双光束激光诱导等离子体光谱技术在线检测钢水成份研究

激光诱导击穿光谱由于具有快速实时、可用于恶劣环境和定量遥测等优点，被认为是未来解决钢水冶炼痕量成份在线分析这一世界性难题最具潜力的技术手段。目前普遍认为采用双脉冲激发等离子体是提高钢水痕量成份检测灵敏度和分析精度的有效方法。但是由于高温钢水是一个含有大量基体及主体合金成份的复杂体系，国际上对其增强的机理，截至目前还没有一个全面统一的解释。..要更好地了解其增强机制并因此提高钢水痕量成份在线检测灵敏度和可靠性，需要对其基本物理过程有更好地理解。本项目首次在国内开展双脉冲激光诱导等离子体光谱在线检测钢水成份的物理机制研究。通过改变双脉冲能量和延迟及波长、环境气体种类和压力等参数，利用时间分辨和快速CCD成像，研究等离子体的形成及扩散演变过程、击穿产生的气溶胶、电子数密度、电子温度等对熔体多元素光谱信号的影响，结合理论建模，分析其增强的物理机制，确定最佳参数和钢水痕量成份标定方法。

高温钢水和熔融炉渣均是成分复杂且多变的物质，目前国际上通常采用原子吸收光谱和X射线荧光分析技术对其进行离线定量分析，而尚无实时在线分析技术可用。激光诱导击穿光谱由于具有快速实时、可用于恶劣环境和定量遥测等优点，被认为是未来解决金属冶炼痕量成份在线分析这一世界性难题最具潜力的技术手段。目前普遍认为采用双脉冲激发等离子体是提高钢水痕量成份检测灵敏度和分析精度的有效方法。由于高温钢水和高温熔融炉渣均是一个含有大量基体及主体合金成份的复杂体系，国际上对其增强的机理，截至目前还没有一个全面统一的解释。要更好地了解其增强机制，并基于此提高钢水和熔融炉渣成份在线检测的灵敏度和可靠性，需要对其基本物理过程有更好地理解。. 本项目首次在国内开展了双脉冲激光诱导等离子体光谱在线检测钢水和熔融炉渣成分的物理机制研究。通过改变ILBS系统的采集延时、门宽、激光聚焦位置和信号采集位置等，优化了LIBS系统参数。利用光纤逐点采集等离子体不同位置的发射光谱强度，结合快速ICCD成像，研究等离子体的形成及扩散演变过程、击穿产生的电子数密度、等离子体温度等对熔体多元素光谱信号的影响，初步分析了其增强的物理机制。鉴于样品成分的复杂性和多变性，我们基于神经网络、无标分析法和强度-浓度标准曲线法，通过优化输入参数和定量分析过程，对钢和炉渣样品进行了定量分析，并取得了一些令人鼓舞的结果。