PDA-7000直讀光譜儀在鑄鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

吳偉 李曉燕

摘要：光譜分析是一種快速、準(zhǔn)確測(cè)定鋼中元素的方法.文章介紹了PDA-7000型直讀光譜儀的特點(diǎn)及其在我公司鑄鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：直讀光譜儀;鑄鋼生產(chǎn);分析;應(yīng)用

1.前言

PDA-7000 直讀光譜儀以高精度快速分析的PDA光電測(cè)光法，本法與常規(guī)化學(xué)分析法相比， 省時(shí)省力， 操作簡(jiǎn)便， 可以在1min 之內(nèi)同時(shí)分析金屬材料中的多元素，應(yīng)用廣泛。測(cè)定其化學(xué)分析值， 判定與規(guī)格值合格與否， 大大提高了樣品的分析速度，精確、快速。應(yīng)用于爐前生產(chǎn)控制分析， 可以提高質(zhì)量， 降低成本， 提高了產(chǎn)品的可靠性.

2.PDA法分析原理

PDA法（Pulse Distribution Analysis Method，脈沖分布分析法）是在激發(fā)時(shí)記錄每一個(gè)脈沖并按時(shí)間順序排列后將脈沖按高低頻數(shù)制作分布圖，依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的原則，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，去除各種因素造成的不正常的脈沖，然后再積分，得到強(qiáng)度。

3.實(shí)驗(yàn)及分析

3.1?分析條件

日本島津PDA-7000真空直讀光譜儀，凹面繞射光柵， 凹面光柵半徑600mm，刻線2400條/mm，線色散倒數(shù)0.69nm/mm，入射狹縫10μm，出射狹縫30μm或50μm;鎢棒電極（Φ6.2mm，頂角30°）;分析參數(shù)：沖洗2s，預(yù)燃10s，積分5s;真空室溫度40±1℃，環(huán)境溫度23±5℃;氬氣純度 99.999%以上。各分析元素及參數(shù)見(jiàn)表1。

3.2 工作曲線繪制

在設(shè)定流量的純氬氣中，將加工好的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，放到火花架上，選定參數(shù)，用高能光源激發(fā)發(fā)光，經(jīng)分光計(jì)色散元件分解成線狀光譜，對(duì)選用的特征內(nèi)標(biāo)線和分析元素的強(qiáng)度進(jìn)行光電測(cè)量，用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析元素和基體元素的光強(qiáng)比與分析元素的誘導(dǎo)含量值，繪制校準(zhǔn)曲線存入計(jì)算機(jī)。

表2為各分析元素的校準(zhǔn)曲線系數(shù)。其中校準(zhǔn)曲線是根據(jù)下列模型運(yùn)用最小二乘法擬合而成。CR=AI3R+BI2R+CIR+D式中

CR——被測(cè)元素的含量;

IR——元素譜線相對(duì)光強(qiáng)值;

A，B，C，D——為校準(zhǔn)曲線系數(shù)。

3.3光譜樣品處理

光電光譜分析為局部分析，要求試樣中被測(cè)元素成分均勻。冶煉過(guò)程取樣，每一勺鋼水鑄入樣品模具中，應(yīng)保證鑄造樣品均勻，縮孔和裂紋;成品取樣，應(yīng)從成品中均勻部位取得。從模具中取得的樣，一般在高度方向的下端1/3處取樣品。未經(jīng)切割的樣品，其表面必須去掉1. 5mm的厚度?？刂茦悠泛头治鰳悠窇?yīng)在同條件下研磨，保證樣品分析面光滑平整，無(wú)氣孔、夾雜、油污和氧化物，分析面大小必須完全覆蓋激發(fā)孔，避免漏氣;樣品材料化學(xué)成分均勻，并保證樣品和標(biāo)準(zhǔn)控樣的金相組織一致;被測(cè)定的樣品要有足夠的厚度，以保證在分析激發(fā)過(guò)程中不被擊穿。

3.4試樣激發(fā)的注意事項(xiàng)

試樣激發(fā)的好壞應(yīng)觀察的幾個(gè)方面：（1）看激發(fā)點(diǎn)是否濃縮放電（黑色熊貓眼狀），若是白點(diǎn)為擴(kuò)散放電，則是不合理數(shù)據(jù)。（2）基體內(nèi)標(biāo)強(qiáng)度數(shù)值太小，則透鏡受到了污染，應(yīng)清潔擦拭，保證有良好的透光度。（3）激發(fā)電極尖端重復(fù)放電以后，鎢電極上的附著物會(huì)改變間隙放電距離。因此每次激發(fā)后要用刷子清理一次電極。（4）極距是否調(diào)整正確，距離太大，試樣不易激發(fā);距離太小，曝光時(shí)放電電流太大，測(cè)定結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有差異。（5）氬氣純度是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，若純度不夠，會(huì)造成擴(kuò)散放電。（6）樣品是否蓋住激發(fā)孔;樣品表面是否平整;激發(fā)孔是否變形等，這些激發(fā)時(shí)都會(huì)造成漏氣，造成擴(kuò)散放電。（7）氬氣流量波動(dòng)比較大，則氣路系統(tǒng)發(fā)生漏氣。用肥皂水檢査氣路各個(gè)接頭的漏氣點(diǎn)。（8）砂粒太細(xì)及用久的磨樣砂輪片，磨出的試樣不易激發(fā)。

3.5?樣品測(cè)試

分析前必須進(jìn)行儀器校準(zhǔn)工作， 包括描跡、標(biāo)準(zhǔn)化、控樣校正。以中低合金鋼標(biāo)樣為樣品。用標(biāo)鋼進(jìn)行校準(zhǔn)曲線兩點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化， 用控制樣品進(jìn)行類標(biāo)修正， 完成后分析試樣。表3、4列出了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣樣品的分析結(jié)果。

表3﹑表4中化學(xué)值為國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，所分析數(shù)據(jù)均為試樣連續(xù)激發(fā)11次所得，可以看出，方法的準(zhǔn)確度與精密度較好。

4 儀器的日常維護(hù)和保養(yǎng)

（1） 入射透鏡的維護(hù)

激發(fā)一定數(shù)量的試樣以后， 火花室內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生的灰燼等污染物及分光室內(nèi)真空泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)蒸騰產(chǎn)生的油污分子會(huì)污染透鏡的兩個(gè)表面， 降低透鏡的透光性， 引發(fā)光強(qiáng)值下降。因此， 每隔一個(gè)規(guī)定的時(shí)間或分析了一定數(shù)量的試樣后， 要將透鏡取下， 浸泡在無(wú)水乙醇或其他清洗液中數(shù)十分鐘， 再用干凈的綢布擦拭干凈后裝上。值得注意的是有N通道的光譜儀使用的是表面涂有氟化鎂的透鏡， 表面沾有少量的水分就會(huì)破壞氟化鎂涂層， 因此不能浸泡在存放于密閉性能不好的容器中，也不能用綢布反復(fù)用力擦拭， 否則會(huì)擦壞氟化鎂涂層。

（2） 維護(hù)火花激發(fā)臺(tái)

根據(jù)目前的生產(chǎn)狀況，應(yīng)每半月清理一次火花激發(fā)臺(tái)。打開激發(fā)平臺(tái)，拆下激發(fā)電極，清理內(nèi)部所有污染物，安裝復(fù)原時(shí)注意粉塵杯的方向，用極距規(guī)調(diào)整電極極距并固定，激發(fā)電極應(yīng)保持30°尖角。

（3） 定期清洗風(fēng)扇過(guò)濾墊

風(fēng)扇過(guò)濾墊的作用是阻擋外部臟空氣直接進(jìn)入儀器內(nèi)部污染儀器內(nèi)部的各個(gè)電氣元件。風(fēng)扇過(guò)濾墊應(yīng)每半月清洗一次。若長(zhǎng)時(shí)間不清洗，污垢將阻塞外部冷空氣進(jìn)入，起不到散熱作用。

5結(jié)束語(yǔ)

為了讓直讀光譜儀在生產(chǎn)中得到準(zhǔn)確結(jié)果，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）加工好的光譜分析試樣的工作面應(yīng)平整、光滑，不應(yīng)有氣孔、砂眼、縮孔、縮松、毛刺裂紋和夾雜類缺陷，并保證一定的粗糙度，激發(fā)時(shí)不能有漏氣現(xiàn)象，以保證激發(fā)完全。連續(xù)的激發(fā)應(yīng)該充分地分開，使得激發(fā)點(diǎn)不相重疊。

（2）做好標(biāo)準(zhǔn)化工作。為了調(diào)節(jié)因電子元件、光源、分光系統(tǒng)等因素的變化而引起的工作曲線的漂移，分析試樣前應(yīng)對(duì)工作曲線做好標(biāo)準(zhǔn)化，一般要求標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)在0.8-1.2之間為佳。

（3）由于治煉條件不同，試樣和標(biāo)準(zhǔn)樣品的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同，且試樣的共存元素也不能保證與標(biāo)準(zhǔn)樣品非常相似，由此引入的系統(tǒng)誤差，必須通過(guò)激發(fā)控制樣品再次對(duì)分析結(jié)果。

（4）儀器維護(hù)非常重要，平時(shí)工作時(shí)要留心觀察，當(dāng)聽到聲音不正常或看到不正?，F(xiàn)象，要立刻停止分析，及時(shí)檢查、判斷、處理，儀器正常后方可進(jìn)行分析工作，切不可讓儀器帶病工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。GB/T14203-2016 火花放電原子發(fā)射光譜分析法通則。

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). GB/T 4336-2016 碳素鋼和中低合金鋼的光電光譜分析方法。

[3] 周西林 葉反修 王嬌娜 葉春暉 光電直讀光譜分析技術(shù) 冶金工業(yè)出版社 2019

作者簡(jiǎn)介：

吳偉（出生年1980.7），性別：男，民族：漢，籍貫（江蘇無(wú)錫），單位（中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司），學(xué)歷：大專，職稱：高級(jí)技師，研究方向：金屬材料化學(xué)分析。

李曉燕 女 漢?江蘇丹陽(yáng)?中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所?本科 高級(jí)工程師?金屬材料化學(xué)分析

（中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司?江蘇?常州?213011）