应用国产分析仪器测定氮化硅铁中氮

摘要：本文介绍了使用国产分析仪器进行氮化硅铁中氮的分析方法。本文确定的方法准确、简便、迅速，能满足此类试样的测定。

关键词：国产 分析仪器 测定 氮化硅铁 氮

       氮化硅铁是一种新型特种铁合金，主要应用于生产冷轧单向硅钢片，该产品加入金属熔体后可获得良好的常温和低温强度，良好的耐腐蚀性能、热冲击和耐磨损性能。通常N的含量在20—35%之间，分析结果表明，氮化硅铁通常由短柱状β-Si3N4相和Si3Fe相组成，其结构特征是以Si3Fe形成核心，并被Si3N4包裹，因此在测定氮化硅铁中氮的含量时，其反应初期更多地表现出Si3N4的性质。Si3N4陶瓷是一种非氧化物工程陶瓷，分解温度在1300~1400℃，难与碳和金属元素发生化学反应。

       由于进口气体分析仪器在国内的广泛应用，故多数氮化硅铁生产厂商及用户采用进口气体分析仪器对产品中的氮进行分析。由于氮化硅铁中氮的含量很高，几乎所有进口分析仪器在分析氮化硅铁时均采用减少称样量的方式以克服量程不足的问题，通常称样量均在20mg左右，如此小的称样量使石料的代表性对大大降低，称量误差也大大降低了分析数据的精密度。

       我公司在氮化硅铁生产过程中，采用国产气体分析仪对氮化硅铁中的氮含量进行分析，称样量可达0.1g，分析数据准确可靠，体现了良好的精密度，满足了生产要求。

1、  实验部分
1.1    仪器
ON—2008氧氮分析仪 北京纳克分析仪器有限公司
1.2    试剂与材料
无水过氯酸镁
碱石棉
稀土氧化铜
镍箔
石墨粉（≥99.99）200目
脱脂棉
氩气(≥99.95%)
压缩空气
1.3    实验方法
       在仪器状态良好的情况下，按使用说明书规定的程序运行设备，仪器经过校准后，使用KNO3基准物质绘制工作曲线。确定各分析参数，输入重量及编号，采取手动分析、一步提取法测定氮含量

2、结果与讨论
2.1 分析参数的选择
       称取0.1g试样，以镍箔包裹试样，固定分析气流量为1.3L/min，以3500W为起始工作功率，梯度为500W，逐步增加工作功率直至6500W，根据氮的释放曲线确定分析功率，综合释放曲线的分布、起止点、峰形情况，*终确定分析功率为5500W。
        称取0.1g试样，以镍箔包裹，固定分析功率为5500W，改变分析气流量，考察释放曲线，确定分析气流量为0.3L/min，通过确定以上分析参数并考察释放曲线，确定等待时间为40s，加热时间为40s，采样时间为70s。

2.2 称样量的选择
       在实验过程中，我们拟定了初步的称样量实验方案，即称样量分别为0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.3g、0.4g、0.5g，在实验过程中，我们发现由于氮化硅铁的密度非常的小，当称样量大于0.2g时，其后续实验将很难继续进行，为此称样量的选择定为0.2g以下。

       称取不同的试样量，将试样用镍箔包裹，按分析步骤对试样进行分析。实验数据见表1

表1

      由表1可以看出，当称样量在0.0500—0.2000g之间，分析结果基本恒定，为使实验适应实际生产，故称样量确定为0.1g

2.3 加入镍箔试验
       通常认为镍箔是氧氮分析的良好浴料，能明显改善熔池环境，有利于氮的均匀、完全释放。通过试验观察，对于氮化硅铁来讲，如果不加镍箔并按实验条件进行分析，分析数据出现比较大的波动。由释放曲线来判断氮已经完全释放，但是将释放曲线放大后有时可以发现在峰顶过后的某一个阶段时常会出现细小的锯齿峰。由此可以判断氮化硅铁中氮有多种存在形式，不加入浴料其释放曲线不符合通常的正态分布，当加入镍箔后，释放曲线形态得到明显改善，基本符合正态分布，实验数据波动较小。实验数据见表2

表2

       由表2可以看出，加入镍箔后分析数据的稳定性得到很大的提高，根据实际生产对数据的稳定性要求较高的考虑，应加入镍箔。
2.4加入石墨粉试验
       有资料显示，加入石墨粉可改善试样中氧氮的释放状况和回收率，为此我们设计了四种不同的试验方式进行试验，具体为0.1g试样覆盖0.05g石墨粉（方案1）、0.1g试样+0.05g石墨粉搅拌均匀（方案2）、0.1g试样包裹0.2g镍箔覆盖0.05g石墨粉（方案3）、0.1g试样+0.05g石墨粉搅拌均匀用0.2g镍箔包裹（方案4），按实验条件进行分析。实验数据见表3

表3

       由表3可以看出，当氮化硅铁加入石墨粉后，氮的释放有降低的趋势；同时熔池内有细小的颗粒存在。据此判断，在试样熔化的过程中，由于硅铁与石墨粉大面积接触，在高温状态下部分形成了碳化硅，可能降低了熔池温度，影响了氮的释放，造成分析数据偏低。由此在实际生产过程中，不考虑加入石墨粉作为添加剂。

2.5空白试验
       氮化硅铁中氮的含量一般较高，坩埚吸附的微量氮对分析结果的影响较小，可忽略不计。由于没有脱气环节，故坩埚腔内空气中的氮是影响分析结果的主要因素。为此在只加入0.2g镍箔、输入重量为0.1g的条件下进行了空白试验，实验数据见表4

表4

       由表4可以看出，空白值在比较合理的水平，能够满足实际生产的要求，不必采取其他措施进行处理。
3、试样的测定

3.1称样量
称取0.100g试样，以0.2g镍箔包裹
3.2分析参数
分析气流量：0.3L/min
分析功率：5500W
等待时间：40s
加热时间：40s
采样时间：70s

3.3分析步骤
       在仪器状态良好的情况下，按使用说明书规定的程序运行设备，仪器经过校准后，使用KNO3基准物质绘制工作曲线。确定各分析参数，将称取的试样投入石墨坩埚内，输入重量及编号，采取手动分析、一步提取法测定氮含量。计算机自动将分析结果进行显示打印。

3.4对比试验
3.4.1与国外某型号氧氮分析仪对比
       对同一试样采用国产仪器（ON-2008）与国外某型号氧氮分析仪在近似分析条件下进行分析测试。需要指出的是，此型号国外仪器是专门针对高含量氧氮试样设计的，试验结果由该仪器制造国试验室提供。实验数据见表5

       由表5可以看出，对于氮化硅铁这样的高氮产品的分析测试，国产分析仪器与国外的同类型分析仪器在分析精度上基本处于同一水平。由于可以采用比较大的称样量，不论对于天平的精度和称量环境的要求来说，国产仪器都更能适应当今国内企业的现状。由于浴料的减少，使分析成本有了较大的降低，对于更加重视生产成本的企业来说更具吸引力。

表5

3.4.2与化学法分析进行对比
使用国产仪器，采用本方法与使用蒸馏-滴定法进行比较，实验数据见表6

表6

       由表6可以看出，使用本方法所得到的分析数据与化学法基本相同，具有较高的准确性。

3.5精密度试验
       使用国产仪器，采用本方法进行精密度试验，实验数据见表7

表7

       由表7可以看出，本方法精密度良好。

4、结论
4.1通过试验确立了氮化硅铁中氮的测定方法。
       本实验方法准确、简便、迅速，可以为送检样品提供可靠的分析数据。对300余件试样进行的测试分析，所得分析数据应用于生产，效果良好，可以满足实际生产的需要。

4.2通过与国外同类型分析仪器的比较可以看出，对于像氮化硅铁这样的高氮含量的试样，尤其是氮化铁合金样品，国产仪器更能适应企业的实际生产状况，能够提供更优异的分析数据。在这一领域，国产仪器的性价比是国外仪器所无法比拟的。

Determination of nitrogen in Nitrogen_bearing Ferrosilicon

by home_made analytical instrument

Yang fan
(JinLin Ferroalloys Co.,LTD, JiLin, 132062)
Abstract: Nitrogen content in Nitrogen_bearing Ferrosilicon was determined by home_made analytical instrument. The method is veractious convenient and efficient. It has been applied to determine nitrogen in Nitrogen_bearing Ferrosilico.