X-荧光自动化技术在钢铁企业中的应用与发展

杨本华,张林平,邹美娟,吴 振,钱 辉,王曼娟

（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）

X-荧光自动化技术在钢铁企业中的应用与发展

杨本华,张林平,邹美娟,吴 振,钱 辉,王曼娟

（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）

以马钢检测中心X-荧光自动化系统为研究对象,介绍了钢铁及原料分析检验实现自动化的发展趋势,陈述了含铁原料、铁样、高炉渣及钢渣等试样的分析流程,阐述了分析检验实现自动化的基本内容,探讨了分析检验技术的发展应用方向。

钢铁企业;X-荧光;分析检验技术;自动化;仪器分析

分析检验系统贯穿于对钢铁企业进厂原料、熔剂质量、熔炼过程及中间产品的监控,成品检验判定,售后质量异议处理等全过程,承担着产品质量和研发检验的重要任务,是企业预防质量事故发生的有力保障[1]。现如今国内钢铁企业生产过程日益朝着连续化、自动化、快速化发展，因此分析检验系统的配置除满足日常分析检验的准确性外,还应具备适时性、快速性的特性。以湿法分析为主的传统检验方法分析周期长、强度高、功能单一、稳定性差、人为影响因素大,已无法满足钢铁企业连续生产、快速发展的节奏。

近十多年来,国内多数大型钢铁企业通过引进国外先进仪器，从原先的化学分析时代进入了仪器分析时代，迅速提高了分析检验的装备水平。仪器分析是根据被测物质的某些物理性质,如火花直读光谱仪、X-荧光光谱仪,利用物理电能激发,使试样中不同化学元素原子发生能级跃迁而产生不同的光谱,并使其转换为电信号进行定量检验的大型仪器[2],在钢铁分析检验过程中是很有成效的。随着科技的进步,钢铁分析检验逐步由单一仪器分析向联机自动化分析发展。仪器分析由于具有多通道、多元素同时分析检验的特点,扩展其配置方式及多功能计算机软硬件技术等,加快了分析检验过程自动化的实施。以下拟通过马钢检测中心荧光自动化项目的分析,对钢铁企业分析检验系统自动化发展趋势进行探讨。

1 项目特点

马钢检测中心荧光自动化项目具有以下特点：1)马钢检测中心荧光自动化项目为国内首次使用自动熔融炉,因此通过实验确定了试样、熔剂等各种试剂的配比、熔样温度、熔样时间等条件,确定和建立了科学方法。2)该项目将铣床、自动熔融炉、渣样机等制样设备和X-荧光分析设备进行全过程链接,确保各品种试样均能得到有效制备与分析。3)通过扫描和感应系统将试样信息及分析数据自动传至网络。4)设置试样检验系统,确保制样过程后样品符合检验要求。

2 分析流程

马钢检测中心X-荧光自动化系统主要包括3类试样的分析,分别为铁样、熔剂及含铁原料、高炉渣及钢渣。

1)铁厂生产过程中的铁样先冷却,温度达到化验室要求后,通过风动送样系统送至化验室，机械手夹取试样后进行温度测试,合格后送至铣床进行铣屑,并判断试样表面是否符合仪器分析条件,随后被送至X-荧光光谱仪进行分析。

2）熔剂及含铁原料送至化验室后，自动熔融炉按照设置好的比重称取试样及助熔剂等，并进行混匀及熔融,冷却后形成玻璃样片,再对玻璃样片进行表面质量检查,随后被送至X-荧光光谱仪进行分析。

3)生产过程中的高炉渣及钢渣先经过预破碎制取粒径<5 mm的片状或粒状试样，通过风动送样系统到达化验室,送至全自动渣样制备机后再进行破碎、研磨、去磁、定量等,最终压制成样,再通过真空检查试样是否符合仪器分析条件,最后被送至X-荧光光谱仪进行分析。分析完成后进行数据审核并发送,机械手对分析后的试样贴标签并保存。

3 系统组成

X-荧光自动化系统主要由风动送样系统、皮带传输及机械手系统、试样制备系统、分析系统、数据审核及发送系统、监控系统、辅助系统组成。马钢检测中心X-荧光自动化系统如图1所示：

图1 马钢检测中心X-荧光自动化系统

1)风动送样系统。风动送样系统是以压缩空气为动力的正压单管运送系统,是高度自动化的输送物料装置。该系统主要用于钢厂及铁厂各岗位站点与化验室之间试样快速输送的装置,可完成如生铁样、厚薄状钢样、渣样、柱样等试样的输送,主要由储气罐、收发装置、控制柜、气控系统、泄压系统、光电传感器装置、电控线路及样品盒等组成。输送速度约为20 m/s，管道气压为0.4～0.6 MPa。

