WO2002048661A1 - Einrichtung zur aufnahme und weiterleitung elektromagnetischer wellen, die von einer materialprobe ausgesendet werden - Google Patents

Einrichtung zur aufnahme und weiterleitung elektromagnetischer wellen, die von einer materialprobe ausgesendet werden Download PDF

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WO2002048661A1
WO2002048661A1 PCT/AT2001/000380 AT0100380W WO0248661A1 WO 2002048661 A1 WO2002048661 A1 WO 2002048661A1 AT 0100380 W AT0100380 W AT 0100380W WO 0248661 A1 WO0248661 A1 WO 0248661A1
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WO
WIPO (PCT)
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protective element
material sample
optical
optical waveguide
sleeve
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Application number
PCT/AT2001/000380
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Ramaseder
Günter POFERL
Josef Heiss
Manfred Kreindl
Original Assignee
Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co
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Publication date
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Priority to US10/443,892 priority patent/US20040105153A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G01J5/041—Mountings in enclosures or in a particular environment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements

Definitions

  • the invention relates to a device for recording and transmitting electromagnetic waves in the visible and or infrared spectral range and / or UN range, which are emitted by a gaseous, liquid or solid material sample, to an evaluation device, preferably for determining the temperature of the material sample a heat-resistant sleeve open at the front end, in which an optical waveguide coupled to an evaluation device is provided, and with a heat-resistant protective element arranged on the front end region of the sleeve.
  • thermocouples in the refractory delivery of the converter, which protrude into the converter interior and are in the working position of the converter under the bath level of the melt to be freshly melted.
  • the durability of these thermocouples was insufficient; the necessarily strong cooling of the measuring device also affects the measurement results.
  • JP 56-117134 A2 For temperature measurement of hot material samples, it is known from JP 56-117134 A2 to use a light sensor which, however, is expensive to protect against heat radiation due to its temperature sensitivity.
  • a sleeve is provided, at the front end of which a quartz rod is inserted.
  • Another sleeve is located in the sleeve, inside which the light sensor is arranged.
  • the light sensor converts the electromagnetic rays emanating from the material sample into voltage pulses, which means that these converted signals are easily forwarded to a detector located at a different location, but coupled with the disadvantage that the temperature-sensitive light sensor can be used at high temperatures, For example, in the rough operation of a hut, hardly admissible or prone to failure at high temperatures.
  • EP-B-0 162 949 discloses a method for observing the formation of slag in a blast steel converter, in which the light radiation emitted by the surface of the slag is used. The light is converted photoelectrically into signals and processed, with changes in the signals being evaluated as a criterion for foam slag formation.
  • the receptors used in the side wall of the converter are located above the slag / melt bath and are not suitable for measuring the melt bath temperature and the melt composition.
  • a method and the device for the spectral analysis of the emitted light from the center of a burner flame is known from US Pat. No. 4,830,601.
  • the supply of fuel and combustion air is checked using the light spectrum.
  • Emitted light is fed to evaluation electronics via fiber optic cables and the combustion air or fuel supply is regulated according to the determined gas analysis.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to improve a device for carrying out the method described in WO 97/22859 A in such a way that the highest possible intensity of the electromagnetic waves to be used and a problem-free transmission thereof by means an optical fiber up to an evaluation device is available. Another object is to enable easy repair or maintenance of the device with little labor and material. This object is achieved according to the invention in a device of the type described at the outset, characterized in that the protective element is formed from a material which conducts the electromagnetic waves.
  • a flushing gas can advantageously be flushed around the protective element.
  • an optical breaking device such as a lens system, is preferably provided between the protective element and the optical waveguide.
  • the optical waveguide is expediently arranged to be displaceable relative to the protective element. It may be sufficient here for the optical waveguide to be displaceable relative to the protective element during the first adjustment.
  • the optical breaking device can be moved relative to the protective element by changing the distance from the protective element.
  • the end region of the sleeve which receives the protective element is preferably provided with an aperture which comes to lie between the material sample and the protective element.
  • a preferred variant for particularly hot material samples is characterized in that the sleeve is surrounded on the outside by an outer sleeve forming a jacket, an annular gap through which a flushing medium flows and between the sleeve and the outer sleeve being formed, the outer sleeve advantageously projecting beyond the sleeve in the axial direction.
  • the outer sleeve is expediently inserted in a wall of a metallurgical vessel made of refractory material and extends through this wall to the interior of the metallurgical vessel.
  • the device is used in a measuring probe.
  • a deflection device is preferably provided between the protective element and the optical waveguide, preferably between an optical breaking device arranged behind the protective element and the optical waveguide.
  • the protective element is designed as a rod and the rod has a length to diameter ratio of 2: 1, preferably 3: 1 or more, the diameter of the protective element advantageously having at least the diameter of the optical waveguide. It may be expedient if the diameter of the protective element is 10 to 30% larger than the diameter of the optical waveguide.
  • the optical breaking device is preferably designed as a focusing device.
  • inert gas or an optically neutral liquid is provided between the protective element and the optical waveguide and / or between the protective element and the optical breaking device and / or between the optical breaking device and the optical waveguide.
  • the protective element is advantageously made of quartz.
  • the protective element is formed from a plurality of optical fibers, in particular from a strand of fibrous optical fibers.
  • a temperature which is of the order of magnitude in the range of the actual temperature of the material sample is advantageously maintained between the end of the protective element facing the material sample and a method for operating the device according to the invention, expediently the deviation of the temperature of the material sample of that of the protective element is a maximum of ⁇ 20%.
  • a preselected temperature is expediently set and maintained between the material sample and the protective element by introducing a gas or a gas mixture.
  • the protective element is brought into direct contact with the material sample and the protective element is formed from a material that is chemically unchangeable by the material sample and has a melting point or softening point that is above the temperature of the Material sample lies.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a Device according to the invention when used in a metallurgical vessel, preferably for measuring the temperature of a steel bath.
  • Fig. 2 shows a detail of Fig. 1 on an enlarged scale.
  • Fig. 3 illustrates the use of the device according to the invention in a measuring probe in side view.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section through the device according to the invention used in the measuring probe.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the essential parts of the device according to the invention with a deflection of the electromagnetic waves to be evaluated.
  • a bore is provided in the refractory lining 1 of a metallurgical vessel in which, for example, a steel bath 2 is located, into which an outer sleeve 3 is inserted.
  • An inner sleeve 5 with a smaller outer diameter than the inner diameter of the outer sleeve 3 is inserted into this outer sleeve 3, leaving an annular gap 4 free.
  • spacers 6 are provided on the inner sleeve 5 which extend radially outwards and center the inner sleeve 5 in the outer sleeve 3.
  • a flushing medium can be passed through the annular gap 4 via a feed line 7 to the front end 8 of the outer sleeve 3, whereby penetration of the steel bath 2 into the outer sleeve 3 can be prevented.
  • a cavity 9 is formed which extends convexly into the steel bath 2 and is filled with the flushing medium, preferably gas.
  • the front end 10 of the inner sleeve 5 is provided with a perforated screen 11 in order to prevent electromagnetic waves emanating from the edge region of the steel melt to be observed through the cavity 9 from being detected.
  • a protective element designed as a light rod 12, behind the light rod 12 there is a lens system 13 and at a distance a behind the lens system 13 there is an optical waveguide 14, for example a glass fiber cable, which is embedded in a holder 15 and is positioned at a distance b from the lens system 13.
  • the deformable optical waveguide 14 conducts the electromagnetic waves emitted by the steel bath 2 in the visible and / or infrared spectral range and / or the UN range to an evaluation device, not shown, with which the temperature of the steel bath 2 and / or its chemical composition can be determined in a known manner , as described for example in WO-A - 97/22859.
  • Both the outer sleeve 3 and the inner sleeve 5 are formed from heat-resistant material, the inner sleeve 3 serving as a protective tube for the light rod 12, the lens system 13 and the front end region of the optical waveguide 14.
  • the inner sleeve 5 can be formed from steel, for example.
  • the light rod 12 is formed from heat-resistant material which is to be evaluated and is to be used to conduct the electromagnetic waves, for example glass or quartz, the material of the light rod 12, i.e. whose refractive index is selected according to the specific task of guiding electromagnetic waves for temperature determination in the infrared spectral range and / or for determining the chemical composition in the UN range.
  • the ratio length to diameter can be between 2: 1 and -5: 1, preferably it is over 3: 1.
  • This light rod 12 serves as a protective element for protecting the lens system 13 and the front end region of the optical waveguide 14.
  • This light rod 12 enables a short distance c to be observed from the material sample to be observed and measured, in the present case from the steel bath 2. This can result in a high intensity of electromagnetic waves to be evaluated and a problem-free and loss-free detection and transmission thereof to the lens system 13 and further to the evaluation device are ensured.
  • An advantage of the light rod 12 can also be seen in the fact that it can be easily replaced or cleaned in the event of damage or soiling without high costs in terms of work or materials.
  • the introduction of the electromagnetic waves into the optical waveguide 14 can also take place directly from the light rod 12 into the optical waveguide 14, i.e. without an interposed lens system 13.
  • the lens system 13 has the advantage that by appropriate positioning of the lens in the Inner sleeve 5 lens system 13 arranged to be longitudinally displaceable - as illustrated by the double arrow 15 - focusing of the electromagnetic waves coming or going from the light rod 12 onto the optical waveguide 14 can be carried out.
  • the device shown in FIG. 1 can be used especially in metallurgical processes in which underbath jets are also used, that is to say in converters of various types.
  • the use can also be provided in flushing nozzles already present on a metallurgical vessel.
  • the rinsing nozzle forms the outer sleeve 3.
  • the annular gap 4 shown in FIG. 1 has the advantage that the outer sleeve 3 can be protected against premature wear and so on. in that an annular protective mushroom covering the outer sleeve 3 and the adjacent refractory material 1 forms at the mouth 8 of the outer sleeve 3.
  • the ring gap 4 or the cavity 9, which projects into the steel bath 2 can be kept open by a suitable choice of the flushing quantity and the flushing medium (for example inert gas, etc.) and the radiation of electromagnetic waves required for the measurement can thus be directed to the evaluation device. Should the cavity 9 close, it can be opened again by injecting oxygen-enriched gas, compressed air or pure oxygen.
  • the flushing medium for example inert gas, etc.
  • a particularly effective form of temperature measurement in a liquid melt pool can be carried out by a light rod 12 installed directly in the wall of the metallurgical vessel.
  • the melt touches the surface of the light rod 12, which is formed with its front end either flush with the inside of the wall of the metallurgical vessel or protrudes therefrom. Falsification of measured values can be eliminated by direct contact. However, this direct contact only makes sense if the melt cannot undergo a chemical reaction with the material of the light rod 12 and if the melting point or softening point of the light rod 12 is above the temperature of the melt.
  • the application of the device according to the invention is particularly advantageous in smelting technology (blast furnace, steel mill, converter, electric arc furnace, secondary metallurgy, continuous casting, etc.), since with the help of continuous temperature measurement, the existing process models can be targeted and supported even more precisely.
  • Another sensible area of application is the monitoring of hot solids, moving or still.
  • the device according to the invention can be brought up to just before the object to be measured, i.e. the material sample 17 are brought up.
  • a lance 16 is illustrated in FIG. 3, for example.
  • FIG. 4 shows the inner workings of the lance, which is also made up of a pinhole 11, a light rod 12, a lens system 13 and an embedded optical waveguide 14 is formed.
  • x denotes the area of the material sample 17 to be observed, its size depends on the free diameter Ri of the lance 17, the free diameter R 2 of the pinhole 11, the distance c of the material sample from the light rod 12 and the respective distances yi and y 2 to the pinhole 11 or to the end of the lance 17, which can be defined as follows:
  • x f (R ls R 2 , c, yi, y 2 )
  • the optical waveguide 14 is arranged in a particularly protected manner in that a deflecting device 18, such as a deflecting mirror, for the electromagnetic waves to be transmitted is arranged between the end of the optical waveguide 14 and the lens system 13.
  • a deflecting device 18 such as a deflecting mirror
  • the formation of the protective element as a light rod 14, i.e. in rod form is of particular advantage, but is not absolutely necessary to achieve the object of the invention. Under certain circumstances, a dimension of the protective element that deviates from the rod shape, that is, for example, has a length that corresponds to the diameter or is shorter than this, can also be useful.
  • the protective function is essential, i.e. protection for the underlying optical waveguide 14 or, if a lens system 13 is provided, protection for the lens system 13, so that the distance of the lens system 13 or the end of the optical waveguide 14 from the material sample can be kept as small as possible.
  • the protective element can also consist of light guides, the light guides preferably being designed as thin round rods or fibers, for example made of quartz glass, and surrounded by a jacket and held together to form a strand.

Abstract

Eine Einrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung elektromagnetischer Wellen im sichtbaren und/oder Infrarot-Spektralbereich und/oder UV-Bereich, die von einer gasförmigen, flüssigen oder festen Materialprobe (2) ausgesendet werden, zu einer Auswerteeinrichtung, vorzugsweise zum Bestimmen der Temperatur der Materialprobe (2), weist eine am vorderen Ende offene hitzebeständige Hülse (5) auf, in der ein mit einer Auswerteeinrichtung gekoppelter Lichtwellenleiter (14) vorgesehen ist. Um die elektromagnetischen Wellen mit hohe Intensität erfassen zu können, ist die Einrichtung durch ein am vorderen Endbereich der Hülse (14) angeordnetes hitzebeständiges, die elektromagnetischen Wellen leitendes Schutzelement (12) gekennzeichnet.

Description

Einrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung elektromagnetischer Wellen, die von einer Materialprobe ausgesendet werden
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung elektromagnetischer Wellen im sichtbaren und oder Infrarot-Spektralbereich und/oder UN- Bereich, die von einer gasförmigen, flüssigen oder festen Materialprobe ausgesendet werden, zu einer Auswerteeinrichtung, vorzugsweise zum Bestimmen der Temperatur der Materialprobe, mit einer am vorderen Ende offenen hitzebeständigen Hülse, in der ein mit einer Auswerteeinrichtung gekoppelter Lichtwellenleiter vorgesehen ist, und mit einem am vorderen Endbereich der Hülse angeordneten hitzebsetändigen Schutzelement.
Bei der Stahlerzeugung in einem Konverter oder einem anderen metallurgischen Reaktor durch Frischen von Roheisen bzw. beim Behandeln anderer Schmelzen in einem solchen metallurgischen Gefäß gibt es seit jeher das Bestreben, während des laufenden Behandlungsvorganges möglichst kontinuierlich und schnell über Temperaturwerte der Schmelze und/oder über eine Schmelzenanalyse zu verfügen, um den Behandlungsprozeß möglichst kurz halten zu können und der beabsichtigten Zielanalyse möglichst nahe zu kommen. Schnelligkeit ist insbesondere deswegen erforderlich, weil die chemischen Umsetzreaktionen mit großer Geschwindigkeit ablaufen und die Gefahr besteht, nicht mehr rechtzeitig in den Frischprozeß bzw. Behandlungsprozeß eingreifen zu können. Die extrem rauhen Betriebsbedingungen in solchen Anlagen kommen dieser Aufgabenstellung nicht entgegen. Bei der Stahlerzeugung in einem metallurgischen Reaktor (Konverter, Elektroofen etc.), bei sekundärmetallurgischer Behandlung von Stahlschmelzen bzw. bei anderen nichteisenmetallischen Schmelzen (z.B. Cu, Νi, AI) ist es weiters von Vorteil, die Temperatur bzw. Analyse der Schmelze nach jedem Behandlungsschritt zu kennen.
Zur Lösung dieser Problematik ist beispielsweise versucht worden, aus der spektralen Analyse der Konverterflamme oder aus ihrer Absorptionswirkung gegenüber monochromatischem Licht bestimmter Wellenlänge einen Hinweis für den richtigen Zeitpunkt der Beendigung des Frischprozesses zu erhalten. Die stark wechselnden Blasbedingungen und die schäumende Schlacke auf dem Schmelzenbad sowie der hohe Staubgehalt im Abgas erlauben jedoch keinen hinreichend genauen Rückschluß auf Badtemperatur und Schmelzenanalyse.
Weiters ist zur Temperaturrnessung vorgeschlagen worden (DE-B - 14 08 873), in die feuerfeste Zustellung des Konverters gekapselte Thermoelemente einzusetzen, die in den Konverterinnenraum vorstehen und in Arbeitsstellung des Konverters unter dem Badspiegel der zu frischenden Schmelze liegen. Die Haltbarkeit dieser Thermoelemente war jedoch unzureichend; die notwendigerweise starke Kühlung der Meßeinrichtung beeinträchtigt zudem die Meßergebnisse.
Weiters ist es bekannt, die Temperatur einer Schmelze zu einem bestimmten Zeitpunkt mittels einer in die Schmelze eintauchenden Lanze zu bestimmen. Dieses Verfahren ist bei Anwendung der Stahlherstellung in einem Konverter nachteilig, denn hierzu muß der Konverter gekippt und wieder aufgerichtet werden, was einen Temperaturverlust des Stahlbades bis zu 40°C verursacht. Das Verfahren ist weiters zeitintensiv, denn zunächst muß vor dem Kippen des Konverters die Blaslanze ausgefahren werden, und es muß nach der Durchfül rung der Messung der Konverter wieder aufgerichtet werden, worauf erst - falls notwendig - die Blaslanze eingefahren und weiter geblasen werden kann. Weitere Nachteile sind, daß der Meßpunkt in der Schmelze nur willkürlich gewählt werden kann, also kaum reproduzierbar ist. Weiters ist auch die Eintauchtiefe der Sonde nicht genau feststellbar und ebenfalls kaum reproduzierbar.
Zur Temperaturmessung heißer Materialproben ist es aus der JP 56-117134 A2 bekannt, einen Lichtsensor zu verwenden, der jedoch infolge seiner Temperaturempfindlichkeit gegen Wärmestrahlung aufwendig zu schützen ist. So ist bei der aus diesem Dokument bekannten Konstruktion eine Hülse vorgesehen, an deren vorderem Ende ein Quarzstab eingesetzt ist. In der Hülse befindet sich eine weitere Hülse, in deren Innerem der Lichtsensor angeordnet ist. Zwischen dem Glasstab und dem Lichtsensor befindet sich am vorderen Ende der inneren Hülse ein Isolierglas. Der Lichtsensor wandelt die von der Materialprobe ausgehenden elektromagnetischen Strahlen in Spannungsimpulse um, wodurch eine einfache Weiterleitung dieser umgewandelten Signale zu einem an einem anderen entfernter liegenden Ort aufgestellten Detektor gegeben ist, allerdings gekoppelt mit dem Nachteil, daß der temperaturempfindliche Lichtsensor einen Einsatz bei hohen Temperaturen, beispielsweise im rauhen Hüttenbetrieb, kaum zuläßt bzw. bei hohen Temperaturen störanfällig ist.
Wesentlich komplizierter gestaltet sich noch die Bestimmung einer chemischen Analyse der Schmelze. Hierfür ist es bekannt, Proben zu entnehmen, u.zw. mit Hilfe von in die Schmelze eintauchenden Lanzen. Für die Stahlerzeugung im Konverter ergeben sich hierdurch Nachteile, da eine solche Probenahme ebenfalls zeitintensiv ist - der Konverter muß in diesem Fall ebenfalls gekippt werden (ausgenommen bei senkrechter Sublanzenmessung) - und die Probe muß ins Labor gebracht werden.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Stahl im Konverter eine Kohlenstoff- Schnellbestimmung durchzuführen, u.zw. durch Messung des Haltepunktes" der Temperatur und des C-Gehaltes. Hierdurch gelingt es jedoch nur, das C-Äquivalent zu erfassen, so daß zur Berechnung des tatsächlichen Kohlenstoffgehaltes einige der in der Schmelze vorhandenen Begleitelemente berücksichtigt werden müssen.
Weiters ist es bekannt, mit Hilfe von Sublanzen Kohlenstoff- und
Sauerstoffaktivitätsbestimmungen sowie Probenahmen und Temperaturmessungen in einem Konverter durchzuführen. Dies ist jedoch insoferne nachteilig, als die Sublanzeneinrichtungen selbst (und auch die Proben) sehr teuer sind, einem unverhältnismäßig großen Verschleiß unterliegen und nur bei flüssigen Schlacken gegen Ende des Blasprozesses eingesetzt werden können.
Aus der EP-B - 0 162 949 ist ein Verfahren zur Beobachtung der Schlackenbildung in einem Blasstahlkonverter bekannt, bei dem die im Konverterraum von der Schlackenoberfläche emittierte Lichtstrahlung herangezogen wird. Das Licht wird hierbei photoelektrisch in Signale umgewandelt und verarbeitet, wobei Veränderungen der Signale als Kriterium der Schaumschlackenbildung gewertet werden. Die in der Seitenwand des Konverters eingesetzten Rezeptoren befinden sich oberhalb des Schlacken-/Schmelzenbades und sind für die Messung der Schmelzenbadtemperatur und der Schmelzenzusammensetzung nicht geeignet.
Aus der US-A - 4,830,601 ist ein Verfahren und die Vorrichtung zur spekträlanalytischen Auswertung des emittierten Lichts aus dem Zentrum einer Brennerflamme bekannt. Dabei wird die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft anhand des Lichtspektrums überprüft. Über Glasfaserleitungen wird emittiertes Licht einer Auswerteelektronik zugeführt und die Verbrennungsluft- bzw. Brennstoffzufuhr entsprechend der ermittelten Gasanalyse geregelt.
Eine ähnliche Anordnung zur Temperaturmessung bei einem Verfahren zur Reduktionsgaserzeugung in einem Hochtemperaturreaktor bei erhöhtem Betriebsdruck ist der DE-A - 40 25 909 zu entnehmen.
Aus der EP-A - 0 215 483 ist es bekannt, die chemische Zusammensetzung des Eisens zu eruieren, indem Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas von oben auf die Oberfläche von geschmolzenem Eisen geblasen wird, wobei von der Schmelzenoberfläche ausgehende Strahlen in einem Spektrometer zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Eisens detektiert werden.
Aus der US-A - 4,619,533 und der EP-A - 0 362 577 sind Einrichtungen ähnlich der eingangs beschriebenen Art bekannt, wobei im ersteren Fall von der Metallschmelze ausgehende Strahlung über einen Lichtwellenleiter einem Detektor zugeleitet wird. Gemäß der EP-A - 0 362 577 wird Laserlicht auf die Metalloberfläche fokussiert und hierbei ein Plasma erzeugt. Das von der Metalloberfläche emittierte Plasmalicht wird über ein Linsensystem und einen Lichtwellenleiter einem Spektrometer zur Elementanalyse zugeführt. Das Lmsensystem weist verstellbare Linsen auf. Die Linsen werden so eingestellt, daß das Intensitätsverhältnis zweier Eisenlinien, u.zw. die Intensität einer Atomlinie und die Intensität einer Ionenlinie minimal ist.
Aus der WO 97/22859 A ist es bekannt, zur Bestimmung von aus dem Inneren einer Schmelze ausgehenden elektromagnetischen Wellen durch Einblasen von Gas in die Schmelze einen Hohlraum zu schaffen und diesen Hohlraum mit einem optischen System, das mit einem Detektor zur Bestimmung der Temperatur und/oder der chemischen Zusammensetzung gekoppelt ist, zu beobachten, wobei die von der Materialprobe, d.h. der Schmelze, ausgehenden elektromagnetischen Wellen über ein Linsensystem in einen Lichtwellenleiter eingespeist werden. Ein Problem ist hierbei eine ausreichende Aufnahme der elektromagnetischen Wellen, um eine hohe Intensität der auszuwertenden elektromagnetischen Wellen sicherzustellen.
Aus der US 4,037,473 A ist eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei der der Lichtwellenleiter gegenüber der Materialprobe mit einem hitzebeständigen Schutzelement teilweise abgedeckt ist. Dieses Schutzelement ist entweder als Lochblende ausgebildet oder als sogenannter Kollimator, d.h. als Block mit Kapillarröhren. In beiden Fällen gelangen die elektromagnetischen Wellen durch Öffnnungen, also durch den Schlitz der Schlitzblende oder durch die Kapillarröhren zum Lichtwellenleiter. Bei der aus diesem Dokument bekannten Einrichtung handelt es sich um eine Einrichtung ausschließlich zur Temperaturmessung für Gasturbinen mit optischen Filtern zum Unterdrücken der längerwelligen elektromagnetischen Wellen, so daß diese nicht zu einem Dedektor gelangen könne.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung zur Durchführung des in der WO 97/22859 A beschriebenen Verfahrens dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst hohe Intensität der zu verwertenden elektromagnetischen Wellen und eine problemlose Weiteriei ung derselben mittels eines Lichtwellenleiters bis zu einer Auswerteeinrichtung zur Verfügung steht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine einfache Reparaturmöglichkeit bzw. Wartung der Einrichtung bei geringem Arbeits- und Materialaufwand zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß gelöst, dadurch gekennzeichnet, dass ddas Schutzelement aus einem die elektromagentisvchen Wellen leitenden Material gebildet ist.
Hierbei ist vorteilhaft das Schutzelement von einem Spülgas umspülbar.
Zur Vermeidung eines Intensitätsverlustes bzw. zur Verstärkung der Intensität beim Übergang der elektromagnetischen Wellen vom Schutzelement zum Lichtwellenleiter ist vorzugsweise zwischen dem Schutzelement und dem Lichtwellenleiter eine optische Brecheinrichtung, wie ein Linsensystem, vorgesehen.
Zur Sicherstellung einer möglichst hohen Intensität der weitergeleiteten elektromagnetischen Wellen ist zweckmäßig der Lichtwellenleiter gegenüber dem Schutzelement verschiebbar angeordnet. Hierbei kann es genügen, wenn der Lichtwellenleiter gegenüber dem Schutzelement bei der erstmaligen Justierung verschiebbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Brecheinrichtung gegenüber dem Schutzelement unter Änderung des Abstandes zum Schutzelement verbringbar.
Vorzugsweise ist der das Schutzelement aufnehmende Endbereich der Hülse mit einer Lochblende versehen, die zwischen der Materialprobe und dem Schutzelement zu liegen kommt.
Eine bevorzugte Variante für besonders heiße Materialproben ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse außenseitig von einer einen Mantel bildenden Außenhülse umgeben ist, wobei zwischen der Hülse und der Außenhülse ein von einem Spülmedium durchströmter Ringspalt gebildet ist, wobei vorteilhaft die Außenhülse die Hülse in Achsrichtung überragt.
Für flüssige Materialproben, wie Metallschmelzen, ist zweckmäßig die Außenhülse in einer aus feuerfestem Material gebildeten Wand eines metallurgischen Gefäßes eingesetzt und durchragt diese Wand bis zum Innenraum des metallurgischen Gefäßes.
Gemäß einer anderen Ausführungsform zum Einsatz für Schmelzen ist die Einrichtung in einer Meßlanze eingesetzt.
Für besonders hohe Temperaturen ist vorzugsweise zwischen dem Schutzelement und dem Lichtwellenleiter eine Umlenkeinrichtung vorgesehen, vorzugsweise zwischen einer hinter dem Schutzelement angeordneten optischen Brecheinrichtung und dem Lichtwellenleiter. Gemäß einer bevorzugten Variante ist das Schutzelement als Stab ausgebildet und weist der Stab ein Verhältnis Länge zu Durchmesser von 2 : 1, vorzugsweise 3 : 1 oder mehr, auf, wobei vorteilhaft der Durchmesser des Schutzelementes mindestens den Durchmesser des Lichtwellenleiters aufweist. Es kann zweckmäßig sein, wenn der Durchmesser des Schutzelementes um 10 bis 30 % größer bemessen ist als der Durchmesser des Lichtwellenleiters .
Vorzugsweise ist die optische Brecheinrichtung als Fokussiereinrichtung ausgebildet.
Für besonders genaue Meßergebnisse ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Schutzelement und dem Lichtwellenleiter und/oder zwischen dem Schutzelement und der optischen Brecheinrichtung und/oder zwischen der optischen Brecheinrichtung und dem Lichtwellenleiter Inertgas oder eine optisch neutrale Flüssigkeit vorgesehen.
Für hohe Temperaturen ist vorteilhaft das Schutzelement aus Quarz gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schutzelement aus einer Mehrzahl von Lichtleitern gebildet, insbesondere von einem Strang von faserförmigen Lichtwellenleitern.
Zur Vermeidung einer Verfälschung von Meßergebnissen wird vorteilhaft bei einem Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung zwischen dem zur Materialprobe gerichteten Ende des Schutzelementes und der Materialprobe eine Temperatur aufrecht erhalten, die größenordnungsmäßig im Bereich der Ist-Temperatur der Materialprobe liegt, wobei zweckmäßig die Abweichung der Temperatur der Materialprobe von der des Schutzelementes maximal ± 20 % beträgt. Hierbei wird zweckmäßig zwischen der Materialprobe und dem Schutzelement durch Einleiten eines Gases oder eiries Gasgemisches eine vorgewählte Temperatur eingestellt und aufrecht erhalten.
Für eine exakte Temperaturmessung kann es von Vorteil sein, wenn das Schutzelement in direkten Kontakt mit der Materialprobe gebracht wird und das Schutzelement aus einem Material gebildet ist, das durch die Materialprobe chemisch unveränderbar ist und einen Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt aufweist, der oberhalb der Temperatur der Materialprobe liegt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung beim Einsatz in einem metallurgischen Gefäß, vorzugsweise zur Messung der Temperatur eines Stahlbades. Fig. 2 gibt ein Detail der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab wieder. Fig. 3 veranschaulicht den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Meßlanze in Seitenansicht. Fig. 4 gibt einen Längsschnitt durch die in der Meßlanze eingesetzte erfindungsgemäße Einrichtung wieder. Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Umlenkung der auszuwertenden elektromagnetischen Wellen.
Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist in der feuerfesten Ausmauerung 1 eines metallurgischen Gefäßes, in dem sich beispielsweise ein Stahlbad 2 befindet, eine Bohrung vorgesehen, in die eine Außenhülse 3 eingesetzt ist. In dieser Außenhülse 3 ist unter Freilassung eines Ringspaltes 4 eine Innenhülse 5 mit geringerem Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Außenhülse 3 eingesetzt. Um einen gleichmäßig breiten Ringspalt 4 zu sichern, sind an der Innenhülse 5 sich radial nach außen erstreckende Abstandhalter 6 vorgesehen, die die Innenhülse 5 in der Außenhülse 3 zentrieren.
Durch den Ringspalt 4 kann über eine Zuführleitung 7 ein Spülmedium zum vorderen Ende 8 der Außenhülse 3 geleitet werden, wodurch ein Eindringen des Stahlbades 2 in die Außenhülse 3 verhindert werden kann. Es kommt zur Ausbildung eines sich konvex in das Stahlbad 2 erstreckenden und mit dem Spülmedium, vorzugsweise Gas, gefüllten Hohlraumes 9.
Das vordere Ende 10 der Innenhülse 5 ist mit einer Lochblende 11 versehen, um vom Randbereich der durch den Hohlraum 9 zu beobachtenden Stahlschmelze ausgehende elektromagnetische Wellen von einer Detektierung abzuhalten. Im Inneren der Innenhülse 5 befindet sich knapp hinter der Lochblende 11 ein als Lichtstab 12 ausgebildetes Schutzelement, hinter dem Lichtstab 12 ein Linsensystem 13 und im Abstand a hinter dem Linsensystem 13 ist ein Lichtwellenleiter 14 vorgesehen, beispielsweise ein Glasfaserkabel, das in einer Halterung 15 eingebettet und in einem Abstand b vom Linsensystem 13 in Stellung gebracht ist.
Der verformbare Lichtwellenleiter 14 leitet die von dem Stahlbad 2 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen im sichtbaren und/oder Infrarotspektralbereich und/oder UN- Bereich zu einer nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung, mit der in bekannter Weise die Temperatur des Stahlbades 2 und/oder dessen chemische Zusammensetzung bestimmbar ist, wie dies beispielsweise in der WO-A - 97/22859 beschrieben ist. Sowohl die Außenhülse 3 als auch die Innenhülse 5 sind aus hitzebeständigem Material gebildet, wobei die Innenhülse 3 als Schutzrohr für den Lichtstab 12, das Linsensystem 13 sowie den vorderen Endbereich des Lichtwellenleiters 14 dient. Die Innenhülse 5 kann beispielsweise aus Stahl gebildet sein.
Der Lichtstab 12 ist aus hitzebeständigem und die auszuwertenden elektromagnetischen Wellen leitendem Material gebildet, beispielsweise aus Glas oder aus Quarz, wobei das Material des Lichtstabes 12, d.h. dessen Brechungskoeffizient, entsprechend der spezifischen Aufgabe, elektromagnetische Wellen zur Temperaturermittlung im lhfrarotspektralbereich und/oder zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung im UN-Bereich zu leiten, gewählt ist. Das Verhältnis Länge zu Durchmesser kann zwischen 2 : 1 und- 5 : 1 betragen, vorzugsweise liegt es über 3 : 1.
Dieser Lichtstab 12 dient als Schutzelement zum Schutz des Linsensystems 13 und des vorderen Endbereiches des Lichtwellenleiters 14. Dieser Lichtstab 12 ermöglicht eine Einhaltung einer kurzen Distanz c zur zu beobachtenden und zu vermessenden Materialprobe, im vorliegenden Fall zum Stahlbad 2. Hierdurch kann eine hohe Intensität der auszuwertenden elektromagnetischen Wellen und eine problemlose und möglichst verlustfreie Erfassung und Weiterleitung derselben zum Linsensystem 13 und weiter bis zur Auswerteeinrichtung gesichert werden. Ein Vorteil des Lichtstabes 12 ist auch noch darin zu sehen, daß er bei einer Beschädigung oder Verschmutzung einfach gewechselt oder gereinigt werden kann, ohne daß arbeitsmäßig oder materialmäßig hohe Kosten anfallen.
Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung kann das Einleiten der elektromagnetischen Wellen in den Lichtwellenleiter 14 auch direkt vom Lichtstab 12 in den Lichtwellenleiter 14 erfolgen, also ohne zwischengeschaltetes Linsensystem 13. Jedoch bietet das Linsensystem 13 den Vorteil, daß durch eine entsprechende Positionierung des gegebenenfalls in der Innenhülse 5 längsverschiebbar angeordneten Linsensystems 13 - wie durch den Doppelpfeil 15 veranschaulicht - eine Fokussierung der vom Lichtstab 12 kommenden bzw. ausgehenden elektromagnetischen Wellen auf den Lichtwellenleiter 14 durchgeführt werden kann. Es kann weiters auch von Vorteil sein, den Endbereich des Lichtwellenleiters 14 in der Innenhülse 5 längs verschieblich anzuordnen.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung kann speziell in metallurgischen Prozessen eingesetzt werden, in denen auch Unterbaddüsen zum Einsatz kommen, also in Konvertern verschiedenster Bauarten. Auch kann der Einsatz in bereits an einem metallurgischen Gefäß vorhandenen Spüldüsen vorgesehen werden. In diesem Fall bildet die Spüldüse die Außenhülse 3. Der in Fig. 1 dargestellte Ringspalt 4 weist zusätzlich zur Schutzfunktion für die Innenhülse 5 und deren Einbauten den Vorteil auf, daß man die Außenhülse 3 vor einem auftretenden voreilenden Verschleiß schützen kann, u.zw. dadurch, daß sich an der Einmündung 8 der Außenhülse 3 ein die Außenhülse 3 und das angrenzende Feuerfestmaterial 1 bedeckender ringförmiger Schutzpilz bildet.
Durch eine geeignete Wahl der Spülmenge und des Spülmediums (beispielsweise Inertgas etc.) kann der Ringspalt 4 bzw. der Hohlraum 9, der in das Stahlbad 2 ragt, offen gehalten werden und so die für die Messung benötigte Strahlung elektromagnetischer Wellen zur Auswerteeinrichtung geleitet werden. Sollte sich der Hohlraum 9 schließen, kann dieser durch Eindüsen von mit Sauerstoff angereichertem Gas, Preßluft oder reinem Sauerstoff wieder geöffnet werden.
Gemäß einer Variante der Erfindung kann eine besonders wirksame Form einer Temperaturmessung in einem flüssigen Schmelzbad durch einen direkt in der Wand des metallurgischen Gefäßes eingebauten Lichtstab 12 erfolgen. Die Schmelze berührt dabei die Oberfläche des Lichtstabes 12, der mit seinem vorderen Ende entweder fluchtend mit der Innenseite der Wand des metallurgischen Gefäßes ausgebildet ist oder aus dieser vorragt. Durch den direkten Kontakt lassen sich Meßwertverfälschungen ausschalten. Dieser direkte Kontakt ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Schmelze keine chemische Reaktion mit dem Material des Lichtstabes 12 eingehen kann und wenn der Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt des Lichtstabes 12 oberhalb der Temperatur der Schmelze liegt.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist besonders vorteilhaft in der Hütten- Schmelztechnologie (Hochofen, Stahlwerk, Konverter, Elektro-Lichtbogenofen, Sekundärmetallurgie, Strangguß etc.), da mit Hilfe der kontinuierlichen Temperaturmessung die bereits bestehenden Prozeßmodelle zielgerichtet und noch genauer unterstützt werden können.
Ein weiteres sinnvolles Anwendungsgebiet liegt im Überwachen von heißen Festkörpern, bewegt oder unbewegt. Beispielsweise kann mit einer verfahrbaren bzw. heb- und senkbaren Lanze 16, in der die erfindungsgemäße Einrichtung eingebaut ist, die erfindungsgemäße Einrichtung bis knapp vor das zu messende Objekt, d.h. die Materialprobe 17, herangefahren werden. Eine solche Lanze 16 ist beispielsweise in Fig. 3 veranschaulicht.
Fig. 4 zeigt das Innenleben der Lanze, das ebenfalls von einer Lochblende 11, einem Lichtstab 12, einem Linsensystem 13 sowie einem eingebetteten Lichtwellenleiter 14 gebildet ist. Wenn x den zu beobachtenden Bereich der Materialprobe 17 bezeichnet, so ist dessen Größe abhängig von dem freien Durchmesser Ri der Lanze 17, dem freien Durchmesser R2 der Lochblende 11, dem Abstand c der Materialprobe vom Lichtstab 12 und den jeweiligen Abständen yi und y2 bis zur Lochblende 11 bzw. zum Ende der Lanze 17, was sich wie folgt definierten läßt: x = f(Rls R2, c, yi, y2)
Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Variante ist der Lichtwellenleiter 14 besonders geschützt angeordnet, indem zwischen dem Ende des Lichtwellenleiters 14 und dem Linsensystem 13 eine Umlenkeinrichtung 18, wie ein Umlenkspiegel, für die weiterzuleitenden elektromagnetischen Wellen angeordnet ist.
