SE427585B - Skyddsanordning till utrustning for provtagning av eller metning i en metallsmelta - Google Patents

Description

810513346 måste den eldfasta fibervadden vara av en typ som motstår en sådan temperatur åtminstone under de 6 - 8 sekunder som provtagningen pågår.

En sådan fibervadd ställer sig dyrbar, och det kan ofta vara svårt att utforma eller aptera fibervadden så att den bildar en solid skyddshylsa, vilken termiskt skyddar lansen och provutrustningen men samtidigt medger en rörelse av metallsmältan omkring provutrustningen.

En skyddshylsa av eldfast material ger ingen eller praktiskt taget ingen turbulent strömning eller kokning omkring skyddshylsan, och man eliminerar därigenom papphylsans olägenhet med häftig kokning och stänk.

Inte heller avger den eldfasta fibervadden kol eller andra ämnen som kan inverka menligt på analysresulatet av det tagna provet. _ Det har emellertid visat sig att man i vissa fall får en stor spridning av provvärdena och ibland ett direkt felaktigt värde. Detta kan antas bero på att metallsmältan omkring provhylsan rör sig i en »laminär strömning, som stryker utmed provhylsans, lansens och provut- rustningens ytor, varvid metallsmältan kyls och eventuellt underkastas vissa strukturförändringar innan den når provutrustningen. Speciellt har det visat sig att spridningen av resultat vid temperaturmätning i en metallsmälta med hjälp av en skyddshylsa av eldfast material blir mycket stor. Medan man normalt anser sig få en mätnoggrannhet vid temperaturen om tl°C vid mätning av en smälta om cirka l550°C visar det sig att man vid användning av en hylsa av eldfast material kan få en spridning av det uppmätta temperaturresultatet om 10 - 20°C. Man får allsâ ett felaktigt värde på temperaturen, vilket kan vara av stor betydelse för styrning av kvaliteten på den färdigt behandlade metallsmältan.

Det har sålunda visat sig att en viss turbulent rörelse eller kokning omkring skyddshylsan under provtagningen är en fördel eller till och med en nödvändighet för att man ska få ett gott och säkert resultat. kokningen måste emellertid ske under kontrollerade former och utan att någon påtaglig mängd kol eller andra ämnen avges, vilka kan inverka menligt på provresultatet. Enligt uppfinningen ska därför skyddshylsan vara utförd av ett material som inte brinner på samma sätt som en papphylsa och som inte är direkt eldfast såsom en hylsa framställd av eldfast fibervadd. Rörelsen eller kokningen i metallsmältan bör vidare vara tämligen konstant under hela den tid provtagningen pågår oavsett att skyddshylsan successivt smälter eller avverkas på annat sätt. siosizs-6 Enligt uppfinningen föreslås därför att skyddshylsan ska tillverkas av ett material som inte brinner utan smälter med måttlig hastighet i metallsmältan, och som under smältningen successivt avger gaser som åstadkommer en förutbestämd bubbling eller kokning med därav följande turbulent strömning i metallsmältan omkring skyddshylsan. Ett speciell lämpligt material för ändamålet har visat sig vara ett pressat material av syntetiska amorfa mineralfibrer med en mjukningspunkt om mindre än cirka l200°C enligt Statens Provningsanstalts fastställda metod, och som innehåller ett i materialet jämnt fördelat bindemedel som vid metall-. smältans temperatur nedbryts under avgivande av gasbubblor. Mineralfib- rerna kan vara bundna med olika typer av bindemedel, men lämpligen bör åtminstone någon andel av bindemedlet vara av organisk typ, företrädes- vis en härdplast såsom fenol, karbamid eller melamin. De nämnda mineral- fibrerna håller vid framställningen normalt en volymvikt om cirka 20-70 -kglnf, och för att bilda en stabil skyddshylsa med lämplig avverkning i metallsmältan bör mineralfibern pressas till en volymvikt om cirka 200- 800 eller företrädesvis 500-700 kg|m“.

Genom att mineralfibern endast successivt smälter i metallsmältan kan fibermaterialet betraktas som tämligen inert, och det som åstadkom- mer den önskade bubblingen eller kokningen är bindemedlet. Genom en intim blandning av mineralfibrer och bindemedel i lämplig mängd kan man på så sätt erhålla en kontrollerad och förutbestämbar kokning, vilken är tämligen konstant oberoende av skyddshylsans avverkning under provtag- ningens gång. Det som bestämmer bubblingen eller kokningen är sålunda mängden av det gasbildande bindemedlet. En lämplig tillsats av det organiska bindemedelet är 2-8 viktsprocent räknat på den färdiga hylsans vikt.

Tjockleken och hârdheten på mineralfiberhylsan beräknas så att skyddshylsan inte smälter ner totalt, och sä att den bibehåller en viss önskad stabilitet under provtagningens gång. Beroende på vilken metall som ska provas och framför allt vilken temperatur den aktuella metallen håller varieras mängden organiskt bindemedel, hylsmaterialets volymvikt och väggtjockleken på den färdiga hylsan.

Enligt en föredragen vidareutveckling av uppfinningen är skyddshyl- san av mineralfibrer utformad med en invändig relativt tunn papphylsa, vilken bildar en invändig extra spärr till skydd för lansen t ex om 8105133-6 mineralfiberhylsan skulle vara defekt eller uppvisa ojämnheter, som inte okulärt kan upptäckas, och som kan användas som en signal om att minera- lfiberhylsan smält ned, genom att man får en häftig kokning i och med att metallsmältan tränger in till papphylsan då provtiden överskrids.

Närmare kännetecken på uppfinningen kommer att framgå av den föl- jande detaljerade beskrivningen i vilken kommer att hänvisas till bifo- gade ritningar.

På ritningarna visar figur l schematiskt ett axiellt snitt genom en anordning för uppsamling av ett analysprov av metallsmältan och försedd med en skyddshylsa enligt uppfinningen. Figur 2 visar på motsvarande sätt en anordning med en provsond för mätning av temperaturen i metallsmältan, vilken anordning likaledes är försedd med en skyddshylsa _ enligt uppfinningen. Figur 3 visar ett tvärsnitt genom en modifierad utföringsform genom en skyddshylsa enligt uppfinningen.

Den i figur l visade anordningen för upptagning av ett analysprov ur en metallsmälta l består allmänt av en uppsamlingsspets 2, som genom medverkan av en skyddshylsa 3 är monterad på en lans 4. Spetsen visas i detta fall utformad med en kokill 5, som är ingjuten i en spetskropp 6 av sand, och till vilken ett eldfast rör, t ex ett rör 7 av kvartsglas leder. Provutrustningen kan emellertid vara av vilket som helst annat slag då typen av provutrustning ligger utanför uppfinningens egentliga intresseområde. , Uppsamlingsspetsen 2 är fäst i änden på skyddshylsan 3, exempel- vis genom limning, och skyddshylsan 3 är i sin tur påträdd på en lans 4, med vars hjälp provutrustningen med skyddshylsan kan hanteras under provtagnigens gång. Skyddshylsans 3 uppgift är dels att skydda lansen och eventuella andra delar mot skada p g a metallsmältans höga tempera- tur, dels även att åstadkomma en turbulent rörelse i metallsmältan runt skyddshylsan och vid eller i närheten av provtagningsorganet, vilken kan utgöras av en uppsamlinsspets såsom visas i figur l eller av ett termo- element såsom visas i figur 2, en syresond, en pyrometer eller liknande.

Enligt uppfinningen är den termoisolerande hylsan 3 framställd av ett material som inte är vare sig eldfast eller brännbart, men som har en mjukningspunkt som ligger lägre än metallsmältans temperatur. Med mjukningspunkt avses den enligt Statens Provningsanstalt fastställda temperatur, vid vilken materialet antar en speciell mjukningsstruktur. 8105133-6 Ett för de flesta vanligt förekommande metallsmältor lämpligt material utgör mineralfibrer med en mjukningstemperatur om l000-l200°C. Lämpligen används syntetiska amorfa mineralfibrer, företrädesvis av diabas typ, vilka har en smälttemperatur om cirka l400°C och vilka kortvarigt kan utsättas för de ovan nämnda höga temperaturerna utan att materialet allför hastigt smälter. Mineralfibrer av diabastyp har en mjukningspunkt enligt Statens Provningsanstalts fastställda normer som ligger mellan cirka 1000-l200°C.

En normal provtagning med modern utrustning eller vid manuell provtagning tar en tid av 6 - 8 sekunder, och skyddshylan 3 måste därför kunna motstå metallsmältans höga temperatur under minst så lång tid.-För att erhålla en skyddshylsa som förbrukas med lämplig hastighet måste den termoisolerande hylsan 3 ha en viss hårdhet och en viss tjocklek. vid -framställning av mineralfibrer håller denna normalt en volymvikt om cirka 20 - 70 kg|m°, men för att få en lämplig hårdhet komprimeras mine- ralfibern till en volymvikt om cirka 200-800 eller företrädesvis 500-700 kglm°. För sammanhållning av mineralfibrer utnyttjas något i och för sig känt bindemedel.

