Brevet FR2472748A1 — publié le 19810703

La présente invention concerne la métallurgie et a notamment pour objet un procédé de détermination de la teneur en hydrogène des matières inorganiques, par exemple des laitiers de métallurgie. L'invention peut trouver des applications dans la fonderie d'acier, dans l'élaboration de fonte en haut fourneau, pour la détermination des régimes de conduite de ces processus. L'invention peut être également utilisée dans la métallurgie des métaux non ferreux. On connaît actuellement un procédé chimique de détermination de l'hydrogène, par exemple dans le laitier résultant de l'élaboration de la fonte en haut fourneau, fondé sur la détermination de la quantité de bioxyde de carbone obtenu lors de la réduction de l'eau contenue dans les laitiers à l'aide des réactions suivantes 2H2O + 2 C = 2CO + 2H2 2H2 + 2CuO = 2H20 + 2Cu 2H2O + CaC2 = Ca(OH)2 + C2H2 C2H2 + 5CuO = 2C02 + H20 + 5Cu Toutefois,ce procédé n'est pas universel, étant donné qu'il n'est utilisé que dans le cas de laitiers en haut fourneau, il exige beaucoup de main d'oeuvre et dure 4 à 6 heures.Le plus difficile est de déterminer la teneur en hydrogène des laitiers fluorés, à partir desquels l'hydrogène sous chauffage peut se dégager sous forme de H2, H20 et HF. Afin d'éviter les pertes, il est indispensable de transformer l'hydrogène lié en hydrogène libre. Au cours de l'analyse des laitiers fluorés on réalise des transformations assez compliquées dans un courant d'oxygène à la température de 1200 C, qui rendent difficile non seulement la réalisation de l'analyse mais créent des conditions favorisant les erreurs. On connais en outre un procédé de détermination de la quantité d'hydrogène dans les bains de fusion oxydés, comprenant la fusion d'une éprouvette à la température de 16000C dans un courant de gas inerte. L'eau dégagée du laitier et entraînée par le courant de gaz est admise, par exemple, dans un tube de quartz rempli de ferromolybdène, dans lequel elle est réduite en hydrogène et en oxyde de carbone. La quantité d'hydrogène est déterminée par l'un des procédés connus, notamment par chromatographie. Ledit procédé est compliqué, exige beaucoup de main-d'oeuvre, sa durée de réalisation est de 1 à 2 heures. On connaît également un procédé de détermination de la quantité d'hydrogène dans les métaux, cmmprenant la fusion d'une éprouvette de métal dans un creuset de graphite placé dans un four à électrodes à imphlsions, à une température de 1800 à 3000 C. La fusion de l'éprouvette de métal est réalisée dans un écoulement porteur gazeux destiné à transporter l'hydrogène dégagé vers un appareil servant à son enregistrement quantitatif, par exemple vers un détecteur thermique. Lors de l'utilisation dudit procédé de détermination de la teneur en hydrogène des laitiers il se produit une réduction incomplète de l'eau en hydrogène par suite de l'évacuation continue des vapeurs d'eau delta zone de réaction, et par conséquent, les résultats obtenus lors de la détermination de la teneur en hydrogène piochent par défaut. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de mettre au point un procédé de détermination de la quantité d'hydrogène dans les matières inorganiques, par exemple dans les laitiers, qui permettrait de réaliser une réduction plus complète de l'eau en hydrogène et de déterminer d'une façon plus précise et rapide la quantité d'hydrogène dans les matières à analyser. La solution à ce problème consiste en ce que lors de la détermination de la quantité d'hydrogène dans les matières inorganiques par un procédé comprenant la fusion d'une éprouvette au four dans un creuset de graphite à une température de 1600 à 25000C dans une atmosphère inerte, et le transport de l'hydrogène se dégageant au cours de la fusion dans un écoulement de gaz inerte vers l'endroit de son enregistrement quantitatif, suivant l'invention la fusion de l'éprouvette s'effectue dans un four hermétiquement fermé, pendant un laps de temps suffisant pour éliminer complètement de l'éprouvette les composés hydroganea, de préférence pendant 3 à 15 secondes, après quoi l'hydrogène dégagé est évacué du four à l'une des températures précitées. Le procédé, objet de l'invention, permet de déterminer avec un degré de précision de 2.10 3% en masse la quantité d'hydrogène dans les matières inorganiques, par exemple dans les laitiers. En outre, le procédé en question est simple à automatiser. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Le procédé faisant l'objet de l'invention. est utilisé pour la détermination de la quantité d'hydrogène dans les laitiers (de fonte en haut fourneau, de fonderie d'acier), dans les flux, les cristallohydrates et dans d'autres matières inorganiques contenant de l'hydrogène tant à l'état libre que sous forme d'eau. Pour mettre nn oeuvre le procédé conforme à l'invention on utilise, par exemple, des fours à électrodes à impulsions d'une conception connue. aver un creuset de graphite. L'éprouvette à analyser, par exemple l'éprouvette de laitier, est placée dans un creuset de -graphite dégazé au préalable à la température de 30000C dans un courant de gaz inerte. Ensuite le creuset contenant l'éprouvette est de nouveau soufflé avec un gaz inerte pendant 5 à 10 secondes. Suivant l'invention, avant la fusion de l'éprouvette à analyser, on ferme termétiquement le volume du four afin de créer des conditions favorables à un déroulement plus complet de la réaction de réduction de l'eau en hydrogène. La température à laquelle se produit la réduction en hydrogène de l'eau contenue dans l'éprouvette est comprise entre 1600 et 25000C en fonction du genre de matière à analyser. Par exemple, pour déterminer la quantité d'hydrogène dans le tétraborate de sodium Na2B407.10H20, la température du procédé est 2200 à 24000C. Les auteurs de l'invention ont établi que 3 à 15 secondes suffisent pour un déroulement plus complet du processus, c'est-à-dire que, durant ce laps de temps, il se produit une élimination complète des composés hydrogénéscontenus dans l'éprouvette. Ensuite, sans arrêter le chauffage, on ouvre le four et, au moyen d'un courant de gaz porteur, par exemple d'argon, on dirige l'hydrogène dégagé vers un analyseur tel que par exemple un chromatographe. Grace åaue fait que l'on évacue du four l'hydrogène dégagé sans arrêter le chauffage, c'est-à-dire à une température de 1600 à 25000C, il est possible de réduire d'une façon plus complète les vapeurs d'eau dégagées de l'éprouvette à analyser, ainsi que les vapeurs d'eau se trouvant dans la zone réactionnelLi (sur les parois du volume réactionnel, dans les pores des éléments du four). Le procédé proposé permet dé déterminer la quantité d'hydrogène dans une matière inorganique avec un degré de 7 précision de 2.1030/o en masse. Exemple: On détermine la quantité d'hydrogène dans une éprouvette de tétraborate de sodium, Na2B407.10H20, dans une installation dotée d'un chauffage à impulsions et d'un chromatographe. L'éprouvette de 0,02 g est placée dans un dispositif de chargement et le creuset de graphite contenant une prise de charge d'étain (0,05 g) est placé au four. L'étain est utilisé pour empêcher l'absorption de l'hydrogène par les produits de distillation du graphite. Le creuset de graphite est dégazé à la température de 30000C en faisant passer une impulsion de courant pendant 6 secondes et en soufflant le volume du four avec de l'argon purifié pour évacuer les gaz à latmos- phère. Ensuite, on met en marche le chauffage du four, on place l'éprouvette de tétraborate de sodium, à l'aide d'un dispositif de chargement, dans le creuset de graphite, on souffle le four avec de l'argon pendant 10 secondes, on ferme hermétiquement le volume du four, on branche le chauffage du four et on effectue la fusion de l'éprouvette à la température de 23000C durant 4 secondes. Ensuite, sans arrêter le chauffage du four, on ouvre le four et on dirige le produit de réaction sous l'effet du courant d'argon dans le chromatographe. Les résultats de la détermination de la quantité d'hydrogène dans le tétraborate de sodium par le procédé conforme à l'invention et par un procédé connu sont réunis dans le tableau ci dessous : Tableau Nombre de Quantité Procédé d'analyse toC déterminas d'hydrogène tions dégage, 96 Avec soufflage du volume du four par un gaz inerte au cours de la fusion de l'éprou- vette 2300 20 55 + 18 Avec volume fermé du four lors du chauffage et de la fusion de l'éprouvette 2300 20 96 + 18 Ainsi, le procédé conforme à l'invention! permet de réaliser la détermination de la teneur des matières inorganiques en hydrogène avec un haut degré de précision et de sensibilité. L'utilisation du procédé, par exemple, dans la métallurgie, permet d'obtenir des données fiables sur la teneur en hydrogène des laitiers, ce qui est une condition indispensable à l'obtention de métal de très haute qualité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit qui n'a pté donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celleseôi sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATION Procédé de détermination de la quantité d'hydrogène dans les matières inorganiques, du type comprenant la fusion d'une éprouvette au four dans un creuset de graphite, à une température de 1600 à 25O00C, dans une atmosphère inerte, et le transport de l'hydrogène se dégageant lors de la fusion, à l'aide d'un gaz inerte, vers l'endroit de son enregistrement quantitatif, caractérisé en ce qu'on réalise la fusion de l'éprouvette pendant 3 à 15 secondes dans un four hermétiquement fermé, après quoi on évacue du four, à l'une desdites températures, l'hydrogène dégagé.