428高频红外法测定难熔金属中碳／硫的方法研究

428高频红外法测定难熔金属中碳硫的方法研究 第24卷第1期Vo124No1硬质合金CEMENTED CAR8|DExx年3月M ar2oo7坐坐坐椠高频红外法测定难熔金属中碳硫的方法研究孟小卫张杰(株洲硬质合金集团有限公司，湖南株洲412000)摘要应用姜可(LECO)公司生产的高频红外碳硫仪(CS600)，建立了难熔金属W、Mo、Ta、Nb等一系列样品中C、S的测定方法。 对试样的用量，特别是助熔剂的选择和配比进行了探讨，确定了最佳的高频加热提取条件。 本方法与国家标准方法相比，具有测定结果精度更高、分析速度更快、检测范围更宽等优点。 方法检测范围C(00005-150)，S(00005-O40)。 关键词高频红外法难熔金属CS目前测定W、Mo、Ta、Nb等难熔金属中CS的国家标准方法【】-5分别为燃烧一库仑法和燃烧一电导法。 两种方法的试样提取部分都是采用管式炉，其最高使用温度仅达到1350oC，对于熔点高达2O00以上的难熔金属来说，勉为其难，并且库仑仪由于故障率高、难以实现自动化，接近淘汰的边缘，现已无厂家生产。 因此，必须尽快建立更新、更高水平的分析方法。 高频红外碳硫仪由于其自动化程度高、分析速度快，在钢铁行业得到广泛应用。 但是对于W、Mo、Ta、Nb等难熔金属来说，仍有一定难度。 本文应用美国力可公司生产的CS60oC高频红外碳硫仪，通过大量条件试验与结果对比，建立了W、Mo、Ta、Nb等难熔金属，Fe、Co、Ni、Cu及其氧化物中C、S含量的测定方法。 本方法与国家标准方法相比，具有测定结果精度更高、分析速度更快、检测范围更宽等优点，可为生产、科研提供更优质的服务。 1实验部分11仪器LECO CS600C碳硫分析仪(主机和计算机控制系统)，铁塔牌稳压器(5kW)，万分之一电子天平。 12试剂材料高纯W粒(40目，C00ol0，S00o05)；ZnO；稀土氧化铜；碱石棉；无水高氯酸镁；镀铂硅胶；脱脂棉；钨锡助熔剂；纯铁助熔剂；999氧气；高纯CO2；C、S固体标样；陶瓷坩锅。 l_3实验方法称取适量的试样于陶瓷坩锅中，添加助熔剂，将坩埚放到支架上。 按加载按钮，合上炉头，燃烧室内的空气被氧气冲洗完后，系统氧气流速恢复到正常分析状态，感应炉开始工作。 在炉子的高频磁场中，试样和助熔剂被感应加热，在氧气的氛围中燃烧，试样中的C、S和O2反应生成CO2和SO2。 分析气体随载气进入气路系统，先到达SO检测池进行S的检测，随后通过热的镀铂硅胶，将CO转换成CO；SO转换成SO3被赛璐璐吸收。 然后，试样气体分别通过低、高含量CO红外检测池检测C含量。 仪器会自动选择最佳的C量程池体，低含量的C由长的CO检测池检测，高含量的C由短的CO检测池检测，这种量程的选择和切换完全由Windows软件控制并自动切换。 2结果与讨论21仪器主要性能指标的考查211仪器的精度考查采用力可公司生产的标准钢铁样品考查仪器的精度，重复测定不同C、S含量的标准样品，分析结果的标准偏差均小于标准值规定的标准偏差，说明作者简介孟小卫。 女l1970)。 硕士。 株洲硬质合金集团有限公司高级工程师。 主要从事分析检测、科研开发工作。 第1期孟小卫张杰高频红外法测定难熔金属中碳硫的方法研究仪器的分析精度非常好。 212仪器的准确度与线性考查在同一条件下连续测定不同C、S含量的标准样品，其结果分别汇于表 1、表 2、表3。 表1CO2低池准确度考查表2CO2高池准确度考查表 1、表 2、表3测定结果均在标准值的允许差范围内，证明仪器准确度高。 