Патент ссср 415894
Союз Советских
Социалистимеских
Республик
К ПАТЕНТУ
Зависимый от патента №
М. Кл. G 01п 27/46
Заявлено 31.Х.1967 (№ 1193954/27-25)
Приоритет 13.VII.1967 (¹ 114212) Франция
Государственныи комитет
Совета Министров СССР оо делам иэооретвииЯ и открытий
УДК 661,93(088,8) Опубликовано 15.11.1974. Бюллетень № 6
Дата опубликования описания 2Х11.1974
Автор изобретения
Иностранец
Никола Мейссон (Франция) Иностранная фирма
«Инститю де Решерш де ля Сидерюржи франсэз» (Франция) Заявитель
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА
В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ
Изобретение предназначено для непрерывного измерения содержания кислорода в жидком металле, например в расплавленной стали, при помощи гальванического элемента с твердым электролитом, проводящим ионы кислорода.
Известно устройство для измерения содержания кислорода в жидком металле, содержащее два электрода, разделенных твердым электролитом, один из которых помещен в атмосферу эталонного газа, и средства для измерения температуры.
Однако такие устройства не обеспечивают достаточной точности непрерывного анализа в промышленных условиях.
Для повышения точности непрерывного контроля в промышленных условиях предлагаемое устройство выполнено в виде монолитного огнеупорного блока, имеющего форму, например, разливочного стакана, стенка которого, контактирующая с исследуемой средой, представляет собой твердый электролит.
Электролит, выполненный из материала, проводящего ионы кислорода, представляет собой огнеупорный блок; в самом этом материале выполнена полость; одна поверхность (наружная) этого материала соприкасается с жидким металлом, а в плоскости:внутри этого электролита находится электрод, соединенный с прибором, измеряющим разность потенциалов, который, в свою очередь, соединен с проводником, изолированным от электпода и контактирующим непосредственно с жидким металом.
В полости циркулирует газ, парциальное давлсш с кислорода которого постоянно и который служит эта.тоном для измерения содержания кислорода,в расплавленном металле.
Б устройстве сеть термопары для измерения
1О разности температур между двумя поверхностямп огнсупорного блока, изготовленного из твердого электролита.
Элемент, являющийся частью монолитного огнеупорного блока, выдерживает коррозион.
15 ное действие металлических ванн, а именно, действие лидкой стали или шлака и обладает повышенным ангимеханическим и антитермическим свойством.
Поскольку все элементы, необходимые для
20 различных измерений собраны в одном съе мном блоке, операции по установке и демонтажу устройства выполняются легко н просто.
Можно изменять внешнюю форму элемента, помещать его в приемник, не изменяя глубины
25 последнего. Элемент чаще, всего встраивают в стенку приемника, содержащего расплавленный металл, его помещают в том месте, где термический градиент особенно значителен.
30 Электродвижущая сила, отмечаемая элементом, является алгебраической суммой
41g 894 лектродвижущих сил, вызванных, с одной стороны, разностью парциального давления кислорода между двумя поверхностями стенки из твердого электролита и, с другой стороны, термоэлектрическим эффектом или эффектом Пельсьера, вызванным разностью между температурами поверхности электролита, который контактирует с жидким металлом, и поверхности полости.
Измерение этого отклонения температуры известными средствами позволяет осуществить точную коррекцию указанной электродвижущей силы и за ем добиться точного измерения содержания кислорода в расплавленном металле.
Блок, представляющий твердый электролит, может быть выполнен из любого материала, проводящего ионы кислорода, например, из стабилизированного циркония. В предлагаемом устройстве он выполнен в виде усеченно. го конуса. Такое выполнение:блока облегчает его установку на место или демонтаж, когда его заменяют в момент переделки футеровки приемника.
Известно, что электродви>кущая сила, выдаваемая элементом, имеет значение только тогда, когда полость блока с электродом содержит в себе эталонную субстанцию, поддерживающую постоянное парциальное давление кислорода в полости.
Поэтому осуществляется циркуляция эталонного газа в полости, где находится электрод, изготовленный из металла, имеющего высокую химическую стабильность (например платина или платина-родий).
Проводник, непосредственно контактирующий с расплавленным металлом, температура которого очень высокая, и представляющий собой второй электрод элемента, может быть выполнен из мягкой стали или соединения керамики с металлом, именно Cr — Сг Оз.
Средствами для измерения разности температур между двумя поверхностями электролита могут быть две термопары, одна из которы; расположена в полости, а другая погружена в металл (в отдельных случаях вторая термопара защищена колпачком).
Эта разность температуры может быть получена путем простого вычитания. Если электрод выполнен из платины, то он может служить одновременно элементом для измерения температуры в полости.
На фиг. 1 схематично показано описываемое устройство (совокупность элементов измерения представлена в одном съемном блоке); на фиг. 2 — блок, включающий в себя схему предварительного нагрева эталонного газа; на ф ;r. 3 — элемент, смонтированный на конце трубки для измерений на поверхности жидкого металла.
Монолитный блок 1, выполненный в виде усеченного конуса для облегчения его установки, помещают в стенку промышленного агрегата. Этот блок включает полость 2, в которую входит трубка 3 из глинозема, ответ5 ю
25 зо
60 б5 вленная из трубопровода 4, соединенного с баллоном чистого кислорода под давлением (на чертеже баллон не показан) . Остальная часть полости занята пористым циркониевым порошком 5, который удаляет кислород, служащий в качестве эталонного газа и поступающий по трубке 3.
Платиновый электрод 6 продолжается в полости в виде проволоки 7 из того жс металла.
Проволока прилегает к .внутренней стенке 8 блока 1, электрод 6 соединен с концом 9 сопротивления 10 со значением r. Он припаян в точке 11 к платино-родиевому проводу 12 (с
10% -ным содержанием родия) . Электрод 6 и провод 12 образуют термопару, которая измеряет температуру внутри полости 2, т. е, на внутренней поверхности электролита блока 1.
В верхней части блока 1 сделано отверстие, в котором приварена трубка 13 из глинозема, изолирующая электрический блок от металлокерамической защиты 14 (Сг Оц — Сг), выполняющей функцию проводника.
Внутри защиты имеется защитная оболочка 15 из глинозема, изолирующая электрически проводящую защиту 14 от термопары, составленной из платинового провода 16 и платипо-родпсвого провода 17 (с 10%-яым содержанием родня). Проводы спаяны в точке 18.
Эта термопара позволяет измсригь температуру металла, т. е. температуру внешней поверхности электролита.
Защита 14 соединена с концом 19 сопротивления 20 со значением R. Платиновый провод
16 непосредственно соединен с вольтметром
21, тогда как платино-родиевый провод 17 соединен с платино-родиевым проводом 12.
Чтобы элемент расходовал мало тока, сумма сопротивлений Я+» должна составлять примерно 1 МОл.
На электрической схеме видно, что электродвижущая сила на клеммах вольтметра 21 составляет разность потенциалов, вызванную только разностью парциального давления кислорода между двумя поверхностями электролита.
Так как эта разность потенциалов IIpo)Iopциональна логарифму концентрации кислорода в жидком металле, то вольгметр с соответствующей градуировкой сразу показывает это значение концентрации.
На фиг. 2 видно, что в описываемом устройстве измерительный элемент представлен блоком 1 из твердого электролита, например, из стабилизированного циркония с известью, в котором сделаны две полости 22 и 23, соединенные между собой трубопроводом 24.
Глубина полостей 22 и 23 и положение трубопровода 24 определяют толщину активной стенки 25 твердого электролита, которая контактирует с металлической ванной.
Полости и трубопровод обработаны так, что толщина стенки равна 15 мм.
В полости 22 имеется трубка 26, через которую вводят эталонный газ. Полость 23, 415894 продолженная патрубком 27, включает в себя электрод 28, конец которого прилегает к активной стенке 25.
Полости 2? и 23, а также труоопровод ?4 злполнсиы зернами 11з твердого электролнтл, диаметр которых равен примерно 1 мм.
Воздух, используемый в качестве эталонного газа, ввод11тся по трубке 2б, проходит полости
22 и 23 и трубопровод 24 и выпускается в атмосферу чсрсз патрубок 27 после обтекания электрода 28 этим воздухом.
В резульгатс этой цир <уляцин введенный холодный газ нагревается от стенок полостей, встроенных в блок, и от заполнителя и обтекает электрод 28, имея уже постоянную температуру.
Блок 1, который выполнен в вил<. усеченного конуса, формируется по размерам гнезда
29 из глинозема, которое сделано в стенке 30 и предназначено обычно для приема разливочного стакана.
Блок 1 закрепл1пот глиноземистым цементом.
Благодаря соответствующим формам блока
1 и гнсзда 29 замену элемента выполняют легко и быстро между двумя слоями, поскольку установку выполняют снаружи.
Электрод 28 может быть также одним из ответвлений термопары, введенной в полость
23.
Второй полюс элемента 31 измеряет потенциал расплавленного металла и может ппедставлять собой либо железный стержень, либо деталь Сермета (хромокись хрома), которые вставляются в блок и конец которых погружен в расплавленный металл. Электродвижущая сила элемента измеряется между электродом 28 и элементом 31. Термопара 32 позволяет измерить температуру жидкого металла.
Согласно одному из вариантов монтажа измеритсл1>ньн1 блок (фиг. 3) приспособлен для конца металлического стержня, выполненного из сильной трубки, конец которой имеет стлльной диск 33 с отвсрстпсм 34 в центре.
Диаметр этого отверстия позволяет вставить в него 1ястично усеченный конус-блок 1 (клк сннслзано 110 фиг. 3).
Измерительный блок удерживается трубкой 35, конец которой упирается в всрхн<ою поверхность блока 1 и которая концентричеCI Система прочно зя <рс н,ле л огнеупорным цементом 37, зл11ITI 1 1 н свободно< пространство между стс пнями трубок 35 и 36. Прнмснсннс Т< 11 «оэлс; т1 нческого пнрометра позволяет проводить изменения путем погружения 1! I!no .1стра в ванну с расплавленным металлом. Такой тип гальванического элемента имеет ряд преимуществ. Ппежле всего система элементов, измеряющих содержание 1<ислопоча. собрана в од .1н элемент, котопый представлен монолитным блоком. Др гим пвеиммществом явлетея то. ито ЭтОт б, ОК С ЬЕМН".11"I, ОН МОжст 61.1т1, Оче ь Лагко заменен без зямень1 заполнителя ппиемни20 ка, содсс1жяшего 1кидкий металл. Прсимусцестгом описанного элемента являстся то, что можно непрепывно изменять пязНИЦУ тЕМПЕРЯтУ11 МЕЖДУ ДВУМЯ ПОВЕПХНОСтЯМИ электролита. И еше одним преим ществом этого лсента является то, что элсктпический м нтлж очень прост н не треб .ет больших зятпят. Измепитель1111 х ст<1ойства, вь1полне11нь1е в соответствии с изобретением, успешно были 30 применены в непперь1вно11 очистительной установке. Предмет изобретения Устройство для измерения содержания кислорода в жидком металле, содержащее два электрода, раз.1сленных твердым электроли40 том, один из которых помещен в атмосфер1 эталонного газа, и средства для измерения темпспатуры, о т,l н ч л ю щ е е с я тем, что, с целшо повыснеI!!Is точности непрерывного 1<О! I I ()II, Iß Р ПРО IhII!1 II ÍÍÛ .< УСЛОВИЯХ, ОНО ВЫ45 полнено в ьч1 l< монолитного огнеупорного блока. нмеюн;,его форму, например, разливочного стакана, стенка которого, контактирую1ЦЛЯ С. ИССЛеДУСМО11 СРСДОй, ППЕДСтлВЛЯЕт СОбпй т11ердь111 э, С КтрО I!IT. » ! и .»> Редактор И. Шубина Корректор О. Заказ 1406/20 Изд. ¹ !268 Тираж 651 Подписн,, ЦНИИГ1И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 > б, Составитель Н. Алимова 1 екред 3. Тараненко
