CN107576546B - 一种连铸保护渣的分解方法以及游离碳的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连铸保护渣的分解方法以及游离碳的测定方法，涉及冶金分析化学领域。该分解方法包括：用浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100～120℃下加热至干燥，再与80～100℃水混合，得分解液。采用该方法，得到的分解液体积小，有利于缩短过滤收集游离碳的时间，提高连铸保护渣中游离碳的分析效率。采用该分解方法进行的连铸保护渣中游离碳的测定方法，能够提高连铸保护渣中游离碳的分析结果的准确性和分析效率。

Description

一种连铸保护渣的分解方法以及游离碳的测定方法

技术领域

本发明涉及冶金分析化学领域，具体而言，涉及一种连铸保护渣的分解方法以及游离碳的测定方法。

背景技术

连铸保护渣是连续浇注钢坯过程中使用的一种人工合成材料，其具有绝热保温、防止钢坯氧化、吸收夹杂物、润滑坯壳等功能。连铸保护渣主要组分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、Na₂O(或Li₂O)、CaF₂及碳颗粒，其中碳颗粒主要作用是调节保护渣的熔化速度。在冶金分析化学中，通常测定连铸保护渣中游离碳量来代表碳颗粒量的高低，因此，准确测定保护渣中游离碳对连铸坯质量的控制具有重要意义。

连铸保护渣的产品品牌较多，其游离碳质量分数在0.5％～30％。目前，测定连铸保护渣中游离碳的标准方法为YB/T190.6-2014《连铸保护渣游离碳含量的测定燃烧气体容量法和红外线吸收法》，该标准方法的步骤为：在40mL稀盐酸(1:1,体积比)中加入0.2g氟化钠或滴加4～6滴氢氟酸，加热溶解样品中的碳酸盐，再加入50mL热水，煮沸5min～6min；后续用装填有酸洗石棉的过滤器收集游离碳。由于该方法样品分解完后，液体体积较大，导致过滤收集游离碳的时间较长，单个样品的过滤时间在30分钟左右，分析效率较低，不利于对连铸保护渣中游离碳进行快速测定。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种连铸保护渣的分解方法，采用该方法，得到的分解液体积小，有利于缩短过滤收集游离碳的时间，提高连铸保护渣中游离碳的分析效率。

本发明的第二目的在于提供一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，采用该方法，能够避免游离碳的损失，提高连铸保护渣中游离碳的得率。

本发明的第三目的在于提供一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，采用该方法，能够提高连铸保护渣中游离碳的分析结果的准确性和分析效率。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种连铸保护渣的分解方法，具体如下：

一种连铸保护渣的分解方法，其包括：

用浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100～120℃下加热至干燥，再与80～100℃水混合，得分解液。

进一步地，浓盐酸的质量分数为20～40％。

第二方面，本发明提供一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，具体如下：

一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，其包括：

在纤维膜上分散酸性氧化物粉末后，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤。

进一步地，纤维膜包括玻璃纤维膜或石英纤维膜。

进一步地，纤维膜的孔径为0.2～0.5μm。

进一步地，酸性氧化物粉末包括三氧化钨粉、三氧化钼和二氧化硅粉中的任一种。

进一步地，酸性氧化物粉末的粒径为325～800目。

进一步地，酸性氧化物粉末与连铸保护渣样品的质量比为3～6：1。

进一步地，在纤维膜上分散酸性氧化物粉末的方法包括：将含有酸性氧化物粉末的分散液用纤维膜进行抽滤。

进一步地，在用纤维膜抽滤分散液时，还包括：将分散液在铺设有纤维膜的容器中静置2～5min后，再抽真空。

进一步地，在用纤维膜抽滤分散液之前，还包括对纤维膜进行烧炭处理。

进一步地，对纤维膜进行烧炭处理包括：将纤维膜置于430～450℃下灼烧。

第二方面，本发明提供一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，具体如下：

一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，其包括：

用浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100～120℃下加热至干燥，再与80～100℃水混合，得分解液。

