ES2645397T3

ES2645397T3 - Dispositivo para la medición de la temperatura en baños de fundición metálicos

Info

Publication number: ES2645397T3
Application number: ES13158098.7T
Authority: ES
Inventors: Martin Kendall; Marek Grabowy
Original assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: CA2807856C; JP5470479B2; EP2639562A3; CN103308192A; DE102012004987B4; CA2807856A1; DE102012004987A1; PT2639562T; BR102013006119A2; US9182291B2; JP2013190425A; CN103308192B; US20130243031A1; PL2639562T3; EP2639562A2; EP2639561A2; BR102013006119B1; EP2639562B1

Abstract

Dispositivo para la medición de la temperatura en baños de fundición metálicos con un termoelemento, el cual está dispuesto en un tubo cerámico (1) cerrado en un lateral, y con un cuerpo protector (2) exterior que rodea al tubo (1) cerrado en un lateral, en donde se forma una cámara anular (3) entre el tubo (1) cerrado en un lateral y la superficie interior del cuerpo protector (2), caracterizado por que el cuerpo protector (2) está formado por una mezcla en un 75-90% en peso de óxido de aluminio, en un 2-10% en peso de óxido de silicio, en un 7-15% de grafito, en un 0,1-1% en peso de Fe2O3, en un 0,1-1% en peso de (K2O + Na2O) y en un 0,1-1% en peso de MgO.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo para la medicion de la temperatura en banos de fundicion metalicos

La invencion hace referencia a un dispositivo para la medicion de la temperatura en banos de fundicion metalicos con un termoelemento, el cual esta dispuesto en un tubo ceramico cerrado por un lateral, y con un cuerpo protector exterior que rodea al tubo cerrado en un lateral, formandose una camara anular entre el tubo cerrado en un lateral y la superficie interior del cuerpo protector.

Se conoce un dispositivo de este tipo del documento GB-A-2193375. Aqu se describe que el termoelemento esta rodeado por un tubo metalico, en particular de molibdeno. El tubo de molibdeno esta rodeado adicionalmente por un recubrimiento oxfdico. Se conocen otros dispositivos de este tipo por el documento EP 558808B1. Aqu se describe un relleno ventajoso de la camara anular entre el cuerpo protector y el tubo de termoelemento.

Se conocen unos dispositivos similares por ejemplo por el modelo de utilidad aleman GM 74 19 633. En la disposicion aqu descrita se inserta el tubo cerrado en un lateral, que rodea un termoelemento, en un cuerpo protector de oxido metalico termorresistente y grafito, en donde entre el tubo cerrado en un lateral y el cuerpo protector se forma una rendija anular. El termoelemento dispuesto en el tubo cerrado en un lateral, se compone, para su aplicacion a las altas temperaturas reinantes en los banos de fundicion, de materiales costosos como el platino. En particular en el caso de mediciones de temperatura continuadas, que son necesarias para un control constante del bano de fundicion, el termoelemento no esta protegido suficientemente en el interior de la disposicion descrita, ya que en particular los gases reactivos o corrosivos atraviesan las envolturas que rodean al termoelemento y con ello pueden destruir las envolturas y el propio termoelemento. Por ello puede ser necesaria una sustitucion reiterada del termoelemento. Bajo la influencia de las altas temperaturas en el bano de fundicion se forman en el interior del cuerpo protector del dispositivo por ejemplo monoxido de silicio y monoxido de carbono, que atraviesan el tubo de oxido de aluminio que rodea al termoelemento. A este respecto el monoxido de carbono aumenta la porosidad de este tubo, con lo que el tubo se destruye lentamente. El monoxido de silicio reacciona con el cable del termoelemento, de tal manera que el mismo se destruye y la medicion de la temperatura es defectuosa o ya no puede llevarse mas a cabo.

Se conoce un dispositivo similar por ejemplo tambien del documento US 5388908 A, que describe un dispositivo para medir la temperatura en banos de fundicion con un termoelemento, el cual esta dispuesto en un tubo ceramico cerrado en un lateral, en donde el punto de soldadura caliente del termoelemento esta dispuesto en las proximidades del extremo cerrado del tubo, y con un cuerpo protector exterior que rodea al tubo cerrado en un lateral con la formacion de una camara anular entre el tubo cerrado en un lateral y la superficie interior del cuerpo protector, en donde el cuerpo protector se compone fundamentalmente de oxido metalico termorresistente y grafito.

Se conoce un dispositivo tambien similar por ejemplo del documento US4977001A, que describe un revestimiento para un cuerpo de molibdeno como por ejemplo un tubo de molibdeno, que protege el molibdeno contra entornos corrosivos a altas temperaturas. El revestimiento contiene oxidos de molibdeno, aluminio, silicio y metales alcalinos con por ejemplo los siguientes porcentajes en peso del contenido metalico total: 18-40% de molibdeno; 10-25% de aluminio; 25-50% de silicio y 8-12% de metales alcalinos. El revestimiento puede formarse por medio de que el tubo de molibdeno se haga contactar a una temperatura superior a 400 °C, en presencia de oxfgeno, con oxidos igmfugos de aluminio, silicio y metales alcalinos.

Otro dispositivo de la clase caracterizada al comienzo se conoce por el documento GB-B 2 193 375. En este dispositivo el termoelemento esta rodeado por un tubo de molibdeno hermetico cerrado en un lateral, recubierto con ceramica, el cual esta incrustado en el cuerpo protector mediante una masa ceramica. Este tubo de molibdeno es muy caro y su produccion es complicada. Para evitar una destruccion a causa de tensiones termoelasticas, el tubo de molibdeno esta rodeado por varias capas ceramicas, que presentan un contenido de molibdeno que se reduce hacia fuera. Estas capas se usan entre otras cosas para compensar gradientes de temperatura a lo largo del tubo de molibdeno. Estas capas ceramicas y el tubo de molibdeno pueden ser destruidos sin embargo tambien por gases reactivos, como monoxido de carbono o monoxido de silicio.

La tarea de la presente invencion consiste en producir un dispositivo para la medicion de la temperatura, en el que se aumente la vida util del termoelemento.

Esta tarea queda resuelta para el dispositivo caracterizado al comienzo, conforme a la invencion, por medio de que el cuerpo protector este formado por una mezcla en un 75-90% en peso de oxido de aluminio, en un 2-10% en peso de oxido de silicio, en un 7-15% en peso de grafito, en un 0,1-1% en peso de Fe2O3, en un 0,1-1% en peso de (K2O + Na2O) y en un 0,1-1% en peso de MgO, asf como dado el caso de impurezas inevitables. Este material conduce a una mayor resistencia a la presion y resistencia a la flexion del cuerpo protector, es mas resistente a la corrosion y a la erosion que los cuerpos protectores correspondientes de materiales conocidos.

Es ventajoso que la camara anular este rellena fundamentalmente de polvo de oxido metalico y aluminio como medios reductores de oxfgeno, en donde el porcentaje del medio reductor de oxfgeno es aproximadamente del 15% en peso hasta aproximadamente el 70% en peso con relacion al relleno de la camara anular. Este medio reductor de oxfgeno impide que los gases corrosivos o reactivos, como por ejemplo monoxido de silicio o monoxido de

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carbono, alcancen el tubo cerrado en un lateral que rodea al termoelemento y destruyan el mismo as^ como el termoelemento. Bajo la oxidacion del medio reductor se forman silicio y carbono, que no atacan ni el termoelemento ni el tubo que rodea al mismo.

El medio reductor de oxfgeno esta configurado convenientemente en forma pulverulenta y se mezcla con el polvo de oxido metalico. De este modo se hace posible una distribucion homogenea del medio reductor de oxfgeno en la camara anular y se garantiza una elevada efectividad de este medio.

Tambien es posible configurar el medio reductor de oxfgeno en forma de barras, que esten dispuestas en particular en paralelo al tubo cerrado en un lateral. Tambien es posible una configuracion del medio reductor de oxfgeno en forma de alambres, granulos y/o granos, que esten incrustados en el oxido metalico. Otra posibilidad de alojar el medio reductor de oxfgeno en la camara anular consiste en que este medio rodee tubularmente el polvo de oxido metalico. El tubo puede presentar paredes cilmdricas cerradas o tambien equipadas con orificios. Tambien es concebible la disposicion tubular de un polvo. Tambien es posible una combinacion de varias formas del medio reductor de oxfgeno. En general la conformacion del medio reductor no esta limitada a las formas citadas.

El medio reductor debe estar repartido evidentemente por toda la camara anular, para conformar optimamente su efecto. Solamente debe evitarse que el medio reductor una directamente el tubo cerrado en un lateral y el cuerpo protector, ya que una union asf puede conducir a puentes de calor que podnan exponer el tubo cerrado en un lateral a una carga termomecanica no homogenea. Un aislamiento conforme a esto se realiza mediante el polvo de oxido metalico. Es conveniente que el polvo de oxido metalico dispuesto en la camara anular este formado por un oxido o una mezcla de varios oxidos del grupo oxido de aluminio, oxido de magnesio, oxido de circonio, oxido de titanio. A este respecto ha demostrado ser particularmente conveniente la utilizacion de oxido de aluminio, ya que el mismo tambien es muy economico. El contenido de aluminio es convenientemente, con relacion al relleno de la camara anular, aproximadamente del 25% en volumen al 65% en volumen.

Es asimismo ventajoso que el cuerpo protector presente una densidad del material de 2,8 a 3 g/cm3. Puede presentar convenientemente una porosidad abierta de tan solo del 10% al 15%. Es ademas ventajoso que el tamano de grano medio de la mezcla del material del cuerpo protector sea inferior a 1 mm. De este modo se aumenta la resistencia a la corrosion y a la erosion si se usa el dispositivo por ejemplo en banos de fundicion de acero.

A continuacion se explican con mas detalles unos ejemplos de realizacion de la invencion en base a un dibujo. En el dibujo muestra:

la figura 1 la exposicion esquematica del dispositivo con polvo reductor de oxfgeno.

El dispositivo representado en la figura 1 para la medicion de la temperatura en banos de fundicion metalicos presenta un termoelemento que, de forma conocida, esta dispuesto en un tubo gemelo ceramico no representado. El mismo esta rodeado por un tubo de oxido de aluminio 1 cerrado en un lateral. El punto de soldadura caliente del termoelemento se encuentra en las proximidades del extremo cerrado del tubo de oxido de aluminio 1, lo mas directamente posible en ese extremo.

El tubo de oxido de aluminio 1 cerrado en un lateral esta insertado en un cuerpo protector 2, que se compone de un oxido metalico termorresistente, como por ejemplo oxido de aluminio y grafito. Este cuerpo protector 2 presenta, para insertar el tubo de oxido de aluminio 1 cerrado en un lateral, una cavidad dispuesta en la direccion longitudinal del cuerpo protector 2, que atraviesa el cuerpo protector 2 en su extremo alejado del extremo de penetracion cerrado. Mediante la abertura asf obtenida se implanta el tubo de oxido de aluminio 1 con el termoelemento en el cuerpo protector 2. El diametro de la cavidad es unos 8 - 15 mm mayor que el diametro del tubo de oxido de aluminio 1. De este modo se obtiene una camara anular 3 entre el cuerpo protector y el tubo de termoelemento.

El cuerpo protector puede producirse mediante la utilizacion de una mezcla formada por un 75% a 90% en peso de oxido de aluminio, que contiene MgO y Fe2O3, de un 4% a 10% en peso de grafito, un 4% a 10% en peso de resina fenolica (una resina endurecedora) para reforzar el cuerpo protector y 1% a 7% en peso de silicio como antioxidantes. Durante la mezcla de los componentes, no solo del compuesto a modo de ejemplo, la mezcla se seca a temperaturas de entre la temperatura ambiente y 90°C. Despues de esto se moldea y prensa la mezcla (no solo en el compuesto a modo de ejemplo) y por ultimo se caldea, en donde despues de un primer paso de caldeo se pulveriza sobre la superficie exterior del cuerpo protector un esmalte de una solucion acuosa (p.ej. silicato de boro con Na2O y K2O como componentes reductores de la temperatura de fusion) con un espesor de capa (de p.ej. unos 0,25 mm). El esmalte impide un desgaseado/una descarburacion del material durante la combustion y durante el uso. Despues de este paso se combustiona hasta 900°C. Durante el proceso el Silicio se convierte en SO2 y las impurezas inevitables se convierten en Fe2O3, K2O, Na2O y MgO. El cuerpo protector acabado presenta por ejemplo aproximadamente un 82% en peso de A^O3, un 6% en peso de SiO2, un 11% en peso de carbono como grafito, un 0,4% en peso de Fe2O3, un 0,3% de K2O + Na2O y un 0,3% en peso de MgO.

El tubo protector presenta una resistencia a la presion a temperatura ambiente de aproximadamente 40 a 50 Mpa, una resistencia a la flexion a temperatura ambiente de aproximadamente 6 a 9 Mpa y a 1450 °C de 10 a 15 Mpa. Su densidad de material es aproximadamente de 2,8 a 3 g/cm3 y su porosidad abierta es aproximadamente del 10% al 15%. El cuerpo protector tiene, a causa de su resistencia a la corrosion y a la erosion, una vida util mas larga que los

cuerpos protectores conocidos y presenta una elevada estabilidad durante su utilizacion en el bano de fundicion de acero.

La camara anular 3 puede estar rellena de una mezcla entre polvo de oxido de aluminio y polvo de aluminio, en donde el porcentaje de polvo de aluminio del relleno es de aproximadamente el 40% - 50% en volumen. El medio 5 reductor puede presentarse tambien en forma de barras de aluminio, que estan dispuestas casi en paralelo al tubo de oxido de aluminio 1, que contiene el termoelemento. Estas barras de aluminio estan incrustadas en el polvo de oxido de aluminio. Tambien es concebible disponer las barras de aluminio de algun otro modo, si bien la disposicion en paralelo al tubo de oxido de aluminio 1 es la mas efectiva en cuanto a la accion reductora. Tambien es posible una disposicion del medio reductor en forma de alambres o granulos / granos en al polvo de oxido de aluminio, o 10 como tubo de aluminio dispuesto alrededor de polvo de oxido de aluminio.

Al calentarse el dispositivo en el bano de fundicion metalico, como por ejemplo en un bano de fundicion de acero, se funde el aluminio reductor de oxfgeno. Sin embargo, se impide que el bano de fundicion de aluminio caiga en la punta cerrada del cuerpo protector 2, por medio de que, este bano de fundicion de aluminio, entra rapidamente en las cavidades formadas por el polvo de oxido de aluminio y, de este modo, se impide su movimiento descendente.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la medicion de la temperatura en banos de fundicion metalicos con un termoelemento, el cual esta dispuesto en un tubo ceramico (1) cerrado en un lateral, y con un cuerpo protector (2) exterior que rodea al tubo (1) cerrado en un lateral, en donde se forma una camara anular (3) entre el tubo (1) cerrado en un lateral y la superficie interior del cuerpo protector (2), caracterizado por que el cuerpo protector (2) esta formado por una mezcla en un 75-90% en peso de oxido de aluminio, en un 2-10% en peso de oxido de silicio, en un 7-15% de grafito, en un 0,1-1% en peso de Fe2O3, en un 0,1-1% en peso de (K2O + Na2O) y en un 0,1-1% en peso de MgO.
2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la camara anular (3) esta rellena fundamentalmente de polvo de oxido metalico y aluminio como medio reductor de oxfgeno, en donde el porcentaje del medio reductor de oxfgeno es aproximadamente del 15% en peso hasta aproximadamente el 70% en peso con relacion al relleno de la camara anular (3).
3. Dispositivo para la medicion de la temperatura segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el medio reductor de oxfgeno presenta una forma pulverulenta y se mezcla con el polvo de oxido metalico.
4. Dispositivo para la medicion de la temperatura segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado por que el polvo de oxido metalico dispuesto en la camara anular esta formado por un oxido o una mezcla de varios oxidos del grupo oxido de aluminio, oxido de magnesio, oxido de circonio, oxido de titanio.
5. Dispositivo para la medicion de la temperatura segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el polvo de oxido metalico esta formado fundamentalmente por oxido de aluminio.
6. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el cuerpo protector (2) presenta una densidad de 2,8 a 3 g/cm3.
7. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el cuerpo protector (2) presenta una porosidad del 10% al 15%.
8. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el tamano de grano medio de la mezcla del material del cuerpo protector (2) es inferior a 1 mm.