Устройство для измерения парциального давления кислорода в высокотемпературных средах

Устройство для измерения парциального давления кислорода в высокотемпературных средах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕДАХ, содержащее твердый окисный электролит в форме цилиндрического колпачка, во внутреннюю полость которого помещены электрод сравнения и термопара, a на внешней поверхности расположено защитное покрытие в виде кислородопроница .емой мембраны, о т л и ч a ющ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и точности измерения, между твердьп-: электролитом и мембраной расположен слой керамики, легированной материалом , из которого изготовлена мембра- S на. (Л ГС 4 to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SUÄÄ 1124219

Аsm) С 01 И 27/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3572471/24-25 (22) 04.04.83 (46) 15.11.84. Бюл. М- 42 (72) Л.Я.Левков, А.Ф.Вишкарев, В.С.Дуб, А.А.Иванов, И.В.Зинковский, Ю.Н,Кригер, О.С.Карпов и С.А.Близнюков (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения ЦНИИТМАШ (53) 533.275(088.8) (56) 1. Матвеев Ю.В., Казаков А.А. и Ильященко Б.Ф. Контроль парциального давления кислорода в высокотемпературных средах.-В сб. "Металлургические методы повышения качества стали", М., 1979, с, 131-136..

2. Патент CllIA Р 4220516, кл. 204-195 S, опублик. 1980 (прототип) . (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА B

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕДАХ, содержащее твердый окисный электролит в форме цилиндрического колпачка, во внутреннюю полость которого помещены электрод сравнения и термопара, а на внешней поверхности расположено защитное покрытие в виде кислородопроницаемой мембраны, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и точности измерения, между твердым электролитом и мембраной расположен слой керамики, легированной материалом, из которого изготовлена мембра- ф на.

1124219

Изобретение относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано в процессах производства стали и переплавных процессах, в частности при электрошлаковом переплаве для контроля парциального дав,ления кислорода в шлаке.

Известно устройство для контроля парциального давления кислорода в высокотемпературных средах, со- 10 стоящее из твердого окисного электролита, контактирующего с электродом сравнения и токосъемниками, и имеюI щее термопару и защитный элемент, который предохраняет твердый электро- 15 лит от взаимодействия со средой.

В качестве защитного элемента в таком устройстве используется серебро в виде жидкой ванны (при температурах выше 1300 К), заполняющее полость :20 между корпусом устройства и твердым электролитом i1 g.

Ввиду значительного испарения серебра при температурах выше 180 К и потерь последнего при взаимодей- 25 ствии со шлаком, это устройство оказывается неработоспособным в условиях, например, электрошлаково-. го переплава сталей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство- для измерения ,парциального давления кислорода в высокотемпературных средах, содер- жащее твердый окисный электролит в форме цилиндрического колпачка, во внутреннюю полость которого помещены электрод сравнения и термопара, а на внешней поверхности расположено защитное покрытие в виде кислородопроницаемой мембраны из 40 платины, платинового сплава или палладия (2).

Известное устройство при работе в высокотемпературн н :фторсодержащих средах (какими являются, напри- 4 мер, шлаки электрошлакового переплава) быстро выходит из строя из-за

Применение в кислородопроницаемой мембране молибдена, вольфрама или сплава на их основе без введения промежуточного слоя керамики, легированной этими материалами,. не приводит к достижению указанной цели во фторсодержащих средах из-за проницания ионов фтора через мембрану и накоп2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стойкости во фторсодержащих средах, мембрана выполнена из молибдена, вольфрама или сплава на их основе.

