428高頻紅外法測定難熔金屬中碳／硫的方法研究

428高頻紅外法測定難熔金屬中碳硫的方法研究 第24卷第1期Vo124No1硬質(zhì)合金CEMENTED CAR8|DExx年3月M ar2oo7坐坐坐槧高頻紅外法測定難熔金屬中碳硫的方法研究孟小衛(wèi)張杰(株洲硬質(zhì)合金集團有限公司，湖南株洲412000)摘要應(yīng)用姜可(LECO)公司生產(chǎn)的高頻紅外碳硫儀(CS600)，建立了難熔金屬W、Mo、Ta、Nb等一系列樣品中C、S的測定方法。 對試樣的用量，特別是助熔劑的選擇和配比進行了探討，確定了最佳的高頻加熱提取條件。 本方法與國家標準方法相比，具有測定結(jié)果精度更高、分析速度更快、檢測范圍更寬等優(yōu)點。 方法檢測范圍C(00005-150)，S(00005-O40)。 關(guān)鍵詞高頻紅外法難熔金屬CS目前測定W、Mo、Ta、Nb等難熔金屬中CS的國家標準方法【】-5分別為燃燒一庫侖法和燃燒一電導(dǎo)法。 兩種方法的試樣提取部分都是采用管式爐，其最高使用溫度僅達到1350oC，對于熔點高達2O00以上的難熔金屬來說，勉為其難，并且?guī)靵鰞x由于故障率高、難以實現(xiàn)自動化，接近淘汰的邊緣，現(xiàn)已無廠家生產(chǎn)。 因此，必須盡快建立更新、更高水平的分析方法。 高頻紅外碳硫儀由于其自動化程度高、分析速度快，在鋼鐵行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 但是對于W、Mo、Ta、Nb等難熔金屬來說，仍有一定難度。 本文應(yīng)用美國力可公司生產(chǎn)的CS60oC高頻紅外碳硫儀，通過大量條件試驗與結(jié)果對比，建立了W、Mo、Ta、Nb等難熔金屬，F(xiàn)e、Co、Ni、Cu及其氧化物中C、S含量的測定方法。 本方法與國家標準方法相比，具有測定結(jié)果精度更高、分析速度更快、檢測范圍更寬等優(yōu)點，可為生產(chǎn)、科研提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。 1實驗部分11儀器LECO CS600C碳硫分析儀(主機和計算機控制系統(tǒng))，鐵塔牌穩(wěn)壓器(5kW)，萬分之一電子天平。 12試劑材料高純W粒(40目，C00ol0，S00o05)；ZnO；稀土氧化銅；堿石棉；無水高氯酸鎂；鍍鉑硅膠；脫脂棉；鎢錫助熔劑；純鐵助熔劑；999氧氣；高純CO2；C、S固體標樣；陶瓷坩鍋。 l_3實驗方法稱取適量的試樣于陶瓷坩鍋中，添加助熔劑，將坩堝放到支架上。 按加載按鈕，合上爐頭，燃燒室內(nèi)的空氣被氧氣沖洗完后，系統(tǒng)氧氣流速恢復(fù)到正常分析狀態(tài)，感應(yīng)爐開始工作。 在爐子的高頻磁場中，試樣和助熔劑被感應(yīng)加熱，在氧氣的氛圍中燃燒，試樣中的C、S和O2反應(yīng)生成CO2和SO2。 分析氣體隨載氣進入氣路系統(tǒng)，先到達SO檢測池進行S的檢測，隨后通過熱的鍍鉑硅膠，將CO轉(zhuǎn)換成CO；SO轉(zhuǎn)換成SO3被賽璐璐吸收。 然后，試樣氣體分別通過低、高含量CO紅外檢測池檢測C含量。 儀器會自動選擇最佳的C量程池體，低含量的C由長的CO檢測池檢測，高含量的C由短的CO檢測池檢測，這種量程的選擇和切換完全由Windows軟件控制并自動切換。 2結(jié)果與討論21儀器主要性能指標的考查211儀器的精度考查采用力可公司生產(chǎn)的標準鋼鐵樣品考查儀器的精度，重復(fù)測定不同C、S含量的標準樣品，分析結(jié)果的標準偏差均小于標準值規(guī)定的標準偏差，說明作者簡介孟小衛(wèi)。 女l1970)。 碩士。 株洲硬質(zhì)合金集團有限公司高級工程師。 主要從事分析檢測、科研開發(fā)工作。 第1期孟小衛(wèi)張杰高頻紅外法測定難熔金屬中碳硫的方法研究儀器的分析精度非常好。 212儀器的準確度與線性考查在同一條件下連續(xù)測定不同C、S含量的標準樣品，其結(jié)果分別匯于表 1、表 2、表3。 表1CO2低池準確度考查表2CO2高池準確度考查表 1、表 2、表3測定結(jié)果均在標準值的允許差范圍內(nèi)，證明儀器準確度高。 CS60o碳硫儀有CO高、低池兩個檢測器，以及一個SO檢測器。 CO高池適用于分析中低含量的C量；CO低池適用于檢測微含量的C量。 儀器會自動選擇最佳的C量程池體，這種量程的選擇和切換完全由Windows軟件控制并自動切換。 因此，在同一方法下，可以同時檢測(0010-10)mgC量，線性范圍寬達103，而不必更換方法。 對于分析復(fù)雜的樣品非常有利。 而SO檢測器僅有一個，因此必須分成兩種方法一低硫檢測與中硫檢測，所用線性校正的標樣最好選用與樣品含量相近或高于樣品含量的標樣，校正方法應(yīng)采用多點線性校正。 213儀器的穩(wěn)定性考查采用兩個標準樣品，在8個小時內(nèi)連續(xù)測定，每兩小時測定一次，測定C、S結(jié)果的變異系數(shù)(RSD)均小于1，表明儀器穩(wěn)定性強。 22高頻紅外法測定難熔金屬中C、S的方法研究221助熔劑的選擇高頻紅外法測定C、S的高頻爐是通過高頻振蕩管產(chǎn)生高頻磁場，樣品和加人的助熔劑在此高頻磁場中被感應(yīng)加熱，在氧氣中燃燒，樣品中的C、S元素和氧反應(yīng)生成CO和SO然后進人紅外池檢測。 通常高頻感應(yīng)爐使用的助熔劑為W粒、Sn、Fe屑。 W粒具有熱容量大，可提高熔解溫度；Sn可加強樣品的包裹和流動性；Fe屑有助熔和導(dǎo)磁作用。 作者分別用W粒，W粒+Sn，(W，Sn)+Fe作助熔劑，W粒+ZnO進行試驗。 結(jié)果見表4。 由表中數(shù)據(jù)可知測C，對于Ta，Nb試樣來說，三種助熔劑助熔效果沒有明顯區(qū)別。 而分析W這種低含量試樣，由于Fe屑空白高，不利于分析，W粒和W粒+Sn效果區(qū)別不大；測S，由于W，Mo，Ta，Nb中含S量極低，僅有幾個幾十個ppm，因此，不能使用S含量高的Fe屑助熔劑，其結(jié)果波動大，W粒和W粒+Sn中S空白值低，其結(jié)果相對精度較好。 而對于Mo來說，前三種助熔劑，前頭、后尾產(chǎn)生負峰，使結(jié)果偏低，這是因為Mo氧化生成易揮發(fā)的MoO，進人氣路。 加人ZnO后ZnO與Mo形成共熔體，抑制了MoO，的揮發(fā)，峰型對稱，結(jié)果穩(wěn)定。 試驗中還發(fā)現(xiàn)ZnO同時也對W的測定有同樣的抑制灰塵作用，且不影響檢測結(jié)果。 試驗表明，助熔劑W粒加人量為15g左右，ZnO加人05g即可。 若加人量太少，樣品難于熔解；表4助熔劑的選擇58硬質(zhì)合金第24卷若加入量過多，則過量的助熔劑產(chǎn)生超高溫，易損壞儀器的自動清掃輪刷和燃燒管，且浪費助熔劑。 222高頻加熱提取條件的優(yōu)化影響分析結(jié)果的高頻加熱條件主要有沖洗時間，分析延遲時間，高頻功率，最短積分時間和比較器水平。 1)沖洗時間。 由于高頻爐加樣的方式是將爐膛打開，再放置裝有試樣的坩鍋于坩鍋托架上，此時，坩鍋和坩鍋托架完全暴露在空氣中，關(guān)閉爐膛后，必將帶入空氣進入系統(tǒng)。 沖洗功能就是將進入系統(tǒng)中的空氣排出，沖洗是否徹底，將直接影響測定結(jié)果的準確。 因此，必須選擇合適的沖洗時間，時間過短，空氣殘留，空白偏高；時間過長，分析樣品時間也將延長。 試驗表明，沖洗時間在1520s比較合適。 2)分析延遲時間。 由于分析程序由沖洗氣路切換至分析氣路時，氣流不穩(wěn)定，必須給予一定時間，讓氣流穩(wěn)定，再開始高頻加熱。 試驗表明，分析延遲時間在20s比較合適。 3)燃燒功率的選擇。 高頻加熱爐的原理是通過高頻振蕩管，產(chǎn)生高頻磁場，樣品在此高頻磁場中感應(yīng)，產(chǎn)生高溫，在氧氣中發(fā)生氧化燃燒，一般溫度可達15001600oC。 因此，相比于管式爐，更適合分析高溫難熔金屬。 對于高溫難熔金屬，功率越高越好，因此選擇100功率。 而對于低熔點易飛濺樣品，如Cu、CuO，溫度太高，樣品易飛濺，污染爐膛，而且產(chǎn)生負峰，結(jié)果偏低。 因此必須降低高頻功率。 作者選擇5、10、20、30、40的功率進行試驗，試驗表明，選擇30功率可滿足分析要求。 4)最短積分時間。 積分時間可以有效的控制分析持續(xù)的時間，分析時間太長將導(dǎo)致不必要的分析延長，而分析時間不足將損失有效的數(shù)據(jù)，最短分析時間在3540s較為合適。 第1期孟小衛(wèi)張杰高頻紅外法測定難熔金屬中碳，硫的方法研究5)比較器水平。 由于各種樣品的熔融情況不盡相同，分析的結(jié)束不應(yīng)只取決于時間。 每次分析時間的長短應(yīng)由最短積分時間與比較器水平?jīng)Q定。 較高的比較器水平可以縮短總的分析時間，低的比較器水平包括了更多的試樣氣體，用于結(jié)果計算的C0和S0也多，比較器水平設(shè)置過低，盡管包括的低濃度不顯著影響結(jié)果，卻會使分析時間延長。 比較器水平設(shè)為1，能夠在合理的時間內(nèi)把全部有效的輸出值收集起來，從而實現(xiàn)最佳分析。 223分析試樣的稱量以及粒度在上述條件下，作者比較了試樣量對結(jié)果的影響，試驗表明，高含量樣品，對于C量，樣品從0210g，結(jié)果波動不大；而對于S元素來說，由于S比C難釋放，結(jié)果波動大。 稱樣多，試樣難以在瞬間熔化，稱樣少，誤差大，因此選擇04-07g為最佳。 樣品粒度對測定有影響，一般粉狀屑狀樣品易于完全燃燒，而塊狀絲狀棒狀樣品難于完全熔化，因此，必須將樣品細化。 在不改變樣品成分的前提下，將塊狀樣品破碎，過60目篩網(wǎng)，絲狀樣品剪成2mm5mm，棒狀樣品必須切割成屑狀等，助于熔化，有利于分析。 綜上所述，選擇高頻紅外法測定W、Mo、Ta、Nb中的C、S最佳條件是，稱樣量04-07g，助熔劑W粒15g(Mo加入05gZnO)，滿功率高頻感應(yīng)，沖洗時間152O s，最小積分時間35-40S，比較器水平1。 224關(guān)于高頻紅外法測硫的問題探討由于試樣中的S難以瞬間釋放，而且水汽、灰塵都易吸附SO，因此高頻紅外法測S相對比較難。 作者在試驗中發(fā)現(xiàn)，測量微量S(幾個到幾十個ppm)時，首先需要通人含一定S量的試樣，讓系統(tǒng)飽和很長一段時間后，再進行分析，才可取得較好的效果。 但是對于測定001以上的S反而比較容易。 225新分析方法的精密度和準確度在選定的方法分析條件，平行測定各種樣品的結(jié)果匯于表5，其精密度和準確度均達到或優(yōu)于現(xiàn)有的燃燒一庫侖法測碳、燃燒一電導(dǎo)法測S的國家標準方法水平，能更好地滿足生產(chǎn)分析要求。 3結(jié)論31為各種難熔金屬中碳硫的測定選擇了最佳分析條件，建立了難熔金屬中碳硫的高頻紅外分析方法，新方法測定結(jié)果的精確度和準確度均達到或超過現(xiàn)有的國家標準方法，能更好地滿足生產(chǎn)分析要求。 32高頻紅外碳硫儀CS600C的檢測線性很寬，可同時測定(00005-15)的C含量以及(00005-04O)的S含量。 33高頻紅外法測S相對比較困難，需要將系統(tǒng)飽和很長一段時間才能測定。 34該儀器分析易揮發(fā)樣品時出現(xiàn)負峰，其形成原因有待進一步研究。 參考文獻【1】GB43252784鉬化學(xué)分析方法燃燒一庫侖滴定法測定碳量【2】GB43252384鉬化學(xué)分析方法燃燒一電導(dǎo)法測定硫量【3】GB43242784鎢化學(xué)分析方法燃燒一庫侖滴定法測定碳量【4】GB43242384鎢化學(xué)分析方法燃燒一電導(dǎo)法測定硫量【5】GBT150761294鉭鈮化學(xué)分析方法碳量的測定【6】史世云等高頻燃燒一紅外碳硫儀測定地質(zhì)樣品中的碳和硫，巖礦測試，20o1，12，20 (4)267-271【7】倉向輝等AtTiC合金中碳含量測定方法輕合金加工技術(shù)，xx，32 (6)3839【8】趙宇等紅外吸收法測定鉬鐵中碳、硫，冶金分析，xx23 (1)1354(xx-08-25收稿；xx-1-20修回)the studyfor them ethodof determinatingcarbonsulfur inhard-melting metal、th hf-ir mengxiaowei zhangje(zhuzhou cementod carbidegroup colid，zhuzhou hunan412000)absiraciin thispaper，the method has been foundto measur eca rbonand sulfurin hardmelting metalssuch asw、mo、ta、nb withhfir instrumentproduced bylec0c0ltdit hasbeendiscussed the dosageof sample，especially forthe choic