BRPI0405278B1

BRPI0405278B1 - disposable immersion sensor

Info

Publication number: BRPI0405278B1
Application number: BRPI0405278A
Authority: BR
Inventors: Arthur Junior Hess; Djalma Domingues Do Amaral; Jorge Ayrton Da Silva
Original assignee: Ecil Met Tec Ltda
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2017-01-24
Also published as: BRPI0405278A

Abstract

"sensor de imersão descartável". a presente invenção refere-se a um sensor de imersão descartável, particularmente utilizado em análises térmicas de materiais fundidos, o sensor de imersão descartável (1) compreendendo um invólucro (11) que é formado por uma primeira e uma segunda porção (3, 3<39>) que se encaixam frontalmente ao longo de um eixo longitudinal formando um envoltório em peça inteiriça, e um sensor termopar (5) dotado de metais nobres e envolto longitudinalmente pelas porções do invólucro (11). o presente dispositivo (1) permite redução no tempo de análise de uma amostra de material fundido e maior precisão nos seus resultados."disposable immersion sensor". The present invention relates to a disposable immersion sensor, particularly used in thermal analysis of molten materials, the disposable immersion sensor (1) comprising a housing (11) which is formed by a first and a second portion (3, 3). <39>) which fit frontally along a longitudinal axis forming a one piece casing, and a thermocouple sensor (5) provided with noble metals and longitudinally wrapped by the housing portions (11). The present device (1) allows a reduction in the analysis time of a sample of molten material and greater precision in its results.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SENSOR DE IMERSÃO DESCARTÁVEL". A presente invenção refere-se a um sensor de imersão descartável, particularmente utilizado para análises térmicas que possibilitam determinar, de forma rápida e precisa, os teores da composição de um banho de materiais fundidos, a partir de uma amostra coletada do banho.Patent Descriptive Report for "DISPOSABLE IMMERSION SENSOR". The present invention relates to a disposable immersion sensor, particularly used for thermal analysis, which makes it possible to quickly and accurately determine the composition contents of a melt bath from a sample collected from the bath.

Descrição do Estado da Técnica É sabido que os componentes de um material fundido ou de uma amostra de material fundido podem ser determinados qualitativa e quantitativamente através da obtenção de certas propriedades físicas deste material.Description of the Prior Art It is known that the components of a molten material or a sample of molten material can be determined qualitatively and quantitatively by obtaining certain physical properties of this material.

No caso de um banho de materiais metálicos fundidos, por exemplo o ferro fundido (FoFo), é importante a realização de análises químicas no intuito de controlar o teor de carbono (C), carbono equivalente (CE) e Silício (Si) que compõem o banho.In the case of a bath of molten metal materials, eg cast iron (FoFo), chemical analysis is important to control the carbon (C), carbon equivalent (EC) and Silicon (Si) content the bath.

Este controle é ainda mais necessário quando se sabe que é a partir das quantidades destes elementos presentes na liga que se obtém o ferro fundido com características particulares de dureza, resistência, usinabi-lidade, entre outras.This control is even more necessary when it is known that it is from the quantities of these elements present in the alloy that cast iron with particular characteristics of hardness, strength, machinability, among others, is obtained.

Para o controle do teor destes elementos químicos que compõem as principais ligas de ferro fundido (FoFo branco, FoFo cinzento, FoFo mesclado, FoFo maleável, FoFo nodular ou dúctil e FoFo vermicular) são atualmente conhecidas duas técnicas. A primeira técnica consiste na retirada de uma amostra de metal do banho que se deseja controlar. Esta amostra é solidificada em uma co-quilha metálica e posteriormente preparada e enviada para um laboratório de análises químicas.To control the content of these chemical elements that make up the main cast iron alloys (white FoFo, gray FoFo, mixed FoFo, malleable FoFo, nodular or ductile FoFo and vermicular FoFo) two techniques are currently known. The first technique is to remove a metal sample from the bath to be controlled. This sample is solidified in a metal coil and then prepared and sent to a chemical analysis laboratory.

Embora esta primeira técnica seja mais utilizada e proporciona um resultado bastante preciso, a representatividade e a qualidade da amostra retirada para a análise são muito importantes e nem sempre é fácil consegui-la tomando-se fundamental a habilidade e conhecimento técnico do operador. Outras desvantagens desta técnica são o tempo elevado para realizar a amostragem (retirada do material da amostra e solidificação), o tempo elevado para a preparação da amostra de material já solidificado (lixamento ou retificação), o tempo elevado para a realização da análise em si na amostra, que pode ser feita por via úmida, combustão ou espectrômetro, e dificuldade, riscos operacionais e possibilidade de acidentes por queimadura do operador no momento da retirada da amostra de banho (as temperaturas do banho podem passar de 1.200°C).Although this first technique is more widely used and provides a very accurate result, the representativeness and quality of the sample taken for analysis are very important and it is not always easy to achieve it taking into account the operator's skill and technical knowledge. Other disadvantages of this technique are the high time for sampling (removal of sample material and solidification), the high time for sample preparation of already solidified material (sanding or grinding), the high time for performing the analysis itself in the sample, which may be wet, combustion or spectrometer, and difficulty, operational risks, and possibility of operator burn accidents at the time of removal of the bath sample (bath temperatures may exceed 1,200 ° C).

