紅外吸收法測(cè)定低碳硅鐵中的碳

王曉霞（寧波鋼鐵有限公司制造管理部，浙江 寧波 315807）

紅外吸收法測(cè)定低碳硅鐵中的碳

王曉霞（寧波鋼鐵有限公司制造管理部，浙江 寧波 315807）

硅鐵是煉鋼工業(yè)中必不可少的脫氧劑。作為合金元素加入劑廣泛應(yīng)用于低合金鋼，碳素鋼以及耐熱鋼中。本文就紅外碳硫測(cè)定低碳硅鐵中的碳含量的方法進(jìn)行了探討。利用高低碳硅鐵標(biāo)樣稱量變化建立工作曲線，對(duì)助熔劑選擇，空白試驗(yàn)等影響因素進(jìn)行闡述，確定了最佳分析條件，在準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性都取得了令人滿意的結(jié)果。

紅外吸收法；低碳硅鐵；碳

隨著鋼鐵企業(yè)冶煉技術(shù)的發(fā)展，低碳硅鐵已逐漸成為一些低碳鋼冶煉的主要添加劑，主要應(yīng)用于生產(chǎn)無取向硅鋼。由于低碳硅鐵中的碳含量一般都低于0.02%，其含量的準(zhǔn)確測(cè)定，不僅關(guān)系到低碳硅鐵的品位及價(jià)格，更重要的是對(duì)鋼材的性能有著至關(guān)重要的影響。硅鐵中碳的檢測(cè)目前主要依據(jù)國(guó)標(biāo)方法GB4333．10—1990，采用高頻感應(yīng)紅外吸收法，其測(cè)定范圍：0．025%～0．250%。國(guó)內(nèi)曾報(bào)道采用WFeSn分層夾樣品分析，單其空白值控制難，容易產(chǎn)生累計(jì)誤差，效果不是太理想。本文采用加入硅鐵專用助熔劑，利用硅鐵標(biāo)樣繪制工作曲線，通過進(jìn)行空白試驗(yàn)方法等的研究，建立了低碳硅鐵中碳的高頻感應(yīng)紅外吸收法，該方法檢出下限可達(dá)到0.0070%，滿足了現(xiàn)有生產(chǎn)檢測(cè)需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

儀器：CS-2000高頻紅外碳硫分析儀(德國(guó)ELTRA公司生產(chǎn))；

高頻感應(yīng)爐：功率2.2kW；振蕩頻率為：19.5 MHz。

助熔劑：純鐵，鎢粒，錫粒(已知碳含量小于0.0005%)

硅鐵碳硫分析專用助熔劑(LHDY01-WSnFe):C＜0.0005% S＜0.005%,20-40目

高氯酸鎂：高效吸水劑；工業(yè)純氧：純度，99.5%；空氣壓縮機(jī)：排氣壓力：0.4MPa；堿石棉：高效吸水劑。

陶瓷專用坩鍋：在感應(yīng)爐中應(yīng)耐高溫燃燒。使用前，將坩鍋在不低于1 000℃的溫度下灼燒4 h以上，置于干燥器中備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

①開機(jī)預(yù)熱2個(gè)小時(shí)，儀器進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，打開氧氣和空壓機(jī)，使氣路暢通。

②設(shè)置儀器參數(shù)，選擇通道，校正測(cè)試系數(shù)，同時(shí)進(jìn)行空白校正。

③稱取0.2000g試樣(精確至0.0001g)，置于已經(jīng)灼燒好的坩鍋內(nèi)，覆蓋1.8克硅鐵專用助熔劑。

④將盛有試料的坩堝置于坩堝托上，按分析鍵開始，儀器自動(dòng)分析試樣，分析結(jié)束時(shí)儀器顯示并打印結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 助熔劑的選擇

硅鐵是一種導(dǎo)磁、導(dǎo)電性較差的物質(zhì)，紅外吸收法是采用高頻振蕩加熱，在高頻振蕩過程中使試樣在電磁耦合作用下形成渦流，產(chǎn)生高溫使試料熔融。助溶劑的加入量，在分析超低含量的硅鐵中的碳時(shí)候，影響非常突出。國(guó)標(biāo)中采用0.4gSn+ 0.6gFe+1.5gW的方法，加入純鐵可以彌補(bǔ)硅鐵耦合感應(yīng)強(qiáng)度，但由于純鐵容易飛濺，易阻塞槍口，所以必須控制其加人量。錫粒熔點(diǎn)較低，對(duì)試樣有一定的助熔效果，但其燃燒后的氧化物粉塵易穿過金屬網(wǎng)而進(jìn)入紅外池，在以往的文獻(xiàn)中通常也都是采用多元助溶劑的方式加入，也必須嚴(yán)格控制其各自的加入量。

本文中采用硅鐵專用助熔劑，比純鐵，鎢粒，錫粒在使用過程中有很多的優(yōu)勢(shì)，因單元鐵，鎢，錫助熔劑各碳硫空白值含量不同，如每次助熔劑的稱量不盡相同，容易產(chǎn)生累計(jì)誤差，難免分析結(jié)果偏差大，使用專用助熔劑后減少了助熔劑的天平稱取和加入操作的次數(shù)，降低人為多次稱量不同助熔劑時(shí)所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省了大量的人力。見表1

表1 與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)多元助熔劑（錫粒+純鐵+鎢粒）試驗(yàn)比對(duì)表

2.2 空白試驗(yàn)

用高頻紅外碳硫儀測(cè)定碳含量時(shí)，空白值不存在于樣品中。它由實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件決定。會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。由于低碳硅鐵中的碳含量較低，在試驗(yàn)中，空白值主要來源于：助熔劑、坩堝、灰塵、分析氣路等。

2.2.1 助熔劑的影響

助熔劑在使用前要消除其吸附的雜質(zhì)。可將助熔劑放入烘箱內(nèi)加熱300度，保溫1小時(shí)，烘干后取出置于干燥器內(nèi)冷卻使用。平時(shí)使用完畢后要養(yǎng)成好的習(xí)慣取畢及時(shí)罐蓋。在本方法中加入一種硅鐵專用助熔劑可以消除因國(guó)標(biāo)中使用混合助熔劑用量的不同而導(dǎo)致空白不穩(wěn)定的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，烘干處理后的助熔劑空白值顯著較低。

2.2.2 坩堝的影響

如果是坩堝，容易吸水，本身具有碳空白，使用前必須在高溫爐中于1000度灼燒4小時(shí)。未經(jīng)處理的坩堝，空白從十幾到幾十PPM不等，預(yù)處理得當(dāng)，坩堝空白可降至1PPM以下，實(shí)驗(yàn)證明預(yù)處理時(shí)間和溫度對(duì)獲得坩堝穩(wěn)定的低空白至關(guān)重要。

2.2.3 灰塵的影響

在分析低含量的樣品的過程中灰塵的積累所造成的吸附也是影響分析結(jié)果穩(wěn)定性的重要因素，在分析硅鐵的時(shí)候，燃燒時(shí)產(chǎn)生的灰塵較大。隨著分析次數(shù)的增加，此偏差越來越大。而試驗(yàn)表明徹底清理灰塵過濾器中的灰塵后分析結(jié)果與第一次分析結(jié)果一致，因此在分析過程中灰塵過濾器中的灰塵積累應(yīng)及時(shí)清理。

2.2.4 分析氣路的影響

在高頻紅外碳硫分析儀的使用中分析氣及載氣的干燥純凈是降低系統(tǒng)空白，得到準(zhǔn)確，穩(wěn)定分析結(jié)果的保障。尤其是在分析低碳含量的樣品時(shí)更加明顯，試劑管中的高氯酸鎂吸收氣體中的水分，堿石棉吸收氣體中的二氧化碳雜質(zhì)。如果試劑稍有實(shí)效就應(yīng)立即更換。

本方法在預(yù)先灼燒好的坩鍋內(nèi)，加入1.8克硅鐵專用助溶劑，按照上述1．2進(jìn)行測(cè)定。重復(fù)足夠次數(shù)，得到比較一致的讀數(shù)。然后進(jìn)行空白校正。空白試驗(yàn)表明，雖然空白值比較穩(wěn)定，但空白值較高足以使檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，必須隨同試樣進(jìn)行空白試驗(yàn)。

2.3 工作曲線的建立

目前市場(chǎng)上低碳硅鐵的標(biāo)樣極少，沒有足夠的低碳含量范圍的硅鐵標(biāo)樣可用來建立工作曲線。按照GB 4333.10—1990國(guó)標(biāo)法中的規(guī)定，工作曲線需采用同類型基體一致的標(biāo)準(zhǔn)樣品繪制，而鑒于此，本文利用現(xiàn)有的高低硅鐵標(biāo)樣稱樣量的變化建立相應(yīng)工作曲線，并用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行驗(yàn)證。用微量天平，按表2稱取7份硅鐵標(biāo)樣(精確至0.1ug)，分別置于7個(gè)瓷坩鍋中，按照1.2方法分別進(jìn)行檢測(cè)，在分析軟件的多點(diǎn)校準(zhǔn)窗口繪制工作曲線。

表2 硅鐵標(biāo)樣校準(zhǔn)曲線

3 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

在最佳分析條件下，分別對(duì)2個(gè)低碳硅鐵標(biāo)樣和3個(gè)試樣按以上方法連續(xù)測(cè)定10次進(jìn)行準(zhǔn)確度、精密度試驗(yàn)。測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

由表3結(jié)果可知，本分析方法具有較好的精密度和準(zhǔn)確度，同時(shí)也將現(xiàn)行GB 4333．10—1990國(guó)標(biāo)方法的檢測(cè)下限延伸至0.0070%是可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本法采用變換高低標(biāo)的稱樣量來建立工作曲線，加入硅鐵專用助熔劑來進(jìn)行低碳硅鐵中碳的分析，具有一次加入,加入量誤差小,分布均勻,粉塵少，熔融性好,穩(wěn)定性強(qiáng)的特性，操作更簡(jiǎn)單，測(cè)定更快速，同時(shí)具有準(zhǔn)確度高、精密度好的特點(diǎn)，滿足現(xiàn)有生產(chǎn)和科研檢驗(yàn)需要。

(2)良好的儀器工作狀態(tài)下,也是測(cè)定本方法的重要因素，因此在檢測(cè)中要注意坩堝，灰塵、氣路、影響，應(yīng)隨同試樣進(jìn)行空白試驗(yàn)。

[1]尤其伸周距涵吳太白高頻燃燒紅外線吸收法測(cè)定硅鐵中碳，江西冶金.

[2]鐵生年張志鋼劉得壽高頻紅外吸收法測(cè)硅鐵中碳含量[J].現(xiàn)代儀器使用與維修.1991.

[3]GB/T4333.20-1990,硅鐵化學(xué)分析方法紅外線吸收法測(cè)定碳含量.

[4]郭飛飛高頻紅外吸收法測(cè)定硅鐵中的碳硫.第九屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集.

[5]CS2000《紅外碳硫分析儀》操作說明書.