电弧炉-红外吸收法测定钼铁中碳硫含量

GuangzhouChemicalIndustry

Vol郾47No郾10May郾2019

电弧炉-红外吸收法测定钼铁中碳硫含量

彭达亮,王雨童

(四川轻化工大学化学工程学院,四川摇自贡摇3000)

摘摇要:应用电弧炉-红外碳硫分析仪,研究出一种测定钼铁中碳硫含量的简便方法。钼铁试样在电弧炉中通入氧气进行燃

烧,碳和硫分别生成二氧化碳和二氧化硫,混合气体进入红外吸收池,二氧化碳和二氧化硫吸收某一特定波长的能量,吸收值与碳硫含量符合朗伯-比尔定律,使用含量相近的标准物质校准仪器,可以直接读出样品中碳硫含量。方法用于四种钼铁标准物质的碳硫测定,其相对标准偏差RSD(n=6),碳为1郾09%~3郾86%,硫为1郾87%~3郾95%,测定值与标准值相符合。

关键词:电弧炉;红外吸收法;钼铁;碳;硫摇摇

中图分类号:O657郾33

摇文献标志码:B摇

文章编号:1001-9677(2019)10-0097-03

DeterminationofCarbonandSulfurContentinFerromolybdenumby

ArcFurnace-infraredAbsorptionMethod

PENGDa-liang,WANGYu-tong

(CollegeofChemicalEngineering,SichuanUniversityofScience&Engineering,SichuanZigong3000,China)Abstract:Asimplemethodforthedeterminationofcarbonandsulfurinferromolybdenumwasdevelopedbyusingelectricarcfurnace-infraredcarbonandsulfuranalyzer郾Ferro-molybdenumspecimenswereburnedwithoxygeninelectricarcfurnace郾Carbonandsulfurproducedcarbondioxideandsulfurdioxide,respectively,andthemixedgasenteredinfraredabsorptioncell郾Carbondioxideandsulfurdioxideabsorbedenergyataspecificwavelength,andtheabsorptionvalueandcarbonandsulfurcontentwereconformedtoLambert-Beerlaw郾Bycalibratinginstrumentwithsimilarreferencematerials,carbonandsulfurcontentinsamplescanbereadoutdirectly郾Thecarbonandsulfurcontentsinfourferromolybdenumreferencematerialsweredeterminedbythismethod郾TherelativestandarddeviationRSD(n=6)was1郾09%~3郾86%forcarbonand1郾87%~3郾95%forsulfur郾Themeasuredvaluewasinconformitywiththestandardvalue郾

Keywords:arcfurnace;infraredabsorptionmethod;molybdenumiron;carbon;sulfur

随着我国现代化建设的不断进行,对高品质合金钢的需求越来越大,而钼铁是冶炼合金钢的重要原料之一。钼铁是钼与铁的二元合金,一般含钼大约50%~60%,作为炼钢的合金添加剂。钢中加入钼可使钢的淬透性提高,有利于消除回火脆性。钼与其他合金元素配合在一起广泛地应用于生产不锈钢、耐热钢、耐酸钢和工具钢,以及具有特殊物理性能的合金。钼加于铸铁里可增大其强度和耐磨性。钼铁的品质直接影响产品合金钢的质量,并且钼铁价格较高,钼铁质量的控制对于保证合金钢的质量以及生产企业的成本核算有着重要意义,而碳硫含量是GB/T39-2008《钼铁》[1]中的控制项目。

钼铁中碳含量在0郾03%~0郾2%之间,硫含量在0郾15%以下,属于低碳高硫试样,一般采用红外吸收法[2-3]进行测定,与之配套的燃烧炉有三种,分别是高频燃烧炉、管式燃烧炉、电弧燃烧炉。电弧燃烧炉具有节能、使用方便,价格低廉等优点。在铸造及机械加工企业有着广泛地应用,近年来,还被用作碳酸锶[4]等化工产品中硫的测定,是中小型铸造企业日常检验的常用设备,但是电弧燃烧炉燃烧功率有限,一般只用于钢铁试样[5]的燃烧,燃烧铸铁及铁合金试样时,常常不能充分燃烧,燃烧产生粉尘多,因而了电弧炉的应用,究其原因,

是电弧燃烧炉自身结构导致的,在电弧炉中,碳硫释放所需要的热量由试样自身燃烧提供,而电弧只起到点燃的作用,产生的热量有限,试样装在铜坩埚中进行燃烧,散热较快,因而高温持续时间较短,导致难熔试样中碳硫释放不完全。要想使用电弧炉稳定燃烧铁合金试样,就需要有足够的热量,而产生热量的多少取决于加入的添加剂和燃烧条件[6]。

1摇实摇验

1郾1摇仪器与试剂

HW2000E高速引燃红外碳硫分析仪,无锡英之诚高速分析仪器有限公司;铜坩埚。

纯铁(C型)助熔剂;锡粒(40~60目);HE-3型高氯酸镁干燥剂;氧气(纯度99%以上)。

试样处理:将钼铁样品经破碎、筛分、混匀后,过120目筛。

按照仪器操作流程开机、预热,使仪器处于正常稳定状态。

1郾2摇实验方法

摇98广摇州摇化摇工2019年5月

空白试验:铜坩埚放入炉中后,加入助熔剂,键入助熔剂重量,升炉,通入氧气,点击空白校正,开始分析,重复做三次,计算机将空白值自动录入并在后面的分析中扣除。

校正系数标定:仪器稳定后,先烧几组废样,然后用钼铁标样依次按试样分析方法进行校正,得出新的校正系数,之后进行钼铁试样的分析。

试样测定:称取0郾1000g左右试样于已预先加入1郾0000g左右纯铁的铜坩埚中,键入试样重量,加入0郾3000g左右锡粒,将铜坩埚放入炉中,升炉通氧开始测定。

2摇结果与讨论

2郾1摇称样量的确定

表1摇试样质量对测试结果的影响

Table1摇Effectofsamplequalityontestresults

试样/g0郾10000郾20000郾30000郾5000

棕/%0郾05380郾05210郾03110郾0179

认定值棕/%0郾0C

绝对误差-0郾0002-0郾0019-0郾0229-0郾0361

棕/%0郾07120郾06930郾04450郾009

认定值棕/%郾071S

绝对误差-0郾0017-0郾0265-0郾0620郾0002

2郾2摇助熔剂的选择

铁合金属于难熔样品,燃烧较为困难,样品量太少,代表性不强,并且称量误差大,样品量过大,燃烧不充分,要保证分析结果的准确性就必须对其称样质量进行控制,取钼铁标准样品(YSBC37652-10)0郾1000g、0郾2000g、0郾3000g、0郾5000g,分别加入1郾0000g纯铁(C型),0郾3000g锡粒(40~60目),进行实验。得到结果如表1所示。

分析结果:可以看出,称样量越大碳硫测试结果逐渐变低,且很不稳定。表明试样燃烧不充分,所以为保证试样燃烧充分,并具有良好的重现性,称取试样质量不应过大,控制在0郾1000g左右。

2郾2郾1摇纯铁加入量

电弧炉燃烧中常用的助熔剂有三氧化钼、纯铁、锡粒。三氧化钼是一种反吸附剂,其作用防止管道中的粉尘对二氧化硫的吸附,由于钼铁燃烧会产生大量三氧化钼,所以不用加入。电弧炉依靠试样自身燃烧产生高温,一般而言为保证足够的燃烧温度,电弧炉燃烧需要1郾0000g左右试样,但钼铁取样量仅有0郾1000g,所以需加入一定量的纯铁,取钼铁标准样品(YSBC37652-10)0郾1000g、0郾2000g、0郾3000g、0郾5000g,分别加入1郾0000g纯铁(C型),0郾3000g锡粒,进行实验。得到结果如表2所示。

纯铁/g0郾51郾51

0郾03980郾05390郾0581

棕/%认定值棕/%0郾0

C

表2摇纯铁加入量对结果的影响

Table2摇Effectofpureironadditiononresult

绝对误差-0郾0142-0郾00010郾0041

0郾04210郾07080郾0709棕/%

认定值棕/%0郾071S

绝对误差-0郾02-0郾0002-0郾0001

备注单峰,峰型良好碳为双峰,有拖尾现象

单峰,峰型良好

从表2可以看出,纯铁加入量0郾5000g,碳硫含量结果严重偏低,表明燃烧不充分。当纯铁加入量为1郾5000g时,峰形不良,出现双峰且拖尾现象,在0郾9000g左右比较合适,需要说明的是,现在市场上的纯铁助熔剂有A、B、C三种型号,其空白值相差较大,钼铁中碳硫含量均很低,所以应当选用C型助熔剂,以减少空白的干扰。2郾2郾2摇锡粒质量的确定

钢铁熔化温度在1400益左右,不锈钢和一些铁合金的熔

点更高,钢铁试样在氧气中燃烧时,反应剧烈,飞溅严重,锡的熔点较低,可以降低钢铁的熔点,具有良好的助熔效果,锡的加入也起到稳定燃烧的作用,可使熔渣表面光滑,但锡粒燃烧产物二氧化锡,属于碱性氧化物,对硫的吸附严重,取钼铁标准样品(YSBC37652-10)0郾1000g分别加入0郾9000g纯铁0郾1500g、0郾2500g、0郾3500g、0郾5000g锡粒,进行实验。得到结果如表3所示。

锡粒/g0郾150郾250郾350郾5

0郾04430郾010郾05380郾0538

棕/%认定值棕/%0郾0

C

表3摇锡粒加入质量对结果的影响

Table3摇Effectoftinadditionqualityonresult

绝对误差-0郾0097-0郾0002-0郾00020郾0001

0郾05510郾07130郾07110郾0626棕/%

认定值棕/%0郾071S

绝对误差-0郾01590郾00030郾0001-0郾0084

熔渣情况

熔渣光滑,内部有小气泡熔渣光滑,内部有小气泡熔渣发亮,内部有小气泡熔渣破碎,表面有气泡

从表3可以看出,锡加入量为0郾1500g时,熔渣表面有气泡,且引燃困难,0郾2500~0郾3500g时结果较为稳定,0郾5000g时,熔渣表面发亮,硫含量明显偏低,所以锡粒的加入量在0郾3000g较为合适,锡粒颗粒大小在40目左右较为合适,颗粒太大常会导致引弧时放电电流不一致,使结果出现波动。2郾2郾3摇氧气流量的确定

试样及助熔剂燃烧需要消耗大量的氧气,如果氧气量不

足,会造成分析中断或者出现尖峰,断点等异常情况,管道中存在大量金属氧化物,比表面积巨大,对硫存在吸附和催化作用,氧气流量越小,二氧化硫在管道中停留时间越长,吸附和催化作用越明显,经过我们反复试验发现,氧气流量在2郾4~3郾5L/min结果较为稳定,从保证分析结果准确性和节约氧气两方面考虑,氧气流量在2郾6L/min较为合适。2郾2郾4摇试样码放顺序

第47卷第10期彭达亮,等:电弧炉-红外吸收法测定钼铁中碳硫含量

表5摇试样分析结果

Table5摇Sampleanalysisresults

试样名称本法测

定值/%钼铁1钼铁2钼铁3

0郾08330郾10300郾0670

标准方法测定值/%0郾08190郾090郾0662C

RSD(n=6)/%2郾311郾952郾68

本法测定值/%0郾07800郾06930郾0853

摇99

试样和助熔剂码放顺序推荐顺序为:纯铁放在坩埚底部,试样分散放在纯铁上面,最后锡粒洒在试样表面,这个顺序的好处在于,纯铁燃烧时产生的高温可以加热试样,并且持续一段时间,提高碳硫释放率,锡粒在最顶端覆盖在试样表面,在引弧时锡粒最先熔化,对下层试样起到助熔和稳燃作用,防止试样在燃烧过程中出现飞溅等情况,同时,由于锡粒的覆盖,可以防止在预通氧阶段高速的氧气流将试样吹走,造成结果偏2郾2郾5摇样品分析低。

标准方法测定值/%0郾07830郾06910郾0861

S

RSD(n=6)/%3郾583郾332郾71

按照上述确定的实验条件,我们对三个钼铁标准物质及三

个钼铁试样中碳硫含量进行测定,测定结果如表4所示。

Table4摇Analysisresultsofstandardsamples

标准物质编号

钼铁钼铁

认定值/%

GBW01423YSBC37652-10钼铁GSB03-16-2004

0郾0660郾00郾049

值/%(n=6)/%0郾06530郾05350郾0473

1郾211郾093郾86

测定C

RSD

认定值/%0郾0800郾0710郾0

值/%(n=6)/%0郾07770郾07030郾0652

3郾951郾881郾87

测定S

RSD

3摇结摇论

本文对电弧炉燃烧-红外吸收法测定钼铁中碳硫含量的条件就行了探讨,在测定过程中各种添加剂的加入应当准确且一致,这样才能得到稳定且正确的结果,本方法测定过程简便,分析一个样品仅需几分钟,分析结果准确可靠,可以满足铸造及钼铁生产企业日常分析的需要。

参考文献

表4摇标准样品分析结果

从表5可以看出,如果氧气流量过低,就会造成无气体进入红外检测器,导致分析中断或者出现畸形峰;如果氧气流量过大,就会使试样在吹氧过程中吹散,导致结果异常。

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蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥

(上接第86页)

2郾3郾6摇含量限度试验

取3批样品,并根据测试溶液的制备项下方法制备样品溶液。试验结果见表4。

表4摇三批样品含量限度测定结果Table4摇Testofthecontentlimitation

批号01020304

含量/(mg/g)

0郾1930郾1881郾34600郾204

抗炎、抗菌、抗肿瘤和舒张血管[4-6]。

本实验摸索欧前胡素含量时比较了不同类型色谱柱和流动相,最终选择了该实验中的方法。

试验结果表明消痹膏中欧前胡素阴性无干扰,专属性强;欧前胡素浓度范围从5郾84~58郾4滋g/mL之间与峰面积呈良好的线性关系;欧前胡素重复性佳;供试品溶液在12h内稳定性良好;同时确定欧前胡素最终含量限度不低于0郾156mg。

参考文献

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经过对3批样品进行含量测定,结果表明,消痹膏中欧前胡素的含量为0郾188~0郾204mg/g。本品三批样品含量平均值为0郾195,按平均值的80%计为0郾156。故将含量限度暂定为每克含欧前胡素不得低于0郾156mg。

酚、氧化前胡素、欧前胡素和蛇床子素[J]郾中国药师,2018(2):

3摇结摇论

白芷为消痹膏制剂中君药,因此,选取白芷的主要成分欧前胡素为含量控制指标。药理学研究表明,欧前胡素能镇痛、

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