波长色散X射线荧光光谱仪测定生铁中硫、磷、硅元素含量

摘要：本文介绍采用X荧光光谱法测定生铁中的硫、磷、硅三种元素的含量，得到一种可靠、有效的取制样方法，探索出了使用波长色散X射线荧光光谱仪测定公司生铁中硫、磷、硅含量的最佳分析条件，为日常生铁分析工作提供了一套完善高效准确的光谱分析方法。

关键词：X射线荧光光谱仪;生铁;硫、磷、硅的含量

生铁中的碳、硫、磷、硅元素的存在对冶金炼制过程有重要影响。碳的存在提高铁的机械性质，没有碳，生铁就失去了实用价值;硫是生铁冶炼当中的有害元素，由冶炼过程的焦炭侵入而来，其与铁生成硫化物，它的存在降低铁水流动性、增加生铁脆性和收缩性，是铁之大敌;磷由矿石和焦炭中来，其存在降低生铁熔点，增加铁水流动性、减少收缩，利于生铁铸造，但其优劣影响由其含量决定;硅油铁矿石的杂质和焦炭灰分中的二氧化硅还原而来，它能促进生铁中的碳化铁分解生成石墨铁，从而使生铁性质变软，利于浇铸、减少收缩，同时硅与铁水中的氧化合生成二氧化硅排出炉外，减少生铁中气孔的生成，并且它具有强氧化性，但是硅含量过高又会降低生铁的强度、硬度。

由此可见，在冶炼过程中需要控制碳、硫、磷、硅等素的含量。在原来的分析方法中，采用高频燃烧红外吸收法分析碳和硫两种元素，采用分光光度法分析磷和硅两种元素。化学方法分析，操作步骤繁琐、分析速度慢、周期长、工作量大、生产费用高。

在冶金生产过程中，及时、准确地分析出铁水中的碳、硫、磷、硅元素的含量，快速将分析数据报送生产厂，有效缩短铁水在鱼雷罐中的滞留时间，及时将铁水运送到炼钢车间，降低铁水在运输过程中温度消耗，能大大减少冶炼耗能、节约生产成本。随着冶金工业的现代化发展，满足产线生产需求的快速高效的仪器分析方法逐渐代替了旧有的化学分析方法[1，2]。

本文重点介绍用采用波长色散X射线荧光光谱法代替旧有方法测定生铁中硫、磷、硅元素含量（由于轻元素碳特征辐射的波长较长，荧光产额较低，铁基体对其吸收大，采用特殊晶体成本较高，故依然采用红外碳硫仪分析铁水中的碳元素含量，而不采用波长色散X射线荧光光谱法测定）。

工作初期，参照国际标准，使用HCS-140红外碳硫仪测定生铁中硫元素含量，用722N可见分光光度计分析磷和硅元素含量。这种分析方法操作复杂，且不能同时分析多种元素，分析周期较长，极大降低产线数据报出速度，影响产线生产。在这种情况下，经过反复实验，成功开发波长色散X射线荧光光谱法测定生铁中硫、磷、硅元素的含量，该方法大大降低了能源和人力消耗，其简便、快速、准确的优势满足了铁水冶炼工作的准确高效的要求[3～5]。

1 实验部分

1.1 实验仪器

HCS-140红外碳硫仪

722N分光光度计

波长色散X射线荧光光谱仪（岛津MXF—2400）

实验室半自动杯型砂轮磨样机

自制铜质铁水取样器

1.2 标准样品选定

由于生铁冶炼过程工艺不同，所以选用公司自产铁水定值作为标准样品。根据X射线荧光光谱仪样杯的内径，选择合适的取样器，在出铁口不同时间取样，冷却后生成铁样块，从大量样块中选取均匀性较好的样块，将样品经由两个实验室分析测定（硫使用红外碳硫仪测定、磷和硅使用分光光度法测定），在误差范围内取样品平均值定值。按各元素含量从低到高的顺序找出一组样品（10块）定为标准样品，其化学分析定值见表1。

1.3 仪器工作条件

本实验室选用多道同时型波长色散X射线荧光光谱仪，首先选择确定各元素分析测定的最佳分析条件，经过实验，本实验使采用的分析条件见表2。

1.4 工作曲线的绘制

1.4.1生铁中硫、磷、硅元素的工作曲线范围、系数

将标准样品用杯型砂轮机进行表面制备，所制得检测表面光洁、无裂纹沙眼或其它缺陷。样品放入X射线荧光光谱仪按选定条件建立工作曲线。各元素工作曲线范围、系数见表3。

1.4.2生铁中硫、磷、硅元素的工作曲线

2 工作曲线验证

2.1样品制取

在出铁口不同时间取样，冷却后生成铁样块，从大量样块中选取均匀性较好的样块（10块，编号①～⑩），将样品经由两个实验室分析测定（硫使用红外碳硫仪测定、磷和硅使用分光光度法测定），在误差范围内取样品平均值定值，其化学分析定值见表4。

2.2实验过程

将2.1中样品经砂轮机制备检测面，放置于X射线荧光光谱仪中进行分析检测，每块样品分析10次，分析结果见表5。

3 结果与讨论

参考《GB/T 223.79-2007 钢铁多元素含量的测定 X一射线荧光光谱法（常规法）》中，硫、磷、硅重复性标准计算，概率水平95%时，同一样块的两个独立测定结果的最大偏差均小于重复性限r和再现性限R。由此得出结论，本实验室开发使用的波长色散X射线荧光光谱仪测定公司生铁中硫、磷、硅含量的方法准确可靠，可以推行。

参考文献：

[1]吉昂，陶光仪，等.X-射线荧光光谱仪分析[M].北京：科学技术出版社，2003.

[2]梁钰.X射线荧光光谱分析基础[M].北京：科学出版社，2007.

[3]马林泽.X-射线荧光光谱法测定生铁中杂质元素[J].云南冶金，2011，42（2）：96-100.

[4]高建民，曲志勇，张愈洁，等.X-射线荧光光谱法测定生铁中10种元素[J].冶金分析，2011，31（4）：39-43.

[5]島津X-射线荧光光谱仪MXF-2400使用说明书.

作者简介：靳静（1983—  ），女，汉族，河北邯郸人，硕士研究生，工程师，研究方向：冶金工程。