呂曉東(寧夏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院)
硅鐵是以蘭炭、鋼屑和硅石為原料,在電爐中冶煉而成的鐵硅系合金。由于硅和氧的親和力很大,極易生成二氧化硅,所以硅鐵是煉鋼時常用的脫氧劑,同時由于SiO2生成熱較大,在脫去鋼水中氧的同時,也有利于提高鋼水的溫度。同時,硅鐵還可作為合金元素添加于各種彈簧鋼、耐熱鋼、軸承鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼及電工硅鋼之中。
近年來,國際上受電能緊張和硅石匱乏的限制,世界硅鐵生產(chǎn)基地正逐漸向中國轉(zhuǎn)移。作為重要的硅鐵出口國,2007年,我國出口到日本、韓國、荷蘭、美國、比利時、印度、意大利及我國臺灣省的硅鐵總量達120.66萬噸。2010年全年中國硅鐵產(chǎn)量為5108710.38噸;2011年1-10月,全國硅鐵的產(chǎn)量達478萬噸,同比增長12.23%。
目前,國家標準中規(guī)定的硫的分析方法是色層分離硫酸鋇重量法測定硫量:GB/T4333.7-1984。在低硫情況下,硫酸鋇不易完全沉淀,檢測結(jié)果的重復性不好,復樣頻次高,檢測步驟繁瑣,檢測效率低,成本高,不能滿足日常檢驗中的需求。利用高頻燃燒紅外吸收法測定硅鐵樣品中的碳硫含量,試驗周期短,精密度高,準確度好,但目前國家標準中尚未收錄此類分析方法。本實驗室經(jīng)過長時間的實驗,建立了高頻燃燒紅外吸收光譜法測定硅鐵中硫含量的方法,并摸索出一套最佳分析條件,供大家參考。
HCS-140高頻紅外碳硫分析儀(上海德凱儀器有限公司)。
坩堝為紅外分析儀專用坩堝;
鎢粒錫粒和純鐵等各種助劑空白值,ω碳<0.0005%,ω硫<0.0005%;
氣體:工業(yè)氧氣(純度≥99.95%)。
將瓷坩堝在l100℃溫度下灼燒3h,冷卻后貯存于干燥器中備用。打開儀器電源開關(guān)和高頻開關(guān),預熱儀器,使設(shè)備處于正常穩(wěn)定運行狀態(tài),設(shè)置最優(yōu)分析參數(shù)。清理燃燒爐內(nèi)殘灰,視情形更換CO2和H2O吸附劑,打開氧氣開關(guān),檢查燃燒爐及系統(tǒng)氣密性,確認正常后待用。
將處理好的坩堝放于天平上,稱取錫助熔劑0.2g,將天平清零后稱取試樣 (0.150±0.015)g于坩堝中,再秤取純鐵0.5g、鎢粒1.6g,均勻覆蓋于試樣上,于高頻紅外碳硫儀上進行分析。
將錫、純鐵和鎢三種試劑單獨做為助熔劑,或采用錫+鎢、鐵+鎢、錫+鐵、錫+鐵+鎢4種組合方式為混合助熔劑,分別進行試驗。結(jié)果表明,三種試劑單獨做助熔劑時樣品熔融不完全或狀態(tài)差,易飛濺、板結(jié),最大板流變化大,信號響應(yīng)值低,吸收曲線鋸齒狀明顯。
采用錫+鎢、鐵+鎢和錫+鐵的組合為助熔劑時,樣品或信號值低,吸收曲線峰形差;或坩堝內(nèi)壁及邊緣黑麻點多;或易飛濺、板結(jié);錫+鐵的吸收曲線呈鋸齒狀。
采用錫+鐵+鎢的組合方式,則信號值高、數(shù)據(jù)重復性好,樣品熔融完全,表面平滑,無明顯飛濺,坩堝內(nèi)壁較干凈,吸收曲線順滑,峰型好。
當純鐵加入量一定時,粉塵隨混合助熔劑中錫含量減少而減少;實驗結(jié)果表明,當Fe加入量為 0.5g、Sn加入量為0.2g、W加入量為1.6g時,樣品熔融狀態(tài)好,釋放曲線狀態(tài)也好,測試結(jié)果的讀數(shù)與祥品含量接近,數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
當先加入錫粒于坩堝底部,再把樣品加在錫粒上,再依次加入純鐵和鎢粒時,測定數(shù)據(jù)重復性和再現(xiàn)性均較好。加入錫粒可以起到降低硅鐵樣品的熔點,加速燃燒及攪拌的作用;硅鐵電磁感性性低,加入導電導磁性能好的純鐵,可以使反應(yīng)順利進行;鎢在通氧時于650℃開始氧化生成三氧化鎢,這一過程會釋放出大量的熱量,能顯著改變樣品的熔化特性,提高熔融物的熱容,并且三氧化鎢的生成有利于CO2和SO2的析出,同時三氧化鎢在850℃時顯著升華,增強碳和硫的擴散速率,使其充分氧化釋放,利于碳和硫的測定。純鐵和鎢粒覆蓋在試樣表面還能防止試樣燃燒時易飛濺的問題。
根據(jù)以上確定的實驗條件,取已知硫含量的硅鐵標準樣品,分別稱取不同樣量進行比較分析。當稱取試樣>0.4g時,樣品燃燒劇烈,坩堝內(nèi)壁飛濺污染嚴重,有時甚至會造成石英管打火,測定結(jié)果誤差大;當稱取試樣量在0.2~0.3g時,測定結(jié)果重復性和再現(xiàn)性不好;當稱取試樣量<0.10g時,由于稱樣誤差較大,造成實驗結(jié)果不穩(wěn)定,波動較大。實驗結(jié)果表明,在樣品中硫含量<0.010%時,稱樣量為0.15g時,測定結(jié)果較好。
選擇不同硫含量范圍的硅鐵樣品,根據(jù)上述確定的實驗條件進行測定,分析參數(shù)中的截止電平由1~10,分析時間由30~40s不同。實驗結(jié)果表明,本方法中分析時間為35s,截止電平為7時測試數(shù)據(jù)較好。
表1 精密度試驗 (n=10,%)
表2 實際測試結(jié)果
分析前預吹氧時間15s,分析時間35s,截止電平為7。
在坩堝內(nèi)先加入錫助熔劑0.2g,然后加入 (0.150±0.015)g試樣,再加入0.5g純鐵,最后加入鎢粒1.6g。將坩堝放在高頻燃燒爐支座上,升到燃燒位置,進行分析。每個試樣分析2~3次,取平均值報出結(jié)果。
從以上結(jié)果可以看出,采用HCS-140型高頻紅外碳硫分析儀對硅鐵標準樣品中硫含量進行分析,實驗周期短,數(shù)據(jù)再現(xiàn)性好,測試誤差遠遠小于國家標準GB/T4333.7-1984中所規(guī)定的允許差0.0025%,能夠滿足企業(yè)日常檢驗的需要。
[1]GB/T4333.7-1984色層分離硫酸鋇重量法測定硫量
[2]馬小東,張長均.超低碳硫的在線分析 [J].冶金分析,2007,27(增刊):40-43
[3]劉文玖,謝金璣.高頻紅外吸收法測定鐵礦石中總硫量[J].冶金分析,2002,22(4):59-60