專利名稱：鐵水快速定硫測(cè)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于借助測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測(cè)試或分析材料的技術(shù)領(lǐng)域。
鐵水的含硫量是生鐵冶煉時(shí)的重要質(zhì)量指標(biāo)，又是控制高爐爐況的主要參數(shù)，因此，也是爐況調(diào)劑的依據(jù)，如果愈早愈準(zhǔn)確地知道鐵水硫含量，對(duì)高爐生產(chǎn)及鐵水預(yù)處理愈有利。
目前，普遍采用的化學(xué)分析定硫須要爐前取樣，分析時(shí)間至少也需20—30分鐘以上的時(shí)間才能報(bào)告結(jié)果，尤其對(duì)于爐外脫硫過程，希望能直接、準(zhǔn)確、快速定硫，才能更好地控制冶煉過程的進(jìn)行，否則爐外脫硫過程是難以控制的。關(guān)于研究快速定硫測(cè)頭，20多年來不少學(xué)者作了大量工作，但至今未見到有工業(yè)測(cè)頭問世。鋼水快速定氧測(cè)頭是一種氧濃差電池，當(dāng)測(cè)頭插入鋼水后，形成下列電池〔O〕||ZrO2·MgO||MO，MoO2電池的右側(cè)為正極，其氧分壓取決于下列反應(yīng)。電池的左側(cè)為負(fù)極，其氧分壓取決于固體電解質(zhì)(ZrO2·MgO)和鋼液界面上的氧分壓，只要測(cè)得電池的電動(dòng)勢(shì)和工作溫度，就可測(cè)得鋼液的氧活濃度。
本發(fā)明目的是應(yīng)用固體電解質(zhì)電池法的原理，在定氧快速測(cè)頭的固體電池的左側(cè)負(fù)極增添斑點(diǎn)狀輔助電極，通過測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)及工作溫度，可得到相應(yīng)的硫的活度，再根據(jù)鐵水的平均成分求得硫的成分，從而實(shí)現(xiàn)鐵水直接。快速測(cè)定硫。
本發(fā)明原理是將本裝置插入鐵水后，形成下列電池〔S〕Fe|AB||ZrO2·MgO||Mo，MoO2此電池的電動(dòng)勢(shì)與鐵水中的硫活度有定量關(guān)系，由鐵水平均成分計(jì)算出一定的硫活度時(shí)硫的濃度。測(cè)頭插入鐵水后20秒內(nèi)測(cè)出電勢(shì)，一分鐘內(nèi)可得知硫的濃度。電池中AB為輔助電極，電池右側(cè)為正極，其氧分壓取決于下列反應(yīng)電池左側(cè)為負(fù)極，其氧分壓取好固體電解質(zhì)(ZrO2，MgO)，鐵液與輔助電極三相界面上的氧分壓，且服從于下列反應(yīng)平衡[O]=12O2]]>并由此可以導(dǎo)出E=RTFlnPo2(M)14+Pe14(eΔGO[S]-ΔGOCaS+ΔGCaOORT)-12]]>·aS12+Pe′14]]>式中Pe′—固體電介質(zhì)的電子特征氧分壓E—電池電動(dòng)勢(shì)T—電池工作溫度F—法拉第常數(shù)R—?dú)怏w常數(shù)故只要測(cè)得電池電動(dòng)勢(shì)及工作溫度，就可得知相應(yīng)的硫活度，再由鐵水的平均成分求得硫的成分。
本發(fā)明快速定硫測(cè)頭的附

圖1和附圖2，防渣帽(1)，輔助電極(2)，氧化鋯管狀固體電解質(zhì)(3)，參比材料(電池正極)(4)，鋁絲(5)，剛玉毛毛管(6)，耐火纖(接下頁)維棉(8)、高溫水泥(9)、耐火泥頭(10)、大紙管(11)、塑料絕緣管(12)、銅引線(13)、小紙管(14)、塑料插座(15)、插頭外套管(16)、插頭銅環(huán)(17)、插頭絕緣座(18)、絕緣引線(19)、插頭絕緣環(huán)(20)、銅引線(21)、鉬棒(22)、微型熱電偶(23)。
本發(fā)明快速定硫測(cè)頭結(jié)構(gòu)，包括氧化鋯管狀固體電解質(zhì)AB為輔助電極，是由氧化物和硫化物構(gòu)成，參比材料(Mo/MoO2)，氧化鋁粉，鉬絲，耐火纖維棉，高溫水泥和耐火泥頭，固體電解質(zhì)(ZrO2·MgO)管的外壁表面為呈斑點(diǎn)狀燒結(jié)的輔助電極，斑點(diǎn)厚為2—3mm，直徑為2—3mm，均勻地分布在固體電解質(zhì)外壁表面，且要求輔助電極的斑點(diǎn)所占面積為全部表面積的60-80％，且有鉬棒、微型熱電耦。在固體電解質(zhì)電池，鉬棒和微型熱電耦之間填充水泥填料，相應(yīng)引出鉬絲、微型熱電耦、鉬棒的銅引線，用水泥填料隔離后，接小紙管，內(nèi)套塑料插座，插頭絕緣環(huán)，插頭絕緣座，絕緣引線，以及插頭外套管，大紙管等。
本發(fā)明快速定硫測(cè)頭，采用粘結(jié)輔助電極氧化鋯管(ZrO2·MgO)固體電解質(zhì)以形成電池負(fù)極，在固體電介質(zhì)ZrO2·MgO管表面粘結(jié)的輔助電極，輔助電極材料是由氧化物與硫化物組成，氧化物為堿土金屬氧化物，如Li2O、BaO、CaO等，硫化物是Li2S、BaS、MgS、CaS等，其中硫化物占輔助電極總量的10—50％。輔助電極材料中，還需加入高溫粘結(jié)劑，它們可以是Ca2F，SiO2，Al2O3等，其加入量占輔助電極材料質(zhì)量的0.5—5％。輔助材料和高溫粘結(jié)劑分別磨細(xì)達(dá)200目(0.075mm)以下，相互混勻后，用甘油調(diào)成糊狀呈均勻分布的點(diǎn)狀斑點(diǎn)，粘結(jié)于ZrO2·MgO表面，在1550-1610℃溫度下，恒溫保持0.5-3小時(shí)，然后空冷至室溫(接下頁)燒結(jié)溫度和時(shí)間是根據(jù)輔助電極材料和粘結(jié)劑確定。
本發(fā)明實(shí)施例1的輔助電極材料氧化物為MgO50％，硫化物MgS50％，高溫粘結(jié)劑為SiO22％，甘油為輔助電極材料質(zhì)量的1％左右，輔助電極斑點(diǎn)2mm，直徑2mm，斑點(diǎn)分布均勻，所占面積為固體電介質(zhì)面積的60％，燒結(jié)溫度為1550-1610℃，恒溫2小時(shí)。
本發(fā)明實(shí)施例2輔助極材料為氧化物BaO為90％，硫化物為BaS10％，高溫粘結(jié)劑Al2O3為5％，甘油為總量的1％左右，斑點(diǎn)厚2.5mm，直徑3mm，斑點(diǎn)均勻分布，斑點(diǎn)所占面積為固體電介表面積的70％，燒結(jié)溫度1550-1610℃，恒溫1.5小時(shí)。
本發(fā)明快速定硫測(cè)頭的技術(shù)指標(biāo)測(cè)定溫度范圍1350-1550℃，響應(yīng)時(shí)間≤4秒、平臺(tái)持續(xù)時(shí)間≥4秒，定硫的準(zhǔn)確度≤±0.005％，測(cè)成率為≥90％。
本發(fā)明的快速定硫測(cè)頭的使用儀表為輸入內(nèi)阻抗＞106歐姆的雙臂式電子平衡儀，同時(shí)測(cè)熱電勢(shì)和電池電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)測(cè)量范圍為1—1000mv。
圖1為鐵水，鋼水快速定硫測(cè)頭的總體結(jié)構(gòu)圖的剖面圖。
圖2為鐵水，鋼水快速定硫測(cè)頭的剖面圖。
權(quán)利要求
1.鐵水快速定硫測(cè)頭，包括防渣鐵皮帽，氧化鋯管，參比材料(Mo/MoO2)，剛玉毛細(xì)管，鉬絲，鉬棒，微型熱電耦，其特征在于固體電解質(zhì)(ZrO2·MgO)管的外壁表面粘結(jié)呈斑點(diǎn)狀燒結(jié)的輔助電極，斑點(diǎn)厚為2—3mm，直徑為2—3mm，均勻分布在固體電解質(zhì)管的外壁表面，輔助電極斑點(diǎn)所占面積為固體電解質(zhì)管的全部表面積的60-80％，輔助電極材料為氧化物和硫化物細(xì)粉，氧化物為L(zhǎng)iO2，BaO，MgO或CaO，硫化物為L(zhǎng)i2S，BaS，MgS或CaS等，其中硫化物占輔助電極總量的10-50％，其高溫粘結(jié)劑為Ca2F，SiO2或Al2O3等。其加入量占輔助極材料質(zhì)量的0.5-5％，用甘油調(diào)輔助電極材料呈糊狀，呈點(diǎn)狀粘結(jié)于(ZrO2·MgO)固體電介質(zhì)管表面均勻分布，燒結(jié)溫度為1550-1610℃，恒溫保持0.5—3小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵水快速定硫測(cè)頭，其特征在于輔助電極材料的氧化物MgO為50％，硫化物MgS為50％，高溫粘結(jié)劑SiO2為2％，甘油為輔助電極材料總量的1％左右，斑點(diǎn)厚2mm，直徑2mm，斑點(diǎn)所占面積為固體電介質(zhì)面積的60％，燒結(jié)溫度為1550-1610℃，恒溫2小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵水快速定硫測(cè)頭，其特征在于輔助電極材料的氧化物BaO為90％，化物BaS為10％，高溫粘結(jié)劑Al2O3為5％，甘油約為總量的1％左右，斑點(diǎn)厚2.5mm，直徑3mm，斑點(diǎn)分布均勻，斑點(diǎn)所占面積為固體電介質(zhì)表面積的70％，燒結(jié)溫度1550-1610℃，恒溫時(shí)間1.5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明鐵水快速定硫測(cè)頭，屬于測(cè)定材料的化學(xué)和物理性質(zhì)來分析材料的技術(shù)領(lǐng)域。它是利用氧濃差電池原理來測(cè)定鐵液中硫含量的方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)在固體電解質(zhì)表面增加均勻分布的輔助電極的斑點(diǎn)，材質(zhì)為L(zhǎng)iO
文檔編號(hào)G01N27/411GK1123412SQ9411830
公開日1996年5月29日 申請(qǐng)日期1994年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月22日
發(fā)明者張謙象, 董喜平, 高洪義, 秦洪來, 吳培良, 宋建成, 蔡愛平, 張宗旺 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 承德鋼鐵水泥總廠, 杭州鋼鐵廠