7 проверенных методов точного измерения содержания углерода в стали | MachineMFG

7 проверенных методов точного измерения содержания углерода в стали

5
(1)

Разработка и использование металлов и композиционных материалов на их основе часто требуют точного контроля и точного определения содержания углерода и серы.

Углерод в металлических материалах существует в основном в виде свободного углерода, углерода в твердых растворах, углерода в соединениях, газообразного углерода, углерода, защищающего поверхность от науглероживания, и органического углерода в покрытиях.

В настоящее время методы анализа содержания углерода в металлах включают сжигание, эмиссионную спектрометрию, газообъемное, неводное титрование, инфракрасную абсорбцию, хроматографию и другие.

Однако каждый метод измерения имеет ограниченную область применения, и на результаты измерения могут влиять различные факторы, такие как форма углерода, возможность его полного высвобождения в процессе окисления и значение холостого хода. Таким образом, один и тот же метод может давать разные уровни точности в разных ситуациях.

В этой статье кратко описаны современные методы анализа, пробоподготовка, приборы и области применения анализа углерода в металлах.

1. Метод инфракрасной абсорбции

Метод инфракрасной абсорбции при сжигании, основанный на методе инфракрасной абсорбции, является специализированным методом количественного анализа углерода (и серы).

Принцип этого метода заключается в сжигании образца в потоке кислорода с образованием CO2.

При определенном давлении энергия, поглощаемая CO2 инфракрасными лучами, пропорциональна его концентрации.

Поэтому содержание углерода можно рассчитать, измерив изменение энергии до и после прохождения газа CO2 через инфракрасный поглотитель.

Принцип сжигания в инфракрасном абсорбционном методе

Принцип сжигания в инфракрасном абсорбционном методе

В последние годы технология инфракрасного анализа газов стремительно развивается, что привело к быстрому появлению различных аналитических приборов, основанных на принципах высокочастотного индукционного нагрева, горения и поглощения инфракрасного спектра.

При определении содержания углерода и серы методом инфракрасной абсорбции с высокочастотным сжиганием обычно учитываются следующие факторы: сухость образца, электромагнитная чувствительность, геометрический размер, размер образца, тип флюса, пропорция, порядок добавления, количество добавления, настройки холостого значения и т.д.

Преимущество этого метода заключается в том, что он обеспечивает точное количественное определение при минимальных помехах.

Он подходит для пользователей, которые придают большое значение точности определения содержания углерода и располагают достаточным временем для тестирования в процессе производства.

2. Эмиссионная спектроскопия

Когда на элемент подается тепловая или электрическая энергия, он переходит из своего основного состояния в возбужденное, которое затем самопроизвольно возвращается в основное состояние.

В процессе возвращения из возбужденного состояния в основное каждый элемент выделяет свой характерный спектр, и по интенсивности этого спектра можно определить его содержание.

Принцип работы эмиссионного спектрометра

Принцип работы эмиссионного спектрометра

В металлургической промышленности, где требования к производству высоки, необходимо быстро анализировать содержание всех основных элементов в печной воде, а не только углерода.

Искровые эмиссионные спектрометры прямого считывания стали предпочтительным выбором в этой отрасли благодаря своей способности быстро и стабильно получать результаты.

Однако этот метод предъявляет особые требования к подготовке проб.

Например, при анализе образцов чугуна с помощью искровой спектроскопии необходимо, чтобы углерод на поверхности образца был в виде карбидов и не содержал графита, иначе результаты анализа могут пострадать.

Некоторые пользователи используют преимущества быстрого охлаждения и отбеливания тонких ломтиков для определения содержания углерода в отливках методом искровой спектроскопии, после изготовления образцов в виде ломтиков.

При использовании искровой спектроскопии для анализа образцов проволоки из углеродистой стали образцы должны быть строго обработаны и помещены на искровой стол в вертикальном или плоском положении для анализа с помощью приспособления для анализа малых образцов, чтобы повысить точность анализа.

3. Метод длинноволновой дисперсионной рентгенографии

Рентгеновский анализатор с дисперсионной длиной волны позволяет быстро и одновременно определять содержание нескольких элементов.

Принцип работы длинноволнового дисперсионного рентгеновского флуоресцентного спектрометра

Принцип работы длинноволнового дисперсионного рентгеновского флуоресцентного спектрометра

Рентгенофлуоресцентный спектрометр с дисперсией по длине волны (WDXRF) использует рентгеновское возбуждение, заставляя внутренние электроны атомов элементов переходить на другой энергетический уровень и испускать вторичные рентгеновские лучи, также известные как рентгеновская флуоресценция.

Спектрометр расщепляет свет с помощью кристалла, а детектор регистрирует дифрагированный характеристический рентгеновский сигнал.

Синхронизируя и непрерывно изменяя угол дифракции спектроскопического кристалла и контроллера, можно получить характерную длину волны рентгеновского излучения и интенсивность рентгеновского излучения каждой длины волны, создаваемого различными элементами в образце, для качественного и количественного анализа.

Впервые произведенный в 1950-х годах, WDXRF получил широкое распространение в геологии благодаря своей способности одновременно определять несколько компонентов в сложных системах, что позволяет повысить скорость анализа.

Однако низкий выход флуоресценции легкого элемента углерода и значительное поглощение и ослабление его характеристического излучения тяжелыми материалами матрицы, такими как сталь, создают трудности при рентгенофлуоресцентном анализе углерода.

Повторные измерения поверхности земли также могут привести к увеличению содержания углерода. В результате этот метод используется не так широко, как два предыдущих.

4. Метод неводного титрования

Метод неводного титрования - это метод титрования с использованием неводного растворителя. Этот метод позволяет титровать слабые кислоты и основания, которые не могут быть титрованы в водном растворе, путем выбора соответствующего растворителя для увеличения их кислотности или щелочности.

Например, слабокислую угольную кислоту, образующуюся из CO2 в воде, можно точно титровать с помощью различных органических реагентов.

Обычно используемый метод неводного титрования включает следующие этапы:

  1. Образец сжигается при высокой температуре в электродуговой печи, оснащенной анализатором углерода и серы.
  2. Выделяющийся при сгорании углекислый газ поглощается раствором этанола и этаноламина и вступает в реакцию с этаноламином, образуя относительно стабильную 2-гидроксиэтиламинокарбоновую кислоту.
  3. Для неводного титрования используется KOH.

Этот метод токсичен, длительное воздействие может повлиять на здоровье человека, а также сложен в эксплуатации, особенно при высоком содержании углерода и необходимости предварительной настройки раствора. Любая неосторожность может привести к низким результатам из-за выхода углерода.

Кроме того, реагенты, используемые в методе неводного титрования, в основном являются легковоспламеняющимися продуктами, а в эксперименте задействованы высокотемпературные нагревательные операции, поэтому операторы должны хорошо знать технику безопасности.

5. Хроматография

Пламенно-атомизационный детектор используется в сочетании с газовой хроматографией для нагревания образца в водороде и последующего обнаружения выделяющихся газов, таких как CH4 и CO, с помощью пламенно-атомизационного детектора-газовой хроматографии.

Этот метод идеально подходит для тех, кто имеет крайне низкое содержание углерода и предъявляет высокие требования к результатам тестирования. Например, некоторые пользователи использовали этот метод для определения следовых количеств углерода в высокочистом железе с содержанием 4 мкг/г и временем анализа 50 минут.

6. Электрохимические методы

Некоторые пользователи внедрили потенциометрический анализ для определения низкого содержания углерода в сплавах.

После того как образец железа окисляется в индукционной печи, электрохимическая концентрационная ячейка на основе твердого электролита карбоната калия используется для анализа и определения газообразного продукта для определения концентрации углерода.

Этот метод особенно подходит для определения очень низких концентраций углерода. Точность и чувствительность анализа можно регулировать, изменяя состав эталонного газа и скорость окисления образца.

Однако этот метод имеет ограниченное практическое применение и остается в основном на стадии экспериментальных исследований.

7. Метод онлайн-анализа

При рафинировании стали часто необходимо контролировать содержание углерода в расплавленной стали в вакуумной печи в режиме реального времени.

Некоторые ученые в области металлургической промышленности разработали методы использования информации об отходящих газах для оценки концентрации углерода.

Используя потребление и концентрацию кислорода во время вакуума обезуглероживание В процессе, наряду с расходом кислорода и аргона, они оценивают содержание углерода в расплавленной стали.

Кроме того, некоторые пользователи разработали методы и приборы для быстрого определения следовых количеств углерода в расплавленной стали. Вдувая газ-носитель в расплавленную сталь, они определяют содержание углерода, измеряя количество окисленного углерода в газе-носителе.

Эти методы онлайн-анализа полезны для управления качеством и контроля производительности в процессе производства стали.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 5 / 5. Количество оценок: 1

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх