鋼中氧化物快速測定方法技術

本發明專利技術屬于應用熱方法測試或分析材料領域。主要涉及鋼中氧化物的測定。本發明專利技術所述的方法是利用鋼中各種氧化物熔點的不同，氧從氧化物釋放出來生成ＣＯ的順序也不同，生成ＣＯ先后轉換成電壓信號和數字信號，由圖形顯示氧的釋放曲線。各種釋放曲線按照預先輸入微機中的多種單一氧化物樣品氧的釋放曲線比較，確定氧化物種類及其含量。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于應用熱方法測試或分析材料領域。主要涉及鋼中氧化物的測定。鋼中夾雜物的類型、分布、數量與鋼的各種性能密切相關，它們的存在直接影響鋼材的應用。所以，該項數據是鋼質量評估中不可缺少的重要組成部分。煉鋼過程實質上是一種凈化或成分調整過程，通過元素間相互的氧化還原反應去除有害雜質元素，將某些有利元素添加到鋼中使其達到優化鋼性能的目的。冶煉前期需要吹氧提升溫度、調整碳量和去除雜質，此后又需加入不同的脫氧劑盡可能多的去除氧，由于鋼種成分的差異，所用脫氧劑的不同，以及加入順序的差異，其脫氧產物也就變得復雜，有些夾雜物容易上浮可去除，有的隨著溫度的降低則殘存在鋼中；從冶煉到成材的整個過程都是在高溫下進行，并無時不與大氣接觸，尤其是澆鑄成型以及冷卻過程也同樣在大氣下進行，可以說氧化反應始終伴隨著凝固過程，我們稱之為“二次氧化”。其產物也有部分殘留于鋼中；煉鋼全過程鋼液接觸大量耐火材料和多種渣系，它們為各種不同氧化物組成，高溫的鋼水常會浸蝕它們并混入或卷入鋼液，即外來夾雜。由此不難看出，氧化物的成因是復雜的，因而測定也是困難的。現代冶金技術的進步，煉鋼技術得到飛速的發展，生產優質鋼可采用一系列的先進工藝措施來防止氧化、卷渣等，如采用了真空處理和鋼包精煉的爐外精煉(RH，LF，VOD等)，在真空、惰性氣氛或可控氣氛下進行脫氧、脫硫、去除夾雜、夾雜物變性、微調成分、控制鋼水溫度等。在鑄錠方面，現代的連鑄技術已普遍采用，其過程的氧化防護也尤為重要，相關的新工藝也層出不窮；此外，各種過程渣、保護渣以及耐火材料的選擇及應用效果等工藝的變化，均需要通過檢測鋼中氧化物來確認，尤其是對能及時反映其變化趨勢的臨線快速方法更為需要。國內外幾十年來傳統的氧化物定量方法是采用濕法化學或電化學的方法，以及二者組合，將氧化物和其它化合物從鋼中一起提取出來；然后用化學法將混合相分離，保留氧化物，去除其它相；最后測定氧化物的形成元素進行定量。該方法流程長、費時間(約需7-10天)，不能滿足現場過程分析的需要。(《鋼中氣體、夾雜物及碳化物的分析》下冊，P132-168，冶金工業出版社，1961年出版)中國專利ZL93105550.4提供了一種超細粉不同狀態氧的測量方法，可測量材料中各種狀態的氧，但不能測定鋼中的氧化物。本專利技術的目的在于提供快速而準確，又能反映過程變化趨勢的。針對上述目的，本專利技術所述的是根據鋼中各種氧化物的熱力學穩定性存在的差異，當鋼樣置于石墨坩堝中進行加熱時，氧化物被坩堝的C還原，生成CO的順序是不同的，但這種按順序釋放的曲線不是完全分隔開的，本專利技術根據能量跟蹤的加熱方式，可以把鋼中氧化物中氧的釋放曲線分隔，然后將釋放曲線與試驗前測定的各種含單一氧化物的釋放曲線進行比較，根據釋放曲線出峰位置，確定氧化物的類型，釋放曲線所轄的面積積分，與預先存入計算機的氧標準值比較即為氧化物的含量。現根據附圖對本專利技術作詳細說明。附附圖說明圖1為本專利技術采用的測試裝置示意圖。附圖1中，1為氬氣瓶，2為分子篩，3為聯合凈化管，4為脈沖加熱爐及坩堝，5為脈沖電流發生器，6為玻璃毛過濾器，7為Mg(ClO4)2干燥管，8為紅外光吸收儀，9為A/D轉換，10為微機，21、22為壓力表，31、32、33為針形閥，41、42、43為電磁閥，51、52、53為流量計。即本專利技術鋼中氧化物快速測定新方法的實驗裝置由上述零部件組成。再配置相應的“能量跟蹤”軟件控制實驗全程。氬氣瓶1為氬氣源，作為氧化物熔融還原后產生的CO的載氣；分子篩2和聯合凈化管3用于過濾氬氣和消除其它氣體；脈沖加熱爐及坩堝4用于加熱試樣；脈沖電流發生器5用于產生和控制脈沖電流；玻璃毛過濾器6用于凈化氣體；Mg(ClO4)2干燥管7用于干燥氣體；紅外光吸收儀8的功能是吸收氣體(CO)信號，并轉化為電壓信號輸出，經A/D轉換成數字信號，再傳遞到微機；分子篩2、玻璃毛過濾器6和聯合凈化器3的作用是將氬氣中可能存在的CO氧化成CO2，并吸收掉，即凈化載氣(Ar)和降低系統空白。本專利技術所述的在附圖1所示的測試裝置上進行，其具體的測定方法包括如下步驟、首先在2500℃高溫下，用氬氣流清洗整個測試裝置和管路，包括脈沖加熱爐及石墨坩堝(4)；、將需測試的試樣放入坩堝中，并通過微機(10)啟動脈沖電流發生器(5)，使脈沖加熱爐及坩堝(4)升溫，將鋼試樣加熱熔化成鋼液；、鋼液中的氧化物的氧與石墨坩堝(4)中的C發生反應生成CO，CO由氬氣攜載，進入紅外光吸收儀(8)，并轉換成電壓信號，經A/D轉換器9轉換成數字信號，進入微機(10)中；、利用鋼中各種氧化物的熔點不同，氧化物中的氧與坩堝中的C的還原反應，生成CO的溫度和時間不同，故氧從氧化物中釋放出來生成CO的順序也不同；、鋼試樣熔化后繼續加熱，氧化物中的氧開始被C還原生成CO，先后轉換成電壓信號和數字信號，當數字信號達到50-120時，圖形顯示氧的釋放曲線，同時，開始保溫；、當釋放曲線達到最高峰值，并開始回落時，采用能量(即熱量)跟蹤方式繼續加熱。當釋放曲線開始回落時，為了使該氧化物中的氧充分釋放，第二個氧化物中的氧受到抑制，故需保持熱量恒定，根據焦耳定律，熱量Q=I2Rt(I為電流，R為坩堝電阻，t為時間)，要使熱量Q恒定，在t持續延長的情況，只有降低電流，克服因時間延長使能量變大的趨勢。這種避免第一個釋放曲線未結束，第二個釋放曲線已開始出現的峰形重疊現象所采用的加熱方式稱為能量跟蹤。為達到此目的，需降低加熱電流，電流下降速度為0.05-0.3A/sec，當峰值回落至最高峰值的3/10-8/10時，又開始升溫，接著就開始出現第二個氧化物氧的釋放曲線；如此反復，可以測定各種氧化物的釋放曲線。、進入微機的各種釋放曲線，按照預先輸入微機中的模擬函數，由微機進行解卷處理，將釋放曲線中的重疊的部分峰形分開；、試驗前，首先測定鋼中各種含單一氧化物樣品氧的釋放曲線，并儲存于測試裝置的微機中；、將所測定的氧化物氧的釋放曲線與預先儲存于微機中各種單一氧化物樣品氧的釋放曲線比較，由對應的釋放曲線的出峰位置確定氧化物種類，由釋放曲線所轄面積積分與預先存入計算機的氧標準值比較，確定氧化物的含量。至此，完成鋼中氧化物的測定。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點(1)、測定速度快，只需5分鐘便可完成一個鋼樣中的氧化物測定，而現有技術的濕法化學或電化學方法則需7-10天。