Методы определения углерода в сталях

Обновлено: 16.05.2024

Сталь - наиболее распространенный сплав железа с углеродом, в который входит ряд неизбежных примесей (Мп, Si, S, Р, О, N, Н и др.). Все они оказывают влияние на свойства стали, поэтому химический анализ - обязательный элемент системы качества на предприятии.

Анализ на углерод. Углерод - основной компонент стали, который представлен в ней в разных формах, и определяет его марку и основные свойства.
Анализ на серу и фосфор. Сера и фосфор трудноудаляемые элементы, которые попадают при выплавке стали в основном из чугуна. Они считаются вредными примесями, так как ухудшают качество стали. Максимально допустимое содержание серы не более 0,06%, а фосфора - 0,05%. В ходе плавки металла стараются провести мероприятия по десульфурации и дефосфорации, чтобы снизить влияние этих элементов.

Влияние углерода, серы и фосфора на качество стали

Определение углерода, серы и фосфора в стали для металлургов, литейщиков и машиностроителей имеет первоочередную важность. Это позволяет получить качественную продукцию и исключить неисправимый брак. Государственные стандарты регламентируют содержание примесей в стали и методы определения их содержания.

Углерод в стали

Углерод - полиморфный неметаллический элемент, который способен растворяться в железе в жидком и твердом состоянии с образованием твердых растворов - феррита и аустенита. Кроме этого, он создает с железом химическое соединение - цементит (Fe3C), и может быть представлен в высокоуглеродистых сталях в виде графита.

В зависимости от содержания углерода стали классифицируются на:

низкоуглеродистые (до 0,3% С);
среднеуглеродистые (0,3-0,6% С);
высокоуглеродистые (более 0,6% С).

Содержание углерода оказывает влияние на структуру стали, количество и соотношение фаз, поэтому определяет показатели твердости и пластичности металла. При повышении содержания углерода происходит снижение ударной вязкости, и повышается порог хладноломкости. Увеличение концентрации C приводит к изменению и электрических свойств: растет сопротивление и коэрцитивная сила, уменьшается магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

С ростом углерода происходит ухудшение литейных свойств, обрабатываемость давлением, резанием и свариваемость. Обработка резанием низкоуглеродистых сталей также затрудняется.

Сера в стали

Сера - вредная примесь, основными источниками которой служат передельный чугун и руда, используемые при выплавке стали. Она способна растворяться в жидком железе, а в процессе кристаллизации образует FeS. Сульфид железа образует с железом эвтектику с низкой температурой плавления, которая располагается по границам зерен. При технологическом нагреве до температуры обработки металла давлением она оплавляется, а при деформировании становится причиной надрывов и трещин. Это явление называется красноломкостью, так как сталь при температуре 900-1000℃ становится ярко-красного цвета.

Повышение содержания серы нелинейно влияет на порог хладноломкости: сначала происходит его повышение, а при повышении содержания MnS он понижается. Негативное влияние сера оказывает на свариваемость и коррозионную стойкость.

Фосфор в стали

Фосфор относится к вредным примесям стали, источником которой служат шихтовые материалы, в основном - чугун. Он способен в значительных количествах растворяться в феррите, что приводит к искажению кристаллической решетки. Одновременно с этим происходит увеличение временного сопротивления и предела текучести, уменьшение пластичности и вязкости. Увеличение содержания фосфора становится причиной повышения порога хладноломкости и уменьшения работы развития трещины.

Фосфор в значительной мере подвержен ликвации, что приводит к резкому снижению вязкости в центральной части слитка. В настоящее время технологии глубокой очистки стали от фосфора не существует.

Оптико-эмиссионный спектральный анализ C, S, P.

Оптико-эмиссионные спектрометры - универсальные приборы, которые способны решать широкий круг аналитических задач. В основу их работы лежат принципы атомно-эмиссионного спектрального анализа элементного состава вещества:

спектр возбужденных атомов и ионов индивидуален для каждого элемента;
интенсивность спектральной линии находится в зависимости от концентрации элемента в исследуемой пробе.

Эмиссионные спектральные приборы находят широкое применение в металлургии, что обусловлено следующими преимуществами метода:

Возможность исследования проб в различном агрегатном состоянии.
Анализ носит неразрушающий характер.
Количество исследуемых элементов практически не ограничено. В их число входят углерод, сера и фосфор, которые представляют особый интерес для металлургов.
Для проведения исследования в качестве пробы достаточно малого количества вещества.
Высокая чувствительность и точность.
Экспрессность.
Возможность проведения сертификационного анализа.

Для анализа углерода, серы и фосфора с использованием эмиссионных спектрометров должны быть созданы в приборе определенные условия, а именно: бескислородная атмосфера. В противном случае определить элементы, длина волны которых короче 185 нм, не представляется возможным. В настоящее время удаление кислорода в приборе осуществляется двумя способами:

путем прокачки инертным газом;
вакуумированием.

Каждая из систем декислородизации имеет определенные особенности эксплуатации и обслуживания, поэтому при выборе прибора для анализа углерода, серы и фосфора следует учитывать их преимущества и недостатки. Это позволит подобрать спектрометр, который оптимально соответствует аналитической задаче, требованиям к точности результатов исследований и имеет удовлетворительные экономические показатели.

Оптико-эмиссионные приборы, предусматривающие прокачку инертным газом

В спектральных приборах для декислородизации используют чаще всего аргон. Для удаления кислорода предусматривается одна из следующих систем:

Открытая. В результате продувки происходит вытеснение кислорода, а инертный газ удаляется из прибора в окружающую атмосферу.
Замкнутая. При прохождении инертного газа происходит захват кислорода, который в дальнейшем очищается с помощью фильтра. Газ продолжает движение по замкнутой системе, давление в которой обеспечивает насос.

Приборы с открытой системой декислородизации отличаются простотой конструкции и меньшей стоимостью. Однако в этом случае степень очистки находится на низком уровне, а аргон расходуется безвозвратно. Применение подобных спектрометров целесообразно при пониженных требованиях к аналитическим характеристикам, как со стороны потребителя, так и со стороны производителя.

Конструкция приборов с замкнутой системой декислодизации усложняется, так как для обеспечения функциональности необходимы дополнительные компоненты и их обслуживание:

Насос с блоком питания.
Баллон с газом для компенсации потерь.
Дополнительный фильтрующий элемент.

Каждый из этих компонентов прибора требует обслуживания, а расходные материалы - замены, что связано с дополнительными расходами. Кроме этого, в результате непрофессиональных действий обслуживающего персонала возникает риск завоздушить систему при замене фильтра. Ликвидация последствий этого требует не только с дополнительных материальных затрат, но и времени.

Оптико-эмиссионные приборы с системой вакуумирования

Система вакуумирования позволяет получить низкую остаточную концентрацию кислорода, которая во много раз ниже, чем в открытой системе декислородизации, и сопоставима с лучшими результатами, полученными в замкнутых. Следует отметить, что при этом нет необходимости использования инертного газа.

Такая система удаления кислорода применяется в наиболее совершенных спектральных приборах. В них установлен масляный насос, который дополняется специальными ловушками для масла. Кроме этого, предусмотрен клапан, который при аварийном отключении электропитания, не допускает повреждения спектрометра маслом в результате его проникновения в вакуумную магистраль.

Двухступенчатые масляные форвакуумные насосы - наиболее предпочтительное оборудование по сравнению безмасляными мембранными моделями. Они имеют сопоставимую стоимость, но при этом в десятки раз превосходят последние по степени удаления кислорода, а также обладают значительным ресурсом и намного проще в обслуживании.

Универсальные настольные и стационарные спектрометры Искролайн 100/300 - отличные образцы приборов, в которых для удаление кислорода реализована система вакуумирования. Они способны определять более 70 элементов, в число которых входят углерод, сера и фосфор, с пределом детектирования до 0,0001% Приборы позволяют быстро и точно проводить спектральный анализ сталей, и отличаются высоким спектральным разрешением, высокой сходимостью результатов измерений и высоким качеством изготовления.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает кулонометрический метод определения углерода (при массовой доле углерода от 0,002 % до 2,00 %) и метод инфракрасной спектроскопии (при массовой доле углерода от 0,001 % до 2,00 %) в легированных и высоколегированных сталях.

