Пристрій для збирання газів у металевому розплаві

Реферат: Винахід стосується пристрою для збирання газів у металевих розплавах, який має занурювальний кінець, газовий накопичувач, підвідну трубу для газу, що закінчується на занурювальному кінці, та відвідну трубу для газів, що пройшли крізь газовий накопичувач, причому газовий накопичувач має розташовану на занурювальній кінцевій частині торцеву сторону та бічні стінки. Винахід полягає в тому, що принаймні частина газового накопичувача має газонепроникне покриття. Технічний результат: підвищення ефективності процесу збирання та вимірювання. UA 100493 C2 (12) UA 100493 C2 UA 100493 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується пристрою для збирання газів у металевих розплавах, який має занурювальну кінцеву частину з накопичувачем, підвідну трубу та відвідну трубу для газу, що проходить через накопичувач, причому газовий накопичувач має торцеву сторону, розташовану на занурювальній кінцевій частині, та бічні стінки. Крім того, винахід стосується способу вимірювання складу газу в металевому розплаві, при якому газ вводять в металевий розплав, де він вступає в газообмін з металевим розплавом, потім його збирають і подають у вимірювальний пристрій для оцінювання, причому в металевий розплав вводять і потім оцінюють принаймні два різні гази, кожен з яких має один газ-носій та відповідно одну газову домішку, частку якої в металевому розплаві належить визначити. Подібні пристрої відомі, наприклад, із описів DE 10.2005 011 181 А1 та ЕР 307 430 В1. В подібних пристроях гази збираються із металевого розплаву і надходять у вимірювальний пристрій, де можна вимірювати вміст певних газів у металевому розплаві. Для цього трубу для введення основного газу, тобто газу-носія, прокладають крізь газовий накопичувач і виводять з нього на торцевій стороні. За допомогою підвідної газової труби в металевий розплав вдувають основний газ. Він збагачується за рахунок газів, що містяться в металевому розплаві, або, за іншим способом, основний газ має більш високу концентрацію вимірюваного газу, ніж металевий розплав, внаслідок чого утворена газова суміш має меншу концентрацію вимірюваної складової газу, ніж основний газ. Утворена газова суміш вбирається газовим накопичувачем, через відвідну газову трубу надходить до вимірювального пристрою, де і підлягає оцінюванню. Детально спосіб вимірювання описано, наприклад, в ЕР 307 430 В1. Подібні способи вимірювання викладені також в ЕР 563 447 А1. Подібні пристрої відомі також із US 6,216,526 В1 та з ЕР 295 798 А1. Задача даного винаходу полягає в удосконаленні відомих газонакопичувальних пристроїв та підвищенні ефективності процесу збирання та процесу вимірювання. Задачу вирішено за допомогою ознак незалежних пунктів формули винаходу. Доцільні форми виконання викладені в залежних пунктах формули винаходу. Завдяки тому, що принаймні частина газового накопичувача має газонепроникне покриття, більшу частину газів можна збирати газовим накопичувачем та подавати його в газовідвідну трубу і відтак у вимірювальний пристрій, оскільки проникаючі в газовий накопичувач гази принаймні переважним чином не можуть більше залишатися поза газовідвідною трубою, в результаті чого значно більша частина зібраного газу може надходити у вимірювальний пристрій. В результаті вимірювання стає більш простим, швидким, і, нарешті, більш точним. Доцільно, коли принаймні частина зовнішніх стінок має газонепроникне покриття. Сам газовий накопичувач може мати на своїй торцевій стороні порожнину, вже відому із рівня техніки (дивись вище). В цій порожнині спочатку збираються гази, що надходять із розплаву. Потім вони вторгаються в газовий накопичувач, оскільки вони не можуть залишити порожнину інакшим чином. Завдяки бічному екрануванню за допомогою газонепроникного покриття гази можуть виходити тільки в газовідвідну трубу. Для цього на поверхні бічних стінок газового накопичувача може бути нанесене газонепроникне покриття. Вигідно, коли це покриття утворене принаймні двома шарами, розміщеними один над одним. Нижній шар, обернений всередину газового накопичувача, може бути виготовленим із металу, зокрема із металу з вищою точкою плавлення, ніж у заліза. Таким металом може бути, зокрема, молібден, титан, ванадій, хром, ніобій або сплави, що містять принаймні один з цих металів. Нижній, внутрішній шар є герметичним для газу. На ньому може бути розміщений зовнішній шар із кераміки, обернений в іншу сторону