一种铝质复合脱氧剂中氮含量的检测方法与流程

1.本发明涉及一种铝质复合脱氧剂组分的检测方法，特别涉及一种铝质复合脱氧剂中氮含量的检测方法，属于分析化学技术领域。


背景技术：

2.纯净钢是炼钢生产发展趋势。随着钢铁生产发展，对钢的冶炼、浇铸和加工工艺要求越来越高。特别是在炼钢生产工艺中对炼钢脱氧剂的性能提出较高要求。铝质复合脱氧剂是炼钢最经济高效脱氧剂之一，它具有超强的脱氧能力，同时当它们存在钢水中可降低脱氧产物的活度，具有更低的残余溶解氧量，使脱氧更加完全。氮含量是铝质复合脱氧剂中重要指标之一，它直接关系到钢水脱氧效果，同时还会影响到钢水中氮含量波动，导致钢水成分不符合要求，造成严重的经济损失。
3.目前，一般采用直读光谱法、凯氏定氮法、分光光度法检测物质中氮含量，但这些方法都无法适用于炼钢铝质复合脱氧剂中氮含量检测。
4.申请公布号为cn109632777a的中国专利申请公开了一种检测废水中氨氮含量的方法，主要是通过一种纳氏试剂与氨氮反应生成一种淡红色络合物，通过淡红色络合物的吸光度来检测水中氨氮含量，该方法仅适合液体类物质的氨氮含量检测，不适合固体类物质中氮含量检测。
5.申请公布号为cn105572121a的中国专利申请公开了一种氮含量的检测方法。主要是通过硫酸消化样品后，再采用氢氧化钠中和多余的硫酸后，加入二丙二醇、二甲基亚砜，使氮转变为铵离子，再采用氢氧化钠标准溶液滴定计算出样品中氮含量。该方法一般仅适合农业化肥中氮含量检测，同时方法操作复杂，涉及到大量的化学试剂，自动化程度查，检测周期长，检测数据准确度和精密度较差。
6.申请公布号为cn110308098a的中国专利申请公开了一种快速检测p91钢中氮含量检测方法，该方法通过直读光谱仪测定样品中中氮的光谱强度，再利用已制备的校准曲线计算出p91钢种氮含量。该方法虽然操作简便快速，但仅适合钢铁金属块状样品中氮含量检测，同时该方法检测精度和准确度较差，无法满足非导体粉状样品中氮含量检测要求。
7.现有技术已公开的有关氮含量检测方法，不仅操作复杂，可操作性差，检测周期长，还不能满足铝质复合脱氧剂中氮含量检测。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种铝质复合脱氧剂中氮含量的检测方法，主要解决现有技术中铝质复合脱氧剂中氮含量无法检测的技术问题。
9.本发明所述铝质复合脱氧剂为钢铁冶炼炼钢工序用辅料。
10.本发明的技术思路是，铝质复合脱氧剂在高温通氧条件下，铝质复合脱氧剂中氮与氧反应生成二氧化氮，再在一定温度下二氧化氮经过铜粉还原生成氮气后，经过脱二氧化碳、水后，采用热导检测器测定氮的热导电压，计算出铝质复合脱氧剂中氮的质量含量。
11.本发明采用的技术方案是，一种铝质复合脱氧剂中氮含量的检测方法，包括以下步骤：
12.1)制备试样，用碳化物磨盘研磨铝质复合脱氧剂，控制铝质复合脱氧剂的粒径为0.010～0.080mm；
13.2)燃烧试样，在坩埚中分别加入0.100～0.250g的铝质复合脱氧剂试样、0.30～0.50g的锡粒和0.20～0.40g的钨粒，接着将装有试样的坩埚置于燃烧管中进行燃烧生成no2气体，控制燃烧管温度为900～1050℃，燃烧时间为30～50s，试样燃烧过程中向燃烧管内同时通入氧气和氦气，氧气流量为1.0～1.5l/min，氦气流量为0.8～1.3l/min，收集燃烧管内试样燃烧后产生气体；
14.3)检测试样中氮的热导电压，将试样燃烧后产生的气体输送至装有铜粉的石英试剂管，将装有铜粉的石英试剂管置于加热炉中，控制加热炉温度为500～600℃，装有铜粉的石英试剂管的出口与装有碱石棉的石英试剂管的入口相连通，装有碱石棉的石英试剂管的出口与装有高氯酸镁的石英试剂管的入口相连通，试样燃烧后产生的气体中no2经500～600℃铜粉处理后生成氮气；接着用碱石棉去除试样燃烧后产生的气体中的二氧化碳，用高氯酸镁去除试样燃烧后产生的气体中的水；用热导检测器检测从装有高氯酸镁的石英试剂管的出口流出的氮气的热导电压，即，试样中氮的热导电压v
n
；
15.4)计算铝质复合脱氧剂中氮的质量含量，铝质复合脱氧剂中氮的质量含量按照公式一计算，w＝(a+b
×
v
n
)
×
10-3
×
100％/m公式一，公式一中，w为铝质复合脱氧剂中氮的质量含量，单位为％；m为铝质复合脱氧剂称样量，单位为g；a为背景等效浓度，单位为mg；b为氮的热导电压对质量换算，单位为mg/mv；v
n
为铝质复合脱氧剂中氮的热导电压，单位为mv；背景等效浓度a和氮的热导电压对质量换算b由氮标准溶液中氮的质量与氮的热导电压关系的工作曲线方程确定，具体为：用微量移液器准确分别移取0、10.0、30.0、50.0、70.0、90.0、100.0μl质量浓度为10.00mg/ml氮标准溶液于锡囊中，于85℃烘干3h后置于950℃燃烧管中，设定氧气流量为1.2l/min通氧燃烧35s后，在流量为1.0l/min氦气作用下，氮标准溶液燃烧后产生的气体先经过三个分别装有铜粉、碱石棉、高氯酸镁串联石英试剂管进行处理，接着进入热导检测器检测氮的热导电压；其中装有铜粉石英试剂管置于加热炉中，加热温度为550℃，计算出氮标准溶液中氮的质量与氮的热导电压关系的工作曲线的一元线性回归方程m＝a+b
×
v公式二确定a和b值；公式二中，m为测定氮标准溶液中氮的质量，单位为mg；a：背景等效浓度，单位为mg；b：氮的热导电压对质量换算，单位为mg/mv；v：氮的热导电压，单位为mv。
16.进一步，所述锡粒、钨粒、铜粉、碱石棉、高氯酸镁试剂均为分析纯。
17.进一步，所述铜粉粒径为0.080～0.106mm，所述石英试剂管长度为10～15cm，直径为0.6～1.0cm。
18.本发明基于申请人多年对铝质复合脱氧剂燃烧行为研究，铝质复合脱氧剂在900～1050℃通氧，并加入0.30～0.50g锡粒和0.20～0.40g钨粒助溶剂条件下，燃烧时间为30～50s可将样品中氮化铝等氮化物全部燃烧反应生成二氧化氮。
19.申请人经过研究及大量条件试验，发现燃烧生成气体经过500～600℃的铜粉后气体中二氧化氮可被全部还原氮气，再经过碱石棉除去二氧化碳、高氯酸镁除去水分后采用热导检测器检测氮气热导电压。
20.其中过程中反应的化学方程式如下：
[0021][0022]
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、解决了铝质复合脱氧剂中氮无法检测行业难题，为铝质复合脱氧剂质量评估及炼钢脱氧效果评价提供数据支撑。2、本发明方法无需复杂的样品前处理，操作简便、劳动强度低，检测自动化程度高，避免了复杂的操作步骤，检测数据准确可靠。
具体实施方式
[0023]
下面结合实施例1对本发明做进一步说明。
[0024]
实施例1，一种铝质复合脱氧剂中氮含量的检测方法，包括以下步骤：
[0025]
1)制备试样，用型号为hsm100h的碳化物磨盘研磨铝质复合脱氧剂，控制铝质复合脱氧剂的粒径为0.010～0.080mm；
[0026]
