專利名稱：測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前熔融金屬中的一些主要成分，如碳和氧等，基本上可以實(shí)現(xiàn)在冶煉過程的動(dòng)態(tài)測(cè)量和控制。但是，對(duì)于硫這一對(duì)冶煉過程和產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的元素，目前還沒有更有效的直接測(cè)定方法。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，獲知熔融金屬硫含量的方法是很復(fù)雜的，一般要經(jīng)過取樣、送樣、制樣、分析、計(jì)算等步驟。盡管目前已經(jīng)有先進(jìn)的風(fēng)力送樣和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，但從取樣到報(bào)送檢測(cè)結(jié)果最快也要5-8分鐘的時(shí)間，這樣的分析過程不能滿足現(xiàn)代化冶煉過程的需要。
目前，已有人開始嘗試用其他方法取代傳統(tǒng)的燃燒分析法，直接快速地測(cè)量熔融金屬中的硫含量。其中以利用固體電解質(zhì)濃差電池測(cè)定熔融金屬中硫含量的研究最為普遍。利用固體電解質(zhì)濃差電池測(cè)定熔融金屬硫含量的研究，主要是借鑒于目前已經(jīng)成熟的固體電解質(zhì)濃差電池直接定氧技術(shù)。由于利用固體電解質(zhì)濃差電池直接定硫和直接定氧的原理是相同的，因此成功的直接定氧技術(shù)為研究開發(fā)固體電解質(zhì)硫濃差電池創(chuàng)造了條件。
和定氧固體電解質(zhì)一樣，選擇硫化物作為固體電解質(zhì)使用時(shí)，其首要的條件是其應(yīng)該具有較高的離子電導(dǎo)率，并且要求導(dǎo)電離子是S2-或者是與S2-離子直接相關(guān)的陽離子。另外，作為高溫用固體電解質(zhì)，除具有較高的熔點(diǎn)外，還要求其具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，該固定電解質(zhì)濃差電池能快速的測(cè)定鐵水中的硫含量，實(shí)現(xiàn)在線快速分析。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，其特征是參比極是Mo|Mo+MoS2，固體電解質(zhì)是MgS-TiS2，其表達(dá)式為Mo|Mo+MoS2|MgS-TiS2|[S]Fe|Mo其中[S]Fe|Mo是被測(cè)量一側(cè)。
上述的測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，其特征是TiS2含量在1～10％之間。
本發(fā)明是利用硫化物電解質(zhì)組成濃差電池，其固體電解質(zhì)按形狀分為管狀和片狀，將固體電解質(zhì)的化學(xué)組份和組裝的濃差電池做成定硫探頭，可以快速準(zhǔn)確的測(cè)定鐵水中的硫含量，實(shí)現(xiàn)在線快速分析，達(dá)到快速鐵水預(yù)處理的目的，從而提高脫硫效率，減少脫硫成本，進(jìn)而降低煉鋼過程中的生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為燒結(jié)后MgS-TiS2固體電解質(zhì)的X射線衍射圖；圖2為MgS-TiS2固體電解質(zhì)的導(dǎo)電率與添加量的關(guān)系圖；圖3為MgS-TiS2固體電解質(zhì)的體積密度與添加量的關(guān)系圖；圖4為TiS2含量為定值時(shí)的電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間關(guān)系圖，其中曲線1 TiS2含量為1％，曲線2 TiS2含量為3％；圖5為TiS2含量為定值時(shí)的電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間關(guān)系圖，其中曲線3 TiS2含量為5％，曲線4 TiS2含量為7％；圖6為TiS2含量為定值時(shí)的電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間關(guān)系圖，其中曲線5 TiS2含量為9％，曲線6 TiS2含量為10％；圖7為TiS2含量為定值時(shí)的電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間關(guān)系圖，其中曲線7 TiS2含量為12％，曲線8 TiS2含量為15％；圖8(a)為片狀固體電解質(zhì)；圖8(b)為管狀固體電解質(zhì)；
圖8中10鉬絲引線，11高溫水泥，12 A12O3粉，13 Mo+MoS2，14石英管，15固體電解質(zhì)；圖9為定硫探頭測(cè)量示意圖。
圖9中1回路電極，2 MoSi2發(fā)熱體，3 MgO坩堝，4定硫頭，5鐵水，6熱電偶，7 XMT-1型溫控儀，8 YEW3056型記錄儀。
具體實(shí)施方式
影響固體電解質(zhì)使用性能的主要指標(biāo)是固體電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率。另外，固體電解質(zhì)本身的致密化程度對(duì)于測(cè)試電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性也有重要影響。本發(fā)明選擇了MgS-TiS2作為固體電解質(zhì)。其配比如表1所示，表1 固體電解質(zhì)MgS-TiS2組成配比
固體電解質(zhì)MgS-TiS2實(shí)驗(yàn)過程將合成的硫化物按表1所示的配比稱量，并均勻混合。將混合好的硫化物粉體以200MPa的壓力壓制成5×10mm的試樣。把壓制好的固體電解質(zhì)試樣裝入洗滌好的、一端封閉的石英管中，另一頭接真空泵抽真空。當(dāng)達(dá)到一定的真空度后，用煤-氧火焰封管。將封制好的石英管放入臥式管式爐內(nèi)，加熱至1450℃，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)。對(duì)于燒結(jié)后的固體電解質(zhì)，利用X射線衍射對(duì)其結(jié)晶相進(jìn)行分析和檢測(cè)。同時(shí)，對(duì)固體電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率和密度進(jìn)行了測(cè)定。測(cè)定離子導(dǎo)電率時(shí)，體系內(nèi)的硫分壓控制在pS2＜10-6atm，溫度為1200K。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明參見圖1，燒結(jié)后的MgS-TiS2系固體電解質(zhì)，其結(jié)晶相沒有太大的變化，仍為MgS和TiS2。參見圖2、圖3，MgS-TiS2系固體電解質(zhì)在TiS2添加量為5％時(shí)，離子導(dǎo)電率達(dá)到最大值，而且其密度值也達(dá)到最大。當(dāng)TiS2添加量進(jìn)一步增加時(shí)，一般認(rèn)為會(huì)引起電子導(dǎo)電率的增加，因而，引起離子導(dǎo)電率下降。
硫化物作為固體電解質(zhì)使用時(shí)，其首要的條件是其應(yīng)該具有較高的離子電導(dǎo)率。當(dāng)固體電解質(zhì)兩邊的硫活度不同時(shí)，按能斯特定律，電池產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。作為定硫探頭，其電動(dòng)勢(shì)要穩(wěn)定。
TiS2含量為1％時(shí)，參見圖4中曲線1，其在0.6分鐘后有穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
TiS2含量為3％時(shí)，參見圖4中曲線2，其在0.5分鐘后有穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
TiS2含量為5％時(shí)，參見圖5中曲線3，其在0.8分鐘后有穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
TiS2含量為7％時(shí)，參見圖5中曲線4，其在0.8分鐘后有穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
TiS2含量為9％時(shí)，參見圖6中曲線5，其在0.8分鐘后有穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
TiS2含量為10％時(shí)，參見圖6中曲線6，其在0.8分鐘后有穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
TiS2含量為12％時(shí)，參見圖7中曲線7，其電動(dòng)勢(shì)無穩(wěn)定的信號(hào)。
TiS2含量為15％時(shí)，參見圖7中曲線8，其電動(dòng)勢(shì)無穩(wěn)定的信號(hào)。
因此，TiS2含量選擇在1～10％是合適的。
一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，其表達(dá)式為Mo|Mo+MoS2|MgS-TiS2|[S]Fe|Mo參比極是Mo|Mo+MoS2，固體電解質(zhì)是MgS-TiS2，其中TiS2含量在1～10％之間，[S]Fe|Mo是被測(cè)量一側(cè)，固體電解質(zhì)按形狀分為片狀和管狀，參見圖8(a)、圖8(b)。
由管狀或片狀固體電解質(zhì)組裝成的定硫探頭，在飽和碳鐵水中進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量示意圖參見圖9。
測(cè)定結(jié)果得到穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)曲線可參見圖4、圖5、圖6；不穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)曲線參見圖7。
本發(fā)明通過定硫探頭的實(shí)施，可以快速準(zhǔn)確的測(cè)定鐵水中的硫含量，實(shí)現(xiàn)在線快速分析，達(dá)到快速鐵水預(yù)處理的目的，從而提高脫硫效率，減少脫硫成本，進(jìn)而降低煉鋼過程中的生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，其特征是參比極是Mo|Mo+MoS2，固體電解質(zhì)是MgS-TiS2，其表達(dá)式為Mo|Mo+MoS2|MgS-TiS2|[S]Fe|Mo其中[S]Fe|Mo是被測(cè)量一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，其特征是TiS2含量在1～10％之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。一種測(cè)定鐵水中硫含量的固定電解質(zhì)濃差電池，其特征是參比極是Mo|Mo+MoS
文檔編號(hào)G01N27/406GK1991354SQ200510112078
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者張立 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司