一种钢中镁含量的检测方法与流程

1.本发明涉及钢中化学成分的检测方法，特别涉及一种钢中镁含量的检测方法，属于炼钢化学分析技术领域。


背景技术：

2.近几年来，技术人员通过向钢水加入镁合金来改善钢水的非金属夹杂物水平。采用含镁合金脱氧可以使钢液中氧含量降到极低水平，使得夹杂物呈细小颗粒状并在钢中均匀分布。钢水加镁处理，在改善钢水夹杂物水平同时，还可以减少合金使用，降低生产成本。钢水中镁含量直接影响钢水夹杂物水平及钢水喂镁工艺技术研究。因此如何准确、快速测定钢中镁含量，对钢铁产品质量控制、镁回收率计算及夹杂物评价有着十分重要意义。
3.镁含量检测主要由容量法、电感耦合等离子发射光谱法、x-荧光光谱法等检测。容量法一般适合镁含量大于1％样品中镁含量检测，且该方法操作复杂，而钢中镁含量一般在0.0030％以下，无法满足钢中痕量镁含量检测。
4.电感耦合等离子发射光谱法虽然可以测定钢中镁含量，但操作复杂，流程长，涉及到大量化学试剂，无法满足在线检测要求。
5.x-荧光光谱法主要适合于矿石、石灰石、耐火材料等冶金原料中氧化镁含量检测，适合于镁含量一般在0.010％以上检测，也无法满足钢中痕量镁检测。
6.中国国家标准《gb/t223.87-2018钢铁及合金钙和镁含量的测定电感耦合等离子体质谱法》公开了一种钢中镁含量检测方法，样品采用盐酸、硝酸、氢氟酸溶解样品制备成待测溶液，采用电感耦合等离子质谱仪测定溶液中镁光谱强度，计算出样品中镁含量。该方法虽然准确度高，具备0.0003％以上镁含量检测，但检测流程长，涉及到大量的化学试剂使用，无法满足钢铁企业生产在线检测要求。
7.申请公布号cn103123329a的中国专利申请公开了一种测定锌及锌合金中镁含量的方法，试样采用盐酸溶解样品，定量加入lacl3干扰消除剂，采用原子吸收光谱法测定溶液中镁吸收光谱强度，计算出样品中镁含量。该方法操作复杂，检测流程长，一般适合0.005％以上含量镁检测，仅可以适合锌及锌合金中镁含量。
8.申请公布号cn104297246a的中国专利申请公开了一种测定铝镁合金粉中镁含量的方法，通过对铝镁合金粉进行溶样处理，然后采用氨水分离-edta滴定法测定铝镁合金粉中镁的含量。该方法仅适合高镁含量中镁含量检测，操作复杂，无法满足在线检测要求。
9.现有技术已公开镁含量检测方法，操作复杂，检测流程长，涉及到大量化学试剂，可作为离线镁含量检测，无法满足钢铁生产在线含量检测要求。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种钢中镁含量的检测方法，解决现有钢中镁含量检测效率低、流程长、无法在生产线进行在线检测的技术问题；本发明方法实现了钢中镁的质量含量为0.0001％-0.0030％的痕量镁的检测。
11.本发明方法技术思路是，用辉光放电原子发射光谱仪进行检测，以待测样品为阴极，铜管为阳极；当铜管充入氩气，加上电压，使得氩气电离并定向移动，轰击样品表面；样品表面原子被溅射出并发出镁元素特征谱线；用辉光放电原子发射光谱仪的光电倍增管测定镁光谱强度，通过已建立的镁元素浓度与强度的函数关系，计算出钢中镁元素的质量含量。
12.本发明采用的技术方案是，一种钢中镁含量的检测方法，包括以下步骤：
13.1)制备试样，截取待测钢试样，试样的长度为30-50mm，宽度为30-40mm，厚度0.5-30mm；用氧化锆砂纸打磨去除试样待测表面的氧化层，即，试样上表面的氧化层；用酒精清洗试样待测表面，吹干试样表面，备用；
14.2)用辉光放电原子发射光谱仪测定试样中镁的光谱强度，将试样置于辉光放电原子发射光谱仪样品室中，将试样待测表面正对着铜管光源；以试样为阴极，铜管光源为阳极，向铜管内充入氩气，操控氩气压力为800-1200pa，放电电压为1000-1250v，放电电流为30-50ma，预激发时间为50-60s,激发时间为8-10s，检测出试样中镁的光谱强度i
mg
；
15.3)计算钢中镁的质量含量，钢中镁的质量含量根据公式一计算，w
mg
＝a b
×img
，公式一，公式一中，w
mg
为钢中镁的质量含量，单位为％；a为背景等效质量含量，单位为％；b为镁的光谱强度对质量含量换算，单位为％/cps；i
mg
为试样中镁的光谱强度，单位为cps；背景等效浓度a和镁的光谱强度对质量含量换算b由镁光谱标准样品中镁的质量含量与镁的光谱强度关系的工作曲线方程确定，具体为，分别选用编号为bs12、镁的质量含量为0.0038％；编号为bs14、镁的质量含量为0.0043％；编号为bs14b、镁的质量含量为0.0004％；编号为nbs1262、镁的质量含量为0.00062％；编号为nbs1264/a、镁的质量含量为0.00015％；编号为nbs1765、镁的质量含量为0.00005％的镁光谱标准样品，用辉光放电原子发射光谱仪测定镁光谱标准样品中镁的光谱强度，通过计算机计算出镁光谱标准样品中镁的质量含量与镁的光谱强度关系的工作曲线的一元线性回归方程c＝a b
×i标mg
公式二确定a和b值；公式二中，c为镁光谱标准样品中镁的质量含量，单位为％；a为背景等效质量含量，单位为％；b为镁的光谱强度对质量含量换算，单位为％/cps；i
标mg
为镁光谱标准样品中镁的光谱强度，单位为cps。
16.进一步，步骤1)中，氧化锆砂纸的粒径为0.080-0.150μm。
17.进一步，步骤2)中，用辉光放电原子发射光谱仪测定试样镁光谱强度，铜管光源内径为2.5-6.0mm，铜管光源与试样待测表面的间距为0.1-0.3mm；光电倍增管电压为600-800v。
18.进一步，步骤2)中，辉光放电原子发射光谱仪在波长为383.829nm处，测定试样中镁的光谱强度。
19.本发明基于申请人的如下研究，用辉光放电原子发射光谱仪测定试样中镁的光谱强度，以待测钢试样为阴极，铜管光源为阳极，在铜管内冲入氩气，当控制氩气压力为800-1200pa，放电电压为1000-1250v；放电电流为30-50ma，钢试样表面原子保持稳定激发并发出特征谱线。
20.申请人研究发现，采用先预激发方式激发样品，可清除样品表面污染物，减少样品表面污染物对镁检测干扰；控制激发时间为8-10s，光电倍增管管电压为600-800v时，在波长383.829nm处测定镁光谱强度最大，检测灵敏度高，本发明方法满足钢中镁的质量含量为
0.0001％-0.0030％的痕量镁的检测。
21.本发明方法检测钢中镁含量的时间≤3min，按照中国标准《gb/t223.87-2018钢铁及合金钙和镁含量的测定电感耦合等离子体质谱法》公开的方法对钢样中镁含量进行检测，一个钢样的检测时间需要6-8h；本发明方法相比国家标准方法大幅提高检测效率，满足了钢铁企业生产线在线检测需要；本发明方法与中国标准《gb/t223.87-2018钢铁及合金钙和镁含量的测定电感耦合等离子体质谱法》公开的方法的检测结果的偏差≤0.0002％，两者的检测结果吻合。
22.本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明实现了钢中镁含量定量检测，解决钢中镁含量检测流程长、效率低、无法实现在线检测技术问题；本发明具有操作简便，检测流程短，检测用时少，钢中镁含量的时间≤3min，检测效率高，可操作性强；检测数据准确可靠，满足钢中镁的质量含量为0.0001％-0.0030％的痕量镁的检测，自动化程度高的技术特点，满足钢铁企业生产线在线检测需要。2、本发明方法减少了化学试剂的使用，极大地降低了化学污染物的排放，减少对人体和环境的危害，实现了绿色检测。
具体实施方式
23.下面结合实施例1对本发明做进一步说明。
24.一种钢中镁含量检测方法，包括以下步骤：
25.1)制备试样，截取待测钢试样，试样的长度为50mm，宽度为30mm，厚度10mm；采用粒径为0.080μm氧化锆砂纸打磨去除试样上表面氧化层；用酒精清洗试样表面，吹干后，备用；
26.2)用辉光放电原子发射光谱仪测定试样中镁的光谱强度，辉光放电原子发射光谱仪的型号为gds850a，制造厂家为美国力可公司，将待测试样置于辉光放电原子发射光谱仪样品室中，将试样待测表面正对着铜管光源；以试样为阴极，铜管光源为阳极，铜管内充入氩气，氩气压力为850pa,放电电压为1250v；放电电流为50ma，预激发时间为50-60s,激发时间为10s，在波长为383.829nm处，检测出试样中镁的光谱强度i
mg
，其中，光电倍增管电压为800v，铜管光源内径为4mm，铜管光源与样品表面距离控制在0.15mm；
27.3)计算钢中镁的质量含量，钢中镁的质量含量根据公式一计算，w
mg
＝a b
×img
，公式一，公式一中，w
mg
为钢中镁的质量含量，单位为％；a为背景等效质量含量，单位为％；b为镁的光谱强度对质量含量换算，单位为％/cps；i
mg
为试样中镁的光谱强度，单位为cps；背景等效浓度a和镁的光谱强度对质量含量换算b由镁光谱标准样品中镁的质量含量与镁的光谱强度关系的工作曲线方程确定，具体为，分别选用编号为bs12、镁的质量含量为0.0038％；编号为bs14、镁的质量含量为0.0043％；编号为bs14b、镁的质量含量为0.0004％；编号为nbs1262、镁的质量含量为0.00062％；编号为nbs1264/a、镁的质量含量为0.00015％；编号为nbs1765、镁的质量含量为0.00005％的镁光谱标准样品，用辉光放电原子发射光谱仪测定镁光谱标准样品中镁的光谱强度i
标mg
，测定镁光谱标准样品中镁的光谱强度i
标mg
时辉光放电原子发射光谱仪的操控参数与步骤2)中测定试样中镁的光谱强度时辉光放电原子发射光谱仪的操控参数相同，通过计算机计算出镁光谱标准样品中镁的质量含量与镁的光谱强度关系的工作曲线的一元线性回归方程c＝a b
×i标mg
公式二确定a和b值；公式二中，c为镁光谱标准样品中镁的质量含量，单位为％；a为背景等效质量含量，单位为％；b为镁的光谱强度对质量含量换算，单位为％/cps；i
标mg
为镁光谱标准样品中镁的光谱
强度，单位为cps。
28.本发明方法的精密度和准确度通过试样的精密度和国标比对试验实验得到确认。
29.精密度实验，对5组镁处理钢样中镁含量进行9次精密度实验，分析结果见表1。
30.表1试样精密度实验
[0031][0032][0033]
对3组镁处理钢样中镁含量采用本方法与国标方法(gb/t223.87-2018《钢铁及合金钙和镁含量的测定电感耦合等离子体质谱法》)比对试验，分析结果见表2。
[0034]
表2试样比对实验
[0035][0036]
上述实验结果表明，本发明方法测定镁处理钢样品中镁含量，相对标准偏差(rsd)均小于10％，与中国标准方法《gb/t223.87-2018钢铁及合金钙和镁含量的测定电感耦合等离子体质谱法》)比对，偏差≤0.0002％，结果吻合。本方法测定钢中镁含量，检测数据精密度好，方法准确可靠，自动化程度高，完全满足钢铁企业镁处理钢样品在线检测要求。
[0037]
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。