應用氧氮儀測定低氮增碳劑中氮含量的方法研究

姜君仁 徐守榮 李威

第一作者：姜仁君，男，42歲，化學分析高級工程師

收稿日期：2024-01-30

摘 要：對氧氮儀分析低氮增碳劑中氮的方法進行研究。通過對分析條件以及分析方法的探討，實現利用氧氮儀分析低氮增碳劑中氮含量，分析結果表明，該方法速度快，操作簡單，準確度和精密度符合標準要求，對于快速判斷低氮增碳劑質量優劣有著重要作用。

關鍵詞：氧氮儀；低氮增碳劑中氮；熱導熔融法

RESEARCH ON THE METHOD OF MEASURING NITROGEN CONTENT IN LOW NITROGEN CARBURETORS USING AN OXYGEN NITROGEN ANALYZER

Jiang Junren? ? Xu Shourong? ? Li Wei

（Bengang Beiying Quality Inspection and Measurement Center? ? Benxi? ? 117000，China）

Abstract：This article studies the method of analyzing nitrogen in low nitrogen carburetors using an oxygen nitrogen analyzer. By exploring the analysis conditions and methods， the use of an oxygen nitrogen analyzer to analyze the nitrogen content in low nitrogen carburetors has been achieved. The analysis results show that this method is fast， easy to operate， and meets the standard requirements for accuracy and precision. It plays an important role in quickly judging the quality of low nitrogen carburetors.

Keywords：oxygen and nitrogen analyzer; nitrogen in low nitrogen carburetors; thermal conductivity melting method

0? ? 前? ? 言

增碳劑是鋼鐵冶煉中不可缺少的添加劑，它的使用可以節省大量鐵礦石的使用量，同時增加了廢鋼、廢鐵的使用量，降低生產成本，節省了不可再生資源。增碳劑中氮含量太高會產生氮氣孔缺陷。氮含量過低，影響冶煉硬度。適量的氮含量能夠使石墨長度縮短，曲折程度添加，強化鑄鐵基體，提高抗拉強度以及硬度。因此，在使用的增碳劑中要嚴格控制氮元素含量，增碳劑中氮元素含量應作為一個必須檢驗的項目。

之前，試驗室低氮增碳劑中氮含量的檢驗外委其他檢測機構檢驗。每年外委檢測費用大概4萬元左右，且存在檢測周期長，耽誤生產使用問題。利用氧氮儀測定低氮增碳劑中氮含量，將大幅縮短檢驗周期，降低檢驗成本。本文應用氧氮儀進行了大量低氮增碳劑中氮檢測試驗，找到了氧氮儀分析氮的最佳條件和試樣處理要求，在實際生產中得到有效應用。

1? ? 試驗部分

1.1? ? 儀器與材料

氧氮氫分析儀TCH600；氧氮氫分析儀TC500。

高純石墨坩堝，帶蓋鎳囊φ6 mm×5 mm，錫囊φ12 mm×5 mm。

氦氣（載氣）純度：99.99%。

氮氣（動力氣）純度：99.99%。

氧化銅，丙酮，堿石棉，無水高氯酸鎂（粒度為1.2～2 mm）。

1.2? ? 樣品制備

試樣經研磨機研磨均勻至0.077 mm以下，分析前在100～110 ℃烘箱中預干燥1～2 h，置于干燥器中冷卻至室溫待用。

1.3? ? 校準樣品制備

經脫氣脫氮處理后的高純石墨坩堝用研磨機研磨至0.077 mm以下，與無煙煤標準物質按比例合成校準樣品。為試驗需要合成兩個標準樣品。氮含量1.12%的無煙煤標準樣品與高純石墨粉按質量比1：99合成氮含量為0.011 2%的校準樣品。氮含量0.79%的無煙煤標準樣品與高純石墨粉按質量比1：29合成氮含量為0.0263%的校準樣品。

1.4 工作原理

在氦氣中，用石墨坩堝于高溫熔融試料，氮以分子形態被提取在氦氣流中，氧與石墨坩堝中的碳結合生成CO和少量CO2，與N2一起進入裝有氧化銅的催化氧化爐，使CO轉為CO2，然后進入CO2紅外檢測池測定氧含量，后經堿石棉去除CO2，最后經熱導檢測池測氮含量。工作原理如圖1所示。

1.5? ? 試驗方法

鎳囊經丙酮洗凈吹干后于電子天平去皮重，用細樣勺取試樣于鎳囊中（圖2），將蓋蓋緊，小心壓扁驅盡空氣，不要壓破（圖3），用鑷子將壓扁的鎳囊于電子天平上稱取試樣質量，在樣品框中輸入名稱，編號，質量數據傳入氧氮分析儀，選擇分析方法。按下加樣開關，等待屏幕提示，用鑷子夾住試樣，從加樣口處加入試樣（圖4）。再次按下開關，電極下降，把坩堝放穩后按分析開關，電極上升，儀器自動分析、結束、結果自動顯示。

圖2? ? 用細樣勺取試樣于鎳囊中

1.6? ? 分析條件

氮氣壓力40 Psi±5 Psi，氦氣壓力20 Psi±5 Psi，吹掃時間15 s，排氣時間15 s，排氣電流1 100 A，分析延遲15 s，比較器水平1%。

2? ? ?結果與討論

2.1? ? 助熔劑的選擇

分析時加入助熔劑的作用是可以降低樣品的熔點，加快熔融和熱分解，使氣體快速充分釋放。為確定最佳助熔劑，分別選擇錫囊、鎳囊各進行一組試驗，結果如表1所示。

表1? ? 助熔劑選擇

熔劑 標準值 測量值/% 相對標準偏差/%

錫囊 0.011 2 0.012 6 0.013 0.011 4 0.012 8 5.77

鎳囊 0.011 2 0.011 3 0.011 1 0.011 5 0.010 8 2.67

從表1中的數據可以看出，選擇鎳囊助熔效果更好。

2.2? ? 稱樣量的選擇

為了確定最佳稱樣量，選擇氮含量為0.011 2%的校準樣品進行了稱樣量試驗，結果如表2所示。

表2? ? 稱樣量試驗

稱樣量/g 0.023 2 0.024 1 0.022 6 0.010 3 0.011 4 0.034 3 0.038 7

測量值/% 0.010 8 0.011 0.011 3 0.009 2 0.010 2 0.014 2 0.013 5

從表2中的數據可以看出，稱樣量在0.020～0.025 g范圍內，試樣熔融完全，且分析結果基本穩定。

2.3? ? 方法精密度試驗

以帶蓋鎳囊為助熔劑，稱樣量在0.020～

0.025 g范圍內，對氮含量為0.011 2%的校準樣品進行了8次平行測定，測定結果如表3所示。

表3? ? 氧氮儀分析低氮增碳劑氮含量精密度試驗

測定值/% 平均值/

% 標準

偏差 相對標準

偏差/%

0.010 5 0.011 1 0.011 3 0.010 6 0.010 9 0.000 31 2.84

0.011 2 0.010 6 0.011 0.011 1

測定結果表明，方法所得結果相對標準偏差為2.84%，該方法的精密度較好。

2.4? ? 方法準確度試驗

為驗證該方法準確度，采用氧氮儀分析方法對低氮增碳劑樣品進行了測定，測定結果與其他檢測機構檢測結果進行比對，結果如表4所示。

表4? ? 氧氮儀分析低氮增碳劑氮含量準確度試驗

氧氮分析儀

分析結果 其他檢測機構

檢測結果 比對差 允許差 t

0.010 5 0.011 3 -0.000 8 0.001 1 0.927

0.019 6 0.020 0 -0.000 4 0.001 4

0.020 1 0.019 4 0.000 7 0.001 4

0.011 3 0.010 6 0.000 7 0.001 1

0.028 4 0.030 0 -0.001 6 0.001 9

0.021 0 0.020 0 0.001 0 0.001 5

0.013 6 0.014 4 -0.000 8 0.001 4

0.012 4 0.012 0 0.000 4 0.001 1

0.016 7 0.017 6 -0.000 9 0.001 4

0.022 1 0.023 0 -0.000 9 0.001 6

從比對的結果可以看出，氧氮儀的分析結果與其他檢測機構檢測結果的偏差滿足GB/T 20124的要求。另外t0.975（9）=2.262，兩檢測室檢驗結果統計量t＜2.262，表明兩檢測室檢測結果間無顯著性差異。該方法準確度符合要求。

3? ? 結語

1）LECO氧氮氫分析儀TCH600或氧氮氫分析儀TC500都能滿足低氮增碳劑氮含量檢測的要求。氮含量高的增碳劑樣品禁止分析，以免污染儀器。

2）樣品分析前析前在100～110 ℃烘箱中預干燥1～2 h，置于干燥器中冷卻至室溫后使用。

3）樣品裝入鎳囊時擠壓一下，排除鎳囊中的空氣，提高分析準確度。

4）稱樣量為0.025～0.030 g時，測定結果精密度、準確度符合要求。

參考文獻

[1]? ? GB/T 20124-2006? 鋼鐵 氮含量的測定 惰性氣體熔融熱導法[S].

[2]? ? GB/T 30733-2014? 煤中碳氫氮的測定儀器法[S].