CN109507124A - 一种插入式液态钢水成分快速检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金检测技术领域，具体是一种插入式液态钢水成分快速检测装置，所述插入式液态钢水成分快速检测装置包括钢水成分分析仪和插入式探头；所述钢水成分分析仪包括激光器、光谱仪、光路系统、控制器和探头导管；所述插入式探头包括空心圆管和玻璃片。本发明能实现对炼钢炉内液态钢水成分的直接检测，而目前通常采用的直读光谱方法只能分析固态样品；采用了插入式探头，炼钢炉内液态钢水表面覆盖的炉渣对测量结果没有影响；整个检测分析过程，从插入分析仪到成分结果输出，仅仅需要20秒时间。
Description
技术领域
本发明涉及冶金检测技术领域，具体是一种插入式液态钢水成分快速检测装置。
背景技术
在炼钢过程中，炼钢炉内合格的钢水成分是最主要的冶炼目标；同时，炼钢是快节奏的高温生产过程，准确快速获取钢水成分后能正确指导炼钢操作，确定冶炼终点；因此，在炼钢过程中需要快速检测分析钢水成分。
目前炼钢过程中的钢水成分分析采用离线分析方法，一般操作为：炼钢工在炼钢过程中用取样器或者样勺，对钢水进行取样，待试样冷却凝固后，采用人工或者快速风动送样通道，将试样送到化学成分分析实验室，利用直读光谱分析仪对送来的钢样进行成分分析。该过程需要取样、送样、制样、分析、传送分析结果，通常需要5-15分钟，因此，炼钢过程中经常需要等待化学成分分析结果，制约了生产效率的提高，同时，等样过程中损失了大量的热量。
目前的化学成分分析工艺不能直接对液态钢水进行检测，一方面是缺乏在线的钢水成分分析装置，另一方面是炼钢炉内钢水表面通常覆盖有温度较高、且有一定厚度的液态炉渣，无法直接接触到钢水。
现有技术中，中国专利(公告号：CN104502330A，公告日：2015.04.08)公开了一种用于检测液体样品的激光诱导击穿光谱检测装置，采用将常温液体(化学溶液)进行喷流后进行成分检测的装置。但是液体钢水温度高达1600℃以上，且粘度较高，该发明装置的喷流设备不能应用于高温和粘稠的液体。
另外，还有中国专利(公告号：CN102841075A，公告日：2012.12.26)公开了一种激光光谱诱导成分检测系统，提到了对实验室感应炉内钢水成分的检测，其方法设想为利用激光在钢水表面聚集。然而实际上目前炼钢炉内钢水表面通常覆盖有300-1300mm厚度、高温、粘稠的炉渣，并不能直接看到钢水表面，且钢水和炉渣在冶炼过程中伴随剧烈的的搅拌，没有固定且平静的液面。
发明内容
为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种插入式液态钢水成分快速检测装置，包括钢水成分分析仪1和插入式探头7，所述钢水成分分析仪1和所述插入式探头7通过插拔的方式连接或分离；所述钢水成分分析仪1包括激光器2、光谱仪3、光路系统4、控制器5和探头导管6；所述插入式探头7包括空心圆管8和玻璃片9，所述玻璃片9固定在所述空心圆管8的一端，所述空心圆管8的另一端为开口状态。
作为本发明的进一步方案，所述探头导管为中空金属圆管，其外径与空心圆管的内径相同，材质包括但不限于不锈钢、耐热钢或耐热合金，管壁厚度2-10mm。
作为本发明的进一步方案，所述探头导管内部安装有由透镜组成的光路系统，作用是汇集激光和收集光谱信号，其中激光光路采用准直汇集光路。
作为本发明的进一步方案，所述激光器为脉冲激光器，功率范围为20-400mj。
作为本发明的进一步方案，所述光谱仪为CCD光谱仪，波段为150-900nm。
作为本发明的进一步方案，所述空心圆管的内径范围是30-150mm，长度范围是500-2100mm，材质为轻质耐火材料，管壁厚度5-50mm；
优选的，所述空心圆管8的材质为纸质。
作为本发明的进一步方案，所述玻璃片的材质为抗热振的石英玻璃片，厚度2-20mm。
作为本发明的进一步方案，所述玻璃片与所述空心圆管采用铆接或者强力胶粘接固定。
所述插入式液态钢水成分快速检测装置的使用方法具体如下：
(1)检测前将所述插入式探头套装在所述钢水成分分析仪的所述探头导管上，这样，所述玻璃片与所述探头导管连接，形成光学通道，保证激光的发射和光谱的接受，同时，所述空心圆管能有效保证在插入钢水和炉渣中时，不会对所述钢水成分分析仪的探头导管和内部元件有任何损伤；
(2)由人工或者机械手将安装有所述插入式探头的探头导管以垂直的角度插入炼钢炉内，穿过渣层，进入钢液；此时，所述控制器控制所述激光器发射激光，该激光通过所述光路系统后，穿过所述玻璃片进入钢水中，钢水在激光的作用下，激发形成钢水的等离子体光谱信号，该信号通过所述玻璃片返回所述光路系统，被所述光谱仪采集和分析，按照钢水中各元素谱线的波长和强度，分析出钢水成分后并输出结果；
(3)钢水成分结果输出后，从钢水中拔出所述探头导管，摘除所述插入式探头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)能实现对炼钢炉内液态钢水成分的直接检测，而目前通常采用的直读光谱方法只能分析固态样品；
(2)检测的钢水化学成分元素包括：C,Si,Mn,P,S,Cr,Ni,Cu,Al,V,Ti,Mo元素，能完全满足炼钢工艺需求；
(3)由于采用了插入式探头，炼钢炉内液态钢水表面覆盖的炉渣对测量结果没有影响；
(4)整个检测分析过程，从插入分析仪到成分结果输出，仅仅需要20秒时间，而目前通常使用的直读光谱分析方法通常需要5-10分钟；
(5)本分析装置的光路系统采用了的准直汇集光路，能保证激光能量的稳定传输和在液态钢水中的激发。
附图说明
图1为本发明中插入式液态钢水成分快速检测装置的结构示意图。
图1中：1-钢水成分分析仪，2-激光器，3-光谱仪，4-光路系统，5-控制器，6-探头导管，7-插入式探头，8-空心圆管，9-玻璃片。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，一种插入式液态钢水成分快速检测装置，包括钢水成分分析仪1和插入式探头7，所述钢水成分分析仪1和所述插入式探头7通过插拔的方式连接或分离；所述钢水成分分析仪1包括激光器2、光谱仪3、光路系统4、控制器5和探头导管6；所述插入式探头7包括空心圆管8和玻璃片9，所述玻璃片9固定在所述空心圆管8的一端，所述空心圆管8的另一端为开口状态。
作为本发明的进一步方案，所述探头导管6为中空金属圆管，其外径与空心圆管8的内径相同，材质包括但不限于不锈钢、耐热钢或耐热合金，管壁厚度2-10mm。
作为本发明的进一步方案，所述探头导管6内部安装有由透镜组成的光路系统4，作用是汇集激光和收集光谱信号，其中激光光路采用准直汇集光路。
实施例2
请参阅图1，一种插入式液态钢水成分快速检测装置，包括钢水成分分析仪1和插入式探头7，所述钢水成分分析仪1和所述插入式探头7通过插拔的方式连接或分离；所述钢水成分分析仪1包括激光器2、光谱仪3、光路系统4、控制器5和探头导管6；所述插入式探头7包括空心圆管8和玻璃片9，所述玻璃片9固定在所述空心圆管8的一端，所述空心圆管8的另一端为开口状态。
作为本发明的进一步方案，所述激光器2为脉冲激光器，功率范围为20-400mj。
作为本发明的进一步方案，所述光谱仪3为CCD光谱仪，波段为150-900nm。
作为本发明的进一步方案，所述空心圆管8的内径范围是30-150mm，长度范围是500-2100mm，材质为轻质耐火材料，管壁厚度5-50mm；
优选的，所述空心圆管8的材质为纸质。
作为本发明的进一步方案，所述玻璃片9的材质为抗热振的石英玻璃片，厚度2-20mm。
作为本发明的进一步方案，所述玻璃片9与所述空心圆管8采用铆接或者强力胶粘接固定。
实施例3
所述插入式液态钢水成分快速检测装置的使用方法具体如下：
(1)检测前将所述插入式探头7套装在所述钢水成分分析仪1的所述探头导管6上，这样，所述玻璃片9与所述探头导管6连接，形成光学通道，保证激光的发射和光谱的接受，同时，所述空心圆管8能有效保证在插入钢水和炉渣中时，不会对所述钢水成分分析仪1的探头导管6和内部元件有任何损伤；
(2)由人工或者机械手将安装有所述插入式探头7的探头导管6以垂直的角度插入炼钢炉内，穿过渣层，进入钢液；此时，所述控制器5控制所述激光器2发射激光，该激光通过所述光路系统4后，穿过所述玻璃片9进入钢水中，钢水在激光的作用下，激发形成钢水的等离子体光谱信号，该信号通过所述玻璃片9返回所述光路系统4，被所述光谱仪3采集和分析，按照钢水中各元素谱线的波长和强度，分析出钢水成分后并输出结果；
(3)钢水成分结果输出后，从钢水中拔出所述探头导管6，摘除所述插入式探头7。
Claims (8)
1.一种插入式液态钢水成分快速检测装置，包括钢水成分分析仪(1)和插入式探头(7)，所述钢水成分分析仪(1)和所述插入式探头(7)通过插拔的方式连接或分离，其特征在于：所述钢水成分分析仪(1)包括激光器(2)、光谱仪(3)、光路系统(4)、控制器(5)和探头导管(6)，所述激光器(2)、光谱仪(3)、光路系统(3)、控制器(4)和探头导管(5)通过电信号传输连接；所述插入式探头(7)包括空心圆管(8)和玻璃片(9)，所述玻璃片(9)固定在所述空心圆管(8)的一端，所述空心圆管(8)的另一端为开口状态。
2.根据权利要求1所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述探头导管(6)为中空金属圆管，其外径与空心圆管的内径相同，材质为不锈钢、耐热钢或耐热合金，管壁厚度2-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述探头导管(6)内部安装有由透镜组成的光路系统(3)。
4.根据权利要求1所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述激光器(2)为脉冲激光器，功率范围为20-400mj。
5.根据权利要求1所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述光谱仪(3)为CCD光谱仪，波段为150-900nm。
6.根据权利要求1所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述空心圆管(8)的内径范围是30-150mm，长度范围是500-2100mm，材质为轻质耐火材料，管壁厚度5-50mm。
7.根据权利要求1所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述玻璃片(9)的材质为抗热振的石英玻璃片，厚度2-20mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种插入式液态钢水成分快速检测装置，其特征在于:所述玻璃片(8)与所述空心圆管(9)采用铆接或者强力胶粘接固定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190322 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |