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电弧炉燃烧钢铁试样的探讨

电弧炉燃烧钢铁试样的探讨

企业在现场分析检测钢铁材料中的碳硫含量,大多使用气体容量法定碳、碘量法定硫的碳硫高速分析仪(简称气容仪)。其试样燃烧多使用电弧炉。

电弧炉用于燃烧样品。将其燃气导入气容仪等各种分析设备,定量分析样品中的碳、硫含量。

电弧炉的工作原理是:在一定压力的富氧条件下,以瞬间高频高压电使试样与电极间产生电弧,以瞬间的工频大电流点燃在一定压力的富氧条件下的样品,让其高速燃烧,使样品中的碳元素氧化成CO2、硫元素氧化成SO2。用本设备燃烧钢铁样品的基本工艺是 “前大氧、后控气”。“前大氧”是指燃烧室(由炉体和坩埚组成)前供应的氧气要“大”(具体讲是氧气压力要达到40kPa)、“后控气”是指流出燃烧室的燃气流速要控制在一定范围(具体要求是控制在80-100L/h)。这样才能保证充分燃烧。电弧炉可在很多情况下(尤其是碳、硫分析方面)代替管式炉。它与管式炉比具有体积小,重量轻,不必预热,无热辐射,清洁卫生,并且有显著的节能效果。

    钢的熔点约为1515,铁的熔点约在1535。这么高的熔点电弧炉是怎么将其熔化并释放出CO2SO2?是添加剂起了至关重要的作用。

    首先添加剂在氧气流中氧化燃烧。输出大量的热能.可以提高炉温.有显著的发热作用;

    其次添加剂由于液化密度小于铁的氧化物或受热后生成气体物质,在炉体 内部向上飘浮的过程中,可加快碳、硫离子的扩散,有利于与氧气接触,使氧化反应加快起到良好的搅拌作用;

    第三.氧化燃烧生成的CO2,和SO2部属于酸性氧化物,碱性介质不利于CO2SO2的释放,而选取适量的偏酸性添加剂加入燃烧体系可使介质变成中性或弱酸性.有利于CO2SO2的逸出;

    第四,燃烧后生成的Fe2O3SnO2,等粉尘对SO2有吸 附作用,导致测试结果偏低。加入有关的添加剂可阻止吸附消除干扰。电弧燃烧炉中常用的添加剂有纯锡粒和硅钼粉。硅主要起发热作用.燃烧产生热量,另外硅氧化后的产物是SiO2属酸性氧化物,它的密度比铁及其氧化物都小,在液体中有漂浮作用,有利于CO2SO2的释放。MoO3是酸性氧化物,它的加入有利于SO2的释放。它在1155生成气体, 从液相中逸出时.起到良好的搅拌作用,有利于硫离子的扩散和SO2的生成。它能破坏Fe2O3的催化作用,防止管道吸附。 锡的熔点是231,可以降低整个燃烧体系的熔点,主要作用是助熔并兼有发热稳燃的作用。

    第五,分析检测铁或铁合金时,要加入适量纯铁(以添加后和试样合计为1为宜),其主要作用是帮助燃烧,有利于在瞬间提高炉体内的温度,保证试样中碳硫的释放。

   由于添加剂所起的重要作用,因此对添加剂的要求也很高,要求杂质成份含量少,碳、硫含量低,它的几何形状,粒度、空隙度也有一定的要求。目前市场上销售的一些添加剂中碳硫含量偏高、粒度大,有些硅钼粉中的SiO2、直接采用石英砂。或者为了降低材料成本,随意改变MoO3SiO2的配比。使用这些添加剂会对测量的结果产生很大的误差而影响生产,建议用户选择品牌产品或有一定规模实力的企业所生产的添加剂。

    由于铁的熔点比钢高,而其称样往往只有钢的试样的一半或四分之一,因此保证铁试样在电弧炉中的燃烧是非常重要的。需要注意以下方面:

    1.  正确确定称样重量和应补足的纯铁份量;

    2.  做好试样的制样工作,样品颗粒小一点为宜,这样才能保证试样与氧气充分接触,有利于引弧燃烧,使碳硫充分释放;

    3.  硅钼粉和锡粒等添加剂配比适当;

    4.  及时清理电弧炉除尘器,防止过多的粉尘吸附SO2
      5.  及时清理电极上的积炭,保证引弧燃烧效果。

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