一种钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定方法技术

本发明专利技术提供一种钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定方法，样品取样、制样后，分别对激光光源参数、分光系统参数及光电处理参数进行参数设计，然后进行火花谱图分析和钢中单质钙与化合钙阈值设定，对化合钙含量数据判断，根据单质钙含量＝(∑单质钙火花强度/∑总钙火花强度)×总钙含量；化合钙含量＝(∑化合钙火花强度/∑总钙火花强度)×总钙含量，计算出钢中单质钙和化合钙的含量。本发明专利技术实现了对钢中单质钙、化合钙含量的定量测定和分析；可极大减少LF精炼过程的硅钙合金喂线量，节省合金资源，提高连浇罐数，降低吨钢成本，为生产高端出口产品奠定技术基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属成分检验领域，特别涉及一种采用火花光谱测定钢中单质钙与化合钙含量的方法。
技术介绍
钢中的钙元素一般是从冶炼过程中进入钢中，也有特意加入钢中的情况。虽然其含量甚微，但却能起到十分微妙的作用。钙可以提高钢的切削性能和钢的强度，同时还有球化剂之作用。但也有钙以氧化钙夹杂物的形式存在，直接影响了钢的性能。对于钢中钙的检测，一直以来只能检测钢中总钙含量，而不能分别检测出钢中单质钙和化合钙的含量，从而制约了冶炼中钙对钢的影响程度的研究。炼钢厂需要进行钙处理的钢种较多，例如管线钢、焊瓶钢、耐蚀钢、高强集装箱等，其中管线钢产量最大。评价工艺过程喂线效果的主要指标是ACR值，即钢中有效钙与硫含量的比例。目前，由于只能得到钢中全钙含量，对于纯钙量无法准确估计，因此为了保证使用效果，必须喂入过量的硅钙合金，不仅浪费了合金资源，加大了生产成本，而且会导致成分不和等缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供，其目的旨在实现对钢中单质钙、化合钙含量的定量测定和分析。为此，本专利技术所采取的解决方案是:—种钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定方法，其具体方法和步骤为:1、样品取样采用在钢水中取样或在钢坯、钢材中取样两种方式。a、钢水中取样将取样管迅速插入钢水中，穿过炉渣层，达到熔体的中心部位，停止6?9s后，拉出取样管，当样品颜色变为暗红后用水急速冷却；并保证所取样品无气孔、夹杂及裂纹，样品表面最大凸凹度小于0.5mm。b、钢坯或钢材中取样取样符合GB222-2要求，样品形状为圆柱体，直径为15?100mm，高度为10?80mmo2、样品制样加工深度大于1mm ;加工后样品表面平整、光亮、无刀痕，凸凹度小于0.5mm,无气孔、夹杂、中空及裂痕。3、仪器参数设计a、激光光源参数:激发电极:直径8mm钨电极载样台孔径:12mm激发间隙:2mm激发电压:1000V激发过程控制:电流控制激发频率:400Hz激发峰值电流:15A单火花激发电流程序:140A-140A-15A-3A氧气纯度:大于99.99%激发时间:5s。b、分光系统参数:光栅刻线:2160条/mm入射狭缝:50 μ m焦距:lm出射狭缝:37 μ m波长:133.57nm测量谱线:2级谱线罗兰园位置:400.71nm分光室温度:38?40°C分光室真空:15?20uHg。c、光电处理参数背景当量浓度小于lOOppm最低检出限小于0.3ppm对激发单脉冲火花进行时间分解取光为单火花时段:10?15us。4、分析测定a、火花谱图分析:火花源原子发射光谱分析方法在分析钢铁样品时，利用单火花处理技术，以每个单一火花的元素信号进行检测为基础，在激发样品过程中单个火花脉冲烧蚀样品体面积根据光源能量不同在10微米到100微米之间，深度1?10微米，被烧蚀样品重量为10ng-100ng ;单个火花脉冲击中样品表面，单质I丐产生的光强相对固定，光强波动分布符合正态分布；当被击中火花击中样品中化合钙夹杂物时，由于化合钙以铝酸盐、硅酸盐、硫化物夹杂形式存在，从而引起钙的特征元素产生较高强度值(“离群值”)。几千个火花的强度值组成这种数据“脉冲图”。通过火花激发系列中不同各个单脉冲进行解析，分析钙元素异常光强信号和正态分布部分钙元素的光强信号，评定样品中单质钙与化合钙。钢中单质钙与化合钙阈值设定:钢中单质钙未均匀分布，单火花强度为正态分布；而化合钙以铝酸盐、硅酸盐、硫化物夹杂形式存在，火花激发点为钙富集区，产生高于单质钙区域的异常光强，所以为异常可疑火花强度。化合钙含量数据判断:(异常火花光强一正常火花光强平均值)与正常火花光强平均偏差之比>4 ；单质钙含量=(Σ单质钙火花强度/ Σ总钙火花强度)X总钙含量；化合钙含量=(Σ化合钙火花强度/ Σ总钙火花强度)X总钙含量；即得到钢中单质钙和化合钙的含量。本专利技术的有益效果为:1、本专利技术实现了对钢中单质钙、化合钙含量的定量测定和分析。2、可极大减少LF精炼过程的硅钙合金喂线量，节省合金资源，降低吨钢成本，并提闻连烧数。3、可为生产高端出口产品奠定技术基础。【具体实施方式】本专利技术钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定的具体方法和步骤为:1、样品取样采用在钢水中取样或在钢坯、钢材中取样两种方式。a、钢水中取样将取样管迅速插入钢水中，穿过炉渣层，达到熔体的中心部位，停止6?9s后，拉出取样管，当样品颜色变为暗红后用水急速冷却；并保证所取样品无气孔、夹杂及裂纹，样品表面最大凸凹度小于0.5mm。b、钢坯或钢材中取样取样符合GB222-2要求，样品形状为圆柱体，直径为15?100mm，高度为10?80mmo2、样品制样加工深度大于1mm ;加工后样品表面平整、光亮、无刀痕，凸凹度小于0.5mm,无气孔、夹杂、中空及裂痕。3、仪器参数设计a、激光光源参数:激发电极:直径8mm钨电极载样台孔径:12mm激发间隙:2mm激发电压:1000V激发过程控制:电流控制激发频率:400Hz激发峰值电流:15A单火花激发电流程序:140A-140A-15A-3A氧气纯度:大于99.99%激发时间:5s。...

【技术保护点】
一种钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定方法，其特征在于，具体方法和步骤为：(1)样品取样采用在钢水中取样或在钢坯、钢材中取样两种方式；a、钢水中取样将取样管迅速插入钢水中，穿过炉渣层，达到熔体的中心部位，停止6～9s后，拉出取样管，当样品颜色变为暗红后用水急速冷却；并保证所取样品无气孔、夹杂及裂纹，样品表面最大凸凹度小于0.5mm；b、钢坯或钢材中取样取样符合GB222‑2要求，样品形状为圆柱体，直径为15～100mm，高度为10～80mm；(2)样品制样加工深度大于1mm；加工后样品表面平整、光亮、无刀痕，凸凹度小于0.5mm，无气孔、夹杂、中空及裂痕；(3)仪器参数设计a、激光光源参数：激发电极：直径8mm钨电极载样台孔径：12mm激发间隙：2mm激发电压：1000V激发过程控制：电流控制激发频率：400Hz激发峰值电流：15A单火花激发电流程序：140A‑140A‑15A‑3A氩气纯度：大于99.99％激发时间：5s；b、分光系统参数：光栅刻线：2160条/mm入射狭缝：50μm焦距：1m出射狭缝：37μm波长：133.57nm测量谱线：2级谱线罗兰园位置：400.71nm分光室温度：38～40℃分光室真空：15～20uHg；c、光电处理参数背景当量浓度小于100ppm最低检出限小于0.3ppm对激发单脉冲火花进行时间分解取光为单火花时段：10～15us；(4)分析测定a、火花谱图分析：在分析钢铁样品时，利用单火花处理技术，以每个单一火花的元素信号进行检测为基础，在激发样品过程中单个火花脉冲烧蚀样品体面积根据光源能量不同在10微米到100微米之间，深度1～10微米，被烧蚀样品重量为10～100ng；单个火花脉冲击中样品表面，单质钙产生的光强相对固定，光强波动分布符合正态分布；当被击中火花击中样品中化合钙夹杂物时，由于化合钙以铝酸盐、硅酸盐、硫化物夹杂形式存在，从而引起钙的特征元素产生较高强度值即“离群值”；几千个火花的强度值组成这种数据“脉冲图”；通过火花激发系列中不同各个单脉冲进行解析，分析钙元素异常光强信号和正态分布部分钙元素的光强信号，评定样品中单质钙与化合钙；钢中单质钙与化合钙阈值设定：钢中单质钙未均匀分布，单火花强度为正态分布；而化合钙以铝酸盐、硅酸盐、硫化物夹杂形式存在，火花激发点为钙富集区，产生高于单质钙区域的异常光强，所以为异常可疑火花强度；化合钙含量数据判断：(异常火花光强－正常火花光强平均值)与正常火花光强平均偏差之比＞4；单质钙含量＝(∑单质钙火花强度/∑总钙火花强度)×总钙含量；化合钙含量＝(∑化合钙火花强度/∑总钙火花强度)×总钙含量；即得到钢中单质钙和化合钙的含量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张永丰，何泉，韩晓迎，周刘健，李军伟，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21