DE1598043A1 - Verfahren zur serienmaessigen Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von Metallproben - Google Patents

Description

BALZER3 VAKUUM GI-IBH , Prankfurt a/fa,- Süd lo, Seehofstrasse 11

Verfahren zur serienmässigen Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von Mefcallproben

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur serienmässigen Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von Metallproben. Normalerweise werden derartige Proben in einem Kohle- oder Graphittiegel unter Vakuum auf eine hohe Temperatur erhitzt oder geschmolzen und geben dabei die in ihnen enthaltenen Oase ab. Diese Oase werden durch eine Pumpe gesammelt und GasanalysengeriSten zugeführt, in denen mit verschiedenen physikalischen und chemischen Methoden die Mengen der einzelen Gaskomponenten bestimmt werden. PUr den üblichen Fall, dass hauptsächlich die Gaae Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff abgegeben und bestimmt werden, kann die Wärmeleitfähigkeit des extrahierten Gasgemisches als Analy3en-MessgrcSs8e dienen. Die Bestimmung dieser Grosse naoh der bis-

herlgei» Methode,ist umständlich, weil zahlreiche Paktoren berücksichtig* werden müssen, wenn man die Anzeige einer Wärmeleitfähigkeits-

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piessanordnung richtig interpretieren will. Sehe hängt ab von dem Genalt der Probe an Wasserstoff (mit grosser Wärmeleitfähigkeit) einerseits und dem Gehält an anderen Gasen (mit niedriger Wärmeleitfäiigkeit) andererseits, wobei N und CO zufällig eine fast gleiche Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Sie hängt weiter ab von den Dimensionen der gerade verwendeten Messapparatur. Man kann für jedes Gerät ein Diagramm erstellen, in welchem der Druck in der Wärmeleitfähigkeitsmesskammer als Parameter einer Kurvenschar in Erscheinung tritt, welche die in einer Probe enthaltene Menge des Wasserstoffes in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit angibt. Man muss also den zu einer jeden Wärmeleitfähi^itseinzelmessung gehörigen Wert der genannten Menge durch grafische oder mathematisch analytsiche Interpolation mit grosser Genauigkeit numerisch bestimmen. Es ergibt sich von selbst, dass ein derartiges Verfahren nicht nur sehr zeitraubend ist, sondern auch eine

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grosse Zahl von Pehelerquellen in sich birgt und geschultes personal erfordert. Auch dann noch hat man sich meist mit ungenauen Interpolationen zu begnügen, so dass mit dem erwähnten Verfahren nicht die Genauigkeit erzielt wird, welche sie an sich zu bieten vermöchte. Ganz besonders geltend machen sich die beschriebenen Schwierigkeiten dann, wenn das bekannte Verfahren automatisiert werden soll, wozilman infolge Personalmangels immer mehr gezwungen ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur serienmässigen Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von Metallproben, insbesondere mittels automatisierten Gasanalysengeräte, wobei die Proben in einem kohlenstoffhaltigen Tiegel unter Vakuum geschmolzen und die Wärmeleitfähigkeit des im Ofen gebildeten Gasgemisches gemessen und daraus die Gesamtmenge an Wasserstoff dieses Gemisches errechnet wird, ist dadurch gekennzeidinet, dass dem zu untersuchi&en Gasgemisch vor Messung der Wärmeleitfähigkeit N_p oder CO zugemischt wird. Will man neben Wasserstoff aabh Stickstoff bestimmen, so verwendet man als Hilfsgas CO, will man hingegen neben Wasserstoff CO bestimmen, so verwendet man als Hilfsgas N^. In beiden Fällen wird neben der Wärmeleitfähigkeitsmessung eine C0-Bestimmung durchgeführt, z.B. als IR-Absorpionsmessung. Hiedurch wird das eingangs beschriebene Problem

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auf eine überraschendeinfache Weise gelöst. Man hat es erfindungsgemäss nämlich in der Hand, sich durch Zumischung von N oder CO auf eine bestimmte, mit höchster Genauigkeit ausmessbare, vorgewählte Isobare des Menge-Leitfähigkeit-Diagrammes zu begeben und kann jedwede Interpolationsarbeit vermeiden. Bei Benutzung des erfindungsgemässen Verfahrens empfiehlt es sich, eine hinsichtlich des Messberiches der gerade vorliegenden WärmeMt-fähigkeitsmessanordnugn bequem zugänglichen Isobare, z.B. die f)O Torr-Isobare, mit grssser Genauigkeit auszumessen und alsdann bei allen weiteren Serienmessungen nur diese eine Isobare zu benutzen. Dadurch, dass die sehr zeitraubende und mühsame Erstellung einer ganzen Kurvenschar bei der Eichung des Gerätes erfindungsgemäss wegfällt, kann die ausgewählte Isobare mit umso grö'sserer Sorgfalt und Präzision ermittelt werden. Ausserdem ist die selbständige Einstellung eines der gewählten Isobare entsprechenden Druckes in der Wärmeleitfähigkeitsmesse inriohtung mit Hilfe von automatischen Druck- und Schaltgeräten sehr genau und ohne grossen apparativen Aufwand durchführbar, so dass Messfehler durch Ermüdung oder sonstige menschliche Unzulänglichkeiten völlig ausgeschaltet werden.

Im Falle der Verwendung vollautomatisierter Gasanalysengeräte macht sich der durch die Erfindung ertielte technische Portschritt ganz besonders bemerkbar. Es würde einen erheblichen Aufwand bedeuten, wollte man was nach dem bisherigen Stand der Technik in diesem Falle nötig wäre den Informationsgehalt d4r ganzen, einem bestimmten Gerät zugeordneten Eichkurvenschar in einem Rechengerät speichern; entweder müsste eine sehr grosse Zahl von genau gemessenen Eiohkurven festgehalten werden oder dias Rechengerät müsste so ausgebildet werden, dass es die mathematisch analytische Interpolation mit hinreichender Genauigkeit durchzuführen imstande wäre. Beide Wege wären offensichtlich sehr aufwendig. Benutzt man dagegen die erfindungsgemäss vorgeschlagene Bestimmungsmethode, genügt es, eine oder eirige wenige (für verschiedene Messbereiche anzuwendende) Eichkurven zu ermitteln und in das Rechengerät einzuspeichern, ohne dass eine Einbuase an Genauigkeit in Kauf genommen werden muss.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass der Vorteil, nur eine einzige

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Eichkurve erstellen zu müssen, bei den Analysengeräten der vorliegenden Art ganz besonders in-s Gewicht fällt. Regelmässige Nacheichungen sind nämlich unerlässlich und es macht deshalb einen grossen Unterschied aus, ob jeweils nur wenige oder ein*»e grosse Zahl von Eichkurven genau ermittelt v/erden müssen.

Ein Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in anliegender Zeichnung schematisch dargestellt. 1 bedeutet einen Vakuumheissextraktionsofen mit dem Tiegel 2, in welchem die Probe 3 erhitzt wird. Die abgegebenen Gase werden durch die Pumpe 4 einer Wärmeleitfähigkeitsmesseinrichtung 5 zugeführt. Diese besteht gewöhnlich aus einem Heizelement und einem Temperaturfühler; je nach der Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Gases ist die Temperatur, welche der Temperaturfühler anzeigt, verschieden hooh. Für die Zwecke der Erfindung kann jede bekannte Messeinrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit eines fiases herangezogeriwerden.

Mit der V/c'rmeleitfäbigkeitsmesseinrichtung 5 ist ein Schaltmanometer 6 verbunden, welches beim Unterschreiten eines im Bereich zwischen etwa Io bis loo Torr vcrwählbaren Druckes einen Schaltimpuls an das Steuergerät 7 abgibt. Dieses schaltet einem eingespeicherten Messprogramm folgend oder auf Handauslösung hin das Magnetventil 8, welches die Zuleitung aus einem Stickstoffvorratsbehälter 9 zur Wärmeleitfähigkeitsmesseinrichtung 5 öffnet und, sobald der gewünschte vorgewählte Druck darin erreicht ist, wieder schliesst.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind ferner ein CO-Analysator lo, z.B. ein UR-Absorptionsmessgerät, sowie eine Pumpe 11 zur Vorevakuierung der ganzen Anordnung^ mit den zugehörigen Ventilen 12 und IJ> vorhanden.

Die Anzeige der Wärmeleitfähigeitsmesseinrichtung kann direkt in Gasmengen geeicht werden und gibt die Gesamtgasmenge von Wasserstoff an. Nach der CO-BeStimmung mit dem CO-Analysator kann auch die Stickstoffbeilmenge berechne¹ werden. Der Sauerstoff ergibt sich aus der Menge des CO. Andere Gase

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ausser N , H_p und CO treten, sofern bei hinreichend niedrigen Drücken und hoher Entgasungstemperatur gearbeitet wird, praktisch nicht auf. Betreffs weiterer Einzelheiten der Gasbestimmung durch Wärmeleitfähigkeitsmessung sei auf ARCHIV PUER DAS EISENHUETTENWESEN, Bd. J3, 1962, S 527 bis 531 verwiesen.

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Claims (4)

PATENTANSPRUCHS

1.Verfahren zur serlenmässigen Bestimung des Vasaeratoffgehaltee von Metallproben, insbesondere Mittels automatischer Gasanalysengeräte, wobei die Proben in eine» kohlenstoffhaltigen Tiegel unter Vakuum geschmolzen und die Wärmeleitfähigkeit des 1« Ofen gebildeten Gaagemisohes gemessen und daraus die Gesamtmenge an Wasserstoff dieses Gemisches errechnet wird« dadurch gekennzeichnet, dass de« zu untersuchenden Gasgemisch vor Messung der Wärmeleitfähigkeit N₂ oder CO zugemisoht wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass N₂ oder CO bis zur Erreichung eines für eine Messerie vorbestimmten Totaldruckes des Gasgemisches zugesetzt und darauf die Wärmeleitfähigkeitemessung durchgeführt wird.

3· Verfahren naoh Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das« ein Totaldruck des Gasgemische« von weniger als loo TORR gewählt wird.

4.Anordnung zur Durchführung des Verfahrene naoh Patentanspruch 1, bestehend ame einem evakuierbaren Ofengehäuse, einem in diesem angeordneten beheizbaren Tiegel, einer mit dem Ofengehäuse verbundenen Gassammelpumpe, einer an diese angeschlossenen Wärmeleitfählgkeltsmesseinriohtung, sowie einem mit dieser verbundenen DruokfUhler, d a -duroh gekennzeichnet, dass der DruokfUhler mit einem Steuergerät und dieses mit einem Ventil In einer Zuleitung zur Wärmeleitfähigkeitsmeeeeinriohtung in Verbindung steht, welche ihrerseits an einen N₂ omar CO-Vorratsbehälter angesohbssen 1st.

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