双脉冲LIBS技术定量分析低碳铬铁合金熔液

The real-time monitoring of carbon increase at every link of steelmaking and adjusting steelmaking process play a very important role in improving production efficacy and quality of products. In this project, we will focus on developing a real-time monitoring method to determine carbon content at the simulated experiment conditions when making low-carbon ferrochrome. The double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy (DP-LIBS) will be used to collect spectra lines of the molten low-carbon ferrochrome in UV region from 180 to 380 nm. Combining genetic algorithm with rough set classification algorithm, a new algorithm will be created and used to separate multi-spectral lines. And then the content of carbon will be determined by the modified and optimum internal standard quantitative analysis method. The limit of detection and accurancy will be carried out to estimate the quality of the method applied for detection of molten low-carbon in ferrochrome under different conditions, moreover, the results will be useful for its deep research and application.

在铁合金冶炼过程中实时监测各环节熔液中成分含量的变化，尤其是含碳量的变化，调控冶炼过程，对提高生产效率和产品质量有重要意义。本申请项目旨在发展一种低碳铬铁合金冶炼过程中碳含量测量和分析方法，为实时测定提供基础。首先在模拟实验条件下采用双脉冲激光诱导击穿光谱(Double-Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, DP-LIBS)技术收集紫外区(180-380nm)低碳铬铁合金熔液的光谱线，将遗传算法和粗糙集分类算法相结合建立全新的多光谱线分离算法，对光谱线进行分离，并在实验条件下将内标法进行改进及优化，再进行微量碳的定量分析；还将仔细考查不同实验条件下分析方法的检测限和准确度，评估DP-LIBS技术在钢铁熔液中低含量弱信号非金属元素测定中的应用质量问题，为其深入研究和实际应用提供理论基础和有效方法。

激光诱导光谱分析技术是近几年迅速发展的物质成分检测技术，可根据不同环境需要对各种形态的物质进行实时检测分析。与传统的分析方法相比，具有无需制样、响应快速等优点，可以实现复杂环境下的物质成分快速检测，具有很高的应用价值。.本项目提出了一种低碳铬铁合金冶炼过程中碳元素含量测量分析方法，主要实现样品冶炼过程中实时监测各环节熔液中成分含量的变化。首先搭建实验平台，采用双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术收集紫外区(180-300nm)低碳铬铁合金熔液的光谱谱线。分析影响光谱特征谱线采集的影响因素，进而选取特征谱线。其次，进行谱线分离算法的实现与修正。建立碳元素含量检测模型，并进行去重叠干扰研究。将遗传算法和粗糙集分类算法相结合建立全新的多光谱谱线分离算法。最后对测试质量进行了研究。定量分析后评估了DP-LIBS技术在低碳铬铁合金溶液中低含量弱信号非金属元素测定中的应用质量问题，为其深入研究和实际应用提供理论基础和有效方法。.项目执行过程中收获了丰富的研究成果，在国内外权威学术期刊和会议上发表及录用学术论文17篇，其中，SCI 论文8篇，EI 论文5篇，核心论文4篇；授权发明专利1项；培养研究生19名。在理论上，本项目促进了双脉冲激光诱导低碳铬铁合金溶液光谱分析技术的完善，拓宽了激光光谱分析技术的应用范围，推动了非金属元素监测理论的发展。在应用上，本项目研发了一台产品样机，应用于吉林铁合金低碳铬铁合金冶炼现场，将理论成果进行了实践，验证了理论方法与技术方案的可行性，提高了现场冶炼的经济效率。