[實用新型]熔融金屬成分檢測裝置

有效

• 申請號: 201220574666.4
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN202869976U
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 王秋平;潘從元;于云偲;杜學維;安寧
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N1/10
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本實用新型涉及成分檢測技術領域，具體是指一種采用取樣桿取樣的熔融金屬成分檢測裝置。

背景技術

成分檢測是金屬冶煉中的重要環節，現有的實時在線的成分檢測裝置，多采用激光誘導擊穿光譜技術，即利用高功率密度脈沖激光聚焦到入射到物體表面，燒蝕物體產生大量等離子體，對等離子體發射的信號光進行光譜探測得到光譜信息，再對光譜信息進行分析，得出被測物質的成分和濃度信息，這一方法可實現非接觸、實時在線檢測，能有效縮短檢測時間。

目前基于激光誘導擊穿光譜技術的熔融金屬檢測裝置主要分為兩類：

第一類是探管浸入檢測，采用探管插入熔融金屬液面下，能夠防止表面爐渣對檢測的影響，同時通過通入氮氣等保護氣體對探管進行冷卻，這種檢測方式中光學元件需要靠近高溫爐體，容易造成光學元件的損壞，影響光學系統性能；

第二類是直接檢測，即直接將激光聚焦到熔融金屬液表面進行成分定量分析，此時熔融金屬液為翻滾流動狀態，激光聚焦不易對準，測量波動性大，檢測結果容易不準確。

實用新型內容

為了改進上述缺陷，本實用新型提出了一種采用取樣桿取樣的熔融金屬成分檢測裝置，其包括：

取樣桿系統、脈沖激光器、光路系統、光譜探測裝置、時序控制單元、光譜分析單元；取樣桿系統包括取樣桿和驅動取樣桿運動的驅動裝置。

時序控制單元的時序信號依次觸發驅動裝置、脈沖激光器及光譜探測裝置，驅動裝置驅動取樣桿插入熔融金屬液內部進行取樣后，脈沖激光器發射脈沖激光經光路系統聚焦至取樣桿表面，產生的等離子體信號光由光路系統采集并導出至光譜探測裝置，光譜探測裝置獲得光譜信息并將其發送至光譜分析單元。

具體來說：每次檢測時，時序控制單元先發送時序信號觸發驅動裝置，驅動裝置將取樣桿插入熔融金屬液內部一定深度，保持一定時間后（一般為4~8秒）將取樣桿提出到固定位置處；時序控制單元再觸發脈沖激光器，脈沖激光器發射脈沖激光，經光路系統聚焦到取樣桿表面附著的熔融金屬液上，激光燒蝕熔融金屬產生激光誘導等離子體，等離子體發射出大量的等離子體信號光；時序控制單元再觸發光譜探測裝置，光譜探測裝置接收光路系統導入的等離子信號光，從而獲取激光誘導擊穿光譜，再通過光譜分析單元對光譜信息進行分析得到熔融金屬液的實時成分信息。

進一步的，本實用新型還包括吹氣保護裝置，該吹氣保護裝置同樣受時序控制單元的時序信號控制；驅動裝置提出取樣桿時，時序控制單元控制吹氣保護裝置以一定的流量吹掃出保護氣體，確保取樣桿表面附著的熔融金屬液不受空氣影響，使檢測結果更準確；如有需要，吹氣保護裝置還可以調整保護氣體的流量，吹走取樣桿表面附著的爐渣，從而去除爐渣對檢測結果的影響；其中保護氣體為化學性質穩定，在常溫和高溫下都不會與熔融金屬液發生化學反應的氣體，例如氮氣或惰性氣體。

可選的，所述驅動裝置采用電動驅動方式或氣動驅動方式，所述電動驅動方式包括步進電機驅動，所述氣動驅動方式包括氣動閥門驅動。

優選的，所述取樣桿系統還包括傳動裝置，位于驅動裝置和取樣桿之間，所述傳動裝置能保證取樣桿的運動速度和行程。進一步的，所述傳動裝置上設有延伸臂，能夠更好的保證取樣桿運動的穩定性。

可選的，取樣桿系統可采用直線運動方式或旋轉運動方式進行取樣，直線運動方式取樣時，取樣桿包括固定桿和浸入桿，所述浸入桿可拆卸安裝在固定桿上；旋轉運動方式取樣時，取樣桿包括旋轉機構和多根浸入桿，所述浸入桿可拆卸安裝在所述旋轉機構上；這種可拆卸的安裝方式，非常方便浸入桿的維護和更換。

優選的，所述浸入桿的表面刻有細槽或攻小孔，能夠更好的附著熔融金屬液。

優選的，所述延伸臂、固定桿以及旋轉機構采用鋼材料，所述浸入桿采用耐高溫材料，例如二氧化鋯或氧化鋁陶瓷。

可選的，所述光譜探測裝置采用光譜儀，或采用分光器件和光譜探測器件的結合。

本實用新型采用取樣桿對高溫爐體內的熔融金屬液取樣，再利用激光誘導擊穿光譜技術遠距離檢測熔融金屬成分，使光學元件遠離高溫爐體，保證了光學元件的安全性；同時由于取樣桿每次都提出到固定位置處，使激光聚焦更易對準，測量波動小，檢測結果更為準確；取樣桿取樣的方式簡單快捷，檢測效率高，在一次冶煉過程中可以實現多次檢測，檢測效果好，可廣泛用于冶金爐內熔融金屬成分實時在線檢測。

附圖說明

圖1為本實用新型熔融金屬成分檢測裝置實施例的示意圖。

圖2為直線式取樣桿系統的示意圖。

圖3為旋轉式取樣桿系統的示意圖。