Способ определения содержания кислорода в металлических расплавах и парциального давления кислорода в газовых смесях

Способ определения содержания кислорода в металлических расплавах и парциального давления кислорода в газовых смесях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Д И C Д Н И Е ()!) 478239

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советснин

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлено 08.05.73 (21) 1916052/26-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51) М. Кл.

C 01, 27/46

Государственный комнтет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий

ОпУблнковано 25.07,75,БюллетЕнь №27 (53) УДК 543.257 (088. 8) Дата опубликования описания 18.О6.7 (72) Авторы изобретения В. И. Явойский, В. П. Лузгин, А. Г. Фролов и В. П. Ливенцев (71) Заявитель Московский ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА

В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВАХ

И ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА

В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ

-10

Pg мин 10 атм.

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, а именно к случаям содержания кислорода в пределах 0,25—

0,0001 % и парциального давления кислорода в газовой среде с нижним пределом а

-17 по P 10 атм. В основу способа о, положено использование кислородно-концентрационного элемента с твердым электролитом и газовым электродом сравнения.

Электродвижущая сила такого элемента прямо пропорциональна логарифму отношения парциальных давлений кислорода в его электродах. При равенстве парциальных давлений кислорода ЭДС элемента становится равной нулю при любых значениях доли ионной проводимости электролита.

Известен способ, определения содержания кислорода в печных газах путем компенсации ЭДС на "нуль". В качестве элект- gp рода сравнения используют газ известного постоянного состава.

Выравнивание окислительных потенциалов электродов производят измерением давления газового электрода сравнения с ис- 25 пользованием автоматической системы регулирования давления в зависимости от отклонения значения ЭДС от нуля.

Однако известный способ не позволяет определять содержание кислорода в анализируемом газе при быстром изменении его состава, что вызвано применением механической системы регулирования давления в электроде сравнения, и имеет недостаточный предел чувствительности при определении содержания кислорода в газах

Целью изобретения является повышение точности и расширение пределов определения содержания кислорода.

Для этого в качестве электрода сравнения используют пароводородную смесь переменного состава, получаемую сжиганием водорода в токе кислорода, причем количествокислорода, подводимого для сжигания водорода, автоматически изменяют в зависимости от разбаланса системы.

Способ реализуют следующим образом.

478239

Одним из электродов.электрохимического датчика кислорода является исследуемая среда, а вторым электродом - паровоздушная смесь переменного состава.

Возникающую в концентрационном элементе ЭДС используют для непрерывного и автоматического регулирования состава лароводородной смеси путем изменения кодичества кислорода, подаваемого для ее получения, с целью выравнивания окисли- 10 тельных потенциалов электродов, т.,е. ! компенсации ЭДС на нуль. Измеряют расход компонентов газовой смеси, идущей на приготовление пароводородной смеси, и, .рассчитывают содержание кислорода в ана 10. лизируемой фазе.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема установки, при помощи которой можно реализовать предложенный способ в случае определения р> содержания кислорода в металлических расправах; на фиг. 2 — в случае определения парциального давления кислорода в газовых смесях.

Установка содержит кислородно-кон- р5 центрационный элемент 1, представляющий. собой чехол из твердого электролита с ионной по кислороду проводимостью. Чехол с закрытым нижним концом погружают в исследуемый расплав. Водород, получае- 30 мый в электролизере 2, подается в реакционную камеру 3, где он сгорает в потоке смеси аргона и кислорода с образованием пароводородной смеси. Пароводородная смесь используется в качестве элект- 35 рода сравнения, омывающего место кон- . такта внутреннего токосъемника 4 с твер-. дым электролитом. Расход аргона и водорода поддерживают постоянным и определяют расходомерами. Изменения состава 40 электрода сравнения обеспечивают работой дозирующей ячейки 5, представляющей собой трубку из твердого электролита с ионной по кислороду проводимостью.

Трубку нагревают до 900оС. Постоянное 45 .напряжение, вырабатываемое в одном из блоков регулятора 6, подают к токосъемникам ячейки 5 ("+ — внутренний, "внешний) .

Т

)РН 0

Рно З,, (2) (3) (4) где (Q%j — содержание кислорода в рас50 плавах металла, Ток, проходящий через ячейку 5, является мерой количества кислорода, переносимого из окружающей воздушной среды вовнутрь трубки. Изменяют состав смеси кислород — аргон, а следовательно, состав электродов сравнения изменением приложенного напряжения.

Содержание кислорода в этой смеси определяют расходомером 7.

Весь кислород смеси (A1 + О ) рас2 ходуется на образование паров воды в реакционной камере. Водород подают заведомо с избытком. Поступая из реакционной камеры 3 вовнутрь чехла камеры 1, вода диссоциирует с образованием кислорода

Степень диссоциации определяется температурой исследуемой среды.

Парциальное давление кислорода в электроде сравнения вычисляют по константе реакции диссоциации 0 — соответ»

Н о Н ) 0 ственно парциальные давления паров воды, водорода и кислорода.

Температуру исследуемой среды измеряют термопарой 8. Отклонение ЭДС от нулевого значения подают на усилитель нуль-прибора 9, откуда усиленный сигнал воздействует на регулятор 6.

Регулятор 6 изменяет напряжение, прикладываемое к реакционной камере 3, вызывая изменение состава электрода сравнения до компенсации ЭДС на нуль.

Содержание. кислорода в металлических расплавах рассчитываютпо константе уравнения реакций

- парциальное давление кисло2 рода в электроде сравнения,,рассчитанное из выражения (2).

В случае определения парциального давления кислорода в газовых смесях токосъемник 10 из тугоплавкого металла

478239

= 14790 имеем

"=(, .,) 10

= 4169, получим

= 6,42 10 ат. получим (0%) = 1639

Примечание:

= 0,041 % (см. фиг. 2) заменен токосъемникрм 10, выполненным из платиновой проволоки.

Ниже приведены примеры реализации способа.

Пример 1.

Температура расплавленного железа 973оК.

Расход водорода Яи 20 см /мин

Расход аргона 100 см /мин

Автоматическая система обеспечивает расход кислорода в соответствии с его содержанием в металле, т. е. 1 см3/мин.

Согласно реакции (1) получают 2 см3/мин паров воды. Из выражения (2) в силу 15 пропорциональности отношения парциаль ных давлений паров воды и водорода отнОшеЖю Нх расходов, ара К197 о (2)

1973о

2 («1) 2

Из выражения (4) при К = 1639, 4

1973

К и К - значения К, взятые (2) (4) из выражений (2) и (4).

Пример 2. о

Температура газовой среды 1823 К.

9и = 20 см /мин, QA = 100 см /мин.

3 3

Система обеспечивает расход кислорода

0,5 см3/мин. выражения (2) rrpH K 1 823о (2) = 1,37 10 атм

-l1

14790

Следовательно, парциальиое давление кислорода в исследуемой газовой фазе равно

1,37 ° 10 атм.

-11

Предмет изобретения

Способ определения со1)ержания кислорода в металлических расплавах и парци ального давления кислорода в газовых смесях компенсационным методом посредством концентрационного гальванического элемен та с индикаторным электродом и электродомсравнения, отличающий с а тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов определения содержа- ния кислорода, в качестве электрода сравнения используют пароводородную смесь переменного состава, получаемую сжиганием водорода в токе кислорода, причем количество кислорода, подводимого для сжигания водорода, автоматически изменяют в зависимости от разбаланса системы.

478239

Составитель А.Сырченков корректор Л.Котова

Изд. K g3 1

Заказ

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24

ФКМП Зак.13749 Тир.902

Редактор А.Зиньковский Текред Н.Ханеева

Тираж 902 Подписное