錳硅錳鐵合金中夾雜碳化硅對(duì)檢測(cè)分析影響的探討

萬(wàn)冬林　張嵬巍

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

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錳硅錳鐵合金中夾雜碳化硅對(duì)檢測(cè)分析影響的探討

萬(wàn)冬林張嵬巍

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

錳硅、錳鐵合金中有部分樣品夾雜有碳化硅，在化學(xué)分析錳硅合金中硅時(shí)，采用氟硅酸鉀滴定法和鉬藍(lán)光度法時(shí)因碳化硅未被分解，從而導(dǎo)致結(jié)果偏低，錳鐵合金一般采用高氯酸重量法，碳化硅被分解，分析結(jié)果較為準(zhǔn)確。在熒光粉末壓片法分析時(shí)，由于碳化硅的激發(fā)增強(qiáng)效應(yīng)，致使硅檢測(cè)結(jié)果偏高。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了修正方法，消除了夾雜碳化硅對(duì)硅元素的影響，確保了檢測(cè)分析結(jié)果準(zhǔn)確。

錳硅合金錳鐵合金碳化硅檢測(cè)分析

0　引言

安鋼進(jìn)廠硅錳合金、錳鐵合金成份質(zhì)量檢驗(yàn)采用粉末壓片X熒光分析法進(jìn)行分析，同時(shí)采用國(guó)標(biāo)化學(xué)方法進(jìn)行比對(duì)。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)個(gè)別樣品的總量超過(guò)一百、化學(xué)國(guó)標(biāo)方法與粉末壓片X熒光分析法檢測(cè)硅元素存在較大偏差等問(wèn)題，同時(shí)亦發(fā)現(xiàn)粉末壓片X熒光分析法檢測(cè)錳硅合金時(shí)，碳元素含量與硅元素含量存在一定的相關(guān)聯(lián)系。為查清造成這些問(wèn)題的原因，確保進(jìn)廠錳硅、錳鐵合金質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)、準(zhǔn)確，技術(shù)人員擬定了實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并最終找到了解決方法。

1　夾雜碳化硅影響檢測(cè)結(jié)果原因分析

1.1檢測(cè)方法

在國(guó)標(biāo)GB/T 5686.2-2008中規(guī)定了錳鐵、錳硅的三種硅含量的分析方法。分別是鉬藍(lán)光度法(0.001%～0.60%)、氟硅酸鉀滴定法(12.00%～30.00%)和高氯酸重量法(0.50%～30.00%)[1]。

1.2碳化硅性質(zhì)

碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與酸反應(yīng)，與堿性溶劑也需在高溫環(huán)境下才能反應(yīng)，通過(guò)查閱資料我們也得知，以錳硅、錳鐵合金現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一部分夾雜碳化硅，該部分夾雜碳化硅會(huì)存在于熔爐底部接近于出鐵口處[2]。

1.3檢測(cè)原因分析

目前安鋼所采購(gòu)錳鐵合金要求硅小于2%，一般在1.0以上；采購(gòu)錳硅合金硅含量大于17%且小于20%。實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，一些錳硅、錳鐵樣品在粉末壓片X熒光分析時(shí)結(jié)果出現(xiàn)總量超過(guò)100%的情況，同時(shí)發(fā)現(xiàn)該樣品除硅元素出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常增大外，其他元素未見(jiàn)異常。對(duì)于這一不正常情況，我們根據(jù)國(guó)標(biāo)方法，對(duì)于不同硅含量合金分別采用氟硅酸鉀滴定法和高氯酸重量法對(duì)硅元素進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)氟硅酸鉀滴定法測(cè)定硅錳合金時(shí)有黑色不溶物質(zhì)，而高氯酸重量法測(cè)定錳鐵合金時(shí)沒(méi)有此現(xiàn)象。隨后對(duì)這些不溶物進(jìn)行檢測(cè)分析，一般采用高氯酸重量法測(cè)定硅、紅外CS法測(cè)定碳。經(jīng)過(guò)測(cè)定，確定這些不溶物含有30%的碳、70%的硅，確定這種黑色不溶物質(zhì)為碳化硅。氟硅酸鉀滴定法使用硝酸和氫氟酸分解試樣，而碳化硅不會(huì)被硝酸和氫氟酸分解，那么使用這種分析方法錳硅合金，得出的硅含量由于沒(méi)有包含碳化硅中的硅，而使結(jié)果低于正確值。而分析錳鐵合金時(shí)采用高氯酸重量法，分析中有高溫堿熔步驟，碳化硅在此時(shí)會(huì)被熔解，故此分析結(jié)果為準(zhǔn)確的。

2　實(shí)驗(yàn)部分

2.1錳硅合金中夾雜碳化硅的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)已知成分鐵合金樣品添加一定重量碳化硅，壓制成分析樣片在X射線熒光儀上分析，通過(guò)此結(jié)果計(jì)算出夾雜碳化硅對(duì)分析結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)錳硅合金中夾雜碳化硅會(huì)導(dǎo)致硅元素檢測(cè)定量數(shù)據(jù)與檢測(cè)強(qiáng)度出現(xiàn)較大差別，引起錳硅合金檢測(cè)總量超過(guò)100%。

2.1.1加入碳化硅實(shí)驗(yàn)

選取已準(zhǔn)確定量的錳硅合金樣品，按照一定比例定量加入碳化硅，使用粉末壓片熒光法分析得出檢測(cè)結(jié)果，比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　錳硅合金加入碳化硅實(shí)驗(yàn)比對(duì)數(shù)據(jù)

通過(guò)定量加入法實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出：碳、鐵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)基本保持一致，夾雜碳化硅對(duì)碳、鐵的正常檢測(cè)數(shù)據(jù)不產(chǎn)生影響，而錳元素實(shí)際檢測(cè)值相較理論值出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，硅元素實(shí)際檢測(cè)值相較理論值更高，這樣就導(dǎo)致了在粉末壓片熒光法分析時(shí)各元素總量合超過(guò)100%。

2.1.2加入石墨碳實(shí)驗(yàn)

選取已準(zhǔn)確定量的錳硅合金樣品，按照一定比例定量加入石墨碳，使用粉末壓片熒光法分析得出檢測(cè)結(jié)果，比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

從表2可以看出，加入等量碳后，硅元素理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間偏差在允許誤差范圍之內(nèi)，理論總量和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總量也基本一致，可確定粉末壓片熒光法中碳元素對(duì)硅元素檢測(cè)無(wú)影響。

2.2錳鐵合金中夾雜碳化硅的實(shí)驗(yàn)

同樣在錳鐵合金中也發(fā)現(xiàn)存在有夾雜碳化硅，也造成了總量超百情況。由于錳鐵中硅含量要遠(yuǎn)低于錳硅，少量的夾雜會(huì)很大程度的改變硅的含量，所以在用粉末壓片熒光法分析時(shí)，此類(lèi)問(wèn)題會(huì)更加明顯。

2.2.1加入碳化硅實(shí)驗(yàn)

選取已準(zhǔn)確定量的錳鐵合金樣品，按照一定比例定量加入碳化硅，使用粉末壓片熒光法分析得出檢測(cè)結(jié)果，比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3　錳鐵合金加入碳化硅實(shí)驗(yàn)比對(duì)數(shù)據(jù)

通過(guò)定量加入法實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：鐵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)基本保持一致，夾雜碳化硅對(duì)鐵的正常檢測(cè)數(shù)據(jù)不產(chǎn)生影響，而錳元素實(shí)際檢測(cè)值相較理論值偏高，硅元素實(shí)際檢測(cè)值比理論值高出很多，同樣說(shuō)明在粉末壓片熒光法分析時(shí)碳化硅對(duì)硅元素產(chǎn)生很大增強(qiáng)效應(yīng)影響。

2.2.2加入石墨碳實(shí)驗(yàn)

選取已準(zhǔn)確定量的錳鐵合金樣品，按照一定比例定量加入石墨碳，使用粉末壓片熒光法分析得出檢測(cè)結(jié)果，比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4　錳鐵合金加入石墨碳實(shí)驗(yàn)比對(duì)數(shù)據(jù)