Cabe ressaltar que o tempo total, em média, para se obter o resultado desta análise química usando esta técnica é de 5 a 7 minutos, o que pode significar o comprometimento de todo um banho se não forem adequados, rapidamente, os teores dos elementos da liga do ferro fundido desejado. A segunda técnica conhecida consiste na análise térmica de uma amostra de material do banho, através de uma cápsula descartável, "tipo-copo" recipiente em areia de fundição no qual é inserido um sensor termopar tipo-K que é preenchida através de uma concha com metal fundido retirado do forno.It is noteworthy that the average time to obtain the result of this chemical analysis using this technique is 5 to 7 minutes, which may mean the compromise of a whole bath if the contents of the elements of the bath are not adequate quickly. desired cast iron alloy. The second known technique is the thermal analysis of a sample of bath material through a disposable, "cup-like" shell in a foundry sand container into which a K-type thermocouple sensor is inserted which is filled through a shell with molten metal removed from the furnace.

Esta técnica também pode ser bastante precisa, é mais rápida do que a primeira técnica, mas ainda apresenta uma série de desvantagens como, por exemplo, a dificuldade para o completo e constante preenchimento da cápsula descartável com o metal líquido coletado através da concha, sem que se atinja diretamente o termopar, a impossibilidade de evitar o contato do metal da amostra com o ar, podendo haver oxidação do metal a ser analisado, a dificuldade, riscos operacionais e possibilidade de acidente por queimadura, visto que também nesta técnica é preciso que um operador chegue muito próximo ao forno para a retirada da amostra e, principalmente, manuseie esta amostra ao tentar preencher a cápsula com o material colhido na concha.This technique can also be quite accurate, it is faster than the first technique, but still has a number of disadvantages such as the difficulty of completely and constantly filling the disposable capsule with the liquid metal collected through the shell without directly reaching the thermocouple, the impossibility of avoiding the contact of the sample metal with the air, there may be oxidation of the metal to be analyzed, the difficulty, operational risks and the possibility of burn accident, since also in this technique it is necessary to an operator gets too close to the oven for sample removal and especially handles the sample when attempting to fill the capsule with material collected from the shell.

Ainda, devido às dimensões das cápsulas esta segunda técnica pode ter seu tempo total para se obter o resultado da análise em torno de 3 a 5 minutos, o que significa muito tempo até que seja feita a correção dos teores dos elementos químicos da liga, podendo comprometer o banho.Also, due to the size of the capsules this second technique can have its total time to obtain the analysis result around 3 to 5 minutes, which means a long time until the correction of the contents of the chemical elements of the alloy. compromise the bath.

Também são conhecidas técnicas para o uso de sensores de imersão que propiciem um tempo menor de obtenção do resultado da análise em comparação com aqueles obtidos nas técnicas acima comentadas.Techniques for the use of immersion sensors that provide a shorter time to obtain the analysis result compared to those obtained in the above mentioned techniques are also known.

Neste sentido, o documento US 2003/0043883 descreve um recipiente de coleta de amostras para análise térmica de metal fundido cujas dimensões são diminutas a fim de que o tempo necessário para a análise térmica também seja pequeno, na ordem de segundos. Logo, a temperatura eutética pode ser obtida facilmente.In this regard, US 2003/0043883 describes a sample collection vessel for thermal analysis of molten metal whose dimensions are small so that the time required for thermal analysis is also small, in the order of seconds. Thus, the eutectic temperature can be obtained easily.

Para coletar a amostra o recipiente descrito neste documento do estado da técnica é mergulhado no banho. Um determinado volume de material fundido entra no recipiente através de um canal e se aloja em uma cavidade, aonde irá se solidificar. Ao preencher toda esta cavidade, o material fundido entra em contato com um sensor de temperatura, tal como, um ter-mopar usando fio de Kromel-alumel, que mede as temperaturas durante o processo de solidificação do material. Quanto menor a cavidade que recebe a amostra, mais rápida será a solidificação da amostra e, por consequência, mais rápida será a determinação dos teores de elementos químicos compondo a liga do material fundido.To collect the sample the container described in this prior art document is dipped in the bath. A certain volume of molten material enters the container through a channel and lodges in a cavity where it will solidify. When filling the entire cavity, the molten material contacts a temperature sensor, such as a thermocouple using Kromel-alumel wire, which measures temperatures during the material solidification process. The smaller the cavity that receives the sample, the faster the sample will solidify and, therefore, the faster the determination of the chemical elements composing the alloy of the molten material.

Uma primeira concretização do recipiente objeto da invenção descrita neste documento US 2003/0043883 apresenta a forma de um copo contendo o sensor de temperatura disposto na cavidade do recipiente, sobre o qual é vertido o material fundido, semelhante ao procedimento descrito na primeira técnica comentada anteriormente.A first embodiment of the container object of the invention described in this document US 2003/0043883 is in the form of a cup containing the temperature sensor disposed in the container cavity, onto which molten material is poured, similar to the procedure described in the first technique commented above. .

