Способ определения кислорода в расплавах металлов Советский патент 1986 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к аналитическому контролю металлургического производства, в частности к методам определения концентрации кислорода в жидких металлах, и может найти применение для контроля процессов выплавки различных металлов и сплавов, а также для изучения термодинамических различных систем.

Цель изобретения - повышение воспроизводимости и точности определений и обеспечений возможности многократных последовательных измерений.

При осуществлении способа определения кислорода в качестве электрода сравнения используется известное количество анализируемого металла, которым заполняется твердоэлектролитна пробирка, причем так, чтобы отношени массы электрода сравнения к массе исследуемого расплава было не более 0,05 (в общем случае не более заданной ошибки измерения), что необходимо для того, чтобы при переходе кислрода из одного электрода э другой изменение концентрации кислорода в электроде сравнения было бы соизмеримо с начальной его концентрацией, а изменение концентрации кислорода в исследуемом расплаве не превышало бы величину ошибки измерения.

Очевидно, что поскольку до пропускания электрического тока химические потенциалы кислорода в электродах равны, начальное значение ЭДС равно нулю. Затем через ячейку

пропускают электрический ток , (0,45 А/см поверхности электролита так как при большем значении происходит разрзшение материала электролита) в течение не менее 5с, что необходимо для получения значимого изменения величины ЭДСо По измеренной величине ЭДС рассчитьгоается концентрация кислорода по формуле

10

lOOKIi

m reJipTnFE7Rf)-l .

(О

где

I 0

L

m п

5

0

5

Хд- концентрация кислорода в лизируемом расплаве, мас,%;

К - электрохимический эквивалент, кг/Кл;:

сила тока, пропускаемого чеч рез ячейку. А; время пропускания тока, с; масса электрода сравнения, кг} число электронов, участвующих в элементарном акте по- тенциалопределяющего процес са (п 2) ; .

F - число Фарадея, Кл/моль;

-электродвижущая сила. В;

-универсальная газовая постоянная, Дж/моль К;

Т - температура, К. Пример 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 .

Т а б.л и ц а 1

Е R

Пример 2. Измерение концентрации кислорода в жидкой меди проводят при температуре 1473 К. Определяют концентрацию кислорода при пропускании токов разной силы в теПримечание:Во всех случаях масса m электрода сравнения 3,31 г, масса М исследуемого расплава 75 г, га/М 0,044.

Предлагаемый способ позволяет повысить воспроизводимость и точность измерений, проводить проверку результата измерения путем пропуска - ния того же количества электричества в обратном направлении, при этом значение ЭДС должно возвращаться к нулю. Способ позволяет проводить многократные последовательные измерения концентрации 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. Полученное значение сопоставляют с рассчитйн- ным значением концентрации кислорода. Эксперимент ПРОВОДЯТв печиТаммана Полученные данныеприведены в табл.2.

Таблица 2

ся анализируемый расплав, заключающийся в том, что электрохимическую ячейку погружают в анализируемый расплав, прогревая ее до рабочей температуры, и измеряют ЭДС, по величине которой определяют содержание растворенного кислорода в металле, о тлич ающий с я тем, что, с целью повыщения воспроизводимости и точности определения и обеспечения возможности многократных измерений, i в качестве электрода сравнения электрохимической ячейки используют известное; количество анализируемого расплава при отношении массы электрода сравнения к массе анализируемого 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 по формуле

100 КП

°

m ехр (рт) 1

RT

где Х„- концентрация кислорода в анализируемом расплаве, .мае, %;

S12494186

К - электрохимический экви1валент, тенциалопределяюще о процес- кг/Кл (К 8-10)}са (п 2);

I -. сила тока, А;F - число Фарадея, Кп/моль;

t - время пропускания тока через 5 электродвижущая сила. В;

ячейку, с;R - универсальная газовая постоm - масса электрода сравнения,, кг; янная, Дж/моль К;

п - число электронов, участвую-Т - абсолютная температура , щих в элементарном акте по-К.

Изобретение относится к аналитическому контролю металлзфгическо- го 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 воспроизводимости и точности определения, предварительно перед измерением ЭДС через ячейку пропускают заданное количество электричества, при этом в качестве электрода сравнения используют известное количество анализируемого расплава, отделенного от основного объема расплава твердоэлектролитной мембраной, при отношении массы электрода сравнения к массе анализируемого расплава не более 0,05, а концентрацию кислорода определяют по формуле Х„ 100 (nFE/RT) - 1, где Хд- концентрация кислорода в анализируемом расплаве, мас.%; К - электрохимический эквивалент, кг/Кл; 3 - сила тока, пропускаемого через ячейку, А Т- время пропускания тока, с; m - масса электрода сравнения, кг; п - число электронов, участвующих в элементарном акте потен-- циалопределяющего процесса (п 2); F - число Фарадея, Кл/моль; Е - электродвижущая сила. В; R - универ- с альная газовая постоянная, Дж/моль« Т - -абсолютная температура, К. 2 табл. i СЛ К9 4ib ;о 00