测定滑板中碳化硅的方法

高频红外碳硫分析仪测定滑板中碳化硅的方法

摘要：介绍了采用高频红外碳硫分析仪，测定滑板中碳化硅的一种快速简便的分析方法。通过一系列的条件实验，确定了最佳分析方法。经过精密度实验，以及和化学法的对比实验，取得比较满意的效果。
关键词：红外线吸收  法滑板  碳化硅

       滑板是钢铁行业一种重要的耐火材料，其主要成份为三氧化二铝，此外还含有少量的二氧化硅、碳化硅和游离碳等。以前碳化硅的测定，通常采用常规的化学分析方法，样品处理时间冗长，且在样品处理过程中易造成部分碳化硅的损失。为此，首钢技术研究院理化检测中心对滑板中碳化硅的分析方法进行了实验和探讨：首先采用红外吸收法，通过实验选择适宜的灼烧温度和灼烧时间，使试样中的游离碳预先分解，实现游离碳和碳化硅分离的目的，然后利用红外碳硫分析仪分别测定试样灼烧前碳含量(总量)和灼烧后碳含量(碳化硅中的碳)，从而计算出碳化硅的含量。由于滑板没有标样，为得到与试样组成相近的物质，采用高铝矾土作基体，分别加入不同量的碳酸钙基准物质(加入的基准物质中的碳含量，应与所测的碳含量结果相近)，对仪器提供的工作曲线进行校正，按校正后的工作曲线对测定结果进行校正。经过对测量精密度进行考察，并与化学法进行对比实验。结果表明，该方法比较准确可靠，能满足实际生产需要。

1 实验条件及准备

1．1 仪器和主要试剂、材料
       实验仪器主要包括：CS-400型高频红外碳硫分析仪(美国LECO公司)和坩埚(规格为25mm ×25 mm，预先于1 200 ℃高温灼烧4 h)；试剂、材料主要包括：基体、基准碳酸钙(碳酸钙含量为99．90％ ～99．99％)、助熔剂、干燥剂、催化剂、载气和动力气。基体：取10 g高铝矾土(A1₂O₃含量约为90％)，在1 000 oC高温灼烧1 h，而后恒重(在15 min内2次称量之差小于3 mg)；
       助熔剂：纯铁(铁含量为99．8％)；钨粒(钨含量为99．8％)；锡粒(锡含量为99．95％)；干燥剂：粒状无水过氯酸镁，粒状烧碱石棉；催化剂：镀铂硅胶；载气：氧气(纯度大于99．95％)；动力气：氮气(纯度大于99．5％)。
1．2 仪器工作条件
       仪器工作条件主要包括：载气流量：3．0 l／min；温室恒温度：48．7℃ ；碳检测池温度：52．9℃ ；碳检测池红外光源电源电压：5．5 V；碳红外检测器输出讯号电压：8．613 V；最短分析时间：40 s；预吹氧时间：5 s；碳比较水平：3。
1．3 工作曲线的校正
       红外碳硫分析仪有固定的工作曲线。根据碳、硫含量的高低和品种的不同，选用不同的标准样品校正工作曲线。对没有标样的试样，若选择其他品种的标样，由于受基体效应的影响，会造成测量结果不准确。根据滑板的主要组分，选用成分相近的矾土灼烧后作为基体，分别加入不同量的碳酸钙基准物质，加入量视样品中碳含量而定，选择加入基准物质(其碳含量与测定的碳含量结果相近)对仪器提供的工作曲线进行校正，可以消除基体的影响。
1．4 样品测定方法和步骤
       样品测定的方法和步骤如下：
       (1)称取0．100 0 g试样于预先灼烧过的坩埚中，置于马弗炉内高温灼烧；
       (2)取出坩埚、冷却，冷却后在坩埚内加入助熔剂；
       (3)用红外碳硫仪进行分析。测得样品中的碳含量；
       (4)计算碳化硅含量。计算公式为：SiC％ =C％ ×3．340

2 实验过程与结果

2．1 碳化硅耐高温实验
       滑板中含有碳化硅和游离碳，如何把二者分开是本实验方法的关键。游离碳在相对低的温度下可以分解，碳化硅具有耐高温特性，但超过一定的温度也会分解，其反应如下：SiC+2O₂=SiO₂+CO₂为此，选取不同含量碳化硅的滑板作温度实验：称取1．0000 g样品于已恒重的铂金坩埚中，在不同的温度下连续灼烧1 h后称量，测其烧失量变化。结果表明：当灼烧温度为600～700℃之间，随着温度升高，烧失量在不断增加，表明碳在不断灼烧；当灼烧温度为700-800℃之间，随着温度升高烧失量逐步增加后而稳定，表明碳已灼烧完全；当灼烧温度大于800℃时，烧失量开始减少，甚至出现负值，表明碳化硅部分分解。因此，灼烧游离碳应控制在700℃ ～800℃ 。实验选用了750℃ 。
2．2 灼烧时间的选择
       用红外碳硫分析仪分析滑板中的碳化硅，实质是高温碳化硅与氧反应转变成二氧化碳气体进行分析。因此，滑板中的游离碳必须充分反应，否则将使碳化硅的分析结果偏高。为此，在750℃ 作灼烧时间实验：称取1．000 0 g样品于已恒重的铂金坩埚中，在750℃ 灼烧不同的时间，冷却后称量。结果表明，在750℃ 灼烧45 rain之后即可把游离碳除尽。实验选择了750℃ 灼烧1 h。
2．3 基准物质的选择
       基准物质的选择应基于碳的转化率以及操作的方便性。由于碳酸钙分解温度低、转化率高，且摩尔质量大，可减少称量误差，因此，选用碳酸钙为基准物质。
2．4 试样量的选择
       滑板中含有一定量的碳化硅和游离碳。总碳含量较高，要使仪器在测量区域内工作，必须控制试样量。若试样量过多，样品燃烧不充分，易造成吸收拖尾，仪器不能自动结束分析，且产生的粉尘较多，易堵塞过滤网；若试样量过少，相应的基准碳酸钙也少，易造成较大的称量误差。经实验表明，0．1000 g试样量为宜。
2．5 助熔剂的选择
       滑板为铝质耐火材料，较难熔。助熔剂的种类、用量及加入的顺序直接影响分析结果。如果助熔剂只加纯铁和钨粒，试样熔融不充分，则分析结果不稳定。加入一定量的锡粒后，发现熔样平滑，到达峰值较快。分析结果也较稳定。但加入锡粒后，因锡粒燃烧后产生的粉尘较多，易飞溅，故应先将锡粒放在坩埚底部。经实验，选定助熔剂的加入量及顺序如下：0．1 g锡粒、0．5g纯铁和1．5 g钨粒。
2．6 精密度和准确度实验
       选取3个样品，按样品测定方法对样品进行10次分析，测定碳化硅含量，进行精密度实验。SiC精密度实验结果见表1。

       以SiC精密度实验平均值为测定值，与化学值对比，考察方法的准确度。SiC测定值和化学值的对比结果见表2。