Além das desvantagens já apontadas desta técnica, o fato de uma parte do sensor estar disposta inserida em um furo no corpo do recipiente para a fixação deste sensor, exige que esta fixação seja bastante precisa e bem vedada, para que não ocorra infiltração de material fundido no corpo do recipiente danificando os contatos do sensor.In addition to the disadvantages already pointed out by this technique, the fact that a part of the sensor is disposed inserted in a hole in the container body for the fixation of this sensor, requires that this fixation be very precise and well sealed, so that no melt infiltration occurs. on the container body damaging the sensor contacts.

Em uma outra concretização descrita neste documento, o recipiente para coleta de amostras e análise química é feito em cerâmica dotado de uma cavidade, onde será depositada a amostra colhida e que é comuni-cante com um canal de entrada de fluxo. Este recipiente compreende ainda uma abertura posicionada acima da cavidade, que recebe o sensor de tem- peratura, e um canal de exaustão. Este recipiente é montado através da junção de um membro superior com um membro inferior através de um agente adesivo ou similar. No membro superior estão dispostos o canal de exaustão e a abertura que recebe o sensor. Já no membro inferior são formadas a cavidade e o canal de entrada de fluxo.In another embodiment described herein, the sample collection and chemical analysis container is made of ceramic with a cavity where the collected sample will be deposited and which is communicating with a flow inlet channel. This container further comprises an opening positioned above the cavity which receives the temperature sensor and an exhaust channel. This container is assembled by joining an upper member with a lower member by an adhesive or the like. In the upper limb are arranged the exhaust channel and the opening that receives the sensor. In the lower limb the cavity and the flow inlet channel are formed.

Esta construção não permite obter um recipiente em peça única ou inteiriço no sentido longitudinal, já que existe corte transversal da junção do membro superior com o membro inferior, acarretando uma série de inconvenientes, a saber: (i) eventual contaminação da amostra e/ou do próprio banho de metal fundido com o agente adesivo, acarretando erro na análise e/ou até mesmo interrupção da operação; (ii) o fato do recipiente ser formado por um corpo bipartido no sentido transversal, compreendendo duas porções sobrepostas, viabiliza um vazamento da amostra por capilaridade por exemplo, pela linha da junção das referidas porções, o que obviamente resulta em erro na análise; (iii) eventual reação do adesivo empregado na junção destes membros, o que acarreta na separação dos membros, contaminado o banho e inviabilizando a análise; entre outros. O documento PI 9605113-2 descreve uma sonda para imersão em metal fundido para coletar amostras desse metal fundido, no intuito de controlar as temperaturas de fusão do metal, durante a solidificação. Esta sonda é formada por um primeiro e um segundo corpo refratários porosos ligados um ao outro axialmente através de uma primeira e uma segunda face de apoio. Um dos corpos é unido a um tubo de papelão através de um agente adesivo. A sonda descrita neste documento é imersa no banho no sentido de seu eixo longitudinal. Esta sonda compreende ainda, uma câmara de amostra interior próxima à face de imersão do primeiro corpo. O material das peças que são montadas circundando esta câmara de amostra possuem a função de absorver o calor do metal fundido que penetra esta câmara, quando da imersão da sonda no banho, a uma taxa de absorção controlada, a fim de que, a solidificação do metal da amostra seja também controlada.This construction does not provide a one-piece or one-piece container in the longitudinal direction as there is a cross section of the upper limb-lower limb junction causing a number of drawbacks, namely: (i) possible sample contamination and / or the bath itself molten metal with the adhesive agent, causing error in analysis and / or even interruption of operation; (ii) the fact that the container is formed by a transverse bipartite body, comprising two overlapping portions, enables a capillary leakage of the sample, for example, from the junction line of said portions, which obviously results in error in the analysis; (iii) eventual reaction of the adhesive used in the junction of these limbs, which results in the separation of the limbs, contaminated the bath and making the analysis unfeasible; among others. PI 9605113-2 describes a molten metal immersion probe for collecting samples of the molten metal to control melting temperatures of the metal during solidification. This probe is formed by a first and second porous refractory body axially connected to each other through a first and a second bearing face. One of the bodies is joined to a cardboard tube by an adhesive agent. The probe described herein is immersed in the bath towards its longitudinal axis. This probe further comprises an inner sample chamber near the immersion face of the first body. The material of the parts that are assembled surrounding this sample chamber has the function of absorbing the heat of the molten metal that penetrates this chamber, when immersing the probe in the bath, at a controlled absorption rate, so that the solidification of the sample metal is also controlled.

Esta sonda descrita no documento PI 9605113-2 apresenta uma série de inconvenientes, sendo que é possível exemplificar: o excesso de peças para se montar essa sonda a fim de que o calor de dentro da câmara de amostra seja extraído de forma controlada causando um encarecimento no equipamento e a maior probabilidade de paradas para manutenção, visto que este equipamento não é descartável; ainda, a montagem do primeiro corpo axialmente sobre o segundo corpo e a colagem do segundo corpo junto ao tubo de papelão o qual é usado para a manutenção da sonda imersa no banho é também uma desvantagem desta sonda, tendo em vista que esta colagem pode ceder com reações entre o material adesivo e o metal do banho ou mesmo o calor do banho, o que causaria a perda da sonda no interior do banho. Além disso, se a montagem do primeiro corpo sobre o segundo corpo da sonda não correr de forma precisa, o metal da câmara de amostra irá vazar e a medição estará comprometida.This probe described in PI 9605113-2 has a number of drawbacks, and it is possible to exemplify: the excess of parts to mount this probe so that heat from inside the sample chamber is extracted in a controlled manner causing an increase in temperature. equipment and the greater likelihood of maintenance downtime, as this equipment is not disposable; furthermore, mounting the first body axially over the second body and gluing the second body next to the cardboard tube which is used for maintaining the bath-immersed probe is also a disadvantage of this probe, since this sizing may yield with reactions between the adhesive material and the metal of the bath or even the heat of the bath, which would cause the loss of the probe inside the bath. In addition, if mounting of the first body over the second probe body does not run accurately, the sample chamber metal will leak and the measurement will be compromised.

Objetivos da Invenção A presente invenção tem como objetivo, prover um sensor de imersão descartável para ser usado em análises térmicas que permitam a identificação e quantificação de elementos químicos em um banho de materiais fundidos, de modo a superar os inconvenientes apontados nos dispositivos similares conhecidos do estado da técnica, como a presença de materiais adesivos e complexidade na montagem e, ainda, que apresente um tempo de análise química reduzido e precisão de resultados aperfeiçoada. É também objetivo desta invenção prover um sensor de imersão simplificado de maneira que possa ser descartável e não contamine o banho a ser controlado.OBJECTS OF THE INVENTION The present invention aims to provide a disposable immersion sensor for use in thermal analysis that enables the identification and quantification of chemical elements in a melt bath in order to overcome the drawbacks noted in similar known devices of the invention. state of the art, such as the presence of adhesive materials and complexity in assembly, as well as reduced chemical analysis time and improved precision of results. It is also an object of this invention to provide a simplified immersion sensor such that it can be disposable and does not contaminate the bath to be controlled.

Breve Descrição da Invenção Os objetivos da presente invenção são alcançados através de um sensor de imersão descartável, particularmente utilizado em análises térmicas de materiais fundidos, o sensor de imersão descartável compreendendo: um invólucro formado por uma primeira e uma segunda porção associadas entre si através de faces planas, definindo uma primeira câmara que recebe uma porção de material fundido por meio de um canal de comu- nicação e uma segunda câmara posicionada axialmente sobre a primeira câmara na qual é disposto um sensor de temperatura; a primeira e segunda porção do invólucro consiste em peças inteiriças que são associadas frontalmente ao longo de um eixo longitudinal através de elementos de fixação; o sensor de temperatura sendo dotado de um fio de medição disposto voltado para a primeira câmara, o fio de medição sendo contactável com o material fundido disposto na primeira câmara e compreendendo diâmetro variando de 0,04mm a 0,1 Omm.Brief Description of the Invention The objects of the present invention are achieved by means of a disposable immersion sensor, particularly used in thermal analysis of molten materials, the disposable immersion sensor comprising: a housing formed by a first and a second portion associated with each other via flat faces, defining a first chamber receiving a portion of molten material by means of a communication channel and a second chamber axially positioned over the first chamber in which a temperature sensor is arranged; the first and second portion of the housing consists of integral parts which are frontally associated along a longitudinal axis by fasteners; the temperature sensor is provided with a measuring wire disposed facing the first chamber, the measuring wire being contactable with the molten material disposed in the first chamber and comprising a diameter ranging from 0.04mm to 0.1 Omm.

Descrição Resumida dos Desenhos A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: Figura 1 - é uma ilustração do sensor de imersão descartável aberto e contendo um sensor de temperatura;Brief Description of the Drawings The present invention will hereinafter be described in more detail based on an exemplary embodiment shown in the drawings. The figures show: Figure 1 - is an illustration of the open disposable immersion sensor and containing a temperature sensor;

Figura 2 - é uma vista esquemática de um detalhe do sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 2 is a schematic view of a detail of the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 3 - é uma vista em corte transversal da primeira porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto desta invenção;Figure 3 is a cross-sectional view of the first portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of this invention;

Figura 4 - é uma vista segundo o corte A-A da primeira porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto desta invenção;Figure 4 is a sectional view A-A of the first portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of this invention;

Figura 5 - é uma vista segundo o corte B-B da primeira porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 5 is a sectional view B-B of the first portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 6 - é uma vista segundo o corte C-C da primeira porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 6 is a sectional view C-C of the first portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 7 - é uma vista segundo o corte D-D da primeira porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 7 is a sectional view D-D of the first portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 8 - é uma vista em corte transversal da segunda porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto desta invenção;Figure 8 is a cross-sectional view of the second portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of this invention;

Figura 9 - é uma vista segundo o corte A-A da segunda porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto desta invenção;Figure 9 is a sectional view A-A of the second portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of this invention;

Figura 10 - é uma vista segundo o corte B-B da segunda porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 10 is a sectional view B-B of the second portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 11 - é uma vista segundo o corte C-C da segunda porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 11 is a sectional view C-C of the second portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 12 - é uma vista segundo o corte D-D da segunda porção do invólucro que compõe o sensor de imersão descartável objeto da presente invenção;Figure 12 is a sectional view D-D of the second portion of the housing comprising the disposable immersion sensor object of the present invention;

Figura 13 - é uma ilustração do sensor de imersão descartável fechado;Figure 13 is an illustration of the closed disposable immersion sensor;

Figura 14 - é a ilustração de uma curva de resfriamento no sistema meta-estável; e Figura 15 - é a ilustração de uma curva de resfriamento no sistema estável.Figure 14 - is the illustration of a cooling curve in the meta-stable system; and Figure 15 is an illustration of a cooling curve in the stable system.

