应用中子活化技术检测烧结矿成分试验*

赵 龙

(1.丹东东方测控技术股份有限公司；2.吉林大学物理学院)

瞬发伽玛中子活化分析技术(PGNAA)是一种快速、无接触、无损的多元素在线分析技术，已经在煤炭、水泥、氧化铝、铜矿、环保等行业得到应用[1-10]。

烧结成品矿(简称烧结矿)作为炼铁的主要原料，其质量的提升尤其是碱度波动性的下降有利于改善炼铁厂的产能和效益。据统计，高炉原料碱度波动值由0.1降至0.075时，高炉增产1.5%，焦比降低0.8%[11-12]。目前烧结矿碱度检测大多采用人工或自动取样器取样、人工制样后送荧光分析仪化验的方式。采用自动取样器取样时，采样频率一般为1次/h，如采用人工取样，取样频率会更小。当烧结机工作状态变化时，不同粒度的成品矿碱度差异较大。将中子活化分析仪应用在烧结矿检测工艺点，实时在线全断面检测烧结矿成分，不仅可以解决人工取样的取样误差问题，还可以解决取样器取样频率低、代表性不强的弊端，为炼铁厂提供及时、准确的烧结矿成分信息，为稳定烧结机工作状态、改善烧结矿指标提供基本信息。

1 常规取样分析方法弊端

国内某烧结厂成品矿与冷返矿碱度分别为2.10，7.57，成分相差较大，铁、氧化钙、二氧化硅指标见表1。

表1 烧结矿与冷返矿组成分析 %

成品矿可代表粗粒烧结矿样品，冷返矿可代表细粒度烧结矿样品。人工取样难以做到全断面取样，容易忽略部分细粒样品成分贡献，从而产生人工取样误差。自动取样器全断面取样取样量较大，无法做到高频率取样。当原料成分波动较大时，也无法代表烧结矿实际成分的波动情况。

2 在线全断面取样检测试验

2.1 静态刻度校准试验

旁线式PGNAA分析仪放射源采用Cf-252自发中子裂变源，探测器采用大体积闪烁体探测器，通过静态刻度校准试验分析各个成分含量的变化斜率。试验采用自制试验样品，试验样品碱度为0.5～7.0，主要成分分析结果见表2，TFe、CaO、SiO2、碱度标定对照曲线见图1～图4。

表2 试验样品主要成分分析结果 %

从图1～图4可以看到，在较大范围内，中子活化分析仪对TFe、CaO、SiO2、碱度均具有极高的检测精度。

2.2 检测对照试验

图1 TFe含量标定对照曲线

图2 CaO含量标定对照曲线

图3 SiO2含量标定对照曲线

图4 碱度标定对照曲线

为验证中子活化分析仪对烧结矿主要成分的实际检测效果，采用国内某钢厂6个烧结车间烧结矿样品进行检测对照试验。烧结矿样品主要成分分析结果见表3，可以作为精准值评价不同检测方法的精度。

表3 烧结矿样品主要成分分析结果 %

为模拟取样、制样误差，在实验室内将每种样品混合均匀，随机取样并送交国内两家不同单位进行独立化验。丹东质量监督检验所化验结果见表4，国家钢铁材料测试中心化验结果见表5，中子活化旁线分析仪检测结果见表6。为消除各化验室化验结果的固定偏差，分别将丹东质量监督检验所化验结果、国家钢铁材料测试中心化验结果、中子活化旁线分析仪检测结果与样品成分精准值进行线性拟合，结果见表7。

表4 丹东质量监督检验所化验结果 %

表5 国家钢铁材料测试中心化验结果%

表6 中子活化分析仪分析结果%

表7 化验结果与样品精准值拟合线性拟合度

从表7可以看出，中子活化分析仪分析结果线性拟合度远远高于其他两家机构化验结果，丹东质量监督检验所和国家钢铁材料测试中心作为第三方检测机构，化验结果检测精度很高，因此误差主要产生于取样环节。旁线中子活化分析仪对烧结矿进行实时采样、成分分析能避免人工取样、制样的误差，从而有效保证检测精度。

3 结 论

通过试验可以看到中子活化技术检测烧结成品矿中的全铁、碱度指标具有非常理想的精度，TFe、SiO2、CaO线性拟合度均高达0.97，因此中子活化技术可应用在烧结矿成分在线检测领域。

试验仅采用中子活化技术检测烧结矿中的TFe、CaO、SiO2和碱度指标，而FeO也是衡量烧结矿成分的一个重要指标。下一步将进行FeO在线检测试验，从而为烧结矿一站式的化学成分在线检测仪表提供数据支持。