Tujuh Kaedah Untuk Menentukan Kandungan Karbon dalam Keluli

Pembangunan dan penggunaan logam dan bahan kompositnya selalunya memerlukan kawalan yang berkesan dan penentuan kandungan karbon dan sulfur yang tepat. Karbon dalam bahan logam terutamanya wujud dalam bentuk karbon bebas, karbon larutan pepejal, dan karbon gabungan, serta karbon gas dan pengkarburan terlindung permukaan dan karbon organik bersalut.

 

Pada masa ini, kaedah utama untuk menganalisis kandungan karbon dalam logam termasuk kaedah pembakaran, spektroskopi pelepasan, kaedah isipadu gas, titrasi larutan bukan akueus, kaedah penyerapan inframerah, dan kromatografi. Disebabkan kebolehgunaan setiap kaedah pengukuran dan pengaruh banyak faktor ke atas hasil pengukuran, seperti kehadiran karbon, sama ada karbon boleh dibebaskan sepenuhnya semasa pengoksidaan, nilai kosong, dll., ketepatan kaedah yang sama berbeza dalam pelbagai situasi. Artikel ini meringkaskan kaedah analisis semasa, pemprosesan sampel, instrumen yang digunakan dan bidang aplikasi karbon dalam logam.

 

1. Kaedah penyerapan inframerah.

Kaedah penyerapan inframerah pembakaran yang dibangunkan berdasarkan kaedah penyerapan inframerah tergolong dalam kaedah khusus untuk analisis kuantitatif karbon (dan sulfur).

Prinsipnya adalah untuk membakar sampel dalam aliran oksigen untuk menghasilkan CO2. Di bawah tekanan tertentu, tenaga yang diserap oleh CO2 dalam sinaran inframerah adalah berkadar terus dengan kepekatannya. Oleh itu, dengan mengukur perubahan tenaga sebelum dan selepas gas CO2 mengalir melalui penyerap inframerah, kandungan karbon boleh dikira.

 

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, teknologi analisis gas inframerah telah berkembang pesat, dan pelbagai instrumen analisis yang menggunakan pembakaran pemanasan aruhan frekuensi tinggi dan prinsip penyerapan spektrum inframerah juga telah muncul dengan cepat. Untuk penentuan karbon dan sulfur menggunakan kaedah penyerapan inframerah pembakaran frekuensi tinggi, faktor berikut secara amnya harus dipertimbangkan: kekeringan sampel, kerentanan elektromagnet, saiz geometri, saiz sampel, jenis, nisbah, susunan penambahan dan jumlah fluks, kosong. penetapan nilai, dsb.

Kelebihan kaedah ini ialah kuantifikasi yang tepat dan istilah gangguan yang lebih sedikit. Sesuai untuk pengguna yang mempunyai keperluan tinggi untuk ketepatan kandungan karbon dan mempunyai masa yang mencukupi untuk ujian semasa pengeluaran.

 

2. Spektroskopi pelepasan

Apabila unsur teruja secara haba atau elektrik, ia akan beralih dari keadaan dasar ke keadaan teruja, dan keadaan teruja akan kembali secara spontan ke keadaan dasar. Dalam proses kembali dari keadaan teruja ke keadaan dasar, garis spektrum ciri setiap elemen akan dilepaskan, dan kandungannya boleh ditentukan mengikut kekuatan garis spektrum ciri.

 

Dalam industri metalurgi, disebabkan keperluan pengeluaran yang mendesak, adalah perlu untuk menganalisis kandungan semua elemen utama dalam air relau dalam tempoh yang singkat, bukan hanya kandungan karbon. Spektrometer pelepasan bacaan langsung Spark telah menjadi pilihan utama dalam industri kerana keupayaannya untuk mendapatkan hasil yang stabil dengan cepat. Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai keperluan khusus untuk penyediaan sampel.

Sebagai contoh, apabila menganalisis sampel besi tuang menggunakan spektroskopi percikan, ia dikehendaki menganalisis karbon permukaan dalam bentuk karbida, tanpa grafit bebas, jika tidak, ia akan menjejaskan keputusan analisis. Sesetengah pengguna mengambil kesempatan daripada ciri-ciri penyejukan pantas dan pemutihan sampel nipis yang baik, dan selepas membuat sampel menjadi kepingan nipis, kandungan karbon dalam besi tuang ditentukan oleh analisis spektroskopi percikan.

Apabila menganalisis sampel linear keluli karbon menggunakan spektroskopi percikan, adalah perlu untuk memproses sampel dengan ketat dan menggunakan lekapan analisis sampel kecil untuk meletakkannya "tegak" atau "rata" pada peringkat percikan untuk analisis, untuk meningkatkan ketepatan analisis.

 

3. Kaedah sinar-X penyebaran panjang gelombang

Penganalisis sinar-X penyebaran panjang gelombang boleh dengan cepat dan serentak menentukan pelbagai elemen.

Di bawah pengujaan sinar-X, elektron dalam atom unsur yang diukur mengalami peralihan tahap tenaga dan memancarkan sinar-X sekunder (iaitu pendarfluor sinar-X). Spektrometer pendarfluor sinar-X panjang gelombang (WDXRF) ialah peranti yang menggunakan kristal untuk memisahkan cahaya dan kemudian menerima isyarat sinar-X ciri terbeza daripada pengesan. Jika kristal spektroskopik dan pengawal bergerak secara serentak dan terus menukar sudut pembelauan, panjang gelombang dan keamatan sinar-X ciri yang dihasilkan oleh pelbagai unsur dalam sampel boleh diperolehi, yang boleh digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif. Instrumen jenis ini telah dibangunkan pada tahun 1950-an dan telah mendapat perhatian kerana keupayaannya untuk secara serentak menentukan pelbagai komponen dalam sistem yang kompleks. Terutamanya dalam jabatan geologi, instrumen ini telah dikonfigurasikan secara berturut-turut, meningkatkan kelajuan analisis dengan ketara dan memainkan peranan penting.

Walau bagaimanapun, karbon unsur ringan sering menimbulkan kesukaran tertentu dalam analisis XRF karbon kerana panjang gelombang panjang sinaran cirinya, hasil pendarfluor yang rendah, dan penyerapan dan pengecilan sinaran ciri karbon yang ketara oleh matriks dalam bahan matriks berat seperti keluli. Di samping itu, apabila mengukur karbon dalam keluli menggunakan instrumen pendarfluor sinar-X, jika permukaan sampel tanah terus diukur 10 kali, dapat diperhatikan bahawa nilai kandungan karbon terus meningkat. Oleh itu, skop penggunaan kaedah ini tidaklah seluas dua yang pertama.

 

4. Kaedah pentitratan larutan bukan akueus

Pentitratan larutan bukan akueus ialah kaedah pentitratan dalam pelarut bukan akueus. Kaedah ini boleh mentitrasi asid dan bes lemah tertentu yang tidak boleh dititrasi dalam larutan akueus dengan memilih pelarut yang sesuai untuk meningkatkan keasidan dan kealkaliannya. Asid karbonik yang dihasilkan oleh CO2 dalam larutan akueus mempunyai keasidan yang lemah, dan boleh dititrasi dengan tepat dengan memilih reagen organik yang berbeza.

Berikut ialah kaedah pentitratan bukan akueus yang biasa digunakan:

① Sampel tertakluk kepada pembakaran suhu tinggi dalam relau arka elektrik yang dilengkapi dengan penganalisis sulfur karbon.

② Gas karbon dioksida yang dibebaskan daripada pembakaran diserap oleh larutan etanol etanol, dan karbon dioksida bertindak balas dengan etanolamin untuk menghasilkan asid karboksilik 2-hidroksietilamin yang agak stabil.

③ Gunakan KOH untuk pentitratan larutan bukan akueus.

Reagen yang digunakan dalam kaedah ini adalah toksik, pendedahan jangka panjang boleh menjejaskan kesihatan manusia, dan sukar untuk dikendalikan. Terutamanya apabila kandungan karbon adalah tinggi, penyelesaian perlu ditetapkan terlebih dahulu, dan sedikit kecuaian boleh menyebabkan kebocoran karbon dan hasil yang lebih rendah. Reagen yang digunakan dalam pentitratan larutan bukan akueus kebanyakannya mudah terbakar, dan eksperimen melibatkan operasi pemanasan suhu tinggi. Operator harus mempunyai kesedaran keselamatan yang mencukupi.

 

5.Kromatografi

Pengesan pengabusan nyalaan digabungkan dengan kromatografi gas untuk memanaskan sampel dalam gas hidrogen, dan kemudian gas yang dilepaskan (seperti CH4 dan CO) dikesan menggunakan kaedah kromatografi gas pengesan pengabusan nyala. Sesetengah pengguna menggunakan kaedah ini untuk menguji jumlah surih karbon dalam besi ketulenan tinggi, dengan kandungan 4 μ G/g, masa analisis ialah 50 minit.

Kaedah ini sesuai untuk pengguna yang mempunyai kandungan karbon yang sangat rendah dan keperluan yang tinggi untuk hasil pengesanan.

 

6. Kaedah elektrokimia

Seorang pengguna memperkenalkan penggunaan kaedah analisis potensi untuk menentukan kandungan karbon rendah dalam aloi: selepas pengoksidaan sampel besi dalam relau aruhan, produk gas dianalisis menggunakan sel kepekatan elektrokimia yang terdiri daripada elektrolit pepejal kalium karbonat untuk menentukan kepekatan karbon. Kaedah ini amat sesuai untuk penentuan karbon kepekatan yang sangat rendah, dan ketepatan dan kepekaan analisis boleh dikawal dengan menukar komposisi gas rujukan dan kadar pengoksidaan sampel.

Kaedah ini mempunyai beberapa aplikasi praktikal dan kebanyakannya kekal dalam peringkat penyelidikan eksperimen.

 

7.Kaedah analisis dalam talian

Apabila menapis keluli, selalunya perlu untuk mengawal kandungan karbon dalam keluli lebur dalam Relau Vakum dalam masa nyata. Beberapa sarjana dalam industri metalurgi telah memperkenalkan contoh penggunaan maklumat gas ekzos untuk menganggar kepekatan karbon: kandungan karbon dalam keluli cair dianggarkan dengan menggunakan penggunaan dan kepekatan oksigen dalam bekas vakum dan kadar aliran oksigen dan argon dalam proses penyahkarbonan vakum.

Terdapat juga pengguna yang telah membangunkan kaedah dan instrumen berkaitan untuk penentuan pantas karbon surih dalam keluli cair: gas pembawa ditiup ke dalam keluli cair, dan kandungan karbon dalam keluli cair dianggarkan daripada karbon teroksida dalam gas pembawa.

Kaedah analisis dalam talian yang serupa boleh digunakan untuk pengurusan kualiti dan kawalan prestasi dalam proses pengeluaran pembuatan keluli.