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原文传递一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置

专利名称：	一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置
摘要：	本发明提供一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，属于冶金熔体成分检测领域。该装置包含脉冲激光器、光谱仪和光电探测器、时序控制器、同轴采集光路、铁水在线取样设备和计算机等主要组成部分，通过激光诱导击穿光谱技术对铁水硅含量进行在线快速检测，其特点为无需制样、分析速度快和分析频率高。通过本发明可以大大缩减炼铁厂铁水硅含量的分析时间，增加铁水硅含量的检测频率，实现铁水硅含量的实时监控，从而有利于高炉工长及时对高炉操作参数做出调整，使高炉铁水硅含量降低并维持在较低水平。本发明有利于钢铁企业进一步降低生产成本，节能减排，对于实现钢铁企业智能化和绿色生产有重大价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京科技大学
发明人：	程树森;梅亚光;张丽英;徐文轩;牛群
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910304147.2
公开号：	CN109975274A
代理机构：	北京市广友专利事务所有限责任公司
代理人：	张仲波
分类号：	G01N21/71(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路30号
主权项：	1.一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于：装置安装在铁水沟(26)正上方，由铁水样在线采集系统、激光发射系统、时序控制系统、光谱采集与探测系统、同轴采集光路系统组成，各系统均与计算机相连；计算机内设有定量化分析系统，包括光谱背景去除、谱峰识别、特征谱线提取、已开发的定标模型及硅含量计算模块，能实现光谱的自动解析和硅元素含量推算，在短时间内准确给出当前铁水中硅元素的含量。 2.根据权利要求1所述的一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于：其中所述铁水样在线采集系统包括样品勺(27)、连接杆(19)、升降机(17)、激光测距仪(24)、第二数据线(25)和第四信号线(22)；所述样品勺(27)的形状为圆柱形、圆台形或棱柱形，上表面开口，下表面封闭，材质为铸铁或耐高温陶瓷材料；所述连接杆(19)为连接样品勺(27)与升降机(17)的金属杆，材质为高温合金，其中连接杆(19)与样品勺(27)的连接方式为焊接，与升降机的连接方式为机械固定；所述升降机(17)可以驱动连接杆(19)与其连接的样品勺(27)上下移动，同时可以驱动连接杆(19)进行转动，升降机(17)与计算机(21)之间通过第四信号线(22)进行信号传输；所述激光测距仪(24)固定在样品勺正上方，通过激光测距仪(24)测量其与样品勺内铁水液面之间的垂直距离，将距离信息通过第二数据线(25)反馈到升降机(17)并驱动升降机(17)对样品勺位置进行微调，使得每一次检测时铁水液面位置在空间上始终处于设定高度。 3.根据权利要求1所述的一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于：所述激光发射系统由激光器电源(18)、激光器腔体(14)、第二信号线(13)和第三信号线(20)组成；待样品勺(27)位置调整完毕后，计算机(21)发出激发信号通过第三信号线(20)传递给激光器电源(18)，激光器电源(18)通过第二信号线(13)传递给激光器腔体(14)，激光器腔体(14)随即发出多束脉冲激光，沿水平方向传播。 4.根据权利要求1所述的一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于：所述时序控制系统由时序控制器(3)、第五信号线(28)和第一信号线(7)组成，所述时序控制器(3)通过第五信号线(28)和第一信号线(7)分别连接激光器电源(18)和光电探测器(2)，作用是控制激光器电源(18)与光电探测器(2)之间的工作延迟；激光器每触发一次就通过第五信号线(28)传递一个电信号给时序控制器(3)，时序控制器(3)在一定时间延迟后通过第一信号线(7)传递一个电信号给光电探测器(2)，通过时序控制器(3)触发光电探测器(2)开始探测光谱强度。 5.根据权利要求1所述的一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于：所述光谱采集与探测系统由光收集器(8)、光纤(5)、光谱仪(1)、光电探测器(2)和第一数据线(4)组成；光收集器(8)安装在采集凸透镜(9)正上方，等离子体发射光线被光收集器(8)收集并耦合进入光纤(5)，通过光纤(5)传导进入光谱仪(1)狭缝入口，光谱仪(1)通过光栅对等离子体发射光线进行分光，光电探测器(2)在接收到时序控制器(3)的电信号后对等离子体发射光谱进行强度检测，并将检测结果通过第一数据线(4)传输到计算机(21)。 6.根据权利要求1所述的一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于所述同轴采集光路系统由激光扩束系统、二向色镜(10)、激光聚焦镜(16)、采集凸透镜(9)、光路保护外壳(15)、气体喷嘴(23)组成；所述激光扩束系统由一个输入凹透镜(12)和输出凸透镜(11)组成；输入凹透镜(12)和输出凸透镜(11)相互平行且与激光光轴垂直，激光扩束系统的作用是降低激光发散角，增加激光束直径，以便于远距离传输时更好地聚焦；所述二向色镜(10)与水平光轴的角度为45°，作用是改变激光传输方向，同时使得等离子体发射光线能够穿透以便进行同轴采集；所述激光聚焦镜(16)安装在二向色镜(10)正下方，作用是将垂直的激光束进行会聚，使其能量集中；激光聚焦镜(16)的焦点调节至样品勺内铁水表面下方，采集凸透镜(9)安装在二向色镜(10)正上方，作用是将等离子体发射光线会聚到光收集器(8)，光收集器(8)位于采集凸透镜(9)的焦点位置；所述光路保护外壳(15)将整个同轴采集光路包含在内，作用是固定光学元件、保证光路稳定和降低冶金现场粉尘和高温辐射对光学元件的影响；光路保护外壳(15)的形状呈F形，材质为绝热材料，具有较强的硬度，光路保护外壳(15)下部靠近样品勺处，管道直径缩小，作用是降低铁水沟(26)上方粉尘的影响；所述气体喷嘴(23)安装在光路保护外壳(15)下部侧壁，气体喷嘴(23)方向为斜向下，作用是通过鼓入气体，使得铁水沟(26)上方的粉尘不能进入光路保护外壳(15)内，从而降低粉尘对光学元件和光路的影响；所述气体为空气或其他惰性气体。 7.根据权利要求1所述的一种高炉铁水硅含量在线快速检测装置，其特征在于：整个装置外部用绝热外壳(6)进行保护，以降低现场粉尘和高温辐射的影响，绝热外壳(6)外部为绝热材料，内衬为高强度钢板。
所属类别：	发明专利