【doc】HCS—140型红外碳硫分析仪测定钢铁中痕量碳硫的探讨

1、hcs140型红外碳硫分析仪测定钢铁中痕量碳硫的探讨hcs一140型红外碳硫分析仪测定钢铁中痕量碳硫的探讨品质部王在辉摘要.本文对红外吸收法测定钢铁中痕量c,s的最佳条件,助熔剂类型进行了探讨,做了基准物质的回收实验,进行标样考核,取得了满意的结果.1前言在钢铁分析中,c,s是常规分析中的两大元素,其含量高低不但是反映炉前炼钢工艺条件的一个重要参数,也是影响炉后品种质量产品规格的一个重要元素,随着现代化科学技术的发展,红外测试c,s的新技术在分析化学领域中开拓了广阔前景,我们采用上海德凯公司的hcs一140型c,s分析仪对痕量c,s的分析作了探讨,对于满足生产需要熟悉开发仪器性能,积累经验,扩

2、大应用,均具有现实意义和研究价值.?2工作原理所有无机物或有机化合物除非极性分子如0,h,n等外均吸收红外线.由于各种化合物的吸收均不相同,因此可利用红外光谱进行某些化合物的定性,定量分析.hcs一140测定仪就是利用这种红外光谱来测定c,s含量的.在红外光源中利用红外范围(2.515taxa),即被测定的气体和这个波长发生一定光吸收反应(朗伯比尔定律).朗伯比尔定律:i=ioeapl式中:i.一入射光强;i一出射光强:a一吸收系数;p一该气体的分压强;l一分析池的长度.受到红外线照射的co和so以各自固有的振动和转动运动,吸收相应波长的光,从而混合在一些的co,so吸收的波长位置也不同(co

3、2一-4.2p,m,so27.41m)在测定系统上设置的两个红外吸收池可以同时测定波长位置不同的co和so.分析前,先在天平上称取1.oo00g左右钢铁试样于坩埚中,在高频炉中加热通氧燃烧,试样中的碳和硫分别氧化成co,so而释放出来,被氧气带至红外控制测定池进行测量,再经计算机自动处理而将数据显示出来.3实验部分3.1仪器和材料仪器:hcs一140高频红外碳硫测定仪(上海德凯公司产).助熔剂w:株洲产(一级).标样:6547.钢,含c0.060%,s0.0090%,高纯铁gbw01402一b含c0.00150%,s0.00120%(山西产).3.2实验方法a.空白值的测定:选定测定通道,空白

4、?31?清零,在二次灼烧处理过的坩埚内称取1.o000g纯铁标样,输人重量,再加1.ogw助熔剂,以纯氧作助燃气和载气,在清洗时间为15s的情况下按分析键,至少选用三个平行稳定的结果计算平均值,按下式计算空白值.空白值=(平均结果一标准值)输入空白值.b.仪器校正:测定方法如空白测定,在系统修改方式下至少用3个平行测定的结果对仪器自动校正.c.在空白测定仪器校正完毕后,称取1.o000g低c,s的钢样于二次处理坩埚中,输人重要,加人1.og助熔剂w覆盖在其表面,以高纯氧作载气和助燃气,在清洗时间为15s的情况下按分析健测定其c,s含量.4实验条件4.1影响空白值大的因素对于低含量c,s的分析,

5、空白值的大小及其稳定性直接影响检测下限和测定结果的重现性,因此空白问题是测定痕量c,s的关键,为了降低检测下限,就必须降低空白值.我们从以下几个方面对降低空白值作了一些努力.4.1.1坩埚一般市售坩埚含c0.001%,s0.0005%左右,不能满足痕量c,s分析的下限要求,经过900高温灼烧23小时后的坩埚,能脱去坩埚中的一部分c,s,称之一次处理坩埚,再经过高频感应炉通过氧燃烧处理后,其碳硫含量就会更进一步降低,称二次处理坩埚.下面我们对处理不同的两种坩埚进行测定比较,结果如表1,从表中数据可以看出,使用二次处理的坩埚,其分析结果有一定的差距,说明坩埚经二次处理是必要的,对于空白值的降低有一

6、定作用.-32.表1不同处理后的坩埚测定结果比较兰!翌:!测定值c;%平均值堂兰!兰苎里:!测定值s;%平均值noom(00061)n00166(0.00099).n00088no0163一次处理坩埚n00d82(n00065)(n0o064)o.00166(0.00104)(n001o3)notm3(l0co66)n00158(0.o0105)0.00079(n0co57)n00160(0.00094)0.00076n00155二次处理坩埚n姗(n蝴)(n00063)n伽(n00093)(n00096)n000720.oo14(o.0001o0)两次测定结果之差n00012(0.00004)

7、notog(o.00o07)4.1.2助熔剂测定痕量c,s要求使用低空白的助熔剂,为此,我们对实验所用到的助熔剂均进行了碳硫空白检查,方法是称取1.o000g助熔剂于二次处理过的坩埚中,再称取1.o000g纯铁覆盖其表面,在设定分析条件下分析数次,用平均结果减去纯铁的c,s含量即得助熔剂的c,s含量.结果我们得出助熔剂w含c为0.00014%,s0.00007%,选择w作空白实验.4.1.3空白实验根据以上实验,我们选用二次处理过的坩埚,w作助熔剂,做空白实验,结果如表2,由此可知,空白值较低,适合于痕量c,s试样的分析.表2空白试验4.2清洗时间的选择仪器分析时每分析完一个样品后都会产生一定

8、的记忆效应(由于管壁气体吸附和释放处于动态平衡状态.管壁吸附的气体逐渐释放需要一定时间),势必对紧接着分析下一个样品结果产生影响.另外,hcs一140测定仪在装载坩埚时也会引进少部分的空气,对c,s的分析结果也会产生影响.因此每此分析前必须有一定的清洁时间,尽可能减少记忆效应和消除空气中c,s的影响.对此我们选用纯铁作样品,对不同的清洗时间作了分析测定,结果见表3.从表3中可看出,随着清洁时间的延长,样品中c,s的数据减小,当清洗时间大于10s时,可以认为清洗干净,数据也相对稳定,过分延长清洗时间是不必要的.因此选择10s一20s作为清洗时间比较合适.表3不同清洗时间对测定结果的影响潮定值!巫

9、亟二互二亟n001980.001295:80-001960.00195(n00150)10;820;8o.00191n00189o.00180o.00183o.00182o.00180o.00184n00184(0.00150)0.oo182(0.00150)0.00i1370.00137(o.00120)0.001440.001340.001310.00132(o.00120)0.00132o.001350.001320.00133(o.001细)o.00131表4不同称样量对测量结果的影响标样标准值称样量测定值;%c平均值s平均值残余物状态纯铁gc:0.00150%bwo1s:0.0012

10、0%422一b6547#钢c:0.060%s:0.oo9o%o.5o310.49990.49961.0331.04281.0o481.99642.00392.50272.5o502.5o47n51670.4977o.9966lioo441.99683.4694.o4515.0332o.00166o.00144o.00149o.00160o.00142o.00136o.00126o.00ll70.00ll5o.00ll3o.001o7o.o620.o62no62o.o600.0590.058no58no55o.00153o.00146o.00122o.00ll2o.o62o.o61o.0590.

11、o58o.0580.0550.00114o.00114o.00ll9o.00ll9o.00ll8o.00114o.001o8o.001o60.001o5o.00105o.00105o.00ll6o.00ll7o.001o7o.001o50000o.01000.o100.o.0o97o.0o920.084o.005oo.004oo.0o29o.0o95o.0084o.唧o.004oo.0o29钢液流动性好,面光滑,气孔.熔剂和试样均匀并完全氧化燃烧熔融物表面不光滑,凹凸不平,内部有气孔,氧化不完全表面光滑,元气孔,完全氧化燃烧熔融物表面凹凸不平,有气孔,氧化不完全,当称量大于4.og时,有明显没

12、有氧化燃烧的试样15.014?0誉王.0毯疑12.0善11,010.0ocxsgbw1402-b重量;g7065605550iocss标值一一,.一,1.l,一,c茁一.1lii图1试样量的合理选择654.7#的重量:g12.01n0.04.02.0?33?斗e三6u4.3试样量的选择对于钢铁中痕量c,s的分析,由于含量低,其测定结果的相对误差比较大.应该说增加试样量对c,s起到了富集的作用,测定结果应该好一些,对于本仪器是否合适,我们对此选用两种不同的标样作了不同的重量实验,结果如表4和图1.由表图和实验现象可知:a.对于样品中c,s的同时测定称量在0.50001.0000g之间的分析结果最

13、好,数据稳定且接近于标准值.b.称量大于2.0000g,c,s的分析结果离标准值越来越远.c.观察分析后的熔融物,称量样在0.50001.000g之间时钢液流动性好,表面光滑,破开观察,无气孔,助熔剂和试样混合物均匀并完全氧化燃烧,称样量大于2.000g时,熔融物表面不光滑,凹凸不平,破开观察内部有气孔存在,并且称量越大,气孔就越多,氧化也不完全,称量大于4.000g时,有明显没有被氧化的试样存在,因此,试样量对测定结果是有影响的.4.4助熔剂与试样量的配比经德凯公司技术员推荐w是较好的助熔剂,具有导磁性强燃烧热高,c,s含量低,燃烧稳定等特性.因此,我们选择w做为助熔剂,对于一定的试样量,不

14、同量的助熔剂对分析结果有一定的影响,助熔剂太多,会使固体层加厚,易产生气泡,使分析结果偏低,选择适量助熔剂,不仅能使试样充分氧化熔融,c,s的转化充分,而且能防止样品飞溅,降低粉尘量,提高测量分析的准确度.按照设定的工作条件对不同量的助熔剂进行实验,结果如表5,从表中可看出,加人助熔剂w为2.0g时,c,s的分析结果较好,能得到准确而精密度高的测定值.4.5基准物质的回收实验表5助熔剂与试样量的配比(试样量1.0000g)为了更好地了解仪器测量痕量c,s的准确度,在清洗时间15s条件下,以w作助熔剂,用二次处理坩埚,对基准物质cacoks0作了回收实验.采用重量稀释方法.在万分之一的光电天平上

15、称取若干毫克的caco3,kso手动输入1.0000g,所测结果如表6,由此可知,c,s的转化率都很高,并且稳定性和重现性都很好,说明本法对低含量c,s的测定是可行的.?34?表6回收率实验5方法考核按照实验方法,对1.0000g标钢进行测定,分析结果如表7,根据分析结果,可知其表7准确度和精密度都较好,本方法可适于钢样中痕量c,s的分析测定.表7标样考核实验数据6结语8.通过实验可知,使用hcs一140型高频红外碳硫测定仪测定钢中痕量的c,s是可行的,这种方法准确度高,操作简便,分析速度快,污染少,是一种比较理想的c,s分析方法.b.低含量c,s的分析关键是要考虑怎样降低测定下限,提高仪器的

16、灵敏度.因此,怎样降低空白是一个重要问题,除了净化载气,处理坩埚外,助熔剂和粉尘的影响也是不可忽视的.c.助熔剂的类型对c,s的转化率有一定影响,因此选择合适的助熔剂是实验成功与否的关键,合理的助熔剂,它不仅能降低熔点,改变熔质熔化特性,而且能导磁耦合感应燃烧,提供试样氧化热量,减少粉尘,防止飞溅的作用.d.影响c,s转化回收的因素很多,有仪器固有的一些因素和人为选择的影响,在本仪器给定条件下,主要取决于助熔剂的合理选择,助熔剂和样品的性质和用量等.冶金行业近期重点普及推广4项重大节能环保技术干熄焦.采用干熄焦工艺替代湿熄焦工艺,可减少大量酚,氰化物及粉尘0.5屯/吨焦,节能0.1吨标吨焦,节水0.58屯/吨焦.目前全国冶金焦炭产量约9000万吨,若有50%采用干熄焦工艺,每年即可减少粉尘排放2000万吨,节能350万吨标准煤,节水2000万吨,经济效益可达l8亿元.高炉顶压压差发电(trt).对容积为1350立方米的高炉,采用干式trt工艺,可节水2.5万吨/年,减少污泥处理量2万屯/年,增加发电量5000万kwh.目前全国可建设trt装置的高炉容积约35000立方米,若都采用干式tr