WO2003074996A2 - Method and device for analyzing molten masses - Google Patents

Method and device for analyzing molten masses Download PDF

Info

Publication number
WO2003074996A2
WO2003074996A2 PCT/DE2003/000722 DE0300722W WO03074996A2 WO 2003074996 A2 WO2003074996 A2 WO 2003074996A2 DE 0300722 W DE0300722 W DE 0300722W WO 03074996 A2 WO03074996 A2 WO 03074996A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
sample chamber
melt
vessel
chamber
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/000722
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2003074996A3 (en
Inventor
Uwe Kühn
Original Assignee
Kuehn Uwe
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuehn Uwe filed Critical Kuehn Uwe
Priority to AU2003233910A priority Critical patent/AU2003233910A1/en
Publication of WO2003074996A2 publication Critical patent/WO2003074996A2/en
Publication of WO2003074996A3 publication Critical patent/WO2003074996A3/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/04—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of melting point; of freezing point; of softening point
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals
    • G01N33/205—Metals in liquid state, e.g. molten metals

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing melts and the resulting solids, comprising the process steps: introducing a relatively small sample of the melt into a sample vessel with at least one temperature sensor, the sample vessel having at least one sample chamber with walls, detecting the temperature Time curve of the amount of sample during cooling, evaluation of the temperature-time curve with a computer program and evaluation of the chemical and physical state of the melt.
  • the invention also relates to a device for analyzing melts.
  • the temperature curve of the melt can be recorded as a function of time.
  • a small sample amount of the melt, a sample container and the most accurate temperature measurement possible are required for the recording.
  • the temperature-time curve obtained in this way shows a special course, depending on the composition.
  • a cylindrical ceramic body with a sample chamber has an inlet for the melt sample at the bottom of the body.
  • the sample chamber is vented through a channel on the top of the body.
  • Another hole is formed on the body. The thermocouple in the sample chamber is connected through this hole and a handle for handling the body is introduced into this hole.
  • This object is achieved by a method for analyzing melts and the resulting solids, comprising the method steps: introducing a relatively small sample of the melt into a sample vessel with at least one temperature sensor, the sample vessel having at least one sample chamber with walls, recording the temperature-time Curve of the amount of sample during cooling, evaluation of the temperature-time curve with a computer program, evaluation of the chemical and physical state of the melt, the gas permeability of the walls of the sample chamber being set in a defined manner.
  • This object is also achieved by a device using this method.
  • Gas bubbles have different heat flow mechanisms and different heat capacities than the melt and thus influence the temperature-time curve. It is advantageous that no defects in the form of Gas bubbles can arise. It is also advantageous that with open sample vessels, the gases can still escape after the sample surface has solidified. This is achieved in that the gas permeability of the walls of the sample chamber is set in a defined manner.
  • the gas that is released from the melt due to the decreasing solubility during cooling can be completely removed from the sample over the entire period of the analysis.
  • the gas permeability is set in a defined manner via at least one air duct with at least one throttle valve and / or with a membrane.
  • the sample vessel is made of a material with a certain grain size and with a certain binder composition, which has a defined gas permeability.
  • the gas permeability of the walls of the sample chamber is adjusted via capillaries, which are arranged in a certain number and with a certain cross section in the walls of the sample chamber. The gas permeability of the walls can be set differently in different wall areas.
  • the detection of the temperature-time curve is not influenced by the filling process and the degree of filling of the sample chamber. This is achieved in that the sample vessel is designed in such a way that the volume of the sample chamber is completely filled.
  • auxiliary substances can be assessed with reliable statements from the course of the temperature-time curves.
  • This is achieved by introducing one or more auxiliary substances with a defined weight ratio to the weight of the sample into the sample chamber or into the inlet to the sample chamber.
  • This is also achieved by introducing the auxiliary substances into the sample chamber in the form of a powder, a capsule, a pill or a coating become.
  • the maximum temperature of the melt can be correctly recorded before and during the introduction of the melt sample into the sample chamber. This is achieved by preheating the temperature sensor before introducing the sample into the sample chamber. This is also achieved in that at least one additional temperature sensor for measuring the maximum temperature of the melt is arranged in the sample vessel.
  • the sample can be introduced into the sample chamber of the sample vessel without creating a vacuum. This is achieved in that the sample chamber of the sample vessel is filled due to the metallostatic pressure.
  • FIG. 1 shows a section through an inventive device for analyzing melts
  • FIGS. 2 to 12 sections through further devices analogous to FIG. 1,
  • FIG. 13 shows a section through a temperature sensor for the device from FIG. 1 and
  • FIGS. 14 to 19 sections through further devices analogous to FIG. 1.
  • a sample vessel 1 for use in a method for analyzing melts is shown schematically in FIG.
  • the sample container 1 has
  • Walls 3 which are constructed, for example, from an inorganic material.
  • the sample vessel 1 receives the melt sample 9 in a sample chamber 2.
  • a temperature sensor 4 is arranged in a protective tube 5 in the sample chamber 2.
  • the walls of the sample vessel 1 are made from a molding material in a foundry, similar to the casting molds.
  • a refractory quartz sand with a grain size of 0.1 to 0.8 mm is used as the inorganic molding material.
  • a mixture of silicon oxides and sodium oxides, such as sodium water glass, can be used as a binder for the sand.
  • the ratio of binder to sand is about 2 to 3%.
  • the grain size of the molding material and the binder content are selected so that a bending strength of at least 250 N / cm 2 and a gas permeability of at least 160 units, measured with a conventional measuring device for gas permeability testing, is achieved.
  • FIG. 1 Another exemplary embodiment of a sample vessel 1 is shown in FIG.
  • the sample vessel 1 can be immersed in the melt and the sample chamber 2 fills via an inlet channel or via a filling line 6 which is arranged in the wall 3 such that the melt is pressed into the chamber 2 by the metallostatic pressure.
  • the sample chamber 2 also has an air channel 7 with a throttle valve 8 arranged therein.
  • the air duct 7 is formed in the wall 3 above the sample 9.
  • the throttle valve 8 effects a defined ventilation of the sample chamber 2.
  • the throttle valve 8 enables the sample chamber 2 to be filled in a controlled manner.
  • the melt can be controlled with the throttle valve 8. This prevents the melt from flowing into the chamber too quickly or even exiting through the air duct 7. If there is an auxiliary in the chamber 2, the throttle valve 8 prevents the auxiliary from being rinsed out with the melt and thus an undefined ratio of
  • FIG. 3 shows a sample container 1 analogous to the sample container from FIG. 2.
  • a membrane 10 is arranged in the air duct 7 instead of the throttle valve.
  • the membrane 10 is permeable to the gas flow, but not permeable to the melt.
  • the membrane can be realized, for example, by means of a metal grille which allows the gas flow through the air duct 7, but which lowers the temperature of the melt by removing heat and increases the viscosity of the melt to such an extent that it does not emerge from the air duct 7.
  • FIG. 4 shows a sample container 1 analogous to the sample container from FIG. 1.
  • Capillaries 11 are formed in the side walls 3 of the sample chamber 2.
  • the individual capillary 11 is dimensioned such that it is permeable to the gas flow, but not to the melt.
  • the capillaries 11 are produced in the walls 3, for example, by threads of polystyrene admixed with the molding material, which threads decompose and evaporate when the melt is introduced as a result of the temperature.
  • the gas permeability of the walls 3 can be set in a defined manner by the number and the distribution of the polystyrene threads.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a sample vessel 1 analogous to the vessel of FIGS. 1 and 4.
  • the walls 3 have different wall areas 12, 13 with a different gas permeability. It is advantageous to design the walls 3 from materials with a higher gas permeability and the bottom from materials with a lower gas permeability.
  • the wall areas which have a higher gas permeability usually have a lower mechanical strength.
  • FIG. 6 shows sample vessels 1, all of which are designed, for example, in such a way that the volume of the sample chamber 2 is completely filled. If the filling volume of the sample chamber 2 from analysis to analysis remains constant, the volume of the sample chamber 2 has a constant influence on the detection of the temperature-time curve and can therefore be considered mathematically.
  • the actual sample chamber 2 is preceded by a so-called filling system 14 with an inlet funnel 15.
  • the actual sample container 1 has a sample chamber 2 and is closed except for a filling opening 16.
  • the melt sample 9 is closed off from the surroundings of the sample vessel 1, which prevents the entry of disruptive ambient air.
  • the sample volume of chamber 2 is defined and it is achieved that the same sample weight is filled in each time. If additives are added to the shrink sample, the ratio of the sample weight to the weight of the additives remains constant and reproducible.
  • the flow conditions in the melt at the filling opening 16 are clearly defined.
  • FIG. 7 instead of the upstream filling system 14 from FIG. 6, a collecting system 17 is connected downstream of the sample chamber 2. An overflow 18 is formed in the sample vessel 1 of FIG. 7 between the sample chamber 2 and the collecting system 17. This also ensures that the same amount of melt is always introduced into the sample chamber 2.
  • FIG. 8 shows a sample vessel 1 in which the area which forms the boundary between the melt sample in the sample chamber 2 and the ambient air is kept as small as possible.
  • the overflow of the melt depends on the surface tension of the melt. If the surfaces 19, 20 on which the surface tension between the air and the melt is effective are kept as small as possible, then the influence of the surface tension on the overflow of the melt is as small as possible.
  • the melt is always overflowed from the sample chamber 2 at the same filling volume. If the melt volume is kept reproducible and constant, the meaningfulness of the temperature-time curve is assured.
  • auxiliary materials can be introduced into the sample chamber 2 or the filling line 6. Auxiliaries are all additives that are added during production to influence the properties of the melt.
  • the auxiliaries must be introduced in such a way that they can react with the melt. To ensure a reproducible reaction, the auxiliaries must not be rinsed out of the chamber 2 by the melt. The auxiliaries must not float and must be well wetted by the melt.
  • the auxiliary substances can be introduced into the sample chamber in the form of a powder, a capsule or a pill.
  • the sample chamber 2 can also be coated on the inside with the auxiliary material or materials. If, for example, tellurium or sulfur are used as auxiliary substances, they have to be encapsulated because the boiling point is below the temperature of the melt.
  • the auxiliary substances can be shaped into a pill, for example with hard gelatin, before being introduced into the chamber.
  • FIG. 9 shows a sample vessel 1 with two identical sample chambers 2.
  • Each sample chamber 2 has a feeder 21.
  • a feeder is a cavity adjacent to the actual molded part. Melt flows out of this cavity during the cooling and shrinkage of the molded part. This ensures that voids are avoided even in the molded part.
