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DE3631645A1 - Process for measuring temperatures - Google Patents

Process for measuring temperatures

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DE3631645A1
DE3631645A1 DE19863631645 DE3631645A DE3631645A1 DE 3631645 A1 DE3631645 A1 DE 3631645A1 DE 19863631645 DE19863631645 DE 19863631645 DE 3631645 A DE3631645 A DE 3631645A DE 3631645 A1 DE3631645 A1 DE 3631645A1
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melt
test
temperature
wall
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Guenther Dipl Ing Paul
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Tiroler Rohren und Metallwerke AG
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Abstract

A test crucible (3) has a light guide (2) sealed into the crucible wall, which runs from the interior or the inner surface of the crucible wall to beyond the outer surface of the crucible wall for conducting the thermal radiation of the melt (4) to a pyrometer (5) that can be attached to it in a simple fashion. Such a test crucible (3) is particularly suitable for performing a procedure for measuring the temperature of metallurgical melts, in which the temperature in the interior of the melt (4) in the test crucible (3) is measured with an NiCrNi thermocouple (1), for example, and at the same time, the temperature at a surface area (4a) is measured. This makes it possible to draw conclusions as to the form of solidification of the melt, the occurrence of flaws, and other properties, such as thermal conductivity etc. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Probetiegel zur Aufnahme und Temperaturmessung einer metallurgischen Schmelze und Ver­ fahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a test crucible for receiving and Temperature measurement of a metallurgical melt and Ver drive to its manufacture.

Zur Beurteilung metallurgischer Schmelzen verwendet man neben der chemischen Analyse vor allem Temperaturmessun­ gen an der erstarrenden, in einem Probetiegel befindlichen Schmelze. Erfolgt die Temperaturmessung im thermischen Zentrum eines Probetiegels mit einem eingebauten Thermo­ element, so kann man über die damit gewonnenen Abkühlkur­ ven, z. B. auf die je Zeiteinheit gebildeten Phasenteile und auf die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr aus der Schmel­ ze bzw. dem daraus gegossenen Gußstück geschlossen werden. Um weitere Aussagen über das Erstarrungsverhalten und sonstige wesentliche Eigenschaften der Schmelze, des daraus erstarrten Werkstückes und des Formstoffes zu treffen, mißt man während des Erstarrens der Schmelzprobe im Probetiegel die Temperatur im Inneren der Schmelze und die Temperatur an einem Oberflächenbereich der Schmelze.One uses for the assessment of metallurgical melts in addition to chemical analysis, above all temperature measurement against the solidifying one in a test crucible Melt. Is the temperature measurement in the thermal Center of a test crucible with a built-in thermo element, so you can use the cooling cure obtained with it ven, e.g. B. on the phase parts formed per unit of time and the rate of heat dissipation from the melt ze or the cast from it are closed. To make further statements about the solidification behavior and other essential properties of the melt, the resultant to hit the solidified workpiece and the molding material one during the solidification of the melt sample in the test crucible the temperature inside the melt and the temperature on a surface area of the melt.

Das Verhältnis der im Inneren der Schmelze und der an de­ ren Oberfläche gemessenen Temperatur gibt ein Bild von der Erstarrungsform der Schmelze: Bei einer schalenartigen Er­ starrung entfernt sich die Wärmequelle von der Oberfläche der Schmelze (Erstarrung von außen nach innen), wobei die außen gemessene Temperatur stärker abfällt als die innen gemessene Temperatur. Bei einer breiartigen Erstarrung setzt die Erstarrung an vielen Stellen, auch im Inneren, ein. Die an der Oberfläche gemessene Temperatur bleibt fast gleich hoch wie die im Inneren gemessene Temperatur. Natürlich kommen auch Mischtypen aus breiartiger und scha­ lenartiger Erstarrung vor. Sie treten in der Praxis sogar am häufigsten auf und sind der normale Verlauf beim Sphäro­ guß. The ratio of the inside of the melt and that at de The surface temperature measured gives an image of the Solidification form of the melt: With a shell-like Er the heat source moves away from the surface the melt (solidification from the outside in), the outside temperature drops more than inside measured temperature. With a slurry-like solidification sets the solidification in many places, including inside, a. The temperature measured on the surface remains almost the same as the temperature measured inside. Of course, mixed types also come from mushy and scha len-like solidification. They even occur in practice most often and are the normal course in the sphere molding.  

Breiartige Erstarrung tritt vor allem dann auf, wenn die Schmelze stark überimpft ist. Fehlerscheinungen sind of­ fene Anschnittlunker und eingesaugte Stellen. Schalenar­ tige Erstarrung tritt bei Erhöhung des Magnesium-Gehaltes bei fehlender Impfung, sowie durch Zugabe von Tellur und Schwefel auf. Ebenfalls schalenartig erstarrt Grauguß mit Lamellar-Graphit (GGL).Porridge-like solidification occurs especially when the Melt is heavily inoculated. Error symptoms are common Open gaps and sucked-in areas. Schalenar solidification occurs when the magnesium content increases in the absence of vaccination, and by adding tellurium and Sulfur on. Gray cast iron also solidifies like a shell Lamellar graphite (GGL).

Durch ein derartiges Meßverfahren, bei dem die Temperatur im Inneren und am Rand der Schmelze im Probetiegel gemes­ sen wird, läßt sich der Einfluß der zugegebenen Impfmittel­ menge und -sorte, sowie der weiteren Stoffe, wie Magnesium etc., auf die Schmelzqualität feststellen. Über die er­ mittelte Erstarrungsform sind Aussagen über typisch zu erwartende Gußfehler möglich. Außerdem kann die Wärme­ leitfähigkeit der Schmelze und des Formstoffes auf einfa­ che Weise ermittelt werden.By such a measuring method in which the temperature measured inside and at the edge of the melt in the test crucible sen, the influence of the added vaccine quantity and type, as well as other substances such as magnesium etc., determine the melt quality. About him averaged form of solidification are statements about typical expected casting errors possible. It can also heat conductivity of the melt and the molding material on simp be determined way.

Es ist bereits ein Probetiegel zur Durchführung des be­ schriebenen Meßverfahrens bekannt, bei dem ein Thermoele­ ment im wesentlichen in der Mitte der Schmelze angeordnet ist und ein weiteres Thermoelement in der Behälterwand an­ geordnet ist. Ein Nachteil des bekannten Probetiegels be­ steht darin, daß das in der Behälterwand eingesetzte Ther­ moelement nicht geeignet ist, die schnellen Abkühlvorgän­ ge an der Schmelzoberfläche zu erfassen, also immer die tatsächliche aktuelle Oberflächentemperatur der Schmelze anzugeben. Die Behälterwandtemperatur entspricht bei den schnellen Abkühlvorgängen in einem Probetiegel nämlich nicht der tatsächlichen Temperatur der Schmelze am Rand.There is already a test pan for carrying out the be Written measurement method known in which a thermo ment arranged essentially in the middle of the melt and another thermocouple in the container wall is ordered. A disadvantage of the known test crucible is that the Ther used in the container wall the fast cooling process is not suitable ge on the enamel surface, so always the actual current surface temperature of the melt specify. The container wall temperature corresponds to the rapid cooling processes in a test pan not the actual temperature of the melt at the edge.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Pro­ betiegel, insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Meßverfahrens, bei dem die Temperatur der Schmelze im Pro­ betiegel abgesehen von der Schmelzenmitte auch an einem der Tiegelwandung zugewandten Oberflächenbereich gemessen wird, zu schaffen, mit dem die aktuelle Temperatur der Schmelze im Oberflächenbereich auch bei schnellen Abkühl­ vorgängen einfach und exakt erfaßbar ist.The object of the invention is an inexpensive pro betiegel, especially for performing the described Measuring method in which the temperature of the melt in the Pro besides the center of the melt, also seal on one measured surface area facing the crucible wall will create with which the current temperature of the Melt in the surface area even with rapid cooling  operations can be recorded easily and precisely.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in die Tiegelwandung zumindest ein von dem die Schmelze aufneh­ menden Innenraum bis über die Außenfläche der Tiegelwan­ dung verlaufender Lichtleiter zur Leitung der von der Schmelze ausgehenden Temperaturstrahlung dicht eingesetzt ist.This is achieved in that in that Crucible wall at least one of which absorbs the melt interior to over the outer surface of the crucible wall light guide for guiding the from the Melt outgoing temperature radiation used tightly is.

An einem derartig ausgebildeten Probetiegel läßt sich auf einfache Weise und schnell ein übliches optisches Pyrome­ ter anschließen, beispielsweise anstecken. Optische Pyro­ meter messen die vom betreffenden Oberflächenbereich aus­ gehende Temperaturstrahlung und reagieren unmittelbar auf eine Temperaturänderung des Meßobjektes, indem sie die mit der Temperaturänderung verbundene Temperaturstrahlungs­ änderung rasch erfassen, was insbesondere an der Oberfläche der Schmelze wichtig ist. Anwärm- bzw. Abkühlzeiten des Temperaturmeßelementes, etwa eines Thermoelementes, bzw. der ganzen Behälterwand, fallen weg. Der z. B. als Glas­ stab ausgebildete Lichtleiter geht bei der Messung zwar verloren, der Probetiegel ist aber dennoch kostengünstig herzustellen und bietet die Möglichkeit einer exakten und raschen Temperaturmessung an der Oberfläche oder im Inneren einer Schmelze, wenn der Lichtleiter in die Schmelze hin­ eingeführt wird. Der Vorteil gegenüber einer Messung der Temperaturstrahlung an der freien Oberfläche der Schmelze besteht darin, daß Schlacke und Oxide auf der Oberfläche und seitliche Störstrahlung das Meßergebnis nicht beein­ flussen können und trotzdem eine rasche und kostengünstige Temperaturmessung möglich ist. Das Pyrometer befindet sich wärmegeschützt außerhalb der Tiegelwandung und ist nach der Messung selbstverständlich wiederverwendbar. Sind zwei entsprechend angeordnete Lichtleiter vorgesehen oder aber beispielsweise ein Thermoelement in der Mitte und ein Licht­ leiter zur Oberflächentemperaturmessung, so erlaubt der Probetiegel insbesondere auch eine vorteilhafte Durchfüh­ rung des genannten Meßverfahrens, bei dem die Temperatur der Schmelze im Inneren der Schmelze und an einem Ober­ flächenbereich gemessen wird. Unter Lichtleiter versteht man dabei eine Einrichtung, die zur Übertragung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, insbesondere auch für nicht sichtbare Strahlungen, wie Infrarotstrah­ lungen. Üblicherweise besteht die Tiegelwandung aus Sei­ tenwänden und einem Boden. Es sind aber auch andersför­ mige, beispielsweise halbkugelförmige Probetiegel möglich.On a test crucible designed in this way, simple and quick a common optical pyrome Connect ter, for example plug it in. Optical pyro meters measure from the surface area concerned outgoing temperature radiation and react immediately a change in temperature of the test object by the temperature radiation associated with the change in temperature Change quickly grasp what is particularly on the surface the melt is important. Warming up or cooling down times of the Temperature measuring element, such as a thermocouple, or the whole container wall, fall away. The z. B. as glass rod-shaped light guide goes during the measurement lost, but the trial pan is still inexpensive manufacture and offers the possibility of an exact and rapid temperature measurement on the surface or inside a melt when the light guide goes into the melt is introduced. The advantage over measuring the Thermal radiation on the free surface of the melt is that there is slag and oxides on the surface and lateral interference does not affect the measurement result can flow and still a quick and inexpensive Temperature measurement is possible. The pyrometer is located heat protected outside of the crucible wall and is after the measurement is of course reusable. Are two accordingly arranged light guide provided or for example a thermocouple in the middle and a light conductor for surface temperature measurement, the Trial crucible in particular also an advantageous implementation  tion of the measurement method mentioned, in which the temperature the melt inside the melt and on a top area is measured. Under light guide means one is a facility for the transmission of electromagnetic radiation is suitable, in particular also for invisible radiation, such as infrared rays lungs. The wall of the crucible usually consists of Sei walls and a floor. But they are also different possible, for example hemispherical test crucibles.

Für die Messung an der Oberfläche der Schmelze ist es besonders günstig, wenn die dem Innenraum zugewandte Eintrittsfläche wenigstens eines Lichtleiters im wesent­ lichen in der Innenfläche der Tiegelwandung liegt, in der der Lichtleiter eingesetzt ist. Die Eintrittsfläche des Lichtleiters steht also über die Innenfläche der Tiegelwandung weder vor, noch wird eine Einbuchtung in der Innenfläche der Tiegelwandung gebildet. Eine problem­ lose Oberflächentemperaturmessung ist damit durch guten Kontakt der Eintrittsfläche mit der Schmelze sichergestellt.For the measurement on the surface of the melt it is particularly favorable if the one facing the interior Entry surface of at least one light guide essentially lies in the inner surface of the crucible wall, in the light guide is inserted. The entrance area the light guide is above the inner surface of the The crucible wall is neither in front, nor is an indentation in the inner surface of the crucible wall. A problem loose surface temperature measurement is good Ensure contact of the entry surface with the melt.

Der Lichtleiter kann auch zur Messung im Inneren der Schmelze herangezogen werden, wenn gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wenigstens ein Lichtleiter bis über die Innenfläche der Tiegelwandung in den Innenraum reicht und bis auf eine Eintrittsfläche mit einer einen Strahlungseintritt hemmenden Hülle umgeben ist. Die den Strahlungseintritt hemmende Hülle besteht beispiels­ weise aus mit Schlichte aufgeklebten Isolierfasern und bewirkt, daß sicher nur die Temperatur an der im Inneren der Schmelze liegenden Eintrittsfläche gemessen wird.The light guide can also be used to measure inside the Melt can be used if according to a preferred one Feature of the invention at least one light guide over the inner surface of the crucible wall extends into the interior and except for an entrance area with one Radiation-inhibiting envelope is surrounded. The there is, for example, a radiation barrier as made of insulating fibers and glued on causes sure only the temperature at the inside the entrance surface of the melt is measured.

Zur Eichung des an den Lichtleiter angeschlossenen Pyrometers, aber auch zur Messung der Temperatur der Schmelze innen und außen (Oberfläche), eignet sich ein Probetiegel, bei dem mindestens ein durch die Tiegel­ wandung verlaufender Lichtleiter und mindestens ein im Innenraum angeordnetes Thermoelement vorgesehen ist. For calibration of the connected to the light guide Pyrometers, but also for measuring the temperature of the Melt inside and outside (surface), is suitable Trial crucible with at least one through the crucible wall running light guide and at least one in Interior thermocouple is provided.  

Dabei kann ein handelsüblicher Probetiegel mit fix einge­ bautem Thermoelement verwendet werden, in den der Licht­ leiter erfindungsgemäß eingesetzt wird.You can use a commercially available test pan with fix Built thermocouple can be used in which the light head is used according to the invention.

Besonders einfache und kostengünstige Lichtleiter sind feuerfeste Quarzstäbe, die sich wegen ihrer ähnlichen physikalischen Eigenschaften, wie die Tiegelwandung, ins­ besondere hinsichtlich der Wärmeausdehnung, vor allem für den Einbau in Probetiegel aus kunstharzgebundenem Quarzsand eignen. Diese Probetiegel verwendet man vorzugsweise, um im Sand­ gußverfahren verarbeitete Schmelzen zu untersuchen, da sie den Verhältnissen im Sandguß nahekommen. Für Kokillen­ gießer wären Schmelzproben in Probetiegeln aus Kupfer oder Kokillenwerkstoff aussagekräftiger. Die verzögerungs­ freie optische Oberflächentemperaturmessung ist bei den hohen Abkühlgeschwindigkeiten in Metallkokillen von be­ sonderem Vorteil.Particularly simple and inexpensive light guides are refractory quartz rods that are similar because of their physical properties, such as the crucible wall, ins special with regard to thermal expansion, especially for installation in test jars made of synthetic resin-bonded quartz sand. These test pots are preferably used to in the sand to process cast melts because they come close to the sand casting conditions. For molds founders would be melting samples in test crucibles made of copper or mold material more meaningful. The delay free optical surface temperature measurement is with the high cooling speeds in metal molds from be special advantage.

Allgemein soll die exakte Oberflächentemperaturmessung mittels Lichtleiter und Pyrometer und natürlich auch die Messung der Temperatur im Inneren der Schmelze das Erstarren der Probe nicht oder möglichst wenig beeinflussen.In general, the exact surface temperature measurement should using light guides and pyrometers and of course also measuring the temperature inside the melt that Do not influence the setting of the sample or influence it as little as possible.

Die Messung im Inneren schafft dabei weniger Probleme. Um Störeinflüsse durch die Oberflächenmessung auszuschalten, bildet man einmal den mit der Oberfläche der Schmelze in Kontakt stehenden Lichtleiter aus einem Material ähnlicher Wärmeleitfähigkeit wie das der restlichen Tiegelwand aus, sofern dies möglich ist. Außerdem soll gleichzeitig die Eintrittsfläche des Lichtleiters im Verhältnis zur Innen­ fläche der Wandung möglichst klein sein. Dies wirft aller­ dings das Problem auf, daß die Messung in einem sehr kleinen Oberflächenbereich u.U. nicht ausschlaggebend für die Oberflächentemperatur ist. Die Lösung besteht in einem Kompromiß, wobei gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung vorgesehen ist, daß die in der Innen­ fläche der Tiegelwandung liegenden Eintrittsflächen der Lichtleiter zwischen 0,1% und 5% der gesamten, von der Schmelze bedeckten Innenfläche der Tiegelwandung ausmachen.The measurement inside creates fewer problems. Around Eliminate interference caused by surface measurement, one forms the one with the surface of the melt in Contact standing light guide made of a material similar Thermal conductivity like that of the rest of the crucible wall, if possible. In addition, the Entry surface of the light guide in relation to the inside area of the wall should be as small as possible. This throws everyone However, the problem is that the measurement in a very small surface area may not decisive for the surface temperature is. The solution is there in a compromise, being preferred according to another  Feature of the invention is provided that in the interior entry surface of the crucible wall Light guides between 0.1% and 5% of the total of which Make up the melt-covered inner surface of the crucible wall.

Um spezielle Erstarrungsformen zu untersuchen, kann es dennoch von Vorteil sein, das Erstarrungsverhalten der Schmelze absichtlich zu beeinflussen. Dazu ist gegebenen­ falls vorgesehen, daß der Probetiegel mindestens einen von der Innenfläche der Tiegelwandung durch die Tiegel­ wandung nach außen führenden Bauteil aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise einen metallischen Kühlnagel, zur Beeinflussung der Erstarrungsform der Schmelze aufweist.To investigate special forms of solidification, it can nevertheless be advantageous, the solidification behavior of the To deliberately affect melt. This is given if provided that the sample pan at least one from the inner surface of the crucible wall through the crucibles wall leading to the outside component made of good thermal conductivity Material, preferably a metallic cooling nail, for Influencing the solidification form of the melt.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Probetiegels be­ steht die vorteilhafte Möglichkeit, daß in die Tiegelwandung eines ausgehärteten Probetiegels mindestens eine Öffnung angebracht ist, in die man den Lichtleiter vorzugsweise mit einer ausgehärteten Schichte aus in Alkohol suspendiertem Grafitpulver oder einem hochschmelzenden Oxid dicht einklebt. Falls die vorerwähnte Möglichkeit, einen oder mehrere Kühl­ nägel einzusetzen, gegeben sein soll, sind entsprechende weitere Bohrungen in der Tiegelwandung vorzusehen.In the manufacture of the test crucible according to the invention there is the advantageous possibility that in the crucible wall a hardened sample crucible at least one opening is attached, in which one preferably with the light guide a hardened layer of alcohol suspended Graphite powder or a high-melting oxide glued tightly. If the aforementioned possibility, one or more cooling to use nails, should be given, are appropriate to provide further holes in the crucible wall.

Vor allem bei einer maschinellen Herstellung einer grö­ ßeren Menge an Probetiegeln kann es aber auch günstig sein wenn mindestens ein Lichtleiter (gegebenenfalls auch Kühl­ nägel) bei der Formung der Tiegelwandungen, beispielswei­ se Pressen oder Gießen, in die Tiegelwandung miteingeformt wird.Especially with the mechanical production of a large However, it can also be cheap with a larger amount of test jars if at least one light guide (possibly also cooling nails) in the formation of the crucible walls, for example se pressing or casting, molded into the crucible wall becomes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen durch die Figuren der Zeichnungen näher erläu­ tert. The invention is based on execution examples through the figures of the drawings tert.  

Es zeigen die Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 jeweils im Schnitt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Probetiegels, die Fig. 5 ein schematisch dargestelltes Beispiel einer Verwendung des erfindungsgemäßen Probe­ tiegels zur Durchführung eines Verfahrens zur Temperatur­ messung, Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 jeweils stark schema­ tisch dargestellte Abkühlkurven der Temperatur an der Oberfläche und in der Mitte der Schmelze samt den zugehö­ rigen schematischen Erstarrungsformen.There, Figs. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4 respectively crucible measurement in section an embodiment of the sample crucible according to the invention, Fig. 5 a schematically depicted example of a use of the sample according to the invention for performing a method for temperature, Fig . 6, Fig. 7 and Fig. 8 are highly diagrammatic cooling curves of temperature at the surface and in the center of the melt together with the ring zugehö schematic solidification forms schematically shown.

In der Fig. 1 ist ein aus kunstharzgebundenem Quarzsand bestehender Probetiegel 3 dargestellt, bei dem als Licht­ leiter ein feuerfester Glasstab 2 aus Quarzglas mittels einer Schichte 15 dicht in eine Seitenwand 3 a der aus Seitenwänden 3 a und einem Boden 3 b bestehenden Tiegel­ wandung dicht eingesetzt ist. Der mit seiner Eintritts­ fläche 2 a in der Innenfläche der Seitenwand 3 a liegende Glasstab 2, dient zur raschen und exakten Oberflächentem­ peraturmessung einer nicht dargestellten, in den Tiegel einfüllbaren Schmelze, indem er die Temperaturstrahlung durch die Tiegelwandung nach außen führt, wo sie dann etwa mit einem nicht dargestellten Zweifarben-Pyrometer ausgewertet werden kann. Zur allenfalls gewünschten gleich­ zeitigen Messung der Temperatur im Inneren der Schmelze braucht lediglich beispielsweise ein NiCrNi-Thermoelement von oben in den Probetiegel 3 gehängt werden.In Fig. 1 an existing resin-bonded quartz sand test crucible 3 is shown, in which a refractory glass rod 2 made of quartz glass by means of a layer 15 as a light conductor tightly in a side wall 3 a of the side walls 3 a and a bottom 3 b existing crucible wall tight is used. The with its entrance surface 2 a in the inner surface of the side wall 3 a lying glass rod 2 , serves for the rapid and exact surface temperature measurement of a melt, not shown, which can be filled into the crucible by guiding the thermal radiation through the crucible wall to the outside, where it then approximates can be evaluated with a two-color pyrometer, not shown. For the desired simultaneous measurement of the temperature inside the melt, for example, a NiCrNi thermocouple only needs to be hung in the test crucible 3 from above.

Der in Fig. 1 dargestellte Probetiegel 3 aus kunstharzge­ bundenem Quarzsand ist einfach und kostengünstig herzustellen, indem man in die Tiegelwandung eines ansonsten fertigen Probe­ tiegels eine Öffnung bohrt und dort einen kleinen Glasstab 2 beispielsweise mittels Schlichte 15 dicht einklebt. Es ist aber auch möglich, den Lichtleiter (Glasstab) gleich bei der Formung der Tiegelwandung in der Tiegelwandung mitzu­ formen. Der Probetiegel 3 eignet sich in vorteilhafter Weise zum einfachen und raschen Anschluß eines üblichen Pyrometers, das nach der Messung wiederverwendbar ist und auf Grund der Führung der Temperaturstrahlung im Lichtleiter exakte Meß­ ergebnisse liefert.The sample crucible 3 shown in Fig. 1 made of synthetic resin bound quartz sand can be produced simply and inexpensively by drilling an opening in the crucible wall of an otherwise finished sample crucible and sealingly gluing a small glass rod 2 there, for example by means of size 15 . However, it is also possible to shape the light guide (glass rod) in the crucible wall when the crucible wall is formed. The test crucible 3 is advantageously suitable for the simple and quick connection of a conventional pyrometer, which is reusable after the measurement and, because of the guidance of the temperature radiation in the light guide, delivers exact measurement results.

Ein Tiegel aus Quarzsand liefert vor allem bei der Unter­ suchung von Schmelzen, die im Sandgußverfahren gegossen werden sollen, beste Resultate. Günstig ist dabei, daß die Eigenschaften des Glasstabes, insbesondere der Wärme­ ausdehnungskoeffizient, ähnlich dem des Tiegelmaterials ist. Um einerseits für die wahre Oberflächentemperatur der Schmelze relevante Meßergebnisse erhalten zu können und andererseits nicht durch zu große Eintrittsflächen des Lichtleiters das Erstarrungsverhalten der Schmelze zu beeinträchtigen, beträgt die Eintrittsfläche 2 a zwischen 0,1% und 5% Innenfläche der Tiegelwandung 3 a, 3 b.A crucible made of quartz sand provides the best results, especially when examining melts that are to be cast using the sand casting process. It is favorable that the properties of the glass rod, in particular the coefficient of thermal expansion, are similar to those of the crucible material. In order on the one hand to be able to obtain measurement results relevant to the true surface temperature of the melt and on the other hand not to adversely affect the solidification behavior of the melt due to excessively large entry areas of the light guide, the entry area 2 a is between 0.1% and 5% inner area of the crucible wall 3 a , 3 b .

In den Probetiegel 3 gemäß Fig. 2, der mit Schmelze 4 ge­ füllt ist, ist zusätzlich zum Glasstab 2 ein Thermoelement 1 zur Temperaturmessung im Inneren der Schmelze eingebaut. Ansonsten entspricht der Aufbau dem Probetiegel gemäß Fig. 1. Auch der Probetiegel mit zusätzlichem eingebautem Thermoelement 1 ist ebenfalls kostengünstig und einfach herzustellen, wobei von einem Probetiegel mit bereits fix eingebautem Thermoelement 1 ausgegangen werden kann, in den dann der Glasstab 2 erfindungsgemäß dicht eingesetzt wird.In the test crucible 3 according to FIG. 2, which is filled with melt 4 , a thermocouple 1 for temperature measurement is installed in the interior of the melt in addition to the glass rod 2 . Otherwise, the structure corresponds to the test crucible according to FIG. 1. The test crucible with an additional built-in thermocouple 1 is also inexpensive and simple to produce, it being possible to start with a test crucible with a thermocouple 1 already installed, in which the glass rod 2 is then inserted according to the invention in a sealed manner .

In einem Probetiegel, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, kann zur Untersuchung bestimmter Erstarrungsformen der Schmelze 4 ein Kühlnagel 16 (Fig. 3) vorgesehen sein, der das Erstarrungsverhalten der Schmelze 4 beeinflußt, wobei die Erstarrung am Kühlnagel 16 aus Metall beginnt. Es ist natürlich auch möglich, den Kühlnagel 16 in der der Ein­ trittsfläche 2 a gegenüberliegenden Seitenwand 3 a oder im Boden 3 b des Probetiegels anzubringen. In a test crucible, as shown in FIG. 2, a cooling nail 16 ( FIG. 3) can be provided to examine certain forms of solidification of the melt 4 , which influences the solidification behavior of the melt 4 , the solidification on the cooling nail 16 starting from metal. It is of course also possible to attach the cooling nail 16 in the one of the tread 2 a opposite side wall 3 a or in the bottom 3 b of the sample crucible.

Neben der Messung durch Thermoelemente 1 im Inneren der Schmelze 4 kann auch dort die Messung, insbesondere für schnelle Abkühlvorgänge, photoelektrisch erfolgen. Man verwendet dazu beispielsweise einen Probetiegel 3 nach Fig. 4, bei dem zur Messung im Inneren der Schmelze 4 ein Glasstab 2′ durch die Tiegelwandung bis in die Schmelzen­ mitte geführt wird, wobei der Glasstab 2′ bis auf die Ein­ trittsfläche 2a mit einer mittels Schlichte 15 aufgekleb­ ten, einen Strahlungseintritt hemmenden Hülle 17 umgeben ist. Bringt man ein nicht dargestelltes Thermoelement in die Nähe der Eintrittsfläche 2a, so erlaubt diese Anord­ nung auch eine Eichung eines an den Glasstab 2′ angeschlos­ senen Pyrometers über dieses Thermoelement.In addition to the measurement by thermocouples 1 inside the melt 4 , the measurement can also be carried out photoelectrically there, in particular for rapid cooling processes. For example, a test crucible 3 according to FIG. 4 is used, in which a glass rod 2 'is guided through the crucible wall into the center of the melt for measuring inside the melt 4 , the glass rod 2 ' except for the entrance surface 2 ' a with a by means of size 15 glued th, a radiation entry-inhibiting shell 17 is surrounded. If you bring a thermocouple, not shown, in the vicinity of the entry surface 2 ' a , this arrangement also permits calibration of a pyrometer connected to the glass rod 2 ' via this thermocouple.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Probetiegel können vorteilhaft zur Durchführung eines Meßverfahrens verwendet werden, bei dem die Temperatur der Schmelze im Inneren der Schmelze im Probetiegel und gleichzeitig an einem Oberflä­ chenbereich gemessen wird.The test crucibles shown in FIGS . 1 to 4 can advantageously be used to carry out a measuring method in which the temperature of the melt is measured in the interior of the melt in the test crucible and at the same time on a surface area.

Mit der in Fig. 5 dargestellten Meßanordnung wird die Temperatur der im erfindungsgemäßen Probetiegel 3 befind­ lichen metallurgischen Schmelze 4 gemäß dem genannten Ver­ fahren durch das NiCrNi-Thermoelement 1 im Inneren der Schmelze 4 und zugleich an dem der Tiegelwand zugewandten Oberflächenbereich 4 a der Schmelze 4 pyrometrisch gemes­ sen. Die pyrometrische Messung erfolgt im wesentlichen über die Messung der vom Oberflächenbereich 4 a der Schmel­ ze 4 ausgehenden Temperaturstrahlung mittels eines Pyro­ meters 5, wobei der in die Tiegelwand eingesetzte Glas­ stab 2 und eine lösbar daran befestigte, zum Pyrometer 5 gehörige Strahlungsübertragungseinrichtung 6 die Tempera­ turstrahlung zum Pyrometer 5 führen. With the measuring arrangement shown in FIG. 5, the temperature of the metallurgical melt 4 located in the sample crucible 3 according to the invention is moved according to the aforementioned Ver by the NiCrNi thermocouple 1 inside the melt 4 and at the same time on the surface area 4 a of the melt 4 facing the crucible wall measured pyrometrically. The pyrometric measurement essentially takes place by measuring the temperature radiation emanating from the surface region 4 a of the melt 4 by means of a pyro meter 5 , the glass rod 2 inserted into the crucible wall and a radiation transmission device 6 detachably attached to it, belonging to the pyrometer 5 , the radiation radiation temperature lead to pyrometer 5 .

Die vom Thermoelement 1 gelieferten, der Innentemperatur der Schmelze 4 entsprechenden Meßsignale und die vom Pyrometer 5 ausgehenden, der Oberflächentemperatur der Schmelze 4 entsprechenden Meßsignale werden jeweils in Auswerteschaltungen 7 bzw. 8 verarbeitet und die ermittelten Temperaturwerte bzw. Verläufe über gesonderte Ausgabeein­ heiten 9 bzw. 10 (Bildschirm, Drucker, Plotter etc.) aus­ gegeben. Zusätzlich oder anstelle der gesonderten Ausgabe­ einheiten 9 und 10 kann die Meßanordnung eine die der Innentemperatur und der Oberflächentemperatur der Schmelze 4 entsprechenden Ausgangssignale der Auswerteschaltungen 7 und 8 zusammen behandelnde Signalweiterverarbeitungsein­ richtung 11 aufweisen, deren Ausgabeeinheit 12 beispielsweise beide Abkühlkurven (Innentemperatur, Oberflächentemperatur), die Differenztemperaturkurve oder sonstige ermittelte Daten der betreffenden Schmelze 4, wie Erstarrungsform, Auftreten von Restschmelze (Porösitäten), oder deren Wärmeleitfähigkeit ausgibt.The measurement signals supplied by the thermocouple 1 , which correspond to the internal temperature of the melt 4 , and the measurement signals emanating from the pyrometer 5 , which correspond to the surface temperature of the melt 4 , are each processed in evaluation circuits 7 and 8 , and the determined temperature values and courses via separate output units 9 and 10 (screen, printer, plotter etc.). In addition or instead of the separate output units 9 and 10 , the measuring arrangement can have a signal processing unit 11 , the output signals of the evaluation circuits 7 and 8 , which treat the internal temperature and the surface temperature of the melt 4 , and whose output unit 12 has, for example, both cooling curves (internal temperature, surface temperature), the Differential temperature curve or other determined data of the relevant melt 4 , such as solidification form, occurrence of residual melt (porosity), or its thermal conductivity.

Falls die Temperaturen im Inneren und an mindestens einem Oberflächenbereich 4 a einer erstarrenden Schmelze 4 zumindest vom Beginn des Erstarrungsvorganges, wo sich die Schmelze 4 im wesentlichen in der flüssigen Phase befindet, bis wenigstens in die Endphase des Erstarrungsvorganges, in der ein Großteil der Schmelze 4 erstarrt ist, kontinuierlich gemessen werden, können aus den aufgetragenen Abkühlkurven Rückschlüsse auf die Erstarrungsform gezogen werden. In den Fig. 6 bis 8 sind die Erstarrungsformen von GGG-Eisen und der Einfluß auf den Temperaturverlauf im Inneren und an der Oberfläche der Schmelze 4 stark schematisiert dargestellt. Nicht berück­ sichtigt sind in diesem Schema die Unterkühlung, sowie die Unterschiede in der Geschwindigkeit der Phasenumwandlung.If the temperatures inside and on at least one surface area 4 a of a solidifying melt 4 at least from the beginning of the solidification process, where the melt 4 is essentially in the liquid phase, until at least into the final phase of the solidification process, in which a large part of the melt 4 solidified, measured continuously, conclusions can be drawn about the solidification form from the plotted cooling curves. In Figs. 6 to 8, the solidification forms of GGG-iron and the influence on the temperature profile in the interior and on the surface of the melt 4 are shown highly schematically. The supercooling and the differences in the speed of the phase change are not taken into account in this scheme.

Die Abkühlkurve 13 gibt jeweils schematisch den vom Thermo­ element 1 gemessenen Temperaturverlauf im Inneren der Schmelze 4 wieder, während die Abkühlkurve 14 dem über den Glasstab 2 und das hier nicht dargestellte Pyrometer ermittelnden Temperaturverlauf an der Oberfläche der Schmelze 4 entspricht. Mit Zick-Zack-Linien ist die schalenartige Er­ starrungsform schematisch dargestellt und mit kleinen Kreisen die breiartige Erstarrungsform.The cooling curve 13 each schematically shows the temperature curve inside the melt 4 measured by the thermocouple 1 , while the cooling curve 14 corresponds to the temperature curve on the surface of the melt 4 which is determined via the glass rod 2 and the pyrometer (not shown here ) . The shell-like congealing shape is shown schematically with zigzag lines and the mush-like congealing form with small circles.

Die in Fig. 6 gezeigte, stark überimpfte Schmelze erstarrt nach Ausbildung einer dünnen Randschale (Bereich a) breiartig (Bereich b und c), wobei dabei die inneren und äußeren Ab­ kühlungskurven 13,14 ziemlich gleich verlaufen. Bei solchen Schmelzen mit wenig Randschale tritt der Fall ein, daß am Rand ein Teil des breiartig erstarrten Gefüges schon fest ist, während in der Mitte noch flüssige Anteile sind. Durch den damit vergrößerten Abstand der Wärmequelle zum Rand (Oberfläche) fällt hier die Temperatur am Rand schon bevor sie in der Mitte fällt (Bereich c). Derartige erstarrte Schmelzen neigen zu Fehl­ erscheinungen, wie offene Anschnittlenker und eingesaugte Stellen (Bereich b und c).The melt shown in Fig. 6, heavily inoculated solidifies after formation of a thin peripheral shell (range a) mushy (range b and c), wherein while the inner and outer From cooling curves 13,14 extend quite the same. In the case of such melts with little edge shell, the case occurs that at the edge a part of the pulp-like solidified structure is already solid, while there are still liquid components in the middle. Due to the increased distance between the heat source and the edge (surface), the temperature at the edge drops before it falls in the middle (area c) . Solidified melts of this type tend to appear incorrectly, such as open gate links and sucked-in points (areas b and c) .

Die in Fig. 8 gezeigte durch starke Mg-Zugabe weiß erstarrende Schmelze erstarrt nach Ausbildung einer dickeren Randschale (Bereich a) fast rein schalenartig. Bei dieser Erstarrungs­ form weiß erstarrender Schmelzen nimmt gegen Ende der Er­ starrung die flüssige Menge in der Mitte stark ab. Dadurch gelangt weniger Wärme zum Rand (Oberfläche). Es fällt die Temperatur schon ab, bevor sie in der Mitte abfällt. Bei so erstarrten Schmelzen tritt unter anderem eine erhöhte Schwindung auf.The solidification of the melt shown in FIG. 8 by the strong addition of Mg solidifies almost like a shell after the formation of a thicker edge shell (region a) . With this solidification form of white solidifying melts, the liquid quantity in the middle decreases sharply towards the end of the solidification. This means that less heat reaches the edge (surface). The temperature drops before it drops in the middle. With such solidified melts, increased shrinkage occurs, among other things.

Kurvenverläufe wie in Fig. 7 (Mischform) treten am häufigsten auf und sind der normale Verlauf beim Sphäroguß (GGG).Curves as in Fig. 7 (mixed form) occur most frequently and are the normal course in spheroidal iron (GGG).

Die Auswertung der im Inneren und der Oberfläche der Schmelze ermittelten realen Abkühlkurven läßt neben der Bestimmung der Erstarrungsform und des Erkennens von Restschmelzen (Be­ reich c) noch weitere qualitative und quantitative Aussa­ gen über die Schmelze, beispielsweise über deren Wärme­ leitfähigkeit, und über die Wärmeabfuhr durch den Form­ stoff (z. B. Material der Tiegelwand) zu.The evaluation of the real cooling curves determined inside and the surface of the melt allows not only the determination of the solidification form and the detection of residual melts (range c) but also other qualitative and quantitative statements about the melt, for example about its heat conductivity, and about the heat dissipation through the molding material (e.g. material of the crucible wall).

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs­ beispiele beschränkt. Beispielsweise können je nach unter­ suchter Schmelze und Gußmethode auch metallische oder keramische Probetiegel verwendet werden. Auch anders auf­ gebaute Lichtleiter als die feuerfesten Glasstäbe sind denkbar und möglich. Natürlich kann der erfindungsgemäße Probetiegel prinzipiell auch für andere Zwecke als zur Durchführung des beschriebenen Meßverfahrens, bei dem die Temperatur der Schmelze im Inneren und an einem Oberflä­ chenbereich gemessen wird, verwendet werden.The invention is not based on the embodiment described examples limited. For example, depending on wanted melt and casting method also metallic or ceramic test crucibles can be used. Also differently built light guides than the refractory glass rods are conceivable and possible. Of course, the invention can In principle, trial crucibles also for purposes other than Implementation of the measurement method described, in which the Temperature of the melt inside and on a surface area is measured, can be used.

Claims (11)

1. Probetiegel zur Aufnahme und Temperaturmessung einer metallurgischen Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß in die Tiegelwandung (3 a, 3 b) zumindest ein von dem die Schmelze aufnehmenden Innenraum bis über die Außen­ fläche der Tiegelwandung (3 a, 3 b) verlaufender Licht­ leiter (2, 2′) zur Leitung der von der Schmelze (4) ausgehenden Temperaturstrahlung dicht eingesetzt ist.1. test crucible for recording and measuring the temperature of a metallurgical melt, characterized in that in the crucible wall ( 3 a , 3 b) at least one of the melt receiving interior to the outer surface of the crucible wall ( 3 a , 3 b) light guide ( 2 , 2 ') for directing the temperature radiation emanating from the melt ( 4 ) is tightly inserted. 2. Probetiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Innenraum zugewandte Eintrittsfläche (2 a) wenigstens eines Lichtleiters (2) im wesentlichen in der Innenfläche der Tiegelwandung (3 a, 3 b) liegt, in der der Lichtleiter (2) eingesetzt ist.2. Sample crucible according to claim 1, characterized in that the surface facing the interior entrance face (2 a) at least one light guide (2) is (3 a, 3 b) is substantially in the inner surface of the crucible in which the light guide (2) used is. 3. Probetiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens ein Lichtleiter (2′) bis über die Innenfläche der Tiegelwandung (3 a, 3 b) in den Innen­ raum reicht und bis auf eine Eintrittsfläche (2′a) mit einer einen Strahlungseintritt hemmenden Hülle (17) um­ geben ist.3. Test crucible according to claim 1 or 2, characterized in that at least one light guide ( 2 ') extends over the inner surface of the crucible wall ( 3 a , 3 b) into the inner space and except for an entry surface ( 2 ' a) with a radiation-retardant envelope ( 17 ) is given. 4. Probetiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein durch die Tiegel­ wandung (3 a, 3 b) verlaufender Lichtleiter (2, 2′) und mindestens ein im Innenraum angeordnetes Thermoelement (1) vorgesehen ist.4. Sample crucible according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one through the crucible wall (3 a, 3 b) extending light conductors (2, 2 ') and at least one is arranged in the interior of the thermocouple (1) is provided. 5. Probetiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Innenfläche der Tiegel­ wandung (3 a, 3 b) liegenden Eintrittsflächen (2 a) der Lichtleiter (2) zwischen 0,1% und 5% der gesamten, von der Schmelze (4) bedeckten Innenfläche der Tiegel­ wandung (3 a, 3 b) ausmachen. 5. Test crucible according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the inner surface of the crucible wall ( 3 a , 3 b) lying entry surfaces ( 2 a) of the light guide ( 2 ) between 0.1% and 5% of the total , from the melt ( 4 ) covered inner surface of the crucible wall ( 3 a , 3 b) . 6. Probetiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Lichtleiter mindestens einen feuerfesten Glasstab (2, 2′), vorzugsweise aus Quarz­ glas, aufweist.6. Test crucible according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one light guide has at least one refractory glass rod ( 2 , 2 '), preferably made of quartz glass. 7. Probetiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Probetiegel (3) aus kunstharz­ gebundenem Quarzsand besteht.7. test crucible according to one of claims 1 to 6, characterized in that the test crucible ( 3 ) consists of resin-bonded quartz sand. 8. Probetiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Probetiegel (3) mindestens einen von der Innenfläche der Tiegelwandung (3 a, 3 b) durch die Tiegel­ wandung (3 a, 3 b) nach außen führenden Bauteil aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise einen metallischen Kühlnagel (16), zur Beeinflussung der Erstarrungsform der Schmelze (4) aufweist.8. test crucible according to one of claims 1 to 7, characterized in that the test crucible ( 3 ) at least one of the inner surface of the crucible wall ( 3 a , 3 b) through the crucible wall ( 3 a , 3 b) outwardly leading component good heat-conducting material, preferably a metallic cooling nail ( 16 ), to influence the solidification form of the melt ( 4 ). 9. Verfahren zur Herstellung eines Probetiegels nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Tiegelwandung eines ausgehärteten Probetiegels (3) eine Öffnung angebracht wird, in die man den Lichtleiter (2, 2′) vorzugsweise mit einer aushärtenden Schichte (15) aus in Alkohol suspendiertem Grafitpulver oder einem hoch­ schmelzenden Oxid dicht einklebt.9. A method for producing a test crucible according to one of claims 1 to 8, characterized in that an opening is made in the crucible wall of a hardened test crucible ( 3 ), into which the light guide ( 2 , 2 ') is preferably provided with a hardening layer ( 15 ) from graphite powder suspended in alcohol or a high-melting oxide. 10. Verfahren zur Herstellung eines Probetiegels nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lichtleiter bei der Formung der Tiegel­ wandungen, beispielsweise Pressen oder Gießen, in die Tiegelwandung miteingeformt wird. 10. Method for producing a test crucible according to a of claims 1 to 8, characterized in that at least one light guide when forming the crucible walls, for example pressing or casting, into the Crucible wall is molded.   11. Verwendung eines Probetiegels zur Aufnahme einer me­ tallurgischen Schmelze, bei dem in die Tiegelwandung zumindest ein von dem die Schmelze aufnehmenden Innen­ raum bis über die Außenfläche der Tiegelwandung ver­ laufenden Lichtleiter zur Leitung der von der Schmel­ ze ausgehenden Temperaturstrahlung dicht eingesetzt ist und der im Innenraum einen Temperaturmeßfühler aufweist, zur Durchführung eines Meßverfahrens, bei dem die Temperatur im Inneren der Schmelze und die Temperatur im wesentlichen an mindestens einem der Gefäßwandung zugewandten Oberflächenbereich der Schmel­ ze gemessen wird, wobei an den Lichtleiter ein op­ tisches Pyrometer angeschlossen ist.11. Use a test crucible to hold a me tallurgical melt, in which in the crucible wall at least one of the interior receiving the melt space to beyond the outer surface of the crucible wall running light guide to guide the from the Schmel outgoing temperature radiation is used tightly and is a temperature sensor in the interior has to carry out a measurement process at which the temperature inside the melt and the Temperature essentially at least one of the Surface area of the melt facing the vessel wall ze is measured, an op table pyrometer is connected.
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