第八章钢铁分析

1、第八章第八章 钢铁分析钢铁分析8.1 8.1 概概 述述8.2 8.2 钢铁试样的采集钢铁试样的采集8.3 8.3 总碳的测定总碳的测定8.4 8.4 硫的测定硫的测定 8.5 8.5 磷的测定磷的测定8.6 8.6 锰的测定锰的测定8.7 8.7 硅的测定硅的测定v红河钢铁厂红河钢铁厂8.1 概概 述述v了解钢的生产过程，进一步理解了解钢的生产过程，进一步理解五大元素五大元素在钢中的作用，证明测定的意义在钢中的作用，证明测定的意义 。v钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素是数元素是铁铁，还含有，还含有碳、硫、磷、硅、锰碳、硫、磷、硅、锰等元素。等元素

2、。 主要内容：主要内容：铁矿石石灰石焦炭配比高温燃烧生铁辅助材料熔炼碳素钢C控制在一定限度Si Mn很低S P 杂质2%,Mn2%Si促使C以游离态石墨状存在Si高流动性强，软易加工用于铸造Si4%C以化合态存在（如Fe3C, Mn阻止以游离态存在）mp=1200 Co断口灰色mp=1100Co断口银白色Mn高硬难加工多用于炼钢 1、生铁、生铁8.1 概概 述述v铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配合，经过高温煅烧、铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配合，经过高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭还原，生成粗制的铁，称冶炼，则铁矿石被焦炭还原，生成粗制的铁，称生铁生铁。v铁矿石主要成分是铁矿石主要成分是氧化铁

3、氧化铁(Fe2O3)，还含有其他金，还含有其他金属的硅酸盐或非金属杂质，经冶炼大部分杂质转属的硅酸盐或非金属杂质，经冶炼大部分杂质转化成炉渣，分离除去，有少量杂质化成炉渣，分离除去，有少量杂质C、Mn、Si、S、P等残存在等残存在生铁生铁中。中。v如果在如果在生铁生铁中加入其他中加入其他辅助材料辅助材料，进一步冶炼，进一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制则杂质被进一步氧化除去，同时控制含碳量含碳量降至降至一定限度，一定限度， Si 、 Mn等元素含量很低，硫磷等杂等元素含量很低，硫磷等杂质降至质降至0.05%以下，则成为以下，则成为铁及碳的合金铁及碳的合金碳碳素钢素钢。2、钢、钢 碳素钢

4、碳素钢按按含碳量含碳量分分低碳钢：低碳钢：C0.25，称纯铁或熟铁中碳钢中碳钢： C 0.250.60高碳钢高碳钢： C0.60%钢钢碳素钢碳素钢 C：0.051.7合金钢合金钢8.1 概概 述述v特种钢：特种钢：若适当提高钢中若适当提高钢中Si或或Mn含量，或加入一定量的含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。合金钢）。vNi钢：钢：有较强的强度及韧性，多用于承受冲击或强大压力有较强的强度及韧性，多用于承受冲击或强大压力的制件，含的制件，含Ni36%的铸钢受热时几乎不膨胀，可制的铸钢受热时几乎不膨胀，可制精密仪精密仪

5、器器。vCr钢：钢：增强耐热耐腐蚀性，多用于制造滚珠增强耐热耐腐蚀性，多用于制造滚珠轴承轴承或工具，或工具，含含Cr12.518%的铬钢或含铬的铬钢或含铬0.6 1.75%、Ni 1.25%的镍铬的镍铬钢，又称钢，又称不锈钢不锈钢，可制，可制高压锅高压锅等多种物品。等多种物品。vW钢：钢：具有极强的具有极强的耐热性耐热性，受热至白热化仍不软化，常用，受热至白热化仍不软化，常用于制造运转的机件或刀具。于制造运转的机件或刀具。v各种各种合金钢合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。具有独特的性能而用于特殊用途。8.1 概概 述述二、各元素在钢中的形态和作用二、各元素在钢中的形态和作用v主要是主要是 C

6、 、S 、Si 、Mn 、P（一）碳（一）碳 钢铁中的钢铁中的C来源来源：原料中的焦炭：原料中的焦炭 碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。的性能。 碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。 游离态化合态 Fe3C, Mn3C, Cr3C2, WC, MoC等v碳的形态：碳的形态： 8.1 概概 述述v碳碳决定钢的性能。碳在钢中可作为决定钢的性能。碳在钢中可作为硬化剂硬化剂和和加强剂加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。方法来调节和改善其

7、机械性能。 v对存在状态的影响对存在状态的影响 灰灰口生铁，游离的口生铁，游离的C多，软而韧多，软而韧用于铸造用于铸造 白白口生铁，化合物口生铁，化合物C多，硬而脆多，硬而脆用于炼钢用于炼钢8.1 概概 述述（二）硅（二）硅 1、来源、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入。由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入。 2、 形态形态v主要以硅化物：主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi 存在存在v在高硅钢中，一部分以在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成存在，也有时形成 固熔体或硅酸盐固熔体或硅酸盐。8.1 概概 述述 3、性能、性能 v(1)增强钢的硬度、弹性及强度，

8、提高抗氧化能力及耐增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性；酸性；v(2)促使促使C以游离态存在，使钢具有流动性，易于铸造以游离态存在，使钢具有流动性，易于铸造 v(3) 类型类型 va 一般一般生铁生铁或或碳素钢碳素钢 Si含量含量 0.8%高锰钢高锰钢 高达高达13%-14%含含Mn 12% - 20%的铁合金为的铁合金为镜铁镜铁 含含Mn 60% - 80%的铁合金为的铁合金为锰铁锰铁 v各种型号的高锰钢，具各种型号的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等轮、转轴、铁路道岔等v此两种主要用此两种主要用于炼钢做

9、脱硫于炼钢做脱硫剂剂（四）硫（四）硫 有害成分有害成分 1 来源来源：主要由焦炭或原料矿石引入：主要由焦炭或原料矿石引入 2 形态形态：主要以：主要以MnS或或FeS状态存在状态存在 若：若：SM n生 成M nS反 之 过 量 S和 FeFeS8.1 概概 述述 3 性能性能 使钢产生使钢产生“热脆性热脆性”有害成分有害成分 原因：为什么产生热脆性？原因：为什么产生热脆性？ FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。 （五）磷（

10、五）磷 有害杂质有害杂质 1 来源来源 ：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入意加入 2 形态形态：以：以Fe2P 或或 Fe3P 状态存在状态存在 3 性能性能：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生使钢铁产生“冷脆性冷脆性”，也是，也是有害杂质有害杂质。v但是但是P也有其也有其作用作用：P 流动性流动性 易铸造易铸造 并可避免在轧钢时轧辊与并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合压件粘合 因此在特殊情况下常有意加入一定量因此在特殊情况下常有意加入一定量P达此目的。达此目的。 8.1 概概 述述 4. 类型类型

11、: 生生 铁铁 P0.3% 碳素钢碳素钢 P0.06% 优质钢优质钢 P0.03%特殊用途：特殊用途：轧辊钢轧辊钢高达高达 0.4 0.5%炼钢炼钢 或或 铸钢用的铸钢用的磷铁磷铁 15 20%之间之间v以上归纳成如下表：以上归纳成如下表：CSiMnSP形形态态 固溶体固溶体碳化物碳化物Fe3C, Mn3C, Cr3C, WC, MoC.游离石墨碳游离石墨碳主要硅化物：主要硅化物：FeSi, MnSi高碳钢部分高碳钢部分SiC有时以固熔体有时以固熔体或硅酸盐或硅酸盐 MnC, MnS,FeMnSi 固熔体固熔体MnS ,FeS Fe2P , Fe3P来来源源焦炭焦炭原料矿石原料矿石；脱氧或特殊

12、脱氧或特殊需要而加入需要而加入原料矿原料矿石；作石；作脱硫脱脱硫脱氧剂氧剂焦炭焦炭 或或原料矿原料矿石引入石引入原料引原料引入；特入；特殊需要殊需要加入加入各元素在钢中的形态和作用表各元素在钢中的形态和作用表硬度硬度含量高含量高含量低含量低产生热脆产生热脆性性产生冷脆性产生冷脆性延展性延展性韧性韧性熔点熔点钢：钢： S0.05%生铁：生铁： 0.35%生铁生铁P0.3% 碳素碳素0.06% 优质优质0.03%轧辊钢高达轧辊钢高达 0.4 0.5%磷铁磷铁 15 20%之间之间弹性弹性强度强度抗氧化性抗氧化性流动性流动性易于铸造易于铸造（促使（促使C以以游离态）游离态）易于铸造易于铸造防止轧辊、

13、防止轧辊、轧件间粘合轧件间粘合抗酸碱性抗酸碱性检测意义检测意义决定钢铁型号及决定钢铁型号及用途主要指标用途主要指标直接影响钢铁性直接影响钢铁性能控制一定量能控制一定量有害成分严格降至一定量有害成分严格降至一定量C Si MnSP三三 、 检测意义检测意义v综上所述，综上所述， C确定钢铁型号及用途确定钢铁型号及用途主要指标主要指标 Si、Mn直接影响钢铁性能直接影响钢铁性能(有益的有益的)控制一定量控制一定量 S、P有害成分有害成分 严格降至一定量严格降至一定量v因此，对于因此，对于生铁生铁和和碳素钢碳素钢：C、Si、Mn、S、P等等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生五种元素的含量是冶

14、金或机械工业化验室日常生产控制的重要指标。产控制的重要指标。8.1 概概 述述8.2 8.2 钢铁试样的采集钢铁试样的采集 一、采集规则一、采集规则 二、钢材分析试样的采集二、钢材分析试样的采集大断面钢材大断面钢材小断面钢材小断面钢材 钢板取样钢板取样 三、熔炼分析试样的采集三、熔炼分析试样的采集8.2 钢铁试样的采集钢铁试样的采集8.3 8.3 总碳的测定总碳的测定8.3 总总碳的测定碳的测定v测定各种形态的碳属于测定各种形态的碳属于相分析相分析；v在在成分分析成分分析中，一般钢样只测定中，一般钢样只测定总碳量总碳量；v生铁生铁试样除测定试样除测定总碳量总碳量外，常分别测定外，常分别测定 游

15、离碳游离碳和和化合碳化合碳的含量。的含量。 生铁生铁C1.7%, 钢含钢含C 0.21.7%。总碳量的测定方法总碳量的测定方法基本原理：基本原理：通常都是将试样置于高温氧气流中通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为燃烧，使之转化为二氧化碳二氧化碳再用适当方法测定。再用适当方法测定。气体容量法气体容量法非水滴定法非水滴定法仪器分析法仪器分析法8.3 总总碳的测定碳的测定燃烧燃烧-气体容积法气体容积法(气体容量法气体容量法)v是目前国内外广泛采用的是目前国内外广泛采用的标准方法标准方法。v优点优点：成本低，有较高的准确度，测得结果：成本低，有较高的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。是总碳量

16、的绝对值。v缺点缺点是要求有较熟练的操作技巧，分析时间是要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。较长，对低碳试样测定误差较大。8.3 总总碳的测定碳的测定（一）（一） 方法原理方法原理v试样在试样在12001300的高温的高温O2气流中燃烧，气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成钢铁中的碳被氧化生成CO2:v C + O2 = CO2v 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 v Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3Ov 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2v 3MnS + 5O2 = Mn3O4 + 3SO28.3 总总碳的测定碳的测定（一）

17、（一） 方法原理方法原理v生成的生成的CO2与过剩的与过剩的O2经导管引入量气管，测定经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收溶液的吸收器，吸收其中的其中的CO2: CO2十十2KOH = K2CO3十十H2Ov剩余的剩余的O2再返回再返回量气管量气管中，根据吸收前后容积之中，根据吸收前后容积之差，得到差，得到CO2的容积，据此计算出试样中的容积，据此计算出试样中碳的质碳的质量分数量分数。8.3 总总碳的测定碳的测定（二）主要试剂（二）主要试剂v1.氢氧化钾吸收剂溶液氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)； v2.除硫剂除硫剂 活性二氧化锰活性二氧化锰(粒

18、状粒状)或钒酸银。或钒酸银。v 2.1 钒酸银；钒酸银； 2.2 活性氧化锰；活性氧化锰； v3. 酸性氯化钠溶液（酸性氯化钠溶液（250g/L）；）；v4.助熔剂助熔剂 锡粒锡粒(或锡片或锡片)、铜、氧化铜、纯铁粉。、铜、氧化铜、纯铁粉。v 5. .高锰酸钾溶液（高锰酸钾溶液（40g/L）；）；v 6.甲基橙指示剂（甲基橙指示剂（2g/L）。）。 8.3 总总碳的测定碳的测定图图1 气体容量法定碳装置气体容量法定碳装置l.氧气瓶，氧气瓶，2.氧气表，氧气表，3.缓冲瓶，缓冲瓶，4、5.洗气瓶，洗气瓶，6.干燥塔，干燥塔，7.玻璃磨口塞玻璃磨口塞, 8.管式炉，管式炉， 9.燃烧管，燃烧管，1

19、0.除硫管除硫管,11.容量定碳仪容量定碳仪(包括包括: 冷凝管冷凝管a 、量气管量气管b、水准瓶水准瓶c、吸收瓶吸收瓶d、小旋塞小旋塞e、三通旋塞、三通旋塞f、），），l2.球形干燥管，球形干燥管，13.瓷舟瓷舟,14.温度自动控制器温度自动控制器. 15. 供氧旋塞供氧旋塞v（三）仪器（三）仪器（四）分析步骤（四）分析步骤 v(1)(1)准备工作准备工作 将炉温升至将炉温升至12001350，v(2)检查管路是否漏气，装置是否正常，检查管路是否漏气，装置是否正常，v(3)排出系统内的气体，空烧排出系统内的气体，空烧30min，v(4)燃烧标准样品，使封闭液被燃烧标准样品，使封闭液被CO2饱

20、和，饱和，v(5)测定样品测定样品 称样称样,置于瓷舟中置于瓷舟中助熔剂覆盖于试样上面助熔剂覆盖于试样上面将瓷舟放将瓷舟放入瓷管内入瓷管内预热预热l min，通氧，通氧15s后打开阀门使后打开阀门使CO2进入量进入量气筒气筒约约2min后燃烧完全，可停止加热后燃烧完全，可停止加热测定气体体积测定气体体积用用KOH吸收吸收CO2测定剩余气体体积。测定剩余气体体积。8.3 总总碳的测定碳的测定（五）（五） 测定条件测定条件 1试样的燃烧程度试样的燃烧程度燃烧温度燃烧温度 ，助熔剂降低燃烧温度，助熔剂降低燃烧温度;通通O2速度速度 2硫的干扰及消除硫的干扰及消除 在高温在高温O2气流中燃烧时，试样中

21、硫也转化为气流中燃烧时，试样中硫也转化为SO2： 如果生成的如果生成的SO2，在吸收前未能除去，同样被，在吸收前未能除去，同样被KOH溶液吸收，干扰碳的测定。溶液吸收，干扰碳的测定。常用常用MnO2、AgVO3 除去混合气体中的除去混合气体中的SO28.3 总总碳的测定碳的测定3 . 测定中应注意的问题测定中应注意的问题 v3.1 助熔剂中含碳量一般不超过助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ;v3.2 样品的放置要均匀地铺在瓷舟中样品的放置要均匀地铺在瓷舟中;v3.3 定碳仪应装置在室温较正常的地方定碳仪应装置在室温较正常的地方(距离高温炉约距离高温炉约 300500mm) ；v3.4 更换

22、水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾溶更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾溶液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，才可进液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，才可进行试样测定。行试样测定。v3.5 对测定含硫量较高的试样对测定含硫量较高的试样(大于大于0.2%)，应增加除硫剂，应增加除硫剂量或增加一个除硫管。量或增加一个除硫管。8.3 总总碳的测定碳的测定 3 . 测定中应注意的问题测定中应注意的问题 v3.6 吸收器、水准瓶内溶液吸收器、水准瓶内溶液 及及 混合气体混合气体 三者的温度应基三者的温度应基本相同，否则将产生正负空白值。本相同，否则将产生正负空白值。v3.

23、7 如分析完高碳试样后，应通氧空烧一次，才可以接着如分析完高碳试样后，应通氧空烧一次，才可以接着做低碳试样分析。做低碳试样分析。v3.8 当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白时，说当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白时，说明已失效，应及时更换。明已失效，应及时更换。v3.9 观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。v3.10 炉子升温应开始慢，逐步加速，以延长硅碳棒寿命。炉子升温应开始慢，逐步加速，以延长硅碳棒寿命。3 . 测定中应注意的问题测定中应注意的问题v3.11 分析前，应先检查仪器各部分是否漏气。工作开始分析前，应先检查

24、仪器各部分是否漏气。工作开始前及工作中，均应燃烧标准样品，判定工作过程中仪器前及工作中，均应燃烧标准样品，判定工作过程中仪器的准确性。的准确性。v3.12 吸收前后观察刻度的时间应一致。吸收后观察刻度吸收前后观察刻度的时间应一致。吸收后观察刻度时，量气管及水准瓶内液面与视线应处在同一水平线上。时，量气管及水准瓶内液面与视线应处在同一水平线上。v3.13 吸收器中吸收器中KOH溶液使用时间长后也应进行更换，一溶液使用时间长后也应进行更换，一般在分析般在分析2000次后更换，否则吸收效率降低，使测定结次后更换，否则吸收效率降低，使测定结果偏低。果偏低。v3.14 测定中应记录温度与大气压力，以确定

25、校正系数测定中应记录温度与大气压力，以确定校正系数f。( (六六) )分析结果计算分析结果计算 v结果可按下式计算：结果可按下式计算：vm 钢铁试样的质量，钢铁试样的质量，g；vV CO2实测体积，实测体积，mL；vK 温度、压力校正系数；温度、压力校正系数；v0.000516、101.3kPa条件下单位体积所含碳条件下单位体积所含碳质量，质量，g/mL；%1000005.0C%mKV8.3 总总碳的测定碳的测定说明：说明：v(1) K 温度、压力校正系数温度、压力校正系数 , 求法如下：求法如下： v根据气态方程，有根据气态方程，有 ：v 即即 ：vP，t 现场测得的气压、温度值现场测得的气

26、压、温度值；v p 根据根据t值查表得到的饱和水蒸汽气压值，值查表得到的饱和水蒸汽气压值，kPa；v1.813 16、101.3kPa时饱和水蒸气气压值。时饱和水蒸气气压值。TVPTPVTTPPVVKtpPVV27316273813.13 .101说明：说明：v(2) 0.0005特殊状态下每毫升特殊状态下每毫升CO2气体的质量，气体的质量，g/mL；v特殊状态下，特殊状态下，每每mol CO2气体的气体的质量质量为为12g，即，即12g/mol;其其体积体积为为24000mL，即，即24000mL/molv则每毫升则每毫升CO2气体的质量为：气体的质量为： g /mL；molmLmolg/2

27、4000/128.4 8.4 硫的测定硫的测定8.4 硫的测定硫的测定 vS 有害成分有害成分(热脆性热脆性)，含硫量应严格控制于一，含硫量应严格控制于一定范围定范围v硫的测定方法很多：硫的测定方法很多：高温燃烧法：碘量法、酸碱滴定法、光度法高温燃烧法：碘量法、酸碱滴定法、光度法经典的经典的硫酸钡重量法硫酸钡重量法用于测定高硫试样；用于测定高硫试样；燃烧燃烧- -滴定法滴定法具有简单、快速、准确及适应面广的特点，具有简单、快速、准确及适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标准方法。被广泛采用，它也是国内外的标准方法。 v介绍燃烧介绍燃烧- -滴定法中的滴定法中的燃烧燃烧- -碘酸钾容量法碘

28、酸钾容量法。(一) 原 理v燃烧：燃烧： 4FeS + O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 3MnS +5O2 = Mn3O4 + 3SO2v吸收：吸收： SO2 + H2O= H2SO3v滴定：滴定： KIO3 + 5KI +6HCl = 3I2 + 6KCl + 3H2O H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI v关系式：关系式：IO3-3I23SO32-3S 钢铁钢铁试样试样O21300左右SO2H2O吸收吸收H2SO3H+ KIO3-KI淀粉淀粉SO42，蓝色出现蓝色出现33 IOns(二)主要试剂及仪器v1. 碘酸钾标准溶液碘酸钾标准溶液 c(1/6KIO3)

29、 = 0.01000mol/L、 0.001000mol/L、 0.0002500mol/L；v2淀粉吸收液淀粉吸收液(10g/L)； v3. 助熔剂助熔剂v4. 钢铁定硫仪钢铁定硫仪8.4 硫的测定硫的测定 （三）仪器装置v供氧部分、燃烧部分、洗气部供氧部分、燃烧部分、洗气部分于钢铁定碳仪相同；分于钢铁定碳仪相同；v图为定硫仪的图为定硫仪的滴定部分滴定部分装置装置 v1.球形管球形管 2.滴定管滴定管3.吸收杯吸收杯8.4 硫的测定硫的测定 ( (四四) )测定步骤测定步骤v(1)(1)准备工作准备工作预热：将炉温升至预热：将炉温升至12001350 C，试漏；试漏；瓷舟处理：瓷舟处理：10

30、001000 C灼烧灼烧1h，1300 C通氧燃烧通氧燃烧12min，取出冷却待用；取出冷却待用；瓷管处理：用废弃样品通氧多次灼烧，使系统对硫饱和；瓷管处理：用废弃样品通氧多次灼烧，使系统对硫饱和；淀粉溶液准备：于吸收杯中加入淀粉溶液准备：于吸收杯中加入淀粉吸收液淀粉吸收液（硫小于（硫小于0.01%用低硫吸收杯，加用低硫吸收杯，加20mL吸收液；硫大于吸收液；硫大于0.01%用用高硫吸收杯，加高硫吸收杯，加60mL吸收液吸收液) )，通氧，用，通氧，用KIO3标准溶标准溶液液滴定至滴定至浅蓝色浅蓝色不褪（析出不褪（析出I I2 2），关闭氧气。），关闭氧气。目的？目的？( (四四) )测定步骤

31、测定步骤 (2) 试样的测定：试样的测定：v称取适量试样，置于称取适量试样，置于瓷舟瓷舟中，加入适量中，加入适量助熔剂助熔剂，将瓷舟，将瓷舟推至高温处，推至高温处，预热预热0.51.5min，通氧，控制，通氧，控制氧速氧速为为15002000mL/min，燃烧后的，燃烧后的混合气体混合气体导入吸收杯中，导入吸收杯中，使淀粉吸收液使淀粉吸收液蓝色开始消褪蓝色开始消褪，立即用，立即用KIO3标准溶液滴定标准溶液滴定并使液面并使液面保持蓝色；保持蓝色；v当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽液的色泽与原来的终点色泽相同

32、相同，间歇通气后，色泽不，间歇通气后，色泽不变即为终点。变即为终点。 计算：计算：%100100006.323%0GVVcSv c KIO3标准溶液的浓度，标准溶液的浓度，mol/L；v V 滴定滴定试样试样所消耗所消耗KIO3标液的体积，标液的体积，mL；v V0滴定滴定空白空白样所消耗样所消耗KIO3标液的体积，标液的体积，mL；v G 试料的质量，试料的质量，g。33 IOns( (五五) )测定条件测定条件 v助熔剂用量助熔剂用量vSO2的转化率的转化率vSO2的回收率的回收率v连续测定连续测定10个样品后，就应清除管内的氧个样品后，就应清除管内的氧化物化物 ( (二二) )燃烧燃烧酸

33、碱滴定法酸碱滴定法v原理：原理：采用采用双氧水双氧水溶液作为吸收剂吸收溶液作为吸收剂吸收二氧化硫二氧化硫，生成的，生成的H2SO3被氧化为被氧化为H2SO4，然后用，然后用NaOH标准滴定溶液滴定标准滴定溶液滴定生成的生成的H2SO4，即可求出，即可求出SO2的质量分数。的质量分数。吸收：吸收： SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O 滴定：滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2Ov本法克服了本法克服了SO2在吸收器中逃逸的现象在吸收器中逃逸的现象，对滴定速度没有，对滴定速度没有要求，尤其适合于要求，尤其适合于C-S的联合

34、测定。的联合测定。v该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也产生也能被滴定，不影响测定结果。能被滴定，不影响测定结果。8.5 8.5 磷的测定磷的测定vP使钢铁具有使钢铁具有冷脆性冷脆性，但同时又可避免轧，但同时又可避免轧钢时轧辊与压件粘合，使其易于铸造钢时轧辊与压件粘合，使其易于铸造 。v磷的磷的测定方法：测定方法：有重量法、滴定法、光度法。有重量法、滴定法、光度法。v一般：使一般：使PPO43-，再与钼酸铵反应生成磷钼酸，再与钼酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度磷钼蓝光度法法

35、进行测定。进行测定。 v部颁标准：部颁标准：磷钼蓝光度法磷钼蓝光度法 8.5 磷的测定磷的测定 磷钼蓝光度法磷钼蓝光度法v原理：原理：试样分解试样分解，使使PPO43-， 磷钼蓝磷钼蓝,于于660nm波长处测吸光度。波长处测吸光度。v测定的条件：测定的条件：v酸度酸度：0.8-1.1mol/L HNO3 0.7mol/L时，过量的钼酸铵也被时，过量的钼酸铵也被SnCl2还原；还原； 1.1-1.4mol/L时，只有部分磷钼黄被时，只有部分磷钼黄被SnCl2还原；还原；1.4mol/L时，磷钼蓝分解，无蓝色产生。时，磷钼蓝分解，无蓝色产生。v硅硅 的干扰：形成蓝色的硅钼蓝，干扰测定的干扰：形成蓝

36、色的硅钼蓝，干扰测定加钼酸铵后快速加入酒石酸还原剂，与多余的钼酸铵加钼酸铵后快速加入酒石酸还原剂，与多余的钼酸铵反应，阻止其与硅反应；反应，阻止其与硅反应；v基体基体Fe3的干扰：用的干扰：用NaF络合，消除；络合，消除；钼酸铵钼酸铵(黄色黄色)SnCl2还原还原8.6 8.6 锰的测定锰的测定v锰锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能降低由是良好的脱氧剂和脱硫剂，能降低由于钢中的硫所引起的热脆性，从而改善于钢中的硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能，提高钢的可锻性。增钢的热加工性能，提高钢的可锻性。增加锰的含量加锰的含量,可提高钢的强度和硬度。可提高钢的强度和硬度。v锰锰在钢中通常以固溶体及化合态

37、形式存在钢中通常以固溶体及化合态形式存在。在。普通钢中含锰量为普通钢中含锰量为0.258，低合金锰钢中锰的含量为低合金锰钢中锰的含量为0.81.5，耐磨的高锰钢的锰量达耐磨的高锰钢的锰量达14。v锰的化合物易溶于硫酸、稀硝酸，形成锰的化合物易溶于硫酸、稀硝酸，形成二价离子。在锰的化台物中，二价锰离二价离子。在锰的化台物中，二价锰离子最稳定。这种离子在酸性条件下可能子最稳定。这种离子在酸性条件下可能被氧化成七价锰，即高锰酸。用还原剂被氧化成七价锰，即高锰酸。用还原剂标准溶液滴定或根据高锰酸根颜色的深标准溶液滴定或根据高锰酸根颜色的深度与含量成正比来用分光光度法都可测度与含量成正比来用分光光度法都

38、可测定锰含量。定锰含量。 v锰的分析方法：锰的分析方法：v国家标准分析方法有：国家标准分析方法有：GBT223.41988钢铁及合金化学分析方法钢铁及合金化学分析方法 硝酸硝酸铵氧化容量法测定锰量铵氧化容量法测定锰量；GBT223.58一一1987钢铁及合金化学分析方法钢铁及合金化学分析方法 亚砷亚砷酸钠一亚硝酸钠滴定法测定锰量酸钠一亚硝酸钠滴定法测定锰量；GBT223.631988钢铁及合金化学分析方法钢铁及合金化学分析方法 高碘高碘酸钢酸钢(钾钾)光度法测定锰量光度法测定锰量；GBT223.64-1988钢铁及合金化学分析方法钢铁及合金化学分析方法 火焰火焰原于吸收光谱法测定锰量原于吸收光

39、谱法测定锰量。v工厂实用分析方法有：工厂实用分析方法有： 过硫酸铵法、分光光度法过硫酸铵法、分光光度法。（一）（一）过硫酸铵与银盐氧化一亚砷酸钠与亚硝酸钠滴定法过硫酸铵与银盐氧化一亚砷酸钠与亚硝酸钠滴定法v1方法要点方法要点 试样以硫、磷、硝混酸溶解，并以硝酸银为催化剂，用过试样以硫、磷、硝混酸溶解，并以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将锰氧化为高锰酸。然后用亚砷酸钠硫酸铵将锰氧化为高锰酸。然后用亚砷酸钠-亚硝酸钠还原。亚硝酸钠还原。v2主要反应主要反应氧化：氧化：2Mn(NO3)2+5(NH4)2S2O8+8H2O = 2HMnO4+5(NH4)2SO4+4HNO3+5H2SO4 滴定滴定: 2H

40、MnO4+5Na3AsO3+4HNO3 =5Na3AsO4+2Mn(NO3)2+2H2O 2HMnO4+5NaNO2+4HNO3 =5NaNO3+2Mn(NO3)2+2H2Ov3试剂试剂 (1)混酸甲混酸甲(硫酸硫酸+磷酸磷酸+硝酸硝酸+水水=100+125+250十十525)。 (2)混酸乙混酸乙(硝酸硝酸+磷酸磷酸+水水=50+700+250)。 (3)王水王水(盐酸盐酸+硝酸硝酸=3+1)。 (4)高氯酸高氯酸(浓浓)。 (5)硝酸银溶液硝酸银溶液(1.7)。 (6)过硫酸铵溶液过硫酸铵溶液(25)。 (7)氯化钠溶液氯化钠溶液(1)。 (8)亚砷酸钠一亚硝酸钠标准溶液亚砷酸钠一亚硝酸钠

41、标准溶液c1/2(Na3AsO3-NaNO3)=0.05mol/L称取称取1.25g三氧化二砷固体于三氧化二砷固体于250mL烧烧杯中，加入杯中，加入50mL NaOH溶液溶液(1molL)，微热使其溶解，微热使其溶解，然后用硫酸溶液然后用硫酸溶液c(1/2H2SO4)=1mol/L中和至中性，加入中和至中性，加入2g碳酸氢钠，碳酸氢钠，0.95g亚硝酸钠，待完全溶解后移入亚硝酸钠，待完全溶解后移入1L容量瓶中，容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。用水稀释至刻度，摇匀。v4分析步骤分析步骤 (1)普通钢及低合金钢中锰的测定普通钢及低合金钢中锰的测定 称取称取0.5000g试样于试样于250mL锥形

42、瓶中，加入锥形瓶中，加入30mL混酸甲，加热溶解，煮沸混酸甲，加热溶解，煮沸23min，以驱尽氮的氧化物。于溶液中加入，以驱尽氮的氧化物。于溶液中加入80mL水，水，5mL硝硝酸银溶液，酸银溶液，10mL过硫酸铵溶液，加热煮沸过硫酸铵溶液，加热煮沸3040s，取，取下静置下静置1-2min。流水冷却至室温。流水冷却至室温。 溶液中加入溶液中加入5mL氯化钠溶液，立即用亚砷酸钠亚硝酸钠氯化钠溶液，立即用亚砷酸钠亚硝酸钠滴定至红色消失。滴定至红色消失。 (2)高锰钢中锰的测定高锰钢中锰的测定 称取称取0.1000g试样于试样于250mL锥形瓶锥形瓶中，加入中，加入10mL混酸乙，低温溶解，并驱尽氮

43、氧化物。加入混酸乙，低温溶解，并驱尽氮氧化物。加入80mL水，水，10mL硝酸银溶液，硝酸银溶液，40mL过硫酸铵溶液，加热，过硫酸铵溶液，加热，煮沸煮沸30-40s。取下，静置。取下，静置1min，流水冷却至室温；，流水冷却至室温； 加入加入5mL氯化钠溶液，摇匀立即用亚砷酸钠一亚硝酸钠氯化钠溶液，摇匀立即用亚砷酸钠一亚硝酸钠滴至红色消失。滴至红色消失。 (3)高铬钢中锰的测定高铬钢中锰的测定 称取称取0.5000g试样于试样于250mL锥形瓶锥形瓶中加入中加入10mL王水，加热溶解再加入王水，加热溶解再加入10mL高氯酸，加高氯酸，加热至冒高氯酸白烟，用浓盐酸使铬挥发尽，并驱尽热至冒高氯酸

44、白烟，用浓盐酸使铬挥发尽，并驱尽Cl-至近至近干，取下，稍冷。干，取下，稍冷。 以下操作同以下操作同(1)普通钢及低合金钢中锰的测定普通钢及低合金钢中锰的测定v5计算计算 w(Mn)=Vf/m100式中式中 w(Mn)试样中锰的质量分数，；试样中锰的质量分数，； V消耗亚砷酸钠一亚硝酸钠的体积，消耗亚砷酸钠一亚硝酸钠的体积，mL； f亚砷酸钠一亚硝酸钠标准溶液对锰的滴定亚砷酸钠一亚硝酸钠标准溶液对锰的滴定度，度，gmL； m称取的试样量，称取的试样量，g。v6附注附注 (1)分析生铁或钢中含有石墨碳时，加入分析生铁或钢中含有石墨碳时，加入25mL水将水将溶液稀释，并将石墨碳及硅酸沉淀滤去，用硝

45、酸溶液溶液稀释，并将石墨碳及硅酸沉淀滤去，用硝酸溶液(2)洗涤数次。洗涤数次。 (2)溶液煮沸时间不能太长，否则分析结果偏低。溶液煮沸时间不能太长，否则分析结果偏低。 (3)标准样品和试样溶液滴定速度要求一致。标准样品和试样溶液滴定速度要求一致。 (4)高铬钢等难溶试样，可先加浓盐酸初步溶解后，高铬钢等难溶试样，可先加浓盐酸初步溶解后，补加适量硝酸处理。补加适量硝酸处理。 (5)赶赶Cl-时，要求冒高氯酸白烟时间达时，要求冒高氯酸白烟时间达1min以上，以上，以后继续操作至加硝酸银溶液时应无白色沉淀产生为以后继续操作至加硝酸银溶液时应无白色沉淀产生为宜；可适当补加硝酸及高氯酸冒烟除尽宜；可适当

46、补加硝酸及高氯酸冒烟除尽Cl-。 7测定范围：测定范围：锰含量锰含量10 v(二二) 分光光度法分光光度法 1方法要点方法要点 以酸溶解试样，用硝酸银作催化剂，过硫酸铵氧以酸溶解试样，用硝酸银作催化剂，过硫酸铵氧化锰成高锰酸，测定吸光度。化锰成高锰酸，测定吸光度。 2试剂试剂 (1)王水王水(盐酸十硝酸盐酸十硝酸=2+1)。 (2)高氯酸高氯酸(浓浓)。 (3)混合酸混合酸 1g硝酸银溶于硝酸银溶于500mL水中，加入水中，加入25mL浓硫酸，浓硫酸，30mL浓磷酸浓磷酸30mL浓硝酸，用水稀释至浓硝酸，用水稀释至1L。 (4)过硫酸铵溶液过硫酸铵溶液(15)。 (5)EDTA溶液溶液(5)。

47、 (6)高锰酸钾标准溶液高锰酸钾标准溶液c(1/5KMnO4)=0.01mol/L。v 3分析步骤分析步骤称取称取0.5000g试样于试样于150mL锥形瓶中，加入锥形瓶中，加入1520mL王水，加热溶解后加人王水，加热溶解后加人5mL高氯酸，继续加高氯酸，继续加热至冒白烟热至冒白烟1min。冷却，加入少量水溶解盐类，并。冷却，加入少量水溶解盐类，并移人移人50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。 吸取吸取5mL试液于试液于150mL锥形瓶中，加入锥形瓶中，加入20mL混混合酸，加热近沸加入合酸，加热近沸加入5mL过硫酸铵溶液，煮沸过硫酸铵溶液，煮沸1min。冷

48、却后，移人。冷却后，移人50mL容量瓶中用水稀释至容量瓶中用水稀释至刻度，摇匀。刻度，摇匀。 空白液：取少量试液加入空白液：取少量试液加入2滴滴EDTA溶液，至颜色溶液，至颜色褪尽。褪尽。 在渡长在渡长530nm处，用处，用2cm比色皿，用空白液调零，比色皿，用空白液调零，测定吸光度。测定吸光度。v4标准曲线的绘制标准曲线的绘制 (1)标准样品的曲线称取相同或相近牌号，不同锰量的标标准样品的曲线称取相同或相近牌号，不同锰量的标准样品，同试样操作，绘制吸光度和锰量的标准曲线。准样品，同试样操作，绘制吸光度和锰量的标准曲线。 (2)标液的曲线标液的曲线 吸取吸取1，3，5，7，9mL高锰酸钾标准溶

49、液高锰酸钾标准溶液于一组于一组50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，同试样操容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，同试样操作，绘制吸光度和锰量的标准曲线。作，绘制吸光度和锰量的标准曲线。 5附注附注 (1)本法最适于高铬钢、镍铬不锈钢中锰的测定。本法最适于高铬钢、镍铬不锈钢中锰的测定。 (2)碳钢或低合金钢可用以下方法：称取碳钢或低合金钢可用以下方法：称取0.10000.5000g试样加试样加20mL混酸溶解加过硫酸铵混酸溶解加过硫酸铵5mL，并加热煮沸，并加热煮沸1min，冷却后以水稀释至冷却后以水稀释至50mL。以水作空白测其吸光度。以水作空白测其吸光度。 (3)生铁试样溶解后，需将石墨碳滤去

50、，以后按生铁试样溶解后，需将石墨碳滤去，以后按(2)碳钢或碳钢或低合金钢步骤进行。低合金钢步骤进行。 6测定范围测定范围 锰含量锰含量0.0701.00。8.7 8.7 硅的测定硅的测定8.7 硅的测定硅的测定 v测定方法很多：测定方法很多：重量法重量法，滴定法滴定法，光度法光度法等。等。重量法重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点范围广等特点 。光度法光度法具有简单、快速、准确等特点，是目前具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。其中应用最多的是实际应用最广泛的方法。其中应用最多的是硅硅钼蓝光度法。钼蓝光度法。v以下介绍以下介绍

51、硅钼蓝光度法硅钼蓝光度法。一、方法原理一、方法原理v试样用稀酸溶解后，使硅转化为试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸可溶性硅酸:v3FeSi + l6HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO +2H2OvFeSi + H2SO4+4H2O = FeSO4+H4SiO4+3H2 v加入加入KMnO4氧化氧化Fe2 +，过量的，过量的KMnO4再用再用 NaNO2还原；还原；v在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与H4SiO4反应反应生成生成氧化型氧化型的的硅钼杂多酸硅钼杂多酸(硅钼黄硅钼黄)，在草酸，在草酸的作用下，用的作用下，用硫酸亚铁铵硫酸亚铁铵将

52、其还原为将其还原为硅钼蓝。硅钼蓝。vH4SiO4 + 12H2MoO4 = +10H2O H8Si(Mo2O7)6+4FeSO4+2H2SO4 H8 Si(Mo2O7)5Mo2O5+2Fe2(SO4)3+2H2Ov于波长于波长810nm处测定处测定硅钼蓝硅钼蓝的吸光度。的吸光度。v本法适用于铁、碳钢、低合金钢中本法适用于铁、碳钢、低合金钢中0.030l.00%酸酸溶硅含量的测定。溶硅含量的测定。 酸液显色硅钼黄H2C2O4提高酸度消除P、As干扰Fe2+还原为硅钼蓝比色测定一、方法原理一、方法原理二、主要试剂与仪器二、主要试剂与仪器 v1. 试剂试剂 11 纯铁（硅的含量小于纯铁（硅的含量小于

53、0.002%）；）； 12 钼酸铵溶液（钼酸铵溶液（50g/L）；）； 13 草酸溶液草酸溶液(50g/L) 14 硫酸亚铁铵溶液硫酸亚铁铵溶液(60g/L)； 15 硅标准溶液硅标准溶液(20 g/mL) v2仪器仪器 721等类型的光度计。等类型的光度计。三、分析步骤三、分析步骤v(1)(1)称样：称取称样：称取0.1g左右，置于左右，置于150mL烧杯烧杯中；中；v(2)(2)分解试样：加入分解试样：加入30mL硫酸硫酸(1+17)，低温缓慢，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分蒸发失去的水分) )。煮沸，滴加。煮沸，

54、滴加KMnO4溶液至析溶液至析出出二氧化锰水合物二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约沉淀。再煮沸约lmin，滴加，滴加亚亚硝酸钠硝酸钠溶液至试液清亮，继续煮沸溶液至试液清亮，继续煮沸lmin2min(如如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热水洗涤水洗涤)。冷却至室温，将试验溶液移入。冷却至室温，将试验溶液移入100mL容容量瓶量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。中，用水稀释至刻度，混匀。v(3)(3)测定：移取测定：移取10.00mL上述试验溶液二份，分别上述试验溶液二份，分别置于置于50mL容量瓶中容量瓶中(一份作显色溶液用，一份作一份作显色溶液用，一份作参

55、比溶液用参比溶液用)。v 显色溶液显色溶液 小心加入小心加入5.0mL钼酸铵溶液，混匀。钼酸铵溶液，混匀。放置放置15min或沸水浴中加热或沸水浴中加热30s，加入，加入l0mL的草酸的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解后溶液，混匀。待沉淀溶解后30s内，加入内，加入5.0mL的的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。v 参比溶液参比溶液 加入加入10.0mL草酸溶液、草酸溶液、5.0mL钼酸铵钼酸铵溶液、溶液、5.0mL硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。混匀。三、分析步骤三、分析步骤v (4) 将显色溶液移入将显色溶液移入lc

56、m吸收皿中，以参比溶液吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长为参比，于分光光度计波长810nm处测量溶液的处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于680nm处测量。处测量。 三、分析步骤三、分析步骤工作曲线绘制工作曲线绘制v移取数份已知硅含量的移取数份已知硅含量的纯铁纯铁或或低硅低硅标样作标样作底底样样。v移取移取0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL硅标准溶液硅标准溶液(20 g/mL)，分别加入上，分别加入上述数份述数份底样底样中，以下按分析步骤进行。中，以下按分析步骤进行。v用硅标准溶液中硅量

57、和用硅标准溶液中硅量和纯铁纯铁中硅量之和为横中硅量之和为横坐标，测得的吸光度值为纵坐标，绘制工作坐标，测得的吸光度值为纵坐标，绘制工作曲线。曲线。 硅的质量分数按下式计算：硅的质量分数按下式计算： VVmm161g/g10)Si(v式中式中 v m1从工作曲线上查得的硅量，从工作曲线上查得的硅量， g；v V1移取试验溶液的体积，移取试验溶液的体积，mL；v V试验溶液的总体积，试验溶液的总体积，mLv m称样量，称样量，g。 AA试液试液工工 作作 曲曲 线线m ( g)m1 gv( g/50mL)AA试液试液工工 作作 曲曲 线线四、测定条件四、测定条件v酸度和钼酸铵浓度酸度和钼酸铵浓度 v温度和时间温度和时间 v试剂的加入顺序试剂的加入顺序 v还原条件及光学性质还原条件及光学性质 v干扰及消除干扰及消除 v操作注意事项操作注意事项 (1)温度影响硅钼黄的反应速度温度影响硅钼