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文檔簡介
1、長期以來,水泥作為重要的膠凝材料,廣泛用于民用、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、交通和國防等工程。使用合格水泥是保證工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和生命財產(chǎn)安全的必要前提,水泥品質(zhì)檢驗是水泥生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié),在整個水泥生產(chǎn)過程中原料配比是決定水泥品質(zhì)合格與否和成本高低的關(guān)鍵。及時掌握入窯水泥生料品質(zhì)尤其是各種主量元素氧化物的含量,就能通過調(diào)整各原料皮帶秤速率達(dá)到原料配比的最優(yōu)化,從而提高入窯合格率,保證水泥產(chǎn)品質(zhì)量。然而,目前我國大多數(shù)水泥廠所采用的水泥品質(zhì)分
2、析方法主要局限于人工化驗、X射線熒光法(X-Ray Fluorescence, XRF)等,操作繁瑣且耗時長,無法及時反饋水泥生產(chǎn)中生料品質(zhì),甚至有輻射危害,難以保障現(xiàn)代水泥工業(yè)的時效性和安全性。因此,水泥行業(yè)在滿足精度要求的同時,迫切需要發(fā)展一種更加快速的水泥品質(zhì)在線檢測方法。
激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是一種新興的激光燒蝕光譜分析技術(shù),它利用高功
3、率脈沖激光器與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生熒光等離子體,并采用光學(xué)系統(tǒng)對熒光等離子體收集,最后依據(jù)等離子體光譜特性及元素特征發(fā)射譜線實現(xiàn)對樣品的定性與定量分析。該技術(shù)因具有可多元素同時分析、無需樣品預(yù)處理、分析速度快、安全無輻射等優(yōu)勢,是一種非常有潛力的水泥品質(zhì)在線測量方法。
本文首先客觀地描述了水泥行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前水泥行業(yè)的檢測方法;然后對LIBS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、基本原理和技術(shù)特點進(jìn)行了介紹;接著對基于LIBS技術(shù)的水泥品質(zhì)在線檢
4、測進(jìn)行了研究,驗證了該技術(shù)應(yīng)用于水泥品質(zhì)檢測的可行性;最后研制了基于LIBS技術(shù)的水泥品質(zhì)在線檢測設(shè)備。論文主要完成了以下工作:
1.發(fā)展了為激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測提供連續(xù)均勻粉末樣品的氣動取送樣技術(shù),具有氣路穩(wěn)壓、油水過濾、管道反吹、氣粉濃度調(diào)節(jié)等功能,解決了在線取送樣中存在的堵灰、板結(jié)、不連續(xù)、不均勻、光學(xué)系統(tǒng)易受粉塵污染等問題,同時免去了傳統(tǒng)人工取樣和樣品制備過程,為實現(xiàn)水泥生料品質(zhì)的在線激光檢測提供了必要條件;
5、 2.提出了基于支持向量機(jī)光譜數(shù)據(jù)處理的定量分析方法,構(gòu)建了有效的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法,對滿足LTE態(tài)的等離子體進(jìn)行了篩選,對元素特征譜線做了全譜歸一化以及二次篩選,最后使用Matlab工具包中的SVM函數(shù)對水泥生料中的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO五種氧化物進(jìn)行了定標(biāo)建模,定標(biāo)模型對五種氧化物測量的平均絕對誤差分別為0.22%,0.38%,0.18%,0.022%和0.036%。
3.經(jīng)過光、機(jī)、電、氣一體化系統(tǒng)
6、集成,研制出水泥生料品質(zhì)激光在線檢測成套裝備,裝備由氣動取送樣裝置、激光檢測裝置、信號采集與控制模塊、遠(yuǎn)傳模塊和清潔裝置等組成,能夠?qū)崿F(xiàn)對水泥生料氧化物含量及三率值的精確測量。工業(yè)現(xiàn)場測試結(jié)果證明,水泥生料氧化物測量精度:Al2O3(0.18%)、CaO(0.22%)、Fe2O3(0.022%)、MgO(0.036%)、SiO2(0.38%);三率值測量精度:KH(0.07)、SM(0.07)、IM(0.07);測量用時:1/3/5/1
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