应用氧氮仪测定低氮增碳剂中氮含量的方法研究

姜君仁 徐守荣 李威

第一作者：姜仁君，男，42岁，化学分析高级工程师

收稿日期：2024-01-30

摘 要：对氧氮仪分析低氮增碳剂中氮的方法进行研究。通过对分析条件以及分析方法的探讨，实现利用氧氮仪分析低氮增碳剂中氮含量，分析结果表明，该方法速度快，操作简单，准确度和精密度符合标准要求，对于快速判断低氮增碳剂质量优劣有着重要作用。

关键词：氧氮仪；低氮增碳剂中氮；热导熔融法

RESEARCH ON THE METHOD OF MEASURING NITROGEN CONTENT IN LOW NITROGEN CARBURETORS USING AN OXYGEN NITROGEN ANALYZER

Jiang Junren    Xu Shourong    Li Wei

（Bengang Beiying Quality Inspection and Measurement Center    Benxi    117000，China）

Abstract：This article studies the method of analyzing nitrogen in low nitrogen carburetors using an oxygen nitrogen analyzer. By exploring the analysis conditions and methods， the use of an oxygen nitrogen analyzer to analyze the nitrogen content in low nitrogen carburetors has been achieved. The analysis results show that this method is fast， easy to operate， and meets the standard requirements for accuracy and precision. It plays an important role in quickly judging the quality of low nitrogen carburetors.

Keywords：oxygen and nitrogen analyzer; nitrogen in low nitrogen carburetors; thermal conductivity melting method

0    前    言

增碳劑是钢铁冶炼中不可缺少的添加剂，它的使用可以节省大量铁矿石的使用量，同时增加了废钢、废铁的使用量，降低生产成本，节省了不可再生资源。增碳剂中氮含量太高会产生氮气孔缺陷。氮含量过低，影响冶炼硬度。适量的氮含量能够使石墨长度缩短，曲折程度添加，强化铸铁基体，提高抗拉强度以及硬度。因此，在使用的增碳剂中要严格控制氮元素含量，增碳剂中氮元素含量应作为一个必须检验的项目。

之前，试验室低氮增碳剂中氮含量的检验外委其他检测机构检验。每年外委检测费用大概4万元左右，且存在检测周期长，耽误生产使用问题。利用氧氮仪测定低氮增碳剂中氮含量，将大幅缩短检验周期，降低检验成本。本文应用氧氮仪进行了大量低氮增碳剂中氮检测试验，找到了氧氮仪分析氮的最佳条件和试样处理要求，在实际生产中得到有效应用。

1    试验部分

1.1    仪器与材料

氧氮氢分析仪TCH600；氧氮氢分析仪TC500。

高纯石墨坩埚，带盖镍囊φ6 mm×5 mm，锡囊φ12 mm×5 mm。

氦气（载气）纯度：99.99%。

氮气（动力气）纯度：99.99%。

氧化铜，丙酮，碱石棉，无水高氯酸镁（粒度为1.2～2 mm）。

1.2    样品制备

试样经研磨机研磨均匀至0.077 mm以下，分析前在100～110 ℃烘箱中预干燥1～2 h，置于干燥器中冷却至室温待用。

1.3    校准样品制备

经脱气脱氮处理后的高纯石墨坩埚用研磨机研磨至0.077 mm以下，与无烟煤标准物质按比例合成校准样品。为试验需要合成两个标准样品。氮含量1.12%的无烟煤标准样品与高纯石墨粉按质量比1：99合成氮含量为0.011 2%的校准样品。氮含量0.79%的无烟煤标准样品与高纯石墨粉按质量比1：29合成氮含量为0.0263%的校准样品。

1.4 工作原理

在氦气中，用石墨坩埚于高温熔融试料，氮以分子形态被提取在氦气流中，氧与石墨坩埚中的碳结合生成CO和少量CO2，与N2一起进入装有氧化铜的催化氧化炉，使CO转为CO2，然后进入CO2红外检测池测定氧含量，后经碱石棉去除CO2，最后经热导检测池测氮含量。工作原理如图1所示。

1.5    试验方法

镍囊经丙酮洗净吹干后于电子天平去皮重，用细样勺取试样于镍囊中（图2），将盖盖紧，小心压扁驱尽空气，不要压破（图3），用镊子将压扁的镍囊于电子天平上称取试样质量，在样品框中输入名称，编号，质量数据传入氧氮分析仪，选择分析方法。按下加样开关，等待屏幕提示，用镊子夹住试样，从加样口处加入试样（图4）。再次按下开关，电极下降，把坩埚放稳后按分析开关，电极上升，仪器自动分析、结束、结果自动显示。

图2    用细样勺取试样于镍囊中

1.6    分析条件

氮气压力40 Psi±5 Psi，氦气压力20 Psi±5 Psi，吹扫时间15 s，排气时间15 s，排气电流1 100 A，分析延迟15 s，比较器水平1%。

2     结果与讨论

2.1    助熔剂的选择

分析时加入助熔剂的作用是可以降低样品的熔点，加快熔融和热分解，使气体快速充分释放。为确定最佳助熔剂，分别选择锡囊、镍囊各进行一组试验，结果如表1所示。

表1    助熔剂选择

熔剂 标准值 测量值/% 相对标准偏差/%

锡囊 0.011 2 0.012 6 0.013 0.011 4 0.012 8 5.77

镍囊 0.011 2 0.011 3 0.011 1 0.011 5 0.010 8 2.67

从表1中的数据可以看出，选择镍囊助熔效果更好。

2.2    称样量的选择

为了确定最佳称样量，选择氮含量为0.011 2%的校准样品进行了称样量试验，结果如表2所示。

表2    称样量试验

称样量/g 0.023 2 0.024 1 0.022 6 0.010 3 0.011 4 0.034 3 0.038 7

测量值/% 0.010 8 0.011 0.011 3 0.009 2 0.010 2 0.014 2 0.013 5

从表2中的数据可以看出，称样量在0.020～0.025 g范围内，试样熔融完全，且分析结果基本稳定。

2.3    方法精密度试验

以带盖镍囊为助熔剂，称样量在0.020～

0.025 g范围内，对氮含量為0.011 2%的校准样品进行了8次平行测定，测定结果如表3所示。

表3    氧氮仪分析低氮增碳剂氮含量精密度试验

测定值/% 平均值/

% 标准

偏差 相对标准

偏差/%

0.010 5 0.011 1 0.011 3 0.010 6 0.010 9 0.000 31 2.84

0.011 2 0.010 6 0.011 0.011 1

测定结果表明，方法所得结果相对标准偏差为2.84%，该方法的精密度较好。

2.4    方法准确度试验

为验证该方法准确度，采用氧氮仪分析方法对低氮增碳剂样品进行了测定，测定结果与其他检测机构检测结果进行比对，结果如表4所示。

表4    氧氮仪分析低氮增碳剂氮含量准确度试验

氧氮分析仪

分析结果 其他检测机构

检测结果 比对差 允许差 t

0.010 5 0.011 3 -0.000 8 0.001 1 0.927

0.019 6 0.020 0 -0.000 4 0.001 4

0.020 1 0.019 4 0.000 7 0.001 4

0.011 3 0.010 6 0.000 7 0.001 1

0.028 4 0.030 0 -0.001 6 0.001 9

0.021 0 0.020 0 0.001 0 0.001 5

0.013 6 0.014 4 -0.000 8 0.001 4

0.012 4 0.012 0 0.000 4 0.001 1

0.016 7 0.017 6 -0.000 9 0.001 4

0.022 1 0.023 0 -0.000 9 0.001 6

从比对的结果可以看出，氧氮仪的分析结果与其他检测机构检测结果的偏差满足GB/T 20124的要求。另外t0.975（9）=2.262，两检测室检验结果统计量t＜2.262，表明两检测室检测结果间无显著性差异。该方法准确度符合要求。

3    结语

1）LECO氧氮氢分析仪TCH600或氧氮氢分析仪TC500都能满足低氮增碳剂氮含量检测的要求。氮含量高的增碳剂样品禁止分析，以免污染仪器。

2）样品分析前析前在100～110 ℃烘箱中预干燥1～2 h，置于干燥器中冷却至室温后使用。

3）样品装入镍囊时挤压一下，排除镍囊中的空气，提高分析准确度。

4）称样量为0.025～0.030 g时，测定结果精密度、准确度符合要求。

参考文献

[1]    GB/T 20124-2006  钢铁 氮含量的测定 惰性气体熔融热导法[S].

[2]    GB/T 30733-2014  煤中碳氢氮的测定仪器法[S].