增碳剂中氮含量的分析方法研究项目立项建议书.docVIP

增碳剂中氮含量的分析方法研究 一、概述 增碳剂（见图1）分炼钢用增碳剂和铸铁用增碳剂，以及其他一些添加材料也有用到增碳剂。增碳剂属于外加炼钢、炼铁增碳原料。优质增碳剂是生产优质钢材必不可少的辅助添加剂。 图1 增碳剂 增碳剂的原料有很多种，生产工艺也各异。并非市场上所说的采用石墨粉剂经压制成型，这种生产方式需要添加过多的粘结剂成型，含碳量一般达不到优质增碳剂的要求。压制后的石墨粉，因为是固体块状，没有多孔隙结构，所以吸收速度和吸收率不如煅烧、焙烧成型的增碳剂。优质增碳剂一般指经过石墨化的增碳剂，在高温条件下，碳原子的排列呈石墨的微观形态，所以称之为石墨化。石墨化可以降低增碳剂中杂质的含量，提高增碳剂的碳含量，降低硫含量。 增碳剂在铸造时使用，可大幅度增加废钢用量，减少生铁用量或不用生铁。目前绝大多数增碳剂都适用于电炉熔炼，也有少部分吸收速度特别快的增碳剂用于冲天炉。电炉熔炼的投料方式，应将增碳剂随废钢等炉料一起往里投放，小剂量的添加可以选择加在铁水表面。但是要避免大批量往铁水里投料，以防止氧化过多而出现增碳效果不明显和铸件碳含量不够的情况。增碳剂的加入量，根据其他原材料的配比和含碳量来确定。不同种类的铸铁，根据需要选择不同型号的增碳剂。增碳剂特点本身选择纯净的含碳石墨化物质，降低生铁里过多的杂质，增碳剂选择合适可降低生产成本。 二、立项的必要性 增碳剂是炼钢时用的一种添加剂。它是生产优质钢材必不可少的原料。常用的增碳剂的成分和堆密度，见表1。 随着冶金技术的发展，其它杂质元素如氧、硫、氢等的含量已可脱到很低程度。但是，脱氮并不是一件容易的事，氮的离子半径比氢大，在钢中的扩散系数比氢小两个数量级，真空法脱氢的效果非常好，很容易将钢中的w(H)脱到1×10-6以下，当钢中的w(H)小于2×10-6时，由它引起的“白点”就可以得到很好的控制；但是真空用于脱氮就不那么容易，氮不象氧那么活性大，能与强的脱氧剂如铝、钡、硅等形成夹杂物，通过上浮排除，铝脱氧后钢液中的氧活度很低可达1×10-6，最终钢中的w(T?O)也可降到10×10-6以下；而氮的活性要差得多，与大多数合金元素形成的氮化物在高温下都要分解，无法通过上浮去除；实验室里脱硫已可达w(s)=1×10-6，生产中也可达到5×10-6，而氮却做不到，由此可见脱氮难。脱氮难的主要原因有以下几个方面：某些原材料〔如石油焦含w(N)=1%〕带入大量的氮。LF精炼电弧区增氮严重；脱氧钢液与大气接触时吸氮；氮在钢中的扩散能力差；钢液中氧、硫的存在阻碍着氮的去除等等。其中，原材料w(N)高和大气吸氮是脱氮难的工艺因素，氮扩散能力差及氧、硫的阻碍作用是脱氮难的内在因素。 灰铸铁中含有少量的氮，有促成珠光体的作用，有助于改善铸铁的力学性能。如果氮含量在0.01%以上，则铸件就易于产生“氮致气孔”（如图2）。 图2 氮气孔 通常，废钢中的氮含量高于铸造生铁。用感应电炉熔炼铸铁时，由于炉料中所用的铸造生铁锭少、废钢多，制得的铸铁中氮含量会相应较高。炉料中废钢用量为15%时，铸铁中的氮含量约为0.003~0.005%；废钢用量为50%时，氮含量可达0.008~0.012%；炉料全部为废钢时，氮含量可能高达0.014%以上。 此外，由于炉料中使用大量废钢，必须用增碳剂，而大多数增碳剂中氮含量都比较高，这又是导致铸铁中氮含量增高的另一因素。 近十多年来，随着感应电炉的应用不断增多，增碳剂中的氮含量日益受到重视。为避免产品产生气孔缺陷，感应电炉熔炼时所用的增碳剂，首先选购含氮量低的品种，为控制增碳剂中有害杂质元素含量，应核查增碳剂的氮含量。当前的困难在于：分析增碳剂中的氮含量，尚缺乏简便而准确的方法。因此，为了减少废钢，为进一步提高钢的质量提供保障，建立测定增碳剂中氮含量的分析方法很有必要。 三、可行性分析 1、理论分析 增碳剂中的氮含量很低，且增碳剂相对比较稳定，在常温下基本不会改变其化学性质，但在高温状态下，增碳剂很容易被氧化或燃烧。如果用仪器分析（元素分析仪，重庆科技学院化学化工学院有现成），碳氢氧氮硫元素分析仪可以提供的分解温度为950～1200℃，这些元素在高温下燃烧分解，生成的气体经色谱拄分离，再经热导检测器检测，就可以把样品中的碳氢氮硫的含量检测出来；如果采用凯氏定氮法（重庆科技学院化学化工学院有现成的仪器设备），试样在混合催化剂和浓硫酸的作用下高温加热消解，增碳剂中的氮转化为硫酸铵，在加入过量的氢氧化钠溶液，将溶液中的氨通过蒸馏法蒸出，用硼酸溶液吸收，再用标准硫酸溶液滴定，通过所消耗的硫酸溶液就可以得出增碳剂中氮的含量，因此，无论是采用仪器分析，还是采用凯氏定氮法，从理论上来说是可行的。 2、实验条件 （1）实验条件 重庆科技学院化学化工学院的工业分析专业有50多年的办学历史，从办学初