碳硫元素的异同对分析的影响

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1、碳硫元素的异同对分析的影响摘要：根据红外碳硫分析仪的检测原理，通过对碳、硫元素的物理化学性能方面的比较和分析，找出硫比碳测定稳定性差的原因，寻找提高硫元素测定稳定性的方法。关键词：碳；硫；异同众所周知，碳硫元素普遍有在于我们生活中，碳元素和硫元素均是非金属元素，它们的电负性相差不大（c:+2.5,s:+2.44）,因此，在金属或合金中都能形成相应的碳化物或硫化物。当在高温富氧条件下，都能被氧化成CO2和SO2。C+O2=CO2↑4Fe3C+13O2=6Fe2O3+4CO2↑Mn3C+3O2=Mn3

2、O4+CO2↑3MnS+5O2=Mn3O4+3SO2↑3FeS+502=Fe3O4+3SO2↑CO2和SO2都是极性分子，具有永久电偶极矩，因而都具有振动、转动等结构，按量子力学分成分裂的能级，与入射的特征波长红外辐射耦合产生吸收。郎伯-比耳定律反应了此吸收规律。I=IOexp(-〆PL)式中：I。-入射光强I-出射光强〆-吸收系数P-该气体的分压强L-分析池的长度测量经吸收后红外光的强度便能计算出相应气体的浓度，这便是红外气体分析的理论根据。红外碳硫分析仪就是利用了CO2及S

3、O2分别在4.26μm和7.4μm处，具有较强的特征吸收带这一特性，通过测量气体吸收光强分析CO2和SO2含量，间接确定被测样品中的碳、硫元素的百分含量[1]。下面探讨一下碳硫元素的异同对分析的影响。一、碳硫在钢铁中存在的状态和作用不同碳在钢铁中主要以两种形式存在：一种是化合碳，即碳以化合形态存在，主要以铁的碳化物和合金元素的碳化物形态存在。例如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WC﹑W2C、VC、MOC、TiC等。另一种是游离碳，例如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、石墨碳、退火碳等，统称为游离碳。在钢

4、中，一般是以化合碳为主，游离碳只存在于铁及经退火处理的高碳钢。化合碳与游离碳总和，称为总碳量。红外碳硫分析仪就是测定样品中的总碳量。碳是钢铁中重要元素，当碳含量增加时其强度和硬度随之增加，而塑性和延展性却随之降低，使钢变脆且难以加工；反之，随着碳含量的减少，钢的韧性得到增强且易于切削加工。而硫在钢铁中是一种有害元素，它以硫化物的状态存在于钢中，主要是MnS。如果含锰量很低，则过量的硫与铁合成FeS。硫化铁与硫化锰都是在热变形时产生裂纹的原因，这种不良性能叫做热脆。此外硫存在于钢内还能使钢的机械性能

5、降低（主要是疲劳极限、塑性和耐磨性）。硫的存在对钢的耐蚀性、可焊性也不利。因此在钢铁中硫的含量总希望越低越好。一般说来，同一称呼的碳、硫要相差一个数量级。譬如：炼钢中通常把O.O1%称为一只碳，而把O.OO1%称为一只硫。由于硫的含量低，燃烧后生成的SO2绝对量比CO2少，用同样的方法测定误差就大。因此，红外碳硫分析仪中硫池的长度要比碳池长度长一个数量级，分别为3OO毫米和3O毫米。一、碳、硫在各种金属中化合物的稳定程度不一样根据化学热力学的观点用各自处在标准态的稳定单质，在25℃时恒温生成了处在

6、标准态的1摩尔物质所引起的焓变△Hfo和自由能变化△Gfo，分别称为物质的标准生成热和标准生成自由能，来表示化合物的稳定性，如果化学反应生成物的焓变△Hfo和自由能变化△Gfo小于化学反应物的焓变△Hfo和自由能变化△Gfo，说明有利于化学反应进行。反之，则化学反应不能自发进行。焓变△Hfo和自由能变化△Gfo值越小，化合物热力学稳定性越高。表一中列举了在普钢和助熔剂中碳和硫常见的单质或化合物形式、在燃烧室里燃烧过程中的化学反应方程、焓变和自由能变化、化学反应放出的能量。表1碳和硫在普钢和助熔剂中

7、存在形式表[2]材料存在形式焓变△Hfo（kcal/mol）燃烧室中化学反应方程式生成物标准生成自由能（kcal/mol）一摩尔反应物生成自由能（mol）普钢CMn3CFe3CMnSFeSFeO1.16.O-51.2-23.9OC+O2=CO2Mn3C+3O2=Mn3O4+CO2Fe3C+3O2=Fe3O4+CO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO23Fe+2O2=Fe3O42SO2+O2=2SO3-94.245-3O6.7+(-94.245)-242.4+

8、(-94.245)-3O6.7+3*(-71.748)-242.4+3*(-71.748)-242.4-88.6994.2454OO.945336.645122.781128.6488O.816.942钨WCWSWC-9.69-5OOO2WC+5O2=2WO3+2CO22WS+5O2=2WO3+2SO22W+3O2=2WO3C+O2=CO2-2O1.45+(-94.245)-2O1.45+(-71.748)-2O1.45-94.245286.OO5223.1982O1.4594.2