紅外吸收法測定低碳硅鐵中的碳

王曉霞（寧波鋼鐵有限公司制造管理部，浙江 寧波 315807）

紅外吸收法測定低碳硅鐵中的碳

王曉霞（寧波鋼鐵有限公司制造管理部，浙江 寧波 315807）

硅鐵是煉鋼工業(yè)中必不可少的脫氧劑。作為合金元素加入劑廣泛應用于低合金鋼，碳素鋼以及耐熱鋼中。本文就紅外碳硫測定低碳硅鐵中的碳含量的方法進行了探討。利用高低碳硅鐵標樣稱量變化建立工作曲線，對助熔劑選擇，空白試驗等影響因素進行闡述，確定了最佳分析條件，在準確性，穩(wěn)定性都取得了令人滿意的結(jié)果。

紅外吸收法；低碳硅鐵；碳

隨著鋼鐵企業(yè)冶煉技術的發(fā)展，低碳硅鐵已逐漸成為一些低碳鋼冶煉的主要添加劑，主要應用于生產(chǎn)無取向硅鋼。由于低碳硅鐵中的碳含量一般都低于0.02%，其含量的準確測定，不僅關系到低碳硅鐵的品位及價格，更重要的是對鋼材的性能有著至關重要的影響。硅鐵中碳的檢測目前主要依據(jù)國標方法GB4333．10—1990，采用高頻感應紅外吸收法，其測定范圍：0．025%～0．250%。國內(nèi)曾報道采用WFeSn分層夾樣品分析，單其空白值控制難，容易產(chǎn)生累計誤差，效果不是太理想。本文采用加入硅鐵專用助熔劑，利用硅鐵標樣繪制工作曲線，通過進行空白試驗方法等的研究，建立了低碳硅鐵中碳的高頻感應紅外吸收法，該方法檢出下限可達到0.0070%，滿足了現(xiàn)有生產(chǎn)檢測需要。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

儀器：CS-2000高頻紅外碳硫分析儀(德國ELTRA公司生產(chǎn))；

高頻感應爐：功率2.2kW；振蕩頻率為：19.5 MHz。

助熔劑：純鐵，鎢粒，錫粒(已知碳含量小于0.0005%)

硅鐵碳硫分析專用助熔劑(LHDY01-WSnFe):C＜0.0005% S＜0.005%,20-40目

高氯酸鎂：高效吸水劑；工業(yè)純氧：純度，99.5%；空氣壓縮機：排氣壓力：0.4MPa；堿石棉：高效吸水劑。

陶瓷專用坩鍋：在感應爐中應耐高溫燃燒。使用前，將坩鍋在不低于1 000℃的溫度下灼燒4 h以上，置于干燥器中備用。

1.2 實驗方法

①開機預熱2個小時，儀器進入穩(wěn)定狀態(tài)，打開氧氣和空壓機，使氣路暢通。

②設置儀器參數(shù)，選擇通道，校正測試系數(shù)，同時進行空白校正。

③稱取0.2000g試樣(精確至0.0001g)，置于已經(jīng)灼燒好的坩鍋內(nèi)，覆蓋1.8克硅鐵專用助熔劑。

④將盛有試料的坩堝置于坩堝托上，按分析鍵開始，儀器自動分析試樣，分析結(jié)束時儀器顯示并打印結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 助熔劑的選擇

硅鐵是一種導磁、導電性較差的物質(zhì)，紅外吸收法是采用高頻振蕩加熱，在高頻振蕩過程中使試樣在電磁耦合作用下形成渦流，產(chǎn)生高溫使試料熔融。助溶劑的加入量，在分析超低含量的硅鐵中的碳時候，影響非常突出。國標中采用0.4gSn+ 0.6gFe+1.5gW的方法，加入純鐵可以彌補硅鐵耦合感應強度，但由于純鐵容易飛濺，易阻塞槍口，所以必須控制其加人量。錫粒熔點較低，對試樣有一定的助熔效果，但其燃燒后的氧化物粉塵易穿過金屬網(wǎng)而進入紅外池，在以往的文獻中通常也都是采用多元助溶劑的方式加入，也必須嚴格控制其各自的加入量。

本文中采用硅鐵專用助熔劑，比純鐵，鎢粒，錫粒在使用過程中有很多的優(yōu)勢，因單元鐵，鎢，錫助熔劑各碳硫空白值含量不同，如每次助熔劑的稱量不盡相同，容易產(chǎn)生累計誤差，難免分析結(jié)果偏差大，使用專用助熔劑后減少了助熔劑的天平稱取和加入操作的次數(shù)，降低人為多次稱量不同助熔劑時所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省了大量的人力。見表1

表1 與國家標準多元助熔劑（錫粒+純鐵+鎢粒）試驗比對表

2.2 空白試驗

用高頻紅外碳硫儀測定碳含量時，空白值不存在于樣品中。它由實驗環(huán)境和實驗條件決定。會對檢測結(jié)果的準確性產(chǎn)生影響。由于低碳硅鐵中的碳含量較低，在試驗中，空白值主要來源于：助熔劑、坩堝、灰塵、分析氣路等。

2.2.1 助熔劑的影響

助熔劑在使用前要消除其吸附的雜質(zhì)。可將助熔劑放入烘箱內(nèi)加熱300度，保溫1小時，烘干后取出置于干燥器內(nèi)冷卻使用。平時使用完畢后要養(yǎng)成好的習慣取畢及時罐蓋。在本方法中加入一種硅鐵專用助熔劑可以消除因國標中使用混合助熔劑用量的不同而導致空白不穩(wěn)定的影響。實驗結(jié)果顯示，烘干處理后的助熔劑空白值顯著較低。

2.2.2 坩堝的影響

如果是坩堝，容易吸水，本身具有碳空白，使用前必須在高溫爐中于1000度灼燒4小時。未經(jīng)處理的坩堝，空白從十幾到幾十PPM不等，預處理得當，坩堝空白可降至1PPM以下，實驗證明預處理時間和溫度對獲得坩堝穩(wěn)定的低空白至關重要。

2.2.3 灰塵的影響

在分析低含量的樣品的過程中灰塵的積累所造成的吸附也是影響分析結(jié)果穩(wěn)定性的重要因素，在分析硅鐵的時候，燃燒時產(chǎn)生的灰塵較大。隨著分析次數(shù)的增加，此偏差越來越大。而試驗表明徹底清理灰塵過濾器中的灰塵后分析結(jié)果與第一次分析結(jié)果一致，因此在分析過程中灰塵過濾器中的灰塵積累應及時清理。

2.2.4 分析氣路的影響

在高頻紅外碳硫分析儀的使用中分析氣及載氣的干燥純凈是降低系統(tǒng)空白，得到準確，穩(wěn)定分析結(jié)果的保障。尤其是在分析低碳含量的樣品時更加明顯，試劑管中的高氯酸鎂吸收氣體中的水分，堿石棉吸收氣體中的二氧化碳雜質(zhì)。如果試劑稍有實效就應立即更換。

本方法在預先灼燒好的坩鍋內(nèi)，加入1.8克硅鐵專用助溶劑，按照上述1．2進行測定。重復足夠次數(shù)，得到比較一致的讀數(shù)。然后進行空白校正。空白試驗表明，雖然空白值比較穩(wěn)定，但空白值較高足以使檢測結(jié)果產(chǎn)生嚴重影響。因此，必須隨同試樣進行空白試驗。

2.3 工作曲線的建立

目前市場上低碳硅鐵的標樣極少，沒有足夠的低碳含量范圍的硅鐵標樣可用來建立工作曲線。按照GB 4333.10—1990國標法中的規(guī)定，工作曲線需采用同類型基體一致的標準樣品繪制，而鑒于此，本文利用現(xiàn)有的高低硅鐵標樣稱樣量的變化建立相應工作曲線，并用標準樣品進行驗證。用微量天平，按表2稱取7份硅鐵標樣(精確至0.1ug)，分別置于7個瓷坩鍋中，按照1.2方法分別進行檢測，在分析軟件的多點校準窗口繪制工作曲線。

表2 硅鐵標樣校準曲線

3 精密度和準確度試驗

在最佳分析條件下，分別對2個低碳硅鐵標樣和3個試樣按以上方法連續(xù)測定10次進行準確度、精密度試驗。測定結(jié)果見表3。

表3 精密度和準確度試驗結(jié)果

由表3結(jié)果可知，本分析方法具有較好的精密度和準確度，同時也將現(xiàn)行GB 4333．10—1990國標方法的檢測下限延伸至0.0070%是可行的。

4 結(jié)語

(1)本法采用變換高低標的稱樣量來建立工作曲線，加入硅鐵專用助熔劑來進行低碳硅鐵中碳的分析，具有一次加入,加入量誤差小,分布均勻,粉塵少，熔融性好,穩(wěn)定性強的特性，操作更簡單，測定更快速，同時具有準確度高、精密度好的特點，滿足現(xiàn)有生產(chǎn)和科研檢驗需要。

(2)良好的儀器工作狀態(tài)下,也是測定本方法的重要因素，因此在檢測中要注意坩堝，灰塵、氣路、影響，應隨同試樣進行空白試驗。

[1]尤其伸周距涵吳太白高頻燃燒紅外線吸收法測定硅鐵中碳，江西冶金.

[2]鐵生年張志鋼劉得壽高頻紅外吸收法測硅鐵中碳含量[J].現(xiàn)代儀器使用與維修.1991.

[3]GB/T4333.20-1990,硅鐵化學分析方法紅外線吸收法測定碳含量.

[4]郭飛飛高頻紅外吸收法測定硅鐵中的碳硫.第九屆中國鋼鐵年會論文集.

[5]CS2000《紅外碳硫分析儀》操作說明書.