化学元素分析时电弧炉燃烧通氧工艺的研讨

八戒

为适应电弧炉的合理使用，在供氧系统要做到“预通氧”、“前大氧”、“后控氧”的工艺条件。
1、预通氧
预通氧即在燃烧以前通一次氧气。为了说明预通氧的作用，在此先说明氧气的浓度和压力与燃烧的关系。可燃物质达到燃点才能燃烧。白磷在空气中的燃点约为55℃，硫为250℃、镁为400℃、石油为600℃。在大气压力下，纯氧中的燃点约比空气中低50℃，也就是说容易自然。在高压时，如果有一滴或1粒炭落入氧气瓶的阀内，则在氧气出来时即会引燃。产生的反应热非常高，通常足以使金属的有些部件在气流中烧损，因此气体会漏出而引起爆炸。所以氧气瓶所用的压力计必须带有“无油”标志，也就是说必须供给不沾油的压力计，以后使用中也不许沾油或弄脏。有油污的橡皮管不可作氧气导管使用，因此必须保护橡皮管免于受脏，特别要注意油污的手！由于电弧炉燃烧过程中用氧气瓶，所以要特别注意安全生产。氧气浓度不仅与燃点有关，而且影响燃烧速度。木炭在纯氧中燃烧比在空气中快和剧烈，这是因为其他条件相同的情况下，纯氧浓度是空气中氧浓度5倍的缘故。氧能促进燃烧，缺乏氧则阻止燃烧。在闭密空间内，当其中空气的氧含量由20.8%降到14%（以体积计），燃着的蜡烛便熄灭。大多数液体燃料在氧含量低于14%时熄灭。煤炭在氧含量低于9%时熄灭。预通氧可排除燃烧前残余气体和装样品时进入炉内的空气。这不单纯是为了提高氧的浓度，更重要的是消除炭、硫空白，空气中CO2,一般在ω(CO2)=0.048%左右，即碳含量为ω（C）=0.0131%左右，空气中的硫一般有3×10﹣6。可见预通氧对降低燃点，提高燃烧速度，冲洗碳、硫空白都有好处，特别对测定低碳低硫，降低空白，更为重要。
2、前大氧后控氧
   试样燃烧时，1.000g钢铁试样，若在10s内完成燃烧反应，消耗氧气约0.3L左右。若用0.5添加剂，燃烧后约消耗0.12L左右氧气，也就是说，10s要用掉0.42L左右的氧。要保证燃烧、氧气流量必须高于2.5L/min。燃烧后的产物，又以氧气为载体传送到测定体系，所以燃烧时的氧气流量不应低于3L/min。经验得知，用管式炉燃烧试样时，按一定流量供气，一般是1L/min，在燃烧反应开始后，从炉中出来的气体有短时间的间歇现象发生。用电导法测定碳硫，也看到燃烧时气泡减少的现象。这说明此时供氧不足，不能满足炉中燃烧反应对氧的需求。对于燃烧停顿，由于管式炉燃烧处于高温体系，再供氧可继续燃烧。但对于电弧炉，燃烧时不能停顿后再燃，因无外界热量使试样再达燃点，它必须高速的连续的完成燃烧反应。因此，燃烧时的氧气流量必须要大，即所说的“前大氧”。燃烧反应过后，氧气流主要起载气作用。将炉内生成的CO2和SO2传递到测试部分，氧气流量一般控制在0.8~2L/min。流量太大，反而不利于测定。对于电导法或滴定法来说影响吸收，对于气体容量法测碳、尾气中残留CO2，皆导致测定结果偏低。通常把电弧炉燃烧试样时区分前后两部分控制不同氧气流量称之谓“前大氧后控氧”的供氧工艺。这种供氧工艺在电弧燃烧时是至关重要的，对于其他方法测定碳、硫来说也是合理的。而且从理论与实践的结合上是得到证明的，用这种供应方式采用电弧炉燃烧测定碳、硫能保证测定的准确度。这里尚要说明的是，氧气流量的大小，对碳、硫测定影响较大。流量大，硫偏高，反之则偏低。为了减少误差，分析不同材质不同含量样品时，选择好适当的流量参数，要保持恒定，改变流量需用标准样品重新校准。