红外碳硫分析原理.ppt

1、根据CS分析原理，碳和硫都是非金属元素，它们的电负性相似(c: 2.5，s: 2.44)。因此，相应的碳化物或硫化物可以在金属或合金中形成。在高温富氧条件下，它们可以被氧化成CO2和SO2。CO2=co 24 F3 c 13 o 2=6 Fe 23 c 2 m2 3c 3 o 2=mn3o 4 c2o 2=so2 MnS 5o 2=mn3o 43 so 23 Fe 5o 2=Fe3o 4 3so 2 CO2和SO2是具有永久电偶极矩的极性分子，因此它们都具有振动和旋转等结构，并根据量子力学被分为分裂能级，它们与具有特征波长的入射红外辐射耦合产生吸收。CS分析原理，朗伯-比尔定律I=I0exp(

2、-PL): I0-入射光强度I-出射光强度-吸收系数P-气体分压L-分析池长度，通过测量吸收后的红外光强度可以计算出相应气体的浓度，这是红外气体分析的理论基础。红外碳硫分析仪利用CO2和SO2分别在4.26米和7.4米处有强特征吸收带的特点，通过测量气体吸收的光强来分析CO2和SO2的含量，间接测定被测样品中碳和硫元素的百分含量。钢铁中的碳和硫主要以两种形式存在：一种是复合碳，即碳以复合形式存在，主要以碳化铁和合金元素碳化物的形式存在。例如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WCW2C、VC、MOC、TiC等。另一种是游离碳，如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、石墨碳、退火碳等。在钢中，结合碳是主要成分

3、，游离碳仅存在于铁和退火的高碳钢中。结合碳和游离碳的总和称为总碳。红外碳硫分析仪用于测量样品中的总碳含量。碳、硫和碳是钢中的重要元素。当碳含量增加时，其强度和硬度增加，而塑性和延展性降低，使钢变脆，难以加工；相反，随着碳含量的降低，钢的韧性增强，易于切削。然而，硫是钢中的有害元素，它以硫化物的形式存在于钢中，主要是MnS。如果锰含量很低，过量的硫和铁会合成FeS。硫化铁和硫化锰都是热变形过程中产生裂纹的原因，这种不健康的特性称为热脆性。此外，钢中硫的存在也会降低钢的力学性能(主要是疲劳极限、塑性和耐磨性)。硫的存在不利于钢的耐蚀性和焊接性。因此，钢中的硫含量越低越好。一般来说，钢中硫的含量至少

4、比碳少一个数量级。由于硫含量低，燃烧后产生的SO2的绝对量小于CO2的绝对量，用同样的方法测量误差较大。因此，红外碳硫分析仪中硫池的长度比碳池长一个数量级，分别为300 mm和30 mm。1.所有碳化物的焓变化Hfo值都大于硫化物的焓变化Hfo值，这表明硫化物比碳化物具有更高的热力学稳定性，并且硫化物分解产生的化学反应热也一定很高。当燃烧室热量不足时(当化学反应初始温度不高时)，碳化物与铁、钨和锡开始发生化学反应，释放热能，进而促进硫化物反应。2mN比FeS更稳定，熔点更高。在钢铁冶炼中，通常需要添加足够的锰来生成锰。(防止产生FeS并导致热脆化)。不难分析高锰合金钢硫难以准确测量的原因。碳和

5、硫化合物在各种金属中的稳定程度，以及生成的CO2小于SO2的自由能变化Gfo，这表明CO2比SO2更稳定。当燃烧室热量不足时(温度低于1300)，SO2将进一步与O2反应，生成变化的Gfo的自由能变小，SO3更稳定。然而，CO2不能进一步反应，因此一般很难达到100%的SO2生成率。(当燃烧室温度达到1700以上时产生的SO3数据可以忽略不计)。然而，碳硫分析仪只测量二氧化碳的浓度碳和硫化合物在各种金属中的稳定度，后4。1 mol的C和Fe3C与O2反应，后者的生成热比前者大得多，但在测试高碳样品时，其重量远小于中碳和低碳样品，因此很难准确测量高碳、高硫、高碳和低硫样品中的硫，这是由于燃烧室热

6、量不足造成的。1.CO2的沸点比SO2的沸点低得多，绝对粘度高，汽化热小，也就是说，不容易液化和冷凝。这与我们在冬季测量碳和硫样品时硫含量低是一致的。为了改善这种情况，除了将房间25保持在恒定温度之外，最好在分析气体流经的管道上对其进行加热。CO2和SO2的理化性质比较，CO2和SO2的理化性质比较。虽然CO2是极性分子，但CO2分子的键角是180，所以整个分子的偶极距为零，不容易被吸附。然而，SO2分子的键角为119.536，即分子为三角形，偶极距为1.6310-18cgs，因此很容易被吸附。吸附是指当分析气体通过气体路径时，被统称为吸附剂的物质的表面吸收现象。分析气体的吸附可分为物理吸附和

7、化学吸附。物理吸附是指被吸附的物质和吸附剂之间没有化学反应，这种吸附是由分子间的相互吸引引起的。这种力通常被称为范德华力(由取向力引起的分散力的总和)，其吸附容量可以通过BET(布鲁纳-埃米特-泰勒)吸附等温线公式(1)计算。这种吸附是非选择性的，吸附剂的化学性质和被吸附物质本身除了表面形状没有影响，任何固体都可以吸附任何气体。CO2SO2的物理和化学性质，式(1)，其中：V-吸附容量；Vm-单分子吸附层的吸附能力；吸附平衡过程中的压力；吸附温度下聚苯乙烯气体的饱和蒸气压；c-常数，其中：Ps-T时的饱和蒸汽压；温度。ABC-常数。式(2)，对于CO2: a=9.64177，B=1284.07

8、，c=268.432对于SO2: A=7.32776，B=1022.86，C=240.0，以及CO2的物理和化学性质，从公式(2)可以看出，温度越高，饱和蒸气压越高。从公式(1)可以得出结论：1 .如果吸附温度升高，在其他条件不变的情况下，吸附量V会降低；2.如果吸附剂的表面积减小，其吸附能力也会降低；3当我们对碳和硫样品进行示踪时，由于CO2和SO2的分压降低而导致的吸附降低将导致吸附的CO2和SO2在气路中释放。化学吸附是被吸附物质与吸附分子相互作用形成的一种结合化合物的吸附。这种吸附是选择性的，因此CO2和SO2的吸附量有很大不同。通常，气体路径中的化学吸附剂分子主要是水分子、各种金属氧

9、化物粉末分子和样品的挥发性粉尘。在室温下，二氧化碳在水中的溶解度比二氧化硫小得多，约为二氧化硫的六十分之一。然而，在分析测试过程中，空气中的水分不可避免地会被吸附在分析气体通道中，如样品表面、燃烧管表面、过滤网表面等。当分析气体通过时，SO2将与水结合生成亚硫酸。部分CO2与水结合形成碳酸。这一现象与室内温度高时，同一样品连续制作，硫的测试值越来越高的事实是一致的。由于炉头滤网等分析气体通道反复通过高温分析气体，温度因传热而升高，明显减少了吸附在其上的水分，从而减少了碳酸亚硫酸的生成。根据CO2的物理和化学性质，金属氧化物可以吸附CO2和SO2。通过大量不同金属氧化物对CO2和SO2吸附的实验

10、研究，发现不同金属氧化物对CO2的吸附顺序为Na2O活性Al2O3稀土氧化物C当金属氧化物试管加热到80时，CO2的吸附顺序不变，但SO2的吸附顺序略有变化，即Fe2O3的吸附量增加到活性Al2O3和MoO3之间，稀土氧化物的吸附量随剩余氧化物的增加而增加。CO2SO2的物理和化学性质，分析后收集粉尘，测量其碳和硫含量，并分析样品的挥发性粉尘。当样品中的碳和硫含量高时，灰尘中的吸附就更多。相反，吸附容量很小。含锰、钒和稀土金属的样品在粉尘中的碳和硫含量较高，硫含量更高。普通钢、低合金钢、碳钢、紫铜和纯镍的样品在粉尘中含有0.00080.002%的碳和硫，因为除碳钢外，这些金属的碳和硫含量一般较

11、低，挥发物较少。将这些样品的挥发物放入试管中，分别注入CO2和SO2标准气体，并测量这些未被挥发物吸附的金属的吸附容量。目前，co _ 2so _ 2的物理化学性质不能从根本上解决吸附问题，但可以采取以下方法降低吸附：1 .用石英砂或二氧化硅微粒覆盖可以减少挥发物。2.如果挥发量大的样品被燃烧，用适量的二氧化硅覆盖并加坩埚盖可以减少挥发。3.氧化铜可用作减少挥发性粉尘的熔剂。4.在分析之前，可以对几个碳、硫样品进行预燃烧，使沉积在气路中的粉尘被吸附饱和，然后对样品进行分析，结果具有良好的重现性。在连续分析的情况下，高碳和硫样品可以插入中间燃烧。5.蒸馏主要金属并测量残渣中的碳和硫的量，如高纯金属钠、钾和钙的碳分析。6.在分析程序允许的情况下，可以通过适当增加氧气流速来减少吸附现象。7.氧气不应该含有水蒸气，水蒸气可以减少CO2和SO2的损失。如果样品含氢量高，应先脱氢，否则水蒸气会吸附气体。8、吸尘器中没有脱脂棉，代替玻璃棉或应时纤维。9.燃烧系统和管道应经常清洗，以减少吸附。CS分析，仪器准备1。启动(1)通风：打开氮气和氧气