專利名稱：自發(fā)生一氧化碳固體電解質(zhì)高溫快速定碳探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬理化檢測技術(shù)。
除化學分析定碳外，目前常用的高溫快速定碳方法是結(jié)晶定碳。這種方法的不足是在〔C〕＜0.25%的低碳范圍內(nèi)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(zhì)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(zhì)，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，由于這種探頭在定碳反應(yīng)中所需CO靠CO發(fā)生器或氣瓶提供，所以至今未能應(yīng)用于冶金生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于尋求一種能夠自發(fā)生CO氣體的輔助電極以取代CO發(fā)生器或氣瓶，實現(xiàn)固體電解質(zhì)定碳探頭在冶金生產(chǎn)過程中的定碳應(yīng)用。
發(fā)明人采用SiC余量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2混合物顆粒燒結(jié)在ZrO2或MgO固體電解質(zhì)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(yīng)所提供的CO(氣)達到了自發(fā)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(zhì)定碳原理可知，定碳電池表示式為
如前所述，在電池反應(yīng)中的CO氣體Janke等人的定碳探頭是靠CO發(fā)生器或氣瓶提供的。本發(fā)明則由輔助電極的化學反應(yīng)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(zhì)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(yīng)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(zhì)電子導電特征氧分壓，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(shù)，F(xiàn)-法拉第常數(shù)。上式除E、T外，其余均為已知值。所以，測出E、T后，a〔c〕即可算出。再根據(jù)a〔c〕＝fc·〔%c〕Lgfc＝Σjejc]]>·〔%c〕
即可得到鋼液中碳的含量〔%c〕。式中fc為碳的活度系數(shù)，ejc]]>為j元素對碳的活度相互作用系數(shù)。
本發(fā)明裝置與現(xiàn)有技術(shù)的差別主要是在固體電解質(zhì)管〔20〕表面燒結(jié)有SiC余量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2混合物的輔助電極〔2〕(其中CaF2主要作用是便于燒結(jié))。此外，則是將熱電偶〔12〕置于探頭之中，以完成對溫度T、電池電動勢E的同時測量。詳細結(jié)構(gòu)如

圖1所示。其中1-防渣帽2-由SiC余量+(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-鉬陶瓷回路電極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-回路電極引線18-回路電極引線接點19-參比電極引線接點20-ZrO2或MgO固體電解質(zhì)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(fā)生CO固體電解質(zhì)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(wěn)固的鉬陶瓷回路電極〔11〕，置于U型石英管〔13〕內(nèi)的熱電偶〔12〕和ZrO2或MgO固體電解質(zhì)管〔20〕，在固體電解質(zhì)管〔20〕表面燒結(jié)有SiC余量+(5～35)%SiO2+(0.5～15)%CaF2輔助電極〔2〕。管內(nèi)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〕并由高溫水泥予以封閉。而參比電極材料〔3〕與回路電極〔11〕則分別由參比電極起線〔7〕與回路電極〔17〕引出，并與小紙管〔8〕上的相應(yīng)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(quán)利要求
1.一種自發(fā)生CO固體電解質(zhì)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(nèi)裝有由高溫水泥[14]穩(wěn)固的鉬陶瓷回路電極[11]和ZrO2或MgO固體電解質(zhì)管[20]，c.在固體電解質(zhì)管外有一個輔助電極，管內(nèi)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]并由高溫水泥予以封閉，d.參比電極材料[3]與回路電極[11]分別由參比電極引線[7]與回路電極引線[17]引出，并與小紙管[8]上的相應(yīng)接點[19]與[18]相接，其特征在于所說的輔助電極是燒結(jié)在固體電解質(zhì)管表面的SiC余量+(5～35)%(重量)SiO2+(0.5～15)%(重量)CaF2所組成的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的探頭，其特征在于探頭由裝有一個置于U型石英管〔13〕內(nèi)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(fā)明是以自發(fā)生CO為特點的固體電解質(zhì)高溫快速定碳探頭。利用燒結(jié)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(yōu)先權(quán)日1992年6月9日
發(fā)明者毛裕文, 洪彥若, 李福燊, 李聯(lián)生 申請人:北京科技大學