DE1573161C3 - Temperaturfühler für Schmelzbäder - Google Patents

Temperaturfühler für Schmelzbäder

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Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler für Schmelzbäder, insbesondere für Stahlschmelzen, bestehend aus einem an einem Ende eines aus wärmeisolierendem Werkstoff bestehenden Rohres angeordneten, zum einmaligen Gebrauch bestimmten Thermo element.
Derartige für einmaligen Gebrauch bestimmte Temperaturfühler werden in großem Umfange in Stahlwerken benutzt, um die Temperatur des Schmelzbades festzustellen. Außer der Temperatur der Schmelze interessiert häufig aber auch die Zusammensetzung dieser Schmelze, und zu diesem Zweck werden Proben relativ geringen Volumens der Schmelze entnommen. Die Temperaturmessung und die Probeentnahme erfolgen dabei mit getrennten Sonden, so daß die Temperaturmessung zu einem anderen Zeitpunkt als die Probenentnahme und im allgemeinen auch an einer anderen Stelle des Schmelzbades vorgenommen wird. Hierdurch läßt sich keine direkte Korrelation einer Probe zu der gemessenen Temperatur vornehmen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die durch das Thermoelement gemessene Temperatur eindeutig einer entnommenen Probe zuzuordnen.
ίο Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Probenentnahmegefäß an dem gleichen Ende des Rohres wie das Thermoelement im wesentlichen parallel zu dessen Längsachse befestigt ist, welches beim Eintauchen des Thermoelementes in die Schmelze dieser eine Probe entnimmt, und daß das Entnahmegefäß über den größten Teil seiner Länge von einem wärmeisolierenden Körper umgeben ist.
Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Temperatur gleichzeitig mit der Entnahme der Probe an der Entnahmestelle gemessen wird, so daß eine unmittelbare Zuordnung möglich wird, ohne eine Interpolation vornehmen zu müssen.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine teilweise Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,
F i g. 3 einen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig.l,
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3,
F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 3,
F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 3.
F i g. 1 zeigt einen Teil der im ganzen mit 10 bezeichneten Vorrichtung.
Die Vorrichtung 10 weist einen Temperaturfühler und einen Probenehmer auf, welche an einem Ende eines zum einmaligen Gebrauch bestimmten Körpers, beispielsweise eines Papprohres 12, angebracht sind und von ihm getragen werden. Das Rohr 12 besitzt ein Ende 14. Das Rohr 12 kann irgendeine Länge zwischen 30,5 und 305 cm besitzen, was von der Art der Anlage abhängt, in der sich ein Materialschmelzbad bei erhöhter Temperatur befindet. Das Papprohr 12 ist vorzugsweise von der gleichen Type, wie sie gegenwärtig in Verbindung mit zum einmaligen Gebrauch bestimmten Thermoelementen verwendet wird.
Das Ende des Rohres 12 trägt ein zum einmaligen Gebrauch bestimmtes Thermoelement. Ein derartiges Thermoelement weist eine Masse aus einem hitzeisolierenden feuerfesten Werkstoff 16 auf. Ein Thermoelementdraht 18 ist mit einem Thermoelementdraht 20 verbunden, um im Krümmungsteil und innerhalb einer U-förmigen feuerfesten Röhre 22 eine Meßstelle zu bilden. Die Röhre 22 besitzt Schenkel 23 und 25, deren freie Enden in dem feuerfesten Material 16 eingebettet sind.
Der Thermoelementdraht 18 kann beispielsweise ein Platindraht sein, während der Draht 20 beispielsweise ein Platin-Rodiumdraht sein kann. Der Draht 18 ist mit einem Ausgleichsdraht 24, um eine Ver-
gleichstelle 27 zu bilden, verbunden. Der Draht 20 ist zur Bildung einer Vergleichsstelle 29 mit einem Kupferdraht 26 verbunden. Die Verbindungen 27 und 29 sind in dem feuerfesten Material eingebettet.
