PDA-7000直讀光譜儀在鑄鋼生產(chǎn)中的應用

吳偉 李曉燕

摘要：光譜分析是一種快速、準確測定鋼中元素的方法.文章介紹了PDA-7000型直讀光譜儀的特點及其在我公司鑄鋼生產(chǎn)中的應用.

關(guān)鍵詞：直讀光譜儀;鑄鋼生產(chǎn);分析;應用

1.前言

PDA-7000 直讀光譜儀以高精度快速分析的PDA光電測光法，本法與常規(guī)化學分析法相比， 省時省力， 操作簡便， 可以在1min 之內(nèi)同時分析金屬材料中的多元素，應用廣泛。測定其化學分析值， 判定與規(guī)格值合格與否， 大大提高了樣品的分析速度，精確、快速。應用于爐前生產(chǎn)控制分析， 可以提高質(zhì)量， 降低成本， 提高了產(chǎn)品的可靠性.

2.PDA法分析原理

PDA法（Pulse Distribution Analysis Method，脈沖分布分析法）是在激發(fā)時記錄每一個脈沖并按時間順序排列后將脈沖按高低頻數(shù)制作分布圖，依據(jù)統(tǒng)計學的原則，對脈沖信號進行處理，去除各種因素造成的不正常的脈沖，然后再積分，得到強度。

3.實驗及分析

3.1?分析條件

日本島津PDA-7000真空直讀光譜儀，凹面繞射光柵， 凹面光柵半徑600mm，刻線2400條/mm，線色散倒數(shù)0.69nm/mm，入射狹縫10μm，出射狹縫30μm或50μm;鎢棒電極（Φ6.2mm，頂角30°）;分析參數(shù)：沖洗2s，預燃10s，積分5s;真空室溫度40±1℃，環(huán)境溫度23±5℃;氬氣純度 99.999%以上。各分析元素及參數(shù)見表1。

3.2 工作曲線繪制

在設定流量的純氬氣中，將加工好的標準物質(zhì)，放到火花架上，選定參數(shù)，用高能光源激發(fā)發(fā)光，經(jīng)分光計色散元件分解成線狀光譜，對選用的特征內(nèi)標線和分析元素的強度進行光電測量，用標準物質(zhì)的分析元素和基體元素的光強比與分析元素的誘導含量值，繪制校準曲線存入計算機。

表2為各分析元素的校準曲線系數(shù)。其中校準曲線是根據(jù)下列模型運用最小二乘法擬合而成。CR=AI3R+BI2R+CIR+D式中

CR——被測元素的含量;

IR——元素譜線相對光強值;

A，B，C，D——為校準曲線系數(shù)。

3.3光譜樣品處理

光電光譜分析為局部分析，要求試樣中被測元素成分均勻。冶煉過程取樣，每一勺鋼水鑄入樣品模具中，應保證鑄造樣品均勻，縮孔和裂紋;成品取樣，應從成品中均勻部位取得。從模具中取得的樣，一般在高度方向的下端1/3處取樣品。未經(jīng)切割的樣品，其表面必須去掉1. 5mm的厚度。控制樣品和分析樣品應在同條件下研磨，保證樣品分析面光滑平整，無氣孔、夾雜、油污和氧化物，分析面大小必須完全覆蓋激發(fā)孔，避免漏氣;樣品材料化學成分均勻，并保證樣品和標準控樣的金相組織一致;被測定的樣品要有足夠的厚度，以保證在分析激發(fā)過程中不被擊穿。

3.4試樣激發(fā)的注意事項

試樣激發(fā)的好壞應觀察的幾個方面：（1）看激發(fā)點是否濃縮放電（黑色熊貓眼狀），若是白點為擴散放電，則是不合理數(shù)據(jù)。（2）基體內(nèi)標強度數(shù)值太小，則透鏡受到了污染，應清潔擦拭，保證有良好的透光度。（3）激發(fā)電極尖端重復放電以后，鎢電極上的附著物會改變間隙放電距離。因此每次激發(fā)后要用刷子清理一次電極。（4）極距是否調(diào)整正確，距離太大，試樣不易激發(fā);距離太小，曝光時放電電流太大，測定結(jié)果與實際結(jié)果有差異。（5）氬氣純度是否達到實驗要求，若純度不夠，會造成擴散放電。（6）樣品是否蓋住激發(fā)孔;樣品表面是否平整;激發(fā)孔是否變形等，這些激發(fā)時都會造成漏氣，造成擴散放電。（7）氬氣流量波動比較大，則氣路系統(tǒng)發(fā)生漏氣。用肥皂水檢査氣路各個接頭的漏氣點。（8）砂粒太細及用久的磨樣砂輪片，磨出的試樣不易激發(fā)。

3.5?樣品測試

分析前必須進行儀器校準工作， 包括描跡、標準化、控樣校正。以中低合金鋼標樣為樣品。用標鋼進行校準曲線兩點標準化， 用控制樣品進行類標修正， 完成后分析試樣。表3、4列出了兩個標準試樣樣品的分析結(jié)果。

表3﹑表4中化學值為國家一級標準物質(zhì)，所分析數(shù)據(jù)均為試樣連續(xù)激發(fā)11次所得，可以看出，方法的準確度與精密度較好。

4 儀器的日常維護和保養(yǎng)

（1） 入射透鏡的維護

激發(fā)一定數(shù)量的試樣以后， 火花室內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生的灰燼等污染物及分光室內(nèi)真空泵長時間運轉(zhuǎn)蒸騰產(chǎn)生的油污分子會污染透鏡的兩個表面， 降低透鏡的透光性， 引發(fā)光強值下降。因此， 每隔一個規(guī)定的時間或分析了一定數(shù)量的試樣后， 要將透鏡取下， 浸泡在無水乙醇或其他清洗液中數(shù)十分鐘， 再用干凈的綢布擦拭干凈后裝上。值得注意的是有N通道的光譜儀使用的是表面涂有氟化鎂的透鏡， 表面沾有少量的水分就會破壞氟化鎂涂層， 因此不能浸泡在存放于密閉性能不好的容器中，也不能用綢布反復用力擦拭， 否則會擦壞氟化鎂涂層。

（2） 維護火花激發(fā)臺

根據(jù)目前的生產(chǎn)狀況，應每半月清理一次火花激發(fā)臺。打開激發(fā)平臺，拆下激發(fā)電極，清理內(nèi)部所有污染物，安裝復原時注意粉塵杯的方向，用極距規(guī)調(diào)整電極極距并固定，激發(fā)電極應保持30°尖角。

（3） 定期清洗風扇過濾墊

風扇過濾墊的作用是阻擋外部臟空氣直接進入儀器內(nèi)部污染儀器內(nèi)部的各個電氣元件。風扇過濾墊應每半月清洗一次。若長時間不清洗，污垢將阻塞外部冷空氣進入，起不到散熱作用。

5結(jié)束語

為了讓直讀光譜儀在生產(chǎn)中得到準確結(jié)果，應注意以下幾點：

（1）加工好的光譜分析試樣的工作面應平整、光滑，不應有氣孔、砂眼、縮孔、縮松、毛刺裂紋和夾雜類缺陷，并保證一定的粗糙度，激發(fā)時不能有漏氣現(xiàn)象，以保證激發(fā)完全。連續(xù)的激發(fā)應該充分地分開，使得激發(fā)點不相重疊。

（2）做好標準化工作。為了調(diào)節(jié)因電子元件、光源、分光系統(tǒng)等因素的變化而引起的工作曲線的漂移，分析試樣前應對工作曲線做好標準化，一般要求標準化系數(shù)在0.8-1.2之間為佳。

（3）由于治煉條件不同，試樣和標準樣品的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同，且試樣的共存元素也不能保證與標準樣品非常相似，由此引入的系統(tǒng)誤差，必須通過激發(fā)控制樣品再次對分析結(jié)果。

（4）儀器維護非常重要，平時工作時要留心觀察，當聽到聲音不正?；蚩吹讲徽，F(xiàn)象，要立刻停止分析，及時檢查、判斷、處理，儀器正常后方可進行分析工作，切不可讓儀器帶病工作。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家標準。GB/T14203-2016 火花放電原子發(fā)射光譜分析法通則。

[2] 中華人民共和國國家標準. GB/T 4336-2016 碳素鋼和中低合金鋼的光電光譜分析方法。

[3] 周西林 葉反修 王嬌娜 葉春暉 光電直讀光譜分析技術(shù) 冶金工業(yè)出版社 2019

作者簡介：

吳偉（出生年1980.7），性別：男，民族：漢，籍貫（江蘇無錫），單位（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司），學歷：大專，職稱：高級技師，研究方向：金屬材料化學分析。

李曉燕 女 漢?江蘇丹陽?中車戚墅堰機車車輛工藝研究所?本科 高級工程師?金屬材料化學分析

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司?江蘇?常州?213011）