炼钢入炉铁水快速检测方法的建立

常 乐

（河北钢铁集团宣钢公司技术中心，河北 张家口 075100）

炼钢时由于钢水要求各项化学成份较低，入炉铁水各项成份较高，而且由于炼铁生产工艺和炉料变化等各种原因，进入炼钢炉的铁水变化较大，不利于炼钢钢水的生产。为此需要对炼钢入炉铁水的成份进行控制，通过脱硫、脱磷等工艺提高入炉铁水质量。河北钢铁集团宣钢公司（全文简称宣钢）使用PDA7000 型光谱仪建立快速检测铁水含量的方法，提高检测水平，指导炼钢炉前生产。

1 技术改进方案

1.1 改进样品冷却和制样方法

炉前取制生铁样品时，直接使用取样器从铁水中取样，然后将热的铁水样品放入水桶中速冷。为了方便观察这一结果，宣钢对样品进行了金相检查。结果表明，样品之间的白口化不均匀（见图1）。

图1 铁水白口化金相图

由图1 可观察到，所制样品几乎全部白口化。白口化问题不能通过提高冷却效率来解决，因此，只有通过其他方法才能提高样品分析的稳定性。宣钢化验室现有的样品制备方法有磨样机磨制和铣样机铣制两种，因铁样硬度高，表面不易铣制，所以不考虑铣样机制样，而直接使用磨样机磨样砂纸消耗太快并且样品制样深度达不到要求，分析稳定性很差，尤其影响铁水中硫元素的稳定性，经过调查确定先用砂轮机将铁样表面打磨掉2 mm 左右，再用磨样机磨制，磨制出的样品稳定性有一定提高。表1 显示了样品制备方法改善前后铁水中硫含量的对比。可以看出，砂轮和磨样机组合加工的方法可以提高光谱分析的稳定性。

表1 不同制样方式下铁水中硫值稳定性对比 %

1.2 光谱仪参数及分析条件的确定

在光电直读光谱分析中，样品的激发需要预燃时间。样品在纯Ar 气氛的火花室中激发，减少了空气对紫外光谱的吸收，但仍存在蒸发、扩散等复杂的物理化学过程。最初阶段分析线对强度比不恒定，经过数秒后，才能实现稳定放电，即各元素谱线的绝对强度和相对强度趋于更稳定。这个过程称为预燃阶段。对于不同的钢种，不同的元素要选择不同的预燃曲线。曝光时间的测定主要取决于激发样品中元素分析的再现性。曝光时间的确定，主要看激发样品中低合金钢的预燃时间；高合金钢的预燃时间可选择5～6 s；高合金钢的预燃时间可选择5～8 s；易切削钢的预燃时间可选择5～8 s。为保证分析准确度，火花放电数约为2 000～3 000 次。在此条件下铁元素和各分析元素的光强度比值相对适中。经过反复试验，正常分析预燃时间为10～30 s；曝光时间一般为3～5 s，更能满足分析要求。

1.3 对铁水分析方式的改进

分析结果的准确性和稳定性取决于一系列因素。实验研究了仪器参数设置、校准分析曲线、标准样品的选择、消除校正各干扰因素等环节，对比分析结果，控制分析结果的准确性和稳定性，最后确定与分析试样相符合的分析方法以满足生产需求。

由于铁水样品冷却时白口化问题，且试样磨削深度无法在快速制样中标准化衡量，试样的分析稳定性难以把握。使用砂轮机和磨样机只在一定程度上提高了制样的稳定性。但由于人员磨制水平不均衡、磨削时间等方面的不确定等因素，导致样品制备的稳定性时有波动。为了解决这个问题，通过不断的实验，宣钢终于采用高能电弧和样品连续激发的分析方式来稳定分析结果。表2 显示了不同激发方式下铁硫元素分析稳定性的比较，在此条件下，较好地保证了数据的稳定性。

表2 不同样品激发方式下硫元素稳定性比较

1.4 重新制作分析曲线

光谱仪分析的准确度由两个步骤完成：一个是工作曲线，另一个是控制样品。工作曲线是基础。其效果直接影响到分析生产样品的效果。用标准样品建立初步工作曲线后，直接应用效果很差。因此我们采用碳硫分析和手工分析与仪器分析进行比对，然后调整生铁工作曲线，取得了良好的效果。图2 是生铁中硅、锰、磷、硫的工作曲线。

图2 生铁中各元素工作曲线图

将手工测定好的数值与光谱仪比对，调整光谱仪工作曲线，对于原工作曲线上没有的过高的含量值，在经过反复手工比对后添加到工作曲线中，根据比对数据进行工作曲线再次修正，在分析准确度、精密度方面进行测试，确保数据准确可靠。将高含量点加入到曲线中，可确保下次再有高含量铁样时可以直接准确迅速报出数据。

1.5 建立长期的质量控制方法

为了保证生铁样品的分析质量，采取如下措施：

1）定期将分析样品光谱仪与碳硫仪进行比对。

2）与炼钢厂和其他单位沟通，要求在样品交付前对其进行砂轮粗磨。

3）对送检样品进行验收，以确保无砂眼、裂缝、气孔和其他缺陷。一旦发现，应及时重新取样。

4）光谱实验室应使用具有准确定值的生铁样品进行质量监测，即定期对生产样品进行检测。一旦发现样品分析不准确，应及时对样品进行控制校正。

2 实施效果（见表3 和表4）

表3 生铁样品结果准确性比较 %

表4 生铁中硫分析结果误差统计表

由表3 可以看出分析结果准确性符合要求。

通过实验比对，光谱分析法能够快速准确的对样品进行分析，分析准确度可以满足生产需求。该分析方法确定了PDA 型光谱仪分析生铁样品的条件和连续激发样品的方法。为其他类型光谱仪分析生铁样品提供了技术支持。该实验建立了炼钢入炉生铁样品光谱分析方法，在现有条件下，扩展了光谱准确分析样品的类型，满足了生产要求。