DE2035882C3

DE2035882C3 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Sauerstoffgehalts einer Metallschmelze

Info

Publication number: DE2035882C3
Application number: DE19702035882
Authority: DE
Inventors: Frederick Denys Prof. Epsom Surrey Richardson (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-07-21
Filing date: 1970-07-20
Publication date: 1980-04-17
Also published as: GB1281718A; DE2035882B2; DE2035882A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Sauerstoffgehalts einer

Metallschmelze gemäß Oberbegriff des Anspruchs I.

Aus der GB-PS 10 94 180 ist es bekannt, den festen Elektrolyt als kurzen Pflock aus einem aus Quarz bestehenden Schutzrohr vorstehen zu lassen. Die Abdichtung gegen die Austrittsöffnung erfolgt durch Andrücken mittels Federdruck oder übergelagertes feuerfestes Material. Diese Vorrichtung kann nur für eine einzige Messung verwendet werden. Für jede Messung muß der Elektrolyt mit seinem Halterihigsrohr und dem Ableitdraht von der Sonde getrennt und ausgetauscht werden. Dies bedeutet Arbeitsaufwand und hohe Kosten. Außerdem können kontinuierliche Messungen mit dieser Vorrichtung nicht durchgeführt werden.

Bei weiteren aus der FR-PS 15 40 657 und der GB-PS 10 89 607 bekannten Vorrichtungen hat der feste Elektrolyt die Gestalt eines geraden oder gebogenen Rohres und dieses verhältnismäßig dünnwandige Rohr ist mit einer Inneneinrichtung versehen. Solche Vorrichtungen sind schwierig herzustellen und sehr empfindlich gegen mechanische und thermische Stoßbeanspruchungen. Außerdem ist noch eine weitere stabförmige Elektrode aus Molybdän oder Wolfram erforderlich, was Materialkosten sowie eine empfindliche Stelle bedeutet

Eine ältere Patentanmeldung (DE-OS 19 06 388) betrifft eine dem Aümeldungsgegenstand gattungsgleiche Vorrichtung. Bei dieser Vorrichtung ist der Festelektrolyt von einem äußeren Rohr umgeben, das gegen mechanische, thermische und chemische Beanspruchung widerstandsfähig ist und eine Kontaktelektrode zur Schmelze bildet. Außerdem ist zwischen dem äußeren Rohr und dem Festelektrolyten ein Ring aus hitzebeständigem Material angeordnet und mittels Zementschichten festgehalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Sauerstoffes in Metallschmelzen mitteis Messung der EMK zu schaffen, die widerstandsfähiger gegen thermische und mechani- ·■■ sehe Schocks ist. Ferner soll die Vorrichtung leicht herzustellen, leicht zu handhaben und von langer Lebensdauer sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ■ gelöst

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet

Abweichend von den bekannten Vorrichtungen wird das Potential zwischen dem Ableitdraht des Elektrolyt- - Stabes und dem äußeren Rohr abgenommen. Als Bezugsmedium mit bestimmtem Sauersloffpotential wird ein Zweiphasengemisch aus einem Metall und dessen Oxid verwendet.

Der feste Elektrolyt besteht beispielsweise aus ' · Zirkoniumoxid mit einem Gehalt an Calciumoxid oder Yttriumoxid oder einem anderen Material, das allein oder hauptsächlich durch die Bewegung von Sauerstoffionen leitend ist

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird die in " den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform besehrieben.

F i g. I ist ein Längsschnitt der Vorrichtung.

Die Fig.2 und 3 zeigen Einzelheiten an dem einen Ende des Elektrolytclements.

' Bei der Ausführungsform nach F i g. I sind zwei oder mehrere aus sinem festen Elektrolyten bestehende Stäbe oder Bänder A\ und A₂, die etwa 3 cm lang sind, in den Aluminiumoxidring B eingekittet Hierzu wird ein

Oxidzement 6 verwendet, der hauptsächlich aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid oder anderen inaktiven Oxiden besteht Diese Oxide müssen dem Eindringen von flüssigem Metall, beispielsweise Kupfer, und/oder Gasen Widerstand leisten und dürfen das elektrische Verhalten des Elektrolyten nicht störend beeinflussen.

An den oberen Enden 1 und 2 der Stäbe und Bänder A, und A₂ sind Platindrähte 3 und 4 durch Umwicklung befestigt. Vorher wurden die Enden 1 und 2 platinisiert oder mit Platinfolie ummantelt Die Drähte 3 und 4 sind in Doppelrohrisolatoren 5 so zum Kopf der als Sonde dienenden Vorrichtung geführt daß sie miteinander oder mit einem äußeren aus Metall oder Cermet bestehenden Schutzrohr Coder mit einem Rohr D nicht in Berührung kommen können.

Die oberen Enden der Stäbe A\ und A7 werden in einem Luftstrom gehalten, der bei den Pfeilen 8 in das Rohr D eintritt und bei den Pfeilen 9 am unteren Rand des Rohres D in den Ringraum zwischen Rohr D und dem äußeren Schutzrohr Cumgelenkt v/ird. Das Rohr D kann aus einem inerten feuerfesten Oxid oder aus rostfreiem Stahl bestehen.

