ПРОБООТБОРНИК ПРОБЫ ДЛЯ ПРЯМОГО АНАЛИЗА С ТЕПЛООТВОДОМ
SAMPLE PROCESS FOR DIRECT ANALYSIS WITH THE HEAT-SINK

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к затвердевшей пробе расплавленного металла с малой массой и малым объемом, в частности расплавленной стали или расплавленного чугуна, которая может быть непосредственно проанализирована на оптическом эмиссионном спектрометре. Изобретение также относится к физической конструкции погружного пробоотборного устройства для расплавленного металла для извлечения расплавленной пробы, способной быстро охлаждаться, для получения образца металла без трещин, который может быть немедленно проанализирован на оптическом эмиссионном спектрометре без подготовки поверхности. Изобретение дополнительно относится к пробе металла с малой массой и малым объемом, которая не нагревается при самом процессе анализа, что приводит к более высокой точности результатов анализа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При обработке металлов в расплавленном состоянии необходимо получать репрезентативную пробу расплавленного металла на различных этапах процесса, например, для анализа или оценки либо химического состава, либо металлографической структуры пробы металла. В уровне техники известны различные способы анализа расплавленных металлов при изготовлении и дальнейшей обработке.
Исторически состав затвердевшей пробы металла часто определяется с использованием оборудования для дуговой искровой оптической эмиссионной спектроскопии («ОЭС»). Системы ОЭС в общем являются наиболее эффективными системами для определения химического состава металлической пробы и для управления обработкой расплавленных металлов за счет быстрого времени анализа и присущей им точности. Таким образом, анализ ОЭС обычно используется во время обработки расплавленного металла для управления ходом производства расплавленного металла.
ОЭС включает в себя захват атомов целевой пробы, знание состава которой желательно, и изучение длины волны фотонов, излучаемых атомами во время перехода из возбужденного состояния в более низкоэнергетическое состояние. Каждый элемент в периодической таблице излучает характерный набор дискретных длин волн, когда его атомы возвращаются из возбужденного состояния в более низкоэнергетическое состояние. Путем обнаружения и анализа этих длин волн может быть определен элементный состав пробы в соответствии с калибровочной кривой, таким образом, показывая соотношение между отношением спектральной интенсивности (т.е. абсолютная мощность излучения элемента/абсолютная мощность излучения основного металла) и концентрацией элемента в стандартной пробе.
Спектральный свет может быть произведен путем облучения электромагнитным излучением, таким как лазерные или рентгеновские лучи, но обычно производится для ОЭС короткой искрой, производимой искровым генератор, попадающей на мишень, знание элементного состава которой желательно. В этом случае мишень представляет собой пробу металла. Искровые генераторы, их интенсивность и их импульсный режим изменяются в зависимости от конкретного оборудования ОЭС. Независимо от ввода энергии искры известно, что точность и надежность таких эмиссионных спектрометров зависит от точности и качества датчика и оптики, используемых для приема излучения, излучаемого от пробы, и от однородности самой пробы металла.
В общем, процедура анализа ОЭС начинается с размещения пробы проводящего металла своей поверхностью для анализа вниз в заданной области ступени прибора ОЭС, а именно оптического эмиссионного спектрометра. Конкретнее, проба размещается так, чтобы охватывать и закрывать отверстие для анализа спектрометра, и чтобы анод почти упирался в поверхность для анализа пробы. После достижения желаемого позиционирования пробы и близости анода и поверхности для анализа проходит искра между анодом и пробой проводящего металла, которая электрически соединена со ступенью спектрометра. Это соединение в большинстве случаев производится силой тяжести в совокупности с небольшой нагрузкой. Отверстие для анализа на оптическом эмиссионном спектрометре обычно составляет около 12 мм в ширину. Это расстояние позволяет избежать возникновения искровых дуг между анодом и корпусом прибора. Оптический датчик принимает излучаемый свет от вынутого материала поверхности пробы. Искровая камера, частично образованная пространством между анодом и пробой металла, непрерывно продувается аргоном или другим инертным газом, чтобы избежать попадания воздуха, что может привести к ошибочным значениям анализа.
Для ровного размещения на отверстии для анализа спектрометра проба металла не должна иметь никаких расширений, и поверхность для анализа пробы металла должна быть гладкой. Не должно быть никакой части пробы или пробоотборного корпуса, которая нарушит плоскость поверхности для анализа. Проба должна охватывать отверстие для анализа спектрометра и должна быть достаточно плоской для облегчения продувки инертным газом искровой камеры и подачи смежной поверхности пробы в направлении анода.
Процедуры и процессы для получения типичного анализа металлов хорошо известны в уровне техники, как описано у Dulski, T.R. A Manual for the Chemical Analysis of Metals, ASTM International, 1996 год. До тех пор пока не было известно, обычно считалось, что проба металла и измерительная аппаратура, используемая для ее анализа, независимы друг от друга и в связи с этим не влияют друг на друга.
Известны обычные пробоотборные устройства, которые обеспечивают образец или диск твердого металла для использования в спектрографическом анализе. Геометрическая форма и размеры затвердевших образцов металла, получаемых с помощью таких пробоотборных устройств, иногда будут зависеть от типа металла или металлографических потребностей. Общей категорией проб, которые получаются с помощью погружных устройств для анализа ОЭС, являются пробы, имеющие дискообразную или овальную форму и диаметр или наибольшую длину 28-40 мм. Чаще всего такие пробы имеют диаметр или наибольшую длину около 32 мм и толщину 4-12 мм. Некоторые пробоотборники, широко известные как шарообразные пробоотборники, могут производить пробы различной формы от круглой до овальной или продолговатой в соответствии с требованиями пользователя, но большинство проб все же имеют диаметр или наибольшую длину около 32 мм. Другие пробоотборники, широко известные как пробоотборники двойной толщины, объединяют две толщины в пределах одной пробы.
