CN202869976U

CN202869976U - 熔融金属成分检测装置

Info

Publication number: CN202869976U
Application number: CN201220574666.4U
Authority: CN
Inventors: 王秋平; 潘从元; 于云偲; 杜学维; 安宁
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-11-02

Abstract

本实用新型涉及一种熔融金属成分检测装置，包括取样杆系统、脉冲激光器、光路系统、光谱探测装置、时序控制单元、光谱分析单元；取样杆系统包括取样杆和驱动取样杆运动的驱动装置；时序控制单元的时序信号依次触发驱动装置、脉冲激光器及光谱探测装置，驱动装置驱动取样杆插入熔融金属液内部进行取样后，脉冲激光器发射脉冲激光经光路系统聚焦至取样杆表面，产生的等离子体信号光由光路系统采集并导出至光谱探测装置，光谱探测装置获得光谱信息并将其发送至光谱分析单元，即可分析得出熔融金属的实时成分信息。本实用新型利用取样杆取样，使光学系统元件远离高温炉体，避免了光学元件的性能受到影响，同时确保光谱分析的稳定性，从而提高了成分检测的可靠性。

Description

熔融金属成分检测装置

技术领域

本实用新型涉及成分检测技术领域，具体是指一种采用取样杆取样的熔融金属成分检测装置。

背景技术

成分检测是金属冶炼中的重要环节，现有的实时在线的成分检测装置，多采用激光诱导击穿光谱技术，即利用高功率密度脉冲激光聚焦到入射到物体表面，烧蚀物体产生大量等离子体，对等离子体发射的信号光进行光谱探测得到光谱信息，再对光谱信息进行分析，得出被测物质的成分和浓度信息，这一方法可实现非接触、实时在线检测，能有效缩短检测时间。

目前基于激光诱导击穿光谱技术的熔融金属检测装置主要分为两类：

第一类是探管浸入检测，采用探管插入熔融金属液面下，能够防止表面炉渣对检测的影响，同时通过通入氮气等保护气体对探管进行冷却，这种检测方式中光学元件需要靠近高温炉体，容易造成光学元件的损坏，影响光学系统性能；

第二类是直接检测，即直接将激光聚焦到熔融金属液表面进行成分定量分析，此时熔融金属液为翻滚流动状态，激光聚焦不易对准，测量波动性大，检测结果容易不准确。

实用新型内容

为了改进上述缺陷，本实用新型提出了一种采用取样杆取样的熔融金属成分检测装置，其包括：

取样杆系统、脉冲激光器、光路系统、光谱探测装置、时序控制单元、光谱分析单元；取样杆系统包括取样杆和驱动取样杆运动的驱动装置。

时序控制单元的时序信号依次触发驱动装置、脉冲激光器及光谱探测装置，驱动装置驱动取样杆插入熔融金属液内部进行取样后，脉冲激光器发射脉冲激光经光路系统聚焦至取样杆表面，产生的等离子体信号光由光路系统采集并导出至光谱探测装置，光谱探测装置获得光谱信息并将其发送至光谱分析单元。

具体来说：每次检测时，时序控制单元先发送时序信号触发驱动装置，驱动装置将取样杆插入熔融金属液内部一定深度，保持一定时间后（一般为4~8秒）将取样杆提出到固定位置处；时序控制单元再触发脉冲激光器，脉冲激光器发射脉冲激光，经光路系统聚焦到取样杆表面附着的熔融金属液上，激光烧蚀熔融金属产生激光诱导等离子体，等离子体发射出大量的等离子体信号光；时序控制单元再触发光谱探测装置，光谱探测装置接收光路系统导入的等离子信号光，从而获取激光诱导击穿光谱，再通过光谱分析单元对光谱信息进行分析得到熔融金属液的实时成分信息。

进一步的，本实用新型还包括吹气保护装置，该吹气保护装置同样受时序控制单元的时序信号控制；驱动装置提出取样杆时，时序控制单元控制吹气保护装置以一定的流量吹扫出保护气体，确保取样杆表面附着的熔融金属液不受空气影响，使检测结果更准确；如有需要，吹气保护装置还可以调整保护气体的流量，吹走取样杆表面附着的炉渣，从而去除炉渣对检测结果的影响；其中保护气体为化学性质稳定，在常温和高温下都不会与熔融金属液发生化学反应的气体，例如氮气或惰性气体。

可选的，所述驱动装置采用电动驱动方式或气动驱动方式，所述电动驱动方式包括步进电机驱动，所述气动驱动方式包括气动阀门驱动。

优选的，所述取样杆系统还包括传动装置，位于驱动装置和取样杆之间，所述传动装置能保证取样杆的运动速度和行程。进一步的，所述传动装置上设有延伸臂，能够更好的保证取样杆运动的稳定性。

可选的，取样杆系统可采用直线运动方式或旋转运动方式进行取样，直线运动方式取样时，取样杆包括固定杆和浸入杆，所述浸入杆可拆卸安装在固定杆上；旋转运动方式取样时，取样杆包括旋转机构和多根浸入杆，所述浸入杆可拆卸安装在所述旋转机构上；这种可拆卸的安装方式，非常方便浸入杆的维护和更换。

优选的，所述浸入杆的表面刻有细槽或攻小孔，能够更好的附着熔融金属液。

优选的，所述延伸臂、固定杆以及旋转机构采用钢材料，所述浸入杆采用耐高温材料，例如二氧化锆或氧化铝陶瓷。

可选的，所述光谱探测装置采用光谱仪，或采用分光器件和光谱探测器件的结合。

本实用新型采用取样杆对高温炉体内的熔融金属液取样，再利用激光诱导击穿光谱技术远距离检测熔融金属成分，使光学元件远离高温炉体，保证了光学元件的安全性；同时由于取样杆每次都提出到固定位置处，使激光聚焦更易对准，测量波动小，检测结果更为准确；取样杆取样的方式简单快捷，检测效率高，在一次冶炼过程中可以实现多次检测，检测效果好，可广泛用于冶金炉内熔融金属成分实时在线检测。

附图说明

图1为本实用新型熔融金属成分检测装置实施例的示意图。

图2为直线式取样杆系统的示意图。

图3为旋转式取样杆系统的示意图。

图4为本实用新型熔融金属成分检测装置的时序控制示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型一种熔融金属成分检测装置的较佳的实施例，参考图1所示，包括：取样杆系统、脉冲激光器2、光路系统3、光谱探测装置4、光谱分析单元5、吹气保护装置6、时序控制单元7；取样杆系统包括取样杆和驱动取样杆运动的驱动装置1；

时序控制单元7分别与驱动装置1、脉冲激光器2、光谱探测装置4、吹气保护装置6连接，通过时序信号依次触发驱动装置1、吹气保护装置6、脉冲激光器2及光谱探测装置4。

取样杆系统，用于将取样杆插入熔融金属液内部进行取样。

吹气保护装置6，用于在驱动装置1提出取样杆时，以一定的流量吹扫出保护气体。

脉冲激光器2，用于发射脉冲激光。

光路系统3，用于将脉冲激光聚焦至取样杆表面附着的熔融金属液10上，并且将烧蚀产生的等离子体信号光导入光谱探测装置4。

光谱探测装置4，采用光谱仪，用于将等离子体信号光的光信号转换为电信号，得到激光诱导击穿光谱，再将光谱信息发送到光谱分析单元5。

光谱分析单元5，用于对接收到的光谱信息进行分析，从而得到熔融金属液的实时成分信息。

本实施例具体工作过程为：每次检测时，时序控制单元7先发送时序信号触发驱动装置1，驱动装置1将取样杆插入熔融金属液内部一定深度，保持一定时间后将取样杆提出到固定位置处；时序控制单元7再触发脉冲激光器2，脉冲激光器2发射脉冲激光，经光路系统3聚焦到取样杆表面附着的熔融金属液10上，激光烧蚀熔融金属产生激光诱导等离子体，等离子体发射出大量的等离子体信号光；时序控制单元7再触发光谱探测装置4，光谱探测装置4接收光路系统3导入的等离子信号光，从中获取激光诱导击穿光谱，再通过光谱分析单元5对光谱信息进行分析得到熔融金属液的实时成分信息。驱动装置1提出取样杆时，时序控制单元7发送时序信号启动吹气保护装置6，吹气保护装置6按照一定的流量吹扫出保护气体，确保取样杆表面附着的熔融金属液10不受空气影响，直至光谱探测装置4探测获得光谱信息。

可选的，所述驱动装置1采用电动驱动方式或气动驱动方式，所述电动驱动方式包括步进电机驱动，所述气动驱动方式包括气动阀门驱动。

如图2所示为直线运动方式的取样杆系统，包括驱动装置1、传动装置11、以及取样杆，其中传动装置上设有延伸臂12，取样杆包括固定杆13和浸入杆14。所述浸入杆14可拆卸安装在固定杆13上；其中，传动装置11能保证取样杆的运动速度和行程；固定杆13与延伸臂12精密配合，使固定杆13实现高精度直线运动，增强了浸入杆14的运动稳定性；浸入杆14可拆卸安装在固定杆13上，非常方便浸入杆14的维护和更换。

如图3所示为旋转运动方式的取样杆系统，包括驱动装置1、传动装置11、以及取样杆，其中传动装置11上设有延伸臂12，取样杆包括旋转机构15和多根浸入杆14，所述浸入杆14可拆卸安装在所述旋转机构15上；其中，传动装置11能保证取样杆的运动速度和行程；延伸臂12能够更好的保证取样杆运动的稳定性；浸入杆14可拆卸安装在旋转机构15上，非常方便浸入杆14的维护和更换。

以上两种取样杆系统，在浸入杆14的表面都刻有细槽或攻小孔，能够更好的附着熔融金属液。

其中，延伸臂12、固定杆13以及旋转机构15采用钢材料；浸入杆14的表面采用耐高温并且能够良好附着熔融金属液的材质，其安全温度不低于1700℃，例如二氧化锆或氧化铝陶瓷。浸入杆14可以为多种形状，如圆柱形或方形。

优选的，所述脉冲激光的入射方向垂直于取样杆的运动方向，使光路系统能够更准确的将脉冲激光聚焦到取样杆表面附着的熔融金属液上。

本实用新型时序控制单元可以采用脉冲发生器对工作过程进行精确时序控制，具体时序过程参考图4所示：

步骤1：时序控制单元A发出脉冲信号至驱动装置B，驱动装置B控制取样杆插入熔融金属液内一定深度，持续预定时间后，提起取样杆至固定位置；所述预定时间是预先设定并且可以调节的，一般为4~8秒；在提出取样杆前，时序控制单元A发送脉冲信号到吹气保护装置C，吹气保护装置按照一定流量吹扫出保护气体并持续一段时间，直至步骤3完成；

步骤2：提出取样杆到固定位置后，时序控制单元A发出脉冲信号至脉冲激光器D，脉冲激光器D发出脉冲激光，烧蚀取样杆表面附着的熔融金属液，产生等离子体信号光E；

步骤3：时序控制单元A等待预定的延迟时间后，发出脉冲信号至光谱探测装置F，光谱探测装置F才开始接收等离子信号光E，从而得到信背比良好的激光诱导击穿光谱信息，并将光谱信息发送到光谱分析单元；

步骤4：光谱分析单元对光谱进行分析，进而得到熔融金属液实时成分信息。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种熔融金属成分检测装置，其特征在于包括：

取样杆系统、脉冲激光器、光路系统、光谱探测装置、时序控制单元、光谱分析单元；取样杆系统包括取样杆和驱动取样杆运动的驱动装置；

2.根据权利要求1所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：还包括吹气保护装置，所述吹气保护装置受时序控制单元的控制。

3.根据权利要求1所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述驱动装置采用电动驱动方式或气动驱动方式，所述电动驱动方式包括步进电机驱动，所述气动驱动方式包括气动阀门驱动。

4.根据权利要求1所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述取样杆系统还包括传动装置。

5.根据权利要求4所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述传动装置上设有延伸臂。

6.根据权利要求1所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述取样杆包括固定杆和浸入杆，所述浸入杆可拆卸安装在所述固定杆上。

7.根据权利要求1所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述取样杆包括旋转机构和浸入杆，所述浸入杆可拆卸安装在所述旋转机构上。

8.根据权利要求6或7所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述浸入杆的表面刻有细槽或攻小孔。

9.根据权利要求1所述的熔融金属成分检测装置，其特征在于：所述光谱探测装置采用光谱仪，或采用分光器件和光谱探测器件的结合。