BRPI0501594B1 - Measuring device for determining the activity of oxygen in metal or scaled cases, solid electrolyte tube for an electrochemical measurement cell and use of measuring device - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO PARA DETERMINAR A ATIVIDADE DO OXIGÊNIO EM FUNDIDOS DE METAL OU DE ESCÓRIA, TUBO DE ELETRÓLITO SÓLIDO PARA UMA CÉLULA DE MEDIÇÃO ELETROQUÍMICA E USO DO DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO". Antecedentes da Invenção [001] A invenção refere-se a um dispositivo de medição para determinar a atividade do oxigênio em metal fundido ou em fundidos de escória com uma cabeça de medição, que é colocada em uma extremidade de um tubo transportador e na qual é colocada uma célula de medição eletroquímica, A célula de medição eletroquímica tem um tubo de eletrólito sólido, que é fechado em um lado e que contém em sua extremidade fechada um material de referência e um eletrodo. O eletrodo estende-se da extremidade oposta do tubo de eletrólito sólido. Além disso, a invenção refere-se a um tubo de eletrólito sólido para uma célula de medição eletroquímica.

[002] Tais dispositivos de medição são conhecidos, por exemplo, da Patente Alemã DE 31 52 318 C2. O sensor ali descrito é usado para medição da concentração de oxigênio em metal fundido. Dispositivos de medição similares são também conhecidos da Patente Norte-americana 3.578.578, do Pedido de patente Alemã publicado DE 28 10 134 A1, ou da Patente Alemã DE 26 00 103 C2. Na Patente Norte-americana 4.657,641 é descrito um sensor, que tem um revestimento feito de silicato de zircônío e dióxido de zircônio.

Breve Sumário da Invenção [003] Além da medição do oxigênio, é também necessário medir-se outros materiais contidos no metal fundido. Portanto, a invenção é baseada no problema de fornecer um dispositivo de medição simples e também um tubo de eletrólito sólido correspondente, que possa ser usado para determinar também a concentração de outros elementos, além do teor de oxigênio.

[004] O problema é resolvido pelo fato de o tubo de eletrólito sólido ter em sua superfície externa um revestimento feito de uma mistura de silicato de zircônio com um fluoreto. Foi mostrado que esse método torna possível a determinação, por exemplo, da concentração de silício ou carbono na massa fundida. O efeito é explicado pelo fato de que, por exemplo, o silício contido no metal líquido reage com o Si02 do silicato de zircônio. Na reação de equilíbrio, é obtido oxigênio como um produto da reação, e a mudança na atividade do oxigênio na superfície do eletrólito sólido é medida e correlacionada com o teor de silício.

[005] O dispositivo de medição pode ser usado em metal fundido ou fundidos de escória, especialmente em aço ou ferro fundidos, para medição da concentração de silício ou de carbono. Um processo rápido de medição é assim realizado. É vantajoso que o dispositivo de medição tenha um sensor de temperatura, por exemplo, um elemento térmico, além da célula de medição eletroquímica, de forma que a temperatura do metal fundido possa também ser medida. O carbono pode ser calculado do equilíbrio de temperatura de silício-carbono do metal líquido.

[006] Pelo dispositivo de medição de acordo com a invenção, a análise da amostra no laboratório pode ser evitada, de forma que economias consideráveis de tempo no processo de produção e consequentemente ações melhores e mais rápidas para influenciar o processo de produção podem ser alcançadas.

[007] Modalidades vantajosas da invenção são dadas abaixo. É conveniente que o fluoreto seja pelo menos um do grupo CaF2, NaF, SrF2, BaF2 e MgF2. É vantajoso se a espessura de camada for aproximadamente igual a 10-100 μηη, especialmente cerca de 10-50 μηη, e vantajosamente cerca de 30 μηι. Aqui, uma camada mais espessa é suficiente para temperaturas de aplicação mais altas (acima de apro- ximadamente 1500X11), por exemplo, antes do tratamento de dessulfu-ração. Aqui o tempo de resposta é total mente curto. As temperaturas de aplicação inferiores (até aproximadamente 1400*0), por exemplo, após o tratamento de dessulfuração, é necessária uma camada mais fina. O tempo de resposta é então um pouco maior. Vantajosamente, cerca de 2-10 % em peso de fluo reto, especíalmente cerca de 3-4 % em peso de fluoreto são usados (em relação ao peso do revestimento). Em altos teores de fluoreto, o tempo de resposta a temperaturas de fusão mais baixas é mais curto, porque o equilíbrio pode ser alcançado mais rapidamente. O revestimento pode ser produzido bastante uniformemente por meio de pulverização de plasma ou pulverização de chama.

[008] O tubo de eletróiito sólido é vantajosa mente Zr02 estabilizado. A camada pode também cobrir apenas parcialmente a superfície externa do tubo de eletróiito sólido, onde pelo menos a superfície na região do tubo onde a massa de referência está colocada deve ser revestida.

