取樣質(zhì)量對碳分析準確性影響的試驗研究(2014煉鋼會議匯報)

取樣質(zhì)量對碳分析準確性影響的試驗研究匯報人：陳玉鑫一、試驗背景二、試驗方案三、試驗結(jié)果四、取樣器差異的影響分析五、結(jié)論一、試驗背景直讀光譜儀采用原子發(fā)射光譜學的分析原理，通過內(nèi)部預制校正曲線測定含量，直接以百分比濃度顯示[1]。直讀光譜分析具有操作簡單、速度快、適應品種多、能同時進行多元素測定、效率高等特點，因此已經(jīng)被大部分鋼鐵廠普遍采用。但光譜分析對試樣的取樣質(zhì)量要求較高，否則容易造成分析精度不佳[2-5]。一、試驗背景光譜分析要求試樣表面應均勻一致，無氣孔、砂眼、裂紋及夾雜等。一般乒乓球拍或圓柱形狀，樣品(特別是中高碳鋼試樣)表面常存在氣孔及砂眼等缺陷，進而影響分析結(jié)果。例如在冶煉中碳鋼J55，就出現(xiàn)了分析成分的較大波動，幅度超過±0.01%。鋼種成分要求如下：本文就取樣質(zhì)量對直讀光譜儀碳含量分析準確性進行了試驗研究，確定波動原因。鋼種[%C][%Si][%Mn][%P][%S][%Alt]J55[0.20，0.29][0.10，0.30][1.00，1.50](0.0，0.020](0.0，0.008][0.010，0.060]二、試驗方案從提取鋼樣（雙厚樣）到完成化學分析有以下程序：

選擇取樣器→插入鋼水一定深度取樣→試樣冷卻→風動送樣→銑樣→直讀光譜分析通過反復測量和標樣比對，排除了直讀光譜儀分析誤差造成以上波動的可能。通過加銑試樣、多次檢驗分析，發(fā)現(xiàn)在樣品表面質(zhì)量非常不好時，多次銑樣可減少樣品分析的波動。銑樣操作由于是機器自動操作，反映出的誤差本質(zhì)上也是取樣質(zhì)量的差異。取樣器和取樣操作（含冷卻）是影響試樣直讀光譜儀分析準確性的主要因素。為此，分別做如下兩組試驗。2.1取樣器對比試驗試驗鋼種：J55。選擇a、b兩個取樣器廠家的取樣器進行對比試驗。最后一次調(diào)碳完成后、關(guān)氬氣，連續(xù)使用自動取樣槍取樣：ababbabaabba（12次）。2.2取樣者對比試驗試驗鋼種：J55。最后一次調(diào)碳完成后、關(guān)氬氣，根據(jù)經(jīng)驗，連續(xù)使用分析波動較小的a取樣器取樣。取樣人員A、B、C分別按如下次序取樣：ABCCABBCA(9次)，其中A代表自動取樣槍。三、試驗結(jié)果3.1取樣器對比試驗結(jié)果根據(jù)光譜分析結(jié)果a、b器對比分析值相差0.011%，標準差分別為0.0026%和0.0057%。a取樣器試樣兩面分析值相差約0.001%，標準差0.0023%基本無差異；b取樣器試樣兩面分析值相差約0.0055%，標準差分別為0.0044%和0.0057%。取樣器試樣表面[%C]均值標準差a正面0.24720.0023反面0.24570.0023總體0.24630.0026b正面0.26030.0044反面0.25480.0057總體0.25760.0057a取樣器所取試樣的分析結(jié)果更加穩(wěn)定一些。3.2取樣者對比試驗結(jié)果取樣人員的操作差異較小，均值漂移最大0.002%，標準差0.0015~0.0020%。說明精心取樣時，取樣設備和取樣人員的操作差異不會引起巨大誤差。3.3取樣先后次序的影響取樣器取樣先后次序?qū)Ψ治鼋Y(jié)果的影響如圖3。擬合系數(shù)最大值為0.00015%，R2值最大14.0%，說明取樣次序的影響不超過0.0018%（取樣次序最大值為12），且趨勢性不明顯。3.4樣品質(zhì)量從樣品重量來看，b取樣器樣有3個內(nèi)部空芯，樣品重量不足（最高低了33%）。使用自動取樣器所取試樣也沒有空樣。b取樣器所取試樣有6個試樣存在不同程度皮下凹坑、氣孔缺陷。樣品編號取樣器取樣者試樣稱重/g取樣評價1-1a操作工A108

1-4b操作工B81空樣鼓肚1-7b操作工B72空樣鼓肚1-11b操作工B76空樣鼓肚總體來說，a取樣器的樣品質(zhì)量好一些；使用自動取樣設備的取樣質(zhì)量穩(wěn)定性好于人工取樣。四、取樣器差異的影響分析孫原生[7]研究表明，部分紙質(zhì)取樣器可能增碳平均0.01%，造成分析不準確。闞斌等[8-9]研究認為，當試樣存在砂眼或氣孔時,對C、S、Si、Mn均有較大的影響,其中對C、S、Mn的影響最大。這是因為光譜儀在激發(fā)這類樣品時發(fā)光不良或根本不發(fā)光，試樣有較大孔洞或裂紋時，還會引起光譜儀光源開關(guān)跳閘。任澤湘等[10-12]研究了碳含量0.20~0.25%的中碳鋼光譜分析后認為，試樣激發(fā)區(qū)組織的差異，會由于相變不同而吸收不同的激發(fā)能量，馬氏體和貝氏體的碳含量分析值與化學分析方法結(jié)果相近，要比珠光體或魏氏體低一些，平均要低0.032%。

四、取樣器差異的影響分析本試驗抽取了a、b取樣器取出的兩個典型試樣（編號1-6和1-10），進行了金相分析。

a)魏氏體組織b)馬氏體組織a取樣器的分析值較低（試樣1-6），金相結(jié)果顯示其組織更接近于魏氏體組織；b取樣器的分析值較高（試樣1-10），金相結(jié)果顯示其組織更接近于馬氏體組織；二者分析值平均相差0.022%。樣品編號取樣器廠家[%C]分析值%1-6a0.2400.2470.2451-10b0.2690.2660.265討論：中碳鋼直接用水急冷易出現(xiàn)裂紋,應采取氣冷后再用水冷的方法,防止產(chǎn)生裂紋。但氣冷時間過長，也會減少馬氏體的生成，導致分析結(jié)果偏高。取樣器內(nèi)樣模的導熱均勻性對試樣表面質(zhì)量影響很大。雙厚樣樣模如果內(nèi)表面不平整，容易引起表面附近的非均勻形核，引起成分偏析或組織差異，進而影響試樣分析結(jié)果。取樣操作速度快,鋼水沿石英管進人取樣器的過程中溫度下降的差值小,有利于試樣的成形。五、結(jié)論針對中碳鋼J55的碳含量直讀光譜分析結(jié)果進行了對比試驗研究，指出取樣質(zhì)量是影響碳含量分析的重要因素。主要結(jié)論如下：（1）使用自動取樣設備的取樣質(zhì)量穩(wěn)定性好于人工取樣。但精心取樣時，取樣操作不會引起顯著誤差；（2）不同廠家取樣器的樣品表面質(zhì)量不同，影響直讀光譜儀碳含量分析結(jié)果。試樣表面附近組織應當為