ICS73.060.10CCSD31YB鐵礦石高能脈沖激光多元素在線分析方法Ironore—Methodsofon-lineelementalanalysisbasedonhighenergypulsedlaser（報批稿）202X-XX-XX發布中華人民共和國工業和信息化部發布YB/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國鋼鐵工業協會提出。本文件由全國鐵礦石與直接還原鐵標準化技術委員會（SAC/TC317）歸口。本文件起草單位：英飛智信（北京）科技有限公司、北京大學、太原理工大學、天津海關化礦金屬材料檢測中心、英飛智信（蘇州）科技有限公司、山東鋼鐵集團日照有限公司、山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司。本文件主要起草人：羅隕飛、張國光、周小計、成中豪、倪琳、樊玉萍、董憲姝、周璐、邵徇、程亮、張文、劉躍勇、王軍、劉繼彬、王洪永、陳德凱、劉磊。YB/TXXXXX—XXXX鐵礦石高能脈沖激光多元素在線分析方法本文件規定了鐵礦石高能脈沖激光多元素在線分析方法的術語和定義、方法原理、儀器及設備、測量分析步驟和分析結果報出。本文件適用于鐵礦石、鐵精礦、球團礦及燒結礦中全鐵、硅、鋁、鈣、鎂元素的測定，并計算出酸堿度指標，測定范圍見表1。本方法為移動表面在線測量技術，適用于生產加工過程中的鐵礦石質量管理。表1測定范圍2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注冊日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T6730.1鐵礦石分析用預干燥試樣的制備GB/T6730.87鐵礦石全鐵及其他多元素含量的測定波長色散X射線熒光光譜法（鈷內標法）GB/T6379.1測量方法與結果的準確度（正確度與精密度）第1部分：總則與定義GB/T6379.2測量方法與結果的準確度（正確度與精密度）第2部分：確定標準測量方法的重復性與再現性的基本方法GB/T10322.1鐵礦石取樣和制樣方法GB/T20565鐵礦石和直接還原鐵術語GB/T38257激光誘導擊穿光譜法3術語和定義GB/T20565界定的以及下列術語和定義適用于本標準。3.1激光誘導擊穿光譜法laser-inducedbreakdownspectroscopy;LIBS通過激光燒蝕待分析物質形成等離子體,其中處于激發態的原子、離子或分子向低能級或基態躍遷時,向外發射特定能量的光子,形成特征光譜,進而獲得待分析物質的化學成分或其他特性。[參考GB/T38257]3.2YB/TXXXXX—XXXX激光誘導等離子體laser-inducedplasma激光燒蝕產生的等離子體。注:上述等離子體內一般含有電子、原子、分子、正負離子和微納顆粒。[參考GB/T38257]3.3參比樣品referencesample具有滿足分析需求的準確度，給待分析物質賦值、評定測量方法、校準或檢定設備裝置的物質。3.4校準曲線calibrationcurve在規定條件下,表示待分析元素含量與實測光譜強度值之間的關系曲線。注:校準曲線也稱定標曲線。3.5位移傳感器displacementtransducer/sensor能感受位移量并轉換成可用輸出信號的傳感器。3.6在線分析on-lineanalysis能在樣品加工、處理和輸送過程中，連續測量鐵礦石的一個或多個質量指標，且自動快速地給出數據的分析方法。3.7多變量定標法multivariatecalibration選取多個光譜信息建立元素含量與光譜信息之間的數學關系，即定標模型：式中：C——待測元素濃度；I1、I2、I3、In——不同光譜信息；f——數學函數或映射，可以為線性或非線性。4原理使用激光在線檢測儀采集鐵礦石樣品的激光誘導擊穿光譜，根據鐵礦石樣品特征指標與光譜信息之間的相關性建立轉換模型，實現對被檢測鐵礦石樣品中化學元素（Fe、Si、Al、Ca、Mg）成分含量的測定，完成定量分析，從而實現對元素成分及相關特性指標的實時在線檢測。5儀器及設備YB/TXXXXX—XXXX5.1激光在線檢測儀組成激光在線檢測儀由激光光源系統、激光聚焦系統、等離子體輻射收集系統、光譜儀、控制電路及數據處理系統、物料跟蹤模塊和其他輔助裝置組成，見圖1。圖1激光在線檢測儀組成示意圖5.1.1激光光源系統由激光電源和激光器構成。典型的激光誘導擊穿光譜法系統中使用脈沖寬度10-9s量級的固體激光器,能夠在極短時間內將樣品表面少量物質剝離并激發出等離子體。5.1.2激光聚焦系統將激光器發出的激光束會聚于樣品表面,使激光功率密度超過激發閾值，激發出等離子體。5.1.3等離子體輻射收集系統激發出的等離子體輻射光經等離子體輻射收集系統后進入光譜儀。通常選用寬波長范圍收集等離子體輻射，遠距離收集通常需要借助光學系統，近距離探測也可用光纖直接收集。5.1.4光譜儀由分光系統和探測器構成。分光系統用于將等離子體輻射光色散,探測器用于將分光系統投射到探測面上的入射光信號轉化為電信號。光譜儀的分辨率應滿足對元素譜線識別的需求，典型的激光誘導擊穿光譜法系統中使用分辨率10000量級的光譜儀，并定期對光譜儀的波長進行校準以保證光譜儀采集數據的準確度。5.1.5控制電路及數據處理系統控制電路操縱激光光源系統和光譜儀工作,對延遲時間、門寬、積分時間等參數進行設定。數據處理系統實現數據的處理分析,實現連續背景去除、峰面積積分、重疊光譜的曲線擬合等光譜分析功能，以及進行定性或定量分析。5.1.6物料跟蹤模塊由測距儀（如：紅外測距儀等）和電控平移臺構成。測距儀用于實時檢測皮帶表面樣品厚度，電控平移臺用于控制激光聚焦系統的焦距調節。皮帶啟動時，物料跟蹤模塊通過測距儀獲取物料的高度變化信息，通過位移臺實時調整激光聚焦系統焦距位置，避免物料高低起伏變化對采集光譜數據的影YB/TXXXXX—XXXX5.1.7其他輔助裝置鐵礦石流整形器、攪拌混合器等。5.2工作環境條件a)溫度：-20℃~50℃;b)相對濕度：5%~95%；c)周圍無震動強烈的大型機器設備或其他強振動源；d)無強氣流及酸、堿等腐蝕氣體；e)鐵礦石上方無明顯水蒸汽；f)激光器能量不低于60mJ；g)供電電源穩定。5.3測量方式5.3.1靜態固定式在線檢測將鐵礦石樣品放入方形或圓形樣品盤攤勻鋪平，調整樣品盤的高度或激光聚焦點的位置使光譜信噪比最佳，開始靜態固定式在線檢測。5.3.2動態移動式在線檢測將激光在線檢測儀固定在鐵礦石皮帶流上方，調節儀器水平和高度，保證激光可以從上至下垂直聚焦在鐵礦石流表面，通過物料跟蹤模塊調整激光聚焦點的位置使光譜信噪比最佳，開始動態移動式在線檢測。6測量分析步驟6.1標定6.1.1定標樣品選擇與制備定標樣品分析元素含量要有一定梯度，含量范圍比要求分析的含量范圍稍寬，定標樣品不少于按照GB/T10322.1規定，將選取的樣品破碎到3mm以下，每個樣品3kg以上，并從中縮分和制備出2份700g的鐵礦石樣，送往化驗室，用相關的國家檢測方法測定各分析值的量值，作為參比值。其余樣品密封，作為定標樣品。6.2測試步驟6.2.1系統通電，確認各軟硬件工作正常。6.2.2啟動激光在線檢測儀預熱20min，確保激光器、光譜儀等達到穩定狀態。YB/TXXXXX—XXXX6.2.3設置激光脈沖能量、延遲時間、測試頻率、積分時間等系統參數。6.2.4靜態固定式在線檢測時，將樣品放入5.3.1規定的樣品盤中攤勻鋪平，調整樣品盤的高度或激光聚焦點的位置使光譜信噪比最佳，以200個測試點或5min作為一個測量周期，移動樣品盤，保證測量周期內測試點均勻分布在樣品的測量面。6.2.5動態移動式在線檢測時，將激光在線檢測儀固定在鐵礦石皮帶流上方，調節儀器水平和高度，保證激光可以從上至下垂直聚焦在鐵礦石流表面，根據位移傳感器探測的鐵礦石傳輸皮帶表面高度變化，自動調節激光聚焦位置，避免高度變化對光譜數據的影響，使光譜信噪比最佳，以200個測試點或5min作為一個測量周期，運行皮帶，保證測量周期內測試點均勻分布在樣品的測量面。6.3建立定標模型6.3.1靜態固定式在線檢測標定將制備好的定標樣品，按6.2步驟進行測試，收集獲得樣品光譜數據。然后對光譜進行預處理和定量分析，光譜預處理的過程一般包括異常數據剔除、背景校正、濾噪等，定量分析即測量指標與光譜數據之間的數學關系，定量分析方法采用多變量定標法，如機器學習、偏最小二乘回歸等建立定標模型。6.3.2動態移動式在線檢測標定通過位移傳感器探測到鐵礦石流經過時，自動調節激光聚焦位置，開始動態移動式在線檢測，收集獲得樣品光譜數據，然后按6.3.1中方法對光譜進行標定建模。6.4測試6.4.1靜態固定式測試靜態測試時，把按照6.2步驟進行測試，得到的分析樣品的光譜數據，軟件對光譜數據進行分析處理，代入靜態固定式在線檢測定標模型，計算出分析指標的測試值。6.4.2動態移動式測試動態測試時，把按照6.2步驟啟動自動測試，得到樣品的實時光譜數據，軟件對光譜數據進行實時分析處理，代入動態移動式在線檢測定標