鋼鐵作為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)材料，其力學(xué)性能、加工特性與內(nèi)部碳、硫元素含量有著緊密關(guān)聯(lián)，碳元素直接決定鋼材的強(qiáng)度、硬度與韌性，硫元素大多以雜質(zhì)形式存在，含量超標(biāo)容易引發(fā)鋼材熱脆開裂，影響軋制、鍛造以及后續(xù)焊接使用效果。不同牌號的鋼材，對碳硫含量都有著嚴(yán)格的管控區(qū)間，傳統(tǒng)化學(xué)濕法分析操作流程繁瑣，分析周期較長，很難適配現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)大批量、快節(jié)奏的生產(chǎn)檢測需求，紅外碳硫分析儀依托高頻燃燒紅外吸收檢測技術(shù)，憑借檢測速度快、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好、量程覆蓋廣等特點(diǎn)，已經(jīng)成為鋼鐵冶金領(lǐng)域質(zhì)量管控的重要設(shè)備，貫穿原料入廠、爐前冶煉、成品檢驗(yàn)等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
紅外碳硫分析儀的工作基于高頻感應(yīng)燃燒與紅外光譜吸收原理，將稱量完成的鋼鐵樣品搭配助熔劑放入陶瓷坩堝，在高純氧氣環(huán)境下通過高頻感應(yīng)爐將樣品加熱，樣品內(nèi)部的碳、硫充分氧化，轉(zhuǎn)化為二氧化碳與二氧化硫氣體，混合氣體經(jīng)過除塵、除水凈化處理后送入紅外檢測池，利用不同氣體對特定波長紅外光的吸收特性，依據(jù)紅外光吸收強(qiáng)度換算得到樣品內(nèi)部碳、硫的實(shí)際含量，單次樣品分析大多可以控制在幾十秒內(nèi)完成，兼顧檢測效率與檢測精度，既可以滿足高含量生鐵、高碳鋼的檢測，也可以完成超低碳鋼、特種合金鋼中微量碳硫的測定工作。
在鋼鐵企業(yè)原料進(jìn)廠環(huán)節(jié)，紅外碳硫分析儀承擔(dān)著生鐵、廢鋼、合金原料的入廠檢驗(yàn)任務(wù)，廢鋼作為煉鋼主要原料來源復(fù)雜，不同批次原料碳硫波動(dòng)幅度較大，如果原料成分把控不到位，會直接增加后續(xù)冶煉調(diào)整難度，造成冶煉時(shí)間拉長、能耗上升等問題。企業(yè)通過紅外碳硫分析儀對每一批次進(jìn)廠原料開展抽樣檢測，依據(jù)碳硫檢測結(jié)果合理搭配投料配比，從源頭減少有害元素帶入冶煉工序，降低后續(xù)脫硫脫碳的工藝壓力，為煉鋼工藝參數(shù)設(shè)定提供可靠參考，幫助企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，減少原料不合格帶來的生產(chǎn)損耗。
鋼鐵原料碳硫檢測分析圖
爐前冶煉環(huán)節(jié)是紅外碳硫分析儀發(fā)揮價(jià)值的關(guān)鍵場景，煉鋼過程中鋼水成分時(shí)刻發(fā)生變化，需要快速掌握碳硫?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)吹氧、加料等操作，傳統(tǒng)檢測手段等待時(shí)間久，鋼水溫度持續(xù)下降會耽誤冶煉節(jié)奏，紅外碳硫分析儀可以快速對鋼水取樣后的固體試樣開展分析，短時(shí)間輸出碳硫檢測數(shù)據(jù)，冶煉操作人員結(jié)合檢測結(jié)果及時(shí)調(diào)整冶煉工藝，把鋼水碳硫控制在目標(biāo)范圍之內(nèi)，有效減少成分不合格帶來的回爐重?zé)捛闆r，提升轉(zhuǎn)爐、電爐的生產(chǎn)效率，對于軸承鋼、管線鋼、不銹鋼等高端鋼種，碳硫允許波動(dòng)范圍狹小，儀器可以捕捉低含量區(qū)間的成分變化，助力高端鋼材冶煉過程的精細(xì)化控制。
爐前碳硫分析與精細(xì)化冶煉控制
鋼材成品檢測階段，紅外碳硫分析儀用于各類碳鋼、合金鋼、鑄鐵產(chǎn)品的出廠質(zhì)量核驗(yàn)，不同用途鋼材有著差異化碳硫標(biāo)準(zhǔn)，普通建筑用碳鋼、機(jī)械加工用中碳鋼、沖壓用超低碳鋼，對碳含量的要求各有不同，優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼對硫雜質(zhì)有著嚴(yán)格的限值要求。儀器可以對鑄坯、軋材、鑄件等不同形態(tài)樣品開展檢測，檢測數(shù)據(jù)可以直接用于牌號判定與產(chǎn)品合格證出具，同時(shí)儀器配套的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠自動(dòng)保存檢測記錄，對接實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)可追溯，方便企業(yè)開展質(zhì)量復(fù)盤，為工藝改良積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，很多中小型鑄造企業(yè)，也借助該儀器把控鑄鐵產(chǎn)品碳硫配比，優(yōu)化鑄件金相組織，降低鑄件裂紋、脆化等缺陷出現(xiàn)概率。
隨著鋼鐵行業(yè)向著高品質(zhì)、綠色化方向轉(zhuǎn)型，特種合金、電工鋼、汽車用鋼等產(chǎn)品占比持續(xù)提升，市場對鋼材內(nèi)部雜質(zhì)元素的管控愈發(fā)嚴(yán)格，也對分析儀器的綜合性能提出更高要求。紅外碳硫分析儀也在持續(xù)迭代升級，自動(dòng)化送樣、智能故障自檢、寬量程自動(dòng)切換等功能逐步普及，降低人員操作帶來的誤差，減少儀器維護(hù)難度，即便是基礎(chǔ)檢測人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可以開展日常檢測工作，適配大型鋼鐵廠中心實(shí)驗(yàn)室、爐前快速化驗(yàn)室以及中小型鑄造企業(yè)化驗(yàn)室等不同使用場景。當(dāng)然儀器檢測結(jié)果也會受到樣品制備、助熔劑選用、載氣純度、坩堝預(yù)處理等條件影響，在實(shí)際使用過程中需要做好設(shè)備定期校準(zhǔn)維護(hù)，規(guī)范樣品前處理流程，才能夠持續(xù)獲得穩(wěn)定可靠的檢測結(jié)果。
總體來看，紅外碳硫分析儀解決了鋼鐵行業(yè)碳硫元素快速精準(zhǔn)檢測的現(xiàn)實(shí)需求，打通從原料驗(yàn)收、冶煉過程控制到成品出廠檢驗(yàn)的質(zhì)控鏈條，幫助企業(yè)穩(wěn)定鋼材品質(zhì)，優(yōu)化冶煉工藝，減少生產(chǎn)資源浪費(fèi)。在鋼鐵產(chǎn)業(yè)升級的大背景之下，紅外碳硫分析技術(shù)還會繼續(xù)完善，為鋼鐵行業(yè)新材料研發(fā)、工藝優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量提升提供有力的技術(shù)支撐，助力鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
