专利名称：用于采集熔融金属中气体的装置和测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于采集熔融金属中的气体的装置，该装置包 括具有集气本体的浸没端、开口于浸没端处的供气道、以及用于渗 入集气本体的气体的排气道，其中集气本体具有端面和侧壁，端面布
置在浸没端上。另外，本发明涉及一种用于测量熔融金属中气体含量 的方法，其中将气体导入熔融金属中，在熔融金属中导入的气体与包 含在熔融金属中的气体进行气体交换，然后收集气体并将其送至测量 装置进行检测，其中将至少两种不同的气体导入熔融金属并进行检 测，其中这两种气体都具有各自的载气，还可选择掺入气体，这种惨 入气体在熔融金属中的百分比为待检测数值。
背景技术：
这种装置可以从例如DE 10 2005 011 181 Al或EP 307 430 Bl
中获知。在这种装置中，从熔融金属采集气体并将其送至测量装置， 从而，可以测量包含在熔融金属中的某些气体的含量。为此，使输送 参比气体或载气进入熔融金属的供气道通过集气本体，并从集气本体 的端面处引出。借助于供气道将参比气体吹入熔融金属。参比气体中 加入了熔融金属中的气体，或者，根据另一方式，与熔融金属相比， 参比气体中具有较高的待测气体浓度，因而，得到的气体混合物中被 测气体成分的浓度小于参比气体中被测气体成分的浓度。用集气本体 收集所得到的气体混合物，以及，通过排气道将其送至测量装置并进 行检测。这种测量方法在例如EP 307 430 Bl中进行了具体说明。在 EP 563 447 Al中也描述了这种测量方法。
类似的装置也可从US 6,216,526 Bl和EP 295 798 Al中获知。
发明内容
本发明的目的是改进已知的集气装置，并提高集气处理和测量 方法的效率。
本发明的目的通过下述方案实现 一种用于采集熔融金属中气 体的装置，包括浸没端，具有集气本体；供气道，其在所述浸没端 处开口；以及排气道，用于排出进入所述集气本体的气体，其中所述 集气本体具有侧壁和布置在所述浸没端上的端面，其特征在于所述
集气本体的至少一部分具有不透气层。
由于集气本体的至少一部分具有不透气层，因此，能用集气本 体捕获大部分气体，并将此部分气体送至排气道，进而送至测量装置， 这是因为，进入集气本体的气体除了进入排气道之外，基本上不能离 开集气本体，因而，收集于集气本体中的气体的绝大部分都可以送至
测量装置。这种方式使测量更简单、更快捷，并且最终也更精确。 下面说明本发明的优选实施方式。
有利的是，外侧壁的至少一部分具有不透气层。根据现有技术 已知(参见前文所述)，集气本体自身在端面上可以具有空腔。从熔 融金属出来的气体最初聚集在此空腔中。因为气体无法从空腔逸出， 于是，气体渗入集气本体。由于侧面被不透气层遮蔽，气体只能逸入 排气道。为此，可以在集气本体侧壁的表面上布置不透气层。有利的 是，该层由至少两个分层形成，以一层叠于另一层之上的方式布置。 面向集气本体内部的下分层可以由金属(尤其是熔点比铁高的金属)
形成。特别地，该金属可以是钼、钛、钒、铬、铌，或者是包含这些 金属至少之一的合金。下分层(内分层)是不透气的。在此内分层上 可以施加外分层，该外分层背向集气本体内部且由陶瓷制成。对于布 置在外分层与集气本体之间由金属制成的下分层，外分层可以提供保 护层的作用。外分层优选由氧化物陶瓷或硅酸盐形成，尤其由二氧化 锆、氧化铝、二氧化铬、硅酸锆、硅酸铝或尖晶石形成。
集气本体可以基本上被此层完全包围，其中仅未覆盖气体进入 集气本体的端面和从集气本体到排气道的入口。比较理想的是留下集 气本体的整个端面不进行覆盖，或者，只是集气本体端面上的空腔表 面不被覆盖。优选的是，至少一个分层是由等离子喷涂施加的。适宜地，集气本体可以具有圆筒形或圆锥形的侧壁。优选的是， 排气道布置在集气本体中与端面相对的后壁上。例如，排气道可以布 置在连接嘴上，或布置在集气本体的开口中。
根据本发明的装置可以用来测量熔融金属中气体的含量。例如， 在许多不同的熔融金属中都可以进行测量。集气本体自身对熔融金属 是不能渗透的，但对所要测量的气体具有非常好的透气性和吸收性。
根据本发明，提供一种用于测量熔融金属中气体含量的方法，
其中将气体导入所述熔融金属中，在所述熔融金属中，所述气体与包 含在所述熔融金属中的气体进行气体交换，然后，收集气体并将其送 至测量装置进行检测，其中将至少两种不同的气体导入所述熔融金属 并进行检测，其中两种气体都具有各自的载气以及可选择一种掺入气 体，这种掺入气体在熔融金属中的百分比为待检测数值，测量方法的 特征在于与熔融金属中被测量气体的浓度相比，在各气体导入情况 下掺入气体的浓度更低，或者，在各气体导入情况下惨入气体的浓度
更高。这里，此方法首先假设熔融金属中的气体浓度，并且，对于要 导入的气体选择明显低于或者明显高于熔融金属中预期浓度的浓度。 这样，对于两种气体而言，被测量的气体被熔融金属吸收或者从瑢融 金属中释放。因此，用彼此独立的两种或两种以上的气体进行测量。 这里，可以使用相同或者不同的载气。如果熔融金属中待检测气体的 浓度高于导入气体中这种气体的浓度，导入熔融金属的气体将从熔融 金属吸收气体，因而，作为导入气体，也可以使用纯载气，此时被测 气体的浓度在导入气体中可以为零。反之，熔融金属从导入气体吸收 气体，因为在各种情况下的目标都是自然平衡。对于测量而言，可以 利用这样的条件和因素，即，不同气体在熔融金属中的吸收和释放特 性可以是不同的。
作为载气，可以使用惰性气体，优选氩气和/或氮气。作为掺入 气体，可以使用一氧化碳，因而，可以测量熔融金属中一氧化碳的含
下面，参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。 附图以局部剖视图的方式示出根据本发明的装置。
具体实施例方式
示于附图的装置固定于载体管(未示出)上的连接嘴1，并随载 体管一起浸入熔融金属中。将集气本体2浸入熔融金属中，以进行气 体交换。
在连接嘴1中，有气体通道3、 3'。这里，中央气体通道3与居 中布置在装置中的供气道4相通。将此供气道以居中方式引导通过集 气本体，以及供气道的末端布置于集气本体的端面5的下方。将载气 通过供气道4导入熔融金属。供气道4主要由石英管制成，可以在其 浸没端进行弯曲，使其开口朝向集气本体2的方向。供气道4利用接 合剂6固定在集气本体2中。载气通过供气道4流进熔融金属，并从 熔融金属吸收气体，然后上升进入集气本体2的空腔7，并从那里以 及从端面5渗入集气本体2。集气本体2由多孔材料例如水泥形成。 也可以使用陶瓷本体，例如氧化铝。气体通过集气本体的气孔向上渗 入排气道。此排气道主要由石英玻璃管8形成，将石英玻璃管8用接 合剂9固定在集气本体2中。在石英玻璃管中，填充有氧化铝制成的 例如球形的多孔填充物10。穿过填充物10，混有来自熔融金属的气 体的载气通过气体通道3'排出并送到测量装置。此处，将提取的气 体与导入熔融金属的气体进行比较，从而检测从熔体吸收(或释放到
熔体)的气体，确定熔融金属中的气体含量。此过程本身是已知的， 例如EP 307 430 Bl中(或类似地在EP 563 447 Al中)有所描述。 使用氩气作为导入气体的载气。由于预期的气体含量约为2.5%，为 了测量熔融金属中一氧化碳的含量，使一氧化碳浓度超过2.5% (例 如5%和10%)与载气混合。
集气本体2在其圆锥形外表面上具有由下分层11和外分层12 构成的不透气层。下分层11由钼形成。外分层12用作保护层，并由 尖晶石制成。
原则上，在集气本体2面向浸没端的末端上也可以布置不透气
层。然而，在正常情况下并不需要如此布置，因为设置在此处的表面 较小，因而，气体泄漏的程度非常小。所以，实际上，所有由装置收 集的气体都送进由石英玻璃管8限定的排气道。
采用这种装置，还可以确定钢水中氢或氮的含量。
权利要求
1.一种用于采集熔融金属中气体的装置，包括浸没端，具有集气本体；供气道，其在所述浸没端处开口；以及排气道，用于排出进入所述集气本体的气体，其中所述集气本体具有侧壁和布置在所述浸没端上的端面，其特征在于所述集气本体的至少一部分具有不透气层。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述侧壁的至少 一部分具有不透气层。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于所 述不透气层布置在所述集气本体侧壁的表面上。
