Способ определения содержания водорода в шлаках и флюсах Советский патент 1982 года по МПК G01N25/14 

Изобретение относится к черной металлургии и машиностроению, в частности к контролю содержания водорода в сталеплавильных шлаках и ФЛРЭсах электрошлакового переплава, а также во флюсах для электросварки металлов.

Изрестен способ определения содержания водорода в шлаках с испольг эованием нейтрального газа-носителя | путем тепловой экстракции водородсодержащих газов и их восстановления углеродом графитового игля fl.

Известный способ не обеспечивает необходимой точности определения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения содержания водорода в ишаках и флюсах с использованием нейтрального газа-носителя путем тепловой экстракции водородсодержаищх газов и их восстановления до водорода. В этом способе в качестве восстановителя применяют сплавы никеля со щелочноземельными металлами, нагреваемые до температур выше ЗОО, а содержание водорода в газе-носителе определяют одним из

известных СПОСОб.ОБ.

Опыт эксплуатации указанного способа показал, что сплавы никеля со щелочноземельными элементами оказываются достаточно реакдионноспособнылш только при температурах нагрева их выше 50СР С C2j.

Однако работа при таких температурах даже при применении относительно бедных никелевых сплавов (с

10 5-15 вес.% щелочноземельного элемента сопровождается значительным испарением активного элемента. Пасжл активного элемента непрерывно выносятся газом-носителем иэ горячей

15 зоны реакционной трубки и такяё неп-рерывно конденсируются внутри относительно холодного ее выходного конца. Осаждающийся при этом высоко2Q дисперсный конденсат металла-восстановителя облсшает большой адсорбциЬнной и химической способностью и непре я вно необратимо (для стационарных температурных условий анализа поглоцает из газа-носителя зна25чительные количества водорода (геттер-эффект) ,. что вносит значительную и несистематическую ошибку в результаты анализа и обусловливает относительно невысокую в целом точность

30 известного способа. Цель изобретения - повышение экс плуатационной надежности и точности способа. . Поставленная цель достигается тем, что в способе определения содержания водорода в шлаках и флюсах с использованием нейтрального газа-носителя путем тепловой экстра ции водосодержащйх газов, восстанов ления их до водорода восстановителем, нагретым до теипературы вьине 300, и измерения количества водоро да в газе-носителе, в качестве восстановителя используют нитриды щелоч ных ,щелочноземельных, редкоземельных металлов и нитриды переходных металлов IV - YII групп больших периолов периодической системы элементов, а в качестве газа-носителя - азот, пар циальное давление Р которого удовлетворяет условию 1м,5Рдис где Рдис упругость диссоциации применяемого нитрида при той же температуре. Кроме того, для повышения газопро ницаемости восстановителя и увеличения поверхности контакта его с анали зируемой газовой смесью, восстановитель используют в смеси с нейтральными огнеупорными веществами с размером фракций от 0,5 до 3,0 мм. Процессы конвертирования в экстра гируемых из флюсов водородсодержащих газов с применением нитридов протекают аналогично .следующим реакциям, составленным применительно к нитриду магния: Мс, M2.+3HiO 3MGOtN.2.-f-3H2 ; Mg, Mi+ЗН; ; Мс ,j 3Mg4-N.j.4-3H2., Е нитридах активный элемент (восстановитель) связан в термодинамически непрочные, но не летучие (.труд но испаряемые/ соединения, нелетучими оказываются и образуюидаеся в продуктах-конвертирования водородсодержащих газов конденсированные фазы (оксиды, фториды и сульфиды). Предлагаемый способ позволяет пода-г вить геттер-эффект при конвертировании водородсодержащих газов в водород даже при и выше, что и обусловливает значительное (на 2025%) повышение точности предлагаемого способа по сравнению с прототипом. В качестве дополнительного эффекта при высокотемпературном применении нитридов для конвертирования оказывается повышение производитель 1ости способа на 15-20%, что связано с повышением скорости конвертирования при повышенных (выше 700-700°С) температурах. Оптимальными рабочими температурами конвертирования при применении нитридов оказываются такие температуры, при которых упругость диссоциации использ.уемого нитрида соста ляет 50-90% от давления несущего 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 азотсодержащий газ и парциальное давление его Р« в газе-носителе удовлетворяет условию PN,,C Д Рд(с - упругость диссоциации выбранного нитрида при рабочей температуре комвертирования. При применении катарометра для детектирования водорода в анализируемом несущем газе использование азота Ё качестве несущего газа исключает полностью помехи анализу выделяющимися из проб флюсов и шлаков сопутствующими газами (СО, N2) В результате совместного применения нитридов (восстановителя для конвертирования , HF, , Hj и азота)- несущего газа в предлагаемом способе достигается высокая точность анализа и производительность. Пример. 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-6. Содержащиеся во флюсе водородсодержащиеся газы экстрагируют при ЭООс и с током газа-нрсителя направляют их в кварцевый блок конвертирования, заполненный нитридом марганца и нагреваемый до . В блоке конвертирования происходит конвертирование водородсодержащих газов с выделением эквивалентных количеств юлeкyляpнoгo водорода. Далее аргоноводородная смесь анализируется на содержание в ней водорода с помощью катарометра в течение всего времени дегазации флюса. С Ломощью графического интегрирования кинетической кривой дегазации навески флюса рассчитывают общее содержание в ней водорода . Сопоставление полученных таким образом значений концентраций водорода в гранулированном флюсе АНФ-6 (среднее значение 31,2 г) с данными способа-прототипа (среднее значение 26,4 см/lOO г) показывает, что за счет подавления геттер-эффекта предлагаемый способ повысил точность определения общего содержания водорода во фторидно-окисном флюсе на 15-20%. Пример 2. Анализ проводят аналогично примеру 1, но в качестве газа-носителя применяют очищенный азот с давлением 1,1 атм. Упругость нитри