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1、 高频燃烧红外吸收法测定硅铁中的碳硫 1 高频燃烧红外吸收法测定硅铁中的碳硫 郭飞飞 （中国钢研科技集团有限公司钢研纳克检测技术有限公司, 北京 100081） 摘 要 本文采用高频燃烧红外吸收法测定硅铁中的碳硫，对称样量、助熔剂、峰形、飞溅、熔体等做了对比实验，得出最佳分析条件是 0.15g 硅铁样品+0.6gFe+1.8gWSn。并分析了多个样品的精度和准确度，结果表明RSD_C%=0.49%2.1%，RSD_S%=1.9%3.9%。 关键词 高频燃烧 红外吸收法 硅铁 碳硫 Determination of Carbon and Sulfur in Ferrosilicon by Hig
2、h Frequency Combustion-infrared Absorption Method Guo Feifei (China Iron and Steel Research Institute Group Co., Ltd., NCS Testing Technology Co., Ltd., Beijing, 100081) Abstract By contrasting the sample weight, flux, peak shape, splash and melt, carbon and sulfur of ferrosillicon samples were anal
3、ysed by high-frequency combustion infrared absorption method. The best method was 0.15g sample +0.6g Fe +1.8g WSn. And precision and accuracy of some sample were analysed, the result was RSD_C%=0.49-2.1%, RSD_S%=1.9-3.9%. Key words high-frequency combustion, infrared absorption method, ferrosilicon,
4、 carbon and sulfur 硅铁作为合金元素加入剂，广泛用于低合金结构钢、合金钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中。硅铁中碳的含量一般不超过 0.20%，硫的含量一般不超过 0.020%1 。目前硅铁中碳的测定采用国标 GBT 4333.101990 硅铁化学分析方法 红外线吸收法测定碳量2，但实验步骤较多，硅铁中硫含量的测定采用国标GBT 4333.71984 硅铁化学分析方法 色层分离硫酸钡重量法测定硫量3， 操作繁琐， 精度低且测定下限偏高。 本文采用钢研纳克公司生产的 CS-3000 高频红外碳硫仪测定硅铁中的碳硫含量，具有高频燃烧能量充分，分析流量稳定，红外检测出限低、
5、线性好的优点，通过试验选择最佳的分析条件，对硅铁中的碳硫含量进行测定，获得令人满意的结果。 1 实验部分 1.1 主要仪器、材料及试剂 CS-3000 高频红外碳硫分析仪（钢研纳克检测技术有限公司）；电子天平(灵敏度为 0.1 mg)；马弗炉：国家科技部创新方法工作专项项目(2011M060500)。 郭飞飞, 女, 硕士, 助理工程师, 主要从事化学分析, 2 第九届中国钢铁年会论文集 额定温度为 1300。助熔剂：钨（w（C）0.000 8%,w（S）0.000 5%） ，锡（w（C）0.000 8%,w（S）0.000 5%） ，纯铁（w（C）0.000 5%,w（S）0.0005%）
6、 ，钨锡（w（C）0.000 8%,w（S）0.000 5%）；助燃气：氧气，体积分数99.5%；动力气：氮气，体积分数98.5%；坩埚：在 1 200 马弗炉中灼烧 4 h，冷却后置于干燥器中，备用。 实验中所用硅铁标样见表 1。 表 1 硅铁标样 编号 认定值 w/% YSBC18601-08 C0.19S0.010 YSB14604-2001 C0.19S0.0048 BH0310-6 C0.066S0.003 YSBC25615-97 C0.050S0.0028 GBW01432 C0.024S0.0037 1.2 实验方法 称取 0.15g 样品，均匀地平铺在坩埚底部，然后覆盖 0.
7、6g 纯铁助熔剂和 1.8g 钨锡助熔剂。按照高频红外碳硫分析仪操作说明书进行测定。仪器自动计算出碳硫含量。 2 结果与讨论 2.1 称样量的选择 根据国标 GBT 4333.10-1990 推荐质量选择称取 0.10.3 g 硅铁样品进行试验， 结果表明， 称样量较低时，称量误差较大，精度较低；称样量过高时，样品熔融不完全，导致结果较低且飞溅多；当称样量为 0.15 g时，样品燃烧充分，结果稳定，精密度良好。因此，实验选择称样量为 0.15 g。 2.2 助熔剂的选择及用量 硅铁导磁性能差，非常难熔。纯铁具有良好的导磁性能；锡有利于 SO2的释放。几种助熔剂组合结果见表 2，表中熔体为各分析
8、条件下样品燃烧后坩埚内熔渣情况，实验中使用坩埚盖观察飞溅情况，但加入坩埚盖后样品释放变慢且拖尾，因此后续实验不采用加坩埚盖 。为了保证既能使样品完全熔化释放，又不至于燃烧过程太剧烈产生大量飞溅。经试验得出助熔剂选择为 Fe+WSn。 实验中采用上述得出的最合适的助熔剂组合 Fe+WSn，还要选择合适的助熔剂用量，纯铁过多会飞溅得厉害，钨锡过多粉尘大；助熔剂量过少样品不能完全熔融，易结块。经实验得出最佳配比是 0.15gSiFe+0.6g纯铁+1.8WSn。 2.3 空白 用高频红外碳硫分析仪测定碳硫时， 空白值不存在于样品中， 它由实验环境和相同条件的实验助熔剂决定。在实验中，空白值主要来自于
9、助熔剂、分析气路、坩埚、氧气等4。称取 0.6g 纯铁、1.8 g 钨锡助熔剂，进行 11 次测定，按照 0.15g 质量计算，得到结果的平均值为 w(C) =0.0021%、 w(S) =0.0005%，碳标准偏差为 0.0002%、硫标准偏差为 0.0001%。由空白的 10 倍标准偏差计算得到该方法的测定下限5为碳：0.0020%、硫：0.0010%。 高频燃烧红外吸收法测定硅铁中的碳硫 3 表 2 助熔剂选择试验 助熔剂 燃烧后现象 熔体 峰形 飞溅 多元助熔剂 熔体不光滑，峰形平滑， 飞溅严重 Sn+Fe+W 熔体光滑，峰形平滑，飞 溅少，粉尘多，操作步骤 多 Fe+W 熔体较光滑，
10、峰形平滑， 飞溅多，粉尘少 Fe+WSn 熔体光滑，峰形平滑，飞 溅少，粉尘较少 2.4 校准曲线 使用钢铁标样做校准曲线，标样见表 3，以积分面积为横坐标、绝对含量为纵坐标，绘制校准曲线，分析钢铁标样时不需加入纯铁，因此结果需要扣除纯铁空白。碳和硫曲线方程分别为 y=0.00055x-0.00052、y=0.00162x+0.00023，按样品称样量 0.15g 计算，此方法适用的碳硫线性范围分别为 0.015%0.22%、0.0016%0.022%。 注：如果测试现场有硅铁标样，建议使用硅铁标样校准。 表 3 校准用标样测定结果 编号 认定值 The certified w/% 测量值 F
11、ound w/% 88-02B C0.223S0.0227 C0.2214S0.0233 YSB C 1112-94 C0.183S0.016 0.1821S0.0151 YSBC11121-95 C0.136S0.011 C0.01365S0.0108 YSB14134-2001 C0.052S0.0033 C0.0537S0.0034 GSB03-1372-2000 C0.020S0.014 C0.0197S0.0140 YSB C 11341-2005 C0.015S0.0016 C0.0150S0.0019 4 第九届中国钢铁年会论文集 3 样品分析 按照最佳实验方法对不同含量的硅铁样
12、品进行分析，结果见表 4。大部分样品硫含量相近，当硫含量小于 0.0040%时可适当加大称样量，约 0.20.25g。 表 4 硅铁测定结果 C S 编号 认定值 w/% 测定值 w/% 平均值 w/% 相对标准偏差 RSD /% 认定值 w/% 测定值 w/% 平均值 w/% 相对标准偏差 RSD /% 1 0.19 0.1968, 0.1904, 0.1999, 0.1948, 0.1947 0.1953 1.8 0.010 0.0100, 0.0103, 0.0108, 0.0104, 0.0098 0.0102 3.9 2 0.19 0.1917, 0.1906, 0.1913, 0.
13、1924, 0.1900 0.1912 0.49 0.0048 0.0049, 0.0047, 0.0049, 0.0048, 0.0047 0.0048 1.9 3 0.066 0.0635, 0.0644, 0.0662, 0.0641, 0.0633 0.0643 1.8 0.003 0.0028, 0.0028, 0.0029, 0.0029, 0.0029 0.0029 2.4 4 0.050 0.0526, 0.0517, 0.0511, 0.0532, 0.05050.0518 2.1 0.0028 0.0030, 0.0027, 0.0029, 0.0029, 0.0028 0
14、.0029 3.3 5 0.024 0.0248, 0.0252, 0.0241, 0.0243, 0.02450.0246 1.7 0.0037 0.0038, 0.0038, 0.0039, 0.0037, 0.0038, 0.0039 0.0038 3.2 参 考 文 献 1 魏琳. 硅铁中碳、硫的高频红外测定J. 中国井矿盐(China well and rock salt), 2010, 41(1): 3638. 2 GB4333.10-90 硅铁化学分析方法 红外线吸收法测定碳量S. 3 GBT 4333.7-1984 硅铁化学分析方法 色层分离硫酸钡重量法测定硫量S. 4 Jianhuan Wei,Huafeng Sun,Shengjie Yang.The cycle measurement of sulfur blank value with the CS-444 infrared ray carbon sulfur analyzerC. Advanced Materials Research, 2012: 21732176. 5 田强兵. 分析化学中检出限和测定下限的探讨J. 化学分析计量(Chemistry analysis and Measure), 2007, 16(3): 7273.
