MXPA01002334A - Sonda de prueba de hidrogeno de cobre liquido - Google Patents

Abstract

Un método para mejorar la fabricación de metales, tales como acero y cobre utilizando un sistema de medición de gas de metal fundido (13) para medir el contenido de gas de metal fundido (12), particularmente contenido de hidrógeno, y para el control del proceso de fabricación de metal basado en el valor de contenido de gas. El analizador de gas preferido (13) comprende un cuerpo de sonda de inmersión de larga duraci6n mejorado (21) y un analizador (14), en donde el, cuerpo de sonda (21) se sumerge en el metal fundido (12) y un gas portador (23) se cicla a través de la sonda (21) y se analiza (14) . El portador de gas (23) arrastra gases que se esparcen dentro o formados en el cuerpo de sonda (21) y esta mezcla de gas se compara electrónicamente con un valor de referencia para proporcionar una medición de los gases en el metal fundido (12) y el proceso se controla (24) basado en los resultados del analizador.

Description

SONDA DE PRUEBA DE HIDROGENO DE COBRE LIQUIDO Campo Técnico La invención se refiere a la fabricación de una 5 amplia variedad de productos de metal a partir de metal fundido utilizando tales procesos como la extracción de metal de la mena, procesos de purificación y procesos de trabajo mecánico tales como fundición continua y, más particularmente, a la mejora del método de fabricación y la calidad del producto de metal, y en particular el cobre, utilizando un cuerpo de sonda mejorado en un sistema de medición de gas utilizado para medir el contenido de gas del metal fundido durante las etapas de procesamiento del metal. El sistema de medición comprende un instrumento analizador y un cuerpo de sonda de larga duración mejorado en donde el cuerpo de sonda es insertado dentro del metal fundido en cualquiera de un número de las etapas de procesamiento en el proceso de fabricación del producto de metal y un gas portador es ciclado en un circuito entre el instrumento analizador y el cuerpo de sonda con el analizador comparando electrónicamente un valor de referencia con el valor obtenido por una mezcla del gas portador y los gases de metal fundido ocluidos o formados en el cuerpo de sonda para proporcionar una lectura del contenido de medición de gas para el metal fundido.

Antecedentes de la Técnica La producción de metales tales como acero involucra un número de etapas de procesamiento desde la extracción del hierro de la mena de hierro hasta la etapa de fabricación de metal actual en donde el hierro fundido es tratado con oxígeno y carbono para formar el acero. En el proceso de fabricación de acero y de igual forma en la fabricación de cobre u otros procesos de fabricación de metal, se procesan y forman los metales fundidos dentro de un producto sólido. La fabricación de productos de cobre por fundición continua es bien conocida en la técnica y el proceso de fabricación se describe en la "Extractive Metallurgy of Copper" por A.K. Bis as and W.G. Davenport, Primera edición, Capitulo 17, páginas 336-368, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. La siguiente descripción para conveniencia se dirigirá a la fabricación de productos de cobre, aunque se apreciará por aquellos con experiencia en la técnica que el método y aparato de la invención pueden utilizarse para otros procesos de fabricación de metal donde es importante medir el contenido de gas del metal fundido. Como se describe en Phillips et al . , Patente Norteamericana No. 3,199,977, cuya patente se incorpora en la presente para referencia, se funden cátodos u otras formas de cobre puro en un horno y el cobre fundido alimentado a un horno mantenedor de la temperatura para fundición. El horno de cuba de Asarco se emplea predominantemente y el cobre se coloca en el horno en la parte superior y se calienta y funde a medida que desciende a la cuba. Se proporciona el calor colisionando y ascendiendo gases de combustión producidos en quemadores cerca de la parte inferior del horno. El horno es principalmente una unidad de fundición y los quemadores y los gases de combustión son tales que el cobre generalmente no se oxida durante la fundición. Esto se logra generalmente utilizando quemadores especialmente diseñados que aseguran que el oxígeno no consumido en el quemador no entre a la cuba del horno y controlando la proporción de combustible/aire de los quemadores para proporcionar una atmósfera ligeramente desoxidante en el horno. En general, la proporción de combustible/aire es controlada para proporcionar una llama desoxidante que tenga un contenido de hidrógeno del combustible quemado de hasta aproximadamente 3% en volumen, normalmente l%-3%. Generalmente no existe capacidad de retención en el fondo del horno y el cobre fundido fluye inmediatamente dentro de un horno mantenedor expuesto al fuego en quemador separado. En muchas instalaciones, la artesa que conecta al horno de cuba y al horno mantenedor también es expuesta al fuego en quemador para mantener de igual manera la temperatura del cobre y para disminuir la oxidación no requerida del cobre.

