4.5 Современные способы контроля химического состава чугуна

Производительность отделений внедоменной десульфурации чугуна и эффективность процессов непрерывной десиликонизации во многом зависят от возможности быстрого определения химического состава металла. В настоящее время с этой целью используют методы, которые позволяют измерять содержание кремния и серы непосредственно в жидком чугуне.

Оба метода основаны на использовании электрохимических датчиков окисленности металла, которые позволяют измерять активность растворенного в чугуне кислорода методом электродвижущих сил (ЭДС). Устройство и принцип действия датчиков поясняются схемой на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Схема датчика для измерения активности кислорода в металле методом ЭДС: 1 – колпачок из твердого электролита; 2, 4 – контактные электроды; 3 – электрод сравнения

Основу датчика составляет колпачок 1, изготовленный из твердого электролита, в качестве которого обычно используют двуокись циркония (ZrO₂), стабилизированную небольшими добавками оксидов магния или кальция. Внутри колпачка находятся электрод сравнения 3, который представляет собой смесь молибдена с оксидом молибдена (MoO₂), и изготовленный из молибденовой проволоки контактный электрод 2. Известны конструкции датчиков, в которых в качестве электрода сравнения используется смесь хрома с оксидом хрома (Cr₂O₃). В состав датчика входит также термопара для измерения температуры металла.

После погружения датчика в металл между контактирующим с расплавом электродом 4 и электродом сравнения возникает ЭДС, величина которой (Е) связана с величинами равновесных парциальных давлений кислорода в электроде сравнения и над металлом соотношением

можно провести расчет активности растворенного в металле кислорода. Вычисления проводятся с использованием ЭВМ, после чего их результаты поступают на пульт управления и исполнительные устройства АСУ.

Использование электрохимических датчиков окисленности металла для определения содержания кремния в чугуне основано на результатах исследований, в которых показано, что окисленность чугуна контролируется реакцией между растворенным в металле кислородом и кремнием (см. рис. 2.3). При наличии данных о температуре чугуна и активности кислорода в металле, зная термодинамические параметры реакции

[Si] + 2[O] = (SiO₂), (4.6)

можно рассчитать содержание кремния в чугуне в равновесии с растворенным в металле кислородом.

Электрохимические датчики окисленности металла применяются и для определения содержания серы в чугуне. С этой целью на внешнюю поверхность датчика наносят слой смеси цирконата кальция (2CaO*ZrO) и фтористого магния. После погружения датчика в чугун у его поверхности протекает реакция

CaO + [S] = CaS + [O]. (4.7)

При этом измеряемая датчиком величина активности кислорода в металле определяется реакцией (4.7), скорость которой зависит от содержания серы в чугуне.

О точности этого метода позволяют судить данные на рис. 4.14, на котором сведения о содержании серы в чугуне, полученные в ОДЧ с использованием метода ЭДС, сопоставлены с результатами лабораторного исследования.

Рис. 4.14. Сравнение результатов определения содержания серы в чугуне методом ЭДС с данными лабораторного исследования: 1 – до десульфурации чугуна; 2 – после десульфурации

4.5 Современные способы контроля химического состава чугуна