Спектральная лаборатория

1. Необходимость организации лаборатории на предприятиях для быстрого анализа состава цветных, черных металлов

Все компании, занимающиеся в той или иной степени металлами, хорошо знают, что в последние годы значительно выросло количество поставщиков металла, а также участились случаи несоответствия сертификата поставляемому металлу, не говоря уже о случаях отсутствия сертификатов как таковых и прямого подлога, поставок более дешевых сортов продукции взамен дорогостоящих. Отсутствие возможности экспрессного анализа в таких случаях может привести к огромных экономическим потерям, особенно если несоответствие марки выясняется уже тогда, когда металл запущен в производство.

Таким образом, Вам нужна лаборатория, если Вы:

- занимаетесь сбором металлолома (алюминий, медь, свинец, титан, нержавеющие стали)

- имеете или планируете построить плавильную печь для выплавки металлов

- получаете металл или материалы от поставщиков и хотите определять марки, подтвердить или опротестовать соответствие металла сертификату

В основной своей массе (более 80% от общего количества анализов) для быстрого и точного контроля состава металлов используется спектральный метод анализа, который обладает следующими преимуществами:

1. Современные спектральные приборы (спектрометры) позволяют за 1-2 минуты определить полный химический состав металла (до 50-60 элементов одновременно) с высокой точностью.

2. Данный метод, в отличие, например, от рентгеновских приборов, не содержит источников ионизирующего излучения и, соответственно, не требует разрешения СЭС и других органов.

3. Несомненным преимуществом является и то, что для спектрального анализа не существует ограничений по атомному весу элементов, в то время как основная масса рентгеновских спектрометров не могут анализировать легкие элементы, такие как кремний, алюминий, бор, углерод, которые на самом деле чрезвычайно важны при определение марки металла.

4. Спектральные приборы менее чувствительны к качеству поверхности пробы металла, а для ряда приборов возможен анализ проб практически любой формы.

Как правило, все приборы очень точные и серьезные, поэтому целесообразно организовывать лабораторию, если Вам нужны не единичные анализы, а достаточно массовые (хотя бы 5-10 анализов в смену, максимально – до 200-600 анализов в смену на 1 прибор).

Обычно спектрометры окупают себя за 1-2 года, поэтому вложение средств в собственную лабораторию – очень удачный способ повысить собственную эффективность и качество продукции, застраховаться от потерь, вызванных недобросовестными поставщиками металла, а также сэкономить на легирующих материалах при собственной выплавке металла (при точном анализе Вы можете плавить металл на нижней границе по дорогостоящим легирующим добавкам, допускаемым ГОСТом или ТУ, без риска получить немарочный металл).

2. Что может лаборатория

Лаборатория за 1 –2 минуты выдает точный состав металла непосредственно в процентах концентрации по всем интересующим элементам одновременно (именно по этим элементам и для этих марок металла или групп сходных марок металла спектрометр настраивается и калибруется по стандартным образцам).Это производится один раз при монтаже спектрометра и проведении пуско-наладочных работ специалистами фирмы-изготовителя. Важно, что на одном спектрометре можно проводить анализ разных металлов, скажем, на медной основе, а через минуту – на алюминиевой, что очень удобно для развивающихся и многопрофильных предприятий.

3. Состав лаборатории

Лаборатория состоит из одного или нескольких (что зависит от количества анализов в смену) спектрометров, снабженных компьютером, принтером, простейшего оборудования для отбора проб металла: кокили специальной формы для заливки проб жидкого металла, оборудование для подготовки поверхности металла для анализа (отрезной, шлифовальный станок), комплектов стандартных образцов состава металлов определяемых марок металла.

Спектрометр имеет источник света (дуговой или искровой генератор), оптику (для разложения излучения паров металла в спектр), электронику. Управление спектрометром и вывод данных осуществляется с помощью персонального компьютера, печать результатов – с помощью принтера (есть и возможность передачи результатов анализа по внутризаводской сети). На спектрометре работает 1 лаборант.

4. Какой спектрометр нужен именно Вам?

Если Вы только начинаете создавать лабораторию, очень полезным будет проконсультиро­ваться со специалистами в области спектрального анализа по выбору типа оборудования. Это поможет Вам избежать ошибок.

Специалист обязательно спросит Вас, какие материалы, марки Вы хотите анализировать, а также по каким элементам и в каких пределах нужно определять концентрации этих элементов.

От этого зависит тип спектрометра, количество аналитических каналов, количество необходимых стандартных образцов, и, соответственно, цена. В каждом случае есть свой оптимальный выбор, который, с одной стороны, позволит решить все задачи, а с другой, минимизирует Ваши затраты.

5. Какие существуют типы оптических эмиссионных спектрометров

Выпускаемые оптические эмиссионные спектрометры делятся

А) по типу установки на:

стационарные (лабораторные приборы) – это спектрометры достаточно больших габаритов (что вызвано необходимостью хорошей дисперсии оптического блока для получения чистых, свободных от наложений аналитических линий). Это приборы наивысшей точности. Их применение особенно оправдано при проведении процесса плавки металла, когда надо за короткое время получить точный химический состав в расплаве, быстро оценить необходимость дополнительного легирования или других действий металлургов, а также провести плавку на минимуме дорогостоящих легирующих элементов и, в то же время, с гарантией попадания в марку. Типичные представители лабораторных высокоточных спектрометров – ARL 3460, ARL4460, SPECTROLAB, из отечественных – ДФС-51 «СЛ» и МФС-8 «СЛ».

мобильные (передвижные и переносные приборы), основная задача которых сводится к определению марки металла, что не требует столь высокой точности, как у лабораторных приборов, но приводит к необходимости уменьшения веса и габаритов прибора. Также желательно наличие выносного штатива (пистолета), с помощью которого можно делать анализ состава крупногабаритных деталей без резки, металла на складе, в цеху, на шихтовом дворе. Типичные представители мобильных приборов – ARCMET-830, отечественный – «МИНИЛАБ СЛ».

Б) по спектральному диапазону измеряемых длин волн в полихроматоре – на:

воздушные (МФС-8 «СЛ») (короткая граница длин волн от 200 нм), в которых можно определять содержания всех практически интересных элементов в металлах, за исключением углерода, фосфора и серы, т.к. чувствительные линии последних поглощаются воздухом

вакуумные (ДФС-51 «СЛ») или, как вариант, газонаполненные, в которых среди всех прочих можно измерять и интенсивности углерода, фосфора и серы. Конечно, при анализе стали и чугуна необходимо иметь такой тип полихроматора, в котором отсутствует воздух (он либо откачивается насосом, либо замещается чистыми газами, прозрачными в области от 170 до 200 нм, например, аргоном или азотом).

В) по типу применяемых приемников излучения на:

приборы с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), для которых характерны предельно низкие соотношения сигнала к шуму, т.е. возможны самые точные измерения и измерения слабых линий (анализ малых концентраций). Для измерения любой линии требуется отдельный ФЭУ, что приводит к ограничению по количеству измеряемых каналов и невозможности анализа непрерывного спектра.

приборы с регистрацией на твердотельных приемниках типа ПЗС (приборы с зарядовой связью) и фотодиодных приемниках, которые могут регистрировать весь измеряемый спектр одновременно (доступны сотни или даже тысячи линий), но уступают ФЭУ по чувствительности и точности. Привлекательны своей универсальностью, практически неограниченным числом каналов, возможностью построить компактный настольный спектрометр (типа МСА). Такие приборы дают возможность анализировать разные металлы, геологические пробы (в которых иногда надо определять до 50 элементов) на одном спектрометре.

Поэтому каждый прибор имеет свою наиболее привлекательную для использования нишу, и первоочередной задачей при выборе спектрометра является выяснение точной аналитической задачи.

В связи с этим можно рекомендовать выбор приборов таким образом:

СТАЦИОНАРНЫЕ (ЛАБОРАТОРНЫЕ) СПЕКТРОМЕТРЫ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ

КОМПАКТНЫЙ (НАСТОЛЬНЫЙ) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СПЕКТРОМЕТР

МОБИЛЬНЫЙ (ПЕРЕДВИЖНОЙ) СПЕКТРОМЕТР С ПИСТОЛЕТОМ НА ГИБКОМ СВЕТОВОДЕ

6. МФС-8 «SL» – стационарный воздушный оптический эмиссионный спектрометр

Предназначен для точного определения химического состава цветных металлов, их сплавов на все интересующие элементы. Очень удобен спектрометр для анализа алюминия и сплавов на его основе (все виды литейных и деформируемых сплавов, обезличенные образцы) на Si, Fe, Cr, Ni, Сu, Al, Ti, Bi, As, Pb, Zn, Mg, Zr, Na, Li меди и медных сплавов, свинца и свинцовистых сплавов, бронз, латуней, благородных металлов и т.д.

Спектрометр может применяться и для анализа черных металлов, стали, нержавеющих и других марок, чугунов, - при этом он определяет все элементы, кроме серы и фосфора.

7. ДФС-51 «SL» – стационарный вакуумный спектрометр

Предназначен для анализа черных металлов (стали, в том числе нержавеющих и других высоколегированных марок, чугунов с определением всех элементов, в том числе углерода, серы и фосфора). Спектрометр может применяться и для анализа цветных сплавов и металлов. Этот спектрометр имеет штатив с аргоновой продувкой, поэтому он, также как и все импортные спектрометры, требует снабжения аргоном высокой чистоты. Этот прибор более сложный, как правило, нужен при выплавке черных металлов.

8. Мобильный (передвижной ) спектрометр для разбраковки металлов по маркам на месте

ЗАО «Спектральная лаборатория» производит единственный в России мобильный спектрометр, назначение которого – проведение экспресс-анализа любых металлов и их сплавов с целью определения состава (марки). Небольшой прибор на специальной тележке, легко перемещается по складу, шихтовому двору, цеху. Выносной пистолет позволяет проводить анализ металлов без их отрезания прямо в месте расположения. Прибор снабжен промышленным компьютером, защищенным от пыли, влаги, вибраций.