El cobre fundido en el horno mantenedor después se alimenta a la fundidora continua tal como una fundidora de muela Properzi o Southwire o una fundidora de banda doble Hazelett. En la fundidora Hazelett, el cobre fundido es vaciado entre dos bandas de acero que se mueven coincidentemente y el vaciado, normalmente en forma de barra, se alimenta directamente dentro de un laminador de varilla. La varilla normalmente se descarga dentro de una unidad desoxidante, enfriada y almacenada. La Patente Norteamericana No. 4,290,823 concedida a J. Dompas muestra el proceso de fundición continuo básico para fabricar cobre y esta patente se incorpora en la presente para referencia. El proceso de Dompas produce un producto de varilla que contiene oxígeno el cual supuestamente tiene las ventajas del cobre libre de oxígeno (ductilidad) y la capacidad de recocido del cobre oxidulado. El proceso utiliza un electrólito sólido que contiene una célula electroquímica para analizar el contenido de oxígeno del cobre fundido en el horno mantenedor y ajusta la proporción de combustible/aire de los quemadores de zona de mantenimiento para mantener el nivel de oxígeno deseado. Un artículo titulado "Continuous Casting and Rolling of Copper Rod at the M. H. Olen Copper Refiner Uses No Wheel", por J. M. A. Dompas, J. G. Smets y J. R. Schoofs (Wire Journal, September 1979, páginas 118-132) también .._fc_4_.s___. muestra un proceso de fabricación de varilla típico. Independientemente de los procesos particulares y controles utilizados, el asunto principal es incrementar la calidad del producto de cobre final y cumplir los estándares con relación a la apariencia (calidad de superficie), conductividad eléctrica y conducta física durante la fabricación y uso. Aunque se utilizan varias técnicas de control tipo mecánicas automáticas tales como detector de calidad de superficie en sistemas de fundición continuos, estas técnicas proporcionan un sistema relativamente simple para monitorear la calidad de la superficie y no controlan directa o indirectamente las variables más significantes dentro del proceso. Los mismos problemas se encuentran al fabricar una amplia variedad de metales que incluyen acero y es importante controlar los parámetros de operación para proporcionar un producto de metal de calidad. Por ejemplo, la fragilización por hidrógeno es un asunto serio en la fabricación de acero y el control de hidrógeno es muy importante en el proceso de fabricación de acero. Las operaciones de desgaseo son una etapa de procesamiento importante en la fabricación de acero y un analizador de gas confiable y eficiente es esencial para este propósito. El desgaseo puede realizarse utilizando una amplia variedad de procesos tales como desgaseo al vacío, rociando al metal fundido con un gas inerte tal como nitrógeno o haciendo reaccionar el metal fundido con un material que remueva el H2. Independientemente del proceso utilizado o los parámetros que se controlan, la medición de gas exacta del metal fundido es esencial para el proceso. 5 Un número de sistemas de medición de gas se ha desarrollado con los años. Un sistema de medición de gas el cual es particularmente deseable utiliza un cuerpo de sonda sumergido en metal fundido para determinar la concentración de gas presente en el metal como se describe en la Patente 10 Norteamericana No. 4,907,440, para Martin et al., la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. Este sistema de medición de gas comprende una combinación de una sonda de inmersión que consiste de un material permeable al gas, impermeable al líquido-metal de 15 resistencia suficiente al calor para soportar la inmersión en el metal fundido y un instrumento analizador. El cuerpo de sonda tiene un cuerpo de gas en su interior y una salida de gas con la entrada de gas y la salida de gas que se separan entre sí para que el gas que pasa desde la entrada a la 20 salida atraviese una porción sustancial del interior del cuerpo de sonda para la entrada de gas que se propaga al interior del cuerpo de metal fundido. El cuerpo de sonda se sumerge en el metal fundido y un gas portador se hace circular dentro del cuerpo de sonda para dar entrada al gas 25 que se ha propagado dentro del cuerpo de sonda desde el metal ÉÉggiMÉi^^ J^ ^^ ^^^.^k zi^ ? ^^i ^stí^áá^^^ fundido. La mezcla de gas portador-arrastrado entonces se hace pasar a través de la salida hasta un analizador que mide la concentración del gas arrastrado por los medios electrónicos. El sistema de medición de gas es muy efectivo 5 para medir el contenido de gas de metal fundido y se han hecho hasta ahora un número de mejoras para el equilibrio y exactitud del sistema, particularmente en un equipo de gas portador que se utiliza para arrastrar el gas que se dispersa dentro del cuerpo de sonda desde el metal fundido. 10 Una deficiencia seria del sistema de medición de gas de Martin et al., sin embargo, es que el cuerpo de sonda no es muy resistente a los efectos del deterioro del metal fundido. El cuerpo de sonda se daña por el metal fundido (por ejemplo, se desintegra) y dura solamente por un corto tiempo tal como menos de 8 horas y con frecuencia menos de 1 hora cuando se sumerge en cobre fundido. El cuerpo de sonda por lo tanto debe reemplazarse frecuentemente, lo cual es caro y consume tiempo y disminuye la eficiencia total del proceso de fabricación de metal. 20 Llevando en mente los problemas y deficiencias de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar un método mejorado y sistema analizador de gas para medir el contenido de gas de metales fundidos, particularmente hidrógeno en cobre fundido y acero, cuyas mediciones de gas pueden utilizarse para controlar y monitorear las diversa etapas del proceso de fabricación de metal para controlar al gas del metal fundido. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un cuerpo de sonda de larga duración para el uso 5 con un sistema de medición de gas de metal fundido. Otro objeto de la invención es proporcionar un método mejorado para la fabricación de cuerpos de sonda de larga vida operacional para el uso en sistemas de medición de gas de metal fundido. 10 Un objeto adicional de la presente invención es el uso de un sistema analizador de gas y una operación de metal fundido que incluyen operaciones de gaseo para medir el contenido de gas de metal fundido. Otro objeto de la invención es fabricar metales que 15 utilicen el método y el sistema de medición de gas de la invención . Un objeto adicional de la invención es proporcionar un sistema analizador de gas para medir el contenido de gas de metales fundidos. 20 Otros objetos y ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada .

Descripción de la Invención 25 Ahora se ha descubierto que el método para fabricar ?__i ___________£^________9^i9_____dl___ g^¡¡ metales, y en particular acero y cobre, a partir de la etapa de separación del metal de la mena u otras fuentes hasta el producto final hecho por las etapas de fundición continua u otros medios, puede mejorarse al utilizar un sistema de gas de metal fundido que comprende un instrumento analizador y un cuerpo de sonda mejorado en donde el cuerpo de sonda se inserta dentro del metal fundido y un gas portador es ciclado en un circuito entre el cuerpo de sonda y la unidad analizadora y una lectura comparativa obtenida entre un valor de referencia y el valor obtenido por una mezcla del gas portador y gases que se dispersan dentro del cuerpo de sonda desde el metal fundido y/o formado en el cuerpo de sonda y los gases son arrastrados en el gas portador. Los gases arrastrados en el cuerpo de sonda están presentes en el metal fundido y/o formados en la sonda o en la interfase de sonda. La lectura de gas se utiliza para controlar los parámetros de proceso de fabricación de metal tales como la proporción de combustible/aire de los quemadores empleados en el horno de fundición, artesas y/u horno mantenedor, en las operaciones de desgaseo y cualesquier otras etapas de producción de metal, donde puede emplearse el análisis del contenido de gas del metal fundido. Un sistema de medición de gas preferido como se describe en lo anterior se vende por Bomen Inc. bajo el nombre, ALSCAN y su operación y uso se describen completamente en la Patente Norteamericana No. 4,907,440, supra. Un instrumento comprende dos unidades, el analizador y el cuerpo de sonda, y se desarrollaron para medir el contenido de hidrógeno de aluminio líquido y aleaciones relacionadas. Otras sondas adecuadas y analizadores pueden utilizarse tales como el proceso "Telegas" descrito en la Patente Norteamericana No 2,861,450 otorgada a Ransley et al. Lo cual se refiere en la patente '440 y cuya patente se incorpora en la presente por referencia. La sonda de Ransley está abierta en la parte inferior (tal como una campana invertida) con el gas portador siendo alimentado en el metal fundido en el área abierta de la sonda y siendo eliminado en la parte superior de la misma. Para conveniencia, la siguiente descripción se dirigirá al uso del instrumento ALSCAN, aunque otros instrumentos de tipo similar que requieren una sonda de inmersión pueden utilizarse como se apreciará por aquellos expertos en la técnica. De igual manera, para conveniencia, la siguiente descripción se dirigirá a la fundición de cobre aunque otros sistemas de cobre y metal fundido y en particular acero y otras etapas de fabricación de metal pueden analizarse adecuadamente utilizando el sistema de medición de gas de la invención. Establecido ampliamente, el método para fabricar cobre u otro metal por fundición continuo u otros medios para medir el contenido de gas de un metal fundido utilizando un sistema de medición de gas de metal fundido que comprende un instrumento analizador y un cuerpo de sonda sumergido en el metal fundido que comprende: (a) fundir el cobre u otro metal en un horno; (b) transferir preferiblemente el cobre fundido a una zona mantenedora la cual se calienta preferiblemente; (c) inserta un cuerpo de sonda en el cobre fundido que comprende un material permeable al gas, y penetrable por un material líquido y suficiente resistencia el calor para soportar la inmersión del cobre fundido, el cuerpo de sonda tiene una entrada de gas en su interior y una salida de gas del mismo, la entrada de gas y la salida de gas están separadas entre sí para que el gas portador pase desde la entrada hasta la salida a través de una porción sustancial del cuerpo de sonda interior para la entrada del gas formado en el mismo o la interfaz de sonda y/o dispersar al interior del cuerpo desde el metal fundido, el cuerpo de sonda formado por fundición en un molde, una pasta o suspensión que se puede moldear de un material refractario particulado preferiblemente un mortero refractario que se mezcla en un fluido tal como agua y cuyos endurecedores de pasta en la curación y la curación de la pasta moldeada forman un sólido el cual es permeable al gas y impermeable al metal líquido (d) comparar con un instrumento analizador, por e emplo, medios de medición electrónica, la mezcla de gas gHH^ ^j arrastrado y gas portador con un valor de referencia u otros medios de medición, por ejemplo, medir la diferencia en la resistividad del gas arrastrado y gas portador y el valor de referencia . (e) determinar el contenido de gas de un metal fundido y controlar el proceso de fabricación de metal basado en el valor de contenido de gas, por ejemplo, ajustando si es necesario, la relación de combustible/aire de uno o más de los quemadores, el contenido de oxígeno del cobre fundido u otros parámetros de operación basados en los resultados del analizador; y (f) repetir las etapas (c)-(e) durante la producción de metal, por ejemplo, operación de fundición. En otro aspecto de la invención, la sonda puede insertarse en un metal fundido, tal como acero, y el contenido de gas, predominantemente H2, puede determinarse y este valor utilizado para controlar un desgaseo u otra operación de producción de acero. En un aspecto adicional de la invención, un cuerpo de sonda y un método para fabricar un cuerpo de sonda para el uso en un sistema de medición de gas para medir el contenido de gas en metales fundidos se proporciona comprendiendo las etapas de: mezclar material refractario particulado, preferiblemente un mortero refractario con agua para formar ^ |gg^gggg¡ ¡Í¡g una mezcla, preferiblemente en la forma de una pasta consistente y cuyos endurecedores de mezcla de material refractario en la curación forman un sólido el cual es permeable al gas e impermeable al metal líquido; 5 formar la mezcla refractaria en una configuración de cuerpo de sonda deseada, preferiblemente incluyendo aberturas en el cuerpo de sonda para mantener los tubos conductores de gas de entrada y de salida, cuyas aberturas se extienden parcialmente en el cuerpo de sonda y se separan; 10 curar la mezcla formada durante un tiempo efectivo y temperatura para formar el cuerpo de sonda. En otro aspecto de la invención, el método para fabricar el cuerpo de sonda comprende moldear la mezcla de material refractario en un molde que se puede expandir cuyo molde se calienta durante un proceso de curación a temperatura elevada, por ejemplo, sinterizando, dejando el producto de cuerpo de sonda. En otro aspecto de la invención, el material refractario utilizado para formar el cuerpo de sonda es preferiblemente un mortero refractario y un material refractario se selecciona del grupo que consiste de carburos, nitruros, y óxidos de aluminio, magnesio, silicio, tungsteno, y titanio. Un mortero refractario preferido porque se demostró su efectividad comprende predominantemente carburo de silicio, dióxido de silicio (amorfo y cristalino) , una ^^^^^^^^^ ^^^ X mezcla de silicatos de alúmina hidratados, silicato de sodio y lignosulfonato de calcio. En otro aspecto de la invención, un aparato analizador de gas se proporciona para la determinación de la 5 concentración de gas de un metal fundido, el aparato comprende : medios de recirculación de gas para un gas portador y una mezcla de gas arrastrado de gas portador; una sonda de inmersión que tiene una entrada de gas y una salida de gas 10 separada; medios de suministro de gas portador; concentración de gas que determina los medios adaptados para determinar la proporción del gas en el metal y midiendo comparativamente la mezcla de gas portador-gas 15 arrastrado como gas portador u otro valor de referencia; medios de conducción que conectan el modo de suministro de gas portador, entrada de gas, la salida de gas, los medios de recirculación de gas, y la concentración de gas que determina los medios en un circuito cerrado; 20 en donde cuando la sonda de inmersión es sumergida en el metal fundido, el gas portador que pasa desde la entrada de gas hasta la salida de gas cruza una porción sustancial del cuerpo de sonda interior y arrastra el gas que se dispersa al interior del cuerpo desde el metal fundido, el 25 cuerpo de sonda que comprende un material refractario ¡^j^ ^=j^^ !__-_-____-__>A.¿6«?fc¡¡-»* BA«J>hfcAlfc^»«*-»^J-fr*^ particulado moldeado el cual es permeable al gas e impermeable al metal líquido. El material refractario particulado es preferiblemente un mortero refractario que se mezcla con agua para formar una pasta o suspensión. Como se utiliza en esta especificación, "morteros refractarios", comprende el material refractario seco finamente molido, el cual se vuelve plástico cuando se mezcla con agua, este es aereo o termofraguable, o curable, y es adecuado para el uso en la colocación de ladrillos refractarios, del tipo utilizado en la fabricación de refuerzos de horno tales como aquellos utilizados para refinar metal. Un mortero refractario generalmente comprendido de por lo menos un agregado refractario calcinado a alta temperatura y por lo menos polvo refractario que sirve como un cementante para el agregado. Los agregados refractarios adicionales y/o los polvos refractarios adicionales pueden utilizarse en diversas combinaciones. Donde el cementante no proporciona suficiente cohesividad, los materiales cementantes especiales pueden también estar presentes. También, materiales que plastifican especiales pueden estar presentes para mejorar la facilidad de la composición de mortero líquido. El tamaño de partícula del agregado refractario y del mortero refractario generalmente es menos de aproximadamente 35 mallas preferiblemente 70 mallas y más fino. Los morteros refractarios del tipo empleado en la invención están comercialmente disponible y el mortero preferido es Carbofrax Mortar No. 8S vendido por Saint-Gobain industrial Ceramics y tiene un tamaño de partícula de 70 mallas y más fino, con aproximadamente 30% que tiene un tamaño de partícula más fino de 200 mallas . En general, una composición refractaria tal como un mortero refractario cuando se mezcla con agua forma un sólido refractario seco químicamente unido al secar a temperatura ambiente. Esta composición de sólido refractaria, calentada a temperaturas lo suficientemente altas es para fusionar el vidrio y similares, forma un sólido refractario cerámicamente unido el cual es la forma preferible del cuerpo de sonda de la invención.

Breve Descripción de los Dibujos Las características de la invención se cree que son novedosas y los elementos característicos de la invención se establecen con particularidad en las reivindicaciones anexas. Las figuras son para propósito de ilustración solamente y no se dibujaron a escala. La invención misma, sin embargo, tanto para la organización como para el método de operación, puede ser mejor entendida por referencia en la descripción detallada que se desprende tomada junto con los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para medir el contenido de gas de un metal fundido. La Figura 2 es una vista en perspectiva de un cuerpo de sonda de inmersión de la invención. La Figura 3 es una vista en corte transversal a lo largo de las líneas 3-3 de la Figura 2.

Modos para Llevar a Cabo la Invención Al describir la modalidad preferida de la presente invención, se hará referencia en la presente a las Figuras 1-3 de los dibujos en los cuales números similares hacen referencia a características similares de la invención. En general, instrumentos ALSCAN, se relacionan con la diferencia en mediciones electrónicas entre un valor de referencia y una mezcla de portador de gas-gas arrastrado a la concentración de los gases en el metal fundido y este valor es representado como una lectura de analizador. Como se describe en la patente Norteamericana No. 4,907,440, el analizador cuando se utiliza en mediciones de aluminio fundido, la diferencia en resistividad de un circuito puenteado que se correlaciona con esta diferencia a la cantidad de hidrógeno en el aluminio fundido (véase Figura 2) . Como se discute en la patente, la diferencia de resistividad de los alambres de resistencia es provocada por, en efecto, una diferencia en la conductividad térmica de la mezcla de gas portador y arrastrado, y el gas de referencia. Cuando está presente el hidrógeno, en la mezcla de gas portador-gas arrastrado (nitrógeno) del aluminio contiene de este modo hidrógeno y la conductividad térmica es más alta que el gas portador sólo y provoca el incremento de enfriamiento del alambre, cuya diferencia se mide electrónicamente y se correlaciona. La celda de comparación del analizador (catarómetro) típicamente está abierta para la atmósfera ya que el aire es un gas de referencia adecuado en el sistema de aluminio cuando el gas portador es nitrógeno. El instrumento también puede operarse sin una celda de comparación utilizando un valor de referencia en lugar de un gas de referencia, el valor de referencia es el mismo valor que si se empleara un gas de referencia en la celda de comparación. Cuando se utiliza el instrumento en un sistema de cobre, sin embargo, la curva de medición de gas resultante cuando utiliza nitrógeno como el gas portador no parece la curva para un baño de aluminio, la cual es el objeto de la patente Norteamericana No. 5,293,924 asignada al cesionario de esta invención. Cuando se utiliza el sistema de medición de gas, las señales de control pueden utilizarse para ajustar las variables de proceso para controlar el proceso. Por ejemplo, los niveles de oxígeno, el ajuste de quemadores particulares en el sistema, el desgaseo, disponer el cobre a otros agentes de reducción u oxidizantes, purgar el cobre con sustancias neutrales (nitrógeno), niveles de temperatura, agitación de la mezcla para remover gases, etc. En operación, el cuerpo de 5 sonda se inserta en el metal fundido y las señales de medición de gas del analizador se enviarán a una unidad de control basada en la cantidad de gas en el metal fundido. Estos valores se utilizan para controlar el proceso. Con referencia ahora a la Figura 1, se muestra un diagrama esquemático de un sistema analizador de medición de gas generalmente como 13 para demostrar el proceso de medición de gas de la invención. Un sistema de metal fundido que va a ser medido, se muestra generalmente como 10 y comprende una cuba o tanque 11 que mantiene el metal fundido 12 que contiene gases en el mismo. El sistema 13 analizador comprende una unidad 14 analizadora, un conducto 15 de entrada de sonda de gas y un conducto 18 de salida de mezcla de gas portador de sonda de gas-gas arrastrado. Un suministro 23 de gas portador administra gas portador al conducto 15 de entrada de sonda. Un conducto 15 de entrada se comunica con la abertura 16 de entrada en el cuerpo 21 de sonda. Una abertura 17 de salida de cuerpo de sonda se comunica con el conducto 18 de salida de mezcla de gas portador de sonda de gas-gas arrastrado. Las aberturas 16 y 17 en el cuerpo 21 de sonda se separan por un espacio 20. Este permite que el gas =ÉáiaiMt^^ portador entre en el cuerpo 21 de sonda a través del conducto y la abertura 16 para viajar a través del cuerpo 21 de sonda y salir a través de la abertura 17 en el conducto 18. El gas en el metal 12 fundido se dispersa en el cuerpo 21 de sonda y es arrastrado con el gas portador y sale como una mezcla de gas portador-gas arrastrado a través de la abertura 17 en un conducto 18 y en el analizador 14. Se forma un ciclo en donde, en equilibrio, una mezcla de gas portador-gas arrastrado se hace fluir a través del conducto 15, la zona 21, el conducto 18 y el analizador 14. Basándose en el sistema de medición del analizador, una lectura de gas se obtiene como resultado 19 y puede utilizarse por el controlador 24 para ajustar los parámetros de operación. Un cuerpo 21 de sonda preferida, se muestra en la Figura 2. El cuerpo 21 de sonda es cilindrico y tiene un canal 22 en la superficie superior del mismo. Las aberturas 16 y 17 se muestran las cuales reciben conductos 15 y 18 respectivamente (véase Figura 1) para la introducción del gas portador y la remoción de una mezcla de gas portador-arrastrado, respectivamente. La Figura 3 es una vista en sección transversal de la Figura 2 y muestra las aberturas 16 y 17 que se extienden parcialmente en el cuerpo 21 de sonda. Como puede observarse, existe un espacio 20 entre las aberturas 16 y 17 para permitir que el gas portador viaje a través del cuerpo de ^^MÉttf^^tffitflgi sonda y arrastre el gas en el metal fundido que se dispersa en el cuerpo 21 de sonda. El cuerpo 21 de sonda preferiblemente es cilindrico aunque otras configuraciones pueden emplearse como se muestran en la patente de Martin, supra. Un diámetro preferido es aproximadamente 1.905 a 3.175 centímetros (0.75 a 1.25 pulgadas) y una altura preferida es aproximadamente 0.127 a 1.905 centímetros (0.5 a 0.75 pulgadas) . La profundidad de las aberturas es hasta aproximadamente 20% a 50% o más de la altura, y de preferencia aproximadamente 30% de la altura y de un diámetro suficiente para acomodar los conductos de entrada y salida, por ejemplo, 0.127 a 0.254 centímetros (.05 a 0.1 pulgadas), por ejemplo, 0.165 centímetros (0.065 pulgadas) . La ranura es opcional y se prefiere para compatibilidad con sistemas analizadores de medición de gas existentes. El cuerpo de sonda preferido como se describe en la patente '440 consiste de un cuerpo monolítico de un material permeable al gas, impermeable al metal líquido, que tiene una porosidad deseada y tamaño de poro. La porosidad se define como la proporción del volumen total de cuerpo de sonda que se ocupa por los espacios dentro del cuerpo y un rango adecuado es aproximadamente 5% hasta aproximadamente 80% o mucho mayor. El tamaño de poro puede variar sobre un amplio rango, usualmente alrededor de 0.5 micrómetros hasta 2,000 micrómetros o mayor. Generalmente, los tubos extendidos dentro del cuerpo de sonda, un tubo para introducir el gas portador y el otro tubo para transferir el gas portador y, después de la inmersión en el cobre fundido, los gases arrastrados desde el metal fundido (y cualquier gas formado que esté dentro del cuerpo de sonda) son ciclados hasta un analizador que electrónicamente mide y compara el gas portador y la mezcla de gas es arrastrado con un valor de referencia. El analizador calcula un resultado que se utiliza por las unidades de control para controlar el proceso. Se entenderá que el término gases arrastrados incluye gases que se forman dentro de la sonda o una interfaz de metal fundido-sonda por gases individuales que existen en la combinación de metal fundido (por ejemplo reacción química) debido a la temperatura, proximidad de los gases en la sonda, reacción de interfaz de mezcla-sonda, etc. En una operación de fabricación de varilla de cobre típica preferida y ciclo de medición de gas típico, el cuerpo de sonda será sacado con el gas portador desde el suministro 23 de gas portador durante un largo tiempo para asegurar que solamente el gas portador permanezca en el circuito y la conductividad térmica del gas portador utilizado para establecer el valor de referencia. Por consiguiente, el gas portador se hace pasar a través de todo el circuito que entra en la entrada 16 de gas de sonda, el cuerpo 21 de sonda porosa y haciendo salir la salida 17 que pasa a través de la línea 18, el analizador 14 y la línea 15 de regreso en la sonda 21. Este procedimiento se continúa hasta que sólo el gas portador permanece en el circuito. La salida entonces se detiene y el cuerpo de sonda se sumerge dentro del cobre fundido con el volumen de gas portador en el circuito que esta siendo constantemente circulado a través de la sonda y los medios de medición eléctrico del analizador. La presión del gas portador en el circuito rápidamente alcanzará un valor establecido. Con la inmersión, los gases en el cobre fundido entran al cuerpo de sonda poroso o son formados en el mismo y la circulación del gas portador y la mezcla de gas arrastrado se continúa hasta que se alcanza el equilibrio de concentración sustancial. Al final de este periodo o continuamente sobre un periodo de tiempo, el analizador toma una medida de la diferencia comparativa electrónica entre el valor de referencia y los gases arrastrados y la mezcla de gas portador y convierte esta diferencia en una lectura de analizador de contenido de gas. La salida con el gas portador también puede realizarse pasando el gas portador en la entrada 16 y la salida 17 con el gas portador que sale del cuerpo 21 poroso. Después de que completa la salida, el flujo del gas portador se detiene y la sonda se inserta en el metal fundido y el proceso como se describió en lo anterior continúa. En una operación de cobre típica, el cuerpo de sonda se sumerge en el metal fundido y se obtiene la lectura de contenido de gas . Si las lecturas de contenido de gas típicamente después del equilibrio están en el punto establecido deseado ningún cambio se hace al proceso. Si las 5 lecturas de contenido de gas se incrementan, las proporciones de combustible/aire se disminuirán típicamente para lograr la lectura deseada. En otras operaciones de fabricación de metal tales como la operación de desgaseo en un proceso de fabricación de 10 acero, el cuerpo de sonda se inserta en el acero fundido (metal) y un portador de gas se hace pasar a través del cuerpo de sonda y a través de sistema analizador de gas. Una lectura de contenido de gas se obtendrá, la cual puede correlacionarse con el hidrógeno y el otro contenido de gas 15 del acero fundido y las operaciones de desgaseo controlado basadas en este valor. El vacío, burbujeo o reacción química puede utilizarse para controlar el proceso de desgaseo basado en el valor de contenido de gas de metal fundido como se describe en lo anterior. Otros procedimientos de control 20 similar puede utilizarse con el sistema de medición de gas de la invención. Como se discute completamente en la patente '440, el cuerpo de sonda de sistema analizador de gas preferido consiste de un cuerpo de sonda de porosidad típicamente 25 escogida, el tamaño de poro y la permeabilidad y se ía^É ^^^^^A^^^^^^^ proporciona con una entrada de gas y una salida de gas separada lo suficiente para que el portador de gas circulante cruce una porción sustancial del interior del cuerpo de sonda . La porosidad del cuerpo de sonda usualmente se expresa con un porcentaje y simplemente en la proporción de volumen total del cuerpo que se ocupa por los espacios dentro del cuerpo. Un cuerpo altamente poroso, tiene un alto porcentaje de vacío. El rango de porosidad del cuerpo de sonda de la invención es un mínimo de aproximadamente 5% y un máximo de aproximadamente 80%, pero preferiblemente en el rango de 20% hasta aproximadamente 60% y más preferiblemente en el rango de aproximadamente 35% hasta aproximadamente 40%. El tamaño de poro del cuerpo de sonda puede variar sobre un amplio rango de aproximadamente 0.5 micrómetros a 2000 micrómetros o más. Por ejemplo, el tamaño de la molécula de hidrógeno en el metal esta en el orden de 2xl0~ micrómetros y por lo tanto el gas puede esparcirse fácilmente dentro del cuerpo de sonda aún en los poros de tamaño más pequeño. Un tamaño de poro preferido está en el rango de 10 micrómetros a 1,000 micrómetros y de mayor preferencia en el rango de 50 micrómetros a 200 micrómetros. La permeabilidad es otra consideración importante en la elección de material ya que un cuerpo de sonda en porosidad y tamaño de poro dentro de los rangos preferidos puede aún ser insatisfactorio si las celdas o vacíos están completamente pegados entre sí o están interconectados en una forma tan deficiente que los gases no pueden mezclarse juntos dentro de un periodo razonable de tiempo. La permeabilidad puede definirse generalmente como la velocidad por la cual un gas o líquido pasará a través de un material bajo una diferencia específica de presión. Usualmente se expresa en términos de Darcies . Con la sonda de la técnica anterior se prefiere que la permeabilidad esté en el rango de aproximadamente 2 a 2,000 Darcies y de preferencia en el rango 10 a 100 Darcies. Se describe adicionalmente en la patente '440, que el tamaño de poro del material sea tal que tanto el gas portador como el hidrógeno se dispersen rápidamente de modo que se mezclarán entre sí, ya que puede ser imposible para el metal entrar a más de la capa de la superficie del cuerpo de sonda. De este modo usualmente se encuentra que en la conclusión de la medición de gas en un forro delgado de metal solidificado se ha adherido mecánicamente a la superficie exterior de la sonda. Es ventajoso para la superficie exterior del cuerpo de sonda ser humectable al metal para que sostenga una interfaz de alta difusión entre el metal y la sonda aunque en la práctica se describe que se han encontrado resultados reproducibles que pueden obtenerse con un cuerpo monolítico con materiales humectables particularmente si la sonda y/o el metal se agitan. La presencia de forro delgado de metal descrito anteriormente sobre la superficie de sonda indica que la superficie se ha humedecido y una vez que esto ha ocurrido, la superficie permanecerá humedecida. La humedad puede facilitarse pre-recubrir el cuerpo con una capa delgada de un metal adecuado que pueda aplicarse utilizando cualquiera de los procesos bien conocidos para la aplicación tal como inmersión, aspersión, electrolítica, de electrodos, etc, la capa siendo de preferencia de aproximadamente 10 micrómetros a 1,000 micrómetros en espesor. El recubrimiento puede ser de un material que tenga una acción catalítica hacia el hidrógeno u otro gas que se mide, promoviendo la asociación del estado monoatómico en el metal fundido hasta el estado diatómico molecular en el cuerpo de sonda para la entrada en el gas portador. Particularmente, se describen materiales adecuados como platino que pueden depositarse fácilmente y que pueden proporcionar capas muy delgadas de las soluciones de platinación comercial. La configuración del cuerpo de sondas de describe en la patente '440 de Martin et al., como no siendo crítica pero se prefiere que por lo menos una invención tan pequeña como práctica para proporcionar una longitud de trayectoria mínima correspondiente para el gas para esparcirse dentro del interior del bloque. De preferencia se proporciona a las configuraciones para maximizar el área de superficie de metal/sonda activa para un volumen de sonda dado. Se ha encontrado que donde quiera que se redondee bordes posibles del cuerpo, para evitar tanto como sea posible las esquinas filosas que son susceptibles particularmente al choque mecánico. También se describe que para una sonda rectangular que para el espesor de la sonda para proporcionar una longitud de trayectoria deseada debe ser de entre aproximadamente 0.508 y 1.524 centímetros (.2 pulgadas y .6 pulgadas) con el mínimo siendo determinado por la resistencia del material. Ventajosamente, el volumen para la sonda rectangular está entre 1 ce y 10 ce, de preferencia de 3 ce, hasta aproximadamente 5 ce. La sonda cilindrica preferida de la invención es de aproximadamente 6 ce. El cuerpo de sonda también se proporciona con dos orificios paralelos que recibe respectivamente el extremo de dos tubos que proporcionan la entrada al gas portador y que retiran la mezcla de gas portador-gas arrastrado. Los tubos pueden cementarse en el cuerpo de sonda utilizando un cemento resistente al calor. El cuerpo de sonda de la invención cuando se hace como se describe en lo anterior, es compatible con el sistema de Martin y proporciona lecturas de contenido de gas comparables pero con una vida de operación de cuerpo de sonda mucho más incrementada. Las sondas de la invención tienen una ai-*f»é-i2__^-^£if^,-..i vida de operación en el "cobre fundido de típicamente más de aproximadamente 24 horas cuando se comparan con las sondas comerciales que tienen una vida de operación de menos de 8 horas y con frecuencia menos de 1 hora. El material utilizado para hacer la sonda es refractario en naturaleza y es capaz de soportar la temperatura de inmersión sin ablandarse a un grado aceptable con la condición de que la sonda cumpla con la curación de la combinación de la resistencia mecánica, porosidad, tamaño de poro y permeabilidad. Ejemplos de material de refractarios particulados preferidos son morteros refractarios que incluyen carburos, nitruros y óxidos de aluminio, magnesio, sílice, circonio, tungsteno y titanio. El material refractario preferido debido a su efectividad demostrada, es una mezcla de óxido de sílice predominantemente (amorfo y cristalino) , una mezcla de silicato de alúmina hidratada, silicato de sodio y lignosulfonato de calcio. Se cree que el silicato de sodio actúa como el cementante. El material que tiene esta composición se vende en Carbofrax Mortar No. 8S, y se utiliza para unir ladrillos refractarios juntos, tal como para reforzar un horno. Ampliamente establecido, para hacer el cuerpo de sonda de la invención, el mortero refractario anterior se mezcla con agua para formar una mezcla que tenga preferiblemente la consistencia de una pasta consistente tal _a_s__&_=_5_í_s_í__-i_j_--. como mastique. La pasta entonces se forma dentro de la configuración de sondas deseada y se cura para formar el producto de cuerpo de sondas. La mezcla conformada primero preferiblemente se seca al aire y después se calienta (se sinteriza) en un horno para formar el producto de cuerpo de sonda final. El agua para la proporción de morteros aproximadamente 45 ce de agua a 1 libra de mortero refractario, y proporciona una consistencia de pasta consistente que puede moldearse y formarse dentro de un producto sólido. Varias modalidades de la presente invención ahora pueden ilustrarse por referencia siguiendo el ejemplo específico. Se entenderá sin embargo que tales ejemplos se presentan para propósitos de ilustración solamente y la presente invención de ninguna forma se considerará como limitada por la presente.

Ejemplo 1 Se corto un tubo de plástico acrílico que tiene 2.54 centímetros (una pulgada) de diámetro exterior y 2.223 centímetros (7/8 pulgadas) de diámetro interior a una longitud de (altura) de 1.588 centímetros (5/8 pulgadas) con 0.238 centímetros (3/32 pulgadas) de profundidad x 0.476 (3/16) de ranura ancha sobre la línea central en el extremo superior del tubo. Carbofrax Mortar No. 8S se mezcló con agua para hacer una pasta consistente utilizando aproximadamente una libra de Carbofrax Mortar mezclada con 45 ce de agua para formar la pasta consistente. La mezcla de mortero refractario entonces se colocó en el tubo y se empacó para que no exista sustancialmente espacios en el mortero moldeado. Un borde de acero recto se utilizó para remover el exceso del mortero de la ranura central que corre de lado a lado en el tubo de plástico. Dos (2) orificios de 0.165 centímetros (.065 pulgadas) de diámetro se forman en la ranura central 5.245 centímetros (3/16 pulgadas) de cada lado del tubo de plástico a una profundidad de 0.556 centímetros (7/32 pulgadas) . La mezcla de pasta de mortero en el molde se dejó permanecer durante dos horas a temperatura ambiente. La mezcla de pasta de mortero en el molde entonces se coloca en un horno y se calienta a 1250°C por 24 horas. Las cenizas del plástico acrílico en el horno dejan el producto de cuerpo de sonda. El uso de cuerpo de sonda anterior en un sistema analizador de medición de gas para medir el hidrógeno en el cobre fundido, se muestra en la Figura 1 teniendo una vida de operación de más de aproximadamente 24 horas del tiempo de inmersión total en el cobre fundido. Esto se comparara con un cuerpo de sonda comercial que generalmente dura menos de 8 horas de tiempo de inmersión total y con frecuencia menos de 1 hora. La sonda de inmersión de la invención también muestra excelentes propiedades de medición de gas en el sistema a^^aa^^a-a,!^-.-. - .._¿ .-.J.-^,^^,..,.^ analizador de gas.

Ejemplo 2 Se hizo una sonda de inmersión de acuerdo con el Ejemplo 1. El Carbofrax Mortar No. 8S entonces se selecciona para proporcionar material refractario más fino de 200 mallas (esta fracción es aproximadamente 30% del mortero refractario) . Este material fino entonces se formó en una pasta como en el Ejemplo 1 y se formó dentro de una sonda de inmersión como en el Ejemplo 1. El monóxido de carbono entonces se alimentó en la entrada de la sonada y se extrajo de la salida. La sonda estuvo detenida en aire y se estableció cuando estuvo en equilibrio, se utilizó una flama para hacer ignición del gas que sale del cuerpo de sonda. El cuerpo de sonda hecho utilizando la mezcla de mortero refractario total mostró una flama uniforme azul alrededor de la periferia de la sonda que muestra que el CO estaba saliendo de la sonda uniformemente. Para la otra sonda, la flama estuvo predominantemente en la parte superior de la sonda que demuestra el deseo de utilizarla como la mezcla de mortero. El ejemplo también demuestra que el cuerpo de sonda cuando se sumerge en el metal fundido y bajo un cabezal hidrostático de metal fundido tiene las propiedades de transmisión de gas adecuadas para su uso como una sonda en un sistema de medición de gas. ^-•"^a^^f?fitti^-,ít^^^^ 3,3 Mientras que la presente invención ha sido particularmente descrita, junto con una modalidad específica preferida, es evidente A que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán aparentes para aquellos expertos en la técnica a la luz de la descripción anterior. Por lo tanto se contempla que las reivindicaciones anexas abarcarán cualquiera de tales alternativas, modificaciones y variaciones cuando caen dentro del alcance verdadero y espíritu de la presente invención. De este modo, habiendo descrito la invención, lo que se reivindica es: ¡gjHggg!^^2

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para fabricar cobre u otro metal por fundición continua u otro medio para medir el contenido de gas de un metal fundido utilizando un sistema de medición de 5 gas de metal fundido que comprende un instrumento analizador y un cuerpo de sonda que comprende las etapas de: (a) fundir el metal en un horno; (b) inserta un cuerpo de sonda en el metal fundido que comprende un material permeable al gas, y impermeable por 10 un material líquido y suficiente resistencia al calor para soportar la inmersión del metal fundido, el cuerpo de sonda tiene una entrada de gas en su interior y una salida de gas del mismo, la entrada de gas y la salida de gas están separadas entre sí para que el gas portador pase desde la 15 entrada hasta la salida a través de una porción sustancial del cuerpo de sonda interior para la entrada del gas formado en el mismo o la interfaz de sonda y/o dispersar al interior del cuerpo desde el metal fundido, el cuerpo de sonda formado por fundición en un molde, una pasta o suspensión que se 20 puede moldear de un material refractario particulado y cuyos endurecedores de pasta en la curación y la curación de la pasta moldeada forman un sólido el cual es permeable al gas y impermeable al metal líquido; (c) comparar con un instrumento analizador, la 25 mezcla del gas arrastrado y el gas portador con un valor de referencia . (d) determinar el contenido de gas de un metal fundido y controlar el proceso de fabricación de metal basado en el valor de contenido de gas; y 5 (e) repetir los pasos (b)-(d) durante la operación de fabricación de metal 2. El método de la reivindicación 1, en donde el metal fundido es cobre. 3. El método de la reivindicación 1, en donde el metal 10 fundido es acero. 4. El método de la reivindicación 3, en donde el acero de metal fundido se desgasea dependiendo del contenido de gas de acero del acero fundido. 5. Un aparato analizador de gas para la determinación 15 de la concentración de gas de metal fundido, el aparato comprende : una sonda de inmersión que tiene una entrada de gas y una salida de gas separada; medios de suministro de gas portador; 20 medios de recirculación de gas para el gas portador y una mezcla de gas portador-gas arrastrado; concentración de gas que determina los medios adaptados para determinar la concentración de gas en el metal midiendo comparativamente la mezcla de gas portador-gas 25 arrastrado con gas portador u otro valor de referencia; -¿?JL» At«*il ~ s^¿~^ medios de conducción que conectan el modo de suministro de gas portador, entrada de gas, la salida de gas, los medios de recirculación de gas, y la concentración de gas que determina los medios en un circuito cerrado; en donde cuando la sonda de inmersión es sumergida en el metal fundido, el gas portador que pasa desde la entrada de gas hasta la salida de gas cruza una porción sustancial del cuerpo de sonda interior y arrastra el gas que se dispersa al interior del cuerpo desde el metal fundido, el cuerpo de sonda que comprende un material refractario particulado moldeado el cual es permeable al gas e impermeable al metal líquido. 6. El aparato de la reivindicación 5, en donde el material refractario particulado se selecciona de un grupo que consiste de carburos, nitruros y óxidos de aluminio, magnesio, sílice, tungsteno y titanio. 7. El aparato de la reivindicación 6, en donde la sonda de inmersión es cilindrica. 8. Un método para fabricar un cuerpo de sonda de inmersión para el uso en un sistema de medición de gas para medir el contenido de gas de metales fundidos que comprende las etapas de : mezclar un material refractario particulado con líquido para formar una mezcla en la forma de una pasta consistente y cuyos endurecedores de mezcla de material '?&ftt£'$&?^c2£?$í»&x!&& ^¡& refractario en la curación forman un sólido el cual es gas permeable e impermeable al metal líquido; formar la mezcla de refractario en una configuración de cuerpo de sonda deseada; y curar la mezcla formada durante un tiempo efectivo y temperatura para formar el cuerpo de sonda. 9. El método de la reivindicación 8, en donde el líquido es agua. 10. El método de la reivindicación 9, en donde el material refractario particulado se selecciona del grupo que consiste de carburos, nitruros y óxidos de aluminio, magnesio sílice, tungsteno y titanio. 11. El método de la reivindicación 8, en donde las aberturas se proporcionan en el cuerpo de sonda para mantener los tubos de conducto de salida y entrada de gas y cuyas aberturas se extienden parcialmente dentro del cuerpo de sonda y se separan. 12. Un cuerpo de sonda de inmersión hecho utilizando el método de la reivindicación 10. 13. Un cuerpo de sonda de inmersión hecho utilizando el método de la reivindicación 11.