簡介
鐵水快速定矽測頭，屬於測定材料的化學和物理性質來分析材料的技術領域。它是利用濃差電池原理來測定鐵液中矽含量的方法。主要是在固體電介質表面增加均勻分布的輔助電極的斑點，材質為ZrSiO↓和ZrO↓，輔助電極的斑點厚2－3mm，直徑為2－3mm，占固體電介質表面的70－80%，其燒結溫度1550－1610℃，恆溫保持30－180分鐘。本發明結構簡單，易於操作，測定準確，快速，測成率和重現率高。
矽是生鐵的組成成分，也是高爐爐況的重要指標之一。在以爐外脫磷為主的新工藝中，為使脫磷處理經濟、圓滿地完成，在出鐵場須先將鐵水的矽濃度控制在允許的最佳限度內。在脫矽工藝中為保證鐵水中的碳和錳不過氧化，脫矽劑的加入速率應適當控制，以使至少60% 的氧優先同矽而不是同碳和錳反應。另外，在釩、鈦、鈮等復台礦的冶煉中為提高稀有元素的回收率，也必須先將鐵水中的矽先脫至台理的範圍內。
為同後續的冶煉工藝相適應， 提高脫矽劑的脫矽效率，在鐵水脫矽過程中必須隨時、隨地、準確地了解鐵水中的含矽量，以控制脫矽劑的投放量。然而鐵水中的矽濃度即使在出鐵過程中改變也是相當大的， 其變化幅度可達0．1～0．15wt 。目前， 煉鐵廠廣泛採用的化學和光譜分析法從取樣到鑑別要花費30~40min的時間，顯然是不能滿足生產要求。
我國鋼鐵企業對快速定矽要求非常迫切，但至今沒有哪家企業能實現，而且在本專題開始前也沒有文章報導對此進行過研製。國外研究過的方法眾多，但結果均不十分理想。其中熱電勢法定矽相對而言比較成熟， 但所需時間較長。在這種情況下，我們從理論上進行分析， 選擇了以ZrO2加ZrSiO4為輔助電極的測頭法作研製目標，在實驗室工作的基礎上到現場進行爐前測試，結果證明這種測頭的研製是成功的，它能在3～5s內測定出穩定的矽電動勢， 矽含量測定值與分析值偏差小於0．1wt% ，且測試成功率可達90%以上。此類測頭能滿足工業要求，可投入實際套用 。
定矽兩頭的結構
電化學電池結構由ZrO2管、ZrO2 +ZrSiO4 輔助電極、Mo+MoO1參比電極及鉬金屬陶瓷迴路電極組成。
輔助電極材料ZrSiO4 按ZrO2-SiO2相圖由固相反應ZrO2+SiO2 )=ZrSiO4 合成，輔助電極由zrO2 和ZrSiO4 的混合糊狀物塗在ZrO2 管的外表面上製成。糊狀物小點覆蓋了ZrO2管大約60% ～70% 的外表面。這種為小點所覆蓋的管子先在室溫下乾燥，然後在1723K下焙燒24h，最終製成的就是緊密粘附於ZrO2管外表面的輔助電極zrO2+ZrSiO4 。
參比電極由Mo和MoO2 組成。迴路電極鉬金屬陶瓷由粉末冶金法製成，其具有良好的導電性及耐金屬渡腐蝕性。參比電極和迴路電極用鉬絲聯接。鉬絲分別被高溫水泥封固在ZrO2 管內的頂部和鉬金屬陶瓷棒端部，並在外面用陶瓷管套住，以避免測試時鉬絲裸露與鐵水接觸而造成剃試失敗。
現場測試
生產中的許多因素無法象實驗室里那樣精確控制，因此，有關該類測頭能否在現場中實際套用，目前國外還存在爭議，而國內無人對此進行過研製，因而本專題主要對現場測試進行了實驗。
(1)承德鋼鐵廠的測試結果及分析。
承德鋼鐵廠生鐵中矽含量較高，大部分在1wt 以上。除個別點外(測頭製作不當)，矽測頭在該廠的測定結果與分析值基本吻合，平均偏差為±0．11wt 。
(2)在杭州鋼鐵廠的測試結果及分析。
杭州鋼鐵廠生鐵中矽含量較低，均在1wt 以下。測試操作正常時，測得的結果與實際矽濃度吻合得更好，兩者偏差小於0．1wt 。對矽含量為0．48 的鐵液，因測試時測頭被含矽量很高的爐渣蓋住，與電池平衡的是爐渣中的矽，因此，測得的結果比鐵液中的矽含量高。
杭州鋼鐵廠測得的測頭的應答時間為3s，且在鐵液中能穩定測試lmin甚至更長時間，直到測頭的高溫水泥封頭被鐵水衝散而破壞。將來測頭工業化組裝後，其測定時間可更長。
總結
研製的鐵水快速定矽測頭結構簡單、不需取樣、操作簡便，且應答時間短、解析度高、重現性好，在各種條件下均能準確測試。另外，利用現有的傳統氧感測器技術很容易開發出該類矽測頭，因此，這類矽測頭是目前最適宜、最便於開發和推廣的測頭 。
