基于直讀光譜法測定鐵水中鉛、鋅、銻、鉍等微量元素研究

張世歡

摘 要：本文試驗(yàn)了用直讀光譜儀檢測高爐鐵水中的Pb、Zn、Sb、Bi等微量元素。利用OBLF直讀光譜所配置的生鐵檢測曲線，通過標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)曲線進(jìn)行校正，對(duì)在鐵水包中取得的白口化生鐵樣品進(jìn)行在線檢測，檢測結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：鐵水；白口化；直讀光譜儀；微量元素；在線生產(chǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.028

鐵水作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原材料，一般占裝入量的70%～100%。由于鐵水中Pb、Zn為有害元素，Sb、Bi為敏感元素，而韶鋼為滿足特鋼生產(chǎn)及提高鐵水質(zhì)量的需要，要求快速對(duì)鐵水中的Pb、Zn、Sb、Bi等微量元素進(jìn)行的測定。本文利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)直讀光譜儀的工作曲線進(jìn)行校準(zhǔn)后，可直接對(duì)高爐鐵水樣進(jìn)行測定。目前對(duì)這些元素的測定一般采用ICP法進(jìn)行測定，此方法分析速度慢，操作手續(xù)繁雜，工作量大，分析周期長等特點(diǎn)，對(duì)高爐在線生產(chǎn)的指導(dǎo)意義嚴(yán)重滯后。而直讀光譜法則具有分析速度快，操作簡單，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高，測量范圍寬等特點(diǎn)，對(duì)在線生產(chǎn)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備

QSN750型直讀光譜儀，分析間隙為4mm的定距規(guī)及直徑為6mm、頂端為90°的圓錐鎢棒，德國OBLF公司；

ZDMY型砂帶磨樣機(jī)（武漢精工機(jī)械有限公司）；

自動(dòng)銑樣機(jī)（北京靜遠(yuǎn)科技公司）。

1.2 儀器分析條件

儀器工作環(huán)境條件：溫度：23℃～28℃，濕度：<70%；

氬氣純度：99.99%；氬氣壓力：0.3MPa；氬氣流量：11L/min；

電壓：220±22V；真空度：0.85；

預(yù)燃時(shí)間：1s，儀器頻率為800Hz；

沖洗時(shí)間：4s，儀器頻率為800Hz；

曝光時(shí)間：4s， 儀器頻率為800Hz；

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

通過利用OBLF直讀光譜儀上的生鐵工作曲線，添加含有低含量的這些元素的新標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，以擴(kuò)展這些元素的檢測范圍，滿足生鐵中這些元素低含量的檢測。通過實(shí)驗(yàn)選擇最佳的檢測條件，采集新增標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)光強(qiáng)，并對(duì)原有工作曲線進(jìn)行修正和調(diào)整，同時(shí)運(yùn)用不同方法的比對(duì)等檢測手段，逐步修正光譜儀上生鐵的工作曲線。使用新工作曲線進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)，從而得到檢測要求和生產(chǎn)要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳條件的選擇

2.1.1 氬氣流量和氬氣壓力的選擇

用QSN50光譜儀進(jìn)行檢測時(shí)，氬氣流量和氬氣壓力的大小，直接影響光譜儀的檢測結(jié)果。若氬氣流量和壓力過小，則不能去掉在樣品激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的其它氣體和化合物，造成檢測結(jié)果不穩(wěn)定，重復(fù)性差；反之，若氬氣流量和壓力過大，則造成激發(fā)火花閃動(dòng)，火花放電不穩(wěn)的現(xiàn)象，同樣會(huì)造成檢測結(jié)果穩(wěn)定性差。通過大量實(shí)驗(yàn)，氬氣壓力在0.3MPa，氬氣流量在11L/min時(shí)，檢測結(jié)果穩(wěn)定，重現(xiàn)性好。

2.1.2 預(yù)燃時(shí)間、曝光時(shí)間、沖洗時(shí)間的選擇

用一穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品為激發(fā)對(duì)象，通過改變預(yù)燃時(shí)間分別設(shè)定為1s，2s，3s，4s，5s進(jìn)行檢測各元素的譜線強(qiáng)度，從預(yù)燃曲線中可知，在1s后譜線強(qiáng)度就保持穩(wěn)定，故本實(shí)驗(yàn)選擇預(yù)燃時(shí)間為1s。同樣辦法對(duì)曝光時(shí)間和沖洗時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從相應(yīng)的曲線中可知，曝光時(shí)間為4s，沖洗時(shí)間為4s時(shí)檢測結(jié)果穩(wěn)定。所以選擇預(yù)燃時(shí)間為1s，曝光時(shí)間為4s，沖洗時(shí)間為4s為最佳檢測條件。

2.1.3 樣品白口化及制備

（1）樣品白口化的方式方法。直讀光譜分析生鐵和鑄鋼樣品要求試樣表面層碳都以碳化物的狀態(tài)存在，不能有游離石墨，即鑄鐵的分析面必須是完全白口。當(dāng)鑄鐵表面存在游離碳時(shí)（灰口鐵），就會(huì)影響分析結(jié)果，特別是碳高達(dá)3.8～4.0%，硅高達(dá)1.0～2.6%，欲使這樣成分的樣品“白口化”是非常困難的。為了達(dá)到白口的目的，可以采取以下措施：

1）提高澆注試樣的溫度，增加鐵水的過冷度，可避免和減少作為石墨核心的夾雜物，從而提高白口化程度，澆注溫度要求在1400攝氏度以上。

2）提高澆注試樣塊的冷卻速度，改善鑄態(tài)試塊的冷卻條件，減少試塊的厚度，增加試塊的冷卻面積，以提高冷卻速度，促使鑄鐵形成白口化。鑄態(tài)鐵水的急冷，使得來不及或很少析出游離石墨，一般采取銅模澆注法最好。

3）在鐵水中加入反石墨化元素。鐵水中石墨碳的析出與其化學(xué)成分有極密切的關(guān)系，加入反石墨化元素能抑制石墨核心的形成，促進(jìn)試塊白口化。

根據(jù)本公司鐵水成分的實(shí)際情況，對(duì)高爐鐵水取樣模式進(jìn)行一定的優(yōu)化和改善，使鐵水試樣盡可能達(dá)到白口化，從而滿足光譜檢測的要求。

（2）樣品制備。采用直讀光譜儀檢測鐵水成分的樣品，在制備上與鋼樣品一樣，要求表面光滑、無砂眼和無交叉紋，且光譜激發(fā)表面不能有油污。有條件的話，可用銑床進(jìn)行制樣。

2.2 工作曲線的制作

在OBLF-QSN750的生鐵工作曲線上，根據(jù)已設(shè)定好的最佳檢測條件，添加新增的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)到標(biāo)樣庫中，并采集各元素的相對(duì)光譜強(qiáng)度。分析程序?qū)⒆詣?dòng)擬合到各元素的工作曲線上。Pb、Zn、Sb、Bi的擬合工作曲線如下：

2.3 精密度試驗(yàn)

選取兩個(gè)不同含量的生鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品在制作好的生鐵工作曲線上進(jìn)行檢測，分別各檢測11次，檢測結(jié)果如下表：

由表1中可以看出，平均值與標(biāo)準(zhǔn)值吻合性較好，變異系數(shù)（CV）符合GB/T27404-2008中附錄F.2要求。

2.4 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

（1）選取3個(gè)生鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別連續(xù)檢測6次的平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之間進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表 ：

從準(zhǔn)確度試驗(yàn)情況看，采用直讀光譜法對(duì)白口化生鐵樣品進(jìn)行微量元素的檢測，不但檢測速度快，在準(zhǔn)確度上也滿足日常生產(chǎn)的要求。

3 結(jié)論

利用在直讀光譜儀上的生鐵檢測工作曲線，通過技術(shù)手段擴(kuò)展檢測范圍及檢測條件，用于檢測白口化的生鐵試樣中的微量元素，分析結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T27404-2008）的要求，完全滿足韶鋼日常生產(chǎn)的要求，對(duì)生鐵樣品中其它元素也可同時(shí)進(jìn)行檢測，特別是碳元素的檢測，很好地提高了檢測效率，滿足生產(chǎn)一線快速檢測的需要。

參考文獻(xiàn)：

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