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超低碳硫测量体系的完善

质量检验监督中心 苏红梅

摘 要  研究了红外碳硫分析仪对超低碳、硫进行分析的试验条件，分析方法及相关的试验过程，具有良好的精度和准确度满足 GB/T20126 －2006/IS0 15349 －2: 1999 要求，合并覆盖 OES 分析结果，在实际操作中切实可行。

1 前言

目前，公司冶炼超低碳钢的碳硫含量较低，达到痕量级。碳硫含量在 50ppm 以下的钢样，OES 在现有装备和条件下分析，由于受技术条件的限制，对钢中超低含量的短波元素测定存在一定的困难，不能做精确检测和判断依据。通过完善超低碳硫测量体系，优化 LECO CS －600 红外碳硫分析仪对超低碳硫分析的试验条件、分析方法及相关的试验过程，用 OES 快速检测碳硫结果为预报，用收集的屑样在高频红外碳硫分析仪检测超低碳硫，合并覆盖 OES 分析结果。并应用于炼钢生产控制，特别是对电工钢和 IF 钢系列的炉外精炼和连铸，可有效缩短冶炼时间，实现对炼钢工艺过程的及时控制，提高钢种命中率，降低废品率。

2 实验条件

2. 1 设备与材料

LECO CS － 600 红外碳硫仪;

Thermo 箱式电阻炉;中科普瑞催化再生式氧气净化机;

载气: 氧气;动力气: 氩气; 无油，无水;

超低碳硫专用陶瓷坩埚: LEC0 528 －018. HP 高纯坩埚;

化学试剂: 碱石棉，高氯酸镁，稀土氧化铜，镀铂硅胶;

其它: 502 －173 LEC0 钨锡高纯助熔剂赛璐璐，脱脂棉，坩埚钳子。

2. 2 分析条件

氧气: 载气，工作压力 35PSI ±10%;

氩气: 动力气 40PSI ±10%;

载气流量: 3L/min;

动力气: 1L/1 次分析。

3 实验

3. 1 对超低碳、硫坩埚的前期处理

由于进行超低碳、硫的分析对所用的实验材料有一定的特殊要求，特别是对坩埚的要求，要求坩埚本身的背景空白值很低，因此必须对所用的坩埚进行严格的预处理。如果坩埚处理不好，也将使分析结果产生波动，这种污染并不稳定，如果直接用手拿坩埚，污染更严重，测定结果波动更大。所以规定坩埚的预烧或焙烧，通常要求将坩埚置于马弗炉或管式炉中，在至少 1000℃ 处理 2 小时，或超过 1250℃处理 15 分钟，然后趁热取出，稍冷至温热状态即用，不能在空气中暴露太长的时间。

3. 2 氧气的处理

氧气在熔样过程中起提供燃烧和携带气体作用，它在分析过程中很重要，不容忽视。一般级别的氧气所含有的杂质会影响碳的准确测定，有时对硫也有影响，氧气中杂质如CO2可以通过碱石棉除去，而杂质的主要成分 CH4却无法除去，在燃烧反应进行时，CH4将氧化生成 CO2和 H2O，而氧化的程度取决于坩埚和样品的温度以及分析时间，这对低碳低硫的测定影响很大，无法用扣除空白的方法加以消除。所以我们采用氧气先经氧气净化机净化后再进入分析仪器。

3. 3 空白试验

空白是分析样品时产生的信号，不能叠加在样品的分析信号上。碳硫分析的空白值主要来自于氧气、坩埚和助熔剂。称取约 lg纯铁准确至 0. 1mg 移至瓷坩埚中，将装有纯铁的瓷坩埚置于电阻炉加热至 420℃ 保持5min，从电阻炉取出装纯铁的坩埚，立即加入助熔剂，在校准工作曲线上分析，得到含碳量0. 0004868% 、0. 0005321% ，减去纯铁含碳量0. 0003% ，平均空白值为 0. 0002094% ，小于0. 0003% ; 两 次 空 白 值 含 量 之 差0. 0000453% 也 小 于 0. 0002% ，符 合 GB /T20126 － 2006 / IS0 15349—2: 1999 规定。所以为了正确地扣除空白，坩埚和助熔剂通过烘烧降低空白，再统一测定得到平均值。

3. 4 样品的预处理

如样品表面污染对分析结果产生严重影响，样品可在碱性试剂中浸泡，再用丙酮清洗、热风机吹干。如灼烧后的坩埚已冷，将装有样品的瓷坩埚置于电阻炉加热至 420℃保持 5 ～10min 后，取出瓷坩埚，立即加入助熔剂分析。

3. 5 仪器的校正

选择合适的标样，可对仪器进行多点校正和单点校正。仪器在工厂已完成线性化工作，所以我们通常采用单点线性校正，校正的过程是基于校正标样的碳硫标准值，标样的含量应位于样品测定范围的中上部，校正系数通过测定值和标准值之比得到。仪器的校正在测试当班检查，保证处于期望的范围内。得到校正系数见表1。

4 结果及讨论

4. 1 超低碳硫的精密度试验

采用 LECO CS －600 红外碳硫仪随机标样各连续测定 6 次以上，求得 X、SD、RSD%，验证此种方法的可行性，如表 2。

4. 2 超低碳硫的准确性试验

选取部分标样，用本方法测定 2 次取平均值，并与标准值比较，见表 3。

4. 3 运行比对数据

选取部分试样，用红外碳硫测定 2 次以上取平均值，并与 SPECTROLAB M10 光谱仪结果比对，结果见表 4。

5 结语

用 LECO CS －600 红外碳硫仪分析钢中超低碳硫精度小于标样规定的 1S，符合要求;准确度符合要求; 和 OES 的比对基本吻合。对于碳硫含量大于 0. 0020% 的样品，建议以OES 为判定依据，但对于边缘结果，启用红外碳硫 仪 精 确 检 验; 对 于 碳 硫 含 量 小 于0. 0020% 的样品用 OES 快速检测碳硫结果为预报，用收集的屑样在高频红外碳硫分析仪检测超低碳硫，合并覆盖 OES 分析结果。

参考文献

1 LECO 公司 CS － 600 碳硫联测仪说明书

2 国家标准 GB / T20126 － 2003 / IS0 15349 － 2: 1999《非合金钢低碳含量的测定第 2 部分: 感应炉( 经预加热) 内燃烧后红外吸收法》