Die von dem Aluminiumoxidring B umfaßte und die Stäbe A\ und A₂ enthaltende Einheit ist in das Schutzrohr C mit einem Kitt 7 eingekittet Der Kitt 7 muß für das Material von Aluminiumoxidring B und Schutzrohr C ausreichende Haftfähigkeit haben und kann elektrisch leitfähig sein im Gegensatz zu dem innerhalb des Aluminiumoxidrings B verwendeten Kitt. Zemente auf Basis von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder mit Chrom gemischtem Aluminiumoxid sind verwendbar.

Das Schutzrohr C hat an seinem unteren Ende eine verlängernde Zunge E, deren freies Ende einige Zeit vor dem Eintauchen der Sonde in die Schmelze eingetaucht wird, um Wärme aus der Schmelze zu dem festen Elektrolyten und den ihn umgebenden Teilen zu leiten. Hierdurch wird der Wärmeschock beim Eintauchen der

Sonde verringert.

Die unteren Enden der Stäbe A\ und A₁ werden beim Betrieb der Vorrichtung unterhalb des Niveaus L vollständig in die Schmelze eingetaucht, und es wird die EMK zwischen den oberen und unteren Enden gemessen. Die Messung wird zwischen X\ und Y und zwischen X₂ und V'abgenommen.

Die Gestaltung des festen Elektrolyten in Form von Stäben oder Bändern bietet den Vorteil, daß diese mit geringen Kosten und ohne Schwierigkeiten herstellbar sind und eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Wärrneschock haben. Ein weiterer Vorteil besteht im folgenden:

Wenn die EMK zwischen X\ und Kund zwischen X2 und Y kontinuierlich abgenommen bzw. aufgezeichnet wird, so zeigt der Vergleich der beiden EMK's, daß die Zelle einwandfrei und genau arbeitet, und daß Änderungen der festgestellten EMK's nur durch Änderungen des Sauerstoffpotentials der Schmelze verursacht sind. Es kann vorteilhaft r,c^;n, daß man drei oder noch mehr Stäbe oder Bänder vorsieht und die Sonde nur verwirft, wenn zwei EMK's nicht übereinstimmen.

Als Bezugsmedium mit bestimmtem Sauerstoffpotential kann ein Zweiphasengemisch z. B. aus einem Metall und dessen Oxid verwendet werden. Geeignet ist z. B. abhängig von der Temperatur Nickel und Nickeloxid oder Kupfer und Kupfer-l-oxid.

Das als Bezugselektrode dienende Gemisch mit bestimmtem Sauerstoffpotential wird auf die oberen Enden der Stäbe A\, A7 gebracht. Ein mäßiger Strom von sauerstofffreiem Argon oder Stickstoff wird über das Rohr D durch die Zelle geleitet, so daß die in ihr befindliche Luft hinausgespült wird.

Das Zweiphasengemisch W (Metall und sein Oxid) wird mit dem eingebetteten Platindraht 3 (oder 4), wie in F i g. 2 gezeigt, in einen Hohlraum am oberen Ende der Stäbe A\, A₂ gebracht, oder es wird, wie in Fig.3 gezeigt, rund um den Kopf der Stäbe gesintert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung des Sauersioffgehalts einer Metallschmelze

mit einem Festelektrolyten, der mit einem Bereich seiner Oberfläche in Kontakt mit der Metallschmelze bringbar ist,

mit Mitteln zur Beaufschlagung eines anderen Bereichs der Oberfläche des Festelektrolyten mit einem Bezugsmedium von definiertem Sauerstoffdruck,

mit einem den Festelektrolyten umschließenden Ring aus hitzebeständigem Material, der mittels eines elektrisch inaktiven und das Eindringen von Gasen oder flüssigem Metall zwischen Ring und Festelektrolyt verhindernden Zements mit dem Festelektrolyt verbunden ist,
mit einem elektrisch leitenden Schutzrohr, in das der Ring mittels das Eindringen von Gas oder flüssigem Metall zwischen Schutzrohr und Ring verhinderndem Zement eingekittet ist und das eine stirnseitige Öffnung aufweist über die flüssiges Metall beim Eintauchen des Schutzrohrs in die Metallschmelze zum Festelektrolyten gelangt, sowie
mit einer Meßeinrichtung zur Feststellung der Potentialdifferenz zwischen dem einen und dem anderen Bereich des Festelektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Feslelt;ktrolyt die Form eines Stabes (A 1 bzw. Λ 2) mit rundem oder rechteckigem Querschnitt hat,

b) der Ring (B)aus Aluminiumoxid besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer stabförmiger Festelektrolyt (A 1, A 2) in den· Ring (B) einzementiert ist

3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den anderen Bereich bildende eine Ende jedes Stabes (A 1, A 2) platinisiert oder mit Platinfolie ummantelt ist, daß an diesem einen Ende jeweils ein Platindraht (3, 4) durch Umwicklung befestigt ist, und daß die Platindrähte (3, 4) isoliert zur Meßeinrichtung geführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Gemisch ("Wjeines Metalls mit seinem Oxid bestehen, welches mit dem den anderen Bereich bildenden einen Ende jedes Stabes (A 1./I 2) in Kontakt steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Stäbe (A 1, A 2) einem sauerstofffreien Argon· oder Stickstoffstrom ausgesetzt sind, zu dessen Zuführung ein Rohr (D) aus feuerfestem Oxid oder rostfreiem Stahl in dem Schutzrohr (C) angeordnet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platindrähte (3,4) durch das Gemisch hindurchgeführt sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (C) an seinem in die Metallschmelze eintauchenden Ende eine das Schutzrohr verlängernde Zunge (7S]J aufweist