徐本平

（1國(guó)家釩鈦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，2攀鋼集團(tuán)研究院有限公司；3釩鈦資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 攀枝花617000）

1 前言

隨著煉鋼工藝的不斷改進(jìn)，對(duì)脫氧、保溫提出了更高的要求。碳化硅作為一種煉鋼脫氧劑正被廣泛推廣使用。碳化硅類脫氧劑主要由焦碳、石墨、碳化硅、氧化鎂、鋁等組成，其游離碳的含量為40%左右，總碳量為60%左右。碳化硅類脫氧劑由于其熔點(diǎn)（2700℃）、含碳量和雜質(zhì)都很高，所以其有效成份（SiC）的測(cè)定是分析中的一個(gè)難點(diǎn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［1］采用HNO3－H2SO4－HF酸液體系加熱處理，揮發(fā)游離硅和二氧化硅，鹽酸分離雜質(zhì)鐵，灼燒稱重求出碳化硅的量，但該法對(duì)含有鋁雜質(zhì)的樣品，因分離不徹底會(huì)使結(jié)果偏高。目前，也有采用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［2］方法，通過(guò)堿吸收重量法來(lái)測(cè)定總碳，扣除游離碳，通過(guò)計(jì)算碳含量從而換算出碳化硅的量。但該法在測(cè)定游離碳時(shí)采用較低的溫度（750℃）通氧燃燒，不能有效地將樣品中的焦碳、石墨碳完全燒掉，使游離碳結(jié)果偏低，從而最終使碳化硅的計(jì)算結(jié)果偏高。有資料［3－5］雖然也利用紅外吸收法測(cè)定SiC，但由于分析條件的不同，均不能適應(yīng)含有石墨類的SiC脫氧劑的樣品，使測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。為此，我們借鑒了標(biāo)準(zhǔn)［6－7］，擬定了用馬弗爐在950 ℃ 高溫下，先燒掉焦碳及石墨碳，然后再用CS－344紅外吸收儀測(cè)定殘?zhí)?，?jì)算出碳化硅的含量，取得了滿意的效果。

碳化硅類脫氧劑的分析難點(diǎn)在于：1）馬弗爐要通氧充分，使焦碳及石墨碳燃燒完全；2）高熔點(diǎn)碳化硅必需采用有效的熔樣方法；3）對(duì)于高達(dá)10%以上含量碳的測(cè)定必需在良好的線性范圍內(nèi)。針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，最終建立起該物料的分析方法。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及試劑

SX－4－10型馬弗爐（上海實(shí)驗(yàn)電爐廠）；CS－344紅外吸收儀（美國(guó)LECO公司）；助熔劑鎢粒（湖南醴陵茶山坩堝瓷廠）；助熔劑鐵屑（太鋼鋼研所）；純SiC粉（西德進(jìn)口分裝ωSiC／%＝99.4%，ωC／%＝29.82%）；

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.1000g樣品于碳硫紅外吸收測(cè)定儀的特制坩堝中，放入950℃的馬弗爐中開(kāi)啟爐門(mén)通氧燃燒完全后，殘?jiān)尤腈u粒加鐵屑助熔劑，以下按紅外碳硫儀的操作程序進(jìn)行分析，測(cè)定出殘?zhí)嫉陌俜趾俊?/p>

工作曲線校正：采用純SiC粉按樣品分析過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)儀器進(jìn)行碳的自動(dòng)校正。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 馬弗爐燃燒焦碳及石墨碳實(shí)驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［5－6］的規(guī)定，確定燃燒焦碳及石墨碳的方式為馬弗爐并開(kāi)啟爐門(mén)通氧，控制溫度為950℃，使焦碳和石墨碳完全充分燃燒。為了確定在以上條件下燃燒游離碳的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，控制燃燒時(shí)間45～60min為佳，其中的碳及石墨碳充分燃燒100%地?fù)]發(fā)，同時(shí)可完整保留碳化硅。

3.2 助熔劑的選擇實(shí)驗(yàn)

為了熔化高熔點(diǎn)的碳化硅樣品，我們結(jié)合實(shí)際情況及儀器的狀況進(jìn)行了錫、鉬、鐵、鎢助熔劑的選擇最后確定鎢粒加鐵助熔劑的熔樣效果最好，成本低。通過(guò)條件實(shí)驗(yàn)確定了助熔劑的用量，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。

表1 馬弗爐燃燒石墨碳及焦碳實(shí)驗(yàn)結(jié)果表Table 1 Experiment results of combustion of graphitic carbon and coke in a Muffle furnace

表2 助熔劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results for testing usage of the flux

從表2可以看出，采用2g W＋2g Fe作為助熔劑熔樣效果良好。

3.3 儀器線性化考證

一般CS－344所分析的碳量正常情況下分析不超過(guò)7%；但儀器能否分析10%以上的碳關(guān)鍵在于儀器在此分析范圍內(nèi)線性是否良好，設(shè)計(jì)了以0.1000g樣品（ωC／%＝13.30%）打底，加入10，20，30，40，60mg的純碳化硅試劑，分別以加入碳化硅量和碳測(cè)量讀數(shù)為變量，求出線性方程和回歸系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 線性方程和回歸系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 The linear equation and its regression coefficient

從表3可以看出，回歸系數(shù)為0.9983，證明碳的測(cè)定范圍在13%～20%內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)曲線的校正完全可以準(zhǔn)確測(cè)定碳的含量。

3.4 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

3.4.1 回收率實(shí)驗(yàn)

稱取0.1000g樣品打底，加入不同量的純SiC，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表4。

表4 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Recovery test results

從表4可以看出，回收率為98%～104%，符合一般分析的要求。

3.4.2 碳化硅測(cè)定結(jié)果對(duì)照實(shí)驗(yàn)

稱取0.1000g樣品于坩堝，放入馬弗爐內(nèi)，開(kāi)啟爐門(mén)通氧，在950℃下燒1h后，分別以紅外吸收法和吸收重量法測(cè)殘?zhí)?，然后再?jì)算出SiC的含量，其結(jié)果對(duì)照如表5所示。

表5 碳化硅測(cè)定結(jié)果對(duì)照Table 5 Determination results of the silicon carbide ／%

從表5分析結(jié)果可以得知，兩種方法的結(jié)果相吻合，不超出國(guó)標(biāo)的允許誤差。

3.5 精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)實(shí)際樣品中的碳化硅進(jìn)行8次測(cè)定，其結(jié)果如表6。

表6 樣品中精密度測(cè)定結(jié)果Table 6 Results of the precision tests／%

從表6可以看出，紅外吸收法所測(cè)定脫氧劑中的碳化硅量其RSD為0.5%～0.7%；精密度良好，符合分析的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，建立了用紅外吸收法測(cè)定碳化硅類煉鋼脫氧劑中殘?zhí)剂咳缓髶Q算成SiC的分析方法，不僅避免了鐵、鋁等雜質(zhì)的干擾，同時(shí)又消除了高碳及石墨雜質(zhì)的影響，使測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。另其回收率為98%以上，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5%～0.7%，能夠滿足生產(chǎn)分析的要求，實(shí)際應(yīng)用效果良好，分析速度快、簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)，在碳化硅類樣品中的測(cè)定具有很高的推廣使用價(jià)值。

［1］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 3045—2003普通磨料碳化硅化學(xué)分析方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［2］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 16555—2008含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化學(xué)分析方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］鄭迅燕，常相征，張亞麗.高頻紅外碳硫儀測(cè)定碳化硅中的SiC［S］.化學(xué)工程師，2006，128（5）：36－37.

［4］程堅(jiān)平，徐汾蘭.管式爐加熱紅外吸收法測(cè)定脫氧劑中碳化硅及游離碳［S］.冶金分析，2007，27（8）：39－42.

［5］楊春晟，楊崢，劉爽，等.鋁基復(fù)合材料中不同形態(tài)碳分析方法的研究［J］.中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)，2011，1（1）：73－77.

［6］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T3521—2008石墨化學(xué)分析方法 ［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［7］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 2001—1991焦炭工業(yè)分析測(cè)定方法 ［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.