袁 輝，孫雪濤，張祖輝

低氮低硫增碳劑是一種新型增碳劑，是冶煉優(yōu)質(zhì)高碳鋼或高純凈鋼必不可少的輔助添加劑，其質(zhì)量一定程度上關(guān)系到成品鋼的質(zhì)量。硫含量的高低是考核其質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)艾氏卡法和高溫燃燒法測定全硫含量，前者雖然測定結(jié)果準(zhǔn)確，但由于分析周期較長，不能滿足快速分析的要求；后者雖然操作步驟簡便，但所用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和使用要求很高，容易產(chǎn)生分析誤差，影響結(jié)果準(zhǔn)確度。高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測定硫是目前國際上普遍認(rèn)可的一種分析方法，但由于低氮低硫增碳劑是非電磁感應(yīng)物質(zhì)，樣品呈粉末狀，碳含量很高，如何使樣品充分燃燒形成良好的熔融狀態(tài)，以確保硫穩(wěn)定完全地釋放，是方法的關(guān)鍵所在。本文通過試樣加入量、助熔劑的選擇和配比、添加方式等分析條件，保證了硫穩(wěn)定完全釋放，在滿足分析準(zhǔn)確度和精密度的前提下達(dá)到了快速檢測的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

EMIA-820V碳硫分析儀（日本HORIBA公司）；FK-10高溫爐（日本HORIBA公司）焙燒坩堝；

陶瓷坩堝：通氧條件下于1100℃預(yù)燒20min，取出后冷卻至室溫，儲存于干燥器中備用；

AG104電子分析天平（METTLERTOLEDO公司）。

無水Mg（ClO3）2（日本Nacalai Tesque株式會社）；堿石棉（美國Aldrich Chemical公司）；純鐵、鎢粒(冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院)；錫粒（天津市申泰化學(xué)試劑有限公司）；載氣：O2（純度99.99%）；動力氣：壓縮空氣。

1.2 儀器的分析條件

載氣壓力：0.30MPa；動力氣壓力：0.35MPa；等待時間：5s；積分時間：60s；比較水平：2.0%比較水平等待時間20s。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 試樣的處理 樣品制備前應(yīng)在105~110℃溫度下烘干1h以上，制備好的樣品應(yīng)保存于干燥器中。

1.3.2 測定 按照EMIA-820V碳硫分析儀的分析手冊，開機(jī)、預(yù)熱2h、通O230min，然后進(jìn)行分析。為獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果，儀器應(yīng)保持良好狀態(tài)，分析前燃燒爐要清潔干凈，無水高氯酸鎂和堿石棉應(yīng)保持有效，以消除水和雜質(zhì)對測量的影響。

空白試驗(yàn)：分析過程中，助熔劑、坩堝、助燃?xì)怏w中的硫等均會引進(jìn)空白值，但其主要來源還是助熔劑。在處理好的陶瓷坩堝中加入試驗(yàn)時加入的助熔劑量，平行測定≥3次，計(jì)算硫的平均空白值，并將空白值輸入儀器中，自動扣除空白。

校正試驗(yàn)：選用硫含量相近的焦炭標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校正，得出穩(wěn)定而一致的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行校準(zhǔn)，然后再進(jìn)行試樣分析。

樣品測定：準(zhǔn)確稱取0.100g樣品于預(yù)先裝有0.500g純鐵的陶瓷坩堝中，準(zhǔn)確加入0.300g錫粒，覆蓋1.500g鎢粒，將坩堝放到坩堝托上，按測試條件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 稱樣量的確定

試樣熔融依靠助熔劑產(chǎn)生的渦流熱量，稱樣量的多少直接影響分析精度和分析速度。稱樣量過大，樣品飛濺多，燃燒不完全，熔融效果不好，積分時間長，分析結(jié)果偏低，而且給碳吸收池帶來不良影響，影響儀器的使用壽命。稱樣量太少時稱量誤差增大，樣品缺乏代表性，空白對結(jié)果的影響也將增大。分別選擇不同稱樣量進(jìn)行試驗(yàn)（見表1），結(jié)果表明稱樣量在50~100mg為宜，在保證試樣熔融狀態(tài)良好、不飛濺，且使稱樣量盡可能大的前提下，稱取100mg試樣時效果最佳。

表1 稱樣量對測定結(jié)果的影響Tab.1 Effectof added quality to results

2.2 助熔劑的選擇和添加方式的確定

低氮低硫增碳劑是非電磁感應(yīng)物質(zhì)，燃燒時難以產(chǎn)生較大的電磁感應(yīng)渦流，且樣品呈粉末狀，質(zhì)輕易飛濺。樣品燃燒的是否完全是影響分析結(jié)果穩(wěn)定性的關(guān)鍵。純鐵可以增加電磁感應(yīng)強(qiáng)度，以彌補(bǔ)樣品電磁耦合感應(yīng)強(qiáng)度不足的問題；錫粒熔點(diǎn)低，蒸發(fā)后覆蓋在試樣表面，有助于避免試樣的飛濺；鎢粒能提供較高的熱值，透氣性好，測量空白低，能降低碳硫釋放速度，是高頻爐常用的助熔劑。選擇純鐵、錫粒、鎢粒3種常見助熔劑進(jìn)行試驗(yàn)。選取艾氏卡法測定值為0.27%的低氮低硫增碳劑試樣為研究對象，通過不同添加方式進(jìn)行試驗(yàn)。

由表2可知，預(yù)先在坩堝底部鋪純鐵，然后在樣品上覆蓋錫粒和鎢粒，試樣熔融狀態(tài)最好，測定值最穩(wěn)定。

2.3 助熔劑的加入量

為了優(yōu)選三元復(fù)合助熔劑的最佳用量，固定稱樣量為0.100g，將純鐵、錫粒、鎢粒進(jìn)行正交試驗(yàn)并最優(yōu)化，各種助熔劑的用量為0.500g純鐵、0.300g錫粒、1.500g鎢粒時最佳，氣體釋放完全，粉塵少，燃燒積分曲線光滑，分析結(jié)果穩(wěn)定。

表2 助熔劑的選擇加入方式對測定結(jié)果的影響Tab.2 The influences on the determination results by addingmeans of flux agent

2.3 分析周期

2.3.1 比較水平的選擇 儀器的實(shí)際分析周期是由比較水平和積分時間這兩個參數(shù)決定的。試驗(yàn)中需要通過合適的設(shè)置來保證積分時間一致，每次分析周期由比較水平?jīng)Q定。當(dāng)檢測元件的輸出越過峰值后等于比較水平時分析就結(jié)束了。比較水平越大分析時間越短；比較水平越小，分析時間越長。當(dāng)積分至比較水平值，如果此時已超過最短分析時間，則會停止積分。如果未超過最短分析時間，則會一直積分到最短分析時間。

比較水平設(shè)定為1%、2%、3%進(jìn)行試驗(yàn)，比較水平設(shè)定低造成分析時間延長，結(jié)果偏高；比較器水平設(shè)定高造成分析時間縮短，信號收集不完全使結(jié)果偏低。本方法設(shè)定比較器水平為2%。

2.3.2 積分時間的選擇 把積分時間分別設(shè)定在45、50、55、60s，選擇艾氏卡法測定值為0.27%的試樣各測定3次。從測定值與實(shí)際積分時間分析對比中發(fā)現(xiàn)，積分時間在55~60s時測定結(jié)果最接近認(rèn)定值。綜合考慮數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，將積分時間確定為60s。

2.4 準(zhǔn)確度與精密度試驗(yàn)

將艾氏卡法測定值為0.27%和0.50%的兩個低碳低硫增碳劑試樣，按照儀器的最佳分析條件和試驗(yàn)方法個進(jìn)行8次分析，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，測定誤差符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)果見表3。

表3 準(zhǔn)確度與精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of accuracy and precision test

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論：高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測定低氮低硫增碳劑中的全硫是一種準(zhǔn)確、快速、簡便的分析方法，適用于企業(yè)快速檢測的要求。

［1］HORIBA碳硫分析儀EMIA-820V系列操作說明書.

［2］ 張長均,王蓬,張之果.影響高頻紅外碳硫儀分析結(jié)果穩(wěn)定性因素的探討［J］.冶金分析,2006，26（6）：90-91.