DE1598540C - Vorrichtung zur Ermittlung der Aktivität insbesondere von Sauerstoff in metallischen Bädern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur trolyten aus dem Schutzrohr bewirkte räumliche

Bestimmung der Aktivität, insbesondere von Sauer- Trennung der wirksamen Kontaktstelle des Elek-

stoff in metallischen Bädern. In neuerer Zeit ist man trolyten, das ist die freie Stirnseite des Elektrolyten,

bemüht, sich von den konventionellen Methoden von dem Schutzrohr, vermeidet die Ausbildung einer

zur Bestimmung von Elementen, insbesondere von 5 Reaktionskette Schutzrohr—Schmelze—Elektrolyt,

Sauerstoff, in metallischen Bädern zu lösen. Vor die das Meßergebnis verfälschen würde,

allem die bislang gebräuchlichen Sauerstoffbestim- Eine solche Vorrichtung ermöglicht es ohne wei-

mungen lassen zu wünschen übrig, da diese Be- teres, ausschließlich die Aktivitäten von in dem

Stimmungen, wie auch die entsprechenden Bestim- schmelzflüssigen Metall befindlichen Sauerstoff und

mungen anderer Elemente, eine im Hinblick auf io solchen Elementen, die mit Sauerstoff in einem

den Arbeitsablauf in Schmelzbetrieben zu lange Zeit definierten Zusammenhang stehen, zu ermitteln. Aus

beanspruchen. Insbesondere bei der Ermittlung des den so ermittelten eindeutigen Werten lassen sich

Sauerstoffgehaltes mindert die für die Bestimmung die tatsächlichen Gehalte der interessierenden

erforderliche Zeit den Aussagewert der Bestimmung, Elemente ohne weiteres herleiten. Die auf diese

da sich gerade die Sauerstoffgehalte in metallischen 15 Weise mögliche, eindeutige Schnellbestimmung von

Bädern laufend ändern. Außerdem läßt die Genauig- Elementen, insbesondere von Sauerstoff, ist von

keit der bekannten Analysenverfahren bei kleinen großem Nutzen bei der Überwachung und Steuerung

Gehalten zu wünschen übrig. metallurgischer Prozesse.

Die Suche nach einer zeitunabhängigen Bestim- In der Patentschrift Nr. 21 673 des Amtes für mungsmethode, insbesondere zur Bestimmung des 20 Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist zwar Augenblicksgehaltes von Sauerstoff in metallischen schon eine Vorrichtung zur Durchführung von Gas-Bädern, hat zur Einführung der elektrochemischen analysen bei erhöhten Temperaturen mit Hilfe gal-Aktivitätenermittlung geführt. Die Ermittlung von vanischer Feststoffelektrolytelemente vorgeschlagen Aktivitäten in wäßrigen Lösungen mit Hilfe einer worden, bei der ein kompakter Elektrolyt in einem galvanischen Kette ist seit langem bekannt. Durch 25 Trägerrohr gelagert ist. In diesem Falle ist aber einen Kunstgriff ist es ermöglicht worden, ent- weder eine Abdichtung des Inneren des Trägerrohres sprechende Ermittlungen in metallischen Bädern vorgesehen noch eine räumliche Trennung der freien durchzuführen, indem man nämlich das schmelz- Stirnseite des Elektrolyten von dem Trägerrohr,
flüssige Metall zur Elektrode macht, in die ein hoch- Es sind verschiedene Ausführungsformen des temperaturbeständiger Elektrolyt im Kontakt mit 30 Elektrolyten und des ihn umgebenden Schutzrohres einer Vergleichselektrode eintaucht, von der ein . möglich. Bei der Auswahl geeigneter Stoffe, wie auch Spannungsmeßgerät beaufschlagt wird, das an das bei der Formgebung, ist den beim Einsatz auftretenmetallische Bad angeschlossen ist. Es werden jedoch den Beanspruchungen, wie sie insbesondere durch auf diese Weise bei technischen Metallbädern noch die schroffen Temperaturwechsel ausgelöst werden, keine einwandfreien Werte, insbesondere was die 35 Rechnung zu tragen.

