CN102721672A - 原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，该方法步骤为：（1）用超低碳超低硫钢坯制取光谱控样小样，制取的光谱控样小样在原子发射光谱仪上进行均匀性检验；（2）将光谱控样小样在钻床上进行钢屑样品的制备，钻取后的钢屑样品用校正后红外碳硫仪对钢屑样品中的碳和硫含量进行定值；（3）将原子发射光谱仪进行使用前的调整，对工作曲线校正后利用定值后光谱控样进行修正；（4）采用铣制方法对分析样品进行制备，利用修正后的原子发射光谱仪检测，即可测得分析样品中的超低碳超低硫含量。本方法结合红外吸收法准确性高的特点，利用红外吸收法对光谱控样定值的方式，使炉前炼钢超低碳超低硫得到快速准确测定。

Description

原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法

技术领域

本发明涉及一种金属的化学分析方法，尤其是一种原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法。

背景技术

超低碳（一般认为含量≤100ppm）的准确分析将给炉前炼钢冶炼开发高附加值产品提供强有力的分析保障，但一直以来是国际国内分析界的难题之一。常用的红外碳硫仪分析存在周期长、样品制备环节影响大，不适合炼钢炉前的快速准确测定的弊端。原子发射光谱仪分析超低碳超低硫具有下述难点：一、光谱标样限制：国内没有超低碳超低硫光谱标样可购置，国外超低碳超低硫光谱标样因组织结构、成分结构等原因又不是太适合炉前快速分析；二、分析的条件要求比较苛刻：氩气纯度、氩气压力、电极、制样、工作曲线等。因此，部分钢厂在炉前炼钢采用原子发射光谱仪分析超低碳超低硫只是过程分析，成品样或铸坯样则用红外碳硫仪测定的原因就在于此。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，以快速测定炉前钢中的超低碳超低硫。

为解决上述技术问题，本发明步骤为：（1）光谱控样的选择：用超低碳超低硫钢坯制取光谱控样小样，制取的光谱控样小样在原子发射光谱仪上进行均匀性检验，检验达到光谱控样技术要求后即可使用；

（2）光谱控样的定值：将检验合格后的光谱控样小样在钻床上进行钢屑样品的制备；在制备过程中，不能使钢屑样品过热氧化，不能被其它氧化性物质沾染，因此钻床的转速不能过快，钻床的转速控制在600～1000r/min；钻取后的钢屑样品用校正后红外碳硫仪对钢屑样品的碳和硫含量进行定值；

（3）光谱仪校正：将原子发射光谱仪进行使用前的调整，以使氩气纯度达到≥99.996%、压力≥2.5bar；对工作曲线校正后利用定值后光谱控样进行修正，若偏差较大可采取校正因子的办法进行修正，以确保光谱控样分析数据控制在分析允许差内；

（4）样品测定：因其它制备手段易带来分析的污染，尤其是对超低碳超低硫的测定，造成偏差较大，因此采用铣制方法对分析样品进行制备，然后利用修正后的原子发射光谱仪检测，即利用光谱强度和元素浓度之间的线形关系，将测得的光信号经倍增放大后转化成可测的电信号，即可测得分析样品中的超低碳超低硫含量。

本发明所述步骤（1）中的超低碳超低硫钢坯为汽车板铸坯，小样规格为50×20×70（mm）；对光谱控样小样的两个分析面分别进行均匀性检验，每个分析面分析9激发点。

本发明所述步骤（2）中钻床的转速控制在900r/min；在3～5个实验室用校正后红外碳硫仪对钢屑样品进行定值，每个实验室平行测定4～8次，加权平均后作为该光谱控样超低碳超低硫的标准值；红外碳硫仪的校正方法为：采用超低碳硫坩埚在1050℃～1300℃的马弗炉中灼烧6～10小时；所述超低碳硫坩埚最好在1150℃的马弗炉中灼烧8小时。

本发明所述步骤（3）中氩气纯度最好达到99.999%，为防止空气中氧气进入激发孔，氩气压力为2.75bar；为确保超低碳超低硫的分析准确性，若偏差较大可采取校正因子的办法进行修正，该校正因子可采用加合和倍增两种方式，由于倍增修正对超低含量引起的偏差较大，因此最好采用加合修正；铣制方法所用的铣刀材质为立方氮化硼。

本发明步骤（4）测定后的分析样品利用红外吸收法进行比对验证；每次比对分析样品在8个且含量覆盖超低碳超低硫低、中、高范围（分别在20、30、50ppm左右），通过比对两种方法之间的误差，来分析判断两种方法间有无系统性，从而保证分析结果的准确性。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本方法充分结合了红外吸收法准确性高和原子发射光谱法分析速度快的优点，利用红外吸收法对光谱控样定值的方式，使炉前炼钢超低碳超低硫得到快速准确测定。本发明不仅可以为炉前炼钢生产提供及时准确的数据支撑，而且分析时间完全满足炉前炼钢生产工艺要求，为炉前炼钢为冶炼开发高级别汽车板（C≤20ppm）提供强有力的分析后盾。本方法利用现有检验设备即可实施，具有操作简单、分析成本低、准确性和再现性较高的特点。

具体实施方式

本原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，利用原子发射光谱仪结合红外碳硫仪进行测定。本方法在系统研究两种方法后，通过自行选材、制备、定值光谱控样的办法，解决了原子发射光谱仪在炼钢炉前准确快速测定钢中超低碳超低硫的难题，屏弃了红外碳硫仪分析周期长、样品制备环节影响大，不适合炼钢炉前的快速准确测定的弊端。结合采用两者的优点，应用近一年证明，该方法准确可靠，可以满足分析技术和生产工艺要求。首先就是光谱控样的选择：根据本公司日常超低碳超低硫生产控制范围，从生产出的汽车板铸坯样上取制一批光谱控样用坯样，该坯样一般从铸坯宽度的3/4处采取长×宽×高=1000×500×200（mm）的大样，然后，在锯床上切割成长×宽×高=50×20×70（mm）的小样，小样采取后在原子发射光谱仪上进行均匀性检验，均匀性检验对光谱控样的小样的两个分析面分别进行均匀性检验，一个分析面要求分析9激发点，经统计分析可达到1.3%的精度要求。其次，是光谱控样的定值：将检验合格后的光谱控样小样在立式钻床上进行红外吸收法钢屑样品的制备，在制备过程中，不能使钢屑样品过热氧化，不能被其它氧化性物质沾染，立式钻床的转速不能过快，一般控制600～1000r/min，最好为900r/min，将钻取后的钢屑样品保存在干燥器中备用，将红外碳硫仪校正后（采用超低碳硫坩埚在1050℃～1300℃的马弗炉中灼烧6～10小时；最好在1150℃的马弗炉中灼烧8小时，干燥器中冷却后使用），在3～5个实验室采用相同方法进行定值，每个实验室平行测定4～8次，最好在5个实验室、每个实验室平行测定5次，加权平均后作为该光谱控样超低碳超低硫的标准值； 再有就是光谱仪校正：先对原子发射光谱仪进行使用前的调整，包括透镜、狭缝、火花台板、辅助电极等，使氩气纯度达到≥99.996%，氩气压力调整≥2.5bar，对工作曲线校正后利用定值后光谱控样进行修正，若偏差较大可采取校正因子的办法进行修正，以确保光谱控样分析数据控制在分析允许差内；紧接着就是样品测定：经校正后的原子发射光谱仪，采用铣制方法对分析样品进行制备，因其它制备手段易带来分析的污染，尤其是对超低碳超低硫的测定，造成偏差较大，本方法采用铣刀进行制备，铣刀采制为立方氮化硼，利用光谱强度和元素浓度之间的线形关系，将测得的光信号经倍增放大后转化成可测的电信号，即可测得未知试样中的超低碳超低硫含量；最后就是方法比对：该步骤是保障手段，利用经典的红外吸收法对光谱仪分析过的样品进行比对验证，尤其是红外吸收法在制备样品过程中，必须按照光谱控样的制备要求进行，每次比对分析样品需控制在8个且含量覆盖超低碳超低硫低、中、高（分别在20、30、50ppm左右）范围，通过比对两种方法之间的误差，来保证分析结果的准确性。

为了验证本方法的可行性，在上述条件下做了一系列精密度试验、准确度试验。精密度试验针对同一样品连续分析10次，计算平均值及相对标准偏差；准确度试验选取若干分析试样，用本方法进行测定，将所得结果与红外法进行比对，试验数据见表1、表2。

表1：精密度试验结果

表2：准确度试验结果（%）

通过以上试验数据表明，本方法的精密度、准确度能够满足炉前分析技术和炼钢生产工艺要求。  

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

第一步：光谱控样的选择：根据本公司日常超低碳超低硫生产控制范围，从生产出的汽车板铸坯样上取制一批光谱控样用坯样，该坯样一般从铸坯宽度的3/4处采取长×宽×高=1000×500×200（mm）的大样，然后，在锯床上切割成长×宽×高=50×20×70（mm）的小样，小样采取后在原子发射光谱仪上进行均匀性检验，均匀性检验对光谱控样的小样的两个分析面分别进行均匀性检验，一个分析面要求分析9激发点，统计分析后达到1.3%的精度要求。

第二步：光谱控样的定值：将光谱控样的小样在立式钻床上进行红外吸收法钢屑样品的制备，在制备过程中，不能使钢屑样品过热氧化，不能被其它氧化性物质沾染，立式钻床的转速不能过快，控制在900r/min，将钻取后的钢屑样品保存在干燥器中备用，将红外碳硫仪校正后（使用超低碳硫坩埚并且在1150℃的马弗炉中灼烧8小时，干燥器中冷却后使用），校正后的红外碳硫仪工作参数见表3，在5个实验室采用相同方法进行定值，每个实验室平行测定5次，加权平均后作为该光谱控样超低碳超低硫的标准值，测定结果见表4。

表3：红外碳硫仪工作参数

表4：光谱控样成分表

第三步：光谱仪校正：先对原子发射光谱仪进行使用前的调整，包括透镜、狭缝、火花台板、辅助电极等，使氩气纯度达到≥99.999%，氩气压力调整为2.75bar，对工作曲线校正后利用定值后光谱控样进行确认，若偏差较大可采取校正因子的办法进行修正，以确保光谱控样分析数据控制在分析允许差内；原子发射光谱仪工作曲线校正前后超低碳标样的分析值见表5。

表5：曲线优化前后超低碳标样的分析值

第四步：样品测定：经校正后的光谱仪，采用铣制方法对分析样品进行制备，因其它制备手段易带来分析的污染，尤其是对超低碳超低硫的测定，造成偏差较大，本方法采用铣刀进行制备，铣刀采制为立方氮化硼，利用光谱强度和元素浓度之间的线形关系，将测得的光信号经倍增放大后转化成可测的电信号，即可测得未知试样中的超低碳超低硫含量；如表6所示。

表6：原子发射光谱仪分析参数

注：预燃光源和积分光源采用仪器预设的2号光源，其参数为：电容2μF；电阻8Ω；电感20μH；电压400V。

第五步：方法比对：利用经典的红外吸收法对原子发射光谱仪分析过的样品进行比对验证，尤其是红外吸收法在制备样品过程中，必须按照光谱控样的制备要求进行，每次比对分析样品需控制在8个且含量覆盖超低碳超低硫低、中、高（分别在20、30、50ppm左右）范围，通过比对两种方法之间的误差，来保证分析结果的准确性。

  表7：两种方法比对结果

本方法在一定程度上限定了标准样品的使用，因为标准样品不涉及样品制备对其分析精度的影响，为确保本方法的分析精度，特选择炉前外观质量好、无缺陷的分析样品进行验证，以保证该方法既能提高分析速度和效率又能提高分析精度，同时，还能大大降低岗位人员的操作强度，使方法易于普及和掌握。 具体的标样验证不再具体说明。

Claims (10)

1.一种原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于，该方法步骤为：（1）光谱控样的选择：用超低碳超低硫钢坯制取光谱控样小样，制取的光谱控样小样在原子发射光谱仪上进行均匀性检验，检验达到光谱控样技术要求后即可使用；

（2）光谱控样的定值：将检验合格后的光谱控样小样在钻床上进行钢屑样品的制备，钻床的转速控制在600～1000r/min，钻取后的钢屑样品用校正后红外碳硫仪对钢屑样品中的碳和硫含量进行定值；

（3）光谱仪校正：将原子发射光谱仪进行使用前的调整，使氩气纯度≥99.996%、压力≥2.5bar；对工作曲线校正后利用定值后光谱控样进行修正，若偏差较大可采取校正因子的办法进行修正，以确保光谱控样分析数据控制在分析允许差内；

（4）样品测定：采用铣制方法对分析样品进行制备，利用修正后的原子发射光谱仪检测，即可测得分析样品中的超低碳超低硫含量。

2.根据权利要求１所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的超低碳超低硫钢坯为汽车板铸坯；小样规格为50×20×70（mm）。

3.根据权利要求１所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述步骤（1）中对光谱控样小样的两个分析面分别进行均匀性检验，每个分析面分析9激发点。

4.根据权利要求4所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述步骤（2）中钻床的转速控制在900r/min。

5.根据权利要求１所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在3～5个实验室用校正后红外碳硫仪对钢屑样品进行定值，每个实验室平行测定4～8次，加权平均后作为该光谱控样超低碳超低硫的标准值。

6.根据权利要求１所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于，所述步骤（2）中红外碳硫仪的校正方法为：采用超低碳硫坩埚在1050℃～1300℃的马弗炉中灼烧6～10小时。

7.根据权利要求6所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述超低碳硫坩埚在1150℃的马弗炉中灼烧8小时。

8.根据权利要求１所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述步骤（3）中氩气纯度为99.999%，氩气压力为2.75bar。

9.根据权利要求１所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：所述步骤（3）中校正因子采用加合修正；所述铣制方法所用的铣刀材质为立方氮化硼。

10.根据权利要求１－9中的任意一项权利要求所述的原子发射光谱法快速测定钢中超低碳超低硫的方法，其特征在于：步骤（4）测定后的分析样品利用红外吸收法进行比对验证。