高頻燃燒紅外吸收法測(cè)定高碳鉻鐵合金中碳硫含量

馬曉云,鄭 莉,吳作立,李 鍵,張煥煥

(新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部)

前言

在金屬材料中,碳元素對(duì)金屬材料的力學(xué)性能、工藝性能及抗 疲勞性能、耐腐蝕性能和工程應(yīng)用有著重要影響; 硫通常以硫化物的形態(tài)存在于金屬中,破壞金屬組織結(jié)構(gòu)的連續(xù)性,降低金屬材料的物理性能等。因此,在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)碳元素和硫元素的控制非常重要,檢測(cè)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件,探索快速、準(zhǔn)確檢測(cè)出碳、硫含量的方法。

高碳鉻鐵合金是煉鋼的重要合金添加劑,用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼,高碳碳鉻鐵中碳含量為5%～9%,硫含量為0.01%～0.05%。目前普遍采用高頻燃燒紅外吸收法測(cè)定高碳鉻鐵合金中C、S含量。

文章介紹利用HCS-808型高頻紅外碳硫分析儀,分別對(duì)試樣加入量、助熔劑的選擇及其配比、助熔劑的加入方式的影響進(jìn)行的試驗(yàn)研究,通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣分析,確定了最佳分析條件,最終確定了高頻紅外吸收法測(cè)定高碳鉻鐵合金中碳、硫含量的最佳分析條件,分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,取得了滿(mǎn)意的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

HCS-808型高頻紅外碳硫儀(四川賽恩思儀器有限公司)陶瓷坩堝:在馬弗爐中于 1200℃灼燒4小時(shí),自然冷卻后取出置干燥器中保存。

1.2 試劑

純鎢粒助熔劑:C≤0.000 5%,S≤0.000 5%

高純鐵助熔劑:純度>99.8% ,C≤0.000 5%,S≤0.000 5%

燒堿石棉(SES3B3015A);高效變色干燥劑(SES-3);鹵素吸收劑(SES-2);

O2純度>99.5%

1.3 儀器的工作條件

電源負(fù)荷功率>7.5kVA;專(zhuān)用地線(xiàn)接地電阻≤4Ω;儀載氧氣,壓力為0.5 MPa;

高低檢測(cè)池進(jìn)行高低含量分析自動(dòng)切換。

1.4 分析時(shí)間的選擇

根據(jù)高碳鉻鐵生產(chǎn)試樣中碳、硫元素最高含量分析曲線(xiàn),確保檢測(cè)到的所有信號(hào),并且盡量縮短分析時(shí)間,選擇沖洗時(shí)間25s;加熱時(shí)間25 s;分析時(shí)間40s。

1.5 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)在“新建分析方法欄”輸入方法名稱(chēng)“高碳鉻鐵”、“標(biāo)準(zhǔn)樣品管理”欄輸入“標(biāo)樣代號(hào)YSBC28623-2010、碳的標(biāo)準(zhǔn)值7.78%、硫的標(biāo)準(zhǔn)值0.033%”。

(2)校準(zhǔn)方法選擇“單標(biāo)樣校正”。

(3)校正的檢測(cè)池:高碳池、低硫池。

1.6 分析步驟

在灼燒過(guò)的陶瓷坩堝中稱(chēng)取Xg 純鐵助熔劑,然后將盛有純鐵助熔劑的坩堝放入聯(lián)機(jī)電子天平后去皮,稱(chēng)取一定量試樣加入,電子天平重量讀數(shù)自動(dòng)傳入計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)中,再覆蓋上Yg鎢錫混合助熔劑,在高頻紅外碳硫儀上選擇分析方法,放到坩堝托上,選擇“分析樣品”鍵進(jìn)入分析狀態(tài),整個(gè)分析過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行,直到分析結(jié)束,分析結(jié)果在電腦上自動(dòng)顯示。

2 結(jié)果與討論

2.1 空白值的影響

由于整個(gè)分析試樣和標(biāo)樣校準(zhǔn)過(guò)程中加入熔劑的量、配比、方式均一致,所以標(biāo)樣校準(zhǔn)過(guò)程中,分析系統(tǒng)自動(dòng)扣除空白。

2.2 助熔劑的選擇及加入方式

在分析試樣時(shí), 加入助熔劑發(fā)熱, 增加樣品流動(dòng)性及覆蓋樣品防止飛濺的作用,助熔劑選擇合適,用量適當(dāng),會(huì)加速樣品氧化熔融提高碳硫的釋放率和測(cè)定的準(zhǔn)確度。常見(jiàn)的助熔劑有鎢粒、純鐵、錫粒及鎢錫混合助熔劑等。 純鐵能增加樣品的導(dǎo)磁性,并提高樣品的升溫速度,從而可降低樣品燃燒的熔化溫度,使樣品完全燃燒。 鎢的熔點(diǎn)非常高, 但它在400 ℃時(shí)可以和氧反應(yīng)放出大量的熱,錫的熔點(diǎn)是232 ℃, 加入錫可有效降低樣品的熔化溫度, 增加樣品的流動(dòng)性。

高碳鉻鐵屬于合金,熔點(diǎn)較高。在實(shí)際分析中,探索過(guò)單獨(dú)加純鐵、純鐵+鎢粒、鎢粒+錫粒三種助熔劑的方法,由于試樣燃燒不完全,分析時(shí)間長(zhǎng),分析結(jié)果偏低。多次探索按比例同時(shí)加入純鐵、鎢粒、錫粒三種助熔劑進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)可以使高碳鉻鐵樣品燃燒完全,縮短分析時(shí)間,提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。鎢-錫(7∶1)混合助熔劑既可以降低樣品的熔點(diǎn),同時(shí)增加樣品的流動(dòng)性,而且還有調(diào)節(jié)介質(zhì)酸堿性、攪拌、催化、穩(wěn)燃、抗干擾等作用。

純鐵和鎢-錫(7∶1)混合助熔劑兩者不同的配比的分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 助熔劑配比對(duì)分析結(jié)果的影響

由表1可以看出,當(dāng)W+Sn(7∶1)加入量約為1.4 g、純Fe 加入量約為0.4 g時(shí),C和S的吸收曲線(xiàn)均為光滑的單峰曲線(xiàn),C和S的分析結(jié)果接近標(biāo)準(zhǔn)值;當(dāng)W+Sn(7∶1)加入量大于或小于1.4 g時(shí),純Fe加入量大于或小于0.4g時(shí),使c和s的分析曲線(xiàn)不光滑,分析結(jié)果偏低,分析結(jié)果不穩(wěn)定。

2.3 試樣量的影響

純鐵助熔劑加入量為0.4g,鎢錫混合助熔劑加入量為1.4g,在相同的分析條件下,改變?cè)嚇恿繙y(cè)量標(biāo)樣YSBC28623-2010,其標(biāo)準(zhǔn)值:C=7.78%,S=0.033%。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 試樣量對(duì)分析結(jié)果的影響

由表2可以看出,試樣量在0.08～0.12g時(shí),分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值偏差相對(duì)較小;當(dāng)試樣量<0.08g時(shí),由于空白值的影響,測(cè)定結(jié)果偏高;當(dāng)試樣量>0.16g時(shí),分析結(jié)果偏低,同時(shí)觀察到s吸收曲線(xiàn)變得不平滑出現(xiàn)拖尾,說(shuō)明試樣燃燒未完全,應(yīng)適當(dāng)增加助熔劑的量。試樣量在0.1g時(shí),C和S的分析曲線(xiàn)均為平滑的單峰曲線(xiàn)見(jiàn)圖1,且測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)值偏差相對(duì)較小,由此確定最佳試樣量為O.10g±0.0002。

圖1 碳元素的吸收曲線(xiàn)(紅色)、硫元素的吸收曲線(xiàn)(綠色)

2.4 高碳鉻鐵中碳、硫的分析條件

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣分析,確定了分析高碳鉻鐵中碳、硫的條件,見(jiàn)表3。

表3 高碳鉻鐵中碳、硫的分析條件

3 試驗(yàn)方法精密度

按表3的分析條件,取同一樣品在HCS-808型高頻紅外碳硫儀在上測(cè)定11次,其重復(fù)性結(jié)果表明,C元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.37%,S元素標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.33%,見(jiàn)表4。

表4 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

C元素和S元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤3%,表明該方法具有較好的精密度。

4 結(jié)論

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)試樣加入量、助熔劑的選擇及其配比、助熔劑的加入方式及試樣加入量的試驗(yàn),最終確定檢測(cè)高碳鉻鐵合金中碳、硫含量的最佳試樣量為0.10±0.0002g;助熔劑選擇純鐵、鎢粒、錫粒的混合熔劑;助熔劑加入量及順序0.4g純鐵+1.4g鎢錫混合熔劑(7:1)。在最佳分析條件下,對(duì)于提高高碳鉻鐵合金中碳、硫含量分析結(jié)果準(zhǔn)確度非常重要。采用HCS-808型高頻紅外碳硫儀分析高碳鉻鐵合金中碳、硫含量的測(cè)定方法,可以快速準(zhǔn)確地分析高碳鉻鐵合金中的碳硫含量,具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。