智能石灰活性度檢測儀的研制

1、智能石灰活性度檢測儀的研制陳廣樂摘要：本文在總結石灰活性度檢測方法和活性度影響因素的基礎上，提出了活性度檢測中存在的問題，分析了自主研發(fā)的自動化石灰活性度檢測儀的化學反應原理、功能設計原理和結構原理，結合現(xiàn)行標準的關鍵問題點給出了相應的解決辦法和措施，展望了自動化石灰活性度檢測儀的應用及作用。關鍵詞：石灰活性度 檢測儀 自動化一、前言石灰活性度是表征石灰質(zhì)量的一個重要指標，是冶金行業(yè)提高鋼材質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關鍵指標?；钚远葯z測國內(nèi)普遍采用鹽酸滴定的方法，現(xiàn)行標準為YB/T 105-2005冶金石灰物理檢驗方法?；钚远仁侵甘以谌墼信c其它物質(zhì)的反應能力，表觀現(xiàn)象為石灰在熔渣中的熔化速度。由

2、于直接在鋼水中測定較困難，所以一般以測試石灰在水中的反應速度來代替，以石灰的水活性來表示，即在10分鐘內(nèi)，石灰與水發(fā)生消化反應生成氫氧化鈣的同時，用發(fā)生中和反應所需的4mol/L鹽酸的體積來衡量。影響石灰活性度的結構因素有體積密度、氣孔率、比表面積、氧化鈣礦物的晶粒尺寸、缺陷情況；測量因素包括石灰顆粒大小、試樣保存時間、水的初始溫度等。這是我們進行石灰活性度檢測必須熟悉的基本理論。二、石灰活性度檢測中存在的問題YB/T 105-2005是采用手動的方式，通過酚酞指示劑的顯色原理來判斷中和反應的進行程度，存在較多的人為誤差：1、中和反應后期，懸浮溶液的渾濁度加大，對溶液的顏色判斷上有較大誤差，即

3、重復性較低；2、不同的實驗者對顏色的判斷也存在較大不同；3、由于細心程度的不同，手動計時和手動開啟、關閉鹽酸滴定可能存在人為的錯誤；4、現(xiàn)行標準中設置的誤差范圍很大，4%，以活性度為300ml的石灰為例，則相當于12ml的誤差都在允許的范圍之內(nèi)。所以，避免人為錯誤，降低誤差是當前石灰活性度檢測中面臨的一項重要問題。我們將數(shù)字化技術應用到石灰活性度檢測中，通過采集到的數(shù)字信息來控制滴定器的自動滴定，實現(xiàn)了檢測試驗的自動化操作。三、自動化石灰活性度檢測儀的設計原理1、化學反應原理根據(jù)石灰與水的反應及中和反應： 當在水中加入石灰時，氧化鈣迅速與水發(fā)生消化反應，生成呈堿性的氫氧化鈣水溶液，導致溶液的p

4、h值逐漸增大，同時向氫氧化鈣溶液中滴加鹽酸，發(fā)生中和反應，消耗了溶液中的氫氧化鈣，溶液的ph值減小。所以，可以通過溶液ph值的變化來判斷反應的進行程度，當溶液的ph值與消化反應前的ph值ph0相同時，代表此時處于反應的當量點，消耗的鹽酸體積即可代表石灰的活性度。2、功能設計原理YB/T 105-2005規(guī)定的石灰活性度檢測關鍵點為：1、初始水溫40；2、10min的反應限時；3、溶液酸堿度的均勻性；4、中和反應當量點的控制。自動化石灰活性度檢測儀采用溫控儀來控制加熱器，給初始水進行自動加熱，可將初始水溫控制在0.1的精度范圍之內(nèi)，與水銀溫度計視覺觀察的精度（1）相比大大提高，從而實現(xiàn)了初始水溫

5、的自動控制。檢測儀采用電腦時鐘來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，完全可以將10分鐘內(nèi)的反應數(shù)據(jù)進行自動分析處理，從而實現(xiàn)了10min的反應限時問題?？梢酝ㄟ^攪拌的作用，保證溶液酸堿度的均勻性問題。當量點的控制是自動化石灰活性度檢測儀的關鍵部分，采用ph電極來采集溶液中的ph值數(shù)據(jù)，其檢測原理為：溶液的ph值取決于溶液中氫離子的溶度，測量電極（即ph電極）與被測溶液產(chǎn)生電池電動勢，其理論意義為在進行電池反應中物質(zhì)從一相向另一相遷移時所做的功，表達形式符合能斯特方程：其中，E為電極電位，E0為標準電極電位，對某一確定電極來講為常量，R為摩爾氣體常數(shù)，8.314Jmol-1K-1，T為絕對溫度，273.15K，F(xiàn)為

6、法拉第常數(shù)96487K/mol，pH為溶液的酸堿度。由能斯特方程得知，只需測量溶液中的電極電位，即可測量溶液的ph值，電極電位的變化也即反應了溶液的ph值的變化情況。25時ph電極傳感器電壓與ph值的一一對應關系如下表1所示。表1輸入電壓/mVPh值輸入電壓/mVPh值-414.121459.166-354.9613118.325-295.8012177.484-236.6411236.643-177.4810295.802-118.329354.961-59.168414.12007根據(jù)檢測到的ph值變化控制自動滴定器的運行，當溶液中ph值高于ph0時，啟動滴定儀，向溶液中滴加鹽酸，否則關閉

7、。當ph值變化率較小時，滴定速率較小，變化率較大時，滴定速率較大， ph值的檢測精度可控制在0.01，自動滴定器的滴定精度可控制在1ml以內(nèi)，從而實現(xiàn)了中和反應當量點的自動控制，實現(xiàn)了石灰活性度檢測的數(shù)字化。3、結構原理自動化石灰活性度檢測儀的設計結構原理框圖如圖1所示圖1四、檢測儀作用優(yōu)勢分析自動化石灰活性度檢測儀可以將實驗所用鹽酸體積的精度控制在1ml以內(nèi)，實際實驗結果表明其重復性可控制在2ml以內(nèi)，從而大大提高了活性石灰的檢測精度，由12ml的誤差范圍提高到2ml?？梢源蟠鬁p少和避免人為因素造成的誤差和錯誤。自動滴定器的應用避免了人體可能直接接觸鹽酸造成傷害的風險，減少了勞動強度。自動化石灰活性度檢測儀可以將測量數(shù)據(jù)進行存儲，隨時進行查閱，在鋼材質(zhì)量控制的原因分析方面，提高了數(shù)據(jù)的可查閱性和可追溯性。石灰活性度參數(shù)的嚴格控制，是提高鋼材脫硫率、脫磷率，降低噸鋼消耗，降低生產(chǎn)成本的有效手段，也是提高鋼材整體品質(zhì)，提高不同批次鋼材產(chǎn)品質(zhì)量