DE2004819C3 - Vorrichtung zum Messen der Abkühlungskurve eines geschmolzenen Metalls - Google Patents
Vorrichtung zum Messen der Abkühlungskurve eines geschmolzenen MetallsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Abkühlungskurve eines geschmolzenen
Metalls, die aus einer Lanze besteht, die an ihrem Eintauchende mit einem Behälter aus feuerfestem
Material versehen ist, der aus der Lanze herausragt und in dem ein Thermoelement angeordnet ist, wobei
der Behälter mit der Eintrittsöffnung für das flüssige Metall versehen ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der belgischen Patentschrift 712 121 bekannt. Es handelt sich dabei
um eine nicht verbrauchbare Lanze des Typs, bei dem +5
der Innenraum gekühlt wird. Derartige Lanzen haben bei einem Durchmesser von etwa 8 cm ziemlich gr<~>ße
Abmessungen. Um die Lanze ist ein Behälter angeordnet, dessen Befestigung ein sehr schwierig /u lösendes
Problem darstellt. Bei der bekannten Vorrichtung müssen die Abmessungen der Bacisfläche des
Behälters und deren Entfernung von der Lötstelle des Thermoelementes ferner aufeinander abgestimmt
werden, damit die Meßstelle nicht zu stark durcl die erheblich niedrigere Temperatur beeinflußt wird, der
die Probe am Ende der Lanze und beim Auftreffen auf die Wandung des Behälters beim Eintauchen in
das Bad ausgesetzt ist. Auch muß eine ausreichende Menge des Metalls in den Behälter eindringen, um
eine zu schnelle Verfestigung in bezug auf die Antwortzeit des Thermoelementes zu vermeiden. Es ist
ferner erforderlich, die Verbindungen zwischen den Drähten der warmen Lötstelle (Fl-Pt Rh) und den
Verbindungsleitungen zum Meßkreis sorgfältig zu isolieren, um zu vermeiden, daß zwei zusätzliche
Thermoelemente entstehen, die die Messung verfälschen. Man muß auch die Verbindungsstellen elektrisch
gut isolieren, da beim Abkühlen aus der Probe Gas austritt, das durch den Zement zur Befestigung
des Thermoelementes zu den Verbindungsstellen
strömt. . .
Die bekannte Vorrichtung ist fur eine Massenproduktion
ungeeignet und es ist in jedem Fall ein weiteres, getrenntes Thermoelement erforderlich, um die
Temperatur des Bades zu messen. Da ferner die Verfestigung der Probe schon nach wenigen Sekunden
beendet ist, wird bei Verwendung der bisher üblichen Stoffe zur Anfertigung des Behälters die Möglichkeit
ausgeschlossen, mittels eines einzigen Thermoelementes sowohl die Temperatur des Bades zu messen
als auch die Abkühlungskurve zu bestimmen.
Diese Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung zugrunde, wobei es gleichzeitig darum geht, den Meßkopf
zum Zwecke der Massenanfertigung möglichst einfach und darüber hinaus klein auszubilden. Dies
gilt insbesondere für den Behälter.
Die Erfindung besteht, ausgehend von einer Vorrichtung gemäß der belgischen Patentschrift 712121
darin, daß die Lanze in an sich bekannter Weise aus einem bei der Badtemperatur verbrauchbaren Material
und der Behälter aus einem Material mit so guter Wärmeleitfähigkeit besteht, daß die thermische Ansprechzeit
seiner Wandung kürzer als 12 Sekunden ist, und daß der der Lanze zugewandte Rand des Behälters
mit teuerfestem Zement in einer zylindrischen Manschette des Thermoelementes befestigt ist, wobei
die Manschette in an sich bekannter Weise in ein Ende der Lanze eingesteckt und an ihrem dem Thermoelement
entgegengerichteten Ende mit Leitungen zum Anschluß des Thermoelementes an einen Meßkreis
versehen ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Behälter aus Quarz und hat seine Wandung
eine unterhalb 3 mm liegende Stärke.
Eine derartige Vorrichtung unterscheidet sich auch grundlegend von dem Gegenstand der USA.-Patentschrift
3 357 250, aus dem es bekannt ist, gegenüber der eigentlichen Lanze vorstehende Teile, z.B. da?
