自發生一氧化碳固體電解質高溫快速定碳探頭的製作方法

2023-05-28 23:56:11 1

專利名稱：自發生一氧化碳固體電解質高溫快速定碳探頭的製作方法
技術領域：
本發明屬理化檢測技術。
除化學分析定碳外，目前常用的高溫快速定碳方法是結晶定碳。這種方法的不足是在〔C〕＜0.25%的低碳範圍內測量誤差較大，而且受其它元素的影響。為此，國外許多人在積極開展固體電解質定碳探頭的研究。Janke(Steel Research，57，No12，1986，P636～634)等人用ZrO2為固體電解質，以CO氣體為輔助電極，組裝成的測量電池，曾在實驗室測量出鋼液中碳含量。然而，由於這種探頭在定碳反應中所需CO靠CO發生器或氣瓶提供，所以至今未能應用於冶金生產。
本發明的目的在於尋求一種能夠自發生CO氣體的輔助電極以取代CO發生器或氣瓶，實現固體電解質定碳探頭在冶金生產過程中的定碳應用。
發明人採用SiC餘量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2混合物顆粒燒結在ZrO2或MgO固體電解質管表面作為輔助電極〔2〕，利用該輔助電極在定碳時有SiC+3〔O〕Fe＝SiO2+CO(氣)反應所提供的CO(氣)達到了自發生CO的目的。文中所提含量均為重量百分含量，〔O〕Fe、〔C〕Fe代表鋼液中的氧和碳。
由固體電解質定碳原理可知，定碳電池表示式為
如前所述，在電池反應中的CO氣體Janke等人的定碳探頭是靠CO發生器或氣瓶提供的。本發明則由輔助電極的化學反應SiC+3〔O〕Fe＝SiO2+CO(氣)予以提供(此處CO分壓Pco＝1大壓)。
考慮到固體電解質表面處存在如下局部平衡
從而導出鋼液中碳活度的計算公式是
式中Pco-co分壓，為1大壓△GOco-溶解在鋼液中的〔c〕、〔o〕反應生成CO的標準自由焓，△GO〔o〕-氧在鋼中的溶解自由焓，Pe′-固體電解質電子導電特徵氧分壓，Po2(ref)-參比電極的氧分壓E-電池電動勢，T-絕對溫度，R-氣體常數，F-法拉第常數。上式除E、T外，其餘均為已知值。所以，測出E、T後，a〔c〕即可算出。再根據a〔c〕＝fc·〔%c〕Lgfc＝jejc]]>·〔%c〕
即可得到鋼液中碳的含量〔%c〕。式中fc為碳的活度係數，ejc]]>為j元素對碳的活度相互作用係數。
本發明裝置與現有技術的差別主要是在固體電解質管〔20〕表面燒結有SiC餘量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2混合物的輔助電極〔2〕(其中CaF2主要作用是便於燒結)。此外，則是將熱電偶〔12〕置於探頭之中，以完成對溫度T、電池電動勢E的同時測量。詳細結構如

圖1所示。其中1-防渣帽2-由SiC餘量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2所組成的輔助電極3-Mo+MoO2或Cr+Cr2O3參比電極材料4-氧化鋁粉5-耐火纖維棉6-粘土頭7-參比電極引線8-小紙管9-塑料插件10-熱電偶負極引線接點11-鉬陶瓷迴路電極12-熱電偶13-U型石英管14-高溫水泥15-絕緣套管16-熱電偶正極引線接點17-迴路電極引線18-迴路電極引線接點19-參比電極引線接點20-ZrO2或MgO固體電解質管21-熱電偶負極引線22-熱電偶正極引線。
由圖1可以看出，自發生CO固體電解質定碳探頭，它包括由防渣帽〔1〕與粘土頭〔6〕所形成的外殼及由高溫水泥〔14〕穩固的鉬陶瓷迴路電極〔11〕，置於U型石英管〔13〕內的熱電偶〔12〕和ZrO2或MgO固體電解質管〔20〕，在固體電解質管〔20〕表面燒結有SiC餘量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2輔助電極〔2〕。管內裝有Mo+MoO2或Cr+Cr2O3參比電極材料〔3〕、壓實氧化鋁粉〔4〕及管端填以耐火纖維棉〔5〕並由高溫水泥予以封閉。而參比電極材料〔3〕與迴路電極〔11〕則分別由參比電極起線〔7〕與迴路電極〔17〕引出，並與小紙管〔8〕上的相應接點〔19〕與〔18〕相接。熱電偶負極引線〔21〕通過絕緣套管〔15〕與負極引線接點〔10〕相接，正極引線〔22〕則與正極引線接點〔16〕相接。
實施例
權利要求
1.一種自發生CO固體電解質高溫快速定碳探頭，它包括a.由防渣帽[1]與粘土頭[6]所形成的外殼，b.殼內裝有由高溫水泥[14]穩固的鉬陶瓷迴路電極[11]和ZrO2或MgO固體電解質管[20]，c.在固體電解質管外有一個輔助電極，管內裝有Mo+MoO或Cr+Cr2O3參比電極材料[3]、壓實氧化鋁粉[4]及管端填有耐火纖維棉[5]並由高溫水泥予以封閉，d.參比電極材料[3]與迴路電極[11]分別由參比電極引線[7]與迴路電極引線[17]引出，並與小紙管[8]上的相應接點[19]與[18]相接，其特徵在於所說的輔助電極是燒結在固體電解質管表面的SiC餘量+(5～35)%(重量)SiO2+(0.5～15)%(重量)CaF2所組成的混合物。
2.如權利要求1所述的探頭，其特徵在於探頭由裝有一個置於U型石英管〔13〕內的熱電偶〔12〕，熱電偶負極引線〔21〕通過絕緣套管〔15〕與負極引線接點〔10〕相接，正極引線〔22〕與正極引線接點〔16〕相接。
全文摘要
本發明是以自發生CO為特點的固體電解質高溫快速定碳探頭。利用燒結在ZrO
文檔編號G01N27/417GK1079824SQ9210418
公開日1993年12月22日 申請日期1992年6月9日 優先權日1992年6月9日
發明者毛裕文, 洪彥若, 李福燊, 李聯生 申請人:北京科技大學