Способ определения содержания водорода в шлаках и флюсах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<,947725 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 280181 (21) 3240235/18-25

i$3) М. Кл. с присоединением заявки NоG О l И 25114

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

РИ УДК 543 ° 27 (088.8) Опубликовано 300782. Бюллетень Мо. 28

Дата опубликования описания 300782

И.A.Íoâîõàòcêèé, Л.Я.Глускин, В.Я.Кожух и В.Л.Мизецкий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Одесский ордена Трудового Красного Знам политехнический институт (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ВОДОРОДА В ШЛАКАХ И ФЛЮСАХ

Изобретение относится к черной металлургии и машиностроеник, в частности к контроли содержания водорода в сталеплавильных шлаках и флюсах электрсналакового переплава, а также во флюсах для электросварки металлов.

Известен способ определения содержания водорода в шлаках с исполь-. зованием нейтрального газа-носителя

l путем тепловой экстракции водородсодержаших газов и их восстановления углеродом графитового игля f1).

Известный способ не обеспечивает необходимой точности определения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания водорода в шлаках и флюсах с использованием нейтрального газа-носите ля путем тепловой зкстракции водородсодержацих газов и их восстановления до водорода. В этом способе в качестве восстановителя применяют сплавы никеля со щелочноземельными металлами, нагреваемые до температур выше 300, а содержание водорода в газе-носителе определяют одним из известных способов.

Опыт эксплуатации укаэанного способа показал, что сплавы никеля со щелочноземельными элементами ока5 зываются достаточно ревкционноспособными только при температурах нагрева их выше 500 C 2 .

Однако работа при таких температурах даже при применении относи)Q тельно бедных никелевых сплавов (с

5-15 вес.Ъ щелочноэемельного эле мента) сопровождается значительным испарением активного элемента. Пары активного элемента непрерывно выносятся газом-носителем из горячей

15 зоны реакционной трубки и также неп-рерывно конденсируются внутри относительно холодного ее выходного конца. Осаждаюшийся при этом высоко»

20 дисперсный конденсат металла-восстановителя обладает большой адсорбционной и химической способностью и непрерывно необратимо (для стационарных температурных условий анализат поглошает из газа-носителя значительные количества водорода (геттер-эффект), что вносит значител ную и несистематическую ошибку в результаты анализа и обусловливает относительно невысокую в целом точность известного способа.

947725

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности и точности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения содержания водорода в шлаках и флюсах с использованием нейтрального газа-носителя путем тепловой экстракции нодосодержащих газов, восстановления их до водорода восстановителем, нагретым до температуры выше 10

300, и измерения количества водорода в газе-носителе, в качестве восстановителя используют нитриды щелочных,щелочноземельных, редкоземельных металлов и нитриды переходных металлов 1V — Yll групп больших периодов периодической системы элементов, а в качестве газа-носителя - азот, парциальное давление Р которого удовлетворяет условию Р РД„с, где Р „супругость диссоциации грименяемого нитрида при той же температуре.

Кроме того, для повышения газопроницаемости восстановителя и увеличения поверхности контакта его с анализируемой газовой смесью, восстановитель используют в смеси с нейтральными огнеупорными веществами с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм.

Процессы конвертирования в экстрагируемых из флюсов водородсодержащих газов с применением нитридов протекают аналогично следующим реакциям, составленным применительно к нитриду магния:

МС3 Н +ЗНХO=3MfJoi.Nт зН2%

Иа, H<+6HF=3MgF<+ Н + 3Hz, Нс- Н +ЗН =ЗМ9+Н, ЗН а.

E нитридах BKTHBHHfi элемент (восстаноннтель) связан в термодинамически непрочные, но не летучие <труд-40 но испаряемые) соединения, нелетучими оказынаются и образующиеся в продуктах конвертирования водородсодержащих газов конденсированные фа(оксиды, фториды и сульфиды). 45

Предлагаемый способ позволяет пода-,: вить геттер-эффект при конвертировании водородсодержащих газов в водород даже при 1000 С и выше, что и обусловливает значительное (на 2025%) повышение точности предлагаемого способа по сравнению с прототипом. В качестве дополнительного эффекта при высокотемпературном применении нитридов для конвертирования оказывается повышение производительМости способа на 15-20%, что связано с повышением скорости конвертирования при повышенных (выше 700-700ОС ) температурах.

Сптимальными рабочими температу- 60 рами конвертирования при применении нитридов оказываются такие температуры, при которых упругость диссоциации используемого нитрида составляет 50-90Ъ от давления несущего 65 газа в блоке конвертирования. Указанные температуры могут быть рассчитаны с помощью соответствующих термодинамических данных.

Нитриды, применяемые в качестве восстановителя в предлагаемом способе, оказываются термически, стабильными соединениями только в том случае, если в качестве газа-носителя применяется аэотсодержащий газ и парциальное давление его Рк в газе-носителе удовлетворяет услонйю Рц )гР „, где

Рддр — упругость диссоциации выбран-. ного нитрида прн рабочей температуре конвертирования.

При применении катарометра для детектирования водорода н анализируемом несущем газе использование азота н качестве несущего газа исключает голностью помехи анализу выделяющимися из проб флюсов и шлаков сопутствующими газами (СО, М ). В результате совместного применения нитридон (восстановителя для конвертирования

-Н О, HF, Н 5, Н> и азота)- несущего газа в предлагаемом способе достигается высокая точность анализа и производительность.

Г р и м е р 1. В специальной установке очищенный аргон с давлением

1,1 атм и расходом 2 л/ч пропускают над кварцевой лодочкой с навеской

1,0 r гранулированного флюса типа

AHC-6. Содержащиеся во флксе водородсодержащиеся газы экстрагируют при

900 С и с током газа-носителя направляют их н кварцевый блок конвертиронания, заполненный нитридом марганца и нагреваемый до 800 С. В блоке конвертирования происходит конвертирование водородсодержащих газов с (выделением эквивалентных количеств молекулярного водорода. Далее аргоноводородная смесь анализируется íà содержание н ней водорода с помощью катарометра в течение всего времени дегазации флюса. С помощью графического интегрирования кинетической кривой дегазации навески флюса рассчитывают общее содержание в ней водорода.

Сопоставление полученных таким образом значений концентраций водорода н гранулированном флюсе АНФ-б (среднее значение 31,2 см /100 г ) с данными способа-прототипа (среднее значение 26,4 смз/100 г) гоказывает, что за счет подавления геттер-эффекта предлагаемый способ повысил точность определения общего содержания водорода во фторидно-окисном флюсе на 15-20%.

Пример 2. Анализ проводят аналогично примеру 1, но н качестве газа-носителя применяют очищенный азот с давлением 1,1 атм. Упругость нитри-.

947?25

Соотношения концентраций водорода

Очищенный газноситель

Общее содержание водорода в анализируемом флюсе

31,2 см /100 r

33,4 см /100 r

93,8%

100,03

Аргон

Азот

Формула изобретения

Составитель С. Беловодченко

Техред 3.. Палий Корректор Н.Король

Редактор Х.Янович

Заказ 5622/66 Тираж 887 ° Подписное

BHHHPH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 да магния составляет 0,8 атм, следовательно, выполняется условие I-N >iP cТаким образом, применение в качестве газа-носителя азота в предлагаемом способе дает существенное приращение эффекта (приблизительно на 6Ъ в приведенном случае) в повьпаении точности определения содержаний водорода в шлаках и флюсах за счет исключения помех анализу выделяющи- 20 мися из пробы (наряду с водородсодержащими газами) азота и окиси углерода.

Укаэанный эффект монет быть реализован в том случае, когда для определения концентрации водорода в несущем газе используется детектор по теплопроводимости.

Для повышения газопроницаемости и реакционной способности мелкокристаллических и спекаемнх нитридов их целесообразно применять в смеси с нейтральными огнеупорными веществами, например с шамотом, с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм. 35

Предлагаемый способ обеспечивает подавление геттер-эффекта водорода на конденсате паров восстановителя и с применением в качестве несущего газа очищенного азота повысит точ- 40 ность предлагаемого способа на 2025%; повышение производительности способа на 15-20% за счет скорости конвертирования выделяющихся из проб газов и увеличения скорости несущего газа; возрастает реакционный ресурс с активными элементами и эксплуатационная надежность на

50%.

Вышеперечисленное обеспечивает надежность способа при применении

его в производственных условиях.

При этом получают результаты, при- веденные в таблице.

1. Способ определения содержания водорода в шлаках н флюсах с использованием нейтрального газа-носителя

1путем тепловой экстракции водородсодержащих газов, восстановления их до водорода восстановителем, нагретым до температуры выше 300", и: измерения количества водорода в газе-носителе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности способа, в качестве восстановителя используют нитриды щелочных, щелочнсземельных, редкоземельных металлов и нитриды переходных металлов 1У вЂ” Vlt групп больших периодов периодической системы элементов, а в качестве газаносителя — азот, парциальное давление Р которого удовлетворяет условию Pg u Ремис, где Рдр — упругость диссоциации применяемого нитрида при той же температуре.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения газопроницаемости восстановителя и увеличения поверхности контакта его с анализируемой газовой сме« сью, восстановитель используют в смеси с нейтральными огнеупорными веществами с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Стрелков В.В. и др. Определение водорода в шлаках. - "Заводская лаборатория", 1978, Р 11.

2. Авторское свидетельство СССР

М 496486, кл. 6 01 и 25/38, 1973.