LECOTCH600型氧氮氢联合测定仪分析钢中氧_氮_揭森林

２４柳钢科技２０１３年第４期

ＬＥＣＯＴＣＨ６００型氧氮氢联合测定仪分析钢中氧、氮

揭森林刘向阳

左新建

（质量管理部）

摘要：介绍应用LECOTCH600氧氮氢联合测定仪测定钢中氧、氮时，样品制备对分析结果的影响，对分析参数的优化，钢中固溶氮分量的测定等。

关键词：LECOTCH600氧氮氢联合测定仪；钢；氧；氮

AnalysisonOxygenandNitrogenContentsinSteelbyUsing

LECOTCH600CombinedDeterminationApparatusforOxygen,

NitrogenandHydrogen

JIESenlinLIUXiangyangZUOXinjian(QualityManagementDepartment)

Abstract：Theinfluenceofsamplepreparationtotheanalysisresults,totheoptimizationofparame－tersandtothedeterminationofsolidsolutionnitrogencomponentinsteelwasintroducedbyusingLECOTCH600combineddeterminationapparatusforoxygen,nitrogenandhydrogentodeterminetheoxygenandnitrogencontentsinsteel.

KeyWords：LECOTCH600CombinedDeterminationApparatusforOxygenNitrogenandHydrogen；Steel；Oxygen；Nitrogen

1引言

钢中含有微量的氧、氮，其对钢的性能有较

氧、氮释放曲线，通过分析图谱，确定最佳样品制备方法，总结氧、氮开始释放和集中释放对应的功率，优化分析参数；应用步进升温分析程序，可分离测定不同形态下氮元素释放峰。本文进行总结。

大影响，分析精度要求较高。分析钢中超低含量范围的Ｏ、Ｎ时（ｗ）、）＜０．００５０％），检（Ｏｗ（Ｎ测样品的制备方法对检测结果影响极大，表面处理方式不同分析结果相差较大。传统的Ｏ、Ｎ分析方法中，为确保不同材料试样充分熔融，气体元素充分释放，通常采用较大的脱气／分析功率（如５８００Ｗ／５０００Ｗ），功率高降低仪器使用寿命，成本高，干扰峰也高；分析温度过低，释放又不完全［１］。

我们使用ＴＣＨ６００氧氮氢分析仪的程序升温功能，采用斜率升温分析程序，观察不同钢种中

作者：揭森林，大学学历，助理工程师，现从事钢铁检化验工作，综合分析室技术员。

2实验部分

2.1仪器

ＬＥＣＯＴＣＨ６００氧氮氢联合测定仪；南京和澳ＪＱ－１剪切机；高纯氦气（纯度＞９９．９９％）；高纯石墨坩埚。

ＬＥＣＯＴＣＨ６００型氧氮氢联合测定仪，采用脉冲炉加热，试样投入石墨坩埚中，在高纯氦气氛围下熔融，氧元素以ＣＯ和ＣＯ２形式释放，氮元素以Ｎ２释放，分别由红外探测池和热导池检

２０１３年第４期揭森林等：ＬＥＣＯＴＣＨ６００型氧氮氢联合测定仪分析钢中氧、氮２５

测。脉冲炉升温过程可选择功率控制或温度控制。程序升温法分离氧、氮释放峰是基于一些试样中的氧或氮元素以不同的化合物或形态存在，这些物质分解温度有一定的差距，就可以通过设置程序来控制脉冲炉缓慢升温或者逐步升温，从而分离释放峰，并通过设置寻峰参数实现分段积分。2.2实验方法

本文采用的程序升温法主要为斜率升温和步进升温。程序升温分离提取氧、氮分量的原理基于不同状态氧、氮释放的温度不同：吸附态在试样熔融前即释放，固溶态在理论上是试样刚刚熔融时释放。氧化物依据被碳还原温度不同而依次被还原并释放出ＣＯ或ＣＯ２，氮化物亦依温度次序热分解［２］。

本文选择ＬＧＬ３、Ｑ１９５、２０ＣｒＭｎＴｉ、Ｐ２０以

９００８００７００６００５００４００３００２００１０００

０

５０

１００

１５０２００加热时间／ｓａＬＧＬ３

２５０

３００

及氧、氮气体分析标准物质等试样，建立斜率升温分析程序Ｏｘｓｅｐ－ｘｉｅｌｖ（参数：坩埚脱气时间１０ｓ，脱气后冷却时间３０ｓ，分析低功率１００Ｗ，分析高功率５０００Ｗ，升温斜率１５Ｗ／ｓ），控制脉冲炉缓慢升温，熔融试样，比较不同材质试样氧、氮释放曲线，确定最佳分析条件，确定最佳样品制备方法。同时，在此基础上确定最佳步进升温分析条件，通过分离分析氮元素积分峰，尝试分离测定钢中固溶氮。

3结果与讨论

3.1样品制备对分析结果的影响

分别实验用锉刀人工打磨表面氧化层至试样表面光洁、混酸酸洗处理表面锈迹但不打磨等方法制备的氧、氮分析样品，通过建立斜率升温程序，控制脉冲炉缓慢加热，观察不同制样法所制样品的元素释放图谱（见图１）。

４５００

４０００３５００３０００２５００２０００１５００１０００５００

０

５０

１００

１５０

２００２５０加热时间ｂＱ１９５

３００

４５００４０００３５００３０００２５００２０００１５００１０００５００

２００１７５１５０１２５１００７５５０２５０

加热功率／Ｗ

加热功率／Ｗ

图１试样酸洗除锈迹后氧释放图谱

的功率，确定最佳的分析功率。典型的氧、氮释放曲线见图２，钢中氧、氮开始释放时对应的加热功率分别在２０００～２５００Ｗ和２８００～３０００Ｗ，集中释放时（信号最强）对应的功率分别在３０００～３５００Ｗ和４０００～４５００Ｗ。对比不同钢种元素释放情况，我们确定加热功率４５００Ｗ能完全满足熔融试样、释放气体元素的需要，并最终确定４５００Ｗ为氧、氮的分析功率。3.3钢中固溶氮分量的测定

从图２ｃ～图２ｅ可以观察到，功率在１２００Ｗ左右有氮释放峰，且多次测量都出现相同现

图１中对应１２００Ｗ开始释放峰可能为表面吸附氧释放峰，随后２０００～３０００Ｗ重叠峰主要为表面氧化层释放峰［３］。图１ａ中表面氧化层氧释放峰分量在所有氧释放峰中所占比例极大，表明用酸洗试样并不能除去试样表面氧化层，其引入的氧分析误差极大。锉刀人工打磨法所制试样的氧、氮元素释放峰见图２（ｂ、ｄ、ｅ）。3.2分析参数的优化

本实验采用斜率升温分析程序Ｏｘｓｅｐ－ｘｉｅｌｖ，选取不同钢种试样，观察氧、氮释放曲线，通过确定氧、氮开始释放的功率以及集中释放时

信号强度

２６柳钢科技２０１３年第４期

加热功率／Ｗ

信号强度

加热时间／ｓ

加热时间／ｓ

ａ氧元素释放曲线（氧氮标准物质）

图３步进升温法进行氮元素分量测定

（ＬＧＬ３试样）

象。参考李素娟［２］等人对氧氮分量图谱的分析，

加热功率／Ｗ

不同于我们认为这可能是钢中固溶氮释放峰（表面吸附氧，表面吸附氮试样出现的情况较少，是因为受空气湿度影响，氧主要是以Ｈ２Ｏ形式吸附于试样表面）。根据斜率升温程序所测氮释放曲线中观察到的固溶氮释放功率（约

信号强度

加热时间／ｓ

ｂ

ＬＧＬ３钢样中氧元素释放曲线

１２００Ｗ），以及实验确定的氧、氮分析功率（４５００Ｗ），建立步进升温程序（分析低功率１２００Ｗ、维持时间６０ｓ，分析高功率４５００Ｗ），

加热功率／Ｗ

信号强度

分离测定钢中的氮分量（典型释放图谱见图３）。多次平行测量（数据见表１），氮释放图谱及分析结果数据重现性较好，这为我们分离测定钢中固溶氮提供了新思路，但有待通过其他分析方法进一步验证。

表１

氮元素分量测定结果

固溶氮）／％ｗ（

０．０００６０．０００６０．０００７０．０００４０．０００６

全氮）／％ｗ（０．００４５０．００４２０．００４２０．００４１０．００４２

加热时间／ｓ

ｃ氮元素释放曲线（氧氮标准物质）

加热功率／Ｗ

信号强度

测量次数

１２３４平均值

ｄ

加热时间／ｓ

ＬＧＬ３钢样中氮元素释放曲线

4

加热功率／Ｗ

结语

（１）确定氧氮元素样品制样方法，实验表

信号强度

明：混酸处理试样表面虽可以除掉试样表面锈迹，但是并不能除掉试样表面氧化层，而表面氧化层的存在对试样氧含量的分析测定影响极大。

（２）采用斜率升温法对氧、氮元素分析参数的优化，结果表明：以４５００Ｗ作为试样分析功率已经能完全满足试样熔（下转第47页）

加热时间／ｓ

ｅ

Ｑ１９５钢样中氮释放曲线

图２典型的氧、氮释放曲线

加热功率／Ｗ

信号强度

２０１３年第４期梁锡辉等：全氢罩式退火炉的安全生产措施４７

高，排放阀打开排放，使内罩气氛压力始终保持在４０００～８０００Ｐａ。

出现以下情形时就要把内罩停用报废，①内罩连续使用周期达２年以上，当内罩部分筒体壁厚小于５ｍｍ，且需更换筒体长度超过２２００ｍｍ及以上；②内罩使用周期达２年以上，且经过１次筒体更换后，其他位置筒体出现大面积涨鼓或裂纹无法维修使用；③内罩底部筒体及水槽板换过后，使用时间超过半年，需要２次更换底部筒体及水槽板；④内罩使用周期达３年以上，内罩筒体点蚀面积超过１／３筒体面积；⑤内罩连续生产使用时间超过５年；⑥内罩法兰厚度腐蚀减薄大于１０ｍｍ。

（４）炉台橡胶密封圈：为了保证炉台／内罩密封，每１个退火周期结束，要仔细检查橡胶密封圈表面是否有机械划伤、使用时间超过５个月或明显老化，需及时更换橡胶密封圈。

4安全生产措施

１）内罩与炉台冷却水系统：由于冷却水（

质易形成水垢，会造成炉台冷却水出口温度升高，甚至超过５０℃，所以每个月要定期清洗１次炉台水过滤器，１８个月要冲洗１次炉台冷却系统水道的水垢，保证冷却水温升不超过１０℃。

（２）备用事故水的操作：手动切换备用事故水作为应急预案的主要内容，当正常冷却水供应中断时，要求１０ｍｉｎ以内紧急手动切换消防或水塔事故备用水。在切换成消防水源满足冷却要求的前提下，生产继续。当只有水塔供水的情况下，不再启动任何已准备好的炉台，并中断３５０℃以下加热生产的炉台。关闭没有生产的炉台冷却水进出水手动球阀。２５０℃以下的炉台进行停炉闷炉，同时关闭炉台冷却水进出水手动球阀。把有限的备用水供给炉温处于３５０℃以上的炉台冷却。

（３）内罩检查、报废管理：每个退火周期结束需检查内罩水槽及筒体是否有漏点、裂纹、涨鼓；每３个月需检查内罩起吊装置１次；每年安排内罩筒体进行１次喷砂清理并对内罩筒体焊缝进行着色探伤检查；每年定期安排更换内罩的起吊装置销轴和垫片。

5结语

全氢罩式退火炉的安全生产，最重要的有以下几个方面：

（１）氧质量分数在线检测并自动连锁控制。（２）阀站检测元件定期检查、更换。（３）内罩气氛通过抽真空，能更有效地保证内罩里残氧质量分数＜０．５％。（４）保证事故氮气不中断供应。（５）炉台事故水是手动切换，紧急情况下每个切换点都要求操作人员迅速、熟练操作。（６）加强安全培训、应急预案演练。

（上接第26页）融、释放气体元素的要求。

（３）通过斜率升温法观察气体元素释放情况，通过步进升温法分离测定气体元素释放峰，为以后建立不同材质试样的气体元素分析测定方法确定了基本思路，同时为分离测定钢样中固溶氮提供了可行的方法。

参考文献

１

朱越进，李素娟，邓羽．样品制备对金

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

属中微量氧、氮、氢分析结果的影响．冶金分析，２００８，２８（８）：４０～４３

２

李素娟，朱越进．惰气熔融程序升温法

测定氧氮分量图谱解析．冶金分析，２００４，２４（１０）：４１８～４２０

３

王瑞珍．ＴＣ－３３６氧氮分析仪测定钢中

氧化物分量的初步探讨．涟钢科技与管理，２００４，（４）：２７～３０

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/12d1.html