為適應電弧爐的合理使用,在供氧系統要做到“預通氧”、“前大氧”、“后控氧”的工藝條件。
1、預通氧
預通氧即在燃燒以前通一次氧氣。為了說明預通氧的作用,在此先說明氧氣的濃度和壓力與燃燒的關系??扇嘉镔|達到燃點才能燃燒。白磷在空氣中的燃點約為55℃,硫為250℃、鎂為400℃、石油為600℃。在大氣壓力下,純氧中的燃點約比空氣中低50℃,也就是說容易自然。在高壓時,如果有一滴或1粒炭落入氧氣瓶的閥內,則在氧氣出來時即會引燃。產生的反應熱非常高,通常足以使金屬的有些部件在氣流中燒損,因此氣體會漏出而引起爆炸。所以氧氣瓶所用的壓力計必須帶有“無油”標志,也就是說必須供給不沾油的壓力計,以后使用中也不許沾油或弄臟。有油污的橡皮管不可作氧氣導管使用,因此必須保護橡皮管免于受臟,特別要注意油污的手!由于電弧爐燃燒過程中用氧氣瓶,所以要特別注意安全生產。氧氣濃度不僅與燃點有關,而且影響燃燒速度。木炭在純氧中燃燒比在空氣中快和劇烈,這是因為其他條件相同的情況下,純氧濃度是空氣中氧濃度5倍的緣故。氧能促進燃燒,缺乏氧則阻止燃燒。在閉密空間內,當其中空氣的氧含量由20.8%降到14%(以體積計),燃著的蠟燭便熄滅。大多數液體燃料在氧含量低于14%時熄滅。煤炭在氧含量低于9%時熄滅。預通氧可排除燃燒前殘余氣體和裝樣品時進入爐內的空氣。這不單純是為了提高氧的濃度,更重要的是消除炭、硫空白,空氣中CO2,一般在ω(CO2)=0.048%左右,即碳含量為ω(C)=0.0131%左右,空氣中的硫一般有3×10﹣6。可見預通氧對降低燃點,提高燃燒速度,沖洗碳、硫空白都有好處,特別對測定低碳低硫,降低空白,更為重要。
2、前大氧后控氧
試樣燃燒時,1.000g鋼鐵試樣,若在10s內完成燃燒反應,消耗氧氣約0.3L左右。若用0.5添加劑,燃燒后約消耗0.12L左右氧氣,也就是說,10s要用掉0.42L左右的氧。要保證燃燒、氧氣流量必須高于2.5L/min。燃燒后的產物,又以氧氣為載體傳送到測定體系,所以燃燒時的氧氣流量不應低于3L/min。經驗得知,用管式爐燃燒試樣時,按一定流量供氣,一般是1L/min,在燃燒反應開始后,從爐中出來的氣體有短時間的間歇現象發生。用電導法測定碳硫,也看到燃燒時氣泡減少的現象。這說明此時供氧不足,不能滿足爐中燃燒反應對氧的需求。對于燃燒停頓,由于管式爐燃燒處于高溫體系,再供氧可繼續燃燒。但對于電弧爐,燃燒時不能停頓后再燃,因無外界熱量使試樣再達燃點,它必須高速的連續的完成燃燒反應。因此,燃燒時的氧氣流量必須要大,即所說的“前大氧”。燃燒反應過后,氧氣流主要起載氣作用。將爐內生成的CO2和SO2傳遞到測試部分,氧氣流量一般控制在0.8~2L/min。流量太大,反而不利于測定。對于電導法或滴定法來說影響吸收,對于氣體容量法測碳、尾氣中殘留CO2,皆導致測定結果偏低。通常把電弧爐燃燒試樣時區分前后兩部分控制不同氧氣流量稱之謂“前大氧后控氧”的供氧工藝。這種供氧工藝在電弧燃燒時是至關重要的,對于其他方法測定碳、硫來說也是合理的。而且從理論與實踐的結合上是得到證明的,用這種供應方式采用電弧爐燃燒測定碳、硫能保證測定的準確度。這里尚要說明的是,氧氣流量的大小,對碳、硫測定影響較大。流量大,硫偏高,反之則偏低。為了減少誤差,分析不同材質不同含量樣品時,選擇好適當的流量參數,要保持恒定,改變流量需用標準樣品重新校準。
電弧爐燃燒用于碳、硫測定,現已重視“前大氧后控氧”的生產工藝,對于“預通氧”往往認識不足,本研究對預通氧的作用進行了論述,目的是引起生產廠家和用戶的重視,進一步完善我國創造出來的電弧爐燃燒體系。
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