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1、冶金分析授課教師:劉淑萍河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院1. 冶金分析概述1. 定義:冶金分析是一門專業(yè)性很強(qiáng)分析化學(xué)。 它是研究冶金生產(chǎn)過程中各種物料的組成及 其含量的測(cè)定方法和有關(guān)理論的一門學(xué)科。2. 作用:在冶金分析中,對(duì)原料的選擇、冶煉 工藝流程的控制,冶金產(chǎn)品的檢驗(yàn),新產(chǎn)品 的試制及應(yīng)用,都必須以分析結(jié)果為重要依 據(jù)。1. 冶金分析概述3.發(fā)展?fàn)顩r及意義: 用氧頂吹轉(zhuǎn)煉鋼代替平爐煉鋼,縮短時(shí)間 由十幾小時(shí)到幾十分鐘,提出爐前分析。 現(xiàn)代冶金分析不僅要作組分分析,而且要作 狀態(tài)、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu)微粒微區(qū)薄層縱深分析。 現(xiàn)代分析技術(shù)圖書館中冶金樣中有很多現(xiàn)代分析的書籍,作為我們只能是了解,將來工作需要

2、的話再深造1. 冶金分析概述4 冶金分析過程的特點(diǎn)1.試樣來源復(fù)雜。 3. 選擇的方法要求快速、簡(jiǎn)便、易重復(fù) 2. 同一元素分析方法多,雜質(zhì)影響大。例Si 光度 容量 重量 4. 取樣方法多,正確。1. 冶金分析概述5、冶金分析方法分類按作用分 標(biāo)準(zhǔn)方法 非標(biāo)準(zhǔn)方法1). 標(biāo)準(zhǔn)方法:由國(guó)際某個(gè)組織或國(guó)家的某個(gè)特定機(jī)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)定的分析方法。可分為: 標(biāo)類法:原料分析和成品的質(zhì)量分析,由所得結(jié)果來作為工藝計(jì)算、財(cái)務(wù)計(jì)算,評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù),要求準(zhǔn)確度高。 快速法:一定準(zhǔn)確度下要求快速,用于控制生產(chǎn)過程爐前分析,是冶煉過程中不可少的。 仲裁法或校核法 仲裁: 以解決爭(zhēng)議為目的的分析方法 校核:廠內(nèi)復(fù)核

3、某項(xiàng)分析結(jié)果而進(jìn)行的分析 方法1. 冶金分析概述1. 冶金分析概述(1) 這些方法往往是原標(biāo)類法中增添一些補(bǔ)充而使精確度提高,要求技術(shù)更高的分析人員進(jìn)行。(2) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)須滿足以下要求: 在政府標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)和組織下進(jìn)行,按規(guī)定的程序編制。 按規(guī)定格式編寫。 方法的成熟性得到公認(rèn),方法的準(zhǔn)確度和精密度可通過協(xié)作試 驗(yàn)確定。1. 冶金分析概述(3)一些標(biāo)準(zhǔn)代號(hào): ISO國(guó)際質(zhì)量認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn) 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法代號(hào)GB 例:GB223.69-89鋼鐵及合金中燃燒氣體容量法測(cè)碳 ASTM美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)協(xié)會(huì) JIS日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 中國(guó)部頒標(biāo)準(zhǔn) YB 冶金部、HB 化工部. 地方標(biāo)準(zhǔn)1. 冶金分析概述 2

4、).非標(biāo)準(zhǔn)方法 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 文獻(xiàn)方法 冶金分析方法很多,且準(zhǔn)確度也不相同。因此,測(cè)定一個(gè)試樣的某個(gè)組分時(shí),采用不同的方法,測(cè)得結(jié)果有出入。故,一般都用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。唐山鋼鐵公司對(duì)GB進(jìn)行內(nèi)部簡(jiǎn)化,但不影響結(jié)果的準(zhǔn)確度2. 標(biāo)準(zhǔn)試樣、基準(zhǔn)試樣 一、標(biāo)準(zhǔn)試樣(標(biāo)樣):已經(jīng)準(zhǔn)確知道其化學(xué)組成的天然樣品或工業(yè)產(chǎn)品(礦石、金屬、合金、爐渣等)或人工配制的人造試樣。 要求: 組成均勻; 穩(wěn)定不變; 主要化學(xué)成分準(zhǔn)確地確定輔助元素的含量,只是參 考,不能作為標(biāo)準(zhǔn)。 二、基準(zhǔn)試樣:純度極高的單質(zhì)或化合物,一般至少相當(dāng)于保 證試劑(GR:光譜純;SP或EP:放射純)2. 標(biāo)準(zhǔn)試樣、基準(zhǔn)試樣 四、兩樣作用 1)檢驗(yàn)

5、分析結(jié)果是否正確,校正誤差 2)在各種儀器分析中用的制作工作曲線 3)用于標(biāo)定各種標(biāo)液濃度(基準(zhǔn)試樣可直接配標(biāo)液) 4)儀器的校準(zhǔn) 5)檢查和改進(jìn)分析方法 三、兩種試樣的區(qū)別: 基準(zhǔn)是由一般化學(xué)試劑提純而得。 標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)家內(nèi)有關(guān)研究機(jī)關(guān)或工廠實(shí)驗(yàn)室組織生產(chǎn),它的準(zhǔn)確含量由最可靠方法、由有經(jīng)驗(yàn)的分析人員測(cè)定而得。2. 標(biāo)準(zhǔn)試樣、基準(zhǔn)試樣 六、我國(guó)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(P131-138) GBW表示什么 五、存儲(chǔ)與選用 存儲(chǔ):于干燥器中密封,防氧化、玷污、受潮失效。怕光 的可于棕色干燥器中。 選用:與待測(cè)試樣組分盡量一致,并成分含量接近。3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差一、表示方法 1. 分析結(jié)果的表示

6、方法常以被測(cè)元素在試樣中的存在狀 態(tài)而定。(在后續(xù)課程中會(huì)顯示出來) 例如:鐵的表示 合金中的鐵用Fe%表示 礦石中的鐵一般用Fe2O3%表示 若為了知道鐵礦石中的鐵含量來制定冶金工業(yè)生產(chǎn)。 用全部的(各種存在狀態(tài)的鐵)含量, TFe%:試樣中含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù).3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差 硅酸鹽和爐渣樣品:因?yàn)樗鼈兪枪杷猁},是SiO2和金屬氧化物的復(fù)合物。 Si以SiO2% Ca以CaO% Al以Al2O3% Mg以MgO% Fe以Fe2O3 Mn以MnO% 用氧化物表示分析結(jié)果在一定程度上,反映了客觀實(shí)在,便于檢查分析結(jié)果的可靠性。所以,所有組分氧化物百分率的總和應(yīng)為100%左右。3

7、. 分析結(jié)果的表示方法、允許差2、根據(jù)試樣的聚集狀態(tài) 氣體:體積百分比; 液體:g成分重量/L液 固體:重量百分比; 微量痕量組分時(shí),用ppm、ppb表示的也有3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差3、分析結(jié)果的規(guī)范表達(dá) 質(zhì)檢所的正規(guī)報(bào)表3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差二、準(zhǔn)確度與允許差 1. 分析結(jié)果所表達(dá)的意思: 表示組分含量大小 表示準(zhǔn)確程度(98.2% 不準(zhǔn);98.20% 準(zhǔn)確) 2. 允許差 化學(xué)成分允許差 成品化學(xué)成分允許差 化學(xué)成分允許差:規(guī)定用同一方法分析同一元素時(shí),允許的平行 測(cè)定結(jié)果的偏差。3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差元素分析方法含量Tk(偏差)Ni重量法0.20.80.05

8、70.81.50.093光度法0.0100.0250.00250.1010.2500.0103. 分析結(jié)果的表示方法、允許差允許差的特點(diǎn): 同一分析方法,同一試樣中某元素其含量范 圍不同,規(guī)定的允許差不同。 方法不同,允許差不同。 范圍,允許差Tk。 標(biāo)樣Tk小于實(shí)際樣品Tk。3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差鋼 成品化學(xué)成分允許差: 規(guī)定允許的鐵水(鋼水)的分析結(jié)果與成品(固體)取樣分析結(jié)果差。 例:GB/T222-2006 鋼的成品化學(xué)成分允許差3. 分析結(jié)果的表示方法、允許差 本講思考題: 1.如何用置信度、置信區(qū)間表示測(cè)量范圍? 2.允許差有幾種表示方法,各代表什么意義? 3.化學(xué)方法允

9、許差的特點(diǎn)是什么? 4.何為標(biāo)樣?在冶金分析中的作用? 5.如何選用保管基準(zhǔn)試樣?第二章 礦石的分析1、掌握礦石試樣的采取和制備; 鐵礦石分析方法; 酸溶鐵(SFe); 全鐵測(cè)定(TFe); 亞鐵(FeO)測(cè)定。2、了解鐵礦石一般分析項(xiàng)目:SiO2、全鐵 TFe、S、P。 從冶煉出發(fā)還要測(cè)酸溶性鐵(SFe)、氧化亞鐵(FeO) CaO、MgO、MnO2、燒堿。3、 難點(diǎn):亞鐵分析方法 一、礦物 地殼中具有一定化學(xué)成分和一定物理化學(xué)性質(zhì)的天然產(chǎn)物礦物 金屬礦物指用以提煉各種金屬元素的分類 非金屬礦物為耐火材料、冶金材料(熔劑)陶瓷材料 2.1 概述2.1 概述二、 礦石 礦物在自然界中或以單質(zhì)、

10、以化合物、以多種化合物的組合形式存在的,含有一種或數(shù)種有用礦物,其富集程度達(dá)到了現(xiàn)代工業(yè)中具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的品位(工業(yè)品位)的自然集合體稱為礦石。 1. 種類: 含有一種被研究的金屬:如常見的赤鐵礦 同時(shí)含有多種礦物。如鉛鋅礦 2. 脈石: 含有有用礦物的巖石,在組成上可能很不一致,以石英和硅酸鹽為最多。 常見的:碳酸鹽、黃鐵礦、某些金屬(如鐵、錳)的氧化物 和氫氧化物 礦石是冶煉的基礎(chǔ)原料。分析是保證產(chǎn)品的質(zhì)量、控制冶煉過程和研究新工藝必不可少的手段。2.1 概述2.2 礦石試樣的采取和制備一、取樣方法 1. 在呈塊狀堆積的礦石中,應(yīng)在具代表性的分布點(diǎn)上取樣,取樣點(diǎn)的數(shù)目和每點(diǎn)上取樣量的多少,按

11、實(shí)際情況確定。 選橫、豎線交點(diǎn)作為取樣點(diǎn),用鍬或鏟從深0.50.7m處各取一份試樣。表層風(fēng)化、氧化 大塊堆底細(xì)砂,中心聚集 不均因素 大堆不能扒開取樣2.2 礦石試樣的采取和制備2. 車廂取樣 沒有運(yùn)輸不分層時(shí),在表面取樣 有運(yùn)輸已分層時(shí),則按不同深度取樣在若干個(gè)車廂一份份取樣時(shí),則可以在第一節(jié)車廂取A點(diǎn),第二車廂取B點(diǎn).2.2 礦石試樣的采取和制備3. 在選礦或燒結(jié)料運(yùn)輸皮帶上取樣。 只要每隔一定時(shí)間間隔取樣一次。取樣點(diǎn)處用鏟將皮帶上全寬度范圍內(nèi)物料全部扒下。 取樣器:鍬、鏟、挖料鉆 直徑1250nm薄鐵圓筒狀取樣管2.2 礦石試樣的采取和制備二(取樣量)制樣(見P2中1.1.11.1.2部

12、分) 送到分析室的原始樣是幾十公斤、幾公斤不等,代表礦體的某一塊數(shù)或礦層的化學(xué)組成。 分析用樣只需幾克、幾十克,最多也不過百克,因此對(duì)原始試樣進(jìn)行加工。 礦物原料試樣的制備,要經(jīng)過破碎、混勻、縮分、過篩、吸鐵等工序,即由原始試樣縮減到分樣用量為止。 kgQ k值0.10.5礦石特性系數(shù) mmd1. 最低重量:用切喬特公式2.2 礦石試樣的采取和制備各類礦石K值礦種k值鐵 錳0.10.2Cu Mo W0.10.5Ni(硫化物) Co0.20.5Cr不大于0.250.3Pb Zn Sn 0.2鋁土礦(非均一的,如黃鐵礦化鋁土礦,鈣質(zhì)鋁土角礫巖)0.30.5銻 汞不小于0.10.2菱鎂礦 石灰石 白

13、云石0.050.1脈金(顆粒基本上小于0.1mm)0.2脈金(顆?;旧辖?.1mm)0.4脈金(顆粒基本上大于0.6mm)0.81.0鈮 鉭 鋯 鉿 Be Li Ru Os 稀土元素 0.10.5磷礦石(分布均勻者) 螢石 黃鐵礦0.2高嶺土 粘土 石英巖0.10.2明礬 石膏 硼礦0.22.2 礦石試樣的采取和制備 例如:有一礦樣已全部通過20號(hào)篩(d=0.84mm),礦種的K=0.2,則需要縮分出的樣品的最低重量為:Q=0.20.842=0.141kg 說明:該礦種通過20號(hào)篩縮分出連續(xù)加工的樣品重量不能少于141g,否則失去代表性. 縮分次數(shù): 當(dāng)樣品原始重量比它最低可靠重量大N倍,

14、則縮分次數(shù):N=2m, m:縮分次數(shù). 2.2 礦石試樣的采取和制備 例如: 原重2kg 全部通過20號(hào)篩最低可靠重量141g,N=2000/141=14倍,2314141g,就是最低可靠質(zhì)量,有足夠的代表性。 實(shí)際工作中,如沒有提出特殊要求,k=0.2。全部按要求的篩號(hào)碎后,縮分至最低可靠重量以上,再全部細(xì)碎至所需粒度。2.2 礦石試樣的采取和制備2. 樣品加工程序: 三個(gè)階段:粗碎、中碎、細(xì)碎 每個(gè)階段又包括四個(gè)程序:破碎 過篩 混勻 縮分3. 樣品過篩,過程中一定要使樣品全部通過,絕不能任意棄去篩上樣品.2.2 礦石試樣的采取和制備4. 樣品混勻,代表性 掀角法(量小的) 分樣品法(量大

15、的) 環(huán)錐法5. 樣品縮分 四分 分樣器6. 樣品烘干 大宗樣品自然干(風(fēng)干法) 少量樣品電烘箱 105110 有些樣品不可烘干: 物相分析,測(cè)定Fe2+樣品 有些樣品低溫烘干: 黃鐵礦中硫化礦 6080 有些樣品較高溫烘干: 鋁土礦 錳礦 1302.3 礦石分析 一、鐵礦石分析 1. 鐵礦定義與種類礦石主要成分含鐵量%鐵的品位要求磁鐵礦FeOFe2O3(Fe3O4)72.45660赤鐵礦Fe2O370.05458菱鐵礦Fe2CO348.23035褐鐵礦Fe2O3nH2O4862.945502.3 礦石分析礦石中 TFe/ FeO2.7 磁鐵礦; TFe/ FeO2.7 赤鐵礦 TFe與SFe

16、之差 硅酸鐵 這部分鐵在冶煉中不能還原為金屬鐵. 當(dāng)硅酸鐵中的鐵大于24%,要相應(yīng)提高全鐵品位要求.不夠品位要求的進(jìn)行選礦處理.2.3 礦石分析 2. 組成 脈石: CaO、MgO、Al2O3、SiO2等鐵礦石 伴生元素: S、P、Pb、Zn、Cu、Mn、Cr、V、Ti Fe的氧化物鹽: FeOFe2O3、Fe2SiO3、Fe2CO3、 Fe2(SiO3)3、 Fe2(CO3)3、2.3 礦石分析 3. 分析項(xiàng)目 鐵礦石中的鐵大都以高價(jià)鐵(Fe2O3)狀態(tài)和亞鐵(FeO)狀態(tài)存在,少量以硅酸鹽形式存在,幾乎無金屬鐵,還含有少量有害組分: SiO2、S、P、As等,它們冶煉過程中還原為單質(zhì)滲入生

17、鐵中,嚴(yán)重影響金屬質(zhì)量。 鐵礦石一般分析項(xiàng)目:SiO2、全鐵TFe、S、P。從冶煉出發(fā)還要測(cè)酸溶性鐵(SFe) 、氧化亞鐵(FeO) 、CaO、MgO、MnO2、燒減等.SiO2 GB1364-78 S GB1368-78 Al2O3 GB1365-78 CaO GB 1366-78 P GB1369-78 Mn 1370-78 MgO GB1367-78 Fe和H2O分 1363-78 GB/T6730.1-1986 GB/T6730.22-1986代替 . . . . . .2.3 礦石分析 參考國(guó)標(biāo) 2.3 礦石分析 4. 分析方法(書P9) 鐵礦石的分解: 1) HCl(濃)分解,殘?jiān)?/p>

18、為白色或淺灰色. 2) 若黑色或其它色,用HF或NH4F處理. 3) 磁鐵礦分解慢,用SnCl2或H2SO4H3PO4(21)混酸 4) 鐵礦石系統(tǒng)分析.熔劑KOH/Na2O2/Na2CO3/半熔法 (半熔法參考分析化學(xué)熔劑部分) 5) 鉻鐵礦:Na2O2 6) 鈦鐵礦:焦硫酸鉀2.3 礦石分析 鐵礦石的合適溶劑P11 引出SFe、TFe以及TFe溶(熔)解的兩種方法(1)酸溶鐵(SFe) a. 重鉻酸鉀容量法 2.3 礦石分析 2.3 礦石分析 這里是汞鹽測(cè)鐵法(國(guó)家仲裁方法)反應(yīng)方程:2Fe3+Sn2+6Cl-2Fe2+SnCl62- Sn2+2HgCl2+4Cl-2Hg2Cl2+SnCl

19、62- 主反應(yīng): 6Fe2+Cr2O72-+14H+6Fe3+2Cr3+7H2O Hg被Cr2O72-氧化,并能將反應(yīng)生成Fe3+ Fe2+。 還原時(shí),較濃的酸度、較小的體積、較熱的試液容易掌握還原終點(diǎn)。SnCl2將Fe3+黃色退去,在過量12D為宜。否則太過量的Sn2+發(fā)生: H2SO4-H3PO4的作用: a. 調(diào)節(jié)酸度 b. 降低Fe3+/Fe2+,使指示劑進(jìn)入突躍之內(nèi)。 C. Fe3+ +PO43-生成無色配離子Fe(HPO4)+,掩蔽Fe3+的黃色 干擾終點(diǎn)的觀察 理論分析反應(yīng)的可行性。 , 2.3 礦石分析 2.3 礦石分析 終點(diǎn)判斷: 終點(diǎn)色由Cr3+綠、Fe3+黃、指示劑紫紅三

20、者比例大小決定終點(diǎn)顏色,但只要綠色得到一定程度突然轉(zhuǎn)色,就是終點(diǎn),這里一定觀察到中間色。b. SnCl2與TiCl3聯(lián)合還原法。P11 SnCl2加到試液顏色由小米黃之后,鎢酸鈉為指示劑,用TiCl3無汞鹽測(cè)鐵法:滴定至黃變蘭(鎢蘭),再過量一D停止,用Cu2作催化劑,把過量的Ti3+再處理,不用Cu2也可以,時(shí)間變長(zhǎng)。值得提的是,蘭色的存在保證不受空氣中O2干擾。c. EDTA容量法.磺基水楊酸指示劑測(cè)定2.3 礦石分析 2.3 礦石分析 (2) 全鐵測(cè)定TFe 在溶樣時(shí),HCl不能把鐵礦石中的Fe2(SiO3)3溶解。因此,在酸溶時(shí),加入適量堿金屬氟化物,則測(cè)得值中包括了硅酸鐵, 即 TF

21、e。氟化物用量:1g過多: Fe2+氧化 并防礙Fe3+的還原 侵蝕玻璃燒杯析出的硅酸,吸附鐵離子. 用酸不能完全溶解的鐵礦樣必須改用堿熔分解.(3) 亞鐵測(cè)定 P12 有時(shí)由于高爐冶煉的需要或者確定可否進(jìn)行磁選時(shí),需要了解 礦石或燒結(jié)礦中亞鐵的量。需測(cè)定亞鐵很不容易,因?yàn)镺2/H2O=1.23V,F(xiàn)e=0.68V,在溶解試樣時(shí)如果不采取措施, 就可能發(fā)生Fe2+ Fe3+反應(yīng)。因此,溶樣時(shí):,溶樣在隔絕空氣的簡(jiǎn)易裝置中進(jìn)行 對(duì)于單純的鐵礦中亞鐵的測(cè)定,HCl-NaF分解試樣或 H2SO4-HF(Pt坩堝中) HCl-NaF溶樣時(shí),F(xiàn)eO、FeSiO3都被溶解,直接Cr2O72-滴定。2.3

22、礦石分析 2.3 礦石分析 操作: . 排空氣:加HCl之前加入適量NaHCO3或潔凈的方解石。 II加入HCl后立即產(chǎn)生CO2排出空氣。 III立即塞以帶導(dǎo)管的膠塞,試樣分解完畢。 IV 開啟塞子并迅速加入NaHCO3飽和溶液或幾粒方解石,重新蓋上塞子,流水冷卻。 V 加H2SO4-H3PO4混酸和指示劑,立即滴定Cr2O72-至終點(diǎn).2.3 礦石分析 對(duì)于含高價(jià)錳 含高價(jià)錳和酸溶性硫化物.不學(xué) 高價(jià)鈰和鉻的作業(yè): 1. 寫出無汞鹽測(cè)鐵的原理和步驟? 2. 鐵礦石中鐵有幾種表示方法?比較溶解時(shí)各有什么不同? 3. 常見的鐵礦石中主要的雜質(zhì)有哪些?測(cè)鐵時(shí)如何消除干擾? 4. TFe測(cè)定中,加入

23、NaF用量?為什么?2.3 礦石分析 4. 金屬鐵測(cè)定 (后敘3.3)5. 鐵礦石中其它項(xiàng)目分析. 關(guān)于MnO在錳礦分析中介紹. 關(guān)于SiO2、S、P、TiO2、Al2O3、CaO、MgO 測(cè)定可: 單獨(dú)稱樣,只作其中單項(xiàng)分析。 不制成母液,然后按硅酸鹽系統(tǒng)分析方法測(cè)定各項(xiàng)。 母液制備: 熔劑: KOH+少量的Na2O2或NaCO3+硼酸(2+1) 坩鍋:銀 水浸取,硝酸酸化,定容250ml,分取各測(cè)。2.3 礦石分析 SiO2測(cè)定: 高氯酸脫水重量法 動(dòng)物膠凝聚重量法硅酸鹽分析中講 氟硅酸鉀容量法 硅鉬藍(lán)光度快速法 鋼鐵分析中講(系統(tǒng)分析中)2.3 礦石分析 P測(cè)定 磷易氧化,所以礦石中沒有

24、游離狀態(tài)的磷,鐵礦中的磷幾乎都以磷酸鹽形態(tài)存在。 方法 重量法:焦磷酸鎂法,磷鉬酸銨法,很少用。 容量法:鉬酸銨容量法,檸檬酸鉬酸銨容量法。 光度法:磷鉬藍(lán)法,磷鉬蘭法。 脫Si是難點(diǎn)、重點(diǎn) HCl、HNO3-HClO4是冒煙,脫Si2.3 礦石分析 S的測(cè)定 鐵礦石中,硫多以硫化物(FeS2)或硫酸鹽(CaSO42H2O)等形式存在。在鐵礦中S含量在百分之幾至千分之幾,少數(shù)達(dá)百分之幾。方法 1. 堿熔或酸溶,使S轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鹽,測(cè)SO42-有: BaSO4重量法、EDTA容量法、硫酸聯(lián)苯胺容量法2. 礦樣在管式爐中通過O2或空氣燃燒SSO2 吸收后測(cè)定方法有: 碘量法 中和法 常用方法

25、在鋼鐵分析中講解. 光度法2.3 礦石分析 CaO、MgO、Al2O3、TiO2測(cè)定吸取濾下液(母液),合適酸度測(cè)定,見硅酸鹽分析方法。2.3 礦石分析 二、 錳礦石分析 錳在自然界中分布很廣,幾乎所有礦石及硅酸鹽的巖石中都含有錳。最常見的錳礦是無水或含水的氧化錳或碳酸錳。2.3 礦石分析 1. 種類、重要成分及Mn%種類 重要成分Mn%雜質(zhì)成分有軟錳礦MnO262%SiO2、S、P、As、Fe、Al、Cu、Mg前四種為有害元素硬錳礦MnO2MnOnH2O54%黑錳礦Mn3O472%菱錳礦MnCO390銳鐵礦TiO702.3 礦石分析 作用:抗Cl-腐蝕測(cè)定方法 光度法:無機(jī)H2O2顯色劑Ti

26、(H2O2)紅色物質(zhì)。Ti3+ Ti4+兩種變價(jià)這一化學(xué)性質(zhì)。有機(jī)(含羥基),Ti與氧的鍵合能力強(qiáng)。容量法:操作過程:見下頁(結(jié)合P164頁講解)K2S2O7 用于堿性、中性氧化物熔解反應(yīng):2.3 礦石分析 干擾離子:Fe3+,V4+,5+,Mo5+,6+,W6+,F(xiàn)-2.3 礦石分析 應(yīng)用高鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定時(shí),用硫氰酸鹽(紫色)或中性紅指示劑。 高鐵法: Al3+/Al1.66V Ti4+/Ti3+0.092V Fe3+/Fe2+0.68V 作業(yè):根據(jù)相關(guān)資料,把以上內(nèi)容復(fù)習(xí)并總結(jié),準(zhǔn)備小測(cè)。2.3 礦石分析 鈦礦石中鈦的分析 滴定:還原:終點(diǎn)指示: 隔絕空氣條件下,用金屬Al將四價(jià)鈦還原為三

27、價(jià)鈦,而后用 Fe3標(biāo)液氧化三價(jià)鈦,以硫氰鹽為指示劑。當(dāng)三價(jià)鈦完全被后,微過量的Fe3離子生成紅色硫氰酸鐵,借以指示終點(diǎn)。 一、原理2.3 礦石分析 1. 1. K2S2O7熔融法 稱0.20.5g樣品于瓷坩堝中,加3gK2S2O7,低溫(300500)熔化后,再高溫(高溫爐500)熔至紅色熔體。冷卻后放入燒杯,用5H2SO480ml浸取洗滌坩堝,加熱煮沸、過濾、沉淀,用10H2SO4洗4次,合并濾液。加35NaOH至沉淀物Fe(OH)3、Ti(OH)4凝聚,用定性濾紙過濾。沉淀用2NaOH洗5次,后以10H2SO4熱液溶解沉淀于錐形瓶中,洗滌5次,控制總體積約100ml,加濃HCl 50ml

28、,加飽和(NH4)2SO4(防止Ti3+氧化)10ml或乙酸,加2gAl片,用帶封閉的漏斗的膠塞塞緊,煮沸至Al片全溶,液體變清。冷卻后用NH4Fe(SO4)2 標(biāo)液滴至紫色變淺,加10mlKSCN(5)繼續(xù)滴至穩(wěn)定的紅色為終點(diǎn)。,2.3 礦石分析 2.3 礦石分析 2. Na2O2熔融法 稱0.20.5g樣品于瓷鐵坩堝中,加入3gNa2O2與與樣品混勻,表面蓋上2gNa2O2,在700熔至透明,冷卻后用30ml水浸取,水洗坩堝數(shù)次后,過濾沉淀殘?jiān)?,將沉淀用約50ml10H2SO4溶于錐形瓶中,用1H2SO4洗濾紙,補(bǔ)加30ml濃HCl至總體積為200ml左右,加3gAl片,加熱至紅色消失,再

29、添加Al片,每次加約0.1g至反應(yīng)變慢,Ti3+紫色不斷增加,而后加入0.1gAl片,蓋上裝有NaHCO3的蓋氏漏斗,加熱煮沸數(shù)分鐘,取下冷至室溫,打開膠塞,加入100ml飽和(NH4)2SO4和10ml5KSCN,用NH4Fe(SO4)2滴至終點(diǎn)。,以下內(nèi)容要求:1. 鋼鐵分析在冶金分析中是重要的一部分內(nèi)容,在這一講里重點(diǎn)掌握鋼鐵分類和所含的其它元素及含量。2. 了解五大雜質(zhì)元素C、Si、Mn、S、P在鋼鐵中存在的形式及它們對(duì)鋼鐵性能的影響。第三章 鋼鐵分析3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類一、鋼鐵材料 黑色金屬材料是鐵、饹、錳及它們的合金。通常稱為鋼鐵材料。常用鋼、鐵材料有鋼、生鐵、鐵合金

30、、鑄鐵及各種合金(高溫合金、精密合金等)二、鋼與鐵的區(qū)別1. 煉鐵:生鐵是以鐵礦石為原料并用焦炭在高爐中還原而得。 鐵礦石的主要成分為氧化鐵,但也含有許多雜質(zhì),經(jīng)高爐冶煉后這些雜質(zhì)大部分都可以除去。仍留在生鐵中的雜質(zhì)元素有: 冶煉所用到的炭C; 礦石中殘留下來的Si、Mn、S、P等。3. 鋼鐵分析的五大雜質(zhì)元素:C、Si、Mn、S、P 基本成分:Ti、C、Mn、Si、S、P 4. 區(qū)別:含碳量決定于是鋼還是鐵 C在1.7以上 生鐵 C在0.051.7 鋼3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 白生鐵(白口鐵):當(dāng)碳以化合形式(碳化物)存在,生鐵 剖面帶暗白色,稱為白口鐵。極硬且脆,難于加工,煉鋼

31、灰生鐵:當(dāng)生鐵中Si的含量較高,其中碳以游離狀態(tài)的石墨 形式存在,生鐵剖面帶灰色,稱為灰生鐵。硬度低,流動(dòng) 性大,便于加工,用于鑄鐵(以C的形式存在)3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類5. 分類鐵的分類:3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類鋼的分類: 碳素鋼 低C鋼:小于0.25 中C鋼:0.250.60 含碳量 高C鋼:大于0.6 工業(yè)純鐵:小于0.04合金鋼 低合金鋼:合金元素總含量小于5 中合金鋼:合金元素總含量510 高合金鋼:合金含量總元素大于10 低合金結(jié)構(gòu)鋼:含有少量合金元素(多數(shù)情 況下,總量不超過3)的低合金高強(qiáng)度鋼合金元素:Ni、Cr、Mo、V、Ti、Co、Be、N按化學(xué)成分

32、分類3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 按用途分類 碳素結(jié)構(gòu)鋼 普通碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 建筑及工程用,機(jī)械制造用 合金結(jié)構(gòu)鋼 滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、 彈簧鋼、軸承鋼 碳素工具鋼工具鋼 刀具鋼 低合金刀具鋼,高速鋼 刀具、 合金工具鋼 量具鋼 量具、 模具鋼 模具特殊鋼:不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼 (耐酸、低溫、耐熱、電工、超高強(qiáng)鋼)3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類普通鋼:這類鋼含雜質(zhì)元素較多,一般含磷不大于0.045,含S 不大于0.055 普通鋼按標(biāo)準(zhǔn)又分為三類 甲類鋼:保機(jī)械性能和P、S、N2、Cu含量的鋼 乙類鋼:?;瘜W(xué)成分C、Si、Mn、P、S和殘Cu含量的鋼 特類鋼:即保機(jī)械性能化學(xué)

33、成分,又保Cr、Ni、Cu、N2含 量的鋼結(jié)構(gòu)鋼:一般含P、S均0.040%工具鋼: 一般含P0.035,含S0.030%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 一般含P、S量均被限制在0.030以下。 按質(zhì)量分三類優(yōu)質(zhì)鋼 3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 按冶煉方法分類: 按爐別分:平爐鋼(堿性、酸性),轉(zhuǎn)爐鋼(低吹、側(cè)吹、頂吹),電爐鋼(電弧、電渣、感應(yīng)、真空感應(yīng)) 按脫氧程度分:沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼6、五元素在鋼鐵中存在的形式及它們對(duì)鋼鐵性能的影響。 以下5元素的講解均從形式 來源 含量 性能 幾方面表述3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 碳: 鋼中以Fe3C、Mn3C 等化合狀態(tài)存在,稱作化合碳 鐵中以無定

34、形碳、退火碳、結(jié)晶性碳、石墨碳等固熔體狀態(tài) 存在,稱游離碳。 碳是對(duì)鋼性能起決定作用的元素,含C量增加,強(qiáng)度、硬度、耐磨性增加。塑性(延伸率、斷面收縮率)、韌性降低。當(dāng)鋼中含有形成穩(wěn)定碳化物的元素:鈮、Ti、V、Mo、W等時(shí),其屈服強(qiáng)度的提高更為顯著。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類硅:存在形式:以固熔體及FeSi、MnSi、FeMnSi等形式存在;有少部分則以硅酸鹽形態(tài)存在 ,形成鋼中非金屬夾雜物。如: 2FeOSiO2、2MnOSiO2、Al2O3SiO2. 來源:一般由礦石引入,也有特殊目的在冶煉時(shí)特意加入。 煉鋼生鐵 0.31.5Si 含量 鑄造生鐵 3 鋼中小于1 硅鋼4(磁性材料

35、) 、 3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 性能:是鋼中常見有益元素之一。 a. 硅和氧的親和僅次于Al、Ti,而強(qiáng)于Mn、Cr、V。煉鋼時(shí)被用作還原劑、脫氧劑。 b. 增加鋼的強(qiáng)度、彈性、耐熱、耐酸性及電阻系數(shù). c. 硅是硅鋼的主要成分,能降低鐵損,增加磁感強(qiáng)度。缺點(diǎn):增加鋼的過熱和脫碳敏感性,使鋼中石墨化的傾向增大。 用于:結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、不銹鋼、耐熱鋼、硅鋼、電阻3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類錳: 存在形式:主要以MnS,也以MnSi、 MnC、FeMnSi及固熔體狀態(tài)存在。 來源:同Si 含量: 鋼:0.30.8%, 0.8%時(shí)為錳鋼. 生鐵:0.52% 高錳鐵:大于13% 3.

36、1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 性能: a. 良好的脫氧劑. b. 阻止FeS的形成二形成MnS,消除或減弱”熱脆性”,改善鋼的熱加工性. c. 高錳鋼具有較高的硬度和強(qiáng)度. d. 合金元素,含量高時(shí)有使鋼晶粒粗化的傾向,并增加鋼的回火敏感性。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類硫: 存在形式:主要以MnS形式存在,部分與鐵塊結(jié)合成FeS。 來源:礦石代入,生鐵(煉鋼原料)和其它原料。 含量:鋼0.05%, 生鐵0.35%。 S有偏析現(xiàn)象,取樣注意。 3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 性能:鋼中有害元素。 a. 熱脆性:S在鋼中溶解度極小,與Fe形成FeS。FeS與Fe形成低熔點(diǎn)(985)共晶

37、體,即熔化,晶粒間結(jié)合力大為減弱,產(chǎn)生裂紋,以致開裂熱脆。 或者:FeS熔點(diǎn)低最后凝固,位于鋼的晶粒之間,當(dāng)加熱壓制時(shí)FeS熔化,而鋼的晶粒失去連接作用,易被壓碎。 b. S不利于鋼的焊接性,焊條鋼對(duì)S含量要求甚嚴(yán)。 c. 在特定條件下,切削鋼中S 、Mn改善鋼的切削加工性能。 d. S在鋼中易偏析,取樣時(shí)要注意。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類磷: 存在形式:Fe2P、 Fe3P及固溶體形式存在,極少數(shù)以磷酸鹽形式存在。 來源:主要來自礦石,生鐵。 含量:鋼0.05%,偶有高至0.1%;煉鋼生鐵 0.3%; 軋棍之類 0.40.5% P有偏析現(xiàn)象。 3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類 性能

38、:P是鋼中有害元素。 a. 冷脆:劇烈地使塑性和韌性惡化,特別是低溫韌性降低最甚。 b. 含P高時(shí)熔點(diǎn)低,流動(dòng)性大而易于鑄造,并可避免在軋鋼板時(shí)軋輥與鋼板粘合,故有時(shí)特意加入P。 c. P偏析,含P高的部位塑性大大降低,鋼中P有限制。 d. P對(duì)焊接性能不利,為獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭,P盡量低。 e. P可改善鋼的抗蝕和切削加工性能。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類饹Cr: 鉻作為殘余元素時(shí),它雖提高強(qiáng)度、硬度,但降低塑性和韌性。在碳素鋼中含Cr少量,也與Ni一樣能降低鋼的冷沖性能,故碳素鋼中Cr、Ni都要求在0.3以下。鎳Ni: 作為殘余元素,影響與Cr相同。鎢W: 作用:增加鋼的回火穩(wěn)定性,紅

39、硬性和熱強(qiáng)性,以及形成特殊的碳化物而增加鋼的耐磨性。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類銅Cu: 殘余元素,一般規(guī)定鋼中為0.3左右。1100以上有銅脆。(氧化氣氛中加熱,氧化鐵皮下形成富銅合金層。熔化浸蝕鋼表面層晶粒鋼的表面魚鱗狀開裂)3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類鋁 Al: 鋁與O、N有很大的親合力。 鋁在鋼中的作用: 煉鋼脫氧定氮?jiǎng)<?xì)化晶粒,減少或消除低碳鋼的時(shí)效現(xiàn)象,提高鋼的沖擊韌性,特別是降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。 作為合金元素,顯著提高鋼的抗氧化性,改善鋼的電磁性能,提高滲氮鋼的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。 鋁提高鋼在氧化性酸中的耐腐蝕性。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類釩V: 釩是強(qiáng)的碳

40、化物,氮化物形成元素,在鋼中主要以碳化物的形態(tài)存在。 在鋼中的作用:細(xì)化鋼的晶粒和組織,提高鋼的強(qiáng)度和韌性;增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性,產(chǎn)生二次硬化效應(yīng),提高耐磨性。3.1 鋼、鐵基本知識(shí)、區(qū)別、分類思考題:1. 以含碳量決定于是鋼還是鐵指標(biāo)是多少?2. 鋼鐵分析的五大雜質(zhì)元素是哪幾個(gè)?在鋼鐵中存在的形式及它們對(duì)鋼鐵性能的影響?3. 除了五大雜質(zhì)元素外,還有哪幾個(gè)元素對(duì)鋼鐵性能的影響值得考慮?3.2 鋼鐵試樣的制備以下內(nèi)容要求:1. 掌握生鐵試樣的采取和制備;鋼樣的采取與制備。2. 了解兩種樣品采取和制備方法的區(qū)別和不同。3.2 鋼鐵試樣的制備 鋼鐵是熔煉產(chǎn)品,其組成并不均勻,這主要是在鑄錠冷卻時(shí)

41、,由于其中各組分的凝固點(diǎn)不同而產(chǎn)生偏析現(xiàn)象,使S、P、C等在錠中各部分的分布不勻。故鋼或生鐵的鑄錠、鐵水、鋼水在取樣時(shí),均須按一定手續(xù)采取,才能得到平均試樣。 3.2 鋼鐵試樣的制備一般規(guī)定: (1) 制樣者遵守試樣制備規(guī)程,設(shè)備維護(hù)及安全規(guī)程等,以確得試樣制備質(zhì)量。 (2) 測(cè)樣時(shí),防止油污、灰塵及其它雜質(zhì)帶入試樣中。制樣所用的工具、設(shè)備、場(chǎng)所等都應(yīng)保持清潔。 (3) 制備金屬試樣時(shí),應(yīng)除去表面銹垢、涂層及其它金屬鍍層;試樣內(nèi)應(yīng)無氣孔夾渣。 (4) 制前,應(yīng)將鋼缽、搗杵,破碎和研磨機(jī)械清洗干凈,并用此試樣“洗”13次。 (5) 制中,可用四分法縮分。什么品種,多大粒度,縮分到什么程度,均有規(guī)

42、定。 (6)試樣收發(fā)要建帳登記。制備好的試樣,裝袋或裝瓶后,應(yīng)注明名稱、分析項(xiàng)目、編號(hào)、委托日期、單位等。 (7)為備復(fù)查,加工剩余試樣,應(yīng)按月、日順序保存一段時(shí)間。3.2 鋼鐵試樣的制備一、生鐵試樣的采取和制備(P57) 鐵樣一般在出鐵時(shí)從鐵水中采取,進(jìn)行成品檢驗(yàn)時(shí)要在鐵錠中取。1. 鐵錠 從一批鑄鐵錠中取樣,每10 t 取一錠。把取得的錠塊分成均勻的數(shù)組,每組中錠塊不超過10個(gè),然后在各組中取樣。3.2 鋼鐵試樣的制備 白口鐵: 硬度大不能鉆取,可用重錘敲打一塊,用砂輪打光表面,再用大錘打碎,在鐵塊不同部位取相等的量混合成50g以上,放入硬質(zhì)鋼制的沖擊缽中搗碎,直至完全通過100篩目。用墊

43、紙的磁鐵吸引鐵樣,輕輕敲擊磁塊,棄去不被磁鐵吸引的雜質(zhì),將試樣放入紙袋中,送化驗(yàn)室。 灰口鐵 (73) 采樣:將錠塊表面用砂輪打凈,在現(xiàn)出發(fā)亮金屬色澤處,用直徑1318mm的麻花鉆或平頭鉆直接鉆取若干點(diǎn)。 小塊樣:中心鉆一孔。 大塊樣:一點(diǎn)垂直于鐵塊,其余兩點(diǎn)在以此為中心的對(duì)稱兩邊。最初5mm深處的鉆屑棄去,一般鉆至離另一面剩有5mm距離的地方(試樣過厚可鉆至中心)3.2 鋼鐵試樣的制備3.2 鋼鐵試樣的制備注意:(P57) 在鉆孔位置或鉆孔內(nèi)部如發(fā)現(xiàn)氣孔,夾渣或其它雜質(zhì)時(shí),在 原孔鄰近的位置,平行原孔重新鉆取。 轉(zhuǎn)速一般控制在200轉(zhuǎn)/分以下,避免鉆屑太厚或氧化變質(zhì),保持鉆頭鋒利,不使試樣成

44、粉引起飛散損失。55mm制樣:將試樣混合后,收于潔凈的容器內(nèi)。 同一批分的樣屑各稱相等重量,總量約50g,混勻后縮分出1015g用于測(cè)定碳;余下的4035g,在淬火的鋼缽或其它制樣設(shè)備中擊碎。3.2 鋼鐵試樣的制備注意: (1)在淬火的鋼缽或其它制樣設(shè)備中擊碎時(shí) 防止試樣過細(xì),要擊邊過篩。 過篩時(shí)必須用嚴(yán)密的篩蓋蓋好,以免試樣細(xì)粉損失。 試樣要全部通過規(guī)定的篩孔。(2)試樣粒度根據(jù)測(cè)定方法和測(cè)定成分確定 標(biāo)準(zhǔn)法分析常規(guī)成分 60目 快速法分析常規(guī)成分 80100目。 燃燒法分析碳約為20目(不過篩)。、3.2 鋼鐵試樣的制備2. 鐵水(P58) 在高爐鐵水流入溝中時(shí),用長(zhǎng)柄鐵勺在鐵水流出量達(dá)1

45、/4、1/2、3/4時(shí)從鐵水流中取樣三次,分別倒入鑄樣模中,凝固后制樣取樣。 方法同上(書上P5758 A、B、C三點(diǎn))。3.2 鋼鐵試樣的制備二、鋼樣的采取與制備 煉鋼生產(chǎn)中爐前分析是從鋼水中取樣,成品檢驗(yàn)和鋼材分析需要從鋼錠、鋼材上取樣。 1. 鋼材 采取鋼樣: 刨取法和鉆取法 先用鋼絲刷或砂輪將表面磨凈,自鋼材整個(gè)橫截面普遍刨??;在橫截面上沿軋制方向鉆取。 鉆眼應(yīng)沿截面均勻分布,深度大致相同。若垂直于縱軸中線取樣,其深度應(yīng)達(dá)鋼材軸心處。 3.2 鋼鐵試樣的制備凝固后,從模中倒出,用冷水冷卻至尚有余熱,用砂輪清理表面,由試樣塊側(cè)面中部垂直方向鉆取。鉆取時(shí)用12mm鉆頭,以免鉆屑太厚,不易為

46、酸所溶解。2. 鋼水(P61圖2-2取樣桶,過去稱為模) A. 鋼水出爐流入盛鋼桶內(nèi),趁盛鋼桶倒出鋼水時(shí),用取樣模接取試樣。 模:鑄鐵制帶柄圓錐形,模底直徑50mm.3.2 鋼鐵試樣的制備 B. 甩片取樣 P61(3) 用長(zhǎng)柄勺。勺在使用前必須先沾上一層爐渣,否則會(huì)熔化。取樣前應(yīng)將爐中鋼水?dāng)噭?,直接從爐中取出鋼水倒入試樣模,凝固后制樣。也可將鋼水澆鑄在傾斜的鋼板上,使成薄片,迅速浸入冷水中冷卻、烘干、搗碎。 C新型取樣器P62 (1)模:深70mm,頂部直徑4045mm,底部直徑2535mm,模具壁厚1030mm。圖2-3。(2)滲入式取樣器:圖24,25 用于鐵水和鋼水3.2 鋼鐵試樣的制備

47、制樣: 從模具處取出的爐前樣品,在高度方向的下端1/3處截取樣品。未經(jīng)切割的樣品,其表面必須去掉1.5mm的厚度。制樣時(shí) 切割機(jī):樹脂切割片 磨:氧化鋁的或碳化硅的研磨設(shè)備,研磨材料的粒度 24 60目 爐中取樣:每一勺鋼水鑄入樣品,應(yīng)保證鑄造樣品均 勻,無縮孔和裂紋。3.2 鋼鐵試樣的制備D紅外法分析樣品的制備。 同上。思考題 1. 鋼樣在采取和制備時(shí)應(yīng)注意什么問題? 2. 鋼水樣品采取時(shí)所用的模,有什么要求?3.3 分析方法一、金屬鐵 P252 準(zhǔn)稱1g樣品,加入5FeCl350ml于錐形瓶中,用膠塞塞緊,劇烈搖動(dòng)15min后,取塞并水洗,立即用塞以棉花的漏斗過濾,水洗殘?jiān)?,在濾液中加硫磷

48、混酸,二苯胺磺酸鈉,以K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。同時(shí)滴定50ml FeCl3的空白溶液。 2 FeCl3Fe3 FeCl23.3 分析方法二、碳的分析 1. 鋼鐵中的碳主要包括化合碳和游離碳。 一般情況下,測(cè)定 總碳 化合碳:Fe3C、Mn3C、WC、TiC、VC、MoC、Cr2C3。 游離碳:夾雜固體、固熔體、石墨C、結(jié)晶C、無定形C 游離碳不與熱稀硝酸作用?;咸既苡跓嵯∠跛?,利用這一性質(zhì)分離。 化合碳的含量總碳量游離碳。2. 作用(不講)3. C分析方法:高頻燃燒紅外吸收法,CCO2氣相色譜法, 庫侖燃燒法,燃燒氣體容量法,電導(dǎo)法, 電位滴定,非水滴定。 鋼:C,硬度,強(qiáng)度,熔點(diǎn)

49、,塑性延展性 鐵:C,鑄造生鐵收縮性3.3 分析方法3.3 分析方法 4. 常用的分析方法: 燃燒氣體容量法 紅外光普法 GB/T223.69-1997 (GB223.69-89老的) 重量法 GB/T223.71-1997(1)原理: C+O2CO2 4Fe3C+13O2=4CO24Fe3C+13O2=4CO2+6Fe2O3 Mn3C+3O2=CO2燃燒反應(yīng):4Cr3C2+17O2=8CO2+6Cr2O3 Mn3C+3O2=CO2 KOH吸收-氣體體積法(標(biāo)準(zhǔn)方法),操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、普遍使用。 Ba(OH)2標(biāo)液吸收,用標(biāo)酸回滴吸收滴定法。 堿石棉吸收,據(jù)其重量的增加計(jì)算含量吸收稱量法。

50、分析標(biāo)鋼時(shí),需用稱量法校驗(yàn)。 3.3 分析方法, 吸收反應(yīng):CO2+2KOH=K2CO3+H2O3.3 分析方法表達(dá)方式: CO2ml C%含量計(jì)算: 最后 C%=VCO2:量氣管讀數(shù)。K:溫度與壓力校正系數(shù)。W:試樣重(g) 標(biāo)尺上刻度分度的依據(jù):量氣管上刻度意義是16,760mmHg(101.3kPa)下,每1 mlCO2相當(dāng)于0.0005g碳。含碳0.05%。3.3 分析方法(2)裝置3.3 分析方法 1管式爐:提供燃料高溫11001300 2U型管:內(nèi)襯玻璃棉,阻留氧化物碎片(防止阻塞)(阻留氣體帶出的固體) 3除硫管 4冷凝器:冷凝氣體至室溫(恒溫) 5小活塞:控制氣體流量 6四(三

51、)通:吸收CO2時(shí)換向 7量氣管:盛混合氣體并讀CO2體積 8水準(zhǔn)瓶:內(nèi)盛酸水以便量氣管盛裝混合氣體 9定C吸收器:內(nèi)盛40%KOH時(shí),吸收CO2 10瓷舟:內(nèi)盛待測(cè)試樣 11溫度計(jì) 12輔助吸收管,內(nèi)裝堿石棉3.3 分析方法(3)試樣的燃燒: 碳素鋼、生鐵及低合金鋼 11501250 難熔的高合金鋼(如高鉻鋼)1300 溫度過低:試樣燃燒不完,分析結(jié)果偏低。 溫度過高:瓷舟與瓷管粘結(jié)(燒瓷1300以上)。 降低燃燒溫度的辦法:減少取樣量. 加入助熔劑:純錫最好(空白值低粘度小),純Cu,純Pb及Pb的氧化物,氧化銅及五氧化二釩 助熔劑的作用:提高局部溫度,促進(jìn)試樣燃燒(因?yàn)橹?劑氧化,放熱

52、)。 與試樣生成易熔合金,降低試樣熔點(diǎn)。 通氧速度:先慢后快3.3 分析方法(4)硫的干擾與消除: 若不把生成的SO2在吸收前除去,將會(huì)被KOH吸收,干擾測(cè)定。 SO22KOHK2SO3H2O 方法:常用偏釩酸銀。 MnO2 MnO2SO2MnSO4 2AgVO32SO2O2Ag2SO42VOSO43.3 分析方法 (5)結(jié)果計(jì)算 a. 量氣管上的標(biāo)尺以ml表示。讀數(shù)是被KOH液吸收的CO2體積(ml)。 C%=b. 量氣管上的標(biāo)尺以含碳量()表示。C%=校正系數(shù)K:實(shí)際分析時(shí),條件改變,進(jìn)行溫度和壓力校正。由氣體方程計(jì)算K,我們用時(shí)直接查表。表的名字:氣體容量法測(cè)定碳的氣壓溫度校正表。式中:

53、 V量氣管讀數(shù)ml K溫度、壓力校正系數(shù) G試樣重3.3 分析方法以下內(nèi)容要求:1. 掌握S的測(cè)定中燃燒碘酸鉀容量法 GB/T233.68-1997.2.了解其他方法。3.3 分析方法三、S的測(cè)定。1. 存在狀態(tài):FeS、MnS、S的夾雜物。2. 作用:熱脆、耐磨性與耐腐蝕性下降。3. 普通碳鋼:0.05 生鐵:0.35 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼:0.045 錳鐵:0.15 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:0.02 燃燒法 碘量法4.分析方法: 中和法 紅外光普法 還原蒸餾比色法GB223.671989 氧化鋁色層分離硫酸鋇稱量法 GB223.721991 3.3 分析方法 原理:燃燒碘量法標(biāo)準(zhǔn)方法應(yīng)用廣常用的分析方法:a.

54、燃燒碘酸鉀容量法 GB/T223.6819973.3 分析方法 反應(yīng): 燃燒:4FeS+7O2= 2Fe2O3+4SO2 3FeS+5O2= Fe3O4+3SO2 3MnS+5O2=Mn3O4 +3SO2 吸收:SO2+H2O=H2SO3滴定:KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2O I2+H2O+H2SO3=2HI+H2SO4 3.3 分析方法 裝置3.3 分析方法 燃燒溫度: 一般說來,溫度越高,SO2的生成率越高。 溫度() SO2生成率() 1300 80 1399 9096 14501510 98 實(shí)驗(yàn)室采用電阻爐,溫度過高,燒穿瓷管,故一般規(guī)定12501350. 鑄鐵

55、:12501350 高速鋼、耐熱鋼130013503.3 分析方法 SO2回收率 是指被碘標(biāo)液所滴定到的數(shù)值,和SO2生成率的含義不同。SO2生成后,不是全部被吸收,而是有一部分被損失掉了。(結(jié)果偏低) 3.3 分析方法 因?yàn)椋捍晒苁褂眠^久,壁和過濾棉球內(nèi)存在過多的氧化鐵。也有認(rèn)為:中溫區(qū)域是接觸氧化區(qū)域,氣流通過金屬氧化物,易使SO2和O2結(jié)合為SO3。 解決辦法:管保持干凈,加大O2流速,使混合氣體快速通過中溫接觸區(qū)。由氧化鐵催化而使部分SO2轉(zhuǎn)化為SO3。只要有氧化鐵和氧就發(fā)生: (不與碘反應(yīng))3.3 分析方法b. b. SO2被管路中的粉塵吸附。 由于樣燒后,生成氧化物粉塵在氣流的管路

56、上停滯下來而造成的。(粉塵很細(xì),疏松多孔,表面積大,易產(chǎn)生表面吸附)。又因?yàn)榉蹓m是弱堿性(SnO2Fe2O3),對(duì)酸性SO2氣體有一定的化學(xué)作用。 解決辦法:MoO3 反吸附劑改變粉塵的組成和性質(zhì),增強(qiáng) 粉塵酸性c. SO2在管路中易凝聚,采用加熱管路的辦法。3.3 分析方法 d. SO2在吸收器中逃逸 1體積水溶解40體積的SO2,按正常的O2流和滴定方法,SO2不逃逸。當(dāng)不逃逸。當(dāng)氣流過大,氣泡過大時(shí)逃逸,尤其高含量生鐵試樣,滴定速度控制好。 解決辦法:改用酸堿滴定,用H2O2吸收。 由于單獨(dú)分別測(cè)C、S時(shí),都是用燃燒吸收法,溫度一般在12001350,又因?yàn)闇y(cè)C時(shí)S的干擾嚴(yán)重,因此研究C

57、、S聯(lián)合測(cè)定即消除干擾又省時(shí)間。先測(cè)S后的溶液,CO2通過時(shí)不被吸收。3.3 分析方法 5. 結(jié)果計(jì)算(冶化分析P109) 因?yàn)镾的生成率和轉(zhuǎn)化率造成結(jié)果偏低,故用標(biāo)鋼計(jì)算滴定度后再計(jì)算含量。 a. 計(jì)算碘標(biāo)液的滴定度 S標(biāo):標(biāo)鋼硫百分含量;W標(biāo):重量;V標(biāo):用I2體積。b. 計(jì)算試樣中S的百分含量3.3 分析方法b. 碳硫聯(lián)合測(cè)定:方法: 燃燒氣體容量法聯(lián)合測(cè)定鋼鐵中的C和S 高頻引燃紅外吸收法(C:03.5%;S:00.35%)3.3 分析方法A 燃燒氣體容量法1. 裝置:3.3 分析方法 1馬弗爐:提供燃料高溫11001300 2U型管:內(nèi)襯玻璃棉,阻留氧化物碎片(防止阻塞) 3定S吸收

58、杯:內(nèi)裝淀粉溶液 4冷凝器:冷凝氣體至室溫(恒溫) 5堿式滴定管:內(nèi)裝KIO3+KI標(biāo)液,滴定SO2 6四(三)通:吸收CO2時(shí)換向 7量氣管:盛混合氣體并讀CO2體積 8水準(zhǔn)瓶:內(nèi)盛酸水以便量氣管盛裝混合氣體 9定C吸收杯:內(nèi)盛KOH時(shí),吸收CO2 10瓷舟:內(nèi)盛待測(cè)試樣2. 原理及步驟,見實(shí)驗(yàn)講義。3.3 分析方法B 紅外吸收法測(cè)定: 1.定義: 極性分子,如CO2、SO2、SO3等,將對(duì)紅外波段特定波長(zhǎng)的譜線產(chǎn)生能量吸收,不同的氣體分子濃度將對(duì)譜線的吸收程度不同,且存在一定的比例關(guān)系,因此通過檢測(cè)譜線的強(qiáng)度變化,即可得出氣體分子的濃度,也即求得物質(zhì)的碳、硫含量。近紅外:0.783m 遠(yuǎn)紅

59、外:3.0300 m C:4.3 m S:7.3 m CO2:4.26 m SO2;7.35 m3.3 分析方法 2. 原理: 紅外碳硫儀就是基本這一基本原理實(shí)現(xiàn)對(duì)碳硫的分析。首先它由紅外源產(chǎn)生位于紅外波段的紅外線,經(jīng)切光馬達(dá)調(diào)制為固定頻率的高變信號(hào),試樣經(jīng)高頻爐的加熱,通氧燃燒,使碳和硫分別轉(zhuǎn)化為二氧化碳和二氧化硫,并隨氧氣流,流經(jīng)紅外池,產(chǎn)生對(duì)紅外線的能量吸收,根據(jù)它們對(duì)各自特定波長(zhǎng)的紅外吸收與其濃度的關(guān)系,經(jīng)微處理機(jī)運(yùn)算處理,顯示并打印出試樣中的碳、硫含量。3.3 分析方法 3. 儀器: HORIBA EMIA-820V紅外碳硫分析儀(見P114頁圖4-3): 主要由高頻燃燒爐、紅外檢測(cè)

60、器、控制運(yùn)算系統(tǒng)(PC機(jī))??煞治鰷y(cè)量范圍C為06wt%、S為01wt%(標(biāo)準(zhǔn)試樣重量為1g,如將重量減少,分析范圍可以擴(kuò)大) 。 4.儀器工作原理 采用氧氣流中燃燒和紅外線吸收方法。在氧氣中加熱試樣,使其發(fā)生氧化反應(yīng)后,碳(C)大部分轉(zhuǎn)換成二氧化碳(CO2),少部分轉(zhuǎn)換成一氧化碳(CO),硫(S)則轉(zhuǎn)變成二氧化硫(SO2)。在該過程中試樣中的水分汽化,試樣中的氫(H)被氧化后也形成水,因此氣流中混有水分,水分可用過氯酸鎂(Mg(ClO4)2)除去。將氧氣流調(diào)整為恒定流速后導(dǎo)入紅外線檢測(cè)器,以檢測(cè)出的CO2、CO、SO2量為基礎(chǔ),計(jì)算試樣碳、硫的濃度。3.3 分析方法3.3 分析方法 5. 儀

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