|
(21), (22) Заявка: 2003124940/28, 08.08.2003
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
08.08.2003
(43) Дата публикации заявки: 10.02.2005
(46) Опубликовано: 20.12.2006
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
SU 949474 А, 07.08.1982. SU 830228 А, 15.05.1981. SU 754295 А, 09.08.1980. SU 1800356 А, 07.03.1993.
Адрес для переписки:
454080, г.Челябинск, ул. С.Кривой, 56, оф.402, ЮУТПП, пат.пов. Е.А.Крешнянской
|
(72) Автор(ы):
Жуков Александр Степанович (RU), Домрачева Светлана Алексеевна (RU), Бланк Валерий Арнольдович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
ХЕРАЕУС ЭЛЕКТРО-НАЙТ ИНТЕРНЭШНЛ НВ (BE)
|
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОКИСЛЕННОСТИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области электрохимического определения состава вещества, а более конкретно к устройствам для экспрессного определения окисленности жидкой стали, и может быть использовано в черной металлургии для контроля процессов выплавки, раскисления, легирования и разливки. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения окисленности жидких металлов, расширение диапазона определяемых значений активности кислорода, улучшение технологичности сборки датчика за счет повышения термостойкости с одновременным снижением термической инерционности. Сущность изобретения: в устройстве, состоящем из твердого электролита в форме ампулы, закрытого по внешней поверхности защитным колпачком, электрода сравнения и токосъемника, твердый окисный электролит и металлический колпачок разделены тонким слоем защитной обмазки, выполненной из того же материала, что и твердый электролит, причем удельная поверхность порошка, из которого изготовлен твердый электролит, на порядок меньше удельной поверхности порошка обмазки, а толщина слоя обмазки составляет 0.01-0.05 толщины слоя твердого электролита. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области электрохимического определения состава вещества, а более конкретно к устройствам для экспрессного определения окисленности жидкой стали, и может быть использовано в черной металлургии для контроля процессов выплавки, раскисления, легирования и разливки.
Известно устройство для определения окисленности металлического расплава, состоящее из твердого окисного электролита в форме закрытой с одного конца цилиндрической ампулы, содержащей внутри электрод сравнения с токосъемником (SU 830228 A, G 01 N 27/46).
Основным недостатком этого устройства является недостаточная термостойкость и большая термическая инерционность
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения окисленности жидкого металла, состоящее из твердого окисного электролита – стабилизированного диоксида циркония в форме ампулы, электрода сравнения и токосъемника (SU 949474 А, G 01 N 27/46, 07.08.1982).
Недостаток данного устройства заключается в том, что в результате измерения обеспечивается недостаточная точность определения окисленности жидких металлов, при этом невелик диапазон определяемых значений активности кислорода. Кроме того, аналогично предыдущему устройству недостатком является недостаточная термостойкость и большая термическая инерционность.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения окисленности жидких металлов, расширение диапазона определяемых значений активности кислорода, улучшение технологичности сборки датчика за счет повышения термостойкости с одновременным снижением термической инерционности.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения окисленности жидких металлов, состоящем из твердого окисного электролита в форме ампулы, покрытого по внешней поверхности защитным колпачком, электрода сравнения и токосъемника, твердый окисный электролит и металлический колпачок разделены тонким слоем защитной обмазки, выполненной из того же материала, что и твердый электролит, причем удельная поверхность порошка, из которого изготовлен твердый электролит, на порядок меньше удельной поверхности порошка обмазки, а толщина слоя обмазки составляет 0.01-0.05 толщины слоя твердого электролита.
На чертеже представлено схематическое изображение предложенного устройства. Твердый окисный электролит в форме ампулы 1 покрыт по всей внешней поверхности слоем защитной обмазки 2 между ампулой и металлическим колпачком 3. Твердый электролит и обмазка изготовлены из одного и того же материала, но с разным размером кристаллитов. Внутри твердого электролита находится электрод сравнения 4, электрический потенциал с которого снимается токосъемником 5.
Сборка из твердого электролита и обмазки, изготовленной из нанопорошка, обладает повышенными электрохимическими свойствами. Так, электронная проводимость появляется при значениях активности кислорода в 5-10 раз более низких, чем в известных твердых электролитах из стабилизованной двуокиси циркония, чувствительность повышается в 1.5-2 раза, быстродействие – в 1.3-2.0 раза. Все это вместе взятое позволяет повысить точность измерения окисленности в 1.5-2 раза и расширить диапазон определяемых значений активности кислорода.
Обмазка из порошка с удельной поверхностью 30-50 м2/г позволяет существенно увеличить термостойкость твердого электролита без какого-либо существенного ухудшения его электрохимических свойств. При удельной поверхности зерен порошка обмазки менее 30 м2/г точность измерения окисленности падает за счет понижения ее газоплотности, при удельной поверхности зерен больше 50 м2/г структура обмазки становится очень плотной, что вызывает ухудшение термостойкости слоя за счет возникновения повышенных термических напряжений, таблица 1.
Применение в качестве материала для обмазки порошков с высокой удельной поверхностью делает возможным использование обмазки как внешней поверхности твердого электролита. За счет этого улучшаются динамические свойства устройства в целом (снижается время срабатывания). Кроме того, улучшается технологичность сборки датчика.
Если толщина слоя обмазки находится в пределах 0.01-0.05 толщины слоя твердого электролита, устройство имеет небольшое время срабатывания (3-5 с) и обладает высокой термостойкостью за счет эффективной защиты твердого электролита от термического удара. При толщине слоя обмазки более чем 0.05 толщины слоя твердого электролита заметно увеличивается время срабатывания, если меньше 0.01 – обмазка не обеспечивает защиты от термического удара.
Примеры конкретного исполнения и результаты испытаний устройства на термостойкость, быстродействие (время срабатывания) и сходимость (точность) показаний (испытания проводили в насыщенном железо-углеродистом расплаве ао=0,0004% при 1600°С) приведены в таблице 2.
Таблица 1. |
Удельная поверхность порошка обмазки, м2/г |
Относительная погрешность измерений, % |
Сопротивление термическому удару ( / о),% |
5 |
20 |
25 |
30 |
5 |
40 |
50 |
8 |
35 |
100 |
40 |
10 |
Таблица 2. |
Относительная толщина слоя обмазки, do/dэ |
Время срабатывания (сек) |
Относительная погрешность измерений, % |
Сопротивление термическому удару ( / о), % |
0.01 |
6 |
20 |
25 |
0.025 |
4 |
10 |
40 |
0.05 |
5 |
10 |
35 |
0.1 |
15 |
30 |
15 |
Формула изобретения
Устройство для измерения окисленности жидких металлов и сплавов, содержащее твердый электролит в виде ампулы, изготовленный из стабилизированного диоксида циркония, электрод сравнения с токосъемником, слой обмазки, металлический колпачок, отличающееся тем, что слой обмазки, выполненный из нанокристаллического порошка того же состава, расположен между ампулой и металлическим колпачком, причем удельная поверхность порошка, из которого изготовлен твердый электролит и удельная поверхность порошка слоя обмазки, соотносятся как:
Sоб/Sэл 10, где
Sоб – удельная поверхность порошка слоя обмазки, м2/г;
Sэл – удельная поверхность порошка твердого электролита, м2/г,
а толщина слоя обмазки составляет 0,01-0,05 толщины твердого электролита.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 09.08.2009
Извещение опубликовано: 20.11.2010 БИ: 32/2010
NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.11.2010
Извещение опубликовано: 27.11.2010 БИ: 33/2010
|
|