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

Союз Советскин Социалистических 1) 478239 убпин ВИДБТЕЛЬСТВ 1) Дополнительное к авт, свид-ву(23) Приоритет Государственный комнтет Совета Мнннотров СССР по делам нзобретеннй н открытий(71) Заявител сковский ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ К В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВАХ И ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОР В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХИСЛОРОДА пользованием автоматическои системы рег отклонения значения ЭОднако известный с а определять содержание соб не позволяе кислорода в аналиром изменении его именением механиируемом газе при быс остава, что вызвано пеской системы регулир лектроде сравнения, и вания давления в меет недостаточО ный инии со О2 м Целью изобретени точности и расширен ния содержания кисл Для этого в качеявляется повышени пределов определеда,тве электрода сравроводородную смесьполучаемую сжигакислорода, причемподводимого для сжиатически изменяют ения испо еременного соста нием водорода в ток количествокислорода ыравнивани кислительных потенци ания водорода, автомзависимости от разСпособ реализуют ов электродов ения газового оизводят измерением давектрода сравнения с ис ланса системы,ледующим образом 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-17по Р ж 10 атм. В основу способао,положено использование кислородно-концентрационного элемента с твердым электролитом и газовым электродом сравнения,Электродвижущая сила такого элементапрямо пропорциональна логарифму отношения парциальных давлений кислорода в егоэлектродах, При равенстве парциальныхдавлений кислорода ЭДС элемента становится равной нулю при любых значенияхдоли ионной проводимости электролита.Известен способ, определения содержания кислорода в печных газах путем компенсации ЭДС на "нуль". В качестве электрода сравнения используют газ известногопостоянного состава,ния давления в зависимости от ел чувствительности при определержания кислорода в газах478239 Одним из электродов.электрохимического датчика кислорода является исследуемая среда, а вторым электродом - паровоздушная смесь переменного состава.Возникаюшую 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 тельных потенциалов электродов, те.1 компенсации ЭДС на нуль. Измеряют расход компонентов газовой смеси, идушей 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 содержания кислорода в металлических распйавах; на фиг. 2 - в случае определения парциального давления кислорода в газовых смесях.Установка содержит кислородно-кон- р 5 центрационный элемент 1, представляюший. собой чехол из твердого электролита с ионной по кислороду проводимостью, Чехол с закрытым нижним концом погружают в исследуемый расплав, Водород, получае 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 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 900 оС. Постоянное 45 .напряжение, вырабатываемое в одном из блоков регулятора 6, подают к токосъемникам ячейки 5 ("+ ввнутренний, "- - внешний).(3) 0%1 го,(4) где % - содержание кислорода в рас 50 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 (Аг + О ) рас 2 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 кисло- рода Степень диссоциации определяется температурой исследуемой среды.Парциальное давление кислорода в электроде сравнения вычисляют по константе реакции диссоциации где Р 0 Р, О- соответН 0 НОственно 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 рассчитывают по константе уравнения реакций- парциальное давление кисло 2 рода в электроде сравнения, ,рассчитанноеиз выражения (2),В случае определения парциального давления кислорода в газовых смесях токосъемник 10 из тугоплавкого металла(см. фиг. 2) заменен токосъемникрм 10,выполненным из платиновой проволоки.Ниже приведены примеры реализацииспособа.Пример 1.Температура Расплавленцого железа973 оК,Расход водорода Яи 20 см /мин3Расход аргона 100 см /мин3 Автоматическая система обеспечивает расход кислорода в соответствии с его содержанием в металле, т. е, 1 см 3/мин. Согласно реакции (1) получают 2 см 3/мин паров воды, Из выражения (2) в силу 1 б пропорциональности отношения парциащ ных давлений паров воды и водорода от- ношеЮиЮ их Расходсв при 197 о2)1973 о 2 2 ( 1) 2-11147902 Следовательно, парциальиое давление кислорода в исследуемой газовой фазе равно 1,3710 атм.-11 Предмет изобретения Способ определения со 1)ержакия кислорода в металлических расплавах и парцн- ального давления кислорода в газовых смесях компенсационным методом посредством концентрационного гальванического элемента с индикаторным электродом и электродом сравнения, 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.Сырченковедактор А,Зиньковский Техред Н,Ханеева уоррен Л.Котова Изд. М Д 1 в СССР осударственного комитета Совета Миниспо делам изобретений и открытий Москва, 113035, Раушская наб., 4 НИИПИ приятие Патент, Москв ФКМП Зак.137 ираж 902 Подписи Г, Бережковская наб., 2Тир,902