[发明专利]氧探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定熔融金属熔液中的溶解氧含量的测量 装置。用于测量熔融金属的熔池中的活性氧含量的装置包括带有可 消耗的保护套的电化学电池，保护套用于在浸入期间保护电池免受 温度急增(热冲击)的影响。

背景技术

在传统的熔融金属加工中，已知利用电化学电池来测量例如铁 或者钢的熔融金属的熔池与由金属和金属氧化物的混合物构成的固 体氧压保持参比件间的氧势之差。这些已知的装置被安装在例如纸 板管或者纸板棒等运送件的一端，以便被浸入金属熔池中。

在用这些已知装置进行的大量的实用性试验过程中，申请人发 现，测量结果经常是不确定的。并不能获得足够可靠的测量值。基 于进一步的研究结果，申请人发现，当测量头浸入熔融金属的熔池 时，源于温度急增所导致的固态电解质的故障是出现测量值不可靠 的特性的原因。本发明的目的是在不显著增加装置的制造成本或制 造复杂度的情况下，以实际方式解决这个困难。

美国专利No.3,619,381和3,752,753公开了不同构造的氧传 感器，并且承认了温度急增的问题。申请人对此问题的解决方案和 上述专利提到的解决方案有实质上的不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量活性氧水平高达1000ppm并且确 保极大准确性和可重现性的氧传感器。

因此，为了实现以上目标，本发明针对测量熔融金属的熔池的 活性氧含量的氧传感器。本装置包括适于安装在纸板运送管(未示 出)一端的测量头10。测量头的一部分支撑电化学电池。测量电池 包括参比材料和固态氧离子传导电解质(氧离子导体)。保护套保 护电池在浸入时免受温度急增的影响，并且与测量头配合以封装氧 离子导体。保护套的内周(innerperiphery)与导体的外周(outer periphery)并列设置(juxtaposed)。保护套构造为能够在0.1至10 秒内被熔融金属的熔池消耗掉，以便使所述导体暴露于熔融金属的 熔池。

附图说明

图1是根据本发明的氧传感器的剖视图。

具体实施方式

详细参考附图，其中类似的附图标记表示类似的元件，图1中 示出了以附图标记10表示的氧传感器。该传感器10包括壳体12， 壳体12适于安装在中空运送件(未示出)的一端内，该运送件例如 是纸板管(图中未示出)。运送件也可以由其他材质制成，例如木 材。壳体12是由耐火材料或者陶瓷材料制成的，从而不与熔融金属 的熔池发生反应。示出为圆柱形的头部的一端被接触部件14封闭， 接触部件14优选地由例如聚合塑料的材料制成。壳体中填充有耐火 水泥16。

电化学电池包括由例如稳定化的氧化锆等材料制成的固态电解 质氧离子导体18，该固态电解质氧离子导体18优选地制成为一端封 闭的管的形式。电解质18的开口端埋入水泥16中。在电解质18内 部设置有氧参比电极，该参比电极沿浸入方向设置在电解质的顶部 三分之一位置处。参比电极优选为铬、三氧化二铬和三氧化二铁的 粉末混合物。电解质18的剩余三分之二部分由例如三氧化二铝的惰 性材料填充。优选为钼的电导体24的一端埋入参比电极中。整个电 解质组件被适当的耐火水泥所密封。导体24的另一端与带有接触部 分26的补偿导线相连接，接触部分26由接触部件14上的圆柱形突 起28的外周支撑。

保护套30与壳体12配合以封装电解质18。保护套30的内径 与电解质18的外径具有紧密滑动配合的关系以便保护套30与电解 质18能够并列设置。保护套30优选为金属保护套从而能够在0.1 秒到10秒的时间里被消耗掉。在浸入(穿过渣层浸入钢液)的过程 中，可消耗的薄壁帽25保护电池不受渣层的影响。附加的纸帽或者 塑料帽26可以罩在帽25上。

保护套30厚度的选择主要依据熔融金属熔池的温度范围以及 所用电化学电池的特性。保护套30相当大程度的抑制了传感器10 浸入熔融金属熔池期间所产生的温度急增，从而降低了故障的风险。 已确定，当在从开始浸入起大约0.3到大约5秒的时间里护套30有 效地保护电解质18不与熔池的金属直接热接触时，获得了该保护效 果。已通过使用由低碳钢制成的具有厚度为0.008到0.010英寸的厚 壁的保护套30获得了令人满意的效果。为了在可接受时间范围内获 得精确的测量，重要的是在保护套30被消耗掉后，氧化锆电解质18 与熔池直接接触。