紅外碳硫儀測定鐵礦石中高含量硫的探討

楊海霞， 陳 鵬

（陜鋼集團(tuán)漢鋼公司， 陜西 勉縣 724200）

在鋼鐵冶煉過程中，礦石中的硫會(huì)形成硫化物一部分隨煙氣排放到大氣中，煙氣中硫化物含量過高對空氣造成污染，給人們生活帶來極大影響，還有一部分存在于鐵水中為后期冶煉帶來影響，硫在鋼材中會(huì)產(chǎn)生冷脆，使其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求。為此準(zhǔn)確地測定鐵礦石中硫的含量，對環(huán)保及產(chǎn)品質(zhì)量有重要的指導(dǎo)意義。

1 紅外碳硫的工作原理及技術(shù)指標(biāo)

1.1 儀器工作原理

樣品在富氧條件下由高頻爐高溫加熱燃燒使其氧化成二氧化碳和二氧化硫。該氣體經(jīng)處理后進(jìn)入相應(yīng)的吸收池，對相應(yīng)的紅外輻射進(jìn)行吸收再由探測器轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的信號。此信號由計(jì)算機(jī)采樣，經(jīng)線性校正后轉(zhuǎn)換成二氧化碳與二氧化硫濃度成正比的數(shù)值，然后把整個(gè)分析過程的取值累加。分析結(jié)束后，此累加值在計(jì)算機(jī)中除以質(zhì)量值，再乘以校正系數(shù)，扣除空白，即可獲得樣品中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

高頻紅外碳硫HCS-140；測量范圍：w（C）為0～10.0%，w（S）為0～1.0%；氧氣凈化機(jī)CZO-4C；電子天平（d：0.000 1 g）；交流參數(shù)穩(wěn)壓器CWY-Ⅱ-5 kVA：電壓為220×（1±10%）V，頻率為50×（1±10%）Hz，功率為5 kVA。

1.3 技術(shù)要求

1）分析氣（氧氣）純度應(yīng)不低于99.5%，工作壓力為0.25～0.30 MPa，氣體流量為2.0～3.5 L/min。

2）動(dòng)力氣（氮?dú)猓┘兌葢?yīng)不低于99.5%，工作壓力為0.25～0.30 MPa。

3）錫助熔劑NCS150005。w（C）≤0.000 8%；w（S）≤0.000 5%；粒度為0.4～1.2 mm。

4）純鐵助熔劑821D。w（C）=0.000 5%；w（S）=0.000 85%

5）純鎢助熔劑。w（W）≥99.95%，w（C）≤0.000 8%，w（S）≤0.000 5%，粒度為（-20～+40）目。

6）坩堝。具有精確裝配尺寸，適合與支撐住，使其能在感應(yīng)線圈內(nèi)提升道精確高度。并在高溫爐富氧條件下灼燒2 h，然后保存在干燥器中。

2 標(biāo)樣的選取及稱樣量的確定

2.1 標(biāo)樣的選取

分析過程選取標(biāo)準(zhǔn)樣品，對標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行驗(yàn)證。通過不同硫含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品，對每一段曲線進(jìn)行驗(yàn)證，保證滿足不同硫含量的樣品。因?yàn)闃?biāo)樣的準(zhǔn)確性直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)樣品（至少分析2 次）驗(yàn)證時(shí)，如果分析結(jié)果準(zhǔn)確性、重復(fù)性均符合要求，可直接分析被測樣品；否則說明所選通道的校正系數(shù)不適合，則進(jìn)入校正階段。不同的標(biāo)樣在同一通道下，校準(zhǔn)系數(shù)不同，分析結(jié)果會(huì)有所變化。通過不同標(biāo)樣驗(yàn)證曲線，分別對同一樣品分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 不同標(biāo)樣校正對結(jié)果的影響 %

所以應(yīng)選擇國家認(rèn)可，而帶證書的硫系列標(biāo)樣。一定要遵循同類型，含量近的帶標(biāo)原則。

2.2 稱樣量的確定

紅外碳硫分析通過樣品在富氧環(huán)境下燃燒，樣品中的硫生成二氧化硫，進(jìn)入吸收池，借助二氧化硫?qū)μ囟úㄩL的紅外光吸收，測得硫的含量。此分析遵循朗伯比爾定律。朗伯比爾定律所定義的物質(zhì)對光的吸收和物質(zhì)的濃度呈線性關(guān)系，這個(gè)只適合在低含量時(shí)成立，當(dāng)濃度很高時(shí)，各物質(zhì)間的電荷將會(huì)影響特定光波的吸收，對吸光度和濃度之間線性關(guān)系發(fā)生偏離，濃度越大偏離越大。樣品所稱的質(zhì)量不同，其所含的C、S 的絕對質(zhì)量就存在差別，導(dǎo)致分析結(jié)果落在儀器校正曲線上區(qū)域的不同，由于儀器線性范圍所限，這種校正區(qū)域的差異從而造成分析結(jié)果的波動(dòng)，尤其在分析儀器的上、下限附近時(shí)，這種影響表現(xiàn)更為突出[1，2]。

另外，在同一通道，同一校準(zhǔn)系數(shù)下，樣品稱重不同直接影響高頻感應(yīng)燃燒情況。碳硫儀的燃燒溫度、狀態(tài)不僅與高頻爐本身設(shè)計(jì)的功率有關(guān)，而且與感應(yīng)區(qū)內(nèi)導(dǎo)磁物質(zhì)的多少有關(guān)。燃燒溫度不是持續(xù)恒定的，隨著物質(zhì)的熔化燃燒，感應(yīng)量逐漸減少。當(dāng)分析高硫含量的鐵礦石時(shí)，加入的助熔劑質(zhì)量恒定，產(chǎn)生的熱量恒定，此時(shí)稱樣量較大將會(huì)導(dǎo)致樣品燃燒不充分，樣品中的碳硫釋放不完，使其造成分析結(jié)果偏低，因此樣品的稱樣量對分析結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性的影響不言而喻，由此通過大量的實(shí)驗(yàn)，選擇合適的稱樣量，從而其分析結(jié)果更準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如

表2 所示。

通過實(shí)驗(yàn)得出：根據(jù)樣品含量選擇合適的稱樣量，分析出的結(jié)果更準(zhǔn)確[3]。

3 結(jié)語

通過分析標(biāo)樣選取實(shí)驗(yàn)和稱樣量的實(shí)驗(yàn)，分析礦石中高含量硫時(shí)，要遵循標(biāo)樣選取原則和試樣稱取的質(zhì)量。這樣更能反映出礦石中硫的含量。