Устройство для определения содержания кислорода Советский патент 1976 года по МПК G01N33/20 G01N27/54 C01B13/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

КИСЛОРОДА

Изобретение относится к устройству для определения содержания кислорода или активности текучих сред при повышенных температурах и может быть использовано для измерения количества кислорода в жидкой стали в печи или контейнере без отбора пробы, а также для определения кислорода и в других текучих средах при температурах выше 700°С, например в жидкой меди или газовых печах.

Известно устройство для определения содержания кислорода в текучих средах при высоких температурах, содержан1;ее корпус с размещенными в нем внешней и внутренней трубками, электролитическую заглушку, установленную в нижнем торце внешней трубки, термопару, расположенг1ую во внутренней трубке, и электрический проводник, соединенные с регистрирующим прибором.

Иедостаткамн такого устройства являются одноразовость его действия и низкая точность.

С целью устранения указанных недостатков в предлагаемом устройстве внутренняя трубка выполнена из электропроводного материала, нижняя часть ее заполнена материалом сравнения, а верхняя - окисью материала сравнения.

Между внешней и внутренними трубками может быть размещена запдитная, например.

кварцевая трубка, а термопара снабжена электроизоляционной втулкой.

Кроме того, корпус выше уровня среды может быть снабжен жаростойкой защитной гильзой.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство (первый вариант выполнения), продольный разрез; на фиг. 2 - то же (второй вариант), с частичными разрезами.

Устройство для определения кислорода включает внутреннюю трубку 1, изготовленную из электропроводного материала, например из окиси металла, нижний торец которой закрыт электролитической заглушкой 2, выполненной,

например, из окиси циркония ZrOj и содержапл,ей 3-10% окиси кальция.

Верхний торец трубки 1 закрыт молибденовой крышкой 3. Нижняя часть этой трубки заполнена материалом 4 сравнения, который

соприкасается с заглушкой 2. Материал сравнения должен быть нелетучим при рабочей температуре, например, хром или сплав хрома с никелем. Однако могут быть использованы молибден, тантал и т. п. и и.х сплавы. Трубка

1 выполнена из окиси металла сравнения и не должна плавиться при рабочей температуре, например она может быть изготовлена из окиси хрома СгдОз. Через крышку 3 в трубку

1 пропущена термопара 5, которая может быть стандартной, прямого типа, две проволоки которой проходят через огнеупорный изолятор. Молибденовая проволока 6 с жаростойкой изоляцией проходит через крышку 3 в трубку 1 и фиксируется установочным винтом 7. Эта трубка окружена защитной трубкой 8, например, из кварца, которая герметично соединена с заглушкой 2, не выходящей за край этой трубки. В верхней части трубки 8 выполнен радиальный фланец 9. Между трубками 1 и 6 необходим небольшой зазор, например

1мм, чтобы избежать растрескивания трубки 8 за счет термического расширения. Трубку 8 окружает наружная металлокерамическая трубка 10 с коническим концом, в котором выполнено отверстие, обеспечивающее доступ исследуемой текучей среды к заглушке 2.

Трубка 10 имеет радикальный фланец И, к которому прилагает фланец 9, должна быть изготовлена из электропроводного материала и не должна расплавляться при рабочей температуре. Ее металлическая фаза должна быть такой же, как у крышки 3 и проволоки 6, поскольку в противном случае понадобится еще дополнительная термоэлектрическая корректировка результатов измерений. В этом случае желательно использовать смесь алунда и молибдена. Втулка 12 с внутренней резьбой окружает фланцы 9 и 11, а нижний ее фланец 13 поджимает фланец И. Для крепления собранных частей во втулку 12 ввинчивается пробка 14 с резьбовой частью 15. В этой пробке выполнены отверстия 16, через которые проходят изолированные проволоки термопары 5 и проволока 6. К пробке 14 с помощью винта 17 крепят проволоку 18 предпочтительно из молибдена. Втулка 12 и пробка 14 должны быть электропроводными и изготовлены из того же металла, что и металлическая часть трубки 10, но если эти части эксплуатируются при достаточно равномерной температуре, то при их выполнении и из нержавеющей стали ошибка будет незначительной. Проволоки термопары 5, проволоки 6 и 18 подсоединены к потенциометру 19. Если устройство помещают в ванну 20 с металлом, то открытую часть трубки 10 зан1,ищают огнеупорной гильзой 21 из материала, устойчивого к действию температур выше 700°С и окислению, например из окисей алюминия или магния, но могут быть использованы и другие огнеупорные окиси или их,сочетания. Кроме того, если датчик во время погружения проходит через Н1ламовый слой, то для защиты электролита на конец датчика надевают металлическую чашку 22.

Эта чашка должна быть выполнена из материала, который будет плавиться при контактировании с расплавленным металлом. При измерении содержания кислорода в стали обычно применяют стальную зашитную чашку. Для обеспечения хорошей подгонки заглушки

2к трубке 8 последняя может быть нагрета так, что будет обтекать заглушку 2. Кроме того, другим способом является точная шлифовка заглушки, так чтобы она была xoponio пригнана к внутренней стороне трубки 8. В любом случае конец трубки 8 не должен выходить за заглушку и в случае необходимости должен быть подрезан.

При эксплуатации датчик может быть или частично погружен (на половину его длины) в ванну с металлом, или вставлен в боковую стенку или дно огнеупорного контейнера, например ковша для разливки стали. Расплавленный металл, содержащий неизвестное количество растворенного кислорода, контактирует с незащищенным концом циркониевой заглущки 2, а также с открытым концом трубкп 10, которая является электрическим проводником. Таким образом, выполняется электрическое соединение заглушки 2 через трубку 10, втулку 12, пробку 14 и проволоку 18 с потеициометром 19. Также имеется электрическое соединение заглушки 2 через материал 4, трубку 1, крышку 3 и проволоку 6 с другой клеммой потенциометра 19. Измеряемое значение э.д. с. в сочетании с температурой может быть математически преобразовано в

значение содержания кислорода по известиым формулам.

По второму варианту выполнения предлагаемое устройство включает зонд 23, а вместо трубки 10 используют отдельный стержень

24, выполненный из того же материала, что и трубка. Один конец этого стержня помещают в текучую среду, а другой соединяют проводником 25 с потенциометром 19. Части зонда 23, размещенные в кварцевой трубке 26, такие же, как и в первом варианте выполнения устройства. Трубка 26 отличается от трубки 8 тем, что у первой нет фланца 9. Вместо гильзы 21 трубка 26 окружена защитной гильзой 27 из окиси алюминия и связана с ней

огнеупорным цементом. Гильза 27 в верхней части снабжена фланцем 28. У нижнего конца трубки 26 предусмотрена защитная чашка 22.

Второй вариант выполнения устройства дешевле первого, поскольку стержень 24 стоит значительно меньше, чем трубка 10, а работает oir так же, как и эта трубка.

Форм у л а изо б р е т е п и я

при температуре больше 700° С, содержащее корпус с размен1,енными внем внешней и внутренней трубками, электролитическую заглушку, установленную в нижнем торце внешней трубки, термопару, расположенную во внутренней трубке, и электрический проводник, соединенные с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с целью многократного использования и повышения точности, виутренняя трубка выполнена из электропроводного материала, нижняя часть ее заполнена

материалом сравнения, а верхняя - окисью материала сравнения.

отличающееся тем, что между внешней и внутренней трубKfiMH размещена защитная, нанример, кварце15

вая трубка, а термопара снабжена электроизоляционной втулкой.

22 Фиг 2