CN113514486A - 一种硅碳球中硅含量的测定方法 - Google Patents

一种硅碳球中硅含量的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅碳球中硅含量的测定方法，包括：1)硅碳球标准物质的配制：将硅碳球标准物质YSBC 25611‑93硅铁标样和ZBM 129A焦炭标样按比例配制硅碳球标准物质。2)压片制样。3)X射线荧光光谱仪分析条件的选择和设置，采用真空光路,直径27mm钢罩,Kα谱线，电压为60kV,电流为50mA，探测器为流气正比探测器，测定时间为40秒。4)用X射线荧光光谱仪分别测定步骤1中所述的标准物质硅含量，根据标准物质的已知含量和测定强度，建立工作曲线。5)用X射线荧光光谱仪测定待测试样的硅含量。本发明针硅碳球中的硅的含量高、并且含量范围很宽的问题，提供了一种用X射线荧光光谱仪测定待测试样中硅元素的方法。

Description

一种硅碳球中硅含量的测定方法
技术领域
本发明涉及一种硅碳球中硅含量的测定方法，尤其是一种以X荧光光谱仪硅碳球中硅含量的测定方法。
背景技术
硅碳球是硅和碳组成的合金，又名高碳硅，即含碳量较大的硅铁。
硅碳球是转炉用的新型合金，可完全代替增碳剂和脱氧剂硅铝铁加在包底或随钢流加入，由于硅碳球比重较大，以块状形式加入钢水中可起到脱氧作用，使得碳的回收率大大提高(碳的回收率可达98％以上)。
硅碳球能改善钢水质量，提高产品质量，改善产品新能，减少合金加入量，降低炼钢成本，增加经济效益，大大改善环境条件，同时降低了工人的劳动强度。
因此，如何快速、准确测定硅碳球中的硅含量，在炼钢中具有十分重要的意义。
通常情况下，硅碳球中硅的含量范围很宽(大约从40％-68％)，快速、准确测定存在一定的困难。例如，有关硅碳球中的硅含量的测定方法，公开报道的有：
(1)肖星等在《硅碳球中硅元素测定方法的研究》(见《涟钢科技与管理》，2013年第6期)中报道的测定方法是将样品经高温灼烧除去游离碳，熔融蒸干，浓盐酸酸化后采用动物胶重量法测定主硅量，硅钼蓝比色法测定滤液及残硅量。
按该测定方法测定硅碳球待测试样中硅含量，结果如表1所示。
平行测定9组硅碳球待测试样，硅含量平均值为51.827％。
但该分析方法试样处理繁琐，需要分离干扰元素，分离速度慢，分析周期长，成本高，效率低。
表1现有技术的测定方法测定硅碳球待测试样中硅含量结果
No 测定结果(Value found)(％)
1 51.821
2 51.805
3 51.840
4 51.839
5 51.826
6 51.820
7 51.836
8 51.845
9 51.819
(2)铁生年等在《硅铁中Si、Al、P、Mn、Ca各元素X荧光光谱的测定及研究》(见《现代仪器使用与维修》1997年第5期)中报道的测定方法，采用压片制取多个硅铁标样，在特定仪器条件下，建立硅铁工作曲线，用此工作曲线测定硅碳球标准物质，测定结果与标示值相差很多，说明硅铁与炭粉混合后机体效应跟硅铁机体已发生改变，该方法中测定硅含量的方法不适用于硅碳球中硅含量的测定。
中国专利CN108918562A公开了一种用于X射线荧光分析法测定硅铁中硅含量的试样的制备方法，该方法主要解决硅铁试样制样问题，其所涉及的测定方法不适用于硅的含量范围很宽的硅碳球。
总之，针对硅碳球中的硅的含量高、并且含量范围很宽的问题，目前缺少一种准确度高、分析速度快的实用化的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术对硅碳球中硅含量测定难度较大、操作复杂、测定周期长等问题，尤其是面对硅碳球中的硅的含量高、并且含量范围很宽的问题，提供一种如何分析准确度高、分析速度快、试剂用量少、经济适用的采用仪器化测定的方法。
本发明采用X荧光光谱法测定硅碳球中硅含量，因硅碳球目前没有国家标样，所以本方法采用硅铁标样与炭粉标样按不同比例配置硅碳球标准物质。
本发明的方法包括以下步骤：
步骤1，准备测定用备品
顺序式X射线荧光光谱仪、侧窗铑钯X光管、YYJ-40压片机、YSBC 25611-93硅铁标样、ZBM129A焦炭标样、天平、研磨器、工业硼酸、P10气体(90％氩气+10％甲烷)等。
步骤2，硅碳球标准物质的配制
硅碳球标准物质采用YSBC 25611-93硅铁标样和ZBM 129A焦炭标样按照1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1的比例称取适当重量，在研磨器中研磨混匀配制，硅含量分别为38.00％、50.67％、57.00％、60.80％、63.33％、65.14％、66.50％配置七种硅碳球标准物质。
步骤3，压片制样
取一定量的硅碳球标准物质、硅碳球待测试样分别制样。
在预先确定的压片机工作条件下，用工业硼酸作粘结剂，将试样压制成片状。所制压片试样要求平整且无缺陷。
如果试样压片暴露于空气中一天以上，应重新制备。
步骤4，分析条件的条件选择和设置
鉴于硅的含量范围很宽，在40％-68％之间，为保证测定灵敏度，使高含量元素不因计数强度太高而漏计，对硅元素的仪器分析条件进行了选择，采用真空光路,直径27mm钢罩,Kα谱线，电压为60kV,电流为50mA，探测器为流气正比探测器，测定时间为40秒。
