用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光誘導等離子體光譜領(lǐng)域，特別是指一種用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備。
【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導等離子體光譜技術(shù)(LaserInduced Plasma Spectroscopy，LIPS)也稱作激光誘導擊穿光譜技術(shù)(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)，是基于激光和材料相互作用產(chǎn)生的發(fā)射光譜的一種定量分析技術(shù)，該方法在測量過程中只需幾微克被檢測材料即可實現(xiàn)成份的定量分析，屬于無損檢測技術(shù)。采用LIPS進行檢測的過程中，無需樣品的預處理即可實現(xiàn)對任何物理狀態(tài)物質(zhì)的成份比例分析。由于LIPS技術(shù)具有遠距離測量分析能力，非常適合高溫冶金現(xiàn)場的應用。使用LIPS技術(shù)進行冶金在線成分分析的整個過程只需十秒左右，實時性和快速性非常良好;LIPS技術(shù)可通過定標對物質(zhì)中痕量進行定量分析，檢測限和精度可以達到10?10ppm級。
[0003]激光誘導合金冶煉過程中的材料成份定量分析能夠有效縮短檢測時間，可以大大降低冶煉成本，節(jié)約能源，改善材料品質(zhì)，提高生產(chǎn)速度，為冶煉工藝改進提供技術(shù)支撐。因此基于LIPS技術(shù)的冶金在線檢測技術(shù)不僅具有經(jīng)濟效益，還同樣具有重要的戰(zhàn)略意義。
[0004]LIPS在冶金技術(shù)領(lǐng)域形成了一系列的專利，例如:專利“Process for elementaryanalysis by optical emiss1n spectrometry on plasma produced by a laser inthe presence of argon”(專利號US5583634)，設計了一種在一般的大氣環(huán)境下，向被測樣品鼓吹氬氣，同時利用激光束轟擊被測樣品產(chǎn)生等離子體光譜，然后通過分析等離子體光譜獲得被測樣品同位素成分的定量測試。還有，專利“Isotopic analysis process byoptical emiss1n spectrometry on laser produced plasma”(專利號US5627641)，該發(fā)明保護了使用能量密度低于毫焦/平方厘米的脈沖激光束照射鈾或钚材料，產(chǎn)生至少0.5_高(相對與待測樣品表面)等離子體光譜，同時進行光譜分析和采集。
[0005]另夕卜，專利 “Method and apparatus for material analysis by enhancedlaser induced plasma spectroscopy”(專利號US6008897)，米用兩種波長的同軸傳輸?shù)募す饷}沖照射不透明的混合物樣品誘導等離子體激光光譜，通過對激光光譜的采集和分析，獲得樣品參數(shù)的數(shù)據(jù)。以及，專利“Method and apparatus for inprocess liquidanalysis by laser induced plasma spectroscopy”(專利號US6700660B2)，讓待測液體勻速通過該測量容器，然后將高能量脈沖激光聚焦到容器中流動的待測樣品表面，誘導等離子體光譜，同時容器內(nèi)液體表面采用鼓風機加大空氣流通，以便清除測量中產(chǎn)生的懸浮物或者塵埃，加大測量精度。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)，都存在對激光誘導等離子體光譜分析具有干擾因素過多，檢測結(jié)果受干擾大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出了一種能夠有效降低干擾、且便捷取樣的用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備。
[0008]基于上述目的本發(fā)明提供的一種用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備，包括驅(qū)動裝置、傳動裝置、取樣沾桿、氬氣密封套筒、氬氣進氣孔以及激光測量孔；其中，所述驅(qū)動裝置與所述傳動裝置連接，并將所述驅(qū)動傳動裝置，使與該傳動裝置一端相連的所述取樣沾桿沿直線運動;并且，所述取樣沾桿的另一端插入到所述氬氣密封套筒中，在該氬氣密封套筒上分別設置了所述氬氣進氣孔和所述激光測量孔;另外，所述氬氣密封套筒下端不封閉；
[0009]在工作時，通過所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述傳動裝置使得所述氬氣密封套筒進入到熔化后的鋼液液面下，然后通過所述氬氣進氣孔向所述氬氣密封套筒內(nèi)部空間充入氬氣，驅(qū)散開內(nèi)部存在的空氣；
[0010]當需要檢測時，通過所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述傳動裝置，進而使所述取樣沾桿插入鋼液中；然后，再由所述驅(qū)動裝置和所述傳動裝置控制該取樣沾桿向上提拉，將粘有鋼液的所述取樣沾桿提高到與設置在所述氬氣密封套筒上的所述激光測量孔平行的位置;激光誘導光源通過所述激光測量孔將激光發(fā)射到所述取樣沾桿上，實現(xiàn)對所述取樣沾桿上熔融鋼液的聚焦燒蝕，再由所述激光測量孔進行等離子體的光譜信息采集。
[0011]在一些實施例中，所述傳動裝置采用的是齒輪與齒條的配合結(jié)構(gòu)，包括齒輪套接于所述驅(qū)動裝置的一端上，并且齒條的一端與所述取樣沾桿一端固定連接，另一端為自由端;同時，齒輪與齒條相嚙合，且齒輪在齒條上滾動。
[0012]在一些實施例中，所述激光測量孔開在所述氬氣密封套筒上，所述激光測量窗通光口徑40mm;并且，通過法蘭盤密封I塊直徑45mm，厚度8mm的密封玻璃片安裝在該激光測量孔中。
[0013]在一些實施例中，所述取樣沾桿采用耐高溫的陶瓷或金屬制成，且為空心管狀結(jié)構(gòu)。
[0014]在一些實施例中，所述氬氣密封套筒為外徑150mm，壁厚5mm，長度500mm的不銹鋼套筒;并且，所述氬氣密封套筒中心穿過所述取樣沾桿。
[0015]在一些實施例中，在所述氬氣密封套筒內(nèi)部且在所述取樣沾桿插入的端口處，設置有密封塞；
[0016]在設置有所述密封塞的所述氬氣密封套筒壁上設置了所述氬氣進氣孔，且在所述密封塞上設計有一端與所述氬氣進氣孔連通，另一端與所述氬氣密封套筒內(nèi)部連通的進氣通道。
[0017]在一些實施例中，還包括高溫套管，該高溫套管上端與所述氬氣密封套筒的下端固定連接。
[0018]在一些實施例中，還包括定位板，所述定位板用于控制并保持所述取樣沾桿在所述氬氣密封套筒的中心位置上，或者在所述氬氣密封套筒和所述高溫套管的中心位置上。
[0019]在一些實施例中，所述定位板周向壁與所述氬氣密封套筒的內(nèi)壁固定連接。
[0020]在一些實施例中，將所述定位板放置于所述激光測量窗的下方。
[0021]從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的一種用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備，實現(xiàn)了一套簡便易行的在線取樣設備，并且創(chuàng)造性地實現(xiàn)了非真空電磁感應冶煉爐中，通過沾取的方式，實現(xiàn)冶金成份的檢測。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例中用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例中用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備在電子感應爐中使用的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例中用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備低位沾取情況下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例中用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備高位進行LIPS檢測的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0027]作為本發(fā)明的一個實施例，參閱圖1所示，為本發(fā)明實施例中用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備的結(jié)構(gòu)示意圖，所述用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備包括驅(qū)動裝置1、傳動裝置2、取樣沾桿3、氬氣密封套筒4、氬氣進氣孔5以及激光測量孔7。其中，驅(qū)動裝置I與傳動裝置2連接，并將驅(qū)動傳動裝置2，使與該傳動裝置2—端相連的取樣沾桿3沿直線運動。并且，取樣沾桿3的另一端插入到氬氣密封套筒4中，在該氬氣密封套筒4上分別設置了氬氣進氣孔5和激光測量孔7。另外，氬氣密封套筒4下端不封閉。
[0028]因此，所述的用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備在工作時，在冶煉開始時將所述的用于激光誘導等離子體光譜分析的冶煉在線取樣設備插入冶煉系統(tǒng)中(如圖2所示)，使得熔化后的鋼液液面處于氬氣密封套筒4的適當位置。然后，通過氬氣進氣孔5向氬氣密封套筒4較為密閉的內(nèi)部空間充入氬氣，驅(qū)散開內(nèi)部存在的空氣，保護在提拉過程中沾取的鋼液不被氧化或者氮化。其中，空氣可以通過取樣沾桿3和氬氣密封套筒4之間的間隙，之后經(jīng)過激光測量孔7排出。
[0029]當需要檢測時，通過驅(qū)動裝置I驅(qū)動傳動裝置2，進而使取樣沾桿3插入鋼液中。然后，再由通過驅(qū)動裝置I和傳動裝置2控制該取樣沾桿3向上提拉，將粘有鋼液的取樣沾桿3提高到與設置在氬氣密封套筒4上的激光測量孔7平行的位置。這時，激光誘導光源通過激光測量孔7將激光發(fā)射到取樣沾桿3上