基于DP-LIBS的铁合金碳含量检测的研究与实现

发布时间：2020-06-20 08:21

【摘要】：铁合金冶炼过程中实时监测各个环节含碳量的变化,调控冶炼过程,对提高生产效率和产品质量有重要意义。LIBS技术已被广泛应用于多个领域,在钢铁冶炼中,它比较适合金属元素,对于非金属元素,它的技术效果并不好。由于DP-LIBS的烧蚀效率,谱线强度及元素检出限有很大程度提高,使得DP-LIBS检测铁合金中弱信号的碳含量成为可能。本文首先对DP-LIBS技术背景和研究现状进行概述。然后在平衡条件和非平衡条件下分别分析光谱发射物理过程中的不同方面,这里我们介绍了基于能级模式减小到一个集总的三级系统的计算原子种类配分函数的方法,这种方法简单、精确。通过例子说明碰撞辐射模型,强调电子能量分布函数与激发态粒子布居与辐射的耦合；讨论用于描述一维和二维空间LIBS等离子体羽膨胀的模型,这个模型包括流体动力学方程。激光诱导击穿光谱技术由于它制样简单,无需样品准备,能在标准大气压下操作等特点成为一个很具吸引力的技术。我们关注在非标准压力和不同环境气体下LIBS的研究,改变大气压力观察LIBS的光谱特性,如果合理选择压力和气体组成能提高分辨率、信号强度和总体的信噪比,同时,周围环境气体的组成与压力对物质烧蚀也会产生影响。最后,在DP-LIBS实验平台上检测铁合金中碳信号,使用共线型双脉冲结构在惰性气体环境下进行实验,我们研究DP-LIBS的传统方法,包括脉冲间隔大小和激光波长组合对碳信号强度的影响；同时,讨论物质热扩散性与观察到的等离子体温度的关系。研究中发现,与单脉冲LIBS相比,使用双脉冲激光检测铁合金中碳信号主要在于提高碳信号强度,等离子体稳定性和持久性。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF63
【图文】：

实验设备,可焊性

２００７年我们在做国家科技支撑计划项目《l#氧精炼铁合金节能减排工艺技术应逡逑用研究》项目时就开始对合金成分精确在线检测进行研巧，采用了Ｌ距Ｓ技术对低碳逡逑络铁合金进行成份定量分析（设备如图１－１和图１－２所示），该项目获得吉林省科技逡逑进步一等奖，但是，我们发现合金中所含金属成分检测的值比非金属检测的值精度要逡逑高，而合金的性能受制于非金属成分。碳是钢材中最重要的硬化元素，其含量决定钢逡逑材种类和质量，如表１－１所示。如果能及时了解炼钢（主要炼钢方式为ＡＯＤ炉和转逡逑炉）过程中各个环节的碳含量，那么可Ｗ随时调节冶炼过程，钢铁的质量和生产效率逡逑也将大大提高。逡逑逦表跋元素含量对钢铁性能的影响逦逡逑种类逦碳含量逦Ｍ逦逡逑低碳钢逦＜０．２５％逦强度较低，塑性和可焊性较好逦逡逑中碳钢逦０．２５－０．６０％逦较高的强度，但塑椎和可焊性较差逦逡逑高碳钢逦＞０．６０％逦强度和硬度大，但塑性和可焊性不好逦逡逑ＵＢＳ技术自其问世来受到了广泛关注和研巧

共线性

不可能改变脉冲的波长和持续时间造成的限制和在空间上分离的两个激光脉逡逑冲的问题。因此，第一个双脉冲ＵＢＳ实验是在所谓的共线型结构中进行的，即两个逡逑激光脉冲沿相同的路径行进（在它们之间具有适当的时间延迟，参见图２－１）。逡逑第二束脉冲逡逑妙逡逑第一束脉冲逡逑样品逡逑图２－１共线性双廊冲结构逡逑一个共线型Ｌ扭Ｓ实验结构是相对简单的，即使两个独立的激光器用于产生第一逡逑束脉冲和第二束激光脉冲（两个激光束沿相同的光路行进）；另一方面，第二束脉冲逡逑与样品及与第一束化冲产生的等离子体之间物理过程的理论模型并不简单。凡年前才逡逑对在双脉冲ＵＢＳ信号增强机制有了的全面理解，从一个纯粹的现象学上看，相对于逡逑单脉冲结构，共线型双脉冲结构的特征在于较大的烧蚀质量。如果在激光诱导击穿光逡逑谱测量是在大气压下的空气中进行的，来自大气中元素（Ｎ，０，邋Ｃ）在双脉冲结构中逡逑的发射谱线相对于单脉冲结构有明显的降低。逡逑９逡逑

【参考文献】