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实验室碳硫分析的工作原理和办法

实验室碳硫分析的工作原理和办法
 碳和硫是确定钢铁产品规格和质量的二个重要元素。一般碳含量高于2.0%以上的叫做铁,低于2.0%的叫钢。通常把碳含量高于0.60%的钢叫高碳钢,碳含量在0.25%~0.60%之间的钢叫中碳钢,碳含量小于0.25%的钢叫低碳钢,碳含量小于0.03%的叫工业纯铁。
  
  碳对钢铁的性能起着重要的作用:随着碳含量的增加,钢的硬度和强度提高,其韧性和塑性下降;反之,碳含量减少,则硬度和强度下降,而韧性和塑性增加。碳硫分析仪是企业理化分析室中的一种常用计量器具,用于对金属和非金属材料中的碳和硫元素含量进行定量分析,速度快,性能稳定,操作简便。广泛应用于冶金,铸造,机械,铁路等工矿企业,产品质检所,大专院校,科研院所,可以方便快捷的进行原料验收、炉前分析、成品检验等阶段的分析测试。
  
  硫在钢铁中是一种有害物质,会恶化钢铁的质量,降低其力学性能及耐蚀性、可焊性。特别是钢中的硫,若以硫化铁的状态存在时,由于它的熔点低(1000℃左右),会引起钢的“热脆”现象,即热变形,高温时工作产生裂纹,影响产品的质量和使用寿命。所以,钢中的硫含量越低越好。一般要求,普通钢中的硫含量小于0.050%,工具钢中的硫含量小于0.045%,而优质钢中的硫含量要小于0.020%。
  
  鉴于碳硫含量对钢铁质量和性能的重要作用,因此检测钢铁中的碳硫含量,即碳硫分析具有重要意义。
  
  钢铁中的碳硫元素在高温下(1200℃~1400℃)通氧燃烧。均能转化为气体,生成CO2和SO2,这就是燃烧法分析碳硫的基础。
  
  碳硫分析的原理,就是将试样在高温炉中(如电阻炉也称管式炉、电弧炉、高频感应燃烧炉等)通氧燃烧,生成并逸出CO2和SO2气体,用此法实现碳硫元素与金属元素及其化合物的分离,然后测定CO2和SO2的含量,再换算出试样中的碳硫含量。一般的测定方法有以下几种:
  
  1.红外检测法:试样中的碳、硫经过富氧条件下的高温加热燃烧,氧化为CO2、SO2气体。气体经处理后进入各自的吸收池,对相应的红外辐射进行吸收,由探测器转发为信号,经计算机处理输出结果。此方法具有准确、快速、灵敏度高的特点,高低碳硫含量均使用,采用此方法的红外碳硫分析仪,能快速、准确地测定钢、铁、合金、有色金属、稀土金属、水泥、矿石、焦碳、煤、炉渣、陶瓷、铸造型芯砂以及其它材料中碳硫两元素的质量分数。该系列仪器是国内、外先进技术融合的结晶,集光、电、计算机、分析技术为一体的新技术产品,测量范围宽,抗干扰能力强,性能可靠,自动化程度较高,价格也比较高,适用于分析精度要求较高的场合。是化学分析工作者理想的检测设备。
  
  2.气体容量法:常用的有测碳为气体容量法和非水滴定法,测硫为碘量法或酸碱滴定法。特别是气体容量法测碳、碘量法定硫,既快速又准确,是我国碳、硫联合测定蕞常用的方法,采用此方法的高速碳硫分析仪的精度:符合GB223.69-97GB223.68-97标准,测量时间:约45秒(不含取样、称样时间),碳含量下限为0.050%,硫含量下限为0.005%测量,可满足大多数场合的需要。
  
  3.重量法:常用碱石棉吸收CO2,由“增量”求出碳含量。硫的测定常用湿法,试样用酸分解氧化,转变为硫酸盐,然后在盐酸介质中加入氯化钡,生成硫酸钡,经沉淀、过滤、洗涤、灼烧,称量蕞后计算得出硫的含量。重量法的缺点是分析速度慢,所以不可能用于企业现场碳硫分析,优点是具有较高的准确度,至今仍被国内外作为标准方法推荐,适用于标准实验室和研究机构。
  
  4.电导法:用电导法测定碳、硫,其特点是准确,快速、灵敏。一般多用于低碳、低硫量的测定。
  

  5.测定金属中的碳、硫含量,其他的方法还有ICP法、直读光谱法、X光荧光法、质谱法、色谱法、活化分析法等,各有其优、缺点和适用范围。

 

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