钢中混杂元素的分析。从发展循环经济,构建循环型社会的角度出发,要求对废钢铁进合理的回收和利用。而混入废钢铁中的Cu、As、sn、sb、Bi、Pb等元素对钢材质量有较大的影响,而在精炼中又不易去除,故必须从工艺上进行限制并用快速仪器分析方法进行监控。为此,有关研发人员在过去进行微量分析所使用的ICP发光分析设备的基础上进行了改进,使微量区精度得到了提高。用轴线测光对As、Sn、Sb进行检测可达到1ppm级的检出下限。此外,作为微量区成分标准分析法的中性自放射分析法亦开始试用于Zn、As、sn、sb等元素的分析中,成为一种高精度的微量分析技术。
对钢铁相关部门作出贡献的分析技术
红外分光法的应用。红外分光法以有机物为中心,作为一种结构解析、定性、定量分析的手段,得到了广泛的应用。最为重要的是其在近年来使用比例逐渐上升的在褐铁矿中的使用。褐铁矿在加热后脱水时会产生龟裂,故在粉矿造粒、烧结工序时需要检测粉矿的脱水情况。利用高温红外分光光度仪和热重法测量装置可对含水氧化铁的变化进行解析,今后应进一步扩大该技术的应用范围,并应用于对各种铁矿石进行评价。
气体监控法的应用。钢铁生产工艺属于高温下的原燃料化学反应,其基本工艺多年来没有发生变化。但近年来为了降低成本,钢铁企业纷纷扩大了对低质煤的使用比例,为了掌握低质煤在焦化过程中的变化,日本钢铁业成功开发了气体监控技术。该技术具体用于对有关煤种加热后产生的气体变化进行测定,结果发现某两种煤的甲烷发生量和热重反应的重量变化曲线基本相似。将此装置作为现场分析装置安装在焦炉上进行连续测定,考虑到钢铁工业的高温工艺较多,有些化学反应尚不明确,故此方法拥有较大的发展空间,将成为今后的主要研究方向。
不稳定气体的高感度分析。为了将气体监控法应用于不稳定设备和微量气体分析,需要将灵敏度提高到1ppm级的水平。目前,有关方面已开发出超声速喷气多光子共鸣质量分析法,即将常压气体喷入真空中,利用绝热膨胀的冷却效果将气体中的对象粒子冷却。由于分子的频谱率先被锐化,在不经有关处理的条件下,分子量完全相同的同分异构体便可分离。
核磁共振法(NMR)的应用。与X射线相比,核磁共振法对化学结构的短程信息更为敏感,故在高分子化学和有机材料科学领域得到了广泛的应用,但在钢铁行业很少应用。近年来,该方法在煤的干馏过程解析技术中得到了使用。煤是一种非常不均匀的材料,是钢铁工业的重要燃料。目前,对其在加热状态下软化熔融的机理还有待进一步研究。为了明确其机理而建立的高温加热状态下的观测系统,可观察出煤的成分随温度而变化的全过程,由此对在炼焦炉中配人低黏结性煤和缩短干馏时间等方面作出了贡献。
分析技术今后发展展望
今后,从事钢铁分析评价及解析技术的研究人员,应开发出更多与时俱进的新技术并对老技术进行必要的改进。
钢铁材料的性能基本上取决于其化学成分,故钢铁业的主要工艺的制定很大程度上取决于材料的成分分析;在开发新材料时,对材料中微量元素的存在状态、组织形态和结晶方法的了解至关重要;此外,质量保证体系和环保技术的改进符合可持续发展、构建和谐社会的要求。以上这些技术的研究开发工作都要依赖于分析评价及解析技术的发展。
为实现分析管理自动化以及工序管理分析的快速化要求,新型快速分析技术的开发和实用将成为此领域的重要课题。不需要熟练操作技术的化学量型分析、微量夹杂物的分析解析技术以及纳米级快速表面分析技术的研发进程,将在一定程度上决定未来一段时间内钢铁行业的发展。在钢铁的分析评价及解析技术方面,尽管目前有多种方法正在研发应用,但在实用性方面仍有一些缺陷,因此,应更多地关注已开发技术的实用化过程。