DE2609945B1

DE2609945B1 - Sonde mit keramikform zur entnahme einer probe aus einer stahlschmelze

Info

Publication number: DE2609945B1
Application number: DE19762609945
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Bardenheuer; Gustav Kolb
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1976-03-08
Filing date: 1976-03-08
Publication date: 1977-08-25
Also published as: BE852105A; JPS5857711B2; US4102197A; FR2344010B1; FR2344010A1; IT1076376B; JPS52108875A; GB1572122A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde mit Keramikform zur Entnahme einer Probe aus einer Stahlschmelze. Die Keramikform weist eine Einlaufkammer zwischen der Einlauföffnung und dem Formnegativ auf. Der Begriff »Stahlschmelze« gilt hier umfassend einerseits bis in den Bereich der Gußeisenschmelzen hinein und andererseits bis zum Inhalt eines im Blaszustand befindlichen Konverters.

Es ist eine Sonde bekannt (Firmendruckschrift SOLED), bei der ein Papprohr ein zweiteiliges Formnegativ aus Blech und ein Quarzrohr enthält. Das Formnegativ entspricht der Gestalt einer mit einem Einlaufstift versehenen scheibenförmigen Laborprobe, wobei die Scheibe zur Spektralanalyse und der Einlaufstift zur Gasanalyse verwendet wird. Zur Halterung des Formnegativs in dem Papprohr dient ein leicht zerschlagbares Rohr aus gebundenem Sand und einer keramischen Frontscheibe. Das Rohr ist mit einem dünnwandigen Papprohr umgeben, das in das tragende Sondenrohr aus Pappe hineingeschoben und mit ihm verkittet ist. Der somit sechsteilige Formkörper der Sonde ist zudem umständlich herstellbar.

Die Erfindung bezweckt, einen einfacheren und damit billigeren Formkörper der Sonde zu schaffen. Sie geht davon aus, daß gemäß der einleitenden Gattungsbezeichnung eine Sonde mit Keramikform bekannt ist (DT-PS 21 26 501). Diese bekannte Sonde ist zwar nicht zur Entnahme der bezeichneten Laborprobe geeignet, jedoch zur Entnahme einer Probe bei blasendem Konverter zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes. Bei dieser Sonde kommt es auf die geometrische Form der Probe weniger an als auf das notwendige Vorhandensein von zwei Thermoelementen. Die Erfindung richtet sich im Gesamtbereich zwar durchaus auch auf derartige Sonden mit zwei Thermoelementen, ist aber im Sinne des genannten ersten Zweckes der Erfindung auch schon vorteilhaft gegenüber der genannten anderen Sonde zur bloßen Laborprobenahme aus einem ruhenden Stahlbad ohne gleichzeitige Temperaturmessung.

Bei der bekannten Keramikform ist nachteilig, daß der Formkörper aus zwei Teilen besteht. Dies zunächst wegen der notwendigen Herstellung von zwei verhältnismäßig teuren Preßwerkzeugen. Würde, wie auch schon vorgeschlagen wurde aus Gründen der leichteren Herstellung eine Längsverteüung vorgesehen, so würde wegen der beim Temperaturschock im Stahlbad unzulänglichen Schlickerverbindung, bei der Kristallwasser frei wird, der Zusammenhalt der beiden kraftmäßig beanspruchten Teile gefährdet sein.

Gemäß der Erfindung besitzt die Keramikform der Sonde einen auf Länge und Breite ungeteilt durchgehenden Formkörper, dessen Formnegativ, das der Gestalt einer mit einem Einlaufstift versehenen scheibenförmigen Probe entspricht, mit einem Stopfen verschlossen ist, dessen Stirndurchmesser dem Scheibendurchmesser der Probe entspricht.

Bei der Keramikform der erfindungsgemäßen Sonde ist im Vergleich mit dem zweiteiligen Keramikformkör-

ORIGINAL INSPECTED

per der Stopfen zwar ebenfalls durch Einschlicken befestigt, aber die Sitzflächen sind nicht durch äußere, den Zusammenhalt der Form beeinflussende Kräfte belastet und verhältnismäßig klein.

Während die bekannte zweiteilige Blechsonde, die in dem Papprohr eingebettet ist, die Verdrängungsluft in das Papprohr hinein entlassen kann, ist bei dem Formkörper der erfindungsgemäßen Sonde eine Entlüftung in die Stahlschmelze hinein vorgesehen. Da das Entlüftungsloch nicht zu klein sein darf, besteht die Gefahr, daß es sich durch hineinfließenden Stahl verstopft. Um dies zu verhindern, sieht die Erfindung vor, daß das Entlüftungsloch in einer ein Verschlußplättchen aus Pappe aufnehmenden Erweiterungsschulter endet.

