[发明专利]在线测定熔融金属中硫含量的定硫传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种在线测量熔融金属中硫含量的定硫传感器及其制备方法，本发明是用于测量熔融金属硫含量的直接测量设备，采用本发明的制备方法所制备的定硫传感器由电解质管基体，铝酸钙涂层，参比电极和电极引线组成；在定硫传感器电解质管基体的外表面涂敷有铝酸钙涂层，在电解质管基体的内部从上向下依次设置有耐火材料、氧化铝和参比电极，电极引线从其中心向上引出；本发明有效的克服了传统硫化物辅助电极易氧化、制备困难等缺点，同时还具有性能稳定，精度高等特点，对实现生产过程在线检测熔融金属的硫含量以及检测自动化具有重要意义。

技术领域

本发明涉及冶金检测技术领域，尤其涉及一种用于测定熔融金属中硫含量的定硫传感器及其制备方法。

背景技术

随着钢铁冶金的快速发展和技术进步，利用计算机控制算法优化钢铁冶炼过程并对其实施动态实时控制，已经成为目前钢铁冶金工业的发展趋势。硫是钢铁生产中的有害元素之一，精确测定和在线检测熔融金属中的硫含量是钢铁冶金过程中一项至关重要的任务。通过对熔融金属中硫含量的实时控制，对于提高熔融金属冶炼过程的自动化水平，实现冶炼终点准确预报和钢铁产品质量具有十分重要的意义。

在现阶段生产过程中，获取熔融金属硫含量的方法还主要是依赖于化学方法，一般要经过取样、送样、制样、分析、计算、结果报送等一系列步骤才能完成。不但测量过程繁琐，而且也满足不了动态控制冶炼过程的需要。

目前，进行熔融金属硫含量测量的方法主要是利用固体电解质浓差电池的方法。即，利用固体电解质定硫探头组成浓差电池，测量熔融金属中的硫含量。使用的定硫探头主要有两类，一种是直接以硫化物制备而成的固体电解质，如MgS、CaS、SrS、ZrS₂和BaS作为固体电解质组装成定硫探头。另外一种是以ZrO₂(MgO、CaO、Y₂O₃)或β-Al₂O₃作为固体电解质管，而在其表面制作一层含硫化合物作为辅助电极组成间接定硫探头。

对于第一类定硫传感器来说，由于制备固体电解质的硫化物难以大量合成且不易烧结，难以获得致密性良好的固体电解质。同时，由于硫化物固体电解质具有较高的电子导电性，其高温热稳定性差，抗氧化能力弱。因此无法在高氧势条件下使用其特点，因此而尚未在实际生产中得到应用。

而第二类定硫传感器虽然制备了多种定硫传感器，但也存在着辅助电极制备过程中需要在保护气体环境下进行，制备过程复杂，不易控制且成本较高。而且硫化物辅助电极稳定性差，易氧化，测量精度及重现性不好，不能满足工业生产的需要。

发明内容

本发明为克服现有技术中的不足，针对现有定硫传感器在制备过程中需要在保护气体环境下进行，其制备过程复杂，不易控制等问题，提供一种在线测定熔融金属硫含量的定硫传感器及其制备方法。与现有技术相比，本发明的制备过程易于控制、成本低且制备的传感器性能良好。本发明的技术方案如下：

本发明的一方面提供一种在线测定熔融金属中硫含量的定硫传感器，其特征在于，所述定硫传感器由电解质管基体，电极涂层，参比电极，氧化铝和电极引线组成；所述电解质管基体外表面涂敷有电极涂层，所述电解质管基体内部自下向上设置有参比电极，氧化铝和耐火材料，所述电极引线从所述参比电极，氧化铝和耐火材料中向上引出。

本发明所述的电解质管基体为ZrO₂-MgO(CaO、Y₂O₃)固体电解质基体，可以为氧化镁稳定的氧化锆(ZrO₂-MgO)，或氧化钙稳定的氧化锆(ZrO₂-CaO)，或氧化钇稳定的氧化锆(ZrO₂-Y₂O₃)。通过上述稳定化处理，使本发明的电解质管基体具备良好的抗热震性和高温离子导电性。