Допускается определение углерода методом инфракрасной абсорбционной спектроскопии по международному стандарту ИСО 9556:1989, приведенному в приложении А.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 546-2001 Катоды медные. Технические условия

ГОСТ 860-75 Олово. Технические условия

ГОСТ 2603-79 Ацетон. Технические условия

ГОСТ 4470-79 Марганца (IV) окись. Технические условия

ГОСТ 5583-78 (ИСО 2046-73) Кислород газообразный технический и медицинский. Технические условия

ГОСТ 9147-80 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия

ГОСТ 13610-79 Железо карбонильное радиотехническое. Технические условия

ГОСТ 16539-79 Меди (II) оксид. Технические условия

ГОСТ 28473-90 Чугун, сталь, ферросплавы, хром, марганец металлические. Общие требования к методам анализа

3 Общие требования

Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 28473.

4 Кулонометрический метод определения углерода

4.1 Сущность метода

Метод основан на сжигании навески стали в токе кислорода в присутствии плавня при температуре 1300 °С - 1400 °С, поглощении образовавшейся двуокиси углерода поглотительным раствором с определенным начальным значением рН и последующем измерении (на установке для кулонометрического титрования) количества электричества, затраченного для восстановления исходного значения рН, которое пропорционально массовой доле углерода в навеске пробы.

4.2 Аппаратура

Установка для определения массовой доли углерода кулонометрическим методом (рисунок 1).

1 - баллон с кислородом (чистотой не менее 95 %) по ГОСТ 5583 (допускается использование кислорода
из кислородопровода); 2, 3 - редукторы, понижающие давление кислорода;
4 - ротаметр с пневматическим регулированием подачи кислорода (от 0,2 до 2,0 дм 3 /мин);
5 - трубка огнеупорная муллитокремнеземистая, предназначенная для сжигания навески; 6 - трубчатая
печь, обеспечивающая температуру до 1400 °С; 7 - фильтр-поглотитель, заполненный ватой для очистки
продуктов сгорания от твердых частиц окислов; 8 - датчик экспресс-анализатора; 9 - электродная пара
рН-метра; 10 - авторегулирующее устройство кулонометрического титрования; 11 - цифровое табло;
12 - анодный отсек датчика; 13 - целлофановая перегородка между датчиками; 14 - катодный отсек
датчика; 15 - трубка огнеупорная муллитокремнеземистая, предназначенная для горячей очистки
кислорода (при определении углерода с массовой долей более 0,03 % горячую очистку кислорода можно
не применять); 16 - колонка, заполненная аскаритом для очистки кислорода от углекислого газа

Рисунок 1 - Кулонометрическая установка

Допускается использование установок любого типа, в том числе в комплекте с автоматическими весами (корректором массы), обеспечивающими точность результатов анализа, предусмотренную настоящим стандартом.

При использовании автоматических весов погрешность измерения массы навески не должна превышать ±0,001 г.

Лодочки фарфоровые по ГОСТ 9147 или другому нормативному документу, предварительно прокаленные в токе кислорода при рабочей температуре.

При определении углерода менее 0,05 % лодочки прокаливают непосредственно перед проведением анализа, охлаждают до комнатной температуры и хранят в эксикаторе.

Трубчатая печь сопротивления, обеспечивающая температуру до 1400 °С. Допускается применение индукционных печей.

Крюк из жаропрочной низкоуглеродистой стали длиной 300 - 600 мм, диаметром 3 - 5 мм.

4.3 Реактивы и растворы

Поглотительный и вспомогательный растворы в соответствии с типом применяемой кулонометрической установки.

Плавни: железо карбонильное радиотехническое по ГОСТ 13610, ос. ч., олово по ГОСТ 860, окись меди по ГОСТ 16539, медь металлическая по ГОСТ 546.

Допускается применение других плавней.

Эфиры: сернокислый (медицинский) или диэтиловый эфир.

Допускается применение других летучих органических растворителей: ацетон по ГОСТ 2603, хлороформ.

Марганца двуокись по ГОСТ 4470.

