钢液中多元素的libs实时定量分析.doc

3 213ana3、Kns§XII2.2分析谱线的选取在本实验条件F・钢液等离子体发射光谐中，探测到的 Si和Mn尤粉线较少，而UFeitt线II啼F•乳为了避免 Fcitt线的F扰，分别选抒Si和Mn的灵敏线Si(l)288. 16 nm和Mn( 1)279. 48 nm作为分析线(1农爪飒子线〉［如图3 (a)］・而Cr氐子相对较易激发，实验中探测到的谱线比较丰 富.图3(b)所爪为Cr含比1・146%的20CrMnTi钢液庄425 〜437 nm波段的光谐图结介N1ST标准光谐数据库⑴］,在图3中标示岀相向的 特征谐线•其中Cr尤累的六条待征诜线的相关参数如衣2 所爪.从激发的I：下能级分析.Cr尤磺的6条原子待征说线 塔本町以分为两类,其中425.44. 427. 48和42& 97 nm为一 类，433.95, 434.45和435. 18 nm为一类.同类谐线的激发 待件比较相似.因此从中务选出一条谄蜂明显、轮晦消晰的 谱线42& 97和435.18 nm作为Cr元欢的分析谐线Table 2 Line parameter of Cr谄线波长 A/nm激发卜•能级E./eV激发1••能级 Ek/eV跃迁nt At /2s l>425. 4402. 913 4850.315427. 4802. 899 5380. 30742& 9702. 889 4530.316433. 950. 982 8813. 839 2270.069 2434. 451.003 683. 856 6980. 11435. 181.030 013. 878 2690.124 000]■ Si288.l6 *-0 9560.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28Concerntration of Si/%Fig. 5 Linear fitting of the spectral intensityto the mass concentration of Si由图4和图5中的定标曲线可知，Mn和Si无索的定标 曲线拟合度分别为0. 987和0. 956,四个样胡V次重复测岐 的郴对标准偵总分别为0. 87%〜4. 24%和2.09%〜7. 74%. 说明在本实验条件F，I*［接测笊钢液中的Si和Mn元索具有 较好的稳逐性.并能够较好的反映出相应元索浓度的变化.图6对比了两条Cr谱线的定标曲线，Cr( 1)435. 18 nm 和Cr(I)428. 97 nm的拟介度分别为0.927和0. 899,贡复测 秋的相对标准僞於分別为1.94%〜&49%和1.77%〜 4・95%・谱线的激发持性不同造成了定标曲线的尢异，在本 实验条件FCr⑴435.18nm更适于分析钢液中的Cr元素・18000-15000O Cr 428.97 Jt-0 899■ CMJ5.IS Jt-0.927120002.3 Mn, SI和Cr元素的定标曲线心钢铁融化和钢液保温过程中，样品一H处于沸腾状 态.液面“在一定的波动.选择较长俶距的集焦透镜以滅少 聚焦距离波动的侈响.同时平均100个脉冲激光作用所得光 谱信号作为一次测ht值，进一步提岛实验的稳定性，每个样 品恥复澈测備.即毎个样总共作用300个激光脉冲•以谱 线强度恥交测就的平均伉为纵坐标.对应分析尤索的质ht浓 度为横电标.建工定标删线。

图4和图5分別为四种熔融钢 液中Mn和Si尤索的定标曲线，JW谋总枠衣示 澈丑如测 诚的标准僞星.to the mass concentratk>n of Mn0 2 4 6 8 10 12 14Concerntration of Si/%F他 6 Linear fitting of two spectral intensityto the mass concentration of Cr2.4分析元素的质■浓度检测限钢液中大部分介金尤*的育M：较低.这就婪求检测技术 具右较好的低育卄检出能力，即4右较低的检测限检测限 (detection limit)也是评价UBS技术的恥耍拒标之一，通常 可以根锯F式计算得到U)D=3M (1)其中.U)D为检测限.d为对应元素定标曲线标准偏思k 为尤水待征谐线对应定标IHI线的斜率我3为根据式(1)・并 结介柿蔽尤索赵标曲线计算得到的冬分析尤索的检测限.背 景噪声相对稳定悄况F・定标曲线的斜中越大，检测限就越 低.从衣中吋以斤出，Mn和Si的检测限较低.分別为75. 723. 8 Mg・g '.Crju索的检测限较關.为724. 5 ug・g这可能是因为钢液中G的含星较高•造成谱线有一定程度 的自吸.降低了定标曲线的斜率•从而增大了检测限•Table 3 Limit of detection of analyzed elements—元素特征谱线/run检测限/(»g・glMn279. 4875.7Si28& 1623.8Cr435.18724.53结论本文利用澈光诱导击穿光谱技术直接对钢液成分进行检 测.建立了主要介金尤素Mn, Si和Cr的定标曲线。

对比分 析了大气和氮气氛国下钢液等离子体光诰持件差舁.结果表 明紐气气氛不仅可以避免钢液表面窝化.而R可以提高谱线 的强度值.有利于佬接测埔钢液成分.根据分析谱线的选取 原则确定了待测兀素的特征谄线，建立了 Mn和Si的定董分 析曲线.并对比了卿条Cr待征谱线建立的定标曲线.研究 表明，选择介适的谄线更冇利于元索的定fit分析址后计算 了待测尤索的质*浓度检测限.检测限均在愿・g・'级別, 能够较好的满足冶金材料分析的要求致谢：感谢广东省冶金产品质虽监督检测中心的黄中越 高T.和陈远用扃工的技术指导.References[1 ] WANG Hai-thou( T海舟)• Physical Testing and Chemical AnalysisCPart B：Chemical Analysis)(理化检验•化学分册)• 200L 37(2)： 49.[2] Andrzej W Miziolek・ Vincenzo Palleschi* Israel Schechter. I-3serInduced Breakdown Spectroscopy(LIBS): Fundamental and Applications. New York： Cambridge University Press. 200&[3] XIE Cheng-lit LU Ji・dong. LI Yong» et 谢盧利•陆继东・李 勇•等)• Journal of Huazhong University of Science and Technology (Nature Science Edition)(华中科技大学学报•自然科学版).2008• 36(10)： 114.[4] CUI Zhhfengt ZHANG Xian-yi> YAO Guan-xin. et al(崔执凤.张先礙•姚关心•等).Acta Physics Sinica(物理学报).2006 • 55(9)： 4506.[5] Kondo Hiroyukit Aimoto Michihiro, Yamamura Hideaki. ef al. Metallurgical Analysis冶金分析).2009. 29(1)： 13.[6] Bengtson Ame・ Thomas Bjork. Metallurgical Analysis(冶金分析).2009. 29(2)： &[7 ] Awadhesh K Rai. Yueh Fang-Yu> Jagdish P Singh. Review of Scientific Instruments. 2002• 73(10)： 3589.[8] Awadhesh K Rai* Yueh Fang-Yut Jagdish P・ Applied Optics* 2003♦ 42(12)： 207&[9 ] IjmsIo Peter• Volker Sturm. Reinhard Noll. Applied Optics* 2003• 42(30)： 6199.[10] Gerhard Hubmer* Reinhard Kitzberger. Karl MorwalcL Anal. Bioanal. Chem. • 2006• (385)： 219.[11] ZHENG Xiarrfeng. TANG Xiao-shuan> FENG Eryin» et d(郑贤锋.唐晓闩•凤尔ttL 铮).Chinese Journal of Atomic and Molecular Physics(原子与分了物理学报几2002> 19(3)： 267.[12] http：//physics, nist. gov.Real-Time, Quantitative Analysis of Multi-Elements in Liquid Steel byLIBSCHEN Kai. LU Ji-dong# ■ LI JurryanSchool of EHectric Power• South China University of Technology• Guangzhou 510640. ChinaAbstract The technique of laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) was applied to analyze the composition of liquid steel The results of research indicated that oxidation of liquid steel on the surface could be avoided because the argon and the plasma signal was enhanced at the same time. The surface of liquid steel was excited by high-energy pulse laser and plasma was formed in argon atmosphere. The spectral signal was collected with a multi-channel CCD spectrometer when the plasma cooled off and relevant information about the composition of samples was obtained The characteristic spectral lines of analyzed elements were selected according to the selecting principle of line in LIBS and the calibration curves of major alloying elements Mn> Si and Cr were constructed. The degrees of linear fitting were all more than 0.925 and the limit of detection of Mn> Si and Cr were 75.7■ 23- 8 and 7。