Ein Verbindungsteil 28 ist in dem entgegengesetzt zu der U-förmigen Röhre 22 liegenden Ende des feuerfesten Körpers 16 eingebettet. Das Verbindungsteil 28 ist vorzugsweise aus einem biegsamen nichtleitenden Material, beispielsweise einem Polymer-Kunststoff hergestellt. Vorzugsweise ist das Verbindungsteil 28 aus Polyäthylen gefertigt. Das Verbindungsteil 28 weist einen flachen Basisteil 30 mit einer ringförmigen Hülse 32 auf. Die Hülse 32 ist in dem hitzebeständigen Körper 16 eingebettet. Zwei parallele, hohle Ansätze 34 und 36 ragen in axialer Richtung vom Basisteil 30 weg und fluchten mit im Basisteil 30 vorgesehenen Löchern.
Der Draht 24 verläuft durch die Hülse 32, das Loch im Basisteil 30 und weiter durch die Ansätze 34, und er ist schließlich derart umgebogen, daß er ein sich längs der Außenseite 34 erstreckendes Teil 24' bildet. Andererseits verläuft der Draht 26 durch die Hülse 32, das Loch in dem Basisteil 30 und schließlich durch den Ansatz 36. Der Draht 26 endet ebenfalls in einem sich entlang der Außenseite des Ansatzes 36 erstreckenden Endteil 26'. Wie in F i g. 6 deutlich gezeigt ist, verläuft das Teil 26' nahe der Längsachse des Rohres 12, wogegen das Teil 24' annähernd in halber Entfernung zwischen dem Innenumfang des Rohres 12 und dessen Längsachse verläuft. Das Verbindungsteil 28 paßt zu einer gebräuchlichen Buchse, und zwar unabhängig von der Winkel-Drehstellung des Thermoelementes bezüglich der Buchse.
Die Thermoelementeinheit weist ebenfalls eine hohle napfförmige Kappe 38 auf, deren abgeschlossenes Ende mit einem Loch 40 ausgestattet sein kann. Das offene Ende der Kappe 38 ist in dem hitzebeständigen Körper 16 eingebettet. Vorzugsweise wird die Thermoelementeinheit derart hergestellt, daß die oben beschriebenen Bestandteile mit Ausnahme der Kappe 38 in einer Form angeordnet werden und daß sodann das hitzebeständige Material in die Form eingegossen wird, wodurch es erstarrt und somit die Elemente miteinander zu einer Einheit verbindet. Sodann wird die Einheit in das Ende des Rohres 12 kraftschlüssig eingepaßt.
Wie in den F i g. 2 und 3 gut zu erkennen ist, ist das Endteil des Rohres 12 mit einer ebenen, sich von der Stirnseite 14 zu einer Schulter 44 erstreckenden Fläche 42 ausgestattet.
Die ebene Fläche 42 kann durch Schleifen hergestellt werden. Der Abstand zwischen der Fläche 42 und dem Innenumfang des Rohres 12 ist annähernd gleich der halben Wandstärke des Rohres 12.
Weiterhin ist, wie am besten in F i g. 2 gezeigt ist, ein aus einem hitzeisolierenden temperaturbeständigen Material 46 bestehender Körper vorgesehen. Der Körper 46 ist ein stranggepreßter feuerfester Körper. Alternativ kann der Körper 46 pulverförmig in eine Form gebracht, sodann in die gewünschte Gestalt gepreßt und schließlich gebrannt werden.
Der Körper 46 weist ein erstes Teil 48 und ein zweites Teil 50 auf, welche durch einen Steg 52 miteinander verbunden sind. Die Teile 48 und 50 sind im Querschnitt in etwa zylindrisch. Das Teil 48 ist mit einer ebenen einen Teil der Bohrung 56 bildenden Sehnenfläche 54 ausgestattet. Die Bohruno 56 stimmt mit den Außenabmessungen des Steck-Endteiles des Rohres 12 überein. Die Länge des Körpers 46 entspricht der Entfernung zwischen der Stirnfläche 14 und der Schulter 44.
Das Teil 50 ist mit einer zylindrischen Bohrung 58 versehen. Ein im ganzen mit 62 bezeichneter Probenehmer ist koaxial innerhalb der Bohrung 58 angeordnet und wird mittels eines hitzebeständigen Körpers 60 darinnen gehalten. Vorzugsweise wird
ίο der Probenehmer 62 innerhalb der Bohrung 58 zunächst in die richtige senkrechte Lage gebracht, und sodann wird der Zement 60 in die Bohrung 58 gegossen, wo man ihn erhärten läßt.
Der Probenehmer 62 weist ein am einen Ende 66 in irgendeiner üblichen Art und Weise, beispielsweise durch Erhitzen und Zusammenziehen verschlossenes evakuiertes Gefäß 64 auf. Das Gefäß 64 kann aus irgendeinem bei hohen Temperaturen vakuumdichten glasartigen oder keramischen Werkstoff, beispielsweise Quarz, bestehen. Das andere Ende des Gefäßes 64 ist mittels eines Knopfes 68 abgeschlossen. Der Knopf 68 besteht vorzugsweise aus einem eine viel niedrigere Schmelztemperatur als das Gefäß 64 aufweisenden glasartigen Werkstoff. Vorzugsweise sollte der Knopf 68 einen mit dem des Gefäßes 30 zu vereinbarenden Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so daß, wenn das Gefäß dem Hitzeschock ausgesetzt ist, das Zerspringen verhindert wird.
Wenn das Schmelzbad, in welches die Vorrichtung 10 eingetaucht werden soll, ein Stahlschmelzbad ist, so wird das Gefäß 64 mit Mitteln zur Beruhigung des Stahls ausgestattet. Diese Mittel zur Stahlberuhigung bestehen, wie gezeigt, aus einer Schicht einer Aluminiumfolie 70. Die Aluminiumfolie 70 ist in Form einer hohlen Röhre gerollt, um auf diese Weise eine maximale Oberflächengröße für die Berührung mit der Stahl-Schmelzprobe zu schaffen. Die Mittel zur Beruhigung des Stahls können auch in anderen Formen vorgesehen sein, beispielsweise als Aluminiumpulver oder als ein Aluminiumüberzug der Innenfläche des Gefäßes 64 usw.
Das Gefäß 64 ist aus einer an beiden Enden offenen Quarzröhre herstellbar, und der Knopf 68 kann an das eine Ende der Quarzröhre angeschmolzen werden. Daraufhin wird die Aluminiumfolie 68 in die Röhre eingesetzt, welche sodann evakuiert und schließlich an ihrem Ende 66 durch Erhitzen und Zusammenziehen desselben verschlossen wird. Vorzugsweise wird Aluminiumfolie in einem solchen Ausmaß vorgesehen, daß sie ungefähr 1 % des innerhalb des Gefäßes 64 aufzunehmenden Stahlvolumens ausmacht. Knopf 68 und Gefäß 64 sind mit einer Schutzkappe 72 ausgestattet, in deren geschlossenem Ende sich ein Loch 74 befinden kann.
Um den Körper 46 herum verläuft ein mit einem Ende 77 versehenes Band 76 und ragt dabei nach vorne, so daß eine grabenförmige Vertiefung gebildet wird. In diese grabenförmige Vertiefung gießt man sodann einen feuerfesten Werkstoff 78 und läßt ihn darin aushärten. Der hitzebeständige Körper 78 hält die Kappen 38 und 72 in der richtigen Lage und bildet über der Stirnfläche 14 auf der Röhre 12 eine hitzebeständige Schicht. Der Knopf 68 ragt über die frei liegende Stirnfläche des hitzebeständigen Körpers 78 um einen Abstand zwischen dem 3- bis 5fachen des Innendurchmessers des Gefäßes 64 hinaus. Es wurde festgestellt, daß sich bei einem derartigen baulichen Zusammenhang gleichmäßigere Resultate er-
geben. Wenn dieser Abstand wesentlich kleiner als dieser angegebene Bereich ist, so hat das geschmolzene Metall die Tendenz, beim Eintreten in das Gefäß 64 zu erstarren, bevor das ganze Gefäß gefüllt ist. Wenn hingegen der Abstand größer ist als dieser Bereich, so hat das geschmolzene Metall die Ten- ' denz, beim Entfernen der Vorrichtung aus dem Schmelzbad durch das offene Ende des Gefäßes 64 wieder auszulaufen, was zur Folge hat, daß man eine Probe erhält, die das Gefäß 64 nicht vollständig ausfüllt. Der hitzebeständige Körper 60 wirkt ebenso wie der Körper 46 als ein Isolator für die in das Gefäß 64 eintretende Schmelzprobe, und er bewirkt, während sich die Vorrichtung im Schmelzbad befindet, die Verfestigung der Schmelzprobe.
Die Eintauchtiefe der Vorrichtung 10 ist unkritisch, sie sollte jedoch so weit reichen, daß der ganze Körper 46 unterhalb der Schlackeschicht zu liegen kommt. Für einen tatsächlich vorliegenden Eintauchvorgang ist vorgesehen, daß der Körper 46" eine Länge von annähernd 7,6 cm bis 10,1 cm besitzt. Die Zeitdauer für das Eintauchen ist unkritisch, und sie ist im allgemeinen von dem Prozentsatz des Kohlenstoffes, dem Temperaturbereich usw. abhängig. Beispielsweise beträgt die Zeitdauer für den Eintauch-Vorgang in ein Stahl-Schmelzbad mit 30 Punkten Kohlenstoff und einer Temperatur von 1534° C 7 bis 8 Sekunden. Im allgemeinen wird die Eintauchzeit zwischen 3 und 10 Sekunden liegen.
Der Körper 46 ist am Ende des Rohres 12 kraftschlüssig angeordnet. Die gegenüberliegenden ebenen Oberflächen 42 und 54 verhindern, daß sich der Körper 46 gegenüber dem Rohr 12 sowohl während der Handhabung als auch während des Eintauchens verdreht, d. h., der Auftrieb des Schmelzbades würde versuchen, das Teil 50 gegenüber dem Rohr 12 zu verdrehen und auf diese Weise den Eintritt einer geeigneten Probe in das Gefäß 64 verhindern.
Die Vorrichtung 10 wird wie folgt angewendet:
Die Vorrichtung 10, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, ist als eine vorher zusammengesetzte Einheit ausgebildet. Das Rohr 12 wird teleskopartig über eine Tragvorrichtung in Form eines Stahlrohres oder einer Stahlstange geschoben, welche einen von Richtwirkung freien Kupplungsaufnehmer an ihrem freien Ende aufweist. Das Rohr 12 gleitet dabei über das Stahlrohr, bis der Aufnehmer mit dem Verbindungsteil 28 zusammenpaßt. Das richtige Zusammenpassen kann mittels des Anzeigelichtes an der Aufzeichnungseinrichtung festgestellt werden. Sodann wird mittels des Stahlrohres oder der Stange die Vorrichtung 10 in das Schmelzbad eingetaucht. Die Vorrichtung 10 verbleibt zwischen 3 bis 10 Sekunden im Schmelzbad. Während dieser Zeit erzeugt das Thermoelement eine ,elektromotorische Kraft, welche die Temperatur des Schmelzbades angibt und die mittels herkömmlicher Vorrichtungen aufgezeichnet wird. Gleichzeitig wird der an der Röhre 64 angeschmolzene Knopf 68 schmelzen und auf diese Weise ermöglichen, daß eine Probe des Schmelzbades in das Gefäß 64 eintritt und teilweise erstarrt. Die Kappen 38 und 72 waren bereits davor während des Durchtritts der Vorrichtung 10 durch die auf dem Schmelzbad liegende Schlackeschicht weggeschmolzen.
Die Vorrichtung 10 wird sodann aus dem Schmelzbad entfernt und von der Tragstange oder dem Tragrohr abgenommen. Das Teil 50 und der feuerfeste Körper 60 werden durch Kraftanwendung, beispielsweise durch Hammerschläge zerbrochen. Das Gefäß 64 wird ebenfalls zerbrochen, so daß man zu der Probe aus beruhigtem Stahl innerhalb des Gefäßes 64 Zugriff erhält. Die verbleibenden Bestandteile der Vorrichtung 10 werden weggeworfen. Die erhaltene Probe kann sodann analysiert werden, wobei die Temperatur des Schmelzbades im unmittelbaren Bereich und zu der Zeit, zu der die Probe entnommen wurde, aufgezeichnet werden kann. Wenn eine neue Probe und Temperaturmessung gewünscht werden, so werden die oben beschriebenen Schritte wiederholt.
Einer der mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung erhaltenen Hauptvorteile ist der, daß man in der Lage ist, eine Probe aus dem Schmelzbad bei genau der Temperatur zu entnehmen, wie sie durch das Thermoelement und durch die Aufzeichnung auf der Aufzeichnungskarte wiedergegeben ist. Dies wird gemäß der Erfindung durch ein Eintauchen der kombinierten Temperaturmeß- und Probeentnahme-Vorrichtung erreicht.