від газового накопичувача. Він може служити захисним покриттям для нижнього металевого шару, що міститься між нимта газовим накопичувачем. Зовнішній шар може бути виготовлений переважно із оксидної кераміки або силікату, зокрема із діоксиду цирконію, оксиду алюмінію, діоксиду хрому, силікату цирконію, силікату алюмінію або шпінелі. Газовий накопичувач може бути оточений цим шаром майже повністю, коли вільними від нього є тільки торцевий отвір для впуску газу в накопичувач та зона доступу до газової труби, що веде із накопичувача. Доцільним є, коли вся торцева поверхня газового накопичувача лишається вільною від покриття, або коли покриття не має тільки поверхня торцевої порожнини газового накопичувача. Краще, коли принаймні один із шарів наносять методом плазмового напилення. Доцільно, щоб газовий накопичувач мав циліндричну або конічну бічну стінку. Газовідвідну трубу краще розташовувати на задній стінці газового накопичувача, що є протилежною до торцевої сторони. Наприклад, газовідвідну трубу можна розмістити на з'єднувальному патрубку або в отворі газового накопичувача. Згідно з винаходом пристрій застосовують для вимірювання вмісту газу в металевому розплаві. Наприклад, можливими є вимірювання в різноманітних розплавах сталі. Сам газовий 1 UA 100493 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 накопичувач є непроникним для металевих розплавів, але дуже добре пропускає та приймає вимірювані гази. Спосіб вимірювання згідно з винаходом відрізняється тим, що концентрація газової домішки при будь-якому варіанті впуску газу є нижчою за концентрацію вимірюваного газу в металевому розплаві або при будь-якому варіанті впуску газу є вищою за неї. При цьому відштовхуються від припущеної концентрації газу в металевому розплаві і тому обирають для газу, який впускають, концентрацію або значно нижчу, або значно вищу за концентрацію, очікувану в металевому розплаві. Відтак в металевому розплаві для обох газів відбувається або абсорбція, або десорбція вимірюваного газу. Отже, вимірювання здійснюють за допомогою двох (або більше) газів, незалежних один від одного. При цьому використовують однакові або подібні гази-носії. Введені в розплав гази вбирають газ із розплаву, якщо концентрація в металевому розплаві газу, що підлягає визначенню, є вищою за концентрацію цього газу у введеному газі, внаслідок чого у якості введеного газу може бути використаний також чистий газ-носій, а концентрація вимірюваного газу у введеному газі може дорівнювати нулю. В протилежному випадку металевий розплав приймає газ із введеного газу, оскільки в будь-якому випадку природно існує тенденція до рівноваги. Для вимірювання можна користуватись тією обставиною, що показники абсорбції та десорбції у різних газів у металевих розплавах можуть бути різними. Як гази-носії можуть бути застосовані інертні гази, краще аргон і/або азот. Як газ-домішка може бути застосований монооксид вуглецю, внаслідок чого в металевому розплаві можна вимірювати вміст монооксиду вуглецю. Приклад виконання винаходу більш детально пояснюється за допомогою креслення. На кресленні зображено пристрій згідно з винаходом, з частковим вирізом. Пристрій, зображений на кресленні, прикріплений на кріпильному патрубку 1, розміщеному на не зображеній несучій трубі, і разом з нею занурюється в розплав сталі. В цей розплав занурюють газовий накопичувач 2, щоб здійснити там газообмін. у В кріпильному патрубку 1 розташовані з'єднувальні елементи 3, 3 . При цьому центральний з'єднувальний елемент 3 входить в розміщену в центрі впускну трубу 4. Вона проходить крізь центр газового накопичувача і закінчується під його торцевою стороною 5. По впускній трубі 4 в металевий розплав вводять газ-носій. Головним чином газова впускна труба 4 складається із кварцової трубки, яка може бути вигнутою на тому кінці, що буде зануреним, внаслідок чого кінцевий отвір є спрямованим у напрямку газового накопичувача 2. Впускна газова труба 4 зафіксована в газовому накопичувачі 2 за допомогою цементу 6. Газ-носій, що надходить в металевий розплав крізь впускну газову трубу 4, вбирає в себе гази з металевого розплаву, піднімається в порожнину 7 газового накопичувача 2, а звідти та від торцевої сторони 5 вторгається в газовий накопичувач 2. Його виготовлено із пористого матеріалу, наприклад із цементу. Можливим для використання є також керамічний корпус, наприклад із оксиду алюмінію. Крізь пори газового накопичувача газ проникає нагору, в