po 2 -metingen in metaalslakken

Transcriptie

1 po 2 -metingen in metaalslakken met de RAPIDOX TM Nele Moelans September 2001

2 Opbouw van de presentatie Wat is po 2? + Belang van po 2 Alternatieven voor het bepalen van de po 2 van de slak (Celox SLAC) Producten van Heraeus Electro-Nite Meetprincipe + meetopstelling + verloop van een meting Bespreking van de meetresultaten

3 Wat is po 2? = de dampdruk van O 2 boven het bad Bij evenwicht : po 2 (metaal)=po 2 (matte)=po 2 (slak) Bepaalt evenwicht M/MO 2M K a = MO + O a a po 2 MO 2 M = γ 2 MO = 2MO 2 * N MO KpO 2 = a a MO M

4 Voorstelling van po 2 op diagrammen Ellinghamdiagram voor oxiden:t- G 0 relatieve stabiliteit van oxiden ontbindingsdampdruk van po 2 voor de zuivere stoffen Yazawa diagram: log(po 2 )-log(ps 2 ) Lijnen van constante pso 2 Relatieve stabiliteit ontbindingsdampdruk

5 Ellinghamdiagram voor oxiden

6 Ellinghamdiagram voor oxiden

7 Ellinghamdiagram voor oxiden

8 Yazawa diagram

9 Informatie over de po 2 is zeer waardevol in de metallurgie Productie Kwaliteit Efficiëntie R&D Situering van een proces meer inzicht Berekenen van activiteitscoëfficiënten van oxiden in de slak

10 Alternatieven en eerdere pogingen Uit chemische analyses + redenering op Ellinghamdiagram enyazawa diagram Meting van de po 2 in de metaalfase met Celox Celox SLAC UM, 1983 Staalslakken Hoogovenslak Rapidox Staalslakken Deze stage

11 Alternatief: de Celox-SLAC Ontwikkeld voor het on-line meten van de po 2 in slakken Vereist de aanwezigheid van een metaalfase er moet een grote hoeveelheid materiaal ingesmolten worden Regelmatig een foutieve meting Perfect verticaal Juiste viscositeit van de slak Beïnvloeding vanwege de po 2 van de metaalfase

12 Heraeus Electro-Nite po 2 -sondes Celox-sensor Celox-SLAC sensor Rapidox Waterstofsensoren Thermokoppels Monsternemer Uitleesapparatuur HERAEUS ELECTRO-NITE INTERNATIONAL N.V. Centrum Zuid 1105 B-3530 Houthalen

13 Meetprincipe van de Rapidox Elektrochemische cel : Ni / NiO // ZrO 2 (MgO) // slak / Ir e - V Referentie-elektrode : Ni/NiO (standaard) : ( C C) Ni O 2- ZrO 2 Ir Mo/MoO (bij hogere temperaturen tot C ) Werkelektrode : Inerte Iridium NiO M/MO Vast elektrolyt : ZrO 2 transport van O 2- ionen (=zoutbrug)

14 Meetprincipe van de Rapidox Verband EMF-pO 2 Wet van Nernst : RT EMF = nf Ni/NiO referentie : ln po2 (bar), EMF (mv), T (K) po2 po ( slag) ( ref ) 20,171* EMF log 2 + T ( po ) = 8, 88 2

15 Polarisatie Belangrijkste oorzaken Contact-en weerstandsverliezen Transport van ionen doorheen de slak is niet snel genoeg Leidt tot een (in absolute waarde) kleinere celspanning Systematische fout op de po 2 Beperken van polarisatie door Draaien van het bad Voldoende vloeibare slak Referentie kiezen met een po 2 in de buurt van de po 2 van de slak

16 De Rapidox sensor Ontwikkeld voor de glasindustrie

17 De atmosfeer Stikstof (99,8%),(100 liter / uur) O 2 in de atmosfeer beïnvloedt de meting Afkomstig van Onzuiverheden in de stikstof Opgesloten tussen de lading Oven is niet volledig dicht Lost op in bovenste laagje van de slak Koolstoflaagje beschermt de slak tegen indringende O 2

18 De meetopstelling Sensorarm Sensor Opening voor de sensor Controlepaneel Oven Hoofdschakelaar Kroes Opvangkroes Draaiende ovenbodem

19 Verloop van een meting Smelten Meting Meting Sensor op temperatuur Opwarmen Sensor neer Gas dicht Afkoelen Gas open tijd (min)

20 po 2 -meting in slak 1 bij 1200 C met roeren1 zonder roeren1 met roeren log(po2) tijd (min)

21 po 2 -meting in slak 4 bij 1200 C met koolstof 1 met koolstof 2 met koolstof 3 zonder koolstof log (po2) tijd (min)

22 po 2 -meting in slak 5 bij 1200 C sensor1 sensor log(po2) tijd (min)

23 po 2 -meting in slak 6 bij 1100 C sensor1 sensor2 sensor3 log (po2) -1-1,5-2 -2,5-3 -3,5-4 -4,5-5 -5, tijd (min)

24 Er werden po 2 s gemeten tussen en 10-3 Slak 3 Slak 1 Slak 4 Slak 5 Slak C ,2-7,2-4,3-3,2 ± 0, C -10,6 ± 0,1-9 ± 0,1-6,3 ± 0,3-3,7 ±0,5-2,6

25 Beoordeling van de Rapidox Voordelen Proeven op labo-schaal mogelijk Geen metaalfase nodig Theoretisch verband celspanning-po2 Meting kan volledig geautomatiseerd worden Nadeel Lange opwarm en afkoeltijden Geen mogelijkheid tot toevoegingen tijdens de proef