钢铁中硅、磷的测定方案(李

钢铁中硅、磷的测定方案化学工程系09工业分析与检验李金法一、钢铁的铸炼1、金属料金属料是炼钢的基本原料。原料质量和供应条件对钢的生产指标有重大影响，如化学成分、块度大小、温度高低等，不仅影响冶炼工艺过程，而且影响质量、消耗、成本、产量等各项指标。钢铁的铸炼2、铁水转炉、平炉使用的原料要求温度波动不大，温度1200～1300℃，小转炉控制的温度偏高些。对铁水中元素的要求：[Si]是发热元素。每氧化掉1%的硅发热量为278×106J/t（66430kcal/t），转炉用吹氧法冶炼时硅在0.5～0.8%之间为宜。主要用矿石氧化的工艺（如平炉冶炼）中希望含[Si]低些，因为[Si]的氧化能产生大量的SiO2，再加上矿石中的SiO2会使石灰的消耗量增加，造渣困难。但是[Si]太低时，渣量少，石灰溶解慢，液体渣量不足，易产生喷溅，脱磷、脱硫量也会减少，并且会降低金属的收得率，金属的升温慢，延长冶炼时间。钢铁的铸炼[Mn]是发热元素。每吨钢烧损1%的锰可产生69×105J/t的热（16500kcal/t），是硅氧化放热量的l/4。可用[Mn]=0.6～0.9%的生铁水进行冶炼，锰含量高时显著增快成渣的速度，减少萤石的用量，利于脱除[S]、[P]，减少粘枪，延长炉子的寿命，使金属Mn的收得率提高，减少了锰铁得使用量。[P]是高炉中不能去除的元素。在转炉、电炉、平炉工艺操作中，都能脱磷，但转炉要求尽量有稳定的含[P]成分，以稳定转炉的吹炼制度，利于自动控制。平炉和电炉冶炼周期长，脱磷量可以控制，如果铁水中[P]高，冶炼高[C]低磷的钢种时宜采用炉外脱磷。钢铁的铸炼3、铁合金铁合金用于调整钢液成分和脱除钢中杂质（氧、硫、氮等），常使用的铁合金种类有：（1）锰铁、硅铁、铬铁、钒铁、钛铁、钼帙、钨铁、磷铁、黄铁矿（FeS）等。（2）复合脱氧剂：硅钙（60：30）、硅锰铝、硅锰、硅铬、硅钙钡铝等。（3）纯金属：金属锰、金属钛（海绵钛）、镍（电解镍和火炼镍）、铝。钢铁的铸炼4、造渣材料（1）石灰是碱性炼钢的造渣材料，主要成分是CaO。由石灰石锻烧而成。（2）萤石主要组成为CaF2。加入萤石能够帮助化渣，是良好的助熔剂。萤石的特点是短时间就可以改善炉渣的流动性，还可在炼钢或电弧温度下发生下述反应：Si02+2CaF2=2CaO十CaF4（3）生白云石生白云石的主要成分是CaCO3•MgCO3，用白云石造渣的目的是使炉渣保持一定的MgO含量，以减少炉渣对炉衬的侵蚀，利于提高转炉的炉衬寿命（4）合成渣料使用高碱度的球团或烧结矿，它可显著改善造渣过程，但吸收热量大，影响废钢的使用量。（5）废粘土砖块是下注时用过的中注管砖和汤道砖。它可降低炉渣的熔点，是石灰渣的稀释剂钢铁的铸炼5、氧化剂（1）氧气。是炼钢最主要的氧化剂（2）铁矿石和氧化铁皮。在用氧气冶炼操作中，矿石用来氧化钢液中的磷和硅、锰等元素，稳定渣中的磷化物。（3）其它氧化剂。侧吹转炉或底吹转炉常使用空气氧化去除钢中杂质。钢铁的铸炼6、冷却剂顶吹氧气转炉操作中常用富铁矿、团矿、烧结矿作冷却剂，主要利用氧化铁降低炉内温度，使用时不必停炉加入，它们又是助熔剂，可降低铁损，使用时应注意带入的脉石量，因为SiO2多，渣量会变大，易造成大喷。有时也用石灰石作冷却剂，比加废钢冷却时的铁损多。电炉还常用碳粉作脱氧剂，在还原期使用碳粉脱除渣中不稳定氧化物（FeO、MnO等），使用前应烘烤干燥。二、硅元素在钢铁中的影响1、硅硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。