CH408461A - Verfahren und Einrichtung zur analytischen Bestimmung von Gasen in Metallen - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zur analytischen Bestimmung von Gasen in Metallen    Die vorliegende Erfindung betrifft ein     Verfahren     zur     analytischen        Bestimmung    von Gasen in Metallen,       bei    welchem eine     :Metallprobe        geschmolzen        wird    und       ,die    aus der Probe freiwendenden Gase mittels Va  kuum oder Trägergas zur     Gasanalyse    weitergeführt  werden.

   Es ist bekannt,     zur        analytischen    Bestimmung  von Gasen in Metallen eine Metallprobe in den  Tiegel eines Vakuum-Ofens einzuwerfen und     durch          Erhitzung,dos    Tiegels die Metallprobe zu     schmelzen     und durch     Steigerung    der Temperatur die in der  Metallprobe enthaltenden Gase zu extrahieren und  einem Gasanalysegerät zuzuführen. Bei der Durch  führung von Heissextraktionen von Proben im Kohle  tiegel, sei es im Vakuum oder im Inertgasstrom, zeig  ten sich ,bei den     :bisher    verwendeten Geräten     gewisse     Nachteile. So     -ist    z.

   B. nach ,dem     Einwurf        einer    Mehr  zahl von Proben     schwierig,    Aden     Leerwert    der     ganzen     Anlage auf dem     Ausgangspunkt        zu    halten. Die Er  fahrung zeigt, dass beim bisherigen Tiegelverfahren  der Leerwert     immer    schlechter wird, je     mehr        Proben          eingeworfen    wurden, weil die     .zuletzt        eingeworfene     Probe ihren Gasgehalt auf ein verhältnismässig grosses  Volumen der schon vorhandenen     Schmelze    überträgt.

    Ein weiterer Nachteil der bisherigen Verfahren be  steht in der     Erfassung    der Stickstoffabgabe,     weil    aus  ,der geschmolzenen Probe ein mehr oder weniger  grosser Anteil des     Stickstoffs    entweicht, welcher     sich     der Analyse     entzieht.     



       Die    vorliegende Erfindung bezweckt, die oben  erwähnten Nachteile der bisherigen     Verfahren    zu       vermeiden.        .Dies    wird     verfahrensmässig    dadurch er  reicht, dass die Metallprobe in den oberen Teil eines  rohrförmigen Schmelzraumes eingebracht., darin fest  gehalten und geschmolzen wird, und dass die  Schmelze über mindestens zwei übereinander angeord  nete Einsätze mit gegeneinander versetzten Durchlass  öffnungen im Boden dieser Einsätze geleitet wird.    Die Erfindung bezieht sich auch auf eine     Ein-          richtung        zur        Durchführung    des Verfahrens.

   Diese       Einrichtung    .ist dadurch gekennzeichnet,     dass        ein     heizbarer, rohrartiger Körper übereinander angeord  nete Einsätze mit gegeneinander versetzten     Durch-          lassöffnungen    im Boden dieser     Einsätze        aufweist.     



       Die    Zeichnungen zeigen drei Ausführungsbei  spiele der Einrichtung, und zwar:  Fig. 1 einen Querschnitt durch den Heissextrak  tions-Ofen mit schematischer Darstellung der übrigen  Apparate einer ersten Ausführungsform.  



  Fig. 2 einen Querschnitt durch den Heissextrak  tions-Ofen mit schematischer Darstellung der übri  gen Apparate einer     zweiten    Ausführungsform,  Fig. 3 einen Schnitt durch den Graphitkörper  ,des Heissextraktions-Ofens einer dritten Ausführungs  form.  



  In Fig. 1 ist mit 1 ein Graphit Widerstandsofen       mit        Einsätzen    2 .und     einem        Auslauf    3     dargestellt.     Das rohrförmige Widerstandselement 5 zeigt im Bei  spiel von Fig. 1 stufenförmige     Querschnittsverände-          rungen,    um     verschiedene        Temperaturbereiche        in    ver  schiedenen Zonen des Widerstands-Ofens zu erhalten.

         Mit    6 ist ein Mantel     bezeichnet,    :der die     Isolier-          masse    7 vor dem Herausfallen schützt. 8 ist ein       Wassermantel    mit     Anschlüssen    26 und 27     für    den       Zu-    und     Wegfluss    von     :

  Kühlwasser.        Am    Fuss     ides          Wassermantels    8 ist ein Boden 9     wegnehmbar        an-          geordnet.    Der Boden 9     wird        durch    den     Bügel    10       und        die        Schnaube    11 an den     Wassermantel    8     ange-          presst    und     durch        Iden    Dichtungsring 12 gegen     idie     äussere Atmosphäre 

  abgedichtet. 13 ist eine     Auffang-          schale,    in     welcher    die geschmolzenen und entgasten  Proben     nach    der     Heissextraktion        aufgefangen    werden.

    In den     Wassermantel    8 ist     ein        Zwischenbaden    14       ,eingesetzt,    welcher den     unteren    Pol     bzw.        Stromzu-          führung        für        Idas        Widerstandselement    5     bildet.    Der      Deckel 20 des Widerstandsofens 1 ist ebenfalls wasser  gekühlt und durch Schrauben 17 sowie     Isolierhülsen     16 und den     Isolierring    15 .auf den Wassermantel  8 .aufgesetzt.

   Der Deckel 20 bildet obere     Stromzu-          führung    zum     Widerstandselement    5 und besitzt eine  Anschlussschraube 18. Im Wassermantel 8 ist eine  zweite Anschlussschraube 19 für die Stromzufuhr  des Heizstromes angeordnet. Das     Heizen        erfolgt    in  bekannter Weise mit Wechselstrom     niederer    Span  nung und hoher Stromstärke.  



  Das     Einbringen    von     Metallproben    3.1     erfolgt     durch die Schleuse 33, :abgedichtet     durch    den Dich  tungsring 32. Mit 34 ist ein Abschlusshahn bezeich  net, welcher zu einem Absaugstutzen zum Evakuieren  ,der Schleuse 33     dient.    In     ;

  schematischer    Weise     ist     eine     ,Schraube    30     dargestellt,        mit    welcher man die  Abdichtung 5.3 gegen     die    Schleuse 33 bewegen     kann,          um    den     Widerstandsofen    während der     Einführung     neuer Proben 31 unter Vakuum zu halten. Die  Schleuse     3'3        und    die Rohrleitung 36 sind am Wider  standsofen durch das Anschlussstück 28 mit Abdich  tung 29     angeschlossen.     



  Die     Diffusionspumpe    3.8 saugt die     im    Wider  standsofen freiwerdenden Gase durch die Rohrlei  tung 36 ab und führt dieselben durch die Leitung  40 zum Einlassventil 54 der Sammelpumpe 41.  Mit 26 und 27 sind bei der Diffusionspumpe 38  die Kühlwasseranschlüsse ,angedeutet.

   Mit 39 ist die       Heizung    der     Diffusionspumpe    38     bezeichnet.    Aus  dem Kopf 56 :der     Sammelpumpe    41     führen    die Lei  tungen 42 und 43 Trägergas und     die    zu     anessende     Gasmenge aus dem Widerstandsofen zum     Gaschro-          matograph    44 und wieder zurück. Ein Schreibgerät  46 zeichnet die vom Gaschromatograph 44 ermittel  ten     Werte,    übertragen durch die Leitung 45, auf ein  dauernd ablaufendes Band in bekannter     Weise    auf.  



  Im dargestellten ,Beispiel von Fig. 1 ist ein  Nadelventil 49 ersichtlich, regelbar durch eine Schrau  be 50, um Spülgas über das Ventil 48     und    die Zu  leitung 47 in den Innenraum des Widerstandsofens 1  einzuleiten.  



  Die .erste Ausführungsform gemäss Feg. 1 zeigt  als Besonderheit noch einen     Schmelzeinsatz    63,     cum     eingeschleuste Proben 60 im Hohlraum 59     aufzu-          fangen    und zu     schmelzen.    Das     abschmelzende    Metall  gelangt durch die Öffnung 65 nach unten in     die     Einsätze 2.

   Der     :Schmelzeinsatz    63 weist     Bohrungen     64 .auf, um eine Verbindung zwischen dem     unteren     und dem oberen Teil des Widerstandsofens auch wäh  rend des     Schmelzvorganges    zu     gewährleisten.    Die  tropfenweise herabfallanden geschmolzenen Teile 6,1  der Probe     gelangen        aus    dem untersten     Einsatz    2  in den Auslauf 3     durch        letzteren    hindurch in     die     Schale 13.

   Die Gesamtheit :aller Probenreste bildet  in der Schale 13 einen Klumpen 67, welcher nach  Entfernung des     Bodens    9 aus     Odem    Ofen     weggeführt     werden kann.  



  Im zweiten Ausführungsbeispiel :gemäss Fig. 2  sind die Einsätze 2 in ein Heizrohr 66     eingesetzt.     Das Heizrohr 66     kann    durch die Spule 23     induktiv       erhitzt werden. Die Spule 23 besteht     aus    einem  Kupferrohr, durch welches Kühlwasser     -.,leitet    wer  ,den kann. Mit 24 und 25 sind der Zufluss und der  Wegfluss des Kühlwassers für die Spule 23 angedeutet.  Der Mantel 22 muss in diesem Fall aus einem :nicht  magnetischen Material bestehen. Der Bodenteil 2.1  und der Deckel 20 des Heissextraktionsofens sind  ebenfalls wassergekühlt.

   Zu- und Wegfluss .des Kühl  wassers für die Teile 20 und 21 sind mit 26 und 27       bezeichnet.    Der     unterste    Einsatz ist mit 4 bezeich  net und bildet einen Tiegel, in welchem die     her-          ,abfallenden    Tropfen 61 der Proben 60 in einem  Sumpf 62 gesammelt werden. 37 ist ein Dichtungs  ring zwischen :dem Deckel 20 und dem Mantel 22.  Alle übrigen Teile und Apparate von Fig. 2 weisen  dieselben Bezugszeichen auf wie die entsprechenden  Teile und Apparate von Fig. 1.  



  In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform eines  Heissextraktionsofens dargestellt. Ein Graphitkörper  58 ist so ausgebildet, dass er mehrere Einsätze 57  aufnehmen kann. Der Graphitkörper 58 ist auf sei  ner Unterseite geschlossen und kann infolgedessen  :die !geschmolzenen Proben :in     einem    Sumpf 68     auf-          fangen.        Im    obersten     Einsatz    57 wird eine Probe  60     eingesetzt,    welche durch     die    versetzt gegeneinan  der angeordneten Öffnungen 69 kaskadenartig in       Tropfen    61 herunterfällt.  



  Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 3       dargestellten    drei Ausführungsformen ist folgende:  Im Gegensatz zu bisher verwendeten Heissextrak  tionsofen, in denen die Metallproben im untersten  Teil eines     Tiegels        geschmolzen    :und in diesem Tiegel  auch entgast werden, wird bei dem Heissextraktions  ofen gemäss oder vorliegenden Erfindung die Probe  im obersten Teil eines geheizten rohrförmigen Kör  persaufgefangen und     geschmolzen.    Die Proben 60  gelangen nun in Form von Tropfen<B>61</B> in     die    Ein  sätze 2 mit gegeneinander versetzten Durchlassöff  nungen 69.

   Das Herabfliessen der Tropfen 61 erfolgt       kaskad'enartig,    so dass die Tropfen 61 der Atmo  sphäre im Innern des     Heissextraktionsofens    die grösst  mögliche     Oberfläche    bieten und dadurch eine rasche  Abgabe der im     Metallenthaltenen    Gase bewirken.  Wird mit einem Spülgas gearbeitet, wie dies in den  Ausführungsformen von     Fig.    1 und 2 vorgesehen     ist,     ,so gelangen -die     ,aus    den Metallproben austretenden  Gase zusammen mit dem Spülgas durch die Diffu  sionspumpe 38 in die     .Sammelpumpe    41.

   Aus der       Sammelpumpe    41     werden    die     extrahierten        Gase    in  bekannter     Weise    dem     Gaschrom.atagraph    44 zuge  führt. Das     Messergebnis    der Analyse durch den     Gas-          chromatograph    44 kann ebenfalls in bekannter Weise  durch einen Schreiber 46 schriftlich aufgezeichnet  werden.  



  Der     ,ganze    Vorgang der analytischen Bestim  mung von der Diffusionspumpe 38 bis zum     Schreiber     46 ist bereits     früher        beschrieben    und angewendet       worden.        Die    Wirkungsweise des vorliegenden     Ver-          fahrens    und der Einrichtung zur Durchführung des           Verfahrens        unterscheidet    sich in der     Art        .und        Weise     der Erhitzung und der Gasentnahme aus oder Metall  probe.  



  Das Verfahren und die Einrichtung     gemäss        vor-          liegenderErfind'ung    bringt folgende Vorteile: Raschere  und vollkommenere Entgasungs über dünne Schmelz  schichten und grosse     Oberflächen        gegenüber    der Ent  gasung in     ebnem        Tiegel    mit verhältnismässig gerin  ger     Oberfläche.    Die rasche und vollkommene Ent  gasung bewirkt eine     sehr        schnelle    und gründliche  Kohlenstoff aufnahm-" so dass eine gute quantitative  Umwandlung der     Metalloxyde    .in     Kohlenmonoxyd     erfolgt.

   Besonders     hervorzuheben    ist bei dem     neuen     Verfahren .die gute     ,Stickstoffabgabe    in einem Aus  mass, das bei einer     Entgasung        m    einem Tiegel     nicht     erreichbar ist. Da der     Stickstoff    hauptsächlich durch  Diffusion abgegeben wird, bewirkt die grosse Ober  fläche der     geschmolzenen    Metallprobe eine rasche  quantitative     Diffusion        kies        ;Stickstoffes        :aus    dem flüs  sigen Metall heraus.

   Die Entgasung erfolgt während  des kaskadenartigen Heruntertropfens der Metall  probe rasch und vollkommener als bisher, so, dass auch  nach der     Einschleusung        vieler    Proben noch     niedrige          Leerwert-    der     ,ganzen    Apparatur erreicht werden.  Beim Entgasen von Metallproben in einem Tiegel  nach dem     bisherigen        Verfahren        wird    der     ,Leerwert     nach der Eingabe einer Mehrzahl von Proben immer  schlechter, da die zuletzt leingegebenen Proben ihren  Gasgehalt auf das verhältnismässig grosse Volumen  der schon vorhandenen Schmelze überträgt.

   Die  Messwerte der analytischen Bestimmung von Gasen  sind bei =dem vorliegenden     Verfahren        genauer    und       besser        reproduzierbar,    weil jede frisch     eingegebene     Probe den .gleichen Entgasungsbedingungen ausge  setzt ist     wie    die erste Probe.     .Die        .Schmelze    der     vorher       entgasten Proben kann den Entgasungsprozess neu       eingegebener    Proben     nicht    mehr stören.  



  Zur     Durchführung    dieses     Verfahrens    kann mit       einem        Extraktionsofen        ,gearbeitet    werden,     welcher          einfacher    im Aufbau und billiger     in    der Herstellung       ist.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur analytischen Bestimmung von Gasen in Metallen, bei welchem eine Metallprobe geschmolzen wird und die paus der Probe freiwerden den Gase mittels Vakuum oder Trägergas zur Gas analyse weitergeführt werden, dadurch gekennzeich- net,

   dass die Metallprobe in den oberen Teil eines rohrförmigen Schmelzraumes eingebracht, darin fest gehalten und geschmolzen wird, und dass die Schmelze über mindestens zwei übereinander angeord nete Einsätze mit gegeneinander versetzten Durchlass öffnungen im Boden dieser Einsätze geleitet wird. II.

   Einrichtung zur Durchführung kies Verfah rens nach Patentanspruch I, dadurch .gekennzeichnet, dass ein heizbarer, rohrartiger Körper (5, 66, 58) übereinander angeordnete Einsätze (57) mit gegen- einander versetzten Durchlassöffnungen 1(69) im Bo den idieser Einsätze aufweist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (5) verschiedene Wandstärken aufweist, um bei Widerstandsheizung Zonen verschiedener Temperaturen zu erhalten.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch III, ldadurch gekennzeichnet, dass der rohrartige Körper (58) un ten geschlossen ,ist, um,die herabfliessende Schmelze ,aufzufangen.