Thermoelement, mit einer Schutzhülle zu versehen, die aus einem Material besteht, das beim Durchgang
durch die auf dem Bad schwimmende Schlackenschicht schmilzt. Ferner ist es aus der USA.-Patentschrift
bekannt, die Meßvorrichtung so zu konstruieren, daß die thermische Ansprechzeit und die Zeit
oberhalb der der Meßkopf und der in das Bad eintauchende Teil der Lanze zerstört werden, aufeinander
abzustimmen. Hiervon zu unterscheiden ist die Lehre der vorliegenden Erfindung, den Behälter so auszubilden,
daß die thermische Ansprechzeit seiner Wandung kürzer als 12 Sekunden ist, insbesondere unter
Berücksichtigung des wesentlichen Unterschiedes, daß die Behälter im Falle der vorliegenden Erfindung
aus feuerfestem Material bestehen, während sie gemäß der USA.-Patentschrift 3 357 250 beim Durchgang
durch die Schlackenschicht des Bades aufgeschmolzen werden sollen.
Aus der Literaturstelle »Iron and Steel Engineer«,
Band 45, 1968, Heft 3, Seiten 77 bis 83, ist ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Messung der Verfestigungskurve einer Probe flüssigen Metalls mittels eines
Behälters bekannt, der im Ende einer Tauchlanze angeordnet ist und in dem sich ein TIv- moelement
befindet. Der Behälter selbst besteht aus einer feuerfesten Kammer, die von dem Lanzenrohr umgeben
ist,so daß es nicht möglich ist, mit dem gleichen Thermoelement die Temperatur des Bades und die Temperatur
der Verfestigung der Probe zu messen, die
<r
sich sofort abkühlt, ohne daß durch das Thermoelement eine Temperatur gemessen werden kjnn, die die
tatsächliche Badtemperatur wiedergibt.
Bei dem Gegenstand der französischen Patentschrift 1554 516 besteht der Behälter der Probe aus
verhältnismäßig dickem feuerfestem Material und ist, um die thermische Isolation zu erhöhen, von einer
Hülle aus isolierendem Material umgeben. Wenn das flüssige Metall in den gut isolierten Behälter eintritt,
verfestigt es sich sehr schnell, da der Behälter kalter ist als das Bad. Um die Temperatur des Bades während
der Aufzeichnung der Verfestigungskurve zu messen, muß ein zweites Thermoelement vorspringend
an dem Behälter befestigt werden.
Die französische Patentschrift 1530 322 betrifft eine Vorrichtung, mit der eine Probe geschmolzenen
Metalls durch Eintauchen genommen werden kann. Die Vorrichtung entspricht der der französischen Patentschrift
1 554 516. Auch diese Vorrichtung benötigt ein zweites Thermoelement außerhalb des Behälters.
das gegenüber dem Ende des Behälters vorsteht, um die Temperatur des Bades im Augenblick der Probennahme
zu messen.
Die Meßvorrichtung gemäß vorliegender Erfin dung hat gegenüber den bekannten Einrichtungen
eine Reihe von Vorteilen, sowohl was die Herstellung anbelangt als auch hinsichtlich der Sicherheit beim
Einsatz und der Kostenersparnis. Die Quarzbehäiter werden auf Lanzen aufgesetzt, die einen Durchmesser
von nur etwa 30 mm haben. Eine Massenproduktion ist ohne weiteres möglich. Für die Befestigung des Behälters
wird einfacher feuerfester Zement benutzt, der gewöhnlich zur Befestigung der Thermoelemente verwendet
wird. Dadurch ergibt sich ein sehr geringes Gewicht und die Möglichkeit, die Meßvorrichtung
sehr klein auszubilden, zumal eine kleine Probe genügt,
um beide Messungen, nämlich sowohl die der Temperatur des Bades als auch die der Verfestigungskurve des Metalls durchzuführen. Dabei ist zu beachten,
daß der feuerfeste Zement wegen der hohen Backtemperatur schon nach wenigen Sekunden weich
wird und die mechanische Festigkeit der Vorrichtung schnell absinkt. Die Erfindung setzt sich über die herrschende
Meinung der Fachwelt hinweg, daß für die Probennahme und die unmittelbare Messung der Verfcstigungskurve
ein Behälter mit einer Wandung benutzt werden muß, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit
hat und eine praktisch sofortige Verfestigung der Probe, während sie im Bad ist, sicherstellt. Damit wird
nicht nur ein neuer Weg bezüglich der Ausführung der Messung beschriften, sondern auch hinsichtlich
des verwendeten Materials, der Dimensionierung des Meßkopfes und der Befestigung an de»· Lanze.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit einem Thermoelement,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 11-11 der
Fig. 1 und
Fig.3einTemperatur-Zeit-Diagramm,dasmit HiI-fc
der auf den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung aufgenommen wurde. Die Temperatur ist in ° C auf
der Abszisse, die Zeit in Sekunden auf der Ordinate
aufgetragen.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden für identische Teile die gleichen Bezugsziffern
verwendet.
