<Desc/Clms Page number 1>
"Inrichting voor het meten van een gasgehalte van vloeibaar metaal en daarbij gebruikte sonde".
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van een gasgehalte van vloeibaar metaal, welke inrichting een sonde bevat die bestemd is om in het vloeibare metaal te worden gedompeld en die op haar beurt een gastoevoerleiding bezit die op het einde van de sonde bestemd om onderaan gelegen te zijn, uitmondt, een gasopvanggedeelte voor het opvangen van het gas dat uit de gastoevoerleiding door het metaal borrelt, welk gedeelte tegenover de uitmonding van de gastoevoerleiding is gelegen en van een diafragma is voorzien dat gas doorlaat maar vloeibaar metaal tegenhoudt, en een gasafvoerleiding die over het diafragma op het gasopvanggedeelte aansluit, welke inrichting verder een gascircuit bevat, dat met één einde op de gastoevoerleiding van de sonde aansluit en met zijn andere einde op da gasafvoerleiding van de sonde aansluit,
een in dit circuit gemonteerde gasdetector en in of op dit circuit gemonteerde middelen om gas doorheen het circuit, door de gasdetector en de sonde te doen stromen.
Het gehalte aan opgeloste gassen, en in het bijzonder waterstof, in vloeibaar metaal, heeft een belangrijke invloed op de eigenschappen van het uiteindelijk verkregen metaal. Een hoge concentratie aan dergelijke gassen leidt niet alleen tot brosheid van het metaal maar kan ook ernstige fouten zoals"viokken of gasholtes" veroorzaken.
Vandaar dat het noodzakelijk is voor metaal en in het bijzonder staal, dat aan hoge kwaliteitseisen moet voldoen, het waterstofgehalte in het fabricatie-
<Desc/Clms Page number 2>
proces en meer in het bijzonder tijdens de raffinage en het gieten nauwkeurig te volgen om het gasgehalte binnen bepaalde grenzen te kunnen houden.
Inrichtingen van de hogergedoelde soort zijn vooral bestemd voor een dergelijke waterstofbepaling en bedoeld om de gangbare waterstofbepaling, die erin bestaat een monster te nemen uit het vloeibare metaal en dit in het laboratorium te analyseren, te vervangen.
Met dergelijke inrichtingen kan men een klein volume draaggas door het vloeibare metaal laten borrelen. Dit gas vangt men op en men stuurt het in het gesloten circuit meerdere malen rond tot zieh een evenwicht ingesteld heeft tussen het gas in het metaal en dit draaggas. Met behulp van de in het gascircuit gemonteerde gasdetector wordt dan het gasgehalte, en meer bepaald het waterstofgehalte, bepaald.
Een inrichting van deze soort is gekend uit het Britse octrooischrift nr. 821. 821.
In de inrichting volgens dit octrooischrift is de sonde evenwel vast met het circuit verbonden en is deze sonde bestemd om voor verschillende opeenvolgende metingen te worden gebruikt.
Deze sonde dient dan ook van bijzonder materiaal te worden vervaardigd dat tegen het langdurige verblijf in een bad vloeibaar metaal bestand is waardoor deze sonde relatief duur is en in de praktijk alleen toepasbaar is voor het meten van het waterstofgehalte in baden van metaal met relatief laag smeltpunt.
Zelfs in deze gevallen is de levensduur beperkt en is het vervangen van de sonde vrij tijdrovend en kostelijk.
Deze sonde heeft dan ook geen doorbraak gevonden voor het meten van het waterstofgehalte, bij voorbeeld in vloeibaar metaal.
<Desc/Clms Page number 3>
De uitvinding heeft tot doel deze nadelen te verhelpen en een inrichting voor het meten van een gasgehalte van vloeibaar metaal te verschaffen die relatief goedkoop bij het gebruik is en die gemakkelijk geschikt kan worden gemaakt voor het meten in metaal met relatief hoog smeltpunt zoals staal.
Tot dit doel bevat de inrichting voor het meten van een gasgehalte van vloeibaar metaal een lans waardoor ten minste een gedeelte van het gascircuit zich uitstrekt, welle lans het ene gedeelte bevat van een snelkoppeling met twee aan elkaar koppelbare gedeelten, terwijl de sonde aan de van het opvanggedeelte afgekeerde zijde en op een afstand van dit opvanggedeelte het andere gedeelte van de snelkoppeling bevat, welke snelkoppeling in gekoppelde stand van de gedeelten voor een gasdichte aansluiting zorgt van de twee hogergenoemde einden van het gascircuit en respectievelijk de gastoevoerleiding en de gasafvoerleiding van de sonde.
De sonde wordt dus uitgevoerd als een wegwerpsonde die slechts voor een of hoogstens een beperkt aantal metingen wordt gebruikt.
De sonde moet dus slechts bestand zijn tegen een relatief kort verblijf in het vloeibare metaal zodat ze ook kan worden uitgevoerd voor het meten in metaal met een hoog smeltpunt en uit relatief goedkope materialen kan worden vervaardigd.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de sonde een thermische bescherming die de snelkoppeling en het op de sonde aansluitende einde van de lans omringt.
Deze thermische bescherming dient eveneens slechts een beperkte tijd te weerstaan aan vloeibaar metaal
<Desc/Clms Page number 4>
en kan van goedkope materialen zoals gebakken zand, karton en dergelijke worden vervaardigd. De gassen die door het eventuele verbranden van deze bescherming vrijkomen beinvloeden de meting praktisch niet aangezien deze thermische bescherming op relatief grote afstand gelegen is van het opvanggedeelte.
In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de snelkoppeling mechanische middelen om de twee gedeelten ervan aan elkaar te koppelen.
In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding omringen de gastoevoerleiding en de gasafvoer- leiding van de sonde elkaar buiten het gedeelte van de snelkoppeling.
Bij voorkeur bevat de buitenste leiding een buis die het opvanggedeelte met het gedeelte van de snelkoppeling van de sonde verbindt.
In een andere merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn het opvanggedeelte en het diafragma een en hetzelfde stuk.
Doelmatig is dit opvanggedeelte van poreuze steen vervaardigd.
In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de inrichting middelen om het gascircuit te openen en het gedeelte ervan dat in verbinding staat met de gasafvoerleiding met de vrije atmosfeer in verbinding te stellen.
In deze uitvoeringsvorm kan men bij het begin van de meting het aan het gascircuit toegevoerde draaggas terug in de atmosfeer laten en het eigenlijke rondsturen van het draaggas in gesloten kring over de sonde, en dus de eigenlijke meting, pas dan aanvangen na de eerste detectie door de katharometer van onzuiverheden in het draaggas.
<Desc/Clms Page number 5>
De uitvinding heeft ook betrekking op een sonde, kennelijk bestemd om gebruikt te worden in een inrichting volgens een van de vorige uitvoeringsvormen.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van een inrichting voor het meten van een gasgehalte van vloeibaar metaal en van een daarbij gebruikte sonde, volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet ; de verwijzingscijfers betreffen de hieraan toegevoegde tekeningen.
Figuur 1 stelt een blokschema voor van een inrichting voor het meten van een gasgehalte van vloeibaar metaal volgens de uitvinding.
Figuur 2 is gedeeltelijk een doorsnede en gedeeltelijk een vooraanzicht van een sonde uit de inrichting uit figuur 1.
Figuur 3 stelt een detail voor uit figuur 3 maar op grotere schaal waarbij daarenboven een gedeelte van de op de sonde aangesloten lans is voorgesteld.
Figuur 4 is een vooraanzicht met gedeeltelijke wegsnijding van een sonde analoog aan deze uit figuur 2 maar met betrekking op een andere uitvoeringsvorm van de sonde.
Figuur 5 is gedeeltelijk een vooraanzicht en gedeeltelijk een doorsnede van een filter uit de inrichting uit figuur 1.
Figuur 6 is een vooraanzicht met gedeeltelijke wegsnijding van een sonde analoog aan deze uit de figuren 2 en 3 of 4 maar met betrekking op een nog andere uitvoeringsvorm van de sonde.
In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde elementen.
De inrichting volgens figuur 1 is een inrichting voor het meten van het waterstofgehalte in
<Desc/Clms Page number 6>
vloeibaar metaal.
Deze inrichting bevat in hoofdzaak een sonde len een gascircuit 2 dat met beide einden op de sonde aansluit en waarin, in de door de pijl 3 in de figuur 1 aangeduide stromingsrichting van het gas achter elkaar een filter 4, een katharometer 5, een pomp 6, een vierwegkraan 7 en een debietmeter 8 zijn gemonteerd.
De sonde 1 is een wegwerpsonde, is door middel van een snelkoppeling 9, 10 losneembaar vastgemaakt aan en lans 11 waardoor zich einden van het gascircuit 2 uitstrekken en is door middel van dezelfde snelkoppeling 9 ,10 aangesloten op deze twee einden van het circuit 2.
Een fles 12 met stikstof onder druk is door middel van een toevoerleiding 13 op de vierwegkraan 7 aangesloten.
Deze vierwegkraan 7 sluit in een stand het gascircuit 2, terwijl de toevoerleiding 13 met de vrije atmosfeer in verbinding staat. Uiteraard is de fles 12 dan dicht. In een andere stand onderbreekt de vierwegkraan het gascircuit 2 en stelt ze enerzijds de toe- verleiding 13 in verbinding met het gedeelte van het gascircuit 2 dat over de debietmeter 8 of de sonde 1 aansluit en stelt ze anderzijds het gedeelte van het gascircuit 2 dat van de pomp 6 komt in verbinding met de vrije atmosfeer.
Ook de katharometer 5 is van een op zichzelf gekende constructie en wordt hier niet in detail beschreven. Deze katharometer bepaalt het waterstofgehalte van het inerte draaggas door de thermische geleidbaarheid van het gas te meten.
De sonde 1 bevat, zoals voorgesteld in figuur 2, op een uiteinde een gasopvanggedeelte dat gevormd is door een klok 14 van poreue vuurvaste steen en op het
<Desc/Clms Page number 7>
andere einde het ene gedeelte 9 van de hogergenoemde snelkoppeling 9, 10.
De klok 14 wordt met haar opening van het gedeelte 9 weggericht en op een afstand van dit gedeelte 9 gehouden door een kwartsbuis 15 aan de einden waarvan de klok 14 en het gedeelte 9 door middel van het cement 16 zijn bevestigd.
Axiaal doorheen de kwartsbuis 15 strekt zich een kwartsbuisje 17 uit dat enerzijds in het gedeelte 9 steekt en zich anderzijds doorheen de klok 14 uitstrekt en aan deze klok 14 is bevestigd met cement.
In het buiten de klok 14 uitstekende open einde van het kwartsbuisje 17 is een been van een smaller, over 1800 omgebogen kwartsbuisje 18 met behulp van het cement 19 bevestigd. Het andere been van dit kwartsbuisje 18 is met zijn open einde naar de opening van de klok 14 gericht. Het cement 19 sluit het buisje 17 rond het buisje 18 gasdicht af.
In de kwartsbuis 15 is het kwartsbuisje 17
EMI7.1
nog omringd door een buis 20 van A1203.
Het van de klok 14 verwijderde elide van de kwartsbuis 15 en vooral het gedeelte 9 van de snelkoppeling 9, 10 zijn omringd door een koker bestaande uit drie elkaar omringende en tegen elkaar aansluitende buizen, namelijk een binnenste buis 21 van karton, een middelste buis 22 van karton en een buitenste buis 23 van met hars gebonden zand.
De buizen 22 en 23 van deze koker zijn door middel van cement 24 aan de kwartsbuis 15 bevestigd.
De koker 21, 22, 23 strekt zieh aan de van de klok 14 afgekeerde zijde tot merkelijk voorbij het gedeelte 9 uit. De binnendiameter van de binnenste buis 21 komt overeen met de buitendiameter van de lans 11 die met haar einde in deze koker steekt wanneer ze met de sonde 1 is verbonden.