Aktivität des Sauerstoffes betrifft, ermittelt, da als Für den betriebllichen Einsatz hat sich eine VorFehlerquellen die über dem Metallbad befindliche richtung als zweckmäßig erwiesen, bei der ein sich Gasphase und gegebenenfalls auch die das Metallbad eintauchseitig konisch verjüngendes Schutzrohr vorbedeckende Schlacke das Meßergebnis beeinflussen. gesehen ist, in dem der Elektrolyt in Form eines Die Schlacke beeinflußt gegebenenfalls auch die 4° konischen Stopfens unter Federdruck in seiner End-Ermittlung der Aktivität anderer Elemente. Außer- lage gehalten wird. Es ist natürlich auch möglich, dem zerstört die Schlacke die Meßanordnung. den Elektrolyten in das Schutzrohr einzuschmelzen.

Der Erfindung liegt einerseits die Aufgabe zu- Dazu ist es zweckmäßig, die Innenwandung des

gründe, den in das Metallbad eintauchenden Elek- Schutzrohres auszukehlen.

trolyten gegen Schlacke bzw. Atmosphäre abzu- 45 Insbesondere bei der Verwendung von Elektrolytschirmen und auf diese Weise die störende Beein- werkstoffen mit einem gegenüber dem Schutzrohr flussung durch diese Medien auszuschalten, und höheren Ausdehnungskoeffizienten erweist sich eine andererseits die Aufgabe, eine Verfälschung des Ausführungsform als zweckmäßig, bei der ein ein-Meßergebnisses durch die Reaktionskette Schutz- tauchseitig eingezogenes Schutzrohr und ein auf dem rohr—Schmelze—Elektrolyt zu vermeiden. 50 eingezogenen Rand des Rohres in dem Rohr mit

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einer Spiel lagernder, in feuerfester Masse . eingebetteter

Vorrichtung zur Bestimmung der Aktivität, insbeson- Stopfen mit einem aus dem Rohr herausragenden

dere von Sauerstoff in metallischen Bädern, wobei Ansatz vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist der

das metallische Bad eine Elektrode darstellt, in die Stopfen im wesentlichen kugelförmig ausgebildet,

ein in einem feuerfesten, nicht ionenleitenden Schutz- 55 Die Vergleichselektrode, die mit dem Elektrolyten

rohr angeordneter hbchtemperaturbeständiger Elek- in unmittelbarem Kontakt stehen muß, wird in wei-

trolyt in Kontakt mit einer Vergleichselektrode ein- terer Ausgestaltung der Erfindung gebildet durch

taucht, von der ein Spannungsmeßgerät beaufschlagt einen die Verbindung zwischen dem Elektrolyten

wird, das an das metallische Bad angeschlossen ist, und dem Spannungsmeßgerät herstellenden Draht

gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Elek- ⁶° aus ionenleitendem, hochhitze- und chemisch bestän-

trolyt aus dem Schutzrohr unter Abdichtung des- digem Material, beispielsweise aus einem Platindraht,

selben nach außen begrenzt herausragt. in Verbindung mit einem bei der Meßtemperatur

Das Schutzrohr schirmt den bei der Messung in flüssigen oder gasförmigen Sauerstoffträger mit

das Metallbad eintauchenden Elektrolyten gegen konstantem Sauerstoff-Partialdruck. Der gasförmige

Schlacke bzw. Atmosphäre ab. Die Abdichtung stellt 65 Sauerstoffträger durchströmt dabei zweckmäßiger-

sicher, daß kein schmelzflüssiges Metall in das Innere weise das den Elektrolyten umgebende und abschir-

des die Vergleichselektrode enthaltenden Schutz- mende Schutzrohr als Spülmedium,

rohres dringt. Die durch das Herausragen des Elek- Für den betrieblichen Einsatz ist es erforderlich,

Claims (12)

