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實驗室碳硫分析的工作原理和辦法

   發布時間:2018年08月03日

實驗室碳硫分析的工作原理和辦法

  碳和硫是確定鋼鐵產品規格和質量的二個重要元素。一般碳含量高于2.0%以上的叫做鐵,低于2.0%的叫鋼。通常把碳含量高于0.60%的鋼叫高碳鋼,碳含量在0.25%~0.60%之間的鋼叫中碳鋼,碳含量小于0.25%的鋼叫低碳鋼,碳含量小于0.03%的叫工業純鐵。

  碳對鋼鐵的性能起著重要的作用:隨著碳含量的增加,鋼的硬度和強度提高,其韌性和塑性下降;反之,碳含量減少,則硬度和強度下降,而韌性和塑性增加。碳硫分析儀是企業理化分析室中的一種常用計量器具,用于對金屬和非金屬材料中的碳和硫元素含量進行定量分析,速度快,性能穩定,操作簡便。廣泛應用于冶金,鑄造,機械,鐵路等工礦企業,產品質檢所,大專院校,科研院所,可以方便快捷的進行原料驗收、爐前分析、成品檢驗等階段的分析測試。

  硫在鋼鐵中是一種有害物質,會惡化鋼鐵的質量,降低其力學性能及耐蝕性、可焊性。特別是鋼中的硫,若以硫化鐵的狀態存在時,由于它的熔點低(1000℃左右),會引起鋼的“熱脆”現象,即熱變形,高溫時工作產生裂紋,影響產品的質量和使用壽命。所以,鋼中的硫含量越低越好。一般要求,普通鋼中的硫含量小于0.050%,工具鋼中的硫含量小于0.045%,而優質鋼中的硫含量要小于0.020%。

  鑒于碳硫含量對鋼鐵質量和性能的重要作用,因此檢測鋼鐵中的碳硫含量,即碳硫分析具有重要意義。

  鋼鐵中的碳硫元素在高溫下(1200℃~1400℃)通氧燃燒。均能轉化為氣體,生成CO2和SO2,這就是燃燒法分析碳硫的基礎。

  碳硫分析的原理,就是將試樣在高溫爐中(如電阻爐也稱管式爐、電弧爐、高頻感應燃燒爐等)通氧燃燒,生成并逸出CO2和SO2氣體,用此法實現碳硫元素與金屬元素及其化合物的分離,然后測定CO2和SO2的含量,再換算出試樣中的碳硫含量。一般的測定方法有以下幾種:

  1.紅外檢測法:試樣中的碳、硫經過富氧條件下的高溫加熱燃燒,氧化為CO2、SO2氣體。氣體經處理后進入各自的吸收池,對相應的紅外輻射進行吸收,由探測器轉發為信號,經計算機處理輸出結果。此方法具有準確、快速、靈敏度高的特點,高低碳硫含量均使用,采用此方法的紅外碳硫分析儀,能快速、準確地測定鋼、鐵、合金、有色金屬、稀土金屬、水泥、礦石、焦碳、煤、爐渣、陶瓷、鑄造型芯砂以及其它材料中碳硫兩元素的質量分數。該系列儀器是國內、外技術融合的結晶,集光、電、計算機、分析技術為一體的新技術產品,測量范圍寬,抗干擾能力強,性能可靠,自動化程度較高,價格也比較高,適用于分析精度要求較高的場合。是化學分析工作者理想的檢測設備。

  2.氣體容量法:常用的有測碳為氣體容量法和非水滴定法,測硫為碘量法或酸堿滴定法。特別是氣體容量法測碳、碘量法定硫,既快速又準確,是我國碳、硫聯合測定最常用的方法,采用此方法的高速碳硫分析儀的精度:符合GB223.69-97GB223.68-97標準,測量時間:約45秒(不含取樣、稱樣時間),碳含量下限為0.050%,硫含量下限為0.005%測量,可滿足大多數場合的需要。

  3.重量法:常用堿石棉吸收CO2,由“增量”求出碳含量。硫的測定常用濕法,試樣用酸分解氧化,轉變為硫酸鹽,然后在鹽酸介質中加入氯化鋇,生成硫酸鋇,經沉淀、過濾、洗滌、灼燒,稱量最后計算得出硫的含量。重量法的缺點是分析速度慢,所以不可能用于企業現場碳硫分析,優點是具有較高的準確度,至今仍被國內外作為標準方法推薦,適用于標準實驗室和研究機構。

  4.電導法:用電導法測定碳、硫,其特點是準確,快速、靈敏。一般多用于低碳、低硫量的測定。

  5.測定金屬中的碳、硫含量,其他的方法還有ICP法、直讀光譜法、X光熒光法、質譜法、色譜法、活化分析法等,各有其優、缺點和適用范圍。

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