer und kann erforderlichenfalls mit einer Schutzschicht versehen werden.

Beim Eintauchen der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert der Deckel 1 ein Eindringen von Schlacke und dient dad Aluminium 4, 10 einer durchgreifenden Desoxydation der eindringenden Schmelze, die sehr rasch durch den Aufsteigkanal 8 in die Kokille und - im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 - in den zusätzlichen Probenkanal 11 gelangt. Die Vorrichtung braucht daher nur wenige Sekunden in der Schmelze zu verbleiben, so daß die Hülse 2 ohne weiteres aus einem wenig beständigen Material wie beispielsweise Pappe bestehen kann. Da auch die Kokille aus einem preiswerten Material wie Sintermetall, Blech oder Glas bestehen kann, sind die Materialkosten sehr gering, so daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr gut für den Masseneimsatz eignet.

Claims

Firma Hugo Wachenfeld, 4000 Düsseldorf-Hafen, Bremer Straße 61 Schutzansprüche:

1. VoiM-iuhtuiig zur Prouermahffie aus Metall-, insbesondere Eisenschmelzen mittels eines einen Probenraum aufweisenden und mit einem zerstörbaren Deckel verschlossenen Tauchkörpers, gekennzeichnet durch einen am unteren Ende mit einer Scheibe (3,7) versehenen, einen Aufsteigkanal (8) mit einer Kokille (S) enthaltenden Feuerfestkörper (6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze i c h η e t „ da» der Aufsteigkanal (8) von einer Mischkammer (5) ausgeht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, d&ß die Mischkammer (5) kegelstumpf förmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, I dadurch gekennzeichnet. daß die Scheibe aus Aluminium (4) oder einem Material (7) mit hoher Wärmeleitfähigkeit und -kapazität besteht.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (3) eine zentrische Öffnung besitzt.

6. Vorrichtung nach einem oaer mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf-

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steigkanal (8) mindestens teilweise von einem Material ^(r?) hoher Wärmeleitfähigkeit und -kapazität umgeben ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerfestkörper (6) in einer Hülse (2) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf.äteigkanal (8) unmittelbar vor dem Deckel (1) endet.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche ^Λ bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Kokille (9) und dem Aufsteigkanal (8) ein Aluminiumdraht befindet.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren aer Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Kokillenende mit einem Probsikanal (11) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerfestkörper (6) mit einer Ausnehmung (12) versehen ist, in die das Ende einer Arbeitsstange (15) eingreift.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindestange (15) mit einer zentrischen Bohrung (13) versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12_? dadurch gekennzeichnet, daß das in die Schmelze eintauchende Ende der Arbeitsstange (15) mit einer feuerfesten Umhüllung (16) versehen ist

14. Vorrichtung nach Anspruch 13_f dadurch gekenn-

zeichnet, daß zwischen der feuerfesten Umhüllung und dem Feuerfestkörper (6) ein Zwischenstück (14) angeordnet ist.