碳硫分析.doc

1、红外吸收法测定碳量、硫量一、原理碳在氧气流中燃烧将碳转化成一氧化碳和/或二氧化碳。利用氧气流中二氧化碳和一氧化碳的红外吸收光谱( 特征吸收峰 4260 纳米=42600 埃)进行测定。硫在氧气流中燃烧将硫转化成二氧化硫。利用氧气流中二氧化硫的红外吸收光谱（特征吸收峰 7400 纳米=74000 埃）进行测定。碳硫测定仪电子控制组成与气路系统原理碳硫测定仪的电子控制部分由红外测量控制板、分析气流控制板、动力气流控制板、功率控制板、恒温箱加热控制板、压力控制板、催化稳定控制板及计算机和其他电子元件组成。载气在分析气路中的流程：氧气通过入口的稀土氧化铜去除载气中的一氧化碳、甲烷等杂质，流经碱石棉和过

2、氯酸镁去除二氧化碳和水后，通过吹氧枪和载气入口进入炉头。试样在燃烧管内（材质石英玻璃）后生成的气体随载气经过过氯酸镁去除其中的水汽后，进入硫检测池，之后流经渡铂硅胶及赛璐璐，将载气中的二氧化硫转化为三氧化硫并去除。载气中的二氧化碳在仪器气路两端的高碳和低碳检测池中测定。 （为何先进硫池检测硫含量？）LECO CS230（力可碳硫 230）工作原理取一定质量的样品在通入氧气流的在炉子的高频磁场中，试样和助熔剂被感应加热，在氧气的氛围中燃烧，试样中的 C、S 元素和氧反应生成 CO2 和 SO2 随载气进入气路系统，先到达 SO2 检测池进行 S 的检测，随后通过热的氧化铜，将一氧化碳转换成二氧化

3、碳；SO2 转化成 SO3 被赛路路（吸附性极强的塑料 ）吸收。然后，试样气体通过高和低含量 CO2 红外检测池检测 C 含量。二、试剂及材料高氯酸镁（吸水剂，粒度 0.7-1.2mm）作为干燥剂碱石棉（酸性气体吸收剂）作为 CO2 吸收剂玻璃棉（过滤粉尘）钨粉（助熔剂，碳量小于 0.002%，粒度 0.8-1.4mm）锡粒（助熔剂，合金分析时降低熔点，但加入过多影响硫的释放）氧气（载气，纯度达到 99.5%以上，出口压力 0.26MPa）氩气、氮气、压缩空气（动力气，提供炉头的开关动力,压力0.26MPa）瓷质坩埚：在高于 1200的高温加热炉中灼烧 4 小时，目的是为灼烧瓷质坩埚的杂质，空

4、白值降到最低。三、红外碳硫仪的基本结构1.高频炉：使样品熔融燃烧2.红外吸收系统：用于测量 CO2、SO 23.净化系统：净化载气和反应气，除去其中灰尘、杂质及水分4.恒温系统：使被测气体及检测池温度恒定5.气路系统：提供反应气和动力气6.稳流系统：使载气的流量稳定7.数据处理和控制系统：控制仪器的运行及计算碳硫含量四、操作规程1、开机前操作流程:打开 UPS 仪器，检查电源是否正常,然后将空气开关和稳压电源的开关合上,并检查稳压电源的输出是否为 220V,如电源输出正常,可进入开机程序. 2、开机流程: (1)先将载气 O2 和动力气 Ar 气源打开,并调整至相应的压力,具体为 载气 O2

5、为 0.26MPa，动力气为 Ar，压力 0.26MPa。(2)将 CS230 主机打开具体情况如下:先将仪器炉子部分的电源开关合上(开关位 于炉子前下部,黑色开关),然后将仪器检测器部分电源开关合上,此时观察可以看 到炉子部分内电子坩埚管被点亮,流量计内浮球应处于 3L/min 位置. 将电脑主机和显示器电源打开,同时将打印机和天平电源打开,当确认天平处于平衡位置时且前方显示为 0.0000 时,可通过双击桌面上的 CS230 图标,进入 CS230 分析流程. (3)进入主程序在电脑和 CS230 分析仪通信正常后,可先打开诊断菜单.漏气检查，待漏气检查通过后进入环境 子菜单,可以看相应的

6、监测参数和图形,待恒温箱温度(4850),催化炉温度 (350左右)具 C 和 S 检测池均稳定后可进行下一步操作 如果仪器处于常开机状态,或者未清洗过炉头、 试剂管的状态下,可直接烧空白. (4)空白校正烧标样.标样校准等正常流程.如果仪器相对较长时间未打开,清洗过炉头,更换过试剂,那么必须先执行漏气检查程序,确认仪器不漏气,可进入正常操作流程_烧空白 C 烧 25 个,待空白值稳定后进行空白校正,烧标样进行漂移校正,然后可直接分析试样(含量和试样接近的标样)进行校准,校准完后, 确认仪器分析标样稳定,达到要求精度,可进行试样分析.(5)关机操作.正常关机为先将软件关掉,然后关掉炉子前开关和

7、分析仪开关,将气源关掉,最后将电源关掉(稳压电源和空气开关均关掉) .称样量烧结矿、灰石、白云石、白灰：0.5g 纯铁+0.1g 试样+1.5g 钨粉（加速剂）瓦斯灰：0.5g 纯铁+0.05g 试样+1.5g 钨粉合金：0.5g 纯铁+0.2g 锡粒+0.1g 试样+1.5g 钨粉耐材：0.5g 纯铁+0.2g 锡粒+0.1g 试样+2.5g 钨粉钢样：0.2-0.3g 样品+1.5g 钨粒萤石：0.5g 纯铁+0.03g 试样+1.5g 钨粉萤石中硫的测定需要连接卤素吸收器。具体步骤：首先关闭氧气（分析界面诊断输氧管，取消前面的“” 。 ）然后拆下仪器本身的进气管（炉头最下端的一个管） ，

8、将除卤素装置一端的橡胶管接到炉头上，另一端带铁头的管接到进气口处，拧紧，防止漏气。五、影响分析结果稳定性因素1.样品的称样量2.助熔剂的加入量3.样品、助熔剂的叠放次序（高纯铁粉打底：铁基样品直接在氧气下经高频感应而燃烧，反应剧烈，熔融后飞溅严重，容易造成石英管的污染甚至破损。钨粒打底，样品置于上层，石英管很快污染，陶瓷保护套上粘上铁熔体，影响燃烧管的使用寿命，并阻碍氧气的供应，影响分析结果。合适的叠放次序高纯铁粉、样品、钨粒。4.坩埚5.试剂6.灰尘（石英管）7.温度（恒温系统）六、注意事项1.标样的含量值必须大于并接近生产样的含量值2.分析用坩锅应保持干燥，不要长时间露天放置3.分析硅含量

9、高的试样时，不易检测硫的含量，可以适当加入多一些纯铁助熔剂，但纯铁助熔剂和试样重不要超过一克，加钨粉前要保证试样和助熔剂摇匀。4.称样量过大会引起试样在分析过程中喷溅，导致分析失败。七、相关知识碳是钢中不可缺少的元素，钢铁的性能起着重要的作用。随着碳含量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其韧性和塑性下降；反之，若含碳量减少，则硬度和强度下降，而韧性和塑性增加。碳元素在钢铁中的作用是，它是区分钢或铁的主要依据 碳含量高于 2.0%以上的叫铸铁，低于 2.0%的叫钢。通常把含碳量高于 0.60%的钢叫高碳钢，含碳量在 0.25%-0.60%之间的钢叫中碳钢，含碳量小于 0.25 的钢叫低碳钢，含碳量

10、小于 0.04%的叫工业纯铁碳在钢铁中以化合态和游离态存在化合碳：主要以铁碳化合物和合金元素碳化物的形态存在，如Fe3C、 Mn3C、Cr 3C2、WC、VC、Mo 2C、TiC 等铁碳化合物如 Fe3C能溶解在含氧化剂的浓硫酸和浓硝酸中；而合金元素碳化物难溶于酸，为了促溶增溶，往往要冒硝酸和高氯酸烟游离碳：主要指铁碳固溶体中的碳、如石墨碳、退火碳、无定形碳、结晶形碳等。游离碳一般不溶于酸，借此性质，可分离游离碳。在一定条件下，化合碳可转化成游离碳，如渗碳体转化为铁素体（Fe 3C11533Fe+C 石墨） 。化合碳和游离碳之和称为总碳量硫存在于钢铁内，恶化钢铁质量，降低钢的力学性能及耐蚀性、

11、可焊性。特别是钢中的硫，若以硫化铁状态存在时，它的熔点低（1000左右） ，将会引起钢的“热脆”现象，即热变形，高温时工件产生裂纹，影响产品的质量和使用寿命。但是硫在易切削钢中，是作为一种合金元素来改善钢的切削性能。硫在钢铁中主要以 MnS 和 FeS 的形态存在，仅含少量的其他硫化物。如 Cr2S3、VS、TiS、NbS、ZnS 等，而游离态的硫甚少。钢铁中的硫，一般易溶于酸中，在氧化性酸中生成硫酸盐，在非氧化性酸中，生成硫化氢。所以，钢中的硫含量越低越好，一般来说，普通钢中的含硫量不大于 0.050%，工具钢中硫量不大于 0.045%，优质钢硫量不大于 0.020%。目前常用测定碳、硫的方

12、法：光谱法、燃烧法。高频感应加热的原理利用导体在高频磁场作用下产生的感应电流（涡流损耗以及磁滞损耗）引起导体自身发热而进行加热的。八、有关分析方面的几个问题：1. 仪器的检测能力当燃烧反应进行后，准确测定产生的 CO2 和 SO2 能衡量一台仪器的检测能力，这是我们应主要考虑的。这种能力通常可以通过气标的方法测定，用已知浓度的 CO2 和 SO2 或两者的混合气体直接引入仪器。气标可以帮助评价一台仪器的检测能力，而不受诸如坩埚、气体、助熔剂、感应参数、样品均匀性等影响。由此而获得的数据显示仪器性能，作为考核仪器的保证。另外，气标还可用于常规的诊断。2. 坩锅质量及预处理如果陶瓷坩埚处理得不好，

13、也将使分析结果产生波动。平均重约 18克，样品分析时通常称 1 克，有时更轻。这意味着如果坩埚中含碳或硫 1ppm，将会使分析结果增加 0.018mg。实际上，这种沾污并不稳定，有些坩埚基本不含碳和硫，而有些可能超过 0.025mg。如果直接用手拿坩埚，沾污更严重，测定结果波动更大。基于这一考虑，坩埚需要预烧或焙烧：通常要求将坩埚置于马弗炉或管式炉中，在至少 1000处理 8 小时，或 1250处理 4 小时乘热取出，冷却后置于干燥器中；使用时用干净的夹钳一个一个从干燥器中取出使用，处理过的坩埚不能暴露在空气中太长的时间，因为空气中粉尘将再次沾污坩埚。3. 氧气的影响氧气是熔样过程中起提供燃烧

14、和携带气体的，它在分析过程中起重要作用，却常常被忽略。一般级别的氧气中所含有的杂质能够影响碳的准确测定，有时包括硫。氧气中杂质如 CO2 可以通过碱石灰(氧化铜 )（NaOH 与粘土的混合物）除去，而杂质中的主要成分甲烷却无法被除去。在燃烧反应进行时，甲烷将氧化生成 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，这对于准确测定低碳和低硫产生严重的影响。4. 助熔剂的种类及选择助熔剂的使用能加速无机材料的燃烧反应，它主要起点火、助燃的作用，同时能熔解样品表面的氧化物，并使熔体具有良好的流动性，有助于在短时间内氧化样品中的碳、硫。常用的助熔剂有金属钨粒、铁屑、锡粒、铜屑等这些材

15、料中碳、硫含量应很低，并且均匀。金属钨粒主要起点火、助燃的作用；铁屑主要增加分析时的感应量；锡粒在燃烧时能产生大量热，同时降低熔体的温度；铜屑的作用与锡粒相似。每一种助熔剂各有优势，在多数情况下，将它们混合使用能获得最佳的效果。5. 样品的种类及制备有机溶剂清洗法：对于屑状、块状样品，使用丙酮、乙醚、环己烷、四氯化碳或其它合适的溶剂清洗，并于 70100干燥。清洗的次数一般为 2-3 次。使用的清洗溶剂蒸干后的残渣质量分数应小于 0.0005%。注意有机溶剂挥发性强、易燃，一般具有一定毒性，在清洗时应在通风橱内进行。低温灼烧法：将装有试料的瓷坩埚置于马弗炉或电阻炉中加热至 420保持 5min

16、-10min。这个方法适合于非合金钢中碳质量分数为 0.0003%-0.010%的样品处理。6. 空白值的测定对每一仪器范围称取选定质量的助熔剂(精确至 5mg)，置于坩埚中，加入称取的钢铁有证参考物质以测量碳、硫的空白值。将钢铁有证参考物质的质量输入仪器质量补偿器，开始分析。重复测定三次以上，取平均值。再减去钢铁有证参考物质的碳、硫含量，即是空白值。如果空白值大于 0.002%，标准偏差大于 0.0005%，应找出其原因并作相应处置，然后重新测定。根据仪器说明书输入平均空白值。如果仪器不能自动校准空白值，在计算前，应从总结果中减去空白值。要点：为真实反映空白值的水平，在测定前应将原有的空白值

17、置零；用于空白值测定的钢铁有证参考物质（CRM）中碳、硫含量应很低。7. 影响回收率的因素助熔剂比例（铁粉、钨粉、锡粒）燃烧温度8. 碳硫分析仪实验室的基本要求温度恒定 25，要求配置空调湿度小于 70%，湿度过大配备除湿机电源电压要稳定，电压变化大于 5%要求配置稳压器独立地线，对地线电阻要求小于 59. 正确选择和使用标准物质需掌握以下规则材质相同、与可测定值相近，分析条件一致10.在碳硫的燃烧法测定中选择助熔剂的原则在固体无机材料碳、硫分析时起到氧化燃烧温度，增强液体流动性作用的专用试剂称为助熔剂，要求该种试剂熔点低、易氧化、放热量大、氧化物不吸收被测气体，含碳量、硫量极低的金属。一般为

18、细粒状，粒度为 0.4-0.8mm。如：铜、钨、钨锡用于测定碳，钨用于测定硫LECO S144DR（力可 144 定硫仪）工作原理称取一定质量的样品在通入氧气流的高温炉内燃烧，硫转化为二氧化硫，随氧气流经红外吸收池，有红外检测器测定其对特定波长红外线的吸收（二氧化硫的特定波长 7400nm） ，其吸收值与二氧化硫含量成正比，由此测得硫的百分含量。二、试剂及材料高氯酸镁（吸水剂，粒度 0.7-1.2mm）作为干燥剂玻璃棉（过滤粉尘）氧气（载气，纯度达到 99.5%以上，出口压力 0.26MPa）磁舟三、红外碳硫仪的基本结构1.管式炉：使样品熔融燃烧2.红外吸收系统：用于测量 SO23.净化系统：

19、净化载气和反应气，除去其中灰尘、杂质及水分4.恒温系统：使被测气体及检测池温度恒定5.气路系统：提供反应气6.稳流系统：使载气的流量稳定7.数据处理和控制系统：控制仪器的运行及计算硫含量四、分析步骤开启仪器，进入控制软件待半小时后，检查仪器参数是否正常稳定状态通氧气：压力达到 40Psi（英制单位）约 0.276MPa选择与被测样品含硫量接近的煤、焦炭分析方法曲线称取 0.2-0.35g，平摊在磁舟中进行样品分析，根据控制分析软件提示，用长剑将磁舟推至炉底，关上炉门，仪器开始分析，屏幕显示结果，分析结束后，将磁舟拉出。CS230 与 S144DR 根本区别CS230 为高频加热炉，高频炉利用金属试样在高频磁场中产生涡流，从样品内部加热，是样品熔化，在氧气中生产 CO2 和SO2，S144DR 为管式加热炉属于外加热，及样品是在加热到高温状态下的管式炉中燃烧