进一步地，还包括：将分解液用纤维膜进行抽滤，纤维膜为玻璃纤维膜或石英纤维膜。

进一步地，纤维膜的孔径为0.2～0.5μm。

进一步地，在用纤维膜抽滤分解液之前，还包括：在纤维膜上分散酸性氧化物粉末。

进一步地，酸性氧化物粉末包括三氧化钨粉、三氧化钼和二氧化硅粉中的任一种。

进一步地，酸性氧化物粉末与连铸保护渣样品的质量比为3～6：1。

进一步地，在纤维膜上分散酸性氧化物粉末的方法包括：将含有酸性氧化物粉末的分散液用纤维膜进行抽滤。

进一步地，在用纤维膜抽滤分散液时，还包括：将分散液在铺设有纤维膜的容器中静置2～5min后，再抽真空。

与现有技术相比，本公开内容的有益效果例如包括：

本公开内容提供的一种连铸保护渣的分解方法，利用浓盐酸分解连铸保护渣样品，得到的分解液体积小，有利于缩短过滤收集游离碳的时间，提高连铸保护渣中游离碳的分析效率。同时，该方法在分解过程中，避免使用氢氟酸或氟化盐，有利于保持在过滤过程中纤维膜的完整性。

本公开内容提供的一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，采用该方法对分解液进行过滤，在纤维膜上分散一层不溶于水的酸性氧化物粉末，能够缩小纤维膜的孔径，避免游离碳的损失，提高连铸保护渣中游离碳的得率。同时，避免使用酸洗石棉这类致癌性物质，有助于工作人员的健康状态。

本公开内容提供的一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，采用该方法，能够提高连铸保护渣中游离碳的分析结果的准确性和分析效率。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本实施方式提供一种连铸保护渣的分解方法，其包括：

用浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100～120℃下加热至干燥，再与80～100℃水混合，得分解液。

其中，浓盐酸的质量分数为20～40％，或者为30～40％，或者为35％，即实验室用浓盐酸，其密度为1.179g/cm³。本实施例采用的浓盐酸均为市售浓盐酸。

在用浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100～120℃下加热至干燥，有利于改变样品中硅酸的状态，避免使其生成难过滤的物质，加快过滤速率。加热温度为100～120℃，或者为105～115℃，或者为108～112℃，或者为110℃。

将干燥后的分解样品与80～100℃水混合，有利于使样品中的卤化物完全溶解，加快过滤速率。水的温度可以为85～95℃，或者为88～92℃，或者为90℃。

采用这种方法能够减小分解液的体积，明显缩短过滤收集游离碳的时间，提高连铸保护渣中游离碳的分析效率。

本实施方式还提供一种连铸保护渣的过滤方法，其包括：

在纤维膜上分散酸性氧化物粉末后，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤。

纤维膜包括玻璃纤维膜或石英纤维膜，避免使用现行标准中的酸洗石棉这类易致癌材料。其中，纤维膜的孔径为0.2～0.5μm，或者为0.25～0.45μm，或者为0.3～0.4μm，或者为0.35μm。在用纤维膜抽滤分散液之前，还包括对纤维膜进行烧炭处理，以获得低的碳空白值，进而扣除纤维膜中的碳元素对分析结果的干扰。

在纤维膜上分散酸性氧化物粉末，能够缩小过滤层的孔径，从而提高连铸保护渣样品中游离碳的得率。这种酸性氧化物粉末不溶于水，可选的，酸性氧化物粉末包括三氧化钨粉、三氧化钼或二氧化硅粉。酸性氧化物粉末的粒径为325～800目，或者为400～625目，或者为500～600目。

酸性氧化物粉末与连铸保护渣样品的质量比为3～6：1，或者为4：1；或者为5：1。发明人研究发现，当上述质量比小于3：1时，不能有效缩小纤维膜的孔径；而当上述质量比大于6：1时，过滤速度较慢，影响分析效率。

