Устройство для определения концентрации кислорода в жидком металле
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.
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.
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.
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.
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.
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.).
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
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.
Технической задачей предлагаемого устройства является расширение зоны измерения концентрации кислорода в расплаве, упрощение конструкции самого устройства и снижение погрешностей в показаниях при проведении измерений.
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.
На графической части изображен продольный разрез предлагаемого устройства.
Как показано на графической части, предлагаемое устройство для измерения концентрации кислорода в расплаве меди содержит
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.
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
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.
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:
Сu2О+С=2Сu+СO 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.
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
кислорода в расплаве и сократить выпуск металла с повышенной концентрацией кислорода.
1. Устройство для определения концентрации кислорода в жидком металле, содержащее корпус, внутри которого расположен изолированный от корпуса токопроводящий элемент, на одном конце корпуса закреплен наконечник с рабочим органом, а на противоположном конце корпуса закреплен измерительный блок, отличающееся тем, что наконечник выполнен съемным, рабочий орган выполнен в виде мембраны из активного по отношению к кислороду, присутствующего в расплаве металла, материала, токопроводящий элемент выполнен в виде жесткого стержня, состоящего из двух частей, одна из которых жестко установлена в средней части корпуса, а другая часть в наконечнике.
2. Устройство для определения концентрации кислорода в жидком металле по п.1, отличающееся тем, что измерительный блок дополнительно снабжен узлом измерения времени, например, секундомером.
3. Устройство для определения концентрации кислорода в жидком металле по п.1, отличающееся тем, что защитный слой на наружной поверхности наконечника выполнен в виде огнеупорной обмазки, а изолятор внутренней полости в виде набивки из асбеста.
4. Устройство для определения концентрации кислорода в жидком металле по п.1, отличающееся тем, что торец токопроводящего стержня в наконечнике установлен со смещением относительно мембраны, а токопроводящий стержень в корпусе выполнен подвижным в осевом направлении.
