Устройство для сбора газов в металлических расплавах и способ измерения содержания газа в них


 


Владельцы патента RU 2478954:

ХЕРАЕУС ЭЛЕКТРО-НИТЕ ИНТЕРНАЦИОНАЛЬ Н.В. (BE)

Группа изобретений относится к сбору газов в металлических расплавах. Устройство для сбора газов в металлических расплавах содержит имеющий собирающее газ тело погружной конец, оканчивающийся у погружного конца газоподвод и газоотвод для проникающих через собирающее газ тело газов, причем собирающее газ тело имеет расположенную на погружном конце торцевую сторону и боковые стенки. При этом, по меньшей мере, часть собирающего газ тела имеет газонепроницаемый слой. Кроме того, описано применение заявленного устройства для измерения содержания газа в металлическом расплаве. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройству для сбора газов в металлических расплавах, содержащему имеющий собирающее тело погружной конец, оканчивающийся у погружного конца газоподвод и газоотвод для проникающих через собирающее тело газов, причем собирающее газ тело имеет расположенную на погружном конце торцевую сторону и боковые стенки. Кроме того, изобретение относится к способу измерения содержания газа в металлическом расплаве, при котором газ вводится в металлический расплав, вступает в газообмен с содержащимся в металлическом расплаве газом, поглощается и подается к измерительному устройству для обработки, причем в металлический расплав вводятся и обрабатываются, по меньшей мере, два разных газа, и при этом оба газа содержат газ-носитель и, при необходимости, примесь газа, доля которого в металлическом расплаве должна быть определена.

Такие устройства известны, например, из DE 102005011181 А1 или ЕР 307430 В1. В них газы из металлического расплава собираются и подаются к измерительному устройству, так что может быть измерено содержание определенных газов в металлическом расплаве. Для этого газоподвод для ввода эталонного газа или газа-носителя в металлический расплав пропускается через собирающее газ тело и выводится из него на его торцевой стороне. По газоподводу в металлический расплав вдувается эталонный газ. Он обогащается содержащимися в металлическом расплаве газами, или, по другому способу, эталонный газ имеет более высокую концентрацию измеряемого газа, чем металлический расплав, так что образующаяся газовая смесь имеет меньшую концентрацию измеряемого газового компонента, чем эталонный газ. Образующаяся газовая смесь принимается собирающим газ телом, подается по газоотводу к измерительному устройству и обрабатывается. Подробно способ измерения описан, например, в ЕР 307430 В1. Такие способы измерения описаны также в ЕР 563447 А1.

Аналогичные устройства известны из US 6216526 В1 и ЕР 295798 А1.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известных устройств для сбора газа и повышение эффективности процесса сбора и способа измерения.

Эта задача решается посредством признаков независимых пунктов формулы. Предпочтительные варианты приведены в зависимых пунктах. За счет того, что, по меньшей мере, часть собирающего газ тела имеет газонепроницаемый слой, оно может принимать и подавать к газоотводу и, тем самым, к измерительному устройству бóльшую часть газов, поскольку проникающие в собирающее газ тело газы, по меньшей мере, по существу не могут покидать его вне газоотвода, так что к измерительному устройству может подаваться заметно большая доля принятых собирающим газ телом газов. За счет этого измерение становится более простым, более быстрым и, в конечном счете, также более точным.

Целесообразно, если, по меньшей мере, часть внешних боковых стенок имеет газонепроницаемый слой. Само собирающее газ тело может иметь на своей торцевой стороне уже известную из уровня техники полость. В этой полости сначала собираются идущие из расплава газы. Они проникают тогда в собирающее газ тело, поскольку они не могут выходить из полости иначе. За счет бокового экранирования газонепроницаемым слоем газы могут выходить только в газоотвод. Для этого газонепроницаемый слой может быть расположен на поверхности боковых стенок собирающего газ тела. Предпочтительно, что слой состоит, по меньшей мере, из двух расположенных друг на друге частичных слоев. Внутренний, обращенный внутрь собирающего газ тела частичный слой может быть выполнен из металла, в частности, из металла с более высокой температурой плавления, чем железо. В качестве металлов рассматриваются, в частности, молибден, титан, ванадий, хром, ниобий или сплав, по меньшей мере, с одним из этих металлов. Нижний внутренний частичный слой является газонепроницаемым. На него может быть нанесен внешний, обращенный наружу от собирающего газ тела частичный слой из керамики. Он может служить защитным слоем для нижнего частичного слоя из металла, расположенного между ним и собирающим газ телом. Внешний частичный слой может быть выполнен преимущественно из оксидной керамики или силиката, в частности из диоксида циркония, оксида алюминия, диоксида хрома, силиката циркония, силиката алюминия или шпинели.

Собирающее газ тело может быть почти полностью окружено защитным слоем, причем непокрытыми являются только расположенный на торцевой стороне газовый вход в собирающее газ тело и доступ к газоотводу из собирающего газ тела. Целесообразно оставить непокрытой всю торцевую сторону собирающего газ тела или только поверхность расположенной на торцевой стороне полости. Преимущественно, по меньшей мере, один из частичных слоев нанесен плазменным напылением.

Целесообразно собирающее газ тело может иметь цилиндрическую или коническую боковую стенку. Газоотвод расположен преимущественно на противоположной торцевой стороне задней стенке собирающего газ тела. Газоотвод может быть расположен, например, на присоединительном патрубке для газа или в отверстии собирающего газ тела.

Устройство используется, согласно изобретению, для измерения содержания газа в металлическом расплаве. Измерения возможны, например, в самых разных стальных расплавах. Само собирающее газ тело непроницаемо для металлического расплава, однако очень хорошо пропускает газ и обладает поглощающей (принимающей) измеряемые газы способностью.

Согласно изобретению, способ измерения характеризуется тем, что концентрация примешанного газа лежит либо в каждом случае ввода газа ниже, либо в каждом случае ввода газа выше концентрации измеряемого газа в металлическом расплаве. При этом следует исходить из предполагаемой концентрации газа в металлическом расплаве, и концентрация вводимого газа выбирается либо заметно ниже, либо заметно выше ожидаемой концентрации в металлическом расплаве. Тогда в металлическом расплаве происходит либо абсорбция, либо десорбция измеряемого газа. Следовательно, измерение производится с помощью двух (или более) независимых друг от друга газов. При этом могут использоваться одинаковые или разные газы-носители. Вводимые в расплав газы поглощают (принимают) газ из расплава, когда концентрация измеряемого газа в металлическом расплаве выше концентрации этого газа во вводимом газе, так что в качестве вводимого газа может использоваться даже только газ-носитель, а концентрация измеряемого газа во вводимом газе может быть нулевой. Наоборот, металлический расплав поглощает газ из вводимого газа, поскольку, в любом случае, желательно, конечно, равновесие. Для измерения можно воспользоваться тем обстоятельством, что абсорбционные и десорбционные характеристики разных газов в металлических расплавах могут быть разными.

В качестве газа-носителя могут использоваться инертные газы, преимущественно аргон и/или азот. В качестве примешиваемого газа может использоваться моноксид углерода, так что его содержание в металлическом расплаве можно измерить.

Пример осуществления изобретения более подробно поясняется ниже с помощью чертежа.

Чертеж изображает в частичном разрезе соответствующее изобретению устройство.

Изображенное на чертеже устройство крепится крепежным патрубком 1 на несущей трубе (не показана) и погружается с ней в стальной расплав. В него погружается собирающее газ тело 2 для осуществления в нем газообмена.

В крепежном патрубке 1 расположены газовые подключения 3; 3'. При этом центральное газовое подключение 3 оканчивается в расположенном по центру в устройстве газоподводе 4. Последний проходит по центру через собирающее газ тело и заканчивается под его торцевой стороной 5. По газоподводу 4 в металлический расплав вводится газ-носитель. Газоподвод 4 состоит, по существу, из кварцевой трубы, которая может быть изогнута на своем погружном конце, так что ее устье ориентировано в направлении собирающего газ тела 2. Газоподвод 4 зафиксирован в собирающем газ теле 2 цементом 6. Поступающий по газоподводу 4 в металлический расплав газ-носитель принимает (поглощает) из него газы, поднимается в полость 7 собирающего газ тела 2 и проникает в него оттуда и с торцевой стороны 5. Собирающее газ тело 2 выполнено из пористого материала, например цемента. Возможно также керамическое тело, например из оксида алюминия. Через поры собирающего газ тела газ поднимается вверх в газоотвод. Он, по существу, образован трубой 8 из кварцевого стекла, которая зафиксирована в собирающем газ теле 2 цементом 9. В трубе 8 расположен пористый наполнитель 10 из оксида алюминия, например в форме шариков. Через наполнитель 10 происходит отвод смешанного с газом из металлического расплава газа-носителя по газовым подключениям 3' к измерительному устройству. В нем извлеченный газ сравнивается с вводимым в металлический расплав газом, принятый (или возвращенный) из расплава газ обрабатывается (оценивается), и за счет этого определяется содержание газа в металлическом расплаве. Этот процесс сам по себе достаточно известен и описан, например, в ЕР 307430 В1 (или аналогично в ЕР 563447 А1). В качестве газа-носителя вводимого газа используется аргон. Для измерения содержания моноксида углерода в стальном расплаве к газу-носителю примешивается моноксид углерода в количестве более 2,5% (например, 5-10%), поскольку ожидаемое содержание газа составляет 2,5%.

Собирающее газ тело 2 имеет на своей конической внешней поверхности газонепроницаемый слой, состоящий из внутреннего (или нижнего) 11 и внешнего 12 частичных слоев. Внутренний частичный слой 11 выполнен из молибдена, а внешний частичный слой 12 служит защитным слоем и выполнен из шпинели.

В принципе, газонепроницаемый слой может быть расположен также на обращенном к погружному концу конце собирающего газ тела 2. Однако этого, как правило, не требуется, поскольку имеющиеся там поверхности настолько малы, что выход газа происходит лишь в незначительном объеме. Благодаря этому практически весь принятый устройством газ направляется в ограниченный трубой 8 из кварцевого стекла газоотвод.

С помощью устройства можно определить также содержание водорода или азота в стальных расплавах.

1. Устройство для сбора газов в металлических расплавах, содержащее имеющий собирающее газ тело погружной конец, оканчивающийся у погружного конца газоподвод и газоотвод для проникающих через собирающее газ тело газов, причем собирающее газ тело имеет расположенную на погружном конце торцевую сторону и боковые стенки, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть собирающего газ тела имеет газонепроницаемый слой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть боковых стенок имеет газонепроницаемый слой.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что газонепроницаемый слой расположен на поверхности боковых стенок собирающего газ тела.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газонепроницаемый слой образован, по меньшей мере, из двух расположенных друг на друге слоев, а именно нижнего слоя и верхнего слоя.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что нижний, обращенный внутрь собирающего газ тела слой выполнен из металла.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нижний слой выполнен из металла с более высокой температурой плавления, чем железо.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нижний слой выполнен, по существу, из металла группы:
молибден, титан, ванадий, хром, ниобий или сплава, по меньшей мере, с одним из этих металлов.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внешний, обращенный наружу от собирающего газ тела слой выполнен из керамики.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что внешний слой выполнен из оксидной керамики или силиката.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что внешний слой выполнен из диоксида циркония, оксида алюминия, диоксида хрома, силиката циркония, силиката алюминия или шпинели.

11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один слой нанесен плазменным напылением.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что собирающее газ тело имеет цилиндрическую или коническую боковую стенку.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газоотвод расположен на противоположной торцевой стороне задней стенке собирающего газ тела.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газоотвод расположен на присоединительном патрубке для газа или в отверстии собирающего газ тела.

15. Применение устройства по одному из пп.1-14 для измерения содержания газа в металлическом расплаве.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лиозолю для токсикологических испытаний. .

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано при исследованиях ферромагнетиков, подверженных действию сверхсильных магнитных полей.

Изобретение относится к области магнетизма ферромагнетиков и может быть использовано для регистрации структурного изменения ферроматериала в сверхсильном магнитном поле.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения благородных металлов в природных и промышленных объектах. .

Изобретение относится к исследованию структуры высокопрочных сталей. .

Изобретение относится к области химии и анализа почв, исключая почвы, сформированные на рудных месторождениях. .
Изобретение относится к области аналитической химии благородных металлов, в частности к пробирному анализу, и может быть использовано для определения содержания золота и металлов платиновой группы в рудах и продуктах их переработки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к пробирному определению золота в рудах и концентратах. .

Изобретение относится к области машиностроения применительно к назначению режимов обработки металла. .

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано при анализе горных пород, руд, продуктов их переработки, почв, донных осадков в геологии, геохимии, экологии.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу количественного определения церия в стали и сплавах
Изобретение относится к области аналитической химии благородных металлов, и может быть использовано для определения золота, серебра и металлов платиновой группы в сульфидных рудах и продуктах их переработки. Способ определения содержания золота и серебра в сульфидных рудах и продуктах их переработки включает обжиг исходной навески, последующее избирательное выщелачивание и аналитическое определение содержания благородного металла в полученном растворе. Обжиг навески ведут однократно в СВЧ поле микроволнового диапазона при температуре 550-600°C без доступа воздуха. Последующее выщелачивание продукта обжига ведут стадийно последовательно вводимыми объемами сернокислого тиомочевинного раствора. В полученных растворах аналитически определяют содержание благородного металла и суммируют полученные значения для вычисления содержания благородного металла в исходной навеске. Технический результат - повышение достоверности оценки содержаний благородных металлов в сульфидных материалах. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металловедения, а именно к способу контроля структурного состояния закаленных низкоуглеродистых сталей. Способ заключается в том, что предварительно готовят образец прямоугольной формы, выполняют косой срез на образце под углом 15-25° от нижнего основания к верхнему, принимая за основание длину образца. Затем тонко шлифуют поверхность косого среза образца и проводят режим аустенитизации в окислительной среде газом-травителем. Образец охлаждают в воде или на воздухе, затем готовят микрошлиф или серию микрошлифов на поверхности малого основания образца, сошлифовывая слои параллельно большому основанию образца. На микрошлифе с помощью микроскопа измеряют глубину зоны декорирования газом-травителем, затем травят исследуемую поверхность микрошлифа спиртовым раствором азотной кислоты до выявления границ аустенитных зерен, изучают выявленные границы аустенитных зерен, определяют глубину зоны селективного выявления границ аустенитных зерен и фотографируют выявленную картину травления. По результатам исследования поверхности микрошлифа поэтапно оценивают структурное состояние образца: вначале зону декорирования структуры окислением газом-травителем, затем зону селективного травления действительных границ зерен аустенита и в завершение зону одновременного выявления границ и внутризеренной структуры исследуемой стали, далее определяют полную глубину проникновения газа-травителя в исследуемый материал путем суммирования глубин зоны декорирования газом-травителем и зоны селективного выявления границ зерен аустенита при травлении микрошлифа и умножения полученной величины на косинус угла наклона косого среза к большому основанию. Техническим результатом является упрощение выявления границ действительного зерна аустенита, обеспечение комплексной оценки структурного состояния закаленной стали с возможностью многократного послойного исследования шлифов путем одновременной фиксации зоны окисления исследуемой стали, зоны селективного выявления границ действительного зерна аустенита и зоны внутризеренной структуры на поверхности шлифа. 7 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к контролю коррозионной стойкости против локальной коррозии стальных изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах. Способ заключается в том, что от изделий отбирают пробы, изготавливают образцы с полированной поверхностью, поверхность образцов обрабатывают в растворе 3-10% ионов роданида в течение 3-5 часов при pH 8,0-9,0, затем проводят количественный анализ пораженных и непораженных коррозией участков посредством компьютерных функций программы обработки графических изображений, а о коррозионной стойкости изделий судят по доле поврежденной поверхности. Достигается повышение информативности и достоверности оценки. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к области моделирования технологических процессов, в частности к моделированию методами конечно-элементного (МКЭ) анализа горячего пластического деформирования металлических материалов и сплавов в процессах обработки металлов давлением (ОМД). Сущность: изготавливают не менее двух заготовок клиновидной формы и после их нагрева до различной температуры производят деформацию каждой заготовки методом продольной прокатки начиная с узкого конца, а охлаждение производят на различных скоростях охлаждения для обеспечения формирования различных прочностных характеристик и размера зерна. Каждую заготовку разделяют не менее чем на два образца, определяют металлографическими исследованиями размер зерна, испытаниями на прочность механические характеристики каждого образца, температуры при проведении деформации и скорости охлаждения. Разрабатывают математическую модель, в которой совмещают результаты экспериментальных исследований и расчеты напряженно-деформированного состояния испытываемых заготовок. Технический результат: снижение количества физических экспериментальных исследований и повышение качества итоговых данных. 6 ил.

Изобретение относится к методам тепло-прочностных испытаний конструкционных материалов преимущественно при прогнозировании и оценке работоспособности необлучаемых конструктивных элементов в атомной технике. Для продления срока службы корпусов реакторов типа ВВЭР предварительно определяют уровни зернограничных сегрегаций фосфора в образцах-свидетелях, изготовленных из стали исследуемого корпуса реактора, подвергавшихся воздействию рабочих температур реактора с выдержками в течение различного времени, определяют методом экстраполяции уровень накопления сегрегаций на момент окончания эксплуатации реактора, затем изготавливают экспериментальные образцы из стали, близкой по составу и микроструктуре к стали исследуемого корпуса реактора, проводят охрупчивающий отжиг экспериментальных образцов в исходном состоянии при температуре максимального развития отпускной хрупкости в течение различного времени, определяют сдвиг критической температуры хрупкости (ТК) и уровень сегрегаций на экспериментальных образцах, подвергшихся отжигу, определяют корреляцию между сдвигом критической температуры хрупкости и уровнем сегрегаций. По полученным корреляционной кривой и экстрополяции уровня накопления сегрегаций определяют степень охрупчивания исследуемой стали в прогнозируемый период срока эксплуатации корпуса реактора. 2 ил.

Изобретение относится к погружному зонду для расплавов железа или стали с несущей трубкой с погружным концом и окружной боковой поверхностью, причем зонд может быть выполнен в качестве пробоотборника для шлака, находящегося на расплаве железа или стали. На погружном конце несущей трубки установлена измерительная головка с погружным концом и окружной боковой поверхностью, а на погружном конце измерительной головки расположены по меньшей мере один датчик или входное отверстие для камеры для проб, находящейся внутри устройства. При этом на окружной боковой поверхности несущей трубки или измерительной головки расположено входное отверстие, ведущее через входной канал в предкамеру, расположенную внутри несущей трубки или измерительной головки. Предкамера имеет на своем конце, противоположном погружному концу измерительной головки, входное отверстие, ведущее в камеру для отбора проб шлака, расположенную внутри устройства со стороны предкамеры, противоположной погружному концу. Достигаемый при использовании данного устройства технический результат заключается в получении высококачественных проб, обеспечивающих точный анализ. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов. В качестве наполнителя содержат хромогенные ионообменные дисперсные кремнеземы с ковалентно привитыми гидразонами или формазанами. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности и избирательности определения металлов. 3 табл., 4 ил., 14 пр.

Изобретение относится к исследованию титановых сплавов. Способ включает следующие этапы: (а) отрезают образец от детали из упомянутого сплава; (b) подготавливают область поверхности среза упомянутого образца вблизи кромки упомянутого образца, причем упомянутая кромка является общей с наружной поверхностью детали, таким образом, чтобы позволить обследовать упомянутую область поверхности среза; (с) обследуют альфа-фазу данной области при более чем 5000-кратном увеличении; (d) решают, присутствуют ли или отсутствует зернистость в альфа-фазе первой зоны, смежной с упомянутой кромкой образца; (е) делают вывод о существовании загрязнения упомянутого сплава газом, если установлено отсутствие зернистости в альфа-фазе упомянутой смежной зоны, но зернистость (зерна) присутствует(ют) в альфа-фазе вне упомянутой смежной зоны. Достигается повышение точности и надежности исследования. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительному зонду для измерения и взятия проб в металлическом расплаве. Зонд выполнен с расположенной на штанге измерительной головкой, которая содержит, по меньшей мере, датчик температуры и камеру для проб. Камера для проб, по меньшей мере, частично окружена измерительной головкой и включает проходящий через измерительную головку входной канал. Входной канал имеет расположенный в измерительной головке внутренний участок длиной L и, по меньшей мере, в одном месте на этом внутреннем участке имеет минимальный диаметр D, причем отношение L/D2 меньше 0,6 мм-1. Также измерительная головка имеет противодавление Pg меньше 20 мбар, которое определяют таким образом, что вначале по трубе с двумя открытыми концами пропускают эталонный газовый поток и в трубе замеряют давление P1. Затем трубу одним концом вставляют во входной канал измерительной головки, пропускают по трубе такой же эталонный газовый поток и замеряют в трубе давление P2 и из разности Р2-Р1 определяют противодавление Pg измерительной головки. Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении качества получаемых проб. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх