RU69782U1

RU69782U1 - DEVICE FOR DETERMINING OXYGEN CONCENTRATION IN LIQUID METAL

Info

Publication number: RU69782U1
Application number: RU2007133585/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Елисеев; Александр Иванович Вольхин; Геннадий Николаевич Колесов; Илья Данилович Плеханов
Original assignee: Евгений Иванович Елисеев; Александр Иванович Вольхин; Геннадий Николаевич Колесов; Илья Данилович Плеханов
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2008-01-10

Abstract

Предлагаемое решение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве черных и цветных металлов, в частности при производстве меди, для определения концентрации кислорода непосредственно в процессе рафинирования.The proposed solution relates to the field of metallurgy and can be used in the production of ferrous and non-ferrous metals, in particular in the production of copper, to determine the concentration of oxygen directly in the refining process.

Технической задачей предлагаемого решения является увеличение е зоны измерения концентрации кислорода в расплаве, упрощение конструкции самого устройства и снижение погрешностей в показаниях при проведении измерений.The technical task of the proposed solution is to increase the e-zone for measuring the concentration of oxygen in the melt, simplifying the design of the device itself and reducing the errors in the readings during measurements.

Указанная техническая задача достигается тем, что наконечник выполнен съемным, передний торец токопроводящего контакта расположен со смещением относительно диафрагмы материала, измерительный блок дополнительно снабжен узлом измерения времени, выполненным в виде секундомера, наружная поверхность наконечника снабжена огнеупорным слоем, а внутренняя поверхность изолятором в виде асбестовой набивки.This technical task is achieved by the fact that the tip is removable, the front end of the conductive contact is offset with respect to the diaphragm of the material, the measuring unit is additionally equipped with a time measuring unit made in the form of a stopwatch, the outer surface of the tip is equipped with a refractory layer, and the inner surface is insulated in the form of asbestos packing .

Использование предлагаемого технического решения позволяет определить фактическую концентрацию кислорода в расплаве металла и по результатам доводить его до требуемого значения. Это позволит резко сократить затраты на производство чистого металла, повысить его качество непосредственно на стадии рафинирования. По сравнению с известными конструкциями устройств для определения концентрации кислорода в металле предлагаемое устройство позволит сократить время на проведения анализа, получить достоверную информацию о концентрации кислорода в расплаве и сократить выпуск металла с повышенной концентрацией кислорода.Using the proposed technical solution allows you to determine the actual concentration of oxygen in the molten metal and according to the results bring it to the desired value. This will dramatically reduce the cost of production of pure metal, improve its quality directly at the refining stage. Compared with the known designs of devices for determining the concentration of oxygen in the metal, the proposed device will reduce the time for analysis, obtain reliable information about the concentration of oxygen in the melt and reduce the release of metal with a high oxygen concentration.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве черных и цветных металлов, в частности, для определения концентрации кислорода в меди непосредственно в процессе плавки.The proposed solution relates to the field of metallurgy and can be used in the production of ferrous and non-ferrous metals, in particular, to determine the concentration of oxygen in copper directly during the smelting process.

Известно устройство для измерения параметров (температуры), непосредственно в жидком металле, содержащее бумажный корпус, внутри которого расположена керамическая вставка с закрепленной в ней трубкой с горячим спаем термоэлектродов, контактодержатель, несущую штангу, расположенную внутри бумажного корпуса, один конец которой закреплен на фурме печи, верхнюю и нижнюю направляющие втулки, при этом второй конец штанги снабжен наконечником, связанным с контактодержателем, верхняя часть которого имеет выпуклую сферическую поверхность, контактирующую с вогнутой сферической поверхностью гайки, установленной на нижней направляющей втулке (см. патент на полезную модель РФ №49528 по кл. С21С 5/48 за 2005 г.).A device for measuring parameters (temperature), directly in liquid metal, containing a paper case, inside which there is a ceramic insert with a tube with a hot junction of thermoelectrodes fixed therein, a contact holder, a supporting rod located inside the paper case, one end of which is fixed to the furnace lance , the upper and lower guide bushings, while the second end of the rod is equipped with a tip associated with the contact holder, the upper part of which has a convex spherical surface, to The timing of the concave spherical surface of a nut mounted on the underside of the guide sleeve (see. utility model patent of the Russian Federation №49528 tml. S21S 5/48 2005).

