DE1928845A1

DE1928845A1 - Vorrichtung zur unmittelbaren Messung des Sauerstoffgehalts von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1928845A1
Application number: DE19691928845
Authority: DE
Inventors: Mutsumi Ihida; Yoshihiko Kawai; Shoji Tsuchida
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1968-06-08
Filing date: 1969-06-06
Publication date: 1970-05-14
Also published as: JPS5031835B1; FR2010452A1; GB1271747A; DE1928845B2

Description

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha

Tokio, Japan f $.JUNI 1969

Vorrichtung zur unmittelbaren Messung des Sauerstoffgehalts von Metallschmelzen

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur unmittelbaren und augenblicklichen Messung des Sauerstoffgehalts von Metallschmelzen ohne die Notwendigkeit einer Probenentnahme und Verfestigung der Schmelze ο

Bisher erfolgten die Messungen des Sauerstoffgehalts unter Ausnutzung der elektromotorischen Kraft einer Sauerstoffkonzentrationszelle, welche durch die Gleichung

EO? P: O₂

elektromotorische Kraft B »■ —— in '

nF pn ^ru2

angezeigt wird, deren Ausdrücke folgende Bedeutung haben:

₂ Sauerstoffpartialdruck in Luft (Pestwert) P:0« Sautrstöffpartialdruck in der Metallschmelze

η ss 2

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F Faradaysche Konstante
R Gaskonstante
T Temperatur,

Wenn die elektromotorische Kraft E und die !Temperatur T "bekannt sind, kann mithin die in der Metallschmelze enthaltene Sauerstoffmenge bestimmt werden, wobei das Verhältnis zwischen der gemessenen elektromotorischen Kraft (EMK) und dem errechneten Sauerstoffwert in Figo 4 dargestellt ist.

Als Elektroden für derartige Meßvorrichtungen wurden Elektroden der Art verwendet, bei welchen 1, ein sich verjüngender bzw«· konischer fester Elektrolyt in ein konisches, nicht-leitendes Rohr eingesetzt ist, 2, ein kugelförmiger fester Elektrolyt und ein feuerfestes Material in ein nicht-leitendes Rohr mit einem verengten Ende eingesetzt sind, 3« ein kugelförmiger nichtleitender Elektrolyt in ein nicht-leitendes Rohr eingegossen ist und 4« das eine Ende eines nicht-leitenden Rohrs durch eine Scheibe aus/festen Elektrolyten geschlossen ist, dessen einander gegenüberlxegenden Flächen mit einem Pulver aus mit kalziurnoxid-stabili« siertem Zirkonoxid und dgl. gesintert sindo

Obgleich mit diesen bekannten Meßvorrichtungen eine kontinuierliche Messung über eine gewisse Zeitspanne von beispielsweise etwa 30 Minuten hinweg vorgenommen werden kann, müssen sie etwa 30 Minuten bis eine Stunde lang vorgewärmt werden, so daß sie nicht zur augenblick-

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lichen Messung der in einer Stahlschmelze enthaltenen Sau er st off menge am Endpunkt der Stahlerzeugung "beispielsweise mittels eines !«D©-Konverters herangezogen werden können» Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Elektrolyt keinen Wärmeschock aushält· Obgleich auch die Abschmelzfestigkeit des Elektrolyten berücksichtigt wurde, wird selbst ein kugeliger Elektrolyt, welcher als die höchste WärmeSchockbeständigkeit besitzend angesehen wird, beschädigt, wenn er ohne Vorwärmung in die Stahlschmelze eingeführt wird, insbesondere dann, wenn sein Volumen groß ist_e Darüberhinaus ist es für die Herstellung von Elektroden der unter 3· und 4. genannten Art erforderlich, komplizierte Verfahrensschritte wie Gießen, Sintern, Schmelzen und dgl. anzuwenden» Infolge der Behandlung bei derart erhöhten Temperaturen besteht sogar die Gefahr einer Beschädigung des festen Elektrolyten während dieser Behandlung«

Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung einer neuartigen und verbesserten Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehalts von Metallschmelzen, welche die vorstehend genannten Schwierigkeiten auszuschalten und dem Wärmeschock standzuhalten vermag, wenn sie schnell in eine Stahlschmelze eingetaucht wird.

Erfindungsgemäß wird der feste Elektrolyt in die Form eines Körpers mit kleinem Volumen gebracht, so daß er einem Wärmeschoek gut zu widerstehen vermag* Außerdem wird der feste Elektrolyt sodann auf das eine Ende eines

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,4-

geraden, nicht-leitenden Rohrs aufgeklebt, und zwar mit Hilfe eines feuerfesten Klebmittels, das beispielsweise aus einem Pulver aus Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Kieselsäure ο«dgl. und einem Bindemittel wie Wasserglas, Alkohol, Stärke Oedglo besteht. An der Oberseite des festen Elektrolyten kann eine Zuleitung beispielsweise durch Herumwickeln oder mit Hilfe einer Kappe oder eines Bands befestigt sein«,

Bn folgenden ist die Erfindung in bevorzugten Ausführungs. beispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert_o Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Figo 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht des in Fig» 1 vom Kreis A umrissenen Teils ^vder Vorrichtung,

Fig. 3a bis 3d verschiedene Formen des festen Elektrolyten und

Fig· 4 eine typische graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen der gemessenen elektromotorischen Kraft und der analysierten Sauerstoffmenge.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung einen festen Elektrolyt-Körper 1 mit kleinem Volumen auf, der eine Querschn±ttsflache von etwa

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ρ
10 bis 0,25 mm und eine Länge von etwa 20 bis 1 mm besitzt. Die Konfiguration des Elektrolyten kann beliebig gewählt werden; beispielsweise kann der Elektrolyt die lorm einer runden Stange bzw. eines Zylinders (Fig. 3a), einer Ellipse oder einer Pyramide besitzen.

Der kleinvolumige Elektrolyt wird in die Spitze eines geraden, nicht-leitenden Rohrs 3, beispielsweise eines geraden, zylindrischen Quarzrohrs, eingesetzt und an diesem mit Hilfe eines verfestigten Klebmittels 2 befestigt, das beispielsweise aus einem Pulver ausiSirkonoxid, Aluminiumoxid oder Kieselsäure und einem Bindemittel wie Wasserglas, Alkohol, Stärke o.dgl. bestehen kann. Eine Zuleitung 4 aus Platin o.dgl. wird um den Oberteil des Peststoff-Elektrolyten 1 herumgewickelt und über ein Luftblasrohr 5 zu einem Potentiometer geführte Das Rohr 3 aus Quarz ist über einen Graphitstopfen 6 an einer Graphithülse 7 befestigte Die andere Klemme des Potentiometers 9 ist mit einer beispielsweise aus Molybdän bestehenden Zuleitung 8 verbunden, die zwecks Messung da· elektromotorischen Kraft zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts einer Metallschmelze 10 in diese eingeführt wird.

Bei der erfindungsgemäßen ^eßvorrichtung besitzt der feste Elektrolyt ein kleines Volumen, so daß er keinen Schaden durch einen Wärmeschock erleidet, wenn er schnell erhitzt wird. Dies ermöglicht die jederzeitige Benutzung der Vorrichtung ohne Notwendigkeit für ein Vo3jwärmen_a Weiterhin kann der feste Elektrolyt einfach

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am nicht-leitenden Rohr befestigt werden, so daß die schwierigen Verfahrensschritte des Gießens oder Sinterns in Fortfall kommen und eine Beschädigung des festen Elektrolyten durch die Hochtemperaturbehandlung ausgeschaltet wird. Durch die Anwendung des teuren festen Elektrolyten in derart kleiner Menge werden außerdem die Herstellungskosten gesenkte

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Claims

Patentansprüche

1·/ Vorrichtung zur unmittelbaren Messung des Sauerstoffgehalts von Metallschmelzen, gekennzeichnet durch ein nicht-leitendes Rohr (3)» einen in das eine Ende dieses Rohrs eingesetzten und mit Hilfe eines feuerfesten Klebmittels (2) damit verbundenen, ein kleines Volumen "besitzenden Körper (1) aus einem festen Elektrolyten und eine mit der Spitze des festen Elektrolyten verbundene Zuleitung (4).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Klebmittel (2) aus einem Pulver eines feuerfesten Stoffs, insbesondere Zirkonoxid, Aluminiumoxid und Kieselsäure o«dgl_e und einem Bindemittel wie z« B» Wasserglas, Alkohol, Stärke o,dgl» besteht«

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