Способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах Советский патент 1979 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к металлу ргии, в частности, к определению коэф фициентов диффузии кислорода в рас.плавленных металлах, необходимых дл выяснения ограничивающих факторов в реальных металлургических процесса . Известен способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах, заключающийся в том, что измеряется скорость растворения вращающегося диска в неподвижном расплане при ламинарном режиме обтекания 1. По изменению веса диска и при известном числе его оборотов рассчитывают коэффициенты диффузий. Однако при определении коэффициентов диффузии этим способом возникают значительные погрешности из-за uiepo соватости рабочей поверхности диска вследствие эффекта подплавления дис ка, в связи с естественной конвекцией начинающей проявляться при малых оборотах образца и т.д. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения коэффициентов диффу зии кислорода в жидких металлах, ,яаключаю1дийся в том, что производят измерение во времени ионного тока, протекающего через ячейку (,ъ., электродами которой являются порис:Тое 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 исследуемыйрасплавтвердый электролит. Концентрация кислорода на ;границе раздела определяется приложенным напряжением. Концентрация в объеме металла определяется начальными условиями. Коэффициент диффузии рассчиты;Вают из уравнения ,Cl) . где 1.,оц. ионный ток, протекающий через ячейку; h .- высота столба жидкого металла;F - постоянная Фарадея; Оц - коэффициент диффузии кислорода ; ),СоС2)- начальная и конечная концентрации кислорода в исследуемом расплаве; Д - первый корень функции Бесселя нулевого порядка; t, - время; г - радиус капилляра, содержащего исследуемый металл. Однако этот способ пригоден д.пя |определения коэффициентов диффузии ;кислорода в жидких металлах для температур, не превышающих 1500°С, так как при более высоких температурах платиновое покрытие испаряется с поверхности твёрдого электролита, что приводит к разрыву электр ческой . Эта особенность ограни чивает область его применения. i Целью изобретения является определение коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах при температурах выше 1500°С. . Для этого в качестве второго эле рода используют тот же металл, кото рый предварительно р.асплавляют под шлаком из своих окислов. Это обеспечивает постоянное соде жание в нем кислорода при заданной температуре. ..Величина ионного ток определяется потоком ионов кислород через твердый электролит, который возникает вследствие разницы концен раций кислорода в объеме исследуемо го расплава и на границе раздела исследуёмый металл-твердый электрол Концентрация кислорода в исследуемо металле на границе раздела исследуе мый металл-твердый электролит определяется приложенным напряжением. Концентрация кислорода в объеме исследуемого металла определяется начальными условиями. На чертеже представлена схема осуществления способа определения коэффициентов диффузии кислорода в жидки X мет алл ах. Исследуемый металл 1 помещают в.капилляр 2, изготовленный из двуокиси циркония. Затем капилляр 2 по жают в огнеупорный стакан 3, содержащий тот же металл 4, расплавленный под шлаком своих окислов, По достижении температуры опыта в расп лавы металлов 1 и 4 опускают токоподводы 5 и 6, на которые подается постоянное напряжение,обуславливающее протекание через ячейку электри ческого тока. Вследствие того, что материал капилляра 2 при температурах опыта обладает чисто ионной проводимостью, протекающий I через ячейку электрическийтбк 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 ра.сплаве, что иллюстрируется; следующим примером. Измеряют изменение ионного тока во времени для Fe при 1600°с. Анали- зируя расчетную формулу (1), нетрудно увидеть, что tgri, где oL - угол наклона прямой зависимости In 1цоцОт времени, получающийся в резул ьтате логарифмирования значений Из tgoL находим, что Dp 1,4810- см 2/сек.. Таким 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. i Полученные значения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах могут быть использованы для рас- четов кинетических характеристик процессов рафинирования жидкого металла. Форм:/ла изобретения Способ определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах, заключающийся в том, что производят измерение ионного тока во времени, возникающего в результате приложения постоянного напряжения к- двум электродам, одним из которых является исследуемый металл, и по известной зависимости определяют коэффициент диффузии кислорода, отличающийся тем, что, с целью определения коэффициентов диффузии кислорода в жидких металлах при температурах выше 1500 С, в качестве второго электрода используют тот же ме|талл, который предварительно расплавЫяют под шлаком из, /двоих окислов. Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе 1.Яевич В.Г. физико-химическая 1идродинамика. - М,, Физматгиз, 1959, с. 668. 2. Metal Kunde, Bd 59, 1968, Н 8, с. 635-641 (прототип).