Die weitere zweckmäßige Ausführungsform richtet sich zunächst nach der Art der Anordnung der Probenscheibe in dem Formkörper. Bei einer in Tauchrichtung aufrechtstehenden Anordnung ist der Verschlußstopfen seitlich in den Formkörper eingesetzt. Bei einer zur Tauchrichtung flachliegenden Anordnung der Probenscheibe ist der Verschlußstopfen in eine zentrische obere Kammer des Formkörpers eingesetzt. Dabei ist es im letzteren Fall zur Erzielung einer guten Entlüftung zweckmäßig, die Negativform der Probenscheibe schräg anzuordnen. Damit dabei wegen der einfachen Herstellung die zylindrische Kontur der oben offenen und das Scheibennegativ abteilenden Kammer beibehalten werden kann, bleibt die Achse des Scheibenmantels mit der Achse der Sonde konform. Soweit die dabei entstehende Wurstscheibenform Einspannschwierigkeiten im Labor zur Folge hätte, kann die tiefste Stelle des Scheibenmantels mit einer Anschrägfläche zum Einlaufstift hin versehen werden.

In der einfachen Ausführungsform der Sonde zur Entnahme einer Probe aus einer ruhenden Stahlschmelze ist es zweckmäßig, das untere Ende des Formkörpers als Einlaufkammer auszubilden, die durch wegschmelzende Blechwände unterteilt ist

Für die Gestaltung der Sonde zur Entnahme von Proben aus einem blasenden Konverter, bei der es erforderlich ist, zugleich die Badtemperatur zu messen, ist es zweckmäßig, den Verschlußstopfen aus einem unteren und einem oberen Teil zusammenzusetzen, um auf bequeme Weise ein vorgefertigtes, in einer Keramikmasse eingebettetes Thermoelement zwischen den beiden Teilen unterzubringen.

Bei der Sonde zur Probenahme aus blasendem Konverter ist die Gefahr des Eindringens von Schlacke in die Negativform und auch die Anforderung an die Beruhigung des einlaufenden Stahles größen Hierfür sieht die Erfindung anstelle der unten offenen Einlaufkammer ein U-System vor, bei dem ein am Formkörper verhältnismäßig hoch angeordnetes Einlaufloch die Einlaufkammer unterteilt in einen vertikalen Schenkel und in einen horizontalen Schenkel, wobei der Einlaufstift der Probe an dem äußeren Ende des horizontalen Schenkels angeschlossen ist. Der genannten Sonderheit hoher Ansprüche an Zurückhaltung von Schlacke und Beruhigung des eingelaufenen Stahles wegen ist es zweckmäßig, dem horizontalen Schenkel eine besondere, als Schlackenfangdom dienende Höhe zu geben, so daß der Übergang zur Negativform als Schürze wirksam ist. Einmal zur besseren Abtrennung der Schlacke und zum anderen zum leichteren Zerfall des Formkörpers beim Zerschlagen ist es zweckmäßig, den Schlackenfangdom oben in der Art eines Satteldaches zuzuspitzen.

In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Sonde ist diese grundsätzlich auch für solche Proben verwendbar, die nicht ins Labor gebracht werden, sondern deren Liquiduslinie beim Erstarren mit Hilfe eines zweiten Thermoelementes zwecks Feststellung des Kohlenstoffgehaltes der Schmelze ermittelt werden soll. Zur gleichzeitigen Kohlenstoffbestimmung und Laborprobennahme bei blasendem Konverter kann eine entsprechend größer ausgebildete Keramikform zweckmäßig sein, die in einem einstückigen, gemeinsamen Formkörper beide U-Systeme und Negativformen enthält.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Im weiteren ist die Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt den unteren Teil einer Sonde zur Entnahme einer Laborprobe mit aufrechtstehender Scheibe aus einer ruhenden Stahlschmelze,

F i g. 2 die Sonde nach F i g. 1 entsprechend Schnittlinien H-II,

F i g. 3 im Längsschnitt den unteren Teil einer Sonde zur Entnahme einer Laborprobe mit flachliegender Scheibe aus einer ruhenden Stahlschmelze,
F i g. 4 im Längsschnitt den unteren Teil einer Sonde zur Entnahme einer Laborprobe aus einem blasenden Konverter,

F i g. 5 die Sonde nach F i g. 4 entsprechend Schnittlinie V-V,
F i g. 6 die Sonde nach F i g. 4 entsprechend Schnittlinie VI-VI,

