Датчик для определения содержания кислорода в расплавленной меди

 

Использование: анализ материалов, а именно определение содержания растворенного кислорода в жидкой меди. Сущность изобретения: графитовый стержень датчика снабжен упругой пластиной с прикрепленным к ней тензорезистором. Нижний конец пластины соединен с графитовым стержнем, а верхний конец выполнен с возможностью неподвижного закрепления. На часть боковой поверхности по всей длине графитового стержня нанесено защитное огнеупорное покрытие на основе безуглеродистых материалов. 1 ил.

Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к определению кислорода в жидкой меди.

Известно устройство для определения активности кислорода в металлургических расплавах (авт. свид. СССР N 441505 от 19.04.73 г, кл. G 01 N 27/46), содержащее твердый электролит, электрод сравнения, представляющее собой концентрационный по кислороду гальванический элемент. Используемый твердый электролит, изготавливаемый, в основном, из двуокиси или других керамических материалов, обладающих ионной проводимостью, обладает низкой термостойкостью, пригоден лишь для одноразового применения.

Известно устройство для непрерывного измерения концентрации кислорода в расплавленном металле, содержащее стержень из кислородного электролита, электрод сравнения, приспособление для измерения электрохимического потенциала и защитную трубку, окружающую электролит (патент США N 3719574 от 06.06.70 г. кл. 204 195). Применяемая защита твердого электролита увеличивает срок службы устройства, однако при этом усложняется конструкция, снижается стабильность показаний.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному датчику для определения содержания кислорода в расплавленной меди является выбранное в качестве прототипа определение содержания кислорода в жидкой меди с помощью датчика, представляющего собой графитовый стержень (Uchiyma N. Oxygen grobe at Osaka Refinery, 1981, N 3 4, p. 567 570). Сущность этого определения заключается в том, что, опуская графитовый стержень в расплав меди, оператор ощущает вибрацию и может качественно судить о наличии в металле кислорода (много-мало). При этом нельзя определить точное количество растворенного кислорода и, кроме того, определение зависит от многих субъективных факторов, например квалификации, опыта работы, личных ощущений оператора и т.п.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в устранении вышеуказанных недостатков, разработке датчика, позволяющего определять концентрацию растворенного кислорода в расплавленной меди по ходу плавки, производя многократные или непрерывные замеры.

Решение задачи достигается тем, что датчик для определения содержания кислорода в расплавленной меди в виде графитового стержня согласно изобретению снабжен упругой пластиной с прикрепленной к ней тензорезистором, нижний конец которой соединен с графитовым стержнем, а верхний конец закреплен жестко и на одну из боковых поверхностей графитового стержня нанесено защитное огнеупорное покрытие на основе безуглеродистых материалов.

На чертеже представлен общий вид датчика для определения содержания кислорода в расплавленной меди.

Датчик состоит из графитового стержня 1, упругой пластины 2 с прикрепленным к ней тензорезистором 3. Нижний конец упругой пластины соединен с графитовым стержнем с помощью нижнего держателя 4 и цангового зажима 5. Верхний конец упругой пластины с помощью верхнего держателя 6 и цангового зажима 7 соединен жестко на штанге 8 механизма перемещения. Боковая поверхность графитового стержня покрыта защитным огнеупорным покрытием 9 на основе безуглеродистых материалов. Способы крепления упругой пластины и соединения ее с графитовым стержнем могут быть различными. В представленном варианте выбраны цанговые зажимы, т.к. они позволяют быстро проводить съем датчика или замену графитового стержня. Тензорезистор защищается от тепловых излучения кожухом 10. Тепловая защита тензорезистора также может быть различной. Контакты тензорезистора соединены с прибором измерения электросопротивления.

Датчик работает следующим образом. При погружении графитового стержня 1 в расплавленную медь на его поверхности происходит реакция окисления углерода с выделением газообразной окиси углерода. Графитовый стержень с одной боковой стороны защищен огнеупорным покрытием, т.е. реакция происходит только на его одной стороне, не защищенной покрытием. Пузырьки окиси углерода, отрываясь от поверхности стержня с одной стороны, вызывают его отклонение от вертикали в другую сторону. Отклоняясь, графитовый стержень, соединенный с упругой пластиной 2, вызывает ее изгиб и растягивающие напряжения в тензорезисторе 3. Чем больше содержание кислорода в расплаве, тем интенсивнее будет протекать реакция окисления углерода и тем сильнее будет отклонение графитового стержня, изгиб упругой пластины и растягивающие напряжения в тензорезисторе. Действие тензорезистора основано на изменении его электросопротивления при упругих деформациях растяжение-сжатие. Таким образом, изменение электросопротивления тензорезистора зависит от растягивающих напряжений и в конечном счете от интенсивности реакции и содержания кислорода в расплавленной меди.

В качестве примера технические параметры датчика могут быть следующими: в представленной конструкции датчика используется упругая пластина из пружинной стали толщиной 0,3 мм. К ней прикреплен с помощью клея "Циакрин 70" тензорезистор типа К 4П-10-100-В-10 с тензочувствительностью 2,18 и номинальным сопротивлением 99,8 см. Диаметр графитового стержня 9 мм, защитное огнеупорное покрытие на основе циркона с добавками жидкого стекла. Электросопротивление измерялось с помощью прибора автоматического следящего уравновешивания КСМ 4.

Перед применением датчика проводятся градуировочные плавки, при которых содержание кислорода в жидкой меди определяется параллельно известными методами (вакуум-плавлением, методом ЭДС, металлографически) и строится график электросопротивления тензорезистора содержание кислорода.

Использование предложенного датчика для определения содержания кислорода в расплавленной меди позволяет производить многократные или непрерывные замеры содержания кислорода по ходу плавки. Простота конструкции, удобство эксплуатации и недорогое оборудование позволяют использовать датчик как в лабораторных условиях при проведении исследований, так и на промышленных установках и плавильных печах при производстве меди.

Формула изобретения

Датчик для определения содержания кислорода в расплавленной меди в виде графитового стержня, отличающийся тем, что он снабжен упругой пластиной с прикрепленным к ней тензорезистором, нижний конец которой соединен с графитовым стержнем, верхний конец выполнен с возможностью неподвижного закрепления, и на часть боковой поверхности по всей длине графитового стержня нанесено защитное огнеупорное покрытие на основе безуглеродистых материалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1