DE2133631A1

DE2133631A1 - Vorrichtung zur Messung des Sauer stoffgehaltes

Info

Publication number: DE2133631A1
Application number: DE19712133631
Authority: DE
Inventors: Robert Samuel Apollo Russell Charles Krumbach Murrysville Pa Rittiger (V St A)
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1970-07-15
Filing date: 1971-07-06
Publication date: 1972-01-20
Also published as: YU175771A; KR780000209B1; LU63525A1; ZA714165B; FI54744C; NO133048C; HU165461B; BE769652A; NL7109665A; PL70884B1; CA936916A; TR16961A; JPS5548256B1; FR2100423A5; SE379858B; DE2133631B2; US3758397A; RO56715A; AT316902B; NO133048B

Description

Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehaltes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehaltes und/oder der Aktivität von Strömungsmitteln hei erhöhten Temperaturen und insbesondere eine solche Vorrichtung, die rasch den Sauerstoffgehalt von flüssigem Stahl innerhalb eines Ofens oder eines Behälters bestimmt, ohne daß eine Probe entnommen werden muß. Da die Erfindung sich auf dem letztgenannten Gebiet besonders gut anwenden läßt, wird im folgenden diese Anwendungsmöglichkeit besonders hervorgehoben. Es wird jedoch betont, daß sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch der Sauerstoff in anderen Strömungsmitteln bei Temperaturen über etwa 700° C bestimmen läßt, so beispielsweise in flüssigem Kupfer und in heißen Ofengasen_c

Eine für den genannten Zweck geeignete Vorrichtung ist bereits in der OS 19 23 064 beschrieben· Diese bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch grundsätzlich nur für Laborzwecke und nicht für große Stahlerzeugungsöfen und -behälter,

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERES I ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Klo.-Nr. 882495 · Postscheck-Konlo: München Nr. 1433 97

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und zwar aufgrund ihrer Kosten, Zerbrechlichkeit und Zuverlässigkeit, wenn sie von verhältnismäßig ungeschickten Arbeitern benutzt wird, und auch aufgrund der Einfachheit ihrer Anwendung und anderer Faktoren, die bei der Anpassung des grundlegenden Zellenkonzepts an industrielle Maßstäbe wichtig sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehalts und der Temperatur zu schaffen, die im wesentlichen nach demselben Prinzip arbeitet wie die in der oben genannten Druckschrift beschriebene Vorrichtung, jedoch billiger hergestellt werden kann und stabiler ist sowie die anderen Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet«

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts eines Strömungsmittels bei erhöhter Temperatur, beispielsweise eines Gases, einer Metallschmelze oder einer anderen Flüssigkeit, arbeitet mit einer galvanischen Zelle und einem Anzeigegerät, das die EMK (elektromotorische Kraft) der Zelle als MaB für den Sauerstoffgehalt mißt. Diese galvanische Zelle weist einen aus einem festen Oxid bestehenden Elektrolyten auf, der von einem Sauerstoffionleiter gebildet wird· Dieser Leiter besitzt unter Betriebsbedingungen, die einen Kontakt des festen Elektrolyten mit dem Strömungsmittel erfordern, wobei das Strömungsmittel eine Elektrode der galvanischen Zelle bildet, eine unbedeutende elektrische Leitfähigkeit« Ferner weist die galvanische Zelle eine Bezugselektrode auf, die von einem im verdichteten Zustand befindlichen Gemisch eines Metalles mit seinem Oxid gebildet wird, das mit dem festen Elektrolyten in Berührung steht« Des weiteren ist ein elektrischer Leiter vorhanden, dessen eines Ende mit der Bezugselektrode in Kontakt steht, die den festen Elektrolyten berührt· Schließlich besitzt die galvanische Zelle noch eine elektrisch· Leitervorrichtung, deren eines Ende so angeordnet ist, daß es mit dem Strömungsmittel in Berührung bringbar ist, wobei das ander· Ende des oben genannten elektrischen Leiters und der letztgenannten Leitervorrichtung mit einer Anschlußklemme versehen ist, die