  • a feeder 21 is arranged in the melt sample 9, it is achieved that the sample 9 has the same density everywhere, and thus the same thermal conductivity and the same heat capacity.
  • the feeder 21 is the Part of the melt sample 9, which is the last to cool and solidify. Mechanical stresses occur when partial areas with different densities are formed due to different cooling rates. In order to protect the temperature sensor 4 from these mechanical stresses, it must not be arranged in the region of the feeder 21. For the same reason, the temperature sensor must not be in the thermal center of the sample.
  • the sample chambers 2 are filled via a common main filling line 22, which is connected to the filling system 14.
  • the filling line 22 is connected to the sample chambers 2 in such a way that all chambers are filled simultaneously and uniformly.
  • the filling line 22 is also connected to the sample chamber 2 in such a way that the temperature sensor 4 is not subjected to excessive loads either mechanically or selectively thermally.
  • the filling line 22 is connected tangentially to the sample chamber 2. The excessive load is also avoided if the sample chamber 2 is flown from below. This arrangement also ensures that the auxiliary materials are whirled through well.
  • FIGS. 11 and 12 show sample chambers 2 with different geometries.
  • the sample chamber can have, for example, a cubic, a cylindrical, a conical, a wedge-shaped or a step-wedge-shaped geometry.
  • different cooling rates can be achieved.
  • different phase transformations can be observed. In different areas of the
  • temperature sensors 4 can be arranged in the sample chamber 2 in order to observe these phase changes.
  • a spherical geometry of the sample chamber 2 with the temperature sensor 4 in the center of the sphere is optimal.
  • a cubic geometry of the sample chamber 2 is optimal for determining the thermal conductivity of the solidified melt sample 9.
  • the temperature sensor 4 is shown on its own.
  • the temperature sensor 4 consists of a temperature-sensitive element 23, which is arranged in a protective tube 5.
  • the protective tube 5 can consist of quartz glass or another ceramic, temperature and melt-resistant material.
  • the temperature-sensitive element 23 lies as flat as possible, without a gap on the inner wall of the protective tube 5. This prevents another medium with temperature transition effects from adversely affecting the temperature measurement.
  • the protective tube 5 also serves for the electrical insulation of the temperature measuring lines against the electrically conductive melt. If the protective tube is made of quartz glass, there is a good optical coupling of the temperature-sensitive element 23 to the melt, since it is well transparent to optical radiation.
  • the protective tube 5 has the smallest possible diameter d. The size of the protective tube influences the cooling behavior of the melt, since the phase transitions and thus the temperature measurement are influenced by foreign bodies, inhomogeneities and changes in the melt.
  • the temperature that is measured at the temperature-sensitive element 23 should match the temperature of the melt as closely as possible.
  • a protective tube with a diameter d that is less than 1/16 of the longest distance between two points on the surface of the sample 9 best meets these requirements.
  • FIGS. 14, 15 and 16 schematically show further exemplary embodiments of sample vessels for the analysis of melts.
  • FIG. 14 shows a sample chamber 2 with two parallel side walls 3.
  • An ultrasound probe can be coupled to the parallel side wall of the sample 9. This can be used to measure the speed of sound of the metal.
  • the sample chamber 2 has an elongated and meandering shape, the so-called viscosity spiral.
  • a resistance wire can be inserted into the sample chamber over the entire length for electrical measurement of the viscosity.
  • Figure 16 is with the actual
  • Sample chamber 2 combines a device 25 with an electrical coil for measuring the eddy current in sample 9.
  • FIG. 17 shows a sample vessel 1 with an elongated sample chamber 2.
  • Two electrically conductive wires 26 for determining the electrical conductivity are installed in two walls 3, which are located on the most distant sides of the sample chamber 2.
  • the wires 26 are connected to a constant current source 27, a voltmeter 28 and an ammeter 29.
  • the conductive wires 26 are inserted so deep into the sample chamber 2 and insulated to such an extent that no measurement is carried out in the edge zone 30 of the sample 9.
  • FIG. 18 shows a sample vessel 1 with a suction line 31.
  • Suction line 31, as also described in FIG. 3, shows a membrane 10.
  • a vacuum or vacuum can be applied to the suction line 31.
  • the filling line 22 is brought under the surface of the melt S and the sample chamber 2 is filled directly from below, that is to say without the use of an intermediate vessel. This ensures that the melt S enters the sample chamber 2 of the sample vessel 1 without contact with the ambient air can be introduced. This also ensures that the melt is introduced into the sample chamber 2 at the highest possible temperature. This method of operation is particularly necessary if the sampling location is difficult to access or if the melt areas are very small.
  • the negative pressure is maintained until the melt S in the filling line 22 has reached such a high viscosity that it is impossible to flow back.
  • FIG. 19 shows a sample vessel 1 which is immersed in the melt S. By immersing it in the melt, the sample chamber 2 will fill itself due to the metallostatic pressure.
  • An additional maximum temperature sensor 32 for measuring the melt temperature when filling the sample chamber 2 is shown in the filling line 22.
  • the filling line 22 has a siphon 33. This prevents the melt S from flowing out of the sample chamber 2 after filling.
  • the melt samples tend to form macro- and / or microporosities during or after solidification, which as Fluctuations in density can be measured. If the sample has to be used for density determination according to the Archimedean principle, the geometry of the sample chamber must be designed so that the density fluctuations do not occur at the edge of the sample. For this purpose, the sample chamber has a cross-shaped profile in cross section, the thermal center in the
  • Crossing point of four arms of equal length lies. With this geometry, the formation of cavities will preferably take place at this crossing point.
  • the geometry of the sample chamber must be designed so that the density fluctuations occur at the edge of the sample.
  • the sample chamber has a V-shaped profile in cross section, the thermal center coming to lie at the point of intersection of the two arms of the V. In general, density fluctuations will occur in the sample if the sample chamber has no way to supply the seal and if the sample has a pronounced thermal center.
  • the sample vessel 1 can also be produced from materials with a thermal conductivity and / or thermal capacity that differs from sand.
  • certain wall areas can also be made of steel instead of sand.
  • the geometry of the sample chamber 2 and the volume are selected so that a statement about the state of the melt can be made within two minutes. For example, reliable statements about the eutectic can be made within two minutes if the sample vessel 1 has walls 3 made of inorganic quartz sand, if the
  • Sample chamber 2 is spherical and has a diameter of at most 32 mm.
  • the melt S to be examined has a maximum temperature of 1400 ° C, a eutectic at approx. 1100 ° C, a specific thermal conductivity of more than 0.3 W / cm.K and a product of specific weight and specific heat of less than 5 J / K.cm 3 .
  • the sample container 1 is advantageously produced from a heat-resistant material with an inorganic binder. At the high melt temperatures, organic binders develop decomposition products, which are often gaseous. These gases have a disruptive effect since they have to escape from sample 9 and would otherwise falsify the result of the analysis.
  • the decomposition reaction is endothermic or exothermic, so that the supply or removal of energy leads to incorrect values in the temperature measurement.
  • the decomposition products of organic binders are often harmful to the environment.
  • Organic binders mostly contain carbon, which leads to a change in the composition of the melt. inorganic
  • Binders contain no carbon, do not form gases and are mostly environmentally neutral.
  • quartz sand with a grain size of 0.3 to 0.8 mm is used as the material for the sample vessel.
  • binder for example based on sodium water glass, is added to the quartz sand as a binder.
  • the sample vessels 1 are produced on a system that works similarly to a core shooting system in a foundry. After the molding material has been fired into the mold with a firing pressure of approximately 5 bar, the sample vessels 1 are removed from the mold and cured.
  • the hardening can be done by drying, by gassing with carbon dioxide or by self-hardening if cement is used as a binding agent.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for analyzing molten masses and the resulting solids. The inventive method comprises the following steps: placing a relatively small sample (9) of the molten mass in a test vessel (1) having at least one temperature sensor (4), wherein the test vessel has at least one test chamber (2) with walls (3); detecting the time/temperature curve of the sample fraction during cooling; evaluating the temperature/time curve using a computer program and assessing the chemical and physical state of the molten mass, wherein the gas permeability of the walls (3) of the test chamber (2) can be adjusted in a defined manner. The invention also relates to a device for analyzing molten masses.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Schmelzen Method and device for analyzing melts
Die Er indung bezieht sich auf ein Verfahren zur Analyse von Schmelzen und den daraus entstehenden Festkörpern umfassend die Verfahrensschritte: Einbringen einer verhältnismässig kleinen Probe der Schmelze in ein Probengefass mit mindestens einem Temperaturfühler, wobei das Probengefass mindestens eine Probenkammer mit Wänden aufweist, Erfassen der Temperatur-Zeit-Kurve der Probenmenge während der Abkühlung, Auswerten der Temperatur-Zeit-Kurve mit einem Computerprogramm und Bewerten des chemischen und physikalischen Zustandes der Schmelze. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Analyse von Schmelzen.The invention relates to a method for analyzing melts and the resulting solids, comprising the process steps: introducing a relatively small sample of the melt into a sample vessel with at least one temperature sensor, the sample vessel having at least one sample chamber with walls, detecting the temperature Time curve of the amount of sample during cooling, evaluation of the temperature-time curve with a computer program and evaluation of the chemical and physical state of the melt. The invention also relates to a device for analyzing melts.
Beim Abkühlen einer Schmelze, die zusammengesetzt ist aus den verschiedenen Elementen oder Komponenten einer Legierung, kann der Temperaturverlauf der Schmelze als Funktion der Zeit aufgezeichnet werden. Für die Aufzeichnung ist eine kleine Probemenge der Schmelze, ein Probengefass und eine möglichst genaue Temperaturmessung notwendig. Die so erhaltene Temperatur-Zeit-Kurve zeigt, je nach der Zusammensetzung, einen besonderen Verlauf. Bei der Abkühlung eines reinen Stoffes können beispielsweise aus der Temperatur-Zeit- Kurve Phasenumwandlungen, modifizierte Kristallformen undWhen a melt, which is composed of the various elements or components of an alloy, cools down, the temperature curve of the melt can be recorded as a function of time. A small sample amount of the melt, a sample container and the most accurate temperature measurement possible are required for the recording. The temperature-time curve obtained in this way shows a special course, depending on the composition. When cooling a pure substance, phase transformations, modified crystal shapes and
