Датчик измерения активности кислорода к стали Советский патент 1983 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к измерению ак тивности кислорода в жидкой стали ме тодом ЭДС концентрационного элемента ; ,и может быть использовано для контроля технологии выплавки стали в про мышленных агрегатах. « Известен датчик для измерения активности кислорода в металлах, содер жащий корпус в виде огнеупорной труб ки из твердого электролита, в которо расположен электрод сравнения и токо съемник из серебра с погруженным в него токоотводом из нерастворимого в серебре материала СО Недостатком данного датчика является высокая стоимость и недостаточная точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик для измерения активности кислорода в металле, содержащий корпус, выполненный в виде цилиндра и являющийся одновременно токосъемником, в котором расположен твердый электролит 2 3 .. Недостатком графитового токосъемника является его быстрое растворени в стали. Исследования показывают, 4j :при толщине стенок графитового ста- кана 5 мм, продолжительность его рас ворения в жидкой стали составляет 2 мин. Скорость растворения графита при этом составляет 2,5 мм/мин. По этой причине графиковый токосъемник не может быть использован для измерения активности кислорода в жидкой стали, так как быстро растворяющийся графит раскисляет сталь. Целью изобретения является повышение точности измерений и увеличени срока службы. Поставленная цель достигается тем что в датчике для измерения активное ти кислорода в металле, содержащем корпус, выполненный в виде цилиндра и являющийся одновременно токосъемни ком,, в котором расположен твердый электролит, токосъемник выполнен из графита, шамота и св.язующего состава, вес.%: Графит60-85 Шамот15-30 Связующее Остальное а величина зерен составляет: шамота 1,0-2,0 мм; графита 0,05-0,20 мм. На чертеже изображено устройство для измерения активности кислорода в жидком металле, общий вид. 1 5 . , 2 Датчик состоит из твердого электролита из стабилизированной двуокиси циркония в виде колпачка 1, который защищен адундовой трубкой 2 и токо-съёмника 3 в виде трубки из графитошамота, содержащего 60-85% шамота с величиной зерен 1,0-3,0 мм и 1530 графита с величиной зерен 0,050,2 мм. Внутрь коллачка из твердого электролита помещена двухканальная алундовая трубка , в которой находится термопара 5. От термопары и токосъемника сделаны выводы 6 на контактные кольца 7 разъема 8, в последнем для подачи воздуха сделано отверстие 9. Между контактными кольцами расположены изолирующие фторопластовые -прокладки 10. Для выхода воздуха из по.лости твердого электролита в разъеме сделано отверстие 11. Снизу на датчик надет растворимый в стали графитовый стакан 12. Датчик работает следующим образом. Через 2-3 мин после погружения датчика в металл графитовый стакан, растворяется в стали и металл начинает контактировать с твердым электролитом 1 и токосъемником 3- В качестве эталонного газа используется воздух, который подается через отверстие 9 и выводится через отверстие 11 За счет разницы окислительного потенциала сред по обе стороны твердого электролита 1 на его стенках возникает скачок потенциала. С внутренней стороны твердого электролита потенциал снимается с. помощью одного из проводов платинородиевой термопары 5, ас наружной стороны - через жидкий металл с помощью токосъемника 3. По разности потенциалов рассчитывают активность кислорода. Продолжительность для измерения активности кислорода в применении датчика стали в мартеновских печах составит для первого случая (15 графита) минимум мин и для второго случая (301 графита) - минимум 50 мин. Нижний предел содержания графита в графитошамоте выбран из соображений обеспечения надёжной электронной проводимости. При меньшем содержании графита образуется пленка шамота со смешанной проводимостью. Верхний предел содержания графита в графитошамоте выбран из соображений приемлемой продолжительности непрерывного измерения активности, кислорода. При более высоком содержании графита скорость растворения графитошамота резко увеличивается и составляет при tO графита 0,-0,5 мм/мин. Содержание в графитошамоте определяется содержанием графита. Кроме этих двух ингредиентов, в графитошамоте имеется только связующего материала например каменноугольного пека или огнеупорной глины. Гранулометрический состав графито шамота соответствует поставленной цели. При применении зерен шамота крупностью менее 1 мм при выдержке в жидкой стали образуется слой шамота со смешанной проводимостью. Экспе рименты показывают, что при этом воз никает дополнительная.ЭДС, которая искажает .результаты Vlзмepeний. При величине зерен шамо.та более 3 мм воз растает скорость растворения графито шамота, при этом растворение носит не упорядоченный(не послойный) харак тер. Тоже происходит при применении графита с размером зерен более 0,2 мм При разработке датчика руководствуются необходимо.стью предотвратить рас1в1сление стали углеродом графитошамота в зоне измерения активности 10 5 кислорода. При содержании графита в графитошамоте 15 /скорость поступления графита в сталь составляет (диаметр токосъемника 33 мм, его высота tO мм) примерно 0,07 г/мин, а при содержании графита 30 - примерно 0,2 г/мин. По сравнению со скоростью окисления углерода, например, в 250тмартеновской печи, которая находится в пределах 0,5-10 - 1,0-10 г/мин т это ничтожно малая величина. Работоспособность датчика и отсутствие раскисления стали углеродом в зоне измерения доказано экспериментально. Активность кислорода в стали измеряли в мартеновской печи в течение 1,0-t,5 ч (5 опытов) ч в промежуточном ковше УНРС в течение 2,0-3,0 ч (5 опытов) одновременно двумя датчиками, которые отличались токосъемниками. В одном из них во всех опытах использовали серебрянный токосъемник эталонный актинометр, второй ддтчик (опытный) был оборудован такосъемниками из графитошамота Результаты испытаний датчиков с токосъемниками различного состава приведены в таблице,.

ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОСТИ КИСЛОРОДА В МЕТАЛЛЕ, содержащий корпус, выполненный 8 виде цилиндра и являющийся одновременно токосъемником, в котором расположен твердый эпектролит, отличающийся тем, что,с целью повьшения точности изн ренйй и увеличения срока служ&ы, токосъемник выполнен из графита, шамота и связующего состава, вес.%: ГрафитбО-ВО Шамот15-30 Связующее Остальное а величина зерен составляет: шамота . 1,0-3,0 мм; графита 0,05-0,20 ми.

Остальное - каменноугольный пек.

5 1022035

Датчики находились на расстоянии 1 иния графита в жидкой стали зерна шадруг от друга. В течение всего пе-мота, теряя связь между собой,-смывариода измерений разница в показанияхются жидким металлом, обнажая новый

датчиков не превышала 9 что счита-слой графитошамота, и таким o6pa30h

ется удовлетворительным для измерений5 сохраняется электронная проводимость

подобного рода.материала.

Таким образом, в графитошамоте,Применение датчика при производстсодержащем 60-85 шамота с величинойве стали в мартеновских печах позвозерен 1,0-3,0 мм и 15-30% графита сляет сократить продолжительность плав

величиной зерен 0,05-0,20 мм обнару- ки на 2%, снизить расход ферромарганжено новое свойство, которое заклк -ца на 6%, уменьшить головную обрезь

:чается в том, что по. мере растворе-на 0,5.