4.4 Подготовка к анализу

Перед проведением анализа установку приводят в рабочее состояние в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору.

Перед началом работы, а также после замены муллитокремнеземистых трубок сжигают две - три произвольные навески стали с массовой долей углерода 1,00 %.

При определении углерода в материалах с высокой массовой долей серы (автоматная сталь) для устранения влияния двуокиси серы применяют двуокись марганца или гидроперит, помещенные в фильтр-поглотитель 7.

Градуировку прибора проводят по стандартным образцам углеродистых сталей.

4.5 Проведение анализа

При анализе легированных сталей навеску стали массой 0,25 - 0,50 г (в зависимости от массовой доли углерода в стали и ее химического состава) помещают в прокаленную фарфоровую лодочку и прибавляют 0,5 - 1,0 г меди или железа, или другого плавня.

При анализе высоколегированных сталей применяют 1,5 г смеси плавней, состоящих из олова и железа или окиси меди и железа, взятых в обоих случаях в соотношении 1:2.

При массовой доле углерода в стали менее 0,20 % навеску рекомендуется предварительно промывать эфиром или другим летучим органическим растворителем и высушивать на воздухе.

Лодочку с навеской металла и плавня помещают в наиболее нагретую часть фарфоровой трубки, которую быстро закрывают металлическим затвором: нажимают на клавишу «сброс», при этом показания индикаторного цифрового табло устанавливают на «нуль».

В процессе сжигания навески металла на цифровом табло идет непрерывный счет.

Анализ считается законченным, если показание на табло не изменяется в течение одной минуты или изменяется на величину холостого счета прибора.

Для внесения соответствующей поправки в результат анализа пробы проводят контрольный опыт. Для этого в прокаленную фарфоровую лодочку помещают соответствующий плавень и сжигают его при рабочей температуре в течение времени, затрачиваемого на сжигание навески анализируемого материала. Продолжительность измерения (сжигания навески металла) - 1,5 - 3 мин в зависимости от химического состава анализируемого материала.

4.6 Обработка результатов

4.6.1 Массовую долю углерода С, %, вычисляют по формуле

(1)

где m ₁ - масса навески, при которой отградуирован прибор, г;

а - показания прибора, полученные в результате сжигания навески анализируемого материала, %;

a ₁ - среднеарифметическое значение показаний прибора, полученное в результате сжигания плавня при проведении контрольного опыта, %;

т - масса анализируемой навески металла, г.

При использовании прибора с автоматическими весами (корректором массы) массовую долю углерода С, %, вычисляют по следующей формуле

С = а - а₁. (2)

4.6.2 Нормативы оперативного контроля сходимости, воспроизводимости и точности определения массовой доли углерода приведены в таблице 1.

Методы определения углерода в сталях

СТАЛИ ЛЕГИРОВАННЫЕ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ

Методы определения углерода

Alloyed and high-alloyed steels. Methods for determination of carbon

МКС 77.040.30
ОКСТУ 0709

Дата введения 2004-09-01

1 РАЗРАБОТАН Российской Федерацией, Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 145 "Методы контроля металлопродукции"

ВНЕСЕН Госстандартом России

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

3 Приложение А настоящего стандарта соответствует международному стандарту ИСО 9556:1989* "Сталь и чугун. Определение массовой доли общего углерода. Метод инфракрасной абсорбционной спектроскопии после сжигания пробы в индукционной печи" в части области распространения, сущности метода и отбора проб

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 20 января 2004 г. N 24-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 12344-2003 введен в действие непосредственно в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 сентября 2004 г.

ПЕРЕИЗДАНИЕ (по состоянию на апрель 2008 г.)

Настоящий стандарт устанавливает кулонометрический метод определения углерода (при массовой доле углерода от 0,002% до 2,00%) и метод инфракрасной спектроскопии (при массовой доле углерода от 0,001% до 2,00%) в легированных и высоколегированных сталях.

4.1 Сущность метода

4.2 Аппаратура

Установка для определения массовой доли углерода кулонометрическим методом (рисунок 1).

1 - баллон с кислородом (чистотой не менее 95%) по ГОСТ 5583 (допускается использование кислорода из кислородопровода); 2, 3 - редукторы, понижающие давление кислорода; 4 - ротаметр с пневматическим регулированием подачи кислорода (от 0,2 до 2,0 дм/мин); 5 - трубка огнеупорная муллитокремнеземистая, предназначенная для сжигания навески; 6 - трубчатая печь, обеспечивающая температуру до 1400 °С; 7 - фильтр-поглотитель, заполненный ватой для очистки продуктов сгорания от твердых частиц окислов; 8 - датчик экспресс-анализатора; 9 - электродная пара рН-метра; 10 - авторегулирующее устройство кулонометрического титрования; 11 - цифровое табло; 12 - анодный отсек датчика; 13 - целлофановая перегородка между датчиками; 14 - катодный отсек датчика; 15 - трубка огнеупорная муллитокремнеземистая, предназначенная для горячей очистки кислорода (при определении углерода с массовой долей более 0,03% горячую очистку кислорода можно не применять); 16 - колонка, заполненная аскаритом для очистки кислорода от углекислого газа

При определении углерода менее 0,05% лодочки прокаливают непосредственно перед проведением анализа, охлаждают до комнатной температуры и хранят в эксикаторе.

Крюк из жаропрочной низкоуглеродистой стали длиной 300-600 мм, диаметром 3-5 мм.

4.3 Реактивы и растворы

Плавни: железо карбонильное радиотехническое по ГОСТ 13610, ос.ч., олово по ГОСТ 860, окись меди по ГОСТ 16539, медь металлическая по ГОСТ 546.

4.4 Подготовка к анализу

Перед началом работы, а также после замены муллитокремнеземистых трубок сжигают две-три произвольные навески стали с массовой долей углерода 1,00%.

4.5 Проведение анализа

При анализе легированных сталей навеску стали массой 0,25-0,50 г (в зависимости от массовой доли углерода в стали и ее химического состава) помещают в прокаленную фарфоровую лодочку и прибавляют 0,5-1,0 г меди или железа, или другого плавня.

При массовой доле углерода в стали менее 0,20% навеску рекомендуется предварительно промывать эфиром или другим летучим органическим растворителем и высушивать на воздухе.

Лодочку с навеской металла и плавня помещают в наиболее нагретую часть фарфоровой трубки, которую быстро закрывают металлическим затвором: нажимают на клавишу "сброс", при этом показания индикаторного цифрового табло устанавливают на "нуль".

Для внесения соответствующей поправки в результат анализа пробы проводят контрольный опыт. Для этого в прокаленную фарфоровую лодочку помещают соответствующий плавень и сжигают его при рабочей температуре в течение времени, затрачиваемого на сжигание навески анализируемого материала. Продолжительность измерения (сжигания навески металла) - 1,5-3 мин в зависимости от химического состава анализируемого материала.

4.6 Обработка результатов

4.6.1 Массовую долю углерода , %, вычисляют по формуле

где - масса навески, при которой отградуирован прибор, г;

- показания прибора, полученные в результате сжигания навески анализируемого материала, %;

- среднеарифметическое значение показаний прибора, полученное в результате сжигания плавня при проведении контрольного опыта, %;

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

ГОСТ 4470-79 Марганца ( IV ) окись. Технические условия

ГОСТ 16539-79 Меди ( II ) оксид. Технические условия

3 Общие требования

4 Кулонометрический метод определения углерода

Установка для определения массовой доли углерода кулонометрическим методом (рисунок 1 ).

1 - баллон с кислородом (чистотой не менее 95 %) по ГОСТ 5583 (допускается использование кислорода из кислородопровода); 2, 3 - редукторы, понижающие давление кислорода; 4 - ротаметр с пневматическим регулированием подачи кислорода (от 0,2 до 2,0 дм 3 /мин); 5 - трубка огнеупорная муллитокремнеземистая, предназначенная для сжигания навески; 6 - трубчатая печь, обеспечивающая температуру до 1400 °С; 7 - фильтр-поглотитель, заполненный ватой для очистки продуктов сгорания от твердых частиц окислов; 7 - датчик экспресс-анализатора; 9 - электродная пара рН-метра; 10 - авторегулирующее устройство кулонометрического титрования; 11 - цифровое табло; 12 - анодный отсек датчика; 13 - целлофановая перегородка между датчиками; 14 - катодный отсек датчика; 15 - трубка огнеупорная муллитокремнеземистая, предназначенная для горячей очистки кислорода (при определении углерода с массовой долей более 0,03 % горячую очистку кислорода можно не применять); 16 - колонка, заполненная аскаритом для очистки кислорода от углекислого газа

При использовании автоматических весов погрешность измерения массы навески не должна превышать ± 0,001 г.

При определении углерода в материалах с высокой массовой долей серы (автоматная сталь)

для устранения влияния двуокиси серы применяют двуокись марганца или гидроперит, помещенные в фильтр-поглотитель 7.

а - показания прибора, полученные в результате сжигания навески анализируемого материала, %;

Физико-химические методы определения общего содержания углерода в материалах металлургического производства

Определение углерода в металлах / П. Я. Яковлев, Е. Ф. Яковлева, А. И. Оржеховская. - Москва : Металлургия, 1972.

Яковлев Павел Яковлевич

Для определения общего содержания углерода в сталях, сплавах, ферросплавах и других материалах металлургического производства известно много методов, которые в большинстве случаев отличаются друг от друга лишь различными вариантами окончания анализа. Все методы определения углерода условно можно классифицировать на химические, физико-химические и физические методы

На точность определения углерода физико-химическими методами и на полноту его выгорания из навески металла влияет целый ряд факторов: метод отбора и подготовки проб, химический состав и однородность металла, величина навески анализируемого металла, температура и продолжительность ее сжигания, полнота поглощения двуокиси углерода, характер плавней, скорость пропускания кислорода, качество и чистота по содержанию углерода керамических трубочек и лодочек, реактивов, кислорода, плавней и т. д. Кроме перечисленных факторов, на точность анализа влияет и присутствие различных элементов, таких как сера, фосфор, хлор, молибден, вольфрам, хром, кремний и др. Поэтому при определении углерода химическими и физико-химическими методами все перечисленные и другие факторы необходимо учитывать и по возможности устранять их отрицательное влияние на процесс определения углерода.

Химические методы определения углерода основаны на окислении его до двуокиси углерода в растворах. Значительным достижением при определении общего содержания углерода в различных материалах металлургического производства явилась замена химических методов физико-химическими, основанными на методах сжигания. Эти методы основаны на сжигании или окислении навески металла в атмосфере кислорода при 1100-1400°С. При этом углерод независимо от состояния, в котором он находится, практически количественно окисляется до двуокиси углерода, которую определяют одним из следующих методов: гравиметрическим, газометрическим, кондуктометрическим, потенциометрическим, кулонометрическим, титриметрическим, фотометрическим, методами вымораживания и окислительной плавки в вакууме, а также измерения теплопроводности газов и другими.

Методы отбора проб для определения углерода в сталях, сплавах и ферросплавах

Точное определение углерода в значительной степени зависит от правильности отбора средней пробы. Эта операция является не менее важной, чем выполнение самого анализа.

Методы отбора проб различных материалов сильно отличаются друг от друга и могут быть как простыми, так и очень сложными. Чтобы правильно получить среднюю пробу, необходимо стружку металла брать из разных мест образца: с поверхности, из середины, на разных глубинах и в разных сечениях. Особенно серьезное внимание надо обращать на взятие средней пробы материала, находящегося в слитках и заготовках, в которых возможна ликвация. Это прежде всего относится к ферросплавам. Ферросплавы по степени их неоднородности и физическим свойствам можно разделить на следующие группы:

1. Сплавы группы ферросилиция (силикохром, силикомарганец и другие) — хрупкие, сильно ликвирующие.

2. Сплавы, ликвирующие в меньшей степени, трудно дробящиеся (феррохром высокоуглеродистый и малоуглеродистый, феррохром с повышенным содержанием кремния, ферромарганец высоко и мало углеродистый и др.).

3. Сплавы твердые, неоднородные, хрупкие, трудно дробимые (ферровольфрам, ферротитан, ферромолибден, ферроцирконий и др.).

