SU1000880A1 - Датчик дл измерени активности кислорода в стали - Google Patents

Description

() ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОСТИ КИСЛОРОДА В СТАЛИ

1

Изобретение относитс  к черной металлургии, а именно к измерению активности кислорода в жидкой стали методом ЭДС концентрационного элемента , и может быть использовано дл  дискретного определени  окисленное т и металла.

Известен датчик дл  измерени  активности кислорода, содержащий твердый электролит и электрод сравнени , причем электрод сравни  помещен в герметичную камеру til.

Недостатками Данного датчика  вл ютс  сложность в изготовлении, недостаточна  точность анализа и короткий срок работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  датчик дл  измерени  активности кислорода в стали, содержащий твердый электролитi нанесенный на пристый электрод сравнени  2.

Недостатками известного датчика  вл ютс  низка  точность измерений

и непродолжительность анализа, заключающа с  в образовании трещин в твердом электролите и устанавлении пр мого электрического контакта стали с электродом сравнени .

Причиной образовани  трещин  вл етс  большое различие в коэффициентах теплового расширени  материалов, из которых изготовленыfэлементы устройства .

10

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в датчике дл  измерени  активности кислорода в стали, содержащем

15 твердый электролит, нанесенный на пористый электрод сравнени , электрод сравнени  выполнен с общей пористостью от 20 до 70%, а размер пор выбран в пределах от 10 до 40 мкм.

20

В пористых.материалах коэффициент теплового расширени  ниже, чем в сплошных материалах того же состава. Это происходит потому, что часть вом расширении не воздействует на соседние зерна, расшир етс  как бы в пустоту. Поэтому в пористых материалах коэффициент теплового расширени  зависит не только от физических свойств вещества, но и от размера пор и х количества (пористости). Наибольший размер пор (0 мкм) установлен из соображений получени  .плотного сло  твердого электролита, нанесенного на электрод сравнени . При величине пор более мкм слой твердого электролита получаетс  несплошным . Большие поры на поверхности стержн -электрода сранени  не зат гиваютс  слоем твердого электролита , нанесенным на этот стержень. Металл затекает в эти неплотности, образу .непосредственный электрическии контакт с электродом сравнени . При этом измерени  активности кислорода не получаетс . Наличие (+) и отсутствие (-) трещин зависимости от пористости электрода

Из табл. 1 видно, что дл  каждой пары материалов дл  электрода сравнени  и твердого электролита имеетс  свой оптимальный интервал значений пористости твердого электролита. В общем, дл  всех материалов дл  твердого электролита и электрода сравнени , которые предпочтительно используютс  дл  измерени  активности кислорода в жидкой стали, оптимальна  пористость электрода сравнени  лежит в пределах 20-70%. Данные табл. 1 служат обоснованием граничных значений пористости (при пористости менее 20%,и более 70 устройство будет неработоспособно, так как в слое твердого электролита возникнут трещины, что приведет к короткому замыканию электрической цепи датчика ) .

Выполнили сравнение точности показаний предлагаемого датчика с точностью показаний прототипа. 8 сравниваемых датчиках электродом сравнени   вл лс  Сг с добавкой 5 СглО-,. В качестве твердого электролита использовали двуокись циркони , стабилизированную добавкой 15 окиси иттри . В предлагаемом датчике электролит сравнени  имел размер пор мкм, а обща  пористость составл ла S0%.

Расплавное железо, нагретое до 1575°С, обдували кислородом до тех пор, пока на поверхности расплава по вл лась устойчива  пленка окислов, выбран из соображений удобства контрол  наименьшего размера пор и дл  поддержани  размера пор в узких пределах ( мкм), что необходимо дл  выбора оптимальных пределов общей пористости. Оптимальные пределы общей пористости определили экспериментально. На стержни диаметром 2 мм с различной общей пористостью, изготовленные из порошков Сг с 5 Cr, или из Т с 5 Ti02 (электрод сравнени ). плазменным напылением наносили слои твердого электролита из ZrO2 и Тп02, стабилизированных толщиной 200-3000 мкм. Изготовленные таким образом датчики погружали в жидкую сталь с температурой на 3-5 с. После извлечени  из жидкой стали датчики исследовали на наличие трещин в слое твердого электролита . Результаты приведены в табл. 1 Таблица в слое твердого электролита в сравнени 

51000880 , 4

Это свидетельствовало о том, что ак- В этих услови х произвели по 5 тивность кислорода в металле достиг- ,измерений активности кислорода в ла максимального значени , которое стали датчиком-прототипом и предлапри указанной температуре состав- гаемым датчиком. Результаты измел ет 0,22%;5 рений приведены в табл. 2.

Сравнение точности измерени  активности кислорода с помощью прототипа и с помощью предлагаемого датчика

Показатели

Прототип

0,155;0,185; 0,U5;0,195; 0,170

Средн   величина , ,

Систематическа  О(иибка, абс . %

Среднеквадрати- ческа  ошибка,

отн, 5$

Продолжительность показаний, с

Из табл. 2 видно, что предлагаемый датчик обеспечивает более точные показани  по сравнению с прототипом . Систематическа  ошибка пока заний предлагаемого датчика равна нулю, а в протОт.ипе 0,05%. Среднеквадратична  ошибка уменьшена с 2k,2% (в прототипе) до 7,20%.

Исследование показало, что причиной низкой точности измерений активности кислорода с помощью датчикапрототипа  вл етс  наличие трещин в слое твердого электролита.

На чертеже изображен предлагаемый датчик дл  определени  активности кислорода в жидкой стали, общий вид.

Датчик состоит из электрода 1 сравнени , выполненного из смеси металла с его окислом, например C. или Ti+Ti02 в виде стержн  с пористостью 20-70% с размером пор lO-tO мкм, и твердого электролита 2, в качестве которого используютс .

Т а б л и ц а 2

Предлагаемый датчик

0,22

0,22

0,220;0,215;0,230; 0,225;0,210

0,220 0,00

7,20

например, стабилизированные двуокись циркони  или окись тори , нанесенные тонким слоем на электрод сравнени , токосъемника 3 от жидкого металла и контактов Ц, которые закреплены в корпусе разъема 5 и закрыты защитным экраном б.

Датчик работает следующим образом, Дл  определени  активности кислорода датчик погружаетс  в жидкий металл. За счет разницы окислительного потенциала среды по обе стороны твердого электролита 2 на ercf стенках возникает скачок потенциала. С внутренней стороны твердого электролита 2 потенциал снижаетс  через электрод 1 сравнени  и контакт k, а с наружной стороны - через жидкий металл с помощью токосъемника 3 и контакта . По разности потенциалов

-г рассчитывают активность кислорода.

Применение предлагаемого датчика при производстве стали в конвертерных цехах позвол ет повысить качест-

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Датчик для измерения активности кислорода в стали, содержащий твердый электролит, нанесенный на пористый электрод сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, электрод сравнения выполнен с общей пористостью от 20 до 70%, а размер пор выбран в пределах от 10 до

   5 40 мкм.