Șapte metode pentru determinarea conținutului de carbon din oțel

Dezvoltarea și aplicarea metalelor și a materialelor lor compozite necesită adesea un control eficient și determinarea exactă a conținutului de carbon și sulf. Carbonul din materialele metalice există în principal sub formă de carbon liber, carbon în soluție solidă și carbon combinat, precum și carbon gazos și carburare protejată de suprafață și carbon organic acoperit.

 

În prezent, principalele metode de analiză a conținutului de carbon din metale includ metoda de ardere, spectroscopia de emisie, metoda volumetrică a gazelor, titrarea soluției neapoase, metoda absorbției în infraroșu și cromatografia. Datorită aplicabilității fiecărei metode de măsurare și influenței multor factori asupra rezultatelor măsurării, cum ar fi prezența carbonului, dacă carbonul poate fi eliberat complet în timpul oxidării, valorile martor etc., precizia aceleiași metode variază în diferite situatii. Acest articol rezumă metodele actuale de analiză, prelucrarea probelor, instrumentele utilizate și domeniile de aplicare ale carbonului în metale.

 

1. Metoda de absorbție în infraroșu.

Metoda de absorbție în infraroșu de combustie dezvoltată pe baza metodei de absorbție în infraroșu aparține metodei specializate de analiză cantitativă a carbonului (și a sulfului).

Principiul este de a arde proba într-un flux de oxigen pentru a genera CO2. Sub o anumită presiune, energia absorbită de CO2 în radiația infraroșie este direct proporțională cu concentrația acestuia. Prin urmare, prin măsurarea modificărilor de energie înainte și după trecerea gazului CO2 prin absorbantul în infraroșu, poate fi calculat conținutul de carbon.

 

În ultimii ani, tehnologia de analiză a gazelor în infraroșu s-a dezvoltat rapid și au apărut rapid, de asemenea, diverse instrumente analitice care utilizează arderea de încălzire prin inducție de înaltă frecvență și principiile de absorbție spectrală în infraroșu. Pentru determinarea carbonului și a sulfului folosind metoda de absorbție în infraroșu cu ardere de înaltă frecvență, trebuie luați în considerare în general următorii factori: uscăciunea probei, susceptibilitatea electromagnetică, dimensiunea geometrică, dimensiunea eșantionului, tipul, raportul, ordinea de adăugare și cantitatea de flux, martor. setarea valorii etc.

Avantajul acestei metode este cuantificarea precisă și mai puțini termeni de interferență. Potrivit pentru utilizatorii care au cerințe ridicate pentru acuratețea conținutului de carbon și au suficient timp pentru testare în timpul producției.

 

2. Spectroscopie de emisie

Când un element este excitat termic sau electric, acesta va trece de la starea fundamentală la starea excitată, iar starea excitată va reveni spontan la starea fundamentală. În procesul de întoarcere din starea excitată la starea fundamentală, liniile spectrale caracteristice ale fiecărui element vor fi eliberate, iar conținutul lor poate fi determinat în funcție de puterea liniilor spectrale caracteristice.

 

În industria metalurgică, din cauza urgenței producției, este necesar să se analizeze conținutul tuturor elementelor majore din apa cuptorului într-o perioadă scurtă de timp, nu doar conținutul de carbon. Spectrometrul de emisie cu citire directă Spark a devenit alegerea preferată în industrie datorită capacității sale de a obține rapid rezultate stabile. Cu toate acestea, această metodă are cerințe specifice pentru pregătirea probelor.

De exemplu, atunci când se analizează probe de fontă folosind spectroscopie cu scântei, este necesar să se analizeze carbonul de suprafață sub formă de carburi, fără grafit liber, altfel va afecta rezultatele analizei. Unii utilizatori profită de caracteristicile de răcire rapidă și de albire bună a probelor subțiri, iar după transformarea probelor în felii subțiri, conținutul de carbon din fontă este determinat prin analiza spectroscopică cu scântei.

Atunci când se analizează probe liniare din oțel carbon folosind spectroscopie cu scântei, este necesar să se proceseze cu strictețe probele și să se folosească un dispozitiv mic de analiză a probei pentru a le plasa „în poziție verticală” sau „plată” pe o treaptă de scânteie pentru analiză, pentru a îmbunătăți acuratețea analiză.

 

3.Metoda cu raze X dispersive pe lungime de undă

Analizorul cu raze X cu dispersie pe lungime de undă poate determina rapid și simultan mai multe elemente.

Sub excitația cu raze X, electronii interiori ai atomilor elementului măsurați suferă tranziții la nivel de energie și emit raze X secundare (adică fluorescență cu raze X). Spectrometrul de fluorescență cu raze X cu dispersie în lungime de undă (WDXRF) este un dispozitiv care utilizează cristale pentru a separa lumina și apoi primește semnale de raze X caracteristice difractate de la detector. Dacă cristalul spectroscopic și controlerul se mișcă sincron și modifică continuu unghiul de difracție, se poate obține lungimea de undă și intensitatea razelor X caracteristice generate de diferite elemente din probă, care pot fi utilizate pentru analize calitative și cantitative. Acest tip de instrument a fost dezvoltat în anii 1950 și a câștigat atenția datorită capacității sale de a determina simultan mai multe componente în sisteme complexe. În special în departamentul geologic, acest instrument a fost configurat succesiv, îmbunătățind semnificativ viteza de analiză și jucând un rol important.

Cu toate acestea, carbonul elementului ușor prezintă adesea anumite dificultăți în analiza XRF a carbonului datorită lungimii de undă lungi a radiației caracteristice, randamentului scăzut de fluorescență și absorbției și atenuării semnificative a radiației caracteristice carbonului de către matrice în materialele grele cu matrice, cum ar fi oțelul. În plus, atunci când se măsoară carbonul din oțel folosind un instrument de fluorescență cu raze X, dacă suprafața probei de sol este măsurată în mod continuu de 10 ori, se poate observa că valoarea conținutului de carbon crește continuu. Prin urmare, domeniul de aplicare al acestei metode nu este la fel de extins ca primele două.

 

4. Metoda de titrare a soluției non-apoase

Titrarea în soluție non-apoasă este o metodă de titrare în solvenți neapoși. Această metodă poate titra anumiți acizi și baze slabe care nu pot fi titrate în soluții apoase prin selectarea solvenților adecvați pentru a le spori aciditatea și alcalinitatea. Acidul carbonic generat de CO2 în soluție apoasă are o aciditate slabă și poate fi titrat cu precizie prin selectarea diferiților reactivi organici.

Următoarea este o metodă de titrare neapoasă utilizată în mod obișnuit:

① Proba este supusă arderii la temperatură înaltă într-un cuptor cu arc electric echipat cu un analizor de sulf de carbon.

② Dioxidul de carbon gazos eliberat din ardere este absorbit de soluția de etanol etanolamină, iar dioxidul de carbon reacționează cu etanolamină pentru a genera un acid 2-hidroxietilamină carboxilic relativ stabil.

③ Utilizați KOH pentru titrarea soluției neapoase.

Reactivii utilizați în această metodă sunt toxici, expunerea pe termen lung poate afecta sănătatea umană și sunt dificil de utilizat. Mai ales atunci când conținutul de carbon este mare, este necesară presetarea soluției, iar o ușoară neglijență poate provoca scurgeri de carbon și rezultate mai mici. Reactivii utilizați în titrarea soluției neapoase sunt în mare parte inflamabili, iar experimentul implică operații de încălzire la temperatură înaltă. Operatorii ar trebui să aibă suficientă conștientizare a siguranței.

 

5.Cromatografie

Detectorul de atomizare cu flacără este combinat cu cromatografia în gaz pentru a încălzi proba în hidrogen gazos, iar apoi gazele eliberate (cum ar fi CH4 și CO) sunt detectate utilizând metoda cromatografiei în gaz a detectorului de atomizare cu flacără. Unii utilizatori folosesc această metodă pentru a testa urme de carbon în fier de înaltă puritate, cu un conținut de 4 μ G/g, timpul de analiză este de 50 de minute.

Această metodă este potrivită pentru utilizatorii cu conținut extrem de scăzut de carbon și cerințe ridicate pentru rezultatele detectării.

 

6. Metoda electrochimică

Un utilizator a introdus utilizarea metodei de analiză a potențialului pentru a determina conținutul scăzut de carbon din aliaje: după oxidarea probelor de fier într-un cuptor cu inducție, produsele gazoase au fost analizate folosind o celulă de concentrare electrochimică compusă din electrolit solid de carbonat de potasiu pentru a determina concentrația de carbon. Această metodă este potrivită în special pentru determinarea concentrației foarte scăzute de carbon, iar precizia și sensibilitatea analizei pot fi controlate prin modificarea compoziției gazului de referință și a vitezei de oxidare a probei.

Această metodă are puține aplicații practice și rămâne în cea mai mare parte în stadiul de cercetare experimentală.

 

7.Metoda de analiză online

La rafinarea oțelului, este adesea necesar să se controleze conținutul de carbon din oțelul topit în cuptorul cu vid în timp real. Unii savanți din industria metalurgică au introdus un exemplu de utilizare a informațiilor despre gazele de eșapament pentru a estima concentrația de carbon: conținutul de carbon din oțelul topit este estimat utilizând consumul și concentrația de oxigen din recipientul de vid și debitul de oxigen și argon în procesul de decarbonizare în vid.

Există, de asemenea, utilizatori care au dezvoltat metode și instrumente aferente pentru determinarea rapidă a urmei de carbon în oțelul topit: gazul purtător este suflat în oțelul topit, iar conținutul de carbon din oțelul topit este estimat din carbonul oxidat din gazul purtător.

Metode similare de analiză online sunt aplicabile managementului calității și controlului performanței în procesul de producție a oțelului.