Auf der Zeichnung ist eine verzehrbare Lanzette 20 dargestellt, die in bekannter Weise aus Pappe besteht
und eine Thermoelement-Einrichtung aufweist, die aus einer zylindrischen Manschette 1 aus einem
keramischen Material, an deren Ende sich ein Flansch 2 mit einem größeren Durchmesser befindet,
und einem Innenfutter 3 besteht, bei der das dem
Flansch gegenüberliegende Ende durch eine Paßscheibe 9 verschlossen ist, aus der zwei mit Rillen versehene
Zapfen 10 hervorragen. In den Flansch 2 ist
seitlich in ein Füllmaterial aus z. B. feuerfestem Zement
8 ein U-Rohr 4 eingesetzt, das aus Quarz besteht und in dessen Innenraum sich die Drähte 5 und 6 eines
Thermoelementes befinden, wobei der Draht 5 beispielsweise aus Platin und der Draht 6 beispielsweise
»5 aus Platin-Rhodium besteht und die wärmeempfindliche
Verbindungsstelle mit 7 bezeichnet ist. Die Drähte 5 und 6 des Thermoelementes sind im Innern
der Manschette 1 jeweils mit einem nach außen führenden Leiter 11 verbunden, der eine in der Paß-
-° scheibe 9 vorgesehene Öffnung durchquert und von
der Rille einer der Zapfen 10 aufgenommen wird. Die Leiter 11 werden ebenfalls durch den Zement innerhalb
der Manschette 1 festgehalten.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichlung weist einen Behälter 13 in Form einer Küvette
mit zylindrischer Wand 16 auf, die aus der Manschette 1 um das Rohr 4 der wärmeempfindlichen
Verbindungsstelle des Thermoelementes hervorragt. Der Rand 14 des Behälters 13 drückt gegen das Innenfutter
3 der Manschette und auf diese Weise wird der Behälter von dem Zement 8 festgehalten.
Der Behälter 13 besteht vorzugsweise aus Quarz und seine Wanddicke liegt in der Größenordnung von
0,8 mm. In der zylindrischen Wand ist ziemlich nahe
bei der Manschette eine Öffnung 15 vorgesehen.
Quarz ist nur ein Beispiel für eines der verwendbaren Materialien. Der Behälter kann erfindungsgemäß
auch aus einem anderen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. gebranntem Aluminiumoxyd, ge-
branntem Zirkonoxyd, gebranntem Magnesiumoxyd sowie aus Mischungen solcher Materialien bestehen.
Der Behälter kann auch aus einem Material bestehen, das keine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. In diesem
Falle muß die Masse des Behälters so verringert wer-
*5 den, daß die Wärmeleitfähigkeit der Wand derart ist,
daß ihre thermische Ansprechzeit, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, um ihre Temperatur beim Eintauchen
der Lanzette genau auf die Temperatur des Bades zu bringen, kürzer ist als die zur Beschädigung der Vorrichtung
sowie zui Verzehrung der Lanzette erforderliche Zeit. Insbesondere muß die Wärmeleitfähigkeit
der Wand erfindungsgemaß so groß sein, daß ihre Ansprechzeit unterhalb 12 Sekunden liegt.
Die Öffnung 15 ist durch einen den Behälter 13 umgebenden Metallring 21 geschützt. Dieser Ring
bildet eine Schutzwand, die nach dem Eintauchen die Einfuhrung der Probe in den Behälter etwas verzögert,
so daß diese Einführung erst genau dann erfolgt, wenn die Wand die gleiche Temperatur aufweist wie
das Bad. Es kann auch eine Metallkappe vorgesehen sein, die den Behälter 13 vollständig umgibt, wobei
dann der Ring 21 fakultativ ist.
