專利名稱：新型冶金熔體定氧傳感器固體參比電極及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金分析技術，具體涉及一種冶金熔體定氧傳感器的制備技術。
背景技術：
煉鋼過程是一個復雜的物理化學過程，其重要環節是精確地測定并控制鋼液的的溫度和氧位(氧含量)，20世紀60年代，固體電解質定氧技術開始應用于鋼鐵生產，促進了鋼液定氧傳感器的研制和發展，使其在各種類型的煉鋼爐、盛鋼桶、中間包、連鑄、脫氣裝置等生產過程中進行檢測，并在被測參數氧活度化學反應動態變化過程中隨機進行，比傳統的鋼液取樣后在實驗室化驗求值的方法更簡單、更快速、更準確。
冶金定氧傳感器的核心部件是固體電解質氧化鋯半電池，其結構在一端封口的氧化鋯管內添加MO/MO2或Cr/Cr2O3混合粉末作為固體參比電極，在實際應用中多采用Cr/Cr2O3固體參比電極體系。研究發現，由于金屬Cr表面產程的Cr2O3非常致密，造成測試過程中產生極化現象，使測試結果產生相應的假象，造成實際值和測量值有較大偏差。而且測試結果的重現性較差。同時，由于Cr/Cr2O3參比電極體系在測試過程中容易發生熔化現象，造成固體參比電極燒結，使極化現象進一步加劇。中國專利CN10637061A公開了一種為克服Cr/Cr2O3參比電極在長壽命氧傳感器使用過程中因固體電解質滲氧而造成的參比電極失效的現象而提出了設置反向修復電流系統的方案，但該技術比較復雜，并且僅僅適用于長壽命傳感器，此外，由于環保的要求，盡量減少使用Cr/Cr2O3固體參比電極，也是新型環保傳感器的發展方向。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供了一種新型環保冶金定氧傳感器固體參比電極，該參比電極既減少了Cr化合物的用量，又可以避免使用過程中固體參比電極的熔化、燒結現象，測試結果穩定，再現性非常良好。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其主要成分為Cr粉末和金屬Fe粉末混合體系。簡稱Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極。該參比電極的構成為一端封閉的氧化鋯材質的電極腔體及置于氧化鋯電極腔體內的電極內芯，該內芯包括二部分構成，為Cr粉末和Fe2O3粉末混合物，腔體內注入電極Cr粉末和Fe2O3粉末混合物內芯后密封，電極的引出線引出，構成該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極；
該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極的制備方法為(1)、將金屬Cr粉末和Fe2O3粉末和AL2O3粉末按重量百分比(5％-95％)∶(95％-5％)∶(0％-90％)比例進行充分混合均勻；(2)、將一端封閉的氧化鋯電極腔體內注入該(1)步驟混合均勻的粉末，裝入電極引線，封口即制備成該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極。
采用本案方法制備的Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極用Fe2O3粉末替代了傳統的Cr2O3粉末，因為Fe2O3和Cr2O3粉末具有相同的晶體結構，可以形成完全互溶的固溶體系，在測試過程中，參比電極體系隨著溫度的升高，金屬Cr粉末迅速與Fe2O3粉末發生置換反應，其反應過程為
生成的Cr2O3包覆在Fe2O3粉末的外部，形成致密的氧化膜致密層，使體系的平衡氧分壓與傳統的Fe2O3體系一致，測試結果不會因為固體參比電極成分的變化而發生變化。由于反應從傳統的Cr/Cr2O3參比電極體系的金屬粉末Cr表面轉移到新參比電極Cr/Fe2O3體系中Fe2O3粉末的表面，這樣就使Cr和Cr2O3之間的平衡容易實現，避免了因金屬粉末表面鈍化膜的生長而產生極化。即使金屬粉末Cr表面存在Cr/Cr2O3鈍化膜，由于Fe2O3和Cr2O3晶格機構相同且完全互溶，所以Fe3+固溶進入使鈍化膜迅速破壞，平衡氧分壓可以在較短時間內建立。
同時，Fe2O3和Cr2O3固溶體系的建立，可以抑制Cr粉末和Cr2O3粉末之間的熔融燒結現象，AL2O3粉末的加入，可以使個粉末之間的熔融燒結現象進一步降低。
圖1為本發明的結構示意具體實施例方式如圖1所示一種氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，該參比電極包括一端封閉的氧化鋯材質的電極腔體1，其腔體內設置有由Cr粉末和Fe2O3粉末混合物構成的電極內芯2，設置有電極引出線3，該電極引出線置于一套管4內，構成該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極；該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極的制備方法為(1)、將金屬Cr粉末和Fe2O3粉末和AL2O3粉末按重量百分比(5％-95％)∶(95％-5％)∶(0％-90％)比例進行充分混合均勻；(2)、將一端封閉的氧化鋯電極腔體內注入該(1)步驟混合均勻的粉末，裝入電極引線，封口即制備成該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極。
本案已經陳述其理論依據，同時經試驗證實，上述金屬Cr粉末和Fe2O3粉末和AL2O3粉末，理論數據和測試結果都沒有因為該案提供的該固體參比電極成分的變化而發生變化。所以本案不再提供相應的成分比例的具體數值，體現具體的測試結果。只是參考上述原料其市場售價決定其用量即可。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動，但凡是未脫離本發明技術方案，對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其特征在于該電極的主要成分為Cr/Fe元素混合體系。
2.如權利要求1所述的氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其特征在于該該電極的主要成分更包括AL元素。
3.如權利要求2所述的氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其特征在于所述AL元素為AL2O3。
4.如權利要求1所述的氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其特征在于所述Fe元素為Fe2O3。
5.如權利要求1所述的氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其特征在于該電極的構成為一端封閉的氧化鋯材質的電極腔體及置于氧化鋯電極腔體內的電極內芯，該內芯包括二部分構成，為Cr粉末和Fe2O3粉末混合物和AL2O3粉末，腔體內注入電極Cr粉末和Fe2O3粉末、AL2O3粉末混合物內芯后密封，電極引出線置于一套管內，構成該Cr/Fe體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極。
6.如權利要求1所述的Cr/Fe體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其特征在于該電極的制備方法為(1)、將金屬Cr粉末和Fe2O3粉末和AL2O3粉末按重量百分比(5％-95％)∶(95％-5％)∶(0％-90％)比例進行充分混合均勻；(2)、將一端封閉的氧化鋯電極腔體內注入該(1)步驟混合均勻的粉末，裝入電極引線，封口及制備成該Cr/Fe2O3體系氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極。
全文摘要
本發明公開一種氧化鋯冶金定氧傳感器固體參比電極，其主要成分為Cr粉末和金屬Fe粉末混合體系。該參比電極為一端封閉的氧化鋯材質的電極腔體及置于氧化鋯電極腔體內的電極內芯，該內芯包括二部分構成，為Cr粉末和Fe
文檔編號G01N27/407GK1821769SQ200610072908
公開日2006年8月23日 申請日期2006年4月3日 優先權日2006年4月3日
發明者孔祥華, 葉俊林 申請人:北京市科海龍華工業自動化儀器有限公司