高频红外碳硫分析仪瓷坩埚重复性利用的探索和实践

祁旭丞　姚长发　陆建民　汪泽　潘继珍

摘  要：使用高频红外碳硫仪检测钢铁材料中碳硫元素是冶炼过程质量控制和钢材成分分析检验中一个重要环节，随着公司钢材产量增加，红外碳硫分析瓷坩埚使用消耗量也在逐年增加，造成吨钢检验成增加。开展了坩埚重复使用的探索研究，为成本控制及检验准确性有一定意义。通过坩埚使用前后空白值对比、坩埚重量变化等试验，表明使用过的碳硫坩埚其空白值更低，可满足钢铁材料对碳硫元素检验，同时也不会对红外碳硫仪的使用造成危害。

关键词：高频红外碳硫仪;燃烧;坩埚;重复性利用

1试验部分

1.1仪器与试剂

红外碳硫仪：四川德阳科瑞COREY-150-1型高频红外碳硫分析仪;

瓷坩埚：（在1000℃左右的高温炉中灼烧4h至空白值为最低）;

助熔剂：金属钨粒（20-40 目）。

1.2分析条件

钢中碳硫：最短分析时间 15s，最长分析时间35s;

称样量：0.2000-1.0000g 左右;

氧气输入压力：0.3Mpa 左右;

分析流量：3.5L/min;

分析压力：0.08MPa。

2工作原理及常用耗材

在烘干好的坩埚内，按样品要求称取好后，加入助溶剂，再将坩埚放入炉膛内，点击检验按钮，启动红外系统进行高频燃烧，经燃烧后样品中C、S元素转换成CO2和SO2，气体经过净化后随载气进入检测池，对气体进行检测。将光信号转换成电信号后得出检测值。

通过分析，在钢铁材料高频红外碳硫分析中瓷坩埚消耗成本占比达70%，它是一种主要的消耗材料，故降低瓷坩埚使用量具有现实意义。

3实验方法

使用高频红外碳硫分析仪测定钢中碳硫元素含量中燃烧后坩埚的重复利用技术性探讨。为了提高工作效率，且更好地重复利用坩埚，试验时选取分析样品的称样量控制在0.2000-1.000g之间，助熔剂均加入一勺（1.3000g），通过试验对空白值、标准物质、测定稳定性等指标进行分析，是否满足重复使用的可行性。

3.1钢铁分析使用坩埚前期处理

碳硫检验使用的坩埚为陶瓷材料，容易吸收水分受潮，会增加碳硫元素空白值。空白值会影响测定结果的准确性，对降低或去除空白值需加以重视。因此试验前对坩埚进行前期处理，使用马弗炉在1000-1200℃下进行灼烧2-4小时后，取出冷却到室温，置于加盖的干燥皿中，防止污染。

3.2空白试验[1]

红外碳硫分析仪在测定钢中碳硫元素含量时在相同条件及参数下，将处理好的坩埚并加入固定量助熔剂使用红外碳硫分析仪进行分析。空白值的测定方法是否正确将直接影响样品中微量碳硫分析结果的准确性。

3.2.1空白值的测定

在固定实验条件下（既使用同一批次助熔剂，固定操作人员和取样勺），将同一批高温烘干预处理后的新瓷坩埚，取出5个，按新坩埚，一次使用后，二次使用后……进行重复燃烧使用测定其空白值，对测定数据进行分析，碳空白值、硫空白值及精密度（RSD）均满足检测标准要求，且使用过的瓷坩埚空白值更低。

3.2.2进口坩埚与国产坩埚空白值

空白值对于生产工艺及质量有一定影响，现将进口和国产坩埚空白值进行简单比较。数据见表3。

3.2.3坩埚使用后不同放置时间对比

刚烧出的坩埚温度较高，用过的坩埚一般直接存放在不锈钢托盘容器内进行冷却，考虑空气中水分、灰尘会被坩埚吸收，影响分析结果，开展重复利用瓷坩埚在不同存放时间条件下（空气中）空白值变化实验和检测结果数据影响比对实验。

从分析结果看出，重复利用的坩埚在空气条件下存放时间越长，分析空白值有增加趋势，为保证实验结果的准确性，重复利用瓷坩埚应尽快使用或将其放置在干燥皿内。

3.2.4 燃烧后坩埚的质量变化

将使用过的坩埚任取4只，在马弗炉中设定1100℃，按30min、1h、2h、3h、6h不同的时间进行灼烧，将灼烧后的瓷坩埚冷却至室温，对坩埚质量进行称量，瓷坩埚重量极差在0.0036-0.00673之间，满足GB/T20123测定要求。

3.3坩埚重复使用试验

根据样品的元素含量，称取0.5000g试样量，待天平稳定后，点击菜单栏‘称取样品，样品重量自动传输至样品重量值。将装有样品的坩埚取出，坩埚内称取好的样品均匀摊平覆盖坩埚底部，按照顺序分别加入1勺助熔剂（1.300g左右），助剂均匀覆盖于样品表面，将制备好的样品坩埚放入升降气缸坩埚底座上，点击菜单栏‘升降气缸，待气缸完全上升完毕后点击菜单栏“开始分析”，对样品进行分析。

样品按操作规程依次进行分析，当坩埚使用 3 -4次后，坩埚内的熔渣增多，容易溅出，炉头积灰也变多，不易维护同时坩埚边缘有发黄烟熏现象。

3.3.1重复性试验

分析完后的瓷坩埚内由于熔体物质多，温度高，流动性强，空白值低。分析發现钢样燃烧时充分完全，能保证结果稳定，测定结果均满足检验偏差要求。实验结果表明，选择分析过的坩埚重复利用利用次数一般不超过3次。

3.4重复使用的坩埚在不同时间段对检测结果影响

取3瓶不同含量的标样，使用放置于干燥皿中燃烧后的坩埚进行分析，对测定数据准确性进行测试，测定结果均满足检测标准中重复性限的要求。

3.5重复使用时板极电流变化

实验过程中发现，重复利用坩埚内的金属氧化物熔渣随重复利用次数增多而增加，同时，随着瓷坩埚重复利用次数的增加，红外碳硫仪阳极及栅极电流在不断增大，导致仪器供电负荷增加。

3.6数据准确性及稳定性实验

取3瓶标样进行10次检测分析，测定值与标样给定值之间的偏差均在GB/T20123检测标准中规定的允许偏差范围[1]内，满足检验要求。

4结果与讨论

4.1红外碳硫仪瓷坩埚可重复利用，现场应放置干燥皿，保存可重复利用的瓷坩埚。

4.2红外碳硫试样燃烧必须是完全的，且坩埚底部熔渣应平整、光滑，这种瓷坩埚可重复利用。

4.3随着坩埚使用次数的增加，坩埚内的熔渣容易溅出，造成炉头积灰多;同时，红外碳硫仪阳极电流也将相应增加，导致仪器供电负荷增加。经实验，瓷坩埚重复利用次数一般控制在3次以内。

4.4通过重复利用瓷坩埚各种的开展，进一步提高操作人员成本意识，降低生产费用。

4.5坩埚烘干时1100℃下，烘干2小时以上，保证空白值降低到最低值。

5结论

实验结果表明，使用过的瓷坩埚不仅空白值低，而且由于助熔剂量的增加，使试样燃烧更加充分，分析效果更佳。在高频红外碳硫仪检验过程中，将瓷坩埚重复性利用次数控制在3次之内是可行的，重复利用的瓷坩埚性能能够满足检验要求。

参考文献

[1]  GB/T20123-2006钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外线吸收法[S].

作者简介：祁旭丞（1975—），男，研究生学历，工程师，从事炼铁、炼钢用原辅材料和钢铁理化检验研究与应用工作。