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mit dem Anzeigegerät verbunden ist. Diese galvanische Zelle kennzeichnet sich nun erfindungsgemäß dadurch, daß die Leitervorrichtung einen zweiten Leiter aus demselben Material wie der erste Leiter aufweist, und daß beide Leiter, die Bezugselektrode und der Elektrolyt von einem hitzebeständigen Körper getragen werden, der an seinem unteren Ende den Elektrolyten und das eine Ende des zweiten Leiters freilegt, und daß an dem oberen Ende die Anschlußklemmen beider Leiter, der hitzebeständige Körper und die Teile der galvanischen Zelle, die von ihm getragen werden, eine Fühlereinheit bilden, die mit Hilfe der Anschlußklemmen an dem Anzeigegerät abtrennbar angeschlossen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber näher erläutertt

In den Zeichnungen zeigen: Fig. i eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Schnittansicht einer

anderen Ausführungsform, wobei der obere Teil der

Vorrichtung und die Anschlüsse an das Potentiometer

weggelassen sind, Fig. 3 eine Ansicht längs der Linie III-III in Fig. 2, wobei Teile weggelassen sind,

Fig. k eine Ansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 2 und Fig. 5 eine Schnittansicht des unteren Teils eines dritten

Fühlers gemäß der Erfindung.

Das Bezugszeichen 2 in Fig. 1 bezeichnet die Fühlereinheit der Meßvorrichtung. Sie weist ein Körperglied h aus einem hitzebeständigen und warmestoßbeständigen Material auf, beispielsweise aus gegossenem Aluminiumoxid. Eine erste Längsöffnung 6 erstreckt sich durch das Körperglied h und enthält ein erstes Rohr 8, dessen erstes Ende sich in den geschmolzenen Stahl oder ein anderes Strömungsmittel L hineinerstreckt. Das Rohr 8 besteht aus einem elektrischen Isolator, beispielsweise

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verschmolzenem Siliciumoxid, Ein fester Elektrolyt in Form einer Scheibe 10 aus ZrO₂, das 3 his 10 Gew_o-% CaO enthält, ist auf die Innenseite des Rohres 8 aufgeschmolzen) und eine Bezugselektrode 12 in Form eines Gemisches aus pulverförmigem Cr und Cr₂O- ist oben auf dem Elektrolyten 10 angeordnet und steht dabei mit dem ersten Ende einer Stange 14 in Berührung, die sich durch das Rohr 8 hindurch über das zweite Ende des Körperglieds 4 hinaus erstreckt. Die Stange 14 ist aus einem elektrischen Leiter, vorzugsweise aus Molybdän, gefertigt. Eine zweite Längeöffnung 16 erstreckt sich durch das Körperglied 4 neben und etwa parallel zur Öffnung 6. Ein dem Rohr 8 ähnliches Rohr 18 verläuft durch die Öffnung 16 und nimmt eine Stange aus dem gleichen Material wie die Stange 14 auf. Der Umfang der Scheibe 10 ist mit einem hitzebeständigen Überzug 22 bedeckt, und der Umfang des ersten Endes der Stange 20 ist mit einem ähnlichen Überzug 24 bedeckt, die eine zu schnelle Zerstörung von Scheibe und Stange verhindern sollen. Die Enden der Scheibe 10 und der Stange 20 tragen keinen solchen Überzug, der vorzugsweise dieselbe Zusammensetzung hat wie das Körperglied 4.

Eine dritte Längsöffnung 26 ist neben den benachbarten und in etwa parallelen Öffnungen 6 und 16 vorgesehen, verläuft jedoch nicht über die ganze Länge des Körperglieds 4. Ein ein geschlossenes Ende aufweisendes Rohr 28, bestehend aus einem Isoliermaterial, beispielsweise verschmolzenem Siliciumoxid oder Quartz, paßt in die Öffnung 26 und nimmt ein 2-Loch-Hitzeschutzrohr 30 für die Drähte eines Thermoelements 32 auf, das vorzugsweise ein genormtes Pt, Pt + 10 % Rh-Thermoelement ist, wenn es in Verbindung mit geschmolzenem Stahl verwendet wirdj die freien oberen Enden der Thermoelementdrähte sind mit einem Epoxydharz oder einem anderen undurchlässigen, elektrisch isolierenden Klebemittel beschichtet und zu passenden Thermo»· elementanschlußklemmen J>k umgebogen· Die zweiten oder oberen Enden der Stangen 14 und 20 dienen ebenfalls als Anschlußklemmen 14T und 20T₀

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Der Fühler wird vorzugsweise wie folgt hergestellt: Die Scheibe 10 wird in dem Ende des Rohres θ angeordnet und ragt aus ihm heraus. Das Rohrende wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der es erweicht und rund um den Umfang der Scheibe 10 ausfließt. Nach dem Abkühlen bildet das verschmolzene Siliciumoxid des Rohres 8 rund um die Scheibe 10 eine dichte Abdichtung, so daß Leckage von Stahl während des Eintauchens verhindert wird· Falls gewünscht, läßt sich anstelle des Rohres 8 und der Scheibe 10 ein einen kleinen Durchmesser aufweisendes Rohr mit einem geschlossenen EnIe, gefertigt aus dem Elektrolytmaterial, verwenden· Das Gemisch 12 wird dann in das Rohr 8 gestopft, worauf die Stange 14 in das Rohr eingesteckt und mit dem Gemisch 12 in Berührung gebracht wird. Die Stange 20 wird in dem Rohr 16 angeordnet, und das Rohr 28 und die Teile 32, 34, werden zu einer Einheit zusammengebaut· Alle drei Rohranordnungen werden dann in einem Formhohlraum plaziert und mit Hilfe einer geeigneten Haltevorrichtung im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Achse des Formhohlraumes festgehalten· Daraufhin wird ein Brei aus hitzebeständigen Teilchen und Bindemitteln, vermischt mit Wasser, in den Hohlraum und rund um die fest angeordneten Einzelteile eingegossen, bis der Formhohlraum gefüllt ist. Jedes Komponentenende, das mit dem geschmolzenen Stahl in Berührung kommen muß, ragt etwa 19 mm über das eine Ende der Form hinaus und wird nicht von dem Brei bedeckt. Auch die anderen Enden der Komponenten, die über das entgegengesetzte Ende der Form hinausragen, werden nicht mit dem Brei bedeckt. Eine geringe Menge dieses Breis wird auf die Seiten der herausragenden Teils der Elektrolytsoheibe 10 und da» Ende des Rohres 8 gestrichen. Die Stirnfläche der Elektrolytscheibe wird jedoch nicht mit dem Brei bedeckt. Außerdem wird die freiliegende Länge der Stange 20, die den geschmolzenen Stahl berührt, mit dem hitzebeständigen Brei bedeckt, ausgenommen das Stangenende.

Nachdem die Bindemittel in dem Brei zusammen mit den

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hitzebeständigen Körner zu einer harten, kompakten Masse geworden sind, wird der Gußkörper aus dem Formhohlraum entfernt und einer Reihe von Trocknungsschritten unterworfen, die den hitzebeständigen Körper noch widerstandsfähiger und frei von Feuchtigkeit machen« Vorzugsweise wird ein handelsübliches, hitzebeständiges Gießmaterial, beispielsweise CASTOLAST G, hergestellt von der Harbison-Walker Refractory Company, verwendet, wobei deren vorgeschriebene Formungs— und Trocknungsmethoden befolgt werden.

Vorzugsweise werden die Enden der Komponenten des Sensors 2, die sich unterhalb des Körperglieds 4 erstrecken, mit Stahlkappen 40 und 42 abgedeckt, wobei die Kappe 42 rund um die Kappe 40 und rund um das Ende des Körperglieds 4 verläuft· Der flüssige Stahl schmelzt die Kappen, die die Elektrolytscheibe zeitweilig während des Eintauchens gegen Schlackenverschmutzung und das Ende des ganzen Fühlers während der Handhabung gegen körperliche Beschädigung schützen· Stahl wird Messing oder Aluminium vorgezogen, da er vor dem Einsatz des Gerätes einen besseren körperlichen Schutz verleiht und einen höheren Schmelzpunkt hat, so daß er während des Eintauchens eine vorteilhafte Verzögerung der Schmeblauer ermöglicht.

Eine Stahllanze 44 besitzt an ihrem unteren Ende ein Aufnahmegefäß 46, in dem die Anschlußklemmen 14T, 2OT und 34 sitzen, die mit einem Millivolt-Schreiber 48 verbunden sind, vorzugsweise einem mit zwei Federn versehenen potentiometrischen Typ 82, und zwar mit Hilfe eines passenden Zwei-Leiter-Kompensationsleitungsdrahtes 52 für das Thermoelement und einem Zwei-Leiter-Leitungsdraht 50 für die Sauerstoffühlerzelle« Die Länge der Lanze 44 läßt sich in dem gewünschten Maße variieren und die Lanze könnte auch weggelassen werden, ftim Schütze der Teile vor Überhitzung während des Eintauchens sind vorzugsweise Hülsen 54 und 56 aus Pappkarton oder Keramik vorgesehen. In der Praxis Übliche Zeiten für das Eintauchen in

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den geschmolzenen Stahl betragen weniger als 20 Sekunden, so daß fester Pappkarton zwar verkohlt aber nicht brennt, weil die Metallschmelze keinen Sauerstoff für den Verbrennungsvorgang liefert.

Im Betriebszustand wird die Anordnung bis zu einer geeigneten Tiefe in die Schmelze eingetaucht. Die Hülsen 5^ und 56, die sich über den Schmelzenspiegel hinauserstrecken, schützen die Drähte und oberen Elemente des Fühlers vor Beschädigung durch geschmolzenes Metall, dessen Sauerstoffgehalt von dem Fühler ermittelt werden soll. Kappen kO und k2 schützen den Fühler vor chemischem Angriff durch die Schlacke, wenn er durch die Schlacke hindurch in die Metallschmelze abgesenkt wird. Sobald der stabilisierte Zirkoniumoxid-Elektrolyt den geschmolzenen Stahl berührt, wirkt letzterer wie eine Elektrode, wodurch sich ein galvanisches Element ergibt, das sich wie folgt darstellen läßt: Mo, Cr + Cr₀O ZrO₀ (CaO) Fe-O, Mo Mo, Cr, Cr₂O,, ^Zr0 ₂ (^Ga0 befindet sich in festem Zustand und

Fe-O ist flüssig,)

Die Spannung über dem Elektrolyten ergibt sich durch die freie Energiegleichung wie folgt:

E =

= 2,303 RT log (%0) (l) nF K_ TTz

Darin bedeuten:

E = Die Spannung über dem Elektrolyten in Volt R = 1,987 cal/g-atom deg„, die Gaskonstante T = Temperatur in Grad Kelvin

=2, die Anzahl der Äquivalente pro Grammatom für Sauerstoff

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F ss 25,06l cal/Äquivalentvolt, die Faraday-Konstante P_n = der Dissoziations-Sauerstoffdruck von Cr_p0, im

Gleichgewicht mit reinem Chrom

K = die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion von Sauerstoff mit flüssigem Eisen

1 0 (g 1 atm) = 0 (i wt. <fo in Fe) (2)

2 *

Die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten K

i/o
und P_n ' für Cr-Cr_pO_ Gleichgewicht aus bekannten thermo-

2
dynamischen Daten beträgt

log K = 6120 + 0,15 (3)

log P_n ¹^² (atm¹/²) =-19 700 + 4,47 (4) ^g2 T

Durch Kombination dieser Gleichungen und Substitution der Werte der Konstanten läßt sich die folgende Gleichung für Gewichtsprozent Sauerstoff im flüssigen Stahl erhalten, wobei die Einheiten der EMK (E) in Millivolt und die Einheiten der Temperatur T in Grad Kelvin für die Cr-Cr₂O Bezugselektrode gemessen werden:

log <* 0) = 4,62 -

Wenige Sekunden nach dem Eintauchen des Fühlers in die Schmelze wird eine stetige EMK erreicht und erzeugt kontinuierliche Sauerstoffgehaltangaben bis zu 40 Minuten.

Obgleich die oben angeführten speziellen Komponenten bevorzugt werden, da sie sich für die Bestimmung des Sauer-

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stoffgehalts von flüssigem Stahl als außerordentlich geeignet erwiesen haben, lassen sie sich variieren, solange sie den folgenden Anforderungen entsprechen« Der Elektrolyt 10 muß ein festes Oxid sein sowie ein Sauerstoffionenleiter mit unbedeutender elektrischer Leitfähigkeit unter Einsatzbedingungen, insbesondere bei der Temperatur und dem Partial— druck des Sauerstoffs, dem der Elektrolyt unterworfen wird· Er darf nicht mit den Materialien, die er berührt_p reagieren. ZrO₂ mit 3 bis 10 Gew.-% CaO oder MgO; ThO₂ mit 3 bis 20 Gew.-% Y₂O-, Al₂O- oder MgO sind Beispiele für Materialien, die unter sich ändernden Bedingungen brauchbar sind; jedoch sind nicht alle Elektrolyte zur Verwendung mit allen Strömungsmittelarten geeignet·

Die Bezugselektrode 12 muß ein in verdichtetem Zustand befindliches Gemisch eines Metalls und seines Oxids sein, das bei der Temperatur, der es ausgesetzt wird, nicht schnell schmilzt und auch nicht mit denjenigen Materialien, die es berührt, stark reagiert. In Verbindung mit Stahl hat sich Cr-Gr₂O, als außerordentlich geeignet erwiesen. Auch Mo-Mo₂, Ta-TaO₂, W-WO₂, Ni-NiO, Fe-FeO und Co-CoO können Verwendung finden, jedoch nicht für alle Arten von Strömungsmitteln. Anstelle von Mo können die Leiterstangen lh und 20 aus Ft, Rh, Pt und Rh, V, Ta, W und Re, Cr und Legierung dieser Elemente angefertigt werden. Ni, Co, Fe, Cu, Al, Sn, Zn, Mg und deren Legierungen lassen sich zur Untersuchung der meisten Nichteisenmetalle benutzen, einschließlich Al, Zn, Cu, Cr, Ni, Co und Sn, sowie zur Untersuchung der meisten Gase« Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß«tor die mechanische Anordnung der Teile als die speziellen verwendeten Materialien von erfindungswesentlicher Bedeutung ist.

Die Fig„ 2₉ 3 und h zeigen die bevorzugte Ausführungsform des hier beschriebenen Gegenstandes. Diese Ausführungsform weist ein Körperglied 58 auf, das vorzugsweise aus demselben Material besteht wie das Körperglied 4 der ersten Ausführungsform. Eine erste Längsöffnung 60 erstreckt sich durch das

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Körperglied hindurch und enthält ein erstes Rohr 62, dessen erstes Ende in den geschmolzenen Stahl oder ein anderes Strömungsmittel L hineinreicht» Das Rohr 62 besteht aus einem elektrischen Isolator, beispielsweise verschmolzenem Quarz . Ein fester Elektrolyt in Form einer Scheibe 63 aus ZrO , die 3 bis 10 Gew.—% CaO enthält, wird auf der Innenseite des Rohres 62 aufgeschmolzen, und eine Bezugselektrode 64 in Form eines Gemisches aus pulverförmigem Cr und Cr₂O- wird oben auf der Elektrode 63 angeordnet und dort mit Hilfe einer Halterungsscheibe 65) die aus einem hitzebeständigen Material bestehen kann, festgehalten. Eine Stange 66 in dem Rohr 62 weist ein erstes umgebogenes Ende und ein zweites sich durch das Rohr 62 über das zweite Ende des Körperglieds 58 hinaus erstreckendes Ende auf. Die Stange 66 besteht aus einem elektrischen Leiter, vorzugsweise Molybdän. Die Halterungsscheibe 65 ist mit einer Durchgangsöffnung 68 zur Aufnahme des umgebogenen Endes der Stange 66 versehen, das sich in die Elektrode 64 hineinerstreckto Eine zweite Längsöffnung 70 verläuft durch das Körperglied 58 neben und in etwa parallel zur öffnung 60 und nimmt eine Stange 72 aus demselben Material wie die Stange 66 auf.

Das freiliegende untere Ende des Rohres 62, der Umfang der Scheibe 63 und das freiliegende untere Ende der Stange 72 können mit einem hitzebeständigen Überzug bedeckt werden, und zwar mit Ausnahme eines kurzen Abschnitts des Endes der Scheibe 63 und des Endes der Stange 72.

Dritte und vierte Längsöffnungen 74 und 76, die in etwa parallel zu den Öffnungen 60 und 70 verlaufen, nehmen ein U-Rohr 78 auf, das aus verschmolzenem Quarz oder einem anderen Isoliermaterial besteht. In dem U-Rohr 78 befinden sich Thermoelementdrähte 80 und 82, die an der Biegung des Rohres miteinander verbunden sind. Diese Konstruktion entspricht im wesentlichen der in der USA-Patentschrift 2 999 191 beschriebenen,, Eine Körperkappe 84 aus Polyäthylen oder einem anderen elektrisch

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Isolierenden Material liegt an dem zweiten Ende des Körperglieds 58 an und nimmt außerdem ein Polyäthylenverbindungsrohr 86 auf. Die Stange 66 läuft durch das Rohr 86, wobei ihr oberes rund um den Boden eines Schlitzes 88 im ^ohr 86 gebogen und außen an dem Rohr abwärtsgerichtet ist. Die Stange 72 läuft in gleicher Weise durch das Rohr 86 hindurch, wobei ihr Ende um das freie Ende oder das Kopfende des Rohres gebogen ist. Der Thermoelementdraht 80 ist an θinen Leiter 90 angeschlossen, der durch das Rohr 86 hindurchläuft und mit seinem oberen Ende um den Boden eines Schlitzes im ttohr 86 zur Außenseite des Rohres gebogen ist. Der Thermoelementdraht 82 ist an einen Leiter 9k angeschlossen, der sich durch das Rohr 86 hindurcherstreckt und mit seinem Ende um den Boden eines Schlitzes 96 im Rohr 86 ebenfalls zur Außenseite dieses Rohres gebogen ist. Die oberen Enden der Drähte 80 und 82 sind wie bei der ersten Ausführungsform mit einem Epoxydharz ummantelt. Eine Aufnahmevorrichtung 98 aus Isoliermaterial, beispielsweise Gummi, ist mit vier mit Abstand nebeneinanderliegenden elektrischen Kontaktringen 98a, 98b, 98c und 98d versehen, die das Rohr 86 umgeben, wobei die Ringe 98a, 98b, 98c und 98d mit den Leitern 90, 9^, 66 und 72 in Berührung stehen. Vier Anschlußklemmen 100a, 100b, 100c und lOOd, die in der Stirnseite der Aufnahmevorrichtung 98 befestigt sind, stehen mit den Ringen 98a, 98b, 98c bzw. 98d in elektrischer Verbindung. Die Aufnahmevorrichtung 98 wird von einem Überwurfstück 102 umgeben, das aus Stahl- oder Schwarzeisenrohr gefertigt ist und mit Hilfe eines Gewindeeinsatzes 104 mit einer Lanze 106 verbunden ist, die der Lanze kk der ersten Ausführungsform entspricht. Eine Pappkartonhülse 108 umgibt das Körperglied 58, die Körperkappe 8*t und die Teile 102 und 106. Eine Stahlschutzkappe 110 mit einem kleinen Loch 112 in der Stirnfläche ist an der Hülse 108 befestigt. Die Verbindungen der Anschlußklemmen mit dem Potentiometer können der ersten Ausführungsform entsprechen, und die Betriebsweise ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, Die letztgenannte Ausführungsform wird im allgemeinen auf dieselbe Weise hergestellt wie die erste Ausführungsform,

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In Fig· 5 ist eine vereinfachte und weniger teuere Ausführungsform der neuartigen Vorrichtung dargestellt, bei der das Thermoelement weggelassen ist. Mit Ausnahme des Fehlens dieses Thermoelements entsprechen Konstruktion und Materialien im wesentlichen denjenigen der anderen Ausführungsformen. Die vereinfachte Ausführungsform läßt sich deshalb verwenden, weil bei vielen Betriebsvorgängen, insbesondere bei der Stahlerzeugung, andere Mittel zur kontinuierlichen oder intermittierenden Temperaturmessung des Strömungsmittels vorgesehen werden, und die so erhaltene Temperatur in Verbindung mit dem Sauerstoffühler benutzt werden kann, um eine genaue Sauerstoffanzeige zu bekommen. Diese Ausführungsform weist ein Körperglied 114 aus demselben Material wie das Körperglied 4 auf. Eine erste Längs— öffnung 116 erstreckt sich durch das Körperglied 114 und enthält ein Siliziumoxidrohr 118, dessen erstes Ende in den geschmolzenen Stahl oder ein anderes Strömungsmittel L eingesteckt ist. Ein fester Elektrolyt in Form einer Scheibe 120 ist mit der Innenseite des Rohres 118 verschmolzen, und eine Bezugselektrode in Form eines Gemisches aus pulvrigem Cr und Cr₂O- ist oben auf dem Elektrolyten 120 so angeordnet, daß sie mit dem ersten Ende einer Leiterstange 124 in Berührung steht, die sich durch das Rohr 118 hindurch über das zweite Ende des Körperglieds 114 hinaus· erstreckt. Eine zweite Längsöffnung 126 verläuft durch das Körperglied 114 neben und in etwa parallel zur Öffnung 116. Ein Rohr 128, das dem Rohr 118 ähnlich ist, fann sich durch die Öffnung 126 hindurcherstrecken und dient zur Aufnahme einer Stange 130 aus demselben Material wie die Stange 124. Falls gewünscht, kann das Rohr 128 weggelassen werden und die Stange 130 direkt in der Öffnung 116 sitzen. Der übrige Teil des Fühlers kann jeder der bereits beschriebenen anderen Ausführungsformen entsprechen, wobei die Thermoelementanschlüsse weggelassen und deshalb hier nicht gezeigt oder beschrieben sind, hingegen jedoch ein Fappkartonrohr 132 und eine Stahlkappe in der Zeichnung zu sehen sind.

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Claims

PATENTANS PRÜCHE

JJ Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehalts eines Strömungsmittels wie Gas, geschmolzenes Metall oder eine andere Flüssigkeit, bei erhöhter Temperatur mit Hilfe einer galvanischen Zelle und eines Anzeigegerätes, das die EMK als Maß für den Sauerstoffgehalt mißt, wobei die galvanische Zelle einen festen Oxidelektrolyten aufweist, der von einem Sauerstoffionenleiter gebildet wird, welcher unter Arbeitsbedingungen, die einen Kontakt des festen Elektrolyten mit der Strömungsmittel erfordern, eine unbedeutende elektrische Leitfähigkeit aufweist, wobei das Strömungsmittel eine Elektrode der galvanischen Zelle bildet, ferner mit einer Bezugselektrode aus einem einen verdichteten Zustand aufweisenden Gemisch eines Metalls und seines Oxids, die mit dem festen Elektrolyten in Kontakt steht, mit einem elektrischen Leiter, dessen eines Ende mit der Bezugselektrode in Berührung steht, die den festen Elektrolyten berührt, und mit einer elektrischen Leitervorrichtung, deren eines Ende so angeordnet ist, daß es das Strömungsmittel berührt, wobei die anderen Enden des Leiters und der Leitervorrichtung mit Anschlußklemmen versehen sind, die mit dem Anzeigegerät verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitervorriohtung einen zweiten Leiter (20) aus dem gleichen Material wie der erste Leiter (lh) aufweist, daß beide Leiter, die Bezugselektrode (12) und der Elektrolyt (lO) von einem hitzebeständigen Körper (k) getragen werden, der an seinem unteren Ende den Elektrolyten freigibt sowie das eine Ende des zweiten Leiters, und daß an seinem oberen Ende die Anschlußklemmen (IkT und 20T) beider Leiter, der hitzebeständige Körper (*k) und die Teile der galvanischen Zelle, die von ihm getragen werden, eine Pühlereinheit (2) bilden, die mit der Anzeigevorrichtung (48) über die Anschlußklemmen (14T, 20T) trennbar verbunden ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,

daß die Bezugselektrode (12) und der Elektrolyt (lO) in einem Endabschnitt eines Rohres (θ) enthalten sind, das von dem hitzebeständigen Körper (4) getragen wird, der das Ende des Rohres (8) und den in ihm befindlichen Elektrolyten freilegt,, so daß sie mit dem Strömungsmittel (L) in Berührung treten können,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (lO) die Form einer Scheibe hat, von der ein Umfangsteil ihrer Länge mit dem freiliegenden Ende des Rohres (8) verschmolzen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das die Bezugselektrode (l2) und den Elektrolyten (iO) enthaltende Rohr (β) und ein zweites Rohr (l8), das den zweiten Leiter (20) umschließt und dessen Ende zur Berührung mit dem Strömungsmittel (l) freigibt, über die ganze Länge des hitzebeständigen Körpers (4) erstrecken,,
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfangsteil der Elektrolytscheibe (10) und des zweiten Leiters (20), die außerhalb des entsprechenden Rohrendes angeordnet sind, durch einen Überzug aus einem hitzebeständigen Material geschützt sind,
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Thermoelement, bestehend aus zwei ungleichen Drähten, die an dem einen Ende mitteinander verbunden sind und in einem hitzebeständigen Material eingeschlossen sowie an den Klemmen der Anzeigevorrichtung zur Anzeige der Temperatur des Strömungsmittels angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte in einem Schutzrohr (30) eingeschlossen sind, das von dem hitzebee tändigen Körper (4) getragen wird und unterhalb des hitzebeständigen Körpers hervorsteht, so daß es mit dem Strömungsmittel (l) in Berührung bringbar ist, und daß die Anschlußklemmen (34) der Drähte über dem hitzebeetändigen Körper (4)

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mit dem Anzeigegerät (48) abtrennbar verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Körper (4) ein Gußkörper ist, der um die Teile der galvanischen Zelle geformt ist, die von dem Körper getragen werden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Körper (4, 114) in dem unteren Teil einer Lanze (44, 106) entfernbar angeordnet ist, die eine Aufnahaevorrichtung (98) bositzt, die die Anschlußklemmen (98a, 98b, 98c, uad 98d) enthält, die mit den entsprechenden Anschlußklemmen (iOOa, 100b, 100c, lOOd) der Fühlereinheit (2) abtrennbar verbunden sind«

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmen der Fühlereinheit ein Verbindungsrohr (86) aus Isoliermaterial aufweisen, in dem sich mehrere Längsschlitze (88) befinden, von denen jeder auf einer anderen Höhe liegt, daß die Anschlußklemmen ferner hakenförmige Klemmenenden aufweisen, daß jeder Schlitz (88) ein anderes Klemmenende aufnimmt, und daß die Anschlußklemmen in der Aufnahmevorrichtung (98) mehrere Kontaktringe bilden, und zwar je einen Ring für jedes Klemmenende, die auf einer Überwurfhülse (102) aus Isoliermaterial angebracht sind, die von der Lanze (106) getragen wird, wobei die einzelnen Ringe auf verschiedenen Höhenstufen angeordnet sind, so daß sie jeweils mit einem anderen Anschlußklemme nende in Berührung treten.

iO_c Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts von flüssigem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Leiter (17, 20) Molybdänstangen sind, daß der feste Elektrolyt (12) ZrO₂ ist und 3 bis 10 Gew.-^ CaO enthält, und daß die Bezugselektrode (lO) ein Gemisch aus pulverförmigem Cr und Cr₃O₅ ist. .

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