Недостатком этого устройства, предназначенного для измерения параметров жидкого металла, является сложность конструкции и разрушение значительной части устройства непосредственно в процессе одного измерения под воздействием высоких температур. Кроме того гибкое соединение наконечника и контактодержателя со сложной поверхностью подвержено окислению, быстро выходит из строя и искажает показания измерения. Еще одним недостатком этого устройства является то, что штанга выполнена пустотелой, а расположенные внутри нее гибкие электрические The disadvantage of this device, designed to measure the parameters of liquid metal, is the complexity of the design and the destruction of a significant part of the device directly during one measurement under the influence of high temperatures. In addition, the flexible connection of the tip and contact holder with a complex surface is susceptible to oxidation, quickly fails and distorts the measurement readings. Another disadvantage of this device is that the rod is hollow, and the flexible electric

провода требуют специальной изоляции относительно тела штанги. Кроме того, конструкция известного устройства непригодна для определения концентрации кислорода в расплаве меди свыше 0,15%, а измерение концентрации кислорода производится не в процессе проведения плавки, т.е. производится только констатация факта потому, что исправить концентрацию уже невозможно т.к. плавка металла уже закончена.wires require special insulation relative to the body of the rod. In addition, the design of the known device is unsuitable for determining the oxygen concentration in the copper melt over 0.15%, and the measurement of the oxygen concentration is not carried out during the melting process, i.e. only a fact is ascertained because it is already impossible to correct the concentration since metal melting is already completed.

Технической задачей предлагаемого устройства является расширение зоны измерения концентрации кислорода в расплаве, упрощение конструкции самого устройства и снижение погрешностей в показаниях при проведении измерений.The technical task of the proposed device is to expand the zone for measuring the concentration of oxygen in the melt, simplifying the design of the device itself and reducing the errors in the readings during measurements.

Указанная техническая задача достигается тем что в предложенном устройстве для определения концентрации кислорода в жидком металле, содержащем корпус, внутри которого расположен токопроводящий элемент с изоляторами, на одном конце корпуса закреплен наконечник с рабочим органом, а на противоположном конце корпуса закреплен измерительный блок, наконечник выполнен съемным, рабочий орган выполнен в виде мембраны из активного по отношению к кислороду в расплаве металла материала, а токопроводящий элемент выполнен в виде жесткого стержня из двух частей, одна из которых установлена в средней части корпуса, а другая часть в наконечнике, причем передний торец токопроводящего стержня, в наконечнике, расположен со смещением относительно диафрагмы, выполненная из графитсодержащего материала, измерительный блок дополнительно снабжен узлом измерения времени, выполненным в виде секундомера, наружная поверхность наконечника снабжена огнеупорным слоем, а внутренняя поверхность изолятором в виде асбестовой набивки.The specified technical problem is achieved by the fact that in the proposed device for determining the oxygen concentration in a liquid metal containing a housing, inside which a conductive element with insulators is located, a tip with a working body is fixed at one end of the housing, and a measuring unit is fixed at the opposite end of the housing, the tip is removable , the working body is made in the form of a membrane made of a material active with respect to oxygen in the molten metal, and the conductive element is made in the form of a rigid rod of two parts, one of which is installed in the middle part of the housing, and the other part in the tip, and the front end of the conductive rod, in the tip, is displaced relative to the diaphragm, made of graphite-containing material, the measuring unit is additionally equipped with a time measuring unit made in the form stopwatch, the outer surface of the tip is equipped with a refractory layer, and the inner surface of the insulator in the form of asbestos packing.

На графической части изображен продольный разрез предлагаемого устройства.On the graphic part shows a longitudinal section of the proposed device.

