波長色散X射線熒光光譜儀測定生鐵中硫、磷、硅元素含量

摘要：本文介紹采用X熒光光譜法測定生鐵中的硫、磷、硅三種元素的含量，得到一種可靠、有效的取制樣方法，探索出了使用波長色散X射線熒光光譜儀測定公司生鐵中硫、磷、硅含量的最佳分析條件，為日常生鐵分析工作提供了一套完善高效準確的光譜分析方法。

關鍵詞：X射線熒光光譜儀;生鐵;硫、磷、硅的含量

生鐵中的碳、硫、磷、硅元素的存在對冶金煉制過程有重要影響。碳的存在提高鐵的機械性質，沒有碳，生鐵就失去了實用價值;硫是生鐵冶煉當中的有害元素，由冶煉過程的焦炭侵入而來，其與鐵生成硫化物，它的存在降低鐵水流動性、增加生鐵脆性和收縮性，是鐵之大敵;磷由礦石和焦炭中來，其存在降低生鐵熔點，增加鐵水流動性、減少收縮，利于生鐵鑄造，但其優劣影響由其含量決定;硅油鐵礦石的雜質和焦炭灰分中的二氧化硅還原而來，它能促進生鐵中的碳化鐵分解生成石墨鐵，從而使生鐵性質變軟，利于澆鑄、減少收縮，同時硅與鐵水中的氧化合生成二氧化硅排出爐外，減少生鐵中氣孔的生成，并且它具有強氧化性，但是硅含量過高又會降低生鐵的強度、硬度。

由此可見，在冶煉過程中需要控制碳、硫、磷、硅等素的含量。在原來的分析方法中，采用高頻燃燒紅外吸收法分析碳和硫兩種元素，采用分光光度法分析磷和硅兩種元素。化學方法分析，操作步驟繁瑣、分析速度慢、周期長、工作量大、生產費用高。

在冶金生產過程中，及時、準確地分析出鐵水中的碳、硫、磷、硅元素的含量，快速將分析數據報送生產廠，有效縮短鐵水在魚雷罐中的滯留時間，及時將鐵水運送到煉鋼車間，降低鐵水在運輸過程中溫度消耗，能大大減少冶煉耗能、節約生產成本。隨著冶金工業的現代化發展，滿足產線生產需求的快速高效的儀器分析方法逐漸代替了舊有的化學分析方法[1，2]。

本文重點介紹用采用波長色散X射線熒光光譜法代替舊有方法測定生鐵中硫、磷、硅元素含量（由于輕元素碳特征輻射的波長較長，熒光產額較低，鐵基體對其吸收大，采用特殊晶體成本較高，故依然采用紅外碳硫儀分析鐵水中的碳元素含量，而不采用波長色散X射線熒光光譜法測定）。

工作初期，參照國際標準，使用HCS-140紅外碳硫儀測定生鐵中硫元素含量，用722N可見分光光度計分析磷和硅元素含量。這種分析方法操作復雜，且不能同時分析多種元素，分析周期較長，極大降低產線數據報出速度，影響產線生產。在這種情況下，經過反復實驗，成功開發波長色散X射線熒光光譜法測定生鐵中硫、磷、硅元素的含量，該方法大大降低了能源和人力消耗，其簡便、快速、準確的優勢滿足了鐵水冶煉工作的準確高效的要求[3～5]。

1?實驗部分

1.1?實驗儀器

HCS-140紅外碳硫儀

722N分光光度計

波長色散X射線熒光光譜儀（島津MXF—2400）

實驗室半自動杯型砂輪磨樣機

自制銅質鐵水取樣器

1.2?標準樣品選定

由于生鐵冶煉過程工藝不同，所以選用公司自產鐵水定值作為標準樣品。根據X射線熒光光譜儀樣杯的內徑，選擇合適的取樣器，在出鐵口不同時間取樣，冷卻后生成鐵樣塊，從大量樣塊中選取均勻性較好的樣塊，將樣品經由兩個實驗室分析測定（硫使用紅外碳硫儀測定、磷和硅使用分光光度法測定），在誤差范圍內取樣品平均值定值。按各元素含量從低到高的順序找出一組樣品（10塊）定為標準樣品，其化學分析定值見表1。

1.3?儀器工作條件

本實驗室選用多道同時型波長色散X射線熒光光譜儀，首先選擇確定各元素分析測定的最佳分析條件，經過實驗，本實驗使采用的分析條件見表2。

1.4?工作曲線的繪制

1.4.1生鐵中硫、磷、硅元素的工作曲線范圍、系數

將標準樣品用杯型砂輪機進行表面制備，所制得檢測表面光潔、無裂紋沙眼或其它缺陷。樣品放入X射線熒光光譜儀按選定條件建立工作曲線。各元素工作曲線范圍、系數見表3。

1.4.2生鐵中硫、磷、硅元素的工作曲線

2?工作曲線驗證

2.1樣品制取

在出鐵口不同時間取樣，冷卻后生成鐵樣塊，從大量樣塊中選取均勻性較好的樣塊（10塊，編號①～⑩），將樣品經由兩個實驗室分析測定（硫使用紅外碳硫儀測定、磷和硅使用分光光度法測定），在誤差范圍內取樣品平均值定值，其化學分析定值見表4。

2.2實驗過程

將2.1中樣品經砂輪機制備檢測面，放置于X射線熒光光譜儀中進行分析檢測，每塊樣品分析10次，分析結果見表5。

3?結果與討論

參考《GB/T?223.79-2007?鋼鐵多元素含量的測定?X一射線熒光光譜法（常規法）》中，硫、磷、硅重復性標準計算，概率水平95%時，同一樣塊的兩個獨立測定結果的最大偏差均小于重復性限r和再現性限R。由此得出結論，本實驗室開發使用的波長色散X射線熒光光譜儀測定公司生鐵中硫、磷、硅含量的方法準確可靠，可以推行。

參考文獻：

[1]吉昂，陶光儀，等.X-射線熒光光譜儀分析[M].北京：科學技術出版社，2003.

[2]梁鈺.X射線熒光光譜分析基礎[M].北京：科學出版社，2007.

[3]馬林澤.X-射線熒光光譜法測定生鐵中雜質元素[J].云南冶金，2011，42（2）：96-100.

[4]高建民，曲志勇，張愈潔，等.X-射線熒光光譜法測定生鐵中10種元素[J].冶金分析，2011，31（4）：39-43.

[5]島津X-射線熒光光譜儀MXF-2400使用說明書.

作者簡介：靳靜（1983—??），女，漢族，河北邯鄲人，碩士研究生，工程師，研究方向：冶金工程。