秦臣

（柳州五菱柳機(jī)有限公司，廣西 柳州 545005）

五菱柳機(jī)生產(chǎn)的曲軸是球墨鑄鐵，采用的是鐵型覆膜砂技術(shù)生產(chǎn)。主要客戶上汽通用五菱對(duì)曲軸的品質(zhì)要求很高。經(jīng)過大量試制，發(fā)現(xiàn)熔化爐前成分直接關(guān)系鑄件的品質(zhì)。原來在現(xiàn)場(chǎng)僅配備了OBLF直讀光譜儀，試驗(yàn)結(jié)果不理想，主要是碳控制范圍太窄(±0.1%)。直讀光譜議對(duì)高碳鑄鐵的碳硫測(cè)量有局限性，因?yàn)镃、S元素譜線短，易受干擾而影響分析結(jié)果不能很好的指導(dǎo)生產(chǎn)。

紅外碳硫儀是根據(jù)紅外線吸收理論而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一種專門測(cè)定材料中碳和硫的儀器，采用高頻紅外碳硫儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定球墨鑄鐵碳硫。該法操作快速、簡(jiǎn)便、精密度高，準(zhǔn)確可靠，完全滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求，有效監(jiān)控曲軸鐵水的品質(zhì)。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，取得了令人滿意的結(jié)果。

本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)際操作，總結(jié)了高頻紅外碳硫儀測(cè)定球墨鑄鐵的碳硫達(dá)到快速準(zhǔn)確分析的經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

1.1 儀器與試劑

CS一3000紅外碳硫儀為北京納克分析儀器有限公司出品；

動(dòng)力氣為氮?dú)?，無油無水；

載氣為氧氣，純度≥99.5%；

鎢粒助熔劑為醴陵市茶山萬(wàn)財(cái)坩堝業(yè)有限公司出品；

坩堝為醴陵市茶山萬(wàn)財(cái)坩堝業(yè)有限公司出品；

干燥劑為高氯酸鎂（從美國(guó)進(jìn)口）；

二氧化碳吸收劑為HE-3型高效C02吸收劑（從美國(guó)進(jìn)口）。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

燃燒氧氣壓力為0.2～0.3 MPa；

氮?dú)鈮毫?.2～0.4 MPa；

C的積分時(shí)間為45 s，比較水準(zhǔn)2%；

S的積分時(shí)間為35 s，比較水準(zhǔn)2%。

分析精度及誤差：碳、硫?yàn)?1×10-6；碳RSD≤0.5%以內(nèi)，硫RSD≤1.0%。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 儀器校準(zhǔn)

開機(jī)預(yù)熱1 h，待儀器穩(wěn)定后，空燒3次，做廢樣3次，然后用國(guó)家鑄鐵樣校準(zhǔn)。

2.2 制樣

設(shè)計(jì)蘑菇狀鑄模，澆注出直徑為約38 mm，厚1 mm的圓形薄片試樣。把薄片表面磨光并錘碎，篩選40目（0.4 mm）均勻的顆粒樣品用于分析。

2.3 試樣分析

選用已標(biāo)準(zhǔn)好的通道，稱0.200 0～0.209 0 g試樣，加1.80～1.90 g鎢粒，放入高頻爐中分析，可得到試樣碳硫的標(biāo)準(zhǔn)含量。

3 注意事項(xiàng)及分析結(jié)果

3.1 坩堝的影響

坩堝的空白，對(duì)分析結(jié)果有影響。未經(jīng)處理的坩堝，空白從十多到數(shù)十×10-6不等。從市場(chǎng)上購(gòu)買的坩堝，本身的含碳量可能有0.002 0%～0.0 x%不等，坩堝空白值的不穩(wěn)定，會(huì)影響低碳分析的精密度。坩堝的水分，會(huì)影響硫的測(cè)定。坩堝的熱處理，可以在馬弗爐內(nèi)，在1 100℃以上的溫度下灼燒3～4 h，冷卻后，保存在干燥器內(nèi)，備用。對(duì)于特別低含量的碳、硫樣品的測(cè)定，尤其要選擇品質(zhì)好的坩堝。

但是本廠測(cè)量碳含量高，約為3.5%～4%。采用未處理的坩堝，對(duì)國(guó)家鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行8次重復(fù)性試驗(yàn)，分析結(jié)果如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表 （%）

采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的坩堝，發(fā)現(xiàn)使用未處理的坩堝，碳硫分析精度也能滿足分析要求。只要分析準(zhǔn)確，測(cè)量球墨鑄鐵時(shí)，不必要對(duì)坩堝進(jìn)行處理，這樣可以節(jié)省購(gòu)買馬弗爐設(shè)備及電能分析成本。

這里強(qiáng)調(diào)一下，坩堝存放地點(diǎn)一定要干燥，存放周期最好不超過3個(gè)月，分析過程一定不能用手觸摸，以免沾污坩堝，造成分析結(jié)果波動(dòng)。分析過程一定要用干凈的夾鉗放置坩堝。

3.2 樣品制備

為了得到一個(gè)準(zhǔn)確的結(jié)果，樣品必須具有代表性。樣品制備就是為了使樣品成為符合儀器要求并具有代表性的過程。球墨鑄鐵中，含有一定含量的球狀石墨碳，采用傳統(tǒng)的車屑取樣法，當(dāng)車屑取樣時(shí)，石墨碳會(huì)脫離樣品。因此將樣品制成薄片，然后弄成均勻的粒狀，使樣品具有代表性，才能代表鐵水的碳硫成分。

3.3 穩(wěn)壓電源

由于工作需要，儀器搬遷了兩次。發(fā)現(xiàn)搬遷后的設(shè)備，精度下降。經(jīng)比較基線電壓，在曲軸工部工作時(shí)，基線電壓是0～0.50 V波動(dòng)，在黑色工部時(shí)，基線電壓是0～0.80 V，由于電壓波動(dòng)大，造成空白含量不一樣，從而分析誤差大。

采用了5 000 V的鐵塔穩(wěn)壓電源后，分析精度得到了改觀。所以安裝紅外儀時(shí)，一定配備一個(gè)好的穩(wěn)壓電源，遠(yuǎn)離大型設(shè)備，并采用專用地線安裝。

3.4 樣品、助熔劑的疊放次序[1]

對(duì)碳硫含量分析的成敗關(guān)鍵，在于燃燒環(huán)節(jié)。為了提高回收率并使數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，助熔劑不可或缺。鎢粒及其合金，是燃燒常用助熔劑。實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明，助熔劑的加入次序，也對(duì)碳硫釋放有影響。助熔劑不僅具有增加樣品中導(dǎo)磁物質(zhì)，從而提高燃燒溫度，還具有增加樣品流動(dòng)性、稀釋樣品的作用。

分析過程中，樣品、助熔劑的疊放次序，直接影響燃燒結(jié)果和分析穩(wěn)定性。例如鐵基樣品直接在氧氣下經(jīng)高頻感應(yīng)而燃燒，反應(yīng)劇烈，飛濺嚴(yán)重，容易造成燃燒室石英管的破損和陶瓷保護(hù)套的污染。換成以鎢粒打底，樣品置于上層，發(fā)現(xiàn)燃燒室中石英管也很快被污染，陶瓷保護(hù)套上粘了一層厚厚的鐵屑，很難清理，不僅影響了燃燒管的使用壽命，還阻礙了氧氣的供應(yīng)，從而影響分析結(jié)果的穩(wěn)定性。將樣品置于底層，鎢粒置于上層，分析結(jié)束后燃燒室內(nèi)石英管非常干凈，陶瓷熱保護(hù)套上無金屬飛濺，分析結(jié)果穩(wěn)定。所以分析試樣時(shí)，要讓助熔劑均勻置于上層。

3.5 粉塵過濾器的影響

粉塵干擾，會(huì)導(dǎo)致低硫分析結(jié)果偏高。這是因?yàn)榉蹓m吸附的氣體，在分析低硫時(shí)，會(huì)釋放出來，造成分析結(jié)果偏高。分析過程中灰塵的積累所造成的吸附，也是影響分析結(jié)果穩(wěn)定性的重要因素。因此要定期清潔粉塵過濾器.

3.6 試劑的影響

分析過程，要采用高純氧，否則要在氧氣進(jìn)入測(cè)定儀器前，先用高氯酸鎂除去有機(jī)雜質(zhì)。試劑的效率，直接影響分析結(jié)果的穩(wěn)定性，甚至準(zhǔn)確性。在高頻紅外碳硫分析儀的使用中，分析氣及載氣的干燥純凈，是降低系統(tǒng)空白、得到準(zhǔn)確、穩(wěn)定分析結(jié)果的保障。高氯酸鎂用來凈化載氣，HE-3型高效C02吸收劑用來凈化分析氣，日常要及時(shí)更換試劑，以免影響分析結(jié)果。

3.7 分析結(jié)果

爐前分析樣品平行做了3次，結(jié)果如表2。

表2 分析結(jié)果表 （%）

分析結(jié)果允許差達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，碳的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%，硫的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。

4 結(jié)束語(yǔ)

紅外碳硫分析儀從2011年5月投入使用已近10個(gè)月，實(shí)踐證明效果非常好。在曲軸生產(chǎn)過程中，定期維護(hù)好設(shè)備，及時(shí)更換試劑，采用薄片取樣分析，采用高頻紅外碳硫儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定球墨鑄鐵碳硫，完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鐵水品質(zhì)控制要求。

[1]張長(zhǎng)均，王 蓬，張之果.影響高頻紅外碳硫儀分析結(jié)果穩(wěn)定性因素的探討[J].冶金分析，2006，26（6）：90-91.