För att åstadkoma den nämnda turbulenta rörelsen i metallsmältan omkring skyddshylsan 3 skall bindemedlet eller åtminstone någon del av bindemedlet utgöras av ett organiskt bindemedel, som vid kontakt med metallsmältan avger gaser, vilka ger metallsmältan en kontrollerad och i förväg fastställbar uppåtstigande rörelse utmed skyddshylsan genom att bindemedlet åtminstone delvis är av organisk natur ochleller i fibermaterialet inkorporerats ämnen, t ex kristallvattenhaltiga salter eller karbonater, som vid metalsmältans temperatur spontant och successivt avger gaser. Såsom exempel på lämpliga bindemedel kan nämnas härdplaster t.ex. fenol, karbamid eller melamin. Bindemedlet ska vara jämnt fördelat i mineralfiberhylsan 3. Hylsan kan tillverkas såsom ett heldraget rör eller i form av två halvor, vilka monteras saman, och det tillverkas länpligen så att mineralfibern begjuts med det organiska bindemedlet i omedelbar anslutning till att mineralfibern framställs, varefter bindemedlet bringas att härda samtidigt med att mineralfiber- röret komprimeras till den önskade volymviken. Genom att tillsätta större eller mindre mängd bindemedel kan man styra den bubbling eller kokning som uppkommer. En större andel bindelmedel ger starkare kokning s1os1ss-6 och en mindre andel bindemedel ger en svagare kokning. En lämplig till- sats av det organiska bindemedlet är 2 - 8 viktsprocent räknat på det färdiga mineralfiberröret.

Samma effekt som nämnts ovan genom försättning av mineralfibern med det organiska bnindemedlet kan alltså i och för sig åstadkommas genom inblandning av salter i mineralfibern, vilka vid kontakt med den heta metallsmältan avger H20 eller C02. Det medför dock vissa svårigheter att få den kontrollerade och i förväg fastställbara turbulenta rörelsen i metallsmältan runt skyddshylsan, och det är att föredra att mineralfi- bermaterialet innehåller de organiska bindemedlen.

Lämpligen.förfar man så att hylsorna tillverkas med en viss minsta bindemedelsmängd, och att de därefter tilläggsimpregneras med ytterli- gare bindemedel eller ev. med lösningar av salt och andra ämnene som vid upphettning avger gaser, så att rätt gasavgivningsförmåga erhålls för 'varje specifik tillämpning.

Den önskade bubblingen eller kokningen i metallsmältan ska ligga mellan den gräns där å ena sidan en laminär strömning runt skyddshylsan i metallsmältan upphör och å andra sidan den gräns där risk för stänk på grund av för stark kokning uppkommer. Kokningen regleras såsom nämnts med hänsyn till temperaturen och arten på metallsmältan genom reglering av mängden och arten av avgasningsmedel i den termoisolerande hylsan och genom hårdheten och därmed metallsmältans avverkningskapacitet på röret.

Det kan påpekas att gasavgivningen i de flesta fall är endoterm, och detta kan utnyttjas t ex genom att det inre skiktet av hylsan är kraftigare impregnerat än det eller de yttre skikten.

Vid användning av den i figur l visade anordningen monteras skydds- hylsan med den sandgjutna kokillspetsen 2 på lansen 4, varefter prov- utrustningen med spetsen förs ned genom ett skikt 8 av slagg eller andra föroreningar och ned i metallsmältan l. Därvid tränger smält metall in genom kvartsglasröret 7 såsom visas med pilen 9, och metallen D fyller kokillens 5 hålighet 10. Den heta metallsmältan, vilken kommer i kontakt med skyddshylsans 3 utsida smälter successivt ned de yttersta skikten på den termoisolerande hylsan 3, och samtidigt nedbryts mineral- fiberhylsans organiska bindemedel, så att gasbubblor uppkommer, vilka åstadkommer en uppâtgående turbulent rörelse i metallsmältanl Genom den svaga avkylning av metallsmältan som oundgängligen uppkommer vid kontak- 8105153-6 ten med skyddshylsan tenderar ett tunt skikt av metallsmältan att strünna nedåt längs med skyddshylsan. Genom den turbulenta rörelse som uppkommer genom inverkan av de uppåtgående bubblorna hindras emellertid en sådan nedåtgående rörelse i metallsmältan, och den turbulenta rörel- sen eliminerar sålunda inverkan av den lilla avkylning som uppkommer i det metallskikt som stryker närmast längs med skyddshylsan. Inte heller förmår några främmande partiklar eller ämnen att strömma ned mot kvarts- glasröret, och det prov som uttas ur metallsmältan blir verkligen repre- sentativt för metallsmältans genomsnittliga sammansättning.

Genom att det organiska bindemedlet är intimt och jämnt fördelat i mineralfibern erhåller man en likformig gasbildning och kokning under provtiden allteftersom mineralfiberröret smälter. .

I figur 2 visas en anordning för mätning av temperaturen i metall- smältan. Anordningen består av en temperatursond ll, som är monterad i änden på en skyddshylsa 3', vilken i sin tur är påskjuten på en lans 4', vilken i sin ände är utformad med organ l2 för anslutning till tempera- tursonden ll. Från anslutningsorganen l2 sträcker sig ledningar l3 till något lämpligt instrument för avläsning av den av temperatursonden ll observerade temperaturen.

För att man ska få en korrekt temperaturangivelse är det av stor vikt att det mot skyddshylsan 3'avkylda skiktet av metallsmälta inte tillåts strömma ned mot temperatursonden ll, och detta elimineras genom att skyddshylsan enligt uppfinningen kontinuerligt och i en kontrolle- rad grad avger gasbubblor, som åstadkommer en uppâtgående turbulent strömning i metallskiktet närmast skyddshylsan. Det avkylda metallskik- tet hindras på detta sätt att strömma nedåt mot temperatursonden.

För vissa ändamål kan det vara önsvärt att åstadkomma ett ytterli- gare förbättrat termiskt skydd för lansen eller de eljest inuti skydds- hylsan befintliga mät- eller provorganen, och för den skull kan skydds- hylsan 3' såsom visas i figur 3 utformas såsom ett mineralfiberrör invändigt uppbär en tunn hylsa l5 av papp. En sådan papphylsa l5 åstadkommer dels en förbättrad termisk isolering, dels kan pappröret utnyttjas såsom en sista varningssignal om att mineralfiberröret l4 är förbrukat. En sådan varningssignal erhålls i form av en accelererad kokning när metallsmältan från skyddshylsans utsida når papphylsan l5, då provorganen för att inte skadas hastigt bör lyftas upp ur metall- n 8105133-6 smältan.

Det är underförstått att den ovanstående beskrivningen och de på ritningarna visade utföringsformerna av uppfinningen endast utgör bely- sande exempel och att många olika modifikationer kan förekomma inom ramen för följande patentkrav,

Claims (9)

8105133-6 P a t e n t k r a v

1. l. Skyddshylsa till utrustning för provtagning av eller mätning i en metallsmälta genom nedföring av skyddshylsan (4) jämte ett däri mon- terat provtagningsorgan (2; ll) i en metallsmälta (J), och där skyddshyl- san vid kontakt med metallsmältan ger en kontrollerad och i förväg fast- ställbar turbulent rörelse hos den omkring skyddshylsan (3; 3'; 3") ström- mande metallsmältan, k ä n n e t e c k n a d av att skyddshylsan inne- fattar, såsom en termisk isolering, ett rör (3) av syntetiska amorfa mine- ralfibrer bundna med ett bindemedel inrättat att vid kontakt med metall- smältan avge gaser, som ger metallsmältan en kontrollerad och i förväg fastställbar uppåtstigande rörelse utmed skyddshylsan (3; 3'; 3") genom att bindemedlet åtminstone delvis är av organisk natur och/eller att i fibermaterialet inkorporerats ämnen, t ex kristallvattenhaltiga salter eller karbonater, som vid metallsmältans temperatur spontant och successivt avger gaser.

2. Skyddshylsa enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att den syntetiska amorfa mineralfibern är av diabastyp med en mjuk- ningspunkt om mindre än cirka l 200 °C.

3. Skyddshylsa enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k- n a d av att mineralfibern utgörs av fibrer med en ursprunglig volymvikt om 20-70 kg/ms, vilka pressats till en volymvikt om 200-800 eller före- trädesvis É00-700 kg/m” och formats till ett rör.

4. Skyddshylsa enligt patentkravet l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k- n a d av att bindemedelskomponenten .av;s organisk typ utgörs av en härd- plast, t ex fenol, karbamid. eller melamin.

5. Skyddshylsa enligt patentkraven 3 och 4, k ä n n e t e c k- n a d av att bindemedlet tillsätts i en mängd om 2-8 viktsprocent räknat från totalvikten på mineralfibern.

6. Skyddshylsa enligt något av patentkraven l-6, k ä n n e t e c k- n a d av att den turbulenta rörelsen i metallsmältan regleras genom till- sats av olika typ' och/eller olika mängd bindemedel.

7. Skyddshylsa enligt något av patentkraven l-6, k ä n n e t e c k- n a d av att den turbulenta rörelsen i metallsmältan regleras genom ut- formning av mineralfiberhylsan (3) med olika volymvikt. 8105133-6 10 i _

8. SKyddshylsa enligt något av patentkraveni-L k ä n n e t e c k- n a d av att mineralfiberrörets (3) tjocklek och hårdhet anpassas så att mineralfiberröret (3) under successiv avverkning i metallsmäitan be- häller viss minsta väggtjocklek under den nödvändiga provtiden.

9. Skyddshylsa enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k- n a d av att det termoisoïerande mineraïfiberröret (14) på sin insida uppbär ett tunt rör (15) av papp.