УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ

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:
2
2
СuО+С=2Сu+СO
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.