[實用新型]冶金液態(tài)金屬成分的原位、在線檢測裝置

無效

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• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN201732059U
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 孫蘭香;于海斌;楊志家;辛勇;叢智博
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李曉光

技術領域

本實用新型涉及高溫液態(tài)成分在線監(jiān)控技術，具體的說是一種冶金液態(tài)金屬成分的原位、在線檢測裝置。

背景技術

金屬及合金在冶煉過程中需要檢測化學成分的變化，以此控制產品質量，并判斷冶煉終點。目前，由于缺乏先進的在線測量技術，冶煉過程普遍采用人工取樣和制樣的離線檢測方式。例如，在煉鋼過程中，對高溫鋼液的檢測需要通過取樣、冷卻、打磨、拋光等一系列過程后，再拿到分析儀器上進行測量和分析，整個過程需要花費3～5分鐘時間，占去冶煉時間的十分之一以上。這種費時的離線檢測方式不僅造成質量控制落后，同時也造成大量能源浪費。

近年來，隨著冶金行業(yè)生產模式的日益大型化、高速化和連續(xù)化，對原位、在線檢測液態(tài)金屬成分技術的需求日漸迫切，開始出現(xiàn)基于激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)的在線檢測裝置。LIBS是一種利用激光激發(fā)等離子體，再利用等離子體的發(fā)射光譜進行探測的技術。由于LIBS技術不需要樣品預處理，同時適用于固體、液體、氣體，因此在原位、在線、快速、遠程分析方面展現(xiàn)出卓越的應用價值。但是，現(xiàn)有的基于LIBS技術的熔體金屬在線檢測裝置沒有具體考慮耐高溫光學探頭的設計，例如針對鋼液的測量，探頭需要承受1700℃以上的高溫，現(xiàn)有的檢測裝置無法進行測量。此外，有些非金屬元素，例如C、S、P等元素，是質量控制和冶煉終點判斷最重要的元素，因此對這些元素的在線測量意義重大。但是，目前現(xiàn)有的在線檢測裝置無法檢測這些元素，因此應用范圍狹窄。

實用新型內容

針對現(xiàn)有技術中存在探頭無法承受1700℃以上的高溫進行測量，在線檢測裝置無法檢測C、S、P等元素的不足之處，本實用新型要解決的技術問題是提供一種為質量控制和冶煉終點提供及時有效的信息的冶金液態(tài)金屬成分的原位、在線檢測裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

本實用新型一種冶金液態(tài)金屬成分的原位、在線檢測裝置，其特征在于：包括前端耐高溫光學探頭、中端信號發(fā)生和采集部分以及后端控制平臺，其中：前端耐高溫光學探頭，其前端置入冶金液態(tài)金屬中，產生光學信號送至中端信號發(fā)生和采集部分；中端信號發(fā)生和采集部分，將接收到的前端耐高溫光學探頭的光學信號轉換成電信號，輸出至后端控制平臺；后端控制平臺，作為人工操作和顯示平臺，接收中端信號發(fā)生和采集部分發(fā)送的電信號進行處理；控制中端信號發(fā)生和采集部分的激光信號、控制前端耐高溫光學探頭中水和氣的流量。

所述前端耐高溫光學探頭包括內部光學通道部分、中部水冷和氣冷部分和外部耐火材料部分，其中，內部光學通道部分為真空或惰性氣體環(huán)境，其前端具有第1會聚透鏡，其將中端信號發(fā)生和采集部分發(fā)出的激光光束通過密封的第1玻璃窗口會聚在冶金液態(tài)金屬表面；中部水冷和氣冷部分設于內部光學通道部分的外層，外部耐火材料部分設于中部水冷和氣冷部分的外層和內部光學通道部分的前端，并在前端形成光束通道；外部耐火材料部分通過密封接口與中部水冷和氣冷部分進行密封連接。

所述中部水冷和氣冷部分包括冷卻氣層和冷卻水層，其中冷卻氣層為外部耐火材料和內部光學通道部分形成的空間；冷卻水層設于冷卻氣層中，為環(huán)繞于內部光學通道部分外層的中空的圓柱體，圓柱體側壁內部空間為冷卻水；氣管經冷卻水層穿置出，其出口位于冷卻氣層中。

所述氣管為多個，在冷卻水層中平行于圓柱體軸線環(huán)形均勻分布，多個氣管在上端均通過氣體緩沖器經冷卻氣體入口通入冷卻氣；所述氣管的出氣口對應第1玻璃窗口；所述前端耐高溫光學探頭末端為倒錐形，內部為正錐形空口。

所述中端信號發(fā)生和采集部分包括激光頭、光譜儀、溫度控制單元、探測器以及光學組件，整體安裝于密封恒溫箱中，其中，激光頭接收后端控制平臺的控制信號，發(fā)射的脈沖激光通過光學組件射向前端耐高溫光學探頭的第1會聚透鏡；光譜儀通過光學組件接收前端耐高溫光學探頭采集的光信號，進行分光處理后輸出至探測器；探測器將轉換成的電信號輸出至后端控制平臺；溫度控制單元通過控制線及信號線與后端控制平臺相連接，采集、控制密封恒溫箱中的溫度。

所述光學組件包括反射鏡、帶孔反射鏡以及第2會聚透鏡，其中反射鏡的入射光為激光頭發(fā)射的脈沖激光，脈沖激光通過帶孔反射鏡的中部通孔射向前端耐高溫光學探頭的第1會聚透鏡的光軸；帶孔反射鏡鏡面的入射光為冶金液態(tài)金屬表面產生的等離子體發(fā)射光線經第1會聚透鏡折射后的光，帶孔反射鏡的反射光經第2會聚透鏡后射至光譜儀；所述帶孔反射鏡可為二向色鏡。

前端耐高溫光學探頭與中端信號發(fā)生和采集部分為一整體，安裝在可以垂直方向移動的液壓平臺上。

本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點：