Датчик для измерения активности кислорода в стали

Датчик для измерения активности кислорода в стали

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

И С А Н И Е < «июовво

Союз Советских

Социалистических

Респубпмк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22)3a«

С 01 и 27/46

Гмударетвелеа кемктет

СССР

Опубликовано 28. 02 ° 83 Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 01.03.83 пв делам лэебретеккй и етерыткк (53) УД3 539.219.1(088.8) .. t,».

6.8. Матвеев, П.А. Кандыла, А.А. Казаков и А.А. Курдюков

««,» ; „„-„ I ð»» . (72) Ав«оры изобретен ня (7!) Заявитель

Донецкий научно-исследовательский инсти черной металлургии е с (54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОСТИ

КИСЛОРОДА В СТАЛИ

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к измерению активности кислорода s жидкой стали методом ЭДС концентрационного элемента, и может быть использовано для дискретного определения окисленности металла.

Известен датчик для измерения активности кислорода, содержащий твердый электролит и электрод сравнения, причем электрод сравния помещен в герметичную камеру 1 ).

Недостатками данного датчика являются сложность в изготовлении, недостаточная точность анализа и короткий срок работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик для измерения активности кислорода в стали, содержащий твердый электролит, нанесенный на пристый электрод сравнения P2 ).

Недостатками известного датчика являются низкая точность измерений

2 и непродолжительность анализа, заключающаяся в образовании трещин в твердом электролите и устанавлении прямого электрического коНтакта стали с электродом сравнения.

Причиной образования трещин является большое различие в коэффициентах теплового расширения матерйалов, из которых изготовлены элементы уст«о ройства.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике для измерения активности кислорода в стали, содержащем твердый электролит, нанесенный на пористый электрод сравнения, электрод сравнения выполнен с общей пористостью от 20 до 701, а размер пор выбран в пределах от 10 до 40 мкм.

В пористых. материалах коэф< «ициент теплового расширения ниже, чем в сплошных материалах того н<е состава.

Это происходит потому, что часть

Таблица 1

Наличие (+) и отсутствие (-) трещин в слое твердого электролита в зависимости от пористости электрода сравнения

-(I 1 I II (Электрод сравнения

Твердый электролит

30 40 50 60 70 80

Сг+Сг О

Т1 ОУ+У20

+ + +

3 . 2 3

+ + +

ТЬО2+У Оg

2 23

Ti+Ti02

Ti+TiO2

3 10008 зерен в пористом материале при тепловом расширении не воздействует на соседние зерна, расширяется как бы в пустоту. Поэтому в пористых материалах коэффициент теплово@.о расширения зависит не только от физичес" ких свойств вещества, но и от размера пор и их количества (пористости).

Наибольший размер пор (40 мкм) установлен из соображений получения 1» плотного слоя твердого электролита, нанесенного на электрод сравнения.

При величине пор более 40 мкм слой твердого электролита получается несплошным. Большие поры на поверхности стержня-электрода сранения не затягиваются слоем твердого электро- лита, нанесенным на этот стержень.

Иеталл затекает в эти неплотности, образуя. непосредственный электричес- 2в кий контакт с электродом сравнения.

При этом измерения активности кислорода не получается.

Из табл. 1 видно, что для каждой пэры материалов для электрода сравнения и твердого электролита имеется свой оптимальный интервал значений пористости твердого электролита.

В общем, для всех материалов для твердого электролита и электрода сравнения, которые предпочтительно используются для измерения активности кислорода в жидкой стали, оптимальная пористость электрода сравнения лежит в пределах 20-70 . Данные табл. 1 служат обоснованием граничных значений.пористости.(при пористости менее 203 и более 70/ устройство будет неработоспособно, так как в слое твердого электролита возникнут трещины, что приведет к коротко80 4

Наименьший размер пор (10 мкм) выбран из соображений удобства контроля наименьшего размера пор и для поддержания размера пор в узких пределах (10-40 мкм), что необходимо для выбора оптимальных пределов общей пористости.

Оптимальные пределы общей пористости определили экспериментально.

На стержни диаметром 2 мм с различной общей пористостью, изготовленные из порошков Сг с 5> Сг Оз или из TI с 53 Ti02 (электрод сравнения), плазменным напылением наносили слой твердого электролита из Zr0 2 и ТпО, стабилизированных У2ОЗ, толщиной

200-3000 мкм. Изготовленные таким образом датчики погружали в жидкую сталь с температурой 1600 С на

3-5 с. После извлечения из жидкой стали датчики исследовали на наличие трещин в слое твердого электролита. Результаты приведены в табл. 1 му замыканию электрической цепи датчика}.

Выполнили сравнение точности показаний предлагаемого датчика с точностью показаний прототипа. В сравниваемых датчиках электродом сравнения являлся Сг с добавкой 54 Сг20 . B качестве твердого электролита использовали двуокись циркония, стабилизированную добавкой 153 окиси иттрия.

В предлагаемом датчике электролит сравнения имел размер пор 10-40 мкм, а общая пористость составляла 503.

Расплавное железо, нагретое до

1575 С, обдували кислородом до тех пор, пока на поверхности расплава появлялась устойчивая пленка окислов.

5 1000880 4

Это свидетельствовало о том, что ак- В этих условиях произвели по 5 тивность кислорода в металле достиг- измерений активности кислорода в ла максимального значения, которое стали датчиком-прототипом и предлвпри указанной температуре состав- гаемым датчиком. Результаты иэмеляет 0,223; рений приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение точности измерения активности кислорода с помоцью прототипа и с помощью предлагаемого датчика

I I

Прототип Предлагаемый датчик

Показатели

Истинная активность кислорода, 0,22

0,22

Измерение значения активнос0,155;0,185;

0,145;0,195;

0,170

0,220;0,215;0,230;

0,225;0,210 ти

Средняя величина, 0,220

0,170

Систематическая ошибка, абс.

0,00

0,05

Среднеквадратическая ошибка, отн.

24;2

7,20

Продолжительность показаний, с

4-6

1,5-2,0

Из табл. 2 видно, что предлагаемый датчик обеспечивает более точные показания по сравнению с прототипом. Систематическая ошибка показаний предлагаемого датчика равна нулю, а в прототипе 0,057. Среднеквадратичная ошибка уменьшена с

24,23 (в прототипе) до 7,203.

Исследование показало, что причиной низкой точности измерений активности кислорода с помощью датчикапрототипа является наличие трещин в слое твердого электролита..

На чертеже изображен предлагаемый датчик для определения активности кислорода в жидкой стали, общий вид.

Датчик состоит из электрода 1 сравнения, выполненного из смеси металла с его окислом, например

C2+Cr2O или Ti+Ti02 в виде стержня с пористостью 20-703 с размером пор

10-40 мкм, и твердого электролита 2, в качестве которого используются, например, стабилизированные двуокись циркония или окись тория, нанесенные тонким слоем на электрод сравнения.; токосъемника 3 от жидкого металла и контактов 4, которые закреплены в корпусе разъема 5 и закрыты защитным экраном 6.

Датчик работает следующим образом.

Для определения активности кислорода датчик погружается в жидкий металл. 3а счет разницы окислительного потенциала среды по обе стороны твердого электролита 2 на егс стенках возникает скачок потенциала. внутренней стороны. твердого электролита 2 потенциал снижается через электрод 1 сравнения и контакт 4, а с наружной стороны — через жидкий металл с помощью токосъемника 3 и контакта 4. По разности потенциалов рассчитывают активность кислорода.

Применение предлагаемого датчика при производстве стали -в конвертерных цехах позволяет повысить качест»

7 1000880 8 во металла за счет обеспечения более повышения точности измерения, электузких пределов по содержанию алюми- род сравнения выполнен с общей пония,а также снизить расход легирую- ристостью от 20 до 703, а размер щих материалов на 103. пор выбран в пределах от 10 до

40 мкм.

Формула изобретения

Составитель Г. Боровик

Редактор С. Пекарь Техреду О.Неце Корректор И. Демчик

Заказ 13о9/45 Тираж 871 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130Я Москва Ж-35 Раушская наб. g. 4/ »

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Датчик для измерения активности кислорода в стали, содержащий твердый электролит, нанесенный на пористый электрод сравнения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1в У 322209, кл. С 01 и 27/4б, 1972.

2. Патент ФРГ и 2757985, кл. С Ol N 33/20, G 01 М 27/46, опублик. 1979 (прототип).