煉鋼入爐鐵水快速檢測方法的建立

常 樂

（河北鋼鐵集團宣鋼公司技術(shù)中心，河北 張家口 075100）

煉鋼時由于鋼水要求各項化學成份較低，入爐鐵水各項成份較高，而且由于煉鐵生產(chǎn)工藝和爐料變化等各種原因，進入煉鋼爐的鐵水變化較大，不利于煉鋼鋼水的生產(chǎn)。為此需要對煉鋼入爐鐵水的成份進行控制，通過脫硫、脫磷等工藝提高入爐鐵水質(zhì)量。河北鋼鐵集團宣鋼公司（全文簡稱宣鋼）使用PDA7000 型光譜儀建立快速檢測鐵水含量的方法，提高檢測水平，指導煉鋼爐前生產(chǎn)。

1 技術(shù)改進方案

1.1 改進樣品冷卻和制樣方法

爐前取制生鐵樣品時，直接使用取樣器從鐵水中取樣，然后將熱的鐵水樣品放入水桶中速冷。為了方便觀察這一結(jié)果，宣鋼對樣品進行了金相檢查。結(jié)果表明，樣品之間的白口化不均勻（見圖1）。

圖1 鐵水白口化金相圖

由圖1 可觀察到，所制樣品幾乎全部白口化。白口化問題不能通過提高冷卻效率來解決，因此，只有通過其他方法才能提高樣品分析的穩(wěn)定性。宣鋼化驗室現(xiàn)有的樣品制備方法有磨樣機磨制和銑樣機銑制兩種，因鐵樣硬度高，表面不易銑制，所以不考慮銑樣機制樣，而直接使用磨樣機磨樣砂紙消耗太快并且樣品制樣深度達不到要求，分析穩(wěn)定性很差，尤其影響鐵水中硫元素的穩(wěn)定性，經(jīng)過調(diào)查確定先用砂輪機將鐵樣表面打磨掉2 mm 左右，再用磨樣機磨制，磨制出的樣品穩(wěn)定性有一定提高。表1 顯示了樣品制備方法改善前后鐵水中硫含量的對比。可以看出，砂輪和磨樣機組合加工的方法可以提高光譜分析的穩(wěn)定性。

表1 不同制樣方式下鐵水中硫值穩(wěn)定性對比 %

1.2 光譜儀參數(shù)及分析條件的確定

在光電直讀光譜分析中，樣品的激發(fā)需要預燃時間。樣品在純Ar 氣氛的火花室中激發(fā)，減少了空氣對紫外光譜的吸收，但仍存在蒸發(fā)、擴散等復雜的物理化學過程。最初階段分析線對強度比不恒定，經(jīng)過數(shù)秒后，才能實現(xiàn)穩(wěn)定放電，即各元素譜線的絕對強度和相對強度趨于更穩(wěn)定。這個過程稱為預燃階段。對于不同的鋼種，不同的元素要選擇不同的預燃曲線。曝光時間的測定主要取決于激發(fā)樣品中元素分析的再現(xiàn)性。曝光時間的確定，主要看激發(fā)樣品中低合金鋼的預燃時間；高合金鋼的預燃時間可選擇5～6 s；高合金鋼的預燃時間可選擇5～8 s；易切削鋼的預燃時間可選擇5～8 s。為保證分析準確度，火花放電數(shù)約為2 000～3 000 次。在此條件下鐵元素和各分析元素的光強度比值相對適中。經(jīng)過反復試驗，正常分析預燃時間為10～30 s；曝光時間一般為3～5 s，更能滿足分析要求。

1.3 對鐵水分析方式的改進

分析結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性取決于一系列因素。實驗研究了儀器參數(shù)設(shè)置、校準分析曲線、標準樣品的選擇、消除校正各干擾因素等環(huán)節(jié)，對比分析結(jié)果，控制分析結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性，最后確定與分析試樣相符合的分析方法以滿足生產(chǎn)需求。

由于鐵水樣品冷卻時白口化問題，且試樣磨削深度無法在快速制樣中標準化衡量，試樣的分析穩(wěn)定性難以把握。使用砂輪機和磨樣機只在一定程度上提高了制樣的穩(wěn)定性。但由于人員磨制水平不均衡、磨削時間等方面的不確定等因素，導致樣品制備的穩(wěn)定性時有波動。為了解決這個問題，通過不斷的實驗，宣鋼終于采用高能電弧和樣品連續(xù)激發(fā)的分析方式來穩(wěn)定分析結(jié)果。表2 顯示了不同激發(fā)方式下鐵硫元素分析穩(wěn)定性的比較，在此條件下，較好地保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

表2 不同樣品激發(fā)方式下硫元素穩(wěn)定性比較

1.4 重新制作分析曲線

光譜儀分析的準確度由兩個步驟完成：一個是工作曲線，另一個是控制樣品。工作曲線是基礎(chǔ)。其效果直接影響到分析生產(chǎn)樣品的效果。用標準樣品建立初步工作曲線后，直接應用效果很差。因此我們采用碳硫分析和手工分析與儀器分析進行比對，然后調(diào)整生鐵工作曲線，取得了良好的效果。圖2 是生鐵中硅、錳、磷、硫的工作曲線。

圖2 生鐵中各元素工作曲線圖

將手工測定好的數(shù)值與光譜儀比對，調(diào)整光譜儀工作曲線，對于原工作曲線上沒有的過高的含量值，在經(jīng)過反復手工比對后添加到工作曲線中，根據(jù)比對數(shù)據(jù)進行工作曲線再次修正，在分析準確度、精密度方面進行測試，確保數(shù)據(jù)準確可靠。將高含量點加入到曲線中，可確保下次再有高含量鐵樣時可以直接準確迅速報出數(shù)據(jù)。

1.5 建立長期的質(zhì)量控制方法

為了保證生鐵樣品的分析質(zhì)量，采取如下措施：

1）定期將分析樣品光譜儀與碳硫儀進行比對。

2）與煉鋼廠和其他單位溝通，要求在樣品交付前對其進行砂輪粗磨。

3）對送檢樣品進行驗收，以確保無砂眼、裂縫、氣孔和其他缺陷。一旦發(fā)現(xiàn)，應及時重新取樣。

4）光譜實驗室應使用具有準確定值的生鐵樣品進行質(zhì)量監(jiān)測，即定期對生產(chǎn)樣品進行檢測。一旦發(fā)現(xiàn)樣品分析不準確，應及時對樣品進行控制校正。

2 實施效果（見表3 和表4）

表3 生鐵樣品結(jié)果準確性比較 %

表4 生鐵中硫分析結(jié)果誤差統(tǒng)計表

由表3 可以看出分析結(jié)果準確性符合要求。

通過實驗比對，光譜分析法能夠快速準確的對樣品進行分析，分析準確度可以滿足生產(chǎn)需求。該分析方法確定了PDA 型光譜儀分析生鐵樣品的條件和連續(xù)激發(fā)樣品的方法。為其他類型光譜儀分析生鐵樣品提供了技術(shù)支持。該實驗建立了煉鋼入爐生鐵樣品光譜分析方法，在現(xiàn)有條件下，擴展了光譜準確分析樣品的類型，滿足了生產(chǎn)要求。