[发明专利]一种冶金成分在线检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金成分检测技术领域，特别是提供了一种冶金成分在线检测装置及方法。

背景技术

实现冶金熔体成分的在线检测是冶金工作者的梦想，因为成分在线检测的实现是理解并改进冶金工艺的重要途径。

从有冶金历史以来，人们对于熔体中成分的在线检测一直孜孜以求，然而到目前为止，除了少数几种元素外，人们理解冶金成分主要依靠的还是取样凝结为固体后，再对固体的成分进行检测，以此来判定熔炼过程是否符合要求。然而，取样分析方法存在以下两方面的不足：

其一，熔体熔炼过程中，有些元素易于烧损，有些元素易于增加，而对于取样分析的方法，从取样到分析出结果，最快也需要4分钟时间，等分析完成，时间已滞后，分析出的成分已不能完全代表熔体当前的成分，这样不利于控制熔炼工艺；

其二，取样分析的方法由于较大的时间滞后增加了熔炼成本，不利于节能减排。这对于短流程熔炼尤其如此。

因此，冶金工作者不断发展了熔体成分的在线检测技术，现状简述如下：

在熔体气体成分检测方面，文献（张军颖,朱诚意,李光强.钢水成分传感器及其应用进展[J].传感器世界.2005(10):6-11.）和（万雅竞.现代冶金传感器[M].北京:机械工业出版社,2009）综述了O、N、H、C、Si、S元素的检测现状。目前冶金行业已有实用的在线检测气体元素O、H、N的装置，主要使用电化学原理的探头（钢水和铜水，O）或者载气探头（钢水和铝水，H），分析仪器使用定氧仪（O）、热导仪（H）或者质谱仪（O、H、N）。在熔体非气体元素检测方面，目前已有C、Si、S的实用在线检测装置，传感器使用热电效应的副枪（C）或定碳杯（C或C+Si），和电化学原理的探头（S）。仪器使用毫伏信号检测器；

此外，还有多篇文献报道了有关的实用检测装置和实验室研究，典型的报道如下：

文献（N.Ramaseder,J.Gruber,J.Heitz,D.Baeuerle.连续分析冶金炉中钢水化学成分的新型VAI-CON?Chem系统[J].钢铁.2002,37(10):19-22）报道了使用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）进行AOD炉钢水Cr、Ni、Mn元素在线检测的实用装置。它的特点是利用风口进行连续测量，但只能测量熔体中风口附近固定点的成分；另外，由于许多熔炼炉不存在风口，因此这种测量技术不便于推广到这些炉型。

文献（林晓梅,曹继庆,殷庆辉,刘晓庆.基于LIBS技术的AOD炉硅含量在线分析[J].铁合金.2009(1):41-44）报道了使用LIBS技术进行AOD炉钢水Si含量在线检测的实用装置，特点是通过自行设计取样器将熔体取放到炉口样本池，再使用LIBS仪器对熔体取样进行成分。这相对于传统的取样而言前进了一步，即对液体进行测量而不是对固体进行测量；但在炉口添加样本池以及取样到样本池的方式比较复杂，不利于现场操作；

文献（De Saro, R., Weisberg, A., Craparo, J.,In Situ, Real Time Measurement ofAluminum, Steel, and Glass Melt Chemistries Using Laser Induced Breakdown Spectroscopy[C], 2005 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry, West Point, NY July 19-22, 2005）报道了使用LIBS技术进行工业现场铝合金熔体中Al、Cu、Fe、Mg、Mn、Si、Cr的在线检测的实用装置，其传感器是浸入在熔体的探头（专利号US6784429B2）。此传感器特点是能进行铝合金熔体的连续测量，未见有在钢水中进行测量的报道(钢水温度一般比铝合金熔体温度高300~500度）。

文献（C.Aragon,J.A.Agulera, and J Campos. Determination of Carbon Content in Molten Steel Using Laser-Induced Brakdown Spectroscopy[J].Applied Spectroscopy. 1993,47(5):606-608）在实验室使用LIBS仪器和探头进行小型高频炉钢水C成分连续测量的研究，未见有在工业现场进行实用的报道；