[实用新型]一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针及在线检测装置

说明书

本实用新型涉及一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针及在线检测装置，其包括探针本体，所述探针本体呈倒锥形，其顶端和底端分别具有开口，探针本体的侧壁分别对应设有进气管和出气管，所述进气管和出气管上分别设有气阀；所述探针本体底端开口外周向探针本体轴心方向收缩成半球型，并在轴心处形成小孔，采用以上技术方案探针可以以任意角度伸入熔融液态金属任何深度和位置，减少了激光测距和聚焦调试步骤，节约成本和时间，真正意义上地实现实时在线检测，并提供准确检测，从而精准掌控熔融液态金属中各元素的含量，实时做出调整，保证产品性能和质量；排除安全隐患，减轻工人的劳动强度，使熔炼过程实现自动化和智能化，减少能源浪费和排放。

技术领域

本实用新型涉及高温液态成分远距离在线监控领域，具体涉及了一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针及在线检测装置。

背景技术

钢铁以及合金在冶炼过程中需要实时诊断熔融液态金属的化学成分和温度，以此判断冶炼终点，从而控制成品金属材料的性能。传统的冶炼过程采用人工取样和制样的离线检测方式。这种离线检测方式需要通过取样、冷却、打磨、抛光等一系列过程后，再拿到分析仪器上进行测量和分析，整个过程需要花费4分钟时间，占冶炼时间的10%，其制成的冶金成品材料性能很难达到预期标准，同时造成能源浪费。

近年来， 越来越多的装备制造对于关键零部件（如：高速轴承，高铁车轮）的材料性能和品质提出严格的要求，导致冶炼生产对熔融状态金属化学成分和温度耐超高温高可靠的在线连续稳定检测传感器技术和方法提出了日益迫切的需求，开始出现基于激光诱导击穿光谱技术（LIBS）的在线检测装置，LIBS是一种利用激光激发等离子体，再利用等离子体的发射光谱进行探测的技术。LIBS技术不需要样品预处理，同时适用于固体、液体、气体。因此，在原位、在线、实时、非接触式分析方面展现出显著的应用价值。

目前有两类基于LIBS技术的熔体金属在线检测装置。第一类以近距离和开放式光路探测为主，在耐高温探针部分都会有光学结构的存在，且结构复杂，这在高温和烟尘恶劣环境下，开放空间中的空气对紫外和深紫外光谱有强烈的吸收，而有些非金属元素，例如C、S、P等元素，是质量控制和冶炼终点判断最重要的元素，其等离子体特征光谱主要分布在紫外和深紫外区域，因此无法对紫外和深紫外光谱进行有效的探测，另外探针无法深入液态金属内部，检测过程也会受到炉渣的干扰。第二类以远距离冶金液态金属成分的原位、在线检测探针为主，前端耐高温探针置入冶金液态金属中，内部形成一个密封的空间，充入惰性气体，实现一个惰性气体的光路环境，其内部没有光学元件；耐高温探针包括外部耐火材料部分，充气部分，其底部为开口式结构，但其存在问题如下：由于底部为开口式结构，首先探针置入后由于底部液态金属倒灌入探针内，需要进行液态金属激光测距，然后再进行聚焦调试，需要花费大量的时间，光学系统聚焦的滞后对谱仪获取的当前液态金属产生等离子体光谱实时扰动，造成成分和温度测量偏差，无法真正做到实时检测；其次在冶炼过程中液态金属处于沸腾的情况，金属液面会产生涨落，等离子体页面不稳定，造成离子谱线涨落不可控，而带来检测成分偏差；再次探针伸入到液态金属内部时，炉渣也会随着液态金属倒灌入探针内，对检测成分造成干扰，无法准确检测液态金属的真实成分；另外由于探针本身的材质，探针无法浸入1700多度的液态金属中过长的时间，否则探针在热传导作用下使得激发和收集的复式光路处于高温中，热辐射对于后端的光谱收集产生噪声，因此检测的时间也随之缩短。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种无需调节激光测距和聚焦调试，可任意角度和深度的置入冶金炉内的待测熔融液态金属中的基于LIBS技术的熔体浸入式探针。

本实用新型的一种基于LIBS技术的熔体浸入式探针，采用以下技术方案：其包括探针本体，所述探针本体呈倒锥形，其顶端和底端分别具有开口，探针本体的侧壁分别对应设有进气管和出气管，所述进气管和出气管上分别设有气阀；所述探针本体底端开口外周向探针本体轴心方向收缩成半球型，并在轴心处形成小孔。

进一步，所述小孔的直径范围为1mm-5mm。

进一步，所述小孔的直径为2mm。