提高荧光光谱仪分析生铁成分准确度的实践

王 权，陈翔勇

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

提高荧光光谱仪分析生铁成分准确度的实践

王 权，陈翔勇

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

针对炼铁化验室出现生铁抽样重现率偏低的现象，分析了影响分析结果准确度的因素。通过实施定期清扫保养真空系统部件，控制样品表面加工质量，保持分析环境达标等控制措施，提高了生铁成分的分析准确度及生铁抽样重现率。

抽样重现率;真空室;表面质量;分析环境

1 引言

炼铁化验室负责天铁1#～5#高炉的铁水和炉渣化验分析任务。高炉生产为昼夜连续进行，高炉铁水的成分分析是否准确，直接影响着高炉冶炼是否顺利进行。炼铁化验室主要用岛津MXF2400型X射线荧光光谱仪分析铁水中的各成分含量，该设备已使用12年，属于使用时间较长的分析设备，设备日分析工作量又大（昼夜分析180块样品），生铁的抽样重现率出现了偏低现象，影响了数据分析的准确度。当前钢铁行业经济形势严峻，及时购买新设备并不契合实际发展，所以找出影响因素，采取有效措施，提高生铁成分分析的准确度，对公司的节能降耗及生产发展具有重要意义。

2 现状分析

前几年，通过自制不同梯度的生铁标样，用化学方法定值绘做工作曲线，较好地减少了因样品内部结构不同而引起的偏差。但是，2013年6月份后，出现了生铁的抽样重现率达不到公司质量目标考核要求的情况，对过去不合格月份的重现率进行统计（截至2014年6月），见表1。

表1 生铁成分分析统计与对照

由表1可以看出，在统计的1年中，生铁的抽样重现率有4次偏低1%左右。

3 影响原因分析

针对抽样重现率偏低，通过对试样的提取、制备、分析等方面综合分析，确定以下因素是影响分析结果准确度的主要原因。

3.1 真空系统故障

真空系统包括所有工作在真空状态下的部件以及相关的部件，主要有真空泵、皮拉尼真空计、送样器、电磁阀、光闸、试样室、分光室、通道、检测器、真空管道等，是荧光光谱仪赖以可靠运行的核心系统。由于荧光光谱仪已经使用12年，分析样品涵盖5座高炉的铁水和炉渣，日分析数量高达180炉，设备使用频繁、分析任务重，加上化验室毗邻环境复杂的高炉区域和交通主干道，真空系统故障率高，污染问题较严重。

同时，在生产作业过程中，外部电网的波动也经常造成荧光光谱仪断电。通过以上对真空室系统全面检查分析，确认真空系统问题是造成生铁样品成分抽验合格率出现偏低的原因之一。

3.2 样品表面质量差

样品表面状态对荧光光谱仪分析的结果影响很大，要求具有均匀性、代表性和表面光洁平整性。生铁样块属于金属样块，金属样块必须进行表面精加工，获得足够的光洁度，以减少表面光洁度对X射线强度的影响；表面加工要求试样与标准参比样必须严格保持一致；表面抛光法依金属样品种类、所测元素而异；注意表面加工过程中的污染，制样结束后应立即测量，以减少金属表面污染对测量结果的影响。

2014年7月和8月,分别随机提取100个样品进行调研分析。调研后发现：5%的样品中存在不同程度的表面裂纹、平整度、研磨均匀性及表面污染等缺陷，所以样品表面质量差是重现率偏低的重要原因。

3.3 分析环境不达标

荧光光谱仪每天不仅分析生铁试样，还要分析炉渣试样。炉渣试样采用粉末压片制样分析，每天分析的样品数量很多，粉末压片样品会污染真空系统。同时荧光光谱仪属精密仪器，对所处的环境具有较高的要求：温度要求控制在18～28℃；湿度控制在40%～70%；设备周围无灰尘（或者少量）；必须避免突然停电现象发生。

2014-07—12期间对粉末样品和房间环境进行抽查。抽查结果显示：粉末样品、样品盒周围都存在污染。同时，化验室毗邻高炉区域和主干道，房间环境比较恶劣，粉尘大，湿度远低于40%（30%左右），震动比较大，经常突然停电，所以分析环境不达标是影响生铁重现率低的原因之一。

4 实施对策

针对影响因素，及时制定了控制措施，并付诸实施。

4.1 定期清扫保养真空系统部件

为了保持真空系统稳定顺畅，重点对试样室和分光室、试样室电磁阀等关键部件进行维护，改变以往月度清扫模式，采取日常保养和集中清扫（半月一次）相结合的方式，加大维修保养力度和次数，避免设备出现真空报警无法作业的情况。

定期保养后，任意选取一块经化学定值的标准样品进行现场分析10次，测定其平均值（Avg）、标准偏差（SD）和相对标准偏差（RSD），最后将所有分析及计算结果进行统计，测量其重现性，见表2。

