CN105203353B - 一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置及方法，所述装置包括操作平台，固定在操作平台上的取样装置，所述取样装置上设置有支架和横臂，所述支架和横臂之间设置有弹簧和定距杆，所述横臂的一端通过固定螺栓与支架连接，另一端连接取样器，所述支架通过电磁铁连接控制盒。本发明的优点如下，整体结构设计巧妙、安装方便，该取样器使用一个耐高温的护套，刚玉质套管，该套管是锥台型，在直径小的一端带有金属锥形护帽。锥形护帽采用与液体金属成分相近的金属薄带制作，不会污染金属液；该金属护帽起短时间的防护作用，其原料可使用冷轧轧制加工后的废次品，因而成本低廉。

Description

一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种取样装置及方法，特别涉及一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置及方法。

背景技术

金属冶炼产品对内部夹杂物和气体含量要求越来越苛刻，特别是有特殊用途的高级金属制品，比如对高级汽车用钢、高品质电工钢、高强管线钢等，要求极低的氮、氧含量。因此需要在冶炼的各工序中进行取样分析，比较成分变化趋势，判断异常原因，控制关键影响因素等；在高温金属容器中取样的方法一般是使用纸质套筒的样模，只能取大尺寸的圆饼样或柱状样。这类试样不能用于进行金属中的气体分析。同时纸质套筒在与高温金属接触后会与周围环境空气中的氧气发生反应并排出次生气体二氧化碳，使金属液面发生剧烈的翻腾，因而无法在空间狭小的金属容器内，如连铸机的结晶器采用此方法取样。

目前提取用于金属中气体分析的小尺寸棒样，一般使用真空玻璃管或石英管抽取棒状试样。此方法虽然有利于气体分析，但因插入金属液熔池的深度有限，或人为操作的差异，有可能将液面的熔渣和金属液同时吸入，经常形成空心夹渣试样，这种试样无法使用。由于从其外观上无法立即判断出试样内部是否完好，因此不仅导致试样浪费，也往往贻误了取样时机。现有技术中也有采用特殊设计的取样器，如申请公布号为CN102213650A的申请。该取样器制作复杂，使用成本高，且仅适用于连铸结晶器取样。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置及方法，金属液体的液面上一般都覆盖一层厚度不等的渣层，金属液面上的渣层一般从上到下随温度由低到高，其物理状态为从半固态或粉状到半熔融状态，再到液态。本发明所设计的取样方法可应用于高温冶金的精炼及连续铸造等工艺环节，便于在不同的工序制备同一规格的试样，从而有利于成分分析的一致性，因为不同类型的试样即使对于同一种气体含量分析也有显著差异。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置，其特征在于，所述装置包括操作平台，固定在操作平台上的取样装置，所述取样装置上设置有支架和横臂，所述支架和横臂之间设置有弹簧和定距杆，所述横臂的一端通过固定螺栓与支架连接，另一端连接取样器，所述支架通过电磁铁连接控制盒。

作为本发明的一种改进，所述控制盒由延时计时器、电源开关以及启动按钮组成。

作为本发明的一种改进，所述取样器包括锥形护帽、套管、以及真空取样管，所述真空取样管设置在套管的内部，所述锥形护帽设置在套管的下部，所述取样管和套管之间设置有之护耐火材料，所述套管设置为刚玉套管。

作为本发明的一种改进,所述套管是锥台型，在直套管直径小的一端设置有锥形护帽。锥形护帽采用与液体金属成分相近的金属薄带制作，不会污染金属液。该金属护帽起短时间的防护作用，其原料可使用冷轧轧制加工后的废次品，因而成本低廉。

一种提取渣层下金属液体中小棒样的方法，其特征在于，所述方法的如下：

1）在操作平台上安放取样装置，在支架上铰接取样横臂，横臂相当于一个杠杆，在横臂的前端夹持取样器；支架的另一端通过电磁铁连接控制盒，在初始状态时，横臂由拉紧弹簧和定距杆固定位置，整个装置的高度可由支架进行整体调节；

2）取样时，取样器将向下运动一个固定的行程，以保证稳定的取样深度，此行程由可调节位置的电磁铁控制，当电磁铁通电时，横臂尾部抬起，同时取样器进入金属熔液中；当取样完成后，电磁铁断电，横臂受弹簧的拉力抬起，即完成了取样。

作为本发明的一种改进，所述步骤2中取样器的取样方式设置为整体式，具体为，将护帽、套管、耐材、取样管牢固组合起来，其中耐材是软性耐火材料如石棉毡之类。使用前将套管适当预热，使用时用夹具夹持套管的上部，使护帽21的尖头朝下，迅速穿过金属液面上的渣层，使套管的下沿深入金属液面下20~30mm；在套管进入金属液面下以后，要保持取样管垂直，并移动组合体，使熔化的护帽扩散至周围的金属液中；在护帽熔化后，取样管的底部即处于金属液中并迅速熔化，由于取样管内为真空状态，金属液在大气压力作用下进入取样管，保持3~4秒钟后即形成所需试样；然后将套管和取好的试样一起移出来，将试样从套管中倒出并清除表面的石英碎片就完成了整个取样程序；将套管表面残留的金属和渣清除干净，可以提供给下次重复使用。

作为本发明的一种改进，所述所述步骤2中取样器的取样方式设置为分体式，具体为如下，该方式取样的使用方法分为两步，护套与取样管不组合在一起；

1）、使用前先将护帽和套管组合起来并适当预热，使用时用夹具夹持套管的上部，将护帽尖头向下并垂直，然后将护帽迅速穿过渣层插入金属液面下，使套管的下沿深入金属液面下20~30mm深度，在锥形帽熔化之前将护套稍倾斜并缓慢移动，使熔化的帽体扩散至周围的金属液中。这时再将护套摆正，即在护套内形成了一个没有熔渣干扰的取样窗口；

2）、用夹具夹持取样管的上部插入护套中，使取样管的下部深入金属液30~40mm，保持取样管静止3~4秒钟，金属液进入取样管中并迅速冷却成形，进一步仍用之前的夹具将试样和套管取出，将清除试样表面的石英碎片就完成了整个取样程序，将套管表面残留的金属和渣清除干净，可以提供给下次重复使用。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）整体结构设计巧妙、安装方便，该取样器使用一个耐高温的护套，刚玉质套管，该套管是锥台型，在直径小的一端带有金属锥形护帽。锥形护帽采用与液体金属成分相近的金属薄带制作，不会污染金属液；该金属护帽起短时间的防护作用，其原料可使用冷轧轧制加工后的废次品，因而成本低廉；套管的长度和外径与取样的环境有关，套管的厚度与外径相关；2）本发明所设计的取样方法可应用于高温冶金的精炼及连续铸造等工艺环节，便于在不同的工序制备同一规格的试样，从而有利于成分分析的一致性；3）整个取样装置设计巧妙，通过电磁铁、控制盒以及支架、横臂等的相关配合就完成了取样过程，而且取样非常准确。

附图说明

图1是本发明整体结构俯视图；

图2是本发明取样器结构示意图；

图中：1、高温液体，2、容器，3、炉渣层，4、操作平台，5、取样装置，6、支架，7、横臂，8、取样器，9、弹簧，10、定居杆，11、电磁铁，12、控制盒，21锥形护帽，22套管，23支护耐火材料，24真空取样管。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

实施例1：参见图1，一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置，所述装置包括操作平台4，固定在操作平台4上的取样装置5，所述取样装置5上设置有支架6和横臂7，所述支架6和横臂7之间设置有弹簧9和定距杆10，所述横臂7的一端通过固定螺栓与支架6连接，另一端连接取样器8，所述支架6通过电磁铁11连接控制盒12，所述控制盒12由延时计时器、电源开关以及启动按钮组成。

实施例2：参见图2，作为本发明的一种改进,所述取样器包括锥形护帽21、套管22、以及真空取样管24，所述真空取样管24设置在套管22的内部，所述锥形护帽21设置在套管22的下部，所述取样管24和套管22之间设置有之护耐火材料23，所述套管22设置为刚玉套管。与护套配合使用的取样管是一个薄壁真空玻璃管或真空石英管，取样管的长度根据检验分析对试样的要求确定。

实施例3：参见图2，作为本发明的一种改进,所述套管22是锥台型，在直套管直径小的一端设置有锥形护帽21。锥形护帽采用与液体金属成分相近的金属薄带制作，不会污染金属液。该金属护帽起短时间的防护作用，其原料可使用冷轧轧制加工后的废次品，因而成本低廉。

实施例4：一种提取渣层下金属液体中小棒样的方法，所述方法的如下：参见图1，高温金属液体1经通道流入容器2中，并且在液面上覆盖有一定厚度的熔渣层3，取样过程为，

1）在操作平台4上安放取样装置5，在支架6上铰接取样横臂7，横臂7相当于一个杠杆，在横臂的前端夹持取样器8；支架的另一端通过电磁铁连接控制盒，在初始状态时，横臂7由拉紧弹簧9和定距杆10固定位置，整个装置的高度可由支架6进行整体调节；

2）取样时，取样器8将向下运动一个固定的行程，以保证稳定的取样深度，此行程由可调节位置的电磁铁11控制，当电磁铁11通电时，横臂7尾部抬起，同时取样器8进入金属熔液中；当取样完成后，电磁铁11断电，横臂7受弹簧9的拉力抬起，即完成了取样。在使用取样器时，应保证每次使用时在金属液体内插入深度和停留时间保持一致，进一步确保取样的准确性。

为了保证试样质量可靠，应使取样器在金属液中停留的时间固定，此通过维持电磁铁41的通电时间来实现；电磁铁11的控制通过控制盒12实现。该控制盒带有延时计时器、电源开关和启动按钮；按下电源开关时为接通或断开电源，通过延时计时器设定面板可修改设定电磁铁带电延时时间；在接通电源并设定好延时后，当按下启动按钮时则电磁铁带电并带动横臂动作，延时时间到，电磁铁自动断电，横臂前端抬起，完成取样。

实施例5：作为本发明的一种改进，所述步骤2中取样器的取样方式设置为整体式，具体为，将护帽21、套管22、支护耐火材料23、取样管24牢固组合起来，其中支护耐火材料23是软性耐火材料如石棉毡之类。使用前将套管适当预热，使用时用夹具夹持套管2的上部，使护帽21的尖头朝下，迅速穿过金属液面上的渣层，使套管22的下沿深入金属液面下20~30mm；在套管22进入金属液面下以后，要保持取样管24垂直，并移动组合体，使熔化的护帽21扩散至周围的金属液中；在护帽21熔化后，取样管24的底部即处于金属液中并迅速熔化，由于取样管24内为真空状态，金属液在大气压力作用下进入取样管，保持3~4秒钟后即形成所需试样；然后将套管和取好的试样一起移出来，将试样从套管中倒出并清除表面的石英碎片就完成了整个取样程序；将套管表面残留的金属和渣清除干净，可以提供给下次重复使用。其余步骤和优点与实施例4相同。

实施例5：参见图1，作为本发明的一种改进，所述步骤2中取样器的取样方式设置为分体式，具体为如下，该方式取样的使用方法分为两步，护套与取样管不组合在一起；

1）、使用前先将护帽21和套管22组合起来并适当预热，使用时用夹具夹持套管22的上部，将护帽21尖头向下并垂直，然后将护帽21迅速穿过渣层插入金属液面下，使套管22的下沿深入金属液面下20~30mm深度，在锥形帽21熔化之前将护套22稍倾斜并缓慢移动，使熔化的帽体扩散至周围的金属液中。这时再将护套摆正，即在护套内形成了一个没有熔渣干扰的取样窗口；

2）、用夹具夹持取样管24的上部插入护套中，使取样管的下部深入金属液30~40mm，保持取样管静止3~4秒钟，金属液进入取样管中并迅速冷却成形，进一步仍用之前的夹具将试样和套管取出，将清除试样表面的石英碎片就完成了整个取样程序，将套管表面残留的金属和渣清除干净，可以提供给下次重复使用，其余步骤和优点与实施例4相同。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (4)

1.一种渣层下金属液体中提取小棒样的装置，其特征在于，所述装置包括操作平台，固定在操作平台上的取样装置，所述取样装置上设置有支架和横臂，所述支架和横臂之间设置有拉紧弹簧和定距杆，所述横臂的一端通过固定螺栓与支架连接，另一端连接取样器，所述支架通过电磁铁连接控制盒，所述控制盒由延时计时器、电源开关以及启动按钮组成；所述取样器包括锥形护帽、套管、以及真空取样管，所述真空取样管设置在套管的内部，所述锥形护帽设置在套管的下部，所述真空取样管和套管之间设置有支护耐火材料，所述套管设置为刚玉套管,所述套管是锥台型，在套管直径小的一端设置有锥形护帽。

2.采用权利要求1所述装置提取渣层下金属液体中小棒样的方法，其特征在于，所述方法的如下： 1）在操作平台上安放取样装置，在支架上铰接取样横臂，横臂相当于一个杠杆，在横臂的前端夹持取样器；支架的另一端通过电磁铁连接控制盒，在初始状态时，横臂由拉紧弹簧和定距杆固定位置，整个装置的高度可由支架进行整体调节； 2）取样时，取样器将向下运动一个固定的行程，以保证稳定的取样深度，此行程由可调节位置的电磁铁控制，当电磁铁通电时，横臂尾部抬起，同时取样器进入金属熔液中；当取样完成后，电磁铁断电，横臂受拉紧弹簧的拉力抬起，即完成了取样。

3.根据权利要求2所述的提取渣层下金属液体中小棒样的方法，其特征在于，所述步骤2中取样器的取样方式设置为整体式，具体为，将护帽、套管、支护耐火材料、真空取样管牢固组合起来，使用前将套管适当预热，使用时用夹具夹持套管的上部，使护帽的尖头朝下，迅速穿过金属液面上的渣层，使套管的下沿深入金属液面下20~30mm；在套管进入金属液面下以后，要保持真空取样管垂直，并移动组合体，使熔化的锥形护帽扩散至周围的金属液中；在护帽熔化后，真空取样管的底部即处于金属液中并迅速熔化，由于真空取样管内为真空状态，金属液在大气压力作用下进入真空取样管，保持3~4秒钟后即形成所需试样；然后将套管和取好的试样一起移出来，将试样从套管中倒出并清除表面的石英碎片就完成了整个取样程序；将套管表面残留的金属和渣清除干净，提供给下次重复使用。

4.根据权利要求3所述的提取渣层下金属液体中小棒样的方法，其特征在于，所述所述步骤2中取样器的取样方式设置为分体式，具体为如下，该方式取样的使用方法分为两步，1）、使用前先将锥形护帽和套管组合起来并适当预热，使用时用夹具夹持套管的上部，将护帽尖头向下并垂直，然后将护帽迅速穿过渣层插入金属液面下，使套管的下沿深入金属液面下20~30mm深度，在锥形护帽熔化之前将套管稍倾斜并缓慢移动，使熔化的帽体扩散至周围的金属液中；这时再将套管摆正，即在套管内形成了一个没有熔渣干扰的取样窗口；2）、用夹具夹持真空取样管的上部插入护套中，使真空取样管的下部深入金属液30~40mm，保持真空取样管静止3~4秒钟，金属液进入真空取样管中并迅速冷却成形，进一步仍用之前的夹具将试样和套管取出，将清除试样表面的石英碎片就完成了整个取样程序，将套管表面残留的金属和渣清除干净，提供给下次重复使用。