高频红外碳硫分析仪测定钢\生铁\铁矿石中的碳和硫

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摘要：为实现快速、准确测定样品中碳、硫的含量，探索了利用高频红外碳硫仪分析样品的实验条件。通过优化设计，建立了高频红外碳硫仪分析碳钢、低合金钢、合金钢、生铁、铁矿石中的碳、硫的方法。该法用于钢铁及矿石样品中碳、硫的测定，结果令人满意。

关键词：高频红外碳硫分析仪；碳钢；低合金钢；合金钢；生铁；铁矿石；碳；硫

一、前言

钢、生铁、铁矿石中碳、硫含量的测定，大多采用经典的管式炉气体容量法、管式炉内燃烧后碘酸钾滴定法、燃烧碘量法等[1-3]，这些测定方法操作不易掌握，速度慢，样品熔融不完全，经常导致测定结果不稳定。而用高频红外碳硫吸收法，样品能够完全燃烧，碳和硫释放完全，分析速度快，操作简单，是比较理想的一种分析方法。

二、试验部分

（一）主要仪器与试剂

高频红外碳硫分析仪（无锡创想分析仪器有限公司，HW2000型）；电子天平（丹佛TP114型，分辨率0.1mg），瓷坩埚25mm×25mm（唐山市开平盛兴化学瓷厂，1000℃灼烧4 h后自然冷却，贮于不涂油的干燥器中备用）；纯铁助熔剂（821D，C＜0.0005%，S＜0.00008%，山东冶金研究院）；锡助熔剂（20-60目，C＜0.0008%，S＜0.00003%，山东冶金研究院）；纯钨助熔剂（20-40目，C＜0.0008%，S＜0.00005%，山东冶金研究院）。氧气（纯度≥99.5％）。

（二）试验方法

1.校正与确认试验

开机预热1 h，待仪器稳定后，空烧3次，做废样3次。然后分别用钢、生铁、矿石标样在各自的通道进行分析测定并校正，得出新的校正系数，然后用另外的标样进行确认分析，结果合格后进行试样分析。

2.样品检测

碳钢和低合金钢、合金钢、生铁、铁矿石的分析方法分别为：

碳钢和低合金钢：试样0.4~0.6g+1.5钨粒。合金钢：试样0.4~0.6g +1.5g钨粒+0.2g纯铁+0.2g锡；生铁：试样0.2~0.3g+1.5g钨粒。铁矿石：试样0.15~0.2g+0.4g纯铁+1.5g 钨粒。

三、结果与讨论

（一）样品处理

钢样：制样过程中，温度不得过高，以免碳的氧化，不得用手直接接触试样。生铁：将生铁样品的粒度规范到80目以内，使样品均匀，易熔。铁矿石：破碎研磨后，过100目筛，于干燥箱中105～110℃干燥至恒重，并保存于干燥器中，备用。

（二）分析时间的选择

1.分析前吹氧时间：分析前吹氧是为了将进入系统中的空气排出。冲洗是否彻底，将直接影响测定结果的准确度。因此，必须选择合适的吹氧时间，时间过短，空气残留，空白偏高；时间过长，分析样品时间也将延长。试验表明，吹氧时间在15S比较合适。

2.积分时间：积分时间可以有效地控制分析持续的时间，积分时间太长将导致不必要的分析延长，而积分时间不足将损失有效的数据。经过多次实验，观察积分曲线，积分时间在35S较为合适。

（三）称样量的选择

样品称样量不同，其所含的碳、硫量就存在差别，导致分析结果落在仪器校正曲线上的区域不同。由于仪器线性范围所限，这种校正区域的差异会造成分析结果的波动，尤其在分析仪器的上、下限附近时这种影响更为突出。称样量过少，称量误差会增大；称样量过多，可能引起测量池中样品的溢出，燃烧反应过激而喷溅严重，不利于碳、硫的稳定释放，造渣多，粉尘大，吸附严重，分析拖尾。试验证明，碳钢、低合金钢、合金钢0.4~0.6g，生铁0.2g，铁矿石0.15~0.2g，试样中碳、硫元素的分析效果良好。

（四）助熔剂及其用量

助熔剂的种类及用量直接影响分析结果。碳钢、低合金钢和生铁采用1.5g钨粒。合金钢采用1.5g钨粒+0.2g纯铁+0.2g锡为助熔剂。铁矿石样品在瓷坩埚中燃烧时易飞溅，SO2 易吸附，结果易偏低。不加纯铁时，样品无法燃烧，加入 0.2~0.5 纯铁，矿样的导磁性提高，测定结果稳定。加入纯铁低于0.2g试样燃烧不完全，高于0.5g，高频炉板流太大，有损高频炉。本文采用铁矿石试样0.15~0.2g+0.4g纯铁+1.5g钨粒。

（五）实验结果

选取山东冶金研究院研制的四种不同的标准样品，按照试验方法，准确称取标样在高频红外碳硫分析仪上进行测定，测定结果见表1。

表1. 标准样品中碳、硫的测定结果

Table 1. Determination results of carbon and sulfur in standard samples w / %

标样 标准值 测定值（n=6） 平均值 标准偏差 相对标准偏差

碳结钢

YSBC28148a-94 C 0.200 0.20015,0.20324,0.20507,

0.19995,0.20411,0.19962 0.20202 0.00240 1.19

S 0.027 0.02702,0.02712,0.02728，

0.02691,0.02687,0.02723 0.02707 0.00017 0.63

合金钢

YSBC28309-93 C 0.419 0.41922,0.41940,0.41878，

0.41886,0.41792,0.41934 0.41892 0.00055 0.13

S 0.015 0.01531,0.01502,0.01546，

0.01485,0.01529,0.01601, 0.01532 0.00040 2.61

生铁

YSBC28034-94 C 3.03 3.03412,3.03408,3.04007

3.03720,3.02784,3.03605 3.03489 0.00411 0.14

S 0.061 0.06081,0.06123,0.06044，

0.06130,0.06076,0.06090 0.06091 0.00032 0.53

铁精矿

GSB03-1694-2004 S 0.055 0.05530,0.05529,0.05612,

0.05468,0.05564,0.05549 0.05542 0.00047 0.85

从表l可知，测定结果与标准样品的标称值相吻合，绝对误差符合文献[l~3]所规定的允许误差。表明该测定方法的准确度高，测定结果可靠。

四、结论

通过实验，总结出利用HW2000型高频红外硫分析仪对钢、生铁及铁矿石样品分析碳硫含量的合适的方法。应用表明，精密度和准确度都符合标准要求。

参考文献：

[1]GB/T223.69-2008, 钢铁及合金 碳含量的测定 管式炉内燃烧后气体容量法[S].

[2]GB/T223.68-1997, 钢铁及合金化学分析方法 管式炉内燃烧后碘酸钾滴定法[S].

[3]GB/T6730.17-1986，铁矿石化学分析方法 燃烧碘量法测定硫量[S].

[4]汪本林，郭洪涛.红外吸收光谱法测定金属材料中碳硫元素的原理及注意事项[J].化学分析计量，2007，16（1）：65-67。