趙希文 周 強(qiáng) 朱春要 陸娜萍

(江蘇省沙鋼鋼鐵研究院 分析測(cè)試中心，江蘇 張家港 215625)

前言

引流砂又稱引流劑，是一種填充于鋼包座磚及上水口內(nèi)的一種散狀耐火材料，在轉(zhuǎn)爐(或電爐)出鋼前放入以防止鋼水進(jìn)入，在澆鋼時(shí)再將其放出，起引導(dǎo)鋼流作用[1]。常見引流砂一般有鎂橄欖石質(zhì)、硅質(zhì)、鋯質(zhì)和鉻質(zhì)等四種[2-3]，鉻質(zhì)砂是這幾種里面應(yīng)用最多的一種，它在使用中的性能會(huì)受材料性能和工藝參數(shù)的影響[4]。引流砂中鐵和鎂量的測(cè)定，現(xiàn)有文獻(xiàn)沒(méi)有合適的分析方法，一般參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鉻礦石和鎂鉻質(zhì)耐火材料的分析方法[5-7]，即化學(xué)滴定法和分光光度法測(cè)定，測(cè)定過(guò)程復(fù)雜繁瑣。本文采用無(wú)水碳酸鈉-硼酸混合熔劑高溫分解試樣后加酸溶解鹽類，冷卻定容后用原子吸收光譜儀進(jìn)行測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)條件下，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=11)小于0.30%，加標(biāo)回收率在98.7%～101%，完全滿足日常質(zhì)量控制要求，可以極大提高分析效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及主要工作參數(shù)

原子吸收分光光度計(jì)(美國(guó)熱電ICE 3000 SERIES)，鐵空心陰極燈，鎂空心陰極燈，電子分析天平(METTLER TOLEDO-XP204)，箱式電阻爐(Nabertherm-N31/H)。

工作參數(shù)：鐵燈電流8 mA，波長(zhǎng)248.3 nm，通帶寬度0.2 nm，燃燒器高度7.0 mm,燃?xì)饬髁?.9 L/min；鎂燈電流6 mA，波長(zhǎng)285.2 nm，通帶寬度0.5 nm，燃燒器高度7.0 mm，燃?xì)饬髁?. 8 L/min。

1.2 試劑

鹽酸(分析純)；無(wú)水碳酸鈉∶硼酸(2∶1)，按比例研細(xì)混勻；鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液(200 μg/mL)、鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法配制。

實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水，所用試劑均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1分解試樣

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)試樣于25 mL鉑金坩堝中，加2.0 g混合熔劑，用玻璃棒混勻，蓋上鉑金蓋，移入高溫爐中，慢慢升溫至1 050 ℃，保持溫度熔融30 min，取出冷卻。洗凈坩堝底部，與蓋一起放入事先已經(jīng)加了100 mL鹽酸(1+4)的250 mL玻璃燒杯中，蓋上玻璃表皿，于電爐上低溫加熱，在低溫爐上加熱溶解熔融物。用玻璃棒取出坩堝和蓋并洗凈。待試液冷卻后移入250 mL容量瓶中，稀釋至刻度并混勻。同試樣做一個(gè)空白實(shí)驗(yàn)。

移取溶解好的試液5 mL于100 mL容量瓶中，加10 mL鹽酸(1+1)，用水稀釋至刻度并混勻備測(cè)。同試樣做一個(gè)空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.2工作曲線

鉻質(zhì)引流砂中主要成分為三氧化二鉻、二氧化硅，一般含量在35%和25%左右。本方法用基準(zhǔn)重鉻酸鉀和基準(zhǔn)二氧化硅打底，分別加入鐵和鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制校準(zhǔn)工作曲線。稱取基準(zhǔn)重鉻酸鉀0.067 8 g和基準(zhǔn)二氧化硅0.025 0 g各一份(工作曲線可以根據(jù)被測(cè)試樣的含量靈活調(diào)整濃度范圍)，用試樣分解方法處理后，再分別移取6份各5 mL 溶液于100 mL容量瓶中，按表1分別加入鐵和鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液，再加10 mL鹽酸(1+1)，定容，混勻。

表1 工作曲線校準(zhǔn)溶液的配制Table 1 Working curve series

2 結(jié)果與討論

2.1 熔劑品種的選擇

分別實(shí)驗(yàn)了過(guò)氧化鈉-無(wú)水碳酸鈉和無(wú)水碳酸鈉-硼酸兩種熔劑，結(jié)果表明兩種熔劑分別在1 050 ℃和750 ℃高溫時(shí)都能使試樣分解完全。考慮過(guò)氧化鈉-無(wú)水碳酸鈉分解樣品時(shí)要用鎳坩堝，過(guò)氧化鈉是強(qiáng)氧化劑腐蝕坩堝，鎳坩堝的損耗較大，且過(guò)氧化鈉性質(zhì)不穩(wěn)定容易變質(zhì)。因此實(shí)驗(yàn)選擇無(wú)水碳酸鈉-硼酸為熔劑，用鉑金坩堝分解試樣。

2.2 熔劑加入量的選擇

實(shí)驗(yàn)采用稱取0.10 g試樣，分別加入1.0、1.5、2.0、2.5 g混合熔劑(上層覆蓋0.5 g)進(jìn)行熔融實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明在熔劑量≤ 1.5 g時(shí)，無(wú)法保證試樣全部轉(zhuǎn)換分解，從而會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果偏低；而熔劑量增大試液中鈉鹽較高，對(duì)儀器以后測(cè)鈉有影響。實(shí)驗(yàn)確定采用0.1 g稱樣量，加2 g混合熔劑，即熔劑和試料比為20∶1，能取得重復(fù)性較好并具有代表性的結(jié)果。

2.3 熔樣溫度的選擇

引流砂中含鉻較高，試樣一般較難分解。依照上述實(shí)驗(yàn)條件分別實(shí)驗(yàn)了950、1 000、1 050和1 100 ℃，熔樣時(shí)間均為30 min，溫度在1 050 ℃以上均能將試樣分解完全，因此實(shí)驗(yàn)確定熔樣溫度定為1 050 ℃。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)試樣于鉑金坩堝中，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行樣品分析。對(duì)同一樣品連續(xù)測(cè)定11次，并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測(cè)定值和計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可見，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.30%，方法的精密度較好。

表2 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of precision test(n=11) /%

2.5 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)兩個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定，并同時(shí)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[4-5]進(jìn)行測(cè)定，兩組測(cè)定結(jié)果比較見表3。兩種方法測(cè)定結(jié)果誤差在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許差范圍內(nèi)，因此方法的準(zhǔn)確度較好。

表3 兩種分析方法的結(jié)果比對(duì)Table 3 Comparisons of analytical results

2.6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

取1個(gè)引流砂試樣按實(shí)驗(yàn)方法分解，并分別加入一定量鐵和鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液后按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，經(jīng)計(jì)算加標(biāo)回收率在98.7%～101%，結(jié)果見表4。

表4 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of recovery /%

3 結(jié)論

從分析結(jié)果可以看出，用本法測(cè)定引流砂中的鐵和鎂量，相對(duì)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單易掌握，并明顯減少分析時(shí)間。實(shí)驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.3%，測(cè)量誤差在分析方法國(guó)標(biāo)允許差內(nèi)，方法的準(zhǔn)確度和精密度滿足日常分析引流砂材料的質(zhì)量檢驗(yàn)要求。

[1] 劉鋒,劉志強(qiáng),趙惠忠,等. 引流砂含水量對(duì)鋼包自動(dòng)開澆率的影響[J]. 耐火材料(China’sRefractories),2011， 45(2):112-114.

[2] 鐘凱,單慶林,盧家凱,等. 提高首鋼京唐公司300 t轉(zhuǎn)爐鋼包自動(dòng)開澆率的措施[J]. 礦冶(MiningandMetallurgy),2013,22(增刊):48-54.

[3] 聞向東,周鄭,譚謙,等. ICP-AES法測(cè)定引流砂中鈣、鎂、鋁和鐵含量[J].廣州化工(GuangzhouChemicalIndustry),2017, 45(19):19-21.

[4] TOMBA M A G. 鋼包引流砂性能的測(cè)定[J]. 鞍鋼技術(shù)(AngangTechnology),2007(6):48-50.

[5] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì). GB/T24221—2009 鉻礦石 鈣和鎂的測(cè)定 EDTA滴定法[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[6] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì). GB/T24225—2009 鉻礦石 全鐵含量的測(cè)定 還原滴定法滴定法[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[7] 曹宏燕,劉振清,陳士華,等.冶金材料分析技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008：859-865.