測(cè)量爐渣中電化學(xué)氧活度的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種浸入式測(cè)量傳感器，其用于測(cè)量漂浮在熔池上的形成液態(tài)層的非金屬材料的電化學(xué)活性，所述浸入式測(cè)量傳感器包括：固體電解質(zhì)電化學(xué)元件，所述電化學(xué)元件布置在帶有對(duì)電極的保持器中，其中，當(dāng)插入所述液態(tài)層時(shí)，由耐熱材料構(gòu)成的保護(hù)覆蓋物布置在所述對(duì)電極上，而所述電化學(xué)元件沒(méi)有保護(hù)層。
【專利說(shuō)明】
測(cè)量爐渣中電化學(xué)氧活度的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種借助于具有電化學(xué)元件和對(duì)電極的測(cè)量單元測(cè)量漂浮在熔池上的液態(tài)非金屬層的電化學(xué)氧活度的方法，電化學(xué)元件具有活性部分。測(cè)量單元穿過(guò)液態(tài)非金屬層浸入到金屬熔池中，電化學(xué)元件的活性部分被該層液態(tài)非金屬材料覆蓋。液態(tài)非金屬覆蓋物保持在電化學(xué)元件的表面，該覆蓋物特別是形成為使得要測(cè)量的材料能夠附著在上述表面上，直到測(cè)出電化學(xué)氧活度。在將電化學(xué)元件浸入熔池中的熔融金屬之后，執(zhí)行測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種借助于具有電化學(xué)元件和對(duì)電極的測(cè)量單元測(cè)量漂浮在熔池上的液態(tài)非金屬層的電化學(xué)活度的方法，電化學(xué)元件具有活性部分。進(jìn)一步講，本發(fā)明涉及一種測(cè)量電化學(xué)氧活度的測(cè)量單元。
[0003]通常不僅需要執(zhí)行對(duì)熔池的測(cè)量，而且也要執(zhí)行對(duì)漂浮在熔池上的層的測(cè)量。比如在生產(chǎn)鋼鐵時(shí)需要對(duì)冶金處理的過(guò)程進(jìn)行評(píng)估以測(cè)量熔渣中的氧勢(shì)。
[0004]從Radexrundschau 1990，第236頁(yè)到第243頁(yè)得知，直接在熔渣中實(shí)施氧的測(cè)量。這里，將常用的電化學(xué)傳感器浸入并保持在熔渣中。電化學(xué)傳感器安裝有帶有對(duì)電極和電化學(xué)元件的測(cè)量單元。電化學(xué)元件由布置在基準(zhǔn)材料中的基準(zhǔn)電極以已知的方法形成。再用小固體電解質(zhì)管?chē)@基準(zhǔn)材料。這樣的測(cè)量單元例如也可從EP O 108 431中得知。這些測(cè)量單元都被用于熔池中氧活度的測(cè)量，這樣的測(cè)量單元在穿過(guò)漂浮在熔池上的一層物質(zhì)(比如熔渣)時(shí)本身被保護(hù)帽保護(hù)。
[0005]已知的對(duì)位于熔池上方的熔融層(比如熔渣)的氧活度的直接測(cè)量需要知道電化學(xué)元件在要測(cè)量的層中的準(zhǔn)確位置。這一層通常相對(duì)比較薄(例如，鋼包渣層大約厚O到15厘米)，所以電化學(xué)元件的位置偏離通常還會(huì)引起測(cè)量結(jié)果的偏離。因此，由于無(wú)法容易地確定熔池的表面水平，經(jīng)常需要花費(fèi)相對(duì)大量的精力和成本來(lái)精確布置測(cè)量單元。因此定位步驟需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的探頭浸入時(shí)間，從而導(dǎo)致例如對(duì)電極和測(cè)量導(dǎo)線出現(xiàn)損壞。
[0006]此外，通過(guò)提取凝固的和部分再熔的熔渣樣品來(lái)進(jìn)行分析是眾所周知的渣樣分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種以最少的成本支出獲得電化學(xué)氧活度的精確測(cè)量結(jié)果的方法。另一目的是在少于I分鐘的總測(cè)量時(shí)間里提供這些現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果。此外，本發(fā)明旨在提供合適的電化學(xué)元件和用于這些測(cè)量的測(cè)量單元。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，具有上述特征的方法的任務(wù)以如下方式完成:測(cè)量單元穿透液態(tài)非金屬層浸入熔池，電化學(xué)元件的活性部分在穿過(guò)液態(tài)非金屬層時(shí)被該材料層包圍和覆蓋，在緊隨后的浸入熔融金屬期間該材料保持在電化學(xué)元件的表面。在測(cè)量期間，在浸入熔融金屬(而不需要測(cè)量單元位于熔渣中)時(shí)獲得測(cè)量結(jié)果。熔池里的溫度分布比漂浮在熔池上的要測(cè)量氧活度的層的溫度分布要均勻得多，從而溫度起伏對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響比已知的直接測(cè)量方法要小得多。測(cè)量可以在周?chē)鷹l件幾乎不變的情況下進(jìn)行，以便可以獲得可重復(fù)和/或可比較的測(cè)量結(jié)果。
[0009]應(yīng)該了解到，測(cè)量單元是包含至少一個(gè)電化學(xué)元件和對(duì)電極的裝置，對(duì)電極布置為緊挨著電化學(xué)元件或者遠(yuǎn)離電化學(xué)元件。對(duì)電極能夠例如固定在熔融容器的壁上或者為該壁的一部分。在這種情況下，當(dāng)然地，對(duì)電極自然而然不會(huì)穿透液態(tài)非金屬進(jìn)入熔池。由于熔池通常具有足夠的高度，所以不需要測(cè)量單元在熔融金屬中的精確放置。
[0010]對(duì)于增加測(cè)量的精確度和再現(xiàn)性，已經(jīng)證明，有益的是，在使測(cè)量單元的插入端穿過(guò)液態(tài)非金屬層時(shí)，對(duì)電極被一層硬紙板保護(hù)，以致熔渣不凝固在對(duì)電極表面，使得對(duì)電極能夠直接與熔池接觸。
[0011]測(cè)量單元的任務(wù)是利用電化學(xué)元件和對(duì)電極測(cè)量熔池上的液態(tài)非金屬層的電化學(xué)活性，電化學(xué)元件布置在保持器上且包括具有活性部分的小固體電解質(zhì)管，該任務(wù)以如下方式實(shí)現(xiàn):將電化學(xué)元件和對(duì)電極布置在熔池中，使得活性部分被要測(cè)量的非金屬層的材料包圍，對(duì)電極的至少一部分直接與熔池接觸，也就是說(shuō)，電解質(zhì)管并不是完全被要測(cè)量的非金屬層的材料包圍。與熔池直接接觸的對(duì)電極產(chǎn)生了特別精確的測(cè)量結(jié)果。已經(jīng)證明對(duì)于獲得精確測(cè)量結(jié)果有益的是，電化學(xué)元件的活性部分形成為電化學(xué)元件的環(huán)形表面區(qū)域。在使用前，對(duì)電極可以被比如硬紙板等保護(hù)層保護(hù)。該保護(hù)層在穿透要測(cè)量的層或者進(jìn)入熔池時(shí)熔毀，并且阻止要測(cè)量的層的材料附著在對(duì)電極上。
[0012]方便的是，小固體電解質(zhì)管的插入端是裸露的。在非常具有流動(dòng)性的熔渣的情況下，熔渣的表面可以被電絕緣材料覆蓋，并且插入端和耐熱體之間的區(qū)域沒(méi)有被覆蓋。三氧化二鋁和氧化鎂被證明尤其適合作為覆蓋材料。方便的是，插入端沿著耐熱體的方向最大可以覆蓋有6毫米的材料，尤其是覆蓋長(zhǎng)度大約是2.5毫米。這樣的覆蓋確保要測(cè)量的材料層附著在電化學(xué)元件上，使得可以在上述層下方的熔池中執(zhí)行活性測(cè)量。自然地，例如在一定距離處，對(duì)上述材料使用合適的機(jī)械采集設(shè)備以包圍電化學(xué)元件的管的形式，使要測(cè)量的材料層能以不同的方式附著在小固體電解質(zhì)管上。
[0013]此外，已經(jīng)證明有益的是，電化學(xué)元件從耐熱體中伸出大約9到13毫米，尤其是大約11毫米。這樣的尺寸能夠良好地確保要測(cè)量的材料附著至電化學(xué)元件，并且還確?？煽康販y(cè)量該材料的活度。而且，方便的是，因?yàn)殡娀瘜W(xué)活性還與溫度有關(guān)，所以可以在電化學(xué)元件中布置熱電偶，并因此可以對(duì)可能的溫度起伏的影響加以考量。
[0014]浸入式測(cè)量傳感器的任務(wù)是利用布置在保持器上的電化學(xué)元件和對(duì)電極測(cè)量漂浮在熔池上的液態(tài)非金屬層的電化學(xué)活性，該任務(wù)以如下方式實(shí)現(xiàn):當(dāng)對(duì)電極浸入液態(tài)非金屬層時(shí)，非耐火材料的保護(hù)層設(shè)置到對(duì)電極上，并且當(dāng)電化學(xué)元件浸入液態(tài)非金屬層時(shí)，電化學(xué)元件沒(méi)有保護(hù)層。對(duì)電極的保護(hù)層阻止對(duì)電極在穿過(guò)熔渣層時(shí)被熔渣覆蓋。保護(hù)層在熔渣層下方的熔池中融化，例如被燒毀或者被熔解掉。除了使用硬紙板之外，也可以使用其他材料，比如，具有低熔點(diǎn)的銅。當(dāng)對(duì)電極沒(méi)有被熔渣覆蓋時(shí)，熔渣可附著到電化學(xué)元件的表面上而且被插入到熔池中，由于沒(méi)有保護(hù)帽或者類(lèi)似的直接保護(hù)方式，熔渣能夠與電化學(xué)元件直接接觸。
[0015]已經(jīng)證明，有益的是，保護(hù)層由硬紙板來(lái)形成，在保持器的外側(cè)，對(duì)電極的整個(gè)表面優(yōu)選地被保護(hù)層覆蓋。此外，方便的是，電化學(xué)元件從保持器中伸出大約9到13毫米。在浸入式測(cè)量傳感器的優(yōu)選實(shí)施例中，保持器具有硬紙管，在硬紙管的插入端布置有由耐火材料制成的測(cè)量頭，圍繞電化學(xué)元件的對(duì)電極至少部分地呈環(huán)形，例如，對(duì)電極以金屬管的形式被引導(dǎo)穿過(guò)測(cè)量頭并且在測(cè)量頭的前部突出到測(cè)量頭之外。此外，方便的是，對(duì)電極的接觸部和電化學(xué)元件的接觸部位于保持器內(nèi)。這些接觸部以已知的方法與電子測(cè)量評(píng)估設(shè)備相連接。
[0016]根據(jù)本發(fā)明以如下方式實(shí)現(xiàn)，測(cè)量單元具有安裝在保持器上的電化學(xué)元件，使用測(cè)量單元和對(duì)電極來(lái)完成對(duì)漂浮在熔池上的液態(tài)非金屬層中的材料在熔池中的電化學(xué)活性的測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是依據(jù)本發(fā)明的帶有電化學(xué)元件的測(cè)量單元的具體范例，
[0018]圖2示出插入到熔融容器的測(cè)量元件，其中，熔渣附著在電化學(xué)元件上，對(duì)電極部分地被熔化且部分地被熔渣覆蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0019]依據(jù)圖1的測(cè)量單元具有電化學(xué)元件，電化學(xué)元件利用例如樹(shù)脂砂2等耐熱材料被灌封在保持器中。保持器由耐火材料3制成或者可以由與硬紙管4所支撐的灌封材料2—樣的材料構(gòu)成。被材料3圍繞的金屬管6在材料3的插入端露出。電化學(xué)元件7從由金屬部件16所形成的腔體的基底延伸出大約11毫米。電極5從電化學(xué)元件7伸出，經(jīng)由灌封材料2進(jìn)入由塑料材料形成的連接件13。連接件13支撐導(dǎo)體5的接觸部和金屬部件6的延伸件，這些進(jìn)而連接至遠(yuǎn)程電子測(cè)量設(shè)備。沒(méi)有示出配對(duì)的連接件和遠(yuǎn)程電子測(cè)量設(shè)備。對(duì)電極6由金屬管形成并包圍電極5且在測(cè)量單元的插入端從耐火材料伸出。重的鋼墊圈16壓力配合到金屬管6上且橫向地從金屬管6突出，這種組合形成對(duì)電極。該突出部分由一層硬紙板12包圍，這層硬紙板12在探頭10的插入端穿透漂浮在熔池頂部的液態(tài)非金屬層時(shí)阻隔熔渣附著。電化學(xué)探頭組件10的小固體電解質(zhì)管7被熔渣覆蓋，這部分熔渣被圈閉到在探頭的插入端由金屬環(huán)8形成的腔體里。該環(huán)是金屬的，然而也可以是陶瓷或者玻璃的，厚度大約為I毫米；當(dāng)然也可以更厚一些。
[0020]為了測(cè)量，將探頭組件10插進(jìn)漂浮在熔融鋼上的熔渣層中。這里，腔體里的熔渣包圍電化學(xué)元件7，以便熔渣基本上覆蓋電解質(zhì)表面。當(dāng)傳感器進(jìn)一步浸入到熔融金屬中時(shí)，金屬的壓力保持熔渣覆蓋在電解質(zhì)的表面。在電化學(xué)元件7的該區(qū)域中熔化的鋼迅速獲得溫度平衡，并且測(cè)量出液態(tài)熔渣層的氧活度。在對(duì)電極16穿過(guò)熔渣層時(shí)，布置在延伸的對(duì)電極16上的硬紙板12阻止熔渣附著到對(duì)電極16上。在這個(gè)測(cè)量過(guò)程中，在測(cè)量時(shí)對(duì)電極與熔融鋼直接接觸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種浸入式測(cè)量傳感器，其用于測(cè)量漂浮在熔池上的形成液態(tài)層的非金屬材料的電化學(xué)活性，所述浸入式測(cè)量傳感器包括:固體電解質(zhì)電化學(xué)元件，所述電化學(xué)元件布置在帶有對(duì)電極的保持器中，其中，當(dāng)插入所述液態(tài)層時(shí)，由耐熱材料(12)構(gòu)成的保護(hù)覆蓋物布置在所述對(duì)電極上，而所述電化學(xué)元件(7)沒(méi)有保護(hù)層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式測(cè)量傳感器，其中，所述保護(hù)層(12)包括硬紙板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式測(cè)量傳感器，其中，保護(hù)層(12)在所述保持器外側(cè)基本上覆蓋所述對(duì)電極(16)的全部表面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式測(cè)量傳感器，其中，所述電化學(xué)元件從腔體的基底朝浸入方向伸出大約9到13毫米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式測(cè)量傳感器，其中，所述保持器包括插入端，硬紙管(4)布置在所述保持器上，并且由耐火材料(3)構(gòu)成的測(cè)量頭布置在所述插入端，所述電化學(xué)元件(7)和所述對(duì)電極組件(16，6)布置在所述測(cè)量頭的前端，并且所述對(duì)電極(6)至少部分地圍繞所述電化學(xué)元件(I)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式測(cè)量傳感器，其中，所述對(duì)電極(6)包括接觸部，所述電化學(xué)元件(I)包括接觸部，并且所述接觸部被引導(dǎo)進(jìn)所述保持器內(nèi)部且與電子測(cè)量評(píng)估設(shè)備相連接。7.—種測(cè)量單元，其用于測(cè)量形成漂浮在熔池上的液態(tài)非金屬層的材料的電化學(xué)活性，且包括: 電化學(xué)元件，其布置在具有耐火體(3)的保持器中，所述電化學(xué)元件具有帶活性部分的小固體電解質(zhì)管(7)，對(duì)電極(6)與所述電化學(xué)元件是隔開(kāi)的，所述電化學(xué)元件(7)和所述對(duì)電極(6)適于布置在所述熔池中，金屬材料(8)包圍所述活性部分，所述金屬材料形成俘獲要測(cè)量的熔渣的腔體，并且所述對(duì)電極的至少一部分與所述熔池直接接觸。
【文檔編號(hào)】G01N27/411GK105842320SQ201610149572
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日
【發(fā)明人】奧默·保羅·伊福·屈雷, 吉多·雅各布斯·奈葉恩斯
【申請(qǐng)人】賀利氏電子耐特國(guó)際股份公司