Контроль химического состава металла в современном металлургическом производстве

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Определение химического состава продуктов металлургического производства является одним из специфических направлений производственной деятельности современного металлургического предприятия, позволяющих обеспечить стабильность технологических процессов и требуемое качество продукции. Стабилизация технологического процесса плавки металла достигается как стандартизацией состава исходных шихтовых материалов, так и прямым контролем и регулированием процесса плавки по составу используемых и выпускаемых продуктов. Точность и надежность контроля должны соответствовать условиям непрерывного производства. Такие требования обеспечивает автоматизация анализа и контроля, начиная от состава исходных шихтовых материалов до получения готовой продукции заданного состава и свойств. Для определения состава применяют химические, физико-химические и физические методы анализа. При выборе метода анализа исходят из необходимой точности, чувствительности и скорости определения химического состава.

В настоящее время произошли коренные изменения в средствах и методах определения химического состава, применяемых на металлургических заводах и комбинатах. Предприятия, контролирующие химический состав используют более тысячи автоматизированных измерительных систем и других высокопроизводительных установок, основанных на физических или физико-химических принципах измерения химического состава.

Важной задачей является разработка методов контроля химического состава жидкого металла и шкала по ходу плавки непосредственно в сталеплавильных агрегатах.

В сталеплавильных цехах металлургических и машиностроительных заводов контроль химического состава металла и шлака по ходу плавки осуществляют с использованием экспресс - анализа. Особенностью экспресс-анализа является его быстрота, своевременность получения результатов и точность, гарантирующая получение в заданный момент плавки металла и шлака требуемого состава. Для выполнения экспресс-анализов обычно вместо химических применяют более скоростные физико-химические и физические методы. Для контроля химического состава материалов и продуктов производства, поступающих на завод и отправляемых заводом потребителю, применяют маркировочный анализ. По результатам маркировочного анализа определяют соответствие состава полупродуктов и готовой продукции установленным нормам (стандартам), поэтому определение содержания всех компонентов продукта осуществляют с высокой точностью.

Контрольный анализ проводят в случае необходимости проверки или уточнения результатов маркировочного анализа или точного определения содержания некоторых компонентов продукта. Для контрольного анализа часто используют те же методы, что и для маркировочного, но выполняют его с еще большей тщательностью высококвалифицированные специалисты, нередко с одновременным выполнением анализа несколькими специалистами. Контрольный анализ рекомендуется проводить по стандартизованным методам.

Арбитражный анализ по своему характеру является контрольным, необходимость в проведении которого возникает при расхождении результатов анализа, полученных поставщиком и потребителем данной продукции. Арбитражный анализ выполняют с использованием трех или четырех навесок обычно теми же методами, что и маркировочный, но определение проводят наиболее квалифицированные специалисты при соблюдении высоких требований к метрологическому обеспечению измерений химического состава. Арбитражный анализ проводят по стандартизованным методам.

По количеству вещества или смеси веществ, используемых для анализа. Различают макро-, микро-, полумикро-, субмикро - и ультрамикроанализ. В табл. 1. приведены диапазоны массы и объема растворов пробы, рекомендуемые комиссией по аналитической химии Международного союза по чистой и прикладной химии (ИЮПАК).

сталеплавильный спектрометр эмиссионный

Таблица 1. Диапазоны массы и объема раствора пробы для вида анализов

С развитием новых отраслей химической промышленности широкое распространение получили физико-химические методы технического анализа. Их значение резко возросло в связи с автоматизацией производственных процессов и осуществлением прямого контроля и регулирования процессов производства по составу поступающих и выпускаемых продуктов. В настоящее время разработано и внедрено в промышленность значительное количество приборов для определения химического состава веществ с помощью физических и физико-химических методов анализа, позволяющих автоматизировать контроль производства. Это позволяет освободить многочисленных лаборантов, занятых на операциях анализа. Адсорбционная (газо-жидкостная) хроматография. Это наиболее современный, быстрый и точный метод технического анализа. В последнее время он получил большое распространение как метод контроля в химической промышленности в связи с развитием автоматизации производства. Методы технического анализа, которыми пользуются во внутризаводском контроле, позволяют производить оценку качества товарной продукции, контролировать технологический процесс на всех стадиях, а также проверять качество поступающего на завод сырья и вспомогательных материалов. Технический анализ дает возможность установить более рациональное расходование материалов, улучшить и усовершенствовать технологический процесс производства.

Контроль производства -- физические, физико-химические и химические методы анализа сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, производимых или потребляемых промышленностью. Виды анализов, методы, техника, реактивы и т.п. устанавливаются ГОСТами и ТУ (техническими условиями), которые являются обязательными как для поставщика, так и для потребителя.

При наличии определенных данных и опыта можно автоматизировать или механизировать в принципе все лабораторные методы анализа или методы аналитического контроля производства. Степень автоматизации и внедрения техники в аналитический контроль зависит от цели анализа, а также от технических и экономических возможностей осуществления автоматизации, оцениваемых на основе литературных и патентных данных. Проще всего осуществлять механизацию и автоматизацию классических методов анализа, так как накоплен многолетний опыт их использования. Но в отличие от физико-химических методов анализа эти методы требуют значительно более высоких затрат на механизацию, вспомогательное оборудование и обслуживание. Это можно показать на примере объемного и кулонометрического определения кислоты с потенциометрической индикацией точки эквивалентности.

