TWI460035B - 在熔融金屬中收集氣體之裝置及測量方法 - Google Patents

Description

在熔融金屬中收集氣體之裝置及測量方法

本發明係關於一種用於在熔融金屬中收集氣體之裝置，該裝置包含一具有一收集體之浸沒端、一開口於該浸沒端之氣體供給管道及一用於使氣體穿透該收集體的氣體排出管道，其中該氣體收集體具有一被配置於沉浸端上的端面及多個側壁。另外，本發明係關於一種用於測量熔融金屬中之氣體含量的方法，其中氣體被引入至熔融金屬中，於此進入與熔融金屬中所含氣體的一氣體交換，及其後被接收且被饋送至一測量裝置以便於評估，其中至少二種不同的氣體被引入至熔融金屬中及被評估，其中二種氣體均具有一各自的載體氣體及可選擇地一氣體之一混合物，該氣體在熔融金屬中之百分比係待決定的。

上述裝置係(例如)可自DE 10 2005 011 181 A1或EP 307 430 B1獲知。在此種裝置中，來自一熔融金屬之氣體被收集且被饋送至一測量裝置，因此熔融金屬中所含之某些氣體的含量可被測量。為此目的，一用於饋送參考氣體或載體氣體至熔融金屬中之氣體供給管道被引導穿過氣體收集體且在其端面露出。藉助於該氣體供給管道，參考氣體被吹入熔融金屬中。參考氣體與熔融金屬中之氣體變得濃化(enriched)，或，根據另一程序，參考氣體具有比熔融金屬更高之待測量氣體的濃度，因此所合成之氣體混合物具有一比參考氣體之更小的待測量氣體組分濃度。所合成之氣體混合物被氣體收集體接收，經由氣體排出管道被饋送至測量裝置，及被評估。舉例而言，該測量方法被詳細描述於EP 307 430 B1中。此種測量方法亦被描述於EP 563 447 A1中。

類似裝置可自US 6,216,526 B1及EP 295 798 A1獲知。

本發明之一目的係改良已知的氣體收集裝置並增加收集過程及測量方法的效率。

該目的係藉由獨立請求項之特徵而實現。較佳實施例係自附屬項得出。由於氣體收集體之至少一部分具有一不透氣層，因此可藉由氣體收集體捕獲大部分氣體及將此部分饋送至氣體排出管道及因此至測量裝置，因為穿透進入氣體收集體之氣體至少基本上除了氣體排出管道外可不再離開氣體收集體，因此在氣體收集體中被接收之相當大部分的氣體可被饋送至測量裝置。如此，測量係較為簡單、快速，且最後亦更為精確的。

最好是外部側壁之至少一部分具有一不透氣層。氣體收集體本身可在其端面具有一空室，此已自先前技術獲知(見上文)。從熔體產生的氣體最初收集於此空室中。接著氣體因不能從空室中其他任何途徑逸出，故穿透進入氣體收集體中。由於側受到不透氣層的防護，故該等氣體僅可逸出至氣體排出管道中。為此目的，不透氣層可被配置於氣體收集體之側壁的表面上。有利的是該層由一子層被配置於另一子層頂部的至少二個子層形成。面對氣體收集體內部之下部子層可由金屬製成，特定言之，可由具有一較鐵之熔點更高之熔點的金屬製成。特定言之，該等金屬可以為鉬、鈦、釩、鉻、鈮，或含此等金屬中之至少一者的一合金。下部內子層係為氣密的。背對氣體收集體內部且由陶瓷製成之一外部子層可被塗佈於此內子層上。此外部子層可作為由金屬製成且配置於其及氣體收集體之間之下部子層的一保護層。該外部子層可較佳地由氧化物陶瓷或矽酸鹽形成，特定言之，由二氧化鋯、氧化鋁、二氧化鉻、矽酸鋯、矽酸鋁或尖晶石形成。

氣體收集體可幾乎完全被該層包圍，其中僅有進入氣體收集體之端面進氣口及從氣體收集體至氣體排出管道之入口未被包覆。明智的是使氣體收集體之整個端面不被包覆或甚至僅使氣體收集體之端面空室的表面不被包覆。較佳地，該等子層中之至少一個藉由電漿噴敷而被塗佈。

便利地，氣體收集體可具有一圓筒形或圓錐形側壁。氣體排出管道係較佳被配置於氣體收集體之位於與端面相對的背壁上。舉例而言，氣體排出管道可被配置於一氣體供給連接器上或氣體收集體之一開口中。

根據本發明之裝置被用於測量熔融金屬中之氣體含量。舉例而言，在各種各樣不同的熔融金屬中測量均是可能的。氣體收集體本身對熔融金屬係不能滲透的，但對於待測量之氣體卻展現出極好的氣體滲透性及接受性。

根據本發明，該測量方法之特徵為混合氣體之濃度在氣體引入之每一情況中低於熔融金屬中待測量之氣體的濃度，或是在氣體引入之每一情況中其高於熔融金屬中待測量之氣體的濃度。此處，該方法以熔融金屬中之假定氣體濃度開始，且為待引入之氣體選擇一明顯低於或是明顯高於熔融金屬中之預期濃度的濃度。其後，對於兩種氣體，待測量之氣體在熔融金屬中被吸收或被釋放。因此，測量係用二種(或更多)氣體完成，其等彼此獨立。此處，可使用相同或不同之載體氣體。被引入熔體中之氣體吸收來自熔體的氣體，若熔融金屬中待決定之氣體濃度高於被引入氣體中之此氣體的濃度，因此，作為被引入氣體，一純載體氣體亦可被使用且待測量氣體在被引入氣體中之濃度可為零。在相反情況中，熔融金屬吸收來自被引入氣體之氣體，因為每一情況中目標係自然平衡的。為了測量，熔融金屬中不同氣體之吸收及釋放特性可為不同，此情況可被使用。

作為載體氣體，惰性氣體可被使用，較佳地為氬及/或氮。作為混合氣體，一氧化碳可被使用，因此熔融金屬中之一氧化碳含量可被測量。

下文將參考一圖式對本發明之一實施例進行更詳細的解釋。

顯示於圖中之裝置被固定至一載體管(未顯示)上的一附接嘴1且與此管浸沒於一熔融金屬中。氣體收集體2被浸沒於熔融金屬中，以便完成氣體交換。

在附接嘴1中有氣體接頭3、3'。此處，中心氣體接頭3開口至被配置於裝置中心的氣體供給管道4。此供給管道被導引穿過氣體收集體中心且結束於氣體收集體之端面5的下方。載體氣體經由氣體供給管道4被引入至熔融金屬中。氣體供給管道4基本上由一石英管製成，該氣體供給管道4可在其浸沒端彎曲，使開口被定向朝氣體收集體2之方向。氣體供給管道4藉由水泥6被固定於氣體收集體2中。經由氣體供給管道4流入熔融金屬中之載體氣體吸收來自熔融金屬中之氣體，上升至氣體收集體2之空室7中，且自該處和端面5穿透進入氣體收集體2中。此由一多孔性材料形成，舉例而言由水泥形成。一陶瓷體(例如氧化鋁)也是可能的。氣體向上穿透過氣體收集體之細孔進入氣體排出管道。此排出管道基本上由一石英玻璃管8形成，該石英玻璃管藉由水泥9被固定於氣體收集體2中。在石英玻璃管中有一由氧化鋁製成的多孔性填充物10，舉例而言係球形之形狀。與來自熔融金屬之氣體混合的載體氣體通過多孔性填充物10經由氣體接頭3'被排出至一測量裝置。於此，被抽出氣體與被引入至熔融金屬中之氣體相比較，且因此自熔體吸收(或釋放至熔體中)之氣體可被評估，且熔融金屬中之氣體含量從而可被決定。此過程本身(例如)在EP 307 430 B1中(或類似地在EP 563 447 A1中)已充分為吾人所知及被描述，。氬被用作引入氣體的載體氣體。因為預期氣體含量為2.5%，故百分比為大於2.5%(例如5%及10%)的一氧化碳被與載體氣體混合以測量熔融鋼料中一氧化碳的含量。

氣體收集體2在其圓錐形外部表面上具有一由一下部子層11及一外部子層12製成的不透氣層。該下部子層11由鉬形成。該外部子層12被用作為一保護層且其由尖晶石製成。

原則上，不透氣層亦可被配置於氣體收集體2之面對浸沒端的端部。然而，在正常情況下這並無必要，因為該處所提供之表面較小，因此氣體洩漏僅以一很小程度發生。因此，實際上由裝置接收之所有氣體被饋送至由石英玻璃管8所界定的氣體排出管道中。

使用該裝置，熔融金屬中之氫或氮的含量亦可被測定。

1．．．附接嘴

2．．．氣體收集體

3．．．氣體接頭

3'．．．氣體接頭

4．．．氣體供給管道

5．．．端面

6．．．水泥

7．．．空室

8．．．石英玻璃管/氣體排出管道

9．．．水泥

10．．．多孔性填充物

11．．．下部子層

12．．．外部子層

圖1部分地以截面顯示根據本發明的一裝置。

1．．．附接嘴

2．．．氣體收集體

3．．．氣體接頭

3'．．．氣體接頭

4．．．氣體供給管道

5．．．端面

6．．．水泥

7．．．空室

8．．．石英玻璃管/氣體排出管道

9．．．水泥

10．．．多孔性填充物

11．．．下部子層

12．．．外部子層

Claims (5)

1. 一種測量一熔融金屬中之一氣體含量的方法，其中氣體混合物被引入至該熔融金屬中，引入氣體與該熔融金屬中所含氣體進行氣體交換，其後被接收且被饋送至一測量裝置以便於評估，該熔融金屬中所含氣體之百分比係待測定者；其中至少二種不同的氣體被引入至熔融金屬中及被評估，其中該二種引入氣體具有一各自的載體氣體，亦可為混入他種氣體之一混合氣體，該方法之特徵在於該混合氣體之濃度在氣體引入之每一情況中低於熔融金屬中待測量之氣體的濃度，或是在氣體引入之每一情況中高於熔融金屬中待測量之氣體的濃度。
2. 如請求項1之方法，其特徵為該等引入氣體的載體氣體彼此不同。
3. 如請求項1或2之方法，其特徵為該載體氣體為一惰性氣體，特別是氬或氮。
4. 如請求項1之方法，其特徵為該混合氣體中被混入之氣體係一氧化碳。
5. 如請求項2之方法，其特徵為在濃度低於待測量氣體之濃度的情況下，混入至該載體氣體中之該氣體的濃度可為零。