火花源原子發射光譜法測定硅鋼中硅錳磷硫鋁

曹新全, 李 化, 鄧軍華

(遼寧省金屬學會, 沈陽 110003)

電工鋼是一種含碳量很低的鐵硅軟磁合金，它主要用來制作各種變壓器、電動機和發電機的鐵芯，是發展電力和電訊工業的基礎材料。它和金屬材料一樣，其磁性性能主要由其內部組織結構所控制，組織結構的確立又與其合金元素密切相關。目前對電工鋼的化學成分的要求也愈來愈高[1-4]，單一元素的測定已有報道[5-7]，但是多元素的分析輝光光譜法較多[8-11]。為適應公司生產品種不斷調整和優化的工作需要以及快節奏的生產需求，彌補鞍鋼質檢中心煉鋼化驗室(鋼化)原工作曲線的不足(所有鋼種都采用同一條工作曲線)，確保化驗結果的及時性、準確性，采用DV6E直讀光譜儀測定硅鋼中Si、Mn、P、S、Al等主要元素的成份。通過優化曲線參數繪制硅鋼工作曲線,利用控樣對硅鋼的主要成份進行測定，經實驗證明此方法快速、準確、精確度高，穩定性好，可滿足生產要求。

1 實驗部分

1.1 儀器

DV6光電直讀光譜儀(美國BAIRD公司)：光柵焦距1 000mm，色散率1 666.67刻線/mm光柵，激發光源HR400，讀出系統MC-20,砂輪機。

1.2 分析條件

氫氣純度：99.999%；氬氣流量：靜態3L/min，動態9L/min；真空度≤33.25μPa；對電極材料及形狀：鎢棒圓錐電極；分析間隙:4mm；分析時間：沖洗4s，預燃6s，積分時間4s；分析譜線波長:C 193.0nm，Si 212.4nm，Mn 293.3nm，P 178.2nm，S 180.7nm，Al 394.4nm，Ni 227.0nm，Nb 319.4nm，V 310.2nm，Cr 267.7nm，Cu 224.2nm，Ti 337.2nm，內標譜線波長：Fe 273.0nm。

1.3 樣品制備

標準樣品與試樣要進行相同的前處理，試樣表面應保證均勻，無氣孔、裂紋、夾渣等有缺陷的現象，否則應重新取樣。采用砂輪磨樣機進行磨制時，試樣和標準樣品要同時操作，要力求操作一致，磨紋要求一致，不應有交叉紋，要保證樣品表面平整、潔凈。用車床、銑床制樣時，要控制好轉速及進刀速度。試樣磨后不宜放置過長，否則造成試料表面氧化，影響分析結果。

1.4 標樣選擇

根據硅鋼主要元素成份，選擇以硅鋼標準樣YSKSI710(A和C)、YSKSI712C、YSBS23302-09(K1和K2)、YSB35401～3540105-2004為基準，以低合金鋼和硅鋼生產的內控標樣為輔，另選40塊其他合金鋼光譜標樣繪制工作曲線。C含量范圍：0.013%～0.89%；Si含量范圍：0.022%～3.65%；Mn含量范圍：0.04%～2.03%；P含量范圍：0.0046%～0.118%；S含量范圍：0.0024%～0.077%；Al含量范圍：0.003%～0.682%。

2 結果與討論

2.1 工作曲線的繪制

在經實驗選定的分析條件下，標準樣品每個標樣激發3次，激發點強度值要保持在一定的精度范圍內，相對誤差應小于2.0%。根據激發的強度比值及輸入的含量值，采用三次方程的最小二乘法計算擬合最佳曲線，并考慮到元素的自吸現象、基體干擾和第三元素干擾，對強度值進行修訂。曲線計算方程如下：

A(IR)3+B(IR)2+C(IR)+D=C0

其中，A、B、C、D是常數，IR是被分析元素對基體元素譜線的強度比，C0是元素的含量。依照測量結果準確性對標準化因子和第三元素(Cr、Cu、Ti、Ni、Nb、Mo、V)干擾進行適當調整。建立的C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、Ti、Ni、Nb、Mo、V的工作曲線方程見表1。

表1 校準曲線參數

2.2 分析參數優化

2.2.1 負高壓及積分時間的選擇

調整負高壓使光電信號擴大或縮小，樣品激發強度會隨之擴大或縮小，背景噪音干擾也有不同程度的改變。如果光電信號小樣品激發強度小,則樣品濃度很難檢測，因此負高壓的選擇對元素分析結果準確度的影響很大，不同分析元素的負高壓值不同。C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、Ti、Ni、Nb、Mo、V的負高壓值分別在2-6檔，因試元素含量變化大，負高壓值按廠家推薦進行設置。

積分時間直接關系到樣品激發強度和分析周期的長短，以確保在最短時間內使激發強度達到一個恒定值。一般來說如果樣品激發的信號強度弱則積分時間應延長以得到更大強度并使其達到恒定值，但積分時間長會使分析周期變長，影響分析速度，因此積分時間的選擇上既要考慮強度又要保證分析周期，DVE6光電直讀光譜儀在初次安裝調試階段已將積分時間確定下來了，積分時間為4s。本次實驗積分時間設定為4s。

2.2.2 預燃時間

預燃時間是表示分析測量前試樣激發達到穩定狀態的時間，預燃能使試樣表面均勻化。在積分時間、負高壓值不變，調整預燃時間測試樣激發強度，當強度值保持相對恒定(相對標準偏差2%以下時)且分析時間適中時的時間確定為預燃時間。從試驗數據得到預燃時間6s時試樣激發強度值恒定且標準偏差和相對標準偏差滿足分析要求，因此預燃時間定為6s。

2.2.3 氬氣流量

氬氣的流量及其穩定性，對分析結果有著至關重要的作用。氬氣的分析流量設定不能太小，這會導致激發環境得不到氬氣的完全保護，低波長區如碳磷硫的測量強度會偏低；氬氣流量也不能太大，這會引起激發火花晃動，導致分析結果不穩定。另外為了使分析間隙進入火花室的空氣不是太多，要適當加大氬氣的靜態流量。經過試驗，將氬氣分析流量設定為9L/min，靜態流量設定為3L/min。

2.2.4 沖洗時間

火花室中殘余的空氣激發后的殘留物要及時地沖洗排走，以保證樣品激發環境的穩定性否則會對分析元素的譜線強度產生很大影響。通過參考儀器中預置方法及實際試驗，將沖洗時間設定為4s。

2.3 方法的精密度

選定一個樣品在短時間內對合金鋼試樣進行8次測定，考察方法的精密度，試驗結果表明方法各元素精密度都小于5%，方法精密度見表2。

表2 方法精密度實驗

2.4 方法的準確度

選取2塊標樣進行準確度試驗，每個樣品激發3次，取其平均值，結果表明，標樣的測定值與標準值的差值均在國家標準規定的范圍之內，結果見表3。

表3 硅鋼樣品分析結果

2.5 準確度比對

對生產中的兩塊取向硅鋼樣品進行分析，并與其他檢測單位的測試結果進行對照，結果表明數據一致，均在國家標準規定的范圍之內，結果見表4。

表4 硅鋼樣品中各元素的對照結果

3 結論

硅鋼對化學成分穩定性的要求高，建立分析方法的時候一定要根據確保火花激發數據的穩定。爐前生產檢驗要求快速得到樣品的成分檢測數據，采用該方法可大大節省分析時間，更適于在生產中使用。本次建立的硅鋼曲線能夠滿足目前硅鋼除C元素外的其它主要元素Si、Mn、P、S、Al的分析要求。C元素由于含量太低，本方法沒有低含量的標準物質，數據的穩定性較差，需要借助碳硫分析儀器進行單獨分析，這個也是以后需要不斷改進的地方。

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