Способ определения содержания водорода в шлаках и флюсах

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 280181 (21) 3240235/18-25 с присоединением заявки М 96 01 И 25/14 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(23) Приоритет РИ УДК 543. 27(72) Авторы изобретения ордена Трудового Красного Знамлитехнический институт 71) Заявитель есс(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРОДА В ШЛАКАХ И ФЛЮСАХ Изобретение относится к черной металлургии и машиностроеник, в частности к контроли содержания водо рода в сталеплавильных шлаках и флюсах электрсналакового переплава, а также во флюсах для электросварки металлов. еделения соаках с исполь-.газа-носителяции водородвосстановленияигля 1 . Известный способ не обеспечивает необходимой точности определения.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания водорода в шлаках и флюсах с использованием нейтрального газа-носите ля путем тепловой зкстракции водородсодержацих газов и их восстановления до водорода. В этом способе в качестве восстановителя применяют сплавы никеля со щелочноземельными металлами, нагреваемые до температур выше 300 , а содержание водорода в газе-носителе определяют одним из известных способов. Известен способ оп держания водорода в шл зованием нейтрального путем тепловой экстра содержаших газов и их углеродом графитового Опыт эксплуатации укаэанногоспособа показал, что сплавы никелясо щелочноземельными элементами оказываются достаточно ревкционноспособными только при температурах нагрева их выше 500 ф С 2.Однако работа при таких температурах даже при применении относи тельно бедных никелевых сплавов (с5-15 вес.Ъ щелочноэемельного элементаУ сопровождается значительнымиспарением активного элемента. Парыактивного элемента непрерывно выносятся газом-носителем из горячей 15зоны реакционной трубки и также непрерывно конденсируются внутри относительно холодного ее выходногоконца. Осаждаюшийся при этом высоко 20 дисперсный конденсат металла-восстановителя обладает большой адсорбционной и химической способностьюи непрерывно необратимо (для стационарных температурных условий анализат поглошает из газа-носителя значительные количества водорода (геттер-эффект), что вносит значител. нуюи несистематическую ошибку в результаты анализа и обусловливает относительно невысокую в целом точностьизвестного способа.Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и точности способаПоставленная цель достигается тем, что в способе определения содержания водорода в шлаках и Флю сах с использованием нейтрального газа-носителя путем тепловой экстракции нодосодержащих газов, восстановления их до водорода восстановителем, нагретым до температуры выше 10 300, и измерения количества водорода в газе-носителе, в качестве восстановителя используют нитриды щелочных,щелочноземельных, редкоземельных металлов и нитриды переходных металлов 1 Ч - Ч 1 групп больших периодов периодической системы элементов, а в качестве газа-носителя - азот, парциальное давление Рм которого удовлетворяет условию Р ЪРдисгде Рдисупругость диссоциации грименяемого нитрида при той же температуре.Кроме того, для повышения газопроницаемости восстановителя и увеличения поверхности контакта его с анализируемой газовой смесью, восстанови- тель используют в смеси с нейтральными огнеупорными веществами с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм.Процессы конвертирования в экстрагируемых из Флюсов водородсодержащих газов с применением нитридов протекают аналогично следующим реакциям, составленным применительно к нитриду магния:Мс 3 Н 1+ЗНО ЗМУО+НтЗН 235Ма, Н+сНГ=ЗМОГ 2+ На+ ЗНМс Н +ЗН =ЗМ 9+Ч,. ЗН.Е нитридах активный элемент (восстановнтель) связан в термодинамически непрочные, но не летучие ортрудно испаряемые) соединения, нелетучими оказываются и образующиеся в продуктах конвертирования водородсодержащих газов конденсированные фазы (оксиды, фториды и сульфиды). 45 Предлагаемый способ позволяет пода-,: вить геттер-эффект при конвертировании водородсодержащих газов в водород даже при 1000 С и выше, что и обусловливает значительное (на 20- 25) повышение точности предлагаемого способа по сравнению с прототипом, В качестве дополнительного эфФекта при высокотемпературном применении нитридов для конвертирования юказнвается повышение производитель- Мости способа на 15-20, что связано с повышением скорости конвертирования при повышенных (,выше 700-700 ОС ) температурах.Оптимальными рабочими температу О рами конвертирования при применении нитридов оказываются такие температуры, при которых упругость диссоциации используемого нитрида составляет 50-90 от давления несущего 65 газа в блоке конвертирования. Указанные температуры могут быть рассчитаны с помощью соответствующих термодинамических данных.