<Desc/Clms Page number 8>
De koker 21, 22, 23 vormt een thermische bescherming van dit onderste einde van de lans 11 en voornamelijk van de snelkoppeling oslo
Zoals vooral blijkt uit figuur 3, bestaat het gedeelte 9 van de snelkoppeling 9, 10 uit een lichaam dat aan de dompelzijde, dit is de naar de klok 14 gerichte zijde, van een kraag 25 is voorzien waarin de kwartsbuis 15 is vastgezet en centraal van een boring 26 is voorzien waarin het kwartsbuisje 17 met een einde steekt.
Doorheen dit lichaam strekt zich een axiale boring 27 uit die op de boring 26 aansluit en samen met de kwartsbuizen 17 en 18 een gastoevoerleiding vormt.
Naast de axiale boring 27 strekken zieh doorheen het lichaam van het gedeelte 9 vier boringen 28 uit die uitmonden in de ruimte tussen de kwartsbuis 15 en het kwartsbuisje 17 en die samen met de laatstgedoelde ruimte een gasafvoerleiding vormen die aan de dompelzijde afgesloten is door de poreuze klok 14 die een diafragma vormt, gas doorlaat maar vloeibaar metaal tegenhoudt.
De diameter van het lichaam van het gedeelte 9 van de snelkoppeling 9, 10 neemt trapsgewijze af in de van de kwartsbuis 5 afgekeerde richting en wel zodanig dat drie naar binnen spxtngende kragen 29, 30 en 31 worden gevormd.
De binnenste buis 21 van d9 koker 21, 22, 23 sluit aan tegen de meest naar buiten en het dichtst bij de kwartsbuis 15 gelegen kraag 29 en sluit ook aan tegen de buitenzijde van het cilindrische gedeelte van het gedeelte 9 dat tussen de kragen 29 en 30 is gelegen.
<Desc/Clms Page number 9>
Het gedeelte van hat : lichaam met een kleinere diameter dat tussen de kragen 30 en 31 is gelegen, is omringd door een gedeeltelijk erin verzonken 0-ring 32.
De hogergenoemde boringen 28 monden in de kraag 30 uit.
Ook het buiten de kraag 30 uitstekende cilindrische gedeelte is omringd door een gedeeltelijk erin verzonken 0-ring 33.
De kragen 30 en 31 en de 0--ringen 32 en 33 werken samen met delen van het gedeelte 10 van de snelkoppeling 9, 10, welk gedeelte 10 een stuk vormt dat op het einde van de lans 11 is gemonteerd.
Dit gedeelte 10 is op zijn einde van een axiale ronde boring 34 voorzien waarin het tussen de kragen 30 en 31 gelegen cilindrische gedeelte van het gedeelte 9 past en is van een kleinere axiale boring 35 voorzien die enerzijds op de bodem van de boring 34 uitgeeft en anderzijds aansluit op het einde van het gascircuit 2 dat zieh vÌÌr de filter 4 bevindt.
Rond de boring 35 strekt zieh in het gedeelte 10 ean kanaal 36 uit dat enerzijds uitmondt op de bodem van de boring 35 en anderzijds aansluit op het andere einde van het gascircuit 2 dat evenals het vorige einde in dit gedeelte 10 bevestigd is.
Deze twee einden van het gascircuit strekken zieh dus doorheen de metalen lans 11 uit.
In de kleinste boring 35 van het gedeelte 10 van de snelkoppeling 9, 10 is een mechanisch verbindingsstuk 37 bevestigd dat vier verende, op hun einde van verdikkingen voorziene benen 38 bezit. Wanneer de lans 11 in de koker 21, 22, 23 wordt geschoven, worden deze vier benen 38 verend over de verdikte kop geklikt op het uiteinde van het buiten de kraag 31 uitstekende
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
gedeelte van het gedeelte 9.
Wanneer de lans 11 maximaal in de koker 21, is geschoven, voorgesteld in figuur 3, haken de benen 38 met de verdikking op hun einden achter een naar buiten gerichte kraag gevormd ter plaatse van een groef 47 in het van het buiten de kraag 31 uitstekend einde van het gedeelte 9 van de snelkoppeling 9, 10.
Het verbindingsstuk 37 is van een kanaal 39 voorzien zodat de boring 35 in verbinding blijft met het einde van het circuit 2.
In de volledig ingeschoven stand van de lans 11 sluit een einde van het gedeelte 10 aan tegen de kraag 30 van het gedeelte 9 en sluit de binnenwand van de boring 34 gasdicht aan tegen de O-ring 32.
De binnenwand van de boring 35 sluit dan gasdicht aan tegen de o-ring 33.
De sonde 1 is op deze manier door het verbindingsstuk 37 mechanisch, maar toch nog losneembaar aangezien door voldoende kracht uit te oefenen de benen 38 verend uit elkaar kunnen gaan om over het verdikte einde van het gedeelte 9 te schuiven, met de sonde 1 verbonden.
De door de buis 15, rond het buisje 17, en de boring 28 gevormde gasafvoerleiding 15, van de sonde 1 sluit op een gasdichte manier over het kanaal 36 aan op 66n einde van het gascircuit 2 terwijl de door de buisjes 17 en 18 en de boringen 27 gevormde gasafvoerleiding 17, 18, 27 via de centrale boring 35 gasdicht aansluit op het andere einde van het gascircuit 2. In gekoppelde stand van de snelkoppeling 9, een zieh symmetrisch rond het gedeelte 9 uitstrekkend gedeelte van de boring 34 de verbinding tussen de boringen 28 in het gedeelte 9 en het kanaal 36 in het gedeelte 10, terwijl via de boring 35 de axiale boring 27 in het gedeelte 9 op het kanaal 39 in het gedeelte 10 aansluit.
<Desc/Clms Page number 11>
Het gedeelte 10 kan dus in eender welke stand van het gedeelte 9 gekoppeld zijn en de lans 11 moet dus niet in de welbepaalde stand in de koker 21, 22, 23 worden geschoven.
In een variante van de hierboven beschreven uitvoeringsvorm is de poreuze klok 14 van aan elkaar gebonden keramische vezels in plaats van poreuze steen vervaardigd.
De variante van de sonde 1 voorgesteld in figuur 4 verschilt slechts van de in de figuren 2 en 3 voorgestelde uitvoedngsvorm van de sonde doordat het opvanggedeelte niet door een klok 14 gevormd is maar wel door het domppleinde van de kwartsbuis 15 zelf en door het schijfje 40 van poreus keramisch materiaal dat op een afsand van het open einde van de kwartsbuis 15 deze buis rond het axiale kwartsbuisje 17 afsluit en dus het diafragma vormt dat gas doorlaat maar geen vloeibaar metaal, en doordat de buis 20 van A1203 vervangen is door een massa kogeltjes 41 die de ruimte rond het axiale kwartsbuisje 17 en tussen de schijf 40 en het gedeelte 9 van de snelkoppeling 9, 10 vult.
Deze kogeltjes 41 beletten de doorgang van gas niet zodat de ruimte tussen de kwartsbuis 15 en de centrale kwartsbuis 17 nog steeds deel uitmaakt van de op de poreuze schijf 40 uitgevende gasafvoerleiding van de sonde 1. Eenvoudigheidshalve is in figuur 4 de koker 21, 22, 23 van de sonde 1 niet voorgesteld.
In beide uitvoeringsvormen bevinden zieh juist boven het diafragma, dit is boven de klok 14 of de schijf 40, in de buis 15 enkele korreltjes 46 van een chemisch element dat stabiele oxides vormt, zoals chroom, zink, tithaan, aluminium, zirconiurn, ca1cium, magnesium of een element van de lanthaniden.
In het bijzonder zink, magnesium en calcium zijn aangewezen
<Desc/Clms Page number 12>
aangezien ze bij de gebruikte temperaturen zieh in gasvorm bevinden en bijzonder reactief zijn.
Deze elementen beletten dat, indien het materiaal van het diafragma onstabiele oxides bevat, waterstof uit het metaalbad omgezet wordt in water hetgeen de meting zou be nvloeden.
In plaats van korreltjes van deze elementen kan op een gedeelte van de buis 15 of het buisje 17 een laagje van het element aangebracht zijn.
In beide uitvoeiingsvormen kan het geheel gevormd door de kwartsbuis 15 met eventueel de klok 14, het uitstekende einde van het kwartsbuisje 17 en het kwartsbuisje 18 nog omgeven zijn door een kap van metaal die eenvoudigheidshalve niet in de figuren is voorgesteld en bevestigd is aan de koker 21, 22, 23 en die omgeven is door een eveneens niet in de figuren voorgestelde kap van karton.
De kap van karton belet dat, bij het inbrengen van de sonde 1 doorheen een slak die zieh op het vloeibare metaal bevindt, de slak aan de kap van metaal kleeft, welke kap van metaal het beschadigen belet van de sonde 1 bij het inbrengen van deze laatste doorheen de slak.
Bij het inbrengen verbrandt de kap van karton terwijl onmiddellijk na het inbrengen de kap van metaal smelt, waarna de meting op de hierna beschreven manier kan geschieden.
Zoals blijkt uit figuur 5 bevat de filter 4 een aan een einde gesloten buis 42, op het andere, open einde waarvan een gedeelte 44 van de snelkoppeling, dat identiek is aan het hogergenoemde gedeelte 9 van de snelkoppeling 9, 10 aansluit. Overeenstemmende delen van het gedeelte 44 hebben hetzelfde verwijzingscijfer gekregen als in het gedeelte 9.
<Desc/Clms Page number 13>
Axiaal in de buis 42 strekt zieh een aan beide einden open buisje 43 uit waarvan een einde ophoudt pp een afstand van het gesloten einde van de buis 42 en waarvan het andere einde in het gedeelte 44 is bevestigd 'en uitgeeft op de axiale boring 27 van het gedeelte 44.
De ruimte tussen het buisje 43 en de buis 42 welke ruimte aansluit op de boringen 28 in het gedeelte 44, is gevuld met filtermaterial 45.
In het gascircuit 2 is het met het gedeelte 44 samenwerkende tweede gedeelte van de snelkoppeling gemonteerd, welk tweede gedeelte identiek is aan het hogergenoemde gedeelte 10 van de snelkoppeling 9, 10.
Dit tweede gedeelte is eenvoudigheidshalve niet in de figuren voorgesteld.
De boringen 34 en 35 en het kanaal 36 van dit tweede gedeelte, sluiten aan op het gedeelte van het gascircuit 2 dat rechtstreeks op de sonde 1 aansluit, terwijl het kanaal 36 van dit tweede gedeelte in verbinding staat met het gedeelte van het gascircuit 2 dat op de katharometer 5 aansluit.
EMI13.1
Op deze manier vormt deze snelkoppeling, op dezelfde manier als de snelkoppeling 9, alleen een snelle aansluiting van de losneembare filter op het gascircuit 2, maar tevens de overgang van twee coaxiale leidingen, namelijk de buis 42 en het buisje 43, naar twee parallelle leidingen, namelijk de gedeelten van het gascircuit 2 aan weerszijden van de filter 4.
De uitvoeringsvorm van de sonde 1 voorgesteld in figuur 6, verschilt van de uitvoeringvorm volgens de figuren 2 en 3 enkel en alleen door een andere constructie van de koker 21, 22, 23 die de thermische bescherming van de snelkoppeling 9, 10 vormt.
De binnenste buis 21 is weliswaar eveneens van karton vervaardigd, maar de buitenste buis is een
<Desc/Clms Page number 14>
zeer dunne buis van karton, terwijl de middelste buis
22 gevormd is door middel van door hars gebonden zand.
De vervaardiging van deze koker is vrij gemakkelijk. Het volstaat tussen de kokers 21 en 23 het zand aan te brengen met het hars en dit geheel in een oven te bakken. De buitenste koker 23 van karton beschermt het zand.
In nog andere uitvoeringsvormen, is deze buitenste koker 23 in plaats van uit karton, vervaardigd uit blik, of zelfs uit kunststof. De buitenste koker 23 kan al dan niet met een non-splash laag bekleed zijn.
Bij het uitvoeren van een meting wordt een sonde 1 door middel van de snelkoppeling 9, 10 op een lans 11 gemonteerd, welke lans dus in de koker 21, 22, 23 van de sonde 1 wordt geschoven.
Men plaatst de vierwegkraan 7 in de stand waarbij de toevoerleiding 13 op het gascircuit 2 aansluit zodat de fles 12 in de richting van de sonde 1 wordt aangesloten en men dompelt de sonde 1 in het vloeibaar metaal.
Stikstof borrelt uit het kwartsbuisje 18 en wordt door het opvanggedeelte, gevormd door de klok 14 of door het onderste gedeelte van de kwartsbuis 15, door het door deze klok 14 of de door de schijf 40 gevormde diafragma, door de inmiddels in werking gestelde pomp 6 afgezogen. Ter plaatse van de vierwegkraan 7 ontsnapt dit weggezogen gas in de atmosfeer.
Een tiental seconden na de eerste detectie van onzuiverheden door de katharometer 5 wordt de vierwegkraan 7, hetzij manueel, hetzij automatisch in de andere, in de figuur 1 voorgestelde stand geplaatst.
Het in het gascircuit 2 aanwezige inert stikstofgas wordt nu door de pomp 6 in dit circuit rondgepompt door de sonde 1 waarbij dus ter plaatse
<Desc/Clms Page number 15>
van het opvanggedeelte van deze sonde, wanneer het draaggas door het vloeibare metaal borrelt, een uit- wisseling met de in het vloeibare metaal aanwezige gassen plaatsvindt. Na korte tijd wordt een evenwicht benaderd en wordt het signaal van de katharometer representatief voor de concentratie van de in het vloeibare metaal opgeloste gassen, meer bepaald de waterstof.
De meting is zeer eenvoudig en snel.
Bij elke meting moet enkel de sonde worden vervangen.
De rest van de inrichting kan steeds opnieuw worden gebruikt.
Door de snelkoppeling is een vervanging van de sonde zeer gemakkelijk en snel uit te voeren.
Ook de filter kan door de snelkoppeling snel worden vervangen.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen en binnen het raam van de octrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringsvormen vele veranderingen worden aangebracht, onder meer wat betreft de vorm, de samenstelling, de schikking en het aantal van de onderdelen die voor het verwezenlijken van de uitvinding worden gebruikt.
In het bijzonder moeten de verschillende gedeelten van de sonde niet noodzakelijk van de hiervoor beschreven materialen vervaardigd zijn.
Deze materialen hangen onder meer af van het metaalbad waarin wordt gemeten.
Zo hoeft het diafragma gevormd door de klok of de schijf niet noodzakelijk van poreuze steen te zijn. Dit diafragma kan bij voorbeeld ook van keramische vezels vervaardigd zijn.
De buitenste buis van de sonde moet ook niet noodzakelijk van kwarts vervaardigd zijn. Deze buis kan ook van metaal vervaardigd zijn dat bekleed is met een
<Desc/Clms Page number 16>
keramisch materiaal. Voor het meten in vloeibaar koper kan de buis van niet-bekleed staal vervaardigd zijn.
In de uitvoeringsvorm waarbij het onderste gedeelte van de buitenste buis zelf samen met het diafragma het opvanggedeelte vormt, kan de volledige buis van poreus materiaal vervaardigd zijn waarvan het bovenste einde van een gasdichte en hittebestendige bekleding is voorzien en waarvan het onderste gedeelte samen met het diafragma een poreus opvanggedeelte vormt.
De thermische bescherming moet niet noodzakelijk uit drie concentrische buizen bestaan. Deze thermische bescherming kan bij voorbeeld uit een enkele koker van gebakken zand of van karton bestaan.
De meter in het gascircuit hoeft niet noodzakelijk een katharometer te zijn. Andere detectieapparaten die een gas in het draaggas kunnen meten, kunnen worden gebruikt. Voor het meten van CO, CO , SO- en H2S kan bij voorbeeld een meter op basis van infraroodstraling worden gebru ikt.
De mechanische koppeling van de gedeelten van de snelkoppeling dient niet noodzakelijk te geschieden door verende benen op het gedeelte dat bij de lans behoort. Het gedeelte dat bij de sonde behoort kan van verende benen voorzien zijn of anders verend vervormbaar zijn. De koppeling moet enkel een zekere mechanische verbinding toelaten die door voldoende trekkracht uit te oefenen ongedaan kan worden gemaakt.
<Desc / Clms Page number 1>
"Apparatus for measuring a gas content of liquid metal and probe used therewith".
The invention relates to a device for measuring a gas content of liquid metal, which device contains a probe which is intended to be immersed in the liquid metal and which in turn has a gas supply pipe intended at the end of the probe to located at the bottom, opens a gas receiving section for receiving the gas bubbling from the gas supply line through the metal, which section is opposite the mouth of the gas supply line and is provided with a diaphragm which allows gas to pass through but prevents liquid metal, and a gas discharge pipe connecting over the diaphragm to the gas collecting section, the device further comprising a gas circuit connecting at one end to the gas supply pipe of the probe and at its other end connecting to the gas discharge pipe of the probe,
a gas detector mounted in this circuit and means mounted in or on this circuit for flowing gas through the circuit, through the gas detector and the probe.
The content of dissolved gases, and in particular hydrogen, in liquid metal, has an important influence on the properties of the metal ultimately obtained. A high concentration of such gases not only results in brittleness of the metal, but can also cause serious errors such as "vocks or gas cavities".
Hence it is necessary for metal and in particular steel, which must meet high quality requirements, the hydrogen content in the manufacturing
<Desc / Clms Page number 2>
process and more particularly during refining and casting to keep the gas content within certain limits.
Devices of the above-mentioned type are mainly intended for such a hydrogen determination and are intended to replace the conventional hydrogen determination, which consists in taking a sample from the liquid metal and analyzing it in the laboratory.
With such devices, a small volume of carrier gas can be bubbled through the liquid metal. This gas is collected and circulated in the closed circuit several times until an equilibrium has been established between the gas in the metal and this carrier gas. The gas content, and in particular the hydrogen content, is then determined with the aid of the gas detector mounted in the gas circuit.
An apparatus of this type is known from British Patent No. 821,821.
However, in the device according to this patent, the probe is fixedly connected to the circuit and this probe is intended to be used for several successive measurements.
This probe should therefore be made of special material that can withstand the long-term residence in a liquid metal bath, so that this probe is relatively expensive and in practice can only be used for measuring the hydrogen content in metal baths with a relatively low melting point. .
Even in these cases, the service life is limited and replacing the probe is quite time consuming and expensive.
This probe has therefore not found a breakthrough for measuring the hydrogen content, for example in liquid metal.
<Desc / Clms Page number 3>
The object of the invention is to overcome these drawbacks and to provide a device for measuring a gas content of liquid metal which is relatively inexpensive to use and which can easily be made suitable for measuring in metal with a relatively high melting point such as steel.
To this end, the liquid metal gas content measuring device includes a lance through which at least a portion of the gas circuit extends, the lance containing one portion of a quick coupling with two sections which can be coupled together, while the probe is attached to the the receiving section faces away and at a distance from this receiving section contains the other part of the quick coupling, which quick coupling in coupled position of the parts ensures a gas-tight connection of the two aforementioned ends of the gas circuit and the gas supply pipe and the gas discharge pipe of the probe respectively .
Thus, the probe is designed as a disposable probe that is used for only one or at most a limited number of measurements.
Thus, the probe must only withstand a relatively short residence in the liquid metal so that it can also be constructed for measuring in high melting point metal and can be made from relatively inexpensive materials.
In a special embodiment of the invention, the probe comprises a thermal protection surrounding the quick coupling and the end of the lance connecting to the probe.
This thermal protection should also only withstand liquid metal for a limited time
<Desc / Clms Page number 4>
and can be made of inexpensive materials such as baked sand, cardboard and the like. The gases released by the possible combustion of this protection practically do not affect the measurement since this thermal protection is located at a relatively great distance from the collecting section.
In a curious embodiment of the invention, the quick coupling includes mechanical means for coupling the two parts thereof.
In an effective embodiment of the invention, the gas supply pipe and the gas discharge pipe of the probe surround each other outside the portion of the quick coupling.
Preferably, the outer conduit includes a tube connecting the receptacle portion to the probe quick-connect portion.
In another curious embodiment of the invention, the receiving portion and the diaphragm are one and the same piece.
This collection section is expediently made of porous stone.
In a preferred embodiment of the invention, the device includes means for opening the gas circuit and communicating the portion thereof which communicates with the gas discharge conduit with the free atmosphere.
In this embodiment, at the start of the measurement, the carrier gas supplied to the gas circuit can be released back into the atmosphere and the actual circulation of the carrier gas in closed circuit over the probe, and thus the actual measurement, can only be started after the first detection by the katharometer of impurities in the carrier gas.
<Desc / Clms Page number 5>
The invention also relates to a probe evidently intended to be used in a device according to any of the previous embodiments.
Other particularities and advantages of the invention will become apparent from the following description of an apparatus for measuring a gas content of liquid metal and of a probe used therewith, according to the invention; this description is given by way of example only and does not limit the invention; the reference numbers refer to the accompanying drawings.
Figure 1 represents a block diagram of an apparatus for measuring a gas content of liquid metal according to the invention.
Figure 2 is partly a section and partly a front view of a probe from the device of Figure 1.
Figure 3 represents a detail from Figure 3, but on a larger scale, in which part of the lance connected to the probe is also shown.
Figure 4 is a partial cut-away front view of a probe analogous to that of Figure 2 but with reference to another embodiment of the probe.
Figure 5 is partly a front view and partly a section of a filter from the device of Figure 1.
Figure 6 is a partial cut-away front view of a probe analogous to that of Figures 2 and 3 or 4 but with reference to yet another embodiment of the probe.
In the different figures, like reference numerals refer to like elements.
The device according to figure 1 is a device for measuring the hydrogen content in
<Desc / Clms Page number 6>
liquid metal.
This device mainly comprises a probe and a gas circuit 2 which connects to the probe with both ends and in which, in the flow direction of the gas indicated by the arrow 3 in figure 1, one after the other a filter 4, a katharometer 5, a pump 6 , a four-way valve 7 and a flow meter 8 are mounted.
The probe 1 is a disposable probe, is releasably attached to a lance 11 through a shortcut 9, 10 through which ends of the gas circuit 2 extend and is connected to these two ends of the circuit 2 by means of the same shortcut 9, 10.
A bottle 12 with pressurized nitrogen is connected to the four-way cock 7 by means of a supply line 13.
This four-way valve 7 closes the gas circuit 2 in one position, while the supply line 13 is in communication with the free atmosphere. Of course, the bottle 12 is then closed. In another position, the four-way cock interrupts the gas circuit 2 and, on the one hand, connects the supply line 13 to the part of the gas circuit 2 connecting over the flow meter 8 or the probe 1, and on the other hand, it sets the part of the gas circuit 2 that the pump 6 communicates with the free atmosphere.
The katharometer 5 is also of a known construction and is not described here in detail. This katharometer determines the hydrogen content of the inert carrier gas by measuring the thermal conductivity of the gas.
The probe 1, as shown in Figure 2, contains on one end a gas-collecting portion formed by a clock 14 of porous refractory stone and on the
<Desc / Clms Page number 7>
at the other end one part 9 of the above-mentioned shortcut 9, 10.
The clock 14 is turned away with its opening from the section 9 and is kept at a distance from this section 9 by a quartz tube 15 at the ends of which the clock 14 and the section 9 are fixed by means of the cement 16.
Axially through the quartz tube 15 extends a quartz tube 17 which on the one hand protrudes into the portion 9 and on the other hand extends through the clock 14 and is attached to this clock 14 with cement.
In the open end of the quartz tube 17 protruding outside the clock 14, a leg of a narrower quartz tube 18 bent over 1800 is fastened with the aid of the cement 19. The other leg of this quartz tube 18 is with its open end facing the opening of the clock 14. The cement 19 closes the tube 17 around the tube 18 in a gas-tight manner.
In the quartz tube 15, the quartz tube is 17
EMI7.1
still surrounded by a tube 20 of A1203.
