冶金工业~钢铁分析

冶金工业钢铁分析孙敬泽|朱立宁|颜超义万中林

|巩光帅

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王志飞第一组目录Content钢铁中硫的测定1钢铁中碳的测定钢铁中锰的测定钢铁中磷的测定钢铁中硅的测定234501碳是区别铁与钢、决定钢号、品质的主要标志。总碳量的测定通常使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。碳在钢铁中主要以两种形式存在，一种是游离碳，另一种是化合碳。钢铁中碳的测定试样于高温1200～1300℃的高温的氧气流中燃烧生成二氧化碳，混合气体经过除硫后收集于量气管中，然后以氢氧化钾溶液吸收其中的二氧化碳，吸收前后体积之差即为二氧化碳的体积，由此计算碳含量。

钢铁中碳的测定

方法原理（一）燃烧后气体容量法钢铁中碳的测定

测定装置l.氧气瓶，2.氧气表，3.缓冲瓶，4、5.洗气瓶，6.干燥塔，7.玻璃磨口塞,8.管式炉，9.燃烧管，10.除硫管,11.容量定碳仪(包括冷凝管a、量气管b、水准瓶c、吸收瓶d、小旋塞e、三通旋塞f、），l2.球形干燥管，13.瓷舟,14.温度自动控制器.15.供氧旋塞钢铁中碳的测定

测定步骤量气管调零检验装置是否漏气测定将试样装入瓷舟内，用长钩推至炉内温度最高处，立即塞紧磨口塞，预热1min，按仪器规程操作，读取读数。开启橡皮塞，用长钩拉出瓷舟，即可进行下一试样的分析。钢铁中碳的测定

结果计算（1）当标尺读数为体积（mL）时：（2）当标尺刻度为碳含量时：V—测定温度为t、压力为p时，标尺的读数，mL；X—测定温度为t、压力为p时，标尺的读数，%；f—温度、气压的校正系数，可通过计算、查表得到。

计算时应考虑到标尺刻度及温度和压力校正系数通常把101.3kPa、16.00℃时的体积V16与测定条件下的体积Vt之比作为碳的校正系数：p-测定时的大气压，kPa;pt-测定温度为t时水的饱和蒸气压，kPa;p16-16.00℃时水的饱和蒸气压，kPa;t-测定时的温度，℃。钢铁中碳的测定

注意事项本方法的测定范围为0.10～2%。所用的助熔剂为锡粒、氧化铜、五氧化二钒等，其含碳量不超过0.005％，应同时做空白实验。更换水准瓶中的溶液、除硫剂等，应做几次高碳试样，使CO2达到饱和。如测定含硫量较高的试样（大于0.2%），应增加除硫剂的量。避免测定过程中温差造成的影响。保证燃烧完全。测定完高碳试样后，应空通一次，再做低碳样品。新的燃烧管要通氧灼烧，以除去燃烧管中有机物。试样在1150～1300℃的高温氧气流中燃烧，生成的气体经过除硫管除去二氧化硫，导入乙醇-乙醇胺介质中，乙醇胺吸收二氧化碳后生成2-羟基乙基胺甲酸，以百里酚酞-甲基红为指示剂，用乙醇钾滴定至溶液呈稳定的蓝色时即为终点。

钢铁中碳的测定

方法原理（二）燃烧后非水滴定法为了改善滴定终点的敏锐程度C2H5OH+KOH=C2H5OK+H2OCO2+NH2C2H4OH=HOC2H4NHCOOHHOC2H4NHCOOH+C2H5OK=C2H5OCOOK+NH2C2H4OH