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   daß die Teile der Vorrichtung, die laufend aus- gasförmigen Sauerstoffträger 16 eine sich in unmittelgewechselt werden müssen, das. sind der Elektrolyt barem Kontakt mit dem Elektrolyten 13 befindende und das Schutzrohr, leicht und rasch installierbar Vergleichselektrode 14, 16. Die Meßleitung 15 bewie auch demontierbar sind. Diese Aufgabe wird aufschlagt ein Spannungsmeßgerät 17, das in vorin weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch 5 liegendem Falle mittelbar an das metallische Bad 21, gelöst, daß das Schutzrohr in an sich bekannter nämlich über einen an das metallurgische Gefäß 19 Weise in eine die Vergleichselektrode tragende gelegten Haftmagneten 18, angeschlossen ist.
   Meßlanze od. dgl. die Vergleichselektrode über- Aus Fig. 2 sind weitere Einzelheiten des in die prüfend eingeschraubt, und die Verbindung zwischen Meßlanze 11 einschraubbaren Tauchkopfes aus dem Elektrolyten und der Vergleichselektrode durch io Fig. 1 ersichtlich. Das Schutzrohr 12, in der Regel eine Klemmverbindung hervorgerufen wird. Einer aus Quarz, verjüngt sich eintauchseitig, so daß der vorteilhaften Ausführungsform gemäß wird die als konischer Stopfen ausgebildete Elektrolyt 13 aus Klemmverbindung durch das verdrillte, in eine stirn- dem Schutzrohr 12 begrenzt herausragend darin seitig in den Elektrolyten vorgesehene zentrische hängen bleibt. An der Innenseite weist der Elektrolyt Bohrung eingeführte Ende der die Vergleichselek- 15 13 eine zentrale Bohrung 23 auf, in die das mit Hilfe trode mit dem Spannungsmeßgerät verbindenden einer keramischen Zweiloch-Perle 24 verdrillte Ende Leitung bewirkt. Zum Verdrillen des Leitungsendes 26 der Anschlußleitung 14 eingeführt ist. Unter Bebedient man sich zweckmäßigerweise einer kera- lassung von freiem Raum ist die Anschlußleitung 14 mischen Zweiloch-Perle. Diese Art der Verbindung zusätzlich durch ein Leitrohr 27 abgeschirmt, durch vermeidet jeden Kontakt der Vergleichselektrode mit 20 das der Zwangsumlauf des von oben zugeführten dem Schutzrohr. gasförmigen Sauerstoff trägers 16 bewirkt wird.

   Es ist natürlich auch möglich, Schutzrohr, Elek- Der Sitz des Elektrolyten 13 in dem Schutzrohr 12

   trolyt und Vergleichselektrode zu einem verlorenen, kann zusätzlich durch federnde Mittel gesichert

   auf die Meßlanze aufsteckbaren Kopf zusammen- werden, wie das beispielsweise in Fig. 3 darge-

   zufassen. Dabei ist der Bestandteil der Vergleichs- 25 stellt ist.

   elektrode bildende Sauerstoffträger zweckmäßiger- Fig. 4a und 4b zeigen in die Schutzrohre 31, 31'

   weise in den verlorenen Kopf eingeschmolzen. In den eingeschmolzene Elektrolyten 32, 32'.

   verlorenen Kopf kann auch der Anschlußkontakt für Nach Fig. 5 ist der in dem Schutzrohr 33 ange-

   das Spannungsmeßgerät zum schmelzflüssigen Metall ordnete Elektrolyt 34 in feuerfeste Masse 36 einge-

   einbezogen werden. In dem Falle ist anschlußseitig 30 bettet.

   je eine Steckverbindung für den Anschluß der Ver- Abgesehen von einer Lösung entsprechend F i g. 1

   gleichselektrode und des Anschlußkontaktes für das sind natürlich weitere konstruktive Lösungen mög-

   Spannungsmeßgerät vorzusehen. Eine andere Mög- lieh. So kann der Anschlußkontakt für .das Span-

   lichkeit, das Spannungsmeßgerät an das metallische nungsmeßgerät ein Tauchkontakt sein. Tauchkontakt

   Bad anzuschließen, ist die, an den das schmelzflüssige 35 und Elektrolyt können auch in ein und demselben

   Metall enthaltenden Behälter, beispielsweise eine Tauchkopf zusammengefaßt sein. Eine dementspre-

   Kokille, einen Haftmagneten zu legen, der mit dem chende Lösung ist in F i g. 6 dargestellt. Dabei ist

   Spannungsmeßgerät leitend verbunden ist. ein Tauchkopf 41 aus feuerfestem Materialt vor-

   Für den Fall, daß der Elektrolyt durch eine gesehen, in dem als Vergleichselektrode ein bei der Schlackendecke in das metallische Bad eingeführt 40 Meßtemperatur gasförmiger oder flüssiger Sauerstoffwerden muß, kann eine aufschmelzbare, das freie träger 43 nebst einem in Kontakt mit dem Elek-Ende des Elektrolyten bzw. den gesamten Tauchkopf trolyten 42 stehenden Platindraht 44 eingeschmolzen abschirmende Hülle vorgesehen sein. ist, und zwar derart, daß der Elektrolyt 42 einschließ-

   Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind in Hch des abgeschirmten Sauerstoffträgers 43 eintauch-

   der Zeichnung in ganz schematischer Weise dar- 45 seitig aus dem Tauchkopf 41 herausragt. Bestandteil

   gestellt. Es zeigt des Tauchkopfes 41 ist außerdem der Anschluß-

   F i g. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung kontakt 46 für das Spannungsmeßgerät, dessen aus

   gemäß der Erfindung im Einsatz, dem Tauchkopf 41 herausragendes Ende zweck-

   F i g. 2 den abgebrochenen Tauchkopf aus F i g. 1 mäßigerweise durch einen Stutzen 47 aus feuerfestem

   in größerem Maßstab, 5° Material abgeschirmt ist. Elektrolyt 42 und Anschluß-

   Fig. 3 eine Ausführungsform des Elektrolyten kontakt46 sind zum Schutz gegen die Einwirkung

   mit Schutzrohr, der Schlacke durch eine aufschmelzbare Hülle 48

   Fig. 4a, 4b, 5 weitere Ausführungsformen des abgeschirmt.

   Elektrolyten mit Schutzrohr, ^ Patentansprüche:

   F1 g. 6 eine abgewandelte Ausfuhrungsform der 55

   Vorrichtung gemäß der Erfindung. 1. Vorrichtung zur Bestimmung der Aktivität,

   In Fig. 1 ist mit 19 ein metallurgisches Gefäß insbesondere von Sauerstoff in metallischen

   bezeichnet, in dem sich ein mit Schlacke 22 bedecktes Bädern, wobei das metallische Bad eine Elek-

   metallisches Bad 21 befindet. trode darstellt, in die ein in einem feuerfesten,

   In das metallische Bad 21 taucht ein durch ein 60 nicht ionenleitenden Schutzrohr angeordneter

   in eine Meßlanze 11 eingeschraubtes Schutzrohr 12 hochtemperaturbeständiger Elektrolyt in Kontakt

   gegen die Schlacke 22 und die Atmosphäre über der mit einer Vergleichselektrode eintaucht, von der

   Schmelze 21, 22 abgeschirmter, gehaltener und ge- ein Spannungsmeßgerät beaufschlagt wird, das

   führter Elektrolyt 13, beispielsweise aus mit CaO an das metallische Bad angeschlossen ist, d a -

   stabilisiertem ZrO.,, ein. Eine aus Platin bestehende 65 durch gekennzeichnet, daß der Elek-

   Anschlußleitung 14, die den Elektrolyten 13 mit trolyt (13, 32, 32', 34) aus dem Schutzrohr (12,

   einer Meßleitung 15 verbindet, bildet zusammen mit 31, 3Γ, 33) unter Abdichtung desselben nach

   einem von oben in das Schutzrohr 12 eingeführten außen begrenzt herausragt. .
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (12) sich eintauchseitig konisch verjüngt, und daß der Elektrolyt (13) die Form eines konischen Stopfens hat, der unter Federdruck in seiner Endlage gehalten wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (33) eintauchseitig eingezogen ist, und daß der Elektrolyt (34) in eine feuerfeste Masse (36) eingebettet und mit einem aus dem Rohr herausragenden Ansatz versehen in dem Rohr auf dem eingezogenen Rand desselben mit Spiel lagert.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Schutzrohr (33) befindliche Teil des Elektrolyten (34) im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (32, 32') in das Schutzrohr (31, 31') eingeschmolzen ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Schutzrohres (31, 31') zur Aufnahme des Elektrolyten (32, 32') eintauchseitig ausgekehlt ist.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Klemmverbindung zwischen dem Elektrolyten und der Vergleichselektrode.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine Bohrung (23) aufweist, in die das verdrillte Ende (26) der die Vergleichselektrode (14,16) mit dem Spannungsmeßgerät (17) verbindenden Meßleitung (15) eingeführt ist.
9. 9. Vorrichtung,nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (12), der Elektrolyt (13) und die Vergleichselektrode (14, 16) zu einer Einheit zusammengefaßt sind, die auf eine Meßlanze (11) aufsteckbar ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Schutzrohr, dem Elektrolyten und der Vergleichselektrode bestehende Tauchkopf (41) mit dem einen Anschlußkontakt (46) für das Spannungsmeßgerät versehen ist, und je eine Steckverbindung für den Anschluß der Vergleichselektrode, und des Anschlußkontaktes an das Spannungsmeßgerät vorgesehen ist.
11. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Haftmagneten (18) zum Anschluß des Spannungsmeßgerätes an das metallische Bad (21) beinhaltende Gefäß (19). .
12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Elektrolyten (13, 32, 32', 34, 42) bzw. der Tauchkopf (41) von einer aufschmelzbaren Hülle (48) umgeben ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen