[发明专利]一种钢液直接定铝传感器

说明书

发明领域：

本发明属于化学传感测试技术。

背景技术：

铝的含量是钢铁冶炼过程中一个很重要的参数。铝对钢的浇铸过程、钢的表面质量和性能都有很大影响。因此，快速、准确地测定钢中的余铝量十分重要。

目前快速测定钢液中铝含量的方法主要是通过定氧传感器进行的。由于钢液中的氧含量和杂质元素(或合金元素)之间有一定的制约关系，在一定的冶炼条件；下，可找出定氧电动势和余铝量之间的关系：

Lg([％Al]×10³)＝a+bE(mv)

就可通过定氧传感器电动势计算出铝含量(见K.Hagen et al.“Umschau-Technical Review”，Stahl and Eisen，95(1975)，398)式中E为定氧传感器电动势，a.b为经验常数，它随冶炼条件变更(如加铝方式、包衬、氩气保护等)而改变，这显然给实际测定带来诸多便时，除此之外，[Al]，[O]脱离平衡关系，用定氧传感器定铝，当钢液中氧活度小于1.8×10^-7时，实际的定铝实验值与理论值明显不符，定氧传感器难以采用(见图6)。

为克服现有定氧传感器定铝所存在的上述缺陷，发明人采用了一种新型辅助电极系(Al₂O₃+Na₃AlF₆)做成了直接定铝传感器。实验证明，该传感器达到了满意的预期效果。

发明内容：

图1为直接定铝传感器剖面装配示意图。它主要由ZrO₂(Mgo)固体电解质管，参比电极(Mo+MoO₂)和辅助电极(Al₂O₃+Na₃AlF₆)三部分组成。其中ZrO₂(MgO)表示在ZrO₂中加有少量MgO。如图1所示，其装配是在固体电解质管[4]的外壁，通过950℃烧结处理使辅助电极[6]附于基上，在管[4]内底部装以(Mo+MoO₂)作为参比电极[7]，管中充以Al₂O₃粉[5]，其上端套Al₂O₃管[2]并以高温水泥[3]将[4]予以密封。由参比电极[7]引出时Mo丝[1]和与钢液直接接触的钼棒[8]能过金属导线[9]与二次仪表连接。

本发明所说的辅助电极是用Al₂O₃和Na₃AlF₆混合料调成糊状，均匀地涂在ZrO₂(MgO)管[4]表面，再经干燥和烧结而制得。

Al₂O₃和Na₃AlF₆的组分配比可根据图2所示的Al₂O₃-Na₃AlF₆体系高温相图，在测试温度范围即T＝1823-1873K，使固态Al₂O₃和液相平衡共存的原则予以选定。以这种方式确定的组分不仅能使电解质与钢液界面保持固态Al₂O₃存在，还可因液态存在而使氧离子传导不受阻碍。发明实施方法：

本发明的实验是在Al₂O₃坩埚中，内装0.5kg钢料，在用纯Ar气保护下进行实验测定的钢水中，铝含量在0.005-0.1％之间，通过加入一定量高纯铝丝＞99.9％进行调整。每次加铝后要充分搅拌，才能插入定铝传感器测量电动势。插入时间为10-20秒，每一组成试验定铝传感器3-5支，取分析样前用普通定氧传感器进一次测定，以便和定铝传感器进行对比。

实验温度由up-25型温控仪控制，精度为±1K。控制定铝传感器插入时间间隔，使由于定铝传感器插入钢水而引起的温度变化在±5K以内。传感器的电池电动势用IMΩ内阻的3057-22型长图记录仪记录，以便分析响应过程和取值。

实验例见图3-7。

图3是典型的定铝电动势随时间变化的曲线。其中纵座标EMF为定铝电动势，mv为毫伏，横坐标t为时间，s为秒。实验条件是T＝1823K，[％Al]＝0.003。曲线在5秒附近出现的平台为仪表量程不足所致。由实验结果可知，使用本发明，其响应速度在10秒以内，完全满足现场测定要求。