CS60o碳硫仪有CO高、低池两个检测器，以及一个SO检测器。 CO高池适用于分析中低含量的C量；CO低池适用于检测微含量的C量。 仪器会自动选择最佳的C量程池体，这种量程的选择和切换完全由Windows软件控制并自动切换。 因此，在同一方法下，可以同时检测(0010-10)mgC量，线性范围宽达103，而不必更换方法。 对于分析复杂的样品非常有利。 而SO检测器仅有一个，因此必须分成两种方法一低硫检测与中硫检测，所用线性校正的标样最好选用与样品含量相近或高于样品含量的标样，校正方法应采用多点线性校正。 213仪器的稳定性考查采用两个标准样品，在8个小时内连续测定，每两小时测定一次，测定C、S结果的变异系数(RSD)均小于1，表明仪器稳定性强。 22高频红外法测定难熔金属中C、S的方法研究221助熔剂的选择高频红外法测定C、S的高频炉是通过高频振荡管产生高频磁场，样品和加人的助熔剂在此高频磁场中被感应加热，在氧气中燃烧，样品中的C、S元素和氧反应生成CO和SO然后进人红外池检测。 通常高频感应炉使用的助熔剂为W粒、Sn、Fe屑。 W粒具有热容量大，可提高熔解温度；Sn可加强样品的包裹和流动性；Fe屑有助熔和导磁作用。 作者分别用W粒，W粒+Sn，(W，Sn)+Fe作助熔剂，W粒+ZnO进行试验。 结果见表4。 由表中数据可知测C，对于Ta，Nb试样来说，三种助熔剂助熔效果没有明显区别。 而分析W这种低含量试样，由于Fe屑空白高，不利于分析，W粒和W粒+Sn效果区别不大；测S，由于W，Mo，Ta，Nb中含S量极低，仅有几个几十个ppm，因此，不能使用S含量高的Fe屑助熔剂，其结果波动大，W粒和W粒+Sn中S空白值低，其结果相对精度较好。 而对于Mo来说，前三种助熔剂，前头、后尾产生负峰，使结果偏低，这是因为Mo氧化生成易挥发的MoO，进人气路。 加人ZnO后ZnO与Mo形成共熔体，抑制了MoO，的挥发，峰型对称，结果稳定。 试验中还发现ZnO同时也对W的测定有同样的抑制灰尘作用，且不影响检测结果。 试验表明，助熔剂W粒加人量为15g左右，ZnO加人05g即可。 若加人量太少，样品难于熔解；表4助熔剂的选择58硬质合金第24卷若加入量过多，则过量的助熔剂产生超高温，易损坏仪器的自动清扫轮刷和燃烧管，且浪费助熔剂。 222高频加热提取条件的优化影响分析结果的高频加热条件主要有冲洗时间，分析延迟时间，高频功率，最短积分时间和比较器水平。 1)冲洗时间。 由于高频炉加样的方式是将炉膛打开，再放置装有试样的坩锅于坩锅托架上，此时，坩锅和坩锅托架完全暴露在空气中，关闭炉膛后，必将带入空气进入系统。 冲洗功能就是将进入系统中的空气排出，冲洗是否彻底，将直接影响测定结果的准确。 因此，必须选择合适的冲洗时间，时间过短，空气残留，空白偏高；时间过长，分析样品时间也将延长。 试验表明，冲洗时间在1520s比较合适。 2)分析延迟时间。 由于分析程序由冲洗气路切换至分析气路时，气流不稳定，必须给予一定时间，让气流稳定，再开始高频加热。 试验表明，分析延迟时间在20s比较合适。 3)燃烧功率的选择。 高频加热炉的原理是通过高频振荡管，产生高频磁场，样品在此高频磁场中感应，产生高温，在氧气中发生氧化燃烧，一般温度可达15001600oC。 因此，相比于管式炉，更适合分析高温难熔金属。 对于高温难熔金属，功率越高越好，因此选择100功率。 而对于低熔点易飞溅样品，如Cu、CuO，温度太高，样品易飞溅，污染炉膛，而且产生负峰，结果偏低。 因此必须降低高频功率。 作者选择5、10、20、30、40的功率进行试验，试验表明，选择30功率可满足分析要求。 4)最短积分时间。 积分时间可以有效的控制分析持续的时间，分析时间太长将导致不必要的分析延长，而分析时间不足将损失有效的数据，最短分析时间在3540s较为合适。 第1期孟小卫张杰高频红外法测定难熔金属中碳，硫的方法研究5)比较器水平。 由于各种样品的熔融情况不尽相同，分析的结束不应只取决于时间。 每次分析时间的长短应由最短积分时间与比较器水平决定。 较高的比较器水平可以缩短总的分析时间，低的比较器水平包括了更多的试样气体，用于结果计算的C0和S0也多，比较器水平设置过低，尽管包括的低浓度不显著影响结果，却会使分析时间延长。 比较器水平设为1，能够在合理的时间内把全部有效的输出值收集起来，从而实现最佳分析。 223分析试样的称量以及粒度在上述条件下，作者比较了试样量对结果的影响，试验表明，高含量样品，对于C量，样品从0210g，结果波动不大；而对于S元素来说，由于S比C难释放，结果波动大。 称样多，试样难以在瞬间熔化，称样少，误差大，因此选择04-07g为最佳。 样品粒度对测定有影响，一般粉状屑状样品易于完全燃烧，而块状丝状棒状样品难于完全熔化，因此，必须将样品细化。 在不改变样品成分的前提下，将块状样品破碎，过60目筛网，丝状样品剪成2mm5mm，棒状样品必须切割成屑状等，助于熔化，有利于分析。 综上所述，选择高频红外法测定W、Mo、Ta、Nb中的C、S最佳条件是，称样量04-07g，助熔剂W粒15g(Mo加入05gZnO)，满功率高频感应，冲洗时间152O s，最小积分时间35-40S，比较器水平1。 224关于高频红外法测硫的问题探讨由于试样中的S难以瞬间释放，而且水汽、灰尘都易吸附SO，因此高频红外法测S相对比较难。 作者在试验中发现，测量微量S(几个到几十个ppm)时，首先需要通人含一定S量的试样，让系统饱和很长一段时间后，再进行分析，才可取得较好的效果。 但是对于测定001以上的S反而比较容易。 225新分析方法的精密度和准确度在选定的方法分析条件，平行测定各种样品的结果汇于表5，其精密度和准确度均达到或优于现有的燃烧一库仑法测碳、燃烧一电导法测S的国家标准方法水平，能更好地满足生产分析要求。 3结论31为各种难熔金属中碳硫的测定选择了最佳分析条件，建立了难熔金属中碳硫的高频红外分析方法，新方法测定结果的精确度和准确度均达到或超过现有的国家标准方法，能更好地满足生产分析要求。 32高频红外碳硫仪CS600C的检测线性很宽，可同时测定(00005-15)的C含量以及(00005-04O)的S含量。 33高频红外法测S相对比较困难，需要将系统饱和很长一段时间才能测定。 34该仪器分析易挥发样品时出现负峰，其形成原因有待进一步研究。 参考文献【1】GB43252784钼化学分析方法燃烧一库仑滴定法测定碳量【2】GB43252384钼化学分析方法燃烧一电导法测定硫量【3】GB43242784钨化学分析方法燃烧一库仑滴定法测定碳量【4】GB43242384钨化学分析方法燃烧一电导法测定硫量【5】GBT150761294钽铌化学分析方法碳量的测定【6】史世云等高频燃烧一红外碳硫仪测定地质样品中的碳和硫，岩矿测试，20o1，12，20 (4)267-271【7】仓向辉等AtTiC合金中碳含量测定方法轻合金加工技术，xx，32 (6)3839【8】赵宇等红外吸收法测定钼铁中碳、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