CN111163878B - 用于确定熔融金属的化学成分的浸入式传感器 - Google Patents

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Abstract

一种浸入式传感器，配置为确定熔融金属中的化学元素的含量。该浸入式传感器具有从取样室的内表面延伸到内部容积中的辅助电化学电池。取样室可以一体成型在传感器头中或者独立耐火结构中。该浸入式传感器可以配置为使熔融金属流入取样室的内部容积中并且与辅助电化学电池接触。

Description

用于确定熔融金属的化学成分的浸入式传感器
背景技术
在熔化和精炼液态熔融金属和合金时，快速确定各种化学元素的含量很重要，以便冶炼厂、炼钢厂或其他冶金厂能尽快进行适当成分纠正，从而使冶金厂在生产过程中以最经济的方式达到指定的成分质量要求。目前使用一次性浸入式传感器来确定熔融金属和合金中某些化学元素的水平，这种浸入式传感器通常包括单个电化学电池。
例如，根据现有技术，一次性浸入式传感器可以包括支撑传感器头的硬纸管。传感器头可含有传感器，如用于测定熔融金属温度的热电偶和用于确定氧含量并通过相互关系确定熔体中是否有其他元素的单个电化学电池等。传感器头还可含有用于收集熔融金属样品的金属模具，之后在实验室对样品进行分析。
目前已知的方法是使用含有单个电化学电池的传感器来确定化学元素的水平，这种方法广泛应用于钢铁制造和铸造操作中。这种传感器在本领域中通常称为“氧探针”或“氧传感器”，根据能斯特方程操作，该方程指出金属熔体中的氧化学活性(例如，熔体中的氧分压)与电化学电池电势的定量关系。
一些专利描述了这些类型的传感器，如，例如英国专利号(GB)1 283 712和美国专利号(US)4,906,349，专利中描述了用于确定熔融金属中氧活性的传感器。其他描述氧传感器的专利包括英国专利号(GB)1 271 747和美国专利号(US)3,772,177等，这些专利描述了用于直接测定熔融金属中的氧的传感器。
氧传感器的各种变化在本领域中也是已知的，这些变化有：在电化学电池上具有辅助电极，该辅助电极含有待分析化学元素或待分析化学元素的氧化物。描述这类变化的专利包含美国专利号(US)4,657,641；7,141,151；和7,169,274等；以及欧洲专利号(EP)0295 112B1等，这些专利中描述了用于测定熔融金属或合金中的硅的传感器。
发明内容
本说明书中描述的发明涉及一种用于确定熔融金属中的化学元素含量的浸入式传感器。在本发明的一个实例中，浸入式传感器包括位于取样室内的辅助电化学电池。
在本发明的另一实例中，浸入式传感器包括由耐火材料形成的具有内部容积的取样室和从取样室的内表面延伸到内部容积中的辅助电化学电池。浸入式传感器配置为使熔融金属流入取样室的内部容积中并且与辅助电化学电池接触。
在本发明的另一实例中，浸入式传感器包括传感器头；具有内部容积的取样室，由耐火材料形成；辅助电化学电池，从取样室的内表面延伸到内部容积中；以及入口通道，在取样室的内部容积与浸入式传感器外部的容积之间延伸。浸入式传感器配置为使熔融金属从外部容积流经入口通道，进入取样室的内部容积中，并且与辅助电化学电池接触。
附图说明
通过参照附图，可以更充分地理解本说明书中描述的本发明的各种特征和特性。应当理解，附图是示意性的，不一定按比例绘制，并且为了清楚起见，省略了对于理解本说明书中描述的本发明非必要的特征和特性。
图1是浸入到冶金容器内熔融金属中的现有技术的浸入式传感器的横截面侧视图。
图2是浸入到冶金容器内熔融金属中的根据本发明的浸入式传感器的横截面侧视图。
图3是图2所示的浸入式传感器的横截面侧视图并示出了浸入式传感器的某些部件。
图4是包括辅助电化学电池的取样室的外部透视图。
图5是图4所示的位于承载管内取样室的横截面侧视图并且示出了从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池。
图6是图4所示的取样室的横截面透视图并且示出了从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池。