The elide of the quartz tube 15 removed from the clock 14 and especially the portion 9 of the quick coupling 9, 10 are surrounded by a sleeve consisting of three surrounding and connecting tubes, namely an inner tube 21 of cardboard, a middle tube 22 cardboard and an outer tube 23 of resin-bonded sand.
The tubes 22 and 23 of this tube are attached to the quartz tube 15 by means of cement 24.
The sleeve 21, 22, 23 on the side remote from the clock 14 extends noticeably beyond the portion 9. The inner diameter of the inner tube 21 corresponds to the outer diameter of the lance 11 which ends with its end in this tube when it is connected to the probe 1.
<Desc / Clms Page number 8>
The sleeve 21, 22, 23 forms a thermal protection of this lower end of the lance 11 and mainly of the quick coupling oslo
As is particularly evident from Figure 3, the part 9 of the quick coupling 9, 10 consists of a body which is provided on the immersion side, i.e. the side facing the clock 14, with a collar 25 in which the quartz tube 15 is fixed and centrally of a bore 26 is provided into which the quartz tube 17 projects with one end.
An axial bore 27 extends through this body, which connects to the bore 26 and forms a gas supply pipe together with the quartz tubes 17 and 18.
In addition to the axial bore 27, through the body of the portion 9, four bores 28 extend into the space between the quartz tube 15 and the quartz tube 17 and, together with the latter space, form a gas discharge pipe which is closed on the immersion side by the porous bell 14 which forms a diaphragm, allows gas to pass through but stops liquid metal.
The diameter of the body of the portion 9 of the quick coupling 9, 10 gradually decreases in the direction away from the quartz tube 5, such that three inwardly extending collars 29, 30 and 31 are formed.
The inner tube 21 of the sleeve 21, 22, 23 connects to the most outward and collar 29 closest to the quartz tube 15 and also connects to the outside of the cylindrical portion of the portion 9 which is between the collars 29 and 30 is located.
<Desc / Clms Page number 9>
The portion of the smaller diameter body located between collars 30 and 31 is surrounded by a partially recessed O-ring 32.
The above-mentioned bores 28 open into the collar 30.
The cylindrical part protruding outside the collar 30 is also surrounded by a O-ring 33 which is partly sunk into it.
The collars 30 and 31 and the O-rings 32 and 33 cooperate with parts of the portion 10 of the quick coupling 9, 10, which portion 10 forms a piece mounted on the end of the lance 11.
This part 10 is provided on its end with an axial round bore 34 in which the cylindrical part of the part 9 situated between the collars 30 and 31 fits and is provided with a smaller axial bore 35 which on the one hand opens onto the bottom of the bore 34 and on the other hand connects to the end of the gas circuit 2 which is located in front of the filter 4.
Around the bore 35, in the section 10, a channel 36 extends which, on the one hand, opens onto the bottom of the bore 35 and, on the other hand, connects to the other end of the gas circuit 2, which, like the previous end, is fixed in this section 10.
These two ends of the gas circuit thus extend through the metal lance 11.
In the smallest bore 35 of the portion 10 of the quick-release coupling 9, 10, a mechanical connecting piece 37 is provided which has four resilient legs 38 provided with their thickened ends. When the lance 11 is slid into the sleeve 21, 22, 23, these four legs 38 are clicked resiliently over the thickened head on the end of the projection outside the collar 31
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
section of section 9.
When the lance 11 is slid into the sleeve 21 maximally, shown in Figure 3, the legs 38 with the thickening on their ends hook behind an outwardly directed collar formed at the location of a groove 47 projecting from the outside of the collar 31 end of the section 9 of the shortcut 9, 10.
The connecting piece 37 is provided with a channel 39 so that the bore 35 remains in communication with the end of the circuit 2.
In the fully retracted position of the lance 11, one end of the portion 10 abuts against the collar 30 of the portion 9 and the inner wall of the bore 34 is gas-tight against the O-ring 32.
The inner wall of the bore 35 then connects gastight to the o-ring 33.
The probe 1 is connected mechanically, but still detachable in this way by the connector 37, since by exerting sufficient force the legs 38 can resiliently slide to slide over the thickened end of the portion 9 to the probe 1.
The gas discharge conduit 15 formed by the tube 15, around the tube 17, and the bore 28, of the probe 1 connects in a gastight manner over the channel 36 to the end of the gas circuit 2 while the tubes 17 and 18 and the bores 27 formed gas discharge pipe 17, 18, 27 via the central bore 35 connects gas-tight to the other end of the gas circuit 2. In coupled position of the quick coupling 9, a portion of the bore 34 extending symmetrically around the portion 9, the connection between the bores 28 in the section 9 and the channel 36 in the section 10, while via the bore 35 the axial bore 27 in the section 9 connects to the channel 39 in the section 10.
<Desc / Clms Page number 11>
The section 10 can thus be coupled in any position of the section 9 and the lance 11 therefore does not have to be slid into the sleeve 21, 22, 23 in the specific position.
In a variant of the above-described embodiment, the porous clock 14 is made of bonded ceramic fibers instead of porous stone.
The variant of the probe 1 shown in Figure 4 differs from the embodiment of the probe shown in Figures 2 and 3 only in that the receiving part is not formed by a clock 14 but by the dome end of the quartz tube 15 itself and by the wafer 40 of porous ceramic material which at an distance from the open end of the quartz tube 15 closes this tube around the axial quartz tube 17 and thus forms the diaphragm that allows gas to pass through but no liquid metal, and because the tube 20 of A1203 has been replaced by a mass of balls 41 which fills the space around the axial quartz tube 17 and between the disk 40 and the portion 9 of the quick coupling 9, 10.
These balls 41 do not prevent the passage of gas, so that the space between the quartz tube 15 and the central quartz tube 17 is still part of the gas discharge pipe of the probe 1 issuing on the porous disk 40. For the sake of simplicity, in figure 4 the tube 21, 22, 23 of probe 1 not suggested.
In both embodiments, just above the diaphragm, which is above the bell 14 or the disk 40, in the tube 15 are some granules 46 of a chemical element that forms stable oxides, such as chromium, zinc, tithane, aluminum, zirconium, calcium, magnesium or an element of the lanthanides.
