DE7907878U1

DE7907878U1 - Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE7907878U1
Application number: DE7907878U
Authority: DE
Original assignee: Electro Nite NV
Current assignee: Electro Nite NV
Priority date: 1978-04-06
Publication date: 1979-07-12

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen, insbesondere von Gußeisen-, Eisen- und Stahlschmelzen.

Derartige, zum einmaligen Gebrauch vorgesehene Vorrichtungen, mit denen die Potentialdifferenz zwischen uer Schmelze und einem Bezugskörper gemessen wird, sind bekannt. Sie bestehen aus einem am Ende eines Tragrohres befestigten Meßkopf aus einer keramischen Masse, aus dem ein Zirkoroxidröhrchen herausragt, das eine Bezugselektrode oder Bezugsmasse und das Ende eines Leiters enthält. Der Keramikkörper ist ferner mit eiuem zweiten Leiter versehen, der mit der Metallschmelze in Berührung kommt. Der so ausgebildete Meßkopf wird am Ende eines Tragrohres befestigt und in die Schmelze getaucht, deren aktiver Sauerstoffgehalt bestimmt werden soll und bleibt dort während der für das Registrieren des Meßwertes erforderlichen Zeit, die ungefähr 15 Sekunden beträgt. Es ist ferner bekannt, das vordere Ende des aus dem Keramikkörper herausragenden Röhrchens mit einer Kappe zu versehen, um die elektrische Zelle zu schützen, wenn die Vorrichtung beim Eintauchen eine Schlackenschicht durchdringen muß.

Bei zahlreichen, von der Anmelderin mit bekannten Vorrichtungen dieser Art in der Praxis durchgeführten Ve^-"-suchen hat sich gezeigt, daß die erhaltenen Ergebnisse ungenau waren und nicht mit der erforderlichen Zuverlässigkeit erhalten wurden. Die Anmelderin hat gefunden, daß dies auf den Wärmestoß zurückzuführen ist, der beim Eintauchen des Meßkopfes in die Schmelze auftritt und Störungen verursacht.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht

darin, die erwähnten Nachteile der bekannten Meßvorrichtungen, insbesondere die durch den Wärmestoß auftretenden Störungen, zu vermeiden ohne die einfache Konstruktion der Vorrichtung wesentlich abzuändern und die Herstellung zu erschweren.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß der Schutzschirm vollständig an der elektro-chemischen Zelle anliegt und diese ge^jnüber der Schmelze abdeckt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß dadurch die durch den Wärmestoß beim Eintauchen verursachten Störungen nahezu vollständig vermieden werden.

Bei einer Vorrichtung, bei der die Zirkonoxidmasse die Form eines Röhrchens hat, das aus dem aus der Keramikmasse bestehenden Körper herausragt und bei der die Bezugsmasse in dem Röhrchen angeordnet ist, sieht die Erfindung vor, daß der Schutzschirm die Form eines Röhrchens hat, das auf das aus der Zirkonoxidmasse bestehende Röhrchen aufschiebbar ist, wobei der Schutzschirm wenigstens die gleiche Länge hat wie der aus der Keramikmasse heraucragende Abschnitt des aus der Zirkonoxidmasse bestehenden Röhrchens und der Innendurchmesser des Schutzschirmes praktisch dem Außendurchmesser des Röhrchens entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der röhrchenförmige Schutzschirm langer als der gegenüber der Keramikmasse vorstehende Abschnitt des Röhrchens, wobei der Schutzschirm mit einem ringförmigen Abschnitt in die Keramikmasse eingebettet ist. Bei dieser Ausführungsform kann der ringförmige Abschnitt, der in die Keramikmasse eingebettet ist, mit einem Leiter verbunden werden, so daß der Schutzschirm als Kontaktelektrode zwischen der Meßvorrichtung und der Schmelze benutzt werden kann.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Zirkonoxidmasse die Form einer Scheibe hat, die in einer vorderen Ausnehmung des aus der Keramikmasse bestehenden Teils auf der Bezugsmasse aufliegt und daß der Schutzschirm scheibenförmig ausgebildet ist und auf der oberen Fläche der aus Zirkonoxid bestehenden Scheibe aufliegt und mit einem geeigneten Verbindungsmittel, vorzugsweise feuerfestem Zement, befestigt ist.

