Седам метода за одређивање садржаја угљеника у челику

Развој и примена метала и њихових композитних материјала често захтевају ефикасну контролу и тачно одређивање садржаја угљеника и сумпора. Угљеник у металним материјалима углавном постоји у облицима слободног угљеника, угљеника у чврстом раствору и комбинованог угљеника, као и гасовити угљеник и површински заштићена карбуризација и обложени органски угљеник.

 

Тренутно, главне методе за анализу садржаја угљеника у металима укључују метод сагоревања, емисиону спектроскопију, гасну волуметријску методу, титрацију без воденог раствора, метод инфрацрвене апсорпције и хроматографију. Због применљивости сваке методе мерења и утицаја многих фактора на резултате мерења, као што су присуство угљеника, да ли се угљеник може потпуно ослободити током оксидације, празне вредности итд., тачност исте методе варира у различитим ситуације. Овај чланак сумира тренутне методе анализе, обраду узорака, коришћене инструменте и поља примене угљеника у металима.

 

1. Метода инфрацрвене апсорпције.

Метода инфрацрвене апсорпције сагоревањем развијена на основу методе инфрацрвене апсорпције спада у специјализовану методу за квантитативну анализу угљеника (и сумпора).

Принцип је да се узорак спали у струји кисеоника да би се створио ЦО2. Под одређеним притиском, енергија коју апсорбује ЦО2 у инфрацрвеном зрачењу је директно пропорционална његовој концентрацији. Стога, мерењем промена енергије пре и након што гас ЦО2 протиче кроз инфрацрвени апсорбер, може се израчунати садржај угљеника.

 

Последњих година, технологија инфрацрвене анализе гаса се брзо развила, а брзо су се појавили и различити аналитички инструменти који користе високофреквентно индукционо грејање и принципе инфрацрвене спектралне апсорпције. За одређивање угљеника и сумпора применом инфрацрвене апсорпционе методе високофреквентног сагоревања, генерално треба узети у обзир следеће факторе: сувоћу узорка, електромагнетну осетљивост, геометријску величину, величину узорка, тип, однос, редослед додавања и количину флукса, бланко подешавање вредности итд.

Предност ове методе је тачна квантификација и мање термина интерференције. Погодно за кориснике који имају високе захтеве за тачност садржаја угљеника и имају довољно времена за тестирање током производње.

 

2. Емисиона спектроскопија

Када је елемент термички или електрични побуђен, он ће прећи из основног стања у побуђено стање, а побуђено стање ће се спонтано вратити у основно стање. У процесу повратка из побуђеног у основно стање ослобађаће се карактеристичне спектралне линије сваког елемента, а њихов садржај се може одредити према јачини карактеристичних спектралних линија.

 

У металуршкој индустрији, због хитности производње, потребно је у кратком временском периоду анализирати садржај свих битних елемената у води из пећи, а не само угљеника. Спарк емисиони спектрометар са директним очитавањем постао је преферирани избор у индустрији због своје способности да брзо добије стабилне резултате. Међутим, ова метода има посебне захтеве за припрему узорка.

На пример, приликом анализе узорака ливеног гвожђа помоћу варничне спектроскопије, потребно је анализирати површински угљеник у облику карбида, без слободног графита, иначе ће утицати на резултате анализе. Неки корисници користе предности брзог хлађења и доброг бељења танких узорака, а након израде узорака у танке кришке, садржај угљеника у ливеном гвожђу се утврђује анализом спектроскопске варнице.

Приликом анализе линеарних узорака од угљеничног челика коришћењем варничке спектроскопије, потребно је стриктно обрадити узорке и користити мали уређај за анализу узорака да бисте их поставили "усправно" или "равно" на степен искри за анализу, како би се побољшала тачност анализе. анализа.

 

3. Таласна дужина дисперзивне рендгенске методе

Дисперзивни рендгенски анализатор таласне дужине може брзо и истовремено да одреди више елемената.

Под рендгенском ексцитацијом, унутрашњи електрони атома мереног елемента пролазе кроз прелазе енергетског нивоа и емитују секундарне рендгенске зраке (тј. флуоресценцију Кс зрака). Спектрометар флуоресценције рендгенских зрака са дисперзијом таласне дужине (ВДКСРФ) је уређај који користи кристале за одвајање светлости, а затим прима дифрактиране карактеристичне рендгенске сигнале од детектора. Ако се спектроскопски кристал и контролер крећу синхроно и континуирано мењају угао дифракције, може се добити таласна дужина и интензитет карактеристичних рендгенских зрака које генеришу различити елементи у узорку, који се могу користити за квалитативну и квантитативну анализу. Овај тип инструмента развијен је 1950-их и привукао је пажњу због своје способности да истовремено одреди више компоненти у сложеним системима. Посебно у геолошком одељењу, овај инструмент је конфигурисан сукцесивно, значајно побољшавајући брзину анализе и играјући важну улогу.

Међутим, угљеник лаких елемената често представља одређене потешкоће у КСРФ анализи угљеника због своје дуге таласне дужине карактеристичног зрачења, ниског приноса флуоресценције и значајне апсорпције и слабљења зрачења карактеристичног угљеника од стране матрице у тешким матричним материјалима као што је челик. Поред тога, када се мери угљеник у челику помоћу рендгенског флуоресцентног инструмента, ако се површина узорка тла континуирано мери 10 пута, може се приметити да се вредност садржаја угљеника континуирано повећава. Стога, обим примене ове методе није тако широк као прва два.

 

4. Метода титрације без воденог раствора

Титрација неводеним раствором је метода титрације у неводеним растварачима. Овим методом се могу титрирати одређене слабе киселине и базе које се не могу титрирати у воденим растворима одабиром одговарајућих растварача како би се побољшала њихова киселост и алкалност. Угљена киселина коју ствара ЦО2 у воденом раствору има слабу киселост и може се прецизно титрирати одабиром различитих органских реагенаса.

Следеће је уобичајена метода неводене титрације:

① Узорак се подвргава високотемпературном сагоревању у електричној лучној пећи опремљеној анализатором угљеника сумпора.

② Гас угљен-диоксида који се ослобађа сагоревањем се апсорбује у раствору етанола етаноламина, а угљен-диоксид реагује са етаноламином да би се створила релативно стабилна 2-хидроксиетиламин карбоксилна киселина.

③ Користите КОХ за титрацију без воденог раствора.

Реагенси који се користе у овој методи су токсични, дуготрајно излагање може утицати на здравље људи и тешко их је користити. Нарочито када је садржај угљеника висок, потребно је унапред подесити решење, а мала непажња може довести до цурења угљеника и нижих резултата. Реагенси који се користе у титрацији без воденог раствора су углавном запаљиви, а експеримент укључује операције загревања на високим температурама. Оператери треба да имају довољну свест о безбедности.

 

5.Цхроматограпхи

Детектор атомизације пламена се комбинује са гасном хроматографијом за загревање узорка у гасовитом водонику, а затим се ослобођени гасови (као што су ЦХ4 и ЦО) детектују помоћу методе гасне хроматографије детектора атомизације пламена. Неки корисници користе ову методу за тестирање трагова угљеника у гвожђу високе чистоће, са садржајем од 4 μГ/г, време анализе је 50 минута.

Ова метода је погодна за кориснике са изузетно ниским садржајем угљеника и високим захтевима за резултате детекције.

 

6. Електрохемијска метода

Корисник је увео употребу методе анализе потенцијала за одређивање ниског садржаја угљеника у легурама: након оксидације узорака гвожђа у индукционој пећи, гасни продукти су анализирани коришћењем ћелије за електрохемијску концентрацију састављену од чврстог електролита калијум карбоната да би се одредила концентрација угљеника. Ова метода је посебно погодна за одређивање веома ниске концентрације угљеника, а прецизност и осетљивост анализе могу се контролисати променом референтног састава гаса и брзине оксидације узорка.

Овај метод има мало практичних примена и углавном остаје у фази експерименталног истраживања.

 

7.Онлине метода анализе

Приликом прераде челика, често је потребно контролисати садржај угљеника у растопљеном челику у вакуумској пећи у реалном времену. Неки научници у металуршкој индустрији увели су пример коришћења информација о издувним гасовима за процену концентрације угљеника: садржај угљеника у растопљеном челику се процењује коришћењем потрошње и концентрације кисеоника у вакуум контејнеру и брзине протока кисеоника и аргон у процесу вакуумске декарбонизације.

Постоје и корисници који су развили методе и сродне инструменте за брзо одређивање трагова угљеника у растопљеном челику: гас носач се удувава у растопљени челик, а садржај угљеника у растопљеном челику се процењује из оксидованог угљеника у гасу носачу.

Сличне методе онлајн анализе су применљиве на управљање квалитетом и контролу перформанси у процесу производње челика.