红外吸收法测定低氮低硫增碳剂中的全硫量

袁 辉，孙雪涛，张祖辉

低氮低硫增碳剂是一种新型增碳剂，是冶炼优质高碳钢或高纯净钢必不可少的辅助添加剂，其质量一定程度上关系到成品钢的质量。硫含量的高低是考核其质量的重要指标之一。采用现行国家标准艾氏卡法和高温燃烧法测定全硫含量，前者虽然测定结果准确，但由于分析周期较长，不能满足快速分析的要求；后者虽然操作步骤简便，但所用NaOH标准溶液配制和使用要求很高，容易产生分析误差，影响结果准确度。高频感应燃烧红外吸收法测定硫是目前国际上普遍认可的一种分析方法，但由于低氮低硫增碳剂是非电磁感应物质，样品呈粉末状，碳含量很高，如何使样品充分燃烧形成良好的熔融状态，以确保硫稳定完全地释放，是方法的关键所在。本文通过试样加入量、助熔剂的选择和配比、添加方式等分析条件，保证了硫稳定完全释放，在满足分析准确度和精密度的前提下达到了快速检测的目的。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

EMIA-820V碳硫分析仪（日本HORIBA公司）；FK-10高温炉（日本HORIBA公司）焙烧坩埚；

陶瓷坩埚：通氧条件下于1100℃预烧20min，取出后冷却至室温，储存于干燥器中备用；

AG104电子分析天平（METTLERTOLEDO公司）。

无水Mg（ClO3）2（日本Nacalai Tesque株式会社）；碱石棉（美国Aldrich Chemical公司）；纯铁、钨粒(冶金工业部钢铁研究总院)；锡粒（天津市申泰化学试剂有限公司）；载气：O2（纯度99.99%）；动力气：压缩空气。

1.2 仪器的分析条件

载气压力：0.30MPa；动力气压力：0.35MPa；等待时间：5s；积分时间：60s；比较水平：2.0%比较水平等待时间20s。

1.3 实验方法

1.3.1 试样的处理 样品制备前应在105~110℃温度下烘干1h以上，制备好的样品应保存于干燥器中。

1.3.2 测定 按照EMIA-820V碳硫分析仪的分析手册，开机、预热2h、通O230min，然后进行分析。为获得准确的分析结果，仪器应保持良好状态，分析前燃烧炉要清洁干净，无水高氯酸镁和碱石棉应保持有效，以消除水和杂质对测量的影响。

空白试验：分析过程中，助熔剂、坩埚、助燃气体中的硫等均会引进空白值，但其主要来源还是助熔剂。在处理好的陶瓷坩埚中加入试验时加入的助熔剂量，平行测定≥3次，计算硫的平均空白值，并将空白值输入仪器中，自动扣除空白。

校正试验：选用硫含量相近的焦炭标准样品进行校正，得出稳定而一致的数据后，进行校准，然后再进行试样分析。

样品测定：准确称取0.100g样品于预先装有0.500g纯铁的陶瓷坩埚中，准确加入0.300g锡粒，覆盖1.500g钨粒，将坩埚放到坩埚托上，按测试条件进行分析。

2 结果与讨论

2.1 称样量的确定

试样熔融依靠助熔剂产生的涡流热量，称样量的多少直接影响分析精度和分析速度。称样量过大，样品飞溅多，燃烧不完全，熔融效果不好，积分时间长，分析结果偏低，而且给碳吸收池带来不良影响，影响仪器的使用寿命。称样量太少时称量误差增大，样品缺乏代表性，空白对结果的影响也将增大。分别选择不同称样量进行试验（见表1），结果表明称样量在50~100mg为宜，在保证试样熔融状态良好、不飞溅，且使称样量尽可能大的前提下，称取100mg试样时效果最佳。

表1 称样量对测定结果的影响Tab.1 Effectof added quality to results

2.2 助熔剂的选择和添加方式的确定

低氮低硫增碳剂是非电磁感应物质，燃烧时难以产生较大的电磁感应涡流，且样品呈粉末状，质轻易飞溅。样品燃烧的是否完全是影响分析结果稳定性的关键。纯铁可以增加电磁感应强度，以弥补样品电磁耦合感应强度不足的问题；锡粒熔点低，蒸发后覆盖在试样表面，有助于避免试样的飞溅；钨粒能提供较高的热值，透气性好，测量空白低，能降低碳硫释放速度，是高频炉常用的助熔剂。选择纯铁、锡粒、钨粒3种常见助熔剂进行试验。选取艾氏卡法测定值为0.27%的低氮低硫增碳剂试样为研究对象，通过不同添加方式进行试验。

由表2可知，预先在坩埚底部铺纯铁，然后在样品上覆盖锡粒和钨粒，试样熔融状态最好，测定值最稳定。

2.3 助熔剂的加入量

为了优选三元复合助熔剂的最佳用量，固定称样量为0.100g，将纯铁、锡粒、钨粒进行正交试验并最优化，各种助熔剂的用量为0.500g纯铁、0.300g锡粒、1.500g钨粒时最佳，气体释放完全，粉尘少，燃烧积分曲线光滑，分析结果稳定。

表2 助熔剂的选择加入方式对测定结果的影响Tab.2 The influences on the determination results by addingmeans of flux agent

2.3 分析周期

2.3.1 比较水平的选择 仪器的实际分析周期是由比较水平和积分时间这两个参数决定的。试验中需要通过合适的设置来保证积分时间一致，每次分析周期由比较水平决定。当检测元件的输出越过峰值后等于比较水平时分析就结束了。比较水平越大分析时间越短；比较水平越小，分析时间越长。当积分至比较水平值，如果此时已超过最短分析时间，则会停止积分。如果未超过最短分析时间，则会一直积分到最短分析时间。

比较水平设定为1%、2%、3%进行试验，比较水平设定低造成分析时间延长，结果偏高；比较器水平设定高造成分析时间缩短，信号收集不完全使结果偏低。本方法设定比较器水平为2%。

2.3.2 积分时间的选择 把积分时间分别设定在45、50、55、60s，选择艾氏卡法测定值为0.27%的试样各测定3次。从测定值与实际积分时间分析对比中发现，积分时间在55~60s时测定结果最接近认定值。综合考虑数据的稳定性和准确性，将积分时间确定为60s。

2.4 准确度与精密度试验

将艾氏卡法测定值为0.27%和0.50%的两个低碳低硫增碳剂试样，按照仪器的最佳分析条件和试验方法个进行8次分析，计算平均值、标准偏差和相对标准偏差，测定误差符合国家标准要求。结果见表3。

表3 准确度与精密度试验结果Tab.3 Results of accuracy and precision test

3 结论

通过实验可以得出结论：高频感应燃烧红外吸收法测定低氮低硫增碳剂中的全硫是一种准确、快速、简便的分析方法，适用于企业快速检测的要求。

［1］HORIBA碳硫分析仪EMIA-820V系列操作说明书.

［2］ 张长均,王蓬,张之果.影响高频红外碳硫仪分析结果稳定性因素的探讨［J］.冶金分析,2006，26（6）：90-91.