Descrição Detalhada das Figuras De acordo com uma concretização preferencial e como pode ser visto a partir da figura 1, objeto da presente invenção, consiste em um sensor de imersão descartável 1 particularmente utilizado em análises térmicas de materiais fundidos como, por exemplo, ferro fundido, a fim de determinar os teores dos componentes químicos do banho.Detailed Description of the Figures According to a preferred embodiment and as can be seen from Figure 1, object of the present invention, consists of a disposable immersion sensor 1 particularly used in thermal analysis of cast materials such as cast iron, in order to determine the chemical content of the bath.

Este sensor de imersão descartável 1 compreende um invólucro 11 dentro do qual é posicionado um sensor de temperatura 5. O invólucro 11 é feito em areia de função compactada e assumindo o formato desejado, por exemplo, através do processo conhecido como "Sheil-molding", podendo ser outro processo de elaboração de molde de fundição comum.This disposable immersion sensor 1 comprises a housing 11 into which a temperature sensor 5 is positioned. The housing 11 is made of compacted function sand and is of the desired shape, for example by the process known as "Sheil-molding" This could be another common casting mold making process.

Com isso, o invólucro 11 apresenta um formato cilíndrico bipartido, formado substancialmente por duas metades consistindo em uma primeira porção 3 e em uma segunda porção 3'. Este invólucro 11 embora seja bipartido na sua direção longitudinal, apresenta a primeira e segunda porção 3, 3' inteiriças, ou seja, formadas cada uma em peças inteiras, únicas, sem nenhum corte no sentido transversal. Este fato facilita e simplifica a associação destas porções 3, 3' que montam o invólucro 11, além de proporcionar uma melhor vedação do material da amostra coletado.Thus, the housing 11 has a split cylindrical shape, formed substantially by two halves consisting of a first portion 3 and a second portion 3 '. This casing 11, although split in its longitudinal direction, has the first and second portions 3, 3 'integral, i.e. each formed into single, unbroken pieces without any transverse cuts. This fact facilitates and simplifies the association of these portions 3, 3 'which assemble the housing 11, as well as providing a better seal of the collected sample material.

Como pode ser visto nas figuras 6 e 7, a primeira porção 3 apresenta um formato de meio círculo, isto é, circular cortado por uma superfície plana que forma uma face plana 16 importante. A segunda porção 3’ é substancialmente similar à primeira porção 3 e, conforme por ser visto nas figuras 11 e 12, também apresenta um formato circular cortado por uma superfície plana que forma uma face plana 16'.As can be seen from figures 6 and 7, the first portion 3 has a half circle, i.e. circular shape cut by a flat surface forming an important flat face 16. The second portion 3 'is substantially similar to the first portion 3 and, as seen from Figures 11 and 12, also has a circular shape cut by a flat surface forming a flat face 16'.

Da face plana 16 da primeira porção 3 projetam-se elementos de fixação ou insertos 12, perpendiculares à face plana 16 e de altura mediana. Os insertos 12 são constituídos do mesmo material da primeira porção 3. Já na face plana 16' da segunda porção 3' estão dispostos orifícios 121 de diâmetros equivalentes aos dos insertos 12.From the flat face 16 of the first portion 3 there are projecting fasteners or inserts 12 perpendicular to the flat face 16 and of medium height. The inserts 12 are made of the same material as the first portion 3. Already on the flat face 16 'of the second portion 3' are holes 121 of equivalent diameter to those of the inserts 12.

Portanto, a primeira porção 3 e a segunda porção 3', que conforme já descrito são peças inteiriças, associadas entre si frontalmente ao longo do eixo longitudinal, através do encaixe, por interferência, de pelo menos um dos insertos 12 com pelo menos um dos orifícios 121. Preferencialmente são encaixadas duas projeções 12 em dois orifícios 121, a fim de dar maior sustentação ao invólucro 11. A associação da primeira porção 3 com a segunda porção 3' através das faces planas 16,16' definem uma primeira câmara 13, que recebe o material fundido da amostra a ser analisada, e uma segunda câmara 14, posicionada axialmente sobre a primeira câmera 13, e na qual é disposto o sensor de temperatura 5.Therefore, the first portion 3 and the second portion 3 ', which as already described, are integral pieces, associated with each other frontally along the longitudinal axis by interference fit of at least one of the inserts 12 with at least one of the two. Preferably two projections 12 are fitted into two holes 121 in order to further support the housing 11. The association of the first portion 3 with the second portion 3 'through the flat faces 16,16' defines a first chamber 13, which receives the molten material from the sample to be analyzed, and a second chamber 14, axially positioned over the first chamber 13, and in which the temperature sensor 5 is arranged.

Para que esta associação ocorra precisamente e não resulte em vazamento da amostra a ser coletada, as superfícies das faces planas 16, 16’ devem ser lisas, muito planas e apresentar um bom acabamento a fim de permitir um contato constante e uniforme entre a primeira e segunda porção 3, 3’.In order for this association to occur precisely and not result in leakage of the sample to be collected, the surfaces of the flat faces 16, 16 'must be smooth, very flat and have a good finish to allow constant and uniform contact between the first and the first. second portion 3, 3 '.

De acordo com as figuras 1 e 3 a 7, a primeira porção 3 do invólucro 11 compreende uma cavidade primária 7, e uma cavidade secundária 6 posicionada axialmente e comunicante com a cavidade primária 7, As figuras 8 a 12 ilustram a segunda porção 3' do invólucro 11. Esta segunda porção 3' compreende uma cavidade primária 7' e uma cavidade secundária 6' posicionada axialmente e comunicante com a cavidade primária T. A cavidade primária 7 da primeira porção 3 é disposta alinhada, com relação à altura, à cavidade primária 7' da segunda porção 3'. Desta forma, no momento em que a primeira porção 3 é associada à segunda porção 3', a primeira câmara 13 é precisamente formada. O mesmo acontece com as cavidades secundárias, ou seja, a cavidade secundária 6 da primeira porção 3 é alinhada, em relação à altura, com a cavidade secundária 6' da segunda porção 3' de maneira que, quando a primeira porção 3 é associada à segunda porção 3', a segunda câmara 14 é precisamente formada. O sensor de imersão descartável 1 compreende, ainda, um canal de comunicação 15 que, conforme pode ser visto na figura 1, se estende a partir de uma extremidade de imersão 31 do sensor 1 até comunicar-se com a primeira câmara 13. Este canal de comunicação 15 é formado a partir da associação da primeira porção 3 com a segunda porção 3' do invólucro 11. O sensor de temperatura 5 compreende um corpo 51 que é disposto na segunda câmara 14, apoiado às cavidades secundárias 6, 6', e um fio de medição 9 disposto voltado para a primeira câmara 13.According to Figures 1 and 3 to 7, the first portion 3 of the housing 11 comprises a primary cavity 7, and a secondary cavity 6 axially positioned and communicating with the primary cavity 7. Figures 8 to 12 illustrate the second portion 3 ' This second portion 3 'comprises a primary cavity 7' and a secondary cavity 6 'axially positioned and communicating with the primary cavity T. The primary cavity 7 of the first portion 3 is arranged aligned with respect to the height of the cavity. 7 'of the second portion 3'. Thus, when the first portion 3 is associated with the second portion 3 ', the first chamber 13 is precisely formed. The same is true for the secondary cavities, that is, the secondary cavity 6 of the first portion 3 is aligned, relative to height, with the secondary cavity 6 'of the second portion 3' so that when the first portion 3 is associated with the second portion 3 ', the second chamber 14 is precisely formed. The disposable immersion sensor 1 further comprises a communication channel 15 which, as seen in figure 1, extends from an immersion end 31 of sensor 1 until it communicates with the first chamber 13. This channel 15 is formed from the association of the first portion 3 with the second portion 3 'of the housing 11. The temperature sensor 5 comprises a body 51 which is disposed in the second chamber 14, supported by the secondary cavities 6, 6', and a measuring wire 9 disposed facing the first chamber 13.

Uma vez posicionado o sensor de temperatura 5, a segunda porção 3' é associada à primeira porção 3 do invólucro, os incertos 12 são encaixados aos orifícios 121 e o sensor de imersão descartável 1 está montado. O sensor de imersão 1 é então emergido no banho de material fundido através de uma lança leve (não ilustrada) unida ao invólucro 11 e ao corpo 51 do sensor de temperatura 5 durante quatro segundos apenas. Essa imersão é feita no sentido do eixo longitudinal deste sensor de imersão 1, de modo que a extremidade de imersão 31 do sensor 1 é a primeira a tocar o banho. Não é preciso mergulhar completamente o sensor de imersão 1 no banho, uma vez que inserindo o sensor de imersão 1 no banho até um pouco mais da metade do seu invólucro 11 é suficiente para que uma quantidade de material fundido do banho penetre pelo canal de comunicação 15 e se aloje na primeira câmara 13.Once the temperature sensor 5 is positioned, the second portion 3 'is associated with the first portion 3 of the housing, the inserts 12 are fitted to the holes 121 and the disposable immersion sensor 1 is mounted. Immersion sensor 1 is then emerged into the melt bath via a lightweight lance (not shown) attached to housing 11 and body 51 of temperature sensor 5 for only four seconds. This immersion is made in the longitudinal axis direction of this immersion sensor 1, so that the immersion end 31 of sensor 1 is the first to touch the bath. It is not necessary to completely immerse the immersion sensor 1 in the bath as inserting the immersion sensor 1 in the bath to just over half of its shell 11 is sufficient for a quantity of bath melt to enter the communication channel. 15 and stay in the first chamber 13.

Uma vez preenchida a primeira câmara 13 o sensor de imersão 1 é retirado do banho e neste momento inicia-se o processo de solidificação da amostra de material colhida na primeira câmara 13. Cabe observar que esta primeira câmara 13 poderá conter um agente modificador de estrutura, como por exemplo, o Telúrio, Cério, Enxofre ou Bismuto, cuja função é orientar a forma com que a amostra será solidificada, por exemplo, sistema "Estável" ou "Meta-Estável". O fio de medição 9 do sensor de temperatura 5 entra em contato com a amostra do material fundido colhida na primeira câmara 13 e prossegue com as medições das temperaturas enquanto o material da amostra vai perdendo calor e se solidificando, apresentando patamares de solidificação no início do processo (Temperatura de Liquidus: que é a temperatura acima da qual o sistema está inteiramente liquido) e no final do processo de solidificação (Temperatura Solidus: representa o ponto abaixo do qual todo o material está sólido) ou apresentando apenas o patamar no início da solidificação - Temperatura de Liquidus - e recalescência no final da solidificação, conforme ilustrado nas figuras 14 e 15.Once the first chamber 13 is filled, the immersion sensor 1 is removed from the bath and at this moment the process of solidification of the material sample taken in the first chamber 13 begins. It should be noted that this first chamber 13 may contain a structure modifying agent. , such as Tellurium, Cerium, Sulfur or Bismuth, whose function is to guide the way the sample will be solidified, for example a "Stable" or "Meta-Stable" system. Measuring wire 9 of temperature sensor 5 contacts the molten material sample collected in the first chamber 13 and proceeds with temperature measurements as the sample material loses heat and solidifies to solidification levels at the beginning of the sample. process (Liquidus Temperature: which is the temperature above which the system is fully liquid) and at the end of the solidification process (Solidus Temperature: represents the point below which all material is solid) or showing only the threshold at the beginning of the process. solidification - Liquidus temperature - and recalescence at the end of solidification, as shown in figures 14 and 15.

Cabe ressaltar que esta imersão é simples, requer um tempo de exposição do operador ao calor de apenas quatro ou cinco segundos, obtém uma amostra isenta de escória, o que contribui para a obtenção de resultados precisos na análise e, principalmente, resultará em uma análise rápida. O risco de acidentes por queimaduras neste caso é praticamente inexistente.It should be noted that this immersion is simple, requires an operator exposure time to heat of only four or five seconds, obtains a slag-free sample, which contributes to obtaining accurate analysis results and, mainly, will result in an analysis. fast. The risk of burn accidents in this case is virtually nonexistent.

Para que o tempo desta análise térmica seja em torno e quarenta e cinco segundos, as dimensões da primeira câmara 13, local aonde é armazenada a amostra coletada para ser solidificada e analisada, são pequenas e controladas. Neste sentido, a primeira câmara 13 compreende um volume que varia de 5 cm3 a 10 cm3, diâmetro variando de 10 mm a 22 mm e um comprimento variando de 15 a 35 mm.In order for this thermal analysis time to be around forty-five seconds, the dimensions of the first chamber 13, where the collected sample is stored to be solidified and analyzed, are small and controlled. In this sense, the first chamber 13 comprises a volume ranging from 5 cm3 to 10 cm3, diameter ranging from 10 mm to 22 mm and a length ranging from 15 to 35 mm.

Com estas dimensões reduzidas projetadas para a primeira câmara 13, o tempo total de solidificação da amostra de material coletado e, conseqüentemente, a análise térmica, não passa de um minuto. Assim, a temperatura eutética pode ser obtida facilmente e precisamente em um tempo bastante pequeno. No entanto, ocorre que o fenômeno das temperaturas eutéticas também é muito rápido, isto é, aproximadamente um segundo para a Temperatura de Liquidus.With these small dimensions designed for the first chamber 13, the total solidification time of the collected material sample and, consequently, the thermal analysis is no more than one minute. Thus, the eutectic temperature can be obtained easily and precisely in a very short time. However, it occurs that the phenomenon of eutectic temperatures is also very fast, that is, approximately one second for Liquidus Temperature.

Por este motivo, torna-se necessário e fundamental a utilização de um sensor de temperatura 5 de maior precisão de leitura. Para a concretização preferencial desta invenção, o sensor de temperatura 5 é um sensor do tipo termopar, no entanto, outros tipos de sensores de temperatura poderão ser empregados, desde que mantenham a função necessária.For this reason, it is necessary and essential to use a temperature sensor 5 with higher reading accuracy. For the preferred embodiment of this invention, the temperature sensor 5 is a thermocouple type sensor, however, other types of temperature sensors may be employed as long as they maintain the required function.

Para tanto, usa-se os sensores termopares cujos fios de medição 9 têm pequenos diâmetros em comparação com os sensores similares usados nos dispositivos similares do estado da técnica. Isto porque o tempo de resposta, para a perfeita determinação da temperatura de líquidos, tem que ser muito rápido.Thereby, thermocouple sensors whose measuring wires 9 have small diameters compared to similar sensors used in similar prior art devices are used. This is because the response time for perfect liquid temperature determination has to be very fast.

Neste caso, o termopar usado é do Tipo R cujo fio de medição 9 é feito de uma liga de metal nobre, por exemplo, Piatina e Ródio, com diâmetro variando de 0,04 mm a 0,10 mm. Este tipo de sensor termopar possui o seu fio de medição 9 formado por uma liga de material de fácil obtenção, possui maior potência termoelétrica e apresenta, em seu sinal, uma variação maior de milivolts por grau Celsius (mV/°C), ou seja, na prática esta liga é mais sensível às pequenas variações de temperatura, fator muito importante para melhor correlacionar as temperaturas eutéticas com a composição química do material fundido, por exemplo, um banho de ferro fundido. A partir do monitoramento das temperaturas de solidificação do material da amostra colhida através do sensor termopar 5, é possível obter uma relação quantitativa e qualitativa dos componentes do banho de material fundido monitorado, por exemplo, um banho de ferro fundido. No exemplo do ferro fundido identifica-se as quantidades de carbono (C), carbono equivalente (CE) e Silício (Si) da amostra, cujo resultado é extrapolado para o banho como um todo, permitindo rápidos e precisos acertos, quando necessário, no teor destes elementos do banho. Finalizado o monitoramento, o sensor de imersão 1 é descartado.In this case, the thermocouple used is Type R whose measuring wire 9 is made of a noble metal alloy, for example, Piatine and Rhodium, with a diameter ranging from 0.04 mm to 0.10 mm. This type of thermocouple sensor has its measuring wire 9 formed by an easily obtainable material alloy, has higher thermoelectric power and has, in its signal, a greater variation of millivolts per degree Celsius (mV / ° C), ie In practice, this alloy is more sensitive to small temperature variations, a very important factor to better correlate eutectic temperatures with the chemical composition of the molten material, for example a cast iron bath. By monitoring the solidification temperatures of the sampled material through the thermocouple sensor 5, it is possible to obtain a quantitative and qualitative relationship of the components of the monitored melt bath, for example a cast iron bath. In the example of cast iron the quantities of carbon (C), carbon equivalent (EC) and silicon (Si) of the sample are identified, the result of which is extrapolated to the bath as a whole, allowing quick and accurate adjustments, when necessary, in content of these elements of the bath. After monitoring is completed, immersion sensor 1 is discarded.

Finalmente, o dispositivo 1 da presente invenção, devido a sua configuração, apresenta as seguintes vantagens: ■ precisão aperfeiçoada de resultados de análise de uma amostra de material fundido; ■ com uma simples imersão, a amostra do material fundido é retirada de dentro do forno, isenta de escória, e sem contato com o ar; ■ o sensor é imerso através de uma haste de manipulação simples e leve, com um tempo de exposição do operador ao calor em torno extremamente curto, de apenas cerca de 4 segundos; e ■ os riscos de acidentes são praticamente eliminados.Finally, the device 1 of the present invention, due to its configuration, has the following advantages: ■ improved accuracy of analysis results of a sample of molten material; ■ with a simple dip, the molten material sample is removed from the furnace, free of slag, and without contact with air; ■ the sensor is immersed through a simple and lightly manipulated rod, with an operator's exposure time to extremely short heat of only about 4 seconds; and ■ accident risks are virtually eliminated.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.Having described a preferred embodiment example, it should be understood that the scope of the present invention encompasses other possible variations, being limited only by the content of the appended claims, including the possible equivalents thereof.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Disposable immersion sensor (1), particularly used in thermal analysis of molten materials, disposable immersion sensor (1) comprising: a housing (11) formed by a first and a second portion (3, 3 ') associated between itself through flat faces (16, 16 ') defining a first chamber (13) which receives a portion of molten material by means of a communication channel (15) and a second chamber (14) positioned axially over the first chamber ( 13) in which a temperature sensor (5) is arranged; the disposable immersion sensor (1) being characterized by the fact that the first and second portions (3,3 ') of the housing (11) consist of integral parts which are frontally associated along a longitudinal axis by fasteners (12,121); the temperature sensor (5) having a measuring wire (9) disposed facing the first chamber (13), the measuring wire (9) being contactable with the molten material disposed in the first chamber (13) and comprising diameter ranging from 0.04mm to 0.1 Omm.

Sensor according to claim 1, characterized in that the first chamber (13) is defined by associating primary cavities (7, T) arranged in line with the first and second portions (3,3 ') of the housing. (11).

Sensor according to claim 2, characterized in that the first chamber (13) comprises a volume (V) ranging from 5 cm3 to 10 cm3.

Sensor according to claim 3, characterized in that the first chamber (13) comprises a diameter ranging from 10 mm to 22 mm and a length ranging from 15 to 35 mm.

Sensor according to claim 1, characterized in that the second chamber (14) is defined by associating secondary cavities (6,6 ') arranged in line with the first and second portions (3, 3') of the housing (11), axially communicating with the primary cavities (7, 7 ').

Sensor according to claim 1, characterized in that the first and second portions (3, 3 ') of the housing (11) are associated with each other by interference interference fit of at least one insert (12). ) disposed on the flat face (16) of the first portion (3) with at least one hole (121) disposed on the flat face (16 ') of the second portion (31).

Sensor according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the temperature sensor (5) comprises a body (51) disposed in the secondary cavities (6, 6 ') of the housing (11) and the wire measuring (9) positioned in the primary cavities (7, T) of the housing (11).

Sensor according to claim 7, characterized in that the temperature sensor (5) is a thermocouple type sensor.

Sensor according to Claim 8, characterized in that the measuring wire (9) of the temperature sensor (5) consists of a platinum and platinum-rhodium noble metal alloy.

10

Sensor according to Claim 1, characterized in that the shell (11) is made of sand which is inert to the bath.