冶金企业钢铁分析检测的仪器化研究

时间：2024-11-06

刘欣

（抚顺特殊钢股份有限公司，辽宁抚顺 113001）

1 钢铁分析检测仪器的情况

早在1965年时，分析化学技术便获得了一定的进步。因为激光和等离子体等技术的发展，分析化学在实验和方法上产生了一些改变，出现了很多新的仪器设备。如今，一些企业甚至开始使用大型精密仪器，提高了钢铁分析检测的效率。

过去的钢铁分析检测，通常采用的是“湿法分析”，这种分析方法强度和稳定性低，而且容易产生误差，甚至无法满足使用需求。如今很多冶金企业都采用了光电直读光谱仪、X荧光光谱仪，对仪器进行了改进。该类仪器借助物理电能进行激发，从而促使试样中化学元素原子能形成各种光谱，最终使其转变为电信号[1]。

2 钢材检测分析仪器化的优势

2.1 快速化

仪器分析可以同时对不同的元素进行检测，直读光谱法在炉前分析的过程中，短时间便可以了解钢铁中30种不同元素的情况，从而方便在钢铁生产过程中进行控制，提高炼钢的效率。

此外，仪器分析对样品进行处理，比化学分析更加简单，能提升分析速度。将仪器化分析方法用在钢铁检测中，促使试样备至过程更加简单。试样仅仅需要简单的抛光加工即可，取消了手工分析法中很多的繁琐流程，比如比色分析、化学分析、人工处理等。

因为在仪器分析法中采用了先进的信息技术，所以也提高了仪器运行的智能化程度，能完成自动进样、自动校验、数据处理、故障处理等方面的工作。

2.2 多功能

如今，分析仪器正在朝着智能化的方向发展，主要体现在这些方面：分析仪器和计算机技术、微电子技术进行结合，功能也越来越多。借助计算机控制器、数字模型来对参数进行采集、运算、统计、处理，促使分析仪器能更好的处理数据。此外，数字图像处理系统促使分析仪器的数字图像处理功能更加完善。分析仪器和其他技术结合，使得测试速度更快，分析试样更加微量化。相信在将来，分析仪器还会朝着微型化、智能化、多功能化的方向发展。

过去的热学、光学、电化学、色谱、光谱类分析技术逐渐从化学精密机械结构、人工操作模式转变为光、机、电、算结合的先进模式。这种模式拥有自动诊断、自动管控、调节、智能化操控等功能。

多功能的配置模式，多功能计算机软硬件一般包括了这些部分：曲线拟合、参数处理、参数分析、智能化控制、自动报警、通讯模块等。同时，这些功能为分析检测提供了更多的便利[2]。

2.3 灵活性强

一般情况下，化学分析法多用在常量分析中。但仪器分析法里除了X射线荧光分析被用在常量分析中，大多数仪器分析都被用在微量、痕量分析中。举个例子，试样里有ppm铁，要用0.01标准溶液滴定，所消耗的标准液的体积仅仅只有0.3ml。因此，滴定管的滴定误差大概是0.03ml，不能被用在容量分析中，更无法测定其中的微量铁含量。然而采用邻菲罗淋作为显色剂，则能快速的对微量铁进行比色测定。一般的比色法，相对灵活性是pp级（）。而质谱法、原子荧光法、气相色谱法则能测ppb（），有些甚至可以达到测试ppb（）的程度。此外，电子探针法、激光光谱法的灵活度可以达到10-12g的程度。

仪器分析法所需要的试样不多，比如红外光谱法的试样只需要3mg，质谱法的试样仅仅需要10-12g。特别是电子探针法、离子探针法等，所需要的试样更是非常少，仅仅需要对钢铁进行表面分析即可。

2.4 误差小

光谱分析的相对误差是5到19%，如果含量超过了1%，那么光谱度的准确度则非常低。如果含量低于0.1%，那么准确度则比化学分析法更高。该方法一般被用在微量分析、痕量分析方面。所以，光电直读光谱仪可以被用在分析钢铁的化学成分中。

如果浓度范围非常大，那么X荧光分析则能获得较高的准确度。一般情况下，除了较轻的元素以外，不管是痕量还是常量，都可以进行分析。所以X荧光光谱分析仪普遍被用在生铁以及其他矿类化学成分的分析中。

3 使用钢铁分析检测仪器时产生的问题和对策

3.1 开发出方便使用的检测仪器

如今，很多分析仪器和附属机械的体积都很大，而且带有微处理器、微机系统等。特别是联用机更是由很多机器组成，比如色谱仪主要包括了质谱仪、色谱仪两个部分，而离子探针分析仪则由质谱仪与等离子体设备所构成，电子探针分析仪则是由X射线光谱仪、显微镜所构成。这些设备非常昂贵，甚至需要从国外引进。在使用过程中，必须对这些仪器进行维护、保养，成本很高，所以这些仪器设备并未得到普及[3]。

因此，分析检测仪器还具有较大的发展空间，需要进行一定的拓展。相关技术人员和研发人员要投入更多的精力，对产品进行开发、设计和改进，为钢铁分析检测仪器的技术发展提供更大的助力。

3.2 仪器分析法和化学分析法互相配合

化学分析法的相对误差可以被控制在0.2%以下，一些仪器分析法能达到化学分析法的准确程度，这些仪器分析法包括了库仑滴定法、电重量法等。然而大多数仪器分析法都存在误差，误差范围在±1%到5%之间，有时甚至会超过10%。尽管如此，这对于痕量、微量而言却是合理的。举个例子，如果测试得到的结果是：Cu的含量在17到22ppm之间，那么其和实际含量仅仅只差±2ppm。如果采用比色法测定出的相对误差是±10%，则可以了解Cu的含量在18到23ppm之间，和真实含量仅仅只差±2ppm，也就是2%，所以分析结果被认为是满足要求的。然而在进行常量分析的时候，很多仪器分析法因为存在较大的相对误差，所以不合适被用在常量分析中。

因为仪器分析属于一种相对分析法，很多仪器分析都要将化学纯品作为样品，这些化学样品又需要化学分析法来了解其中的成分。在一些仪器分析法中，对样品进行处理时要借助化学分析法来进行确定。采用全新的仪器分析法时，一般需要通过化学分析法来进行验证。特别是分析复杂成分，更是需要将仪器分析法与化学分析法进行结合。举个例子，分析主含量时要用到化学分析法，分析微量杂质时则要用到仪器分析法。所以，仪器分析法和化学分析法之间相得益彰，在运用过程中要取长补短、优势互补。

3.3 建立专业技术团队

为了促使仪器分析技术更加完善，也为了提高分析结果的准确性，要建立专业的技术团队。整个团队要涵盖计算机技术人才、自动化技术人才、仪器维修人才等，这样才能为钢铁分析检测提供一定的技术保障。而且整个技术团队要互相配合，共同协作，对仪器的问题和缺陷进行改进。此外，也要由化学分析人员对改进后的结果进行验证，保障结果的准确度。通过这样的方式，能推动仪器分析技术的大力发展[4]。