激光诱导击穿光谱液态金属成分在线分析仪在线监测熔融铝液中元素成分

辛勇^1,2,3,4，李洋^1,2,3，蔡振荣⁵，杨铭⁵，杨志家^1,2,3，孙兰香^1,2,3

1. 中国科学院沈阳自动化研究所工业控制网络与系统研究室3. 中国科学院网络化控制系统重点实验室4. 中国科学院大学5. 大连亚明汽车部件有限公司

摘 要：目前在冶金及压铸行业,产品成分检测属于实验室离线分析,不能实时指导生产过程,而基于激光诱导击穿光谱（LIBS）技术自主研制的液态金属成分在线分析仪,可在线监测冶金工业现场中熔融金属的组分含量,实时指导生产过程,对提高产品质量和降低能源消耗起到重要作用。首先在研究实验室,利用固体LF6铝合金标准样品系列对LIBS液态金属成分在线分析仪进行了测试,验证了仪器的各项性能指标;随后在压铸车间现场,利用在光谱实验室通过火花放电原子发射光谱仪（Spark-OES）定值得到的现场样品的Si、Fe、Cu、Mn、Ti、Mg元素含量值对LIBS液态金属成分在线分析仪进行了标定;最后现场随机选取10个载有熔融铝液的铝包,采用LIBS进行在线分析,同时取样在光谱实验室进行离线对比分析。分析结果表明:10个熔融铝液样品中,Si、Fe、Cu、Mn、Ti在线分析结果的相对标准偏差（RSD）以2%左右居多,Mg的RSD值波动较大,且以10%左右为主;Si的相对偏差绝对值基本都小于2%,Fe、Cu、Mn、Ti的相对偏差绝对值也基本以小于5%为主,但Mg的相对偏差绝对值以大于20%居多。可见,除Mg元素外,LIBS液态金属成分在线分析仪的测量精密度、准确度都能满足工业现场要求,完全可以实现在线监测熔融铝液的成分,在提高生产效率的同时,降低了能源消耗。但Mg元素的精密度和准确度相对较差,有待进一步研究改进。

关键词：激光诱导击穿光谱(LIBS);在线分析;熔融铝液;相对标准偏差;相对偏差;火花放电原子发射光谱（Spark-OES）;