2 значительного проницания фтора через платиновое покрытие и его взаимодействия с твердым окисным электролитом. При этом образуется слой продуктов реакции, разделяющий поверхность твердого электролита и покры- . тие — токосъемник и искажающий результаты измерения. Стойкость указанного устройства во фторсодержащих шлаках при электрошлаковом .переплаве сталей не превышает 30 с при систематической ошибке измерения электродвижущей силы порядка 95Х, что не удовлетворяет требованиям практики.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости и точности измерения, особенно во фторсодержащих средах.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения парциального давления кислорода в высокотемпературных средах, содержащем твердый окисный электролит в форме цилиндрического колпачка, во внутреннюю полость которого помещены электрод сравнения и термопара, а на внешней поверхности расположено защитное покрытие в виде кислородопроницаемой мембраны, между твердым электролитом и мембраной расположен слой керамики, легированной материалом, из которого изготовлена мембрана.

Кроме того, с целью повышения стойкости во фторсодержащих средах, мембрана может быть выполнена из молибдена, вольфрама или сплава на их основе.

1124219

Предлагаемое устройство позволяет улучшить контроль в процессах произ45 водства стали, в частности при элек" трошлаковом переплаве, что дает возможность получения высококачественных сталей.

Составитель В.Екаев

Техред R.Кастелевич Корректор О Тигор

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 8272/34 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 ления продуктов реакции между твердым электролитом и мембраной. При этом электрический сигнал снимается ..не с твердого электролита, а со слоя продуктов реакции последнего со фтором. В результате в измеряемую

ЭДС вносится систематическая ошибка.

Введение промежуточного слоя керамики, легированной материалом, из которого изготовлена мембрана, устра-1О няет указанный недостаток, поскольку такой слой позволяет снимать электриI ческий сигнал непосредственно с твердого электролита, независимо от продуктов реакции. .15

Применение металлокерамики, легированной материалом, отличным от того, из которого изготовлена мембрана, приводит к увеличению термических напряжений между мембраной 2р и этим слоем и возникновению термоЭДС. В результате снижается стойкость и точность измерения.

На чертеже изображено устройство для измерения парциального давления 25 кислорода в высокотемпературных средах, продольный разрез.

Устройство содержит твердый электролит 1 в форме цилиндрического колпачка, во внутреннюю полость которого помещен электрод 2 сравнения и термопара 3, а на боковой и торцовой внешней поверхности расположена кислородопроницаемая мембрана

4, которая контактирует с токосъем. ником 5, между твердым электролитом и мембраной расположен слой 6 керамики, легированной материалом, из. которого изготовлена мембрана.

Один из проводов термопары является 4р внутренним токосъемником 7.

Устройство работает следующим образом.

После краткого (3-5 с) прогрева . над поверхностью шлаковой ванны устройство погружают на заданную глубину в шлак. При этом металлическая кислородопроницаемая мембрана

4 обеспечивает быстрый и равномерный прогрев твердого электролита

1 и предохраняет его от взаимодействия со шлаком. После погружения устройства в шлак с помощью регистрирующего потенциометра в компенсационном режиме измеряют ЭДС, возникающую в ячейке и обусловленную различием химического потенциала кислорода в шлаковом расплаве и электроде 2 сравнения. Из измеренной ЭДС .по известной формуле Нернста рассчитывают парциальное давление кислорода в шпаке.

С применением устройства для измерения парциального давления кисло- рода в высокотемпературных средах конструкции по изобретению проведена серия опытных плавок. Средняя продолжительность работы. устройства . в шлаке при 1873 К составляла 0,5 ч.

Величина измеряемого парциального давления кислорода в шлаке составляла (0,5-5) ° 10 " атм и изменялась при введении в шлак добавок FeO u Al от 10 8 до 10 атм, что согласуется с расчетными данными.

Использование кислородопроницаемой мембраны из молибдена, вольфрама или сплава на их основе и слоя керамики, легированной материалом, иэ которого изготовлена мембрана, выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, так как значительно уменьшается (на 85-937) составляющая погрешности, обусловленная взаимодействием твердого электролита с фторсодержащей средой и повыша" ется стойкость устройства (в 60 раз при электрошлаковом переплаве стали при 1873 К).