步骤5，建立工作曲线
在选定的工作条件下，用X射线荧光光谱仪测定硅碳球标准物质硅含量，根据硅碳球标准物质的已知含量和测定强度，绘制工作曲线并进行基体校正、谱线重叠干扰校正，建立工作曲线。
步骤6，硅碳球待测试样测定
按照选定的测定条件，用X射线荧光光谱仪测定硅碳球待测试样中硅元素的荧光强度，计算机自动读取硅含量数据并记录，获得测定结果。
优选的，对每种试样进行9次测定，取平均值作为测定结果。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
1)解决了硅碳球测定中无国家标样的问题且硅铁与炭粉按比例配置物质与硅碳球机体效应一致。
2)解决了由于硅的含量范围很宽，既要保证测定灵敏度、又要确保高含量不因计数强度太高而漏计，确定了适宜的仪器的工作条件；
3)建立了标准工作曲线，并验证工作曲线能满足硅碳球中硅含量准确测定需求；
4)本发明方法操作简便、快速，节约了检测成本，缩短检测周期。测定结果的重现性、准确性较好,解决了硅碳球中硅含量测定难题,为钢铁工业的发展提供了可靠的技术保障。
附图说明
图1：实施例1所配置的七种测硅碳球标准物质中的硅的能量谱线图。
图2：实施例1所配置的七种测硅碳球标准物质的工作曲线图，图中：横坐标代表硅的含量值，纵坐代表X射线强度。“*”值代表所配置的七种测硅碳球标准物质的硅含量在曲线中的位置。
具体实施方式
实施例1
本发明的硅碳球中硅含量的测定方法，采用以下步骤：
(1)准备测定用备品
准备顺序式X射线荧光光谱仪、侧窗铑钯X光管、YYJ-40压片机、YSBC 25611-93硅铁标样、ZBM129A焦炭标样、硅碳球待测试样、天平、研磨器、工业硼酸、P10气体(90％氩气+10％甲烷)等。
测定前对X射线荧光光谱仪通过标准化样品的测定进行漂移校正，以确保其测定精度。
待测的常用硅碳球中硅、碳含量如表2所示。
表2硅碳球常用含量Si、C含量表
硅碳球 Si(％) C(％)
常用含量 68 18
常用含量 65 15
常用含量 60 20
含量范围 40-68％ 12-20％
(2)标准试样的配制
硅碳球标准物质的配置既要满足检测、生产工艺需求，又要考虑硅碳球中各成分含量参数，保证所制硅碳球标准物质机体效应与硅碳球待测试样机体效应一致，使铁、硅、碳等成分在参数范围内，本实施例选择YSBC 25611-93，ZBM129A按照1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1的比例称取，研磨器中研磨混匀配制硅含量38.00％、50.67％、57.00％、60.80％、63.33％、65.14％、66.50％的七种硅碳球标准物质。
(3)压片制样
取一定量的硅碳球标准物质、硅碳球待测试样，在预先确定的压片机工作条件下，用工业硼酸作粘结剂，将试样压制成片状。
(4)分析条件的确定
鉴于硅的含量范围很宽，为保证测定的灵敏度，使高含量元素不因计数强度太高而漏计，对硅元素的仪器分析条件进行了选择，如表3所示。采用真空光路,直径27mm钢罩,Kα谱线，电压为60kV,电流为50mA，探测器为流气正比探测器，测定时间均为40秒。
表3硅元素的仪器分析条件选择表
Figure BDA0003129672210000051
(5)建立工作曲线
在选定的工作条件下，用X射线荧光光谱仪测定上述(2)中配置的七种硅碳球标准物质，根据硅碳球标准物质中硅的已知含量和测定强度，绘制标准工作曲线并进行基体校正、谱线重叠干扰校正。硅的能量谱线如图1所示，硅碳球标准物质建立硅的工作曲线如图2所示。
(6)测定试样
按照上述(5)中选定的测定条件，用X射线荧光光谱仪分别测定9个硅碳球待测试样中硅元素的荧光强度，计算机自动读取数据并记录硅含量，测定结果如表4所示。
表4硅含量的测定结果
No 测定结果(Value found)(％)
1 51.786
2 51.778
3 51.743
4 51.741
5 51.726
6 51.708
7 51.781
8 51.773
9 51.744
利用X荧光光谱法测定硅碳球待测试样中硅含量9次平行试验，平均值为51.75％。
采用化学法分别测定上述9个硅碳球待测试样中硅含量，进行相对误差分析，结果为：相对误差-0.15％、相对标准偏差0.053％。
由此可见，采用X荧光光谱法测定硅碳球待测试样中硅含量，其测定结果的准确性、重复性较好，说明配制硅碳球标准物质与待测硅碳球机体效应一致，证明了X荧光光谱法测定硅碳球中硅含量的可行性。
对比例1
按照前述的铁生年等在《硅铁中Si、Al、P、Mn、Ca各元素X荧光光谱的测定及研究》中报道的测定方法，采用压片制取多个硅铁标样，在特定仪器条件下，建立硅铁工作曲线，用此工作曲线测定实施例1中(2)所配置的七种硅碳球标准物质，测定结果如表5所示。
表5硅含量的测定结果
N<sub>o</sub> 标示值(％) 测定值(％)
1 38.00 27.16
2 50.67 32.57
3 57.00 40.28
4 60.80 44.98
5 63.33 47.65
6 65.14 50.33
7 65.50 56.42
可见，测定结果与标示值相差很多，说明硅铁与炭粉混合后机体效应跟硅铁机体已发生改变，该方法中测定硅含量的方法不适用于硅碳球中硅含量的测定。

Claims (6)

1.一种硅碳球中硅含量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，硅碳球标准物质的配制
将硅碳球标准物质YSBC 25611-93硅铁标样和ZBM 129A焦炭标样按比例称取适当重量，在研磨器中研磨混匀配制成多种不同硅含量的硅碳球标准物质；
步骤2，压片制样
取一定量的步骤1中配置的硅碳球标准物质和硅碳球待测试样分别制样；利用压片机及粘结剂，将试样压制成片状；
步骤3，X射线荧光光谱仪分析条件的选择和设置
采用真空光路,直径27mm钢罩,Kα谱线，电压为60kV,电流为50mA，探测器为流气正比探测器，测定时间为40秒；
步骤4，建立工作曲线
用X射线荧光光谱仪分别测定步骤1中所述的硅碳球标准物质硅含量，根据所述硅碳球标准物质的已知含量和测定强度，绘制工作曲线并进行基体校正、谱线重叠干扰校正，建立工作曲线；
步骤5，硅碳球待测试样测定
用X射线荧光光谱仪测定所述硅碳球待测试样中硅元素的荧光强度，读取硅含量数据并记录，获得测定结果。
2.根据权利要求1所述的硅碳球中硅含量的测定方法，其特征在于，在步骤1中：
所述多种不同硅含量的硅碳球标准物质是将硅碳球标准物质YSBC 25611-93硅铁标样和ZBM 129A焦炭标样按照1～7:1的比例称取适当重量并配置七种不同硅含量的硅碳球标准物质。
3.根据权利要求2所述的硅碳球中硅含量的测定方法，其特征在于：
所述七种不同硅含量的硅碳球标准物质的硅含量分别为38.00％、50.67％、57.00％、60.80％、63.33％、65.14％和66.50％。
4.根据权利要求1所述的硅碳球中硅含量的测定方法，其特征在于，在步骤5中：
对每种试样进行9次测定，取平均值作为测定结果。
5.根据权利要求1至4任一项所述的硅碳球中硅含量的测定方法，其特征在于，在步骤2中：
所述粘结剂采用工业硼酸。
6.根据权利要求1至4任一项所述的硅碳球中硅含量的测定方法，其特征在于，在步骤2中：
所述压片机采用YYJ-40型压片机。
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