不锈钢电弧炉粉尘加热过程的TGA及FTIR分析

利用FTIR,TGA法对PVC以及低烟无卤电缆料成分定性定量分析的探究王射林;王思远【摘要】由于含卤电缆在火灾中燃烧会释放出大量有害气体和烟雾,极易造成人员伤亡,这已引起了世界各国对电线电缆阻燃和低烟无卤问题的高度重视.文章利用FTIR,TGA法对PVC以及低烟无卤电缆料成分定性定量分析进行探究.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2019(016)009【总页数】2页(P118-119)【关键词】PVC;低烟无卤电缆;成分;样品检测【作者】王射林;王思远【作者单位】远东电缆有限公司,江苏宜兴 214257;广州电缆厂有限公司,广东广州 511480【正文语种】中文1 项目介绍（1）项目名称：聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）以及低烟无卤电缆护套料性能研究与开发。

（2）技术目标：通过对70 ℃和90 ℃的PVC电缆护套材料，低烟无卤材料的检测，识别上述材料是否发生变化，便于对原材料进行品质管控。

（3）技术内容：针对70 ℃和90 ℃的PVC电缆护套材料，低烟无卤材料，建立快速评定方法，以便对采购的原材料进厂验收，了解进厂材料成分及配方稳定性。

（4）技术方法和路线：利用傅里叶红外光谱仪检测设备、研究分析成果，对样品材料进行分析，达到对样品的成分定性和部分定量结果分析。

2 项目研究方案2.1 研究基础为顺利开展样品检测工作并建立一套材料质量快速评价方法，我们首先对70 ℃和90 ℃聚氯乙烯电缆护套材料和低烟无卤材料方面的资料进行调研。

本次资料调研主要分为3个部分：（1）待检材料样品调研。

（2）国内PVC以及低烟无卤电缆料知名生产厂家及其产品物性调研。

（3）电线电缆用PVC护套料应用技术参数调研。

通过资料调研了解到，这些待检样品在电线电缆行业的用途，如HR-70系列为70 ℃柔软护层级软聚氯乙烯塑料，PVC-ST2系列为90 ℃热塑性聚氯乙烯塑料，PVC-ST3系列为交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套电力电缆用塑料。

热重分析TG（TGA）和DTG原理解析与应用
1、名词：热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA），又叫热重法（Thermogravimetry，TG），热重仪（热重分析仪）：Thermogravimetric Analyzer 。

2、定义：在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系（w=f（T））的一种热分析技术。

由热重分析法得到的曲线称为TG曲线或TGA曲线，横坐标为温度，纵坐标为质量分数。

3、DTG曲线：叫微商热重分析（DTG）曲线，TG曲线对温度（或时间）的一阶导数得到的曲线（纵坐标为dW/dt，横坐标为温度或时间），物理意义表示失重速率与温度（或时间）的关系。

DTG曲线峰顶点与Tg曲线拐点相对应，为失重速率最大值点，DTG曲线峰数目与TG曲线台阶数相等。

DTG曲线面积与失重量成正比。

当失重很小TG曲线上无法分辨出来时，可以借助DTG分辨。

4、热重分析分类：等温热重法（恒温），非等温热重法（程序升温）
5、影响热重分析TGA测定结果的因素：仪器本身（浮力、坩埚选择、灵敏度）、升温速率、试样量、样品粒度、样品形状、气氛等。

6、热重分析应用介绍：物质热稳定性比较，物质的成分分析，物质的分解过程和热解机理，研究反应动力学，高分子的热氧化降解等，材料中挥发性物质的测定。

TGA 热重分析仪简介热重分析仪（Thermo Gravimetric Analyzer）是一种利用热重法检测物质温度-质量变化关系的仪器。

热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。

当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。

这时热重曲线就不是直线而是有所下降。

通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质，（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。

从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。

通过TGA 实验有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。

热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。

热重法试验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线)，TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。

工作原理热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。

最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。

所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。

零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。

由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。

影响热重分析的因素试样量和试样皿热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。

一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。

•14 •有色金属（冶炼部分）（h t t p://ysyl.bgrim m.c n)2021年第4期doi：10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2021. 04. 003不锈钢粉尘中FeCr204还原过程分解行为研究齐素慈、李建朝\许继芳2’3(1.河北工业职业技术学院材料工程系，石家庄050091;2.上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海200072;3.苏州大学沙钢钢铁学院，江苏苏州215137)摘要：不锈钢粉尘还原过程中FeCr20,分解对C r的分离回收影响显著。

对气体和固体碳还原FeCr20<的热力学过程和分解特征进行研究，探讨C r在还原过程中存在形式和还原分离条件。

结果表明，CO气体和H2在标准状态下不能还原FeCr204，固体碳能将FeCr204还原为铬氧化物和铁氧化物，甚至还原成金属C r和Fe。

提高温度和降低体系总压可促进反应进行。

温度1000〜1200 X：，配碳量为/3=0. 25〜0.5时，还原产物主要为Cr2〇3+F e;温度>1250 t：,配碳量;3>1.0时，还原产物主要为C r+F e;900"C时体系总压在0• 01~0. 001 M P a还原产物主要为Cr2〇3 +F e,低于0. 5 k P a时还原产物主要为C r+F e。

关键词：不锈钢粉尘；FeCr204;还原反应；分解行为；固体碳中图分类号：TF111. 13 文献标志码：A 文章编号：1007-7545(2021)04-0014-08Study on Decomposition Behavior of FeCr204in StainlessSteel Dust during Reduction ProcessQI Su-ci1,L I Jian-chao1,X U Ji-fang2-3(1. D epartm ent of M aterials Engineering, Hebei College of Industry and Technology,Shijiazhuang 050091 .C h in a；2. S tate Key L aboratory of Advanced Special Steel, Shanghai University .Shanghai 200072, C hina；3. School of Iron and S teel,Soochow U niversity,Suzhou 215137.Jian g su,C h in a)Abstract：Decomposition behavior of FeCr204during reduction of stainless steel dust has a significant impact on separation and recovery efficiency of Cr resources. Thermodynamic process and decomposition characteristics of reduction decomposition of FeCr2C)4with gas and solid carbon were studied. Existence form of Cr element and reductive separation conditions during reduction were discussed. The results show that CO gas and H2gas cannot reduce FeCr204at standard conditions. Solid carbon can reduce FeCr2()4to chromium oxide and iron oxide,and even reduce it to metallic Cr and metallic F e,a n d both of rising of temperature and dropping of total pressure can promote reduction. With temperature of 1000—1200 °C and carbon content of ^9=0. 25—0. 5 ♦ reduction products exist in form of Cr203+F e； when reduction temperature is >1250 °C and carbon content is 0, reduction products exist in form of C r+F e； When system total pressure P is in the range of 0. 01—0. 001 MPa at 900 °C ,the products exist in form of Cr203+F e,a n d exist in form of C r+F e when it is lower than 0. 5 kPa.Key w ords：stainless steel d u s t；F eC r2Q4;reduction reaction；decomposition b e h a v io r,solid carbon收稿日期：2020-10-31基金项目：国家自然科学基金资助项目（51704201);河北省高等学校科学研究计划青年基金项目（Q N2020161);上海市科学技 术委员会资助项目（19D Z2270200);河北工业职业技术学院自然科学项目（Z R Y2017001);省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室开放课题（SKLASS019-10)作者简介：齐素慈（1980-),女，河北正定人，硕士，讲师；通信作者：李建朝（1979-)，男，河北邢台人，副教授2021年第4期有色金属（冶炼部分）（http://ysyl_ bgrimm. cn)• 15•不锈钢粉尘中C r、P b、C d等重金属含量较高，是典型的冶炼过程危险固体废弃物，对人体健康、周 边空气、水源和土壤等产生重大危害[1]。

TG，TMA，DSC，DMA，DETA五大材料热性能分析，材料人必看热分析简介热分析的本质是温度分析。

热分析技术是在程序温度(指等速升温、等速降温、恒温或步级升温等)控制下测量物质的物理性质随温度变化，用于研究物质在某一特定温度时所发生的热学、力学、声学、光学、电学、磁学等物理参数的变化，即P = f(T)。

按一定规律设计温度变化，即程序控制温度：T = (t)，故其性质既是温度的函数也是时间的函数：P =f (T, t)。

材料热分析意义：在表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛的应用，对于材料的研究开发和生产中的质量控制都具有很重要的实际意义。

热分析简史回顾常用热分析方法解读根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，常用的热分析方法包括热重分析法（TG）、差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析(DMTA)、动态介电分析(DETA)等，它们分别是测量物质重量、热量、尺寸、模量和柔量、介电常数等参数对温度的函数。

(1) 热重分析(TG)热重法(TG)是在程序温度控制下测量试样的质量随温度或时间变化的一种技术。

应用范围：(1)主要研究材料在惰性气体中、空气中、氧气中的热稳定性、热分解作用和氧化降解等化学变化；(2)研究涉及质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣、吸附、吸收和解吸、气化速度和气化热、升华速度和升华热、有填料的聚合物或共混物的组成等。

原理详解：样品重量分数w对温度T或时间t作图得热重曲线(TG 曲线)：w = f (T or t)，因多为线性升温，T与t只差一个常数。

TG曲线对温度或时间的一阶导数dw/dT 或 dw/dt 称微分热重曲线(DTG曲线)。

图1 热重曲线(TG曲线)图2中，B点Ti处的累积重量变化达到热天平检测下限，称为反应起始温度；C点Tf处已检测不出重量的变化，称为反应终了温度；Ti或Tf亦可用外推法确定，分为G点H点；亦可取失重达到某一预定值(5%、10%等)时的温度作为Ti。

2021年第5期有色金属（冶炼部分）（h ttp://ysyl. bgrimm. cn)•17•doi：10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2021. 05. 004不锈钢粉尘气体还原过程中Fe2Ni04的分解行为研究李建朝]，齐素慈、许继芳2(1.河北工业职业技术学院智能制造学院，石家庄050091;2.苏州大学沙钢钢铁学院，江苏苏州215137)摘要：研究C O和H2气体还原Fe2N iO,的热力学过程和分解特征，探讨气体组成和温度对F o N iO,分解行为和还原产物的影响。

结果表明，《)和H2气体能够将Fe2N iO,还原为镍氧化物和铁氧化物，以及铁氧化物逐级还原，甚至直接还原成金属N i和F e iC O H2混合气体还原FoN iC^过程失重率随混合气体中H2含量和温度发生明显变化，当温度<820-C时，C O的还原能力比H2强，失重率随着混合气体中H2含量的增加而逐渐减小；当温度>820t时，H2的还原能力比C O强，失重率随混合气体中H2含量的增加而逐渐增大；若将Fe2N iO,完全还原为金属NH和F e，所需混合气体量至少为理论值的4倍。

关键词zFhNiCX ;不锈钢粉尘；还原反应；气体还原；分解行为中图分类号：TF111. 13;TF123 文献标志码：A 文章编号：1007-7545(2021)05-0017-08Study on Decomposition Behavior of Fe2N i04duringGas Reduction of Stainless Steel DustLI Jian-chao1, QI Su-ci1, XU Ji-fang2(1. D ep artm en t of In te llig e n t M an u fac tu rin g, H ebei C ollege of In d u s try and T e c h n o lo g y, S hijiazhuang 050091, C h in a；2. School of Iro n and S teel. Soochow U n iv e rs ity, S uzhou 215137，J ia n g s u，C hina)Abstract：Thermodynamic process and decomposition characteristics of reduction of Fe2N i04by CO and H2 gases were studied. Effects of gas composition and temperature on decomposition behavior and reduction products of Fe2N i04were discussed. The results show that CO and H2gas can reduce Fe2N i04to nickel oxide and iron oxide, then reduction of iron oxide obeys a stepwise mechanism, and even directly reduce to metallic Ni and metallic Fe. Weight loss rate during reducing of Fe2N i04by C〇-H2mixed gas changes significantly with H2content and temperature in mixed gas. When temperature is lower than 820 °C , reducing ability of CO is stronger than that of H2 »and weight loss rate drops gradually with increase of H2content in mixed gas. When temperature is higher than 820 °C，reducing ability of H2is stronger than that of C O，and weight loss rate rises gradually with increase of H2content. Amount of mixed gas required to completely reduce Fe2N i04to metal Ni and Fe is at least 4 times of theoretical value.Key words：Fe2N i04；stainless steel d u st；reduction reaction；gas reduction；decomposition behavior收稿日期：2020-ll-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（51704201);河北省高等学校科学研究计划青年基金项目（Q N2020161);河北工业职业技术学院自然科学项目（ZRY2017001)作者简介：李建朝（1979-)，男，河北邢台人，副教授；通信作者：齐素慈（1980-)，女，河北正定人，硕士，讲师• 18 •有色金属（冶炼部分）（http://ysyl. bgrimm. cn)2021年第5期不锈钢粉尘是指转炉或电弧炉冶炼一AOD / V O D 精炼生产不锈钢过程中产生的危险固体废弃 物，其中含有较多的C r 、Pd 、C d 等重金属，对人体健 康和周边环境产生重大危害[1]。

电弧炉冶炼钢液脱氧效果的检验方法讲解
1.氧化物形态检查：将熔融钢液取出样品，使其迅速冷却至固态状态。

然后使用金相显微镜观察样品断口的氧化物形态。

通常情况下，脱氧效果
良好的钢液断口上的氧化物形态应为均匀细小的球状或椭圆状，分布均匀；而脱氧效果差的钢液断口上的氧化物形态通常呈片状、网状或链状，分布
不均匀。

2.氧化物含量测定：可以使用化学分析方法测定钢液中的氧化物含量，如高温碱浸法、高温浸取法等。

这些方法通过将钢液样品与适当试剂进行
反应，从而使氧化物溶解或转化成易于测定的形式。

根据所加试剂的体积
或质量变化，计算得到氧化物的含量。

3.氧合钢氧含量测定：氧合钢氧含量测定是检验电弧炉冶炼钢液脱氧
效果的一种常用方法。

可以使用湿法或干法进行氧含量测定。

湿法方法包
括氧煤炉法、脱氢硅灰法等；干法方法包括碱氢碘滴定法、洗涤法等。

这
些方法都是通过使钢液中的氧与试剂反应产生物理或化学变化，并根据变
化的量来计算钢液中的氧含量。

4.脱氧合金混浆法：这是一种通过加入已知脱氧合金的方式进行脱氧
效果检验的方法。

将一定量的已知成分的脱氧合金（如硅铁、硅锰等）加
入到待检验钢液中，搅拌均匀，然后进行固化处理。

通过分析固化后钢液
的氧含量，可以得出脱氧效果是否良好的结论。

以上是电弧炉冶炼钢液脱氧效果的几种常用检验方法。

在使用这些方
法进行检验时，需要注意选择适宜的试剂和仪器设备，严格按照测试步骤
进行操作，并结合其他参数进行综合分析，以获取准确的检验结果。

⼀点⼼得：利⽤TGA-IR热重红外联⽤仪分析⾼分⼦材料
的均⼀性
今天在做热红联⽤时，TGA的曲线重复性很差。

当时⼀⼀排除因素，以为还是TGA故障。

在排除了仪器等因素时，隐隐约约就觉得实验⽤的试样塑料样品有问题。

接着，在SEM/EDS下⾯对塑料样品做局部微区（100um）元素分析，发现钙元素在不同微区的含量差异很⼤。

试样塑料样品是碳酸钙填充的硬质PVC管材，SEM/EDS的数据也证实了塑料样品中填充料分布不均。

再次选⽤同样的测试条件，在塑料样品的不同部位选取约0.3-0.4mg的样品测试TGA-IR。

最终发现：在选取部位接近的地⽅，TGA曲线重复性较好；选取位置差异较⼤时，TGA曲线的重复性也差了很多。

同时利⽤IR可以很好的实时检测样品分解出的物质。

TGA-IR分析⾼分⼦材料取样少，实验结果直观，所以适合分析对填充型、复合型⾼分⼦材料的均⼀性。

超高温FT-IR光谱发射率测量系统校准方法王宗伟;戴景民;何小瓦;杨春玲;潘卫东【期刊名称】《红外与毫米波学报》【年(卷),期】2010(029)005【摘要】针对材料发射率数据日益增长的需求,建立了超高温傅里叶变换(FT)光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果,建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型. 通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明,这些因素均导致试样测量温度偏高,而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较,取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.【总页数】6页(P367-371,388)【作者】王宗伟;戴景民;何小瓦;杨春玲;潘卫东【作者单位】哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;航天材料及工艺研究所,北京,100076;哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TP701【相关文献】1.红外光谱发射率测量系统的温漂修正方法 [J], 张宇峰;戴景民;陆晓东;邵珠峰;吴元庆2.基于积分球反射计的红外光谱发射率测量系统校正方法 [J], 张宇峰;戴景民;张昱;潘卫东;张磊3.超高温FTIR光谱发射率测量系统的线性度分析 [J], 王宗伟;戴景民;何小瓦;杨春玲4.干粉校准品复溶方法及校准次数对生化测量系统校准的影响 [J], 林素平;韩霜;臧素纲;陈鑫;左月媛;王惠民;周玉贵5.72套罗氏线圈测量系统同时校准的方法研究 [J], 李亚;李庆媛;王林森;武旭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。