熱重分析技術(shù)在氧化鎂含水率檢測中的應用

理化酸徹理分皿PTCA (PART A: PHYS.TEST)2016年第52技術(shù)與方ol:10.11973/lhyw201606009熱重分析技術(shù)在氧化鎂含水率檢測中的應用王凌(寶山鋼鐵股份有限公司,上海201900摘要:采用烘箱法和馬弗爐法測定氧化鎂含水率,工作量大、效率低且誤差大。熱重分析法可以在程序控制溫度條件下快速測定氧化鎂含水率,研究了各種因素對熱重法測定氧化鎂含水率的影響。利用TGA-701型熱重分析儀在一定的升溫速率、溫度和氣氛條件下,可一次性獲得18個(gè)試樣的氧化鎂自由水率和含水率檢測結釆。多次試驗結果表明:該方法簡(jiǎn)單、快速、準確且重復性好,10個(gè)同批次試樣測得的氧化鎂自由水率和含水率的相對標準偏差分別為0.62%和2.04%關(guān)鍵詞:熱重分析;氧化鎂;自由水率;含水率中圖分類(lèi)號:TG15.3-1文獻標志碼:A文章編號:1001-4012(2016)060401-04Application of Thermogravimetric Analysis Technology inDetermining Moisture Content of Magnesium OxideWANG Ling(Baoshan Iron&Steel Co., Ltd, Shanghai 201900, China)Abstract: The oven method and muffle furnace method for determining moisture content of magnesiumoxide, have shortcomings of heavy workload, low efficiency and large error. The thermogravimetric analysis methodcould be applied to rapidly determine the moisture content of magnesium oxide under the condition of programcontrolled temperature, and the various factors affecting the determination of moisture content of magnesium oxidewere studied. Under the condition of certain heating rate, temperature and atmosphere, by using TGA-701thermogravimetric analyzer. the free water ratio and moisture content of 18 specimens of magnesium oxide could beobtained for one-time. Multiple test results show that this method is simple, rapid and accurate and has goodrepetitiveness. The relative standard deviation of free water ratio and moisture content of the same batch of10 specimens of magnesium oxide was 0.62% and 2.04%, respectively.Keywords: thermogravimetric analysis; magnesium oxide; free water ratio; moisture content氧化鎂作為取向硅鋼制造過(guò)程中高溫退火的隔工作量大,而且耗時(shí)長(cháng);另外含水率計算需減去自離劑,需要控制其自由水率和含水率由水率,這會(huì )引起誤差的疊加。統計表明,采用烘試驗室現有的氧化鎂自由水率和含水率的檢箱法和馬弗爐法測定氧化鎂自由水率和含水率的測方法是:將試樣分別放入烘箱和馬弗爐恒重,以相對標準偏差分別為9.73%和4.17%。樣品質(zhì)量損失占樣品初始質(zhì)量(濕重)的百分比形隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,熱重法已成為諸多領(lǐng)式來(lái)表示樣品中的水分含量(即含水率,%)。其域熱變化過(guò)程研究的重要測試手段,具有定量性間都涉及到試樣的稱(chēng)重和試驗前后坩堝恒重以及強、分析速率快且準確的特點(diǎn),目前廣泛應用于涂計算。若按3個(gè)試樣計算,整個(gè)試驗過(guò)程共需計料、金屬材料和復合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工時(shí)16次,稱(chēng)重18次。因此該試驗方法不僅繁瑣、藝優(yōu)化與質(zhì)量監控等2-31。但將熱重分析技術(shù)應用于氧化鎂含水率的測定尚未見(jiàn)報道。為此,筆收稿日期:201603-16者采用熱重分析方法測定了氧化鎂的自由水率和作者簡(jiǎn)介:王凌(191-)女工程師碩士主要從事試驗室檢含水率,為中國煤化工率的測定提供化驗管理工作,wangling9860@baosteel.com了新的方HCNMHG401理化驗物分皿王凌:熱重分析技術(shù)在氧化鎂含水率檢測中的應用2.1.2對流的影響1試驗原理與試驗方法爐溫的升高會(huì )使爐內試樣周?chē)臍怏w各點(diǎn)處的1.1試驗原理溫度不均勻,導致較重氣體向下移動(dòng),其形成的氣流物質(zhì)受熱蒸發(fā)的“水分”,并不是單純意義上的會(huì )沖擊試樣支持器組件,產(chǎn)生表觀(guān)增重現象;較輕氣“水”,它包含該固體(液體)物質(zhì)本身或者附著(zhù)在固體向上移動(dòng),其形成的氣流會(huì )把試樣支持器向上托,體表面(液體中)所有的揮發(fā)物質(zhì)?！昂嫦浞ā焙汀榜R產(chǎn)生表觀(guān)失重現象。弗爐法”,是將樣品烘于(灼燒)前后的質(zhì)量差作為樣可通過(guò)選擇爐膛的尺寸和爐內氣氛與流量,來(lái)品水分含量的分析方法。消除對流的影響。TGA701型熱重分析儀爐膛空釆用熱重分析法測定氧化鎂自由水率和含水間足夠大,有效消除了對流的影響率,是在一定的程序控制溫度下測定氧化鎂樣品(濕2.1.3揮發(fā)物冷凝的影響量)的質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系。該方法與“烘箱法”被檢測物質(zhì)在熱重分析儀中受熱時(shí),逸出的揮及“馬弗爐法”相比,其操作較為簡(jiǎn)單。但熱重分析發(fā)物有可能在低溫區冷凝,會(huì )使測定的失重量偏低,法對于程序升溫速率加熱時(shí)間、樣品質(zhì)量和氣氛等造成檢測結果不準確。設備參數的選擇,卻是非常復雜的。TGA-701型熱重分析儀可消除或減少冷凝的1.2試驗方法影響,試樣坩堝完全處在耐熱屏蔽的容器中,水平式使用TGA-701型熱重分析儀進(jìn)行試驗,試驗的熱天平和選擇合適的凈化氣體流量,可將冷凝的用坩堝為剛玉坩堝,載氣為高純氮氣(氮氣體積分數影響降至很小為99.9%)。試驗用氧化鎂樣品為硅鋼生產(chǎn)工藝中22試驗條件的影響各退火機組上鋼帶表面的氧化鎂涂層粉末2.2.1自由水率測定溫度的設定試驗過(guò)程如下:參照GB/T6284-2006《化工烘箱法中,當樣品烘至恒重時(shí),通常為103產(chǎn)品中水分測定的通用方法干燥減量法》,首先將107℃。氧化鎂自由水率恒重溫度可以是105℃或空坩堝預處理(在馬弗爐中于1000℃灼燒0.5h,110℃,針對這兩種恒重溫度條件進(jìn)行試驗,結果見(jiàn)然后放入干燥器中冷卻至室溫)后待用;將空坩堝對表1。稱(chēng)放置在TGA701型熱重分析儀轉盤(pán)上自動(dòng)稱(chēng)表1不同烘烤溫度條件下氧化鎂的自由水率重,然后將氧化鎂粉末放入稱(chēng)重后的空坩堝內,待所Tab.I The free water ratio at different baking temperatures有空坩堝裝料完畢后,將加熱爐按儀器工作條件進(jìn)行烘烤溫度/℃程序升溫、保溫、稱(chēng)量并測試其失重數據。編號1051102試驗影響因素21儀器的影響0.302.1.1浮力的影響0.32氣體密度在不同的溫度下是不同的,爐溫上123450.44升后爐內樣品周?chē)臍怏w密度會(huì )發(fā)生變化,必然0.39造成浮力的波動(dòng)。在300℃時(shí)作用在試樣上的浮力相當于常溫時(shí)的1/2,在900℃時(shí)相當于常溫時(shí)從表1試驗結果可以看出,兩個(gè)條件下的自由的1/4水率測定結果基本一致。筆者通常采用110℃的恒為了消除浮力的影響,筆者采用參比坩堝稱(chēng)重溫度來(lái)測定氧化鎂的自由水率。重的方法來(lái)校正天平的漂移。待儀器穩定后,將2.2.2含水率測定溫度的設定空坩堝放入熱重分析儀天平的測定位置上,作為T(mén)GA-701型熱重分析儀的最高使用溫度為該批次試驗測定的空白。由于試驗的環(huán)境條件不1000℃,含水率恒重溫度為1000℃。試驗把目盡相同,同時(shí)為了將氣氛、坩堝等因素在檢測過(guò)程標溫度分別設定為:850,900,950,1000℃,觀(guān)察同中產(chǎn)生的影響扣除,每次試驗均扣除參比坩堝空個(gè)樣品在中國煤化工水率的變化情白再進(jìn)行數據計算。況,結果見(jiàn)HCNMH理化驗是分歷王凌:熱重分析技術(shù)在氧化鎂含水率檢測中的應用表2不同灼燒溫度條件下的含水率可分為:低(3.5L·mn-1)、中低(5.0L·min-1)、Ib2 The moisture content at different burning temperatures%中(.0L·min-1)、中高(8.5L·min1)、高灼燒溫度℃(10.0L·min-1)共5檔。選擇不同氮氣流量進(jìn)行編號1000試驗,沒(méi)有流量時(shí),蒸發(fā)物或揮發(fā)物不能充分地被帶走,檢測結果不穩定;流量過(guò)大時(shí),氧化鎂本身也有可能被帶走,檢測結果也不穩定。試驗結果表明,氧2.762.752.78化鎂自由水率、含水率檢測選擇中低氮氣流量2.92(5.0Lmin1)較為合適。從表2可以看出,灼燒溫度在950℃時(shí)氧化鎂2.2.6稱(chēng)樣量的影響含水率測定結果已穩定;同時(shí),考慮TGA701型熱對5個(gè)梯度的稱(chēng)樣量分別進(jìn)行試驗,結果見(jiàn)重分析儀的最高使用溫度為1000.顧二者筆表3?？梢?jiàn)試樣量少時(shí)稱(chēng)樣量可能不具有代表性,者選擇含水率測定的灼燒溫度為950℃。根據試驗結果,稱(chēng)樣量選用1.5~2.5g較為合適。2.2.3升溫速率的影響表3稱(chēng)樣量對自由水率和含水率的影響升溫速率也是熱重分析法測定氧化鎂含水率的Tab.3 The effect of sample mass on free water ratio andmoisture content影響因素。升溫速率過(guò)大會(huì )產(chǎn)生熱滯后現象,導致稱(chēng)樣量/g自由水率/%含水率/%熱重曲線(xiàn)上的起始溫度和終止溫度偏高,因此需要選擇合適的升溫速率。0.573.11該試驗選擇了3種組合的升溫速率進(jìn)行試驗:0.573.07①先5℃·min1升溫至110℃,再25℃·min升溫至950℃;②先5℃·min-升溫至110℃,再50℃·min-1升溫至950℃;③先10℃·min升溫至110℃,再50℃·min-升溫至950℃。試驗過(guò)程中發(fā)現如果加熱爐以10℃·min的速率從室溫升至110℃,結果終止溫度明顯偏高,達到0.523.04119℃。因此,在測定自由水率時(shí),升溫速率宜選擇5℃·min-1升溫至110℃,待樣品質(zhì)量恒定后,測2.3熱重法與“烘箱法”、“馬弗爐法”的差異定自由水率;對于含水率的檢測,50℃·min速率2.3.1氧化鎂自由水率檢測結果對比升溫至950℃和25℃·min‘速率升溫至950℃熱重法:樣品從室溫開(kāi)始加入,約10min升溫對檢測結果影響不大,因此選擇加熱爐從110℃以至110℃,保溫1h。烘箱法:將樣品直接放入50℃·min-速率升溫至950℃,待樣品質(zhì)量恒定10℃烘箱中,保溫1h。兩種方法的試驗結果存在后,檢測氧化鎂含水率。明顯的差異,見(jiàn)表4?？梢钥闯霾捎脽嶂胤y得的2.2.4氣氛的影響自由水率,比采用烘箱法測得的高0.2%為了獲得重復性較好的試驗結果,多數情況下調整烘箱法樣品放入時(shí)的溫度。將箱體溫度降熱重分析法是動(dòng)態(tài)氣氛的熱重分析,即試樣周?chē)牡绞覝睾蠓湃霕悠?約10min烘箱升溫到110℃氣體是以穩定流速流動(dòng)的,它可以將反應生成的氣保溫1h,與熱重法的試驗結果進(jìn)行對比,見(jiàn)表體及時(shí)帶走,有利于反應的順利進(jìn)行。通常選擇可以看出第二次試驗烘箱法和熱重法的試驗結果基氮氣作為載氣,以消除加熱過(guò)程試樣出現氧化增重本一致的現象。根據被測物質(zhì)和成分的特性,該試驗選擇氧化鎂在100℃含水氣相中進(jìn)行化學(xué)吸附,氮氣作為載氣使氧化鎂的顆粒與氣相水接觸,在氧化鎂顆粒表2.2.5氦氣流量的選擇面形成羥基吸附相(直徑約0.3mm的水分子不能不同的氣體流量,會(huì )影響到熱重儀測定的基線(xiàn)通過(guò)氧化鎂晶格間距)。也就是說(shuō),如果烘箱從室漂移程度,所以在熱重測試過(guò)程中,必須確保氣體流溫開(kāi)始升溫VT凵中國煤化工子能通過(guò)氧化量的穩定性。TGA701型熱重分析儀的氣體流量鎂品格間畦CNMHGF理化物分成王凌;熱重分析技術(shù)在氧化鎂含水率檢測中的應用表4烘箱法(110℃放入樣品)與熱重法測得自由水率對比表6馬弗爐法與熱重法測得含水率對比Tab. 4 The comparison of free water ratio determined by oven methodTab. 6 The comparison of moisture content determined by(putting in sample at 110 C)and thermogravimetric methodmuffle furnace method and thermogravimetrie method自由水率/%含水率/%編號編號烘箱法熱重法馬弗爐法熱重法0.502.662.7123456782.652.650.320.610.392.642.684013077平均值2.67表7準確度對比試驗結果0.330.62Tab. 7 The precision comparison test results自由水率/%自由水率/%含水率/%含水率/%編號(烘箱法)(熱重法)(馬弗爐法)(熱重法)平均值0.59表5烘箱法(室溫放入樣品)與熱重法測得自由水率對比0.41Tab. 5 The comparison of free water ratio determined by oven method0.402.74(putting in sample at room temperature) and thermogravimetrie method自由水率/%0.440.42編號烘箱法熱重法372.740.4182.78440.400.40102.74相對標準2.040.44偏差0.370.413結論0.470.420.460.42大量的驗證試驗結果表明,采用熱重法測定氧化鎂含水率的主要影響因素有儀器和試驗條件兩個(gè)0.44方面。該方法突出的優(yōu)點(diǎn)是檢測速率快,且試驗結0.44果準確,設備操作簡(jiǎn)單,人為影響因素少,適用于批平均值0.41量樣品的常規檢驗。2.3.2氧化鎂含水率檢測結果對比參考文獻:馬弗爐法和熱重法的檢測結果基本一致,見(jiàn)表6。2.3.3檢測準確度對比[1]錢(qián)宇偉,儲雙杰,楊勇杰,等硅鋼級氧化鎂反應行為對兩種檢測方法進(jìn)行準確度對比試驗,結果見(jiàn)的研究[].寶鋼技術(shù),2014(3):40-45表7?？梢钥闯?熱重法檢測結果的準確度明顯高2]馬駿張玲,方超等影響熱重分析儀測試的幾種因素及解決方I1定驗科學(xué)與技術(shù),2013(4)于烘箱法和馬弗爐法的。338-340中國煤化工下轉第411頁(yè))CNMHG理化驗物理分冊魏源:PTM23D1金屬擺錘式?jīng)_擊試驗杌的期間核查間、核查人員、評價(jià)人員等完整的核查信息。期間核評價(jià)以及對所發(fā)現問(wèn)題的處理方法或過(guò)程均應存入查記錄應存檔。設備檔案6結束語(yǔ)參考文獻:金屬擺錘式?jīng)_擊試驗機在各行業(yè)中均應用廣[1]GB/T27025-208(sO/FC17025:2009檢測和泛。為了確保設備在檢定或校準有效期間的檢定或校準實(shí)驗室能力的通用要求[S]校準狀態(tài)的可信度,在檢定或校準間隔期間內,必須[2] CNAS-CI01:2006(ISO/IEC17025:2005)檢測和要對設備進(jìn)行詳細的期間核查并且要對核查數據進(jìn)校準實(shí)驗室能力認可準則[S][3]GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法行認真的分析與評價(jià)(1)實(shí)驗室在設備期間核查前,應首先根據設[4]GB/T3808-2002擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗[S]備的使用狀態(tài),編制設備期間核査計劃,確定核查方[5]JG145-2007擺錘式?jīng)_擊試驗機檢定規程[S法、核査標準、判定標準、核査時(shí)間、核査人員及評價(jià)[6]李軍偉張國民,劉勇等夏比擺錘沖擊試驗的有效人員等信息,對在檢定或校準有效期內的設備進(jìn)行質(zhì)量控制[J].理化檢驗物理分冊,2010,46(12):779定期或不定期的核查。782.(2)實(shí)驗室在設備期間核查后,除了記錄測試7]王承忠理化檢驗設備和標準物質(zhì)期間核查的方法及結果外,還應對核查數據進(jìn)行結果分析和評價(jià),以實(shí)例[].理化檢驗物理分冊,2010,46(9):576585;達到期間核查的最終目的,真正發(fā)揮期間核查的2010,46(10):643-649作用。[8]王承忠萬(wàn)能材料試驗機的期間核查[],工程與試驗(3)實(shí)驗室在對設備期間核查結果進(jìn)行分析和2010,50(增刊1):61-71[9]李紅丹,宮小野,孫葉楠.WDW-300E拉伸試驗機的評價(jià)后,若發(fā)現設備的狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生較大偏離,導致期間核查方法[J理化檢驗物理分冊,2013,49(5)測試數據不可靠時(shí),應按有關(guān)標準的規定進(jìn)行處理314-315.或重新對設備進(jìn)行檢定或校準,直至確認設備狀態(tài)[10]金鈺明余雷蔡宗濤擺錘刀刃半徑對夏比沖擊試驗正常后才可以重新投入使用。結果的影響[]].理化檢驗物理分冊,2014,50(12)(4)期間核查記錄、對期間核查結果的分析和874-881(上接第400頁(yè)(上接第404頁(yè))4] JAROSLAW M, HENRY K D, MARICN K.[3]成青熱重分析技術(shù)及其在高分子材料領(lǐng)域的應用Theoretical analysis of the asymmetric rolling of「廣東化工,2008,35(12):5052,81.sheets on leader and finishing stands[J]. 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