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Wie bestimmt man den Kohlenstoffgehalt in Stahl?

  Beim Frischen von Stahl wird der Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze im Vakuumofen oft in Echtzeit kontrolliert. Einige Gelehrte der metallurgischen Industrie haben ein Beispiel für die Verwendung der Abgasinformationen zur Abschätzung der Kohlenstoffkonzentration vorgestellt: Der Verbrauch, die Konzentration und die Durchflussrate von Sauerstoff und Argon im Vakuumbehälter während des Prozesses der Vakuumentkohlung wurden zur Abschätzung verwendet Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze.

  Es gibt auch vom Benutzer entwickelte Methoden und zugehörige Instrumente für die schnelle Bestimmung von Kohlenstoffspuren in geschmolzenem Stahl: Trägergas wird in den geschmolzenen Stahl gepumpt und der oxidierte Kohlenstoff aus dem Trägergas wird verwendet, um den Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahls abzuschätzen. Ein ähnliches Online-Analyseverfahren ist für das Qualitätsmanagement und die Leistungskontrolle im Stahlherstellungsprozess geeignet.

  • Infrarotabsorption

Das auf der Infrarot-Absorptionsmethode basierende Verbrennungs-Infrarot-Absorptionsverfahren gehört zu den Spezialverfahren zur quantitativen Analyse von Kohlenstoff (und Schwefel).

Das Prinzip besteht darin, die Probe im Sauerstoffstrom zu verbrennen, um CO2 zu erzeugen. Unter einem bestimmten Druck ist die von CO2 absorbierte Energie direkt proportional zu seiner Konzentration. Daher kann der Kohlenstoffgehalt berechnet werden, indem die Energieänderung von CO2-Gas vor und nach dem Durchströmen des Infrarotabsorbers gemessen wird.

In den letzten Jahren hat sich die Infrarot-Gasanalysetechnologie schnell entwickelt, und verschiedene Analyseinstrumente, die die Prinzipien der Hochfrequenz-Induktionserwärmungsverbrennung und der Absorption des Infrarotspektrums verwenden, erscheinen ebenfalls schnell. Für die Bestimmung von Kohlenstoff und Schwefel durch Hochfrequenz-Verbrennungs-Infrarot-Absorptionsverfahren sollten im Allgemeinen die folgenden Faktoren berücksichtigt werden: Probentrockenheit, elektromagnetische Empfindlichkeit, geometrische Größe, Probengröße, Art, Verhältnis, Zugabereihenfolge und -menge des Flussmittels, die Einstellung von Blindwert usw.

Das Verfahren hat die Vorteile einer quantitativen Genauigkeit und einer geringeren Interferenz. Geeignet für Benutzer, die hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Kohlenstoffgehalts haben und genügend Zeit für Tests während der Produktion haben.

  • Emissionsspektrometrie 

Wenn ein Element durch Wärme oder Elektrizität angeregt wird, geht es vom Grundzustand in einen angeregten Zustand über, der spontan in den Grundzustand zurückkehrt. Bei der Rückkehr vom angeregten Zustand in den Grundzustand werden die charakteristischen Spektrallinien jedes Elements freigesetzt, und ihr Inhalt kann entsprechend der Stärke der charakteristischen Spektrallinien bestimmt werden.

In der metallurgischen Industrie erfordert die Dringlichkeit der Produktion die Analyse aller wichtigen Elemente im Wasser, nicht nur des Kohlenstoffgehalts, in sehr kurzer Zeit. Das Funken-Emissionsspektrometer mit Direktablesung ist aufgrund seiner schnellen und stabilen Ergebnisse zur ersten Wahl in dieser Branche geworden. Dieses Verfahren stellt jedoch spezifische Anforderungen an die Probenvorbereitung.

Beispielsweise ist es bei der Analyse von Gusseisenproben durch Funkenspektroskopie erforderlich, dass der Kohlenstoff auf der Analyseoberfläche in Form von Carbiden vorliegt und kein freies Graphit gefunden werden kann, da sonst die Analyseergebnisse beeinträchtigt werden. Der Kohlenstoffgehalt im Gusseisen wurde durch das Funkenspektrum-Analyseverfahren bestimmt, nachdem die Probe zu einem dünnen Abschnitt verarbeitet worden war, indem die Eigenschaften des schnellen Abkühlens und des guten Weißwerdens verwendet wurden.

Bei der Analyse von Kohlenstoffstahldrahtproben durch SPARK-Spektrometrie sollten die Proben streng verarbeitet werden und die Proben sollten auf dem Funkentisch „aufrecht“ oder „flach“ mit kleinen Probenanalysevorrichtungen platziert werden, um die Genauigkeit der Analyse zu verbessern.

  • Emissionsspektrometrie

Wenn ein Element durch Wärme oder Elektrizität angeregt wird, geht es vom Grundzustand in einen angeregten Zustand über, der spontan in den Grundzustand zurückkehrt. Bei der Rückkehr vom angeregten Zustand in den Grundzustand werden die charakteristischen Spektrallinien jedes Elements freigesetzt, und ihr Inhalt kann entsprechend der Stärke der charakteristischen Spektrallinien bestimmt werden.

In der metallurgischen Industrie erfordert die Dringlichkeit der Produktion die Analyse aller wichtigen Elemente im Wasser, nicht nur des Kohlenstoffgehalts, in sehr kurzer Zeit. Das Funken-Emissionsspektrometer mit Direktablesung ist aufgrund seiner schnellen und stabilen Ergebnisse zur ersten Wahl in dieser Branche geworden. Dieses Verfahren stellt jedoch spezifische Anforderungen an die Probenvorbereitung.

Beispielsweise ist es bei der Analyse von Gusseisenproben durch Funkenspektroskopie erforderlich, dass der Kohlenstoff auf der Analyseoberfläche in Form von Carbiden vorliegt und kein freies Graphit gefunden werden kann, da sonst die Analyseergebnisse beeinträchtigt werden. Der Kohlenstoffgehalt im Gusseisen wurde durch das Funkenspektrum-Analyseverfahren bestimmt, nachdem die Probe zu einem dünnen Abschnitt verarbeitet worden war, indem die Eigenschaften des schnellen Abkühlens und des guten Weißwerdens verwendet wurden. Wellenlängendispersives Röntgenverfahren

Wellenlängendispersive Röntgenanalysatoren ermöglichen eine schnelle simultane Bestimmung mehrerer Elemente.

Unter Röntgenanregung durchlaufen die inneren Elektronen der Atome des zu testenden Elements einen Energieniveauübergang und emittieren sekundäre Röntgenstrahlen (dh Röntgenfluoreszenz). Das wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzspektrometer (WDRFA) ist ein charakteristisches Röntgensignal, das nach der Kristallspaltung von einem Detektor gebeugt wird. Wenn sich das Spektrometer und die Steuerung synchron bewegen und den Beugungswinkel ständig ändern, können die Wellenlänge und Intensität des charakteristischen Röntgenstrahls, der von verschiedenen Elementen in der Probe erzeugt wird, erhalten werden, an denen eine qualitative Analyse und eine quantitative Analyse durchgeführt werden können. Diese Art von Instrument wurde in den 1950er Jahren hergestellt und erregte viel Aufmerksamkeit, weil es die gleichzeitige Bestimmung komplexer Systeme mit mehreren Komponenten durchführen konnte. Vor allem in geologischen Abteilungen wurde sukzessive mit dieser Art von Instrumenten ausgestattet, was die Analysegeschwindigkeit erheblich verbesserte und eine wichtige Rolle spielte.

  • Wellenlängendispersives Röntgenverfahren

Wellenlängendispersive Röntgenanalysatoren ermöglichen eine schnelle simultane Bestimmung mehrerer Elemente.

Unter Röntgenanregung durchlaufen die inneren Elektronen der Atome des zu testenden Elements einen Energieniveauübergang und emittieren sekundäre Röntgenstrahlen (dh Röntgenfluoreszenz). Das wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzspektrometer (WDRFA) ist ein charakteristisches Röntgensignal, das nach der Kristallspaltung von einem Detektor gebeugt wird. Wenn sich das Spektrometer und die Steuerung synchron bewegen und den Beugungswinkel ständig ändern, können die Wellenlänge und Intensität des charakteristischen Röntgenstrahls, der von verschiedenen Elementen in der Probe erzeugt wird, erhalten werden, an denen eine qualitative Analyse und eine quantitative Analyse durchgeführt werden können. Diese Art von Instrument wurde in den 1950er Jahren hergestellt und erregte viel Aufmerksamkeit, weil es die gleichzeitige Bestimmung komplexer Systeme mit mehreren Komponenten durchführen konnte. Vor allem in geologischen Abteilungen wurde sukzessive mit dieser Art von Instrumenten ausgestattet, was die Analysegeschwindigkeit erheblich verbesserte und eine wichtige Rolle spielte.

Die XRF-Analyse des leichten Elements Kohlenstoff ist jedoch aufgrund seiner langen Wellenlänge der charakteristischen Strahlung, der geringen Fluoreszenzausbeute und der Absorption und Abschwächung der charakteristischen Kohlenstoffstrahlung durch die Matrix in schweren Matrixmaterialien wie Stahl und Eisen oft schwierig. Darüber hinaus kann bei der Messung von Kohlenstoff in Stahl mit einem Röntgenfluorometer festgestellt werden, dass der Kohlenstoffgehaltswert kontinuierlich ansteigt, wenn die geschliffene Probenoberfläche 10 Mal kontinuierlich gemessen wird. Daher ist die Anwendung dieser Methode nicht so breit wie die der ersten beiden.

  • Nichtwässrige Titration

Die nichtwässrige Titration ist eine Titrationsmethode in einem nichtwässrigen Lösungsmittel. Das Verfahren kann einige schwache Säuren und Basen titrieren, die in einer wässrigen Lösung nicht titriert werden konnten. Die durch CO2 in wässriger Lösung erzeugte Kohlensäure ist weniger sauer und kann durch Auswahl verschiedener organischer Reagenzien genau titriert werden.

Das Folgende ist eine übliche nichtwässrige Titrationsmethode:

(1) Proben von Kohlenstoff- und Schwefelanalysatoren, die die Hochtemperaturverbrennung des Lichtbogenofens unterstützen.

(2) Kohlendioxidgas, das durch Verbrennung freigesetzt wird, wird durch Ethanolaminlösung, Kohlendioxid und Ethanolaminreaktion absorbiert, um eine relativ stabile 2-Hydroxyethylamincarbonsäure zu erzeugen.

(3) Verwenden Sie KOH, um eine nichtwässrige Lösung zu titrieren.

Das bei dieser Methode verwendete Reagenz ist giftig, eine langfristige Exposition beeinträchtigt die menschliche Gesundheit und ist schwierig zu handhaben, insbesondere wenn der Kohlenstoffgehalt hoch ist. Die Lösung sollte vorbereitet werden. Ein wenig Aufmerksamkeit führt zu Kohlenstoff, was zu niedrigen Ergebnissen führt. Die Reagenzien, die bei der nichtwässrigen Titration verwendet werden, gehören meist zu brennbaren Substanzen, und das Experiment beinhaltet einen Hochtemperatur-Heizbetrieb, daher sollte der Bediener ein ausreichendes Sicherheitsbewusstsein haben.

  • Chromatographie

Der Flammenzerstäubungsdetektor wird in Verbindung mit der Gaschromatographie verwendet, bei der die Probe in Wasserstoff erhitzt wird und das emittierte Gas (z. B. CH4 und CO) dann vom Flammenzerstäubungsdetektor – Gaschromatographie – nachgewiesen wird. Ein Benutzer verwendete diese Methode, um Spuren von Kohlenstoff in hochreinem Eisen zu testen, der Gehalt war 4 g/g, die Analysezeit war 50 Minuten.

Diese Methode eignet sich für Anwender mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt und hohen Anforderungen an die Detektionsergebnisse.

  • Elektrochemische Methode

Die eingeführte Benutzerlegierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt wird durch Potentialanalyse bestimmt: die Eisenprobe nach Oxidation im Induktionsofen, unter Verwendung von Kaliumcarbonat des Festelektrolyten, elektrochemische Bestimmung der gasförmigen Produktkonzentration, Zellanalyse, also Messung der Kohlenstoffkonzentration, diese Methode ist besonders geeignet für die Bestimmung der sehr niedrigen Kohlenstoffkonzentration, aber durch Änderung der Referenzgaszusammensetzung und der Oxidationsrate der Probenkontrolle Präzision und Empfindlichkeitsanalyse.

Diese Methode wird in der Praxis kaum eingesetzt und bleibt meist im experimentellen Forschungsstadium.

  • Online-Analyse

Beim Frischen von Stahl ist es oft erforderlich, den Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze im Vakuumofen in Echtzeit zu kontrollieren. Einige Gelehrte der metallurgischen Industrie haben ein Beispiel für die Verwendung der Abgasinformationen zur Schätzung der Kohlenstoffkonzentration eingeführt: unter Verwendung des Verbrauchs, der Konzentration und der Durchflussrate von Sauerstoff und Argon im Vakuumbehälter während des Entkohlungsprozesses wird der Kohlenstoffgehalt in der geschmolzene Stahl wurde geschätzt.

Es gibt auch vom Benutzer entwickelte Methoden und zugehörige Instrumente für die schnelle Bestimmung von Kohlenstoffspuren in geschmolzenem Stahl: Trägergas wird in den geschmolzenen Stahl gepumpt und der oxidierte Kohlenstoff aus dem Trägergas wird verwendet, um den Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahls abzuschätzen.

Ein ähnliches Online-Analyseverfahren ist für das Qualitätsmanagement und die Leistungskontrolle im Stahlherstellungsprozess geeignet.

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