[发明专利]一种钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明提供一种钢中单质钙与化合钙的火花光谱测定方法，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，本发明所采取的解决方案是：

一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10～80mm。

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：

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(“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；