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1、技术研究所快速分析人员学习资料王慈公 第 1 页 2017-05-211. 钢中氢的来源？ 答：氢气在炉气中的分压力很低，大气中氢的分压力为 0.053Pa。因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的(见图 3)。氢进入钢液的主要途径是：通过废钢表面的铁锈(XFeO.rFe 3O4.2H2O)；铁合金中的氢气；增碳剂、脱氧剂、复盖剂、保温剂、造渣剂(Ca(OH)2)、沥青和焦油中的水份；未烤干的钢包、中间包、中注管、汤道；钢锭模的喷涂料；结晶器渗水以及大气中的水份与钢水或炉渣作用而进入钢中。 图 1. 冶炼时钢液中氢和氧的变化规律2. 一般钢中氢含量？答：氢以原子或离子(质子)的形式溶解
2、于钢中，在一定温度下，钢液中氢的浓度 H与氢的分压 PH 的平方根成正比。即：H=K PH2当温度为 1600 C 时 K 为 0.0027，氢在铁中的溶解度随着温度和压力的下降而降低。氢在固体铁中的溶解度与铁的晶体结构有关，发生相变时，溶解度急剧变化.如铁于 1534C 由液态结晶为固态时氢的溶解度显著下降；在 1390C 由 Fe 转变为 Fe 时溶解度重又增加，而在 910C 由 Fe 转变为 Fe 时溶解度又显著下降。氢在碱性电炉钢中约 4-11 个 ppm，酸性电炉钢中约为 3.5-8 个 ppm，转炉钢中约为 3-6个 ppm。现今较为公认的钢中氢含量详见表 1.表 1. 一般钢中
3、氢含量钢液中气体含量 (10-6)熔炼炉 熔炼方法 钢种（H） (N)碳素结构钢 46 4060碱性合金结构钢 68 4060碳素结构钢 35 4050平炉酸性合金结构钢 46 5060合金结构钢 48 70碱性高合金钢 811 150合金结构钢 3.55 电弧炉酸性高合金钢 58 3. 钢中氢对钢性能的危害？技术研究所快速分析人员学习资料王慈公 第 2 页 2017-05-21答：氢溶入钢中会降低钢的塑性和韧性。研究表明，氢含量高不仅会导致钢的伸长率和面缩率急剧降低，还易产生氢致裂纹缺陷。钢在冷却放置过程中，氢呈过饱和固溶体状态，由于其具有极强的扩散能力，很可能聚集在某些部位，使钢产品的局部
4、压力增高，产生白点，形成内裂，进一步诱发高碳钢的疲劳损伤，严重影响其使用性能。另一方面，冷却放置时，氢也能扩散到大气中，从而降低钢中的氢含量，减弱其危害。4. 如何降低钢中氢？答：溶解在钢中的氢和氮以原子状态存在，其溶解反应为： H2%1在一定温度下达到平衡时:21HHPK2%HPK上式说明氢在钢中的溶解度与作用在钢液面上的氢的分压的平方根成正比，即称西华特定律。降低钢中气体含量的措施为一、减少入炉原料带入气体；二、注意控制出钢温度、不宜高，并尽量缩短出钢时间；三、钢液中的氢会向熔池中上升的 CO 气泡扩散，脱碳速度越大，排气速度就越快；四、对于有重要用途的钢种，为严格控制钢中气体含量，最有效
5、的办法是真空处理。5钢中气体分析的取制样方法？答：由于钢中气体元素对钢材质量影响极大，快速准确地测定其含量，为冶炼工艺及时提供数据，以便控制其含量范围对提高产品质量是必须的。一个测试数据的准确性如何，首先取决于试样是否具有代表性和制样方法是否合理。尤其是钢中氢的测定，即使是同一炉取样，在同一台仪器上分析，其结果由于取制样的问题会出现较大差异。为此 70 年代未和 80 年代初全国组织了二次攻关，并于 84 年要重庆特钢钢研所召开了现场技术表演会。国外的冶金分析工作者也进行了大量的研究以后，现定氢取样方法可分为快速淬火法和封闭模法二大类。6 何谓快速淬火法？答：分炉外取样和炉内取样法两种，均采用
6、快速水淬急冷方式，将液态金属迅速凝固通过相变点至常温，使绝大部份氢来不及扩散析出，被固溶在试样中。7 何谓炉外取样法？答：也叫二次取样法，包括样模法、洗耳球石英管法、取样枪石英管法、针筒石英管法、真空套管法。8 何谓样模法？答： 我国于 50 年代初开始使用，当时试样直径为 20mm，后经多次试验改进，1980年后定为直径 6mm，样模制作材料有铸钢、铸铁、铜三种，其中铜的最好，是国际标准委员会推荐方法。取样时首先将内壁用砂纸去锈，并将模预热至 300C 左右，用干净样勺从熔池内取出钢水，扒开钢渣(未脱氧的钢液插入铝条，其量视各冶炼期活度氧而定) 注入样技术研究所快速分析人员学习资料王慈公 第
7、 3 页 2017-05-21模。浇注完后立即打开样模将试样置入20C 的冷水中搅动急冷至常温后取出，擦干后放入液氮或干冰中冷藏待加工分析。9 何谓吸耳球石英管法？答： 20 世纪 60 年代后期开始使用，当时石英管内径为 14mm，后来衍变为内径 6mm.它是将吸耳球与石英管用一根金属管连接起来(连接处不能漏气) ，取样时挤扁吸耳球将石英管未端斜插入同样模法一样取得的钢水样勺内，慢慢放松吸耳球，使钢水吸入石英管内至你所需要的长度后，停止放松吸耳球并保持现状，随即将石英管置入冷水中打碎，使试样直接接触冷水(同样模法)急冷。10 何谓针筒法和取样枪法？答：同吸耳球石英管法相似，均是将石英管置于针
8、筒或取样枪前端，插入同样模法一样取得的钢水样勺中，利用针筒内或取样枪内活塞抽动形成的负压，使钢水吸入法石英管内后再置入冷水中(同吸耳球石英管法 )急冷。11 何谓真空吸管法？答：是用 GG17 硬质玻璃管(内径 6mm)在煤气氧气火焰上封一头，封口加厚，并将侧面吹制成一薄壁泡，再用真空汞将管内真空度抽成 0.001Mpa 后封口，取样时用一夹子夹往取样管，将有薄壁泡端斜插入同样模法一样取得的钢水样勺内，待薄壁泡熔化，钢水迅速进入取样管后立即将取样管移入冷水中(同样模法) 急冷。12 何谓真空套管法？它由一根内径 7mm 玻璃管和一根内外径分别为 5.6mm 和 6.5mm 的奥氏体不锈钢管构成
9、，制作时先将钢管用真空热抽取法在 850C 脱气 2 小时，使残留氢小于 0.1ppm，然后插入一头已制成薄壁泡的玻璃管内，再抽真空到 0.001Mpa 封口，取样时同真空吸管法。此方法取样时钢水凝固过程中析出的氢被不锈钢管吸收，测定时不锈钢管同试样一起测定，减少了氢的损失。13 何谓炉内取样法？答：也叫一次取样法，它适合各种冶炼炉内上有渣层复盖，内含不定量溶解氧的钢水或包内、模内已脱过氧的钢液取样作各种气体元素分析，由于省去了样勺取样暴露在大气下的环节。避免了钢水的二次氧化、二次氮化，碳与氧炉外再反应等影响气体变化的因素，所取试样可作氢、氧、氮、碳、硫全分析，使测定结果更接近冶炼过程中气体含
10、量的真值。该方法取样装置是将两根内径分别为 18mm 和 6mm 的石英管在氢、氧火焰上焊接加工成两头缩孔开口(在 18mm 管内置铝箔) 的取样管。用耐高温水泥将其固定在耐火泥头上，外用防渣帽保护组成取样器。取样时将取样器置于取样枪头部斜插入溶池钢液中。防渣帽熔化后，钢液在静压力下自行进入取样器内脱氧池后段上升至取样管段，提枪出溶池迅速将取样装置前端置入冷水中拔下取样器，打碎石英管使试样急冷(同样模法) 。取样要点(a). 枪管与钢液面呈 30-40C 夹角。(b).插枪过渣层时要迅速，枪管斜入钢液深度 50-60cm。(c). 取样枪在钢液中停留 6-8 秒，提枪时要稳，不能抖动。 (d)
11、.脱氧剂铝箔量为理论值的 1.8 倍。14 何谓封闭模法？技术研究所快速分析人员学习资料王慈公 第 4 页 2017-05-21答： 该法适用于已脱氧的钢水取样，此种取样器在取样后钢液冷却凝固过程中放出的氢气贮存在取样器的两层所夹的空间内，然后用专门的仪器测定取样器空间的氢气，再用惰气热抽取法测定试样中的残余氢，两者相加为总氢量。15 实验室如何制备氢等气体分析试样？答： 对氢试样的制备为避免氢损失，对脆性试样可以采用打断方式，对于直径较小的可以用剪线钳剪断，一般日常分析可用流水冷却的砂轮切片机切割，用锉刀或砂布研磨(不能产生热量)去除表面黑皮再用四氯化碳、丙酮洗涤后冷风吹干，再分析。对氧试样
12、由于其表面积直接影响分析结果，不能用屑样，棒状、块状试样表面应用锉刀或碳化硅砂布研磨出新表面，为使其不被氧化，应避免试样发热，然后用丙酮清洗，干燥后分析。氮、碳、硫试样可在块状试样上车、钻成屑样，但如试样上有氧化物、锈、脱碳层、油脂等必须用切削研磨、酸洗、脱脂等方法去除。16. 简述金属中气体分析用标准物质的研制概况？答：为了有效地检定分析仪器的精确度，提高分析数据的准确可靠性。我国首先由上钢一厂中试室研制出了三种钢中氧标准物质，填补了国内空白。此后北京钢研总院、上钢五厂也相继研制出数种定氧标钢，1980 年上海新光金属厂研制出钢中氢标准样品，1984 年起上海钢研所根据冶金部要求研制钢中氢一
13、级标准样品，现在经各有关单位的通力合作已研制出数个牌号的系列化钢中氢、氧、氮气体标准样品。碳硫分析专用标钢生产也已形成系列化生产，含量和制作工艺也由原来的选择现成材料到有目的的冶炼制作标钢，低含量标钢也能生产，如含量为 1.3ppm、S 值为 0.1ppm 的氢标样，形状从柱状到球状，重量固定可免称量，可以说取得了一定的成绩，为气体分析的准确性提供了保证。17. 简述国内分析仪器的研制概况？答： 国内仪器有的是科研单位自行根据需要研制的。有的是和仪器厂家共同研制，由仪器厂生产的。其主要方法如下：氢的测定是：主要有惰性气体加热（熔融）色谱法、真空热抽取色谱法、真空脉冲气相色谱法、惰气脉冲色谱法、
14、悬浮熔融色谱法、熔融金属氢在线、平衡分压测定法。表 2 我国生产的金属中气体分析仪器主要技术指标仪器型号及生产单位测 定元 素 灵敏度 分析范围加热方 式分析时间检 测方 法显示方式 仪器精度KLS-405雷磁仪器厂 O 0.5ppm0.0005-0.2%0.2-50% 脉冲炉 3 分钟库化滴定 直读 2ppmMHS-806雷磁仪器厂 H0.1-20ppm1-200ppm 脉冲炉 5 分钟 热导 直读GXH-902北京分析仪器厂 O 0-2000ppm 脉冲炉 2 分钟 红外 直读 5%MS-755湘江仪器厂 H.O.NH:0.0001-0.1%O:0.001-1.5% 脉冲炉气相色谱峰高测定
15、技术研究所快速分析人员学习资料王慈公 第 5 页 2017-05-21N:0.001-10.0%GHM-201佛山分析仪器厂 O 1ppm 0-1000ppm 脉冲炉 红外 直读 4ppmSQM-1 大连电子仪器二厂 H.OH:0.005-0.10%O:0.001-50% 脉冲炉H:2 分钟O:5 分钟气相色谱峰高测定SQH-1 大连电子仪器二厂 H 0.02-1.0ml/100g 脉冲炉 5 分钟 热导峰高测定CS 838德阳科学仪器厂 C.S均为0.001%C:0.1-5.00%S:0.01-1.00% 高频 30 秒 直读QL-CS 南京麒麟分析仪器厂 C.SC:0.02-6.0%S:0
16、.003-0.2% 电弧炉 40 秒 滴定IRO-1北京钢铁总院 O 0.0001% 0.0002-15.00% 脉冲炉 2 分钟 红外 直读LSH-1北京钢研总院 H 0.1ppm 0.1-10ppm 1.5 分钟 热导 直读 2%HIR-944 无锡高速分析仪器厂 C.S均为0.0001%C:0.0001-6.00%S:0.0001-0.35% 高频 30 秒 红外 直读 2%HRSJ-103雷磁仪器厂 C.S均为0.0001%C:0.0005-3.5%S:0.0005-0.35% 高频 30 秒 红外 直读HCS-140 上海德凯仪器公司 C.S均为0.0001%C:0.000-3.5%S:0-0.35% 高频 红外 直读C:0.5%S:2%HCS-040 上海德凯仪器公司 C.S 0.00001%C:0.005-3.5%S0.005-0.35% 管式炉 60 秒
