CN110823844A - 一种钢样在线成分快速分析装置及钢样在线分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢样在线成分快速分析装置，包括：光源发射装置、用于将光源聚焦后照射在钢样上以激发其产生等离子体的光源聚焦装置、用于在等离子体的产生和传输过程中使其与空气隔绝的吹气保护装置、用于接收和分析等离子体成分的成分分析装置和控制装置，控制装置用于控制光源发射装置发射光源、用于控制吹气保护装置进行吹气保护、用于控制成分分析装置进行成分分析，光源为激光，光源发射装置与光源聚焦装置连通，控制装置分别与光源发射装置、吹气保护装置、成分分析装置连接。本发明还公开了基于上述钢样在线成分快速分析装置的钢样在线分析方法。通过利用本方法对钢样在线成分快速分析装置进行操作，可实现对钢样快速无损检测。

Description

一种钢样在线成分快速分析装置及钢样在线分析方法

技术领域

本发明涉及钢样分析技术领域，更具体地说，涉及一种钢样在线成分快速分析装置。此外，本发明还涉及一种基于上述钢样在线成分快速分析装置的钢样在线分析方法。

背景技术

随着钢铁制造业的不断发展，人们越来越多的关注于如何缩短钢铁的生产周期和提高钢铁的生产质量。在钢铁的冶炼过程中，一般会需要经过多次对钢水取样分析以确定其成分，再根据钢水的分析结果来指导炼钢的补吹和出钢过程，从而保证钢铁的生产质量，因此，对钢水成分的分析是确保钢铁生产质量的至关重要的环节。

现有技术中，钢厂大多先对液态钢水取样，当液态钢水样品冷却至固态后，再对固态钢水样品应用直读光谱法进行成分分析，该过程采用电火花作为激发光源，并需要配置占地面积庞大的炉前分析化验室，还需要经过送样、磨样等操作。此外，在对固态钢水样品进行检测时，对检测环境的温度、湿度、粉尘、吹氩等有严格要求。而且，利用电火花激发的光斑面积较大，整体检测时间大约为5至10分钟，也即检测周期长。并且，电火花还会在固态钢水样品的表面留下痕迹，损坏其完整性。

综上所述，如何提供一种能实现钢样快速无损检测，并对检测环境要求低的装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种钢样在线成分快速分析装置，其可实现对钢样的快速无损检测。

本发明的另一目的是提供一种基于上述钢样在线成分快速分析装置的钢样在线分析方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢样在线成分快速分析装置，包括：用于发射光源的光源发射装置、用于将光源聚焦后照射在钢样上以激发其产生等离子体的光源聚焦装置、用于在等离子体的产生和传输过程中使其与空气隔绝的吹气保护装置、用于接收和分析等离子体成分的成分分析装置和控制装置，控制装置用于控制光源发射装置发射光源、用于控制吹气保护装置进行吹气保护、用于控制成分分析装置进行成分分析，光源为激光，光源发射装置与光源聚焦装置连通，控制装置分别与光源发射装置、吹气保护装置、成分分析装置连接。

优选的，吹气保护装置的一端与光源聚焦装置连通，另一端与成分分析装置连通，吹气保护装置设有用于气流和等离子体流动的气流通道、用于吹入保护气的气管接头，保护气为惰性气体。

优选的，吹气保护装置的内部设有用于聚焦等离子体的凸透镜。

优选的，光源发射装置、光源聚焦装置、成分分析装置安装在基准面板上；基准面板为整板，或基准面板为多个板组装，以调节光源的聚焦高度和成分分析装置接收等离子体的高度。

优选的，光源聚焦装置包括用于改变光源照射路线的镜片、用于聚焦改变路线后的光源使其照射在钢样上的镜头、分别与镜片和镜头连接并用于将光源聚焦装置固定安装于基准面板的安装座，安装座与光源发射装置的光源出口通道连通，安装座与吹气保护装置连通。

优选的，镜片为离轴抛物镜。

优选的，安装座与基准面板之间通过固定支架连接，安装座与固定支架之间为螺钉连接，固定支架与基准面板之间为螺钉连接。

优选的，成分分析装置与基准面板之间通过托板连接，托板用于调节成分分析装置的位置和角度。

优选的，成分分析装置与托板之间为螺钉连接，托板与基准面板之间为螺钉连接。

一种钢样在线分析方法，应用于上述任一项所述的钢样在线成分快速分析装置，该方法包括：

控制装置控制光源发射装置发射光源，光源进入光源聚焦装置内进行聚焦，聚焦后的光源照射在钢样上以激发其产生等离子体；

控制装置控制吹气保护装置进行吹气保护，以使等离子体在产生和传输过程中均与空气隔绝；

控制装置控制成分分析装置对所接收的等离子体进行成分分析。

在使用本发明所提供的钢样在线分析方法，通过上述钢样在线成分快速分析装置对钢样进行检测时，由于采取的钢样激发光源为激光，激光照射到钢样表面时，不会对钢样造成损坏，故可实现对钢样的无损检测。并且，由于该检测过程不需要进行磨样，故可缩短检测周期。

此外，由于在等离子体在产生和传输过程中均进行了吹起保护，因此，可避免空气对该检测结果造成影响，也即可使得其检测结果准确，最终可精准指导钢铁的生产，提高钢铁的生产效率。并且，利用激光作为激发光源，再通过本发明所提供的钢样在线成分快速分析装置，对钢样进行检测时，对检测环境的温度、湿度、粉尘等没有严格要求，装置占地空间小，因此，本发明所提供的装置更具有适用性和便于推广。

综上所述，本发明所提供了一种钢样在线成分快速分析装置和钢样在线分析方法，通过利用本发明所提供的方法对钢样在线成分快速分析装置进行操作，可实现对钢样的快速无损检测，并且对检测环境要求低，占地空间小，更具有适用性和可推广性。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的钢样在线成分快速分析装置具体实施例一的结构示意图；

图2为本发明的吹气保护装置与光源聚焦装置连接的局部放大图。

其中，1为光源发射装置、2为成分分析装置、3为吹气保护装置、4为钢样、5为固定支架、6为镜片、7为安装座、8为基准面板、9为托板、10为光源出口通道。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种钢样在线成分快速分析装置，本发明的另一核心是提供一种基于上述钢样在线成分快速分析装置的钢样在线分析方法。通过利用该方法对钢样在线成分快速分析装置进行操作，可实现对钢样4的快速无损检测。

请参考图1和图2，其中，图1为本发明所提供的钢样在线成分快速分析装置具体实施例一的结构示意图；图2为本发明的吹气保护装置3与光源聚焦装置连接的局部放大图。

本发明提供了一种钢样在线成分快速分析装置，包括：用于发射光源的光源发射装置1、用于将光源聚焦后照射在钢样4上以激发其产生等离子体的光源聚焦装置、用于在等离子体的产生和传输过程中使其与空气隔绝的吹气保护装置3、用于接收和分析等离子体成分的成分分析装置2和控制装置，控制装置用于控制光源发射装置1发射光源、用于控制吹气保护装置3进行吹气保护、用于控制成分分析装置2进行成分分析，光源为激光，光源发射装置1与光源聚焦装置连通，控制装置分别与光源发射装置1、吹气保护装置3、成分分析装置2连接。

需要说明的是，在使用本发明所提供的钢样在线成分快速分析装置进行钢样4检测时，先利用控制装置控制光源发射装置1发射光源，光源进入光源聚焦装置内进行聚焦，聚焦后的光源照射在钢样4上以激发其产生等离子体；同时，控制装置会控制吹气保护装置3进行吹气保护，以使等离子体在产生和传输过程中均与空气隔绝，从而避免光源激发空气而影响最终的检测结果；最后，控制装置将控制成分分析装置2对所接收的等离子体进行成分分析，并且，控制装置可对钢样4的成分数据进行相关计算和显示。

另外，还需要说明的是，由于采取的钢样4激发光源为激光，激光照射到钢样4表面时，不会对钢样4造成损坏，故可实现对钢样4的无损检测。并且，由于该检测过程不需要进行磨样，故可缩短检测周期。此外，由于在等离子体在产生和传输过程中均进行了吹起保护，因此，可避免空气对该检测结果造成影响，也即可使得其检测结果准确，最终可精准指导钢铁的生产，提高钢铁的生产效率。并且，利用激光作为激发光源，再通过本发明所提供的钢样在线成分快速分析装置，对钢样4进行检测时，对检测环境的温度、湿度、粉尘等没有严格要求，装置占地空间小，因此，本发明所提供的装置更具有适用性和便于推广。

综上所述，本发明所提供了一种钢样在线成分快速分析装置和钢样在线分析方法，通过利用本发明所提供的方法对钢样在线成分快速分析装置进行操作，可实现对钢样4的快速无损检测，并对检测环境要求低，占地空间小，更具有适用性和可推广性。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，吹气保护装置3的一端与光源聚焦装置连通，另一端与成分分析装置2连通，吹气保护装置3设有用于气流和等离子体流动的气流通道、用于吹入保护气的气管接头，保护气为惰性气体，具体可以为氩气。

需要说明的是，吹气保护装置3的一端与光源聚焦装置连通，另一端与成分分析装置2连通，吹气保护装置3设有用于气流和等离子体流动的气流通道、用于吹入保护气的气管接头，保护气为惰性气体。是为了使得等离子体在产生和传输过程中均与空气隔绝，从而避免光源激发钢样4的过程中同时激发空气而影响检测结果，也可避免等离子体在传输至成分分析装置2的过程中，将空气带入至成分分析装置2中，而影响检测结果。

另外，还需要说明的是，此处所述的气管接头包括有进气接头和出气接头，其中，保护气体由进气接头吹入，出气接头用于连接气流通道和成分分析装置2，等离子体经过气流通道传输至成分分析装置2中进行分析。为了使得等离子体的传输效果更好，可通过多设置几个进气接头实现。此外，除了通过吹入保护气体以使等离子体在产生和传输过程中均与空气隔绝的方式以外，还可以通过使等离子体在产生和传输过程中处于真空环境的方式，继而保证最终的检测结果的准确性。

还需要说明的是，此次所述的吹气保护装置3的气流通道的具体形状尺寸、气管接头的具体设置位置及个数等，需要在实际的运用过程中，根据实际情况和实际需求进行确定。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，吹气保护装置3的内部设有用于聚焦等离子体的凸透镜。

需要说明的是，此次所述的吹气保护装置3的内部设有凸透镜，是为了聚焦等离子体，使聚焦后的等离子体更好的传输至成分分析装置2内进行成分分析。

另外，还需要说明的是，此次所述的凸透镜的设置位置、尺寸大小等，需在实际的运用过程中，根据实际情况和实际需求进行确定。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，光源发射装置1、光源聚焦装置、成分分析装置2安装在基准面板8上；基准面板8为整板，或基准面板8为多个板组装以调节光源的聚焦高度和成分分析装置2接收等离子体的高度。

需要说明的是，光源发射装置1、光源聚焦装置、成分分析装置2安装在基准面板8上；基准面板8为整板，或基准面板8为多个板组装。如果基准面板8为多个板组装，则可将基准面板8水平设置和垂直设置组合使用，从而可调节光源聚焦装置的聚焦高度、成分分析装置2接收等离子体的高度，使得光源的聚焦效果更好，更利于等离子体传输至成分分析装置2进行分析。

另外，还需要说明的是，光源发射装置1、光源聚焦装置、成分分析装置2在基准面板8上的位置设置和基准面板8的具体设置等，可在实际的运用过程中，根据实际情况和实际需求进行确定。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，光源聚焦装置包括用于改变光源照射路线的镜片6、用于聚焦改变路线后的光源使其照射在钢样4上的镜头、分别与镜片6和镜头连接并用于将光源聚焦装置固定安装于基准面板8的安装座7，安装座7与光源发射装置1的光源出口通道10连通，安装座7与吹气保护装置3连通。

需要说明的是，光源聚焦装置包括用于改变光源照射路线的镜片6、用于聚焦改变路线后的光源使其照射在钢样4上的镜头、分别与镜片6和镜头连接并用于将光源聚焦装置固定安装于基准面板8的安装座7，安装座7与光源发射装置1的光源出口通道10连通，安装座7与吹气保护装置3连通。是为了将光源进行聚焦，然后将聚焦后的光源照射在钢样4上，以激发钢样4产生等离子体。并且，由于安装座7与吹气保护装置3连通，所以可避免激光激发钢样4的过程中不会同时激发空气，从而可确定最终检测结果的准确性。

可选的，光源发射装置1的光源出口通道10与安装座7、安装座7与吹气保护装置3之间均通过法兰进行连接。因为通过法兰进行通道间的连接，具有拆卸方便、强度高、密封性能好等优点。安装座7的正上方安装有用于聚焦改变路线后的光源的镜头，安装座7的斜下方安装有用于改变光源照射路线的镜片6，安装座7固定在基准面板8的上方。因此，控制装置控制光源发射装置1发射光源后，光源从光源出口通道10出来后，进入光源聚焦装置内，经过位于安装座7斜下方的镜片6进行发射，可通过调节镜片6的摆放位置使得光源发生60°～120°的反射。优选的，使光源的照射路线进行90°的反射，从而使得反射的激光经过聚焦镜头聚焦后，垂直照射在钢样4的下表面，然后使得钢样4被激光激发而散射出等离子体。

另外，还需要说明的是，此处所述的“上”、“下”、“斜下”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，镜片6为离轴抛物镜。

需要说明的是，镜片6为离轴抛物镜，是为了使光源改变路线后能更好聚集。因为离轴抛物镜可将水平射入的光源经过反射后变为垂直射出的光源，再将反射后的光源进行聚焦，从而有利于光源聚焦后照射在钢样4上以更好的激发其产生等离子体。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，安装座7与基准面板8之间通过固定支架5连接，安装座7与固定支架5之间为螺钉连接，固定支架5与基准面板8之间为螺钉连接。

需要说明的是，安装座7与基准面板8之间通过固定支架5连接，安装座7与固定支架5之间为螺钉连接，固定支架5与基准面板8之间为螺钉连接。可选的，在可安装座7的侧方通过螺钉与固定支架5连接，而在固定支架5的下表面通过螺钉固定在基准面板8的上方。而且，通过螺钉连接这种可拆卸连接方式，可避免光源聚焦装置与基准面板8之间因不可拆卸，而在光源聚焦装置被损坏后，导致整个装置无法正常使用的现象发生。也即在光源聚焦装置发生损坏现象后，可对其进行替换，然后继续与其他装置配合使用，因此，可提升整体装置的使用寿命和降低运行成本。

另外，还需要说明的是，此处所述的“上”、“下”、“侧方”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，成分分析装置2与基准面板8之间通过托板9连接，托板9用于调节成分分析装置2的位置和角度。

需要说明的是，成分分析装置2与基准面板8之间通过托板9连接，使得成分分析装置2的位置和角度可以根据实际情况进行调节，从而使成分分析装置2能够更好的接收等离子体。

在上述钢样在线成分快速分析装置的基础上，具体地，成分分析装置2与托板9之间为螺钉连接，托板9与基准面板8之间为螺钉连接。

需要说明的是，成分分析装置2与托板9之间为螺钉连接，托板9与基准面板8之间为螺钉连接。通过螺钉连接这种可拆卸连接方式，可避免成分分析装置2与基准面板8之间因不可拆卸，而在成分分析装置2被损坏后，导致整个装置无法正常使用的现象发生。也即在成分分析装置2发生损坏现象后，可对其进行替换，然后继续与其他装置配合使用，因此，可提升整体装置的使用寿命和降低运行成本。