從表4可以看出，加入等量碳后，硅元素理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間偏差在允許誤差范圍之內(nèi)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總量比理論計(jì)算總量略有升高，是由于錳元素實(shí)際檢測(cè)結(jié)果比理論計(jì)算值高所致，可確定粉末壓片熒光法中碳元素對(duì)硅元素檢測(cè)無(wú)影響。

3　解決方法

為了改善分析精確度，化驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了合金熔融制樣熒光分析方法。該方法首先在有堿性熔劑的情況下，將單質(zhì)金屬氧化為氧化物，然后通過(guò)高溫熔解再冷卻制成玻璃狀樣片，經(jīng)過(guò)熒光儀定量分析，最終完成錳硅、錳鐵合金的分析檢驗(yàn)。由于使用高溫和堿性氧化劑，不僅合金中單質(zhì)被完全氧化，同時(shí)也將夾雜的碳化硅進(jìn)行分解和氧化，這樣樣品中所有狀態(tài)的硅被氧化為同一狀態(tài)。

夾雜碳化硅中硅元素經(jīng)分解包含入合金硅元素之內(nèi)，避免了氟硅酸鉀滴定法無(wú)法溶解，造成檢測(cè)結(jié)果偏低的缺陷。而碳化硅已被破壞，消除了它對(duì)其它形態(tài)硅的激發(fā)增強(qiáng)效應(yīng)，同時(shí)避免了粉末壓片熒光法硅元素檢測(cè)結(jié)果偏高的弊端。該方法分析結(jié)果經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)樣品的驗(yàn)證，準(zhǔn)確可靠，用含有碳化硅夾雜的樣品進(jìn)行對(duì)照，與高氯酸重量法結(jié)果一致。

4　結(jié)論

1)通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，我們找出影響錳硅合金、錳鐵合金中硅元素檢驗(yàn)準(zhǔn)確性的因素，并開(kāi)發(fā)出熒光熔融檢測(cè)法，克服了傳統(tǒng)化學(xué)方法、常規(guī)快速檢驗(yàn)法具有的干擾因素，提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性，適用于結(jié)算分析、仲裁分析。

2)國(guó)標(biāo)化學(xué)方法屬于經(jīng)典分析方法，由于沒(méi)有考慮夾雜碳化硅的存在，在試樣分解時(shí)鉬藍(lán)光度法和氟硅酸鉀重量法只使用酸溶解，會(huì)造成其中碳化硅中硅的漏分析，從而結(jié)果偏低，在日常檢驗(yàn)時(shí)如加以注意，也可將數(shù)據(jù)偏差控制在允許范圍之內(nèi)。

3)粉末壓片熒光法分析鐵合金，簡(jiǎn)便、高效、低成本，但方法本身受基體效應(yīng)等影響因素較多，存在先天缺陷，作為爐前快速檢驗(yàn)較為適合。

[1]GB/T 5686.2-2008，錳鐵、錳硅合金、氮化錳鐵和金屬錳硅含量的測(cè)定鉬藍(lán)光度法、氟硅酸鉀滴定法和高氯酸重量法 [S].

[2]劉衛(wèi),王宏啟.鐵合金生產(chǎn)工藝與設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009:157-162.

DISCUSSION ON THE EFFECT OF SILICON CARBIDE IN SILICON MANGANESE AND FERROMANGANESE ALLOY ON THE DETECTION AND ANALYSIS

Wan DonglinZhang Weiwei

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

Part of the sample of silicon manganese and ferromanganese alloy is with silicon carbide. During the chemical analysis of silicon in silicon manganese alloy, the result is low because silicon carbide is not decomposed by potassium fluosilicate titrimetric method and molybdenum blue photometric method. The perchloric acid gravimetric method generally is adopted to the analysis of the ferromanganese alloy, so silicon carbide is decomposed, the result is more accurate. In the analysis of fluorescence powder compression method, due to the excitation and enhancement effect of silicon carbide, the results of silicon detection is on the high side. In this paper, the modified method is confirmed by experiments, and the effect of silicon carbide on silicon is eliminated, and the result of the detection and analysis is accurate.

ferromanganese alloysilicon carbidedetection and analysis

林，工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司質(zhì)量檢測(cè)處；

2016—4—21