415894

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз СоветскиХ Социалистицеских РеспубликЗависимый от патентаМ. Кл. б 01 п 27/4 ено 31.Х.1967 ( 1193954/27-25 З.И 1.1967 ( 114212) Фраццц иори осударствеиныи комите Совета Министров СССР оо делам иэооретвииЯ и открытийУДК 661,93(088,8 убликовано 15.11,1974. Еоллетснь6 ата опубликования описания 2.И 1,1974 Авторизобретен Иностранец Никола Мейссон(Франция) Иностранная фирма шерш де ля СидерюЗаявитель Инститю и франсэ СТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНВ ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ ИСЛОРОД 2 циалов, которыи, в свою очередь, соединен с проводником, изолированным от электРода и контактирующим непосредственно с жидким металом.5 В полости циркулирует газ, парциальноедавлсццс кислорода которого постоянно и который служит эталоном для измерения содержания кислорода,в расплавленном металле.Б устройстве сеть термопары для измерения 10 разцостц температур между двумя поверхцостямц огнсупорного блока, изготовленного из твердого электролита.Элемент, являющийся частью монолитногоогнеупорного блока, выдерживает коррозиоц 15 ное децствис металлических ванн, а именно,действие лидкой стали или шлака и облада.ет повышенным ангимеханическим и ацтитермическим свойством.Поскольку все элементы, необходимые для 20 различных измерений собраны в одном съемном блоке, операции по установке и демонтажу устройства выполняются легко и просто.Можно изменять внешнюю форму элемента,помещать его в приемник, не изменяя глубины 25 последнего. Элемент чаще, всего встраиваютв стенку приемника, содержащего расплавленный металл, его помещают в том месте, где термический градиент особенно значителен.30 Электродвцжущаментом, являетсл Электролит, вы проводящего ионы собой огнеупорный риале выполнена (наружная) этого жидким металлом, го электролита нах ный с прибором, из полненныйкислородблок; в саполость; оматериалаа в плоскодится элемеряющим из материала, а, представляетмом этом матедна поверхностьсоприкасается с ости внутри этотрод, соединенразность потен. 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, разделецных 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, на. пример, разливочного стакана, стенка которого, контактирующая с исследуемой средой, представляет собой твердый электролит. я сила, отмечаемая эле алгебраической суммойлектродвижущих сил, вызванных, с одной стороны, разностью парциального давления кислорода между двумя поверхностями стенки из твердого электролита и, с другой стороны, термоэлектрическим эффектом илц 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 электродвижу. щей силы и зачем 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 электродвцкущая сила, выдаваемая элементом, имеет значение только тогда, когда полость блока с электродом содержит в себе эталонную субстанцию, поддерживающую постоянное парциальцое 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 Сг - Сг,О,.Средствами для измерения разности температур между двумя поверхностями электролита могут быть две термопары, одна цз которых 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 элек. трод 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 фиг, 3 - элемент, смонтированный на конце трубки для измерений на поверхности жидкого металла.Монолитный блок 1, выполненный в виде усеченного конуса для облвгчеция его установки, помещают в стенку промышленного аг. регата. Этот блок включает полость 2, в которую входит трубка 3 из глинозема, ответ 5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 б 5 вленцая из трубопровода 4, соединенного с баллоном чистого кислорода под давлением (на чертеже баллон не показан). Остальная часть полости занята пористым циркониввым 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 г. 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, ца внутренней поверхности электролита блока 1.В верхней части блока 1 сделано отверстие, в котором приварена трубка 13 из глинозема, изолирующая электрический блок от металло- керамической защиты 14 (Сг,О, - Сг), выполняющей функцию проводника,Внутри защиты имеется защитная оболочка 15 из глинозема, изолирующая электрически проводящую защиту 14 от термопары, составлешой из платинового провода 16 ц цлатицо-родцсвого провода 17 (с 10%-цым 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 Л, Г 1 латццовый провод 16 непосредственно соединен с вольтметром 21, тогда как платицо-родиевый провод 1 соединен с цлатино-родиевым проводом 12."1 тобы элемент расходовал мало тока, сумма сопротивлений Й+ должна составлять примерно 1 МОл.На электрической схеме видно, что электро- движущая сила на клеммах вольтметра 21 составляет разность потенциалов, вызванную только разностью царциального давления кислорода между двумя поверхностями электролита.Так как эта разность потенциалов пропорциональна логарифму концентрации кислорода в жидком металле, то вольтметр с соответствующей градуировкой сразу показывает это значение концентрации.На фцг. 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, 415894продолженная патрубком 27, включает в себя электрод 28, конец которого прилегает к активной стенке 25.Полости 2 и 23, а также труоопровод 4 здттолттсттт зернами ттз твердого электролита, диаметр которых равец примерно 1 мм.Воздух, используемый в качестве эталонного газа, вводится по трубке 2 б, проходит полости 22 ц 23 и трубопровод 24 и выпускается в атмосферу чсрсз патрубок 27 после обтекания электрода 28 этим воздухом.В результате этой циркуляции введенный холодный газ нагревается от стенок полостей, встроенных в блок, и от заполнителя и обтекает электрод 28, имея уже постоянную теттпературу.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 закреплгцот глиноземистым цементом.Благодаря соответствующим формам блока 1 и гксзда 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. Электродвцжущая сила элемента измеряется между электродом 28 и элементом 31. Термопара 32 позволяет измерить температуру жидкого металла.Согласно одному из вариантов монтажа измерите,тьцьш блок 1 фиг. 3) приспособлен для конца металлического стержня, выполненного цз стальной трубки, конец которой имеет стальной диск 33 с отвсрстптм 34 в центре.Диаметр этого отверстия позволяет вставить в него тястичтто усеченный киус-блок 1 кдк ц(ц(язацо цд фиг. 3),Измерительный блок 1 удерживается трубкой 35, конец которой упирается в всрхнтою поверхность блока 1 и которая концентрически ряГ 11 оло)кстт тт тпбс 3 б.5 Система прочно зтт(тедета огнеупорнымцементом 37, зттлттттм ц сттободцот пространство между стсцкямц трубок 35 ц 36.Прцчсцсццс тер тоэгт("пцческого пцрометрд позволяет проводить цзмепсцця путем по гружепця по.,стра в ванну с расплавлецныт:ттетял, том.Такой тцп гальванического элемента имеетряд преимуществ. Ппежле всего система элементов, цзмсряюшцх содержание т(ттслопотта, 15 собрана в оч тн элемент, котопьтй представленмоттолцтным блоком.Дргим прецммществом явл ется то. цтоэтот блок сьечньттт, он может бт,ттт, очеиь лагко заменетт без зямецьт заполнителя ппиемни ка, солспжашего т(ттдкий металл.Прсимутцестгом оттисатцтого элеметття является то, что можно неппепывтто цзмепчть пязницу температутт между (гюля повепхностяхти электролита.25 И еше однттм ппецюществом этого лс теттта является то, что элсктпическттй м"нтяж очень прост ц не требует больших зятпят,Измепцтельнт,те стпойства, вьтполнеттттьте всоответствии с изобретением, 1 спешно были 30 применены в непперьтвттотт очистительной установке.Предмет изобретения35Устройство для измерения содержания кислорода в жидком металле, содержащее два электрода, раз.тслеццых твердым электроли том, один из которых помещен в атмосферуэталонного газа, и средства для измерения темпепатуры, отличающееся тем, что, с целшо повыцтецця точности непрерывного коц 1 роля Р ттро.ьттп,тсттттьтх условиях, оно Вы полцецо в вцспс монолитного огнеупорногоблока, цмеюц;,его форму, напрттмер, разливочного стакана, стенка которого, контактируютая ( ттсследустой средой, ппедстявляет со(той тпсрлттй элс ктролцт./ // / димова авител екред 3. Тар Шуби Корректор О. Редакто ко)ия, пр. Сапунова Изд, Ъе 268 осударственного комитета по делам изобретений и Москва, Ж.35, Раушская