CN103616473A - 炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其方法包括以下步骤：1）试样分解：称取还原铁试样并加入FeCl₃溶液置于磁力搅拌器上搅拌20-30min；2）试样过滤：将搅拌后的试样过滤密封；3）试样滴定：向试样中加入硫磷混酸，用橡皮塞将抽滤瓶口密封，置于磁力搅拌器上20-30min；打开抽滤瓶口橡皮塞，每1g还原铁试样加入50至60滴浓度为0.2%的二苯胺磺酸钠指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝紫色，记下消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，根据公式计算金属铁的含量。本发明避免了金属铁的氧化，重复性好，试样检测测量精确度在1.0%以内，测量准确。

Description

炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法

技术领域

本发明涉及含铁量的测试方法，具体地指一种炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法。

技术背景

钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加，致使废钢质量不断下降。废钢作为炼钢原料，由于其来源不同，化学成分波动很大，而且很难掌握、控制，这给炼钢作业带来了极大的困难。

直接还原铁（DRI-Direct Reduced Iron）是精铁粉或氧化铁在炉内经低温还原形成的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少。直接还原铁由于化学成分稳定，可有效稀释钢中残余和夹杂金属元素含量，因而可改善钢的质量，并且直接还原铁中的磷、硫有害元素含量低，加入废钢中炼钢，可缩短精炼时间，熔化速度快、能耗低、可提高效率、降低成本；具有使用成本低廉，经济效益高等特点。因此直接还原铁的成份对炼钢质量有着显著的影响。用一定比例的直接还原铁作为稀释剂与废钢搭配不仅可增加钢材的均匀性，还可以改善和提高钢的物理性质，从而达到生产优质钢的目的。因此，直接还原铁不仅是优质废钢的替代物，还是生产优质钢材必不可少的高级原料。

然而，直接还原铁中的金属铁的含量不容易确定，目前还没有定量的分析、测定方法，常规的溶样方法样品溶解不完全、还有用常规的滴定法测定误差较大，因此，目前还没有行之有效的方法能对直接还原铁中全铁含量进行测定；并且在测量过程中，为避免金属铁的氧化造成测量结果偏低，需要尽可能的隔绝空气，因此，为了满足现场对试样分析快速准确的要求，需要发明一种快速准确、隔绝空气测定直接还原铁中金属铁含量的方法。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，该方法操作过程简单，避免了金属铁的氧化，重复性好，试样检测测量精确度在1.0%以内，测量准确。

为实现上述目的，本发明所设计的炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，包括以下步骤：

1）试样分解：称取还原铁试样放入密闭容器中，向密闭容器中加入质量浓度为8～12%的FeCl₃溶液，每1g还原铁试样加入250-400mL，所述FeCl₃溶液在加入之前除去其中的溶解氧，然后使试样全部溶解；

2）试样过滤：在密闭的条件下将溶解后的试样过滤；

3）试样滴定：在过滤后的溶液中加入硫磷混酸，每1g还原铁试样加入250-400mL硫磷混酸和2.5L蒸馏水，密封后搅拌至充分溶解；向还原铁试样中加入二苯胺磺酸钠指示剂，在密闭状态下混合均匀后用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝紫色，记下消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，根据下述公式计算金属铁的含量：

$M_{\mathrm{Fe}(\%)}=\frac{c_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×V_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×6\×55.85}{3000\×m}\×100,$

式中：

c－重铬酸钾标准溶液的浓度，单位：mol/L，

V－滴定消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，单位：mL，

m－称取还原铁试样质量，单位：g。

进一步地，所述步骤1）中，FeCl₃溶液的制备过程为：称取83gFeCl₃·6H₂O溶于500mL冷水中，溶解完全后，抽滤，并转移至试剂瓶中，并通氮气1小时除去其中的溶解氧。

进一步地，所述步骤3）中，重铬酸钾标准溶液的制备过程为：称取5.8836g或11.7672g重铬酸钾基准物质，加蒸馏水完全溶解后，转移到500mL容量瓶中，定容，摇匀，置于500mL试剂瓶中。

再进一步地，所述步骤3）中，二苯胺磺酸钠溶液的制备过程为：称取0.2g二苯胺磺酸钠溶于100mL水中，加入0.2mL硫酸溶液，硫酸溶液中硫酸与水的体积比为1:1。

再进一步地，所述步骤3）中，硫磷混酸的制备过程为：量取200mL蒸馏水于500mL烧杯中，缓慢加入150mL浓硫酸，冷却后，加入150mL浓磷酸，混匀，转移至500mL试剂瓶制成硫、磷、水体积比为3:3:4的硫磷混酸。

再进一步地，所述步骤2）中，所述试样过滤过程为：在M－50型砂芯过滤活动装置内采用定性滤纸抽滤，并用蒸馏水快速洗涤滤纸4—5次,取下M－50型砂芯过滤活动装置，立即用橡皮塞将瓶口密封。用止水夹将抽滤口橡皮管密封，取下抽滤瓶。

再进一步地，所述步骤1）中，试样分解所用的容器为具塞锥形瓶。

再进一步地，所述步骤1）中，将具塞锥形瓶置于磁力搅拌器上搅拌20-30min使试样全部溶解。

本发明可以检测直接还原铁中金属铁的含量范围在20～98%，几乎涵盖了生产过程中直接还原铁中金属铁的分布梯度，能长期应用于金属铁的定量检测。本发明在检测的整个过程中，隔绝了试样与空气的接触，整个过程接近于真空状态，有效避免了分析过程中金属铁的氧化损失，大大提高了分析方法的准确性和精密度，经过试验检测，本发明的检测方法的测量精密度达到1.0%。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

实施例1

一种炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，包括以下步骤：

1）试样粒度、空白试验及测定次数

1.1）试样粒度：试样粒度应小于0.125mm（小于120目）。

1.2）空白试验：随同试样作空白试验，所用试剂必须取自同一试剂瓶。

1.3）测定次数：同一试样、在同一试验室内，应由同一操作者进行2次测定。

1.4）校正试验：随同试样分析同类型含量相近的标准样品。

2）装置与试剂

2.1）具塞锥形瓶（200mL）

2.2）S21-2型电磁搅拌器

2.3）M－50型砂芯过滤活动装置

2.4）定性滤纸

2.5）抽滤瓶（200mL）

2.6）具塞抽滤滴定管

2.7）硫磷混酸(3+3+4)：量取200mL蒸馏水于1000mL烧杯中，缓慢加入300mL浓硫酸，冷却后，加入300mL浓磷酸，混匀，转移至1000mL试剂瓶，备用。

2.8）三氯化铁溶液(10%)：称取83gFeCl₃·6H₂O溶于500mL冷水中，溶解完全后，抽滤，转移至试剂瓶中，并通氮气1小时除去其中的溶解氧。

2.9）重铬酸钾标准溶液：准确称取11.7672g重铬酸钾基准物质，加少量蒸馏水溶解后，转移到500mL容量瓶中，定容，摇匀，置于500mL试剂瓶中。

2.10）二苯胺磺酸钠溶液(0.2%)：称取0.2g二苯胺磺酸钠溶于100mL水中，加0.2mL硫酸(1+1)。

3）试样分解

准确称取0.2000g还原铁试样于200mL具塞锥形瓶中，迅速加入60mL除去了溶解氧的三氯化铁溶液，盖紧瓶盖，置于磁力搅拌器上搅拌30min至试样全部溶解。

4）试样过滤

在M－50型砂芯过滤活动装置内采用定性滤纸抽滤，并用蒸馏水快速洗涤滤纸4次,取下M－50型砂芯过滤活动装置，立即用橡皮塞将瓶口密封。用止水夹将抽滤口橡皮管密封，取下抽滤瓶。

5）试样滴定

打开抽滤瓶口橡皮塞，迅速加入60mL硫磷混酸，及150mL蒸馏水，立即用橡皮塞将瓶口密封，置于磁力搅拌器上。打开抽滤瓶口橡皮塞，加入5滴二苯胺磺酸钠指示剂，用内装重铬酸钾标准溶液的具塞抽滤滴定管滴定将瓶口密封，打开具塞抽滤滴定管水源进行抽滤，开启搅拌器，用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝紫色。记下消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，根据公式计算金属铁的含量:

$M_{\mathrm{Fe}(\%)}=\frac{c_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×V_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×6\×55.85}{3000\×m}\×100$

式中：c－重铬酸钾标准溶液的浓度，单位：mol/L，

V－滴定消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，单位：mL

m－称样量，单位：g。

测定结果如下表1、表2：

表1：标准样品金属铁测定结果

由表1可以看出，标准样品Euro MRC685-1测定值与标准值之间差值在0.31%，RSD为0.075%，说明标准样品分析结果准确性与精密度均较高，可以进行试样中金属铁的测定结果。

表2：试样金属铁测定结果

由表2可以看出，试样分析RSD≤0.786%，试样分析精密度良好，可以满足生产需要。

实施例2

炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，包括以下步骤：

1）试样粒度、空白试验及测定次数

1.1）试样粒度：试样粒度应小于0.125mm（小于120目）。

1.2）空白试验：随同试样作空白试验，所用试剂必须取自同一试剂瓶。

1.3）测定次数：同一试样、在同一试验室内，应由同一操作者进行2次测定。

1.4）校正试验：随同试样分析同类型含量相近的标准样品。

2）装置与试剂

2.1）具塞锥形瓶（100mL）

2.2)S21-2型电磁搅拌器

2.3)M－50型砂芯过滤活动装置

2.4)定性滤纸

2.5)抽滤瓶（500mL）

2.6)具塞抽滤滴定管

2.7)硫磷混酸(3+3+4)：量取200mL蒸馏水于500mL烧杯中，缓慢加入150mL浓硫酸，冷却后，加入150mL浓磷酸，混匀，转移至500mL试剂瓶，备用。

2.8)三氯化铁溶液(10%)：称取83gFeCl₃·6H₂O溶于500mL冷水中，溶解完全后，抽滤，转移至试剂瓶中，并通氮气1小时除去其中的溶解氧。

2.9)重铬酸钾标准溶液：准确称取5.8836g重铬酸钾基准物质，加少量蒸馏水溶解后，转移到500mL容量瓶中，定容，摇匀，置于500mL试剂瓶中。

2.10)二苯胺磺酸钠溶液(0.2%)：称取0.2g二苯胺磺酸钠溶于100mL水中，加0.2mL硫酸(1+1)。

3)试样分解

准确称取0.1000g还原铁试样于100mL具塞锥形瓶中，迅速加入30mL除去了溶解氧的三氯化铁溶液，盖紧瓶盖，置于磁力搅拌器上提取20min。

4)试样过滤

在M－50型砂芯过滤活动装置内采用定性滤纸抽滤，并用蒸馏水快速洗涤滤纸5次,取下M－50型砂芯过滤活动装置，立即用橡皮塞将瓶口密封。用止水夹将抽滤口橡皮管密封，取下抽滤瓶。5)试样滴定

打开抽滤瓶口橡皮塞，迅速加入30mL硫磷混酸，及250mL蒸馏水，立即用橡皮塞将瓶口密封，置于磁力搅拌器上。打开抽滤瓶口橡皮塞，加入6滴二苯胺磺酸钠指示剂，用内装重铬酸钾标准溶液的具塞抽滤滴定管滴定将瓶口密封，打开具塞抽滤滴定管水源进行抽滤，开启搅拌器，用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝紫色。记下消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，根据公式计算金属铁的含量:

$M_{\mathrm{Fe}(\%)}=\frac{c_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×V_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×6\×55.85}{3000\×m}\×100$

式中：

c－重铬酸钾标准溶液的浓度，单位：mol·L^-1，

V－滴定消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，单位：mL

m－称样量，单位：g。

测定结果如下表3、表4：

表3：标准样品金属铁测定结果

由表3可以看出，标准样品Euro MRC685-1测定值与标准值之间差值在0.23%，RSD为0.298%，说明标准样品分析结果准确性与精密度均较高，可以进行试样中金属铁的测定结果。

表4：生产样金属铁测定结果

由表4可以看出，试样分析RSD≤0.710%，试样分析精密度良好，可以满足生产需要。

实施例3

炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，包括以下步骤：

1）试样粒度、空白试验及测定次数

1.1）试样粒度：试样粒度应小于0.125mm（小于120目）。

1.2）空白试验：随同试样作空白试验，所用试剂必须取自同一试剂瓶。

1.3）测定次数：同一试样、在同一试验室内，应由同一操作者进行2次测定。

1.4）校正试验：随同试样分析同类型含量相近的标准样品。

2）装置与试剂

2.1）具塞锥形瓶（100mL）

2.2)S21-2型电磁搅拌器

2.3)M－50型砂芯过滤活动装置

2.4)定性滤纸

2.5)抽滤瓶（500mL）

2.6)具塞抽滤滴定管

2.7)硫磷混酸(3+3+4)：量取200mL蒸馏水于500mL烧杯中，缓慢加入150mL浓硫酸，冷却后，加入150mL浓磷酸，混匀，转移至500mL试剂瓶，备用。

2.8)三氯化铁溶液(10%)：称取83gFeCl₃·6H₂O溶于500mL冷水中，溶解完全后，抽滤，转移至试剂瓶中，并通氮气1小时除去其中的溶解氧。

2.9)重铬酸钾标准溶液：准确称取5.8836g重铬酸钾基准物质，加少量蒸馏水溶解后，转移到500mL容量瓶中，定容，摇匀，置于500mL试剂瓶中。

2.10)二苯胺磺酸钠溶液(0.2%)：称取0.2g二苯胺磺酸钠溶于100mL水中，加0.2mL硫酸(1+1)。

3)试样分解

准确称取0.4000g还原铁试样于100mL具塞锥形瓶中，迅速加入30mL除去了溶解氧的三氯化铁溶液，盖紧瓶盖，置于磁力搅拌器上提取20min。

4)试样过滤

在M－50型砂芯过滤活动装置内采用定性滤纸抽滤，并用蒸馏水快速洗涤滤纸5次,取下M－50型砂芯过滤活动装置，立即用橡皮塞将瓶口密封。用止水夹将抽滤口橡皮管密封，取下抽滤瓶。5)试样滴定

打开抽滤瓶口橡皮塞，迅速加入30mL硫磷混酸，及250mL蒸馏水，立即用橡皮塞将瓶口密封，置于磁力搅拌器上。打开抽滤瓶口橡皮塞，加入6滴二苯胺磺酸钠指示剂，用内装重铬酸钾标准溶液的具塞抽滤滴定管滴定将瓶口密封，打开具塞抽滤滴定管水源进行抽滤，开启搅拌器，用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝紫色。记下消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，根据公式计算金属铁的含量:

$M_{\mathrm{Fe}(\%)}=\frac{c_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×V_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×6\×55.85}{3000\×m}\×100$

式中：

c－重铬酸钾标准溶液的浓度，单位：mol·L^-1，

V－滴定消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，单位：mL

m－称样量，单位：g。

测定结果如下表5

表5：生产样金属铁测定结果

由表5可以看出，试样分析RSD≤0.829%，试样分析精密度良好，可以满足生产需要。

Claims (8)

1.一种炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，包括以下步骤：

1）试样分解：称取还原铁试样放入密闭容器中，向密闭容器中加入质量浓度为8～12%的FeCl₃溶液，每1g还原铁试样加入250-400mL，所述FeCl₃溶液在加入之前除去其中的溶解氧，然后使试样全部溶解；

2）试样过滤：在密闭的条件下将溶解后的试样过滤；

3）试样滴定：在过滤后的溶液中加入硫磷混酸，每1g还原铁试样加入250-400mL硫磷混酸和2.5L蒸馏水，密封后搅拌至充分溶解；向还原铁试样中加入二苯胺磺酸钠指示剂，在密闭状态下混合均匀后用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝紫色，记下消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，根据下述公式计算金属铁的含量：

$M_{\mathrm{Fe}(\%)}=\frac{c_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×V_{K_2{\mathrm{Cr}}_2{O}_7}\×6\×55.85}{3000\×m}\×100,$

式中：

c－重铬酸钾标准溶液的浓度，单位：mol/L，

V－滴定消耗的重铬酸钾标准溶液的体积，单位：mL，

m－称取还原铁试样质量，单位：g。

2.根据权利要求1所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤1）中，FeCl₃溶液的制备过程为：称取83gFeCl₃·6H₂O溶于500mL冷水中，溶解完全后，抽滤，并转移至试剂瓶中，并通氮气1小时除去其中的溶解氧，得到质量浓度为10%的FeCl₃溶液。

3.根据权利要求1或2所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤3）中，重铬酸钾标准溶液的制备过程为：称取5.8836g或11.7672g重铬酸钾基准物质，加蒸馏水完全溶解后，转移到500mL容量瓶中，定容，摇匀，置于500mL试剂瓶中。

4.根据权利要求1或2所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤3）中，二苯胺磺酸钠溶液的制备过程为：称取0.2g二苯胺磺酸钠溶于100mL水中，加入0.2mL硫酸溶液，硫酸溶液中硫酸与水的体积比为1:1。

5.根据权利要求1或2所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤3）中，硫磷混酸的制备过程为：量取200mL蒸馏水于500mL烧杯中，缓慢加入150mL浓硫酸，冷却后，加入150mL浓磷酸，混匀，转移至500mL试剂瓶制成硫、磷、水体积比为3:3:4的硫磷混酸。

6.根据权利要求1或2所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述试样过滤过程为：在M－50型砂芯过滤活动装置内采用定性滤纸抽滤，并用蒸馏水快速洗涤滤纸4—5次,取下M－50型砂芯过滤活动装置，立即用橡皮塞将瓶口密封。用止水夹将抽滤口橡皮管密封，取下抽滤瓶。

7.根据权利要求3所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤1）中，试样分解所用的容器为具塞锥形瓶。

8.根据权利要求7所述炼钢辅料直接还原铁中全铁含量的测定方法，其特征在于：所述步骤1）中，将具塞锥形瓶置于磁力搅拌器上搅拌20-30min使试样全部溶解。