[发明专利]铁水快速定硅测头

说明书

本发明属于测定材料的化学和物理性质来分析材料的技术领域。

随着对钢材质量的提高，转炉要求少渣或无渣条件下冶炼，为此，高炉生产的炼钢生铁要求其硅含量应尽量低，已经逐步降至含硅量为0.50％左右。因此，要求高炉具有较高的操作水平和稳定的炉况，需要及时、准确地确定生铁中的硅含量，以保证生产低含硅量的生铁，同时，铁水炉外脱磷处理技术，也要求准确和及时控制生铁中硅量，才能科学地配加脱磷剂量，准确地控制脱磷过程。目前，普遍采用的传统的化学分析方法，由于取样和分析所需时间较长，因此，难以实现稳定地控制铁水中的硅量和最佳的炉外铁水处理工艺条件，从而难以适应现代化生产高质量生铁的需要。

铁水快速定硅测头是适应高炉生产需要，发展起来的直接插入铁水、迅速、准确地测定生铁中硅含量的方法，该法优于化学分析法。目前铁水快速定硅测头是热电势法，该法需时设多个对比的标准曲线，其结构繁杂，制作难度较大。钢液快速定氧测头是一种氧浓差电池，利用定氧测头插入钢液，形成〔O〕||ZrO₂.MgO||Mo，MoO₂电池，右侧为电池正极，左侧为电池负极，其电池的氧电势取决于反应和固体电解质(ZrO₂.MgO)与钢液界面上氧分压。因此，只要测得电池的电动势和相应温度，就可测得钢液的氧活度。

本发明目的是克服化学分析定硅方法需经取样和化学分析时间长、速度慢的缺点，又克服热电势法结构繁杂、制作困难的缺点。应用固体电解质快速定氧测头的原理，在钢液快速定氧测头的固体电解质管外表面，增添斑点状辅助电极，构成铁水快速定硅测头。将该测头插入铁液，通过测定固体电解质电池电动势和工作温度，获得相应铁液中的硅的活度，再根据铁水的平均成分计算铁液中的硅含量。当测头插入铁液后，20秒获电势，1分钟得到铁中硅含量。

本发明是将快速定硅测头插入铁液后，形成下列电池

〔Si〕_Fe|C D||ZrO₂·Mgo||Mo，MoO₂该电池中的右侧Mo，MoO₂为正极，其氧分压取决于下列反应平衡

电池的左侧为负极，其氧分后取决于固体电解质(Zr₂O·MgO)、辅助电极(CD)和铁液三相界面上的氧分压，主要取决于下列反应平衡     ①或者             ②由此可以导出电池电动势的关系或者式中Pe′-固体电解质电子导电特征氧分压，E-电池电势

T-电池工作温度

F-法拉弟常数

R-气体常数

ΔG₁^O-反应①的标准自由焓变化

ΔG₂^O-反应②的标准自由焓变化

本发明是一种氧浓差电池，在铁液侧，由铁液，固体电解质与辅助电极三个界面上氧分压取决于氧活度与硅活度之间的平衡，此平衡是由于辅助电极的加入在三相界面上建立，因此，本发明将快速定硅测头插入铁液，只要测得电池电动势及工作温度，就可以获得铁液中的硅活度a_si，再由铁水平均成分计算铁水中的硅含量。

本发明快速定硅测头附图说明，防渣帽(1)，辅助电极(CD)(2)氧化锆管状固体电解质(3)，参比电极(电池正极)(4)，钼丝(5)，氧化铝粉(6)，耐火纤维棉(8)，高温水泥(9)，耐火泥头(10)，大纸管(11)，塑料管(12)，铜引线(13)，小纸管(14)，塑料插座(15)，插头外套管(16)，插头铜环(17)，插头绝缘座(18)，绝缘引线(19)，插头绝缘环(20)，铜引线(21)，钼棒(23)，微型热电耦(24)。