X射线荧光光谱法和X射线衍射技术在钢铁工业中的最新进展化学分析与相分析的结合

DidierBonvin,RaviYellepeddi.LatestdevelopmentsinX-rayfluorescencespectrometryandX-raydiffractiontechnologyforironandsteelindustry:integratedchemicalandphaseanalysis.MetallurgicalAnalysis,2009,29(12:卜6时产生对X射线管的损害,以保持较长的常规使用时间;带有精确定位固定孔道的快速无传动装置XRF测角仪,需要通过主流的QuantAS和UniQuant软件选择半定量和无标准分析法;通过调节全局和局部热控制系统来得到高的分析稳定性。图1XRF-XRD的一体式设备:样品、设备、分析Fig.1IntegrationofXRFandXRDinthesameinstrument:onesample,oneinstrument,olleanalysis1.2XRD在钢铁工业生产中的应用现代钢铁工业中要求分析范围更为广泛并实现过程检测集成化[8曲]。在工业生产中分析仪器有两种发展趋势:一种是朝着测量的分散化发展;另一种趋势是从每个分析仪器中得到更多的信息量。在实际的生产中,大多数的钢铁生产厂家希望分析方法能够应用于真正需要的生产过程中。Fe2+的典型范围主要在4%~9%,这意味着需要较高的灵敏度以得到较高的精确度。由于使用了紧密耦合光学器件,紧凑集成型XRD系统能够提供为获得满意的分析效果所必需的相对于背景强度的吸收峰。通过一系列烧结矿样品获得的校准曲线,在XRD吸收峰强度和Fe2+的化学浓度之间存在良好的线性关系,表1提供了相应的回归结果,标准一2一偏差为0。20%。表1烧结矿中附+的XRD校正结果Table1XRDcalibrationresultsofFe2+insinters烧结矿Sinter强度Conc.ofFe2+(w/%差值Intensity标准值计算值Diffabs01.43.57435。4Standarderrorofestimate(%:5。440。045.49—0.015.17—0.030。20表2显示了烧结矿样品的短期重复性。由于现有的仪器可以通过XRF在同一样品中分析所有的元素或氧化物,同时可以通过XRD得到同一样品中Fe2+的浓度。结合这两种方法的结果,发现在全部元素和相同元素在某一特定相之间具有协同作用。表2为大部分成分测试结果的标准偏差,表明仪器适合在典型过程的控制环境下使用。通过湿法化学分析得到游离钙的浓度与每个样品游离钙峰的强度,进而绘制一条校准曲线,这种校准曲线可以用来分析常规的炉渣中游离钙的含量。数据表明采用紧凑集成型XRD系统对游离钙进行分析是可行的。湿法化学分析需要30DidierBonvin,Ra、,iYellepeddi.X射线荧光光谱法和X射线衍射技术在钢铁工业中的最新进展:化学分析与相分析的结合.冶金分析,2009,29(12:1-6min,而这种方法只需要1min。.表2XRF-XRD光谱仪测定烧结物样品的短期重复性结果Table2ShorttermrepeatabilityresultsoaasintersamplewiththeintegratedXRF-XRDspectrometer2Them[deg]图2一系列炉渣中的游离钙光谱。游离钙的特征峰位置发生了明显的变化Fig.2Spectrumoffreelimeonaseriesofslags。positionshiftsofthefreelimepeaksaleclearlyvisible2直接浇铸冶金炉渣的分析试验样品制备的新方法:这种方法可以避免在炉渣样品制备中的碾磨过程L6],而且可以加快分析的速度。将热的炉渣直接浇铸到特别设计的陶瓷模具里。这种直接浇铸的样品不需进一步的制备就可以通过XRF设备进行分析[9](如图3。…。套粤冀要.罗篓竺兰呈三|:挈警篓苎竺篓絮2.。校正和结果竺妻:’尝氅裴紫曼三冀苎季差…:嚣TNmi:u。-幂夏级炉渣标准品来绘制一条船要竺掣二薹要:耄毫警::岂曼耋誓墨{j苎篇于竺LoPTzMx校藩i薹。荼蓁等嘉善小i葛‘≥兰!邕妻茎翌蓑烹三:翌翟妻竺翌誓登:3,因磊磊善磊妄;茹茹霰。的翥轰击≤磊U’,三WJ--二:I二此可以方便地得到直接还原铁的金属化程度。荟磊;舅三艾嘉’牙嚣美二f主薯篆蔷以得到很高一3一ＤｉｄｉｅｒＢｏｎｖｉｎ，ＲａｖｉＹｅｌｌｅｐｅｄｄｉ．ＬａｔｅｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＸ－ｒａｙｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙａｎｄＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈａｓｅａｎａｌｙｓｉｓ．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ，２００９，２９（１２）：ｉ－６ＸＲＦｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙＴＡＳｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ“Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙｉｎｔｈｅｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙ”，Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ。７００—Ｎｅｗｓ，ｖ０１．２６，２３—２４，Ｏｃｔ．９６．［７］ＢｏｎｖｉｎＤ，ＪｕｃｈｌｉＡｎｗｅｎｄｅｒｔｒｅｆｆｅｎｌ（．ＮｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＲｏｎｔｇｅｎｆｌｕｏｒｅｓｚｅｎｚ－ｕｎｄＸＲＦ［Ｃ］．６．Ｆｕｎｋｅｎｅｍｉｓ一７０７，１９９９．［１０］ＢｏｎｖｉｎＤ．Ｘ－ｒａｙＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙｉｎｔｈｅＩ—ｒｏｎｓｉｏｎｓｓｐｅｋｔｏｍｅｔｒｉｅ，Ｄｏｒｔｍｕｎｄ，１９９９．ａｎｄＳｔｅｅｌＩｎｄｕｓｔｒｙ［－Ｊ］．ＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＡｎａｌｙｔｉ—［８］ＹｅｌｌｅｐｅｄｄｉＲ，ＢａｐｓｔＡ，ＢｏｎｖｉｎＤ，ｅｔａ１．ＰｒｏｃｅｓｓａｎｄｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，９００９—９０２８，ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆ＳｏｎｓＬｔｄ．ｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｈｅｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙｕｓｉｎｇｔｈｅＡＲＬＴｏｔａｌＩｒｏｎＸ－ｒａｙ２０００．Ａｎａｌｙｚｅｒ［Ｊ］．ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ［１１］ＢｏｎｖｉｎＤ，ＹｅｌｌｅｐｅｄｄｉＲ．ＡｎＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＡｄｖａｎｃｅｓＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃｌｅｃｔｕｒｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔＬＴ／ＸＲＦ／０３９５。１９９５．ｉｎＸ—ｒａｙＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＳｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒＵｓｅｉｎａｌｓＭｅｔ—ｃｏｎ—［９３ＹｅｌｌｅｐｅｄｄｉＲ，ＢｏｎｖｉｎＤ．Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｍｏｄ—ｅｒｎＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ［Ｃ－］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＥＴＡＳＸ－ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ：Ｆｕｔｕｒｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｉｎｔｈｅｆｅｒｅｎｃｅｏｎ“Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙｉｎｔｈｅｉ—ｒｏｎｓｔｅｅｌａｎｄｍｅｔａｌｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ［Ｃ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＥ—ａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙ”，Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ，２００６．Ｘ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈａｓｅａｎａｌｙｓｉｓＤｉｄｉｅｒＢｏｎｖｉｎ，ＲａｖｉＹｅｌｌｅｐｅｄｄｉ（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｏｎＳ．Ａ．，ＣＨ一１０２４Ｅｃｕｂｌｅｎｓ。Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｍａｄｅｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆｘ－ｒａｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｅｎｅｆｉｔｏｆｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｒｅｑｕｉｒｅｓｎｏｔｏｎｌｙｔｏｔａｌｅｌｅｍｅｎｔａｌ／ｏｘｉｄｅａｎａｌｙｓｉｓｂｕｔａｌｓｏｓｐｅｃｉｆｉｃｐｈａｓｅａｎａｌｙｓｉｓａｔｖａｒｉｏｕｓｓｔａｇｅｓ．ＸＲＦｉｓｒｏｕｔｉｎｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙｆｏｒｃｈｅｍ—ｔｏｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｗｈｉｌｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＸＲＤｈａｓｂｅｅｎｌｉｍｉｔｅｄ．Ｔｈａｎｋｓｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｐｒｏｄｕｃｅｒ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｈａｓｃｏｍｅｕｐｗｉｔｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｂｙｖｉｅｗｔｏａｃｌｏｓｅｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｍａｊｏｒｔｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈａｎｍｅｅｔｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙａｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｆｕｌｌＸ—－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅＸ—－ｒａｙｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｗｉｔｈａｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｃａｐａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏｍｐｌｅｔｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．Ｉｎｄｅｅｄｆｒｏｍｉｒｏｎｏｒｅｓｔｈｒｏｕｇｈｓｉｎｔｅｒｓｔｏｓｌａｇｓ，ｃａｓｔｉｒｏｎａｎｄｖａｒｉｏｕｓａｌｌｏｙｓ，ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＸＲＦ－ＸＲＤｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｐｒｏｖｉｄｉｎｇｃｏｍｐｌｅｔｅｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈａｓｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａ—ｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅ／ｓｔｅｅｌｆｕｒｎａｃｅｂａｓｅｄｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｕｃｈａｐｐｒｏａｃｈｉｓａｌｓｏｉｄｃａｌｌｖｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎ（ＤＲｌ）ｂａｓｅｄｐｌａｎｔｓｗｈｅｒｅｖａｒｉｏｕｓｆｏｒｍｓｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅｓｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｍｅｔａｌ—ｌｉｅｉｒｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｕｎｄｓ／ｐｈａｓｅｓｃａｎｂｅｒｏｕｔｉｎｅｌｙａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．ａｒｅａＴｈｅｒｅｈａｖｅｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｗｈｉｃｈｃａｎｏｆｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅａＸＲＦ（ＷＤＸＲＦ），ｆｕｌｌｙａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｏｒｈｅｌｐｔｈｅｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎａｄｄｒｅｓｓｉｎｇｓｐｅｃｉｆｉｃａｎａｌｙｔｉｃａｌｔａｓｋｓｉｎｍａｎｎｅｒ．Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｌａｇｅｓ，ｃａｓｔｉｒｏｎ，ｆｅｒｒｏ－ａｌｌｏｙｓａｎｄｃｏａｔｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｆｔｅｒｇａｌｖａｎｉｃｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｅｓｃａｎｂｅｈａｎｄｌｅｄｗｉｔｈｃｏｓｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅＷＤＸＲＦｓｙｓｔｅｍｓｏｎｌｙ．Ｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｐｏｗｅｒｔｏｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｅｌｅｍｅｎｔｓ，ＸＲＦｓｙｓｔｅｍｓｓｅｑｕｅｎｃｅｄｆｒｏｍｌｏｗａｒｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ａｌｌｔｈｅ“ｋｎｏｗｎ”ｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅａｎａ—ｌｙｚｅｄｂｙｄｅｄｉｃａｔｅｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｓｗｈｉｌｅｔｈｅ“ｕｎｋｎｏｗｎ”ｏｒ“ｎｏｎ—ｒｏｕｔｉｎｅ’’ｍａｔｅｒｉａｌｓ“ｓｔａｎｄａｒｄ—ｌｅｓｓ”ＸＲＦａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍｓ．ＶａｒｉｏｕｓＸＲＦａｎｄＸＲＤｓｏｌｕｔｉｏｎｓｗｉｌｌｂｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｓｅ