CN102495044A - 铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于钢铁企业铝镇静钢生产过程中铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法。它包括以下分析步骤：1)用铣床加工试样；2)用直读光谱仪分析试样，采集各夹杂元素在选定的时间窗口的火花放电脉冲光强序列数据；3)计算序列数据的平均值、标准偏差；4)以平均值+3倍标准偏差为阈值，筛选出与夹杂部分有关的光强；5)扣除固溶成分得到夹杂物脉冲的净光强；6)由校准曲线得出夹杂元素的含量；7)由各夹杂元素与O的比例系数得出O的各个分量；8)对各分量求和，计算出O的含量。本发明可以提高直读光谱法氧的分析灵敏度，使之能分析0.003％以下的氧含量，并能快速测定铝镇静钢中氧含量。

Description

铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法

技术领域

本发明涉及一种钢材中氧含量的分析方法，具体地说是一种适用于钢铁企业铝镇静钢生产过程中铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法。

背景技术

目前，国内汽车、家电行业对高端钢材的需求旺盛，很多以前依赖进口的高品质钢材正逐渐被国产钢所替代。反映出国产钢材的档次有了很大提高，这些高端产品上水平的关键之一是钢材在冶炼过程中严格控制了氧的含量。现在，氧含量的分析绝大多数钢厂都采用国家标准方法GB/T 1126-2006，惰性气体熔融-红外分析法，这种方法的优势是灵敏度高、精度好，不足之处是分析样品前处理较繁琐，分析周期长，不能快速提供分析数据，不利于生产质量控制。直读光谱法是钢铁行业应用非常普遍的分析技术，国家标准GB/T 4336-2002规定了钢铁中碳、硅、锰、磷、硫等19个元素的分析方法，而氧元素未纳入，主要原因是其灵敏度低，分析下限约为0.008％，而汽车板等铝镇静钢氧的含量一般在0.003％以下，因此不能用于分析。因此发明一种铝镇静钢氧的含量分析方法对于铝镇静钢生产过程的质量控制非常有益。

发明内容

本发明的目的就是针对现有铝镇静钢中氧含量分析技术的上述不足，提供一种铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法，它可以提高直读光谱法氧的分析灵敏度，使之能分析0.003％以下的氧含量，并能快速测定铝镇静钢中氧含量。

本发明的技术方案是：它包括以下分析步骤：

1)用铣床加工试样；

2)用直读光谱仪分析试样，采集各夹杂元素在选定的时间窗口的火花放电脉冲光强序列数据；

3)计算序列数据的平均值、标准偏差；

4)以平均值±3倍标准偏差为阈值，筛选出与夹杂部分有关的光强；

5)计算固溶部分的含量；

6)由校准曲线得出夹杂元素脉冲的含量，并扣除固溶部分；

7)对各夹杂脉冲含量求和；

8)由夹杂元素含量按与氧的比例系数转换成氧含量分量；

9)对各分量求和，计算出O的含量。

其中所述的夹杂元素为Al、Si、Ca、Ti、Mn中至少三种。

本发明分析原理如下：

1)氧在钢中基本上都是以夹杂物的形式存在，如Al₂O₃、SiO₂、CaO、TiO、MnO，且化合物中Al、Si、Ca、Ti、Mn与O的比例是固定的，当测量出夹杂物中的Al、Si、Ca、Ti、Mn含量时便可得出O的分量。我们注意到直读光谱法O的分析灵敏度很低，但是Al、Si、Ca、Ti、Mn的灵敏度却很高，分析下限分别为0.001％、0.001％和0.0005％，基于这一特点，先检测出各夹杂元素(Al、Si、Ca、Ti、Mn)的含量，再根据夹杂元素与O的比例关系得出相应的O分量，再对各分量求和，最终得出O的含量。

通常，在铝镇静钢中加入足够的铝(约0.03％)来脱去钢中氧，最终铝在钢中以固溶铝和夹杂铝(Al₂O₃)的形态存在，如图1所示。图中高脉冲与夹杂铝与固溶铝之和对应，正常脉冲与固溶铝对应。

用逼近法从火花放电脉冲强度序列中分离出高脉冲后，计算正常脉冲I_Z的平均值A、标准偏差S：

A＝∑I_Zi

$S=\sqrt{\frac{\mathrm{\Σ}(I_{\mathrm{Zi}}-{\stackrel{\‾}{I}}_{\mathrm{Zi}})}{n-1}}$

按下式计算阈值Y：

Y＝A+3×S

凡超过阈值Y的脉冲均视为夹杂铝，阈值以下的脉冲视为固溶铝。从高脉冲强度中扣除正常脉冲部分可得出夹杂铝脉冲的净强度：

I_J＝I_Ji-I_Zi

因此，从3000次放电脉冲中筛选出来的夹杂铝脉冲的强度之和为：

I_T＝∑I_j

将IJ经校准曲线转换成夹杂铝的含量[Al]_jz。按原子量，夹杂铝(Al₂O₃)中铝与氧的含量比为(16*3)/(27*2)＝0.89，故有：

[O]_Al＝0.89*[Al]_jz

同理，可间接计算出SiO₂、CaO等化合物中氧的含量：

[O]_Si＝1.14*[Si]_jz

[O]_Ca＝0.40*[Ca]_jz

[O]_Ti＝0.72*[Ti]_jz

[O]_Mn＝0.29*[Mn]_jz

2)氧含量的得出

铝镇静钢中的夹杂物主要是Al₂O3，其他还有SiO₂、CaO等，因此，钢中氧的含量是各种夹杂物的氧分量之和：

[O]＝[O]_Al+[O]_Si+[O]_Ca+[O]_Ti+[O]_Mn

3)开启适当的时间分辨窗口防止高脉冲出现饱和，若不对高脉冲进行时间分辨处理，光强就会出现饱和，最终氧的分析结果偏低，严重时将近低二分之一，开启适当的时间分辨窗口可消除这种影响。

4)用铣床加工试样防止制样污染

传统的研磨法加工试样会使磨料嵌入样品，磨料通常是刚玉、碳化硅等，即使后者理论上不含氧的成分，但实际上或多或少含有氧化物的颗粒，导致分析结果偏高，铝镇静钢硬度低，受影响十分明显。用铣床加工试样可完全杜绝污染源，在铣头行走速度102mm/min，进刀深度0.08mm和转速700转/min时，加工出的试样表面光洁、平整、不发烫，无积屑瘤，适宜氧的分析。

本发明大大缩短了分析周期，分析一个样的时间约5分钟，红外分析法则需20分钟。更适合于炼钢过程控制，减少失控造成的产品降级，提高了汽车板用钢的产品质量。缩短钢水在炉时间，降低耐材消耗和炼钢能耗，节能降耗效益明显。

附图说明

图1是Al的放电时序图

图2是Si的放电时序图

图3是Ca的放电时序图

图4是Ti的放电时序图

图5是Mn的放电时序图

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

本发明包括以下分析步骤：

1)在常规取样模上加盖防渣板后取出钢样；

2)用铣床加工试样；

3)用直读光谱仪分析试样，采集夹杂元素Al、Si、Ca、Ti、Mn在40-350微秒的时间窗口的火花放电脉冲光强序列数据；

4)数据处理

4.1)计算Al、Si、Ca、Ti、Mn光强序列初始平均值

4.2)计算Al、Si、Ca、Ti、Mn光强序列初始标准偏差

4.3)计算Al、Si、Ca、Ti、Mn二次逼近平均值

4.4)计算Al、Si、Ca、Ti、Mn二次逼近标准偏差

4.5)计算Al、Si、Ca、Ti、Mn强度阈值

4.6)筛选出Al、Si、Ca、Ti、Mn超过阈值的高脉冲

4.7)将Al、Si、Ca、Ti、Mn各高脉冲光强扣除固溶部分，得到夹杂物净光强

4.8)将Al、Si、Ca、Ti、Mn夹杂物净光强求和

4.9)求Al、Si、Ca、Ti、Mn夹杂物净光强均值

4.10)求Al、Si、Ca、Ti、Mn夹杂物的含量

4.11)由夹杂元素含量按与氧的比例系数转换成氧含量分量

4.12)将夹杂元素Al、Si、Ca、Ti、Mn分量氧求和得到全氧含量

表1本发明分析结果与进口标样值的比较

由表1可以看出本方法所得标样分析值与标样基准值非常吻合。

Claims (2)

1.一种铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法，它包括以下分析步骤：

1)用铣床加工试样；

2)用直读光谱仪分析试样，采集各夹杂元素在选定的时间窗口的火花放电脉冲光强序列数据；

3)计算序列数据的平均值、标准偏差；

4)以平均值±3倍标准偏差为阈值，筛选出与夹杂部分有关的光强；

5)计算固溶部分的含量；

6)由校准曲线得出夹杂元素脉冲的含量，并扣除固溶部分；

7)对各夹杂脉冲含量求和；

8)由夹杂元素含量按与氧的比例系数转换成氧含量分量；

9)对各分量求和，计算出O的含量。

2.根据权利要求1所述的铝镇静钢中氧含量的分量求和分析方法，其中所述的夹杂元素为Al、Si、Ca、Zn、Zr、Mn、Cr、Mg中至少三种。

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