[發明專利]用于測量鑄鐵熔體中的氧含量的傳感器

有效

• 申請號: 201210311047.0
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN102944601A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 丹尼·哈貝茨
• 申請（專利權）人: 賀利氏電子耐特國際股份公司
• 主分類號: G01N27/411
• 分類號: G01N27/411
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;金小芳

本申請是申請號為200880002846.1、申請日為2008年1月14日、發明名稱為“影響鑄鐵性質的方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及通過向鑄鐵熔體中加入鎂從而影響鑄鐵性質的方法。

本發明還涉及通過電化學測量元件來測量鑄鐵熔體中的氧含量的傳感器，其中所述電化學測量元件包括固體電解質管。

背景技術

一般來說，鑄鐵熔體中的游離鎂的含量被認為是在鎂處理的鑄鐵中形成球狀石墨或蠕蟲狀石墨的決定因素。目前用于調控可鍛鑄鐵生產過程的方法包括借助光譜分析樣品來確定鎂的總含量，即游離鎂和結合鎂的總含量。但是，這種方法所提供的信息并不完整，因為該方法不能得知游離鎂的含量，而且這種測量方式也不能提供關于氧活度的任何信息。然而，同游離鎂一樣，氧活度也是形成石墨形態的決定因素。所謂的可鍛鑄鐵是這樣的常規灰鑄鐵，其經過球化添加劑的處理，因而鑄鐵中的絕大部分石墨碳都是所謂的粒狀石墨或球狀石墨。由于顆粒的形態、尺寸及數目這些參數會影響到鑄鐵的機械性能，因此必須從這些方面對鑄鐵中的粒狀石墨進行分析。目視分析方式復雜或帶有主觀性，即使在部分自動化的分析中也是如此。這方面的測量方式是已知的，例如可從專利文獻US?5,675,097中得知。專利文獻DE?19928456A1描述了確定鑄鐵中石墨的空間結構的測量方法，該測量方法基于氧的測定，并且沒有目視分析方法的缺陷。這樣，反應會更為迅速，并且對生產過程的特定影響會提高產率，或者減少鑄造過程中所產生的廢料。鑄鐵的質量可以得到良好地控制。

可通過（例如）對白口硬化樣品進行金相分析或光譜分析、或者還可通過熱分析來證實鑄鐵中鎂處理的成效。

一般來說，用純鎂或鎂合金來促進鑄鐵的球狀形態。所加入的鎂中的一部分從鐵中提取氧和硫；剩余部分的鎂，即所謂的游離鎂部分，控制氧活度。熔體中游離鎂的含量是鑄鐵球化率的決定因素。隨著時間的推移，熔體中的游離鎂含量減少，而氧活度提高。這會對鑄鐵的結構以及機械性能造成影響。

從（例如）專利文獻DE?10310387B3中可得知用來測定金屬熔體氧活度的傳感器。在該專利文獻中披露了一種外表面上具有涂層的固體電解質管，該涂層是由鋯酸鈣和氟化物的混合物形成的，從而可測量（例如）鐵熔體中的硫、硅或碳的濃度。

發明內容

本發明的目的是提出一種方法以及用于調控該方法的傳感器，通過這種方法和這種傳感器可使得現有技術得到改善，并且使鑄鐵的機械性能在液相時就受到特定的影響。

該問題通過獨立權利要求的技術特征而得以解決。在從屬權利要求中示出了有利的實施方案。具體而言，本發明方法的特征在于：對鑄鐵熔體中的氧含量進行測量；并且向鑄鐵熔體中加入鎂，直至在約1,420℃的溫度（參考溫度）下鑄鐵熔體中的氧含量達到約0.005ppm至0.2ppm為止。由于測量氧比目前可能的測量鎂的方式更為精確（鎂在熔體中以游離鎂和結合鎂的形式存在，因此不可能對鎂作出精確的分析），因此能夠更為精確地決定鑄鐵的機械性能。本領域的技術人員可以檢測并利用低氧含量下存在些許大石墨顆粒與較高氧含量下存在眾多小石墨顆粒這二者之間的相互關系。這樣，如專利文獻US5,675,097中已描述的那樣，可以與機械性能（例如抗拉強度、延伸率以及變形阻力）相關聯。出乎意料的是，已經表明，當加入鎂直至氧含量低于0.1ppm、優選為介于0.08ppm和0.1ppm之間時，鑄鐵具有最大的延伸率。當氧含量更低或更高時，鑄鐵的延伸率會再次降低。有利的是，向鑄鐵熔體中加入約200ppm至750ppm的鎂，以達到所需的氧含量。

本發明傳感器的特征在于：二氧化鋯層被施加于固體電解質管的外表面上。特別是，可采用氧化鈣、氧化釔和/或氧化鎂使該層中的二氧化鋯穩定。有利的是，使用至多30重量%的氧化鈣、至多25重量%的氧化鎂和/或至多52重量%的氧化釔來使該層穩定。特別有利的是，使用約4重量%至6重量%的氧化鈣來使該層穩定。有利的是，該傳感器的該層是等離子噴鍍的。優選的是，該層的厚度為約30μm至50μm，尤其為約40μm。其上設置有該層的固體電解質管優選為可被約2重量%的氧化鎂穩定的二氧化鋯管。

附圖說明

下面參照附圖對本發明的一個示例性實施方案進行說明。在這些附圖中：

圖1示出石墨顆粒的數目與氧含量（氧活度aO）之間的關系；

圖2示出相對延伸率與氧含量之間的關系；

圖3示出本發明的傳感器頭的剖面圖；并且

圖4示出另一實施方案的傳感器的部分剖面。