DE2842136C2 - Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von MetallschmelzenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Gußeisen-,
Eisen oder Stahlschmelzen mit einem am Ende eines Tragrohres befestigten Meßkopf aus einer
Keramikmasse, in der eine aus einer Zirkonoxidmasse und einer Bezugsmasse bestehende elektro-chemische
Zelle angeordnet ist, die mit eimern Schutzschirm versehen ist, der die elektro-chemische Zelle gegenüber
der Schmelze abschirmt und beim Eintauchen des Meßkopfes in die Metallschmelze zerstört wird.
Derartige, für den einmaligen Gebrauch bestimmte Meßvorrichtungen werden seit mehreren Jahren zur
Ermittlung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen durch Messung der Potentialdifferenz
zwischen der Schmelze und einen! Bezügskörpef
verwendet Dabei wird der Meßkopf in die Schmelze getaucht, in der er während der erforderlichen Zeit Von
etwa 15 Sekunden zum Registrieren des Meßwertes bleibt. Derartige Messungen, auf die sich die Erfindung
bezieht, werden im Gegensatz zu kontinuierlichen Messungen als Kurzzeitmessungen bezeichnet
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die mit den
bekannten Einrichtungen erhaltenen Ergebnisse häufig unbeständig und unzuverlässig sind. Es wurde gefunden,
daß dies auf Störungen zurückzuführen ist die durch den Wärmestoß verursacht werden, der beim Eintauchen
des Meßkopfes in die Schmelze auftritt
Aus der DE-OS 19 06 388 ist es bekannt, auf den Kopf einer Meßeinrichtung einen Kupferblock sufzusetzen, um Wärmestöße zu der eigentlichen Meßzelle abzuschwächen. Die bekannte Einrichtung dient zur Durchführung kontinuierlicher Bestimmungen des Sauerstoffgehaltes und ist für den einmaligen Gebrauch wegen der zu langen Antwortzeit nicht geeignet Bei der bekannten Einrichtung ist die Meßkapsel in einem Rohr und zwischen diesen Teilen ein Ring aus hitzebeständigem Metall angeordnet Der Kupferblock ist auf das Rohr aufgeschoben. Würde man gemäß dem bekannten Vorschlag auf den Kopf einer Meßzelle fur Kurzzeitmessungen einen dicken Block aus Kupfer, d. h. einem gut wärmeleitenden Material, aufsetzen, so wäre die Einrichtung für d
mehr verwendbar.
Aus der DE-OS 19 06 388 ist es bekannt, auf den Kopf einer Meßeinrichtung einen Kupferblock sufzusetzen, um Wärmestöße zu der eigentlichen Meßzelle abzuschwächen. Die bekannte Einrichtung dient zur Durchführung kontinuierlicher Bestimmungen des Sauerstoffgehaltes und ist für den einmaligen Gebrauch wegen der zu langen Antwortzeit nicht geeignet Bei der bekannten Einrichtung ist die Meßkapsel in einem Rohr und zwischen diesen Teilen ein Ring aus hitzebeständigem Metall angeordnet Der Kupferblock ist auf das Rohr aufgeschoben. Würde man gemäß dem bekannten Vorschlag auf den Kopf einer Meßzelle fur Kurzzeitmessungen einen dicken Block aus Kupfer, d. h. einem gut wärmeleitenden Material, aufsetzen, so wäre die Einrichtung für d
mehr verwendbar.
Bei einer Ausführungsform der aus der US-PS 37 91 954 bekannten Meßeinrichtung ist die Meßzelle
mit einer Schutzschicht versehen, die dicht an dem vorderen Ende des Rohres anliegt Diese Schutzschicht
soll aus Papier, Stoff, Kunstharz oder Leder bestehen,
d. h. einem Material, das beim Eintauchen in die Schlacke bzw. Schmelze verkohlt wird. Die Schicht soll
entweder die Öffnung einer Kappe solange blockieren, bis die Schlacke durchstoßen ist bzw. in einem anderen
Fall eine angrenzende Keramikschicht vorwärmen und vor einer unmittelbaren Berührung mit dem geschmolzenen
Metall schützen, um ein Zerspringen der Schicht durch zu plötzliche Erwärmung zu vermeiden.
Beim Anmeldungsgegenstand geht es nicht darum ein Zerspringen des Meßkopfes, sondern Unregelniäßigkeiten
der mit der Einrichtung ermittelten Meßwerte zu vermeiden. Dies ist bei Ve.-wendvrg einer Schutzschicht
aus einem Material, das in der Schmelze verbrennt, nicht möglich, weil sich nicht vermeiden läßt, daß ungleichmäßige
Erwärmungen oder stark Überhitzte Stellen auftreten.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art besteht die Erfindung darin, daß der
Schutzschirm dicht an der Zirkonoxidmasse anliegt, aus legiertem oder unlegiertem Eisen besteht und eine
Wandstärke von 1 bis 3 mm aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schutzscliirmes. der innerhalb eines Zeitraumes von
etwa OJ bis 5 Sekunden nach dem Eintauchen in die Schmelze schmilzt, führt zu gleichmäßigen und zuverlässigen
Meßergebnissen. Es ergibt sich ferner ein Vorteil dadurch, daß der Schirm gleichzeitig als Kontaktelektrode
zwischen der Meßvorrichtung und der Schmelze dienen kann.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform in teilweise äuseinandergezögenef Darstellung,
Fi g. 2 den gleichen Meßkopf in zusammengebautem Zustand,
Fig.3 einen senkrechten Längsschnitt durch den auf
F i g. 2 dargestellten Meßkopf,
Fig.4 einen senkrechten Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und
Fig.5 einen senkrechten Längsschnitt durch eine weitere, der F i g. 3 entsprechende Ausführungsform, bei
der der Schutzschirm gleichzeitig als Kontaktelektrode dient
Die auf den F i g. 1 bis 3 dargestellte Meßvorrichtung besteht aus einem Meßkopf 1, wie er z. B. aus der
DE-AS 25 19 601 bekannt ist Der Meßkopf wird in das Ende eines auf der Zeichnung nicht dargestellten
Rohres aus pinem geeigneten Material, wie z. B. Pappe,
Holz oder dergleichen, gesteckt Im vorliegenden Fall
besteht die elektro-chemische Zelle 2 aus einem Zirkonoxidröhrchen 3, dessen oberer Abschnitt eine
Bezugsmasse 4 (07Cr2O3) und dessen unterer Abschnitt
eine inerte Füllmasse 5 enthält. Im Inneren des Röhrchens 3 ist ein Leiter 6 angeordnet, dessen Ende 7
innerhalb der Bezugsmasse liegt Auf das Röhrchen ist mit leichter Reibung ein hüllenförmiger, rohrförmiger
Metallschirm 8 geschoben, dessen oberes Ende geschlossen ist und dessen Innendurchmesser praktisch
dem Außendurchmesser der mit 2 bezeichneten elektrochemischen Zeile entspricht Die Wandstärke
des Schutzschirmes 8 richtet sich nach de.· Temperatur der zu messenden Metallschmelze und der Art der
benutzten elektrochemischen Zelle; erfindungsgemäß besteht der Metallschirm aus legiertem oder unlegiertem
Eisen und hat eine Wandstärke von 1 bis 3 mm. Dadurch ist gewährleistet daß die Meßzelle während
einer Zeit von etwa 03 bis 5 Sekunden nach dem Eintauchen in die Schmelze durch den Schutzschirm
gegen jeden unmittelbaren Kontakt mit dem geschmolzenen Metall geschützt wird, so daß Wärmestöße und
damit verbundene Meßfehler weitgehend vermieden werden. Dabei kommt es entscheidend darauf an. daß
das Zirkonoxidröhrchen nach dem Schmelzen des Schutzschirmes in unmittelbare Berührung mit der
Schmelze kommt Nur so ist es möglich, einen genauen Meßwert während der kurzen Meßzeit von etwa
15 Sekunden zu erhalten.
Der Meßkopf 1 kann auch mit einer weiteren Meßvon ichtung, z. B. einem Thermoelement 9, ausgestattet
sein, so daß außer der Bestimmung des Aktivsauerstoffgehaltes mittels der elektrochemischen
Zelle 2 auch eine gleichzeitige Messung der Temperatur der Schmelze möglieh ist
Um die Potentialdifferenz zwischen der Metall-
schmeize und der Bezugsmasse messen zu könnet:, kann
der Meßkopf mit einem ringförmigen Metallkontakt 10 versehen werden, der an das Ende wenigstens eines
weiteren Leiters angeschlossen wird.
Bei der auf F i g. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Schutzschirm 8 als Kontaktelektrode
benutzt. Zu diesem Zweck ist das untere Ende des Schutzschirmes 8 mittels eines ringförmigen Ansatzes
12 verlängert, der in die keramische Masse 13 eindringt Durch den ringförmigen Ansatz kann der Metallkontakt
10 der auf F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ersetzt werden. Dadurch wird die Herstellung des Meßkopfes
erleichtert und ein einwandfreier Kontakt zwischen dem Meßkopf und dem geschmolzenen Metall mit einer
erheblich geringeren Metallmenge sichergestellt Mit 14 ist der Leiter bezeichnet der für die erforderliche
elektrische Verbindung sorgt Beim Eintauchen der Vorrichtung in die Schmelze wird der Schutzschirm 8
zerstört während der ringförmig Ansatz 12 durch die Keramikmasse 13 geschützt wire Dies ermöglicht die
Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes derSchmelze
durch Messung der Potentialdifferenz zwischen der Schmelze und der Bezugsmasse.
Auf Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt Dabei ist die eigentliche elektrochemische
Zelle in einer vorderen Ausnehmung der keramischen Masse angeordnet Sie besteht aus der
Bezugsmasse 4 aus CtZCt2O3, der darüber angeordneten
Zirkonoxidmasse 3, die durch den Schutzschirm 8 abgedeckt wird. Der Leiter 6 ist in die Bezugsmasse 4
eingebettet.
Der Schutzschirm 8 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer 1 bis 3 mm starken Scheibe aus legiertem
oder unlegiertem Eisen, deren Durchmesser praktisch dem der Zirkonoxidmasse 3 entspricht Die Befestigung
des Schutzschirmes erfolgt mit feuerfestem Zement 11 bekannter Zusammensetzung am vorderen Ende des
Meßkopfes. Mit 10 ist ein Metallkontakt bezeichnet, der den Meßkopf umschließt und der wie bei den übrigen
Ausführungsformen an das Ende wenigstens eines weiteren Leiters angeschlossen ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Bestimmung des aktiven Sauerstoffgehaltes von Gußeisen-, Eisen- oder
Stahlschmelzen mit einem am Ende eines Tragrohres befestigten Meßkopf aus einer Keramikmasse, in
der eine aus einer Zirkonoxidmasse und einer Bezugsmasse bestehende elektrochemische Zelle
angeordnet ist, die mit einem Schutzschirm versehen ist, der die elektro-chemische Zelle gegenüber der
Schmelze abschirmt und beim Eintauchen des Meßkopfes in die Metallschmelze zerstört wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (8) dicht an der Zirkonoxidmasse (3) anliegt,
aus legiertem oder unlegiertem Eisen besteht und eine Wandstärke von 1 bis 3 mm aufweist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zirkonoxidmasse die Form eines Röhrchens (3) hat, das aus dem aus der Keramikmasse
bestehenden Körper herausragt und in dem die Bezugsmasse (5) angeordnet ist, und daß der
Schutzschirm (8) ebenfalls röhrchenförmig ausgebildet ist und wenigstens die gleiche Länge hat wie der
aus der Keramikmasse herausragende Abschnitt des aus der Zirkonoxidmasse bestehenden Röhrchens,
auf das er aufschiebbar ist, wobei der Innendurchmesser des Schutzschirmes (8) praktisch dem
Außendurchmesser des Röh'chens (3) entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrchenförmige Schutzschirm (8)
länger ist als der gegenüber der Keramikmasse (13) vorstehende Abschnitt des Röhrchens (3) und mit
einem rin^'ormigen Abschnitt (12) in die Keramikmasse
eingebettet ist, de- an einen Leiter (14) angeschlossen is! und als Kontaktelektrode dient.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß die Zirkonoxidmasse (3) die Form einer Scheibe hat, die in einer vorderen Ausnehmung
des aus der Kermamikmasse bestehenden Teils auf der Bezugsmasse (4) aufliegt und daß der Schutzschirm
(8) scheibenförmig ausgebildet ist, auf der oberen Fläche der aus Zirkonoxid bestehenden
Scheibe aufliegt und mit einem geeigneten Verbindungsmittel, vorzugsweise feuerfestem Zement (11),
befestigt ist.
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