光电直读光谱仪在铸造行业的发展应用

1、光电直读光谱仪在铸造行业的发展应用、仪器分析在铸造行业的发展应用铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械工业重要的基础工艺，在国民经济中占有重要的位置。当 前世界上工业发达国家铸造技术的发展归纳起来大致有四个目标，即：保护环境，减少以至消除污染；提高 铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件；降低生产成本；缩短交货期。传统的铸铁分析检测过程，是以手 工化学分析也就是人们常说的 ”湿法分析"方法为主的。这种分析方法过程长、强度高、功能单一、稳定性差、人 为误差大，已经不能满足时代的要求，也很难帮助企业达到以上四大目标。仪器科学技术的发展，大大缩短了分 析时间，减少了人为误差及废品率，很

2、好的促进了以上四个生产目标的形成与发展。近年来，仪器分析法在铸造 行业化学成分分析中得到广泛应用。国内大多数铸造及大型钢铁企业通过引进国外先进仪器迅速提高了分析检测装备水平。在企业铸件主体生产体系，通常采用光电直读光谱仪（OES），X荧光光谱仪（XRF ）这两类仪器，实施所谓的仪器化分析改进。这类仪器是一种利用物理电能激发，使试样中不同化学元素原子发生能级跃迁而产生不同光谱，并使其转换为电信号 进行定量检测的大型精密仪器。目前，光电直读光谱仪已成为铸件化学成分分析的首选仪器，X荧光光谱分析仪则是生铁和其它矿类样化学成分分析的首选仪器。由于这类仪器集光、机、电、算（计算机）等方面的最新技术于一体

3、，配备相当精密的物 理与几何光学系统，精密机械系统，电子传感测量系统，计算机控制与数据处理及人机界面系统。使其具有的选 择性好、灵敏度、准确性、稳定性高的性能，又具快速化、自动化、智能化、多功能的特点。二、光电直读光谱仪的原理及特点由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱。光电直读光 谱仪就是通过对导电样品施加能量而激发元素的外层电子，电子跃迁产生元素固有的特征光谱，利用特征光谱进 行定性、定量的分析仪器。在铸造行业的应用中，具有以下优点：1）多通道多元素同时分析检测的快速化特点光电直读光谱仪可同时进行多元素分析。直读光谱法进行炉前分析时，在数分钟内可

4、同时得出铸件中二、三 十个元素的分析结果，有利于铸造生产过程进行中间控制，加速生产、提高了生产效率。2）直接以固态分析，不需要复杂的前处理光电直读光谱仪分析样品的处理比化学分析法简单，从而大大地提高了分析速度。在对铸件进行分析检测中，简化了试样前处理过程，只需简单的将样品表面磨平。取消了手工分析方法过程中的试样粉碎、酸溶加热分解、 化学反应、比色分析、人工读数等繁杂流程。3）节约添加元素，降低生产成本光电直读光谱仪能够快速准确的定量分析出样品的化学成分，对于铸造企业生产铸件时，如不锈钢的生产企 业，能够很好的将 Cr、Ni的化学成分控制在客户要求下限内，达到节约添加元素，降低生产成本。同时，由

5、于 具备快速的进行炉前定量分析，提高生产效率，为企业节约电费，降低生产成本。4）多功能、自动化和智能化特点分析仪器正向智能化方向发展，发展趋势主要表现是：基于微电子技术和计算机技术的应用实现分析仪器的 自动化，通过计算机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、处理，提高分析仪器数据处理能力，数字图 像处理系统实现了分析仪器数字图像处理功能的发展。光电直读光谱仪已从传统的经典化学精密机械电子学结构、实验室内人工操作应用模式，转化为光、机、电、算（计算机）一体化、自动化的结构，并正向更名副其实的智能系统发展（带有自诊断、自控、自调、自行判断决策等高智能功能）。多用途可扩展的配置方式及多功能计算机

6、软硬件技术包括的模块有：数据处理，曲线拟合，综合计算，数据分析，自动控制，自诊断与报警，通信，联网，定性分析、半定量分析等。大大地丰富了分析检测者 的应用手段，并提高了生产效率，缩短企业交货期。5）定量范围广、准确性及稳定性高等特点光电直读光谱仪定量分析范围可从ppm 几十，非常适于微量、痕量分析。当元素含量在0.1-1%或更低时,光电直读光谱分析法其准确度更优于化学分析。另外，光电直读光谱仪器分析，不存在人为误差，稳定性方面得 到很大提高。三、岛津光电直读光谱仪PDA系列的特点目前，国外生产直读光谱仪的生产厂商主要集中在日本、美国、德国等发达国家，各品牌仪器均有自己的特 点，但原理等方面基本

7、一致，将不一一介绍。在此主要介绍日本岛津的最新光电直读光谱仪PDA系列。岛津公司在1935年研发出日本第一台分光摄谱仪，为了满足不同行业客户的需要，随后不断开发新技术、 推出新产品，始终保持仪器技术的先进性。岛津公司从二十世纪七十年代末开始在中国推广光电发射光谱分析仪装置，目前已经有1000多台直读光谱仪应用在中国各行各业，市场占有率达到了近30%。PDA-7000型是2004年推出的一款多基体直读光谱仪，而PDA-5500S则是2009年推出的最新一款专门针对钢铁、铸造行业的直读光谱仪，性能特点主要体现在以下几个 方面：1）大型真空直读光谱仪光谱仪光谱室为真空光谱室，保证了 C、P、S、B等

8、元素的高稳定性。 通过采用岛津的专利直联转型真空泵，通过连续抽真空方式，完全避免油污染，真空度稳定在1.33Pa,长寿命设计。2）最先进的全息离子刻蚀光栅采用目前世界最先进的全息离子刻蚀光栅技术，刻线数高达2400条/毫米，利用该技术制作的光栅既具备了全息光栅的无鬼线、杂散光干扰小、分辨率高等特点，同时兼具机刻光栅效率高的特点。3）高精度控制的恒温系统PDA系列内部具有恒温系统，控制在40 ±）.1 C。分光室采用特殊铸铁合金制作，具有良好的保温性能。从而不受外界环境温度、压力的变化，弓|起波长漂移，以确保外界温度、压力的变化，弓|起波长漂移的可能性最小， 达到不影响分析检测结果的准

9、确性，保证光谱仪具有重现性及优良的长期稳定性。4）具有防震性能，提高稳定性光谱仪应具有防震设计，避免因外部振动引起谱线漂移，确保仪器具有较好的长期稳定性5）电极自动清洗，提高长期稳定性样品在激发时，样品上的蒸发物聚集在电极尖端上，会影响下一次的分析。岛津的专利技术是在每一次激发 后，自动清洗一次对电极，保证每一次激发的条件一致，从而提高长期稳定性。6）岛津独创的PDA时间分解测光法PDA技术是将激发时的每一个脉冲记录下来，并按时间顺序排列， 将脉冲按高低频数制作分布图，依据数学统计的原则，选择正常激发信号来进行积分。该技术可以将样品在激发时由于样品存在的气孔、裂纹等缺陷以及 夹杂物产生的不正常的脉冲除去，减少因此而引起的分析误差。7）良好的扩展功能根据客户的要求，可以现场添加通道，提高企