光谱仪在铸造行业中的应用

光谱仪在铸造行业中的应用

应该说是从二十世纪八十年代以来，在我国铸造行业当中开始引进光电直读光谱仪作为熔炼过程中化学成份控制的分析手段，并且逐步在一些大中型铸造企业中取代了我国传统的湿法化学分析，

而至今（从本人的切身体会来看，尤其是从98，99年开始）在整个中国经济的飞速发展的大环境下，企业自身对炉前分析的重视和铸造企业他所面对的客户对铸造生产企业的质量要求包括在线控制都在不断的提高，因此在这样一个背景下，已发展到较多铸造企业---从只有一套小吨位的中频的小规模企业到十几套中频的中型企业也开始采用光电光谱仪来配合作炉前（包括炉后取样）快速准确分析。

少数大型铸造厂从国外引进的铸造生产线中已配备了专用的光谱分析设备，作为成套设备进入中国，这是铸造行业对质量控制要求越来越严的发展的必然结果，也是光电光谱分析本身的优点决定了这一技术自1945年问世以来，历时五十六年而经久不衰之缘故。

而对于大多数铸造企业厂家都是在投产多年以后因为各种因素再在国内采购并投入使用的！

众所周知，原子发射光谱分析所采用的原理是用电弧（或火花）的高温使样品（对于铸造行业来说，该样品一般为炉前，或炉后所取的样品）中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征波长光，用光栅分光后，成为按波长排列的“光谱”，这些元素的特征光谱线通过出射狭缝，射入各自对应位置的光电倍增管，光信号变成电信号，经仪器的控制测量系统将电信号积分并进行模/数转换，然后由计算机处理，并能显示和打印出各元素的百分含量。

从以上原理可以看出原子发射光谱分析，有其独特的、特别适合于配合炉前分析的优点，使其发展成为金属冶炼和铸造行业必不可少的分析手段，其特点如下：

一、 炉中取的样品只要打磨掉该样品表面的氧化皮层，固体样品即可放在样品台上激发，免去了化学分析钻取试样的麻烦。对于铝及铜、锌等有色金属样品而言，可用小型台式车床车去表面氧化皮层即可。

二、 从样品激发到计算机显示所有元素分析含量只需15-30秒钟，速度非常快，有利于缩短冶炼时间，降低生产成本。特别是对那些容易烧损的元素，更便于控制其最后的成份。

三、 样品中所有要分析的元素（几个甚至几十个）可以一次同时分析出来，对于牌号复杂的产品，要求分析元素愈多愈合算，经济效益好。

四、 分析精度非常高，可以有效控制产品的化学成份，同时能保证它能符合国家标准的规格，甚至可将合金成份控制到规格的中下限，以节省价格昂贵的中间合金或各种铁合金的消耗。

五、 分析数据可以从计算机打印出来或存入磁盘中，作为永久性记录以备客户较核和自查。

总之，从技术角度来看光电光谱分析，可以说至今还没有比它能更有效的用于炉前快速分析的仪器，具备了那么多的特点而能取代它。

因为, 尽管做化学成分分析的仪器有很多种类型，但在制作样品的简易性，分析速度，分析精度,准确度和元素全面性，使用成本等方面综合考虑来说，光电直读光谱仪是最佳选择！

所以世界上冶炼、铸造以及其他金属加工企业均竞相采用这类仪器成为一种常规分析手段，无论是从保证产品质量方面考虑，还是从经济效益等方面出发，它都是十分理想的分析工具。

2000年由钢铁研究总院（目前名称更改为中国钢研科技集团，也国内最早引进，使用和研究光谱仪的国家权威研究机构）下属钢研纳克检测技术有限公司（原北京纳克分析仪器有限公司）开始研发的直读光谱仪在2005年底开始进入市场,在3年半就销售四百余台，在铸造行业占有率更是位居前列。

目前在铸钢铸铁行业应用的仪器型号主要是750系列：

下面主要是一些关于光谱仪在铸造行业中使用中的要注意的实际情况和该公司仪器的一些特点：

1 实验室要求：

1.1 实验室要求温度稳定且防尘，双层门窗，具有一定的使用面积；(主要是考虑到大多数铸造企业一般灰尘较大,且粉尘含有金属成分,灰尘大又未及时清理的话,容易造成仪器中电路板的短路,散热不良而导致仪器不能正常使用等)

1.2 实验室要求配备空调机，温度控制在20－25℃；

1.3 实验室需配备湿度 / 温度计，实验室内的相对湿度应小于70％，

否则需配备除湿机；

1.4 防震性能好。

2 电源

2.1 主机：220V/20A，尽管光谱仪本身具有稳压装置,但是考虑到铸造企业中频炉使用过程中会造成电压波动较大,所以为使仪器能长期安全使用，需配备单相220V，功率为3KW的磁饱和式稳压电源一台（我司随机配备一台铁塔牌功率为3KW的磁饱和式稳压电源一台），该稳压电源质量可靠，反应时间小于10ms。

3 地线

3.1 光谱仪是精密的测试仪器，对地线要求较高，要求配备专用地线（光谱仪单独使用，不能和其他电器连用），接地电阻必须小于4Ω。

4 氩气：

光谱仪是需要用氩气的，

有两种配备方法：

4.1第一种就是直接使用高纯度氩(要求99.999%)

4.2 第二种就是使用普通氩配备氩气净化机

考虑到用户的使用方便和简洁性,建议采用第一种方法,因为现在的光谱仪在节约氩气方面都做的很好了!不象原来的光谱仪,1-2天就要换一瓶

5 样品制备设备

5.1 磨盘式磨样机或双轮落地式砂轮。砂纸/砂轮直径大于200mm，砂纸/砂轮的粒度小于46＃。

另外也有专门给光谱仪配备的单盘或双盘磨样机,乃至带机械手的全自动磨样机!

