一种冶金成分快速分析的激光诱导击穿光谱仪和分析方法，属于冶金成分分析技术领域。该光谱仪包括纳秒激光器、多道光电直读光谱仪、同步控制装置、成分分析计算机、反射镜、聚焦透镜、样本室、样本容器、供氩系统、搜集透镜、光纤。纳秒激光器和成分分析计算机通过电缆相连，成分分析计算机和多道光电直读光谱仪通过电缆相连，多道光电直读光谱仪和同步控制装置通过电缆相连，同步控制装置和成分分析计算机通过电缆相连。分析方法包括各非基体元素工作曲线的建立、未知样本中各非基体元素含量的测量两部分。优点在于，检测分析无需对样本进行前处理，能在一分钟内得到准确的检测结果，精度达到现场分析的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金成分分析
，特别是提供了一种。
技术介绍
在金属冶炼过程中，为了保证质量，必须进行多次炉前成分分析，目前常用的快速分析方法主要是火花光电直读光谱法和荧光光谱法。对于每次分析，都需要取样、送样、磨样、测试，最快也需要4分钟才可得到结果。这样降低了分析的效率，增加了能耗，难以适应现代冶炼生产的要求。为此，冶金工作者不断发展了冶金成分快速分析方法，这些快速分析方法都以直接分析熔体成分而不是固体成分为出发点。 在熔体气体成分检测方面，文献(张军颖，朱诚意，李光强.钢水成分传感器及其应用进展.传感器世界.2005(10) :6-11.)和(万雅竞.现代冶金传感器.北京机械工业出版社，2009)综述了 0、N、H元素的检测现状。目前冶金行业已有实用的在线检测气体元素O、H、N的装置，主要使用电化学原理的探头(钢水和铜水，0)或者载气探头(钢水和铝水，H)，分析仪器使用定氧仪(O)、热导仪(H)或者质谱仪(0、H、N)。在熔体非气体元素检测方面，目前已有C、Si、S的实用在线检测装置，传感器使用热电效应的副枪(C)或定碳杯(C或C+Si)，和电化学原理的探头(S)。仪器使用毫伏信号检测器。文献(N.Ramaseder, J. Gruber, J. Heitz, D. Baeuerle.连续分析冶金炉中钢水化学成分的新型VAI-C0N Chem系统.钢铁.2002, 37(10) : 19-22)报道了使用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)进行AOD炉钢水Cr、Ni、Mn元素在线检测的实用装置。它的特点是利用风口进行连续测量，但只能测量熔体中风口附近固定点的成分；另外，由于许多熔炼炉不存在风口，因此这种测量技术不便于推广到这些炉型。文献(林晓梅，曹继庆，殷庆辉，刘晓庆.基于LIBS技术的AOD炉硅含量在线分析.铁合金.2009(1) :41-44)报道了使用LIBS技术进行AOD炉钢水Si含量在线检测的实用装置，特点是通过自行设计取样器将熔体取放到炉口样本池，再使用LIBS仪器对熔体取样进行成分。这相对于传统的取样而言前进了一步，即对液体进行测量而不是对固体进行测量，但针对的单一元素测量而不是多元素同时测量。文献(DeSaro, R. , ffeisberg, A. , Craparo, J. , In Situ, Real TimeMeasurement ofAluminum, Steel, and Glass Melt Chemistries Using Laser InducedBreakdown Spectroscopy, 2005 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency inIndustry, West Point, NY July 19-22，2005)报道了使用LIBS技术进行工业现场铝合金熔体中Al、Cu、Fe、Mg、Mn、Si、Cr的在线检测的实用装置，其传感器是浸入在熔体的探头(专利号US6784429B2)。此传感器特点是能进行铝合金熔体的连续测量，未见有在钢水中进行测量的报道(钢水温度一般比铝合金熔体温度高300飞00度)。文献(C. Aragon, J. A. Agulera, and J Campos. Determination of CarbonContent in Molten Steel Using Laser-Induced Brakdown Spectroscopy. AppliedSpectroscopy. 1993，47(5) :606-608)在实验室使用LIBS仪器和探头进行小型高频炉钢水C成分连续测量的研究，未见有在工业现场进行实用的报道；文献(Laszlo Peter, Volker Sturm, and Reinhard Noll. Liquid steelanalysis with laser-induced brakdown spectrometry in the vacuum ultraviolet.Applied Optics. 2003, 42(30) :6199-6203)在实验室使用LIBS仪器和探头进行小型中频炉钢水中多成分(C、S、P、Cr、Ni)的连续测量，但探头需要添加水冷系统等特殊设计，为确保安全，探头结构复杂，因此探头使用成本较高。未见有在工业现场进行实用的报道。综述所述，还未见有一种装置，能适应不同熔体温度、能进行多元素同时测量且使用成本较低的炉前快速成分测量系统。解决这一问题的技术有两种一种是使用消耗式探头并匹配LIBS技术直接对熔体进行多元素测量；一种是将熔体取样放置在仪器内，使探头和熔体隔开一定距离，以对熔体进行测量。这两种方法降低了探头的复杂性，降低了使用成 本，易于在现场使用。前一种技术已有专利技术(“一种冶金成分在线检测装置及方法”)涉及。本专利技术着重于后一种技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。使用样勺从炉中取出熔体样本放入到样本容器(比如坩埚)中，然后将样本容器放入仪器的样本室中，然后对熔体样本进行测量。它无需对样本进行前处理，能在一分钟内得到准确的检测结果，精度达到现场分析的要求。注在分析领域里，检测时间不包括建立样本各元素的标准曲线的时间，因为建立标准曲线可以事先做好，而只是在测量未知样本元素含量时引用计算。对于钢铁熔炼，本专利技术的冶金成分是指C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Al、Cu等；对铜合金熔炼，本专利技术的冶金成分是指Pb、Fe、Ni、Al、Mn、Sn、Si、P等，对于铝合金熔炼，本专利技术的冶金成分是指Si、Cr、Mn、Fe、Al、Cu等；本仪器的原理是一定高能的脉冲激光束会聚于样本表面，在极短的时间内使会聚点处的微量物质电离气化，形成高温高压的等离子体，辐射出等离子体光谱。通过分析原子和离子谱线的波长就可以确定元素的种类；依据谱线的信号强度可以计算元素的含量。本专利技术的激光诱导击穿光谱仪包括纳秒激光器I、多道光电直读光谱仪2、同步控制装置3、成分分析计算机4、反射镜5、聚焦透镜6、样本室7、样本容器8、供氩系统9、搜集透镜10、光纤11。如图I所示。纳秒激光器I和成分分析计算机4通过电缆相连，成分分析计算机4和多道光电直读光谱仪2通过电缆相连，多道光电直读光谱仪2和同步控制装置3通过电缆相连，同步控制装置3和成分分析计算机4通过电缆相连；样本室7的上部固定安装有聚焦透镜6和搜集透镜10，光纤11入光的一端也固定安装在样本室7上，另一端和多道光电直读光谱仪2相连；聚焦透镜和搜集透镜10呈V型角，角度15 30度；聚焦透镜6采用焦距10 30cm、直径5 15cm的凸透镜；搜集透镜10米用焦距10 30cm、直径5 15cm的凸透镜；光纤11芯径400um,抗紫外处理,销甲封装，0.5 2米长；样本室7的底部可以放置样本容器8。样本容器8除在上端开有一个直径为5 20mm的小孔外，近似于一个用耐火材料做成的密封的空心圆柱形容器，样本容器8的内部可以装熔体。样本容器8的结构保证在通过小孔提供传光通路的同时，使内装的熔体尽可能少辐射和少传导热量给聚焦透镜6及搜集透镜10。样本室7的侧面有盖，可以打开和关闭，用于取放样本容器8 ;此盖带有密封圈，用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种冶金成分快速分析的激光诱导击穿光谱仪，其特征在于，包括纳秒激光器（1）、多道光电直读光谱仪（2）、同步控制装置（3）、成分分析计算机（4）、反射镜（5）、聚焦透镜（6）、样本室（7）、样本容器（8）、供氩系统（9）、搜集透镜（10）、光纤（11）；纳秒激光器（1）和成分分析计算机（4）通过电缆相连，成分分析计算机（4）和多道光电直读光谱仪（2）通过电缆相连，多道光电直读光谱仪（2）和同步控制装置（3）通过电缆相连，同步控制装置（3）和成分分析计算机(4)通过电缆相连；样本室(7)的上部固定安装有聚焦透镜(6)和搜集透镜(10)，光纤(11)入光的一端也固定安装在样本室(7)上，另一端和多道光电直读光谱仪(2)相连；样本室(7)和供氩系统(9)相连，样本室(7)接受供氩系统(9)提供的氩气；纳秒激光器(1)发射出脉冲激光到达反射镜（5），经反射后到达聚焦透镜（6），经聚焦后达到样本容器（8）中的样本表面产生等离子体，等离子体冷却后产生的光线经搜集透镜（10）进入到光纤（11），最后进入多道光电直读光谱仪（2）；聚焦透镜（6）和搜集透镜(10)呈V型角，角度15～30度；聚焦透镜(6)采用焦距10～30cm、直径5～15cm的凸透镜；搜集透镜(10)采用焦距10～30cm、直径5～15cm的凸透镜；光纤(11)芯径400um，抗紫外处理，铠甲封装，0.5～2米长；样本室(7)的底部放置样本容器(8)，样本容器（8）的内部装熔体；样本室（7）的侧面有盖，此盖带有密封圈，在盖处于关闭状态时使样本室（7）处于密封状态。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴少波，李潘，杨小军，孙彦广，于立业，张云贵，苏胜石，
申请(专利权)人：冶金自动化研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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