Eiine Druckausgleichsleilung 23 verbindet das Innere
des U-Rohres 4 mit dem Inneren des Behälters
13. Schließlich ist in dem Behälter 13 ein Aluminiumfaden 22 vorgesehen, um das eindringende flüssige
Metall zu beruhigen.
Wenn die Lanzette 20 in ein flüssiges Stahlbad ein-
geführt wird, nimmt der Behälter 13 dank der guten Wärmeleitfähigkeit seiner Wand sofort die Temperatur
des Bades an. Gleichzeitig schmilzt der Ring 21 in der Weise, daß dip Öffnung 15 erst freigelegt wird,
wenn die Temperatur der Wand des Behälters 13 genau gleich der Temperatur des Bades ist. Die flüssige
Stahlprobe tritt durch die öffnung 15 in den Behälter ein und behält genau die Temperatur des Bades bei,
solange die Vorrichtung selbst in dem Bad ist. Die mit Hilfe des Thermoelementes 5, 6, 7 vorgenommene
Messung ergibt genau die Temperatur des Bades. Anschließend zieht man die Lanzette aus dem
Bad heraus und das gleiche Thermoelement 5, 6, 7 zeigt dann die Abkühlungskurve der Probe in dem
Behälter 13 an.
Bei der Prüfung des in Fig. 3 dargestellten Diagramms
stellt man drei Temperaturstufen 25, 26 und 27 fest. Die Stufe 25 gibt die sehr kurze Verzögerung
beim Temperaturausgleich im Innern des Behälters 13 im Verhältnis zur Temperatur des Bades wieder,
die eine Folge eines leichten Temperaturunterschiedes zwischen dem Inneren und dem Äußeren dieses
Behälters im Augenblick des Eintritts der flüssigen Metallprobe ist. Die Stufe 26 stellt die von dem Thermoelement
gemessene höchste Temperatur dar. die der Temperatur des Bades entspricht und die Stufe
27 gibt schließlich die Temperatur der Verfestigung der Probe wieder, die, wenn man sie mit bekannten
Tabellen vergleicht, den Kohlenstoffgehalt der Probe anzeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dauer zur
Aufzeichnung dieses Diagramms bis zum Beginn der Stufe 27 unterhalb 12 Sekunden, d.h. unterhalb der
ίο zur Verzehrung der Lanzette erforderlichen Zeit
liegt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere darin, daß es einerseits möglich
ist, alle erforderlichen Messungen mit dem gleichen
• 5 Thermoelement durchzuführen, und daß andererseits
der Behälter mit seinen kleinen Dimensionen die Temperatur des Bades nicht beeinflußt, und daß darüber
hinaus keine schwere Führungsapparatur für die Lanzette verwendet werden muß, und daß die crfindungsgemäße
Vorrichtung sehr billig ist, da sie aus einem einzigen Element und einem einfachen Kuvetten-Zusatz
mit Thermoelementeinrichtungen zum klassischen Eintauchen besteht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Messen der Abkiihlungskurve
eines geschmolzenen Metalls, bestehend aus einer Lanze, die an ihrem Eintauchende mit einem
Behälter aus feuerfestem Material versehen ist, der aus der Lanze herausragt und in dem ein Thermoelement
angeordnet ist, wobei der Behälter mit einer Eintrittsöffnung für das flüssige Metall versehen
ist, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Lanze (20) in an sich bekannter Weise aus einem
bei der Badtemperatur verbrauchbaien Material und der Behälter (13) aus einem Materia1 mit so
guter Wärmeleitfähigkeit besteht, daß die thermisehe
Ansprechzeitseiner Wandung (16) kürzer als 12 Sekunden ist, und daß der der Lanze zugewandte
Rand (14) des Behälters mit feuerfestem Zement (8) in einer zylindrischen Manschette (I)
des Thermoelementes (5) befestigt ist, wobei die ao
Manschette (1) in an sich bekannter Weise in ein Ende der Lanze eingesteckt und an >hrem dem
Thermoelement entgegengerichteten Ende mit Leitungen (11) zum Anschluß des Thermoelementes
an einen Meßkreis versehen ist. a5
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (13) aus Quarz
besteht und daß seine Wandung (16) eine unterhalb 3 mm liegende Stärke hat.
30
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |