Электрод сравнения для датчика кислорода и способ его приготовления и датчик кислорода
Электрод сравнения для датчика кислорода, изготовленного из следующих компонентов в массовых концентрациях в процентах: 40-99,96 мас.% Cr; 0,01-30 мас.% Cr2O3; 0,01-10 мас.% MnO; 0,01-10 мас.% CoO и 0,01-10 мас.% NiO. Для электрода сравнения MnO, CoO и NiO добавляют к системе Cr+Cr2O3, вследствие чего электродный порошок обладает высокой реакционной способностью и большой эффективной площадью поверхности. Датчик кислорода, приготовленный с использованием электрода сравнения, обладает высокой быстротой отклика, обладает низким отклонением измерения температуры и применим в средах как с высоким, так и с низким содержанием кислорода. Результаты показывают, что обеспеченный датчик кислорода способен к отклику в течение 4 с, обладает отклонением измерения температуры менее 2°C и применим для среды как с высоким, так и с низким содержанием кислорода. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 16 ил., 6 табл.
[0001] В данной заявке заявлен приоритет Китайской патентной заявки № 201510920382.4, поданной 10 декабря 2015 г., и озаглавленной как «ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ ДЛЯ ДАТЧИКА КИСЛОРОДА И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ, И ДАТЧИК КИСЛОРОДА», и раскрытие которого, таким образом, включено в настоящую работу в виде ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее раскрытие принадлежит к области техники датчиков кислорода, и в частности, относится к электроду сравнения для датчика кислорода и к способу для его приготовления, и к датчику кислорода.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Технология использования датчика кислорода на основе твердого электролита оксида циркония (датчика кислорода) для непосредственного измерения доли кислорода приведена в качестве одного из трех основных научно-исследовательских достижений в мире в области черной металлургии за 1970-е годы.
[0004] В настоящее время, широко используемый датчик кислорода представляет собой датчик трубчатого типа. Конкретная структура показана на Фигуре 16. Фигура 16 представляет собой схематическое структурное изображение датчика кислорода трубчатого типа. Центральной технологией датчика кислорода является корпус датчика кислорода, в котором рабочий принцип датчика кислорода представляет собой: использование твердого электролита на основе оксида циркония для измерения содержания кислорода в расплавленной стали, после чего в расплавленную сталь вводят зонд, и на границе электрода и электролита будут возникать электродные реакции, и различные электродные потенциалы, соответственно, будут приведены в равновесие. Технологию измерения содержания кислорода для концентрационных элементов на основе твердого электролита используют в зонде, который состоит из полуэлемента и термопары. Он может одновременно измерять температуру и содержание кислорода расплавленной стали. Основной принцип тестирования состоит в установлении кислородного концентрационного элемента, путем его соединения со сравнительным электродом с известным парциальным давлением кислорода и с расплавленной сталью, с содержанием кислорода, измеряемым через проводимость кислород-ионного твердого электролита. Путем измерения температуры и кислородного потенциала расплавленной стали, содержание кислорода в расплавленной стали можно рассчитать с использованием уравнения Нернста.
[0005] Основная технология датчика кислорода основана на приготовлении трубки из оксида циркония и сравнительного электрода, причем сравнительный электрод обладает большим влиянием на рабочие характеристики датчика кислорода.
[0006] В настоящее время, система сравнительного электрода, широко используемая на рынке, в основном представляет собой систему металл+оксид металла, такую как Cr+Cr2O3 или Mo+MoO2. Такие системы могут образовывать электрод сравнения, обладающий определенным парциальным давлением кислорода и составляющий полуэлемент датчика кислорода. Однако, датчик кислорода, приготовленный из электрода сравнения вышеупомянутой системы, обладает медленной скоростью срабатывания и большим отклонением по измерению температуры, что также неприемлемо в средах, как с высоким, так и с низким содержанием кислорода.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Ввиду вышесказанного, техническая задача, решаемая настоящим раскрытием, состоит в обеспечении электрода сравнения для датчика кислорода и способа для его приготовления, а также датчика кислорода. Датчик кислорода, обеспеченный настоящим раскрытием, имеет быстрый отклик, имеет маленькое отклонение в измерении температуры и применим в средах, как с высоким, так и с низким содержанием кислорода.
[0008] Настоящее раскрытие обеспечивает создание электрода сравнения для датчика кислорода, изготовленного из следующих компонентах, в массовых процентах:
40-99,96 мас.% Cr;
0,01-30 мас.% Cr2O3;
0,01-10 мас.% MnO;
0,01-10 мас.% CoO;и
0,01-10 мас.% NiO.
[0009] Является предпочтительным, чтобы электрод сравнения был изготовлен из следующих компонентов, в массовых процентах:
50-80 мас.% Cr;
10-25мас.% Cr2O3;
1-8мас.% MnO;
1-8мас.% CoO;и
1-8мас.% NiO.
[0010] Настоящее раскрытие также обеспечивает способ для приготовления электрода сравнения для датчика кислорода, содержащий следующие этапы:
[0011] Перемешивание 40-99,96 мас.% Cr, 0,01-30 мас.% Cr2O3, 0,01-10 мас.% MnO, 0,01-10 мас.% CoO и 0,01-10 мас.% NiO путем измельчения в шаровой мельнице, для получения суспензионной смеси;
[0012] Подвергание суспензионной взвеси последовательно сушке, перемалыванию, спеканию и измельчению, для получения электрода сравнения для датчика кислорода.
[0013] Является предпочтительным, чтобы измельчение в шаровой мельнице выполняли при скорости 100-300 об/мин в течение 5-10 часов.
[0014] Является предпочтительным, чтобы спекание выполняли путем:
[0015] Нагрева смеси до 1100-1400°C при скорости нагрева 1-6°C/мин и подержания температуры в течение 3-6 часов.
[0016] Настоящее раскрытие также обеспечивает датчик кислорода, содержащий корпус датчика кислорода, термопару, наконечник датчика и защитную трубку, причем корпус датчика кислорода содержит:
[0017] Циркониевую трубку;
[0018] Электрод сравнения, обеспеченный на дне внутри циркониевой трубки;
[0019] Слой порошка оксида алюминия, обеспеченный внутри циркониевой трубки и выше электрода сравнения;
[0020] Металлический провод, проходящий через весь электрод сравнения и слой порошка оксида алюминия, причем один конец металлического провода контактирует с дном циркониевой трубки, тогда как другой конец простирается за пределы циркониевой трубки; и
[0021] Электрод сравнения выбран из электрода сравнения для датчика кислорода по п. 1 или 2.
[0022] Является предпочтительным, чтобы циркониевая трубка была изготовлена из порошка и связующего, причем порошок содержит следующие компоненты:
- 72-95 мас.% ZrO2;
- 4-15 мас.% HfO2;
- 0,5-15 мас.% оксида металла в виде порошковой смеси, причем оксид металла представляет собой одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из CaO, MgO, Y2O3 и CeO2.
[0023] Является предпочтительным, чтобы объемное отношение порошка к связующему составляло (35-60):(40-65).
[0024] Является предпочтительным, чтобы связующее представляло собой одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из сополимера этилена и винилацетата, высокоплотного полиэтилена, стеариновой кислоты и парафина.
[0025] Является предпочтительным, чтобы связующее было выбрано из смеси сополимера этилена и винилацетата, высокоплотного полиэтилена, стеариновой кислоты и парафина в объемном соотношении (9-20):(7-10):(8-15):(55-76).
[0026] По сравнению с уровнем техники, настоящее раскрытие обеспечивает электрод сравнения для датчика кислорода, изготовленного из следующих компонентов в массовых процентах: 40-99,96 мас.% Cr; 0,01-30 мас.% Cr2O3; 0,01-10 мас.% MnO; 0,01-10 мас.% CoO; 0,01-10 мас.% NiO. Для электрода сравнения, обеспеченного настоящим раскрытием, MnO, CoO и NiO добавляют к системе Cr+Cr2O3, вследствие чего электродный порошок обладает высокими реакционными способностями и большими эффективными площадями поверхности. Датчик кислорода, приготовленный с использованием электрода сравнения, обладает высокой быстротой отклика, малым отклонением в измерении температуры и применим в средах, как с высоким, так и с низким содержанием кислорода.
[0027] Результаты показывают, что обеспеченный датчик кислорода способен к отклику в течение 4 с, обладает отклонением измерения температуры менее 2°C и применим к средам, как с высоким, так и с низким содержанием кислорода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0028] Фигура 1 представляет собой изображение, полученное в растровом электронном микроскопе для порошкового электрода сравнения, приготовленного в Примере 1;
[0029] Фигура 2 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1, при условиях высокой концентрации кислорода;
[0030] Фигура 3 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1, при условиях высокой концентрации кислорода;
[0031] Фигура 4 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1 при условиях низкой концентрации кислорода;
[0032] Фигура 5 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1 при условиях низкой концентрации кислорода;
[0033] Фигура 6 представляет собой изображение, полученное в растровом электронном микроскопе для порошкового электрода сравнения, приготовленного в Примере 2;
[0034] Фигура 7 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях высокой концентрации кислорода;
[0035] Фигура 8 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях высокой концентрации кислорода;
[0036] Фигура 9 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях низкой концентрации кислорода;
[0037] Фигура 10 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях низкой концентрации кислорода;
[0038] Фигура 11 представляет собой изображение, полученное в растровом электронном микроскопе для порошкового электрода сравнения, приготовленного в Примере 3;
[0039] Фигура 12 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3, при условиях высокой концентрации кислорода;
[0040] Фигура 13 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3, при условиях высокой концентрации кислорода;
[0041] Фигура 14 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3, при условиях низкой концентрации кислорода;
[0042] Фигура 15 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3, при условиях низкой концентрации кислорода;
[0043] Фигура 16 представляет собой схематическое изображение структуры датчика кислорода трубчатого типа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0044] Настоящее раскрытие обеспечивает электрод сравнения для датчика кислорода, изготовленного из следующих компонентов в массовых процентах:
40-99,96 мас.% Cr;
0,01-30 мас.% Cr2O3;
0,01-10 мас.% MnO;
0,01-10 мас.% CoO;и
0,01-10 мас.% NiO.
[0045] Электрод сравнения для датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, содержит Cr, причем количество добавки Cr составляет 40-99,96 мас.%, предпочтительно, 50-90 мас.%, более предпочтительно, 60-80 мас.%;
[0046] Электрод сравнения для датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, также содержит Cr2O3, причем количество добавки Cr2O3 составляет 0,01-30 мас.%, предпочтительно, 1-25 мас.%, более предпочтительно, 5-20 мас.%;
[0047] Электрод сравнения для датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, также содержит MnO, причем количество добавки MnO составляет 0,01-10 мас.%, предпочтительно, 0,5-9 мас.%, более предпочтительно, 1-8 мас.%;
[0048] Электрод сравнения для датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, также содержит CoO, причем количество добавки CoO составляет 0,01-10 мас.%, предпочтительно, 0,5-9 мас.%, более предпочтительно, 1-8 мас.%;
[0049] Электрод сравнения для датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, также содержит NiO, причем количество добавки NiO составляет 0,01-10 мас.%, предпочтительно, 0,5-9 мас.%, более предпочтительно, 1-8 мас.%;
[0050] Является предпочтительным, чтобы электрод сравнения был изготовлен из следующих компонентов в массовых процентах: 50-80 мас.% Cr; 10-25 мас.% Cr2O3; 1-8 мас.% MnO; 1-8 мас.% CoO; 1-8 мас.% NiO.
[0051] Настоящее раскрытие также обеспечивает способ для приготовления электрода сравнения для датчика кислорода, содержащий следующие этапы:
[0052] Перемешивания 40-99,96 мас.% Cr, 0,01-30 мас.% Cr2O3, 0,01-10 мас.% MnO, 0,01-10 мас.% CoO и 0,01-10 мас.% NiO путем измельчения в шаровой мельнице, для получения суспензионной взвеси;
[0053] Подвергания суспензионной взвеси последовательно сушке, перемалыванию, спеканию и измельчению, для получения электрода сравнения для датчика кислорода.
[0054] В настоящем раскрытии, прежде всего, Cr, Cr2O3, MnO, CoO и NiO перемешивают путем измельчения в шаровой мельнице, для получения суспензионной взвеси.
[0055] Причем Cr, Cr2O3, MnO, CoO и NiO все являются порошкообразными. Настоящее раскрытие особо не ограничивает способ измельчения в шаровой мельнице перемешивание, и могут быть использованы способы измельчения в шаровой мельнице перемешивание, известные любому обычному специалисту в данной области техники. В настоящем раскрытии, измельчение в шаровой мельнице является предпочтительным, и выполняется следующим образом:
[0056] Перемешивание Cr порошок, Cr2O3 порошок, MnO порошок, CoO порошок и NiO порошок с раствором этанола, помещением его в резервуар для шарового измельчения, выполнение измельчения в шаровой мельнице при скорости 100-300 об/мин в течение 5-10 часов.
[0057] После получения суспензионной взвеси, сушки и перемалывания суспензионной взвеси получают порошковую смесь.
[0058] При этом, настоящее раскрытие особо не ограничивает способы сушки и перемалывания для суспензионной взвеси, и могут быть использованы способы сушки и перемалывания, известные любому обычному специалисту в данной области техники. В настоящем раскрытии, предпочтительная сушка представляет собой вакуумную сушку.
[0059] В настоящем раскрытии, является предпочтительным, чтобы порошковая смесь после перемалывания была подвергнута сортировке на ситах. Является предпочтительным, чтобы для приготовления электрода сравнения была использована порошковая смесь 0,25-1 мкм.
[0060] Полученную порошковую смесь подвергают спеканию и измельчению, для получения порошка электрода сравнения.
[0061] В частности, порошковая смесь загружают в трубчатую печь и выполняют вакуумное уплотнение. Ее помещают в высокотемпературную печь для термообработки, нагреваемую до 1100-1400°C при скорости нагрева 1-6 °C/мин, и температуру поддерживают в течение 3-6 часов, для получения порошка электрода сравнения.
[0062] Порошковый электрод сравнения помещают в циркониевую трубку, для получения электрода сравнения для датчика кислорода.