2)燃烧试样，在坩埚中分别加入0.200g的铝质复合脱氧剂试样、0.40g的锡粒和0.20g的钨粒，接着将装有试样的坩埚置于燃烧管中进行燃烧生成no2气体，控制燃烧管温度为1000℃，燃烧时间为45s，试样燃烧过程中向燃烧管内同时通入氧气和氦气，氧气流量为1.2l/min，氦气流量为1.0l/min，收集燃烧管内试样燃烧后产生气体；
[0027]
3)检测试样中氮的热导电压，将试样燃烧后产生的气体输送至装有粒径为0.090mm铜粉的石英试剂管，将装有铜粉的石英试剂管置于型号为jr-1000的加热炉中，控制加热炉温度为550℃，装有铜粉的石英试剂管的出口与装有碱石棉的石英试剂管的入口相连通，装有碱石棉的石英试剂管的出口与装有高氯酸镁的石英试剂管的入口相连通，试样燃烧后产生的气体中no2经500～600℃铜粉处理后生成氮气；接着用碱石棉去除试样燃烧后产生的气体中的二氧化碳，用高氯酸镁去除试样燃烧后产生的气体中的水；所述石英试剂管长度为12cm，直径为0.8cm；用型号为gc112a-tcd的热导检测器检测从装有高氯酸镁的石英试剂管的出口流出的氮气的热导电压，即，试样中氮的热导电压v
n
；
[0028]
4)计算铝质复合脱氧剂中氮的质量含量，铝质复合脱氧剂中氮的质量含量按照公式一计算，w＝(a+b
×
v
n
)
×
10-3
×
100％/m公式一，公式一中，w为铝质复合脱氧剂中氮的质量含量，单位为％；m为铝质复合脱氧剂称样量，单位为g；a为背景等效浓度，单位为mg；b为氮的热导电压对质量换算，单位为mg/mv；v
n
为铝质复合脱氧剂中氮的热导电压，单位为mv；背景等效浓度a和氮的热导电压对质量换算b由氮标准溶液中氮的质量与氮的热导电压关系的工作曲线方程确定，具体为：用微量移液器准确分别移取0、10.0、30.0、50.0、70.0、90.0、100.0μl质量浓度为10.00mg/ml氮标准溶液于锡囊中，于85℃烘干3h后置于950℃燃烧管中，设定氧气流量为1.2l/min通氧燃烧35s后，在流量为1.0l/min氦气作用下，氮标准溶液燃烧后产生的气体先流经三个分别装有铜粉、碱石棉、高氯酸镁串联石英试剂管进行
处理，接着进入热导检测器检测氮的热导电压；其中装有铜粉石英试剂管置于加热炉中，加热温度为550℃；所述石英试剂管长度为12cm，直径为0.8cm；计算出氮标准溶液中氮的质量与氮的热导电压关系的工作曲线的一元线性回归方程m＝a+b
×
v公式二确定a和b值；公式二中，m为测定氮标准溶液中氮的质量，单位为mg；a：背景等效浓度，单位为mg；b：氮的热导电压对质量换算，单位为mg/mv；v：氮的热导电压，单位为mv。
[0029]
本发明方法的精密度和准确度通过试样的加标回收实验和精密度实验得到确认。
[0030]
回收实验，在铝质复合脱氧剂中加入量氮标准溶液后，在85℃条件下烘干3h，按本发明方法，检测试样的加标回收率，试验结果见表1。
[0031]
表1试样加标回收试验
[0032][0033][0034]
精密度实验，对3组铝质复合脱氧剂中氮进行11次精密度实验，分析结果见表2。
[0035]
表2试样精密度实验
[0036][0037]
上述实验结果表明，本发明方法炼铁高炉除尘灰中游离碳量回收率在98.7～101.0％之间，回收率较高，检测数据统计rsd远小于3％，检测数据精密度好，方法准确可
靠，完全满足钢铁企业生产要求。
[0038]
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。