Типичные пробоотборные устройства, выполненные с возможностью получения проб расплавленного металла для анализа с помощью ОЭС, включают в себя пробоотборную камеру или полость формы, выполненную с возможностью наполнения расплавленным металлом после погружения пробоотборного устройства в ванную расплавленного металла. Формы, которые очерчивают полость формы или пробоотборной камеры, обычно представляют собой либо состоящую из двух частей конструкцию двухстворчатого типа, либо кольцо, закрытое на его верхней и нижней сторонах плоскими пластинами. Как только проба металла затвердевает, формы отбрасываются, и проба переносится в ОЭС для анализа.
Патент США № 3646816 описывает этот тип одноразового погружного пробоотборника, в котором обе плоские поверхности дискообразной пробы образованы охлаждающими пластинами для достижения более быстрого застывания и парой более гладких поверхностей, которые перед анализом требуют меньшей очистки. Другие патенты известного уровня техники, такие как патент США № 4211117, относятся к подобной концепции, тогда как патенты США №№ 4401389 и 5415052 обеспечивают примеры этой металлургической пробы, объединяемой с другими датчиками, один из которых может представлять собой датчик измерения температуры.
Пробы, получаемые с помощью обычных пробоотборных устройств, имеют диаметр около 32 мм в направлении, параллельном отверстию спектрометра, и толщину 4-12 мм в направлении, перпендикулярном отверстию спектрометра. Было обнаружено, что затвердевшая проба обычной толщины требует шлифования поверхности от 0,8 до 5 мм литой поверхности, чтобы достигать поверхности для анализа, которая свободна от металлической и неметаллической сегрегации. Обычные пробы могут достигать этого состояния поверхности только после подготовительных процессов для получения геометрии, которая обычно имеет по меньшей мере 28 мм в диаметре в направлении, параллельном отверстию спектрометра, и имеет толщину, которая обычно менее 12 мм в направлении, перпендикулярном отверстию. Эта геометрия после подготовки может быть легко обработана с помощью оборудования для подготовки к предварительному анализу, которое механически шлифует поверхность пробы, а также удобна для обработки роботизированными манипуляторами, которые продвигают пробу от подготовки до анализа и удаления в ожидании следующей пробы.
Устранение необходимости в подготовке поверхности ускоряет время анализа и экономически выгодно для производителя металла. Однако это может быть достигнуто только путем равномерного заполнения пробоотборной полости и быстрого охлаждения пробы расплавленного металла, так что вся проба, представленная для анализа, застывает равномерно и без поверхностного окисления. Тепловое содержание затвердевающего металла должно быть удалено, чтобы довести отбираемый металл до температуры, близкой к комнатной температуре, до его удаления из форм пробоотборной камеры. Выставление поверхности горячего металла на воздух быстро образует оксиды на его поверхности, которые впоследствии должны удаляться механическим шлифованием для анализа путем оптической эмиссионной спектроскопии.
Ненужные ограничения, накладываемые на форму и размер пробы металла для ОЭС, обсуждаемые позже, приводят к тому, что объем пробы в известном уровне техники превышает минимальный объем металла, требуемый для достижения минимально необходимой анализируемой поверхности. Таким образом, ненужные большие объемы проб устройств известного уровня техники препятствуют быстрому затвердеванию пробы расплавленного металла. В связи с этим обычные устройства не могут быть надежно проанализированы с помощью ОЭС без подготовки поверхности, и, таким образом, потенциальная экономическая выгода теряется.
Пробоотборники пробы прямого анализа (DA) представляют собой недавно разработанный тип погружного пробоотборника расплавленного металла, который производит пробы DA. Пробы DA не требуют какого-либо вида подготовки поверхности перед анализом, и, таким образом, могут приводить к значительной экономической выгоде как с точки зрения доступности своевременных результатов химического анализа, так и с точки зрения экономии времени в лаборатории за счет использования способа анализа ОЭС.
Патент США № 9128013 раскрывает пробоотборное устройство для извлечения быстро охлаждаемой пробы из конвертерного процесса для получения стали, которая предназначена для локального анализа. Пробоотборное устройство включает в себя пробоотборную камеру, образованную по меньшей мере двумя частями, где указанное отношение массы расплава, взятой в пробоотборной полости, к массе узла пробоотборной камеры обеспечивает быстрое охлаждение расплава, заполняющего пробоотборную полость. Когда эта пробоотборная камера удаляется из измерительного зонда, тем самым подвергая поверхность пробы действию атмосферы, расплав уже достаточно охлажден, так что окисление предотвращается в максимально возможной степени, и в связи с этим последующая обработка поверхности пробы не является необходимой. В дополнение, быстрое затвердевание и тонкая проба обеспечивают решение проблемы элементной сегрегации проб толщиной 12 мм в известном уровне техники, снова способствуя устранению шлифования поверхности перед анализом.
Подобный пробоотборник типа DA известен из публикации заявки на патент США № 2014/318276. Один конец пробоотборной полости этого пробоотборника типа DA соединен с ванной расплавленного металла во время погружения пробоотборника через впускную трубку, в то время как противоположный конец пробоотборной полости находится в связи с соединительным устройством. Во время погружения, но перед заполнением пробоотборной полости расплавленным металлом пробоотборная полость продувается инертным газом, чтобы избежать раннего заполнения и окисления отбираемого материала. Это устройство, а также ранее описанное пробоотборное устройство имеют геометрию, в которой впускная трубка расположена перпендикулярно плоской поверхности пробоотборной полости и, таким образом, перпендикулярно поверхности для анализа. В то время как поверхность для анализа свободна и легко доступна для искрового источника ОЭС, было обнаружено, что проба является неоднородной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к быстро охлаждаемому пробоотборнику, который заполняется расплавленным металлом в направлении погружения, параллельном продольной оси, и который производит металлургическую пробу, анализируемую на ОЭС без подготовки поверхности. Часть формы, которая отвечает за наибольшую охлаждающую массу, неотделима от самой пробы. Соответственно, пробоотборный корпус, а не сама проба выполнен с возможностью обеспечения наибольшей пользы на существующих оптических эмиссионных спектрографах, которые в настоящее время требуют анализируемую поверхность определенных размеров.
Таким образом, следующие далее варианты выполнения предложены как особенно предпочтительные в объеме охраны изобретения.
Вариант выполнения 1: узел пробоотборной камеры для расплавленного металла, причем узел пробоотборной камеры содержит:
закрывающую пластину и корпус, отличающийся тем, что корпус включает в себя:
погружной конец, имеющий первое отверстие для впускной трубки для расплавленного металла, и противоположный конец; и
первую поверхность, проходящую между погружным концом и противоположным концом, причем первая поверхность имеет углубление, проходящее от места вблизи от погружного конца к противоположному концу, углубление находится в непосредственной связи по текучей среде с первым отверстием и выполнено с возможностью приема расплавленного металла из впускной трубки,
причем закрывающая пластина и корпус выполнены с возможностью сборки вместе вдоль первой плоскости для образования пробоотборной полости, включающей в себя углубление, так, что поверхность для анализа затвердевшей пробы металла, образованной в пробоотборной полости, лежит в первой плоскости,
причем пробоотборная полость и первое отверстие выровнены вдоль общей продольной оси,
причем первое отверстие разнесено от первой плоскости,
причем отношение температуропроводности затвердевшей пробы металла к температуропроводности материала, образующего корпус, составляет от 0,1 до 0,5, предпочтительно 0,2, и
причем корпус выполнен так, чтобы быть неотделимым от затвердевшей пробы металла, и по меньшей мере часть корпуса находится непосредственно смежно затвердевшей пробе металла и лежит в первой плоскости.
Вариант выполнения 2: узел пробоотборной камеры по предыдущему варианту выполнения, отличающийся тем, что отношение массы пробоотборной камеры к массе расплавленного металла, принимаемого в объеме для сбора пробы, составляет от 9 до 12, предпочтительно 10.
Вариант выполнения 3: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что глубина углубления составляет от 0,5 мм до 3 мм.
Вариант выполнения 4: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что корпус дополнительно включает в себя гребень, выступающий из первой поверхности и окружающий углубление, совокупная ширина углубления и смежных участков гребня составляет от 10 мм до 30 мм.
Вариант выполнения 5: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что отсутствует увеличение размера ширины пробоотборной полости в направлении потока расплавленного металла от конца зоны распределения к противоположному концу.
Вариант выполнения 6: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что отношение длины к глубине пробоотборной полости увеличивается в направлении потока расплавленного металла от впускной трубки к противоположному концу.
Вариант выполнения 7: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что общая длина углубления составляет от 25 мм до 35 мм, предпочтительно 30 мм.
Вариант выполнения 8: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что углубление имеет неизменную глубину, а площадь сечения углубления постепенно сужается в направлении потока расплавленного металла от впускной трубки к противоположному концу.
Вариант выполнения 9: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что затвердевшая проба металла выполнена в виде вытянутой полосы или прямоугольника.
Вариант выполнения 10: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что закрывающая пластина включает в себя уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения по существу газонепроницаемого уплотнения между закрывающей пластиной и корпусом.
Вариант выполнения 11: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что закрывающая пластина крепится к корпусу с помощью металлического зажима для образования пробоотборной камеры.
Вариант выполнения 12: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что площадь сечения впускной трубки составляет от 0,5 до 2 площадей сечения углубления.
Вариант выполнения 13: узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих вариантов выполнения, отличающийся тем, что, когда закрывающая пластина и корпус собраны вместе, закрывающая пластина находится на одном уровне с гребнем корпуса вдоль первой плоскости.
Вариант выполнения 14: Применение пробоотборника, имеющего узел пробоотборной камеры по любому из предыдущих пунктов, для получения затвердевшей пробы металла, которая неотделимо содержится в корпусе узла пробоотборной камеры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеприведенная сущность изобретения, а также следующее далее подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения будут лучше понятны при рассмотрении в сочетании с приложенными чертежами. С целью иллюстрации на чертежах показаны варианты выполнения, которые являются предпочтительными. Однако следует понимать, что устройство и способ не ограничены показанными точными конструкциями и средствами.
