YBT 6258-2024《鐵礦石 高能脈沖激光多元素在線分析方法》

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(bào)批稿）202X-XX-XX發(fā)布中華人民共和國工業(yè)和信息化部發(fā)布YB/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國鐵礦石與直接還原鐵標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)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(xué)、太原理工大學(xué)、天津海關(guān)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(tuán)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(jì)、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(guī)定了鐵礦石高能脈沖激光多元素在線分析方法的術(shù)語和定義、方法原理、儀器及設(shè)備、測量分析步驟和分析結(jié)果報(bào)出。本文件適用于鐵礦石、鐵精礦、球團(tuán)礦及燒結(jié)礦中全鐵、硅、鋁、鈣、鎂元素的測定，并計(jì)算出酸堿度指標(biāo)，測定范圍見表1。本方法為移動(dòng)表面在線測量技術(shù)，適用于生產(chǎn)加工過程中的鐵礦石質(zhì)量管理。表1測定范圍2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)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(yù)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(nèi)標(biāo)法）GB/T6379.1測量方法與結(jié)果的準(zhǔn)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(jié)果的準(zhǔn)確度（正確度與精密度）第2部分：確定標(biāo)準(zhǔn)測量方法的重復(fù)性與再現(xiàn)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(shù)語GB/T38257激光誘導(dǎo)擊穿光譜法3術(shù)語和定義GB/T20565界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1激光誘導(dǎo)擊穿光譜法laser-inducedbreakdownspectroscopy;LIBS通過激光燒蝕待分析物質(zhì)形成等離子體,其中處于激發(fā)態(tài)的原子、離子或分子向低能級或基態(tài)躍遷時(shí),向外發(fā)射特定能量的光子,形成特征光譜,進(jìn)而獲得待分析物質(zhì)的化學(xué)成分或其他特性。[參考GB/T38257]3.2YB/TXXXXX—XXXX激光誘導(dǎo)等離子體laser-inducedplasma激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體。注:上述等離子體內(nèi)一般含有電子、原子、分子、正負(fù)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(zhǔn)確度，給待分析物質(zhì)賦值、評定測量方法、校準(zhǔn)或檢定設(shè)備裝置的物質(zhì)。3.4校準(zhǔn)曲線calibrationcurve在規(guī)定條件下,表示待分析元素含量與實(shí)測光譜強(qiáng)度值之間的關(guān)系曲線。注:校準(zhǔn)曲線也稱定標(biāo)曲線。3.5位移傳感器displacementtransducer/sensor能感受位移量并轉(zhuǎn)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(xù)測量鐵礦石的一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，且自動(dòng)快速地給出數(shù)據(jù)的分析方法。3.7多變量定標(biāo)法multivariatecalibration選取多個(gè)光譜信息建立元素含量與光譜信息之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即定標(biāo)模型：式中：C——待測元素濃度；I1、I2、I3、In——不同光譜信息；f——數(shù)學(xué)函數(shù)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(dǎo)擊穿光譜，根據(jù)鐵礦石樣品特征指標(biāo)與光譜信息之間的相關(guān)性建立轉(zhuǎn)換模型，實(shí)現(xiàn)對被檢測鐵礦石樣品中化學(xué)元素（Fe、Si、Al、Ca、Mg）成分含量的測定，完成定量分析，從而實(shí)現(xiàn)對元素成分及相關(guān)特性指標(biāo)的實(shí)時(shí)在線檢測。5儀器及設(shè)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(tǒng)、激光聚焦系統(tǒng)、等離子體輻射收集系統(tǒng)、光譜儀、控制電路及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、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(tǒng)由激光電源和激光器構(gòu)成。典型的激光誘導(dǎo)擊穿光譜法系統(tǒng)中使用脈沖寬度10-9s量級的固體激光器,能夠在極短時(shí)間內(nèi)將樣品表面少量物質(zhì)剝離并激發(fā)出等離子體。5.1.2激光聚焦系統(tǒng)將激光器發(fā)出的激光束會聚于樣品表面,使激光功率密度超過激發(fā)閾值，激發(fā)出等離子體。5.1.3等離子體輻射收集系統(tǒng)激發(fā)出的等離子體輻射光經(jīng)等離子體輻射收集系統(tǒng)后進(jìn)入光譜儀。通常選用寬波長范圍收集等離子體輻射，遠(yuǎn)距離收集通常需要借助光學(xué)系統(tǒng)，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(tǒng)和探測器構(gòu)成。分光系統(tǒng)用于將等離子體輻射光色散,探測器用于將分光系統(tǒng)投射到探測面上的入射光信號轉(zhuǎn)化為電信號。