冶金工业作为国民经济的支柱型产业,一直是国家实力和工业发展水平的重要标志。现代冶金生产日趋大型化、高速化和一体化,使得冶金生产过程在线分析成为冶金分析研究的重点,实现冶金全流程的实时闭环控制成为冶金在线分析的发展方向。成分分析是冶金分析过程中不可或缺的一环。激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是基于激光和材料相互作用产生发射光谱的一种定量分析技术。具有无需制样,可远程在线进行全元素快速分析的优点,近年来被越来越广泛地应用于冶金分析领域。温度是冶金过程中需要控制的另一个重要参数。它直接影响冶炼过程的物料平衡状态和热力学过程,影响最终产品质量和性能。红外光谱测温技术(或红外测温技术)是一种基于黑体辐射的非接触测温技术,特别适用于冶金领域的在线温度监测。本文致力于LIBS技术与红外光谱测温技术的联合应用研究,提出利用同一光学系统来实现冶金过程中元素成分和冶炼温度的同时在线检测,为冶金在线分析的工业实践提供理论依据和开发经验。本文主要工作内容如下:1、设计并搭建了基于同一探测光路的LIBS-红外测温实验系统,并对所搭建的LIBS-红外测温实验系统进行了响应效率标定。然后对熔融钢样做了成分和温度的实时测量,所得到的成分测量误差低于10%,温度相对均方根误差低于1%,验证了LIBS-红外测温联用技术的可行性。最后利用搭建的实验系统对金属的熔蚀行为进行了监测,即在固定的冶炼温度(1000℃)下,测量了溶解于液态铝中的Fe、Mn、Cr等元素的浓度变化。同时与传统仪器分析技术进行了比较,凸显了LIBS-红外测温技术在线分析的优势。2、面向中频冶炼炉设计并搭建了基于Schwarzschild望远镜的LIBS-红外测温接触式探测系统。首先完成了接触式探头的光学追迹,结构设计和热模拟仿真工作,通过光路优化实现宽波段和高效率的信号采集,通过热模拟仿真和结构优化,实现探头对高温环境(1200℃)的适应性。然后利用标准光源分别对工业探头的成分分析通道和温度测量通道进行全光路响应效率标定,为精确的成分分析和温度计算奠定基础。最后为接触式探头搭建了支撑运动平台,结合配套开发的分析测量软件,实现了LIBS-红外测温接触式探测系统的自动化分析测量。3、对所搭建的LIBS-红外测温接触式探测系统进行了工业现场测试,在铸铝现场初步实现了铝液成分和铝液温度的同时在线检测。其中利用内标法获得的成分检测误差低于6.25%,同时,结合响应效率标定和已知元素浓度信息,利用CF-LIBS方法获得的分析精度与内标法获得的分析精度可以比较。利用比色法获得的温度测量误差为7.2%,相对标准偏差为0.8%。成分和温度的测量结果基本能满足现场的测量需求,为LIBS-红外测温技术的工业应用奠定了工程基础。