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電弧燃燒法測定碳量和硫量新理論的探討
概述：碳,、硫是確定鋼鐵產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量的重要元素。碳含量高于1.70%以上的叫鐵,，低于1.70%的叫鋼。通常把含碳量高于0.60%的鋼叫高碳鋼,，含碳量在0.25%-0.60%之間的鋼叫中碳鋼，含碳量小于0.25的鋼叫低碳鋼,，含碳量小于0.04%的叫工業(yè)純鐵,。碳對鋼鐵的性能起著重要的作用。隨著碳含量的增加,，鋼的硬度和強(qiáng)度得到提高,，其韌性和塑性下降；反之,，若含碳量減少,，則硬度和強(qiáng)度下降，而韌性和塑性增加,。硫存在于鋼鐵內(nèi),，惡化鋼鐵質(zhì)量，降低鋼的力學(xué)性能及耐蝕性,、可焊性,。特別是鋼中的硫，若以硫化鐵狀態(tài)存在時(shí),，它的熔點(diǎn)低（1000℃左右）,，將會引起鋼的“熱脆"現(xiàn)象，即熱變形,，高溫時(shí)工件產(chǎn)生裂紋,，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。所以,，鋼中的硫含量越低越好,，一般來說，普通鋼中的含硫量不大于0.050%,，工具鋼中硫量不大于0.045%,，鋼硫量不大于0.020%。碳,、硫在鋼鐵中以化合態(tài)和游離態(tài)存在,。化合碳,，主要以鐵碳化合物和合金元素碳化物的形態(tài)存在,，如Fe3C,、Mn3C、Cr3C2,、WC,、VC、Mo2C,、TiC等,。鐵碳化合物如Fe3C能溶解在含氧化劑的濃硫酸和濃硝酸中；而合金元素碳化物難溶于酸,，為了促溶增溶，往往結(jié)晶形碳等,。游離碳,，主要指碳固溶體中的碳，如石墨碳,、退火碳,、無定形碳、轉(zhuǎn)化成游離碳,，如滲碳體化為鐵素體（Fe3C,，1153℃時(shí)3Fe+C石墨）。滲碳體,，常稱白口鐵,，硬而脆難加工，轉(zhuǎn)化為鐵素體,，稱灰口鐵,，質(zhì)軟易加工。石墨碳為球形,，即球墨鑄鐵,。可見,，碳的形態(tài),，直接影響鋼鐵性質(zhì)。硫在鋼鐵中主要以MnS和FeS的形態(tài)存在,，僅含少量的其他硫化物,。如Cr2S3、VS,、TiS,、NbS、ZnS等,，而游離態(tài)的硫甚少,。鋼鐵中的硫,，一般易溶于酸中，在氧化性酸中生成硫酸鹽,，在非氧化性酸中,，生成硫化氫。鋼鐵中的碳和硫在高溫下（1250-1400℃）通氧燃燒,，均能轉(zhuǎn)化為氣體,，分別生成CO2和SO2，此即燃燒法測定碳硫的基礎(chǔ),。鋼鐵中碳量和硫量的測定,。首先將試樣在高溫爐中（如管式爐、高頻爐,、電弧爐等）通氧燃燒,，生成并逸出CO2和SO2氣體，用此法實(shí)現(xiàn)碳和硫與金屬元素及其化合物的分離,，然后測定CO2和SO2的含量,，再換算出鋼鐵中碳和硫的含量。測定方法有：（1）容量法：常用的有氣體容量法和非水滴定法,，硫量測定常用的有碘量法,、酸堿滴定法。特別是氣體容量法測碳,、碘量法定硫,，既快速又準(zhǔn)確，是我國碳,、硫聯(lián)合測定常用的方法,。分析儀器的精度，碳量下限為0.050%,，硫量下限為0.005%,。典型的為CS2系列碳硫高速分析儀、CS3000A智能高速碳硫分析儀（2）紅外法：用紅外法測定碳硫,，具有準(zhǔn)確,、快速、靈敏度高的特點(diǎn),，適用于檢測精度較高的場合,，價(jià)格高一點(diǎn)，典型的為HW2000系列紅外碳硫分析儀,。（3）測定金屬中的碳,、硫，還有ICP法,、X光熒光法,、質(zhì)譜法,、色譜法、活化分析法等,，檢測設(shè)備多為進(jìn)口的光譜儀等儀器,。
碳硫高速分析的產(chǎn)生和發(fā)展與我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的要求和條件相關(guān)。在50-60年代,，我國提出“工業(yè)生產(chǎn)以鋼為綱",，煉鋼爐前，爭分奪秒,，要求檢測實(shí)現(xiàn)高速,。當(dāng)時(shí)分析條件，濕法為主,，所以鋼鐵分析為中心的濕法高速化為人們所關(guān)注,。60年代初的幾年中，先后報(bào)道了Mn,、Si、P三元素分析,，僅需45s,，S、P二元素分析,，僅需25-30s,，轉(zhuǎn)爐煉鋼爐前五元素分析僅需25-50s，濕法分析成果達(dá)到了以秒計(jì)時(shí)領(lǐng)域,。從歷史發(fā)展來看,，高速分析的核心是鋼鐵中五元素，五元素中重點(diǎn)是碳和硫的分析?，F(xiàn)在高速分析的儀器和方法,，雖然涉及各個(gè)領(lǐng)域，然而碳和硫的分析儀器銷售量,、營業(yè)額占高速分析儀器70%以上,。可以說,，高速分析淵源于鋼鐵五元素分析,，特別是碳、硫分析,。因此,，在注意到其他分析方法高速化的同時(shí)，將著重討論對碳量和硫量測定的理論問題,。碳,、硫分析的新理論,。“新"的含意包括兩個(gè)方面,，首先它在經(jīng)典的碳硫分析理論基礎(chǔ)上有發(fā)展,，另外，在某些方面對鋼鐵中碳,、硫測定進(jìn)行了有新意的定量地論述,。具體內(nèi)容包括：（1）CO2的生化與轉(zhuǎn)化；（2）SO2的生成與轉(zhuǎn)化,；（3）碳,、硫測定的佳溫度；（4）碳酸鹽中硫的高速分析新體系,；（5）碳硫分析中添加劑的作用原理,；（6）電弧爐燃燒的理論問題。