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烧结矿是高炉炼铁主要原料,约占入炉料的90%,它的质量优劣直接影响高炉炉况和炼铁产量。碱度是烧结矿的重要质量指标,碱度的波动会引起高炉炉温和造渣制度的波动,严重时会导致焦比升高和高炉产量下降,因此生产过程中需要对烧结矿碱度进行检测并将信息及时反馈到配料环节来调整烧结矿原料碱度。传统的烧结矿碱度分析方法分析效率低,无法实时指导生产,延长了生产周期并增加了炼钢成本。激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）是一种新型的原子发射光谱检测技术,具有分析速度快、多元素分析、原位检测等特点,符合烧结矿碱度的快速实时分析需求,但目前LIBS应用于烧结矿碱度分析的研究鲜有报道。本文根据烧结矿样品特性开发了一种基于LIBS的烧结矿碱度分析技术,实现了对烧结矿碱度的快速检测,主要研究内容如下:（1）搭建多功能LIBS实验平台为了开展烧结矿碱度分析研究,研究影响烧结矿LIBS信号的因素,本文根据LIBS原理和烧结矿样品的光谱特性,搭建了一套多功能LIBS实验平台。该平台主要包括激光器、延时器、光谱仪、CMOS相机、ICCD相机以及三维位移台等部件,并且根据LIBS检测的功能需求设计了光学系统结构。多功能LIBS实验平台具有以下功能:a)等离子体光信号采集;b)样品表面微区观测;c)激光垂直度观测;d)激光等离子体的瞬态演化过程观测;e)样品台高度定位;f)光纤采集端位置调节。经测试,搭建的多功能LIBS实验平台可以实现上述功能,为后续研究的开展提供了硬件支撑。（2）开发LIBS测控软件由于LIBS实验平台中各个功能部件的测控手段并不统一,传统的解决方式是单独操作每个部件完成整个LIBS测试,实验流程完全由操作人员控制,这无疑降低了检测效率。为了解决这一问题,使实验平台各功能部件能够统一协作运行,本文在Linux系统下采用视图/模型结构开发了一种一体化的LIBS测控软件,能够在统一的界面环境下快速实现整个LIBS实验流程的运行控制和数据获取。软件主要包括交互界面和各功能部件的控制模块等,具有对激光器、光谱仪、延时器、CMOS相机等功能部件的单独控制、数据采集、存储以及谱图和图像显示功能,并根据LIBS实验流程设计功能部件的控制时序,实现自动调用各部件并采集实验数据。在满足功能性需求的基础上,还添加了实验参数和界面布局的一键存储和载入功能,加快实验效率,提高用户体验。经测试,开发的LIBS测控软件满足设计需求,可以结合LIBS实验平台实现对烧结矿碱度的检测与分析。（3）烧结矿碱度定量分析研究针对传统的烧结矿碱度分析技术效率低下的问题,本文提出一种结合LIBS与随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）算法的烧结矿分析方法,实现对烧结矿碱度的快速测定。首先在已搭建的实验平台上观测不同实验参数下烧结矿样品的等离子体瞬态图像和光谱特性的变化规律,对影响LIBS性能的激光能量和延迟时间进行了优化;其次在已优化的实验条件下获取16种烧结矿样品的LIBS光谱数据,作为RFR算法的输入变量构建烧结矿碱度预测模型,并使用OOB误差估计对RFR模型的两个参数(决策树数量-ntree和随机属性个数-mtry)进行了优化。然后将优化后的RFR模型与基于偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）的预测模型进行预测性能比较,结果表明RFR模型的预测值与真实值之间的相关系数达到0.983大于PLSR模型最大相关系数值0.9758,说明了RFR针对烧结矿样品碱度的预测性能要优于PLSR模型。最后对RFR模型进行了重复性测试,在50次的测试中,烧结矿碱度预测值的标准偏差为2.7%,具有较好的重复性。结果表明,LIBS结合RFR实现了对烧结矿碱度的快速准确分析。