电弧炉常用添加剂的作用原理

电弧炉常用添加剂的作用原理1．发热作用电弧炉燃烧常用添加剂有Sn、Si、Fe、MoO3等，其发热作用见下列反应：Sn＋O2=SnO2，△rHm（1500k）=－565KJSi＋O2=SiO2，△rHm（1500k）=－907.48KJ4Fe＋3O2=2Fe2O3，△rHm（1500k）=－1615.87KJMoO3＋FeO=FeO·MoO3，△rHm（1500k）=－420.1KJ电弧炉主要靠试样和添加剂的氧化燃烧放出热量，使试样熔化，要求添加剂有高的发热量。2．MoO3的作用原理一级品的MoO3硫的含量应低于0.0007%，比分析纯MoO3硫含量低于0.002%还要严格。控制MoO3中硫的空白值，是至关重要的。若空白值高，对硫的测定有害。需用优质纯的MoO3作添加剂，才有利于二氧化硫的测定。在电弧炉中，硫离子靠扩散从熔融的液相介质中到熔体表面，再与氧气接触氧化生成SO2，扩散的速度取决于温度和搅拌。提高温度有利于硫的测定，然而如何实现搅拌呢？这里有MoO3奇妙的作用。MoO3的熔点795℃，沸点1150℃，MoO3沸腾时，体积增加约5000倍，它从液相中逸出时，产生气泡，起良好的搅拌作用，增加了硫离子向表面的扩散速度，有利于SO2的生成。MoO3另一重量作用是防止管道吸附，管式炉、高频炉等都有吸附，电弧引燃炉更严重。经研究发现于Fe2O3有关。SO2氧化成SO3在1000K的平衡转化率为63%，若无Fe2O3存在，反应速度极慢，SO2很难转化成SO3；Fe2O3在1000K是良好的催化剂，加速SO2的转化，这样就有一定数量的SO3生成，SO3是酸性极强的氧化物，它与碱性SnO或Fe2O3生成相应的盐，引起的后果是测硫的结果偏低，通俗的说法，即管道吸附。MoO3能与FeO生成FeMoO4，减少Fe2O3的数量。另外，MoO3当温度低于795℃时，从气相、液相转化为固相，此固体粉末覆盖在Fe2O3的表面，隔绝了SO2和O2与Fe2O3的接触，Fe2O3失去催化作用，SO2难于转化成SO3，使测硫的结果较好。综观上述，MoO3是酸性氧化物，它的加入，有利于SO2的释放，它在1150℃生成气体，从液相中逸出时，起良好的搅拌作用，有利于硫离子的扩散和SO2的生成。它能破坏Fe2O3的催化作用，防止管道吸附。它可以制成高纯度的MoO3，有较小的碳硫空白值。因此，MoO3是电弧炉燃烧测定碳硫的良好添加剂。3．铁、硅添加剂的作用原理铁：在测定铸铁及含碳量较高的物质时，有时称0.1g左右试样，这样在电弧炉中燃烧所放出的热量也较少，满足不了测试的温度。为了满足测试的要求，往往加入适量纯铁，根据计算，1g纯铁经燃烧后可放出7233J的热量，此热量一般可以满足电弧炉的燃烧温度。硅：主要用作发热剂，0.15g的硅，燃烧后生成0.3174gSiO2，放出的热量为4816.49J，此热量相当于0.66g纯铁燃烧生成Fe2O3所放出的热量。硅的纯度可达99.999%以上，又几乎无碳、硫空白，对低碳、低硫的测定有益。另外，硅氧化后的产物是SiO2属酸性氧化物，它的密度比铁及其氧化物都小，在液相中有漂浮作用，有利于硫的测定。4．复合添加剂的作用原理复合添加剂由多种成分构成，由于组成不同，起的作用也有所差异，以下选TH-100添加剂为例。TH-100添加剂是一种复合添加剂，由MoO3、锡粉、硅粉及其他的微量元素组成。按质量比，主成分的适宜比例为MoO3：Si：Sn=15：30：55。采用它，空白小，发热量大，导电性好，转化率高，对碳硫的测定均好。此项已获添加剂发明专利奖专利号为88106159。TH-100添加剂的作用及其特点如下：⑴发热量大。主要是因硅含量高，硫的转化率与温度密切相关，发热量大，燃烧温度高，可以提高硫的转化率；⑵导电性好，能单独起弧；⑶空白小，单晶硅，可以说无碳、硫空白。MoO3，采用特殊的生产工艺，使空白值可降低到0.0002%以下，几乎无碳、硫空白。锡，选用优质锡，尽可能减少空白。由于空白值低，可用于低碳、低硫的测试；⑷粉尘少。粉尘主要来自MoO3的挥发，其次是SnO2和Fe2O3，由于MoO3用量少，所以粉尘少。用电弧炉燃烧50～60个试样，不清理粉尘，不影响测试结果；⑸无毒无味，不污染环境。使用时一次加入，省工省时，快速简便。该添加剂应注意防潮，如发现受潮，烘干后使用不影响其性能。