4. 根据权利要求1至权利要求3中任一项权利要求所述的装置， 其特征在于所述不透气层由至少两个分层形成，以一层叠于另一层 之上的方式布置。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于面向所述集气本 体内部的下分层由金属形成。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述下分层由熔 点比铁高的金属形成。
7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述下分层主要 由选自钼、钛、钒、铬、铌所组成组中的一种金属形成，或者由至少 这些金属之一的合金形成。
8. 根据权利要求4至权利要求7中任一项权利要求所述的装置，其特征在于背向所述集气本体内部的外分层由陶瓷形成。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述外分层由氧 化物陶瓷或硅酸盐形成。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述外分层由 二氧化锆、氧化铝、二氧化铬、硅酸锆、硅酸铝或尖晶石形成。
11. 根据权利要求1至权利要求10中任一项权利要求所述的装 置，其特征在于至少一个分层通过等离子喷涂施加。
12. 根据权利要求1至权利要求11中任一项权利要求所述的装 置，其特征在于所述集气本体具有圆筒形或圆锥形的侧壁。
13. 根据权利要求1至权利要求12中任一项权利要求所述的装 置，其特征在于所述排气道布置在所述集气本体中与所述端面相对 的后壁上。
14. 根据权利要求1至权利要求13中任一项权利要求所述的装 置，其特征在于所述排气道布置在连接嘴上，或者布置在所述集气 本体的开口中。
15. 根据权利要求1至权利要求14中任一项权利要求所述的装置在测量熔融金属中气体含量方面的应用。
16. —种用于测量熔融金属中气体含量的方法，其中将气体导入所述熔融金属中，在所述熔融金属中，所述气体与包含在所述熔融 金属中的气体进行气体交换，然后，收集气体并将其送至测量装置进 行检测，其中将至少两种不同的气体导入所述熔融金属并进行检测， 其中两种气体都具有各自的载气以及可选择一种掺入气体，这种惨入气体在熔融金属中的百分比为待检测数值，其特征在于与所述熔融金属中要被测量的气体的浓度相比，在各气体导入情况下掺入气体的 浓度更低，或者，在各气体导入情况下掺入气体的浓度更高。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于导入的气体具 有不同的载气。
18. 根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其特征在于 使用惰性气体尤其氩气和/或氮气作为所述载气。
19. 根据权利要求16至权利要求18中任一项权利要求所述的方法，其特征在于掺入气体是一氧化碳。
20. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于在浓度低于待 测量气体浓度的情况下，与所述载气混合的气体的浓度可以为零。
全文摘要
本发明涉及一种用于采集熔融金属中气体的装置，包括具有集气本体的浸没端、在浸没端处开口的供气道、以及用于渗入集气本体的气体的排气道，其中所述集气本体具有侧壁和布置在浸没端上的端面，并且构成为使集气本体的至少一部分具有不透气层。本发明还涉及一种测量方法。
文档编号G01N1/22GK101344465SQ200810130588
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月10日 优先权日2007年7月10日
发明者E·格里茨, J·斯文南, J·特奥多尔, P·克莱门特 申请人:贺利氏电子耐特国际股份公司