基于LIBS技術(shù)的鋼水成分檢測優(yōu)化研究

　　[摘 要]鋼鐵行業(yè)作為推動我國國民經(jīng)濟的重要支柱型產(chǎn)業(yè)，對我國總體經(jīng)濟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)之一就是檢測并控制鋼水中的化學成分。所以，優(yōu)化鋼水成分檢測非常重要。在此背景下，文章簡要闡述了LIBS技術(shù)在鋼水成分檢測中的應用原理及其優(yōu)勢，并針對鋼水成分定性檢測以及定量檢測的優(yōu)化方法進行分析，希望能夠為相關(guān)工作者提供一點參考。
　　[關(guān)鍵詞]LIBS技術(shù)；鋼水成分檢測；優(yōu)化方法
　　中圖分類號：S155 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0178-01
　　引言
　　在煉鋼工藝中，精確控制鋼水中的化學成分是非常重要的，這對于保證鋼鐵質(zhì)量以及應用性能具有重要意義。然而，我國國內(nèi)一些企業(yè)鋼水成分檢測流程仍較為復雜，信息化水平不高，使得制樣時間長，人力、物力消耗量大，不能準確分析鋼水成分并進行及時調(diào)整，從而造成不必要的經(jīng)濟損失。因此，研究LIBS技術(shù)下鋼水成分檢測優(yōu)化方法非常有必要。
　　1 LIBS技術(shù)應用原理
　　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，光譜儀首先進行分光，然后檢測光譜，將光譜信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且傳給電腦進行數(shù)據(jù)分析。各個元素有其獨特的譜線，根據(jù)譜線波長確定元素種類，根據(jù)光譜強度確定元素濃度。
　　2 LIBS技術(shù)在鋼水成分檢測中的優(yōu)勢
　　LIBS技術(shù)應用在鋼鐵產(chǎn)業(yè)可以及時控制、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)在煉鋼過程中有著非常明顯的優(yōu)點：第一，發(fā)射的每個脈沖都能得到對應的光譜，具有快速性、時效性；第二，檢測樣品損耗小；第三，激光器發(fā)出的激光可以通過聚光系統(tǒng)將光束聚焦在遠處，所以有可遠距離測量、非接觸測量的優(yōu)勢；第四，樣品不需要經(jīng)過處理，并且可以同時檢測樣品中的多種元素。
　　3 鋼水成分定性檢測優(yōu)化方法分析
　　當鋼水表面層遭受激光能量的沖擊時，就會產(chǎn)生等離子體，從而發(fā)射出不同波長的譜線，這時光譜儀進行分光、收集光譜，并將這些圖像傳輸?shù)接嬎銠C中，隨后根據(jù)譜線波長來確定對應的元素，進而確定鋼水成分中所含有的不同金屬元素。這一過程就是鋼水定性檢測過程。元素定性分析有下面幾種：
　　3.1 標譜對比法
　　使用標譜對比法的依據(jù)是檢測的物質(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試樣物質(zhì)，設(shè)定在同一條件進行激光誘導實驗，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)人士會選用鐵譜作為比對標準譜，這是由于鐵譜具有以下幾點優(yōu)勢：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照；第三，標定準確性高。鐵譜中的每一條譜線波長都已經(jīng)被準確測量過。在譜線檢測過程中，把待檢測物質(zhì)樣品和純鐵放在同一實驗條件環(huán)境下，進行物質(zhì)元素激發(fā)，把得到的元素譜線進行放大對比，將實驗得到的鐵元素譜線圖與元素標準光譜圖進行重疊比較，然后看其它元素的譜線是否與元素標準光譜圖中的譜線趨勢有重疊，如果有重疊的地方，則可能有該種元素。實驗中得到的譜線都可用此法進行靈活的對比，來驗證存在的元素種類。鐵元素譜線比較法可以校驗多種不同的元素，方法靈活便捷，應用比較普遍。
　　4 鋼水成分定量檢測優(yōu)化方法分析
　　現(xiàn)階段，基于LIBS技術(shù)的定量檢測方法包括：外標法、內(nèi)標法以及自由定標法。這些方法都有其自身的優(yōu)勢以及缺點，下面對這三種方法進行介紹。第一，外標法。外標法是LIBS技術(shù)中進行鋼水定量檢測的一種方法，但是其不會用到糾正因子，原理模型較為簡單；第二，內(nèi)標法。外標譜線進行對比測量元素的測量方法實驗條件要求嚴格，很難保證進行實驗時測量條件都相同，因此難免會造成實驗結(jié)果有一定的偏差，而內(nèi)標法正好克服了這一難點，內(nèi)標譜線法比外標譜線法更加精確，適用性大；第三，自由標定法。自由定標法在實驗中，不用對待測樣品中的元素模擬出定標曲線，依據(jù)譜線的相對強度比，直接計算出樣品物質(zhì)中元素的百分含量。此方法有三個條件需要滿足：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。通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，自由定標譜線法比內(nèi)標、外標譜線法更加簡便直接，成本相對較低，而且可以進行全元素測量，其在鋼水中Mn元素的定量檢測中應用較為廣泛。
　　總結(jié)語
　　總而言之，通過對LIBS檢測技術(shù)的分析可以得知，LIBS光譜檢測技術(shù)具有檢測效率高、時效性強、樣品損耗小、測量距離遠等多重優(yōu)勢。所以，該技術(shù)在煉鋼領(lǐng)域具有巨大的應用潛力，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)人員應更加深入地研究LIBS技術(shù)下鋼水成分檢驗優(yōu)化方法，進而推動我國鋼鐵行業(yè)蓬勃發(fā)展。
　　參考文獻
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