Как показано на графической части, предлагаемое устройство для измерения концентрации кислорода в расплаве меди содержит As shown in the graphic part, the proposed device for measuring the concentration of oxygen in a copper melt contains

металлический корпус 1, внутри которого параллельно продольной оси 2 на изоляторах 3 и 4 установлена часть стержня 5 с клеммой 6 и массовая клемма 7. В верхней части корпуса закреплена металлическая втулка с измерительным блоком 8 с секундомером (не показано). Секундомер может быть и не встроенным в измерительный блок 8. С нижней стороны корпуса 1 расположен съемный наконечник 9, в центральной части которого установлена другая часть стержня 10, закрепленная в гайке 11 и в изоляторе 12. Со стороны переднего торца 13 наконечника 9 плотно установлена диафрагма 14 с зазором 15 по отношению к торцу стержня 10. Наружная поверхность наконечника 9 снабжена огнеупорным слоем 16 (преимущественно в виде обмазки), внутренняя полость 17 снабжена втулкой 18 (преимущественно из огнестойкого материала, например из асбеста). На стержне 5 между изолятором 4 и клеммой 19 расположена пружина 20 с опорой 21. Сам измерительный блок 8 закреплен на корпусе 1 устройства на металлической втулке 22.a metal case 1, inside of which, parallel to the longitudinal axis 2, on insulators 3 and 4, a part of the rod 5 with terminal 6 and the mass terminal 7 is installed. A metal sleeve with a measuring unit 8 with a stopwatch (not shown) is fixed in the upper part of the case. The stopwatch may not be integrated in the measuring unit 8. On the lower side of the housing 1 is a removable tip 9, in the central part of which another part of the rod 10 is mounted, fixed in the nut 11 and in the insulator 12. From the front end 13 of the tip 9, the diaphragm is tightly installed 14 with a gap 15 in relation to the end face of the rod 10. The outer surface of the tip 9 is provided with a refractory layer 16 (mainly in the form of a coating), the inner cavity 17 is provided with a sleeve 18 (mainly of flame-retardant material, such as asbestos). On the rod 5 between the insulator 4 and the terminal 19 is located a spring 20 with a support 21. The measuring unit 8 itself is mounted on the housing 1 of the device on a metal sleeve 22.

Сборка предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Сначала производится сборка верхней части устройства. Для этого на стержне 5 закрепляется клемма 19 и сверху заводится опора 21 с пружиной 20. После этого надевается изолятор 4 и изолятор 3. Затем стержень 5 со всеми установленными на нем элементами вводится внутрь корпуса 1. К клеммам 6 и 7 прикрепляются гибкие провода устанавливается измерительный блок 8 и закрепляется на металлической втулке 22. Затем производится сборка нижней части устройства. В отверстие изолятора 12 вставляется стержень 10 и закрепляется гайкой 11. После этого стержень 10 заводится в полость 17 наконечника 9, на котором, на наружной поверхности со стороны торца 13 нанесен слой огнеупорного покрытия 16. После этого корпус 1 соединяют с наконечником 9, например с помощью резьбы. В процессе соединения торец гайки 11 упирается в торец клеммы 19, сжимает пружину 20 и плотно соединяет стержни 5 и 10 между собой. После этого все устройство переворачивается и со стороны торца 13 в полость 17 The assembly of the proposed device is as follows. First, the top of the device is assembled. To do this, terminal 19 is fixed on the rod 5 and a support 21 with a spring 20 is placed on top. After that, the insulator 4 and the insulator 3 are put on. Then the rod 5 with all the elements installed on it is inserted into the housing 1. Flexible wires are attached to the terminals 6 and 7; block 8 and is fixed on a metal sleeve 22. Then the bottom part of the device is assembled. A rod 10 is inserted into the bore of the insulator 12 and secured with a nut 11. After that, the rod 10 is inserted into the cavity 17 of the tip 9, on which, on the outer surface from the side of the end 13, a layer of refractory coating 16 is applied. After that, the housing 1 is connected to the tip 9, for example, using thread. During the connection, the end face of the nut 11 abuts against the end of the terminal 19, compresses the spring 20 and tightly connects the rods 5 and 10 to each other. After that, the entire device is turned over and from the side of the end 13 into the cavity 17

устанавливается не менее 2 втулок 18 с асбестом, причем одна из втулок 18 располагается на уровне верхнего торца мембраны 14, выполненной из графита. После установки втулок 18 мембрана 14 закрепляется в наконечнике 9 (например специальной мастикой) и на этом сборка устройства заканчивается.at least 2 bushings 18 with asbestos are installed, one of the bushings 18 being located at the level of the upper end of the membrane 14 made of graphite. After installing the bushings 18, the membrane 14 is fixed in the tip 9 (for example, with special mastic) and this completes the assembly of the device.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Сначала на контакты 6 и 7 подается напряжение, а сам наконечник опускается в расплав металла на некоторую величину и включается измерительный блок Секундомер начинает отсчитывать время, которое будет учтено при определении концентрации кислорода в расплаве. Как только торец 13 вместе с диафрагмой погрузится в расплав, материал диафрагмы 14 начнет реагировать с кислородом по следующей реакции:The work of the proposed device is as follows. First, voltage is applied to contacts 6 and 7, and the tip itself is lowered into the molten metal by a certain amount and the measuring unit is turned on. The stopwatch starts counting the time, which will be taken into account when determining the oxygen concentration in the melt. As soon as the end face 13 together with the diaphragm plunges into the melt, the material of the diaphragm 14 will begin to react with oxygen by the following reaction:

Сu₂О+С=2Сu+СO₂ Cu ₂ O + C = ₂ Cu + CO ₂

При протекании химической реакции с кислородом тело диафрагмы 14 разрушается, и как только стенка разрушится, расплав из ванны печи попадет в полость 15 заполнит ее, электрическая цепь через стержни 5, 10 и клемму 19 замкнется на массу расплава и сразу прекращается отсчет времени. Затем устройство удаляется из печи и производится расчет концентрации кислорода по определенной формуле. После удаления из печи устройства наконечник 9 снимается из корпуса 1, на его место устанавливается новый и можно повторно производить замер.When a chemical reaction with oxygen occurs, the body of the diaphragm 14 is destroyed, and as soon as the wall is destroyed, the melt from the furnace bath enters the cavity 15, fills it, the electric circuit through the rods 5, 10 and terminal 19 closes to the mass of the melt and the countdown immediately stops. Then the device is removed from the furnace and the oxygen concentration is calculated according to a certain formula. After removal of the device from the furnace, the tip 9 is removed from the housing 1, a new one is installed in its place and measurement can be repeated.

Использование предлагаемого технического решения позволяет определить фактическую концентрацию кислорода в расплаве металла и по результатам измерения ее доводить до требуемого значения. Это позволит резко сократить затраты на производство чистого металла, повысить его качество непосредственно на стадии огневого рафинирования. По сравнению с известными конструкциями устройств для определения концентрации кислорода в металле предлагаемое устройство позволит сократить время на проведения анализа, получить достоверную информацию о концентрации Using the proposed technical solution allows you to determine the actual concentration of oxygen in the molten metal and according to the measurement results bring it to the desired value. This will dramatically reduce the cost of producing pure metal, improve its quality directly at the stage of fire refining. Compared with the known designs of devices for determining the concentration of oxygen in the metal, the proposed device will reduce the time for analysis, to obtain reliable information about the concentration

кислорода в расплаве и сократить выпуск металла с повышенной концентрацией кислорода.oxygen in the melt and reduce the release of metal with a high oxygen concentration.

Claims

1. A device for determining the concentration of oxygen in liquid metal, comprising a housing, inside which a conductive element is insulated from the housing, a tip with a working body is fixed at one end of the housing, and a measuring unit is fixed at the opposite end of the housing, characterized in that the tip is removable, the working body is made in the form of a membrane of an oxygen active material present in the molten metal, a material, the conductive element is made in the form of a rigid rod, consisting of two parts, one of which is rigidly mounted in the middle part of the body, and the other part in the tip.

2. A device for determining the concentration of oxygen in a liquid metal according to claim 1, characterized in that the measuring unit is additionally equipped with a time measurement unit, for example, a stopwatch.

3. A device for determining the concentration of oxygen in a liquid metal according to claim 1, characterized in that the protective layer on the outer surface of the tip is made in the form of a refractory coating, and the insulator of the inner cavity in the form of asbestos packing.

4. A device for determining the concentration of oxygen in a liquid metal according to claim 1, characterized in that the end face of the conductive rod in the tip is mounted with an offset relative to the membrane, and the conductive rod in the housing is made movable in the axial direction.