本发明还提供了一种应用于上述任一项所述的钢样在线成分快速分析装置的钢样在线分析方法，包括：

控制装置控制光源发射装置1发射光源，光源进入光源聚焦装置内进行聚焦，聚焦后的光源照射在钢样4上以激发其产生等离子体；

控制装置控制吹气保护装置3进行吹气保护，以使等离子体在产生和传输过程中均与空气隔绝；

控制装置控制成分分析装置2对所接收的等离子体进行成分分析。

需要说明的是，通过利用本发明所提供的钢样在线分析方法对钢样在线成分快速分析装置进行操作，即可实现对钢样4的快速无损检测。这是因为采取激光作为钢样4的激发光源，激光照射到钢样4表面不会对钢样4造成损坏。并且，由于该检测过程不需要进行磨样，所以可有效的缩短检测周期。此外，由于在等离子体在产生和传输过程中均进行了吹起保护，因此，可保证检测结果的准确性，最终可精准指导钢铁的生产，提高钢铁的生产效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的钢样在线成分快速分析装置和钢样在线分析方法进行了详细介绍。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)

1.一种钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，包括：用于发射光源的光源发射装置(1)、用于将所述光源聚焦后照射在钢样(4)上以激发其产生等离子体的光源聚焦装置、用于在所述等离子体的产生和传输过程中使其与空气隔绝的吹气保护装置(3)、用于接收和分析所述等离子体成分的成分分析装置(2)和控制装置，所述控制装置用于控制所述光源发射装置(1)发射所述光源、用于控制所述吹气保护装置(3)进行吹气保护、用于控制所述成分分析装置(2)进行成分分析，所述光源为激光，所述光源发射装置(1)与所述光源聚焦装置连通，所述控制装置分别与所述光源发射装置(1)、所述吹气保护装置(3)、所述成分分析装置(2)连接。

2.根据权利要求1所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述吹气保护装置(3)的一端与所述光源聚焦装置连通，另一端与所述成分分析装置(2)连通，所述吹气保护装置(3)设有用于气流和所述等离子体流动的气流通道、用于吹入保护气的气管接头，所述保护气为惰性气体。

3.根据权利要求2所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述吹气保护装置(3)的内部设有用于聚焦所述等离子体的凸透镜。

4.根据权利要求2所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述光源发射装置(1)、所述光源聚焦装置、所述成分分析装置(2)安装在基准面板(8)上；

所述基准面板(8)为整板，或所述基准面板(8)为多个板组装，以调节所述光源的聚焦高度和所述成分分析装置(2)接收所述等离子体的高度。

5.根据权利要求4所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述光源聚焦装置包括用于改变所述光源照射路线的镜片(6)、用于聚焦改变路线后的所述光源使其照射在所述钢样(4)上的镜头、分别与所述镜片(6)和所述镜头连接并用于将所述光源聚焦装置固定安装于所述基准面板(8)的安装座(7)，所述安装座(7)与所述光源发射装置(1)的光源出口通道(10)连通，所述安装座(7)与所述吹气保护装置(3)连通。

6.根据权利要求5所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述镜片(6)为离轴抛物镜。

7.根据权利要求5所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述安装座(7)与所述基准面板(8)之间通过固定支架(5)连接，所述安装座(7)与所述固定支架(5)之间为螺钉连接，所述固定支架(5)与所述基准面板(8)之间为螺钉连接。

8.根据权利要求4所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述成分分析装置(2)与所述基准面板(8)之间通过托板(9)连接，所述托板(9)用于调节所述成分分析装置(2)的位置和角度。

9.根据权利要求8所述的钢样在线成分快速分析装置，其特征在于，所述成分分析装置(2)与所述托板(9)之间为螺钉连接，所述托板(9)与所述基准面板(8)之间为螺钉连接。

10.一种钢样在线分析方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的钢样在线成分快速分析装置，所述钢样在线分析方法包括：

所述控制装置控制所述光源发射装置(1)发射所述光源，所述光源进入所述光源聚焦装置内进行聚焦，聚焦后的所述光源照射在所述钢样(4)上以激发其产生所述等离子体；

所述控制装置控制所述吹气保护装置(3)进行吹气保护，以使所述等离子体在产生和传输过程中均与空气隔绝；

所述控制装置控制所述成分分析装置(2)对所接收的所述等离子体进行成分分析。

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