一种碳化硅脱氧剂中游离碳及碳化硅的测定方法
技术领域
本发明属于理化检测技术领域,尤其涉及一种碳化硅脱氧剂中游离碳及碳化硅的测定方法。
背景技术
碳化硅脱氧剂是一种新型的脱氧剂,主要用于炼钢过程的脱氧,其成本低,易控制,化学性质稳定,在国内外的钢铁工业中被广泛应用。其主要检测项目是游离碳及碳化硅的含量。目前,国内外碳化硅的检测方法可分为两类:化学法和仪器法。
化学法主要采用GB/T 2490-1996、GB/T 16555.2-1996等国标方法,其方法特点是通过试样灰化测定游离碳,然后用各类酸,如氢氟酸、硝酸及硫酸等处理使之与试样中的硅、二氧化硅反应生成四氟化硅逸出,再用盐酸浸取、灼烧后称重碳化硅量或采用硅钼蓝光度法测定溶液中硅含量,再换算为碳化硅含量。分析过程较繁琐,操作较难掌握。
仪器法如在《冶金分析》2007年第8期P39-P41页发表的《管式炉加热红外吸收法测定脱氧剂中碳化硅及游离碳》一文中:
一、游离碳的测定 直接在750℃下加热,其积分得出的碳含量即为游离碳含量。
二、碳化硅的测定 将测定完游离碳后的样品取出,冷却后加入助溶剂,重新设定管式炉温度1200℃,将样品放入管式炉红外碳硫仪上分析总碳含量,再换算成碳化硅的含量。
测量游离碳时,由于此类样品为粉末状,吸附大气中水汽、二氧化碳及杂质,而检测时未加以扣除,因此该类方法测定的游离碳含量偏高;管式炉用硅碳棒加热燃烧管,最高温度只能达到1400℃,其熔样困难,分析精度较低;对碳化硅的检测由于采用测定游离碳后的样品,误差大,重复性较差,方法不完善、全面;同时由于选用铁屑、钨粒作助熔剂,在加热炉中喷溅严重。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种碳化硅脱氧剂中游离碳及碳化硅的测定方法。本方法通过游离碳扣除表面吸附碳的测定方法测定游离碳,以及通过加入复合助熔剂在高频炉中测定总碳,该方法分析步骤少、化学干扰少,分析周期短,准确度高。
本发明的技术方案是:
一种碳化硅脱氧剂中游离碳及碳化硅的测定方法,包括以下步骤:
A、游离碳的测定:通过分步法测定碳化硅脱氧剂中游离碳,即先测定样品中样品吸附的碳含量,然后测定游离碳的含量;
B、碳化硅的测定:测定碳化硅脱氧剂中总碳含量,然后除去步骤A中测定的吸附碳和游离碳含量,通过换算得出碳化硅含量。
具体为:
A、游离碳的测定:采用带有计算机控制程序升温的管式炉红外吸收仪,称取适量样品送入管式炉中,将管式炉的温度从100℃缓慢升至900℃,其中在590-610℃时设置停留时间100-150秒,此时测定的碳含量为样品表面吸附的CO2和杂质中的碳,在830-890℃时设置停留时间100-150秒,其停留时间的设置以保证相应温度下碳释放完全为准,该样品中游离碳的含量为830-890℃下测定的碳含量减去590-610℃下测定的碳含量;
B、碳化硅的测定:采用高频感应红外吸收仪测定脱氧剂的总碳含量,由测定的总碳含量减去样品在管式炉830-890℃下测定的碳含量,然后按公式:SiC%=3.3387×C%计算出碳化硅含量。
所述分析步骤A、B中样品称样量为0.2500-0.3500g。
所述分析步骤B中使用多元复合添加剂,其加入量为锡粒0.15g~0.25g、纯铁0.45g~0.55g、钨粒1.45g~1.55g;加入顺序为:锡粒+样品+纯铁+钨粒。
所述分析步骤A中使用的管式炉红外吸收仪的型号为EMIA-8100H,生产厂家日本堀场公司;分析步骤B中使用的高频感应红外吸收仪的型号为CS-600,生产厂家美国力可公司。
本发明通过设定分步程序升温及延长停留时间,计算机扣除样品表面吸附碳含量方法,提高了所测定的游离碳含量的准确性;采用高频感应红外吸收仪测定样品的总碳含量,保证了分析结果的准确性;在高频感应红外吸收仪测定样品的总碳含量时采用多元复合添加剂,其中加入纯铁可以增加耦合感应强度,提高燃烧温度,但纯铁容易飞溅,所以必须控制其加入量,锡粒熔点低,对试样有一定的助熔效果,同时锡蒸发后覆盖样品表面,有助于试样的挥发,较好地解决了样品燃烧时飞溅的问题,保证了样品的充分熔融,试验结果的重复性好。
具体实施方式
实施例1
1.碳化硅脱氧剂中游离碳及碳化硅的测定方法使用的仪器与试剂为:
高氯酸镁 :无水、粒状
饱和土载烧碱:无水、粒状
石英棉
钨粒:碳含量小于0.002%;粒度0.8mm-1.4mm
锡粒:碳含量小于0.0005%;
纯铁:碳含量小于0.002%
氧气:纯度>99.5%
动力气:压缩空气、氮气或氩气,必须无油及水
坩埚:25mm×25mm,并于 >900℃以上的高温灼烧4小时,冷却后待用。
高频感应炉:功率2.2KW,振荡频率为18MHz,应满足试样熔融要求;
管式加热炉:计算机控制程序升温;
红外分析仪:灵敏度均为0.1×10-6。
电子天平:精度±0.001g。
2 仪器分析条件
2.1游离碳测定时管式炉程序升温设定以下条件
步骤 |
初始温度(℃) |
结束温度(℃) |
时间(s) |
1 |
100 |
600 |
100 |
2 |
600 |
600 |
120 |
3 |
600 |
850 |
60 |
4 |
850 |
850 |
120 |
5 |
850 |
900 |
60 |
2.2 碳化硅测定时高频感应炉设定以下的分析条件
仪器参数 |
参数值 |
预吹氧时间 |
10s |
等待时间 |
5s |
比较水平 |
1 |
分析时间 |
40s |
最短分析时间 |
35s |
3 测试步骤
3.1 准确称取0.3000g试样于磁舟内,盖上磁舟盖,推入管式炉,启动分析程序自动分析。分别记录下600℃下积分的C1%和850℃下积分的C2%,该试样C游离碳%= C2%- C1%。
3.2 准确称取0.3000g试样于预先已加入的0.2g锡粒坩埚内,称取0.5g纯铁,均匀覆盖在样品上,其上再覆盖1.5g钨粒,放入坩埚托上,启动分析自动程序,记录下C总%,碳化硅中碳的含量为 C%= C总%-C2%,代人公式:SiC%=3.3387×C%,计算得出碳化硅的百分含量。
对标准样品JCRM R021、CRM R023、 ECISS 780-1使用测定本方法以及管式炉加热红外吸收法、化学法进行测定,测量结果见表1,由表1可看出,本测定方法与对比方法比分析步骤少、化学干扰少,分析周期短,准确度高。
表1 准确度试验 %(质量百分数)
实施例2
测定方法基本同实施例1,不同处在于:
2.1游离碳测定时管式炉程序升温设定以下条件
步骤 |
初始温度(℃) |
结束温度(℃) |
时间(s) |
1 |
100 |
590 |
100 |
2 |
590 |
590 |
150 |
3 |
590 |
830 |
60 |
4 |
830 |
830 |
150 |
5 |
830 |
900 |
60 |
3测试步骤中样品称样量为0.2500g
对标准样品JCRM R021和ECISS 780-1进行测定,测定值为:JCRMR021游离碳0.85%,ECISS 780-1碳化硅86.15%。
实施例3
测定方法基本同实施例1,不同处在于:
2.1游离碳测定时管式炉程序升温设定以下条件
步骤 |
初始温度(℃) |
结束温度(℃) |
时间(s) |
1 |
100 |
610 |
100 |
2 |
610 |
610 |
150 |
3 |
610 |
890 |
60 |
4 |
890 |
890 |
100 |
5 |
890 |
900 |
40 |
3 测试步骤中样品称样量为0.3500g
对标准样品JCRM R021和ECISS 780-1进行测定,测定值为:JCRMR021游离碳0.85%,ECISS 780-1碳化硅86.11%。