Der Schutzschirm besteht zweckmäßigerweise aus Metall und hat eine solche Wandstärke, daß er sich in einem Zeit raum von 0,3 bis 5 Sekunden vom.Beginn des Eintauchens in die Schmelze aufgelöst hat. Die Auswahl der Wandstärke wird in Abhängigkeit von dem Temperaturbereich der zu prüfenden Schmelze und den Merkmalen der elektro-chemisehen Zelle ausgewählt. Ein Schutzschirm mit einer Wandstärke von 1 bis 3 mm hat sich in der Praxis als zweckmäßig erwiesen.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform, bei der die Metallhülle abgehoben ist,

Figur 2 eine Seitenansicht mit aufgesetzter Metallhülle,

Figur 3 einen Längsschnitt durch den auf Figur 2 dargestellten Meßkopf,

Figur 4- einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt

eines Meßkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Figur 5 einen Längsschnitt durch einen der ersten Ausführungsform entsprechenden Meßkopf, bei dem die

Metallhülle gleichzeitig als Kontaktelektrode dient.

Die auf den Figuren 1 bis 3 dargestellte Meßvorrichtung besteht aus einem Meßkopf 1, der beispielsweise aus der S französischen Patentanmeldung 75 09314- bekannten Bauart. Der Meßkopf kann an einem Ende eines aus einem geeigneten Material, wie z.B. Pappe, Holz oder dergleichen bestehenden, nicht dargestellten Tragrohres befestigt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die elektrochemische Zelle 2 aus einem Röhrchen 3 aus Zirkonoxid, dessen oberer Teil eine Bezugsmasse 4 aus Cr/Cr^O, und dessen unterer Teil eine inerte Füllmasse 5 enthält. Mit 6 ist ein Leiter bezeichnet, der im Innenraum des .Röhrchens 3 pxigeordnet und dessen Ende 7 in die Bezugsmasse 4-eingebettet ist. Auf das Röhrchen 3 ist unter leichter Reibung eine oben geschlossene rohrförmige Metallhülle 8 geschoben, die den Schutzschirm bildet und deren Innendurchmesser praktisch dem Außendurchmesser des Röhrchens 3 bzw. der elektro-chemischen Zelle 2 entspricht. Die Wandstärke der Metallhülle 8 wird in er-ter Linie in Abhängigkeit von der Temperatur der Metallschmelze, in der eine Messung durchgeführt werden soll, sowie den Merkmalen der benutzten elektro-chemischen Zelle ausgewählt. Die rohrförmige Hülle 8 dient dazu, den beim Eintauchen des Meßkopfes in die Metellschmelze auftretenden Wärmestoß möglichst weitgehend zu dämpfen und dadurch verursachte Meßfehler soweit wie möglich zu vermeiden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß dies dann erreicht wird, wenn die Zelle während eines Zeitraumes von ungefähr 0,3 Dis 5 Sekunden vom Beginn des Eintauchens an durch die Hülle vor jedem unmittelbaren Kontakt mit dem geschmolzenen Metall geschützt wird. Es kommt ferner entscheidend darauf an, daß das Zirkonröhrchen anschließend in unmittelbare Berührung mit der Schmelze kommt, damit ein genauer Meß-

wert innerhalb einer annehmbaren Zeit erhalten wird. In der Praxis haben sich Hüllen aus legiertem oder unlegiertem Stahl mit einer Wandstärke von 1 "bis 3 mm ausgezeichnet bewährt.

In gleicher Weise wie die in der erwähnten französischen Patentanmeldung Nr. 75 0931^ beschriebene Meßvorrichtung kann der Meßkopf 1 gemäß vorliegender Erfindung gleichzeitig mit einer weiteren Meßeinrichtung, z.B. einem Thermoelement 9» ausgestattet sein. Zur Messung der Potentialdifferenz zwischen der Metallschmelze und der Bezugsmasse für die Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes kann der Meßkopf an einer Stelle mit einem metallischen Kontaktstück 10 umgeben sein, das mit dem Ende wenigstens eines weiteren Leiters verbunden ist. Erfindungsgemäß kann die Metallhülle 8 auch als Kontaktelektrode benutzt werden. Diese Ausführungsform ist auf Figur 5 dargestellt. Dabei ist das untere Ende der Metallhülle 8 durch einen Ring 12 verlängert, der in die keramische Masse 13 hineinragt. Der Ring 12 ist seinerseits mit einem Leiter 14- verbunden. Bei dieser Ausführungsform ersetzt der aus metallischem Material bestehende Ring 12 das bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 verwendete metallische Kontaktstück. Auf diese Weise kann die Meßvorrichtung einfacher gestaltet werden, was sich auch auf den Erstellungspreis auswirkt, da ein einwandfreier Kontakt zwischen dem Meßkopf und dem geschmolzenen Metall mit einer bedeutend geringeren Metallmenge sichergestellt werden kann.

Beim Eintauchen der Vorrichtung gemäß vorliegender Er- l'O findung in die Schmelze wird die Metallhülle 8 zerstört, während der Ring 12 durch die Keramikmasse 13 geschützt wird. Auf diese Weise iat die Bestimmung des Aktivsauerstoffgehaltes dor Schmelze durch Messung der Potential-

differenz zwischen der Schmelze und der Bezugsmasse möglich.

Auf Figur 4- ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Meßvorrichtung enthält ebenfalls einen Meßkopf 1 mit einer elektro-chemischen Zelle, die aus einem zylindrischen Körper 3 aus Zirkonoxid, der Bezugsmasse 4 aus Cr/CrpO, sowie einem Leiter 6 "besteht, der mit einem Ende in die Bezugsmasse 4- eingebettet ist. Der Schutzschirm 8 "besteht "bei dieser Ausführungsform aus einer Metallscheibe, deren Durchmesser praktisch dem des zylindrischen Körpers 3 entspricht. Der Schutzschirm 8 ist am oberen Ende des Meßkopfes 1 mit feuerfestem Zement 11 "befestigt. Mit 10 ist ein ringförmiges metallisches Kontaktstück "bezeichnet, das den Meßkopf 1 umgibt. An dieses ist das Ende wenigstens eines weiteren Leiters angeschlossen, um die Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes der Metallschmelze zu ermöglichen.

Claims

Heinrich-König-Straßel 119

Bochum / _<

Fernsprecher (0SJ4) ATIV/ 28 (_/ I

Telegrammadresse: Rddlpatenl Bochum

EEF/US
Ansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Gußeisen-, Eisen- oder Stahlschmelzen mit einem am Ende eines Tragrohres befestigten Meßkopf aus einer Keramikmasse, in der eine aus einer Zirkonoxidmasse und einer Bezugsmasse bestehende elektro-chemische Zelle angeordnet ist, die mit einem Schutzschirm versehen ist, der beim Eintauchen des Meßkopfes in die Metall-ί schmelze zerstört wird, dadurch gekenn-

Ί zeichnet, daß der Schutzschirm (8) vollständig

j 10 an der elektro-chemischen Zelle (2) anliegt und diese gegenüber der Schmelze abdeckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zirkonoxidmasse die ΪΌ rs eines Röhrchens hat, das aus dem aus der Keramikmasse bestehenden Körper herausragt und bei der die Bezugsmasse in dem Röhrchen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (8) die Form eines Röhrchens hat, das auf das aus der Zirkonoxiömasse bestehende Röhrchen (3) aufschiebbar ist, wobei der Schutzschirm (8) wenigstens die gleiche Länge hat wie der aus der Keramikmasse (13) herausragende Abschnitt des aus der Zirkonoxidmasse bestehenden Röhrchens (3) und der Innendurchmesser des Schutzschirmes (8) praktisch dem Außendurchmesser des Röhrchens (3) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrchenförmige Schutzschirm (8) länger ist als

der gegenüber der Keramikmasse (13) vorstehende Abschnitt des Röhrchens (3) und mit einem ringförmigen Abschnitt (12) in die Keramikmasse (13) eingebettet ist.

-. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

• · I

daß der ringförmige Abschnitt (12) an einen Leiter (14-) angeschlossen i3t.

5- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkonoxidmasse (3) die Form einer Scheibe hat, die in einer vorderen Ausnehmung des aus der Keramikmasse bestehenden Teils auf der Bezugsmasse (4) aufliegt und daß der Schutzschirm (8) scheibenförmig ausgebildet ist und auf der oberen Fläche der aus Zirkonoxid bestehenden Scheibe aufliegt und mit einem geeigneten Verbindungsmittel, vorzugsweise i^u^rfestern Zement (11), befestigt ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5t dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (8) aus Metall besteht und eine solche Wandstärke hat, daß er sich in einem Zeitraum von 0,3 his 5 Sekunden vom Beginn des Eintauchens in die Schmelze aufgelöst hat.

7· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (8) eine Wandstärke von 1 bis 3 mm hat.