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，通過標準樣品對曲線進行校正，對在鐵水包中取得的白口化生鐵樣品進行在線檢測，檢測結果的精密度和準確度達到了預期的效果。

關鍵詞：鐵水；白口化；直讀光譜儀；微量元素；在線生產

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

鐵水作為轉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及提高鐵水質量的需要，要求快速對鐵水中的Pb、Zn、Sb、Bi等微量元素進行的測定。本文利用標準物質對直讀光譜儀的工作曲線進行校準后，可直接對高爐鐵水樣進行測定。目前對這些元素的測定一般采用ICP法進行測定，此方法分析速度慢，操作手續繁雜，工作量大，分析周期長等特點，對高爐在線生產的指導意義嚴重滯后。而直讀光譜法則具有分析速度快，操作簡單，穩定性好，準確度高，測量范圍寬等特點，對在線生產具有很強的指導意義。

1 實驗部分

1.1 儀器設備

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

ZDMY型砂帶磨樣機（武漢精工機械有限公司）；

自動銑樣機（北京靜遠科技公司）。

1.2 儀器分析條件

儀器工作環境條件：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；

預燃時間：1s，儀器頻率為800Hz；

沖洗時間：4s，儀器頻率為800Hz；

曝光時間：4s， 儀器頻率為800Hz；

1.3 實驗方法

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準物質，以擴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。通過實驗選擇最佳的檢測條件，采集新增標準物質光強，并對原有工作曲線進行修正和調整，同時運用不同方法的比對等檢測手段，逐步修正光譜儀上生鐵的工作曲線。使用新工作曲線進行準確度和精密度實驗，從而得到檢測要求和生產要求。

2 結果與討論

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光譜儀進行檢測時，氬氣流量和氬氣壓力的大小，直接影響光譜儀的檢測結果。若氬氣流量和壓力過小，則不能去掉在樣品激發時產生的其它氣體和化合物，造成檢測結果不穩定，重復性差；反之，若氬氣流量和壓力過大，則造成激發火花閃動，火花放電不穩的現象，同樣會造成檢測結果穩定性差。通過大量實驗，氬氣壓力在0.3MPa，氬氣流量在11L/min時，檢測結果穩定，重現性好。

2.1.2 預燃時間、曝光時間、沖洗時間的選擇

用一穩定的標準樣品為激發對象，通過改變預燃時間分別設定為1s，2s，3s，4s，5s進行檢測各元素的譜線強度，從預燃曲線中可知，在1s后譜線強度就保持穩定，故本實驗選擇預燃時間為1s。同樣辦法對曝光時間和沖洗時間進行實驗，從相應的曲線中可知，曝光時間為4s，沖洗時間為4s時檢測結果穩定。所以選擇預燃時間為1s，曝光時間為4s，沖洗時間為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存在，不能有游離石墨，即鑄鐵的分析面必須是完全白口。當鑄鐵表面存在游離碳時（灰口鐵），就會影響分析結果，特別是碳高達3.8～4.0%，硅高達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成分有極密切的關系，加入反石墨化元素能抑制石墨核心的形成，促進試塊白口化。

根據本公司鐵水成分的實際情況，對高爐鐵水取樣模式進行一定的優化和改善，使鐵水試樣盡可能達到白口化，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，且光譜激發表面不能有油污。有條件的話，可用銑床進行制樣。

2.2 工作曲線的制作

在OBLF-QSN750的生鐵工作曲線上，根據已設定好的最佳檢測條件，添加新增的標準物質到標樣庫中，并采集各元素的相對光譜強度。分析程序將自動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

選取兩個不同含量的生鐵標準樣品在制作好的生鐵工作曲線上進行檢測，分別各檢測11次，檢測結果如下表：

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

2.4 準確度試驗

（1）選取3個生鐵標準物質，每個標準物質分別連續檢測6次的平均值與標準值之間進行比較，比較結果如表 ：

從準確度試驗情況看，采用直讀光譜法對白口化生鐵樣品進行微量元素的檢測，不但檢測速度快，在準確度上也滿足日常生產的要求。

3 結論

利用在直讀光譜儀上的生鐵檢測工作曲線，通過技術手段擴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，分析結果的精度和準確度均滿足國家標準（GB/T27404-2008）的要求，完全滿足韶鋼日常生產的要求，對生鐵樣品中其它元素也可同時進行檢測，特別是碳元素的檢測，很好地提高了檢測效率，滿足生產一線快速檢測的需要。

參考文獻：

[1]張春峰.應用直讀光譜分析鐵水預處理化學成分初探[J].

[2]蔣毅，蘇建民，夏鵬飛.光電直讀光譜法測定高爐鐵水中多元素含量[J].冶金分析，（增，化學分冊），2012（32）：581-585.endprint