北科大固体电解质补充讲义：钢液定氧

钢液定氧DeterminationofOxygeninLiquidSteel引言炼钢是一个氧化-还原过程，其中最活跃的因素是氧，而且钢液中的溶解氧和氧化物夹杂在很大程度上决定了钢材的性质；氧的快速准确测定是控制炼钢过程的关键；固体电解质定氧的优点：快速、原位(不用取样)，电压信号便于处理，容易实现计算机在线控制，测定的是钢液中的氧活度，可进一步计算与之平衡的组元含量。高温钢液带来的问题:(1)钢液的侵蚀；(2)电子导电；(3)气体渗透；(4)抗热震性。原理电池式：Referenceelectrode()|Solidoxideelectrolyte(O2-)|Oxygeninmoltenmetal()计算式：根据电池反应和氧的溶解反应可以进一步计算出钢液中的氧活度再由可以计算氧在钢液中溶解氧的百分浓度对定氧测头的要求1.测成率：>90%;2.能提供可以解释的数据，即应该有稳定的测试平台;3.有足够快的应答速度：一般在2～3秒出现平台，5～6秒完成测量;4.再现性；5.可靠性。定氧测头可靠性的判断1.符合冶金生产规律；2.在平衡实验中，符合平衡关系；3.用不同参比电极进行比较；4.与其它定氧方法比较：注意全氧量和氧活度之间的差别；5.同一体系多次测量的再现性。固体电解质材料Solid－ElectrolyteMaterial研究过的氧化物固体电解质材料有：ZrO2-CaO、ZrO2-MgO、ThO2-Y2O3、莫来石(Mullite)等；由于ZrO2-MgO经热处理可以得到好的抗热震性能，所以现在的金属液快速定氧测头都采用ZrO2-MgO小管；炼钢的高温和低氧分压条件下，存在明显的电子导电；在时，电动势修正公式为其他需要注意的因素材料的多孔性，它会导致氧从一个电极渗透到另一电极，从而降低了电池的电动势；它所包裹的金属会增大电子导电；Seebeck效应会带来附加热电势。参比电极的选择参比电极选择的原则是：(1)使用方便，尤其要便于现场快速更换测头的操作；(2)与钢液氧分压相近，这样可以减小电子导电和气体渗漏。气体参比电极：纯O2、纯Ar(N2)、CO/CO2混合气、空气、草酸(COOH)2·2H2O分解的气体产物等。要求有一恰当的流速，否则会造成冷却效应或氧分压改变。封闭的金属及其氧化物混合体系：如Fe-FeO、Mo-MoO2、Cr-Cr2O3、Ni-NiO、Co-CoO、Cu-Cu2O等体系，当温度一定，体系的氧分压为一定值，可从文献得到。如pCr-Cr2O3＝10－14MPa(1600℃)测头设计要求能经受住1700℃同时装有相互靠近的氧探针和微型快速热电偶；应答速度要快，附加的热电势要小；导线间必须有良好绝缘，接插件的连接要可靠；便于测头的快速更换；不会对钢液的氧含量产生影响(即不与钢液发生反应)；如果用于人工测定，测枪要尽可能轻便一些。目前钢液定氧测头的水平应答时间在2秒以内，4－5秒完成测定；温度测定误差为±3℃氧含量在10～1000ppm时，误差在10％之内；误差校正：可用碳氧平衡实验结果进行校正，也可用不同参比电极测定结果进行检验。在炼钢过程中的