Zinc, magnesium and calcium are particularly recommended
<Desc / Clms Page number 12>
since they are in gaseous form at the temperatures used and are highly reactive.
These elements prevent that if the material of the diaphragm contains unstable oxides, hydrogen from the metal bath is converted into water which would affect the measurement.
Instead of granules of these elements a layer of the element can be applied to a part of the tube 15 or the tube 17.
In both embodiments, the whole formed by the quartz tube 15 with possibly the clock 14, the projecting end of the quartz tube 17 and the quartz tube 18 may still be surrounded by a cap of metal, which for the sake of simplicity is not shown in the figures and is attached to the tube 21, 22, 23 and which is surrounded by a cardboard hood, also not shown in the figures.
The cardboard cap prevents the slag from sticking to the metal cap when inserting the probe 1 through a slag which is on top of the liquid metal, which metal cap prevents damaging the probe 1 when inserting it. last through the snail.
Upon insertion, the cap burns off cardboard while immediately after insertion the cap melts of metal, after which measurement can be performed as described below.
As can be seen from figure 5, the filter 4 comprises an end 42 closed at one end, to the other open end of which a part 44 of the quick coupling, which is identical to the aforementioned part 9 of the quick coupling 9, 10, connects. Corresponding parts of section 44 are given the same reference numerals as in section 9.
<Desc / Clms Page number 13>
Axially in the tube 42 extends a tube 43 open at both ends, one end of which terminates a distance from the closed end of the tube 42 and the other end of which is mounted in the portion 44 and opens onto the axial bore 27 of section 44.
The space between the tube 43 and the tube 42, which space connects to the bores 28 in the section 44, is filled with filter material 45.
In the gas circuit 2, the second part of the quick coupling cooperating with the part 44 is mounted, which second part is identical to the aforementioned part 10 of the quick coupling 9, 10.
For the sake of simplicity, this second part is not shown in the figures.
The bores 34 and 35 and the channel 36 of this second part connect to the part of the gas circuit 2 which connects directly to the probe 1, while the channel 36 of this second part communicates with the part of the gas circuit 2 to the katharometer 5.
EMI13.1
In this way, this quick coupling, in the same way as the quick coupling 9, forms only a quick connection of the detachable filter to the gas circuit 2, but also the transition from two coaxial pipes, namely the pipe 42 and the pipe 43, to two parallel pipes. , namely the parts of the gas circuit 2 on either side of the filter 4.
The embodiment of the probe 1 shown in Figure 6 differs from the embodiment according to Figures 2 and 3 solely by a different construction of the sleeve 21, 22, 23 which forms the thermal protection of the quick coupling 9, 10.
The inner tube 21 is also made of cardboard, but the outer tube is one
<Desc / Clms Page number 14>
very thin tube made of cardboard, while the middle tube
22 is formed by resin-bonded sand.
The manufacture of this tube is quite easy. It is sufficient to apply the sand with the resin between tubes 21 and 23 and to bake it in an oven. The outer carton 23 protects the sand.
In still other embodiments, this outer sleeve 23 is made of tinplate, or even plastic, instead of cardboard. The outer sleeve 23 may or may not be coated with a non-splash layer.
When performing a measurement, a probe 1 is mounted on a lance 11 by means of the quick coupling 9, 10, which lance is thus slid into the tube 21, 22, 23 of the probe 1.
The four-way cock 7 is placed in the position where the supply line 13 connects to the gas circuit 2 so that the bottle 12 is connected in the direction of the probe 1 and the probe 1 is immersed in the liquid metal.
Nitrogen bubbles from the quartz tube 18 and is formed by the receiving section, formed by the clock 14 or by the bottom part of the quartz tube 15, by the diaphragm formed by this clock 14 or by the disk 40, by the pump 6 which has now been activated extracted. At the location of the four-way cock 7, this extracted gas escapes into the atmosphere.
Ten seconds after the first detection of impurities by the katharometer 5, the four-way cock 7 is placed, either manually or automatically, in the other position shown in Figure 1.
The inert nitrogen gas present in the gas circuit 2 is now circulated by the pump 6 in this circuit by the probe 1, so that in situ
<Desc / Clms Page number 15>
of the receiving portion of this probe, when the carrier gas bubbles through the liquid metal, exchange takes place with the gases contained in the liquid metal. After a short time, an equilibrium is approached and the signal from the katharometer becomes representative of the concentration of the gases dissolved in the liquid metal, in particular the hydrogen.
The measurement is very simple and fast.
Only the probe must be replaced during each measurement.
The rest of the device can be used over and over again.
The quick coupling makes it very easy and quick to replace the probe.
The filter can also be quickly replaced by the quick coupling.
The invention is by no means limited to the above-described embodiments and many changes can be made to the described embodiments within the scope of the patent application, including as regards the shape, the composition, the arrangement and the number of the parts used to realize the invention.
In particular, the different parts of the probe need not necessarily be made of the materials described above.
These materials depend, among other things, on the metal bath in which it is measured.
For example, the diaphragm formed by the clock or disc does not necessarily have to be a porous stone. This diaphragm can, for example, also be made of ceramic fibers.
The outer tube of the probe should also not necessarily be made of quartz. This tube can also be made of metal coated with a
<Desc / Clms Page number 16>
ceramic material. The tube can be made of uncoated steel for measuring in liquid copper.
In the embodiment where the lower portion of the outer tube itself forms the receiving portion together with the diaphragm, the entire tube may be made of a porous material, the upper end of which is gas-tight and heat-resistant coated and the lower portion of which is joined together with the diaphragm forms a porous collection section.
The thermal protection should not necessarily consist of three concentric tubes. This thermal protection can for instance consist of a single tube of baked sand or of cardboard.
The meter in the gas circuit does not necessarily have to be a katharometer. Other detection devices that can measure a gas in the carrier gas can be used. For example, a meter based on infrared radiation can be used to measure CO, CO, SO and H2S.
The mechanical coupling of the parts of the quick coupling does not necessarily have to be done by resilient legs on the part belonging to the lance. The portion associated with the probe may have resilient legs or may be resiliently deformable. The coupling must only allow a certain mechanical connection that can be undone by applying sufficient pulling force.