錢(qián)利敏

紅外碳硫分析儀測(cè)定耐火材料中碳化硅的含量

錢(qián)利敏

(江蘇省陶瓷耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 江蘇宜興 214205)

采用紅外碳硫儀測(cè)定耐火材料中碳化硅的含量，選用多元助熔劑(LHDY01)，縮短了操作時(shí)間，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.0%(n=8)。用該方法對(duì)兩種碳化硅耐火材料樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果分別為16.16%，15.64%，與化學(xué)法測(cè)定結(jié)果(15.99%，15.38%)相符合。該方法的精確度滿足化學(xué)分析要求。

紅外碳硫儀；多元助熔劑；碳化硅含量；耐火材料

碳化硅耐火材料具有優(yōu)良的高溫性能，廣泛用于化工、冶金、能源、機(jī)械、建材等領(lǐng)域。碳化硅基件具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐磨性和優(yōu)異的高溫性能，其中碳化硅含量是耐火材料的一項(xiàng)重要檢測(cè)指標(biāo)之一[1]。

對(duì)于碳化硅含量的測(cè)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 16555-2008采用的方法是通過(guò)測(cè)定碳含量或硅含量換算成碳化硅含量[2]。硅含量測(cè)定一般采用重量法，該方法準(zhǔn)確、可靠，對(duì)儀器要求低，換算系數(shù)小，但測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，操作繁瑣。因此筆者參照GB／T 16555-2008，用鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品校正儀器，將試樣先于850℃氧化灼燒30 min，去掉游離碳后，利用紅外碳硫分析儀測(cè)定含碳化硅耐火材料中的化學(xué)結(jié)合碳量，將碳含量乘以換算系數(shù)即得出碳化硅的含量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要儀器與試劑

紅外碳硫分析儀：CS-206型，靈敏度為0.00003%，上海寶英公司；

電子天平：AL104型，瑞士梅特勒公司；

多元助熔劑：LHDY01，粒徑為380～830 μ m（20～40目），成分為W，Sn，F(xiàn)e，碳空白值小于0.000 5%，硫空白值小于0.000 5%；

標(biāo)準(zhǔn)樣品：GBW(E)01204a，含碳量為0.494%；GBW 01205b，含碳量為0.455%；YSBC 28065-1994，含碳量為2.88%。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)燒瓷坩堝

將坩堝至于馬弗爐中，在1 100℃溫度下灼燒4h，從爐中取出坩堝，稍冷后放入干燥器中保存。將處理后的坩堝在4 h內(nèi)使用。預(yù)燒坩堝的目的是降低坩堝空白對(duì)分析結(jié)果的影響。

1.2.2 試樣預(yù)處理

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1 g（精確至0.1 mg）試樣置于預(yù)燒過(guò)的坩堝中，使試樣平鋪于坩堝底部，置于850℃高溫爐中灼燒30 min，取出，稍冷后置于干燥器中冷卻至室溫。灼燒的目的是去除游離碳及揮發(fā)成分。

1.2.3 儀器校準(zhǔn)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品按分析方法測(cè)定其含碳量，重復(fù)做3次，取其平均值進(jìn)行儀器校正。

1.2.4 樣品分析

在已灼燒處理過(guò)的試樣中加入1．8 g多元助熔劑LHDY01，在已校準(zhǔn)的通道上分析碳的含量，將碳含量乘以換算系數(shù)即得出碳化硅的含量。

2 結(jié)果與討論

2．1 取樣量的選擇

碳化硅耐火材料含碳量較高，其熔點(diǎn)較高，而且是非磁感應(yīng)性物質(zhì)，由于加入的助熔劑重量較為恒定，產(chǎn)生的熱量恒定，取樣量的多少對(duì)試樣的分析結(jié)果有較大的影響。取樣量過(guò)多，燃燒時(shí)樣品熔融狀況不佳，且二氧化碳和二氧化硫的生成和釋放速度均變慢，易拖尾；稱(chēng)樣量過(guò)少，則稱(chēng)量誤差大，測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性和精密度較差。通過(guò)考察試驗(yàn)過(guò)程中碳釋放曲線、試樣在坩堝中的熔融狀態(tài)及分析結(jié)果綜合判斷，選擇稱(chēng)樣量為0．1 g(精確至0.1 mg)。

2．2 灼燒條件

試樣在一定溫度下加熱，碳化硅幾乎不分解，游離碳則燃燒生成二氧化碳而消失，同時(shí)碳化硅超過(guò)一定溫度也會(huì)部分分解。因此在試樣預(yù)處理階段將游離碳灼燒掉而不破壞碳化硅，其溫度控制是關(guān)鍵。針對(duì)含瀝青、樹(shù)脂等添加劑的材料，如何將材料中的有機(jī)碳灼燒完全尤為重要[3]。參照GB／T 16555-2008最終確定灼燒溫度為850℃，灼燒時(shí)間為30 min。

2．3 校正用標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇

為獲得準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)果，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)樣品校正儀器。通常的做法是選擇與試樣中碳硫含量相同或相近的同質(zhì)標(biāo)樣，由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有碳化硅標(biāo)樣，因此試驗(yàn)選用含碳量不同的標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW(E)01204a，GBW 01205b和YSBC28065-1994來(lái)校正儀器的工作曲線，使測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合。

2．4 助熔劑的選擇

含碳耐火材料是非電磁感應(yīng)性物質(zhì)，難以通過(guò)電磁耦合產(chǎn)生渦流，同時(shí)碳化硅的熔點(diǎn)很高，因此選擇合適的助熔劑非常重要。根據(jù)實(shí)際情況，平時(shí)通常選用純鐵、鎢粒和錫粒作為傳統(tǒng)的助熔劑。但這些傳統(tǒng)助熔劑的空白值含量不同，每次實(shí)驗(yàn)助熔劑的用量也不完全相同，多次實(shí)驗(yàn)后會(huì)產(chǎn)生累積誤差，使樣品測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。使用多元助熔劑后可以減少助熔劑稱(chēng)量和加入操作的次數(shù)，降低多次稱(chēng)量助熔劑所產(chǎn)生的累積誤差，且其碳硫空白值更低，分析速度快，產(chǎn)生粉塵少，可防止燒刷。因此實(shí)驗(yàn)選用多元助熔劑作為助熔劑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入該助熔劑后試樣熔解充分，出峰較快，熔樣平滑。

2．5 方法精密度和準(zhǔn)確度

用紅外碳硫分析儀對(duì)兩種樣品分別測(cè)定8次，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.0%。然后用化學(xué)法（吸收重量法）對(duì)這兩種樣品進(jìn)行測(cè)定，兩種方法測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，兩種方法測(cè)定結(jié)果相一致，紅外碳硫分析法的準(zhǔn)確度和精密度均滿足化學(xué)分析要求。

表1 碳硫分析法與化學(xué)法對(duì)碳化硅含量測(cè)定結(jié)果 %

3 結(jié)論

(1)采用紅外碳硫分析儀測(cè)定含碳化硅耐火材料中碳化硅含量的方法是可行的，與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比具有快速的優(yōu)點(diǎn)，其準(zhǔn)確度和精密度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)正式分析之前，應(yīng)打開(kāi)軟件中的“診斷”，觀察燃燒壓力、爐頭壓力、吹氧流量，如有變動(dòng)，應(yīng)按要求調(diào)到所需值；同時(shí)還要注意觀察變色干燥劑狀態(tài)，如果干燥劑變色失效，需立即更換，否則影響測(cè)試精度[4]。

(3)用坩堝鉗把坩堝置于坩堝托上時(shí)，坩堝與坩堝托位置應(yīng)同軸放置，放穩(wěn)放平，否則坩堝上升時(shí)會(huì)頂壞石英燃燒管。

(4)采用電子天平稱(chēng)量樣品時(shí)，為保證測(cè)定結(jié)果的精密性，稱(chēng)樣變化幅度最好控制在±0.01 g以內(nèi)；每次助熔劑添加量最好一致。

［1］ 梁訓(xùn)褡.碳化硅耐火材料［M］.劑景韓，譯．北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

［2］ GB／T 16555-2008 含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化學(xué)分析方法［S］.

［3］ 吳雙九，徐曉云，劉軍，等.高頻紅外碳硫分析儀測(cè)定碳化硅耐火材料中碳化硅含量［J］.化學(xué)分析計(jì)量，2010，19(5): 65-66.

［4］ 吳炳智，蒯正好.高頻紅外碳硫分析儀測(cè)定鐵礦物硫含量［J］.化工技術(shù)與開(kāi)發(fā)，2011，40(2): 42-43.

Determination of SiC Content in Refractory by IR Spectrometric C/S Analyzer

Qian Limin
(Jiangsu Quality Supervision and Inspection Center of Refractory Ceramic, Yixing 214205, China)

The silicon content of refractories containing silicon-carbide was determined by infrared carbon-sulfur analyzer. Multiple fulx (LHDY01) was used to shorten the operation time and reduce the analysis error. The relative standard deviation of determination results was less than 1.0% (n=8). Two samples were detected by this method, the results were 16.16%，15.64%, which were consistent with those (15.99%，15.38%) detected by chemical method. Precision and accuracy of the method can meet the requirement of chemical analysis.

infrared carbon-sulfur analyzer; multiple fl ux; content of silicon-carbide; refractory

O657.99

A

1008-6145(2014)01-0071-02

聯(lián)系人：錢(qián)利敏；E-mail: qian.lim@163.com

2013-10-18

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.01.020