红外吸收法测定炼钢碳化硅类脱氧剂中的碳化硅

徐本平

（1国家钒钛制品质量监督检验中心，2攀钢集团研究院有限公司；3钒钛资源综合利用国家重点实验室，四川 攀枝花617000）

1 前言

随着炼钢工艺的不断改进，对脱氧、保温提出了更高的要求。碳化硅作为一种炼钢脱氧剂正被广泛推广使用。碳化硅类脱氧剂主要由焦碳、石墨、碳化硅、氧化镁、铝等组成，其游离碳的含量为40%左右，总碳量为60%左右。碳化硅类脱氧剂由于其熔点（2700℃）、含碳量和杂质都很高，所以其有效成份（SiC）的测定是分析中的一个难点。国家标准［1］采用HNO3－H2SO4－HF酸液体系加热处理，挥发游离硅和二氧化硅，盐酸分离杂质铁，灼烧称重求出碳化硅的量，但该法对含有铝杂质的样品，因分离不彻底会使结果偏高。目前，也有采用的国家标准［2］方法，通过碱吸收重量法来测定总碳，扣除游离碳，通过计算碳含量从而换算出碳化硅的量。但该法在测定游离碳时采用较低的温度（750℃）通氧燃烧，不能有效地将样品中的焦碳、石墨碳完全烧掉，使游离碳结果偏低，从而最终使碳化硅的计算结果偏高。有资料［3－5］虽然也利用红外吸收法测定SiC，但由于分析条件的不同，均不能适应含有石墨类的SiC脱氧剂的样品，使测定结果不准确。为此，我们借鉴了标准［6－7］，拟定了用马弗炉在950 ℃ 高温下，先烧掉焦碳及石墨碳，然后再用CS－344红外吸收仪测定残碳，计算出碳化硅的含量，取得了满意的效果。

碳化硅类脱氧剂的分析难点在于：1）马弗炉要通氧充分，使焦碳及石墨碳燃烧完全；2）高熔点碳化硅必需采用有效的熔样方法；3）对于高达10%以上含量碳的测定必需在良好的线性范围内。针对以上问题进行了一系列的实验研究，最终建立起该物料的分析方法。

2 实验部分

2.1 仪器及试剂

SX－4－10型马弗炉（上海实验电炉厂）；CS－344红外吸收仪（美国LECO公司）；助熔剂钨粒（湖南醴陵茶山坩埚瓷厂）；助熔剂铁屑（太钢钢研所）；纯SiC粉（西德进口分装ωSiC／%＝99.4%，ωC／%＝29.82%）；

2.2 实验方法

称取0.1000g样品于碳硫红外吸收测定仪的特制坩埚中，放入950℃的马弗炉中开启炉门通氧燃烧完全后，残渣加入钨粒加铁屑助熔剂，以下按红外碳硫仪的操作程序进行分析，测定出残碳的百分含量。

工作曲线校正：采用纯SiC粉按样品分析过程进行分析，对仪器进行碳的自动校正。

3 实验结果及讨论

3.1 马弗炉燃烧焦碳及石墨碳实验

根据国家标准［5－6］的规定，确定燃烧焦碳及石墨碳的方式为马弗炉并开启炉门通氧，控制温度为950℃，使焦碳和石墨碳完全充分燃烧。为了确定在以上条件下燃烧游离碳的时间，实验结果见表1。

由表1可见，控制燃烧时间45～60min为佳，其中的碳及石墨碳充分燃烧100%地挥发，同时可完整保留碳化硅。

3.2 助熔剂的选择实验

为了熔化高熔点的碳化硅样品，我们结合实际情况及仪器的状况进行了锡、钼、铁、钨助熔剂的选择最后确定钨粒加铁助熔剂的熔样效果最好，成本低。通过条件实验确定了助熔剂的用量，其实验结果如表2。

表1 马弗炉燃烧石墨碳及焦碳实验结果表Table 1 Experiment results of combustion of graphitic carbon and coke in a Muffle furnace

表2 助熔剂用量实验结果Table 2 Experimental results for testing usage of the flux

从表2可以看出，采用2g W＋2g Fe作为助熔剂熔样效果良好。

3.3 仪器线性化考证

一般CS－344所分析的碳量正常情况下分析不超过7%；但仪器能否分析10%以上的碳关键在于仪器在此分析范围内线性是否良好，设计了以0.1000g样品（ωC／%＝13.30%）打底，加入10，20，30，40，60mg的纯碳化硅试剂，分别以加入碳化硅量和碳测量读数为变量，求出线性方程和回归系数，实验结果如表3所示。

表3 线性方程和回归系数实验结果Table 3 The linear equation and its regression coefficient

从表3可以看出，回归系数为0.9983，证明碳的测定范围在13%～20%内呈良好的线性关系，通过标准物质对曲线的校正完全可以准确测定碳的含量。

3.4 准确度实验

3.4.1 回收率实验

称取0.1000g样品打底，加入不同量的纯SiC，然后进行实验，其结果如表4。

表4 回收率实验结果Table 4 Recovery test results

从表4可以看出，回收率为98%～104%，符合一般分析的要求。

3.4.2 碳化硅测定结果对照实验

称取0.1000g样品于坩埚，放入马弗炉内，开启炉门通氧，在950℃下烧1h后，分别以红外吸收法和吸收重量法测残碳，然后再计算出SiC的含量，其结果对照如表5所示。

表5 碳化硅测定结果对照Table 5 Determination results of the silicon carbide ／%

从表5分析结果可以得知，两种方法的结果相吻合，不超出国标的允许误差。

3.5 精密度实验

对实际样品中的碳化硅进行8次测定，其结果如表6。

表6 样品中精密度测定结果Table 6 Results of the precision tests／%

从表6可以看出，红外吸收法所测定脱氧剂中的碳化硅量其RSD为0.5%～0.7%；精密度良好，符合分析的要求。

4 结语

在实验的基础上，综合了国家标准方法，建立了用红外吸收法测定碳化硅类炼钢脱氧剂中残碳量然后换算成SiC的分析方法，不仅避免了铁、铝等杂质的干扰，同时又消除了高碳及石墨杂质的影响，使测定结果更加准确可靠。另其回收率为98%以上，相对标准偏差为0.5%～0.7%，能够满足生产分析的要求，实际应用效果良好，分析速度快、简便、实用性强，在碳化硅类样品中的测定具有很高的推广使用价值。

［1］中国国家标准化管理委员会.GB／T 3045—2003普通磨料碳化硅化学分析方法［S］.北京：中国标准出版社，2003.

［2］中国国家标准化管理委员会.GB／T 16555—2008含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析方法［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［3］郑迅燕，常相征，张亚丽.高频红外碳硫仪测定碳化硅中的SiC［S］.化学工程师，2006，128（5）：36－37.

［4］程坚平，徐汾兰.管式炉加热红外吸收法测定脱氧剂中碳化硅及游离碳［S］.冶金分析，2007，27（8）：39－42.

［5］杨春晟，杨峥，刘爽，等.铝基复合材料中不同形态碳分析方法的研究［J］.中国无机分析化学，2011，1（1）：73－77.

［6］中国国家标准化管理委员会.GB／T3521—2008石墨化学分析方法 ［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［7］中国国家标准化管理委员会.GB／T 2001—1991焦炭工业分析测定方法 ［S］.北京：中国标准出版社，1991.