應用中子活化技術檢測燒結礦成分試驗*

趙 龍

(1.丹東東方測控技術股份有限公司；2.吉林大學物理學院)

瞬發伽瑪中子活化分析技術(PGNAA)是一種快速、無接觸、無損的多元素在線分析技術，已經在煤炭、水泥、氧化鋁、銅礦、環保等行業得到應用[1-10]。

燒結成品礦(簡稱燒結礦)作為煉鐵的主要原料，其質量的提升尤其是堿度波動性的下降有利于改善煉鐵廠的產能和效益。據統計，高爐原料堿度波動值由0.1降至0.075時，高爐增產1.5%，焦比降低0.8%[11-12]。目前燒結礦堿度檢測大多采用人工或自動取樣器取樣、人工制樣后送熒光分析儀化驗的方式。采用自動取樣器取樣時，采樣頻率一般為1次/h，如采用人工取樣，取樣頻率會更小。當燒結機工作狀態變化時，不同粒度的成品礦堿度差異較大。將中子活化分析儀應用在燒結礦檢測工藝點，實時在線全斷面檢測燒結礦成分，不僅可以解決人工取樣的取樣誤差問題，還可以解決取樣器取樣頻率低、代表性不強的弊端，為煉鐵廠提供及時、準確的燒結礦成分信息，為穩定燒結機工作狀態、改善燒結礦指標提供基本信息。

1 常規取樣分析方法弊端

國內某燒結廠成品礦與冷返礦堿度分別為2.10，7.57，成分相差較大，鐵、氧化鈣、二氧化硅指標見表1。

表1 燒結礦與冷返礦組成分析 %

成品礦可代表粗粒燒結礦樣品，冷返礦可代表細粒度燒結礦樣品。人工取樣難以做到全斷面取樣，容易忽略部分細粒樣品成分貢獻，從而產生人工取樣誤差。自動取樣器全斷面取樣取樣量較大，無法做到高頻率取樣。當原料成分波動較大時，也無法代表燒結礦實際成分的波動情況。

2 在線全斷面取樣檢測試驗

2.1 靜態刻度校準試驗

旁線式PGNAA分析儀放射源采用Cf-252自發中子裂變源，探測器采用大體積閃爍體探測器，通過靜態刻度校準試驗分析各個成分含量的變化斜率。試驗采用自制試驗樣品，試驗樣品堿度為0.5～7.0，主要成分分析結果見表2，TFe、CaO、SiO2、堿度標定對照曲線見圖1～圖4。

表2 試驗樣品主要成分分析結果 %

從圖1～圖4可以看到，在較大范圍內，中子活化分析儀對TFe、CaO、SiO2、堿度均具有極高的檢測精度。

2.2 檢測對照試驗

圖1 TFe含量標定對照曲線

圖2 CaO含量標定對照曲線

圖3 SiO2含量標定對照曲線

圖4 堿度標定對照曲線

為驗證中子活化分析儀對燒結礦主要成分的實際檢測效果，采用國內某鋼廠6個燒結車間燒結礦樣品進行檢測對照試驗。燒結礦樣品主要成分分析結果見表3，可以作為精準值評價不同檢測方法的精度。

表3 燒結礦樣品主要成分分析結果 %

為模擬取樣、制樣誤差，在實驗室內將每種樣品混合均勻，隨機取樣并送交國內兩家不同單位進行獨立化驗。丹東質量監督檢驗所化驗結果見表4，國家鋼鐵材料測試中心化驗結果見表5，中子活化旁線分析儀檢測結果見表6。為消除各化驗室化驗結果的固定偏差，分別將丹東質量監督檢驗所化驗結果、國家鋼鐵材料測試中心化驗結果、中子活化旁線分析儀檢測結果與樣品成分精準值進行線性擬合，結果見表7。

表4 丹東質量監督檢驗所化驗結果 %

表5 國家鋼鐵材料測試中心化驗結果%

表6 中子活化分析儀分析結果%

表7 化驗結果與樣品精準值擬合線性擬合度

從表7可以看出，中子活化分析儀分析結果線性擬合度遠遠高于其他兩家機構化驗結果，丹東質量監督檢驗所和國家鋼鐵材料測試中心作為第三方檢測機構，化驗結果檢測精度很高，因此誤差主要產生于取樣環節。旁線中子活化分析儀對燒結礦進行實時采樣、成分分析能避免人工取樣、制樣的誤差，從而有效保證檢測精度。

3 結 論

通過試驗可以看到中子活化技術檢測燒結成品礦中的全鐵、堿度指標具有非常理想的精度，TFe、SiO2、CaO線性擬合度均高達0.97，因此中子活化技術可應用在燒結礦成分在線檢測領域。

試驗僅采用中子活化技術檢測燒結礦中的TFe、CaO、SiO2和堿度指標，而FeO也是衡量燒結礦成分的一個重要指標。下一步將進行FeO在線檢測試驗，從而為燒結礦一站式的化學成分在線檢測儀表提供數據支持。