CN105842320A - 测量炉渣中电化学氧活度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种浸入式测量传感器，其用于测量漂浮在熔池上的形成液态层的非金属材料的电化学活性，所述浸入式测量传感器包括：固体电解质电化学元件，所述电化学元件布置在带有对电极的保持器中，其中，当插入所述液态层时，由耐热材料构成的保护覆盖物布置在所述对电极上，而所述电化学元件没有保护层。
Description
技术领域
本发明涉及一种借助于具有电化学元件和对电极的测量单元测量漂浮在熔池上的液态非金属层的电化学氧活度的方法，电化学元件具有活性部分。测量单元穿过液态非金属层浸入到金属熔池中，电化学元件的活性部分被该层液态非金属材料覆盖。液态非金属覆盖物保持在电化学元件的表面，该覆盖物特别是形成为使得要测量的材料能够附着在上述表面上，直到测出电化学氧活度。在将电化学元件浸入熔池中的熔融金属之后，执行测量。
背景技术
本发明涉及一种借助于具有电化学元件和对电极的测量单元测量漂浮在熔池上的液态非金属层的电化学活度的方法，电化学元件具有活性部分。进一步讲，本发明涉及一种测量电化学氧活度的测量单元。
通常不仅需要执行对熔池的测量，而且也要执行对漂浮在熔池上的层的测量。比如在生产钢铁时需要对冶金处理的过程进行评估以测量熔渣中的氧势。
从Radexrundschau 1990,第236页到第243页得知，直接在熔渣中实施氧的测量。这里，将常用的电化学传感器浸入并保持在熔渣中。电化学传感器安装有带有对电极和电化学元件的测量单元。电化学元件由布置在基准材料中的基准电极以已知的方法形成。再用小固体电解质管围绕基准材料。这样的测量单元例如也可从EP 0 108 431中得知。这些测量单元都被用于熔池中氧活度的测量，这样的测量单元在穿过漂浮在熔池上的一层物质(比如熔渣)时本身被保护帽保护。
已知的对位于熔池上方的熔融层(比如熔渣)的氧活度的直接测量需要知道电化学元件在要测量的层中的准确位置。这一层通常相对比较薄(例如，钢包渣层大约厚0到15厘米)，所以电化学元件的位置偏离通常还会引起测量结果的偏离。因此，由于无法容易地确定熔池的表面水平，经常需要花费相对大量的精力和成本来精确布置测量单元。因此定位步骤需要花费相当长的探头浸入时间，从而导致例如对电极和测量导线出现损坏。
此外，通过提取凝固的和部分再熔的熔渣样品来进行分析是众所周知的渣样分析方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种以最少的成本支出获得电化学氧活度的精确测量结果的方法。另一目的是在少于1分钟的总测量时间里提供这些现场结果。此外，本发明旨在提供合适的电化学元件和用于这些测量的测量单元。
根据本发明，具有上述特征的方法的任务以如下方式完成：测量单元穿透液态非金属层浸入熔池，电化学元件的活性部分在穿过液态非金属层时被该材料层包围和覆盖，在紧随后的浸入熔融金属期间该材料保持在电化学元件的表面。在测量期间，在浸入熔融金属(而不需要测量单元位于熔渣中)时获得测量结果。熔池里的温度分布比漂浮在熔池上的要测量氧活度的层的温度分布要均匀得多，从而温度起伏对测量结果的影响比已知的直接测量方法要小得多。测量可以在周围条件几乎不变的情况下进行，以便可以获得可重复和/或可比较的测量结果。
应该了解到，测量单元是包含至少一个电化学元件和对电极的装置，对电极布置为紧挨着电化学元件或者远离电化学元件。对电极能够例如固定在熔融容器的壁上或者为该壁的一部分。在这种情况下，当然地，对电极自然而然不会穿透液态非金属进入熔池。由于熔池通常具有足够的高度，所以不需要测量单元在熔融金属中的精确放置。
对于增加测量的精确度和再现性，已经证明，有益的是，在使测量单元的插入端穿过液态非金属层时，对电极被一层硬纸板保护，以致熔渣不凝固在对电极表面，使得对电极能够直接与熔池接触。
测量单元的任务是利用电化学元件和对电极测量熔池上的液态非金属层的电化学活性，电化学元件布置在保持器上且包括具有活性部分的小固体电解质管，该任务以如下方式实现：将电化学元件和对电极布置在熔池中，使得活性部分被要测量的非金属层的材料包围，对电极的至少一部分直接与熔池接触，也就是说，电解质管并不是完全被要测量的非金属层的材料包围。与熔池直接接触的对电极产生了特别精确的测量结果。已经证明对于获得精确测量结果有益的是，电化学元件的活性部分形成为电化学元件的环形表面区域。在使用前，对电极可以被比如硬纸板等保护层保护。该保护层在穿透要测量的层或者进入熔池时熔毁，并且阻止要测量的层的材料附着在对电极上。
方便的是，小固体电解质管的插入端是裸露的。在非常具有流动性的熔渣的情况下，熔渣的表面可以被电绝缘材料覆盖，并且插入端和耐热体之间的区域没有被覆盖。三氧化二铝和氧化镁被证明尤其适合作为覆盖材料。方便的是，插入端沿着耐热体的方向最大可以覆盖有6毫米的材料，尤其是覆盖长度大约是2.5毫米。这样的覆盖确保要测量的材料层附着在电化学元件上，使得可以在上述层下方的熔池中执行活性测量。自然地，例如在一定距离处，对上述材料使用合适的机械采集设备以包围电化学元件的管的形式，使要测量的材料层能以不同的方式附着在小固体电解质管上。
此外，已经证明有益的是，电化学元件从耐热体中伸出大约9到13毫米，尤其是大约11毫米。这样的尺寸能够良好地确保要测量的材料附着至电化学元件，并且还确保可靠地测量该材料的活度。而且，方便的是，因为电化学活性还与温度有关，所以可以在电化学元件中布置热电偶，并因此可以对可能的温度起伏的影响加以考量。
浸入式测量传感器的任务是利用布置在保持器上的电化学元件和对电极测量漂浮在熔池上的液态非金属层的电化学活性，该任务以如下方式实现：当对电极浸入液态非金属层时，非耐火材料的保护层设置到对电极上，并且当电化学元件浸入液态非金属层时，电化学元件没有保护层。对电极的保护层阻止对电极在穿过熔渣层时被熔渣覆盖。保护层在熔渣层下方的熔池中融化，例如被烧毁或者被熔解掉。除了使用硬纸板之外，也可以使用其他材料，比如，具有低熔点的铜。当对电极没有被熔渣覆盖时，熔渣可附着到电化学元件的表面上而且被插入到熔池中，由于没有保护帽或者类似的直接保护方式，熔渣能够与电化学元件直接接触。
已经证明，有益的是，保护层由硬纸板来形成，在保持器的外侧，对电极的整个表面优选地被保护层覆盖。此外，方便的是，电化学元件从保持器中伸出大约9到13毫米。在浸入式测量传感器的优选实施例中，保持器具有硬纸管，在硬纸管的插入端布置有由耐火材料制成的测量头，围绕电化学元件的对电极至少部分地呈环形，例如，对电极以金属管的形式被引导穿过测量头并且在测量头的前部突出到测量头之外。此外，方便的是，对电极的接触部和电化学元件的接触部位于保持器内。这些接触部以已知的方法与电子测量评估设备相连接。
根据本发明以如下方式实现，测量单元具有安装在保持器上的电化学元件，使用测量单元和对电极来完成对漂浮在熔池上的液态非金属层中的材料在熔池中的电化学活性的测量。
附图说明
图1是依据本发明的带有电化学元件的测量单元的具体范例，
图2示出插入到熔融容器的测量元件，其中，熔渣附着在电化学元件上，对电极部分地被熔化且部分地被熔渣覆盖。
具体实施方式
依据图1的测量单元具有电化学元件，电化学元件利用例如树脂砂2等耐热材料被灌封在保持器中。保持器由耐火材料3制成或者可以由与硬纸管4所支撑的灌封材料2一样的材料构成。被材料3围绕的金属管6在材料3的插入端露出。电化学元件7从由金属部件16所形成的腔体的基底延伸出大约11毫米。电极5从电化学元件7伸出，经由灌封材料2进入由塑料材料形成的连接件13。连接件13支撑导体5的接触部和金属部件6的延伸件，这些进而连接至远程电子测量设备。没有示出配对的连接件和远程电子测量设备。对电极6由金属管形成并包围电极5且在测量单元的插入端从耐火材料伸出。重的钢垫圈16压力配合到金属管6上且横向地从金属管6突出，这种组合形成对电极。该突出部分由一层硬纸板12包围，这层硬纸板12在探头10的插入端穿透漂浮在熔池顶部的液态非金属层时阻隔熔渣附着。电化学探头组件10的小固体电解质管7被熔渣覆盖，这部分熔渣被圈闭到在探头的插入端由金属环8形成的腔体里。该环是金属的，然而也可以是陶瓷或者玻璃的，厚度大约为1毫米；当然也可以更厚一些。
为了测量，将探头组件10插进漂浮在熔融钢上的熔渣层中。这里，腔体里的熔渣包围电化学元件7，以便熔渣基本上覆盖电解质表面。当传感器进一步浸入到熔融金属中时，金属的压力保持熔渣覆盖在电解质的表面。在电化学元件7的该区域中熔化的钢迅速获得温度平衡，并且测量出液态熔渣层的氧活度。在对电极16穿过熔渣层时，布置在延伸的对电极16上的硬纸板12阻止熔渣附着到对电极16上。在这个测量过程中，在测量时对电极与熔融钢直接接触。
Claims (7)
1.一种浸入式测量传感器，其用于测量漂浮在熔池上的形成液态层的非金属材料的电化学活性，所述浸入式测量传感器包括：固体电解质电化学元件，所述电化学元件布置在带有对电极的保持器中，其中，当插入所述液态层时，由耐热材料(12)构成的保护覆盖物布置在所述对电极上，而所述电化学元件(7)没有保护层。
2.根据权利要求1所述的浸入式测量传感器，其中，所述保护层(12)包括硬纸板。
3.根据权利要求1所述的浸入式测量传感器，其中，保护层(12)在所述保持器外侧基本上覆盖所述对电极(16)的全部表面。
4.根据权利要求1所述的浸入式测量传感器，其中，所述电化学元件从腔体的基底朝浸入方向伸出大约9到13毫米。
5.根据权利要求1所述的浸入式测量传感器，其中，所述保持器包括插入端，硬纸管(4)布置在所述保持器上，并且由耐火材料(3)构成的测量头布置在所述插入端，所述电化学元件(7)和所述对电极组件(16,6)布置在所述测量头的前端，并且所述对电极(6)至少部分地围绕所述电化学元件(1)。
6.根据权利要求1所述的浸入式测量传感器，其中，所述对电极(6)包括接触部，所述电化学元件(1)包括接触部，并且所述接触部被引导进所述保持器内部且与电子测量评估设备相连接。
7.一种测量单元，其用于测量形成漂浮在熔池上的液态非金属层的材料的电化学活性，且包括：
电化学元件，其布置在具有耐火体(3)的保持器中，所述电化学元件具有带活性部分的小固体电解质管(7)，对电极(6)与所述电化学元件是隔开的，所述电化学元件(7)和所述对电极(6)适于布置在所述熔池中，金属材料(8)包围所述活性部分，所述金属材料形成俘获要测量的熔渣的腔体，并且所述对电极的至少一部分与所述熔池直接接触。
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