钢铁分析ppt课件

1、钢铁分析,1,第七章 钢铁分析,7.1 概述 7.2 碳的测定 7.3 硫的测定 7.4 磷的测定 7.5 锰的测定 7.6 硅的测定 7.7 其它测定法介绍,钢铁分析,2,7.1 概述,钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。,了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定的意义 。,钢铁分析,3,焦炭还原铁矿石,石灰石CaCO3除SiO2,一、钢的生产过程,钢铁分析,4,碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。,形态：两种,二、各元素在钢中的形态和作用,主要讲述C 、S 、Si 、Mn

2、 、P,（一）碳,1. 钢铁中的C来源：,碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，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。,钢铁分析,5,由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入,（二）硅,1、来源,在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。,2、形态,主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi 存在,钢铁分析,6,（二）硅 3、性能 (1)增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性 (2) 促使C以游离态石墨状态，使钢高于流动性，易于铸造 (3) 有效的脱氧剂,钢铁分析,7,钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、F

3、eMnSi等，成固熔体状态存在。,(三)锰,1、来源,少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。,2、形态,增强钢的硬度，减弱延展性。,3、性能,钢铁分析,8,（四）硫,1. 来源,主要由焦炭或原料矿石引入钢铁,2. 形态,主要以MnS或FeS状态存在,钢铁分析,9,3 性能 使钢产生“热脆性”有害成分 原因：为什么产生热脆性？ FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。,钢铁分析,10,P 流动性 易铸造 并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合,（五）磷,1. 来源 ：,由原料中引入，有时也为了特殊需要而有

4、意加入,2. 形态：,以Fe2P或Fe3P状态存在,3. 性能：,磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”也是有害杂质作用。,在特殊情况下常有意加入一定量P达此目的。,钢铁分析,11,三 、 检测意义,C是确定钢铁型号及用途主要指标 Si、Mn直接影响钢铁性能(有益的)控制一定量 S、P有害成分 严格降至一定量,因此，对于生铁和碳素钢：C、Si、Mn、S、P等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控制的重要指标。,钢铁分析,12,7.2 碳的测定,测定各种形态的碳属于相分析；在成分分析中，一般钢样只测定总碳量。生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合碳的含量。,钢铁

5、分析,13,总碳量的测定方法,将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。,归纳起来可分为三大类：,物理法、化学法、物理化学法,钢铁分析,14,燃烧-气体容积法(气体容量法),燃烧-气体容积法是目前国内外广泛采用的标准方法。,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。,成本低，较高的准确度，结果是总碳量的绝对值。,优点：,缺点：,钢铁分析,15,（一）方法原理,C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 3MnS + 5O

6、2 = Mn3O4 + 3SO2,试样在12001300的高温O2气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成CO2:,钢铁分析,16,剩余的O2再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到CO2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。,生成的CO2与过剩的O2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2。,CO2十2KOH = K2CO3十H2O,钢铁分析,17,7.3 硫的测定,介绍燃烧滴定法中的燃烧碘酸钾容量法,硫酸钡重量法,经典,用于测定高硫试样,燃烧滴定法,简单、快速、准确及适应面广,被广泛采用，它也是国内外的标准方法。,钢铁分析,18,(一) 原 理,滴定：,将钢铁

7、试样于12501350的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点:,燃烧：,4FeS + O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 3MnS +5O2 = Mn3O4 + 3SO2,吸收：,SO2 + H2O= H2SO3,KIO3 + 5KI +6HCl = 3I2 + 6KCl + 3H2O H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI,钢铁分析,19,燃烧酸碱滴定法,本法采用双氧水溶液作为吸收剂吸收二氧化硫，生成的H2SO3被氧化为H2SO4，然后用NaOH标准滴定溶液滴定生成的H2SO4，即可求出SO2的质量

8、分数。,2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O,吸收：,SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O,滴定：,钢铁分析,20,本法克服了SO2在吸收器中逃逸的现象，对滴定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也能被滴定，不影响测定结果。,钢铁分析,21,7.4 磷的测定,重量法,滴定法,光度法,P173-176,P,磷酸,钼酸铵,磷钼酸,钢铁分析,22,7.5 锰的测定,钢铁中锰含量的分析,滴定法,光度法,锰,硝酸银,酸性条件,三价锰,滴定,硫酸亚铁,锰,过硫酸铵,七价锰,亚砷酸钠-

9、亚硝酸钠,标准溶液,滴定,标准溶液,锰,高碘酸钾,七价锰,钢铁分析,23,7.6 硅的测定,介绍还原型硅钼酸盐光度法测定,钢铁中硅的测定方法,重量法,滴定法,光度法,最经典的测定方法,准确、适用范围广等,实际应用最广泛的方法,简单、快速、准确等,应用最多的是硅钼蓝光度法,钢铁分析,24,一、方法原理,试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸:,3FeSi+l6HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO+2H2O FeSi+H2SO4+4H2O = FeSO4+H4SiO4+3H2,加高锰酸钾氧化碳化物,再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾,钢铁分析,25,H4SiO4 + 12H2MoO

10、4 = H8Si(Mo2O7)6+10H2O,本法适用于铁、碳钢、低合金钢中0.030l.00%酸溶硅含量的测定。,在弱酸性溶液中，加入钼酸：,氧化型的黄色硅钼杂多酸(硅钼黄),在草酸的作用下：,硅钼蓝,810nm处,钢铁分析,26,二、测定条件 P178,酸度和钼酸铵浓度 温度和时间 试剂的加入顺序 还原条件及光学性质 干扰及消除 操作注意事项,掌握,钢铁分析,27,1. 原理：,钢铁分析,28,(1)创造条件生成型硅钼杂多酸（硅钼黄） 硅钼黄有两种形态 ：,2 . 条件,注： 1.型不稳定较易还原成 型，其转变速度随温度、酸度及离子强度而变化。 2. 730nm波长处二者硅钼蓝吸光度相等，

11、在72型分光光度计上，采用650700nm波长范围测定。,钢铁分析,29,实际应用是创造条件得型硅钼黄的原因？,虽然型不稳定，生成的酸度又比较严格。 但是：,1 . 它在较高酸度下形成，此时铁等许多金属离子不易水解，共存离子干扰少 2. 型硅钼黄比型硅钼黄易被还原成硅钼蓝 3 .型硅钼黄的还原产物硅钼蓝的灵敏度高于 型还原产物的灵敏度,尽量减少型型转化的措施：,控制型的配合时间及配合温度,钢铁分析,30,20 10min 30 2min 100 30s水浴加热30s，,(2)温度影响硅钼黄的反应速度,但加热生成硅钼黄后，必须及时冷却，并进行下步的还原处理，否则在高温下，时间过长，甚至硅钼黄也可

12、能分解，可能有硅钼黄形成 冷却办法流水冷却,注意 我们做实验时常温下放15min。,钢铁分析,31,(3)测硅消除P, As的干扰,酸度是生成硅钼黄或硅钼蓝及排除P, As杂质干扰的重要条件 硅钼黄得在低酸度生成， 然后提高酸度至3.04.0mol/L 消除P, As干扰,钢铁分析,32,a : 调整酸度（提高酸度），破坏P, As杂多酸，消除P, As干扰 b: 增加Fe2+还原能力并消除Fe3+黄色干扰,除P, As杂多酸由谁担任？,可加入有机酸：草酸，酒石酸，柠檬酸消除干扰 其中以H2C2O4效果最快,H2C2O4除了提高酸度除杂质，还有其他作用,钢铁分析,33,C: 使用H2C2O4注

13、意,a 硅钼黄也能进一步被H2C2O4分解 因此加入H2C2O4，待钼酸铁（黄色）溶解后，立即（半分钟内）加入FeSO4还原之 有的书上为了避免H2C2O4的不利因素，预先将草酸，亚铁盐及硫酸三者配成混合液（这样可以完全消除H2C2O4不利影响 b 参比液用褪色空白 移取10.00mL试液，于50mL容量瓶中，加10.00mL 50g/L H2C2O4，5.0mL钼酸铵溶液50g/L 、 5mL60g/L FeSO4，水定容,钢铁分析,34,(3)KMnO4及NaNO2在溶样中作用,a.,，以免将来生成的硅钼黄(即硅钼杂多酸)，在条件不具备时，过早的被Fe2+还原，造成误差,b. (同时)使少

14、量碳化物分解 注意：如含碳量过高，则应该将石墨碳过滤 除去。,选该参比液的目的：,清除草酸铁的黄色(虽为淡黄色但也有影响),方法技巧在于：先加草酸，破坏硅钼杂多酸Si显色。,KMnO4,钢铁分析,35,A 作用：过量的KMnO4妨碍下步反应，可用NaNO2还原除去 B 过量的NaNO2应分解除去,NaNO2,钢铁分析,36,三、主要试剂与仪器,1. 试剂 1.1 纯铁（硅的含量小于0.002%）； 1.2 钼酸铵溶液（50g/L）； 1.3 草酸溶液(50g/L) 1.4 硫酸亚铁铵溶液(60g/L)； 1.5 硅标准溶液(20g/mL) 2仪器 721等类型的光度计。,钢铁分析,37,四、分

15、析步骤,称取试样0.1g左右，置于150mL烧杯中。加入30mL硫酸(1+17)，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，滴加高锰酸钾溶液（40g/L)至析出二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约lmin，滴加亚硝酸钠溶液(100g/L)至试验溶液清亮，继续煮沸lmin2min(如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热水洗涤)。冷却至室温，将试验溶液移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。,钢铁分析,38,加入10.0mL草酸溶液、5.0mL钼酸铵溶液、5.0mL硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。,移取10.00mL上述试验溶液二份，分别置于50mL容量瓶

16、中(一份作显色溶液用，一份作参比溶液用),显色溶液,小心加入5.0mL钼酸铵溶液，混匀。放置15min或沸水浴中加热30s，加入l0mL的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解后30s内，加入5.0mL的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。,参比溶液,钢铁分析,39,将显色溶液移入lcm吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长810nm处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于680nm处测量。,思考一下测定波长的问题 显色溶液与参比溶液和通常情况下所选择的情况有什么区别？,钢铁分析,40,工作曲线绘制,移取数份与已知其硅含量的纯铁或低硅标样作低样。移取0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL硅标准溶