CN106645041A - 一种钢样成分分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢样成分分析装置，包括样品池、激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器；样品池用于放置钢样；激光光源用于产生具有高能量密度的激光束；光路模块用于将产生的激光束引导至样品池，对钢样进行激发，并收集由钢样产生的等离子体光谱并将产生光传导至光谱测试装置的探测端；光谱测试装置用于根据接收到的光谱转换成光谱数据；处理器用于对光谱数据进行分析，得到钢样成分的元素和含量的分析结果。本发明钢样成分分析装置采用激光诱导击穿光谱的物质成分分析方法，实现了对钢样成分在线的实时分析检测。

Description

一种钢样成分分析装置

技术领域

本发明涉及钢样分析技术领域，特别是涉及一种钢样成分分析装置。

背景技术

各国经济发展程度的一个重要指标为工业化水平，而钢铁总量是衡量一个国家工业化水平的重要指标。随着工业发展，对于钢铁质量的要求也越来越高，因此在炼钢过程中对钢样成分的分析检测就成为重视的流程。

在钢铁冶炼流程中，在初练炉、精炼炉、中间包和结晶器中均涉及对液态钢水成分的检测，包括对其包含的主要化学元素(C、Si、Mn、P、S等元素)的定性和定量分析。现有技术中，对液态钢水样品的分析检测方式是：经过取样、制样和由离线检测平台进行分析，最后得到分析结果，采用的钢样成分分析方法包括化学分析方法、直读光谱法、X射线荧光法等，这些方法都需要对样品作预处理，耗费时间长，不能满足实时的在线检测要求，而炼钢是高温快节奏过程，实时检测能充分利用上炉的热量，并减少辅料消耗，有助于降低成本，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢样成分分析装置，可实现炼钢过程中对钢样成分的实时分析检测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢样成分分析装置，包括样品池、激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器；

所述样品池用于放置钢样；

所述激光光源用于产生具有高能量密度的激光束；

所述光路模块用于将产生的激光束引导至所述样品池，对钢样进行激发，并收集由钢样产生的等离子体光谱并将产生光传导至所述光谱测试装置的探测端；

所述光谱测试装置用于根据接收到的光谱转换成光谱数据；

所述处理器用于对光谱数据进行分析，得到钢样成分的元素和含量的分析结果。

可选地，所述光谱测试装置以光纤作为探测端，在所述光纤前端设置有用于将光耦合进光纤的耦合器。

可选地，所述光路模块包括二向色镜、第一透镜组和第二透镜组；

所述激光光源产生的激光束经过所述二向色镜透射到所述第一透镜组，经所述第一透镜组整形后照射到所述样品池；

钢样被激发产生的光由所述第一透镜组收集，经所述二向色镜反射到所述第二透镜组，被所述第二透镜组汇聚到所述光谱测试装置的探测端。

可选地，还包括设置在所述样品池一侧的识别电路，所述识别电路用于当感应到所述样品池内放入钢样时接通对所述激光光源、所述光谱测试装置以及所述处理器的供电，当感应到所述样品池内无钢样时断开对所述激光光源、所述光谱测试装置以及所述处理器的供电。

可选地，所述识别电路包括光电开关。

可选地，所述激光光源在供电接通时产生具有预设值能量和预设频率的激光束；

所述光谱测试装置在供电接通时延迟预设时间开始接收光。

可选地，所述处理器还用于对获得的光谱数据、分析结果进行存储和显示。

可选地，所述激光光源、所述光谱测试装置、所述光路模块和处理器设置在密闭壳体内。

可选地，在所述壳体侧壁正对所述样品池的位置处设置有用于通过光的光窗。

可选地，所述密闭壳体采用钢材制作。

由上述技术方案可知，本发明所提供的钢样成分分析装置，包括样品池、激光光源、光路模块、光谱测试装置和处理器。样品池用于放置钢样，激光光源产生具有高能量密度的激光束，激光束由光路模块引导照射到样品池，对钢样进行激发，由钢样产生的等离子光谱通过光路模块传播到光谱测试装置的探测端，处理器根据光谱测试装置获得的光谱数据对钢样成分进行分析，得到钢样成分元素和含量的分析结果。本发明钢样成分分析装置采用激光诱导击穿光谱的物质成分分析方法，实现了对钢样成分在线的实时分析检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种钢样成分分析装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的钢样成分分析装置中光路模块的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种钢样成分分析装置的侧视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种钢样成分分析装置，包括样品池、激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器；

所述样品池用于放置钢样；

所述激光光源用于产生具有高能量密度的激光束；

所述光路模块用于将产生的激光束引导至所述样品池，对钢样进行激发，并收集由钢样产生的等离子体光谱并将产生光传导至所述光谱测试装置的探测端；

所述光谱测试装置用于根据接收到的光谱转换成光谱数据；

所述处理器用于对光谱数据进行分析，得到钢样成分的元素和含量的分析结果。

本实施例钢样成分分析装置采用激光诱导击穿光谱(Laser Induced BreakdownSpectroscopy，LIBS)的物质成分分析方法，激光诱导击穿光谱技术以高能量激光束激发样品，高能量激光束与物质相互作用激发产生等离子体光谱，根据产生的等离子体光谱可以获得样品物质成分的元素以及含量。该方法无需对样品进行预处理，能够完成不同物理形态下复杂物质所含元素的定性和定量分析，测试速度快。

本实施例钢样成分分析装置，激光光源产生具有高能量密度的激光束，激光束由光路模块引导照射到样品池，对钢样进行激发，由钢样产生的等离子体光谱通过光路模块传播到光谱测试装置的探测端，处理器根据光谱测试装置获得的光谱数据对钢样成分进行分析，得到钢样成分元素和含量的分析结果。

本实施例钢样成分分析装置采用激光诱导击穿光谱的物质成分分析方法，实现了对钢样成分在线的实时分析检测。与现有技术相比，可以免去送样和制样的时间，能够实现快速的无损检测，有助于提高炼钢生产效率。

下面结合附图对本实施例钢样成分分析装置作进一步说明。

本实施例钢样成分分析装置包括品池、激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器，可参考图1，为本实施例钢样成分分析装置的一种示意图，激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器设置在主机内。

样品池10用于放置钢样。检测时将采集的钢样放在样品池10内进行检测。

激光光源用于产生具有高能量密度的激光束，激光光源可采用半导体激光器，半导体激光器具有体积小、重量轻的特点，并且其一体式便于本钢样成分分析装置的机械设计。优选的，所采用的激光光源产生的激光能量可达到百毫焦级别，并且激光束能量稳定，使得能激发出强而稳定的光谱，增强光谱的信噪比。

所述光路模块将产生的激光束引导至所述样品池10，对钢样进行激发，并收集由钢样产生的等离子体光谱并将产生光传导至所述光谱测试装置的探测端。

可选的，所述光路模块可按如下方式设置，请参考图2，所述光路模块包括二向色镜110、第一透镜组111和第二透镜组112；所述激光光源产生的激光束经过所述二向色镜110透射到所述第一透镜组111，经所述第一透镜组111整形后照射到所述样品池10；钢样被激发产生的光由所述第一透镜组111收集，经所述二向色镜110反射到所述第二透镜组112，被所述第二透镜组112汇聚到所述光谱测试装置的探测端。

本实施例中，光谱测试装置以光纤作为探测端，在光纤前端设置有用于将光耦合进光纤的耦合器。由光路模块返回的光通过光纤前端耦合进光纤，光谱测试装置根据接收到的光谱转换成光谱数据。

所述处理器根据获得的光谱数据，对光谱数据进行计算和处理，得到钢样成分的元素和含量的分析结果。所述处理器还可对获得的光谱数据、分析结果进行存储和显示，工作人员可以进行查看。另外，处理器还可将获得的钢样光谱数据和分析结果传送到钢厂的数据处理中心，以进行数据保存及记录。

优选的，在上述实施例内容的基础上，可参考图1，本实施例钢样成分分析装置还包括设置在所述样品池10一侧的识别电路12，所述识别电路12用于当感应到所述样品池内放入钢样时接通对所述激光光源、所述光谱测试装置以及所述处理器的供电，当感应到所述样品池内无钢样时断开对所述激光光源、所述光谱测试装置以及所述处理器的供电。

具体的，所述激光光源在供电接通时产生具有预设值能量和预设频率的激光束，对钢样进行激发；所述光谱测试装置在供电接通时延迟预设时间开始接收光，进而处理器对获得的光谱数据进行分析。由于启动激光光源、激光光源产生光激发到样品需要一定时间，并且样品被激发产生稳定的等离子体光谱也需要一定时间，因此光谱测试装置在供电接通时延迟预设时间开始接收光，以测试得到高信噪比的光谱数据。

具体的，所述识别电路12可采用光电开关来感应样品池内是否放入了钢样。可将光电开关连接本装置的供电线路，来控制激光光源、光谱测试装置以及处理器的供电接通和断开。在炼钢过程中，工作人员将采集的钢样放到样品池内，识别电路感应到信号则闭合，接通为激光光源、光谱测试装置以及处理器供电，各仪器启动；当测试完毕，工作人员将钢样拿出样品池，光电开关断开，相应断开对激光光源、光谱测试装置以及处理器的供电，控制其关闭。

因此本实施例钢样成分分析装置，实现了自动控制激光光源、光谱测试装置以及处理器的启动和关闭。

优选的，本实施例钢样成分分析装置所述激光光源、所述光谱测试装置、所述光路模块和处理器设置在密闭壳体内，可参考图1和图3。

本实施例钢样成分分析装置应用于钢样的在线检测，整个装置可放在转炉或者精炼炉前，而为了避免炉前恶劣的空气环境污染光学仪器，本装置将激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器设置在密闭壳体内，起到对光学器件的保护作用。

优选的，所述密闭壳体采用钢材制作。

相应的，在所述壳体侧壁正对所述样品池的位置处设置有用于通过光的光窗13，可参考图1。光窗内的窗口片镶嵌在侧壁中，既能阻止主机与样品池之间的空气对流，防止现场灰尘、水分等影响仪器性能，还能形成一条在样品池与主机间的光通道。

本实施例钢样分析装置将激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器设置在主机内，通过各部件选型和合理化机械布局设计可实现便携功能。可在主机壳体的顶端设置把手，便于提取。

下面是采用本实施例钢样成分分析装置对两种钢样测试得到的分析结果。

钢样为YSB S 11065-2015高磷生铁，测试结果如下表1所示：

表1

元素	C	Si	Mn	p	S
						校正值	3.19％	2.52％	0.482％	0.79％	0.03％
测量值	3.23％	2.5％	0.49％	0.98％	0.08％

钢样为GBW(E)010050aG07-77 15#碳钢Q235，测试结果如下表2所示：

表2

以上对本发明所提供的一种钢样成分分析装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢样成分分析装置，其特征在于，包括样品池、激光光源、光谱测试装置、光路模块和处理器；

所述样品池用于放置钢样；

所述激光光源用于产生具有高能量密度的激光束；

所述光路模块用于将产生的激光束引导至所述样品池，对钢样进行激发，并收集由钢样产生的等离子体光谱并将产生光传导至所述光谱测试装置的探测端；

所述光谱测试装置用于根据接收到的光谱转换成光谱数据；

所述处理器用于对光谱数据进行分析，得到钢样成分的元素和含量的分析结果。

2.根据权利要求1所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述光谱测试装置以光纤作为探测端，在所述光纤前端设置有用于将光耦合进光纤的耦合器。

3.根据权利要求2所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述光路模块包括二向色镜、第一透镜组和第二透镜组；

所述激光光源产生的激光束经过所述二向色镜透射到所述第一透镜组，经所述第一透镜组整形后照射到所述样品池；

钢样被激发产生的光由所述第一透镜组收集，经所述二向色镜反射到所述第二透镜组，被所述第二透镜组汇聚到所述光谱测试装置的探测端。

4.根据权利要求1所述的钢样成分分析装置，其特征在于，还包括设置在所述样品池一侧的识别电路，所述识别电路用于当感应到所述样品池内放入钢样时接通对所述激光光源、所述光谱测试装置以及所述处理器的供电，当感应到所述样品池内无钢样时断开对所述激光光源、所述光谱测试装置以及所述处理器的供电。

5.根据权利要求4所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述识别电路包括光电开关。

6.根据权利要求4所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述激光光源在供电接通时产生具有预设值能量和预设频率的激光束；

所述光谱测试装置在供电接通时延迟预设时间开始接收光。

7.根据权利要求1所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述处理器还用于对获得的光谱数据、分析结果进行存储和显示。

8.根据权利要求1-7任一项所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述激光光源、所述光谱测试装置、所述光路模块和处理器设置在密闭壳体内。

9.根据权利要求8所述的钢样成分分析装置，其特征在于，在所述壳体侧壁正对所述样品池的位置处设置有用于通过光的光窗。

10.根据权利要求8所述的钢样成分分析装置，其特征在于，所述密闭壳体采用钢材制作。