2)皮带传输及机械手系统。机械手通过预先编程完成各种作业动作,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点。机械手主要用于代替人工进行简易操作,模仿手和臂的某些动作,用以按固定程序抓取、移动试样或操作工具的自动操作装置,代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化。皮带传输系统可以实现无人值守、自动监控的生产管理目标,主要用于配合机械手将各类试样传输至固定位置,以便于制样、铣样、分析、储存等。

3)试样制备系统。试样制备主要采用压片法和熔融法。熔剂及含铁原料采用熔融法制样,可以消除压片法所带来的矿物效应、基体效应和颗粒效应；高炉炉渣及钢渣采用压片法制样，避免渣中磁性物质对熔融炉坩埚的损害。试样制备系统包括自动熔融炉及自动渣样机,前者主要用于制备满足X-荧光光谱仪分析的熔融样品(如熔剂、含铁原料、辅料等),由定量单元、称重单元、混合单元、熔剂单元、清洗单元等组成,具有分析重现性好、快捷、制备能力强等优点;后者专门用于制备氧化物颗粒或粉末(如高炉渣、钢渣等),主要由破碎单元、去磁单元、研磨单元、压片单元、机器人单元等组成,通过“组合加工”的方式压制成型,具有速度快、成本低廉、操作简单的优点。

4)分析系统。X-荧光光谱仪作为分析仪器,是根据各元素的特征X射线强度获得各元素的含量信息。其应用是很成功的：一方面,这类仪器具有选择性好、灵敏度高、准确性高、非破坏性等优点,实现了分析检验的核心功能;另一方面,这类大型精密仪器的设计制造从一开始就是本着高精度、高稳定、快速化、自动化、多功能整体优化原则进行的,从分析检测过程自动化的角度来看,这类仪器集光、电、机、计算机等方面的最新技术于一体,具有相当精密的物理和几何光学系统、精密机械系统、电子传感测量系统、计算机控制与数据处理及人机界面系统[3]。

5)数据审核及发送系统。由各站点将试样信息(如试样代码、检验项目、批次号等)传输至化验室管理系统中,经分析后的检验结果发往QS三级系统,直至发送到MES系统中,作为质量管理的依据,最终显示在各站点的计算机台账上。采用计算机可快速、准确地生成生产经营所需的分析检测报告、台账、异常数据判定及处理、原材料及钢铁成品登记判定等,以解脱繁重的人工数据处理工作,减轻了分析检测人员的劳动强度,提高了劳动效率,优化了人力资源。

6)监控系统。监控系统用于监控自动化系统整体运行情况，记录系统情况、错误及故障，以保证能快速分析故障原因。

7)辅助系统。辅助系统主要包括配电柜、中央控制柜、除尘设备、压缩空气控制柜、信号电缆控制柜,确保日常试样分析顺利进行。

4 结束语

随着钢铁生产逐步向高速度、高效率、高质量发展,分析检验技术与自动化技术的结合具有巨大的潜力和广阔的发展前景。本文通过对马钢检测中心X-荧光自动化系统的分析可以看出,联机自动化分析,以及具有多通道、多元素同时分析检验的仪器分析等已成为钢铁企业分析检验技术的发展方向,而对于企业而言,不断提高自动化分析检测技术将是未来先进钢铁企业发展的必然趋势。

[1] 殷瑞钰,那宝魁,江君照,等.钢的质量发展[M].北京:冶金工业出版社,1995:3-14.

[2] 彭一江.冶金企业钢铁分析检测的仪器化[J].涟钢科技与管理, 2004(4):24-26.

[3] 朱良漪,孙亦良,陈耕燕.分析仪器手册[M].北京:化学工业出版社, 1997:1255-1314.

Application and Development of X-fluorescence Automatic Technology in Iron&Steel Enterprise

YANG Benhua,ZHANG Linping,ZOU Meijuan,WU Zhen,QIAN Hui,WANG Manjuan
(Maanshan Iron&steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

Taking X-fluorescence automatic system of Magang inspection center as research object,the paper introduces development trend of automation implemented by iron&steel and raw materials analysis and inspection,and describes analysis process of test samples,such as raw materials containing iron,iron sample,blast furnace slag and steel slag etc,presents basic content of automation implemented by analysis and inspection and discusses development direction of analysis and inspection technology.

iron&steel enterprise;X-fluorescence;analysis and inspection technology;automation;instrument analysis

TP274＋.5

B

1004-4345(2014)04-0035-02

2014-04-25

吴 振(1987—),男,工程师,硕士,主要从事化学分析工作。