乙醇胺2-羟基乙基胺甲酸乙醇钾碳酸钾乙脂加入丙三醇可防止乙醇钾和碳酸钾乙脂的沉淀析出，增强体系的稳定性钢铁中碳的测定

主要反应加入乙醇胺可以增强体系对二氧化碳的吸收能力电弧炉非水滴定法定碳装置图钢铁中碳的测定

测定装置新型吸收杯1.消除二氧化碳的润湿吸收现象，从而提高分析精度；2.降低导气管表面张力，从而阻止非水溶液沿杯壁伸展。加标准溶液于吸收杯中，经电弧点火试样随即剧烈燃烧。当CO2进入吸收杯后，吸收液蓝色开始消退时及时滴加标准溶液，保持吸收液上层为浅蓝色，当终点颜色不再消失时，关闭进氧活塞片刻，再打开继续通氧，滴定至蓝色不褪色时即为终点。重复上述操作，记录每个样品消耗标准溶液的体积。吸收液即为滴定液钢铁中碳的测定

测定步骤试样中碳的质量分数按下式计算：

钢铁中碳的测定

数据处理T——

标准滴定溶液对碳的滴定度，g/mLV——

消耗标准溶液的体积，mLm——

样品的质量，g吸收：试样在高频炉或电阻炉中通氧燃烧，生成的二氧化碳混合气体导入已调好固定pH值的高氯酸钡吸收液中，由于二氧化碳的反应，使溶液pH值改变。

Ba(ClO4)2+CO2+H2O=BaCO3↓+2HClO4钢铁中碳的测定

方法原理（三）燃烧-库伦法电解：用电解生成的H+使溶液pH值回复到原来的固定值。根据法拉第电解定律，便可以求出电解生成的H+的量，从而计算出碳的量。2H++2e=H2↑(阴极反应，吸收杯）H2O-2e=2H++1/2O2(阳极反应，副杯）2H++BaCO3=Ba2++H2O+CO2↑若通过电路设计，使每个电解脉冲具有恒定电量，可以实现数显浓度直读、自动定碳的目的。钢铁中碳的测定

方法原理用丙酮等合适溶剂洗去试样表面的油脂，加入钨或钨锡混合物为助熔剂，向高频感应炉中通入氧气，将样品中的碳转化为二氧化碳，用红外吸收光谱法测定。该法适用于碳的质量分数为0.005%～4.3%的样品的测定。

（四）感应炉燃烧后红外吸收法钢铁中碳的测定

方法原理02硫的测定方法有多种，经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧后碘酸钾滴定法因具有快速，准确及适应面广的特点，而成为国内外的标准方法。钢铁中硫的测定钢铁中硫的测定

方法原理燃烧-碘酸钾滴定法将钢铁试样于1250～1350℃的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧化硫用含有淀粉的碘化钾水溶液吸收，生成亚硫酸，然后用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点。4FeS+5O2=2Fe2O3+4SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2SO2+H2O=H2SO3

燃烧吸收钢铁中硫的测定

方法原理滴定KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2OH2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI定硫仪的滴定部分装置1.球形管2.吸收杯3.滴定管钢铁中硫的测定

测定步骤将炉温升至测定所需要的温度（生铁，碳刚及低合金钢样，1250～1300℃；中、高合金及高温合金，精密合金，1300℃以上）准备好淀粉吸收液（硫含量小于0.01％的用低硫吸收杯，加入20毫升淀粉吸收液；硫大于0.01％的用高硫吸收杯，加入60毫升淀粉吸收液）。通氧，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点颜色，关闭氧气。钢铁中硫的测定

测定步骤称取适量试样，置于瓷舟中，加入适量助熔剂，将瓷舟推至高温处，预热0.5～1.5min，通氧，控制氧速为1500～2000mL/min，燃烧后的混合气体导入吸收杯中，使淀粉吸收液蓝色开始消褪，立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液面保持蓝色，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽相同即为终点。将炉温升至1200～1350C，检查装置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于0.01%用低硫吸收杯，加20mL吸收液；硫大于0.01%用高硫吸收杯，加60mL吸收液），以600～1500mL/min的流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点色泽，关闭氧气。钢铁中硫的测定

数据处理计算式子中

T—碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，g/mL；V—滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，mL；V0

—滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均体积，mL；

m—试料的质量，g钢铁中硫的测定

结果讨论1、由于硫的燃烧反应一般很难进行完全，因此这一方法硫的回收率不高，通常硫的回收率大约为90％；2、助溶剂中的还原铁粉含有的少量硫可能使测定结果偏高；3、测定硫含量时，一般要进行两次通氧，即在通氧燃烧后并滴定至终点后，应停止通氧，数分钟后再次按规定方法通氧，观察吸收杯中的蓝色是否消退，若褪色则要继续滴定至浅蓝色。03钢铁中磷的测定钢铁中磷的测定磷为钢铁中有害元素，通常是由冶炼原料带入。由于Fe3P质硬，因此影响钢铁的塑形和韧性，易发生冷脆。可以应用到炮弹中提高爆炸威力。告磷钢铁可以改善钢铁的切削性能。磷还可以提高钢铁的抗腐蚀性，特别是钢铁中有铜存在时效果更明显。测定磷的方法主要方法有：二安替比林甲烷磷钼酸重量法、磷钼酸铵容量法（目前应用最为广泛）、磷钼蓝光光度法、乙酸丁酯萃取光度法等。钢铁中磷的测定

方法原理试样用氧化性酸溶解后，大部分磷生成H3PO4，部分生成H3PO3，用KMnO4处理后，H3PO3被氧化成H3PO4。在适当的酸度下，加入钼酸铵即可生成黄色的磷钼杂多酸（H3[P(Mo3O10)4]），然后加入还原剂SnCl2将配合物中的Mo6+还原为Mo4+（H3[P(Mo3O10)4]———（2MoO2·4MoO3)2·H3PO4

），即将黄色的磷钼杂多酸还原为蓝色的磷钼蓝，其最大吸收波长为660nm。磷钼酸铵容量法钢铁中磷的测定

实验过程（1）制作工作曲线：准确称取0.1g纯铁（磷含量<0.0005%)6份，溶解后分别加入浓度为10μg/mL的磷标液0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50mL，按以上步骤测定各溶液的吸光度，绘制工作曲线。（2）样品的测定：准确称取试样0.1g于烧杯中，加10mLHNO3(2+3)，加热溶解，煮沸15s，驱尽氮的氧化物。滴加KMnO4溶液（40g/L)至有棕色沉淀析出。缓慢滴加NaNO2溶液至褐色消失，立即加入5mL钼酸铵-酒石酸钠钾混合溶液，加20mLNaF(24g/L)-SnCl2(2g/L)，冷却至室温，定容于100mL容量瓶中。用水作参比，在660nm处测定吸光度，根据工作曲线计算试样中磷的含量。钢铁中磷的测定

注意事项（1）酸度应控制在0.7～1.1moL/L。酸度过低会钼酸铵会被还原；酸度过高不能有磷钼蓝生成。（2）硅的存在可使部分生成钼杂多酸，可以采用控制溶液酸度消除，酸度一般控制在0.8moL/L。加入钼酸铵后立刻加入还原剂。也可配置钼酸铵—酒石酸钾钠混合溶液。使钼酸铵形成稳定的络合物。（3）NaF用量适宜，过少掩蔽不彻底；过多会破坏磷钼杂多酸。（4）SnCl2应适量，过多会还原钼酸铵，少量会还原磷钼杂多酸不彻底。（5）显色温度控制在20～30℃。过低不会显色，过高了显色不稳定。04钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。增强钢的硬度，减弱延展性。钢铁中锰的测定钢铁中锰的测定

方法原理试样经混合酸（硫酸、硝酸、磷酸）溶解后，以AgNO3为催化剂，用过硫酸氨将Mn2+氧化为MnO4-，用亚砷酸钠-亚硝酸钠标准溶液滴定至紫红色刚好褪去。（一）过硫酸铵氧化滴定法亚砷酸钠-亚硝酸钠标准溶液的配制和标定：称取1.6gNa3AsO3和0.86gNaNO2于烧杯中，加20mLH2SO4(2+3)，用水稀释至1000mL。称取基准物金属锰0.5000g于烧杯中，加入20mLHNO3(1+3)，加热溶解，冷却后，移入1000mL容量瓶中，定容至刻度。移取25.00mL上述锰标液，加入20mL硫磷混合酸，加10mLAgNO3溶液（5g/L)和10mL过硫酸氨溶液（200g/L)，低温加热30s，冷却，加10mL硫酸-氯化钠溶液，立即用Na3AsO3-NaNO2标准溶液滴定至紫红色刚好褪去。用下式计算Na3AsO3-NaNO2标准溶液对锰的滴定度。T=25.00×0.5000/1000V钢铁中锰的测定

测定步骤称取适量式样于锥形瓶中，加入30mL硫磷混酸，加热溶解，加10mLAgNO3溶液（5g/L)和10mL过硫酸氨溶液（200g/L)，低温加热30s，冷却，加10mL硫酸-氯化钠溶液，立即用Na3AsO3-NaNO2标准溶液滴定至紫红色刚好褪去。用下式计算试样中锰的质量分数。W=TV/m×100%钢铁中锰的测定

样品测定硫磷混酸中的磷酸不仅可以提高HMnO4的稳定性，还可以与Fe3+生成无色的配合物Fe(PO4)23-，有利于终点的判断。滴定过程中，如单独使用NaNO2，反应速度较慢，如单独使用Na3AsO3，可能有部分MnO4-被还原为Mn3+或Mn4+。因而要两者同时使用。试样中如含铬、钴量较大时会干扰测定。因为有Cr2O72-和Co2+生成。可在溶样后将溶液调至中性加ZnO，使Cr3+生成Cr（OH）3沉淀，过滤。Co2+的干扰可以用以下方法消除：在氨性溶液中用过硫酸铵氧化，使锰氧化为MnO2沉淀，过滤分离。滴定前须加入NaCl除去Ag+，否则产物Mn2+会变成高价锰。钢铁中锰的测定

样品测定试样经酸处理后，在硫酸、磷酸介质中，用高碘酸钾将Mn2+氧化为MnO4-，在530nm处测定吸光度。2Mn2++5IO4-+3H2O=2MnO4-+5IO3-+6H+本法的测定范围是0.01～2%。钢铁中锰的测定

方法原理（二）高碘酸钾氧化光度法试样用盐经酸和过氧化氢处理后，用水稀释至一定体积，喷入空气-乙炔火焰中，用锰空心阴极灯作光源，在279.5nm处测量吸光度。需要用纯金属锰配制标准溶液。钢铁中锰的测定

方法原理（三）火焰原子吸收光度法05壹、钢铁中的硅及测定方法叁、仪器和试剂贰、光度法方法原理肆、分析步骤钢铁中硅的测定钢铁中硅的测定

钢铁中的硅及测定方法硅在钢铁中主要以FeSi、Fe2Si、FeMnSi等形式存在。目前钢铁中硅的测定方法很多，常见的有高氯酸脱水重量法、氟硅酸钾容量法、硅钼酸盐广度法等。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点。由于光度法具有简单、快速、比较准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。钢铁中硅的测定

光度法方法原理试样用稀酸溶解后，使硅转化为硅酸，加高锰酸钾氧化碳化物，再用亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，钼酸铵与H4SiO4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸(硅钼黄)，在草酸存在下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝，在波长约810nm处测量其吸光度。3FeSi+16HNO3=3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO↑+2H2OFeSi+H2SO4+4H2O=FeSO4+H4SiO4+3H2↑H4SiO4+12H2MoO4=H8[Si(Mo2O7)6]+10H2OH8[Si(Mo2O7)6]+4FeSO4+2H2SO4=H8[Si(Mo2O7)6`Mo2O5]+2Fe2(SO4)3+2H2