基于直读光谱法测定铁水中铅、锌、锑、铋等微量元素研究

张世欢

摘 要：本文试验了用直读光谱仪检测高炉铁水中的Pb、Zn、Sb、Bi等微量元素。利用OBLF直读光谱所配置的生铁检测曲线，通过标准样品对曲线进行校正，对在铁水包中取得的白口化生铁样品进行在线检测，检测结果的精密度和准确度达到了预期的效果。

关键词：铁水；白口化；直读光谱仪；微量元素；在线生产

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

铁水作为转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%～100%。由于铁水中Pb、Zn为有害元素，Sb、Bi为敏感元素，而韶钢为满足特钢生产及提高铁水质量的需要，要求快速对铁水中的Pb、Zn、Sb、Bi等微量元素进行的测定。本文利用标准物质对直读光谱仪的工作曲线进行校准后，可直接对高炉铁水样进行测定。目前对这些元素的测定一般采用ICP法进行测定，此方法分析速度慢，操作手续繁杂，工作量大，分析周期长等特点，对高炉在线生产的指导意义严重滞后。而直读光谱法则具有分析速度快，操作简单，稳定性好，准确度高，测量范围宽等特点，对在线生产具有很强的指导意义。

1 实验部分

1.1 仪器设备

QSN750型直读光谱仪，分析间隙为4mm的定距规及直径为6mm、顶端为90°的圆锥钨棒，德国OBLF公司；

ZDMY型砂带磨样机（武汉精工机械有限公司）；

自动铣样机（北京静远科技公司）。

1.2 仪器分析条件

仪器工作环境条件：温度：23℃～28℃，湿度：<70%；

氩气纯度：99.99%；氩气压力：0.3MPa；氩气流量：11L/min；

电压：220±22V；真空度：0.85；

预燃时间：1s，仪器频率为800Hz；

冲洗时间：4s，仪器频率为800Hz；

曝光时间：4s， 仪器频率为800Hz；

1.3 实验方法

通过利用OBLF直读光谱仪上的生铁工作曲线，添加含有低含量的这些元素的新标准物质，以扩展这些元素的检测范围，满足生铁中这些元素低含量的检测。通过实验选择最佳的检测条件，采集新增标准物质光强，并对原有工作曲线进行修正和调整，同时运用不同方法的比对等检测手段，逐步修正光谱仪上生铁的工作曲线。使用新工作曲线进行准确度和精密度实验，从而得到检测要求和生产要求。

2 结果与讨论

2.1 最佳条件的选择

2.1.1 氩气流量和氩气压力的选择

用QSN50光谱仪进行检测时，氩气流量和氩气压力的大小，直接影响光谱仪的检测结果。若氩气流量和压力过小，则不能去掉在样品激发时产生的其它气体和化合物，造成检测结果不稳定，重复性差；反之，若氩气流量和压力过大，则造成激发火花闪动，火花放电不稳的现象，同样会造成检测结果稳定性差。通过大量实验，氩气压力在0.3MPa，氩气流量在11L/min时，检测结果稳定，重现性好。

2.1.2 预燃时间、曝光时间、冲洗时间的选择

用一稳定的标准样品为激发对象，通过改变预燃时间分别设定为1s，2s，3s，4s，5s进行检测各元素的谱线强度，从预燃曲线中可知，在1s后谱线强度就保持稳定，故本实验选择预燃时间为1s。同样办法对曝光时间和冲洗时间进行实验，从相应的曲线中可知，曝光时间为4s，冲洗时间为4s时检测结果稳定。所以选择预燃时间为1s，曝光时间为4s，冲洗时间为4s为最佳检测条件。

2.1.3 样品白口化及制备

（1）样品白口化的方式方法。直读光谱分析生铁和铸钢样品要求试样表面层碳都以碳化物的状态存在，不能有游离石墨，即铸铁的分析面必须是完全白口。当铸铁表面存在游离碳时（灰口铁），就会影响分析结果，特别是碳高达3.8～4.0%，硅高达1.0～2.6%，欲使这样成分的样品“白口化”是非常困难的。为了达到白口的目的，可以采取以下措施：

1）提高浇注试样的温度，增加铁水的过冷度，可避免和减少作为石墨核心的夹杂物，从而提高白口化程度，浇注温度要求在1400摄氏度以上。

2）提高浇注试样块的冷却速度，改善铸态试块的冷却条件，减少试块的厚度，增加试块的冷却面积，以提高冷却速度，促使铸铁形成白口化。铸态铁水的急冷，使得来不及或很少析出游离石墨，一般采取铜模浇注法最好。

3）在铁水中加入反石墨化元素。铁水中石墨碳的析出与其化学成分有极密切的关系，加入反石墨化元素能抑制石墨核心的形成，促进试块白口化。

根据本公司铁水成分的实际情况，对高炉铁水取样模式进行一定的优化和改善，使铁水试样尽可能达到白口化，从而满足光谱检测的要求。

（2）样品制备。采用直读光谱仪检测铁水成分的样品，在制备上与钢样品一样，要求表面光滑、无砂眼和无交叉纹，且光谱激发表面不能有油污。有条件的话，可用铣床进行制样。

2.2 工作曲线的制作

在OBLF-QSN750的生铁工作曲线上，根据已设定好的最佳检测条件，添加新增的标准物质到标样库中，并采集各元素的相对光谱强度。分析程序将自动拟合到各元素的工作曲线上。Pb、Zn、Sb、Bi的拟合工作曲線如下：

2.3 精密度试验

选取两个不同含量的生铁标准样品在制作好的生铁工作曲线上进行检测，分别各检测11次，检测结果如下表：

由表1中可以看出，平均值与标准值吻合性较好，变异系数（CV）符合GB/T27404-2008中附录F.2要求。

2.4 准确度试验

（1）选取3个生铁标准物质，每个标准物质分别连续检测6次的平均值与标准值之间进行比较，比较结果如表 ：

从准确度试验情况看，采用直读光谱法对白口化生铁样品进行微量元素的检测，不但检测速度快，在准确度上也满足日常生产的要求。

3 结论

利用在直读光谱仪上的生铁检测工作曲线，通过技术手段扩展检测范围及检测条件，用于检测白口化的生铁试样中的微量元素，分析结果的精度和准确度均满足国家标准（GB/T27404-2008）的要求，完全满足韶钢日常生产的要求，对生铁样品中其它元素也可同时进行检测，特别是碳元素的检测，很好地提高了检测效率，满足生产一线快速检测的需要。

参考文献：

[1]张春峰.应用直读光谱分析铁水预处理化学成分初探[J].

[2]蒋毅，苏建民，夏鹏飞.光电直读光谱法测定高炉铁水中多元素含量[J].冶金分析，（增，化学分册），2012（32）：581-585.endprint