表2 同一样品相同条件下的分析结果

由表2数据可知，真空系统稳定运行对分析具有良好的重现性。所以通过加大试样室、电磁阀等关键部位的清扫维护频次，改变原来两个月为一周期的保养模式，光谱仪分析试样的准确性显著提高。

4.2 控制样品表面加工质量

X射线荧光光谱分析法是一种比较分析方法，样品与标准样品必须是同一种结构、同一种加工方式。同时，荧光光谱分析是一种表面分析方法，表面的光洁度、均匀性（无偏析）及是否有裂纹和气孔都会影响分析结果的准确性。用化学方法定值高炉铁水制作工作曲线，很好地保证了同一种结构和同一种加工方式。因此，必须从高炉铁水取样时间、方式及生铁样块的加工过程严格控制，具体措施如下：

（1）生铁中都含有一定含量的C、Si元素，根据金属学原理：碳在铁水中如果转化为石墨碳就会引起生铁偏析，硅含量高就会促进碳转化为石墨化。所以减少铁水中的石墨碳形成是取样工作的重要部分，通过大量实验及现场向高炉操作人员请教，发现铁水下渣后成分最为稳定，所以生铁试样的提取必须在下渣后进行。同时，铁水冷却速度对试样的均匀性影响很大，采取骤然冷却的方式可以促进化合碳形成，减少石墨碳形成，进而减少偏析现象发生，增加生铁试样的均匀性。所以，用热导率系数较高的钢铸模进行浇铸试样，试样的尺寸不要太大（直径30 mm，长度60 mm即可），有利于加快生铁试样的冷却速度。

（2）用热导系数高的钢铸模可以加快冷却速度，但是铁水进入铸模的瞬间，铁水里大量的热能迅速传递到铸模，铸模温度迅速升高，影响铁块的冷却速度。所以为了继续加快冷却速度，要在铁水凝固后迅速脱模，放在空气或水中加速冷却。这样操作既可以提高冷却速率，又可以更好地减少偏析现象发生，提高生铁试样的均匀性。

（3）脱模后的试样必须完全冷却后再用切割机进行切割，以减少切割砂轮片对生铁试样结构的影响。切割后的生铁试样在流水中完全冷却后再用砂带磨样机进行磨样操作。磨样时速度要尽量快一些，如速度慢，要在铁样比较烫时用流水冷却后再进行磨样操作，以减少热效应对生铁结构的影响。同时，磨样前要检查砂带的使用情况，及时更换磨损严重的砂带，以减少粒度变化对生铁试样的影响。

（4）制备完成的生铁试样必须及时进行分析操作，以防止空气中含有的大量湿气和二氧化碳在试样表面形成氧化物，污染试样，影响分析结果。如果因为设备原因不能及时分析，要将制备好的生铁试样存放在干燥器中进行隔离保护。同时，分析前一定要检查试样表面是否有裂纹、气孔等表面缺陷，确认生铁试样平整、光洁、无任何表面缺陷后方可分析，否则必须重新制样。

表3 生铁标样X荧光分析结果与标准值的比对

通过实施以上措施，严格控制样品表面质量，保持光洁平整度、无夹杂、无气孔，得到了适宜的生铁样品，样品分析的准确性显著提高，同一试样的分析结果基本保持不变。

4.3 保持分析环境达标

为了把影响荧光光谱仪的环境影响降低到最低限度，2014年8月对化验室所有线路进行了改造，通过配电柜外接了一根120平的电源电缆，杜绝了因交叉使用、负荷大引发的跳闸断电现象；针对性地在荧光分析室更换了新空调，保证环境温度达到18～28℃；每天进行两次吸尘处理，保持通风，采取水分蒸发的方式保持室内合理的湿度，一般控制在40%～50%；针对毗邻高炉区域、主交通干道的现状，实施了荧光光谱仪的重新布置，最大限度减少粉尘污染及重车碾压造成的路面震动的问题，保证荧光分析的精密性和准确性。

通过改善化验室分析环境，保证适宜温度、湿度，荧光光谱仪运行周期显著增强，管压管流跳停现象基本不再出现。

5 实施效果

实施对策后，任意选取5个本单位的标准样品（从高炉提取，化学方法定值）为分析试样，分析结果与化学方法定值的标准值都列于表3进行比较，以确定荧光分析仪的准确性是否有显著的提高。

由表3可以看出，荧光分析的准确性完全达标。准确性实验结束后，重新选取一块生铁试样，每5天在砂带磨样机重新抛光后再测量一次，连续测量6次，并对测量结果进行比对、记录，见表4。

从表4中数据可以看出，被测元素在不同的深度分布均匀，稳定性良好，结果准确。同时，对实施对策后2014-10—12期间的生铁样品抽验情况进行统计，见表5。

由表5可以看出，通过定期清扫试样室、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

王权（1982—），男，工程师，主要从事冶金分析方面的研究工作。