[0063] Является предпочтительным, чтобы количество порошкового электрода сравнения, добавляемого к датчику кислорода, составляло 30-150 мг.
[0064] Настоящее раскрытие также обеспечивает датчик кислорода, который включает в себя корпус датчика кислорода, термопару, наконечник датчика и защитную трубку, причем корпус датчика кислорода содержит:
[0065] Циркониевую трубку;
[0066] Электрод сравнения, обеспеченный на дне внутри циркониевой трубки;
[0067] Слой порошка оксида алюминия, обеспеченный внутри циркониевой трубки и выше электрода сравнения;
[0068] Металлический провод, проходящий через весь электрод сравнения и слой порошка оксида алюминия, причем один конец металлического провода контактирует с дном циркониевой трубки, тогда как другой конец простирается за пределы циркониевой трубки.
[0069] Корпус датчика кислорода датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, включает в себя циркониевую трубку.
[0070] В настоящем раскрытии, циркониевая трубка изготовлена из порошка и связующего, причем порошок содержит следующие компоненты:
70-95 мас.% ZrO2;
4-15 мас.% HfO2;
0,5-15 мас.% оксида металла в виде порошковой смеси, причем оксид металла представляет собой одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из CaO, MgO, Y2O3 и CeO2.
[0071] В настоящем раскрытии, компоненты для приготовления циркониевой трубки включают в себя порошок ZrO2, причем количество добавки порошка ZrO2 составляет 70-95 мас.%, предпочтительно, 71-80 мас.%, более предпочтительно, 72-85 мас.%.
[0072] Компоненты для приготовления циркониевой трубки также включают в себя порошок HfO2, причем количество добавки порошка HfO2 составляет 4-15 мас.%, предпочтительно, 5-12 мас.%, более предпочтительно, 8-10 мас.%.
[0073] Компоненты для приготовления циркониевой трубки также включают в себя порошковую смесь оксида металла, причем количество добавки порошковой смеси оксида металла составляет 0,5-20 мас.%, предпочтительно, 5-19 мас.%. В настоящем раскрытии, порошковая смесь оксида металла включает в себя один или более из CaO, MgO, Y2O3 и CeO2.
[0074] Компоненты для приготовления циркониевой трубки также включают в себя связующее, причем объемное отношение порошка к связующему составляет (35-60):(40-65), предпочтительно, (40 to 45):(55-60).
[0075] При этом, связующее предпочтительно представляет собой одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из этилена и винилацетата (ethylene and vinyl acetate, EVA), высокоплотного полиэтилена (high density polyethylene, HDPE), стеариновой кислоты (stearic acid, SA) и парафина (PW). В некоторых из вариантов воплощения в настоящем раскрытии, связующее представляет собой смесь этилена и винилацетата (ethylene and vinyl acetate, EVA), высокоплотный полиэтилен (high density polyethylene, HDPE), стеариновую кислоту (stearic acid, SA) и парафин (PW), причем объемное отношение этилена и винилацетата, высокоплотного полиэтилена, стеариновой кислоты и парафина составляет (9-20):(7-10):(8-15):(55-76), предпочтительно, (10-18):(8-9):(10-12):(60-70).
[0076] Чистый оксид циркония существует в трех различных кристаллических формах при различных температурных диапазонах, изменение кристаллической формы является обратимым и сопровождается изменением объема одновременно и вероятно вызывает растрескивание корпуса трубы в ходе процесса охлаждения после спекания. Поэтому, к форме, замещающей твердый раствор, добавляют некоторые стабилизаторы, что делает преобразование кристалла необратимым. Циркониевая трубка, обеспеченная настоящим раскрытием, добавляет к сырью магнезию в качестве стабилизатора, и низковалентные ионы магния одновременно вытесняют высоковалентные ионы циркония, с поддержанием нейтральности молекулы, и в анионных (ионы кислорода) узлах образуются дырки, что обеспечивает благоприятные условия для миграции ионов кислорода, что также является основным принципом MgO-ZrO2 в качестве кислород-ионного твердого электролита.
[0077] Содержание MgO, термостойкость циркониевой трубки и усадка циркониевой трубки после спекания, - все это воздействует на ионную проводимость, электронную проводимость и рабочие характеристики циркониевой трубки, что, таким образом, воздействует на рабочие характеристики всей кислородной батареи. За счет регулирования количества добавки MgO и использования конкретного типа адгезива, настоящее раскрытие придает приготовленной циркониевой трубке хорошие рабочие характеристики термостойкости и относительно низкое, стабильное парциальное давление кислорода, допускающее характеристику электронной проводимости, и компактную микроструктуру (для предотвращения любой утечки кислорода).
[0078] Настоящее раскрытие особо не ограничивает способ приготовления циркониевой трубки, и могут быть использованы способы приготовления циркониевой трубки, известные любому обычному специалисту в данной области техники. В настоящем раскрытии, способ приготовления циркониевой трубки предпочтительно представляет собой:
[0079] Подвергание последовательно порошка и связующего перемешиванию, введению, обезжириванию и спеканию, для получения циркониевой трубки.
[0080] В настоящем раскрытии сначала порошок перемешивают со связующим, с получением смеси. В настоящем раскрытии, температура перемешивания предпочтительно составляет 110-200°C, более предпочтительно, 120-180°C, а продолжительность перемешивания предпочтительно составляет 3-8 часов, и более предпочтительно, 4-7 часов.
[0081] В настоящем раскрытии, температуры трех стадий введения предпочтительно составляют 160-180°C, 120-160°C и 110-150°C. Давления трех стадий введения составляют, соответственно, 110-130 бар, 90-109 бар и 40-58 бар.
[0082] Температура обезжиривания предпочтительно составляет 160-600°C, более предпочтительно, 200-500°C; продолжительность обезжиривания предпочтительно составляет 60-100 часов, более предпочтительно, 70-90 часов; температура спекания предпочтительно составляет 1400-1900°C, более предпочтительно, 1500-1800°C; продолжительность спекания предпочтительно составляет 2-10 часов.
[0083] Датчик кислорода, обеспеченный настоящим раскрытием, также включает в себя электрод сравнения, обеспеченный на дне внутри циркониевой трубки, причем электрод сравнения представляет собой электрод сравнения для датчика кислорода, обеспеченного настоящим раскрытием, и тип его сырья и способ приготовления здесь не повторяются. Количество добавки электрода сравнения для датчика кислорода предпочтительно составляет 30-150 мг, более предпочтительно, 40-120 мг.
[0084] Датчик кислорода, обеспеченный настоящим раскрытием, также включает в себя слой порошка оксида алюминия, обеспеченный внутри циркониевой трубки и выше электрода сравнения. Настоящее раскрытие особо не ограничивает количество добавки оксида алюминия для слоя порошка оксида алюминия, причем количество, которое покрывает электрод сравнения, может быть покрыто.
[0085] Датчик кислорода, обеспеченный настоящим раскрытием, также включает в себя металлический провод, проходящий через весь электрод сравнения и слой порошка оксида алюминия, причем один конец металлического провода контактирует с дном циркониевой трубки, тогда как другой конец простирается за пределы циркониевой трубки. Настоящее раскрытие особо не ограничивает тип металлического провода, и могут быть использованы металлические провода, известные любому обычному специалисту в данной области техники. В настоящем раскрытии, предпочтительно используют молибденовые стержни или железные кольца.
[0086] В настоящем раскрытии, датчик кислорода приготавливают следующим способом:
[0087] Последовательного добавления порошкового электрода сравнения и порошка оксида алюминия в циркониевую трубку, введения металлического провода в порошковый электрод сравнения и порошок оксида алюминия и герметизации циркониевой трубки цементом, с получением датчика кислорода.
[0088] В электроде сравнения, обеспеченном настоящим раскрытием, MnO, CoO и NiO добавляют к системе Cr+Cr2O3, так что электродный порошок обладает высокими реакционными способностями и большими эффективными площадями поверхности. Датчик кислорода, приготовленный с помощью электрода сравнения, обладает высокой быстротой отклика и малым отклонение в измерении температуры, что применимо в средах, как с высоким, так и с низким содержанием кислорода.
[0089] Для дальнейшего понимания настоящего раскрытия, электрод сравнения для датчика кислорода и способ его приготовления, а также датчик кислорода, обеспеченный настоящим изобретением, будет описан ниже, применительно к вариантам воплощения. Объем защиты настоящего раскрытия не ограничен следующими вариантами воплощения.
Пример 1
1. Приготовление циркониевой трубки
(1) Составы:
[0090] Процентное содержание порошка составляло 41% от общего объема.
[0091] Конкретный состав порошка был следующим:
70 мас.% ZrO2;
10 мас.% HfO2;
10 мас.% CaO;
5 мас.% Y2O3; и
5 мас.% MgO.
[0092] Процентное содержание связующего составляло 59% от общего объема.
[0093] Конкретный состав связующего был следующим (процентное содержание объема):
15% EVA;
8% SA;
10% HDPE; и
67% PW.
(2) Способ приготовления
[0094] Порошок и связующее были подвергнуты последовательно перемешиванию, введению, обезжириванию и спеканию, с получением циркониевой трубки.
[0095] При этом, температура перемешивания составляла 172°C, продолжительность составляла 7 часов.
[0096] Температуры трех стадий введения составляли, соответственно, 180°C, 160°C и 150°C;
[0097] Давление трех стадий введения составляли, соответственно, 110 бар, 90 бар и 55 бар.
[0098] Температура ранней стадии обезжиривания составляла 160°C, а температура поздней стадии обезжиривания составляла 460°C, а общая продолжительность составляла 80 часов.
[0099] Температура спекания составляла 1900°C, и температура поддерживалась в течение 2 часов.
(3) Эксплуатационные испытания
[0100] Способ испытания: циркониевая трубка была погружена в расплавленную сталь, а время пребывания составляло 10 секунд. Затем, циркониевая трубка была проверена на наличие трещин и дефектов, для обеспечения того, чтобы все испытание на содержание кислорода было успешно завершено.
[0101] Результаты испытания: в циркониевой трубке не оказалось ни трещин, ни дефектов, и трубка была пригодна для выполнения всего процесса испытания, не влияя на результаты испытания.
[0102] Циркониевую трубку, используемую один раз, разбивали для проверки того, имело ли место какое-либо внедрение кислорода в поперечное сечение. Если никакого внедрения кислорода не было, то на поперечном сечении виден чистый белый цвет; если имеет место внедрение кислорода, то на поперечном сечении видны серые или темные примеси.
[0103] Результаты испытания: на поперечном сечении был виден чистый белый цвет, демонстрируя, что внедрения кислорода ее было, и циркониевая трубка, обеспеченная настоящим раскрытием, обладает плотной текстурой.
2. Порошковый электрод сравнения
(1) Состав (массовые проценты)
[0104] Cr (40%)+Cr2O3 (30%)+MnO (10%)+CoO (10%)+NiO (10%)
(2) Способ приготовления
[0105] Вышеприведенные материалы для электродного порошка были перемешаны путем измельчения в шаровой мельнице. Технология измельчения в шаровой мельнице представляла собой следующее: порошковая смесь была доведена до состояния паста с помощью подходящего количества раствора этанола, паста была помещена в резервуар для шарового измельчения, а измельчение в шаровой мельнице осуществлялось при скорости 300 об/мин в течение 5 часов. Порошок после измельчения в шаровой мельнице размалывали в течение нескольких часов после вакуумной сушки, а затем отсортировывали путем пропускания через сито. Порошки размером 0,5 мкм были отобраны для дальнейшего использования. Образец порошка был загружен в трубку из кварцевого стекла, и трубка была вакуумирована и герметизирована. Трубка была помещена into высокотемпературную печь для термообработки и нагрета до 1400°C при скорости нагрева 3°C/мин, и эта температура поддерживалась в течение 3 часов. Полученный продукт был подвергнут обработке предварительным нагревом, с последующим измельчением, для получения порошка электрода сравнения.
(3) Эксплуатационные испытания
[0106] Порошковый электрод сравнения был подвергнут испытанию на растровом электронном микроскопе. Результат был показан на Фигуре 1. Фигура 1 представляет собой изображение, полученное в растровом электронном микроскопе для порошкового электрода сравнения, приготовленного в Примере 1.
[0107] Как видно из Фигуры 1, электрод сравнения, приготовленный согласно настоящему раскрытию, обладает хорошим диапазоном распределения частиц по размерам и относительно большой удельной площадью поверхности.
3. Приготовление датчика кислорода
[0108] В циркониевую трубку было добавлено 30 мг порошкового электрода сравнения и порошка оксида алюминия, и в нее был вставлен молибденовый стержень. Трубка была укупорена быстро сохнущим цементом, с получением корпуса датчика кислорода.
[0109] Датчик кислорода был получен путем компоновки термопары, наконечника датчика, защитной трубки и корпуса датчика кислорода.
[0110] (1) Рабочие характеристики датчика кислорода были проверены при условиях высокой концентрации кислорода, а измерение было выполнено последовательно дважды. Время отклика для потенциала кислорода составляло < 4 с. Конкретные результаты показаны в Таблице 1, на Фигуре 2 и на Фигуре 3. При этом, Таблица 1 представляет собой результаты эксплуатационных испытаний, проведенных при условиях высокой концентрации кислорода.
Таблица 1 Результаты эксплуатационных испытаний при условиях высокой концентрации кислорода
| Номер непрерывного испытания | Температура (°C) |
Потенциал кислорода (мВ) | Концентрация кислорода (ppm, частей на миллион) |
| 1 | 1644,5 | 157,5 | 405,4 |
| 2 | 1645,5 | 155,8 | 399,1 |
[0111] Как видно из Таблицы 1, отклонение температуры между двумя непрерывными испытаниями составляло лишь 1°C, а отклонение потенциала кислорода составляло лишь 6,3 частей на миллион, в пределах отклонения 10%. И, как видно из Фигуры 2 и Фигуры 3, отклики были очень быстрыми.
[0112] Фигура 2 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1, при условиях высокой концентрации кислорода. Фигура 3 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1, при условиях высокой концентрации кислорода. Фигура 2 представляет собой результат первого испытания из двух непрерывных испытаний, и Фигура 3 представляет собой результат второго испытания из двух непрерывных испытаний.
[0113] На Фигуре 2 и Фигуре 3, ось абсцисс означает продолжительность испытания (t) в единицах с; ось ординат на левой стороне означает потенциал кислорода (EMF) в единицах мВ, а ось ординат на правой стороне означает температуру (TEMP) в единицах °C. Для двух кривых на Фигуре 2 и Фигуре 3, сплошная кривая показывала изменения температуры с изменениями времени испытания, а пунктирная линия показывала изменения потенциала кислорода с изменениями времени испытания. Кривые на Фигурах были стабильными, указывая на то, что результат был надежным.
[0114] На правой стороне кривых на Фигуре 2 и Фигуре 3, TEMP представлена для конечного результат испытания, т.е., температуру испытания расплавленной стали, дисперсию температуры испытания (TVar), конечное значение потенциала кислорода датчика кислорода (EMF), дисперсию потенциала кислорода при испытании (EVar), активное содержание кислорода в расплавленной стали (a(O)) и содержание углерода в расплавленной стали (C).
[0115] При этом, на Фигуре 2, TEMP составляла 1644,5°C, TVar составляла -1,4°C, EMF составляло 157,5 мВ, EVar составляла 1,7 мВ, a(O) составляло 405,4 частей на миллион, а C составляло 0,068%. На Фигуре 3, TEMP составляла 1645,5°C, TVar составляла 1,6°C, EMF составляло 155,8 мВ, EVar сотавляла 3,1 мВ, a(O) составляло 399,1 частей на миллион, а C составляло 0,069%.
[0116] (2) Быстродействие датчика кислорода было проверено при условиях низкой концентрации кислорода, и были выполнены последовательно два измерения. Время отклика для потенциала кислорода составляло < 4 с. Конкретные результаты были показаны в Таблице 2, на Фигуре 4 и на Фигуре 5. При этом, в Таблице 2 представлены результаты эксплуатационных испытаний, выполненных при условиях низкой концентрации кислорода.
Таблица 2 Результат эксплуатационных испытаний при условиях низкой концентрации кислорода
| Номер непрерывного испытания | Температура (°C) |
Потенциал кислорода (мВ) | Концентрация кислорода (ppm, частей на миллион) |
| 1 | 1509,7 | -81,6 | 5,7 |
| 2 | 1509,2 | -82,7 | 5,6 |
[0117] Как видно из Таблицы 2, отклонение температуры между двумя непрерывными испытаниями составляло лишь 0,4°C, а отклонение потенциала кислорода находилось в пределах 10%. Как видно из Фигуры 4 и Фигуры 5, отклики были очень быстрыми.
[0118] Фигура 4 представляет собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1 при условиях низкой концентрации кислорода. Фигура 5 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 1 при условиях низкой концентрации кислорода. Фигура 4 представляла собой результаты первого испытания двух непрерывных испытаний, а Фигура 5 представляла собой результат второго испытания из двух непрерывных испытаний.
[0119] На Фигуре 4 и Фигуре 5, ось абсцисс означает продолжительность испытания (t) в единицах с; ось ординат на левой стороне означает потенциал кислорода (EMF) в единицах мВ, а ось ординат на правой стороне означает температуру (TEMP) в единицах °C. Для двух кривых на Фигуре 4 и Фигуре 5, сплошная кривая показывала изменения температуры с изменениями времени испытания, а пунктирная линия показывала изменения потенциала кислорода с изменениями времени испытания. Кривые на Фигурах были стабильными, указывая на то, что результат был надежным.
[0120] На правой стороне кривых на Фигуре 4 и Фигуре 5, TEMP установлена для конечного результата испытания, т.е., для температуры испытания расплавленной стали, дисперсии температуры испытания (TVar), конечного значения потенциала кислорода датчика кислорода (EMF), дисперсии потенциала кислорода при испытании (EVar), активного содержания кислорода в расплавленной стали (a(O)) и содержания кислого алюминия в расплавленной стали (Al).
[0121] При этом, на Фигуре 4, TEMP составляла 1509,7°C, TVar составляла -1,8°C, EMF составляло -81,6 мВ, EVar составляла -3,4 мВ, a(O) составляло 5,7 частей на миллион, а Al составляло 0,000%. На Фигуре 5, TEMP составляла 1509,2°C, TVar составляла -1,8°C, EMF составляло -82,7 мВ, EVar составляла -2,7 мВ, a(O) составляло 5,6 частей на миллион, а Al составляло 0,000%.
Пример 2
1. Приготовление циркониевой трубки
(1) Составы:
[0122] Процентное содержание порошка составляло 55% от общего объема.
[0123] Конкретный состав порошка был следующим:
71 мас.% ZrO2;
10 мас.% HfO2;
12 мас.% CaO; и
7 мас.% MgO.
[0124] Процентное содержание связующего составляло 45% от общего объема.
[0125] Конкретный состав связующего был следующим (процентное содержание объема):
17% EVA;
12% SA;
8% HDPE; и
63% PW.
(2) Способ приготовления
[0126] Порошок и связующее были подвергнуты последовательно перемешиванию, введению, обезжириванию и спеканию, для получения циркониевой трубки.
[0127] При этом, температура перемешивания составляла 170°C, продолжительность составляла 6 часов.
[0128] Температуры трех стадий введения составляли, соответственно, 178°C, 158°C и 146°C;
[0129] Давление трех стадий введения составляли, соответственно, 108 бар, 87 бар и 53 бар.
[0130] Температура ранней стадии обезжиривания составляла 165°C, а температура поздней стадии обезжиривания составляла 465°C, и общая продолжительность составляла 90 часов.
[0131] Температура спекания составляла 1600°C, и эта температура поддерживалась в течение 2 часов.
(3) Эксплуатационные испытания
[0132] Способ испытания: циркониевая трубка была погружена в расплавленную сталь, и время пребывания составляло 10 секунд. Затем, циркониевая трубка была проверена на наличие трещин и дефектов, для обеспечения того, чтобы все испытание на содержание кислорода было успешно завершено.
[0133] Результаты испытания: в циркониевой трубке не появилось никаких трещин и дефектов, и трубка оказалась пригодной для завершения всего процесс испытания, не влияя на результаты испытания.
[0134] Циркониевая трубка, использованная один раз, была разбита для выявления того, имело ли место какое-либо внедрение кислорода в поперечное сечение. Если не было никакого внедрения кислорода, то поперечное сечение показывает чистый белый цвет; если внедрение кислорода было, то поперечное сечение показывает серые или темные примеси.
[0135] Результаты испытания: поперечное сечение показало чистый белый цвет, демонстрируя, что не было никакого внедрения кислорода, и циркониевая трубка, обеспеченная настоящим раскрытием, обладает плотной текстурой.
2. Порошковый электрод сравнения
(1) Составы (массовые проценты)
[0136] Cr (50%)+Cr2O3 (25%)+MnO (5%)+CoO (12%)+NiO (8%)
(2) Способ приготовления
[0137] Вышеуказанные материалы для электродного порошка были перемешаны путем измельчения в шаровой мельнице. Технология измельчения в шаровой мельнице была следующей: порошковая смесь была доведена до состояния пасты с помощью подходящего количества раствора этанола, паста была помещена в резервуар для шарового измельчения, и измельчение в шаровой мельнице было осуществлено при скорости 300 об/мин в течение 5 часов. Порошок после измельчения в шаровой мельнице был размолот в течение нескольких часов после вакуумной сушки, а затем был отсортирован путем пропускания через сито. Порошки размером 0,25 мкм был отобран для дальнейшего использования. Образец порошка был загружен в трубку из кварцевого стекла, а трубка была вакуумирована и герметизирована. Трубка была помещена в высокотемпературную печь для термообработки и нагрета до 1300°C при скорости нагрева 4°C/мин, и температура поддерживалась в течение 5 часов. Полученный продукт был подвергнут обработке предварительным нагревом, с последующим измельчением, для получения порошка электрода сравнения.
(3) Эксплуатационные испытания
[0138] Порошковый электрод сравнения был подвергнут испытанию на растровом электронном микроскопе. Результат был показан на Фигуре 6. Фигура 6 представляет собой изображение, полученное в растровом электронном микроскопе для порошкового электрода сравнения, приготовленного в Примере 2.
[0139] Как видно из Фигуры 6, электрод сравнения, приготовленный согласно настоящему раскрытию, обладает хорошим диапазоном распределения частиц по размерам и относительно большой удельной площадью поверхности.
3. Приготовление датчика кислорода
[0140] В циркониевую трубку было добавлено 65 мг порошкового электрода сравнения и порошка оксида алюминия, и в нее был вставлен молибденовый стержень. Трубка была укупорена быстро сохнущим цементом, для получения корпуса датчика кислорода.
[0141] Датчик кислорода был получен путем компоновки термопары, наконечника датчика, защитной трубки и корпуса датчика кислорода.
[0142] (1) Быстродействие датчика кислорода было протестировано при условиях высокой концентрации кислорода, и измерение было выполнено последовательно дважды. Время отклика для потенциала кислорода составляло < 4 с. Конкретные результаты были показаны в Таблице 3, на Фигуре 7 и на Фигуре 8. При этом, Таблица 3 представляла собой результаты эксплуатационных испытаний, проведенных при условиях высокой концентрации кислорода.
Таблица 3 Результаты эксплуатационных испытаний при условиях высокой концентрации кислорода
| Номер непрерывного испытания | Температура (°C) |
Потенциал кислорода (мВ) | Концентрация кислорода (ppm, частей на миллион) |
| 1 | 1646,8 | 163,8 | 450,3 |
| 2 | 1647,2 | 158,6 | 420,3 |
[0143] Как видно из Таблицы 3, отклонение температуры между двумя непрерывными испытаниями составляло лишь 0,4°C, а отклонение потенциала кислорода находилось в пределах 10%. Как видно из Фигуры 7 и Фигура 8, отклики были очень быстрыми.
[0144] Фигура 7 представляло собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях высокой концентрации кислорода. Фигура 8 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях высокой концентрации кислорода. Фигура 7 представляла собой результат первого испытания из двух непрерывных испытаний, а Фигура 8 представляла собой результат второго испытания из двух непрерывных испытаний.
[0145] На Фигуре 7 и Фигуре 8, ось абсцисс означает продолжительность испытания (t) в единицах с; ось ординат на левой стороне означает потенциал кислорода (EMF) в единицах мВ, а ось ординат на правой стороне означает температуру (TEMP) в единицах °C. Для двух кривых на Фигуре 7 и Фигуре 8, сплошная кривая показывала изменения температуры с изменениями времени испытания, а пунктирная линия показывала изменения потенциала кислорода с изменениями времени испытания. Кривые на Фигурах были стабильными, указывая на то, что результат был надежным.
[0146] На правой стороне кривых на Фигуре 7 и Фигуре 8, TEMP установлена для конечного результата испытания, т.е., для температуры испытания расплавленной стали, дисперсии температуры испытания (TVar), конечного значения потенциала кислорода датчика кислорода (EMF), дисперсии испытания потенциала кислорода (EVar), активного содержания кислорода в расплавленной стали (a(O)) и содержания углерода в расплавленной стали (C).
[0147] При этом, на Фигуре 7, TEMP составляла 1646,8°C, TVar составляла -1,5°C, EMF составляло 163,8 мВ, EVar составляла -3,2 мВ, a(O) составляло 450,3 частей на миллион, а C составляло 0,061%. На Фигуре 8, TEMP составляла 1647,2°C, TVar составляла 1,5°C, EMF составляло 158,6 мВ, EVar составляла -1,6 мВ, a(O) составляло 420,3 частей на миллион, а C составляло 0,066%.
[0148] (2) Быстродействие датчика кислорода было протестировано при условиях низкой концентрации кислорода, и два измерения были выполнены последовательно. Время отклика для потенциала кислорода составляло < 4с. Конкретные результаты были показаны в Таблице 4, на Фигуре 9 и на Фигуре 10. При этом, Таблица 4 представляет собой результаты эксплуатационных испытаний, проведенных при условиях низкой концентрации кислорода.
Таблица 4 Результат эксплуатационных испытаний при условиях низкой концентрации кислорода
| Номер непрерывного испытания | Температура (°C) |
Потенциал кислорода (мВ) | Концентрация кислорода (ppm, частей на миллион) |
| 1 | 1509,2 | -82,7 | 5,6 |
| 2 | 1509,5 | -82,5 | 5,6 |
[0149] Как видно из Таблицы 4, отклонение температуры между двумя непрерывными испытаниями составляло лишь 0,3°C. Никакого отклонения потенциала кислорода не было, или же отклонение находилось в пределах 1 частей на миллион. Как видно из Фигуры 9 и Фигуры 10, отклики были очень быстрыми.
[0150] Фигура 9 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2 при условиях низких концентраций кислорода. Фигура 10 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 2, при условиях низкой концентрации кислорода. Фигура 9 представляла собой результаты первого испытания из двух непрерывных испытаний, а Фигура 10 представляла собой результат второго испытания из двух непрерывных испытаний.
[0151] На Фигуре 9 и Фигуре 10, ось абсцисс означает продолжительность испытания (t) в единицах с; ось ординат на левой стороне означает потенциал кислорода (EMF) в единицах мВ, а ось ординат на правой стороне означает температуру (TEMP) в единицах °C. Для двух кривых на Фигуре 9 и Фигуре 10, сплошная кривая показывала изменения температуры с изменениями времени испытания, а пунктирная линия показывала изменения потенциала кислорода с изменениями времени испытания. Кривые на Фигурах были стабильными, указывая на то, что результат был надежным.
[0152] На правой стороне кривых на Фигуре 9 и Фигуре 10, TEMP установлена для конечного результата испытания, т.е., для температуры испытания расплавленной стали, дисперсии температуры испытания (TVar), конечного значения потенциала кислорода датчика кислорода (EMF), дисперсии испытания потенциала кислорода (EVar), активного содержания кислорода в расплавленной стали (a(O)) и содержания кислого алюминия в расплавленной стали (Al).
[0153] При этом, на Фигуре 9, TEMP составляла 1509,2°C, TVar составляла -1,8°C, EMF составляло -82,7 мВ, EVar составляла -2,7 мВ, a(O) составляло 5,6 частей на миллион, и Al составляло 0,000%. На Фигуре 10, TEMP составляла 1509,5°C, TVar составляла -1,6°C, EMF составляло -82,5 мВ, EVar составляла -3,2 мВ, a(O) составляло 5,6 частей на миллион, и Al составляло 0,000%.
Пример 3
1. Приготовление циркониевой трубки
(1) Составы:
[0154] Процентное содержание порошка составляло 50% от общего объема.
[0155] Конкретный состав порошка был следующим:
72 мас.% ZrO2;
9 мас.% HfO2;
8 мас.% Y2O3; и
11 мас.% MgO.
[0156] Процентное содержание связующего составляло 50% от общего объема.
[0157] Конкретный состав связующего был следующим (процентное содержание объема):
20% EVA;
7% SA;
7% HDPE; и
66% PW.
(2) Способ приготовления
[0158] Порошок и связующее были подвергнуты последовательно перемешиванию, введению, обезжириванию и спеканию, для получения циркониевой трубки.
[0159] При этом, температура перемешивания составляла 165°C, продолжительность составляла 8 часов.
[0160] Температуры трех стадий введения составляли, соответственно, 178°C, 155°C и 143°C.
[0161] Давления трех стадий введения составляли, соответственно, 112 бар, 92 бар и 56 бар.
[0162] Температура ранней стадии обезжиривания составляла 180°C, а температура поздней стадии обезжиривания составляла 550°C, и общая продолжительность составляла 85 часов.
[0163] Температура спекания составляла 1650°C, и эта температура поддерживалась в течение 2 часов.
(3) Эксплуатационные испытания
[0164] Способ испытания: циркониевая трубка была погружена в расплавленную сталь, и время пребывания составляло 10 секунд. Затем, циркониевая трубка была проверена на наличие трещин и дефектов, для обеспечения того, чтобы все испытание на содержание кислорода было успешно завершено.
[0165] Результаты испытания: в циркониевой трубке не появилось никаких трещин и дефектов, и трубка оказалась пригодной для завершения всего процесса испытания, без воздействия н а результаты испытания.
[0166] Циркониевую трубку, использованную один раз, разбивали, для проверки того, имело ли место какое-либо внедрение кислорода в поперечное сечение. Если не было никакого внедрения кислорода, то поперечное сечение показывает чистый белый цвет; если внедрение кислорода было, то поперечное сечение показывает серые или темные примеси.
[0167] Результаты испытания: поперечное сечение показало чистый белый цвет, демонстрируя, что не было никакого внедрения кислорода, и циркониевая трубка, обеспеченная настоящим раскрытием, обладает плотной текстурой.
2. Порошковый электрод сравнения
(1) Составы (массовое процентное содержание)
[0168] Cr (70%)+Cr2O3 (25%)+MnO (2%)+CoO (12%)+NiO (1%)
(2) Способ приготовления
[0169] Вышеуказанные материалы для электродного порошка были перемешаны путем измельчения в шаровой мельнице. Технология измельчения в шаровой мельнице был следующей: порошковая смесь был доведена до состояния пасты с помощью подходящего количества раствора этанола, паста была помещена в резервуар для шарового измельчения, и измельчение в шаровой мельнице было осуществлено при скорости 250 об/мин в течение 5 часов. Порошок после измельчения в шаровой мельнице был размолот в течение нескольких часов после вакуумной сушки, а затем был отсортирован путем пропускания через сито. Порошки размером 1 мкм были отобраны для дальнейшего использования. Образец порошка был загружен в трубку из кварцевого стекла, а трубка была вакуумирована и герметизирована. Трубка была помещена в высокотемпературную печь для термообработки и нагрета до 1250°C при скорости нагрева 5°C/мин, и температура поддерживалась в течение 4 часов. Полученный продукт был подвергнут обработке предварительным нагревом, с последующим измельчением, для получения порошка электрода сравнения.
(3) Эксплуатационные испытания
[0170] Порошковый электрод сравнения был подвергнут испытанию на растровом электронном микроскопе. Результат был показан на Фигуре 11. Фигура 11 представляет собой изображение, полученное в растровом электронном микроскопе для порошкового электрода сравнения, приготовленного в Примере 3.
[0171] Как видно из Фигуры 11, электрод сравнения, приготовленный согласно настоящему раскрытию, обладает хорошим диапазоном распределения частиц по размерам и относительно большой удельной площадью поверхности.
[0172] В циркониевую трубку было добавлено 100 мг порошкового электрода сравнения и порошка оксида алюминия, и в нее был вставлен молибденовый стержень. Трубка была укупорена быстро сохнущим цементом, для получения корпуса датчика кислорода.
[0173] Датчик кислорода был получен путем компоновки термопары, наконечника датчика, защитной трубки и корпуса датчика кислорода.
[0174] (1) Быстродействие датчика кислорода было протестировано при условиях высокой концентрации кислорода, и измерение было выполнено последовательно дважды. Время отклика для потенциала кислорода составляло < 4 с. Конкретные результаты были показаны в Таблице 5, на Фигуре 12 и на Фигуре 13. При этом, Таблица 5 представляла собой результаты эксплуатационных испытаний, проведенных при условиях высокой концентрации кислорода.
Таблица 5 Результат эксплуатационных испытаний при условиях высокой концентрации кислорода
| Номер непрерывного испытания | Температура (°C) |
Потенциал кислорода (мВ) | Концентрация кислорода (ppm, частей на миллион) |
| 1 | 1650,8 | 162,1 | 453,8 |
| 2 | 1652,6 | 160,3 | 448,8 |
[0175] Как видно из Таблицы 3, отклонение температуры между двумя непрерывными испытаниями составляло лишь 1,8°C, а отклонение потенциала кислорода составляло лишь 5 частей на миллион, в пределах отклонения 10%. И, как видно из Фигуры 12 и Фигуры 13, отклики были очень быстрыми.
[0176] Фигура 12 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3, при условиях высокой концентрации кислорода. Фигура 13 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3 при условиях высокой концентрации кислорода. Фигура 12 представляла собой результат первого испытания из двух непрерывных испытаний, а Фигура 13 представляла собой результат второго испытания из двух непрерывных испытаний.
[0177] На Фигуре 12 и Фигуре 13, ось абсцисс означает продолжительность испытания (t) в единицах с; ось ординат на левой стороне означает потенциал кислорода (EMF) в единицах мВ, а ось ординат на правой стороне означает температуру (TEMP) в единицах °C. Для двух кривых на Фигуре 12 и Фигуре 13, сплошная кривая показывала изменения температуры с изменениями времени испытания, а пунктирная линия показывала изменения потенциала кислорода с изменениями времени испытания. Кривые на Фигурах были стабильными, указывая на то, что результат был надежным.
[0178] На правой стороне кривых на Фигуре 12 и Фигуре 13, TEMP установлена для конечного результата испытания, т.е., для температуры испытания расплавленной стали, дисперсии температуры испытания (TVar), конечного значения потенциала кислорода датчика кислорода (EMF), дисперсии испытания потенциала кислорода (EVar), активного содержания кислорода в расплавленной стали (a(O)) и содержания углерода в расплавленной стали (C).
[0179] При этом, на Фигуре 12, TEMP составляла 1650,8°C, TVar составляла -1,4°C, EMF составляло 162,1 мВ, EVar составляла 2,8 мВ, a(O) составляло 453,8 частей на миллион, а C составляло 0,061%. На Фигуре 13, TEMP составляла 1652,6°C, TVar составляла -1,9°C, EMF составляло 160,3 мВ, EVar составляла -1,2 мВ, a(O) составляло 448,8 частей на миллион, а C составляло 0,062%.
[0180] (2) Быстродействие датчика кислорода было протестировано при условиях низкой концентрации кислорода, и два измерения были выполнены последовательно. Время отклика для потенциала кислорода составляло < 4 с. Конкретные результаты были показаны в Таблице 6, на Фигуре 14 и на Фигуре 15. При этом, Таблица 6 представляет собой результаты эксплуатационных испытаний, проведенных при условиях низкой концентрации кислорода.
Таблица 6 Результат эксплуатационных испытаний при условиях низкой концентрации кислорода
| Номер непрерывного испытания | Температура (°C) |
Потенциал кислорода (мВ) | Концентрация кислорода (ppm, частей на миллион) |
| 1 | 1622,3 | -249,3 | 1,3 |
| 2 | 1623,2 | -229,4 | 1,7 |
[0181] Как видно из Таблицы 6, при непрерывных испытаниях, отклонение температуры между двумя непрерывными испытаниями составляло лишь 0,9°C, а отклонение потенциала кислорода составляло лишь 0,4 частей на миллион, в пределах 1 частей на миллион. Как видно из Фигуры 14 и Фигуры 15, отклики были очень быстрыми.
[0182] Фигура 14 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3 при условиях низких концентраций кислорода. Фигура 15 представляла собой изображение результата эксплуатационных испытаний датчика кислорода, приготовленного в Примере 3, при условиях низкой концентрации кислорода. Фигура 14 представляла собой результат первого испытания из двух непрерывных испытаний, Фигура 15 представляла собой результат второго испытания из двух непрерывных испытаний.
[0183] На Фигуре 14 и Фигура 15, ось абсцисс означает продолжительность испытания (t) в единицах с; ось ординат на левой стороне означает потенциал кислорода (EMF) в единицах мВ, а ось ординат на правой стороне означает температуру (TEMP) в единицах °C. Для двух кривых на Фигуре 14 и Фигура 15, сплошная кривая показывала изменения температуры с изменениями времени испытания, а пунктирная линия показывала изменения потенциала кислорода с изменениями времени испытания. Кривые на Фигурах были стабильными, указывая на то, что результат был надежным.
[0184] На правой стороне кривых на Фигуре 14 и Фигура 15, TEMP установлена для конечного результата испытания, т.е., для температуры испытания расплавленной стали, дисперсии температуры испытания (TVar), конечного значения потенциала кислорода датчика кислорода (EMF), дисперсии испытания потенциала кислорода (EVar), активного содержания кислорода в расплавленной стали (a(O)) и содержания кислого алюминия в расплавленной стали (Al).
[0185] При этом, на Фигуре 9, TEMP составляла 1622,3°C, TVar составляла -1,5°C, EMF составляло -249,3 мВ, EVar составляла -3,4 мВ, a(O) составляло 1,3 частей на миллион, и Al составляло 0,174%. На Фигуре 15, TEMP составляла 1623,2°C, TVar составляла 1,5°C, EMF составляло -229,4 мВ, EVar составляла -2,5 мВ, a(O) составляло 1,7 частей на миллион, и Al составляло 0,153%.
[0186] При наличии предпочтительных вариантов воплощения настоящего раскрытия, следует отметить, что обычный специалист в данной области техники может сделать различные усовершенствования и модификации настоящего раскрытия, без отступления от принципа настоящего изобретения и такие усовершенствования и модификации попадают в защищаемый объем настоящего раскрытия.
1. Электрод сравнения для датчика кислорода, который изготовлен из следующих компонентов в массовых процентах:
40-99,96 мас.% Cr;
0,01-30 мас.% Cr2O3;
0,01-10 мас.% MnO;
0,01-10 мас.% CoO; и
0,01-10 мас.% NiO.
2. Электрод сравнения по п. 1, который изготовлен из следующих компонентов в массовых процентах:
50-80 мас.% Cr;
10-25 мас.% Cr2O3;
1-8 мас.% MnO;
1-8 мас.% CoO; и
1-8 мас.% NiO.
3. Способ приготовления электрода сравнения для датчика кислорода, включающий в себя следующие этапы:
- перемешивание 40-99,96 мас.% Cr, 0,01-30 мас.% Cr2O3, 0,01-10 мас.% MnO, 0,01-10 мас.% CoO и 0,01-10 мас.% NiO путем измельчения в шаровой мельнице для получения суспензионной взвеси;
- подвергание суспензионной взвеси последовательно сушке, перемалыванию, спеканию и измельчению для получения электрода сравнения для датчика кислорода.
4. Способ по п. 3, в котором измельчение в шаровой мельнице выполняют при скорости 100-300 об/мин в течение 5-10 часов.
5. Способ по п. 3, в котором спекание выполняют путем:
- нагрева смеси до 1100-1400°C при скорости нагрева 1-6°C/мин и подержания температуры в течение 3-6 часов.
6. Датчик кислорода, содержащий корпус датчика кислорода, термопару, наконечник датчика и защитную трубку, причем корпус датчика кислорода содержит:
- циркониевую трубку;
- электрод сравнения, обеспеченный на дне внутри циркониевой трубки;
- слой порошка оксида алюминия, обеспеченный внутри циркониевой трубки и выше электрода сравнения;
- металлический провод, проходящий через весь электрод сравнения и слой порошка оксида алюминия, причем один конец металлического провода контактирует с дном циркониевой трубки, тогда как другой конец простирается за пределы циркониевой трубки; и
- электрод сравнения выбран из электрода сравнения для датчика кислорода по п. 1 или 2.
7. Датчик кислорода по п. 6, в котором циркониевая трубка изготовлена из порошка и связующего и порошок содержит следующие компоненты:
- 70-95 мас.% ZrO2;
- 4-15 мас.% HfO2; и
- 0,5-20 мас.% оксида металла в виде порошковой смеси, причем оксид металла представляет собой одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из CaO, MgO, Y2O3 и CeO2.
8. Датчик кислорода по п. 6, в котором объемное отношение порошка к связующему составляет (35-60):(40-65).
9. Датчик кислорода по п. 6, в котором связующее представляет собой одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из сополимера этилена и винилацетата, высокоплотного полиэтилена, стеариновой кислоты и парафина.
10. Датчик кислорода по п. 6, в котором связующее выбрано из смеси сополимера этилена и винилацетата, высокоплотного полиэтилена, стеариновой кислоты и парафина в объемном соотношении (9-20):(7-10):(8-15):(55-76).
