Brevet FR2010452A1 — publié le 19700213

La présente invention concerne des perfectionnements aux appareils utilisés pour la mesure directe et instantanée du contenu en oxygène des métaux en fusion sans qu'il soit nécessaire de prélever-un échantillon de métal et de le refroidir jusqu'à solidification. les mesures directes de ce type s'effectuent par mesure de la force électromotrice fournie par une cellule de mesure de la concentration en oxygène et sont basées sur la relation suivante : jn _ POm / B.T POa nP dans laquelle : P0_ est la pression propre et fixe de l'oxygène dans 1* air P0m est la pression propre de l'oxygène dans le métal en fusion n = 2 P est la constante de Paraday E est la constante des gaz et T est la température absolue. Si donc la force électromotrice E et la température ï sont connues, il est possible de déterminer la teneur en oxygène d'un métal en fusion à l'aide de la relation ci-dessus. lia figure 4 du dessin annexé est un graphique donnant directement la teneur en oxygène du métal en fusion en fonction de la force éleetro-motrice mesurée. Les électrodes utilisées jusqu'ici pour effectuer ces mesures sont de quatre types, savoir : (X) eelles dans lesquelles un élément électrolyte solide conique est.fixé dans un tube non conducteur d'une conicité correspondante; (2) celles dans lesquelles des éléments éleetrolytes solides sphériques et une matière réfractaire sont empilés dans un tube non conducteur dont l'une des extrémités est rétrécie; (3) celles dans lesquelles un élément électrolyte solide spîiërique est enchâssé dans un tube non conducteur; et (4) eelles dans lesquelles un tube non conducteur est obturé par un disque électrolyte solide et dont les deux faces sont frittéss à l'aide de bioxyde de zirconium stabilisé ou d'une matière similaire. Bien que les appareils utilisés jixsqu'ici 69 18951 -2- 2010452 puissent fournir des mesures continues pendant un certain temps (de l'ordre de 30 minutes en général), il est nécessaire de leur faire subir avant utilisation un préchauffage d'une durée de 30 minutes à une heure, de sorte qu'ils ne peuvent être uti-5 lises pour la mesure instantanée de l'oxygène contenu dans un acier en fusion à l'instant de fin délaboration dans un convertisseur du type "L.D.". Ce préchauffage est nécessaire du fait que 1'électrolyte de l'appareil ne peut supporter le choc thermique auquel il serait soumis s'il en était autrement. Bien 10 qu'il ait été essayé d'améliorer la résistance aux chocs thermiques des électrolytes utilisés, même les électrolytes mis sous forme de sphères, et qui sont considérés comme les plus résistants à ces chocs, sont endommagés lorsqu'ils sont immergés sans préchauffage dans un bain d'acier en fusion, et partieu-^ lièrement si le volume de 1'élément électrolyte utilisé est important. De plus, la fabrication des électrodes des types (3) et (4) précités nécessite l'exécution de laborieuses opérations de coulée , de frittage, etc. Ces opérations qui s'effectuent à des températures élevées risquent d'autre part d'endommager 1'électrolyte solide en cours de préparation. l'un des objets de la présente invention est un appareil nouveau et perfectionné pour la mesure de la teneur en oxygène d'un métal en fusion qui évite les difficultés diverses précitées et qui peut supporter le choc thermique ré- 25 sultant de son immersion rapide dans un bain d'acier en fusion. Selon la présente invention, l'élément électrolyte solide de l'appareil est de petit volume de façon à pouvoir supporter les chocs thermiques précités et est fixé dans l'une des extrémités d'un tube non conducteur rectiligne à l'aide d'un ciment réfractaire constitué, par exemple, par une poudre de bioxyde de zirconium, d'alumine, de silice ou d'une matière analogue et par un liant, verre pyrométrique, alcool, amidon, ou similaire. Un conducteur est fixé sur l'extrémité supérieure de l'élément électrolyte solide soit par enroulement sur cet élément, soit par l'intermédiaire d'une capsule ou d'une lamelle conductrice. la description qui va suivre, et le dessin annexé donné surtout à titre d'exemple son limitatif, feront 20 30 35 69 18951 2010452 mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur le dessin annexé ï - la figure I est une vue en coupe longitu-5 dinale de l'un des modes de réalisation de 1'invention"; - la figure 2 est une vue de détail dessinée à plus grande échelle de la partie de l'appareil de la figure I entourée par la circonférence A; - les figures 3a à 3d représentent respecti-10 vement diverses formes qui peuvent être données à l'élément' électrolyte de l'appareil de l'invention; et - la figure 4 est un graphique type traduisant la relation existant entre la force électromotrice mesurée et la teneur en oxygène du métal analysé. L'appareil de mesures de l'invention représenté.sur les. figures I à 3 des dessins annexés comporte un élément I constitué par un électrolyte solide, de petit volume et dont la surface de section droite est comprise entre 0,25 et 10 mm environ et la longueur entre I et 20 mm environ. Cet 20 élément électrolyte peut prendre diverses formes, par exemple celle d'un bâtonnet cylindrique (figure 3a) d'un éllipsôîde ou d'une pyramide. Cet élément électrolyte est enchâssé dans l'extrémité d'un tube 3 rectiligne et non conducteur, en quartz 25 par exemple, et est fixé dans cette extrémité au moyen d'un ciment 2 constitué par une poudre de bioxyde de zirconium, d'aluminium ou de silice et par un liant, verre pyrométrique, alcool, amidon ou similaire. Un conducteur 4> en platine bu en métal analogue, enroulé sur l'extrémité de l'élément' électroly-30 te I et logé dans un tube 5 dans lequel cireule un courant d!air de refroidissement, relie cet élément I à un potentiomètre 4. Le tube en quartz 3 est maintenu dans unmanchon en graphite 7 par un-bouchon de graphite 6. Un conducteur 8, en molybdène par exemple, fixé par l'une de ses extrémités sur l'autre borné du 35 potentiomètre 9-et dont l'autre extrémité est immergée dans un . bain de métal en fusion 10 contenu dans un creuset II, permet de mesurer la.force électromotrice qui prend naissance dans l'appareil et, par suite, la teneur en oxygène du métal fondu. Dans l'appareil de l'invention, ï'élément 69 18951 -4- 2010452 électrolyte solide est de petit volume, de sorte qu'il ne risque pas d'être endommagé par choc thermique lorsque sa température s'élève brusquement. Ceci permet d'utiliser l'appareil de l'invention à un instant quelconque désiré sans qu'il doive être préalablement réchauffé. De plus, la fixation de 1'électrolyte solide de l'appareil de l'invention dans le tube non > conducteur qui lé reçoit est une opération facile qui évite les opérations laborieuses de coulée et de frittage précitées et supprime tout risque d 'endommageaient de l'électrolyte par un traitement à haute température. D'autre part, les éleetrolytes utilisées sont des matières coûteuses, et la présente invention permet de réduire le prix de revient des appareils du fait de la petitesse de l'élément électrolyte utilisé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 69 18951 -5- 2010452 EE7EIDIC1TIOIS 1°) - Appareil pour la mesure directe de la teneur en oxygène des métaux en fusion, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un tube non conducteur, un élé-5 ment de petit "volume, constitué par un électrolyte solide, enchâssé dans l'une des extrémités de ce tube et fixé dans cette extrémité au moyen d'un ciment réfractaire, et un conducteur métallique connecté sur 1' extrémité dudit élément. 2°) - Appareil selon la revendication I 10 dans lequel le ciment'réfractaire utilisé, est constitué par une poudre d'une substance réfractaire, bioxyde de zirconium, alumine, silide ou similaire par exemple, et par un liant constitué par un verre pyrométrique, un alcool, un amidon ou une matière similaire.