在纤维膜上分散酸性氧化物粉末的方法包括：将含有酸性氧化物粉末的分散液用纤维膜进行抽滤。在用纤维膜抽滤分散液时，还包括：将分散液在铺设有纤维膜的容器中静置2～5min后，再抽真空。静置的过程中，大颗粒的酸性氧化物粉末先沉降在纤维膜表面，小颗粒的酸性氧化物粉末后沉降，由此，穿过纤维膜的细小颗粒较未静置处理的少，有利于提高酸性氧化物粉末的利用率。

本实施方式还提供一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，其包括：

用浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100～120℃下加热至干燥，再与80～100℃水混合，得分解液。

随后再将分解液过滤后，收集游离碳，干燥后利用定碳仪器进行测定。

其中，过滤分解液的方法，既可以采用标准YSBC26803-2014中的方法，也可以采用下述方法：将分解液用纤维膜进行抽滤，纤维膜为玻璃纤维膜或石英纤维膜。

这种连铸保护渣中游离碳的测定方法，能够提高连铸保护渣中游离碳的分析结果的准确性和分析效率。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：

实施例1-1

本实施例提供一种连铸保护渣的分解方法，其包括：

用质量分数为35％的浓盐酸将0.2g的连铸保护渣样品润湿无气泡产生，于110℃下加热至干燥，再与30mL、90℃水混合，得分解液。

实施例1-2

本实施例提供一种连铸保护渣的分解方法，其包括：

用质量分数为20％的浓盐酸将0.2g的连铸保护渣样品润湿无气泡产生，于120℃下加热至干燥，再与20mL、100℃水混合，得分解液。

实施例1-3

本实施例提供一种连铸保护渣的分解方法，其包括：

用质量分数为40％的浓盐酸将0.2g的连铸保护渣样品润湿至无气泡产生，于100℃下加热至干燥，再与40mL、80℃水混合，得分解液。

对比例1-1

本对比例采用YB/T190.6-2014标准方法溶解连铸保护渣标准样品(游离碳认定值的质量分数为4.06％)，即：

在40mL的质量分数为17.5％的稀盐酸中加入0.2g氟化钠，加热溶解0.2g的连铸保护渣后，再加入50mL、90℃的水，煮沸5min，得分解液。

对比例1-2

本对比例采用YB/T190.6-2014标准方法溶解连铸保护渣标准样品(游离碳认定值的质量分数为14.49％)，即：

在40mL的质量分数为17.5％的稀盐酸中滴加5滴氢氟酸，加热溶解0.2g的连铸保护渣后，再加入50mL、90℃的水，煮沸5min，得分解液。

对比例1-3

本对比例提供一种连铸保护渣的分解方法，即：

用40mL的质量分数为17.5％的稀盐酸加热溶解0.2g的连铸保护渣后，再加入50mL、90℃的水，煮沸5min，得分解液。

发明人在研究过程中，考虑到氟化钠或氢氟酸会对后续流程中用到的玻璃纤维膜产生不利影响，试图只用40mL稀盐酸(质量分数17％)来溶解样品中的碳酸盐(即本对比例1-3)。结果发现制备得到的分解液不能正常过滤，分析后认为连铸保护渣样品中硅元素较高，只用盐酸加热溶解，样品中产生了大量胶体状的硅酸，导致过滤困难。

实施例2-1

本实施例提供一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，其包括：

将400～500目的三氧化钨粉置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.3μm玻璃纤维膜的抽滤器中抽真空后，将三氧化钨粉分散于玻璃纤维膜上，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤；其中，三氧化钨粉与连铸保护渣样品的质量比为3：1。

实施例2-2

本实施例提供一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，其包括：

将325～400目的二氧化硅粉置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.5μm玻璃纤维膜的抽滤器中抽真空后，将二氧化硅粉分散于玻璃纤维膜上，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤，其中，二氧化硅粉与连铸保护渣样品的质量比为6：1。

实施例2-3

本实施例提供一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，其包括：

将600～800目的三氧化钼粉置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.2μm石英纤维膜的抽滤器中抽真空后，将氧化钛粉分散于石英纤维膜上，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤，其中，三氧化钼粉与连铸保护渣样品的质量比为5：1。

实施例2-4

本实施例提供一种连铸保护渣的分解液的过滤方法，其包括：

将325～400目的三氧化钨粉置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.3μm玻璃纤维膜的抽滤器中，静置4min后抽真空，将三氧化钨粉分散于玻璃纤维膜上；再对连铸保护渣的分解液进行抽滤，其中，三氧化钨粉与连铸保护渣样品的质量比为3：1。

实施例3-1

本实施例提供一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，其包括：

用质量分数为35％的浓盐酸将0.2g的连铸保护渣样品润湿无气泡产生，于110℃下加热至干燥，再与30mL、90℃水混合，得分解液。

将0.6g的三氧化钨粉(粒径为400～500目)置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.3μm玻璃纤维膜的抽滤器中抽真空后，将三氧化钨粉分散于玻璃纤维膜上，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤。

用蒸馏水清洗器皿内壁和玻璃纤维膜，抽干后，取出玻璃纤维膜(游离碳附着在上面)，小心将其折叠好放入定碳仪专用坩埚或瓷舟中，将坩埚或瓷舟置于105℃烘箱中干燥样品。从而制备成供不同定碳仪器的游离碳样品。

实施例3-2

本实施例提供一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，其包括：

用质量分数为35％的浓盐酸将0.2g的连铸保护渣样品润湿无气泡产生，于110℃下加热至干燥，再与30mL、90℃水混合，得分解液。

将1.2g的二氧化硅粉(粒径为400～500目)置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.5μm玻璃纤维膜的抽滤器中抽真空后，将二氧化硅粉分散于玻璃纤维膜上，再对连铸保护渣的分解液进行抽滤。

用蒸馏水清洗器皿内壁和玻璃纤维膜，抽干后，取出玻璃纤维膜(游离碳附着在上面)，小心将其折叠好放入定碳仪专用坩埚或瓷舟中，将坩埚或瓷舟置于105℃烘箱中干燥样品。从而制备成供不同定碳仪器的游离碳样品。

实施例3-3

本实施例提供一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，其包括：

用质量分数为40％的浓盐酸将0.2g的连铸保护渣样品润湿至无气泡产生，于100℃下加热至干燥，再与40mL、80℃水混合，得分解液。

将0.6g的三氧化钨粉(粒径为400～500目)置于水中，分散均匀后，倒入铺设有孔径为0.3μm玻璃纤维膜的抽滤器中，静置4min后抽真空，将三氧化钨粉分散于玻璃纤维膜上；再对连铸保护渣的分解液进行抽滤。

用蒸馏水清洗器皿内壁和玻璃纤维膜，抽干后，取出玻璃纤维膜(游离碳附着在上面)，小心将其折叠好放入定碳仪专用坩埚或瓷舟中，将坩埚或瓷舟置于105℃烘箱中干燥样品。从而制备成供不同定碳仪器的游离碳样品。

实验例1

对实施例1中提供的连铸保护渣的分解液进行游离碳测定：

对实施例1-1中所得的分解液，以及对比例1-1、1-2中所得的分解液，采用YB/T190.6-2014标准方法中的酸洗石棉法收集游离碳，并采用高频感应炉燃烧－红外吸收法测定碳量，结果见表1：

表1.游离碳含量测定结果

从表1可看出，实施例1-1以及对比例1-1、1-2提供的溶样方法得到的游离碳测定值基本一致，均小于YB/T190.6-2014标准中的允许差，说明本发明方法可靠。

在试验过程中发现，实施例1-1虽然没使用氢氟酸或氟化钠，但未出现过滤困难的问题，分析认为样品在烤干时改变了硅酸的状态，未生成难过滤的物质。由于本实施例1-1方法制备得到的试液体积明显比现有方法小，在过滤收集游离碳时，所用时间小于现有方法是显而易见的。

实验例2

酸性氧化物的用量对连铸保护渣中游离碳结果的影响：

目前，玻璃纤维膜的产品较多，本实验例选取了两种玻璃纤维膜进行试验研究：A号玻璃纤维膜在生产中添加有机粘合剂；B号玻璃纤维膜不含有机粘合剂。为获得低的碳空白值，这两种玻璃纤维膜均在使用前于430～450℃下灼烧去除其中的碳元素。

将一张玻璃纤维膜安装在专用真空抽滤装置上，向玻璃纤维膜上加入不同质量的三氧化钨粉。加入的三氧化钨粉应先置于小烧杯中，加入少量蒸馏水，采用搅拌或超声波振荡的方法将三氧化钨粉较均匀地分散于蒸馏水中，再倒入真空抽滤器中，并采用静置2～5min，再开启真空泵的方法进行抽滤。该静置处理的方法，较未静置就开启真空泵抽滤的好处是：三氧化钨粉的利用率高，据观察在静置过程中，大颗粒的三氧化钨先沉降，小颗粒后沉降，穿过纤维膜的细小颗粒较未静置处理的方法少。

定量称取连铸保护渣样品(YSBC26803-2014：游离碳认定值的质量分数为4.06％)数份，分别置于50mL烧杯中，向烧杯中滴加浓盐酸(质量分数为35％)润湿样品至无气泡产生。将烧杯置于可控温的电热板上，于100～120℃加热并烤干样品。向烧杯中加入20～40mL、90℃的蒸馏水，搅拌、备过滤用。将试液和游离碳全部转移至纤维膜上，并用蒸馏水清洗烧杯和膜，抽干后，取出玻璃纤维膜(游离碳附着在上面)，并小心折叠好放入坩埚中，坩埚置于105℃烘箱中干燥。高频感应炉燃烧－红外吸收法测定碳量，结果见表2。

表2.游离碳含量测定结果

从表2可看出，从YSBC26803-2014标样测定值与标准值的误差判断(允许差质量分数为±0.16％)，将三氧化钨与样品的质量比控制在3：1及以上，可得到满意的分析结果。试验现象表明，当三氧化钨与样品的质量比在7：1、8：1时，过滤速度较慢，因此优选结果为3：1～6：1。综上所述，本发明提出的在玻璃纤维膜上加入三氧化钨粉可缩小过滤层的孔径，从而提高连铸保护渣样品中游离碳的收得率，使得游离碳的测定结果更为准确。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (3)

1.一种连铸保护渣中游离碳的测定方法，其特征在于，其包括分解连铸保护渣：用质量分数为20~40%的浓盐酸将连铸保护渣样品润湿后，于100~120℃下加热至干燥，再与80~100℃水混合，得分解液；

所述方法还包括：将所述分解液用纤维膜进行抽滤，所述纤维膜为玻璃纤维膜，所述纤维膜的孔径为0.2~0.5μm；

在用所述纤维膜抽滤所述分解液之前，还包括：在所述纤维膜上分散酸性氧化物粉末；所述酸性氧化物粉末为三氧化钨粉；所述酸性氧化物粉末与所述连铸保护渣样品的质量比为3~6：1。

2.根据权利要求1所述的连铸保护渣中游离碳的测定方法，其特征在于，在所述纤维膜上分散所述酸性氧化物粉末的方法包括：将含有酸性氧化物粉末的分散液用所述纤维膜进行抽滤。

3.根据权利要求2所述的连铸保护渣中游离碳的测定方法，其特征在于，在用所述纤维膜抽滤所述分散液时，还包括：将所述分散液在铺设有所述纤维膜的容器中静置2~5min后，再抽真空。