铁合金等离子体的时空特性研究

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1、分类号：TF61单位代码：10190研究生学号：201305011密级：无硕士学位论文铁合金等离子体的时空特性研究TheStudyofFerroalloyPlasmaCharacteristicsofTimeandSpace研究生姓名：刘瑞翔专业：控制科学与工程指导教师姓名：张德江指导教师职称：教授2016年6月长春工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《铁合金等离子体的时空特性研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要

2、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春工业大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春工业大学硕士学位论文版权使用规定”，同意长春工业大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日校内指导教师签名：年月日摘要在钢铁合金冶炼过程中，实时监测各个环节合金成分变化尤其是非金属C含量的变化，对调控冶炼过程提高生

3、产效率和产品质量有重要意义。激光诱导击穿光谱技术(Laser-inducedBreakdownSpectroscopy：LIBS)是一种利用激光诱导激发并产生等离子体并发射光谱技术，根据等离子体中不同元素发射特定波长的光谱信号进行化学组成的分析技术。应用的过程能无需对样品进行处理，样本的物理状态并不影响LIBS的应用，并且可以做到无损检测快速分析，近年在来冶金行业试探性的工程应用。但是LIBS现在存在测量稳定性弱，重复性差的缺点，尤其在铁合金冶炼过程中，C元素含量的测量存在很大困难。以往主要从改变测量条件，提高检测设备精度等方面来寻求解决问题。这个过程中忽略了光谱信息是由

4、等离子体辐射产生，而等离子体是一个复杂的非线性过程，除了与激光、缓冲气体的诸多性质有关外，还与样品的物理化学特性密切相关。本文首先通过研究激光与铁合金的相互作用的过程、等离子体产生演变过程，发现等离子体存在时间空间的不均性；并从等离子体结构出发分析了等离子体产生到消亡的整个过程及谱线产生的物理机制，提出了等离子体诊断的方法，并且给出了等离子体密度与等离子温度的计算和优化方法。其次研究了激光诱导固态与熔融态铁合金的时空特性，致力于如何提高激光诱导击穿光谱对铁合金等离子体的分析能力。通过实验测量诱导铁合金产生的等离子体时间与空间分辨光谱，并对铁合金等离子体中C元素的特征谱线的

5、信噪比的时空特性进行了分析，铁合金等离子体的电子密度与电子温度的时空分布进行了研究。同时分析比较了固态铁合金与熔融态铁合金等离子体的电子密度与温度，并对差异进行分析，为冶金在线监测提供指导。最后还对影响光谱测定的自吸收效应进行分析。研究了等离子时空分布自吸收效应演化特性从而对LIBS铁合金中非金属C元素的测量提供实验指导。得到了实验测量的最佳观测时间和观测位置以及影响因素，最终为工程应用提供了指导。最后总结工作并提出了在此基础上的展望。关键词：铁合金激光诱导等离子体光谱电子密度等离子体温度自吸收效应IAbstractFerroalloy'scomponentisreal-

6、timemonitoringintheprocessofferroalloysmelting.Inparticular,thechangeofnon-metalcarbonisveryimportanttoferroalloy.Ithasimportantforthesmeltingprocess,improvingproductionefficiencyandqualityofproduct.Laserinducedbreakdownspectroscopy(LIBS)isusingthelaserinducingplasmawhichitcangeneratespec

7、trallines.Chemicalgroupisanalyzedaccordingtoaspecificspectralsignalthatisdeterminedbytheelementinplasma.TheLIBSapplicationcanbecarriedoutwithoutsampleprocessing;thephysicalstateofthesampledoesnotaffecttheLIBSapplications,non-destructivetestingandrapidanalysiscanbedo