碳硫分析仪分析钢铁中硫含量

碳硫分析仪分析钢铁中硫含量

摘要：利用高频红外碳硫分析仪检测钢铁中微量硫的方法，快捷、精确、及时，适合广泛应用于企业的日常生产中对产品的快速控制分析，也可以作为以后科研

单位对产品中含硫量控制。

关键词：碳硫分析仪；钢铁；硫含量

碳硫是钢铁中常见的化学元素，碳硫分析是检测钢铁产品中碳烧含量的试验

方法，是提高钢铁产品质量的有效手段。由于碳的存在，钢铁才能用热处理的方

法来调节和改善机械性能。硫是钢铁中的有害杂质，在钢铁中主要以非金属夹杂

物的形式存在。它的存在可影响钢铁的热脆性，降低钢铁的机械性能，特别是钢

铁的疲劳极限，塑性及耐磨性等性能。目前，钢铁中的碳硫元素的分析均采用高

频红外碳硫分析仪。

一、慨述

钢铁是一种非常重要的工业物资，我国是钢铁大国，年出口钢铁量大概占到

世界总量的前三。硫作为钢铁检测的必要项目，传统的国家标准 GB8251-92 是利

用管式炉燃烧碘量法测定微量硫含量，虽然使用过程中涉及到的设备、仪器及其

操作步骤都比较简单，易于操作，可管式炉的燃烧温度很难控制，且一般其最高

温度只能达到 1200℃左右，容易造成样品燃烧的不充分，最终结果偏低 [1] ；其

结果的判断经常是由操作人员的经验所决定，主观性比较大，容易导致分析精度

较低，检测的线性范围较为狭窄（0.01% ～ 0.15% 之间），小于 0.01% 的硫是难

以被仪器精准测定。零级、一、二级钢铁中的微量硫含量常常低于0.01%，借助

高频红外碳硫分析仪，其高频炉内的燃烧温度高达1800℃左右，样品可以在炉内

充分燃烧，使微量硫完全释放出来，检出限量比较低，灵敏度很高（0.0001% 以内），检测线性范围较为宽泛（0.001% ～ 0.60%）；操作步骤简单、方便，可以

在1min 内自动对微量硫的含量完成精准测定，结果完全满足出口钢铁的国际要求。

二、实验部分

1、仪器和试剂。主要仪器有 LECO 公司研发生产的 CS600 高频红外碳硫分析

仪能够精准分析测定金属、矿石、陶瓷以及其他物品内含有的微量碳、硫；某工

业制瓷厂研发生产的超低碳硫陶瓷坩埚；高规格实验用天平误差控制在 0.001g；

试剂有氧气纯度大于等于 99.95%；氮气纯度大于等于99.99%；其中助熔剂

W+Fe=（900±20）mg+（35±5）mg，以钨为主助熔剂，加钨的主要目的就是使钢

铁中含有的微量硫易于析出，以克服钢铁在高温熔融环境下对硫元素的吸附，从

而避免微量硫的最终含量测定结果偏低的问题。

2、实验方法。试样的处理：将样品钢铁利用玛瑙碾钵将其完全碾碎，高频

红外碳硫分析仪的燃烧功率固定在 2.8KW，氧气纯度需大于等于 99.7%，氧气流

量控制在 4.0L/min，根据高频红外碳硫分析仪以及其他相关实验仪器的操作手册

执行开机、预热、检查，使仪器设备能够处在一个正常发挥运行的稳定状态。空

白试验：称量 1.0g的纯铁助熔剂，其它助熔剂和试样测定一致，重复三到五次，将最低的、较稳定的三次结果的平均值输进分析仪的参数空白栏内 [2]，对空白纸自动完成相关扣除。校正试验：因为钢铁现今并无合格的标准的商品样品，因而

选取含量相近的普碳钢 GBW20404和 BH8011依次完成校正待检测样品的微量硫

含量也必须控制在这个范围以内，获得一个全新的校正系数，之后再进行有关的

试样解析。测定操作：将称量精准的样品放进瓷坩埚内或直接放置于电子天平上

称取样品后再放入坩埚内，加入（10±1）mg 钨粒和（30±5）g 的纯铁粒，之后放入LECOCS600的仪器内进行一系列的分析检测 [3]，并在 PC机上完成有关数据处理。

三、结果与讨论

1、实验结果。钨粒量对检测结果的影响以及对熔融效果的对照实验：测试样品为紫铜标样称取量、加入纯铁粒量，其他分析条件根据上述要求一一执行，对照结果见表。

根据表的对照结果可知，当钨粒的添加量为300mg ～ 900mg 时，对微量硫含量的测定结果产生的影响较低，可是从坩埚的渗漏情况来看，当钨粒量添加在800mg 以上时，坩埚会出现不同程度的渗漏状况，而这种渗漏状况极易导致高频炉中的燃烧管发生二次污染造，进而威胁到仪器设备的使用寿命。综合熔融效果的比较结果来看，本次实验选择的钨粒最佳添加量为（700±l0）mg。

2、分析气的净化。在试验过程中，发现气体中含有的水分会对钢铁内的微量碳硫分析产生一定程度的影响，由于其对红外线有一定的吸收作用，会导致最终发生波动，且它会造成除水试剂在短时间失效，需要反复更换试剂，进而导致分析成本大大增加。所以，气体中的水分单纯依靠仪器自身的净化作用是远远不够的。需要在气体入口处接入一个分子筛以便有效去除气体内含有的水分，再安装一个外挂式氧气净化设备，进一步排除氧气中的残余水分、微量氧化物以及碳氢化合物内含有的微量碳，使气体获得最佳的净化，使得分析结果令人满意。

3、助熔剂用量。在保证其它实验条件不变的状况下，分别添加 0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g 的钨粒作为有效助熔剂，对每一个钨粒的添加量需反复测定 5次以上，探究助熔剂的用量对检测结果是否会造成其他影响。分析过程中，样品和助熔剂的叠放次序直接影响燃烧结果和分析稳定性。颗粒太小的助熔剂容易被加载的氧气吹出坩埚，而引起分析结果的偏差，因此，应选择合适颗粒的助熔剂，样品助熔剂放置完后还要压实样品。助熔剂加入太少或样品直接在高频炉燃烧，熔融态的钢液容易飞溅，造成燃烧室石英管和陶瓷保护套的损坏。按照规定，将样品置于底层，钨粒置于上层，分析结束后燃烧室内石英管非常干净，陶瓷热保护套上无金属熔体飞溅物，分析结果稳定。由此可见，样品、助熔剂的叠放次序及助熔剂的大小对样品分析结果稳定性的影响也不可忽视。试验结果证明：在微量硫的具体分析中，钨粒的添加量大致需要控制在试样量 2倍～ 3倍，此时其熔融状态最佳，燃烧充分，分析结果的精密度也可以保证最高。

4、灰尘。分析过程中灰尘积累所造成的吸附也是影响分析结果稳定性的重要因素，该影响在分析低含量碳硫样品时尤为明显。试验结果表明，随着分析次数的增加，灰尘引起的偏差越来越大。而彻底清理掉燃烧室及尾气排出装置内的灰尘后，多次分析结果与第一次分析结果一致。因此，分析过程中，灰尘过滤器中的灰尘积累应及时清理。

利用高频红外碳硫分析仪检测钢铁中微量硫的方法，适合广泛应用于企业的日常生产中对产品的快速控制分析，同时还适用于对钢铁中微量硫的化学分析。对高频红外碳硫分析仪测定钢铁中微量硫含量进行分析，依托高频红外碳硫分析仪，根据微量硫的物理特性以及助熔剂的剂量，对钢铁中微量硫进行检测，为分析仪的使用方法以及微量硫的检测提供理论依据。

参考文献：

[1] 肖红新,庄艾春.高频燃烧红外吸收法测定铸铁中的高碳低硫[J].广东有色金属学报,2018,11(62):10.