Способ определения кислорода в расплавах металлов

САНИ ОБРЕТЕНИПЬСТВУ о 7 кий В.И. Газ алла.-М,:19-21,ИЯ КИСПОРОДА ле гд ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ двторском сви(7) Ордена Ленина и ордена Трудов - го Красного Знамени институт геохимии и аналитической химии им, В.И,Вернадского(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНВ РАСПЛАВАХ МЕТАЩ 1 ОВ(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, твердого электролита и электрода сравнения. Для повышения воспроизводимостии точности определения, предварительно перед измерением ЭДС через ячейку пропускают заданное количество электричества, при этом в качестве электрода сравнения используют известное количество анализируемого расплава, отделенногоот основного объема расплава твердоэлектролитной мембраной, при отношении массы электрода сравнения к массе анализируемого расплава не более 0,05, а концентрацию кислорода определяют по формуХ; - 100 К 1/шехр(пУЕ/КТ) - 13е Х - концентрация кислорода в анализируемом расплаве, мас.Ж; К- электрохиииееский эквивалент, кг/Ел еае 1 - сила тока, пропускаемого через ячейку, А; 7- время пропускания тока, с; ш - масса электрода сравне- Я ния, кг; и " число электронов, участвующих в элементарном акте потен-. циалопределяющего процесса (и ш 2); Ьа) Р - число Фарадея, Кл/моль; Е - 34 аЬ электродвижущая сила, В; К - универ; сальная газовая постоянная, Дж/моль рффи 0и К; Т - абсолютная температура, К.2 табл. 00Ошибка Масса ш Измеренное знаМасса М Соотноисслешение масс,электрода сравнения, г определения дуемого расплава, г чениеЭДС Е, мВ вычисленная по 11Х вычисленная по 21 Хо при ис- пользовании уравнения (1)ОО(к"- ),/Х,"1 Е 1Изобретение относится к аналитическому контролю металлургического производства, в частности к методам определения концентрации кислорода в жидких металлах, и может найти5 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 О 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 пропускают электрический ток(0,45 А/см поверхности электролитатак как при большем значении происходит разрушение материала электролита) в течение не менее 5 с, чтонеобходимо для получения значимогоизменения величины ЭДС. По измеренной величине ЭДС рассчитывается концентрация кислорода по формуле где Х, - концентрация кислорода в.анализируемом расплаве, мас.7.;К - электрохимический эквивалент,кг/Кл;1 - сила тока, пропускаемого через ячейку, А;- время пропускания тока, с;ш - масса электрода сравнения, кг;и - число электронов, участвующих в элементарном акте потенциалопределяющего процесса (и 2);Рчисло Фарадея, Клмоль;Е - электродвижущая сила, В;К - универсальная газовая постоянная, Дж/моль-К;Т - температура, К.П р и м е р 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 31249418 Таблица 2 т Время Концентрациякислорода, вычисленная по (1)Х Содержание кисИзмеренное знаСила пропускания токаь,с тока 1, А лорода вмеди потабличнымданным,Х (табл.),Х чениеЭДС, мВ 0,45 0,6 0,572 0,588 0,584 0,45 6,5 58 0,573 О,45 0,19 П р и м е ч а н и е: Во всех случаях масса ш электрода сравнения 3,31 г, масса М исследуемого расплава 75 г, ш/М = 0,044. 1 ОО К 1)о пРЕш ехр ( ) - 11 55 П р и м е р 2. Измерение концентрации кислорода в жидкой меди проводят при температуре 1473 К. Определяют 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 измеренияконцентрации 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. Полученноезначение сопоставляют с рассчитанным значением концентрации кислорода.Эксперимент проводятв печиТаммана,Полученные данныеприведены втабл.2. ся анализируемый расплав, заключающийся в том, что электрохимическуюячейку погружают в анализируемый расплав, прогревая ее до рабочей температуры, и измеряют ЭДС, по величине которой определяют содержаниерастворенного кислорода в металле,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения воспроизводимостии точности определения и обеспечения Ювоэможности многократных измерений,в качестве электрода сравнения электрохимической ячейки используют известное количество анализируемогорасплава при отношении массы электрода сравнения к массе анализируемо"го 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 поформуле где Х - концентрация кислорода в анализируемом расплавемас.Х;1249418 Т Сосаавитель Г,БоровикТехред Г.Гербер Корректор Е. Сирохман Редактор Е,Папп Заказ 4229/45 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5- - время пропускания тока черезячейку,. с;ш - масса электрода сравнения, кг; и " число электронов, участвующих в элементарном акте потенциалопределяющего процес-са (и 2);число фарадея, Кл/моль;электродвижущая сила, В;универсальная газовая постоянная, Дж/моль К;абсолютная температураК.