標題燃燒法測定碳量和硫量新理論的探討

     概述：碳、硫是確定鋼鐵產品規格和質量的重要元素。碳含量高于1.70%以上的叫鑄鐵，低于1.70%的叫鋼。通常把含碳量高于0.60%的鋼叫高碳鋼，含碳量在0.25%-0.60%之間的鋼叫中碳鋼，含碳量小于0.25的鋼叫低碳鋼，含碳量小于0.04%的叫工業純鐵。
     碳對鋼鐵的性能起著重要的作用。隨著碳含量的增加，鋼的硬度和強度得到提高，其韌性和塑性下降；反之，若含碳量減少，則硬度和強度下降，而韌性和塑性增加。硫存在于鋼鐵內，惡化鋼鐵質量，降低鋼的力學性能及耐蝕性、可焊性。特別是鋼中的硫，若以硫化鐵狀態存在時，它的熔點低（1000℃左右），將會引起鋼的“熱脆”現象，即熱變形，高溫時工件產生裂紋，影響產品的質量和使用壽命。所以，鋼中的硫含量越低越好，一般來說，普通鋼中的含硫量不大于0.050%，工具鋼中硫量不大于0.045%，優質鋼硫量不大于0.020%。碳、硫在鋼鐵中以化合態和游離態存在�；�合碳，主要以鐵碳化合物和合金元素碳化物的形態存在，如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WC、VC、Mo2C、TiC等。鐵碳化合物如Fe3C能溶解在含氧化劑的濃硫酸和濃硝酸中；而合金元素碳化物難溶于酸，為了促溶增溶，往往結晶形碳等。游離碳，主要指碳固溶體中的碳，如石墨碳、退火碳、無定形碳、轉化成游離碳，如滲碳體化為鐵素體（Fe3C1153℃3Fe+C石墨）。滲碳體，常稱白口鐵，硬而脆難加工，轉化為鐵素體，稱灰口鐵，質軟易加工。石墨碳為球形，即球墨鑄鐵�？梢�，碳的形態，直接影響鋼鐵性質。硫在鋼鐵中主要以MnS和FeS的形態存在，僅含少量的其他硫化物。如Cr2S3、VS、TiS、NbS、ZnS等，而游離態的硫甚少。鋼鐵中的硫，一般易溶于酸中，在氧化性酸中生成硫酸鹽，在非氧化性酸中，生成硫化氫。鋼鐵中的碳和硫在高溫下（1250-1400℃）通氧燃燒，均能轉化為氣體，分別生成CO2和SO2，此即燃燒法測定碳硫的基礎。鋼鐵中碳量和硫量的測定。首先將試樣在高溫爐中（如電阻爐、高頻爐、電弧爐等）通氧燃燒，生成并逸出CO2和SO2氣體，用此法實現碳和硫與金屬元素及其化合物的分離，然后測定CO2和SO2的含量，再換算出鋼鐵中碳和硫的含量。

測定方法有：
（1）容量法：常用的有氣體容量法和非水滴定法，硫量測定常用的有碘量法、酸堿滴定法。特別是氣體容量法測碳、碘量法定硫，既快速又準確，是我國碳、硫聯合測定最常用的方法。分析儀器的精度，碳量下限為0.050%，硫量下限為0.005%。
（2）紅外法：用紅外法測定碳硫，同樣具有準確、快速、靈敏度高的特點，測定所使用的紅外儀，自動化程度較高，但價格也高。
（3）測定金屬中的碳、硫，還有ICP法、X光熒光法、質譜法、色譜法、活化分析法等，有些方法的靈敏度可達10-10%。高速分析的產生和發展與當時的要求和條件相關。

在50-60年代，我國提出“工業生產以鋼為綱”，煉鋼爐前，爭分奪秒，要求檢測實現高速。當時分析條件，濕法為主，所以鋼鐵分析為中心的濕法高速化為人們所關注。60年代初的幾年中，先后報道了Mn、Si、P三元素分析，僅需45s，S、P二元素分析，僅需25-30s，轉爐煉鋼爐前五元素分析僅需25-50s，濕法分析成果達到了以秒計時領域。

從歷史發展來看，高速分析的核心是鋼鐵中五元素，五元素中重點是碳和硫的分析�，F在高速分析的儀器和方法，雖然涉及各個領域，然而碳和硫的分析儀器銷售量、營業額占高速分析儀器70%以上�？梢哉f，高速分析淵源于鋼鐵五元素分析，特別是碳、硫分析。

因此，在注意到其他分析方法高速化的同時，將著重討論對碳量和硫量測定的理論問題。碳、硫分析的新理論。“新”的含意包括兩個方面，首先它在經典的碳硫分析理論基礎上有發展，另外，在某些方面對鋼鐵中碳、硫測定進行了有新意的定量地論述。具體內容包括：
（1）CO2的生化與轉化；
（2）SO2的生成與轉化；
（3）碳、硫測定的最佳溫度；
（4）碳酸鹽中硫的高速分析新體系；
（5）碳硫分析中添加劑的作用原理；
（6）電弧爐燃燒的理論問題。