PL179276B1

PL179276B1 - O gniwo do pomiaru aktywnosci elektrochemicznej materialu niemetalicznego, tworzacego warstwe ciekla usytuowana na roztopionej kapieli metalicznej PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179276B1
Application number: PL96317372A
Authority: PL
Inventors: Omer P I Cure; Guido J Neyens
Original assignee: Heraeus Electro Nite Int
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2000-08-31
Also published as: DE59610868D1; PL317372A1; KR970704146A; DE19531661A1; DE19531661C2; ZA962870B; IN192885B; KR100337988B1; UA41406C2

Abstract

1. Ogniwo do pomiaru aktywnosci E L E - agrochemicznej materialu niemetalicznego, tworzacego warstwe ciekla usytuowana na roztopionej kapieli metalicznej, zawierajace umieszczone w uchwycie element elektro- chemiczny z elektrolitem stalym oraz prze- ciwelektrode, znamienne tym, ze element elektrochemiczny (1), zawierajacy rure (7) na elektrolit staly, osadzona w ogniotrwalym korpusie (2) uchwytu oraz oddzielona od ele- mentu elektrochemicznego (1) przeciwele- ktroda (6), sa umieszczone w roztopionej kapieli metalicznej, przy czym czesc aktywna elementu elektrochemicznego (1), otoczona przez material niemetaliczny oraz co naj- mniej jedna czesc przeciwelektrody (6) majaca bezposredni styk z roztopiona kapiela metaliczna, stanowia zaciski pomia- rowe ogniwa. P L 179276 B 1 Fig-1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ogniwo do pomiaru aktywności elektrochemicznej materiału niemetalicznego, zwłaszcza niemetalicznej warstwy ciekłej usytuowanej na roztopionej kąpieli metalicznej.

Często występuje potrzeba dokonywania pomiarów nie tylko w roztopionych kąpielach metalicznych, lecz także dokonywanie pomiarów w warstwach leżących powyżej roztopionych kąpieli. Jest to potrzebne, na przykład, do oceny przebiegu procesów metalurgicznych przy wytwarzaniu stali, przy pomiarze potencjału tlenu w żużlu. Może być także potrzebny pomiar aktywności w roztopionym kryolicie podczas elektrolizy glinu w celu umożliwienia kontroli i sterowania procesem metalurgicznym.

Znane jest z publikacji Radexrundschau, 1990 r., strony 236 do 243, dokonywanie pomiarów tlenu bezpośrednio w żużlu, w których zwykły czujnik elektrochemiczny jest umieszczany w żużlu. Element elektrochemiczny jest wyposażony w ogniwo pomiarowe z przeciwelektrodą i elementem elektrochemicznym. Element elektrochemiczny jest wykonany z elektrody odniesienia, która jest umieszczona w materiale odniesienia. Ten materiał odniesienia jest znowu

179 276 otoczony przez małą rurę z elektrolitem w stanie stałym. Takie ogniwa pomiarowe są na przykład znane także z europejskiego opisu patentowego nr 0 108 432. Są one stosowane do pomiaru aktywności tlenu w roztopionych kąpielach, przy czym samo ogniwo pomiarowe jest zabezpieczone przy przejściu przez leżącą powyżej niego warstwę, na przykład żużel, przy pomocy nasadki ochronnej.

Znane bezpośrednie pomiary aktywności tlenu w roztopionych warstwach usytuowanych powyżej roztopionej kąpieli metalicznej, jak żużel lub kryolit, wymagają dokładnego umieszczenia elementu elektrochemicznego wewnątrz warstwy podlegającej pomiarowi. Ta warstwa jest zwykle stosunkowo cienka (na przykład dla żużla kadziowego w przybliżeniu od 0 do 15 cm) tak, że rozbieżność umieszczenia elementu elektrochemicznego powoduje również rozbieżne wyniki pomiarów. Dokładne umieszczenie ogniwa pomiarowego wymaga zatem często stosunkowo dużego zużycia energii i kosztów, ponieważ poziom powierzchni roztopionej kąpieli metalicznej nie jest łatwy do określenia. Ustawianie wymaga więc stosunkowo długiego czasu zanurzania sondy, skutkiem czego na przykład przeciwelektroda i wyprowadzenia pomiarowe mogą ulec uszkodzeniu.

Ponadto znane są sposoby analizy żużli, w których próbki żużlu są pobierane i analizowane po ich zestaleniu i częściowo po przetopieniu.

