YBT 6258-2024《铁矿石 高能脉冲激光多元素在线分析方法》

ICS73.060.10CCSD31YB铁矿石高能脉冲激光多元素在线分析方法Ironore—Methodsofon-lineelementalanalysisbasedonhighenergypulsedlaser（报批稿）202X-XX-XX发布中华人民共和国工业和信息化部发布YB/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国钢铁工业协会提出。本文件由全国铁矿石与直接还原铁标准化技术委员会（SAC/TC317）归口。本文件起草单位：英飞智信（北京）科技有限公司、北京大学、太原理工大学、天津海关化矿金属材料检测中心、英飞智信（苏州）科技有限公司、山东钢铁集团日照有限公司、山东钢铁股份有限公司莱芜分公司。本文件主要起草人：罗陨飞、张国光、周小计、成中豪、倪琳、樊玉萍、董宪姝、周璐、邵徇、程亮、张文、刘跃勇、王军、刘继彬、王洪永、陈德凯、刘磊。YB/TXXXXX—XXXX铁矿石高能脉冲激光多元素在线分析方法本文件规定了铁矿石高能脉冲激光多元素在线分析方法的术语和定义、方法原理、仪器及设备、测量分析步骤和分析结果报出。本文件适用于铁矿石、铁精矿、球团矿及烧结矿中全铁、硅、铝、钙、镁元素的测定，并计算出酸碱度指标，测定范围见表1。本方法为移动表面在线测量技术，适用于生产加工过程中的铁矿石质量管理。表1测定范围2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注册日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T6730.1铁矿石分析用预干燥试样的制备GB/T6730.87铁矿石全铁及其他多元素含量的测定波长色散X射线荧光光谱法（钴内标法）GB/T6379.1测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第1部分：总则与定义GB/T6379.2测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第2部分：确定标准测量方法的重复性与再现性的基本方法GB/T10322.1铁矿石取样和制样方法GB/T20565铁矿石和直接还原铁术语GB/T38257激光诱导击穿光谱法3术语和定义GB/T20565界定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1激光诱导击穿光谱法laser-inducedbreakdownspectroscopy;LIBS通过激光烧蚀待分析物质形成等离子体,其中处于激发态的原子、离子或分子向低能级或基态跃迁时,向外发射特定能量的光子,形成特征光谱,进而获得待分析物质的化学成分或其他特性。[参考GB/T38257]3.2YB/TXXXXX—XXXX激光诱导等离子体laser-inducedplasma激光烧蚀产生的等离子体。注:上述等离子体内一般含有电子、原子、分子、正负离子和微纳颗粒。[参考GB/T38257]3.3参比样品referencesample具有满足分析需求的准确度，给待分析物质赋值、评定测量方法、校准或检定设备装置的物质。3.4校准曲线calibrationcurve在规定条件下,表示待分析元素含量与实测光谱强度值之间的关系曲线。注:校准曲线也称定标曲线。3.5位移传感器displacementtransducer/sensor能感受位移量并转换成可用输出信号的传感器。3.6在线分析on-lineanalysis能在样品加工、处理和输送过程中，连续测量铁矿石的一个或多个质量指标，且自动快速地给出数据的分析方法。3.7多变量定标法multivariatecalibration选取多个光谱信息建立元素含量与光谱信息之间的数学关系，即定标模型：式中：C——待测元素浓度；I1、I2、I3、In——不同光谱信息；f——数学函数或映射，可以为线性或非线性。4原理使用激光在线检测仪采集铁矿石样品的激光诱导击穿光谱，根据铁矿石样品特征指标与光谱信息之间的相关性建立转换模型，实现对被检测铁矿石样品中化学元素（Fe、Si、Al、Ca、Mg）成分含量的测定，完成定量分析，从而实现对元素成分及相关特性指标的实时在线检测。5仪器及设备YB/TXXXXX—XXXX5.1激光在线检测仪组成激光在线检测仪由激光光源系统、激光聚焦系统、等离子体辐射收集系统、光谱仪、控制电路及数据处理系统、物料跟踪模块和其他辅助装置组成，见图1。图1激光在线检测仪组成示意图5.1.1激光光源系统由激光电源和激光器构成。典型的激光诱导击穿光谱法系统中使用脉冲宽度10-9s量级的固体激光器,能够在极短时间内将样品表面少量物质剥离并激发出等离子体。5.1.2激光聚焦系统将激光器发出的激光束会聚于样品表面,使激光功率密度超过激发阈值，激发出等离子体。5.1.3等离子体辐射收集系统激发出的等离子体辐射光经等离子体辐射收集系统后进入光谱仪。通常选用宽波长范围收集等离子体辐射，远距离收集通常需要借助光学系统，近距离探测也可用光纤直接收集。5.1.4光谱仪由分光系统和探测器构成。分光系统用于将等离子体辐射光色散,探测器用于将分光系统投射到探测面上的入射光信号转化为电信号。光谱仪的分辨率应满足对元素谱线识别的需求，典型的激光诱导击穿光谱法系统中使用分辨率10000量级的光谱仪，并定期对光谱仪的波长进行校准以保证光谱仪采集数据的准确度。5.1.5控制电路及数据处理系统控制电路操纵激光光源系统和光谱仪工作,对延迟时间、门宽、积分时间等参数进行设定。数据处理系统实现数据的处理分析,实现连续背景去除、峰面积积分、重叠光谱的曲线拟合等光谱分析功能，以及进行定性或定量分析。5.1.6物料跟踪模块由测距仪（如：红外测距仪等）和电控平移台构成。测距仪用于实时检测皮带表面样品厚度，电控平移台用于控制激光聚焦系统的焦距调节。皮带启动时，物料跟踪模块通过测距仪获取物料的高度变化信息，通过位移台实时调整激光聚焦系统焦距位置，避免物料高低起伏变化对采集光谱数据的影YB/TXXXXX—XXXX5.1.7其他辅助装置铁矿石流整形器、搅拌混合器等。5.2工作环境条件a)温度：-20℃~50℃;b)相对湿度：5%~95%；c)周围无震动强烈的大型机器设备或其他强振动源；d)无强气流及酸、碱等腐蚀气体；e)铁矿石上方无明显水蒸汽；f)激光器能量不低于60mJ；g)供电电源稳定。5.3测量方式5.3.1静态固定式在线检测将铁矿石样品放入方形或圆形样品盘摊匀铺平，调整样品盘的高度或激光聚焦点的位置使光谱信噪比最佳，开始静态固定式在线检测。5.3.2动态移动式在线检测将激光在线检测仪固定在铁矿石皮带流上方，调节仪器水平和高度，保证激光可以从上至下垂直聚焦在铁矿石流表面，通过物料跟踪模块调整激光聚焦点的位置使光谱信噪比最佳，开始动态移动式在线检测。6测量分析步骤6.1标定6.1.1定标样品选择与制备定标样品分析元素含量要有一定梯度，含量范围比要求分析的含量范围稍宽，定标样品不少于按照GB/T10322.1规定，将选取的样品破碎到3mm以下，每个样品3kg以上，并从中缩分和制备出2份700g的铁矿石样，送往化验室，用相关的国家检测方法测定各分析值的量值，作为参比值。其余样品密封，作为定标样品。6.2测试步骤6.2.1系统通电，确认各软硬件工作正常。6.2.2启动激光在线检测仪预热20min，确保激光器、光谱仪等达到稳定状态。YB/TXXXXX—XXXX6.2.3设置激光脉冲能量、延迟时间、测试频率、积分时间等系统参数。6.2.4静态固定式在线检测时，将样品放入5.3.1规定的样品盘中摊匀铺平，调整样品盘的高度或激光聚焦点的位置使光谱信噪比最佳，以200个测试点或5min作为一个测量周期，移动样品盘，保证测量周期内测试点均匀分布在样品的测量面。6.2.5动态移动式在线检测时，将激光在线检测仪固定在铁矿石皮带流上方，调节仪器水平和高度，保证激光可以从上至下垂直聚焦在铁矿石流表面，根据位移传感器探测的铁矿石传输皮带表面高度变化，自动调节激光聚焦位置，避免高度变化对光谱数据的影响，使光谱信噪比最佳，以200个测试点或5min作为一个测量周期，运行皮带，保证测量周期内测试点均匀分布在样品的测量面。6.3建立定标模型6.3.1静态固定式在线检测标定将制备好的定标样品，按6.2步骤进行测试，收集获得样品光谱数据。然后对光谱进行预处理和定量分析，光谱预处理的过程一般包括异常数据剔除、背景校正、滤噪等，定量分析即测量指标与光谱数据之间的数学关系，定量分析方法采用多变量定标法，如机器学习、偏最小二乘回归等建立定标模型。6.3.2动态移动式在线检测标定通过位移传感器探测到铁矿石流经过时，自动调节激光聚焦位置，开始动态移动式在线检测，收集获得样品光谱数据，然后按6.3.1中方法对光谱进行标定建模。6.4测试6.4.1静态固定式测试静态测试时，把按照6.2步骤进行测试，得到的分析样品的光谱数据，软件对光谱数据进行分析处理，代入静态固定式在线检测定标模型，计算出分析指标的测试值。6.4.2动态移动式测试动态测试时，把按照6.2步骤启动自动测试，得到样品的实时光谱数据，软件对光谱数据进行实时分析处理，代入动态移动式在线检测定标