基于LIBS技術(shù)的鋼水成分檢測(cè)優(yōu)化研究

　　[摘 要]鋼鐵行業(yè)作為推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱型產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國(guó)總體經(jīng)濟(jì)水平的提升具有重要意義。在煉鋼工藝流程中，最為重要的工作環(huán)節(jié)之一就是檢測(cè)并控制鋼水中的化學(xué)成分。所以，優(yōu)化鋼水成分檢測(cè)非常重要。在此背景下，文章簡(jiǎn)要闡述了LIBS技術(shù)在鋼水成分檢測(cè)中的應(yīng)用原理及其優(yōu)勢(shì)，并針對(duì)鋼水成分定性檢測(cè)以及定量檢測(cè)的優(yōu)化方法進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供一點(diǎn)參考。
　　[關(guān)鍵詞]LIBS技術(shù)；鋼水成分檢測(cè)；優(yōu)化方法
　　中圖分類號(hào)：S155 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0178-01
　　引言
　　在煉鋼工藝中，精確控制鋼水中的化學(xué)成分是非常重要的，這對(duì)于保證鋼鐵質(zhì)量以及應(yīng)用性能具有重要意義。然而，我國(guó)國(guó)內(nèi)一些企業(yè)鋼水成分檢測(cè)流程仍較為復(fù)雜，信息化水平不高，使得制樣時(shí)間長(zhǎng)，人力、物力消耗量大，不能準(zhǔn)確分析鋼水成分并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究LIBS技術(shù)下鋼水成分檢測(cè)優(yōu)化方法非常有必要。
　　1 LIBS技術(shù)應(yīng)用原理
　　物質(zhì)的基本粒子原子、離子在受到能量沖擊后稱為激發(fā)狀態(tài)，激發(fā)狀態(tài)發(fā)射出的能量有三種方式：熒光輻射、光吸收、光輻射。所以被激發(fā)的原子光譜的組成有：原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜三部分。LIBS就是典型的原子光譜分析法之一。LIBS測(cè)量原理圖如圖1所示。激光器發(fā)射出激光，經(jīng)由聚焦透鏡聚焦到樣品表面，聚焦點(diǎn)受能量沖擊后被激發(fā)產(chǎn)生等離子體。等離子體發(fā)射出的光譜被光纖收集傳送到光譜儀，光譜儀首先進(jìn)行分光，然后檢測(cè)光譜，將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且傳給電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。各個(gè)元素有其獨(dú)特的譜線，根據(jù)譜線波長(zhǎng)確定元素種類，根據(jù)光譜強(qiáng)度確定元素濃度。
　　2 LIBS技術(shù)在鋼水成分檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)
　　LIBS技術(shù)應(yīng)用在鋼鐵產(chǎn)業(yè)可以及時(shí)控制、調(diào)整鋼水的成分比例，從而可以很好地提升鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。LIBS技術(shù)在煉鋼過(guò)程中有著非常明顯的優(yōu)點(diǎn)：第一，發(fā)射的每個(gè)脈沖都能得到對(duì)應(yīng)的光譜，具有快速性、時(shí)效性；第二，檢測(cè)樣品損耗�。坏谌�，激光器發(fā)出的激光可以通過(guò)聚光系統(tǒng)將光束聚焦在遠(yuǎn)處，所以有可遠(yuǎn)距離測(cè)量、非接觸測(cè)量的優(yōu)勢(shì)；第四，樣品不需要經(jīng)過(guò)處理，并且可以同時(shí)檢測(cè)樣品中的多種元素。
　　3 鋼水成分定性檢測(cè)優(yōu)化方法分析
　　當(dāng)鋼水表面層遭受激光能量的沖擊時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生等離子體，從而發(fā)射出不同波長(zhǎng)的譜線，這時(shí)光譜儀進(jìn)行分光、收集光譜，并將這些圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，隨后根據(jù)譜線波長(zhǎng)來(lái)確定對(duì)應(yīng)的元素，進(jìn)而確定鋼水成分中所含有的不同金屬元素。這一過(guò)程就是鋼水定性檢測(cè)過(guò)程。元素定性分析有下面幾種：
　　3.1 標(biāo)譜對(duì)比法
　　使用標(biāo)譜對(duì)比法的依據(jù)是檢測(cè)的物質(zhì)中必須有指定成分，將含有指定元素成分的試樣和被檢測(cè)試樣物質(zhì)，設(shè)定在同一條件進(jìn)行激光誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，分析兩者得到的元素譜線，看是否有同一種譜線，以此方法來(lái)判斷屬于某種元素是否存在。
　　3.2 鐵譜比較法
