Устройство для измерения температуры жидких расплавов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКИХ РАСПЛАВОВ, содержащее гальваническую ячейку с разнородными электродами, разделенными экраном , отличающееся тем, что, с целью повышения точности из-мерений , экран выполнен в виде стакана из материала электроположительного по отношению к материалам электродов , размещенных внутри экрана в днище которого расположены отверстия для диффузионного подвода кислорода, причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов. (Л

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

y g G 01 N 27/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Ф

Ю

Ю

СЮ

4h.

ГОСЗЯАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fQ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l ) 3293354/18-25 (22) 22.95.81 (46) 07. 06.83, Бюл. и 21 (72) В.H.Ôðîëîâ, А.С.Ленович, . Л;К.Юкса,, А.И.Главацкий, Н,Н.Хорюшин и С.Н.Фролова (71) Коммунарский горно-металлургический институт (53) 543.275(088.8) (56) 1. Филиппов С.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Крашенинников M.Ã. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. "Металлургия", 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

И 640198, кл. G 01 N 27/46, 30.12.78 (прототип), „SU ÄÄ 1022034 A (5 4)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ .ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКИХ РАСПЛАВОВ, содержащее гальваническую ячейку с разнородными электродами, разделенными экраном, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, экран выполнен в виде стакана иэ материала электроположительного по отношению к материалам электродов, размещеннйх внутри экрана, в днище которого расположены отверстия для диффузионного подвода кислорода, причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов.

1 1022

Изобретение относится к измерению температуры расплавов и газов и может найти применение для измерения жидкого металла и шлака в черной металлургии, 5

Известно устройство для определения температуры .жидких расплавов и газов, содержащее два спая двух разнородных металлических проволок $1.), Недостатком .известного устройства 10 измерения температуры является низкая точность измерения температуры в области высоких температур и высокая стоимость спая разнородных металлов, выполненных обычно из драгоценных ме- 1 таллов, Так, температура ПР 30/б, представляющая наибольший практический интерес, имеет точность измерения при температуре 1500 + 50C, а при более высоких температурах еще ниже. ZO

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры жидких расплавов, содержащее гальваническую ячейку с разнородными элект- у5 родами разделенными экраном 21 .

Недостатком его является влияние ,конвективных потоков жидкого расплава на точность измерений.

Целью изобретения является повы" шение точности измерений„

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры жидких расплавов, содержащем гальваническую ячейку с разнородными

35 электродами, разделенными экраном, экран выполнен в виде стакана из материала электроположительного по отношению к материалам электродов и размещенных внутри экрана, в днище которого расположены отверстия для диффузионного подвода кислорода, причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства для измерения температуры жидких расплавов и газов.

Устройство для измерения температуры жидких расплавов состоит из гальванической ячейки 1, заключенной в защитный кожух 2, выполненный, например, из кварца и состоящий из графитного электрода 3 и магазина металлических электродов 4, в который входят, например хромовый. электрод 5 5 марганцевый электрод 6 и ванадиевый электрод 7, заключенные в экран 8, выполненный из материала, электродный

034 г потен ци ал которо го более эле ктроположительный по отношению к потенциалам электродов,, например, из металлокерамики, днище которого перфорировано, а отверстия 9 служат для массообмена электролита 10 из магазина металлических электродов в пространство вокруг графитового электрода корпуса 11 датчика, выполненного из высокотемпературного материала, например шамота, хвостовика датчика 12 с высоким электрическим сопротивлением, служащего для соединения датчика с вторичным прибором, и картонного блока 13.

При опускании устройства для замера температуры в жидкий расплав гальваническая ячейка 1 нагревается до температуры расплава и на электродах

3, 5, 6 и 7 начинают протекать окислительно-восстановительные реакции, при этом образуются гальванические пары С-Cr,. С-Мп„ С-V.

Для примера рассмотрим работу гальванической пары углерод - ванадий.

При температуре ниже 1620 С ванадий имеет сродство к кислороду больше, чем углерод, и ванадиевый электрод в интервале температур ниже 1620 С будет о анодом, при температуре выше 1620 С углерод имеет сродство к кислороду больше, чем ванадий, и ванадиевый электрод в интервале температур выше

1620 С будет катодом. Иналогично в гальванической паре углерод-марганец при температуре ниже 1420оС марганцевый электрод будет анодом, а выше

1420 С - катодом, а в гальванической паре углерод-хром при температуре ниже 1220оС хромовый электрод будет анодом, а выше 1220 С - катодом.

Металлические электроды подбираются таким образом, чтобы разность между их электродными потенциалами была равна 0,2-0,5 В.

Разность в 0,2-0,5 В между электродными потенциалами металлургических электродов позволяет повысить точность замера температуры расплава.

Снижение разности между электродными потенциалами металлических электродов меньше 0,2 В экономически нецелесообразно, а увеличение, разности. между электродными потенциалами больше чем 0,5 В снижает точность замера температуры. Использование в качестве электрода металла со значительным сродством;; к кислороду позволяет расширить диапазон измеряемых температур при высокой точности замера. з 10220

Величина и направление ЭДС в галь" ванических парах С-Сг, С-Мп и C-V характеризуют температуру жидкогО расплава. Абсолютные значения величины ЭДС в каждой гальванической паре могут:зависеть от некоторых факторов (качества графитового электрода, состава электролита и т.д.). Отношения

ЭДС пар С-Сr С-Ип, С"V более точно определяют температуру расплава, так 10 как они зависят только от температуры расплава. Иагазин металлических электродов позволяет получить несколько значений температуры расплава, усреднить ее значение, таким образом дополнительно повысить ее точность.

B качестве электролита 10 используют окислы металлов с небольшим сродством к кислороду и низкой температурой плавления, что увеличивает . значения выходных сигналов в каждой гальванической паре и повышает точность замера.

Помещение металлических электродов ., в экран из материала., электродный потенциал которого более электроположительный по отношению к потенциалам материалов электродов, погруженных в электролит, выше уровня экрана с дни щем, выполненным перфорированным, предохраняет металлические электроды от воздействия конвективных потоков, возникающих на графитовом электроде и неравномерно искажающих показания

ЭДС гальванических пар.

Экран выполнен из материала, элект35 родный потенциал которого более электроположителен по отношению к потенциалам материалов электродов, что снижает величину возникающих паразитных

40 токо.в между графитным электродов и экраном.и искажающими показания ЭДС гальванопар. Кроме того, экран препятствует переносу ионов кислорода из электролита в магазине электродов в 4 . электролит, окружающий угольный электрод, и обратно, что исключает неравномерность распределения концентраций кислорода по сечению у различных металлических электродов..

Отношение длины погруженной в 50 электролит боковой поверхности экрана к длине .погруженной части электродов ог.ределяется наилучшими. условиями стабильной работы устройства,ддя,.„ измерения температуры жидких распла- 55 вов и газов. При уменьшении отношения длины погруженной. в электролит боко вой поверхности экрана к длине погруР

34- 4 женной части электродов менее 1,$ ухудшается стабильность измерений температуры, так как на активность кислорода электролита оказывают . влияние конвективные потоки, возникающие на углеродном электроде за счет образования пузырьков окиси углерода и проникновения их через пер" форированное днище экрана в магазин электродов. При увеличении отношения боковой поверхности экрана к длине погруженной части экрана больше двух увеличиваются габариты устройства без повышения существенной точности замера температуры, что экономически невыгодно.

Диаметр отверстий в перфорированI ном днище экрана составляет О, 1-5 мм что обеспечивает высокую точность замера температуры. При уменьшении диаметра отверстий в днище экрана мень" ше 0,1 мм возникает концентрационная разность ЭДС между. электролитом магазина электродов и электролитом, окружающим углеродный электрод, что искажает истинные значения ЭДС с.гальванических пар. При увеличении диаметра отверстия в перфорированном днище экрана. больше 5 мм сказывается влия" ние на показания значений температуры конвективных потоков, образующихся на поверхности углеродного электрода, что ухудшает точность замера.

Необходимость выполнения электро" да,.расположенного снаружи экрана из углерода объясняется термодииамичес-. кими особенностями этого элемента.

Так электродный потенциал углерода с повышением температуры возрастает в

То время, как электродный потенциал всех металлов с повышением темпера" туры уменьшается, что для всех гальванических пар металл-углерод обеспечивает наличие температуры при которой ЭДС гальванопары равно нулю.

Активность кислорода в жидкой стали; например, в датчиках ИиСиС, определяется путем измерения величины

ЭДС в высокотемпературном концентрированном гальваническом элементе без переноса по уравнению Нериста

С03 где Е - электродвижущая сила, В;

R - -газовая постоянная;

F - повтФянная Фарадея; и - число переноса заряда .потенциала определяющего процесса;

10220 р - активность кислорода вметал% ле и электроде сравнения.

Так как электролит обычно обладает смешанной проводимостью, то измеренная ЭДС с Е связана уравнением.

Еиэм= F (1 - пэ), где n „- .доля зпектронной проводимости.

Доля ионной и электронной проводимости зависит от материала электролита (наличие стабилизирующих примесей) °

Выполнение экрана из материала, электроотрицательного по отношению к материалам электродов, приводит к дополнительному возникновению ЭДС между экраном и электродами магазина

З4 4 и значительному изменению активности кислорода, что влияет на точность измерения температуры расплава.

Пары электродов металл " углерод. будут работать во всем диапазоне температур, что позволяет повысить точность измерения, поэтому наличие магазина электродов позволяет не только расширить диапазон измерения температур, но и повысить достоверность их значений, Устройство измеряет отношение ЭДС гальванопар, что однозначно связано с температурой жидкого расплава и на вторичный прибор выдаются значения температур.

ВНИИПИ Заказ 4029/35 Тираж 873 Подписное филиал RR(lt"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4