图7是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池的取样室的横截面侧视图，其中辅助电化学电池包括位于辅助电化学电池的至少一部分外表面上的涂层。
图8是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池的取样室的横截面侧视图，其中辅助电化学电池包括金属涂层，该金属涂层位于辅助电化学电池的至少一部分外表面上并且用作热冲击防护层，保护辅助电化学电池在与流入取样室中的熔融金属初始接触时免受热冲击损坏。
图9是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池的取样室的横截面侧视图，其中取样室还包括位取样室的至少一部分内表面上的陶瓷涂层。
图10是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池的取样室的横截面侧视图，其中取样室还包括位取样室的至少一部分内表面上的金属涂层。
图11是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池和位于辅助电化学电池的外表面附近的脱氧材料的取样室的横截面侧视图。
图12是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池和从取样室的远端内表面延伸到取样室中的电极的取样室的横截面侧视图，其中电极用作辅助电化学电池的正极触点。
图13是包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池的取样室的横截面侧视图，取样室还包括位于取样室的至少一部分内表面上的金属涂层，其中金属涂层用作辅助电化学电池的正极触点。
图14是位于承载管内的取样室的横截面侧视图，其中取样室包括从取样室的远端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池。
图15是位于承载管内的取样室的横截面侧视图，其中取样室包括从取样室的近端内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池。
图16是位于承载管内的取样室的横截面侧视图，其中取样室包括从取样室的侧向内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池。
图17是包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器的横截面侧视图，其中传感器头包括热电偶。浸入式传感器还包括靠近传感器头的取样室，取样室包括延伸到取样室中的辅助电化学电池，其中取样室成型在与传感器头分离或不邻接的耐火结构中。
图18是包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器的横截面侧视图，其中传感器头包括配置为收集熔融金属样品的金属模具。浸入式传感器还包括靠近传感器头的取样室，取样室包括延伸到取样室中的辅助电化学电池，其中取样室成型在与传感器头分离或不邻接的耐火结构中。
图19是包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器的横截面侧视图，其中传感器头包括配置为收集熔融金属样品的金属模具，和一体成型在传感器头的近端部分中的热分析室。浸入式传感器还包括靠近传感器头的取样室，取样室包括延伸到取样室中的辅助电化学电池，其中取样室成型在与传感器头分离或不邻接的耐火结构中。
图20是浸入式传感器的横截面侧视图，其中浸入式传感器包括位于承载管的远端上的传感器头，该传感器头包括热电偶和主电化学电池。浸入式传感器还包括靠近传感器头的取样室，取样室包括延伸到取样室中的辅助电化学电池，其中取样室成型在与传感器头分离或不邻接的耐火结构中。
图21是包括位于承载管远端上的传感器头的浸入式传感器的横截面侧视图，传感器头包括靠近传感器头远端的一体成型的取样室，取样室包括延伸到取样室中的辅助电化学电池，并且传感器头还包括在取样室和传感器头的远端之间延伸的入口通道。
图22是包括位于承载管远端上的传感器头的浸入式传感器的横截面侧视图，传感器头包括靠近传感器头远端的一体成型的取样室，取样室包括延伸到取样室中的辅助电化学电池。
图23是包括位于承载管远端上的传感器头的浸入式传感器的横截面侧视图，传感器头包括一体成型在传感器头的中间部分并靠近传感器头的远端的热分析室，传感器头还包括靠近热分析室的一体成型的取样室。
图24是示出了包括一体取样室的传感器头的相对位置的浸入式传感器的横截面图。
图25是示出了传感器头和独立耐火结构的相对位置的浸入式传感器的横截面图，其中耐火结构不与传感器头邻接，包括一体取样室。
基于本发明的以下详细描述，读者将理解前述的特征和特性以及其他方面。
具体实施方式
在本说明书(包含权利要求书)中所使用的术语“远端”及其变型指的是靠近浸入式传感器的浸入端，术语“近端”及其变型指的是远离浸入式传感器的浸入端。术语“远端”和“近端”以及其变型是描述沿浸入式传感器沿浸入方向的相对位置的术语，例如，该位置通常对应于包括传感器头和承载管的细长浸入式传感器组件的长度尺寸。
在本说明书(包含权利要求书)中所使用的术语“金属”包括单质金属和金属合金，金属合金包括基体金属和一种或多种添加到基体金属中的金属或非金属合金元素。另外，除非另有说明，在本说明书(包含权利要求书)中所使用的术语“上”、“下”、“向上”、“向下”、“上方”、“下方”及其变型等与附图中所示的方位有关，为便于描述而使用，不以任何特定方位限制本发明的使用。
传统的浸入式传感器和探针通常包括安装在传感器头的浸入端(即，远端)外部的电化学电池。在这一位置，电化学电池在测量期间暴露于大量熔融金属中，因此传感器的使用和测量效率受限。同样，在测量期间与大量熔融金属的接触也会损害涂在电化学电池上的辅助电极涂层的保持能力。
测量效果受限，测量效率低，以及涂在传统传感器上的辅助电极涂层的保持性受损，均是由于电化学电池位于传感器头的浸入端(即，远端)造成的，在浸入端，电化学电池受到所暴露的侵蚀环境的影响，影响因素包含测量期间的高温、熔融金属流速、搅动和湍流，还有围绕电化学电池的大量液态金属体。
通过使用辅助电化学电池，其基于氧测量电化学电池并位于成型在浸入式传感器的结构中的取样(即，样品收集)室内，本发明的浸入式传感器解决了这些问题，并可以用于分析冶炼厂、炼钢厂或其他冶金厂所关注的化学元素的含量。辅助电化学电池位于取样室内部，有助于在侵蚀性较低的环境中测定熔融金属中的氧水平，从熔融金属流入取样室开始测量，直到熔融金属在取样室内部凝固测量结束。
辅助电化学电池位于取样室内部，减少或消除了与大量金属熔体的侵蚀性环境相关的问题(例如，与大体积熔体接触，与高热量体接触，以及与搅动、湍流和流动的熔体接触)。取样室提供了相对较小的容积，熔融金属流入其中并与辅助电化学电池接触，从而相较于位于暴露的传感器头的外部远端位置相比，熔体体积、热量体和熔体流速都减小了。另外，相对较小的取样室容积有助于快速降低流入的熔融金属的温度，这加速了固化，并使位于电化学电池上的辅助电极涂层在测量期间保持在适当位置，从而实现传感器测量效率的最大化。
本说明书(包含权利要求书)中所使用的术语“辅助电化学电池”是指配置为用于测定与电化学电池的外表面接触的熔融金属中的化学元素的含量的电化学电池。例如，参见GB-1283712；US-4,906,349；GB-1271747；US-3,772,177；US-4,657,641；US-7,141,151；US-7,169,274；和EP-0295112-B1中描述的电化学电池，其通过引用并入本说明书。辅助电化学电池可以但不必须包括位于辅助电化学电池的至少一部分外表面上的涂层。若配置为确定金属熔体中的氧含量的电化学电池的外表面上具有这种“辅助电极涂层”，会有利于确定金属熔体中的非氧化学元素的含量。
因此，本发明涉及一种用于氧测定的辅助电化学电池，其涂覆有或未涂覆有辅助电极涂层，位于形成在浸入式传感器中的取样室中，当浸入式传感器浸入金属熔体中时取样室将收集熔融金属。当熔融金属进入取样室并接触辅助电化学电池时，辅助电化学电池开始分析所接收的熔融金属中的氧含量，并在取样室中的熔融金属冷却和固化期间持续进行分析。以这种方式，通过经验统计公式可以，例如确定冶炼厂、炼钢厂或其他冶金厂感兴趣的在金属熔体中的化学元素的含量。这些感兴趣的化学元素可包含，例如氧、碳、硅、锰、磷、硫、铝、铜、铬、钼、镍、硼、钙、铅、锡、钛、铌、钴、铁、钒、钨、镁、锌、锆、锑等，以及这些元素的氧化物。
本发明的浸入传感器可以用于确定任何类型的熔融金属中的感兴趣的元素的含量，如，例如铁及其合金(包含钢)、铝及其合金、铜及其合金、铬及其合金、钼及其合金、镍及其合金、铅及其合金、锡及其合金、钛及其合金、铌及其合金、钴及其合金、钒及其合金、钨及其合金、镁及其合金、锆及其合金、锌及其合金、锑及其合金、锰及其合金等。
参照图24和25，浸入式传感器100包括位于承载管101的远端112上的传感器头102。传感器头102可包括由耐火材料制成的结构，如，例如模制铸造/浇铸用砂、氧化铝等材料。承载管101示为单个结构，其可包括如，例如硬纸板、塑料、金属等构造材料。还应当理解，承载管101可以包括多个部件，如，例如由硬纸板或纸套管环绕的金属或塑料管。传感器头102包括远(下/浸入)端122和近(上)端124。传感器头102的近端124通过承载管101的远端112插入到承载管101的内腔中。传感器头102的远端122在使用期间暴露在熔融金属中并与熔融金属接触。为了清楚起见，图24和25中省去了电化学电池、热电偶或其他传感器，以及传感器电极、触点和接头。
参考图24，传感器头102包括一体成型的取样室105。取样室105靠近传感器头102的远端122，并且取样室105远离传感器头102的近端124。参照图25，浸入式传感器100包括传感器头102和独立耐火结构150。耐火结构150可包括耐火构造材料，如，例如模制铸造/浇铸用砂、氧化铝等。耐火结构150位于承载管101的内腔中，靠近传感器头102的近端124。耐火结构150包括远(下)端157和近(上)端159。耐火结构150还包括一体成型的取样室105。取样室105靠近耐火结构150的远端157，并且取样室105远离耐火结构150的近端157。
再次参考图24和25，取样室105包括远端(下)内表面152、近端(上)内表面154和侧部内表面156。取样室105的内部容积通过入口通道110与浸入式传感器100外部的容积流体连通。入口通道110从取样室105的侧部内表面156延伸到传感器头102或耐火结构150的侧部外表面(视情况而定)。承载管101上的孔与入口通道110对准，以使取样室105的内部容积与浸入式传感器100外部的容积流体连通。
图1示出了使用中的浸入式传感器。浸入式传感器包括位于承载管1的远端上的传感器头2。浸入式传感器浸入冶金容器3(例如，钢包、转炉或配置为接收和/或处理熔融金属的任何其他类型的冶金容器)中的熔融金属4中。传感器头2包括传感器，如，例如，配置为收集金属样品的热电偶和/或电化学电池和/或金属模具，该金属样品随后可以在，例如实验室中进行分析。传感器位于传感器头2的远端上。
图2示出了根据本发明的使用中的浸入式传感器A。浸入式传感器A包括位于承载管1的远端上的传感器头2。浸入式传感器A浸入冶金容器3(例如，钢包、转炉或配置为接收和/或处理熔融金属的任何其他类型的冶金容器)中的熔融金属4中。传感器头2包括传感器，如，例如，配置为收集金属样品的热电偶和/或电化学电池和/或金属模具，该金属样品随后可以在，例如实验室中进行分析。传感器位于传感器头2的远端上。承载管1示为单个结构，其可包括硬纸板、塑料、金属等构造材料。还应当理解，承载管1可以包括多个部件，如，例如由硬纸板或纸套管环绕的金属或塑料管。
浸入式传感器A还包括不与传感器头2邻接的独立耐火结构，该耐火结构包括内部取样室5。含有内部取样室5的独立耐火结构靠近传感器头2。取样室5包括从取样室的内表面延伸到取样室中的辅助电化学电池。传感器头2和含有取样室5的耐火结构可分别包括耐火构造材料，如，例如模制铸造/浇铸用砂、氧化铝等。另外，取样室可包括选自由以下组成的群组中的材料：金属材料、陶瓷材料和金属陶瓷材料及其任意组合。例如，取样室可以成型在由金属材料、陶瓷材料或金属陶瓷材料或组合材料制成的耐火结构中。
图3进一步示出了根据本发明的浸入式传感器A。传感器头2示出为包括主要电化学电池8和位于传感器头2的远端上的热电偶9。传感器头2还包括形成在传感器头2中的金属模具7。金属模具7配置为收集熔融金属4的样品(参见图2)以随后在实验室中进行分析。辅助电化学电池6位于取样室5中并且延伸到取样室5的内部容积中。辅助电化学电池相对于与取样室的另一电触点可以是负极，并且可以与负极触点连通或用作负极触点。延伸到取样室(未示出)中的金属电极、在取样室(未示出)的至少一部分内表面上的金属涂层或金属模具可以与辅助电化学电池的正极触点连通或用作辅助电化学电池的正极触点。
图4示出了独立耐火结构的外表面，该独立耐火结构包括形成在耐火结构内的取样室5。虽未示出，但辅助电化学电池6位于内部取样室5中。
图5还示出了包括浸入式传感器A的取样室5的耐火结构。辅助电化学电池6从取样室5的远端内表面延伸到内部容积12中。取样室5的内部容积12的容积可以在5cm3至50cm3范围内，或者此范围包含的任何子范围，例如5-25cm3、10-50cm3或15-45cm3。入口通道10从取样室5的内部容积12的侧向内表面延伸到浸入式传感器A的外表面。通过入口通道10使取样室5的内部容积12与浸入式传感器A外部的容积流体连通。在使用时，熔融金属从外部容积流经入口通道10，进入取样室5的内部容积12，在内部容积中接触辅助电化学电池6，从而测定熔融金属中的化学元素的含量。
保护盖或其他临时阻挡结构11位于入口通道10中，并用于在浸入式传感器A浸入金属熔体期间临时阻挡入口通道10以防止炉渣进入取样室5的内部容积12中。在入口通道10的外部开口穿过渣层并接触熔融金属后，保护盖或其他临时阻挡结构11(可包括纸、硬纸板、塑料、金属/合金或其他临时性材料或材料组合)燃烧、熔化或以其他方式移除，从而解除对入口通道10的阻挡，允许熔融金属流入取样室5的内部容积12中。
图6还示出了包括浸入式传感器A的取样室5的耐火结构。辅助电化学电池6从取样室5的远端内表面延伸到内部容积12中。入口通道10从取样室5的内部容积12的侧向内表面延伸到耐火结构的外表面。在使用时，熔融金属流经入口通道10，进入取样室5的内部容积12中，在内部容积中接触辅助电化学电池6，从而确定熔融金属中的化学元素的含量。
图7示出了位于辅助电化学电池6的至少一部分外表面上的辅助电极涂层13。如上所述，辅助电极涂层13可包括任何金属或金属化合物(如金属氧化物)，通过该金属或金属化合物能够确定进入取样室5并接触辅助电化学电池6上的辅助电极涂层13的熔融金属中的感兴趣的化学元素的含量。
图8示出了位于辅助电化学电池6的至少一部分外表面上的金属涂层14。金属涂层14用作热冲击防护层，其保护辅助电化学电池6在与流入取样室5中的熔融金属初始接触时免受热冲击损坏。在使用时，当熔融金属进入取样室5时，金属涂层14熔化，然后熔融金属接触辅助电化学电池6的下层外表面，该辅助电化学电池可以任选地包括辅助电极涂层13，如图7所示，在这种情况下，熔融金属接触辅助电极涂层13。
图9示出了位于取样室5的至少一部分内表面上的陶瓷涂层或釉层15。陶瓷涂层或釉层15用于减少或消除形成包括内部取样室5的耐火结构的耐火材料对待分析熔融金属的污染。
图10示出了位于取样室5的至少一部分内表面上的金属涂层16。金属涂层16可以用作吸收进入取样室5的熔融金属的热量的冷却元件。金属涂层16可以在接触时熔化，提高进入取样室5的熔融金属的冷却速度并加速固化。
图11示出了邻近取样室5中的辅助电化学电池6的外表面的脱氧材料17。脱氧材料17用于除去待由辅助电化学电池6分析的熔融金属中的游离氧。脱氧材料可以选自，例如由以下组成的群组：铝、铝合金、钛、钛合金、锆和锆合金及其任意组合。
图12示出了辅助电化学电池6和从远端内表面延伸到取样室5中的金属电极19。金属电极19用作辅助电化学电池6的正极触点18。
图13示出了位于取样室5的至少一部分内表面上的金属涂层16。金属涂层16用作辅助电化学电池6的正极触点18。
图14示出了从远端内表面延伸到取样室5中的辅助电化学电池6。图15示出了从近端内表面延伸到取样室5中的辅助电化学电池6。图16示出了从侧向内表面延伸到取样室5中的辅助电化学电池6。因此，图14-16分别示出了位于下部位置、上部位置和侧向位置的辅助电化学电池6。
图17示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，该传感器头包括热电偶9。浸入式传感器A还包括不与传感器头邻接的独立耐火结构，该耐火结构包括取样室5。包括取样室5的独立耐火结构靠近传感器头。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头远端盖保护热电偶9，直到燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖的外部可由硬纸板构成；传感器头远端盖的内部可由钢构成。
图18示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，该传感器头包括金属模具7。浸入式传感器A还包括不与传感器头邻接的独立耐火结构，该耐火结构包括取样室5。包括取样室5的独立耐火结构靠近传感器头。金属模具7配置为收集熔融金属样品。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头远端盖保护金属模具7，直到传感器头远端盖燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖的外部可由硬纸板构成；传感器头远端盖的内部可由钢构成。
图19示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，传感器头包括配置为收集熔融金属样品的金属模具，还包括靠近金属模具的一体成型的热分析室20。浸入式传感器A还包括不与传感器头邻接的独立耐火结构，该耐火结构包括取样室5。包括取样室5的独立耐火结构靠近包括热分析室20的传感器头。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头远端盖保护金属模具，直到传感器头远端盖燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖可由钢构成。
图20示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，该传感器头包括热电偶，并且还包括主电化学电池8。热电偶和主电化学电池8位于传感器头的远端上并且从传感器头的远端延伸。浸入式传感器A还包括不与传感器头邻接的独立耐火结构，该耐火结构包括取样室5。包括取样室5的独立耐火结构靠近包括热电偶和主电化学电池8的传感器头。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头远端盖遮蔽热电偶和主电化学电池8，直到盖燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖的外部可包括硬纸板；传感器头远端盖的内部可包括钢。
图21示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，该传感器头包括靠近传感器头的远端的一体成型的取样室5。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头还包括在取样室5和传感器头的远端之间延伸的一体成型的入口通道10。传感器头远端盖遮蔽入口通道10，直到盖燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖的外部可包括硬纸板；传感器头远端盖的内部可包括钢。
图22示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，该传感器头包括靠近传感器头的远端的一体成型的取样室5。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头还包括在浸入式传感器A的取样室5和侧向外表面之间延伸的一体成型的入口通道10。传感器头还包括热电偶和主电化学电池，该主电化学电池位于传感器头的远端上并从传感器头的远端延伸。传感器头远端盖遮蔽热电偶和主电化学电池，直到盖燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖的外部可包括硬纸板；传感器头远端盖的内部可包括钢。
图23示出了包括位于承载管的远端上的传感器头的浸入式传感器A，该传感器头包括在传感器头的中间部分中一体成型的热分析室20。传感器头还包括靠近热分析室20的一体成型的取样室5。如上所述，辅助电化学电池6延伸到取样室5中。传感器头还包括配置为收集熔融金属样品的金属模具。金属模具远离热分析室20。传感器头远端盖遮蔽金属模具，直到盖燃烧、熔化或以其他方式移除。传感器头远端盖可包括钢。
