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        紅外吸收法測(cè)定煉鋼碳化硅類脫氧劑中的碳化硅

        2012-12-01 05:57:50徐本平
        關(guān)鍵詞:脫氧劑馬弗爐熔劑

        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,通過堿吸收重量法來測(cè)定總碳,扣除游離碳,通過計(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℃的馬弗爐中開啟爐門通氧燃燒完全后,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啟爐門通氧,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)果見表1。

        由表1可見,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),開啟爐門通氧,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.

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