4. Сплавы вязкие, трудно дробимые, но подвергающиеся сверлению (феррохром с малым содержанием углерода, а также феррованадий).

При выплавке ферросплавов, относящихся к первой и третьей группам, получают слитки, обладающие наибольшей неоднородностью по химическому составу, что особенно усложняет отбор средней пробы. Так, например, было установлено, что верхний слой слитка силикохрома имеет повышенное содержание углерода, а в кусках ферровольфрама, взятых из разных мест одного и того же слитка, содержание углерода колебалось от 0,47 до 2,31%, в другом куске - от 0,39 до 1,70%. При определении содержания углерода в одном из слитков ферромолибдена, полученных в электропечи, оказалось, что все куски, отобранные от разных мест слитка, имеют различное содержание углерода, %: 0,09; 1,01; 0,89; 0,22; 0,09; 0,08; 0,20; 1,67 и 0,40 С. Аналогичная картина наблюдалась при анализе проб одного слитка ферротитана, отобранных от верха и низа слитка, что показано в табл. 7.

Таблица 7. Результаты анализа проб, отобранных от разных мест слитка ферротитана, %

Явление неоднородности может быть объяснено ликвацией во время остывания слитка. Поэтому, чтобы взять правильно среднюю пробу от слитков ферросплавов, необходимо отобрать оптимальное количество кусков и при первом же дроблении измельчить их до порошка. Для измельчения применяют стальную ступку с входящими в нее металлическим полым цилиндром и пестиком из закаленной хромоникелевой стали.

При выплавке ферросплавов, относящихся ко второй группе (феррохром, ферромарганец, ферросилиций), отбор проб в них несколько упрощен. При отборе проб феррохрома достаточно отобрать от каждого слитка из партии по одному куску и насверлить стружку в разных местах. Сверление производят на глубину 10-15 мм. Для получения стружки по всему вертикальному сечению слитка лучше пользоваться поперечно-строгальными и фрезерными станками, но не сверлильными. Полученную стружку «отмагничивают» для освобождения пробы от шлака, а затем дробят и хорошо перемешивают. Анализ этой стружки будет характеризовать определенный слиток феррохрома в партии. Феррохром, содержащий 2-3%С, сверлению не поддается. В этих случаях пробы готовят путем дробления их пневматическим молотком или на лабораторной дробилке.

Для контрольного анализа пробу от слитка ферросплава кусками массой 1 кг отбирают в трех точках на kинии, делящей слиток по длине пополам. Высота отдельных кусков должна быть равна толщине слитка. От этих кусков ударами молотка отбивают более мелкие куски, которые и будут представлять среднюю пробу от слитка. Затем пробу дробят до размера частиц 5-6 мм. Дробление до кусочков более крупного размера может привести к ошибкам при квартовании.

При обработке пробы высокоуглеродистого феррохрома нужно иметь в виду, что при ее измельчении в первую очередь дробятся участки с высоким содержанием углерода и в последнюю очередь с низким его содержанием. Остатки пробы, бедные углеродом, часто совсем не истираются, а сплющиваются в листочки, которые не проходят через сито. Эту часть материала не следует отбрасывать, а необходимо исследовать отдельно и результат учитывать в основном анализе. '

Отдельные фракции измельченного феррохрома имеют совершенно различный химический состав, причем первые фракции содержат больше углерода, а последние — меньше. Результаты анализа пяти отдельных фракций пробы феррохрома и его средней пробы приведены в табл. 8.

Таблица 8. Результаты анализа проб феррохрома из отдельных фракций, %

Учитывая неравномерность распределения различных видов соединений, входящих в состав высокоуглеродистого феррохрома, при подготовке пробы необходимо уделять исключительное внимание тщательному квартованию образующейся при дроблении мелочи. Основная масса слитков малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома достаточно однородна, но в некоторых слитках большого сечения, остывших под слоем шлака, можно наблюдать значительную неоднородность, которая чаще обнаруживается по вертикальному сечению слитка. Причем углерод и фосфор, как это видно из табл. 9, ликвируют в направлении к верху слитка.

Таблица 9. Результаты анализа малоуглеродистого феррохрома, полученные при отборе проб из различных мест слитка

Читайте также: