CN104749445B - 熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔盐、熔渣电导率检测设备包括炉体、炉盖、保温装置、加热装置、炉管、工作装置。所述炉盖、保温装置、工作装置共同围成一个气体密闭空间，所述炉盖上设有连通所述气体密闭空间和外面空气的进气管和出气管。本发明还提供了该检测设备的检测方法。包括如下步骤：获得氯化钾标准样的电阻；获得所述熔盐、熔渣电导率检测设备的电导池常数；获得待测试样的电阻；通过公式计算待测试样的电导率。与相关技术相比，本发明熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法考虑了待测物熔盐、熔渣本身的电化学特性，避免了测量时测量设备本身的电阻等各种因素造成的电导率测量结果不准确的因素，能够准确的检测熔盐、熔渣电导率。

Description

熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法

【技术领域】

本发明涉属于检测领域，具体涉及一种熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法。

【背景技术】

在测量熔盐、熔渣电导率时，由于熔盐、熔渣具有高温和强腐蚀性，导致准确测量电导率十分困难。

相关技术中，测量熔盐熔渣电导率所使用的四电极法把复杂的离子导体简单的假设成电子导体来处理。实际应用过程中，熔体高度、电极浸入深度，电极偏心度对测量结果影响显著，说明该假设忽略其熔盐电化学特性，产生较大系统误差。

因此，实有必要提供一种新的熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明需解决的技术问题是克服技术背景的不足，提供一种检测准确的熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法。

本发明公开了一种熔盐、熔渣电导率检测设备，包括炉体，安置在所述炉体顶部的炉盖，安置于所述炉体内部由所述炉体内壁向所述炉体中心顺次围设的保温装置、加热装置、炉管，安置在所述炉管内部的工作装置；

所述工作装置包括：安置在所述炉管内用于盛装待检测物的石墨坩埚，所述石墨坩埚内部镶嵌有电极绝缘内衬，贯穿所述炉盖且插入所述电极绝缘内衬的工作电极，所述工作电极外部镶嵌有电极绝缘套，贯穿所述炉盖且插入所述石墨坩埚内壁中的热电偶，贯穿所述炉盖且插入所述石墨坩埚内壁中的对极导杆，安置在所述工作电极上部用于调节所述工作电极插入深度的深度调节装置。所述电极绝缘内衬与所述电极绝缘套之间保持一定间隔。所述炉盖、保温装置、工作装置共同围成一个气体密闭空间。所述炉盖上设有连通所述气体密闭空间和外面空气的进气管和出气管。

优选地，所述石墨坩埚底部具有向上延伸的，用于与所述工作电极接触的对极导电凸台。

优选地，所述工作电极为抛光钨电极，所述热电偶为铂铑热电偶，所述对极导杆为钼质对极导杆。

优选地，所述电极绝缘套为热解BN陶瓷电极绝缘套，所述电极绝缘内衬为热解BN陶瓷电极绝缘内衬。

优选地，所述对极导杆插入所述石墨坩埚的内壁中，与所述石墨坩埚内壁采用螺纹连接方式连接。

优选地，所述对极导杆、电极绝缘套与所述炉盖的贯穿处采用密封圈密封，所述炉体与所述炉盖的连接处采用密封圈密封。

优选地，所述炉体上部具有炉体连接法兰，所述炉盖四周具有与所述炉体相配的炉盖连接法兰，所述炉体与所述炉盖通过连接法兰用螺纹连接件连接。

优选地，所述炉管由Si3N4制作而成，所述炉体由碳钢制成。

优选地，所述保温装置包括设置所述炉体内壁侧部的硅酸铝保温棉和设置所所述炉体内壁底部的炉底保温砖。

本发明公开了上述熔盐、熔渣电导率检测设备的检测方法，包括如下步骤：

S₁、获得氯化钾标准样的电阻R_s；

S_1.1、置入氯化钾标准样和洗气处理；

S_1.1.1、将适量氯化钾标准样置入石墨坩埚的电极绝缘内衬里；

S_1.1.2、先从所述进气管向所述气体密闭空间内通入氩气，通气10-20分钟后关闭所述出气管，从所述进气管将所述气体密闭空间抽真空，然后再充氩气，直至所述气体密闭空间充满氩气，内外压力平衡；

S_1.1.3、重复步骤S_1.1.23次以上，完成洗气处理后，由所述的进气管持续通入氩气，由所述出气管排出，确保所述气体密闭空间内部环境为氩气保护环境。

S_1.2、熔融氯化钾标准样、调节所述工作电极的深度

将所述加热装置通电，加热使温度达到850℃，熔化所述氯化钾标准样后，通过所述深度调节装置调整工作电极插入深度，使所述工作电极与所述石墨坩埚底部的距离保持为15cm-20cm之间；

S_1.3、测量交流阻抗值Z_Ω

将所述工作电极，对极导杆分别与电化学工作站工作的电极、对极接口连接，使用电化学工作站对氯化钾标准样进行交流阻抗扫描，扫描频率为2kHz-45kHz,振幅为10mv，获得交流阻抗图谱，通过交流阻抗图谱，从交流阻抗图谱中读取频率趋近正无穷大，且虚部阻抗为零时对应的阻抗值即为交流阻抗值Z_Ω；

S_1.4、测量回路电阻R_ele

通过所述深度调节装置调整所述工作电极的插入深度，使得工作电极与所述石墨坩埚底部接触，使工作电极、石墨坩埚、对电极导杆与恒电流正负极构成回路，使用恒电流伏安法测量回路电阻R_ele；

S_1.5、计算氯化钾标准样的电阻R_s，

R_s=Z_Ω-R_ele

S₂、获得所述熔盐、熔渣电导率检测设备的电导池常数C；

计算电导池常数

C=R_s×k_s

式中，k_s氯化钾标准样在850℃时的电阻率，

S₃、获得待测试样的电阻R_s；

从待检测的熔盐、熔渣中选取待测试样，用所述待测试样替换步骤S_1.1中的氯化钾标准样，重复步骤S_1.2-S_1.5，采用与获得氯化钾标准样的电阻R_s同样的方法测得待测试样电阻R_M；

S₄、计算待测试样的电导率R_M；

采用如下公式计算待测试样的电导率k，

k=C/R_M

与相关技术相比，本发明一种熔盐、熔渣电导率检测设备及使用该设备进行检测的方法与相关技术相比，本发明熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法考虑了熔盐本身的电化学特性，避免了测量时候测量设备本身的电阻等各种因素造成的电导率测量结果不准确的因素，能够准确的检测熔盐、熔渣电导率。

【附图说明】

图1为本发明一种熔盐、熔渣电导率检测设备的整体结构示意图；

图2为本发明一种熔盐、熔渣电导率检测设备底部的局部放大图；

图3为本发明一种熔盐、熔渣电导率检测设备的检测方法中的交流阻抗图谱。

图中：炉体1，炉盖2，保温装置3，加热装置4，炉管5，工作装置6，气体密封空间7，进气管8，出气管9。

炉体连接法兰11，炉盖连接法兰21，石墨坩埚61，工作电极62，热电偶63，对极导杆64，深度调节装置65。

电极绝缘内衬611，对极导电凸台612，电极绝缘套621。

【具体实施方式】

下面结合实施方式对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1、2所示，一种熔盐、熔渣电导率检测设备，包括炉体1，安置在炉体1顶部的炉盖2，安置于炉体1内部由炉体1内壁向炉体1中心顺次围设的保温装置3、加热装置4、炉管5，安置在炉管5内部的工作装置6。工作装置6包括：安置在炉管5内用于盛装待检测物的石墨坩埚61，石墨坩埚61内部镶嵌有电极绝缘内衬611，贯穿炉盖2且插入电极绝缘内衬611的工作电极62，工作电极62外部镶嵌有电极绝缘套621，贯穿炉盖2且插入石墨坩埚61内壁中的热电偶63，贯穿炉盖2且插入石墨坩埚61内壁中的对极导杆64，安置在工作电极62上部用于调节工作电极62插入深度的深度调节装置65。电极绝缘内衬611与电极绝缘套621之间保持一定间隔，炉盖2、保温装置3、工作装置6共同围成一个气体密闭空间7，炉盖2上设有连通气体密闭空间7和外面空气的进气管8和出气管9。

石墨坩埚61，具有良好的导电性，选用时，需保证其强度和纯度达到致密性和抗热震能力。

石墨坩埚61底部具有向上延伸地便于与工作电极62接触的对极导电凸台612。

工作电极62为抛光钨电极。其熔点高，良好的导电性、抗腐蚀性。

所述热电偶63为铂铑热电偶，比一般热电偶更加灵敏准确。

本实施例中，对极导杆64为钼质对极导杆。其抗腐蚀性能优良。也可用钨电极代替钼质对极导杆。

电极绝缘套621为热解BN陶瓷电极绝缘套621，电极绝缘内衬611为热解BN陶瓷电极绝缘内衬。防止石墨坩埚61侧壁导电，有助于减少对极导杆64导电面积，增加电导池常数，提高测量精确度。

工作电极62采用热解BN镶嵌结构。该结构可确保工作电极62与熔体的接触面积保持恒定，同时在一定程度上减小工作电极62与熔体接触面积，增加了电导池常数，减少误差。

电极绝缘套621为热解BN陶瓷电极绝缘套621，热解BN材料具有极好的绝缘性能，良好的高温抗热震性能和致密防渗透性能。

对极导杆64插入石墨坩埚61的内壁中，与石墨坩埚61内壁采用螺纹连接方式连接。保证其接触良好，有较小的接触压降。

对极导杆64、电极绝缘套621与炉盖2的贯穿处采用密封圈密封，保证密封。炉体1与炉盖2的连接处采用密封圈密封。在螺栓压紧条件下起到良好的密封性。

炉体1上部具有炉体连接法兰11，炉盖2四周具有与炉体1相配的炉盖连接法兰21，炉体1与炉盖2通过连接法兰用螺纹连接件连接。

炉管5由Si3N4制作而成，炉体1由碳钢制成。

保温装置3包括设置炉体1内壁侧部的硅酸铝保温棉和设置所炉体1内壁底部的炉底保温砖。如此分开设置，方便填充。而炉底保温砖的强度高于硅酸铝保温棉，承重效果更好。加热装置4包括设置在炉管5外侧与硅酸铝保温棉之间的电阻丝。

实施例二

如图1所示，本发明一种熔盐、熔渣电导率检测设备的检测方法，包

括如下步骤：

S₁、获得氯化钾标准样的电阻R_s。

S_1.1、置入氯化钾标准样和洗气处理。

S_1.1.1、将适量氯化钾标准样置入石墨坩埚61的电极绝缘内衬611里。

S_1.1.2、先从所述进气管8向所述气体密闭空间7内通入氩气，通气10-20分钟后关闭所述出气管9，从所述进气管8将所述气体密闭空间7抽真空，然后再充氩气，直至所述气体密闭空间7充满氩气，内外压力平衡。

S_1.1.3、重复步骤S_1.1.23次以上，完成洗气处理后，由所述的进气管8持续通入氩气，由所述出气管9排出，确保所述气体密闭空间7为氩气保护环境。

S_1.2、熔融氯化钾标准样、调节所述工作电极62的深度

将所述加热装置4通电，加热使温度达到850℃，熔化所述氯化钾标准样后，通过所述深度调节装置65调整工作电极62的插入深度，使所述工作电极62与所述石墨坩埚61底部的所述对极导电凸台612之间的距离保持为15cm-20cm之间。

S_1.3、测量交流阻抗值Z_Ω

将所述工作电极62，对极导杆64分别与电化学工作站工作的电极、对极接口连接，使用电化学工作站对氯化钾标准样进行交流阻抗扫描，扫描频率为2kHz-45kHz,振幅为10mv，获得交流阻抗图谱，通过交流阻抗图谱（图2示），x轴Z_re为实部阻抗值,y轴Z_im为虚部阻抗值，从交流阻抗图谱中读取频率ω趋近正无穷大且虚部阻抗为零时对应的A点阻抗值即为交流阻抗值Z_Ω。

S_1.4、测量回路电阻R_ele

通过所述深度调节装置65调整所述工作电极62的插入深度，使得工作电极62与所述对极导电凸台612接触，使工作电极62、石墨坩埚61、对电极导杆64与恒电流正负极构成回路，使用恒电流伏安法测量回路电阻R_ele。

S_1.5、计算氯化钾标准样的电阻R_s，

R_s=Z_Ω-R_ele

S₂、获得所述熔盐、熔渣电导率检测设备的电导池常数C。

计算电导池常数

C=R_s×k_s

式中，k_s氯化钾标准样在850℃时的电阻率，

S₃、获得待测试样的电阻R_s。

从待检测的熔盐、熔渣中选取待测试样，用所述待测试样替换步骤S_1.1中的氯化钾标准样，重复步骤S_1.2-S_1.5，采用与获得氯化钾标准样的电阻R_s同样的方法测得待测试样电阻R_M。

S₄、计算待测试样的电导率R_M。

采用如下公式计算待测试样的电导率

k=C/R_M

本测量方法中，氯化钾标准样也可以用氯化钾标或其它类似准样代替。其测量方法与本实施例中的方法原理相同，这里不在赘述。

与相关技术相比，本发明熔盐、熔渣电导率检测设备及检测方法考虑了熔盐本身的电化学特性，避免了测量时候测量设备本身的电阻等各种因素造成的电导率测量结果不准确的因素，能够准确的检测熔盐、熔渣电导率。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种熔盐、熔渣电导率检测设备，其特征在于，包括

炉体，

安置在所述炉体顶部的炉盖，

安置于所述炉体内部由所述炉体内壁向所述炉体中心顺次围设的保温装置、加热装置、炉管，

安置在所述炉管内部的工作装置；所述工作装置包括：

安置在所述炉管内用于盛装待检测物的石墨坩埚，所述石墨坩埚内部镶嵌有电极绝缘内衬，

贯穿所述炉盖且插入所述电极绝缘内衬的工作电极，所述工作电极外部镶嵌有电极绝缘套，

贯穿所述炉盖且插入所述石墨坩埚内壁中的热电偶，

贯穿所述炉盖且插入所述石墨坩埚内壁中的对极导杆，

安置在所述工作电极上部用于调节所述工作电极插入深度的深度调节装置；

所述电极绝缘内衬与所述电极绝缘套之间保持一定间隔，

所述炉盖、保温装置、工作装置共同围成一个气体密闭空间，

所述炉盖上设有连通所述气体密闭空间和外面空气的进气管和出气管；

所述石墨坩埚底部具有向上延伸的，用于与所述工作电极接触的对极导电凸台；

所述工作电极为抛光钨电极，所述热电偶为铂铑热电偶，所述对极导杆为钼质对极导杆；

所述电极绝缘套为热解BN陶瓷电极绝缘套，所述电极绝缘内衬为热解BN陶瓷电极绝缘内衬；

所述对极导杆插入所述石墨坩埚的内壁中，与所述石墨坩埚内壁采用螺纹连接方式连接；

所述对极导杆、电极绝缘套与所述炉盖的贯穿处采用密封圈密封，所述炉体与所述炉盖的连接处采用密封圈密封；

所述炉体上部具有炉体连接法兰，所述炉盖四周具有与所述炉体相配的炉盖连接法兰，所述炉体与所述炉盖通过连接法兰用螺纹连接件连接；

所述炉管由Si₃N₄制作而成，所述炉体由碳钢制成；

所述保温装置包括设置所述炉体内壁侧部的硅酸铝保温棉和设置所所述炉体内壁底部的炉底保温砖。

2.根据权利要求1所述的一种熔盐、熔渣电导率检测设备的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S₁、获得氯化钾标准样的电阻R_s；

S_1.1、置入氯化钾标准样和洗气处理；

S_1.1.1、将适量氯化钾标准样置入石墨坩埚的电极绝缘内衬里；

S_1.1.2、先从所述进气管向所述气体密闭空间内通入氩气，通气10-20分钟后关闭所述出气管，从所述进气管将所述气体密闭空间抽真空，然后再充氩气，直至所述气体密闭空间充满氩气，内外压力平衡；

S_1.1.3、重复步骤S_1.1.2 3次以上，完成洗气处理后，由所述的进气管持续通入氩气，由所述出气管排出，确保所述气体密闭空间内部环境为氩气保护环境；

S_1.2、熔融氯化钾标准样、调节所述工作电极的深度

将所述加热装置通电，加热使温度达到850℃，熔化所述氯化钾标准样后，通过所述深度调节装置调整工作电极插入深度，使所述工作电极与所述石墨坩埚底部的距离保持为15cm-20cm之间；

S_1.3、测量交流阻抗值Z_Ω

将所述工作电极，对极导杆分别与电化学工作站工作的电极、对极接口连接，使用电化学工作站对氯化钾标准样进行交流阻抗扫描，扫描频率为2kHz-45kHz,振幅为10mv，获得交流阻抗图谱，通过交流阻抗图谱，从交流阻抗图谱中读取频率趋近正无穷大，且虚部阻抗为零时对应的阻抗值即为交流阻抗值Z_Ω；

S_1.4、测量回路电阻R_ele

通过所述深度调节装置调整所述工作电极的插入深度，使得工作电极与石墨坩埚底部接触，使工作电极、石墨坩埚、对电极导杆与恒电流正负极构成回路，使用恒电流伏安法测量回路电阻R_ele；

S_1.5、计算氯化钾标准样的电阻R_s，

R_s＝Z_Ω-R_ele

S₂、获得所述熔盐、熔渣电导率检测设备的电导池常数C；

计算电导池常数

C＝R_s×k_s

式中，k_s氯化钾标准样在850℃时的电阻率，

S₃、获得待测试样的电阻R_s；

从待检测的熔盐、熔渣中选取待测试样，用所述待测试样替换步骤S_1.1中的氯化钾标准样，重复步骤S_1.2-S_1.5，采用与获得氯化钾标准样的电阻R_s同样的方法测得待测试样电阻R_M；

S₄、计算待测试样的电导率R_M；

采用如下公式计算待测试样的电导率k，

k＝C/R_M。