红外吸收法测定低碳硅铁中的碳

2017-09-11王晓霞宁波钢铁有限公司制造管理部浙江宁波315807

化工管理 2017年24期

王晓霞（宁波钢铁有限公司制造管理部，浙江宁波 315807）

红外吸收法测定低碳硅铁中的碳

王晓霞（宁波钢铁有限公司制造管理部，浙江宁波 315807）

硅铁是炼钢工业中必不可少的脱氧剂。作为合金元素加入剂广泛应用于低合金钢，碳素钢以及耐热钢中。本文就红外碳硫测定低碳硅铁中的碳含量的方法进行了探讨。利用高低碳硅铁标样称量变化建立工作曲线，对助熔剂选择，空白试验等影响因素进行阐述，确定了最佳分析条件，在准确性，稳定性都取得了令人满意的结果。

红外吸收法；低碳硅铁；碳

随着钢铁企业冶炼技术的发展，低碳硅铁已逐渐成为一些低碳钢冶炼的主要添加剂，主要应用于生产无取向硅钢。由于低碳硅铁中的碳含量一般都低于0.02%，其含量的准确测定，不仅关系到低碳硅铁的品位及价格，更重要的是对钢材的性能有着至关重要的影响。硅铁中碳的检测目前主要依据国标方法GB4333．10—1990，采用高频感应红外吸收法，其测定范围：0．025%～0．250%。国内曾报道采用WFeSn分层夹样品分析，单其空白值控制难，容易产生累计误差，效果不是太理想。本文采用加入硅铁专用助熔剂，利用硅铁标样绘制工作曲线，通过进行空白试验方法等的研究，建立了低碳硅铁中碳的高频感应红外吸收法，该方法检出下限可达到0.0070%，满足了现有生产检测需要。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：CS-2000高频红外碳硫分析仪(德国ELTRA公司生产)；

高频感应炉：功率2.2kW；振荡频率为：19.5 MHz。

助熔剂：纯铁，钨粒，锡粒(已知碳含量小于0.0005%)

硅铁碳硫分析专用助熔剂(LHDY01-WSnFe):C＜0.0005% S＜0.005%,20-40目

高氯酸镁：高效吸水剂；工业纯氧：纯度，99.5%；空气压缩机：排气压力：0.4MPa；碱石棉：高效吸水剂。

陶瓷专用坩锅：在感应炉中应耐高温燃烧。使用前，将坩锅在不低于1 000℃的温度下灼烧4 h以上，置于干燥器中备用。

1.2 实验方法

①开机预热2个小时，仪器进入稳定状态，打开氧气和空压机，使气路畅通。

②设置仪器参数，选择通道，校正测试系数，同时进行空白校正。

③称取0.2000g试样(精确至0.0001g)，置于已经灼烧好的坩锅内，覆盖1.8克硅铁专用助熔剂。

④将盛有试料的坩埚置于坩埚托上，按分析键开始，仪器自动分析试样，分析结束时仪器显示并打印结果。

2 结果与讨论

2.1 助熔剂的选择

硅铁是一种导磁、导电性较差的物质，红外吸收法是采用高频振荡加热，在高频振荡过程中使试样在电磁耦合作用下形成涡流，产生高温使试料熔融。助溶剂的加入量，在分析超低含量的硅铁中的碳时候，影响非常突出。国标中采用0.4gSn+ 0.6gFe+1.5gW的方法，加入纯铁可以弥补硅铁耦合感应强度，但由于纯铁容易飞溅，易阻塞枪口，所以必须控制其加人量。锡粒熔点较低，对试样有一定的助熔效果，但其燃烧后的氧化物粉尘易穿过金属网而进入红外池，在以往的文献中通常也都是采用多元助溶剂的方式加入，也必须严格控制其各自的加入量。

本文中采用硅铁专用助熔剂，比纯铁，钨粒，锡粒在使用过程中有很多的优势，因单元铁，钨，锡助熔剂各碳硫空白值含量不同，如每次助熔剂的称量不尽相同，容易产生累计误差，难免分析结果偏差大，使用专用助熔剂后减少了助熔剂的天平称取和加入操作的次数，降低人为多次称量不同助熔剂时所产生的累积误差，节省了大量的人力。见表1

表1 与国家标准多元助熔剂（锡粒+纯铁+钨粒）试验比对表

2.2 空白试验

用高频红外碳硫仪测定碳含量时，空白值不存在于样品中。它由实验环境和实验条件决定。会对检测结果的准确性产生影响。由于低碳硅铁中的碳含量较低，在试验中，空白值主要来源于：助熔剂、坩埚、灰尘、分析气路等。

2.2.1 助熔剂的影响

助熔剂在使用前要消除其吸附的杂质。可将助熔剂放入烘箱内加热300度，保温1小时，烘干后取出置于干燥器内冷却使用。平时使用完毕后要养成好的习惯取毕及时罐盖。在本方法中加入一种硅铁专用助熔剂可以消除因国标中使用混合助熔剂用量的不同而导致空白不稳定的影响。实验结果显示，烘干处理后的助熔剂空白值显著较低。

2.2.2 坩埚的影响

如果是坩埚，容易吸水，本身具有碳空白，使用前必须在高温炉中于1000度灼烧4小时。未经处理的坩埚，空白从十几到几十PPM不等，预处理得当，坩埚空白可降至1PPM以下，实验证明预处理时间和温度对获得坩埚稳定的低空白至关重要。

2.2.3 灰尘的影响

在分析低含量的样品的过程中灰尘的积累所造成的吸附也是影响分析结果稳定性的重要因素，在分析硅铁的时候，燃烧时产生的灰尘较大。随着分析次数的增加，此偏差越来越大。而试验表明彻底清理灰尘过滤器中的灰尘后分析结果与第一次分析结果一致，因此在分析过程中灰尘过滤器中的灰尘积累应及时清理。

2.2.4 分析气路的影响

在高频红外碳硫分析仪的使用中分析气及载气的干燥纯净是降低系统空白，得到准确，稳定分析结果的保障。尤其是在分析低碳含量的样品时更加明显，试剂管中的高氯酸镁吸收气体中的水分，碱石棉吸收气体中的二氧化碳杂质。如果试剂稍有实效就应立即更换。

本方法在预先灼烧好的坩锅内，加入1.8克硅铁专用助溶剂，按照上述1．2进行测定。重复足够次数，得到比较一致的读数。然后进行空白校正。空白试验表明，虽然空白值比较稳定，但空白值较高足以使检测结果产生严重影响。因此，必须随同试样进行空白试验。

2.3 工作曲线的建立

目前市场上低碳硅铁的标样极少，没有足够的低碳含量范围的硅铁标样可用来建立工作曲线。按照GB 4333.10—1990国标法中的规定，工作曲线需采用同类型基体一致的标准样品绘制，而鉴于此，本文利用现有的高低硅铁标样称样量的变化建立相应工作曲线，并用标准样品进行验证。用微量天平，按表2称取7份硅铁标样(精确至0.1ug)，分别置于7个瓷坩锅中，按照1.2方法分别进行检测，在分析软件的多点校准窗口绘制工作曲线。