Контроль производства служит для проверки качества продукции и хода технологического процесса, для предотвращения брака и обеспечения установленного нормами и техническими условиями качества выпускаемых изделий. В Советском Союзе нормы на различную продукцию устанавливаются государственными стандартами. Стандарты подразделяются на следующие категории государственные общесоюзные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ), республиканские (РСТ), стандарты предприятий (СТП), Каждый стандарт имеет свой номер и год утверждения и содержит следующие основные разделы определение и назначение продукта (изделия) технические требования (классификация, свойства и т.д.) правила приемки (отбор пробы для анализа) методы испытаний упаковка и маркировка. В случае отсутствия стандартов качество определяется временными техническими условиями (ТУ), которые утверждаются министерствами и ведомствами.

Портативные анализаторы металлов.

Рентгено-флуоресцентный анализ - это один из лучших аналитических методов для элементного анализа самых различных проб - твердых веществ, жидкостей и порошков. Рентгено-флуоресцентный анализ сочетает высокую точность и воспроизводимость с простой и быстрой пробоподготовкой.

Стационарные оптико-эмиссионные приборы фирмы «Bruker Quantron» (Германия) являются на данный момент лидерами в области химического анализа металлов и сплавов.

Оптико-эмиссионный спектрометр для лаборатории и цеха. Анализатор предоставляет широкие возможности для различного круга задач и является идеальной системой для сертифицированного анализа продукции в машиностроении, контроля выплавки металлов на металлургическом производстве. Сочетает в себе простоту, надежность и точность. Удовлетворяет все требованиям, которые могут быть частью современной системы для обеспечения контроля качества.

Спектральный анализ -- совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.

В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральные анализы позволяют определять элементарный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения.

Масс-спектрометрический анализ осуществляется по спектрам масс атомарных или молекулярных ионов и позволяет определять изотопный состав объекта.

Среди различных аналитических (химических, физико-химических и др.) методов изучения химического состава вещества оптический спектральный анализ является одним из самых быстро развивающихся и применяющихся на практике методов анализа.

Круг вопросов, которые решаются методами спектрального анализа, весьма обширен: анализ особо чистых веществ, бездефектный контроль готовых изделий, экспресс-анализ металлургического литья, разведка рудных месторождений, анализ лунного грунта и состава звездного вещества, контроль промышленных и бытовых сточных вод, загрязнения воздушного бассейна и воздушной среды производственных помещений и т.д. В соответствии с этим методы спектрального анализа берут себе на вооружение специалисты самых различных областей знаний: металлурги, химики, биологи, астрономы, работники сельского хозяйства и медицины, физики и др.

Одним из главных достоинств спектрального анализа является его непревзойденно высокая экспрессность. В считанные секунды с помощью простейшего переносного стилометра проводится маркировочный анализ для контроля химического состава поступающего сырья и материалов. Применение квантометра для экспресс-анализа плавки металла, например, в крупных конвертерах, где весь процесс заканчивается за 30 мин, позволяет в течение одной минуты произвести определение 10 - 12 элементов, что дает возможность своевременно ввести необходимую корректировку в процесс плавки. Подобные примеры подтверждают необходимость знаний основ и методов спектрального анализа современному инженеру.

Основными преимуществами спектроскопии перед другими методами анализа являются:

? высокая чувствительность (10-5…10-7 %) - практически чувствительность спектрального анализа всегда выше чувствительности весового химического анализа;

? достаточно хорошая точность (3…5 %) - при малых концентрациях точность спектрального анализа превосходит точность химического анализа и может несколько уступать ему при больших концентрациях;

? многокомпонентность - методами спектрального анализа возможно одновременное определение 20 и более элементов, в то время как при химическом анализе возможно только раздельное определение каждого элемента, для чего требуется проведение отдельных специфических реакций;

? контроль изделий без их разрушений - спектроскопия остается единственным доступным методом анализа крупногабаритных изделий и предметов, не допускающих повреждения их поверхностей;

? требование малого количества анализируемого образца - во многих случаях для проведения спектрального анализа достаточно сотых долей грамма исследуемого вещества;

? универсальность - практически одни и те же методы спектрального анализа пригодны для определения различных элементов и в самых разнообразных объектах - от природного сырья до живой клетки;

? документальность - при фотографическом варианте метода (получение фотопластинки) или при фотоэлектрической регистрации (лента самописца или распечатка) результаты анализа могут храниться длительное время и быть документом, по которому можно многократно произвести проверку правильности и точности анализа.

Наконец, имеется область исследований, не доступная до настоящего времени никаким другим методам анализа, кроме спектрального. Речь идет об изучении состава небесных тел и межзвездного вещества. Спектральный метод анализа имеет в этой области полную монополию.

Размещено на Allbest.ru