Способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 050777(21) 2503400/18-25 Союз Советскик Социалистических Республик(з 1)М. Кл. с присоединением заявки Йо 6 01 И 13/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы ИЗОбрЕтЕНИя Б. В. Линчевский, Ю. В. Тараканов и А. Д, Каханов Московский вечерний металлургический институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ КИСЛОРОДА В ЖИДКИХ МЕТАЛЛАХ Изобретение относится к металлургии, в частности, к определению коэффициентов диффузии кислорода в расплавленных металлах, необходимых для выяснения ограничивающих факторов в реальных металлургическйх процессах. Известен способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах, заключаюшийся в том,что измеряется скорость растворениявращающегося диска в неподвижномрасплате при ламинарном режиме обтекания 1 . По изменению веса дискаи при известном числе его оборотов 15рассчитывают коэффициенты диффузий,Однако при определении коэффициентов диффузии этим способом возникаютзначительные погрешности из-за шероховатости рабочей поверхности диска,вследствие эффекта подплавления диска, в связи с естественной конвекцией начинающей проявляться при малых оборотах образца и т.д,25 Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения коэффициентов диффу,зии кислорода в жидких металлах, ,здлючающийся в том, что производят йзмерение во времени ионного тока, протекающего через ячейку роро о 21 атм)/.о+саове, О 3 р д электродами которой являются пористое платиновое покрытие, омываемое воздухом и исследуемый металл (2.При приложении напряжения к электродам ячейки через последнюю потечет ионный ток, величина которого определяется потоком ионов кислорода через твердый электролит, Поток ионов кислорода определяется разницей концентраций кислорода в объеме исследуемого расплава и на границе раздела исследуемый расплав- твердый электролит. Концентрация кислорода на,границе раздела определяется приложенным напряжением. Концентрация в объеме металла определяется начальными условиями,Коэффициент диффузии рассчиты,вают из уравнения1 нон=8211 РЭ с (1)-С 2)1 ехр- -где 1 - ионный ток, протекающийиончерез ячейку;- высота столба жидкого металла;Р - постоянная Фарадея;Формула изобретения Р - коэффициент диффузии кислорода;СС 1),С(2)- начальнаяи конечная концентрации кислорода в исследуемом расплаве;первый корень функции Бес 5селя нулевого порядка;время;г - радиус капилляра, содержащего исследуемый металл.Однако этот способ пригоден для,определения коэффициентон диффузиикислорода в жидких металлах длятемператур, не превышающих 1500 С,так как при более высоких температурах платиновое покрытие испаряется с поверхности твердого электро 15лита, что приводит к разрыву электрической цепИ, Эта особенность ограничивает область его применения.Целью изобретения является определение коэффициентов диффузии кис-лорода в жидких металлах при температурах выше 1500 С,Для этого н качестве второго электрода используют тот же металл, который предварительно расплавляют под 25шлаком из своих окислон,Это обеспечивает постоянное содержание в нем кислорода при заданнойтемпературе. ,Величина ионного токаопределяется потоком ионов кислорода 30через твердый электролит, которыйвозникает вследствие разницы концент.раций кислорода в объеме исследуемого расплава и на границе разделаисследуемый металл-твердый электролит.)5Концентрация кислорода в исследу момметалле на границе раздела исследуемый металл-твердый электролит определяется приложенным напряжением.Концентрация кислорода н объеме 40исследуемого металла определяетсяначальными условиями.На чертеже представлена схемаосуществления способа определениякоэффициентов диффузии кислорода вжидких металлах.Исследуемый металл 1 помещаютв.капилляр 2, изготовленный из двуокиси циркония, Затем капилляр 2 погружают в огнеупорный стакан 3, содержащий тот же металл 4, распланленный под шлаком своих окислов. Подостижении температуры опыта в расплавы металлов 1 и 4 опускают токоподводы 5 и 6, на которые подаетсяПостоянное напряжение,обуславливающее протекание через ячейку электрического тока. Вследствие того, чтоматериал капилляра 2 при температурах опыта обладает чисто ионнойпроводимостью, протекающийчерез 60 ячейку электрический тбк может переносить ионы кислорода или обедняет ими исследуемый металл в зависимости от величины приложенного напряжения, По характеру изменения ионного тока по известной зависимости рассчитывают коэффициент диффузии кислорода в исследуемом расплаве, что иллюстрируется следующим примером.Измеряют изменение ионного тока но времени для Ре при 1600 С. Анализируя расчетную Формулу (1), нетрудно увидеть, чтоРо Лд = д ггде сС - угол наклона прямой зависимости Хп 1 от времени, получающийся н результате логарифмирования значений 1 . Из д.находим, что Р - 1 48,10-4 см 2/секТаким образом, предлагаемый способ позволяет производить измерение коэфФициентов диффузии кислорода в жидких металлах без нарушения электрического контакта между твердым электролитом и электродом, имеющим постоянное содержание кислорода при заданной температуре, что обеспечивает возможное его применение при температурах, превышающих 1500 С.Полученные значения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах могут быть использованы для расчетов кинетических характеристик процессов рафинирования жидкого металла. Способ определения коэффициентовдиффузии кислорода в жидких металлах,заключающийся н том, что производятизмерение ионного тока во времени,возникающего н результате приложенияпостоянного напряжения к двум электродам, одним из которых является исследуемый металл, и по известной зависимости определяют коэффициентдиФфузии кислорода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью определения коэффициентов диффузии киспорода в жидких металлах при температурах выше 1500 С, н качестве нторого электрода используют тот же металл, который предварительно расплавляют под шлаком из. )двоих окислов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Левич В.Г, Физико-химическаягидродинамика. - И., Физматгиз, 1959,с. 668.2, "Меса 1 Кипйе", Вй 59, 1968,Н 8, с, 635-641 (прототип).ьЗЗ 400 Составитель Н.МенышенинаТехред М,Петко Корректор Т,Скворцова Редактор Е. Гончар Заказ 7214/47 Тираж 1073 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР,по делам изобретений и открытий 113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5