Нитриды, применяемые в качестве восстановителя в предлагаемом способе, оказываются термически, стабильными соединениями только в том случае, если в качестве газа-носителя применяется аэотсодержащий газ и парциальное давление его Рм в газе-носителе удовлетворяет условйю Рц )гР, где Рдс - Упругость диссоцйации выбранного нитрида при рабочей температуре конвертирования.При применении катарометра для детектирования водорода в анализируемом несущем газе использование азота в качестве несущего газа исключает годностью помехи анализу выделяющимися из проб флюсов и шлаков сопутствующими газами (СО, М). В результате совместного применения нитридов (восстановителя для конвертирования НО, НГ, Н 15, Н и азота)- несущего газа в предлагаемом способе достигается высокая точность анализа и производительность.Г р и м е р 1. В специальной установке очищенный аргон с давлением 1,1 атм и расходом 2 л/ч пропускают над кварцевой лодочкой с навеской 1,0 г гранулированного флюса типа ЛНФ. Содержащиеся во флюсе водород- содержащиеся газы экстрагируют при 900 С и с током газа-носителя направляют их в кварцевый блок конвертирования, заполненный нитридом марганца и нагреваемый до 800 С. В блоке конвертирования происходит конвертирование водородсодержащих газов с (выделением эквивалентных количеств молекулярного водорода. Далее аргоноводородная смесь анализируется на содержание в ней водорода с помощью катарометра в течение всего времени дегазации флюса. С помощью графического интегрирования кинетической кривой дегазации навески флюса рассчитывают общее содержание в ней водорода.Сопоставление полученных таким образом значений концентраций водорода в гранулированном флюсе АНФ-б (среднее значение 31,2 см/100 г ) с данными способа-прототипа среднее значение 26,4 смз/100 г) гоказывает, что за счет подавления геттер-эффекта предлагаемый способ повысил точность определения общего содержания водорода во фторидно-окисном Флюсе на 15-20.П р и м е р 2. Анализ проводят аналогично примеру 1, но в качестве газа-носителя применяют очищенный азот с давлением 1,1 атм. Упругость нитри-.Очищенный газноситель Общее содержаниеводорода в анализируемом флюсе 31,2 см /100 г Э 33,4 см /100 г93,8100,0 АргонАзот формула изобретения 45 Составитель С.Беловодченко Техред З; Палий Корректор Н.Король Редактор Х.Янович Заказ 5622/66 Тираж 887Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Е, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 да магния составляет 0,8 атм, следовательно, выполнЯетсЯ Условие Ек РАс. Таким образом, применение в качестве газа-носителя азота в предлагаемом способе дает существенное приращение эффекта (приблизительно на 6 в приведенном случае) в повьпаении точности определения содержаний водорода в шлаках и Флюсах за счет исключенияпомех анализу выделяющи мися из пробы (наряду с водородсодержащими газами ) азота и окиси углерода,Укаэанный эффект монет быть реализован в том случае, когда для определения концентрации водорода в несущем газе используется детектор по теплопроводимости.Для повышения газопроницаемости и реакционной способности мелкокристаллических и спекаемнх нитридов их целесообразно применять в смеси с нейтральными огнеупорными веществами, например с шамотом, с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм, 35Предлагаемый способ обеспечивает подавление геттер-эффекта водорода на конденсате паров восстановителя и с применением в качестве несущего газа очищенного азота повысит точ ность предлагаемого способа на 20- 25; повышение производительности способа на 15-20 за счет скорости конвертирования выделяющихся из проб газов и увеличения скорости несущего газа; возрастает реакционный ресурс с активными элементами и эксплуатационная надежность на 50,Вышеперечисленное обеспечивает р надежность способа при применении его в производственных условиях. При этом получают результаты, при-веденные в таблице. 1. Способ определения содержания водорода в шлаках н Флюсах с использованием нейтрального газа-носителя 1 гутем тепловой экстракции водород- содержащих газов, восстановления их до водорода восстановителем, нагретым до температуры выше 300 ф, и: измерения количества водорода в газе-носителе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности способа, в качестве восстановителя используют нитриды щелочных, щелочнсземельных, редкоземельных металлов и нитриды переходных металлов 1 У - ун групп больших периодов периодической системы элементов, а в качестве газа- носителя - азот, парциальное давление Рч которого удовлетворяет условию РН 7/РАИСА где РАмс - упругость диссоциации применяемого нитрида при той же температуре.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения газопроницаемости восстановителя и увеличения поверхности контакта его с анализируемой газовой сме сью, восстановитель используют в смеси с нейтральными огнеупорными веществами с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1Стрелков В.В. и др. Определение водорода в шлаках. - 1 Заводская лабораторияф, 1978, Р 11.2. Авторское свидетельство СССР М 496486, кл. 6 01 й 25/38, 1973.