Die Ausbildung des Schutzelementes als Lichtstab 14, d.h. in Stabform, ist von besonderem Vorteil, ist jedoch zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nicht unbedingt erforderlich. Unter Umständen kann auch eine Dimension des Schutzelementes zielführend sein, die von der Stabform abweicht, also beispielsweise eine Länge aufweist, die dem Durchmesser entspricht oder kürzer als dieser ist. Wesentlich ist die Schutzfunktion, d.h. ein Schutz für den dahinterliegenden Lichtwellenleiter 14 bzw. bei Vorsehen eines Linsensystems 13 ein Schutz des Linsensystems 13, sodaß der Abstand des Linsensystems 13 bzw. des Endes des Lichtwellenleiters 14 von der Materialprobe möglichst gering gehalten werden kann.
Das Schutzelement kann auch aus Lichtleitern bestehen, wobei die Lichtleiter vorzugsweise als dünne runde Stäbe oder Fasern, beispielsweise aus Quarzglas, ausgebildet sind und von einem Mantel umgeben und unter Bildung eines Stranges zusammengehalten werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung elektromagnetischer Wellen im sichtbaren und/oder Infrarot-Spektralbereich und/oder UV-Bereich, die von einer gasförmigen, flüssigen oder festen Materialprobe (2, 17) ausgesendet werden, zu einer Auswerteeinrichtung, vorzugsweise zum Bestimmen der Temperatur der Materialprobe (2, 17), mit einer am vorderen Ende offenen hitzebeständigen Hülse (5), in der ein mit einer Aus Werteeinrichtung gekoppelter Lichtwellenleiter (14) vorgesehen ist, und mit einem am vorderen Endbereich der Hülse (14) angeordneten hitzebeständigen Schutzelement (12), dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (12) aus einem die elektromagnetischen Wellen leitenden Material gebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (12) von einem Spülgas umspülbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schutzelement (12) und dem Lichtwellenleiter (14) eine optische Brecheinrichtung (13), wie ein Linsensystem, vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (14) gegenüber dem Schutzelement (12) verschiebbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Brecheinrichtung (13) gegenüber dem Schutzelement (12) unter Änderung des Abstandes (a) zum Schutzelement (12) verbringbar ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Schutzelement (12) aufnehmende Endbereich der Hülse (5) mit einer Lochblende (11) versehen ist, die zwischen der Materialprobe (2, 17) und dem Schutzelement (12) zu liegen kommt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) außenseitig von einer einen Mantel bildenden Außenhülse (3) umgeben ist, wobei zwischen der Hülse (5) und der Außenhülse (3) ein von einem Spülmedium durchströmter Ringspalt (4) gebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (3) die Hülse (5) in Achsrichtung überragt.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (3) in einer aus feuerfestem Material (1) gebildeten Wand eines metallurgischen Gefäßes eingesetzt ist und diese Wand bis zum Innenraum des metallurgischen Gefäßes durchragt.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einer Meßlanze (16) eingesetzt ist.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schutzelement (12) und dem Lichtwellenleiter (14) eine Umlenkeinrichtung (18) vorgesehen ist, vorzugsweise zwischen einer hinter dem Schutzelement (12) angeordneten optischen Brecheinrichtung (13) und dem Lichtwellenleiter (14).
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (12) als Stab ausgebildet ist und der Stab ein Verhältnis Länge zu Durchmesser von 2 : 1, vorzugsweise 3 : 1 oder mehr, aufweist.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Schutzelementes (12) mindestens den Durchmesser des Lichtwellenleiters (14) aufweist.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Schutzelementes (12) um 10 bis 30 % größer bemessen ist als der Durchmesser des Lichtwellenleiters (14).
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Brecheinrichtung (13) als Fokussiereinrichtung ausgebildet ist.
16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schutzelement (12) und dem Lichtwellenleiter (14) und/oder zwischen dem Schutzelement (12) und der optischen Brecheinrichtung (13) und/oder zwischen der optischen Brecheinrichtung (13) und dem Lichtwellenleiter (14) Inertgas oder eine optisch neutrale Flüssigkeit vorgesehen ist.
17. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (12) aus Quarz gebildet ist.
18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 und 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement aus einer Mehrzahl von Lichtleitern gebildet ist, insbesondere von einem Strang von faserförmigen Lichtwellenleitern.
19. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zur Materialprobe (2, 17) gerichteten Ende des Schutzelementes (12) und der Materialprobe (2, 17) eine Temperatur aufrecht erhalten wird, die größenordnungsmäßig im Bereich der Ist-Temperatur der Materialprobe (2, 17) liegt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Temperatur der Materialprobe (2, 17) von der des Schutzelementes (12) maximal + 20 % beträgt.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Materialprobe (2, 17) und dem Schutzelement (12) durch Einleiten eines Gases oder eines Gasgemisches eine vorgewählte Temperatur eingestellt und aufrecht erhalten wird.
22. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement (12) in direktem Kontakt mit der Materialprobe (2, 17) gebracht wird und das Schutzelement (12) aus einem Material gebildet ist, das durch die Materialprobe (2, 17) chemisch unveränderbar ist und einen Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt aufweist, der oberhalb der Temperatur der Materialprobe (2, 17) liegt.
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