газовідвідну трубу. Здебільшого вона утворена трубкою 8 із кварцового скла, зафіксованою в корпусі газового накопичувача 2 за допомогою цементу. В трубці із кварцового скла розміщено пористий газопоглинач 10 із оксиду алюмінію, наприклад кулястої форми. За допомогою газопоглинача 10 відбувається відведення газу-носія, змішаного з газом із металевого розплаву, через у з'єднувальні елементи 3 до вимірювального пристрою. Там відібраний газ порівнюють з газом, що був введений в металевий розплав, таким чином здійснюють оцінювання газу, відібраного із розплаву, і визначають вміст газу в металевому розплаві. Такий процес сам по собі є широко відомим і описаний, наприклад, в ЕР 307 430 В1 (або подібно в ЕР 563 447 Ф1). Як газ-носій для введеного газу використовують аргон. До газу-носія з метою вимірювання вмісту монооксиду вуглецю в розплаві сталі відповідно додають монооксид вуглецю у кількості понад 2,5 % (наприклад від 5 % до 10 %), оскільки очікуваний вміст газу становить близько 2,5 %. Газонакопичувач 2 на своїй конічній зовнішній поверхні має газонепроникне покриття, що складається із нижнього шару 11 та зовнішнього шару 12. Нижній шар 11 утворений із молібдену, а зовнішній шар 12 служить захисним покриттям і утворений із шпінелі. В принципі газонепроникне покриття може бути нанесене також на той кінець газового накопичувача 2, що є протилежним до занурювальної кінцевої частини. Але це у більшості випадків не є необхідним, оскільки поверхні, що там розташовані, є настільки малими, що вихід газу відбувається лише в зовсім незначних обсягах. Таким чином практично весь зібраний пристроєм газ спрямовується в газовідвідну трубу, обмежену трубкою 8 із кварцового скла. За допомогою пристрою можна також визначати вміст водню або азоту в розплаві сталі. 2 UA 100493 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 1. Пристрій для збирання газів у металевих розплавах, який має занурювальну кінцеву частину з газовим накопичувачем, підвідну трубу для газу, що закінчується на занурювальній кінцевій частині, та відвідну трубу для газів, що пройшли крізь газовий накопичувач, причому газовий накопичувач має розташовану на занурювальній кінцевій частині торцеву сторону та бічні стінки, який відрізняється тим, що сам газовий накопичувач виконаний непроникним для металевого розплаву, а також тим, що принаймні частина газового накопичувача має газонепроникне покриття, а також тим, що газонепроникне покриття розташоване на поверхні бічних стінок газового накопичувача. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні частина бічних стінок має газонепроникне покриття. 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що покриття утворене принаймні двома шарами, розміщеними один над одним. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що нижній шар, обернений всередину газового накопичувача, виготовлений із металу. 5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що нижній шар виготовлено із металу з більш високою точкою плавлення, ніж у заліза. 6. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що нижній шар виготовлено головним чином із металу з групи, що включає молібден, титан, ванадій, хром, ніобій або із сплавів з принаймні з одним із цих металів. 7. Пристрій за одним із пп. 3-6, який відрізняється тим, що зовнішній шар, обернений в сторону, протилежну внутрішній стороні газового накопичувача, виготовлено із кераміки. 8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що зовнішній шар виготовлено із оксидної кераміки або із силікату. 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що зовнішній шар виготовлено із діоксиду цирконію, оксиду алюмінію, діоксиду хрому, силікату цирконію, силікату алюмінію або з шпінелі. 10. Пристрій за одним із пп. 1-9, який відрізняється тим, що принаймні один шар нанесено плазмовим напиленням. 11. Пристрій за одним із пп. 1-10, який відрізняється тим, що газовий накопичувач має циліндричну або конічну бічну стінку. 12. Пристрій за одним із пп. 1-11, який відрізняється тим, що газовідвідна труба розташована на задній стінці газового накопичувача, яка є протилежною до торцевої сторони. 13. Пристрій за одним із пп. 1-12, який відрізняється тим, що газовідвідна труба розташована на патрубку для підключення газу або в отворі газового накопичувача. 14. Застосування пристрою за одним із пунктів 1-13 для вимірювання вмісту газу в металевому розплаві. 3 UA 100493 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4