提高熒光光譜儀分析生鐵成分準確度的實踐

王 權，陳翔勇

（天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404）

提高熒光光譜儀分析生鐵成分準確度的實踐

王 權，陳翔勇

（天津天鐵冶金集團技術中心，河北涉縣056404）

針對煉鐵化驗室出現(xiàn)生鐵抽樣重現(xiàn)率偏低的現(xiàn)象，分析了影響分析結果準確度的因素。通過實施定期清掃保養(yǎng)真空系統(tǒng)部件，控制樣品表面加工質(zhì)量，保持分析環(huán)境達標等控制措施，提高了生鐵成分的分析準確度及生鐵抽樣重現(xiàn)率。

抽樣重現(xiàn)率;真空室;表面質(zhì)量;分析環(huán)境

1 引言

煉鐵化驗室負責天鐵1#～5#高爐的鐵水和爐渣化驗分析任務。高爐生產(chǎn)為晝夜連續(xù)進行，高爐鐵水的成分分析是否準確，直接影響著高爐冶煉是否順利進行。煉鐵化驗室主要用島津MXF2400型X射線熒光光譜儀分析鐵水中的各成分含量，該設備已使用12年，屬于使用時間較長的分析設備，設備日分析工作量又大（晝夜分析180塊樣品），生鐵的抽樣重現(xiàn)率出現(xiàn)了偏低現(xiàn)象，影響了數(shù)據(jù)分析的準確度。當前鋼鐵行業(yè)經(jīng)濟形勢嚴峻，及時購買新設備并不契合實際發(fā)展，所以找出影響因素，采取有效措施，提高生鐵成分分析的準確度，對公司的節(jié)能降耗及生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。

2 現(xiàn)狀分析

前幾年，通過自制不同梯度的生鐵標樣，用化學方法定值繪做工作曲線，較好地減少了因樣品內(nèi)部結構不同而引起的偏差。但是，2013年6月份后，出現(xiàn)了生鐵的抽樣重現(xiàn)率達不到公司質(zhì)量目標考核要求的情況，對過去不合格月份的重現(xiàn)率進行統(tǒng)計（截至2014年6月），見表1。

表1 生鐵成分分析統(tǒng)計與對照

由表1可以看出，在統(tǒng)計的1年中，生鐵的抽樣重現(xiàn)率有4次偏低1%左右。

3 影響原因分析

針對抽樣重現(xiàn)率偏低，通過對試樣的提取、制備、分析等方面綜合分析，確定以下因素是影響分析結果準確度的主要原因。

3.1 真空系統(tǒng)故障

真空系統(tǒng)包括所有工作在真空狀態(tài)下的部件以及相關的部件，主要有真空泵、皮拉尼真空計、送樣器、電磁閥、光閘、試樣室、分光室、通道、檢測器、真空管道等，是熒光光譜儀賴以可靠運行的核心系統(tǒng)。由于熒光光譜儀已經(jīng)使用12年，分析樣品涵蓋5座高爐的鐵水和爐渣，日分析數(shù)量高達180爐，設備使用頻繁、分析任務重，加上化驗室毗鄰環(huán)境復雜的高爐區(qū)域和交通主干道，真空系統(tǒng)故障率高，污染問題較嚴重。

同時，在生產(chǎn)作業(yè)過程中，外部電網(wǎng)的波動也經(jīng)常造成熒光光譜儀斷電。通過以上對真空室系統(tǒng)全面檢查分析，確認真空系統(tǒng)問題是造成生鐵樣品成分抽驗合格率出現(xiàn)偏低的原因之一。

3.2 樣品表面質(zhì)量差

樣品表面狀態(tài)對熒光光譜儀分析的結果影響很大，要求具有均勻性、代表性和表面光潔平整性。生鐵樣塊屬于金屬樣塊，金屬樣塊必須進行表面精加工，獲得足夠的光潔度，以減少表面光潔度對X射線強度的影響；表面加工要求試樣與標準參比樣必須嚴格保持一致；表面拋光法依金屬樣品種類、所測元素而異；注意表面加工過程中的污染，制樣結束后應立即測量，以減少金屬表面污染對測量結果的影響。

2014年7月和8月,分別隨機提取100個樣品進行調(diào)研分析。調(diào)研后發(fā)現(xiàn)：5%的樣品中存在不同程度的表面裂紋、平整度、研磨均勻性及表面污染等缺陷，所以樣品表面質(zhì)量差是重現(xiàn)率偏低的重要原因。

3.3 分析環(huán)境不達標

熒光光譜儀每天不僅分析生鐵試樣，還要分析爐渣試樣。爐渣試樣采用粉末壓片制樣分析，每天分析的樣品數(shù)量很多，粉末壓片樣品會污染真空系統(tǒng)。同時熒光光譜儀屬精密儀器，對所處的環(huán)境具有較高的要求：溫度要求控制在18～28℃；濕度控制在40%～70%；設備周圍無灰塵（或者少量）；必須避免突然停電現(xiàn)象發(fā)生。

2014-07—12期間對粉末樣品和房間環(huán)境進行抽查。抽查結果顯示：粉末樣品、樣品盒周圍都存在污染。同時，化驗室毗鄰高爐區(qū)域和主干道，房間環(huán)境比較惡劣，粉塵大，濕度遠低于40%（30%左右），震動比較大，經(jīng)常突然停電，所以分析環(huán)境不達標是影響生鐵重現(xiàn)率低的原因之一。

4 實施對策

針對影響因素，及時制定了控制措施，并付諸實施。

4.1 定期清掃保養(yǎng)真空系統(tǒng)部件

為了保持真空系統(tǒng)穩(wěn)定順暢，重點對試樣室和分光室、試樣室電磁閥等關鍵部件進行維護，改變以往月度清掃模式，采取日常保養(yǎng)和集中清掃（半月一次）相結合的方式，加大維修保養(yǎng)力度和次數(shù)，避免設備出現(xiàn)真空報警無法作業(yè)的情況。

定期保養(yǎng)后，任意選取一塊經(jīng)化學定值的標準樣品進行現(xiàn)場分析10次，測定其平均值（Avg）、標準偏差（SD）和相對標準偏差（RSD），最后將所有分析及計算結果進行統(tǒng)計，測量其重現(xiàn)性，見表2。

表2 同一樣品相同條件下的分析結果

由表2數(shù)據(jù)可知，真空系統(tǒng)穩(wěn)定運行對分析具有良好的重現(xiàn)性。所以通過加大試樣室、電磁閥等關鍵部位的清掃維護頻次，改變原來兩個月為一周期的保養(yǎng)模式，光譜儀分析試樣的準確性顯著提高。

4.2 控制樣品表面加工質(zhì)量

X射線熒光光譜分析法是一種比較分析方法，樣品與標準樣品必須是同一種結構、同一種加工方式。同時，熒光光譜分析是一種表面分析方法，表面的光潔度、均勻性（無偏析）及是否有裂紋和氣孔都會影響分析結果的準確性。用化學方法定值高爐鐵水制作工作曲線，很好地保證了同一種結構和同一種加工方式。因此，必須從高爐鐵水取樣時間、方式及生鐵樣塊的加工過程嚴格控制，具體措施如下：

（1）生鐵中都含有一定含量的C、Si元素，根據(jù)金屬學原理：碳在鐵水中如果轉化為石墨碳就會引起生鐵偏析，硅含量高就會促進碳轉化為石墨化。所以減少鐵水中的石墨碳形成是取樣工作的重要部分，通過大量實驗及現(xiàn)場向高爐操作人員請教，發(fā)現(xiàn)鐵水下渣后成分最為穩(wěn)定，所以生鐵試樣的提取必須在下渣后進行。同時，鐵水冷卻速度對試樣的均勻性影響很大，采取驟然冷卻的方式可以促進化合碳形成，減少石墨碳形成，進而減少偏析現(xiàn)象發(fā)生，增加生鐵試樣的均勻性。所以，用熱導率系數(shù)較高的鋼鑄模進行澆鑄試樣，試樣的尺寸不要太大（直徑30 mm，長度60 mm即可），有利于加快生鐵試樣的冷卻速度。

（2）用熱導系數(shù)高的鋼鑄模可以加快冷卻速度，但是鐵水進入鑄模的瞬間，鐵水里大量的熱能迅速傳遞到鑄模，鑄模溫度迅速升高，影響鐵塊的冷卻速度。所以為了繼續(xù)加快冷卻速度，要在鐵水凝固后迅速脫模，放在空氣或水中加速冷卻。這樣操作既可以提高冷卻速率，又可以更好地減少偏析現(xiàn)象發(fā)生，提高生鐵試樣的均勻性。

（3）脫模后的試樣必須完全冷卻后再用切割機進行切割，以減少切割砂輪片對生鐵試樣結構的影響。切割后的生鐵試樣在流水中完全冷卻后再用砂帶磨樣機進行磨樣操作。磨樣時速度要盡量快一些，如速度慢，要在鐵樣比較燙時用流水冷卻后再進行磨樣操作，以減少熱效應對生鐵結構的影響。同時，磨樣前要檢查砂帶的使用情況，及時更換磨損嚴重的砂帶，以減少粒度變化對生鐵試樣的影響。

（4）制備完成的生鐵試樣必須及時進行分析操作，以防止空氣中含有的大量濕氣和二氧化碳在試樣表面形成氧化物，污染試樣，影響分析結果。如果因為設備原因不能及時分析，要將制備好的生鐵試樣存放在干燥器中進行隔離保護。同時，分析前一定要檢查試樣表面是否有裂紋、氣孔等表面缺陷，確認生鐵試樣平整、光潔、無任何表面缺陷后方可分析，否則必須重新制樣。

表3 生鐵標樣X熒光分析結果與標準值的比對

通過實施以上措施，嚴格控制樣品表面質(zhì)量，保持光潔平整度、無夾雜、無氣孔，得到了適宜的生鐵樣品，樣品分析的準確性顯著提高，同一試樣的分析結果基本保持不變。

4.3 保持分析環(huán)境達標

為了把影響熒光光譜儀的環(huán)境影響降低到最低限度，2014年8月對化驗室所有線路進行了改造，通過配電柜外接了一根120平的電源電纜，杜絕了因交叉使用、負荷大引發(fā)的跳閘斷電現(xiàn)象；針對性地在熒光分析室更換了新空調(diào)，保證環(huán)境溫度達到18～28℃；每天進行兩次吸塵處理，保持通風，采取水分蒸發(fā)的方式保持室內(nèi)合理的濕度，一般控制在40%～50%；針對毗鄰高爐區(qū)域、主交通干道的現(xiàn)狀，實施了熒光光譜儀的重新布置，最大限度減少粉塵污染及重車碾壓造成的路面震動的問題，保證熒光分析的精密性和準確性。

通過改善化驗室分析環(huán)境，保證適宜溫度、濕度，熒光光譜儀運行周期顯著增強，管壓管流跳停現(xiàn)象基本不再出現(xiàn)。

5 實施效果

實施對策后，任意選取5個本單位的標準樣品（從高爐提取，化學方法定值）為分析試樣，分析結果與化學方法定值的標準值都列于表3進行比較，以確定熒光分析儀的準確性是否有顯著的提高。

由表3可以看出，熒光分析的準確性完全達標。準確性實驗結束后，重新選取一塊生鐵試樣，每5天在砂帶磨樣機重新拋光后再測量一次，連續(xù)測量6次，并對測量結果進行比對、記錄，見表4。

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，被測元素在不同的深度分布均勻，穩(wěn)定性良好，結果準確。同時，對實施對策后2014-10—12期間的生鐵樣品抽驗情況進行統(tǒng)計，見表5。

由表5可以看出，通過定期清掃試樣室、分光

Practice of Increasing Analysis Accuracy of Pig Iron with Fluorescence Spectroscopy

WANG Quan and CHEN Xiang-yong
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

Aiming at the problem of extended service equipment and low sampling rate of recurrence of Iron Laboratory,the factors influencing the accuracy of analysis results were analyzed．Control measures of executing periodical cleaning and maintaining the component of vacuum system,controlling the surface processing quality of the sample and keeping analysis environment within the standard were taken to increase the sampling recurrence rate of pig iron．

sampling recurrence rate;vacuum chamber;surface quality;analysis environment

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．019

2015-01-10

2015-01-28

王權（1982—），男，工程師，主要從事冶金分析方面的研究工作。