DE1928845B2

DE1928845B2 - Vorrichtung zur unmittelbaren Messung des Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1928845B2
Application number: DE19691928845
Authority: DE
Inventors: Mutsumi Ihida; Yoshihiko Kawasaki Kanagawa 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: 1974-06-27
Also published as: JPS5031835B1; FR2010452A1; GB1271747A; DE1928845A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur unmittelbaren Messung des Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen unter Ausnutzung der elektromotorischen Kraft einer Sauerstoffkonzentrationszellc, welche ein nichtleitendes Rohr, einen festen Elektrolyten und einen den Elektrolyten mit einem Spannungsmesser verbindenden Leiter aufweist.

Beim Einsatz bekannter Vorrichtungen dieser Art (britische Patentschrift 1094180 und niederländische Patentschrift 6 604 278) is· es allgemein nicht erforderlich, zur Messung des Sauerstoffgehaltes eine Probe zu entnehmen bzw. eine Verfestigung der Schmelze abzuwarten.

Bei einer Messung des Sauerstoffgehaltes unter Ausnutzung der elektromotorischen Kraft einer Sauerstoffkonzentrationszelle läßt sich der Sauerstoffgehalt nach folgender Gleichung bestimmen:

RT

elektromotorische Kraft E = —

iiF

in

P: O,
PO.,

In dieser Gleichung bedeutet:

PO₁, Sauerstoffpartialdruck in Luft (Festwert), P : O₂ Sauerstoffpartialdruck in der Metallschmelze, η = 2

F —- Faradaysche Konstante.

R = Gaskonstante, 7' — Temperatur.

Wenn die elektromotorische Kraft £ 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 Sauerstoff we rl in F i g. 4 dargestellt ist.

Bei den bekannten Vorrichtungen wurden Elektroden verwendet, bei welchen ein konischer fester Elektrolyt in das ebenfalls konisch ausgebildete, nichtleitende Rohr eingesetzt ist. Auch kann der feste Elektrolyt kugelförmig ausgebildet und mit einem feuerfesten Material an einem verengten Ende in das nicht leitende Rohr eingesetzt sein. Ferner kann der feste, kugelförmige Elektrolyt auch in das Rohr eingegossen sein. Bei einer weiteren Ausführung isi das eine Ende des nichtleitenden Rohrs durch eine Scheibe aus einem festen Elektrolyten geschlossen, und dessen einander gegenüberliegende Flächen sind mit einem Pulver aus kalziumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid u. dgl. gesintert.

Obgleich mit diesen bekannten Vorrichtungen eine kontinuierliche Messung über eine gewisse Zeitspanne von beispielsweise etwa 30 Minuten hinweg vorgenommen werden kann, müssen sie etwa 30 Minuten bis 1 Stunde lang vorgewärmt werden, so daß sie nicht zur augenblicklichen Messung der in einer Stahlschmelze enthaltenen Sauerstoffmenge am Endpunkt der Stahlerzeugung beispielsweise mittels eines L.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 grüß ist. Darüber hinaus Lt es insbesondere für die Herstellung von Elekuoden, bei welchen ein kugelförmiger fester Elektrolyt in das nichtleitende Rohr eingegossen ist oder bei welchen der Elektrolyt aus einer Scheibe besteht, deren gegenüberliegende Flächen gesintert sind, erforderlich, komplizierte Verfahrensschritte wie Gießen, Sintern, Schmelzen u. dgl. anzuwenden. Infolge der bei dieser Behandlung benötigten erhöhter. Temperaturen besteht sogar die Gefahr einer Beschädigung des festen Elektrolyten bereits während dieser Behandlung.

Fs i.;t daher die Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile des Bekannten eine Vorrichtung zur Messung des Sauei stoffgehaltes von Metallschmelzen zu schaffen, bei welcher der Elektrolyt auch den schockartigen Temperaturbelaslungcn standzuhalten vermag, welche bei einem schnellen Eintauchen in eine Stahlschmelze auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeniäß dadurch gelöst, daß der Elektrolyt eine Querschnittsfläche von 0,25 bis 10 mm² und eine Länge von 1 bis 20 mm besitzt und an einem Ende des nichtleitenden Rohres mit Hilfe eines feuerfesten Klebemittels befestigt ist.

Dieses feuerfeste Klebemittel kann aus einem Pulver eines feuerfesten Stoffs, insbesondere Zirkonoxid, Aluminiumoxid und Kieselsäure und einem Bindemittel wie z. B. Wasserglas, Alkohol oder Stärke bestehen.

An der Oberseite des festen Elektrolyten kann eine entsprechende Zuleitung beispielsweise durch Herumwickeln oder mit Hilfe einer Kappe oder eines Bands befestigt sein.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt der feste Elektrolyt ein kleines Volumen, wodurch er praktisch keinen Schaden durch einen Wärmeschock erleidet, welcher auftritt, wenn er ohne Vorwärmung rasch erwärmt wird, was bei einem plötzlichen Eintauchen in eine Metallschmelze der Fall ist. Weiterhin kann der feste Elektrolyt auf hcrstellungsmäßig einfache Art am nichtleitenden Rohr befestigt werden, so daß die schwierigen Verfahrensschritte des Gießens oder Sinterns entfallen können, womit auch

Form eines

die Gefahr einer Beschädigung des festen Elektrolyten durch eine Hochtemperaturbehandlung ausgeschaltet ist. Da zudem die Materialkosten für die festen Elektrolyten vergleichsweise hoch sind, erlaubt die Verwendung eines kleinvolumigen Elektrolyten auch eine Senkung der Herstellungskosten.

Im folgenden ist die Erfindung in bevorzugten Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung »o mit den Merkmalen der Erfindung,

F i g. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht des in F i g. 1 vom Kreis A umrissenen Teils der Vorrichtung,
Fig. 3 a bis 3d verschiedene Formen des festen

Elektrolyten und

F i g. 4 eine typische graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen der gemessenen elektromotorischen Kraft und der analysierten Sauerstoffmenge. ac

Gemäß den F i g. 1 bis 3 weist die Vorrichtung
einen festen Elektrolyt-Köiper 1 mit kleinem VoIu- stoffgehalt: men auf, der eine Querschnittsfläche von 0,25 bis führt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur unmittelbaren Messung des Sauerstoffgehaltes von Metallschmelzen unter Ausnutzung der elektromotorischen Kraft einer Sauerstoffkonzentrationszelle, welche ein nichtleitendes Rohr, einen festen Elektrolyten und einen den Elektrolyten mit einem Spannungsmesser verbindenden Leiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (1) eine Querschnittsfläche von 0,25 bis 10 mm² und eine Länge von 1 bis 20 mm besitzt und an einem Ende des nichtleitenden Rohres (3) mit Hilfe eines feuerfesten Klebemittels (2) befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Klebemittel (2) aus einem Pulver eines feuerfesten Stoffs, insbesondere Zirkonoxid, Aluminiumoxid und Kieselsäure und einem Bindemittel wie z. B. Wasserglas, Alkohol oder Stärke besteht.