Unterkühlungseffekte abgelesen werden. Aus dem Verlauf der Temperatur-Zeit- Kurve kann der Anteil der verschiedenen Komponenten und der verschiedenen Kristallisationsformen der Legierung berechnet werden. Eine wichtige Voraussetzung für die Aussagekraft der Temperatur-Zeit-Kurve über die Eigenschaften der Schmelze ist die Vergleichbarkeit des Abkühlvorganges im Probengefass mit dem Abkühlvorgang in der Giessform in der Produktion. Die Geometrie des Probengefässes spielt also eine wichtige Rolle. Wenn man dieses Verfahren sowie die Vorrichtung für die Angleichung der Zusammensetzung der Schmelze an der Produktspezifikation einsetzen will, spielt die Zeit, die für die Probennahme, die Durchführung der Analyse und dem Vorliegen der Resultate gebraucht wird, ebenfalls eine wichtige Rolle. Aus der DE-19951618-A1 ist eine Vorrichtung zur Analyse von Metallschmelzen mit einem Thermoelement bekannt. Ein zylindrischer Körper aus Keramik mit einer Probenkammer weist am Boden des Körpers einen Einlass für die Schmelzeprobe auf. Die Probenkammer wird über einen Kanal an der Oberseite des Körpers entlüftet. Am Körper ist eine weitere Bohrung ausgebildet. Durch diese Bohrung wird das Thermoelement in der Probenkammer angeschlossen und in diese Bohrung wird ein Stiel zur Handhabung des Körpers eingebracht.Hypothermia effects can be read. The proportion of the different components and the different crystallization forms of the alloy can be calculated from the course of the temperature-time curve. An important prerequisite for the meaningfulness of the temperature-time curve about the properties of the melt is the comparability of the cooling process in the sample vessel with the cooling process in the mold in production. The geometry of the sample vessel therefore plays an important role. If one wants to use this method as well as the device for the adjustment of the composition of the melt to the product specification, the time taken for the sampling, the execution of the analysis and the availability of the results also play an important role. DE-19951618-A1 discloses a device for analyzing molten metals with a thermocouple. A cylindrical ceramic body with a sample chamber has an inlet for the melt sample at the bottom of the body. The sample chamber is vented through a channel on the top of the body. Another hole is formed on the body. The thermocouple in the sample chamber is connected through this hole and a handle for handling the body is introduced into this hole.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einBased on this prior art, it is an object of the invention to
Verfahren anzugeben, das in möglichst kurzer Zeit möglichst genaue Aussagen über die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Schmelze gewährleistet.Specify a process that ensures as accurate as possible statements about the physical and chemical properties of the melt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Analyse von Schmelzen und den daraus entstehenden Festkörpern umfassend die Verfahrensschritte: Einbringen einer verhältnismässig kleinen Probe der Schmelze in ein Probengefass mit mindestens einem Temperaturfühler, wobei das Probengefass mindestens eine Probenkammer mit Wänden aufweist, Erfassen der Temperatur- Zeit-Kurve der Probenmenge während der Abkühlung, Auswerten der Temperatur- Zeit-Kurve mit einem Computerprogramm, Bewerten des chemischen und physikalischen Zustandes der Schmelze, wobei die Gasdurchlässigkeit der Wände der Probenkammer definiert eingestellt wird. Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung nach diesem Verfahren.This object is achieved by a method for analyzing melts and the resulting solids, comprising the method steps: introducing a relatively small sample of the melt into a sample vessel with at least one temperature sensor, the sample vessel having at least one sample chamber with walls, recording the temperature-time Curve of the amount of sample during cooling, evaluation of the temperature-time curve with a computer program, evaluation of the chemical and physical state of the melt, the gas permeability of the walls of the sample chamber being set in a defined manner. This object is also achieved by a device using this method.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention result from the dependent claims.
Gasblasen besitzen andere Wärmeflussmechanismen und andere Wärmekapazitäten als die Schmelze und beeinflussen so die Temperatur-Zeit- Kurve. Es ist von Vorteil, dass in die Probe keine Fehlstellen in der Form von Gasblasen entstehen können. Es ist auch von Vorteil, dass bei offenen Probengefässen die Gase noch entweichen können, nachdem sich die Probenoberfläche verfestigt hat. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gasdurchlässigkeit der Wände der Probenkammer definiert eingestellt wird.Gas bubbles have different heat flow mechanisms and different heat capacities than the melt and thus influence the temperature-time curve. It is advantageous that no defects in the form of Gas bubbles can arise. It is also advantageous that with open sample vessels, the gases can still escape after the sample surface has solidified. This is achieved in that the gas permeability of the walls of the sample chamber is set in a defined manner.
Es ist auch von Vorteil, dass das Gas, das sich aufgrund der abnehmenden Löslichkeit bei der Abkühlung aus der Schmelze freisetzt, vollständig und über den gesamten Zeitraum der Analyse aus der Probe abgeführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gasdurchlässigkeit über mindestens einen Luftkanal mit mindestens einem Drosselventil und/oder mit einer Membrane definiert eingestellt wird. Dies wird auch dadurch erreicht, dass das Probengefass aus einem Werkstoff mit einer bestimmten Korngrösse und mit einer bestimmten Bindemittelzusammensetzung ausgebildet ist, der eine definierte Gasdurchlässigkeit aufweist. Dies wird weiter auch dadurch erreicht, dass die Gasdurchlässigkeit der Wände der Probenkammer über Kapillaren eingestellt wird, die in einer bestimmten Anzahl und mit einem bestimmten Querschnitt in den Wänden der Probenkammer angeordnet sind. Die Gasdurchlässigkeit der Wände kann in unterschiedlichen Wandbereichen unterschiedlich eingestellt werden.It is also advantageous that the gas that is released from the melt due to the decreasing solubility during cooling can be completely removed from the sample over the entire period of the analysis. This is achieved in that the gas permeability is set in a defined manner via at least one air duct with at least one throttle valve and / or with a membrane. This is also achieved in that the sample vessel is made of a material with a certain grain size and with a certain binder composition, which has a defined gas permeability. This is also achieved in that the gas permeability of the walls of the sample chamber is adjusted via capillaries, which are arranged in a certain number and with a certain cross section in the walls of the sample chamber. The gas permeability of the walls can be set differently in different wall areas.
Es ist auch von Vorteil, dass die Erfassung der Temperatur-Zeit-Kurve nicht durch den Füllvorgang und den Füllgrad der Probenkammer beeinflusst wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das Probengefass derart ausgebildet ist, dass das Volumen der Probenkammer vollständig befüllt wird.It is also advantageous that the detection of the temperature-time curve is not influenced by the filling process and the degree of filling of the sample chamber. This is achieved in that the sample vessel is designed in such a way that the volume of the sample chamber is completely filled.
Es ist weiter auch von Vorteil, dass der Einfluss der Zugabe von Hilfsstoffen zu der Schmelze mit gesicherten Aussagen aus dem Verlauf der Temperatur-Zeit-Kurven bewertet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass ein oder mehrere Hilfsstoffe mit einem definierten Gewichtsverhältnis zum Gewicht der Probe in die Probenkammer oder in den Zulauf zur Probenkammer eingebracht werden. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Hilfsstoffe in Form eines Pulvers, einer Kapsel, einer Pille oder einer Beschichtung in die Probenkammer eingebracht werden.It is furthermore also advantageous that the influence of the addition of auxiliary substances to the melt can be assessed with reliable statements from the course of the temperature-time curves. This is achieved by introducing one or more auxiliary substances with a defined weight ratio to the weight of the sample into the sample chamber or into the inlet to the sample chamber. This is also achieved by introducing the auxiliary substances into the sample chamber in the form of a powder, a capsule, a pill or a coating become.
Es ist auch von Vorteil, dass die Maximaltemperatur der Schmelze vor und während dem Einbringen der Schmelzeprobe in die Probenkammer richtig erfasst werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Temperaturfühler vor dem Einbringen der Probe in die Probenkammer vorgewärmt wird. Dies wird auch dadurch erreicht, dass in dem Probengefass mindestens ein zusätzlicher Temperaturfühler zur Messung der Maximaltemperatur der Schmelze angeordnet ist.It is also advantageous that the maximum temperature of the melt can be correctly recorded before and during the introduction of the melt sample into the sample chamber. This is achieved by preheating the temperature sensor before introducing the sample into the sample chamber. This is also achieved in that at least one additional temperature sensor for measuring the maximum temperature of the melt is arranged in the sample vessel.
Es ist weiter auch von Vorteil, dass die Probe auch ohne Erzeugung eines Vakuums in die Probenkammer des Probengefässes eingebracht werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Probenkammer des Probengefässes aufgrund des metallostatischen Druckes gefüllt wird.It is also advantageous that the sample can be introduced into the sample chamber of the sample vessel without creating a vacuum. This is achieved in that the sample chamber of the sample vessel is filled due to the metallostatic pressure.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zu diesem erfindungsgemässen Verfahren zur Analyse von Schmelzen werden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the device for this inventive method for analyzing melts are described with reference to the figures. Show it:
Figur 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Analyse von Schmelzen,FIG. 1 shows a section through an inventive device for analyzing melts,
Figuren 2 bis 12 Schnitte durch weitere Vorrichtungen analog der Figur 1 ,FIGS. 2 to 12 sections through further devices analogous to FIG. 1,
Figur 13 einen Schnitt durch einen Temperaturfühler zur Vorrichtung aus Figur 1 undFIG. 13 shows a section through a temperature sensor for the device from FIG. 1 and
Figuren 14 bis 19 Schnitte durch weitere Vorrichtungen analog der Figur 1.FIGS. 14 to 19 sections through further devices analogous to FIG. 1.
In Figur 1 ist schematisch ein Probengefass 1 zur Verwendung in einem Verfahren zur Analyse von Schmelzen geschnitten dargestellt. Das Probengefass 1 hatA sample vessel 1 for use in a method for analyzing melts is shown schematically in FIG. The sample container 1 has
Wände 3, die beispielsweise aus einem anorganischen Material aufgebaut sind. Das Probengefass 1 nimmt in einer Probenkammer 2 die Schmelzeprobe 9 auf. In der Probenkammer 2 ist ein Temperaturfühler 4 in einem Schutzrohr 5 angeordnet. Die Wände des Probengefässes 1 werden ähnlich wie die Giessformen in einer Giesserei aus einem Formstoff hergestellt. Als anorganischer Formstoff wird beispielsweise ein feuerfester Quarzsand mit einer Korngrösse von 0,1 bis 0,8 mm verwendet. Als Bindemittel für den Sand kann ein Gemisch von Siliziumoxiden und Natriumoxiden, wie beispielsweise Natriumwasserglas, verwendet werden. Das Verhältnis Bindemittel zu Sand beträgt etwa 2 bis 3 %. Die Korngrösse des Formstoffes und der Bindemitteϊgehalt werden so gewählt, dass eine Biegefestigkeit von mindestens 250 N/cm2 und eine Gasdurchlässigkeit von mindestens 160 Einheiten, gemessen mit einem üblichen Messgerät zur Gasdurchlässigkeitsprüfung, erreicht wird.Walls 3 which are constructed, for example, from an inorganic material. The sample vessel 1 receives the melt sample 9 in a sample chamber 2. A temperature sensor 4 is arranged in a protective tube 5 in the sample chamber 2. The walls of the sample vessel 1 are made from a molding material in a foundry, similar to the casting molds. For example, a refractory quartz sand with a grain size of 0.1 to 0.8 mm is used as the inorganic molding material. A mixture of silicon oxides and sodium oxides, such as sodium water glass, can be used as a binder for the sand. The ratio of binder to sand is about 2 to 3%. The grain size of the molding material and the binder content are selected so that a bending strength of at least 250 N / cm 2 and a gas permeability of at least 160 units, measured with a conventional measuring device for gas permeability testing, is achieved.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Probengefässes 1 dargestellt. Das Probengefass 1 kann in die Schmelze eingetaucht werden und die Probenkammer 2 füllt sich dabei über einen Einlasskanal oder über eine Füllleitung 6, die so in die Wand 3 angeordnet ist, dass die Schmelze durch den metallostatischen Druck in die Kammer 2 gedrückt wird. Die Probenkammer 2 weist weiter einen Luftkanal 7 mit einem darin angeordneten Drosselventil 8 auf. Der Luftkanal 7 ist in der Wand 3 oberhalb der Probe 9 ausgebildet. Das Drosselventil 8 bewirkt eine definierte Be- und / oder Entlüftung der Probenkammer 2. Mit dem Drosselventil 8 wird ein kontrolliertes Befüllen der Probenkammer 2 ermöglicht.Another exemplary embodiment of a sample vessel 1 is shown in FIG. The sample vessel 1 can be immersed in the melt and the sample chamber 2 fills via an inlet channel or via a filling line 6 which is arranged in the wall 3 such that the melt is pressed into the chamber 2 by the metallostatic pressure. The sample chamber 2 also has an air channel 7 with a throttle valve 8 arranged therein. The air duct 7 is formed in the wall 3 above the sample 9. The throttle valve 8 effects a defined ventilation of the sample chamber 2. The throttle valve 8 enables the sample chamber 2 to be filled in a controlled manner.