費用和人力也大為節省。(2)、能測定不穩定的Fe、Mn氧化物(傳統方法測試中，它們會被試劑溶融而測不到)。因此，可反映精煉過程中二次氧化的情況；也可即時了解氧化夾雜的改性情況。以上兩點，對于實施現場分析，進行過程控制極為重要。實施例1-6實施1-實施6是根據本專利技術所述的測定方法，對6種含單一氧化物或復合氧化物的鋼樣式測定其氧化物中氧的釋放曲線。測定結果如圖2-圖7所示，圖2-圖7分別為含Al2O3、FeO·Al2O3、MgO·Al2O3、SiO2、MnO·SiO2的鋼樣中氧化物氧的釋放曲線。為了驗證本專利技術所述的測定方法對鋼樣氧化物中氧的釋放曲線的準確性，在測量釋放曲線的同時，在同鋼樣中另取樣，利用X-射線衍射方法確定鋼樣的氧化物類型，測量結果的衍射圖如圖8-圖13所示。圖2-圖7氧化物中氧釋放曲線與圖8-圖1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋼中氧化物快速測定方法，在氧化物快速測定裝置上進行，具體測定方法包括如下步驟：［１］、首先在２５００℃高溫下，用氬氣流清洗整個測試裝置和管路，包括脈沖加熱爐及石墨坩堝（４）；［２］、將需測試的試樣放入坩堝中，并通過微機（１０）啟 動脈沖電流發生器（５），使脈沖加熱爐及坩堝（４）升溫，將鋼試樣加熱熔化成鋼液；［３］、鋼液中的氧化物中的氧與石墨坩堝（４）中的Ｃ發生反應生成ＣＯ，ＣＯ由氬氣攜載，進入紅外光吸收儀（８），并轉換成電壓信號，經Ａ／Ｄ轉換器９轉換成數字信號， 進入微機（１０）中；其特征在于：（１）、利用鋼中各種氧化物的熔點不同，氧化物中的氧與坩堝中的Ｃ產生還原反應，生成ＣＯ的溫度和時間不同，故氧從氧化物中釋放出來生成ＣＯ的順序也不同；（２）、鋼試樣熔化后繼續加熱，氧化物中的氧開始被Ｃ 還原生成ＣＯ，先后轉換成電壓信號和數字信號，當數字信號達到５０－１２０時，圖形顯示氧的釋放，同時，開始保溫；（３）、當釋放曲線達到最高峰值，并開始下落時，控制加熱容量，降低加熱的電流，電流下降速度為０．０５－０．３Ａ／ｓｅｃ；（４） 、在釋放曲線的峰值回落過程中，當峰值回落到最高峰值的３／１０－８／１０時，又開始提高加熱電流，即又開始升溫；（５）、當重新開始升溫，新的數字信號達到５０－１２０時，通過控制加熱電流，又開始第二次保溫，即第二種氧化物的氧開始釋放，開始形成 新的釋放曲線，當該釋放曲線達到最高峰值，并開始下落時，降低加熱電流，電流下降速度為０．０５－０．３Ａ／ｓｅｃ，當峰值回落至最高峰值的３／１０－８／１０時，又開始升溫，接著就開始出現第三種氧化物的氧的釋放曲線；（６）、進入微機的各種釋放曲 線，按照預先輸入微機中的模擬函數，由微機進行解卷處理，將釋入曲線中的重疊的部分峰形分開；（７）、試驗前，首先測定鋼中各種含單一氧化物樣品氧的釋放曲線，并儲存于測試裝置的微機中；（８）、將所測定的氧化物氧的釋放曲線與預先儲存于微中各種 單一氧化物樣品的氧釋放曲線比較，由對應的釋放曲線的出峰位置確定氧化物種類，由釋放曲線所轄面積積分與預先存入計算機的氧標準值比較確定氧化物的含量，至此，完成鋼中氧化物的測定。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈汝美，陳名浩，
申請(專利權)人：鋼鐵研究總院，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]