紅外碳硫分析儀測定耐火材料中碳化硅的含量

錢利敏

紅外碳硫分析儀測定耐火材料中碳化硅的含量

錢利敏

(江蘇省陶瓷耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 江蘇宜興 214205)

采用紅外碳硫儀測定耐火材料中碳化硅的含量，選用多元助熔劑(LHDY01)，縮短了操作時(shí)間，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.0%(n=8)。用該方法對兩種碳化硅耐火材料樣品進(jìn)行測定，測定結(jié)果分別為16.16%，15.64%，與化學(xué)法測定結(jié)果(15.99%，15.38%)相符合。該方法的精確度滿足化學(xué)分析要求。

紅外碳硫儀；多元助熔劑；碳化硅含量；耐火材料

碳化硅耐火材料具有優(yōu)良的高溫性能，廣泛用于化工、冶金、能源、機(jī)械、建材等領(lǐng)域。碳化硅基件具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐磨性和優(yōu)異的高溫性能，其中碳化硅含量是耐火材料的一項(xiàng)重要檢測指標(biāo)之一[1]。

對于碳化硅含量的測定，國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 16555-2008采用的方法是通過測定碳含量或硅含量換算成碳化硅含量[2]。硅含量測定一般采用重量法，該方法準(zhǔn)確、可靠，對儀器要求低，換算系數(shù)小，但測試時(shí)間較長，操作繁瑣。因此筆者參照GB／T 16555-2008，用鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品校正儀器，將試樣先于850℃氧化灼燒30 min，去掉游離碳后，利用紅外碳硫分析儀測定含碳化硅耐火材料中的化學(xué)結(jié)合碳量，將碳含量乘以換算系數(shù)即得出碳化硅的含量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要儀器與試劑

紅外碳硫分析儀：CS-206型，靈敏度為0.00003%，上海寶英公司；

電子天平：AL104型，瑞士梅特勒公司；

多元助熔劑：LHDY01，粒徑為380～830 μ m（20～40目），成分為W，Sn，F(xiàn)e，碳空白值小于0.000 5%，硫空白值小于0.000 5%；

標(biāo)準(zhǔn)樣品：GBW(E)01204a，含碳量為0.494%；GBW 01205b，含碳量為0.455%；YSBC 28065-1994，含碳量為2.88%。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)燒瓷坩堝

將坩堝至于馬弗爐中，在1 100℃溫度下灼燒4h，從爐中取出坩堝，稍冷后放入干燥器中保存。將處理后的坩堝在4 h內(nèi)使用。預(yù)燒坩堝的目的是降低坩堝空白對分析結(jié)果的影響。

1.2.2 試樣預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取0.1 g（精確至0.1 mg）試樣置于預(yù)燒過的坩堝中，使試樣平鋪于坩堝底部，置于850℃高溫爐中灼燒30 min，取出，稍冷后置于干燥器中冷卻至室溫。灼燒的目的是去除游離碳及揮發(fā)成分。

1.2.3 儀器校準(zhǔn)

對標(biāo)準(zhǔn)樣品按分析方法測定其含碳量，重復(fù)做3次，取其平均值進(jìn)行儀器校正。

1.2.4 樣品分析

在已灼燒處理過的試樣中加入1．8 g多元助熔劑LHDY01，在已校準(zhǔn)的通道上分析碳的含量，將碳含量乘以換算系數(shù)即得出碳化硅的含量。

2 結(jié)果與討論

2．1 取樣量的選擇

碳化硅耐火材料含碳量較高，其熔點(diǎn)較高，而且是非磁感應(yīng)性物質(zhì)，由于加入的助熔劑重量較為恒定，產(chǎn)生的熱量恒定，取樣量的多少對試樣的分析結(jié)果有較大的影響。取樣量過多，燃燒時(shí)樣品熔融狀況不佳，且二氧化碳和二氧化硫的生成和釋放速度均變慢，易拖尾；稱樣量過少，則稱量誤差大，測試結(jié)果的重復(fù)性和精密度較差。通過考察試驗(yàn)過程中碳釋放曲線、試樣在坩堝中的熔融狀態(tài)及分析結(jié)果綜合判斷，選擇稱樣量為0．1 g(精確至0.1 mg)。

2．2 灼燒條件

試樣在一定溫度下加熱，碳化硅幾乎不分解，游離碳則燃燒生成二氧化碳而消失，同時(shí)碳化硅超過一定溫度也會部分分解。因此在試樣預(yù)處理階段將游離碳灼燒掉而不破壞碳化硅，其溫度控制是關(guān)鍵。針對含瀝青、樹脂等添加劑的材料，如何將材料中的有機(jī)碳灼燒完全尤為重要[3]。參照GB／T 16555-2008最終確定灼燒溫度為850℃，灼燒時(shí)間為30 min。

2．3 校正用標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇

為獲得準(zhǔn)確測定結(jié)果，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)樣品校正儀器。通常的做法是選擇與試樣中碳硫含量相同或相近的同質(zhì)標(biāo)樣，由于實(shí)驗(yàn)室沒有碳化硅標(biāo)樣，因此試驗(yàn)選用含碳量不同的標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW(E)01204a，GBW 01205b和YSBC28065-1994來校正儀器的工作曲線，使測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合。

2．4 助熔劑的選擇

含碳耐火材料是非電磁感應(yīng)性物質(zhì)，難以通過電磁耦合產(chǎn)生渦流，同時(shí)碳化硅的熔點(diǎn)很高，因此選擇合適的助熔劑非常重要。根據(jù)實(shí)際情況，平時(shí)通常選用純鐵、鎢粒和錫粒作為傳統(tǒng)的助熔劑。但這些傳統(tǒng)助熔劑的空白值含量不同，每次實(shí)驗(yàn)助熔劑的用量也不完全相同，多次實(shí)驗(yàn)后會產(chǎn)生累積誤差，使樣品測定結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。使用多元助熔劑后可以減少助熔劑稱量和加入操作的次數(shù)，降低多次稱量助熔劑所產(chǎn)生的累積誤差，且其碳硫空白值更低，分析速度快，產(chǎn)生粉塵少，可防止燒刷。因此實(shí)驗(yàn)選用多元助熔劑作為助熔劑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入該助熔劑后試樣熔解充分，出峰較快，熔樣平滑。

2．5 方法精密度和準(zhǔn)確度

用紅外碳硫分析儀對兩種樣品分別測定8次，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.0%。然后用化學(xué)法（吸收重量法）對這兩種樣品進(jìn)行測定，兩種方法測定結(jié)果見表1。由表1可知，兩種方法測定結(jié)果相一致，紅外碳硫分析法的準(zhǔn)確度和精密度均滿足化學(xué)分析要求。

表1 碳硫分析法與化學(xué)法對碳化硅含量測定結(jié)果 %

3 結(jié)論

(1)采用紅外碳硫分析儀測定含碳化硅耐火材料中碳化硅含量的方法是可行的，與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比具有快速的優(yōu)點(diǎn)，其準(zhǔn)確度和精密度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)正式分析之前，應(yīng)打開軟件中的“診斷”，觀察燃燒壓力、爐頭壓力、吹氧流量，如有變動，應(yīng)按要求調(diào)到所需值；同時(shí)還要注意觀察變色干燥劑狀態(tài)，如果干燥劑變色失效，需立即更換，否則影響測試精度[4]。

(3)用坩堝鉗把坩堝置于坩堝托上時(shí)，坩堝與坩堝托位置應(yīng)同軸放置，放穩(wěn)放平，否則坩堝上升時(shí)會頂壞石英燃燒管。

(4)采用電子天平稱量樣品時(shí)，為保證測定結(jié)果的精密性，稱樣變化幅度最好控制在±0.01 g以內(nèi)；每次助熔劑添加量最好一致。

［1］ 梁訓(xùn)褡.碳化硅耐火材料［M］.劑景韓，譯．北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

［2］ GB／T 16555-2008 含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化學(xué)分析方法［S］.

［3］ 吳雙九，徐曉云，劉軍，等.高頻紅外碳硫分析儀測定碳化硅耐火材料中碳化硅含量［J］.化學(xué)分析計(jì)量，2010，19(5): 65-66.

［4］ 吳炳智，蒯正好.高頻紅外碳硫分析儀測定鐵礦物硫含量［J］.化工技術(shù)與開發(fā)，2011，40(2): 42-43.

Determination of SiC Content in Refractory by IR Spectrometric C/S Analyzer

Qian Limin
(Jiangsu Quality Supervision and Inspection Center of Refractory Ceramic, Yixing 214205, China)

The silicon content of refractories containing silicon-carbide was determined by infrared carbon-sulfur analyzer. Multiple fulx (LHDY01) was used to shorten the operation time and reduce the analysis error. The relative standard deviation of determination results was less than 1.0% (n=8). Two samples were detected by this method, the results were 16.16%，15.64%, which were consistent with those (15.99%，15.38%) detected by chemical method. Precision and accuracy of the method can meet the requirement of chemical analysis.

infrared carbon-sulfur analyzer; multiple fl ux; content of silicon-carbide; refractory

O657.99

A

1008-6145(2014)01-0071-02

聯(lián)系人：錢利敏；E-mail: qian.lim@163.com

2013-10-18

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.01.020