铁液电化学定硫传感器热力学分析
2018-03-22 20:44:08
包头钢铁学院学报铁液电化学定硫传感器热力学分析杨红萍，赵文广，宋希文，安胜利（包头钢铁学院材料与冶金工程系，内蒙古包头014010）质，硫氧化钇为辅助电极的定硫传感器在铁液硫含量的范围内性能稳定，精确度高，误差小。从理论上讲，该传感器完全可以适用于测定金属液中的硫含量。
对于钢铁、铜、铝等金属材料来说，硫在大多数情况下是一种有害元素，往往引起产品性能的严重恶化，甚至于无法使用，因而精确测定和在线控制金属液中的硫含量是冶金过程中1项至关重要的任务。目前，常用的测定硫含量的方法有化学分析法、红外线法等，这些方法都需要经过取样、制样、分析的繁琐过程，无法满足现代企业自动化操作的要求。电化学定硫传感器的优越之处在于它具有能够快速、精确测定金属液中硫含量的特点，它的推广应用对于提高操作的科学性和自动化水平将产生积极的影响。
近年来，国内外的众多科技工作者针对金属液定硫传感器开展了大量的试验研究工作1，并且在理论上也进行了有益的探讨。
电荷的氧离子空位；Yzi表示占据Zi4+结点的Y3+，它带有1个单位的负电荷。
为了保持电中性，每加入2个Y3+就产生1个氧分解反应，故不适合作辅助电极；大多数硫化物在高温金属液中使用时易发生分解反应，也不适合作辅助电极；而稀土硫氧化物具有比较特殊的性质，在高温金属液中具有优良的热稳定性，且它的熔点高于2在铁液中，稀土硫氧化物与溶解会发生如下反应：反应的自由能变化=286280+146.947，AG=-286280+14694T+离子空位，这些空位为以空位扩散机制进行扩散的氧离子提供了扩散通道。由电导率=nz2e2B可知，电导率与其载流子浓度成正比，因此氧化钇的加入加了氧离子电导率。X（ZiO2（Y2O3））=9%的固体电解质的离子电导率可达1.5X102S-a1，实际平衡实际平衡1基于；以上原则1考蓖到1硫酸盐在高温下易发生lishhgHouse.Allrhts（（O一因此，反应（2）将逆向进行，生成硫氧化钇。故该平衡线上方的区域是硫氧化钇的稳定存在区；反之，当铁液中实际硫活度值和氧活度值处于该平衡线的下方时，0，反应正向进行，生成氧化钇，即平衡线下方的区域是氧化物稳定存在区，在此区域硫氧化钇不能稳定存在。
铁液中的硫的质量分数通常在0.02%在1573K（铁液温度）时，经计算其平衡氧分压为在1573K时，经计算其平衡氧分压为110.与铁水中的硫相平衡的氧活度一般在0.8X10-5~3. 105变化，在炼钢精炼后期，氧活度也比较低，若氧活度以105计算则：在1573K时，经计算其平衡氧分压为81.由此可知卩，Cr+Ci23体系的平衡氧分压与铁水中硫相平衡的氧分压相近，而与M0+M0O2体系所形成的氧分压相差较大。又因参比材料Cr+Cr23在高温下不与氧化钇稳定氧化锆固体电解质反应，能够提供恒定的氧分压；且23的标准自由能是经过准确测定的，可以直接用于结果的计算。故宜选用Cr+Ci23体系作定硫传感器的参比电极。
2硫活度和温度对定硫传感器电动势的影响用于测量金属液中的硫含量的定硫传感器，其电池形式如下：电极反应如下：电池反应：反应自由能变化：由Nemst方程可得：21硫活度对电动势的影响对式（11）两端关于硫活度求导得：由式（12）可知，铁液中相同的硫活度变化在低硫条件下，会产生较大的值；相反在高硫位条件下，%（S）的值较小。由此可以预测，对于相同的硫活度变化，在低硫金属液所测得的电池电动势的变化值较高硫金属液所测得的电池电动势的变化值大。现取包钢3高炉一铁样，经化学分析，其化学成分为w（i）因为a则硫活度每变化0.01，相应电动势的变化为4.34mV.因而该传感器在铁液中具有较高的精确度，用该种定硫传感器可得到较准确的硫活度值。2.2熔体温度对电动势的影响对式（11）两端关于温度T求导得：此可估算若铁液温度波动20IK会引起电动势值变化478mV，这相当于硫活度变化0. 01引起的电动势值的变化，因而温度对电动势的影响也比较大。
（1）在铁液中，稀土硫氧化物具有良好的热稳定性和化学稳定性，可用于作辅助电极材料。
与使用条件下的氧势接近，选用Cr+Ci23作定硫传感器的参比电极是比较理想的。
（3）当硫活度变化相同时，低硫金属液所测得的电池电动势的变化值较高硫金属液所测得的电池电动势的变化值大。在铁液硫含量范围内，该种电化学定硫传感器具有较高的精确度。
（4）铁液温度的波动也会对电池电动势产生较大的影响，从而可能引起较大的测量误差。
· 上一页
· 1
· 下一页
附件下载： (已下载0次)
标签：
对于钢铁、铜、铝等金属材料来说，硫在大多数情况下是一种有害元素，往往引起产品性能的严重恶化，甚至于无法使用，因而精确测定和在线控制金属液中的硫含量是冶金过程中1项至关重要的任务。目前，常用的测定硫含量的方法有化学分析法、红外线法等，这些方法都需要经过取样、制样、分析的繁琐过程，无法满足现代企业自动化操作的要求。电化学定硫传感器的优越之处在于它具有能够快速、精确测定金属液中硫含量的特点，它的推广应用对于提高操作的科学性和自动化水平将产生积极的影响。
近年来，国内外的众多科技工作者针对金属液定硫传感器开展了大量的试验研究工作1，并且在理论上也进行了有益的探讨。
电荷的氧离子空位；Yzi表示占据Zi4+结点的Y3+，它带有1个单位的负电荷。
为了保持电中性，每加入2个Y3+就产生1个氧分解反应，故不适合作辅助电极；大多数硫化物在高温金属液中使用时易发生分解反应，也不适合作辅助电极；而稀土硫氧化物具有比较特殊的性质，在高温金属液中具有优良的热稳定性，且它的熔点高于2在铁液中，稀土硫氧化物与溶解会发生如下反应：反应的自由能变化=286280+146.947，AG=-286280+14694T+离子空位，这些空位为以空位扩散机制进行扩散的氧离子提供了扩散通道。由电导率=nz2e2B可知，电导率与其载流子浓度成正比，因此氧化钇的加入加了氧离子电导率。X（ZiO2（Y2O3））=9%的固体电解质的离子电导率可达1.5X102S-a1，实际平衡实际平衡1基于；以上原则1考蓖到1硫酸盐在高温下易发生lishhgHouse.Allrhts（（O一因此，反应（2）将逆向进行，生成硫氧化钇。故该平衡线上方的区域是硫氧化钇的稳定存在区；反之，当铁液中实际硫活度值和氧活度值处于该平衡线的下方时，0，反应正向进行，生成氧化钇，即平衡线下方的区域是氧化物稳定存在区，在此区域硫氧化钇不能稳定存在。
铁液中的硫的质量分数通常在0.02%在1573K（铁液温度）时，经计算其平衡氧分压为在1573K时，经计算其平衡氧分压为110.与铁水中的硫相平衡的氧活度一般在0.8X10-5~3. 105变化，在炼钢精炼后期，氧活度也比较低，若氧活度以105计算则：在1573K时，经计算其平衡氧分压为81.由此可知卩，Cr+Ci23体系的平衡氧分压与铁水中硫相平衡的氧分压相近，而与M0+M0O2体系所形成的氧分压相差较大。又因参比材料Cr+Cr23在高温下不与氧化钇稳定氧化锆固体电解质反应，能够提供恒定的氧分压；且23的标准自由能是经过准确测定的，可以直接用于结果的计算。故宜选用Cr+Ci23体系作定硫传感器的参比电极。
2硫活度和温度对定硫传感器电动势的影响用于测量金属液中的硫含量的定硫传感器，其电池形式如下：电极反应如下：电池反应：反应自由能变化：由Nemst方程可得：21硫活度对电动势的影响对式（11）两端关于硫活度求导得：由式（12）可知，铁液中相同的硫活度变化在低硫条件下，会产生较大的值；相反在高硫位条件下，%（S）的值较小。由此可以预测，对于相同的硫活度变化，在低硫金属液所测得的电池电动势的变化值较高硫金属液所测得的电池电动势的变化值大。现取包钢3高炉一铁样，经化学分析，其化学成分为w（i）因为a则硫活度每变化0.01，相应电动势的变化为4.34mV.因而该传感器在铁液中具有较高的精确度，用该种定硫传感器可得到较准确的硫活度值。2.2熔体温度对电动势的影响对式（11）两端关于温度T求导得：此可估算若铁液温度波动20IK会引起电动势值变化478mV，这相当于硫活度变化0. 01引起的电动势值的变化，因而温度对电动势的影响也比较大。
（1）在铁液中，稀土硫氧化物具有良好的热稳定性和化学稳定性，可用于作辅助电极材料。
与使用条件下的氧势接近，选用Cr+Ci23作定硫传感器的参比电极是比较理想的。
（3）当硫活度变化相同时，低硫金属液所测得的电池电动势的变化值较高硫金属液所测得的电池电动势的变化值大。在铁液硫含量范围内，该种电化学定硫传感器具有较高的精确度。
（4）铁液温度的波动也会对电池电动势产生较大的影响，从而可能引起较大的测量误差。
· 上一页
· 1
· 下一页
附件下载： (已下载0次)
标签：