说明书及附图中描述和示出了各种特征和特性以便读者全面理解本发明。应当理解，在本说明书及附图中描述和示出的各种特征和特性可以以任意可行方式进行组合，无论这种特征和特性是否以组合形式在本说明书中明确描述或示出。发明人和申请人明确旨在将这些特征和特性的组合包含在本说明书的范围内，并旨在要求保护这些特征和特性的组合，不在申请中增加新主题。这样，权利要求可进行修改，可以任意组合形式列举本说明书中明确或本身暗含描述的或支持的任何特征和特性。此外，申请人保留修改权利要求的权利，以肯定地否认现有技术中可能存在的特征和特性，即使这些特征和特性未在本说明书中明确描述。因此，任何此类修改不会在说明书或权利要求中增加新主题，并且符合书面描述要求、描述充分性要求和增加主题要求(例如，《美国法典》第35章第112(a)条和《欧洲专利公约》第123(2)条)。本发明可以包括、由或基本上由本说明书中描述的各种特征和特性组成。
此外，本说明书中列举的任何数值范围都包含其端值，并且描述了包含在所列范围内的相同数值精度(即，具有相同的指定数字位数)的所有子范围。例如，列举的范围“1.0至10.0”描述了介于(并且包括)所列的最小值1.0和最大值10.0之间的所有子范围，如，例如，“2.4至7.6”，虽然在说明书的文本中没有明确列出该范围“2.4至7.6”。相应地，申请人保留修改本说明书(包含权利要求书)的权利，以明确地列举包含在本说明书中已明确列举的范围内的相同数值精度的任何子范围。所有这些范围都在本说明书中暗含描述，所以明确列举任何这些子范围的修改都将符合书面描述要求、描述充分性要求和增加主题要求(例如，《美国法典》第35章第112(a)条和《欧洲专利公约》第123(2)条)。
除非上下文另外指出或要求，否则本说明书中所使用的冠词“一”、“一个”、“一种”和“该”旨在包含“至少一个”或“一个或多个”。因此，在本说明书中使用的冠词是指一个或多于一个(即，“至少一个”)冠词的语法对象。例如，“一个部件”指一个或多个部件，因此，可以在本发明实施中采用或使用多于一个部件。此外，除非上下文另有要求，否则使用单数名词包括复数情况，使用复数名词包括单数情况。
元件列表
1.承载管
2.传感器头
3.冶金容器
4.熔融金属
5.内部取样室
6.辅助电化学电池
7.金属模具
8.电化学电池
9.热电偶
10.取样室5的入口通道
11.保护盖或其他临时阻挡结构
12.取样室5的内部容积
13.辅助电极涂层
14.金属涂层(位于辅助电化学电池6的至少一部分外表面上)
15.陶瓷涂层或釉层
16.金属涂层(位于取样室5的至少一部分内表面上)
17.脱氧材料
18.辅助电化学电池6的正极触点
19.金属电极
20.一体成型在传感器头中的热分析室
100.浸入式传感器
101.承载管
102.传感器头
105.传感器头的一体成型的取样室
110.入口通道
112.承载管101的远端
122.传感器头的远端
124.传感器头的近端
150.独立耐火结构
152.取样室105的远侧(下)内表面
154.取样室105的近侧(上)内表面
156.取样室105的侧向内表面
157.耐火结构150的远(下)端
159.耐火结构150的近(上)端。

Claims (25)

1.一种用于确定熔融金属中的化学元素的含量的浸入式传感器，所述浸入式传感器包括：
传感器头，位于承载管的远端；
具有内部容积的取样室，成型在耐火结构中；
入口通道，在所述取样室的所述内部容积与所述浸入式传感器外部的容积之间延伸；以及
辅助电化学电池，从所述取样室的内表面延伸到所述内部容积中；
其中所述浸入式传感器配置为使熔融金属从所述外部容积流经所述入口通道，进入所述取样室的所述内部容积中，并且与所述辅助电化学电池接触，其中所述入口通道从所述取样室的侧向内表面延伸到所述耐火结构的侧向外表面，并且其中所述取样室设置在所述承载管的内腔中。
2.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述传感器头包括耐火构造材料，并且所述取样室一体成型在所述传感器头中并且靠近所述传感器头的远端。
3.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室一体成型在耐火结构中，其中所述耐火结构不与所述传感器头邻接，并且其中所述耐火结构靠近所述传感器头。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的浸入式传感器，其中所述辅助电化学电池包括在所述辅助电化学电池的至少一部分外表面上的辅助电极涂层。
5.根据权利要求4所述的浸入式传感器，其中所述辅助电极涂层包括相应化学元素的金属或金属氧化物化合物，其中所述浸入式传感器配置为确定所述取样室的所述内部容积中的熔融金属中的所述化学元素的含量。
6.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述辅助电化学电池包括在所述辅助电化学电池的至少一部分外表面上的金属涂层。
7.根据权利要求6所述的浸入式传感器，其中所述金属涂层覆盖在所述辅助电化学电池的至少一部分外表面上的至少一部分下层辅助电极涂层。
8.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室由耐火材料形成，所述耐火材料包括模制铸造/浇铸砂。
9.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室包括选自由以下组成的群组中的构造材料：金属材料、陶瓷材料和金属陶瓷材料及其任意组合。
10.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室包括在所述取样室的至少一部分内表面上的内部陶瓷涂层。
11.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室包括在所述取样室的至少一部分内表面上的内部金属涂层。
12.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室的所述内部容积的范围为5cm3至50cm3。
13.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室包括脱氧材料。
14.根据权利要求13所述的浸入式传感器，其中所述脱氧材料选自由以下组成的群组：铝、铝合金、钛、钛合金、锆和锆合金及其任意组合。
15.根据权利要求1所述的浸入式传感器，还包括位于所述入口通道中的临时阻挡结构。
16.根据权利要求15所述的浸入式传感器，其中所述临时阻挡结构包括选自由以下组成的群组中的材料：纸、塑料和金属及其任意组合。
17.根据权利要求15所述的浸入式传感器，其中所述临时阻挡结构包括硬纸板材料。
18.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述取样室包括在所述取样室的至少一部分内表面上的内部金属涂层，其中所述内部金属涂层电连接至所述辅助电化学电池并且用作所述辅助电化学电池工作的正极触点。
19.根据权利要求1所述的浸入式传感器，还包括从所述取样室的内表面延伸到所述内部容积中的金属电极，其中所述金属电极电连接至所述辅助电化学电池并且用作所述辅助电化学电池工作的正极触点。
20.根据权利要求1所述的浸入式传感器，还包括热分析室。
21.根据权利要求20所述的浸入式传感器，其中所述热分析室和所述取样室均由同一耐火材料一体成型。
22.根据权利要求21所述的浸入式传感器，其中所述热分析室和所述取样室均一体成型在所述传感器头中。
23.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述辅助电化学电池从所述取样室的内部远端表面延伸到所述内部容积中。
24.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述辅助电化学电池从所述取样室的内部近端表面延伸到所述内部容积中。
25.根据权利要求1所述的浸入式传感器，其中所述辅助电化学电池从所述取样室的内部侧向表面延伸到所述内部容积中。
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