光譜儀的分辨率應(yīng)滿足對元素譜線識別的需求，典型的激光誘導(dǎo)擊穿光譜法系統(tǒng)中使用分辨率10000量級的光譜儀，并定期對光譜儀的波長進(jìn)行校準(zhǔn)以保證光譜儀采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。5.1.5控制電路及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制電路操縱激光光源系統(tǒng)和光譜儀工作,對延遲時(shí)間、門寬、積分時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理分析,實(shí)現(xiàn)連續(xù)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(jìn)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(gòu)成。測距儀用于實(shí)時(shí)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(tǒng)的焦距調(diào)節(jié)。皮帶啟動(dòng)時(shí)，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(shí)時(shí)調(diào)整激光聚焦系統(tǒng)焦距位置，避免物料高低起伏變化對采集光譜數(shù)據(jù)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(huán)境條件a)溫度：-20℃~50℃;b)相對濕度：5%~95%；c)周圍無震動(dòng)強(qiáng)烈的大型機(jī)器設(shè)備或其他強(qiáng)振動(dòng)源；d)無強(qiáng)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(wěn)定。5.3測量方式5.3.1靜態(tài)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(diào)整樣品盤的高度或激光聚焦點(diǎn)的位置使光譜信噪比最佳，開始靜態(tài)固定式在線檢測。5.3.2動(dòng)態(tài)移動(dòng)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(diào)節(jié)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(diào)整激光聚焦點(diǎn)的位置使光譜信噪比最佳，開始動(dòng)態(tài)移動(dòng)式在線檢測。6測量分析步驟6.1標(biāo)定6.1.1定標(biāo)樣品選擇與制備定標(biāo)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(biāo)樣品不少于按照GB/T10322.1規(guī)定，將選取的樣品破碎到3mm以下，每個(gè)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(yàn)室，用相關(guān)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(biāo)樣品。6.2測試步驟6.2.1系統(tǒng)通電，確認(rèn)各軟硬件工作正常。6.2.2啟動(dòng)激光在線檢測儀預(yù)熱20min，確保激光器、光譜儀等達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。YB/TXXXXX—XXXX6.2.3設(shè)置激光脈沖能量、延遲時(shí)間、測試頻率、積分時(shí)間等系統(tǒng)參數(shù)。6.2.4靜態(tài)固定式在線檢測時(shí)，將樣品放入5.3.1規(guī)定的樣品盤中攤勻鋪平，調(diào)整樣品盤的高度或激光聚焦點(diǎn)的位置使光譜信噪比最佳，以200個(gè)測試點(diǎn)或5min作為一個(gè)測量周期，移動(dòng)樣品盤，保證測量周期內(nèi)測試點(diǎn)均勻分布在樣品的測量面。6.2.5動(dòng)態(tài)移動(dòng)式在線檢測時(shí)，將激光在線檢測儀固定在鐵礦石皮帶流上方，調(diào)節(jié)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(jù)位移傳感器探測的鐵礦石傳輸皮帶表面高度變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)激光聚焦位置，避免高度變化對光譜數(shù)據(jù)的影響，使光譜信噪比最佳，以200個(gè)測試點(diǎn)或5min作為一個(gè)測量周期，運(yùn)行皮帶，保證測量周期內(nèi)測試點(diǎn)均勻分布在樣品的測量面。6.3建立定標(biāo)模型6.3.1靜態(tài)固定式在線檢測標(biāo)定將制備好的定標(biāo)樣品，按6.2步驟進(jìn)行測試，收集獲得樣品光譜數(shù)據(jù)。然后對光譜進(jìn)行預(yù)處理和定量分析，光譜預(yù)處理的過程一般包括異常數(shù)據(jù)剔除、背景校正、濾噪等，定量分析即測量指標(biāo)與光譜數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，定量分析方法采用多變量定標(biāo)法，如機(jī)器學(xué)習(xí)、偏最小二乘回歸等建立定標(biāo)模型。6.3.2動(dòng)態(tài)移動(dòng)式在線檢測標(biāo)定通過位移傳感器探測到鐵礦石流經(jīng)過時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)激光聚焦位置，開始動(dòng)態(tài)移動(dòng)式在線檢測，收集獲得樣品光譜數(shù)據(jù)，然后按6.3.1中方法對光譜進(jìn)行標(biāo)定建模。6.4測試6.4.1靜態(tài)固定式測試靜態(tài)測試時(shí)，把按照6.2步驟進(jìn)行測試，得到的分析樣品的光譜數(shù)據(jù)，軟件對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，代入靜態(tài)固定式在線檢測定標(biāo)模型，計(jì)算出分析指標(biāo)的測試值。6.4.2動(dòng)態(tài)移動(dòng)式測試動(dòng)態(tài)測試時(shí)，把按照6.2步驟啟動(dòng)自動(dòng)測試，得到樣品的實(shí)時(shí)光譜數(shù)據(jù)，軟件對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，代入動(dòng)態(tài)移動(dòng)式在線檢測定標(biāo)