Die Strömungsgeschwindigkeit der in die Probenkammer 2 einströmendenThe flow velocity of those flowing into the sample chamber 2
Schmelze kann mit dem Drosselventil 8 kontrolliert werden. Somit wird verhindert, dass die Schmelze zu schnell in die Kammer einströmen oder sogar durch den Luftkanal 7 wieder austreten kann. Wenn sich in der Kammer 2 ein Hilfsstoff befindet, wird mit dem Drosselventil 8 verhindert, dass der Hilfsstoff mit der Schmelze wieder ausgespült wird und so ein Undefiniertes Verhältnis vomThe melt can be controlled with the throttle valve 8. This prevents the melt from flowing into the chamber too quickly or even exiting through the air duct 7. If there is an auxiliary in the chamber 2, the throttle valve 8 prevents the auxiliary from being rinsed out with the melt and thus an undefined ratio of
Hilfsstoffgewicht zum Probengewicht in der Probenkammer 2 entstehen kann. In Figur 3 ist ein Probengefass 1 analog zum Probengefass von Figur 2 dargestellt. Im Luftkanal 7 ist anstelle des Drosselventils eine Membrane 10 angeordnet. Die Membrane 10 ist durchlässig für den Gasstrom, jedoch nicht durchlässig für die Schmelze. Die Membrane kann beispielsweise realisiert werden durch ein Metallgitter, das den Gasstrom durch den Luftkanal 7 durchlässt, das aber die Temperatur der Schmelze durch Wärmeentzug erniedrigt und die Viskosität der Schmelze soweit erhöht, dass diese nicht aus den Luftkanal 7 austritt.Auxiliary weight to the sample weight can arise in the sample chamber 2. FIG. 3 shows a sample container 1 analogous to the sample container from FIG. 2. A membrane 10 is arranged in the air duct 7 instead of the throttle valve. The membrane 10 is permeable to the gas flow, but not permeable to the melt. The membrane can be realized, for example, by means of a metal grille which allows the gas flow through the air duct 7, but which lowers the temperature of the melt by removing heat and increases the viscosity of the melt to such an extent that it does not emerge from the air duct 7.
In Figur 4 ist ein Probengefass 1 analog zum Probengefass von Figur 1 dargestellt. In den seitlichen Wänden 3 der Probenkammer 2 sind Kapillaren 11 ausgebildet. Die einzelne Kapillare 11 ist so dimensioniert, dass diese für den Gasstrom durchlässig ist, für die Schmelze jedoch nicht. Die Kapillaren 11 werden in den Wänden 3 beispielsweise hergestellt durch dem Formstoff beigemischten Fäden aus Polystyrol, die durch die Temperaturbeaufschlagung beim Einbringen der Schmelze zersetzen und verdampfen. Durch die Anzahl und die Verteilung der Polystyrolfäden kann die Gasdurchlässigkeit der Wände 3 definiert eingestellt werden.FIG. 4 shows a sample container 1 analogous to the sample container from FIG. 1. Capillaries 11 are formed in the side walls 3 of the sample chamber 2. The individual capillary 11 is dimensioned such that it is permeable to the gas flow, but not to the melt. The capillaries 11 are produced in the walls 3, for example, by threads of polystyrene admixed with the molding material, which threads decompose and evaporate when the melt is introduced as a result of the temperature. The gas permeability of the walls 3 can be set in a defined manner by the number and the distribution of the polystyrene threads.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Probengefässes 1 analog zum Gefäss von Figuren 1 und 4 dargestellt. Die Wände 3 weisen unterschiedliche Wandbereiche 12, 13 mit einer unterschiedlichen Gasdurchlässigkeit auf. Es ist vorteilhaft, die Wände 3 aus Werkstoffen mit einer höheren und den Boden aus Werkstoffen mit einer tieferen Gasdurchlässigkeit auszubilden. Die Wandbereiche, die eine höhere Gasdurchlässigkeit aufweisen, haben üblicherweise eine geringere mechanische Festigkeit.FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a sample vessel 1 analogous to the vessel of FIGS. 1 and 4. The walls 3 have different wall areas 12, 13 with a different gas permeability. It is advantageous to design the walls 3 from materials with a higher gas permeability and the bottom from materials with a lower gas permeability. The wall areas which have a higher gas permeability usually have a lower mechanical strength.
In den Figuren 6, 7 und 8 sind Probengefässe 1 dargestellt, die alle beispielsweise derart ausgebildet sind, dass das Volumen der Probenkammer 2 vollständig befüllt wird. Wenn das Füllvolumen der Probenkammer 2 von Analyse zu Analyse konstant bleibt, hat das Volumen der Probenkammer 2 einen gleichbleibenden Einfluss auf die Erfassung der Temperatur-Zeit-Kurve und kann daher mathematisch berücksichtigt werden. In Figur 6 ist der eigentlichen Probenkammer 2 ein sogenanntes Füllsystem 14 mit einem Zulauftrichter 15 vorgeschaltet. Das eigentliche Probengefass 1 weist eine Probenkarnmer 2 auf und ist bis auf eine Einfüllöffnung 16 geschlossen.6, 7 and 8 show sample vessels 1, all of which are designed, for example, in such a way that the volume of the sample chamber 2 is completely filled. If the filling volume of the sample chamber 2 from analysis to analysis remains constant, the volume of the sample chamber 2 has a constant influence on the detection of the temperature-time curve and can therefore be considered mathematically. In Figure 6, the actual sample chamber 2 is preceded by a so-called filling system 14 with an inlet funnel 15. The actual sample container 1 has a sample chamber 2 and is closed except for a filling opening 16.
Die Schmelzeprobe 9 ist von der Umgebung des Probengefässes 1 abgeschlossen, was den Zutritt von störender Umgebungsluft ausschliesst. Das Probenvolumen der Kammer 2 ist definiert und es wird erreicht, dass jedes mal das gleiche Probengewicht eingefüllt wird. Wenn Hilfsstoffe zur Schrnelzeprobe zugegeben werden, wird erreicht, dass das Verhältnis des Probengewichtes zum Gewicht der Hilfsstoffe konstant und reproduzierbar bleibt. Die Strömungsverhältnisse in der Schmelze an der Einfüllöffnung 16 sind klar definiert.The melt sample 9 is closed off from the surroundings of the sample vessel 1, which prevents the entry of disruptive ambient air. The sample volume of chamber 2 is defined and it is achieved that the same sample weight is filled in each time. If additives are added to the shrink sample, the ratio of the sample weight to the weight of the additives remains constant and reproducible. The flow conditions in the melt at the filling opening 16 are clearly defined.
In Figur 7 ist anstelle des vorgeschalteten Füllsystems 14 von Figur 6 ein Auffangsystem 17 nach der Probenkammer 2 nachgeschaltet. Zwischen der Probenkammer 2 und dem Auffangsystem 17 ist im Probengefass 1 von Figur 7 ein Überlauf 18 ausgebildet. Auch hiermit wird sichergestellt, dass immer die gleiche Schmelzemenge in die Probenkammer 2 eingebracht wird.In FIG. 7, instead of the upstream filling system 14 from FIG. 6, a collecting system 17 is connected downstream of the sample chamber 2. An overflow 18 is formed in the sample vessel 1 of FIG. 7 between the sample chamber 2 and the collecting system 17. This also ensures that the same amount of melt is always introduced into the sample chamber 2.
In Figur 8 ist ein Probengefass 1 dargestellt, bei dem die Fläche, die die Grenze zwischen der Schmelzeprobe in der Probenkammer 2 und der Umgebungsluft bildet, möglichst klein gehalten wird. Das Überlaufen der Schmelze ist abhängig von der Oberflächenspannung der Schmelze. Wenn die Flächen 19, 20, auf die die Oberflächenspannung zwischen Luft und Schmelze wirksam ist, möglichst klein gehalten werden, dann ist der Einfluss der Oberflächenspannung auf das Überlaufen der Schmelze möglichst gering. Die Schmelze wird immer beim gleichen Einfüllvolumen aus der Probenkammer 2 überlaufen. Wenn das Schmelzevolumen reproduzierbar und konstant gehalten wird, ist die Aussagekraft der Temperatur-Zeit-Kurve gesichert. Vor der Probenahme können in die Probenkammer 2 oder die Füllleitung 6 Hilfsstoffe eingebracht werden. Als Hilfsstoffe werden alle Zusätze bezeichnet, die in der Produktion zugegeben werden, um die Eigenschaften der Schmelze zu beeinflussen. Die Hilfsstoffe müssen so eingebracht werden, dass sie mit der Schmelze reagieren können. Um eine reproduzierbare Reaktion zu gewährleisten, dürfen die Hilfsstoffe nicht von der Schmelze aus der Kammer 2 herausgespült werden. Die Hilfsstoffe dürfen nicht aufschwimmen und müssen von der Schmelze gut benetzt werden.FIG. 8 shows a sample vessel 1 in which the area which forms the boundary between the melt sample in the sample chamber 2 and the ambient air is kept as small as possible. The overflow of the melt depends on the surface tension of the melt. If the surfaces 19, 20 on which the surface tension between the air and the melt is effective are kept as small as possible, then the influence of the surface tension on the overflow of the melt is as small as possible. The melt is always overflowed from the sample chamber 2 at the same filling volume. If the melt volume is kept reproducible and constant, the meaningfulness of the temperature-time curve is assured. Before the sampling, auxiliary materials can be introduced into the sample chamber 2 or the filling line 6. Auxiliaries are all additives that are added during production to influence the properties of the melt. The auxiliaries must be introduced in such a way that they can react with the melt. To ensure a reproducible reaction, the auxiliaries must not be rinsed out of the chamber 2 by the melt. The auxiliaries must not float and must be well wetted by the melt.
Um die Hilfsstoffe einfacher und geschützt vor der Umgebung transportieren zu können, ist es vorteilhaft, die Hilfsstoffe in eine gut handhabbare Form zu bringen. Die Hilfsstoffe können in Form eines Pulvers, einer Kapsel oder einer Pille in die Probenkammer eingebracht werden. Die Probenkammer 2 kann auf der Innenseite auch mit dem oder den Hilfsstoffen beschichtet werden. Wenn beispielsweise Tellur oder Schwefel als Hilfsstoffe verwendet werden, müssen diese eingekapselt werden, weil der Siedepunkt unterhalb der Temperatur der Schmelze liegt. Die Hilfsstoffe können vor dem Einbringen in die Kammer beispielsweise mit Hartgelatine zu einer Pille geformt werden.In order to be able to transport the auxiliary materials more easily and in a protected manner from the environment, it is advantageous to bring the auxiliary materials into a form that is easy to handle. The auxiliary substances can be introduced into the sample chamber in the form of a powder, a capsule or a pill. The sample chamber 2 can also be coated on the inside with the auxiliary material or materials. If, for example, tellurium or sulfur are used as auxiliary substances, they have to be encapsulated because the boiling point is below the temperature of the melt. The auxiliary substances can be shaped into a pill, for example with hard gelatin, before being introduced into the chamber.
In den Figuren 9, 10, 11 und 12 sind weitere Ausführungsbeispiele des Probengefässes 1 schematisch geschnitten dargestellt. In Figur 9 ist ein Probengefass 1 mit zwei identischen Probenkammern 2 dargestellt. Jede Probenkammer 2 weist einen Speiser 21 auf. Als Speiser bezeichnet man einen Hohlraum benachbart zum eigentlichen Gussformteil. Aus diesem Hohlraum fliesst während dem Abkühlen und Schwinden des Gussformteiles Schmelze nach. Hiermit wird erreicht, dass im Gussformteil selbst Lunker vermieden werden.Further exemplary embodiments of the sample vessel 1 are shown schematically in section in FIGS. 9, 10, 11 and 12. FIG. 9 shows a sample vessel 1 with two identical sample chambers 2. Each sample chamber 2 has a feeder 21. A feeder is a cavity adjacent to the actual molded part. Melt flows out of this cavity during the cooling and shrinkage of the molded part. This ensures that voids are avoided even in the molded part.
Wenn bei der Schmelzeprobe 9 ein Speiser 21 angeordnet ist, wird erreicht, dass die Probe 9 überall die gleiche Dichte, und somit die gleiche Wärmeleitfähigkeit und die gleiche Wärmekapazität hat. Dabei ist der Speiser 21 prinzipbedingt der Teilbereich der Schmelzeprobe 9, der als letzter abkühlt und erstarrt. Bei der Bildung von Teilbereichen mit unterschiedlicher Dichte aufgrund unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten treten mechanische Spannungen auf. Um den Temperaturfühler 4 vor diesen mechanischen Spannungen zu schützen, darf dieser nicht im Bereich des Speisers 21 angeordnet sein. Aus dem gleichen Grund darf der Temperaturfühler sich nicht im thermischen Zentrum der Probe befinden.If a feeder 21 is arranged in the melt sample 9, it is achieved that the sample 9 has the same density everywhere, and thus the same thermal conductivity and the same heat capacity. In principle, the feeder 21 is the Part of the melt sample 9, which is the last to cool and solidify. Mechanical stresses occur when partial areas with different densities are formed due to different cooling rates. In order to protect the temperature sensor 4 from these mechanical stresses, it must not be arranged in the region of the feeder 21. For the same reason, the temperature sensor must not be in the thermal center of the sample.
Die Probenkammern 2 werden über eine gemeinsame Hauptfüllleitung 22, die mit dem Füllsystem 14 in Verbindung steht, gefüllt. Die Füllleitung 22 ist so mit den Probenkammern 2 verbunden, dass sämtliche Kammern gleichzeitig und gleichmässig befüllt werden. Die Füllleitung 22 ist auch so mit der Probenkammer 2 verbunden, dass der Temperaturfühler 4 sowohl mechanisch als auch punktuell thermisch keine übermässigen Belastungen ausgesetzt ist. In Figur 10 ist die Füllleitung 22 tangential mit der Probenkammer 2 verbunden. Die übermässige Belastung wird weiter auch vermieden, wenn die Probenkammer 2 von unten her angeströmt wird. Durch diese Anordnung wird auch erreicht, dass die Hilfsstoffe gut durchwirbelt werden.The sample chambers 2 are filled via a common main filling line 22, which is connected to the filling system 14. The filling line 22 is connected to the sample chambers 2 in such a way that all chambers are filled simultaneously and uniformly. The filling line 22 is also connected to the sample chamber 2 in such a way that the temperature sensor 4 is not subjected to excessive loads either mechanically or selectively thermally. In FIG. 10, the filling line 22 is connected tangentially to the sample chamber 2. The excessive load is also avoided if the sample chamber 2 is flown from below. This arrangement also ensures that the auxiliary materials are whirled through well.
In den Figuren 11 und 12 sind Probenkammern 2 mit unterschiedlichen Geometrien dargestellt. Die Probenkammer kann beispielsweise ein kubische, eine zylindrische, eine kegelförmige, eine keilförmige oder eine stufenkeilförmige Geometrie aufweisen. Je nach Geometrie der Probenkammer 2 können unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten erreicht werden. Je nach Abkühlgeschwindigkeit der Probe 9 können unterschiedliche Phasenumwandlungen beobachtet werden. In verschiedenen Bereichen derFIGS. 11 and 12 show sample chambers 2 with different geometries. The sample chamber can have, for example, a cubic, a cylindrical, a conical, a wedge-shaped or a step-wedge-shaped geometry. Depending on the geometry of the sample chamber 2, different cooling rates can be achieved. Depending on the cooling rate of sample 9, different phase transformations can be observed. In different areas of the
Probenkammer 2 können mehrere Temperaturfühler 4 angeordnet werden, um diese Phasenumwandlungen zu beobachten. Für symmetrisch ausgebildete Wärmeflusslinien ist eine sphärische Geometrie der Probenkammer 2 mit dem Temperaturfühler 4 im Kugelmittelpunkt optimal. Für die Bestimmung der Wärmleitfähigkeit der erstarrten Schmelzeprobe 9 ist eine kubische Geometrie der Probenkammer 2 optimal. In Figur 13 ist der Temperaturfühler 4 für sich alleine dargestellt. Der Temperaturfühler 4 besteht aus einem temperatursensitiven Element 23, das in einem Schutzrohr 5 angeordnet ist. Das Schutzrohr 5 kann aus Quarzglas oder einem anderen keramischen, temperatur- und schmelzebeständigen Werkstoff bestehen. Das temperatursensitive Element 23 liegt möglichst flach, ohne Spalt auf der Innenwand des Schutzrohres 5 an. Hiermit wird verhindert, dass ein weiteres Medium mit Temperaturübergangseffekten die Temperaturmessung nachteilig beeinflusst.Several temperature sensors 4 can be arranged in the sample chamber 2 in order to observe these phase changes. For symmetrical heat flow lines, a spherical geometry of the sample chamber 2 with the temperature sensor 4 in the center of the sphere is optimal. A cubic geometry of the sample chamber 2 is optimal for determining the thermal conductivity of the solidified melt sample 9. In Figure 13, the temperature sensor 4 is shown on its own. The temperature sensor 4 consists of a temperature-sensitive element 23, which is arranged in a protective tube 5. The protective tube 5 can consist of quartz glass or another ceramic, temperature and melt-resistant material. The temperature-sensitive element 23 lies as flat as possible, without a gap on the inner wall of the protective tube 5. This prevents another medium with temperature transition effects from adversely affecting the temperature measurement.
Das Schutzrohr 5 dient auch zur elektrischen Isolation der Temperaturmessleitungen gegen die elektrisch leitende Schmelze. Wenn das Schutzrohr aus Quarzglas hergestellt ist, findet eine gute optische Ankoppelung des temperatursensitiven Elementes 23 an die Schmelze statt, da es gut durchlässig ist für optische Strahlung. Das Schutzrohr 5 hat einen möglichst geringen Durchmesser d. Die Grosse des Schutzrohres beeinflusst das Abkühlverhalten der Schmelze, da die Phasenübergänge und somit die Temperaturmessung durch Fremdkörper, Inhomogenitäten und Veränderungen der Schmelze beeinflusst werden.The protective tube 5 also serves for the electrical insulation of the temperature measuring lines against the electrically conductive melt. If the protective tube is made of quartz glass, there is a good optical coupling of the temperature-sensitive element 23 to the melt, since it is well transparent to optical radiation. The protective tube 5 has the smallest possible diameter d. The size of the protective tube influences the cooling behavior of the melt, since the phase transitions and thus the temperature measurement are influenced by foreign bodies, inhomogeneities and changes in the melt.
Die Temperatur, die am temperatursensitiven Element 23 gemessen wird, soll möglichst genau mit der Temperatur der Schmelze übereinstimmen. Ein Schutzrohr mit einem Durchmesser d, der kleiner als 1/16 der längsten Strecke zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche der Probe 9 ist, erfüllt diese Forderungen am besten. In Versuchen wurde ermittelt, dass ein grössererThe temperature that is measured at the temperature-sensitive element 23 should match the temperature of the melt as closely as possible. A protective tube with a diameter d that is less than 1/16 of the longest distance between two points on the surface of the sample 9 best meets these requirements. Experiments have shown that a larger one
Durchmesser des Schutzrohres 5 die Ankeimung der Primärphase der Schmelze negativ beeinflusst. Die Temperatur der Schmelze wird von Anfang des Analyseverfahrens an möglichst genau gemessen, wenn der Temperaturfühler 4 vor dem Einbringen der Schmelze vorgewärmt wird. Das Vorwärmen kann mit elektrischer Energie durchgeführt werden, weil die Temperaturfühler selber einen Widerstand für den elektrischen Strom aufweisen. In den Figuren 14, 15 und 16 sind weitere Ausführungsbeispiele von Probengefässen für die Analyse von Schmelzen schematisch geschnitten dargestellt. In Figur 14 ist eine Probenkammer 2 mit zwei parallelen Seitenwänden 3 dargestellt. An die parallele Seitenwand der Probe 9 kann eine Ultraschallsonde angekoppelt werden. Hiermit kann die Schallgeschwindigkeit des Metalls gemessen werden. In Figur 15 weist die Probenkammer 2 eine längliche und mäanderartige Form, die sogenannte Viskositätsspirale auf. In die Probenkammer kann über der gesamten Länge ein Widerstandsdraht zur elektrischen Messung der Viskosität eingebracht werden. In Figur 16 ist mit der eigentlichenDiameter of the protective tube 5 negatively affects the germination of the primary phase of the melt. The temperature of the melt is measured as precisely as possible from the start of the analysis process if the temperature sensor 4 is preheated before the melt is introduced. The preheating can be carried out with electrical energy because the temperature sensors themselves have a resistance to the electrical current. FIGS. 14, 15 and 16 schematically show further exemplary embodiments of sample vessels for the analysis of melts. FIG. 14 shows a sample chamber 2 with two parallel side walls 3. An ultrasound probe can be coupled to the parallel side wall of the sample 9. This can be used to measure the speed of sound of the metal. In FIG. 15, the sample chamber 2 has an elongated and meandering shape, the so-called viscosity spiral. A resistance wire can be inserted into the sample chamber over the entire length for electrical measurement of the viscosity. In Figure 16 is with the actual
Probenkammer 2 eine Vorrichtung 25 mit einer elektrischen Spule zur Messung des Wirbelstromes in der Probe 9 kombiniert.Sample chamber 2 combines a device 25 with an electrical coil for measuring the eddy current in sample 9.
In Figur 17 ist ein Probengefass 1 mit einer länglichen Probenkammer 2 dargestellt. In zwei Wänden 3, die sich auf den entferntesten Seiten der Probenkammer 2 befinden, sind zwei elektrisch leitende Drähte 26 zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eingebaut. Die Drähte 26 sind verbunden mit einer Konstantstromquelle 27, einem Voltmeter 28 und einem Amperemeter 29. Während des Abkühlvorgangs kann der Spannungsabfall über der Schmelzeprobe gemessen werden und die elektrische Leitfähigkeit kann berechnet werden. Die leitende Drähte 26 sind so tief in die Probenkammer 2 eingelassen und soweit isoliert, dass nicht in der Randzone 30 der Probe 9 gemessen wird.FIG. 17 shows a sample vessel 1 with an elongated sample chamber 2. Two electrically conductive wires 26 for determining the electrical conductivity are installed in two walls 3, which are located on the most distant sides of the sample chamber 2. The wires 26 are connected to a constant current source 27, a voltmeter 28 and an ammeter 29. During the cooling process, the voltage drop across the melt sample can be measured and the electrical conductivity can be calculated. The conductive wires 26 are inserted so deep into the sample chamber 2 and insulated to such an extent that no measurement is carried out in the edge zone 30 of the sample 9.
In Figur 18 ist ein Probengefass 1 mit einer Saugleitung 31 dargestellt. In derFIG. 18 shows a sample vessel 1 with a suction line 31. In the
Saugleitung 31 ist, wie auch in Figur 3 beschrieben, eine Membrane 10 ersichtlich. An der Saugleitung 31 kann ein Unterdruck oder Vakuum angelegt werden. Die Füllleitung 22 wird unter der Oberfläche der Schmelze S gebracht und die Probenkammer 2 wird von unten her, direkt, das heisst ohne Verwendung eines Zwischengefässes, gefüllt. Hiermit wird erreicht, dass die Schmelze S ohne Kontakt mit der Umgebungsluft in die Probenkammer 2 des Probengefässes 1 eingebracht werden kann. Auch wird hiermit erreicht, dass die Schmelze mit der höchst möglichen Temperatur in die Probenkammer 2 eingebracht wird. Diese Arbeitsweise ist vor allem notwendig, wenn der Ort der Probenahme schwer zugänglich ist oder wenn die Schmelzebereiche sehr klein sind. Der Unterdruck wird solange aufrecht erhalten, bis die Schmelze S in der Füllleitung 22 eine so hohe Viskosität erreicht hat, dass ein Zurückfliessen unmöglich wird.Suction line 31, as also described in FIG. 3, shows a membrane 10. A vacuum or vacuum can be applied to the suction line 31. The filling line 22 is brought under the surface of the melt S and the sample chamber 2 is filled directly from below, that is to say without the use of an intermediate vessel. This ensures that the melt S enters the sample chamber 2 of the sample vessel 1 without contact with the ambient air can be introduced. This also ensures that the melt is introduced into the sample chamber 2 at the highest possible temperature. This method of operation is particularly necessary if the sampling location is difficult to access or if the melt areas are very small. The negative pressure is maintained until the melt S in the filling line 22 has reached such a high viscosity that it is impossible to flow back.
In Figur 19 ist ein Probengefass 1 dargestellt, das in die Schmelze S eingetaucht ist. Durch das Eintauchen in die Schmelze wird sich die Probenkarnmer 2 aufgrund des metallostatischen Druckes selbst füllen. In der Füllleitung 22 ist ein zusätzlicher Maximaltemperaturfühler 32 zur Messung der Schmelzetemperatur beim Einfüllen der Probenkammer 2 dargestellt. Die Füllleitung 22 weist einen Siphon 33 auf. Hiermit wird verhindert, dass die Schmelze S nach dem Einfüllen aus der Probenkammer 2 ausfliesst.FIG. 19 shows a sample vessel 1 which is immersed in the melt S. By immersing it in the melt, the sample chamber 2 will fill itself due to the metallostatic pressure. An additional maximum temperature sensor 32 for measuring the melt temperature when filling the sample chamber 2 is shown in the filling line 22. The filling line 22 has a siphon 33. This prevents the melt S from flowing out of the sample chamber 2 after filling.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können gegebenenfalls weitere chemische oder physikalische Grossen während oder nach der Erstarrung der Probe gemessen werden. Die Vergleichbarkeit der verschiedenen Messverfahren wird verbessert, wenn möglichst viele Parameter an der selben Probe gemessen werden. Hiermit wird erreicht, dass der Vorgang der Probenahme selbst als mögliche Fehlerquelle bei der Analyse der Schmelze ausgeschaltet wird. Für die Messung können auch weitere Probenkammern 2 mit oder ohne Temperaturfühler 4 im gleichen Probengefass 1 angeordnet sein. Wenn beispielsweise der Sauerstoffgehalt der Probe gemessen werden muss, kann eine Cr/Cr203 Elektrode als Referenzelement für die Sauerstoffpotentialmessung in die Probenkammer eingebracht werden.With the device according to the invention, further chemical or physical quantities can optionally be measured during or after the solidification of the sample. The comparability of the different measurement methods is improved if as many parameters as possible are measured on the same sample. This ensures that the sampling process itself is switched off as a possible source of error in the analysis of the melt. For the measurement, further sample chambers 2 with or without a temperature sensor 4 can also be arranged in the same sample vessel 1. If, for example, the oxygen content of the sample has to be measured, a Cr / Cr 2 0 3 electrode can be introduced into the sample chamber as a reference element for the oxygen potential measurement.
Viele Werkstoffe haben im festen Zustand eine höhere Dichte als im geschmolzenem Zustand. Bei der Erstarrung kommt es deshalb in den meisten Fällen zu einer Volumenreduktion. Die Schmelzeproben neigen während oder nach der Erstarrung zur Bildung von Makro- und /oder Mikroporositäten, die als Dichteschwankungen gemessen werden können. Wenn die Probe zur Dichtebestimmung nach dem archimedischen Prinzip verwendet werden muss, ist die Geometrie der Probenkammer so zu gestalten, dass die Dichteschwankungen nicht am Rande der Probe auftreten. Dazu weist die Probenkammer im Querschnitt ein kreuzförmiges Profil auf, wobei das thermische Zentrum imMany materials have a higher density in the solid state than in the molten state. In the case of solidification, volume is therefore reduced in most cases. The melt samples tend to form macro- and / or microporosities during or after solidification, which as Fluctuations in density can be measured. If the sample has to be used for density determination according to the Archimedean principle, the geometry of the sample chamber must be designed so that the density fluctuations do not occur at the edge of the sample. For this purpose, the sample chamber has a cross-shaped profile in cross section, the thermal center in the
Kreuzungspunkt von vier gleich langen Armen liegt. Die Lunkerbildung wird bei dieser Geometrie bevorzugt an diesem Kreuzungspunkt stattfinden. Wenn die Proben zur Dichtebestimmung optisch oder elektrisch vermessen werden, ist die Geometrie der Probenkammer so zu gestalten, dass die Dichteschwankungen am Rand der Probe auftreten. Hierzu weist die Probenkammer im Querschnitt ein V- förmiges Profil auf, wobei das thermischen Zentrum im Kreuzungspunkt der zwei Arme des V zu liegen kommt. Allgemein werden Dichteschwankungen in der Probe auftreten, wenn die Probenkammer keine Möglichkeit zur Dichtspeisung aufweist und wenn die Probe ein ausgeprägtes thermisches Zentrum aufweist.Crossing point of four arms of equal length lies. With this geometry, the formation of cavities will preferably take place at this crossing point. If the samples are measured optically or electrically for density determination, the geometry of the sample chamber must be designed so that the density fluctuations occur at the edge of the sample. For this purpose, the sample chamber has a V-shaped profile in cross section, the thermal center coming to lie at the point of intersection of the two arms of the V. In general, density fluctuations will occur in the sample if the sample chamber has no way to supply the seal and if the sample has a pronounced thermal center.
Das Probengefass 1 kann bereichsweise auch aus Werkstoffen mit einer von Sand abweichenden Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität hergestellt werden. Beispielsweise können bestimmte Wandbereiche auch aus Stahl statt aus Sand hergestellt sein.In some areas, the sample vessel 1 can also be produced from materials with a thermal conductivity and / or thermal capacity that differs from sand. For example, certain wall areas can also be made of steel instead of sand.
Die Geometrie der Probenkammer 2 und das Volumen wird so gewählt, dass eine Aussage über den Zustand der Schmelze innerhalb von zwei Minuten gemacht werden kann. So können beispielsweise innerhalb von zwei Minuten gesicherte Aussagen über das Eutektikum gemacht werden, wenn das Probengefass 1 Wände 3 aus anorganisch gebundenem Quarzsand aufweist, wenn dieThe geometry of the sample chamber 2 and the volume are selected so that a statement about the state of the melt can be made within two minutes. For example, reliable statements about the eutectic can be made within two minutes if the sample vessel 1 has walls 3 made of inorganic quartz sand, if the
Probenkarnmer 2 sphärisch ausgebildet ist und einen Durchmesser von höchstens 32 mm aufweist. Die zu untersuchende Schmelze S hat dabei beim Einfüllen eine Maximaltemperatur von 1400 °C, ein Eutektikum bei ca. 1100 °C, eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0.3 W / cm.K und ein Produkt aus spezifischem Gewicht und spezifischer Wärme von weniger als 5 J / K.cm3. Das Probengefass 1 wird vorteilhaft aus einem hitzebeständigen Material mit einem anorganischen Binder hergestellt. Organische Bindemittel entwickeln bei den hohen Schmelzetemperaturen Zersetzungsprodukte, die häufig gasförmig sind. Diese Gase wirken störend, da sie aus der Probe 9 entweichen müssen und andernfalls das Resultat der Analyse verfälschen würden. DieSample chamber 2 is spherical and has a diameter of at most 32 mm. The melt S to be examined has a maximum temperature of 1400 ° C, a eutectic at approx. 1100 ° C, a specific thermal conductivity of more than 0.3 W / cm.K and a product of specific weight and specific heat of less than 5 J / K.cm 3 . The sample container 1 is advantageously produced from a heat-resistant material with an inorganic binder. At the high melt temperatures, organic binders develop decomposition products, which are often gaseous. These gases have a disruptive effect since they have to escape from sample 9 and would otherwise falsify the result of the analysis. The
Zersetzungsreaktion ist endo- oder exotherm, so dass die Zu- oder Abfuhr von Energie zu falschen Werten bei der Temperaturmessung führt. Die Zersetzungsprodukte von organischen Bindemitteln sind häufig schädlich für die Umwelt. Organische Bindemittel enthalten meist Kohlenstoff, der zu einer Veränderung der Zusammensetzung der Schmelze führt. AnorganischeThe decomposition reaction is endothermic or exothermic, so that the supply or removal of energy leads to incorrect values in the temperature measurement. The decomposition products of organic binders are often harmful to the environment. Organic binders mostly contain carbon, which leads to a change in the composition of the melt. inorganic
Bindemittel enthalten keinen Kohlenstoff, bilden keine Gase und sind meistens umweltneutral.Binders contain no carbon, do not form gases and are mostly environmentally neutral.
Als Werkstoff für das Probengefass wird beispielsweise Quarzsand mit einer Korngrösse von 0.3 bis 0.8 mm verwendet. Als Bindemittel wird dem Quarzsand 2 bis 3% Bindemittel, beispielsweise auf der Basis von Natriumwasserglas, zugefügt. Die Probengefässe 1 werden auf einer Anlage hergestellt, die ähnlich arbeitet, wie eine Kernschiessanlage in einer Giesserei. Nach dem Schiessen des Formstoffes in die Form mit einem Schiessdruck von etwa 5 bar werden die Probengefässe 1 aus der Form genommen und ausgehärtet. Die Aushärtung kann durch Trocknung, durch Begasung mit Kohlendioxid oder durch Selbstaushärtung geschehen, wenn als Bindemittel Zement verwendet wird. For example, quartz sand with a grain size of 0.3 to 0.8 mm is used as the material for the sample vessel. 2 to 3% binder, for example based on sodium water glass, is added to the quartz sand as a binder. The sample vessels 1 are produced on a system that works similarly to a core shooting system in a foundry. After the molding material has been fired into the mold with a firing pressure of approximately 5 bar, the sample vessels 1 are removed from the mold and cured. The hardening can be done by drying, by gassing with carbon dioxide or by self-hardening if cement is used as a binding agent.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Analyse von Schmelzen und den daraus entstandenen Festkörpern umfassend die Verfahrensschritte: - Einbringen einer verhältnismässig kleinen Probe (9) der Schmelze in ein Probengefass (1 ) mit mindestens einem Temperaturfühler (4), wobei das Probengefass mindestens eine Probenkammer (2) mit Wänden (3) aufweist,1. Method for analyzing melts and the resulting solids, comprising the process steps: - Introducing a relatively small sample (9) of the melt into a sample vessel (1) with at least one temperature sensor (4), the sample vessel having at least one sample chamber (2) with walls (3),
- Erfassen der Temperatur-Zeit-Kurve der Probenmenge während der Abkühlung,Recording the temperature-time curve of the sample quantity during cooling,
- Auswerten der Temperatur-Zeit-Kurve mit einem Computerprogramm und - Bewerten des chemischen und physikalischen Zustandes der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass- Evaluation of the temperature-time curve with a computer program and - Evaluation of the chemical and physical state of the melt, characterized in that
- die Gasdurchlässigkeit der Wände (3) der Probenkammer (2) definiert eingestellt wird.- The gas permeability of the walls (3) of the sample chamber (2) is set in a defined manner.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die2. The method according to claim 1, characterized in that the
Gasdurchlässigkeit über mindestens einen Luftkanal (7) mit mindestens einem Drosselventil (8) definiert eingestellt wird.Gas permeability is set in a defined manner via at least one air duct (7) with at least one throttle valve (8).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit über mindestens einen Luftkanal (7) mit mindestens einer Membrane (10) definiert eingestellt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the gas permeability is set in a defined manner via at least one air duct (7) with at least one membrane (10).
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit über in den Wänden (3) der Probenkammer (2) angeordneten Kapillaren (11 ) definiert eingestellt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the gas permeability is set in a defined manner in the walls (3) of the sample chamber (2) arranged capillaries (11).
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (3) des Probengefässes (1 ) aus einem Werkstoff ausgebildet sind, der eine definierte Gasdurchlässigkeit aufweist. 5. The method according to claim 1, characterized in that the walls (3) of the sample vessel (1) are formed from a material which has a defined gas permeability.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Gasdurchlässigkeit durch die Anzahl und den Querschnitt der Kapillaren (11 ) eingestellt wird.6. The method according to at least one of claims 1 or 4, characterized in that the defined gas permeability is set by the number and the cross section of the capillaries (11).
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Gasdurchlässigkeit über die Korngrösse und die Bindemittelzusammensetzung bzw. -eigenschaften des Werkstoffes der Wände (3) der Probenkammer (2) eingestellt wird.7. The method according to at least one of claims 1 or 5, characterized in that the defined gas permeability on the grain size and the binder composition or properties of the material of the walls (3) of the sample chamber (2) is set.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit in unterschiedlichen Wandbereichen (12,13) des Probengefässes (1) unterschiedlich eingestellt wird.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the gas permeability in different wall areas (12, 13) of the sample vessel (1) is set differently.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1) derart ausgebildet ist, dass das Volumen der Probenkammer (2) vollständig befüllt wird.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the sample vessel (1) is designed such that the volume of the sample chamber (2) is completely filled.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Hilfsstoffe mit einem definiertem Gewichtsverhältnis zum Gewicht der Probe (9) in die Probenkammer (2) oder in den Zulauf (15) zur Probenkammer (2) eingebracht werden.10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that one or more auxiliary substances having a defined weight ratio to the weight of the sample (9) are introduced into the sample chamber (2) or into the inlet (15) to the sample chamber (2) become.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstoffe in Form eines Pulvers, einer Kapsel, einer Pille oder einer Beschichtung in die Probenkammer (2) eingebracht werden.11. The method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the auxiliary substances are introduced into the sample chamber (2) in the form of a powder, a capsule, a pill or a coating.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (4) vor dem Giessen der Probe (9) in die Probenkammer (2) vorgewärmt wird. 12. The method according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the temperature sensor (4) before the casting of the sample (9) in the sample chamber (2) is preheated.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) des Probengefässes (1 ) aufgrund des metallostatischen Druckes gefüllt wird.13. The method according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the sample chamber (2) of the sample vessel (1) is filled due to the metallostatic pressure.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Probenkammer (2) und das Volumen des Probengefässes (1 ) derart gewählt werden, dass die Aussagen über den Zustand der Schmelze innerhalb von 2 Minuten gemacht werden können.14. The method according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the geometry of the sample chamber (2) and the volume of the sample vessel (1) are selected such that the statements about the condition of the melt can be made within 2 minutes ,
15. Vorrichtung nach dem Verfahren von mindestens einem der Ansprüche 1 bis15. The device according to the method of at least one of claims 1 to
14, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1 ) mindestens eine Probenkammer (2) mit definiertem Volumen aufweist und bis auf eine Einfüllöffnung (16) geschlossen ist.14, characterized in that the sample vessel (1) has at least one sample chamber (2) with a defined volume and is closed except for a filling opening (16).
16. Vorrichtung nach dem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Probenkammern (2) ein Speiser (21 ) zur Dichtspeisung der Probe (9) angeordnet ist.16. The device according to claim 15, characterized in that on at least one of the sample chambers (2) a feeder (21) is arranged for the sealing supply of the sample (9).
17. Vorrichtung nach dem Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Temperaturfühler (4) in der Probenkammer (2) ausserhalb des thermischen Zentrums der erstarrenden Probe (9) angeordnet ist.17. The device according to claim 15 or 16, characterized in that at least one of the temperature sensors (4) in the sample chamber (2) is arranged outside the thermal center of the solidifying sample (9).
18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Probenkammer (2) sphärisch ausgebildet ist.18. The device according to at least one of claims 15 to 17, characterized in that at least one sample chamber (2) is spherical.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (4) aus einem Schutzrohr (5) und einem darin angeordneten temperatursensitiven Element (23) ausgebildet ist. 19. The device according to at least one of claims 15 to 18, characterized in that the temperature sensor (4) from a protective tube (5) and a temperature-sensitive element (23) arranged therein is formed.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser d des Schutzrohres (5) kleiner als der 1/16 Teil der längsten Strecke zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche der Probe (9) ist.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the diameter d of the protective tube (5) is smaller than the 1/16 part of the longest distance between two points on the surface of the sample (9).
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) und der Zulauf (15) eine Geometrie zur Verwirbelung oder zur Erreichung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze aufweist, wobei eine bestmögliche Auflösung und Durchmischung der Hilfsstoffe mit der Schmelze bewirkt wird.21. The device according to at least one of claims 15 to 20, characterized in that the sample chamber (2) and the inlet (15) has a geometry for swirling or for achieving a high flow rate of the melt, with the best possible dissolution and mixing of the auxiliaries with the melt is effected.
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1 ) Probenkammern (2) unterschiedlicher Anzahl, Grosse und Geometrie aufweist.22. The device according to at least one of claims 15 to 21, characterized in that the sample vessel (1) has sample chambers (2) of different numbers, sizes and geometries.
23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1) aus einem im Wesentlichen anorganischen Formstoff, beispielsweise Sand, besteht.23. The device according to at least one of claims 15 to 22, characterized in that the sample vessel (1) consists of an essentially inorganic molding material, for example sand.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1 ) zumindest bereichsweise aus24. The device according to at least one of claims 15 to 23, characterized in that the sample vessel (1) at least in regions
Werkstoffen mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit oder -kapazität ausgebildet ist, die höher ist als die Wärmeleitfähigkeit oder -kapazität von Sand.Materials with a specific thermal conductivity or capacity is formed, which is higher than the thermal conductivity or capacity of sand.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Probenkammer (2) derart keilförmig, kegelförmig oder stufenkeilförmig gestaltet ist, dass die Probe (9) an unterschiedlichen Stellen definiert unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten aufweist, wobei die Temperatur - Zeit - Kurve durch die Temperaturfühler (4) erfassbar ist. 25. The device according to at least one of claims 15 to 24, characterized in that the geometry of the sample chamber (2) is designed such that it is wedge-shaped, conical or step-wedge-shaped in such a way that the sample (9) has different cooling speeds at different points, the temperature - Time curve can be detected by the temperature sensor (4).
26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) derart ausgebildet ist, dass diese zur Messung weiterer chemischer und physikalischer Grossen, beispielsweise der Viskosität, der Schallgeschwindigkeit, des Klangspektrums, der Magnetisierung, der Wirbelstromleitung, der Gefügeausbildung, der Dichte, der Speiserfähigkeit und der Dilatation während oder nach der Erstarrung der Probe (9) verwendet werden kann.26. The device according to at least one of claims 15 to 25, characterized in that the sample chamber (2) is designed such that it for measuring further chemical and physical quantities, for example the viscosity, the speed of sound, the sound spectrum, the magnetization, the eddy current line , the microstructure, the density, the ability to feed and the dilation during or after the solidification of the sample (9) can be used.
27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1 ) mindestens eine zusätzliche27. The device according to at least one of claims 15 to 26, characterized in that the sample vessel (1) at least one additional
Probenkammer (2) zur Messung weiterer chemischer und physikalischer Grossen während oder nach der Erstarrung der Probe (9) aufweist.Has sample chamber (2) for measuring further chemical and physical quantities during or after the solidification of the sample (9).
28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) zur Messung der elektrischen28. The device according to at least one of claims 15 to 27, characterized in that the sample chamber (2) for measuring the electrical
Leitfähigkeit während oder nach der Erstarrung der Probe (9) ausgebildet ist.Conductivity is formed during or after the solidification of the sample (9).
29. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) zur Messung der elektromotorischen Kraft in Bezug auf eine Referenz während der Erstarrung der Probe (9) ausgebildet ist.29. The device according to at least one of claims 15 to 28, characterized in that the sample chamber (2) is designed to measure the electromotive force with respect to a reference during the solidification of the sample (9).
30. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenkammer (2) zur Messung der Neigung zur Ausbildung von Mikro- oder Makroporositäten während oder nach der Erstarrung der Probe (9) ausgebildet ist.30. The device according to at least one of claims 15 to 29, characterized in that the sample chamber (2) is designed to measure the tendency to form micro- or macroporosities during or after the solidification of the sample (9).
31. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Probenkammer (2) eine Füllleitung (22) und eine Saugleitung (31 ) zum Anlegen eines Unterdruckes aufweist. 31. The device according to at least one of claims 15 to 30, characterized in that at least one sample chamber (2) has a filling line (22) and a suction line (31) for applying a negative pressure.
32. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1 ) eine Hauptfüllleitung (22) für alle Probenkammern (2) aufweist, wobei die Füllleitung mit den Probenkammern derart verbunden ist, dass die Probenkammern gleichmässig befüllbar sind.32. Device according to at least one of claims 15 to 31, characterized in that the sample vessel (1) has a main filling line (22) for all sample chambers (2), the filling line being connected to the sample chambers in such a way that the sample chambers can be filled uniformly ,
33. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefass (1) eine Hauptfüllleitung (22) für alle Probenkammern (2) aufweist, wobei die Füllieitung mit den Probenkammern derart verbunden ist, dass die Probenkammern gleichzeitig befüllbar sind.33. Device according to at least one of claims 15 to 32, characterized in that the sample vessel (1) has a main filling line (22) for all sample chambers (2), the filling line being connected to the sample chambers in such a way that the sample chambers can be filled at the same time ,
34. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllleitung (22) ein Siphon (33) zur Verhinderung des Auslaufens der Schmelze S aufweist.34. Device according to at least one of claims 15 to 33, characterized in that the filling line (22) has a siphon (33) to prevent the melt S from escaping.
35. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllleitung (22) derart angeordnet ist, dass die Temperaturfühler (4) beim Befüllen der Probenkammer (2) mechanisch oder punktuell thermisch möglichst wenig belastbar sind.35. Device according to at least one of claims 15 to 34, characterized in that the filling line (22) is arranged in such a way that the temperature sensors (4) can be subjected to as little mechanical or selective thermal stress as possible when the sample chamber (2) is filled.
36. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Probengefass (1 ) mindestens ein weiterer Maximaltemperaturfühler (32) zur Messung der Maximaltemperatur der Schmelze S angeordnet ist. 36. Device according to at least one of claims 15 to 35, characterized in that at least one further maximum temperature sensor (32) for measuring the maximum temperature of the melt S is arranged in the sample vessel (1).
PCT/DE2003/000722 2002-03-05 2003-03-05 Method and device for analyzing molten masses WO2003074996A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2003233910A AU2003233910A1 (en) 2002-03-05 2003-03-05 Method and device for analyzing molten masses

