Устройство для измерения температуры жидких расплавов

,78 ГОСМЦАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ.ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1 Филиппов С.И АрсентьевЯковлев В,В Крашенинников Н.Г,эико-химические методы исследованиталлургических процессов. "Металлугия", 1968.2. Авторское свидетельство СССИ 640198, кл. 0 01 й 27/Ьб, 30,12(прототип),(5)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКИХ РАСПЛАВОВ, содержащее гальваническую ячейку с разнородными электродами, разделенными экраном, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, Экран выполнен в виде стакана иэ материала электроположительного по отношению к материалам электродов, размещеннйх внутри экрана, в днище которого расположены отверстия для дифФузионного подвода кислорода, . причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов,й1 1022Изобретение относится к измерению температуры расплавов и газов и может найти применение для измерения жидкого металла и шлака в черной металлургии, 5Известно устройство для определения температуры жидких расплавов и газов, содержащее два спая двух разнородных металлических проволок1.,Недостатком .известного устройства 10 измерения температуры является низкая точность измерения температуры в области высоких температур и высокая стоимость спая разнородных металлов, выполненных обычно из драгоценных ме таллов, Так, температура ПР 30/б, представляющая наибольший практический интерес, имеет точность измерения при температуре 1500 + 5 ОС, а при более высоких температурах еще ниже.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры жидких расплавов, содержащее гальваническую ячейку с разнородными элект родами разделенными экраном 21 .Недостатком его является влияние ,конвективных потоков жидкого расплава на точность измерений.Целью изобретения является повы" шение точности измеренийПоставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры жидких расплавов, содержащем гальваническую ячейку с разнородными35 электродами, разделенными экраном, экран выполнен в виде стакана из материала электроположительного по отношению к материалам электродов и размещенных внутри экрана, в днище которого расположены отверстия для ф диффузионного подвода кислорода, причем длина погруженной боковой поверхности экрана в 1,5-2 раза больше длины погруженной части электродов.На чертеже показана схема предлагаемого устройства для измерения температуры жидких расплавов и газов,Устройство для измерения температуры жидких расплавов состоит из гальванической ячейки 1, заключенной 50 в защитный кожух 2, выполненный, например, из кварца и состоящий из графитного электрода 3 и магазина металлических электродов 4, в который входят, например хромовый. электрод 5 55 марганцевый электрод 6 и ванадиевый электрод 7, заключенные в экран 8, выполненный из материала, электродный 031 , 2потенциал которого более электроположительный по отношению к потенциалам электродовнапример, из металлокерамики, днище которого перфорировано, а отверстия 9 служат для массообмена электролита 10 из магазина металлических электродов в пространство вокруг графитового электрода корпуса 11 датчика, выполненного из высокотемпературного материала, например шамота, хвостовика датчика 12 с высоким электрическим сопротивлением, служащего для соединения датчика с вторичным прибором, и картонного блока 13.При опускании устройства для замера температуры в жидкий расплав гальваническая ячейка 1 нагревается до температуры расплава и на электродах 3, 5, 6 и 7 начинают протекать окислительно-восстановительные реакции, при этом образуются гальванические пары С-Сг,. С-Мп С-Ч.Для примера рассмотрим работу гальванической пары углерод - ванадий. При температуре ниже 1620 С ванадий имеет сродство к кислороду больше, чем углерод, и ванадиевый электрод в интервале температур ниже 1620 С будето анодом, при температуре выше 1620 С углерод имеет сродство к кислороду больше, чем ванадий, и ванадиевый электрод в интервале температур выше 1620 С будет катодом. Иналогично в гальванической паре углерод-марганец при температуре ниже 1 ч 20 оС марганцевый электрод будет анодом, а выше 1420 С - катодом, а в гальванической паре углерод-хром при температуре ниже 1220 оС хромовый электрод будетанодом, а выше 1220 С - катодом.Металлические электроды подбираются таким образом, цтобы разность между их электродными потенциалами была равна 0,2-0,5 8.Разность в 0,2-0,5 В между электродными потенциалами металлургических электродов позволяет повысить точность замера температуры расплава.Снижение разности между электродными потенциалами металлических электродов меньше 0,2 В экономически нецелесообразно, а увеличение,.разности. между электродными потенциалами больше чем 0,5 В снижает точность замерЪ температуры. Использование в качестве электрода металла со значительным сродством к кислороду позволяет расширить диапазон измеряемых температур при высокой точности замера.3 10220Величина и направление ЭДС в галь" ванических парах С-Сг, С-Ио и С-Ч характеризуют температуру жидкогО расплава. Абсолютные значения величины ЭДС в каждой гальванической паре могут:зависеть от некоторых факторов 1(качества графитового электрода, состава электролита и т,д.), Отношения ЭДС пар С-Сг, С-Ип, С"Ч более точно определяют температуру расплава, так 1 О как они зависят только от температуры расплава. Иагазин металлических электродов позволяет получить несколько значений температуры расплава, усреднить ее значение, таким образом 15 дополнительно повысить ее точность.В качестве электролита 10 используют окислы металлов с небольшим сродством н кислороду и низкой температурой плавления, цто увеличивает .значения выходных сигналов в каждой гальванической паре и повышает точность замера.Помещение металлических электродов , в экран из материала., электродный по тенциал которого более электроположительный по отношению, к потенциалам материалов электродов, погруженных в электролит, выше уровня экрана с дни- щем, выполненным перфорированным,предохраняет металлические электроды от воздействия конвективных потоков,возникающих на графитовом электроде и неравномерно искажающих показанияЭДС гальванических пар.Экран выполнен из материала, элект 35родный потенциал которого более электроположителен по отношению к потенциалам материалов электродов, цто снижает величину возникающих паразитных40токов между графитным электродов иэкраном и искажающими показания ЭДСгальванопар. Кроме того, экран препятствует переносу ионов кислорода изэлектролита в магазине электродов в 4 . электролит, окружающий угольный электрод, и обратно, что исключает неравно.мерность распределения концентрацийкислорода по сечению у различных металлических электродовОтношение длины погруженной вэлектролит боковой поверхности экрана к длине .погруженной части электродов о,ределяется наилучшими. условиями стабильной работы устройства,ддяизмерения температуры жидких расплавов и газов, При уменьшении отношениядлины погруженной, в электролит боко вой поверхности экрана к длине погруженной части электродов менее 1,5ухудшается стабильность измеренийтемпературы, тан как на активностькислорода электролита оказывают .влияние нонвективные потоки, возникающие на углеродном электроде засчет образования пузырьков окиси углерода и проникновения их через пер"форированное днище экрана в магазинэлектродов. При увеличении отношениябоковой поверхности экрана к длинепогруженной части экрана больше двухувелициваются габариты устройствабез повышения существенной точностизамера температуры, что экономически невыгодно,Диаметр отверстий в перфорированIном днище экрана составляет 0,1-5 ммчто обеспечивает высокую точность замера температуры. При уменьшении диаметра отверстий в днище. экрана мень"ше 0,1 мм возникает концентрационнаяразность ЭДС между. электролитом магазина электродов и электролитом, окружающим углеродный электрод, что искажает истинные значения ЭДС с.гальванических пар. При увеличении диаметраотверстия в перфорированном днищеэкрана. больше 5 мм сказывается влия"ние на показания значений температурыконвективных потоков, образующихсяна поверхности углеродного электрода,что ухудшает точность замера,Необходимость выполнения электро"да,.расположенного снаружи экрана из углерода объясняется термодинамичес-.кими особенностями этого элемента.Так электродный потенциал углерода сповышением температуры возрастает в то время, как электродный потенциалвсех металлов с повышением темпера"туры уменьшается, что для всех гальваницеских пар металл-углерод обеспечивает наличие температуры приеноторой ЭД 0 гальванопары равно нулю,Активность кислорода в жидкой стали; например, в датчиках ИиСиС, определяетсв путем измерения величины ЭДС в высокотемпературном концентрированном гальваническом элементе без переноса по уравнению НеристаС 03где Е - электродвижущая сила, В;й - газовая постоянная;Е - повтеянная фарадея;и - число переноса заряда .потенциала определяющего процесса;10220 Тираж 87 НИИПИ каз Й 029/3 одпи илиал ПЯПф"Патент жгород, ул. Проектная,р - активность кислорода вметал%ле и электроде сравнения.Так как электролит обычно обладаетсмешанной проводимостью, то измеренная ЭДС с Е связана уравнением.Еиэм= Е (1 - пэ),где и- .доля зпектронной проводимости.Доля ионной и электронной проводимости зависит от материала электролита (наличие стабилизирующих примесей)Выполнение экрана из материала,электроотрицательного по отношениюк материалам электродов, приводит кдополнительному возникновению ЭДСмежду экраном и электродами магазина ф аи значительному изменению активности кислорода, что влияет на точность измерения температуры расплава.Пары электродов металл " углерод будут работать во всем диапазоне температур, что позволяет повысить точность измерения, поэтому наличие магазина электродов позволяет не только расширить диапазон измерения температур, но и повысить достоверность их значений,Устройство измеряет отношение ЭДС гальванопар, что однозначно связано с температурой жидкого расплава и на вторичный прибор выдаются значения температур.