用于高氧和低氧用途的熔融金属取样器制造技术

用于从熔融金属浴中提取样品的取样器，包含1)具有浸入端的载管；2)布置在载管浸入端的样品室组装件，包含盖板和包含具有开口的浸入端的外壳；3)具有用于接收熔融金属的第一末端和与第一末端相反的第二末端的流入导管，第二末端与开口连通，开口配置成从流入导管接收熔融金属；4)测量头，样品室和流入导管第二末端至少部分布置在其中；和5a)沿流入导管中心轴布置的脱氧剂材料，至少部分布置在测量头内流入导管第二末端附近，流入导管包含布置在流入导管第二末端的第一耦合手段，脱氧剂材料包含第二耦合手段以与流入导管上第一耦合手段相互作用以将脱氧剂材料锚定在沿流入导管中心轴的位置，或5b)金属衬套，将流入导管耦合到样品室。品室。品室。

【技术实现步骤摘要】
用于高氧和低氧用途的熔融金属取样器
[0001]本申请是申请日为2019年6月5日、申请号为201910488144.9的名称为“用于高氧和低氧用途的熔融金属取样器”的中国专利技术专利申请的分案申请。
专利

[0002]本专利技术涉及在高氧和低氧用途中用于熔融金属浴，特别是熔融钢浴中提取样品的取样器。
[0003]专利技术背景
[0004]在其熔融态下的金属加工过程中，必须在该过程的各种阶段获得熔融金属的代表性样品，以例如分析或评估金属样品的化学组成或金相组织。在制造和进一步加工过程中用于分析熔融金属的不同方法是本领域中已知的。
[0005]过去，通常使用电弧火花
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光发射光谱Spark
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OES设备测定固化金属样品的组成。Spark
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OES涉及激发需要知道其组成的目标样品的原子、和在从激发态转换成较低能态的过程中检测原子发射的光子的波长。周期表中的各元素在其原子从激发态回到较低能态时发射的离散波长的特征集。通过检测和分析这些波长，可以根据校准曲线测定样品的元素组成，由此显示光谱强度比(即元素的绝对辐射功率/基底金属(base metal)的绝对辐射功率)和标准样品中的元素浓度之间的关系。
[0006]为了平放在光谱仪的分析开口上，金属样品不能有任何延伸且金属样品的分析表面必须光滑。样品或样品外壳不能有任何部分破坏分析表面的平面。样品必须横跨光谱仪的分析开口并且足够平整以促进火花室的惰性气体吹扫和使连续的样品表面朝向阳极。
[0007]用于获得金属的代表性分析的程序和方法是本领域众所周知的，如Dulski,T.R.A Manual for the Chemical Analysis of Metals,ASTM International,1996中所述。迄今通常相信，金属样品和用于其分析的仪器互相独立，因此一个不影响另一个。
[0008]提供固体金属的试块(coupon)或圆盘用于光谱分析的常规取样装置是已知的。通过这样的取样装置获得的固化金属试块的几何形状和尺寸有时是专门针对金属类型或金相需要的。通过浸入装置获得的用于Spark
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OES分析的样品的一般类别是具有圆盘或椭圆形状和28至40mm的直径或长边长度(long length)的样品。最通常，此类样品具有大约32mm的直径或长边长度和4至12mm的厚度。一些取样器，常被称为棒式(lollipop)取样器，可根据用户的要求产生不同形状的样品，从圆形到椭圆形或更长，但大多数样品仍具有大约32mm的直径或长边长度。另一些取样器，常被称为双厚度取样器(dual thickness samplers)，在同一样品内兼具两种厚度。
[0009]旨在获得通过Spark
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OES分析的熔融金属样品的典型取样装置包括配置成在取样装置浸入熔融金属浴时被熔融金属填充的样品室或模腔。划定模腔或取样室的模具通常是两件式蛤壳型布置或在其上侧和下侧被平板覆盖的环。一旦金属样品固化，弃置模具并将样品转移到Spark
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OES以供分析。
[0010]美国专利No.3,646,816描述了这种类型的一次性浸入式取样器，其中圆盘状样品的平面通过用以实现更快冻结的冷板(chill
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plate)和在分析前需要较少清洁的一对更光
滑的表面形成。另一些现有技术专利，如美国专利No.4,211,117涉及类似的概念，而美国专利Nos.4,401,389和5,415,052提供了将这一冶金样品与其它传感器(其中之一可以是测温传感器)组合的实例。
[0011]通过常规取样装置制成的样品具有在平行于光谱仪开口的方向上大约32mm的直径和在垂直于光谱仪开口的方向上4至12mm的厚度。已经发现，常规厚度的固化样品需要铸态表面的0.8至5mm的表面磨削，以实现无金属和非金属偏析的分析表面。常规样品只有在准备过程以制造在平行于光谱仪开口的方向上通常具有至少28mm的直径和在垂直于开口的方向上具有通常小于12mm的厚度的几何形状后才可实现这种表面状态。通常通过机械磨削样品表面的分析前准备设备实现这种准备后(after
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preparation)几何形状，并且也方便通过机械臂操作，其将样品从准备推进到分析再到移除以等待下一样品。
[0012]表面准备需要的消除缩短分析时间并且在经济上对金属生产商有利。在EP3336513A1、EP3336514A1、EP3336512A1和EP3336511A1中描述了对这一问题的各种解决方案。这些文献涉及直接分析DA取样器，其是新开发的一类熔融金属浸入式取样器，其产生DA样品。DA样品在分析前不需要任何种类的表面准备，因此可通过利用OES分析方法在可提供及时化学结果以及实验室时间节省方面都带来显著的经济益处。特别地，上文提到的现有技术描述了均匀填充样品腔和快速冷却熔融金属样品，以使供分析的整个样品段均匀冻结，优选没有表面氧化。在将其从取样室模具中取出前降低固化金属的热含量以使取样的金属达到接近室温。所得样品具有比现有技术中所述小的体积，因此不会由于不必要的大样品体积而妨碍熔融金属样品的快速固化。因此，EP3336513A1、EP3336514A1、EP3336512A1和EP3336511A1中描述的样品可不经表面准备就通过Spark
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OES分析，由此获得潜在经济益处。
[0013]用于高氧用途的DA取样器(如在转炉(converter)工艺、电弧炉EAF工艺中或在钢包处理(ladle treatment)过程中)通常包含脱氧剂材料。例如，在钢包处理过程中，根据等级要求，借助铝或硅将钢脱氧。在不加入脱氧剂而将高氧钢冷却的情况下，会排出氧。这种排出的氧会与液态钢中的碳重组，以形成CO气泡。这样的反应相当剧烈。在钢冻结的情况下，这些气泡会截留在固化的结构中。
[0014]因此，为用于高氧用途而创造的取样器需要含有脱氧剂材料。通常使用铝材料作为脱氧剂材料。但是，也可使用其它材料如锆材料和/或钛材料。
[0015]取样器中的脱氧剂材料的量通常为样品质量的大约0.2至0.3％级。许多不同的将脱氧剂材料添加到取样器中的方式是已知的，最常用的是在取样器的流入导管中的箔或在流入导管的末端的某种铆钉(rivet)。上述添加脱氧剂材料，例如铝的方法不适合与在填充样品前的氩气吹扫期结合。铆钉会在填充开始前熔融和溶解在钢浴中。通常以S形状施加的箔的使用利用铝与石英管的摩擦作为固定。这种摩擦不足以承受吹扫的力，同时铝由于来自浴的预热而变弱。施加胶水或水泥获得这种固定会影响分析输出。试验已经表明，表现出极高或极低铝含量的样品也会表现出待分析的其它元素，尤其是碳的重大偏差。
[0016]在具有大约100克的典型样品重量的标准样品，例如lollypop样品中，可供脱氧剂材料溶解的时间多得多，并且这些样品被磨削到0.8mm的深度以生成干净均匀的分析表面。甚至在最先进入的钢可能损失一些碳的情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从熔融金属浴，特别是熔融钢浴中提取样品的取样器，所述取样器包含：具有浸入端的载管；布置在载管的浸入端的样品室组装件，所述样品室组装件包含盖板和外壳，其中所述外壳包含具有开口的浸入端；具有用于接收熔融金属的第一末端和与第一末端相反的第二末端的流入导管，其中第二末端与所述开口连通，其中所述开口配置成从所述流入导管接收熔融金属；测量头，其中所述样品室和所述流入导管的第二末端至少部分布置在所述测量头中；和金属衬套，其中所述金属衬套将所述流入导管耦合到所述样品室。2.根据权利要求1的取样器，其中所述金属衬套适合从样品室组装件到达所述流入导管的第一末端。3.根据权利要求1或2的取样器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：贺利氏电测骑士国际有限公司，
类型：发明
国别省市：