波長色散X射線熒光光譜儀測定生鐵中硫、磷、硅元素含量

摘要：本文介紹采用X熒光光譜法測定生鐵中的硫、磷、硅三種元素的含量，得到一種可靠、有效的取制樣方法，探索出了使用波長色散X射線熒光光譜儀測定公司生鐵中硫、磷、硅含量的最佳分析條件，為日常生鐵分析工作提供了一套完善高效準(zhǔn)確的光譜分析方法。

關(guān)鍵詞：X射線熒光光譜儀;生鐵;硫、磷、硅的含量

生鐵中的碳、硫、磷、硅元素的存在對冶金煉制過程有重要影響。碳的存在提高鐵的機(jī)械性質(zhì)，沒有碳，生鐵就失去了實(shí)用價值;硫是生鐵冶煉當(dāng)中的有害元素，由冶煉過程的焦炭侵入而來，其與鐵生成硫化物，它的存在降低鐵水流動性、增加生鐵脆性和收縮性，是鐵之大敵;磷由礦石和焦炭中來，其存在降低生鐵熔點(diǎn)，增加鐵水流動性、減少收縮，利于生鐵鑄造，但其優(yōu)劣影響由其含量決定;硅油鐵礦石的雜質(zhì)和焦炭灰分中的二氧化硅還原而來，它能促進(jìn)生鐵中的碳化鐵分解生成石墨鐵，從而使生鐵性質(zhì)變軟，利于澆鑄、減少收縮，同時硅與鐵水中的氧化合生成二氧化硅排出爐外，減少生鐵中氣孔的生成，并且它具有強(qiáng)氧化性，但是硅含量過高又會降低生鐵的強(qiáng)度、硬度。

由此可見，在冶煉過程中需要控制碳、硫、磷、硅等素的含量。在原來的分析方法中，采用高頻燃燒紅外吸收法分析碳和硫兩種元素，采用分光光度法分析磷和硅兩種元素。化學(xué)方法分析，操作步驟繁瑣、分析速度慢、周期長、工作量大、生產(chǎn)費(fèi)用高。

在冶金生產(chǎn)過程中，及時、準(zhǔn)確地分析出鐵水中的碳、硫、磷、硅元素的含量，快速將分析數(shù)據(jù)報送生產(chǎn)廠，有效縮短鐵水在魚雷罐中的滯留時間，及時將鐵水運(yùn)送到煉鋼車間，降低鐵水在運(yùn)輸過程中溫度消耗，能大大減少冶煉耗能、節(jié)約生產(chǎn)成本。隨著冶金工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，滿足產(chǎn)線生產(chǎn)需求的快速高效的儀器分析方法逐漸代替了舊有的化學(xué)分析方法[1，2]。

本文重點(diǎn)介紹用采用波長色散X射線熒光光譜法代替舊有方法測定生鐵中硫、磷、硅元素含量（由于輕元素碳特征輻射的波長較長，熒光產(chǎn)額較低，鐵基體對其吸收大，采用特殊晶體成本較高，故依然采用紅外碳硫儀分析鐵水中的碳元素含量，而不采用波長色散X射線熒光光譜法測定）。

工作初期，參照國際標(biāo)準(zhǔn)，使用HCS-140紅外碳硫儀測定生鐵中硫元素含量，用722N可見分光光度計分析磷和硅元素含量。這種分析方法操作復(fù)雜，且不能同時分析多種元素，分析周期較長，極大降低產(chǎn)線數(shù)據(jù)報出速度，影響產(chǎn)線生產(chǎn)。在這種情況下，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗，成功開發(fā)波長色散X射線熒光光譜法測定生鐵中硫、磷、硅元素的含量，該方法大大降低了能源和人力消耗，其簡便、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢滿足了鐵水冶煉工作的準(zhǔn)確高效的要求[3～5]。

1?實(shí)驗部分

1.1?實(shí)驗儀器

HCS-140紅外碳硫儀

722N分光光度計

波長色散X射線熒光光譜儀（島津MXF—2400）

實(shí)驗室半自動杯型砂輪磨樣機(jī)

自制銅質(zhì)鐵水取樣器

1.2?標(biāo)準(zhǔn)樣品選定

由于生鐵冶煉過程工藝不同，所以選用公司自產(chǎn)鐵水定值作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。根據(jù)X射線熒光光譜儀樣杯的內(nèi)徑，選擇合適的取樣器，在出鐵口不同時間取樣，冷卻后生成鐵樣塊，從大量樣塊中選取均勻性較好的樣塊，將樣品經(jīng)由兩個實(shí)驗室分析測定（硫使用紅外碳硫儀測定、磷和硅使用分光光度法測定），在誤差范圍內(nèi)取樣品平均值定值。按各元素含量從低到高的順序找出一組樣品（10塊）定為標(biāo)準(zhǔn)樣品，其化學(xué)分析定值見表1。

1.3?儀器工作條件

本實(shí)驗室選用多道同時型波長色散X射線熒光光譜儀，首先選擇確定各元素分析測定的最佳分析條件，經(jīng)過實(shí)驗，本實(shí)驗使采用的分析條件見表2。

1.4?工作曲線的繪制

1.4.1生鐵中硫、磷、硅元素的工作曲線范圍、系數(shù)

將標(biāo)準(zhǔn)樣品用杯型砂輪機(jī)進(jìn)行表面制備，所制得檢測表面光潔、無裂紋沙眼或其它缺陷。樣品放入X射線熒光光譜儀按選定條件建立工作曲線。各元素工作曲線范圍、系數(shù)見表3。

1.4.2生鐵中硫、磷、硅元素的工作曲線

2?工作曲線驗證

2.1樣品制取

在出鐵口不同時間取樣，冷卻后生成鐵樣塊，從大量樣塊中選取均勻性較好的樣塊（10塊，編號①～⑩），將樣品經(jīng)由兩個實(shí)驗室分析測定（硫使用紅外碳硫儀測定、磷和硅使用分光光度法測定），在誤差范圍內(nèi)取樣品平均值定值，其化學(xué)分析定值見表4。

2.2實(shí)驗過程

將2.1中樣品經(jīng)砂輪機(jī)制備檢測面，放置于X射線熒光光譜儀中進(jìn)行分析檢測，每塊樣品分析10次，分析結(jié)果見表5。

3?結(jié)果與討論

參考《GB/T?223.79-2007?鋼鐵多元素含量的測定?X一射線熒光光譜法（常規(guī)法）》中，硫、磷、硅重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)計算，概率水平95%時，同一樣塊的兩個獨(dú)立測定結(jié)果的最大偏差均小于重復(fù)性限r(nóng)和再現(xiàn)性限R。由此得出結(jié)論，本實(shí)驗室開發(fā)使用的波長色散X射線熒光光譜儀測定公司生鐵中硫、磷、硅含量的方法準(zhǔn)確可靠，可以推行。

參考文獻(xiàn)：

[1]吉昂，陶光儀，等.X-射線熒光光譜儀分析[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]梁鈺.X射線熒光光譜分析基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[3]馬林澤.X-射線熒光光譜法測定生鐵中雜質(zhì)元素[J].云南冶金，2011，42（2）：96-100.

[4]高建民，曲志勇，張愈潔，等.X-射線熒光光譜法測定生鐵中10種元素[J].冶金分析，2011，31（4）：39-43.

[5]島津X-射線熒光光譜儀MXF-2400使用說明書.

作者簡介：靳靜（1983—??），女，漢族，河北邯鄲人，碩士研究生，工程師，研究方向：冶金工程。