Способ определения кислорода в расплавах металлов

Способ определения кислорода в расплавах металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аналитическому контролю металлзфгического производства и может быть использовано для определения концентрации кислорода в расплавах. Способ определения кислорода в расплавах металлов заключается в том, что измеряют ЭДС электрохимической ячейки, состоящей из анализируемого расплава металла, который используют в качестве рабочего электрода, твердого электролита и электрода сравнения . Для повышения воспроизводимости и точности определения, предварительно перед измерением ЭДС через ячейку пропускают заданное количество электричества, при этом в качестве электрода сравнения используют известное количество анализируемого расплава, отделенного от основного объема расплава твердоэлектролитной мембраной, при отношении массы электрода сравнения к массе анализируемого расплава не более 0,05, а концентрацию кислорода определяют по формуле Х„ 100 (nFE/RT) - 1, где Хдконцентрация кислорода в анализируемом расплаве, мас.%; К - электрохимический эквивалент, кг/Кл; 3 - сила тока, пропускаемого через ячейку, А Т- время пропускания тока, с; m - масса электрода сравнения , кг; п - число электронов, участвующих в элементарном акте потен-- циалопределяющего процесса (п 2); F - число Фарадея, Кл/моль; Е - электродвижущая сила. В; R - универс альная газовая постоянная, Дж/моль« Т - -абсолютная температура, К. 2 табл. i СЛ К9 4ib ;о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 С О1 К 27/46

3 "1- с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3860224/24 -25 (22) 22.02 ° 85 (46) 07.08.86. Бюл. Н 29 (7l) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (72) Л.Л.Кунин, Б.Л.Кунин, P.Ë.Ïèíхусович и А.Ю.Кулаков (53) 543.247 (088.8) (56) Вассерман А.М. Определение газов в металлах.-M. Наука, 1976, с. 143-145.

Лузгин В.П. и Явойский В.И. Газы в стали и .качество металла.-И.:

Металлургия, 1983, с. 19-21, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА

В РАСПЛАВАХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к аналитическому контролю металлургического производства и может быть использовано для определения концентрации кислорода в расплавах. Способ определения кислорода в расплавах металлов заключается в том, что измеряют ЭДС электрохимической ячейки, состоящей из анализируемого расплава металла, который используют в качестве рабочего электрода, твердо„„SU„124 41 A 1 го электролита и электрода сравнения. Для повышения воспроизводимости и точности определения, предварительно перед измерением ЭДС через ячейку пропускают заданное количество электричества, при этом в качестве электрода сравнения используют известное количество анализируемого расплава, отделенного от основного объема расплава твердоэлектролитной мембраной, при отношении массы электрода сравнения к массе анализируемого расплава не более 0,05, а концентрацию кислорода определяют по формуле Х = 100 KI /m(exp(nFE/RT) ".1), С2 где Х, — концентрация кислорода в <о анализируемом расплаве, мас.Ж; Кэлектрохиииееский эквивалент, кг/Ел; е/г

2 — сила тока, пропускаемого через ячейку, А; 7- время пропускания тока, с; m — масса электрода сравне- Я ния, кг; n " число электронов, участвующих в элементарном акте потен-циалопределяющего процесса (и 2); М

F — число Фарадея, Кл/моль; Š— i4h электродвижущая сила, В; R — универ- 1;© сальная газовая постоянная, Дж/моль рффи

О

° К; Т вЂ” .абсолютная температура, К. 0еаа

2 табл. 00

12494

100KIi

m (ехр (пРЕ ЯТ) -1)

-ТКонцентрация кислорода

Масса m

Соотношение масс, Масса М исслеИзмеренное знаОшибка электрода сравнения, г определения дуемого pacn лава, r чение

ЭДС Е, мВ вычисленная по 1.21

Хчт Ж о вычис ленная по ()) х., Х при использовании уравнения (l )

) 00(x" " ),/)t."""1

3,98

3,93

4,78

5,78

0,226

0,229

0,230

0,225

3,3

6,3

8,4

9,6

0,2)7

0,220

0,219

0,212

0,220

0,23!

0,173

0,113

2) 36

51,08

1

Изобретение относится к аналитическому контролю металлургического производства, в частности к методам определения концентрации кислорода в жидких металлах, и может найти

5 применение для контроля процессов выплавки различных металлов и сплавов, а также для изучения термодинамических различных систем.

Цель изобретения — повьппение 10 воспроизводимости и точности определений и обеспечений возможности многократных последовательных измерений.

При осуществлении способа определения кислорода в качестве электрода 15 сравнения используется известное количество анализируемого металла, которым заполняется твердоэлектролитная пробирка, причем так, чтобы отношение массы электрода сравнения к массе ис- 2О следуемого расплава было не более

0,05 (в общем случае не более заданной ошибки измерения), что необходимо для того, чтобы при переходе кислорода из одного электрода в другой щ изменение концентрации кислорода в электроде сравнения было бы соизмеримо с начальной его концентрацией, а изменение концентрации кислорода в исследуемом расплаве не превьппало бы величину ошибки измерения.

Очевидно, что поскольку до пропускания электрического тока химические потенциалы кислорода в элект родах . равны, начальное значение

ЭДС равно нулю. Затем через ячейку

70 О 047 5 22

150 Ою042 2ь74

168 0,050 " 2,08

160 0,060 1,88

20. 0,260 4,18

10 1,00(3,35 пропускают электрический ток (О 45 А/см поверхности электролита,, так как при большем значении происходит разрушение материала электролита) в течение не менее 5 с, что необходимо для получения значимого изменения величины ЭДС. По измеренной величине ЭДС рассчитывается кон-. центрация кислорода по формуле где Х, — концентрация кислорода в.анализируемом расплаве, мас.Х;

К вЂ” электрохимический эквивалент, кг/Кл; — сила тока, пропускаемого че.. рез ячейку, А;

A — время пропускания тока, с; ш — масса электрода сравнения, кг; и — число электронов, участвующих в элементарном акте потенциалопределяющего процесса (и 2);

Р » число Фарадея, Кл/моль;

Š— электродвижущая сила, В;

R - универсальная газовая nocTo à>, Дж/ - К;

Т вЂ” температура, К.

Пример 1. Измерение концентрации кислорода в расплаве железа проводят при температуре 1873 К.

Определяют концентрацию кислорода при пропускании тока силой 0,4 А в течение 15 с. Эксперимент проводят в печи Таммана. Полученные данные приведены в табл.1.

Таблица 1

З «

1249418

Т а б л и ц а 2 т

Время

Концентрация кислорода, вычисленная ло (1) з

7, Содержание кисИзмеренное знаСила пропускания тока

i,с тока

1, А лорода в меди по табличным данным, Х (табл.), Х чение

ЭДС, мВ

0,45 0,6

0,572

0,588

0,584

0,45 6,5

0,573

О,!45 0,19

П р и м е ч а н и e: Во всех случаях масса ш электрода сравнения 3,31 г, масса М исследуемого расплава

75 г, m/М = 0,044.

100 KIi

Х о nFE ш (ехр () — 11

Пример 2. Измерение концентрации кислорода в жидкой меди проводят при температуре 1473 К. Onpepeasmv концентрацию кислорода при пропускании токов разной силы в теПредлагаемый способ позволяет йовысить воспроизводимость и точность измерений, проводить проверку результата измерения путем пропускания того же количества электричества и обратном направлении, при этом значение ЭДС должно возвращаться к нулю. Способ позволяет проводить многократные последовательные измерения концентрации кислорода, не требует предварительного определения ионного числа переноса, дает определенные возможности при оптимизации процессов выплавки различных металлов и сплавов, позволяет сократить время выплавки, а также позволяет определить непосредственно концентрацию кислорода, не пользуясь эмпирическими зависимостями между активностью и концентрацией.

Формула изобретения

Способ определения кислорода в расплавах металлов с помощью электрохимической ячейки, состоящей из твердого электролита, электрода сравнения, токосъемников и рабочего электрода, причем последним являетчение разного времени. Полученное значение сопоставляют с рассчитанным значением концентрации кислорода.Эксперимент проводятв печиТаммана, Полученные данныеприведены втабл.2. ся анализируемый расплав, заключающийся в том, что электрохимическую ячейку погружают в анализируемый расплав, прогревая- ее до рабочей температуры, и измеряют ЭДС, по величи35 не которой определяют содержание растворенного кислорода в металле, отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости и точности определения и обеспечения

Ю воэможности многократных измерений, |в качестве. электрода сравнения электрохимической ячейки используют известное количество анализируемого расплава при отношении массы элект45 рода сравнения к массе анализируемого расплава не более 0,05, пропускают через ячейку электрический ток, измеряя количество прошедшего электричества, а по окончании пропускания тока измеряют ЭДС ячейки, а концентрацию кислорода определяют по формуле где X — - концентрация кислорода в анализируемом расплаве,.мас.Х;

1249418

Е

R—

Соса авитель Г.Боровик

Техред Г.Гербер Корректор Е. Сирохман

Редактор E.Ïàïï

Заказ 4229/45

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул.Проектная,4

К вЂ” электрохимический эквивалент, кг/Кл (К = 8 !О );

I †. сила тока, А; — время пропускания тока через ячейку,. с;

m — масса электрода сравнения, кг; и - число электронов, участвующих в элементарном акте потенциалопределяющего процесса (и 2); число Фарадея, Кл/моль; электродвижущая сила, В; универсальная газовая постоянная, Дж/моль К1 абсолютная температура

К.