5.2 对于球墨铸铁,灰口铸铁的取样则要求白口化再进行检测

5.3 对于有色软金属基体样品，应用中小型车床车制。

应该说光谱仪对使用环境的要求是一直在进步的,那就是越来越简单!

仪器特点：

考虑到铸造行业现场环境，钢研纳克检测技术有限公司（原北京纳克分析仪器有限公司）生产的Labspark 750系列直读光谱仪有如下设计：

一、 光学室具有防震装置，并有恒温装置。

光室温度为30℃±0.1℃，仪器长期稳定性好。即使在较差的作业环境中，仪器也能正常工作。所有通道长期稳定性的结果表明了八小时之内有300个测量值（每十个取一平均值），则30个平均值中最高最低之值不超过原强度比值的2%。

二、 750系列目前采用焦距为750mm的凹面光栅

根据分析样品选样不同刻线数的光栅，保证有足够的分辨率以满足复杂合金钢的分析。

该光栅为髙发光全息光栅―――――光传输率高

在分光系统中的主要部件－光栅是采用闪耀技术制作的高发光全息光栅。普通的全息光栅光传输率为30％，光强损失率为70％，而闪耀全息光栅光传输率为50％，光强损失率为50％。此外，光栅刻线为2400 g/mm 或3600g/mm，分光效果好，谱线干扰小。因此分光系统具有极高的灵敏度和精确度的特点。

三、 由于光谱仪处于日夜不停的工作状态，因此750系列采用的是日本产高质量真空泵，保证了足够的真空度，且真空泵寿命非常长，光室内的油蒸汽过滤装置和极低饱和蒸汽压的真空油保证了机器不会受油蒸汽污染。

四、 提高分析灵敏度及精确度方面，在光路上采用直射式提高光强，并采用脉冲放电激发光源，放电频率可达600赫兹及单火花采集技术，可大大提高信噪比及激发的稳定性，从而有非常良好的分析精度。

五.氩气消耗量小―――――运行成本低

待机状态时，氩气消耗几乎为零。工作状态下，氩气平均消耗量为4L/min。因此，用户运行成本低。

六.恒温式激发台―――――激发样品不受温度影响

火花台采用内部加热式恒温，无需外接冷却系统，保证在连续工作时激发条件稳定，分析结果稳定。同时，加热式恒温系统避免了外接冷却水可能因泄漏造成的电子系统毁灭性损坏的危险。

七.独特的多功能火花台―――――不同基体无需更换

在更换基体时，无需更换火化台，

八.环状氩气出口设计―――――放电稳定且均匀

独特的氩气出口设计，在激发腔内形成稳定且均匀的氩气流量，保证均匀发电，产生稳定的等离子体电子云

九.整体式出射狭缝―――――便于增加分析通道

预刻240条出射狭缝，便于以后拓展应用时增加分析通道，同时费用较低。

十.氩气反吹―――――保护透镜免于污染

透镜前加装微小流量氩气反吹，防止透镜被激发残渣污染，保证了入射光强100%通过透镜而无光强损失。

十一.合理的结构设计―――――便于日常维护

日常维护的工作量很小，仅需偶尔擦透镜。透镜与光室之间有单向隔离阀，使得透镜清理工作可在两次日常分析工作的间隙即可完成，而不破坏真空。

十二.外置检测器电路―――――防止在光室内部产生辉光

光电倍增检测器的电路部分置于光是外部，防止在光室内因高压而产生辉光，避免了辉光对检测谱线的干扰。大大提高了检测灵敏度。

十三.分析数据处理软件―――――超强功能

a. 软件基于WINDOWS操作系统平台，可根据用户要求安装WINGDOWS XP或WINDOWS98等不同的操作系统,分析软件界面具有商业化的OFFICE软件特点，下拉式菜单操作，同时具有对等的功能键，用户易学易用。

b. 软件对数据存储无限制，数据存储量依硬盘大小而定。可随时调用任意时间的分析结果，结果可按时间查询。

c. 国际标样预制工作曲线，可靠性强。为用户节约巨额标样购置费用。同时，软件保留在用户现场绘制工作曲线的功能，便于用户拓展仪器应用分析范围。

d. 软件输出方式灵活，具有多重输出方式（强度、强度比率、未校正浓度、校正浓度等）可选。

e. 曲线校正，通用标准化和类型标准化。可根据分析时间或激发次数自动提示标准化。

f. 同时还可为特殊样品和疑难样品建立专门的分析方法，针对性强。

g. 根据用户需要，软件可输出正规商业分析报告。

h. 为方便用户需求，软件具有远距离数据传输功能，便于工艺现场及时掌握分析结果。

i. 在软件中储存有国际标样库，同时用户可建立自己的内部标样库。

j. 为方便用户质量控制，用户可设立企业内部控制标准，对超标元素以特殊颜色显示。

k. 当用户产品或原料发生混料现象时，可以使用牌号鉴别功能，快速鉴别不同产品。

纳克光谱仪由于具备了以上各种特点，使得仪器完全能满足铸造行业炉前快速分析的要求，故现在在广大铸造、冶金、机械等行业广泛使用。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/25b16fd4240c844769eaeed9.html