Датчик окисленности жидкого металла

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07. 03. 80 (21) 2891540/18-25 (Я 1) M. Кп.з

G 01 N 27/46 с присоединением за.я вки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070882, БюллетенЬ ¹ 29 133) УДК 543. 257 (088.8) Дата опубликования описания 07.08.82

Г у

У. ". . 1 .

l0.Í.Ãðèùåíêî, Н.И.Виниченко, Л.С.Ал ксеенк6 .:" и К.С.Просвирин - ъ -..

У -: ( (Днепропетровский ордена Трудового КрасноЪтв

Знамени металлургический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ДАТЧИК OKHCJIEHHOCTH ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к аналитической технике и может быть исполь зовано, в частности, в сталеплавильном производстве.

Известен датчик для определения

Ькисленностижидкого металла, содержащий твердый электролит Zr-Zro -СаО и токосъемник, и эталонное вещество с известным содержанием кислорода. В качестве электрода сравнения применяют газовые кислородсодержащие смеси (1) .

Недостатком датчика является то, что при Т>1600оС в стабилизированной двуокиси циркония при контакте с фазами, имеющими парциальное давле ние кислорода ниже 10 ат, наряду с ионной проводимостью появляется значительная электронная проводимость, которой нельзя пренебречь при расчете.

Величина ЭДС ячейки с учетом поправки на электронную проводимость определяется по Формуле Шмальцрида кт (1) е = —, и и+ Ри

0 где R, — универсальная газовая постоянная;

Т вЂ” абсолютная температура . расплава;

F †- постоянная Фарад=я;

P P — парциальное давление эс с кислорода с разных сторон твердого электролитат

P — парциальное данлес ние кислорода, при котором ионная и электронная составляющие проводимости твердого электролита равны (параметр электронной проводимости).

В этом случае кроме парциального

15 давления кислорода в электролите сравнения необходимо знать величину

РЕ твердого электролита и ее зависимость от температуры. При этом общая ошибка измерений окисленности металла увеличивается, так как увеличивается число входящих в уравнение (1) переменных величин.

Наиболее близким к изобретению является датчик окисленности жидкого металла, содержащий оболочку из твердого электролита, выполненную иэ сТабилизированной двуокиси циркония, размещенные в ней электрод сравнения и токосъемник 123, 949474

Недостатком датчика является недостаточная точность измерений содержания кислорода в жидком металле, вследствие появления электронной проводимости в твердом электролите. 5

Цель изобретения — повышение точности измерения содержания кислорода.

Поставленная цель достигается тем, что датчик окисленности жидкого ме- 10 талла, содержащий оболочку из твердого электролита, выполненную из стабилизированной двуокиси циркония, размещенные в ней электрод сравнения и токосъемник, электрод сравнения выполнен из смеси Zr-ZrO npu следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Цирконий 33-73

Двуокись циркония 27-67

В этом случае в расчетах по формуле Шмальцрида можно не учитывать парциальное давление кислорода в электроде сравнения (P ) и тем самым исключить погрешность, связанную с определением этой величины и ее температурной зависимости.

Необходимая разница s величинах

Р и Р определяется из условия, что погрешность в ot-.ределении содержания кислорода в жидком металле изза неучета Рэ не должна превышать заданной величины, например 10Ъ. С учетом этого максимально допустимое значение Рэ с при ошибке 10Ъ в опре- 35 делении содержания кислорода в жидком металле перед раскислением может быть определено из уравнения (1)

Pe.c =5, 14 ° 10 Ре= 10 Ре .

Между твердым электролитом и элек- 4О тродом сравиения не должно быть химического взаимодействия, иначе они меняют свои свойства,что влечет за собой ошибки в определении растворенного кислорода. Между цирконием и его45 двуокисью не наблюдается никакого взаимодействия, по крайней мере, до температуры, равной 1800 С. Следовательно, они не меняют своих свойств,. а возникающая в твердом электролите электронная проводимость учитывается благодаря использованию уравнения Шмальцрида.

Электрод сравнения, представляющий собой смесь Zr-Zr+, должен содержать не менее 30 об.Ъ циркония (эквивалентно 33 вес.Ъ), так как при более низких его содержаниях не обеспечивается необходимая электропроводность смеси. Верхний предел содержания циркония в электроде срав- 6О нения выбран, исходя из следующих соображений. Согласно диаграмме состояния Zr-О равновесное существование Zr и ZrO> возможно лишь при содержаниях циркония в смеси ме- 65 нее 73 вес. Ъ. Поэтому контакт такой смеси с твердым электролитом из стабилизированной двуокиси циркония не приводит к распаду последней, что и является условием ее термодинамической устойчивости.

Оптимальной является смесь

Zr-ZrO, содержащая 50 вес.Ъ и ".

50 вес.Ъ ZrO<. При таком соотношении компонентов обеспечивается электропроводность смеси и устойчивость твердого электролита..

На чертеже представлен датчик окисленности жидкого металла.

Датчик окисленности жидкого металла содержит оболочку 1 из твердого электролита, выполненную из стабилизированной двуокиси циркония, размещенный в ней электрод 2 сравнения и токосъемник.3.

Датчик работает следующим образом.

При погружении датчика в металл с одной стороны оболочки 1 из твердого электролита содержание кислорода определяется величиной ф твердого электролита, а с другой стороны — содержанием кислорода в металле. Вследствие этогo на твердом электролите возникает разность потенциалов, которая может быть измерена с помощью внешнего регистрирующего прибора. По значению измеренной между токосъемником 3 и распланом величине ЭДС и известной величине Р оболочки 1 из твердого электролита, используя формулу (1), можно определить содержание кислорода в расплаве.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что достигается более высокая точность измерений, так как достаточно знать величину РЕ твердого электролита (парциальное давление кислорода в электроде сравнения может быть лю-. бым, не превышающим определенного значения) и возможно изготавливать механически прочные электроды сравнения.

Формула изобретения

Датчик окисленности жидкого металла, содержащий оболочку из твердого электролита, выполненную из стабилизированной двуокиси циркония, размещенные в ней электрод сравнения и токосъемник, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения содержания кислорода, электрод сравнения выполнен из смеси Zr-ZrO< при

949474

Составитель Г.Боровик

Редактор О.Юрковецкая Техред Т.Маточка ; Корректор С.Шекмар

Заказ 5735/30 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 следующем соотношении компонентов, вес.В:

Цирконий 33-73

Двуокись циркония 27-67

Источники информации, лринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 391461, кл. G 01 N 27/46, опублик. 25.08..1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 754295, кл. G 01 N 27/46, опублик.

5 07.08.80 (прототип).