F i g. 7 im Längsschnitt den unteren Teil einer Sonde zur Entnahme einer Probe aus einem blasenden Konverter zur Kohlenstoffbestimmung.
Ein an einem Papprohr 1 befestigter, auf Länge und Breite ungeteilt durchgehender Formkörper 2 aus keramischem Material ist am unteren Ende mit einem Einlaufloch 3 versehen, das mit einer Blechkappe 4 geschützt ist. Das Einlaufloch setzt sich nach oben in eine durch eine Blechscheibe 5 unterteilte Einlaufkammer 6 fort und mündet in das Formnegativ der Sonde, das die Gestalt einer aus Einlaufstift 7 und Scheibe 8 bestehenden Laborprobe hat. Die Probenscheibe 8 ist aufrechtstehend angeordnet Eine der beiden Scheibenflächen wird durch einen Stopfen 9 gebildet, mit dem das Formnegativ verschlossen ist. De r Stirndurchmesser des Stopfens 9 ist so groß wie der Durchmesser der Probenscheibe 8. Zur besseren Abdichtung mit Keramikschlicker ist der Stopfenmantel abgesetzt. Ein an der höchsten Stelle der Scheibe 8 angeordnetes Entlüftungsloch 10 ist nach außen stufig erweitert, so daß eine Schulter gebildet wird. Darauf sitzt ein Verschlußplättchen 11.

Von der beschriebenen -Sonde nach F i g. 1 und 2 unterscheidet sich die Sonde nach F i g. 3 dadurch, daß die Probenscheibe 12 flachliegend angeordnet ist und der Einlaufstift 13 der Laborprobe quer in die Scheibe einmündet. Dies hat den Vorteil, daß der Formkörper 14 weitgehend eine rotationssymmetrische Gestalt mit zylindrischem Außenmantel erhält Auch die Blechkappe 15 und die Blechscheibe 16 sowie die Einlaufkammer 17 sind kreisrund, jedoch liegt der Kanal des Einlaufstiftes 13 exzentrisch, um sicherzustellen, daß das Volumen der Scheibe 12 luftblasenfrei gefüllt wird. Aus diesem Grunde liegt die Scheibe 12 nicht genau senkrecht zur Längsachse der Sonde flach, sondern leicht ansteigend schräg zum Entlüftungsloch 18 hin. Das Entlüftungsloch ist hier ebenfalls stufig abgesetzt und mit einem Verschlußplättchen 19 aus Pappe

geschützt. Das Formnegativ der Probenscheibe 12 ist der untere Teil einer zentrischen oberen Kammer 20 des Formkörpers. Dabei wird die obere Fläche der Scheibe 12 gebildet aus einem Stopfen 21, dessen oberes Ende zusammen mit dem oberen Ende des Formkörpers 14 zur Aufnahme des Papprohres 1 abgesetzt ist. Das Papprohr wirkt in diesem Falle dichtend auf den Spalt zwischen dem Stopfen 21 und der Kammer 20. Die Kammer 20 geht bis zum Boden der Scheibe 12 zylindrisch durch. Damit ist die Außenkontur der ιό Scheibe 12 ein schräger Zylinderschnitt ähnlich einer Wurstscheibe, jedoch ist der von der punktiert gezeichneten Systemlinie der Scheibenkontur zum Einlaufstift 13 hin eingezogene untere Rand eine Anschrägfläche 22. Sie ist eben nur an dieser Stelle vorhanden und formtechnisch leicht herzustellen. Es ist also nicht so, daß der Scheibenmantel 23 etwa ein Kegelmantel wäre. Vielmehr ist der Scheibenmantel zylindrisch und liegt konzentrisch zur Sondenachse 24.

Die Sonde nach F i g. 4 bis 6 unterscheidet sich von den bisher beschriebenen wesentlich dadurch, daß sie ein Thermoelement zur Messung der Badtemperatur während der Probenahme enthält und ferner einen oberen Einlauf mit einer Beruhigungskammer. Grund für diese Unterschiede ist die Probenahme aus einem blasenden Konverter, bei dem einesteils die gleichzeitige Temperaturmessung des Stahlbades erforderlich ist und anderenteils das dünnflüssige und stark gashaltige Stahlbad eine andere Vorbehandlung vor dem Eintritt in das Volumen der Probenscheibe erforderlich macht. Dabei geht diese Keramikform von den geometrischen Verhältnissen der Sonde nach Fig.3 aus, bei der die Laborprobe abweichend von den bisher üblichen geometrischen Formen einen rechtwinklig eingesetzten Einlaufstift erhält, also innerhalb der Form flachliegend angeordnet ist. Im einzelnen folgendes:

Probenscheibe 12 und Einlaufstift 13 sind identisch diesen Teilen in der F i g. 3. Unterschiedlich ist zunächst eine längere obere Kammer 25 und ein entsprechend längerer Verschlußstopfen 26, der allerdings aus mehreren Teilen besteht. Ein unterer Teil 26a ist im Vergleich zu dem Stopfen 21 der Fig.3 wesentlich kürzer und im unteren Teil abgesetzt.

Auf dem unteren Teil 26a sitzt ein oberer Teil 26b, dessen Unterseite eine Aussparung 27 zur Aufnahme eines in ein Keramikteilchen eingebetteten Thermoelementes 28 aufweist. Das Thermoelement ist auf dem unteren Teil 26a längsverschieblich, um nach Einsetzen des vormontierten Stopfens 26 mit einer Pinzette in die seitliche Aussparung des Formkörpermantels hinein herausgeholt zu werden. Die Thermodrähte, die in das Papprohr hineinmünden, sind nicht gezeichnet. Zum Schutz der Thermoelementspitze in der mechanischen Handhabung der Sonde und auch beim Eintauchen in das wallende Bad von Schlacke und Stahl ist eine obere Wulst 29 und eine untere Wulst 30 vorgesehen. 18 und 19 sind wie bei Fig.3 das Entlüftungsloch und das Verschlußplättchen aus Pappe. Dem Thermoelement 28 gegenüber ist der Formkörper 31 mit einer Wulst 32 versehen, so daß sich aus einem im Grunde zylindrisehen Formkörper ein ovaler Formkörper entwickelt und damit die Wulste 29 und 30 einbezieht. Am oberen Ende der Wulst 32 ist das Einlaufloch 34 abgebracht. Dieses und zugleich das Thermoelement 28 sind von einer Blechmanschette 33 ummantelt, die beim Eintauchen wegschmilzt. Die Zeichnung weist aus, daß hydraulisch ein U-System besteht, das von dem Loch 34 beginnend eine aus einem vertikalen Schenkel 33a und einem horizontalen Schenkel 35b bestehende Einlaufkammer umfaßt, sowie das Negativ des Einlaufstiftes 13 und der Probenscheibe 12 Der horizontale Schenkel 35b ist durch einen leistenförmigen, abgesetzten Stopfen 36 verschlossen. Ferner ist er zur Bildung eines Schlackenfangdomes 37 verhältnismäßig hoch. Hierdurch ergibt sich am Übergang zum Teil 13 der Negativform eine Schürze 38. Es ist nun wichtig, dafür zu sorgen, daß beim Zerschlagen der Form nach dem Abguß keine Keramikmasse zwischen parallelen Flächen eingeklemmt ist. Daher ist der Schlackenfangdom 37 in der Art eines Satteldaches zugespitzt, was wiederum günstig für die Funktion des Schlackenfanges ist.

Mit der Sonde nach Fig.7 wird keine Probe entnommen, die hinterher in einem Labor ausgewertet wird, sondern es handelt sich hier um eine Sonde, bei der die Probe nach dem Erkalten wertlos geworden ist. Nur auf die Temperaturmessung während des Erkaltens kommt es an. Dieser Unterschied ist aber nur vom Zweck her anders. Im Aufbau ähnelt die Sonde nach Fig.7 der nach Fig.4-6 bis auf die Form der Probenscheibe 39, die um ein Mehrfaches voluminöser ist, obwohl der Durchmesser der Scheibe und damit der untere Teil 40a des Verschlußstopfens mit dem in F i g. 4 übereinstimmt. Auch der obere Teil 406 des Verschlußstopfens ist vergleichbar. Unterschiedlich ist, daß der untere Teil 40a des Verschlußstopfens von einem zweiten Thermoelement 41 durchdrungen ist. Die übrigen Bezugszeichen stimmen mit denen in F i g. 4 — 6 überein. Die Drahtführung der insgesamt vier Thermodrähte in das Papprohr 1 hinein ist angedeutet.

Die Handhabung der Sonde nach F i g. 1 und 2 ist genauso wie die Handhabung der bekannten Sonde, bei der die Negativform der Laborprobe innerhalb eines entsprechend ausgebildeten Papprohres 'iegt (SOLED). Die Blechkappe 4 schmilzt weg und der eintretende Stahl kommt, soweit erforderlich mit eingelegten Aluminiumteilen in Berührung, durchschmilzt die Scheibe 5 und tritt in die Negativform 7 und 8 ein. Wesentlich ist, daß die Kappe 4 rascher wegschmilzt als das Verschlußplättchen 11 aus Pappe wegbrennt. Letzteres soll in dem Moment, in dem der Stahl in den oberen Teil der Kammer 6 eintritt, so weit fortgebrannt sein, daß ein geringer Überdruck von innen her den Rest ausstößt. Nach Vollfüllen der Scheibenform 8 tritt dann der Vorlauf des Stahles in das verhältnismäßig enge Entlüftungsloch 10 ein, um dort zu erstarren, bevor die Erstarrung des Probenmateriales beginnt. Entsprechend ist die Funktion der Sonde nach F i g. 3, bei der jedoch wegen der herstellungsmäßig günstigeren Gestaltung des Formkörpers die Laborprobe eine spezielle Gestalt erhält, die auch bei dem Formkörper nach F i g. 4 — 6 anfällt.

Bei der Handhabung der Sonde nach F i g. 4 — 6 gilt hinsichtlich des Zeitverzuges im Wegschmelzen der Bandage 33 und des Wegbrennens des Pappplättchens 19 das bereits Gesagte. Der etwa 1600⁰C heiße und damit verhältnismäßig dünnflüssige Stahl greift gierig das als Drahtspirale gezeichnete Aluminium 42 im Einlaufkanal 35 an, wobei sich mitgerissene Schlacke und sich dabei bildende Schlacke im Schlackendom 37 fangen. Der saubere und beruhigte Stahl tritt hinter der Schürze 38 in den Einlaufkanal 13 und die Scheibe 12 der Probe ein, wobei der Stahl nach Vollfüllung des Scheibenvolumens 12 im Entlüftungsloch 18 zuerst erstarrt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonde mit Keramikform zur Entnahme einer Probe aus einer Stahlschmelze, mit einer Einlaufkammer oder Keramikform zwischen dem Einlaufloch und dem Formnegativ, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen auf Länge und Breite ungeteilt durchgehenden Formkörper (2,14,31,43) besitzt, dessen Formnegativ, das der Gestalt einer aus Einlaufstift (7, 13, 44) und Scheibe (8, 12, 39) bestehenden Probe entspricht, mit einem Stopfen (9, 21,26,40) verschlossen ist, dessen Stirndurchmesser dem Scheibendurchmesser der Probe entspricht.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (2, 14, 31, 43) ein in die ¹S Stahlschmelze führendes Entlüftungsloch (10, 18) aufweist, das in einer ein Verschlußplättchen (11,19) aus Pappe aufnehmenden Erweiterungsschulter endet.

3. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- *> net, daß bei in Tauchrichtung aufrechtstehender Anordnung der Probenscheibe (8) der Verschlußstopfen (9) in den Formkörper (2) seitlich eingesetzt ist.

4. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ²S net, daß bei zur Tauchrichtung flachliegender Anordnung der Probenscheibe (12, 39) der Verschlußstopfen (21, 26, 40) in eine zentrische obere Kammer (20, 25, 45) des Formkörpers (14, 31, 43) eingesetzt ist

5. Sonde nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativform der Probenscheibe (12) eine zum Entlüftungsloch (18) hin ansteigende Schräglage aufweist, wobei die Achse des zylindrischen Scheibenmantels (23) die Richtung der Sondenachse (24) beibehält.

6. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefste Stelle des Scheibenmantels eine Anschrägfläche (22) zum Einlaufstift (13) hin aufweist.

7. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (2,14) am unteren Ende als Einlaufkammer (6, 17) mit eingesetzten Unterteilungsblechen (5,16) ausgebildet ist.

8. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußstopfen aus einem unteren Teil (26a^ und einem sich zur Zylinderform ergänzenden, längsgeteilten, ein seitlich austretendes Thermoelement (28) aufnehmenden oberen Teil (26b) zusammengesetzt ist.

9. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaufloch (34) an möglichst hoher Stelle des Formkörpers (31, 43) angeordnet ist und mit einer als vertikaler Schenkel (35a) und horizontaler Schenkel (35b) ausgebildeten Einlaufkammer zusammen mit der am äußeren Ende des horizontalen Schenkels angeschlossenen Negativform (12,13) ein U-System bildet.

10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Schenkel (35b) durch einen riegeiförmigen Stopfen (36) verschlossen ist.

11. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Schenkel (35b) als Schlackenfangdom (37) erhöht derart ausgebildet ist, daß der Übergang zur Negativform (13, 12) eine ⁶S Schürze (38) ist

12. Sonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenfangdom (37) oben in der

Art eines Satteldaches zugespitzt ist.

13. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (40a,) des Verschlußstopfens axial von einem zweiten Thermoelement (41) durchdrungen ist.