　　一般情況下，業(yè)內(nèi)人士會(huì)選用鐵譜作為比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)譜，這是由于鐵譜具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，鐵譜譜線較多；第二，鐵譜譜線之間的間隔較為均勻，這在一定程度上方便了對(duì)照；第三，標(biāo)定準(zhǔn)確性高。鐵譜中的每一條譜線波長(zhǎng)都已經(jīng)被準(zhǔn)確測(cè)量過(guò)。在譜線檢測(cè)過(guò)程中，把待檢測(cè)物質(zhì)樣品和純鐵放在同一實(shí)驗(yàn)條件環(huán)境下，進(jìn)行物質(zhì)元素激發(fā)，把得到的元素譜線進(jìn)行放大對(duì)比，將實(shí)驗(yàn)得到的鐵元素譜線圖與元素標(biāo)準(zhǔn)光譜圖進(jìn)行重疊比較，然后看其它元素的譜線是否與元素標(biāo)準(zhǔn)光譜圖中的譜線趨勢(shì)有重疊，如果有重疊的地方，則可能有該種元素。實(shí)驗(yàn)中得到的譜線都可用此法進(jìn)行靈活的對(duì)比，來(lái)驗(yàn)證存在的元素種類。鐵元素譜線比較法可以校驗(yàn)多種不同的元素，方法靈活便捷，應(yīng)用比較普遍。
　　4 鋼水成分定量檢測(cè)優(yōu)化方法分析
　　現(xiàn)階段，基于LIBS技術(shù)的定量檢測(cè)方法包括：外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法以及自由定標(biāo)法。這些方法都有其自身的優(yōu)勢(shì)以及缺點(diǎn)，下面對(duì)這三種方法進(jìn)行介紹。第一，外標(biāo)法。外標(biāo)法是LIBS技術(shù)中進(jìn)行鋼水定量檢測(cè)的一種方法，但是其不會(huì)用到糾正因子，原理模型較為簡(jiǎn)單；第二，內(nèi)標(biāo)法。外標(biāo)譜線進(jìn)行對(duì)比測(cè)量元素的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)格，很難保證進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量條件都相同，因此難免會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的偏差，而內(nèi)標(biāo)法正好克服了這一難點(diǎn)，內(nèi)標(biāo)譜線法比外標(biāo)譜線法更加精確，適用性大；第三，自由標(biāo)定法。自由定標(biāo)法在實(shí)驗(yàn)中，不用對(duì)待測(cè)樣品中的元素模擬出定標(biāo)曲線，依據(jù)譜線的相對(duì)強(qiáng)度比，直接計(jì)算出樣品物質(zhì)中元素的百分含量。此方法有三個(gè)條件需要滿足：受外界能量沖擊產(chǎn)生的元素等離子體能全面的反應(yīng)樣品物質(zhì)的成分組成；等離子體在高溫環(huán)境下處在熱平衡狀態(tài)；忽略等離子體的元素譜線自身的自吸收效應(yīng)。通過(guò)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，自由定標(biāo)譜線法比內(nèi)標(biāo)、外標(biāo)譜線法更加簡(jiǎn)便直接，成本相對(duì)較低，而且可以進(jìn)行全元素測(cè)量，其在鋼水中Mn元素的定量檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛。
　　總結(jié)語(yǔ)
　　總而言之，通過(guò)對(duì)LIBS檢測(cè)技術(shù)的分析可以得知，LIBS光譜檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)效率高、時(shí)效性強(qiáng)、樣品損耗小、測(cè)量距離遠(yuǎn)等多重優(yōu)勢(shì)。所以，該技術(shù)在煉鋼領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，其在提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量以及效率方面也具有重要意義。為此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)更加深入地研究LIBS技術(shù)下鋼水成分檢驗(yàn)優(yōu)化方法，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)鋼鐵行業(yè)蓬勃發(fā)展。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 王維國(guó).基于LIBS鋼水成分在線檢測(cè)系統(tǒng)[D].華北理工大學(xué)，2017.
　　[2] 于云偲，潘從元，曾強(qiáng)，杜學(xué)維，魏珅，王聲波，王秋平.利用LIBS技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼液中多元素含量檢測(cè)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2016，36（08）：2613-2616.
　　[3] 馬翠紅，肖磊.基于LIBS技術(shù)的鋼水中Mn定量分析優(yōu)化方法[J].華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，38（03）：9-13.

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