Способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 050777(21) 2503400/18-25

Союз Советскик

Социалистических

Республик (Я)М. КЛ. с присоединением заявки ¹

G 01 N 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 25.1179. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 251179 (53) УДК 536 . 42 (088. 8! (72) Авторы

ИЗОбрЕтЕНИя Б. В. Линчевский, Ю. В. Тараканов и А. Д. Каханов

Московский вечерний металлургический институт (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИ Я КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ

КИСЛОРОДА В ЖИДКИХ МЕТАЛЛАХ

Изобретение относится к металлургии, в частности, к определению коэффициентов диффузии кислорода в расплавленных металлах, необходимых для выяснения ограничивающих факторов в реальных металлургическйх процессах.

Известен способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах, заключаюшийся в том, что измеряется скорость растворения вращающегося диска в неподвижном расплате при ламинарном режиме обтекания (1) . По изменению веса диска и при известном числе его оборотов рассчитывают коэффициенты диффузий.

Однако при определении коэффициентов диффузии этим способом возникают значительные погрешности из-за шероховатости рабочей поверхности диска, вследствие эффекта подплавления диска, в связи с естественной конвекцией начинающей проявлятbc я при малых оборотах образца и т.д.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения коэффициентов диффу,зии кислорода в жидких металлах,,заключающийся в том, что производят йзмерение во времени ионного тока, протекающего через ячейку т, (р =о,21ат ) Jzr o>+ c aO(the, (03р электродами которой являются пористое платиновое покрытие, омываемое воздухом и исследуемый металл (2) .

При приложении напряжения к электродам ячейки через последнюю потечет ионный ток, величина которого определяется потоком ионов кислорода через твердый электролит.

Поток ионов кислорода определяется разницей концентраций кислорода в объеме исследуемого расплава и на границе раздела исследуемый расплавтвердый электролит. Концентрация кислорода на,границе раздела определяется приложенным напряжением.

Концентрация в объеме металла определяется начальными условиями, Коэффициент диффузии рассчиты,. вают из уравнения, нон ь1 о(со(1) С (2))е р(- — " ) где i — ионный ток, протекающий ион через ячейку; — высота столба жидкого металлаа;

F — постоянная Фарадея;

699400 ячейку электрический тбк может переносить ионы кислорода или обедняет ими исследуемый металл в зависимости от величины приложенного напряжения. По характеру изменения ионного тока по известной зависимости рассчитывают коэффициент диффузии кислорода в исследуемом расплаве, что иллюстрируется следующим примером.

Измеряют изменение ионного тока во времени для Fe при 1600 С. Анализируя расчетную формулу (1), нетрудно увидеть, что

Do Л д 9 г где с(. — угол наклона прямой зависимости ln i „от времени, получающийся в результате логарифмирования значений 1 „. Из дА находим, что

48 10- 4см 2/сек

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить измерение коэфФициентов диффузии кислорода в жидких металлах без нарушения электрического контакта между твердым электролитом и электродом, имеющим постоянное содержание кислорода при заданной температуре, что обеспечивает возможное

его применение при температурах, превышающих 1500 С. !!

Полученные значения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах могут быть использованы для расчетов кинетических характеристик процессов рафинирования жидкого металла.

Формула изобретения

Способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах, заключающийся в том, что производят измерение ионного тока во времени, возникающего в результате приложения постоянного напряжения к.двум электродам, одним из которых является исследуемый металл, и по известной зависимости определяют коэффициент диФфузии кислорода, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах при температурах выше 1500 С, в качестве второго электрода используют тот же ме талл, который предварительно расплав ляют под шлаком из. (двоих окислов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Левич В.Г. физико-химическая гидродинамика. — M., Физматгиз, 1959, с. 668.

2. "MetaI Kunde", Вй 59, 1968, jH 8, с. 635-641 (прототип).

D„ — коэффициент диффузии кислорода;

C(1)С„(2)- начальная и конечная концентрации кислорода в исследуемом расплаве; первый корень функции Бес5 селя нулевого порядка; время;

r — радиус капилляра, содержащего исследуемый металл.

Однако этот способ пригоден для

; определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах для температур, не превышающих 1500 С, так как при более высоких температурах платиновое покрытие испаряется с поверхности твердого электро15 лита, что приводит к разрыву электрической цепИ. Эта особенность ограничивает область его применения. ! Целью изобретения является определение коэффициентов диффузии кис- лорода в жидких металлах при температурах выше 1500 С.

Для этого в качестве второго электрода используют тот же металл, который предварительно расплавляют под 25 шлаком из своих окислов.

Это обеспечивает постоянное содержание в нем кислорода при заданной температуре. .Величина ионного тока определяется потоком ионов кислорода 3Q через твердый электролит, который возникает вследствие разницы концентраций кислорода в объеме исследуемого расплава и на границе раздела исследуемый металл-твердый электролит. 5

Концентрация кислорода в исследу мом металле на границе раздела исследуемый металл-твердый электролит определяется приложенным напряжением.

Концентрация кислорода в объеме 4Î исследуемого металла определяется начальными условиями.

На чертеже представлена схема осуществлени я способа определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах.

Исследуемый металл 1 помещают в.капилляр 2, изготовленный из двуокиси цирконня, Затем капилляр 2 погружают в огнеупорный стакан 3, содержащий тот же металл 4, расплавленный под шлаком своих окислов. По достижении температуры опыта в расплавы металлов 1 и 4 опускают токоподводы 5 и 6, на которые подается

Постоянное напряжение, обуславливаю- 55

tace протекание через ячейку электрического тока. Вследствие того, что материал капилляра 2 при температурах опыта обладает чисто ионной проводимостью, протекающийjчерез 60

Составитель Н.Менышенина

Техред . М.Петко Корректор Т.Скворцова

Редактор Е. Гончар

Заказ 7214/47

Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4