硅含量较低（小于1.0%）时，它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．硅元素在钢铁中的影响2、硅（Si）在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。三、钢铁中硅元素的测定(比重法)1、方法要点：•硅铁中硅的比重较小（2.329），而铁的比重较大（7.87），二者相差较多，故在水中能很明显地表现出来，根据比重的不同换算成硅的百分含量。钢铁中硅元素的测定2、分析方法：•开药物天平上称取经捣碎之硅铁100克（此试样须经60目孔筛筛过（大于60目孔及小于60目孔的都不要），置于100毫升之干燥细口容量瓶中，从滴定管中注入蒸馏水至量瓶上的刻度处，记下滴定耗用蒸馏水体积。•计算：100克硅铁体积=100-耗用蒸馏水体积。查阅下表，即得硅铁含量。•下表：钢铁中硅元素的测定3、注意事项（1）从滴定管中注入蒸馏水于量瓶时，要不断摇荡瓶中硅铁，以免其中夹带的气体不能排出影响体积。（2）蒸馏水水加完后，应立即读数，不要停留时间过长，困为硅铁在水中会产生气体，使液面升高，影响体积。（3）根据硅铁含量换算表也可以划成工曲线，这样查阅更为方便。四、磷元素在钢铁中的影响1、磷（P）在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。磷是钢材中的有害成分。磷在其含量低于1.0%时溶解于固态钢中。当含量超过此值时，磷析出生成脆性的磷化物Fe3P。磷元素在钢铁中的影响2、磷的主要作用•在溶体中磷产生重要的硬化效果，然后由于磷增加脆性，所以其含量一般以0.05%为限，磷化物Fe3P在显微组织中以独立的组成部分存在；是降低钢的表面张力的的元素；增加钢中的非金属夹杂物，使钢的强度和塑性降低，并使钢的焊接性能和冷弯性能变差；特别是在低温时更严重（冷脆性），但稍高的含磷量能改善低碳钢的切削加工性。与铜联合使用，能提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。与硫锰联合使用，改善钢的切削性。•普通钢中磷的含量≤0.045%。五、钢铁中磷的测定1、方法提要•本方法规定了抗坏血酸还原-磷钼蓝光度法测定磷含量。•本标准适用于碳钢、低合金钢中（0.005～0.10）％磷量的测定。•试样用硝酸溶解，加入硫酸铵等氧化剂将磷完全氧化为磷酸。•磷酸钼酸铵在适宜酸度条件下生成黄色的络合物，再与铋盐存在下，用抗坏血酸将磷钼黄络合物还原为磷钼蓝络合物藉此进行磷的光度测钢铁中磷的测定2、实验试剂•硝酸：ρ=1.42g/mL。•硫酸：ρ=1.84g/mL。•硝酸：1+3。•钼酸铵：5％。•过硫酸铵：20％（当日配置）。•抗坏血酸：3％。•定磷液：1000mL中含有硫酸（ρ=1.84g/mL）25mL及硝酸铋1g。钢铁中磷的测定3、分析步骤称取试样0.5000g置于50mL量瓶中，加硝酸25mL，加热溶解并逐尽氮氧化物后，加入过硫酸铵5mL，继续煮沸至出大气泡，以分解过量的过硫酸铵，却至室温，以水稀释至刻度，摇匀。吸取试液5mL，置于100mL量瓶中。加定磷液25mL、钼酸铵2mL、抗坏血酸10mL,摇匀放置3～5分钟。用690nm波长、2cm比色皿，以水为参比，在721型比色计上测定显色液的吸光度。从检量线上查出磷含量。钢铁中磷的测定4、检量线的绘制•根据待测试样选择适当标样五份，按分析步骤进行操作。•以吸光度为横坐标，以标准样品含磷量为纵坐标绘制工作曲线。•其它要求按Q/HCDL210-2007有关规定。