Istotą ogniwa do pomiaru aktywności elektrochemicznej materiału niemetalicznego, który tworzy warstwę ciekłą usytuowaną na roztopionej kąpieli metalicznej, według wynalazku, zawierającego umieszczone w uchwycie element elektrochemiczny z elektrolitem stałym oraz przeciwelektrodę, jest to, że element elektrochemiczny, zawierający rurę na elektrolit stały, osadzoną w ogniotrwałym korpusie uchwytu oraz oddzielona od elementu elektrochemicznego przeciwelektroda, są umieszczone w roztopionej kąpieli metalicznej, przy czym część aktywna elementu elektrochemicznego, otoczona przez materiał niemetaliczny oraz co najmniej jedna część przeciwelektrody mająca bezpośredni styk z roztopioną kąpielą metaliczn<ą stanowią zaciski pomiarowe ogniwa.

Korzystnie zakończenie rury na elektrolit stały jest pokryte powłoką z materiału izolującego elektrycznie, przy czym obszar pomiędzy zakończeniem rury na elektrolit stały a ogniotrwałym korpusem jest pozbawiony powłoki.

Korzystnie zakończenie rury na elektrolit stały jest pokryte powłoką z Al₂0₃ lub MgO.

Korzystnie zakończenie rury na elektrolit stały jest pokryte powłoką maksymalnie na długości 6 mm w kierunku ogniotrwałego korpusu.

Korzystnie powłoka ma długość w przybliżeniu 2,5 mm w kierunku ogniotrwałego korpusu.

Korzystnie element elektrochemiczny wystaje z ogniotrwałego korpusu na wysokość od 9 do 13 mm.

Korzystnie element elektrochemiczny wystaje z ogniotrwałego korpusu na wysokość w przybliżeniu 11 mm.

Korzystnie w elemencie elektrochemicznym jest umieszczony termoelement.

Korzystnie część aktywna elementu elektrochemicznego jest wykonana jako obszar powierzchniowy w kształcie pierścienia.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że zapewnia dokładne wyniki pomiarów przy możliwie najmniejszym koszcie.

Wynalazek w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju podłużnym ogniwo według wynalazku, fig. 2 - ogniwo z rurą na elektrolit, bez powłoki z materiału izolującego elektrycznie, fig. 3 - ogniwo z rurą na elektrolit, bez powłoki, w którym rura nie wystaje na zewnątrz przeciwelektrody, fig. 4 - ogniwo, w którym część aktywna elementu elektrochemicznego jest obszarem powierzchniowym w kształcie pierścienia, zaś fig. 5 - ogniwo wprowadzone do roztopionej kąpieli metalicznej, gdzie żużel przylega do elementu elektrochemicznego a przeciwelektroda jest częściowo stopiona i częściowo pokryta żużlem.

179 276

Ogniwo do pomiaru aktywności elektrochemicznej ma według figury 1 element elektrochemiczny 1, który jest umieszczony w ogniotrwałym korpusie 2 uchwytu. Uchwyt ma warstwę materiału ogniotrwałego 3, na przykład piasku formierskiego, na wkładanym końcu ogniwa pomiarowego, zaś dalej ma tekturową rurę 4. Elektroda 5 wystaje z elementu elektrochemicznego 1, który jest dołączony do pomiarowego układu elektronicznego. Przeciwelektroda 6 jest wykonana z metalowej rury, która otacza elektrodę 5 i wystaje z warstwy ogniotrwałego materiału 3 uchwytu na wkładanym końcu ogniwa pomiarowego. Zaciski pomiarowe ogniwa stanowią część aktywną elementu elektrochemicznego 1, otoczona przez materiał niemetaliczny, oraz część przeciwelektrody 6 mająca bezpośredni styk z roztopioną kąpielą metaliczną. Wystająca część przeciwelektrody 6 jest otoczona przez warstwę tektury, która nie jest pokazana na rysunku i która ma zapobiegać przyleganiu materiału, gdy wkładany koniec ogniwa pomiarowego wchodzi do niemetalicznej warstwy ciekłej usytuowanej- na roztopionej kąpieli metalicznej, na przykład roztopionej stali. Zakończenie rury 7 na elektrolit stały elementu elektrochemicznego 1, na jego wkładanym końcu, jest pokryte powłoką z materiału 8 izolującego elektrycznie. Ta powłoka jest zasadniczo pozbawiona MgO, chociaż może być także pozbawiona Al₂0₃ lub innego materiału izolacyjnego. Warstwa ma grubość w przybliżeniu 5C mm, chociaż może być także nieco grubsza. Powłoka ma długość w przybliżeniu 2,5 mm w kierunku ogniotrwałego korpusu 2. Pomiędzy obszarem, w którym materiał 8 izolujący elektrycznie jest umieszczony na rurze 7 na elektrolit stały i materiałem ogniotrwałym, w którym jest umieszczona rura 7 na elektrolit stały, występuje obszar bez powłoki na długości w przybliżeniu 11 mm, które stanowi część aktywną elementu elektrochemicznego 1.

W celu pomiaru aktywności elektrochemicznej ogniwo pomiarowe jest wkładane, do warstwy żużla usytuowanego na roztopionej stali. Element elektrochemiczny 1 jest otoczony przez żużel tak, że żużel jest także wkładany do roztopionej stali. Osiągana jest szybko równowaga temperatury w roztopionej stali w obszarze elementu elektrochemicznego 1 i następuje pomiar aktywności tlenu warstwy żużla. Tekturowa nasadka 1C, która jest umieszczona na przeciwelektrodzie 6, jak to przedstawiono na figurach 2 i 3, zapobiega przyleganiu żużla do przeciwelektrody 6 przy przechodzeniu przez warstwę żużla i ulega spaleniu, podczas gdy przy pomiarach przeciwelektroda 6 jest w bezpośrednim styku z roztopioną stalą.

Zamiast materiału 8 izolującego elektrycznie w górnej części elementu elektrochemicznego 1 można zastosować także inne materiały, które powodują, że żużel przylega do elementu elektrochemicznego 1. Element elektrochemiczny 1, który wystaje na około 9 do 13 mm, zwłaszcza 11 mm, z ogniotrwałego korpusu 2, może być korzystnie otoczony małą rurą, na przykład przeciwelektrodą 6 zabezpieczoną przez tekturową nasadkę 1C, tworząc obszar pierścieniowy, jak to pokazano na fig. 2 i 3. Tekturowa nasadka 1C nie musi otaczać całej powierzchni i przeciwelektrody 6, lecz może być także umieszczona na powierzchni zewnętrznej otwartej części przeciwelektrody 6, na przykład przy pomocy taśmy klejącej. Figura 4 przedstawia ogniwo pomiarowe, w którym część aktywna elementu elektrochemicznego 1 jest obszarem powierzchniowym 9 w kształcie pierścienia. Na figurze 5 element elektrochemiczny ogniwa jest umieszczony w roztopionej kąpieli metalicznej, z żużlem przylegającym do części aktywnej, podczas gdy przeciwelektroda 6 jest już częściowo roztopiona i częściowo pokryta żużlem.

179 276

Fig-5

179 276

Fig-⁴

179 276

Fig.3

179 276

Fig.2

179 276

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Ogniwo do pomiaru aktywności elektrochemicznej materiału niemetalicznego, tworzącego warstwę ciekłą usytuowaną na roztopionej kąpieli metalicznej, zawierające umieszczone w uchwycie element elektrochemiczny z elektrolitem stałym oraz przeciwelektrodę, znamienne tym, że element elektrochemiczny (1), zawierający rurę (7) na elektrolit stały, osadzoną w ogniotrwałym korpusie (2) uchwytu oraz oddzielona od elementu elektrochemicznego (1) przeciwelektroda (6), są umieszczone w roztopionej kąpieli metalicznej, przy czym część aktywna elementu elektrochemicznego (1), otoczona przez materiał niemetaliczny oraz co najmniej jedna część przeciwelektrody (6) mająca bezpośredni styk z roztopioną kąpielą metaliczną, stanowią zaciski pomiarowe ogniwa.
2. Ogniwo według zastrz. 1, znamienne tym, że zakończenie rury (7) na elektrolit stały jest pokryte powłoką z materiału (8) izolującego elektrycznie, przy czym obszar pomiędzy zakończeniem rury (7) na elektrolit stały a ogniotrwałym korpusem (2) jest pozbawiony powłoki.
3. Ogniwo według zastrz. 2, znamienne tym, że zakończenie rury (7) na elektrolit stały jest pokryte powłoką (8) z Al₂0₃ lub MgO.
4. Ogniwo według zastrz. 2, znamienne tym, że zakończenie rury (7) na elektrolit stały jest pokryte powłoką maksymalnie na długości 6 mm w kierunku ogniotrwałego korpusu (2).
5. Ogniwo według zastrz. 4, znamienne tym, że powłoka ma długość w przybliżeniu 2,5 mm w kierunku ogniotrwałego korpusu (2).
6. Ogniwo według zastrz. 1, znamienne tym, że element elektrochemiczny (1) wystaje z ogniotrwałego korpusu (2) na wysokość od 9 do 13 mm.
7. Ogniwo według zastrz. 6, znamienne tym, że element elektrochemiczny (1) wystaje z ogniotrwałego korpusu (2) na wysokość w przybliżeniu 11 mm.
8. Ogniwo według zastrz. 1, znamienne tym, że w elemencie elektrochemicznym (1) jest umieszczony termoelement.
9. Ogniwo według zastrz. 1, znamienne tym, że część aktywna elementu elektrochemicznego (1) jest wykonana jako obszar powierzchniowy (9) w kształcie pierścienia.