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10209427A DE10209427B4 (en) 2002-03-05 2002-03-05 Sample vessel for analysis of melts
DE10209427.6 2002-03-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2003074996A2 true WO2003074996A2 (en) 2003-09-12
WO2003074996A3 WO2003074996A3 (en) 2004-03-04

Family

ID=27762649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/000722 WO2003074996A2 (en) 2002-03-05 2003-03-05 Method and device for analyzing molten masses

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003233910A1 (en)
DE (1) DE10209427B4 (en)
WO (1) WO2003074996A2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102207411A (en) * 2010-03-31 2011-10-05 叶小舟 Non-contact temperature measurement method
JP2013140102A (en) * 2012-01-05 2013-07-18 Denshi Rika Kogyo Kk Specimen sampling device for molten metal

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011232105A (en) * 2010-04-26 2011-11-17 Nissabu Co Ltd Cast iron thermal analysis container

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3255634A (en) * 1961-11-14 1966-06-14 Siderurgie Fse Inst Rech Method of and apparatus for withdrawing samples from molten metal baths
US3455164A (en) * 1966-07-06 1969-07-15 Leeds & Northrup Co Immersion molten metal sampler
US3656338A (en) * 1970-08-06 1972-04-18 William J Collins Device and method for sampling molten metal
US3922916A (en) * 1974-07-15 1975-12-02 Leeds & Northrup Co Sampler for molten materials
US3967505A (en) * 1973-02-28 1976-07-06 Leybold-Heraeus-Verwaltung G.M.B.H. Method and means for drawing samples from melts
US4046016A (en) * 1975-12-24 1977-09-06 Hackett Robert J Molten steel samplers
US4326426A (en) * 1980-05-13 1982-04-27 Falk Richard A Molded sand insulated sampler
DE3200010A1 (en) * 1982-01-02 1983-07-14 Klöckner-Werke AG, 4100 Duisburg Lance for taking metal immersion samples for examination by spectral analysis

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3541806C1 (en) * 1985-11-22 1987-02-19 Mannesmann Ag Appliance for determining physicochemical characteristics of metal melts, especially of steel melts
DE369725T1 (en) * 1988-11-17 1990-09-06 Alcan International Ltd., Montreal, Quebec METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A GAS CONCENTRATION IN MOLTEN METAL OR IN ALLOYS.
WO1991018285A1 (en) * 1990-05-16 1991-11-28 Metec Corporation Method of judging carbon equivalent, carbon content, and silicon content of cast iron and estimating physical and mechanical properties thereof, and cooling curve measuring cup used for said method
JP2722794B2 (en) * 1990-08-01 1998-03-09 富士電機株式会社 Crucible induction furnace with low melting point metal measures
JP3004523U (en) * 1994-05-24 1994-11-22 有限会社日本サブランスプローブエンジニアリング Sampling container for thermal analysis of molten metal

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3255634A (en) * 1961-11-14 1966-06-14 Siderurgie Fse Inst Rech Method of and apparatus for withdrawing samples from molten metal baths
US3455164A (en) * 1966-07-06 1969-07-15 Leeds & Northrup Co Immersion molten metal sampler
US3656338A (en) * 1970-08-06 1972-04-18 William J Collins Device and method for sampling molten metal
US3967505A (en) * 1973-02-28 1976-07-06 Leybold-Heraeus-Verwaltung G.M.B.H. Method and means for drawing samples from melts
US3922916A (en) * 1974-07-15 1975-12-02 Leeds & Northrup Co Sampler for molten materials
US4046016A (en) * 1975-12-24 1977-09-06 Hackett Robert J Molten steel samplers
US4326426A (en) * 1980-05-13 1982-04-27 Falk Richard A Molded sand insulated sampler
DE3200010A1 (en) * 1982-01-02 1983-07-14 Klöckner-Werke AG, 4100 Duisburg Lance for taking metal immersion samples for examination by spectral analysis

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102207411A (en) * 2010-03-31 2011-10-05 叶小舟 Non-contact temperature measurement method
JP2013140102A (en) * 2012-01-05 2013-07-18 Denshi Rika Kogyo Kk Specimen sampling device for molten metal

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003233910A8 (en) 2003-09-16
DE10209427A1 (en) 2003-09-18
WO2003074996A3 (en) 2004-03-04
DE10209427B4 (en) 2006-01-26
AU2003233910A1 (en) 2003-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0402638B1 (en) Molten metal sampling device for measuring the liquidus line
EP2438415B1 (en) Insertion probe
DE69837618T2 (en) SAMPLING DEVICE FOR THERMAL ANALYSIS
US3412325A (en) Electrical conductivity test method for determining active clay content in molding sand compositions
US3367189A (en) Apparatus for preparing metal test samples from molten metal baths
WO2003074996A2 (en) Method and device for analyzing molten masses
DE4204952C2 (en) Immersion sampler for molten metal
DE2730813C3 (en) Device for thermal analysis of molten metal
DE19752743A1 (en) Apparatus for taking slag samples
WO2000073765A1 (en) Device for removing slag samples
Wan et al. Research on testing method of resin sand high temperature compressive strength
DE4423720C1 (en) Surface tension measurement esp. in molten metal
DE1296834B (en) Device for determining the oxygen activity of metals, metal oxides and slags
DE2929693B1 (en) Device for taking a molten sample of metal or metal alloys and for measuring the cooling curve of the sample
JPS62118946A (en) Device for predicting tissue of casting alloy, particularly,extent of spheroidizing of cast iron
DE69533758T2 (en) METHOD FOR THE CONTACTLESS CONTINUOUS TEMPERATURE MEASUREMENT OF THE Curing of METAL ALLOYS
US3279240A (en) Elastic rheometer
DE10144392C1 (en) Determining gas permeability of sand cores for casting lightweight metals comprises heating a core sample to acquiring the gas/vapor stream leaving the cooling section
EP1109004B1 (en) Process for investigating the behaviour of binder systems of sand cores during casting
DE3200991C2 (en)
EP1034420B1 (en) Device for removing slag samples
DE7405180U (en) Device for sampling metal, in particular iron, melts
KR910006222B1 (en) Apparatus for measuring silicon amount in molten iron
DE3031695C2 (en) Device for taking a molten sample
DE1473248A1 (en) Device for determining and recording the melting point of tiny quantitative samples

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP