[發明專利]一種冶金成分在線檢測裝置及方法

無效

• 申請號: 201210204429.3
• 申請日: 2012-06-16
• 公開（公告）號: CN102706838A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 吳少波;楊小軍;李潘;孫彥廣;于立業;張云貴
• 申請（專利權）人: 冶金自動化研究設計院
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于冶金成分檢測技術領域，特別是提供了一種冶金成分在線檢測裝置及方法。

背景技術

實現冶金熔體成分的在線檢測是冶金工作者的夢想，因為成分在線檢測的實現是理解并改進冶金工藝的重要途徑。

從有冶金歷史以來，人們對于熔體中成分的在線檢測一直孜孜以求，然而到目前為止，除了少數幾種元素外，人們理解冶金成分主要依靠的還是取樣凝結為固體后，再對固體的成分進行檢測，以此來判定熔煉過程是否符合要求。然而，取樣分析方法存在以下兩方面的不足：

其一，熔體熔煉過程中，有些元素易于燒損，有些元素易于增加，而對于取樣分析的方法，從取樣到分析出結果，最快也需要4分鐘時間，等分析完成，時間已滯后，分析出的成分已不能完全代表熔體當前的成分，這樣不利于控制熔煉工藝；

其二，取樣分析的方法由于較大的時間滯后增加了熔煉成本，不利于節能減排。這對于短流程熔煉尤其如此。

因此，冶金工作者不斷發展了熔體成分的在線檢測技術，現狀簡述如下：

在熔體氣體成分檢測方面，文獻（張軍穎,朱誠意,李光強.鋼水成分傳感器及其應用進展[J].傳感器世界.2005(10):6-11.）和（萬雅競.現代冶金傳感器[M].北京:機械工業出版社,2009）綜述了O、N、H、C、Si、S元素的檢測現狀。目前冶金行業已有實用的在線檢測氣體元素O、H、N的裝置，主要使用電化學原理的探頭（鋼水和銅水，O）或者載氣探頭（鋼水和鋁水，H），分析儀器使用定氧儀（O）、熱導儀（H）或者質譜儀（O、H、N）。在熔體非氣體元素檢測方面，目前已有C、Si、S的實用在線檢測裝置，傳感器使用熱電效應的副槍（C）或定碳杯（C或C+Si），和電化學原理的探頭（S）。儀器使用毫伏信號檢測器；

此外，還有多篇文獻報道了有關的實用檢測裝置和實驗室研究，典型的報道如下：

文獻（N.Ramaseder,J.Gruber,J.Heitz,D.Baeuerle.連續分析冶金爐中鋼水化學成分的新型VAI-CON?Chem系統[J].鋼鐵.2002,37(10):19-22）報道了使用激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）進行AOD爐鋼水Cr、Ni、Mn元素在線檢測的實用裝置。它的特點是利用風口進行連續測量，但只能測量熔體中風口附近固定點的成分；另外，由于許多熔煉爐不存在風口，因此這種測量技術不便于推廣到這些爐型。

文獻（林曉梅,曹繼慶,殷慶輝,劉曉慶.基于LIBS技術的AOD爐硅含量在線分析[J].鐵合金.2009(1):41-44）報道了使用LIBS技術進行AOD爐鋼水Si含量在線檢測的實用裝置，特點是通過自行設計取樣器將熔體取放到爐口樣本池，再使用LIBS儀器對熔體取樣進行成分。這相對于傳統的取樣而言前進了一步，即對液體進行測量而不是對固體進行測量；但在爐口添加樣本池以及取樣到樣本池的方式比較復雜，不利于現場操作；

文獻（De?Saro,?R.,?Weisberg,?A.,?Craparo,?J.,In?Situ,?Real?Time?Measurement?ofAluminum,?Steel,?and?Glass?Melt?Chemistries?Using?Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy[C],?2005?ACEEE?Summer?Study?on?Energy?Efficiency?in?Industry,?West?Point,?NY?July?19-22,?2005）報道了使用LIBS技術進行工業現場鋁合金熔體中Al、Cu、Fe、Mg、Mn、Si、Cr的在線檢測的實用裝置，其傳感器是浸入在熔體的探頭（專利號US6784429B2）。此傳感器特點是能進行鋁合金熔體的連續測量，未見有在鋼水中進行測量的報道(鋼水溫度一般比鋁合金熔體溫度高300~500度）。

文獻（C.Aragon,J.A.Agulera,?and?J?Campos.?Determination?of?Carbon?Content?in?Molten?Steel?Using?Laser-Induced?Brakdown?Spectroscopy[J].Applied?Spectroscopy.?1993,47(5):606-608）在實驗室使用LIBS儀器和探頭進行小型高頻爐鋼水C成分連續測量的研究，未見有在工業現場進行實用的報道；