新型冶金熔体定氧传感器固体参比电极及其制备方法

摘要

本发明公开一种氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极，其主要成分为Cr粉末和金属Fe粉末混合体系。该参比电极为一端封闭的氧化锆材质的电极腔体及置于氧化锆电极腔体内的电极内芯，该内芯包括二部分构成，为Cr粉末和Fe2O3粉末混合物，将金属Cr粉末和Fe2O3粉末和AL2O3粉末按重量百分比(5％－95％)∶(95％－5％)∶(0％－90％)比例进行充分混合均匀；注入腔体内后密封，电极的引出线置于一套管内，套管经电极腔体和腔体上端的电极帽中心孔引出，构成该Cr/Fe2O3体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极。该参比电极既减少了Cr化合物的用量，又可以避免使用过程中固体参比电极的熔化、烧结现象，测试结果稳定，再现性非常良好。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种冶金分析技术，具体涉及一种冶金熔体定氧传感器的制备技术。

背景技术：

炼钢过程是一个复杂的物理化学过程，其重要环节是精确地测定并控制钢液的的温度和氧位(氧含量)，20世纪60年代，固体电解质定氧技术开始应用于钢铁生产，促进了钢液定氧传感器的研制和发展，使其在各种类型的炼钢炉、盛钢桶、中间包、连铸、脱气装置等生产过程中进行检测，并在被测参数氧活度化学反应动态变化过程中随机进行，比传统的钢液取样后在实验室化验求值的方法更简单、更快速、更准确。

冶金定氧传感器的核心部件是固体电解质氧化锆半电池，其结构在一端封口的氧化锆管内添加MO/MO₂或Cr/Cr₂O₃混合粉末作为固体参比电极，在实际应用中多采用Cr/Cr₂O₃固体参比电极体系。研究发现，由于金属Cr表面产程的Cr₂O₃非常致密，造成测试过程中产生极化现象，使测试结果产生相应的假象，造成实际值和测量值有较大偏差。而且测试结果的重现性较差。同时，由于Cr/Cr₂O₃参比电极体系在测试过程中容易发生熔化现象，造成固体参比电极烧结，使极化现象进一步加剧。中国专利CN10637061A公开了一种为克服Cr/Cr₂O₃参比电极在长寿命氧传感器使用过程中因固体电解质渗氧而造成的参比电极失效的现象而提出了设置反向修复电流系统的方案，但该技术比较复杂，并且仅仅适用于长寿命传感器，此外，由于环保的要求，尽量减少使用Cr/Cr₂O₃固体参比电极，也是新型环保传感器的发展方向。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种新型环保冶金定氧传感器固体参比电极，该参比电极既减少了Cr化合物的用量，又可以避免使用过程中固体参比电极的熔化、烧结现象，测试结果稳定，再现性非常良好。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极，其主要成分为Cr粉末和金属Fe粉末混合体系。简称Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极。该参比电极的构成为：一端封闭的氧化锆材质的电极腔体及置于氧化锆电极腔体内的电极内芯，该内芯包括二部分构成，为Cr粉末和Fe₂O₃粉末混合物，腔体内注入电极Cr粉末和Fe₂O₃粉末混合物内芯后密封，电极的引出线引出，构成该Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极；

该Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极的制备方法为：

(1)、将金属Cr粉末和Fe₂O₃粉末和AL₂O₃粉末按重量百分比(5％-95％)∶(95％-5％)∶(0％-90％)比例进行充分混合均匀；

(2)、将一端封闭的氧化锆电极腔体内注入该(1)步骤混合均匀的粉末，装入电极引线，封口即制备成该Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极。

采用本案方法制备的Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极用Fe₂O₃粉末替代了传统的Cr₂O₃粉末，因为Fe₂O₃和Cr₂O₃粉末具有相同的晶体结构，可以形成完全互溶的固溶体系，在测试过程中，参比电极体系随着温度的升高，金属Cr粉末迅速与Fe₂O₃粉末发生置换反应，其反应过程为：

生成的Cr₂O₃包覆在Fe₂O₃粉末的外部，形成致密的氧化膜致密层，使体系的平衡氧分压与传统的Fe₂O₃体系一致，测试结果不会因为固体参比电极成分的变化而发生变化。由于反应从传统的Cr/Cr₂O₃参比电极体系的金属粉末Cr表面转移到新参比电极Cr/Fe₂O₃体系中Fe₂O₃粉末的表面，这样就使Cr和Cr₂O₃之间的平衡容易实现，避免了因金属粉末表面钝化膜的生长而产生极化。即使金属粉末Cr表面存在Cr/Cr₂O₃钝化膜，由于Fe₂O₃和Cr₂O₃晶格机构相同且完全互溶，所以Fe³⁺固溶进入使钝化膜迅速破坏，平衡氧分压可以在较短时间内建立。

同时，Fe₂O₃和Cr₂O₃固溶体系的建立，可以抑制Cr粉末和Cr₂O₃粉末之间的熔融烧结现象，AL₂O₃粉末的加入，可以使个粉末之间的熔融烧结现象进一步降低。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式：

如图1所示：一种氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极，该参比电极包括一端封闭的氧化锆材质的电极腔体1，其腔体内设置有由Cr粉末和Fe₂O₃粉末混合物构成的电极内芯2，设置有电极引出线3，该电极引出线置于一套管4内，构成该Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极；

该Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极的制备方法为：

(1)、将金属Cr粉末和Fe₂O₃粉末和AL₂O₃粉末按重量百分比(5％-95％)∶(95％-5％)∶(0％-90％)比例进行充分混合均匀；

(2)、将一端封闭的氧化锆电极腔体内注入该(1)步骤混合均匀的粉末，装入电极引线，封口即制备成该Cr/Fe₂O₃体系氧化锆冶金定氧传感器固体参比电极。

本案已经陈述其理论依据，同时经试验证实，上述金属Cr粉末和Fe₂O₃粉末和AL₂O₃粉末，理论数据和测试结果都没有因为该案提供的该固体参比电极成分的变化而发生变化。所以本案不再提供相应的成分比例的具体数值，体现具体的测试结果。只是参考上述原料其市场售价决定其用量即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动，但凡是未脱离本发明技术方案，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。