Breve Descrição das Diversas Vistas dos Desenhos [009] O sumário anterior, bem como a descrição detalhada da invenção a seguir, será melhor entendido quando lido em conjunto com os desenhos anexos. Com o propósito de ilustrar a invenção, é mostrada nos desenhos uma modalidade que é a atualmente preferida. Deve ser entendido, entretanto, que a invenção não está limitada às disposições precisas e aos meios mostrados. Nos desenhos: [0010] Figura 1a é uma vista de elevação lateral em perspectiva de um dispositivo de medição conforme a invenção; e [0011] Figura 2 é uma vista da seção transversal longitudinal através do tubo de eletróiito sólido.

Descrição Detalhada da Invenção [0012] O dispositivo de medição tem um tubo transportador 1, no qual a cabeça de medição 2 é presa, onde por meio de uma peça de contato 3 dentro do tubo transportador 1 a cabeça de medição 2 contata uma linha de fornecimento para instrumentos de medição e avaliação. O tubo transportador 1 está mostrado na Figura 1 apenas na peça anexa.

[0013] Na extremidade de imersão da cabeça de medição, em adição a um elemento térmico 4, há um tubo de eletrólito sólido 5. O elemento térmico 4 e o tubo de eletrólito sólido 5 são rodeados por uma capa protetora 6 e protegidos antes ou durante a imersão da cabeça de medição no fundido, especialmente um fundido de ferro ou de aço.

[0014] Na Figura 2 o tubo de eletrólito sólido 5 está mostrado em seção. É produzido de dióxido de zircônio estabilizado e tem em seu interior como material de referência 7 uma mistura de molibdênio e dióxido de molibdênio, uma mistura de cromo e dióxido de cromo, ou uma mistura de níquel e óxido de níquel. O material de enchimento 8 colocado acima do material de referência é, por exemplo, óxido de alumínio. No tubo de eletrólito sólido 5, uma barra de molibdênio é colocada centralmente como um eletrodo 9. O eletrodo 9 projeta-se a partir da extremidade aberta do tubo de eletrólito sólido 5. Esta extremidade aberta é fechada com uma capa 10, onde o material de enchimento 8 é preso em sua extremidade superior por um cimento permeável a gás 11.0 tubo de eletrólito sólido 5 é rodeado por uma capa de aço 12, que também protege o tubo durante a imersão no fundido. A capa de aço 12 funde-se então e expõe o revestimento 13 colocado no tubo de eletrólito sólido 5. O revestimento é preferivelmente uma mistura de silicato de zircônio e cerca de 3-4 % em peso de fluoreto de magnésio. O revestimento é de aproximadamente 30 pm e é aplicado por pulverização de plasma.

[0015] No fundido, o Si02 reage com o Si do fundido, onde o oxigênio é liberado em uma reação de equilíbrio, e sua atividade é medi- da com a ajuda do tubo de eletrólito sólido.

[0016] Será apreciado por aqueles versados na técnica que podem ser feitas mudanças nas modalidades descritas acima sem sair do amplo conceito da invenção. É entendido, portanto, que esta invenção não está limitada às modalidades particulares descritas, mas pretende-se cobrir modificações dentro do espírito e do escopo da presente invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. Dispositivo de medição para determinar a atividade do oxigênio nos fundidos de metal ou escória, tendo uma cabeça de medição (2) que é colocada em uma extremidade de um tubo transportador (1), e na qual é colocada uma célula de medição eletroquímica, onde a célula de medição eletroquímica tem um tubo de eletrólito sólido (5), que é fechado em uma extremidade e que contém em sua extremidade fechada um material de referência e um eletrodo (9), onde o eletrodo (9) projeta-se da extremidade oposta do tubo de eletrólito sólido (5), caracterizado pelo fato de que o tubo de eletrólito sólido (5) tem em sua superfície externa um revestimento (13) feito de uma mistura de silicato de zircônio com MgF2, sendo que o revestimento (13) tem uma espessura de 10 a 50 pm e é pulverizado por plasma ou pulverizado por chama.

2. Dispositivo de medição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento (13) cobre apenas parcialmente a superfície externa do tubo de eletrólito sólido (5).

3. Tubo de eletrólito sólido para uma célula de medição eletroquímica, tendo uma extremidade fechada, caracterizado pelo fato de que ele tem em sua superfície externa um revestimento (13) feito de uma mistura de silicato de zircônio com MgF2, sendo que o revestimento (13) tem uma espessura de 10 a 50 pm e é pulverizado por plasma ou pulverizado por chama.

4. Tubo de eletrólito sólido de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o revestimento (13) cobre apenas parcialmente a superfície externa.

5. Uso do dispositivo de medição como definido na reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que se destina à determinação do teor de silício ou carbono nos fundidos de metal ou escória, especialmente em fundidos de aço ou de ferro.