Mit Ausnahme der erhaltenen Probe sind alle in der Zeichnung gezeigten Bauteile zum einmaligen Gebrauch bestimmt, da sie nur einmal verwendet werden und sodann weggeworfen werden. Da sich unterhalb des Schmelzbadspiegels nur wenig Sauerstoff befindet, verbrennt das Papprohr unterhalb des Schmelzbadspiegels nicht. Die Sauerstoffmenge über dem Schmelzbadspiegel ist begrenzt, und dies hat zur Folge, daß das über dem Schmelzbadspiegel liegende Teil der Röhre 12 teilweise verkohlt. Für gewisse Schmelzbäder, die keine Schlackeschicht aufweisen, beispielsweise bei einem Kupferschmelzbad, kann die Stellung des Endes 66 und des Knopfes 68 am Gefäß umgekehrt werden. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, daß man das Gefäß 64 evakuiert, da die Probe infolge der Schwerkraft in das Gefäß 64 eintreten kann. Für Stahlschmelzbäder wird vorzugsweise ein evakuiertes Gefäß 64 verwendet, bei dem der schmelzbare Knopf 68 nach unten in Richtung des Schmelzbades weist, so daß die Stahlschmelze in das Gefäß 64 eintreten kann und den evakuierten Innenraum des Gefäßes 64 ausfüllt.
Es ist bekannt, daß es in der Schmelzbadhöhe Schichtungen gibt. Daher ist die Ausbildung der Vorrichtung 10 derart, daß das Gefäß 64 Längsseite mit Längsseite entlang dem Thermoelement liegt, vorzuziehen, im Gegensatz zu einer Ausbildung, bei welcher das Gefäß 64 und die Thermoelementeinheit an räumlich voneinander getrennten Punkten entlang der Längsachse des Rohres 12 liegen. Wie aus der obigen Offenbarung folgt, bewirkt der Körper 46 sowohl die Isolierung des Gefäßes 64 als auch der Vergleichsstellen und des Verbindungsteils 28 von der Hitze des Schmelzbades. Obwohl der Körper 46 vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Werkstoff hergestellt ist, so ist es doch ebenfalls möglich, ihn aus hitzeisolierenden Werkstoffen, beispielsweise Asbest, Pappe oder Papier, glasartigen Werkstoffen usw. herzustellen. Die Vorrichtung 10 ist zur Verwendung in Schmelzbädern bei erhöhten Temperaturen geeignet; dabei bedeuten erhöhte Temperaturen solche zwischen 260 und 2204° C.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Temperaturfühler für Schmelzbäder, insbesondere für Stahlschmelzen, bestehend aus einem an einem Ende eines aus wärmeisolierendem Werkstoff bestehenden Rohres angeordneten, zum einmaligen Gebrauch bestimmten Thermoelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Probeentnahmegefäß (62) an dem gleichen Ende des Rohres (12) wie das Thermoelement (18, 20, 28) im wesentlichen parallel zu dessen Längsachse befestigt ist, welches beim Eintauchen des Thermoelementes in die Schmelze dieser eine Probe entnimmt, und daß das Entnahmegefäß (62) über den größten Teil seiner Länge von einem wärmeisolierenden Körper (60) umgeben ist.
2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ProbenentnahmegefSß (62) evakuiert ist.
3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmebeständige Körper einen Teil des Thermoelementes umschließt.
4. Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmebeständige Körper (48, 50) drehfest über abgeflachte Paßflächen (54, 42) auf dem Rohr (12) aufgesetzt ist.
5. Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement innerhalb des Rohres (12) in einem Verbindungsteil (28) endet, welches in einer innerhalb des Rohres befindlichen hitzebeständigen Masse eingebettet ist und aus einem biegsamen Polymerkunststoff hergestellt ist und zwei axial vorstehende Buchsen (34, 36) für die Herausführung der Drähte aufweist.
6. Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmegefäß (64) mit einem Ende über eine Stirnfläche des hitzebeständigen Körpers in einem Abstand hinausragt, der etwa dem dreibis fünffachen Innendurchmesser des Gefäßes entspricht, und daß dieses vorstehende Ende mit einem schmelzbaren Glaswerkstoff abgeschlossen und von einer schmelzbaren Metallkappe umgeben ist.
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