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку погружного пробоотборного зонда, ориентированного в направлении погружения в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения;
Фиг. 2 представляет собой вид сверху погружного пробоотборного зонда на Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой вид сбоку погружного пробоотборного зонда на Фиг. 1, обеспеченного газовым соединителем для соединения с держателем зонда, содержащим пневматическую линию;
Фиг. 4 представляет собой вид спереди корпуса состоящей из двух частей пробоотборной камеры погружного пробоотборного зонда на Фиг. 1;
Фиг. 4А представляет собой вид снизу корпуса пробоотборной камеры, показанного на Фиг. 4;
Фиг. 5 представляет собой вид спереди закрывающей пластины состоящей из двух частей пробоотборной камеры погружного пробоотборного зонда на Фиг. 1;
Фиг. 5А представляет собой вид снизу закрывающей пластины пробоотборной камеры, показанной на Фиг. 5;
Фиг. 6 представляет собой вид сбоку в сечении погружного пробоотборного зонда на Фиг. 3 по плоскости, параллельной продольной оси зонда;
Фиг. 7 представляет собой вид спереди корпуса пробоотборной камеры, показанного на Фиг. 6, содержащего в себе затвердевшую пробу металла и подходящего для анализа ОЭС без подготовки;
Фиг. 7А представляет собой вид сбоку корпуса пробоотборной камеры, показанного на Фиг. 7;
Фиг. 8 представляет собой вид спереди корпуса состоящей из двух частей пробоотборной камеры в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения;
Фиг. 8А представляет собой вид снизу корпуса пробоотборной камеры, показанного на Фиг. 8;
Фиг. 9 представляет собой вид спереди закрывающей пластины, выполненной с возможностью сборки с корпусом пробоотборной камеры на Фиг. 8 и 8A;
Фиг. 9А представляет собой вид снизу закрывающей пластины пробоотборной камеры, показанной на Фиг. 9;
Фиг. 10 представляет собой вид сбоку в сечении погружного пробоотборного зонда, включающего в себя раскислитель в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения, по плоскости, параллельной продольной оси зонда;
Фиг. 11 представляет собой вид в сечении пробоотборной полости корпуса пробоотборной камеры на Фиг. 4 по плоскости, перпендикулярной продольной оси зонда;
Фиг. 12 представляет собой вид спереди корпуса пробоотборной камеры, показанного на Фиг. 8 и 8A, содержащего в себе затвердевшую пробу S металла и подходящего для анализа ОЭС без подготовки;
Фиг. 12А представляет собой вид сбоку корпуса пробоотборной камеры, показанного на Фиг. 12.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к погружному пробоотборному зонду для получения затвердевшей пробы металла в виде полосы для прямого анализа с помощью ОЭС.
Со ссылкой на Фиг. 1 показан погружной пробоотборный зонд 10 и, конкретнее, пробоотборный зонд 10 расплавленного металла. Наиболее предпочтительно зонд 10 подходит для погружения и отбора проб расплавленной стали или чугуна. Зонд 10 содержит измерительную головку 5. Измерительная головка 5 предпочтительно выполнена из кварцевого песка, связанного смолой. Однако специалисту в области техники будет понятно, что измерительная головка 5 может быть выполнена из любого известного материала, подходящего для образования корпуса, погружаемого в расплавленный металл.
Измерительная головка 5 поддерживается на несущей трубке 1. Предпочтительно, несущая трубка 1 представляет собой бумажную несущую трубку. При использовании держатель зонда или фурмы (не показана) предпочтительно вставлен во внутренний объем несущей трубки 1 для обеспечения механического действия, необходимого для погружения измерительной головки 5 ниже поверхности ванны расплавленного металла (не показан) в направлении I погружения.
Измерительная головка 5 содержит пробоотборную камеру 3 для сбора и извлечения пробы расплавленного металла. Специалисту в области техники будет понятно, что, хотя пробоотборная камера 3 описана в данном документе с точки зрения погружного пробоотборного зонда 10, пробоотборная камера 3 может быть использована вместе с любым типом пробоотборного устройства расплавленного металла. Таким образом, узел и конфигурация пробоотборной камеры 3, описанные в данном документе, применимы к любому типу пробоотборного устройства расплавленного металла, а не только к погружному пробоотборному зонду 10.
Предпочтительно, пробоотборная камера 3 представляет собой состоящую из двух частей пробоотборную камеру. Конкретнее, со ссылкой на Фиг. 2 пробоотборная камера 3 состоит из корпуса 30 и закрывающей пластины 32. Корпус 30 предпочтительно выполнен из одного или более материалов, которые являются хорошими теплопроводниками и электропроводниками, таких как, но не ограничиваясь, алюминий, медь и другие металлы, имеющие подобные теплопроводные и электропроводные свойства для электрического соединения с извлекаемой пробой металла. Предпочтительно, корпус 30 выполнен из алюминия. Масса закрывающей пластины 32 предпочтительно составляет от 10% до 20% от общей массы пробоотборной камеры 3. Корпус 30 может быть промаркирован неразрушимым способом с помощью средства идентификации.
Корпус 30 и закрывающая пластина  32 пробоотборной камеры 3 предпочтительно удерживаются вместе с помощью зажима 4 (также называемого клипсой) с помощью усилия сжатия, достаточного, чтобы противодействовать стремлению корпуса 30 и закрывающей пластины 32 пробоотборной камеры 3 отделяться из-за усилия расплавленного металла, протекающего в и заполняющего пробоотборную камеру 3. Зажим 4 предпочтительно представляет собой металлический зажим. Однако специалисту в области техники будет понятно, что зажим 4 может быть выполнен из другого подходящего материала, который способен погружаться в расплавленный металл и обеспечивает требуемое усилие сжатия.
Со ссылкой на Фиг. 1 измерительная головка 5 имеет первый конец 12 и противоположный второй конец 14. Первый конец 12 измерительной головки 5 соответствует погружному концу. Второй конец 14 измерительной головки 5 выполнен с возможностью обращения к фурме или держателю зонда. Пробоотборная камера 3 имеет первый конец 16 и противоположный второй конец 18. Первый конец 16 пробоотборной камеры 3 соответствует погружному концу. Специалисту в области техники будет понятно, что фраза «погружной конец» означает конец корпуса, который первым погружается в расплавленный металл в направлении I погружения.
Пробоотборная камера 3 включает в себя пробоотборную полость, выполненную с возможностью приема расплавленного металла, как описано более подробно в данном документе. Пробоотборная полость проходит от места вблизи от первого конца 16 ко второму концу 18 пробоотборной камеры 3 вдоль продольной оси X (см. Фиг. 4).
Первый конец 16 пробоотборной камеры 3 предпочтительно прикреплен к или иным образом обеспечен впускной трубкой 7. Конкретнее, первый конец 16 пробоотборного корпуса 30 имеет первое отверстие 20 для приема впускной трубки 7 (см. Фиг. 4). Первое отверстие 20 и, таким образом, впускная трубка 7 предпочтительно выровнены с пробоотборной камерой 3 и, конкретнее, с пробоотборной полостью. Впускная трубка 7 обеспечивает поток расплавленного металла из ванны расплавленного металла в пробоотборную камеру 3. Таким образом, расплавленный металл вводится в пробоотборную полость пробоотборной камеры 3 в направлении погружения, параллельном продольной оси X пробоотборной полости. Впускная трубка 7 предпочтительно выполнена из кварцевого материала, более предпочтительно из плавленого кварцевого материала. Однако будет понятно, что впускная трубка 7 может быть выполнена из любого другого подходящего материала, включая, но не ограничиваясь, керамический материал.
Впускная трубка 7 имеет первый конец (не показан) и противоположный второй конец 22 (см. Фиг. 4 и 4A). В одном варианте выполнения впускная трубка 7 закреплена в измерительной головке 5 с помощью втулки 6 (см. Фиг. 1). Втулка 6 предпочтительно выполнена из цементного материала. Второй конец 22 впускной трубки 7 приклеен или закреплен в пробоотборной камере 3 с помощью адгезива 27 по существу газонепроницаемым способом. Конкретнее, второй конец 22 впускной трубки 7 полностью расположен в первом отверстии 20 корпуса 30 пробоотборной камеры 3 и приклеен к нему с помощью адгезива 27 для достижения по существу газонепроницаемого соединения. «По существу газонепроницаемый» означает, что уплотнение или соединение может быть полностью газонепроницаемым или газонепроницаемым в значительной степени. В частности, касательно соединения впускной трубки 7 и газового соединителя 2 (описанного в данном документе) образующиеся соединения предпочтительно газонепроницаемы до такой степени, что пробоотборная полость способна находиться под давлением выше уровня давления на глубине погружения.
Со ссылкой на Фиг. 1 и 3 первый конец впускной трубки 7 соответствует погружному концу. Первый конец не виден на Фиг. 1 и 3, поскольку он закрыт первым защитным колпачком 8. Конкретнее, первый защитный колпачок 8 прикреплен к первому концу впускной трубки 7 по существу газонепроницаемым способом с помощью адгезива 11. Первый защитный колпачок 8 предпочтительно выполнен из металла и более предпочтительно из стали. Первый защитный колпачок 8 может включать в себя отверстие (не показано) (например, отверстие диаметром 1 мм) для обеспечения продувки пробоотборной полости в достаточной степени и откачивания из нее всего захваченного воздуха. В свою очередь, второй защитный колпачок 9 закрывает (и, конкретнее, охватывает) первый защитный колпачок 8. Второй защитный колпачок (крышка) 9 прикреплен к первому концу 12 измерительной головки 5. Предпочтительно, второй защитный колпачок 9 выполнен из металла и более предпочтительно из стали. В одном варианте выполнения второй защитный колпачок 9 дополнительно защищен покрытием из бумаги (не показана).
Со ссылкой на Фиг. 1 и 2 и 4 второй конец 18 пробоотборного корпуса 30 включает в себя второе отверстие 33 для приема соединителя 2 и, конкретнее, газового соединителя 2. Таким образом, второе отверстие 33 представляет собой газовое отверстие, которое предпочтительно полностью находится в корпусе 30. Соединитель 2 уплотняется относительно корпуса 30 в газовом отверстии 33 на втором конце 18 пробоотборной камеры с помощью адгезива 26 для достижения по существу газонепроницаемого соединения. Таким образом, конец соединителя 2 полностью расположен в корпусе 30 пробоотборной камеры 3.
Соединитель 2 выполнен с возможностью сопряжения с трубкой (не показана) и, конкретнее, с газовой трубкой. Конкретнее, первый конец газовой трубки прикрепляется к соединителю 2, а противоположный второй конец газовой трубки прикрепляется к пневматической системе (не показана). Пневматическая система предпочтительно подает инертный газ в пробоотборную камеру 3 через газовую трубку для продувки и повышения давления в пробоотборной камере 3. Примеры инертного газа, который может быть использован для продувки и повышения давления в пробоотборной камере 3, включают в себя, но не ограничиваясь, азот или аргон. Предпочтительно, инертный газ (например, азот или аргон) находится под давлением 2 бара. Пневматическая система также обеспечивает удаление выпускаемых газов из пробоотборной камеры 3 через газовую трубку. Когда пневматическая система находится в связи с пробоотборной камерой 3 зонда 10 через соединитель 2, имеется непрерывный путь газа от погружного конца впускной трубки 7 до пробоотборной камеры 3 (т.е. вдоль продольной оси X), который по существу не имеет утечек, однако пробоотборная камера 3 легко разбирается, чтобы получать доступ к пробе.
Со ссылкой на Фиг. 3 в одном варианте выполнения соединитель 2 обеспечен газовым соединителем 23, выполненным с возможностью сопряжения с соответствующим гнездом на держателе зонда. Конкретнее, газовый соединитель 23 представляет собой узел соединителя типа нажимной/оттяжной и включает в себя уплотнительное кольцо 24 для газового уплотнения относительно поверхности сопряжения на держателе зонда.
При использовании измерительная головка 5 погружается в ванну расплавленного металла, и пробоотборная камера 3 продувается и в ней повышается давление с помощью инертного газа, который подается пневматической системой и который перемещается от соединителя 2 к впускной трубке 7 вдоль продольной оси X. После погружения измерительной головки 5 ниже поверхности ванны расплавленного металла второй защитный колпачок 9 и покрытие из бумаги (если присутствует) расплавляются из-за теплоты расплавленного металла, таким образом, подвергая первый защитный колпачок 8 действию расплавленного металла. В дальнейшем первый защитный колпачок 8 также расплавляется, таким образом, помещая пробоотборную камеру 3 в сообщение по текучей среде с ванной расплавленного металла через впускную трубку 7. Конкретнее, после того, как второй защитный колпачок 8 расплавится, давление инертного газа будет выходить из пробоотборной камеры 3 через открытую впускную трубку 7 (т.е. через первый конец впускной трубки 7), пока пневматическая система не перейдет из режима продувки в режим выпуска или вакуума. Затем расплавленный металл входит в пробоотборную камеру 3 через впускную трубку 7, в частности, от первого конца ко второму концу 22, а затем в пробоотборную полость пробоотборной камеры 3, в то время как газ выпускается из пробоотборной камеры 3 через соединитель 2. Газ предпочтительно выпускается под естественным ферростатическим давлением заполняющего расплавленного металла, но также может выпускаться под небольшим вакуумом, подаваемым к газовой трубке удаленным оборудованием.
Фиг. 4-6 показывают более подробно состоящую из двух частей пробоотборную камеру 3 зонда 10. Корпус 30 пробоотборной камеры 3 имеет первую сторону или поверхность 40 и противоположную вторую сторону или поверхность 42 (см. Фиг. 4А и 6). Первая поверхность 40 представляет собой поверхность для анализа, это означает, что она представляет собой геометрическую сторону корпуса 30, на которой собирается проба, и которая, таким образом, выполнена с возможностью размещения обращенной вниз на ступени оптического эмиссионного спектрографа во время анализа. В этом случае направление вниз представляет собой направление к искровому источнику системы ОЭС. Первая поверхность 40 проходит между погружным концом и противоположным концом корпуса 30. Конкретнее, первая поверхность 40 проходит в первой плоскости AF от первого конца 16 ко второму концу 18 пробоотборной камеры 3. На втором конце 18 пробоотборной камеры 3 обеспечено газовое отверстие 33, которое предпочтительно полностью находится в корпусе 30. Газовое отверстие 33 принимает соединитель 2 (как показано на Фиг. 1 или 3), который, как описано здесь, уплотняется относительно корпуса 30 по существу газонепроницаемым способом с помощью адгезива 26 (см. Фиг. 3).
Со ссылкой на Фиг. 4 и 6 в первой поверхности 40 выполнены полые участки для образования различных областей или зон пробоотборной камеры 3 для вентиляции и сбора расплавленного металла. Конкретнее, первая поверхность 40 корпуса 30 включает в себя различные углубления, которые совместно образуют пробоотборную полость пробоотборной камеры 3 следующим образом: первая область 34 расположена вблизи от первого конца 16 пробоотборной камеры 3 и находится в непосредственной связи с впускной трубкой 7, вторая область 35 расположена над первой областью 34, третья область 36 расположена смежно второй области 35. Первая поверхность 40 также включает в себя дополнительное углубление в виде четвертой области 38, находящейся вблизи от второго конца 18 пробоотборной камеры 3 и в непосредственной связи с газовым отверстием 33. Газовое отверстие 33 (и, таким образом, соединитель 2) и впускная трубка 7 расположены в корпусе 30 так, что они находятся в непосредственной связи и выровнены с пробоотборной полостью пробоотборной камеры 3. Конкретнее, газовое отверстие 33 и впускная трубка 7 предпочтительно проходят параллельно пробоотборной полости пробоотборной камеры 3, и более предпочтительно газовое отверстие 33 и впускная трубка 7 проходят вдоль общей продольной оси X пробоотборной полости пробоотборной камеры 3.
Со ссылкой на Фиг. 6 четвертая область 38 представляет собой соединительный объем, образованный выемкой или углублением, образованным в первой поверхности 40 корпуса 30 пробоотборной камеры 3. Таким образом, соединительный объем 38 имеет открытый конец 38a на первой поверхности 40. Соединительный объем 38 находится в газовой связи с газовым отверстием 33. Поскольку расплавленный металл в общем затвердевает в третьей области 36, как описано в данном документе, соединительный объем 38 в общем не рассматривается как часть полости пробоотборного корпуса для приема расплавленного металла.
Третья область 36 представляет собой вентиляционную зону, которая находится в газовой связи с соединительным объемом 38. Вентиляционная зона 36 образована выемкой или углублением, образованным в первой поверхности 40 корпуса 30. Таким образом, вентиляционная зона 36 имеет открытый конец 36a на первой поверхности 40 и противоположный закрытый нижний конец 36b. Осевая линия вентиляционной зоны 36 предпочтительно совмещается со второй областью 35 и газового соединителя 2.
Вторая область 35 представляет собой зону анализа. Зона 35 анализа образована вытянутой выемкой или углублением, образованным в первой поверхности 40 корпуса 30. Таким образом, зона 35 анализа имеет открытый конец 35a на первой поверхности 40 и противоположный частично закрытый нижний конец 35b. Конкретнее, физическая граница закрытого нижнего конца 35b проходит только по части длины зоны 35 анализа.
В одном варианте выполнения противоположные концы (т.е. передний конец и задний конец с точки зрения направление I погружения) зоны 35 анализа скруглены для упрощения обработки. Однако специалисту в области техники будет понятно, что концы могут иметь любую форму.
Участок зоны 35 анализа перекрывает первую область 34 пробоотборной камеры 3. Конкретнее, передний конец зоны 35 анализа (т.е. передний конец зоны 35 анализа, находящийся вблизи от погружного конца 16 пробоотборной камеры 3) перекрывает и находится в непосредственной связи с первой областью 34 (см. Фиг. 6). Таким образом, участок зоны 35 анализа, который перекрывает первую область 34, физически не ограничен закрытым нижним концом 35b. Первая область 34 представляет собой зону распределения, которая находится в непосредственной связи с впускной трубкой 7. Конкретнее, расплавленный металл вводится непосредственно в зону 34 распределения из второго конца 22 впускной трубки 7. В связи с этим впускная трубка 7 расположена так, чтобы находиться в непосредственной связи по текучей среде с зоной 34 распределения в направлении, параллельном продольной оси X.
Кроме того, отсутствует физическое разграничение между зоной 35 анализа и зоной 34 распределения. Однако они рассматриваются как отдельные зоны с точки зрения заданных размеров для практического применения изобретения. В частности, воображаемая граница между зоной 35 анализа и зоной 34 распределения, как обозначено пунктирной линией 35c на Фиг. 6, по существу представляет собой продолжение закрытого нижнего конца 35b, это означает, что граница 35c между зоной 35 анализа и зоной 34 распределения лежит в той же плоскости, что и закрытый нижний конец 35b. Зона 35 анализа предпочтительно имеет равномерную глубину над зоной 34 распределения, как обсуждалось более подробно в данном документе.
В совокупности соединительный объем 38, вентиляционная зона 36, зона 35 анализа и зона 34 распределения образуют полый объем пробоотборной камеры 3. Вентиляционная зона 36, зона 35 анализа и зона 34 распределения в совокупности содержат полость, принимающую расплавленный металл, то есть пробоотборную полость, в которую расплавленный металл (и, конкретнее, расплавленная сталь или чугун) вводится вдоль продольной оси X, собирается, в дальнейшем затвердевает для образования затвердевшей пробы S металла и в конечном счете напрямую анализируется. Вентиляционная зона 36, зона 35 анализа и зона 34 распределения являются смежными областями.
Со ссылкой на Фиг. 4 и 6 первая поверхность 40 корпуса 30 включает в себя приподнятый участок 39, который охватывает углубления соединительного объема 38, вентиляционной зоны 36, зоны 35 анализа и зоны 34 распределения. Конкретнее, приподнятый участок, называемый здесь гребнем 39, окружает по периферии совокупный объем соединительного объема 38, вентиляционной зоны 36, зоны 35 анализа и зоны 34 распределения. Верхний или дистальный обод 39a гребня 39 предпочтительно находится на высоте 0,2-0,5 мм и более предпочтительно 0,3 мм относительно остальной части первой поверхности 40 (т.е. относительно первой плоскости AF). Таким образом, дистальный обод 39a периферийного гребня 39 лежит во второй плоскости AP, которая разнесена от первой плоскости AF первой поверхности 40. Вторая плоскость AP называется здесь плоскостью анализа. Когда пробоотборная камера 3 заполняется металлом, анализируемая поверхность AS затвердевшей пробы S металла лежит в плоскости AP анализа, как описано в данном документе более подробно.
Со ссылкой на Фиг. 5 и 5A закрывающая пластина 32 не должна быть выполнена из того же материала, что и корпус 30. В отличие от корпуса 30 закрывающая пластина 32 не должна быть выполнена из материала, который представляет собой хороший электрический проводник. Например, закрывающая пластина 32 может быть выполнена из плавленого кварца или огнеупорного керамического материала. Однако предпочтительно закрывающая пластина 32 выполнена из того же материала, что и корпус 30.
Предпочтительно, в практических целях сборки закрывающая пластина 32 имеет приблизительно такие же ширину и длину, что и корпус 30. Однако будет понятно, что закрывающая пластина 32 не ограничена такими размерами и может иметь ширину и длину, большие или меньшие, чем у корпуса 30.
Закрывающая пластина 32 имеет первую сторону или поверхность 44 и противоположную вторую сторону или поверхность 46. Закрывающая пластина 32 предпочтительно имеет толщину от 1 мм до 5 мм, проходящую от первой поверхности 44 до второй поверхности 46. Первая поверхность 44 закрывающей пластины 32 выполнена с возможностью обращения к корпусу 30 и, конкретнее, к первой поверхности 40 корпуса 30 в собранной конфигурации пробоотборной камеры 3. Уплотнительный элемент 31 обеспечен на первой поверхности 44 закрывающей пластины 32 для размещения между корпусом 30 и закрывающей пластиной 32 в собранной конфигурации пробоотборной камеры 3. Уплотнительный элемент 31 предпочтительно представляет собой газоуплотнительный элемент. Конкретнее, уплотнительный элемент 31 представляет собой прокладку. Прокладка 31 предпочтительно рассчитывается так, чтобы охватывать или окружать гребень 39 в собранной конфигурации пробоотборной камеры 3. Прокладка 31 может иметь любую форму. Однако предпочтительно прокладка 31 выполнена в той же форме, что и гребень 39 первой поверхности 40 корпуса 30.
В одном варианте выполнения прокладка 31 выполнена из силикона или любого подобного полимера. Специалисту в области техники будет понятно, что прокладка 31 может быть выполнена из любого материала, который будет обеспечивать газонепроницаемое уплотнение между закрывающей пластиной 32 и корпусом 30. После наложения материала прокладки 31 на первую поверхность 44 закрывающей пластины 32 прокладке 31 позволяют высохнуть, прежде чем закрывающая пластина 32 и корпус 30 будут собраны и закреплены вместе зажимом 4, таким образом, обеспечивая, что прокладка 31 не приклеится к корпусу 30.
TM
Специалисту в области техники будет понятно, что прокладка 31 альтернативно может быть выполнена в виде уплотнительного кольца или из плоского прокладочного материала, не отходя от объема охраны изобретения. Например, в другом варианте выполнения прокладка 31 представляет собой полимерную пленку, применяемую в качестве плоской прокладки, предпочтительно имеющую толщину 0,04-0,1 мм. Например, плоская прокладка может быть выполнена из ленты для защиты поверхности, продукт № 4011a, изготавливаемый компанией 3M.
В собранной конфигурации пробоотборной камеры 3, как показано на Фиг. 6, закрывающая пластина 32 и корпус 30 собираются вместе вдоль плоскости AP анализа для образования пробоотборной полости, включающей в себя зону 34 распределения, зону 35 анализа и вентиляционную зону 36. Конкретнее, закрывающая пластина 32 опирается на гребень 39 корпуса 30 (т.е. в плоскости AP анализа), а прокладка 31 контактирует с первой поверхностью 40 корпуса 30 так, что прокладка 31 окружает или охватывает гребень 39. Конкретнее, в собранной конфигурации пробоотборной камеры 3 закрывающая пластина 32 находится на одном уровне с гребнем 39 в плоскости AP анализа и уплотнена относительно первой поверхности 40 корпуса 30 в посадке с помощью прокладки за счет уплотнения прокладки 31 относительно первой поверхности 40.
Таким образом, закрывающая пластина 32 закрывает пробоотборную полость пробоотборной камеры 3. Кроме того, пробоотборная полость пробоотборной камеры 3 представляет собой объем, в который расплавленный металл вводится вдоль продольной оси X из впускной трубки 7, собирается и в дальнейшем быстро охлаждается для образования затвердевшей пробы S металла и, конкретнее, затвердевшей пробы S стали или чугуна в виде полосы. В связи с этим имеется только два отверстия, образованные в собранной пробоотборной камере 3, а именно первое отверстие 20 в связи с впускной трубкой 7 и отверстие газового отверстия 33 в связи с соединителем 2. Никакой участок закрывающей пластины 32 не способствует увеличению объема извлекаемой затвердевшей пробы металла. Поверхность для анализа затвердевшей пробы S стали или чугуна, размещенной в пробоотборной полости, лежит в плоскости AP анализа. Дополнительно, первое отверстие 20 и связанная впускная трубка 7 и газовое отверстие 33 и связанный соединитель 2 разнесены от и не пересекаются с плоскостью AP анализа.
Далее длина L каждой зоны 34, 35, 36 описана с точки зрения размера, параллельного и выровненного с продольной осью X пробоотборной полости, ширина W каждой области 34, 35, 36 описана с точки зрения размера, перпендикулярного продольной оси X; и глубина D каждой зоны 34, 35, 36 описана с точки зрения размера, перпендикулярного продольной оси X и перпендикулярного размеру ширины. Конкретнее, глубина каждой зоны 34, 35, 36 измеряется от точки вдоль плоскости AP анализа до нижнего конца или границы каждой зоны 34, 35, 36, поскольку пробоотборная полость пробоотборной камеры 3 ограничена на одном конце зонами 34, 35, 36, а на другом конце - закрывающей пластиной 32, лежащей в плоскости анализа.
Размеры длины L, ширины W и глубины D наиболее четко показаны на Фиг. 4, Фиг. 6 и Фиг. 11. Размер площади сечения, обсуждаемый в данном документе, эквивалентен размеру ширины W, умноженному на размер глубины D (см. Фиг. 11).
A
A
A
A
Зона 35 анализа имеет ширину W от 8 до 12 мм, предпочтительно 10 мм. Длина L зоны 35 анализа, проходящая от переднего конца до заднего конца (задний конец зоны анализа соответствует переднему концу вентиляционной зоны 36), составляет 25-35 мм, предпочтительно 30 мм. Глубина D зоны 35 анализа проходит от точки вдоль плоскости AP анализа до закрытого нижнего конца 35b и границы 35c (т.е. основания углубления). Глубина D зоны 35 анализа составляет от 0,5 до 3 мм, предпочтительно 2 мм.
A
A
A
В одном варианте выполнения ширина W зоны 35 анализа незначительного сужается вдоль продольной оси X так, что площадь сечения зоны 35 анализа (т.е. площадь сечения зоны 35 анализа по плоскости, перпендикулярной продольной оси X, как показано на Фиг. 11) имеет максимальное значение вблизи от погружного конца 16 пробоотборной камеры 3 и незначительно сужается по направлению к вентиляционной зоне 36. Конкретнее, стенки, образующие ширину W зоны 35 анализа (т.е. стенки, проходящие перпендикулярно первой поверхности 40) незначительно сужаются в направлении продольной оси X так, что ширина W зоны 35 анализа больше на первом конце 16 пробоотборной камеры 3 вблизи от впускной трубки 7 и уменьшается в направлении продольной оси X по направлению к вентиляционной зоне 36. В связи с этим зона 35 анализа может обеспечивать усадку затвердевающего расплавленного металла без чрезмерного напряжения в тонком сечении затвердевшей пробы S металла.
Площадь сечения впускной трубки 7, которая представляет собой сечение впускной трубки 7 по плоскости, перпендикулярной продольной оси X, как показано на Фиг. 11, зависит от площади сечения зоны 35 анализа и зоны 34 распределения. Предпочтительно, площадь сечения впускной трубки 7 составляет 0,5-2 от площади сечения зоны 35 анализа. Конкретнее, отношение площади впускной трубки 7 к площади зоны 35 анализа составляет более 0,5 и менее 2. Предпочтительно, площадь сечения впускной трубки 7 составляет 0,20-0,70 от наибольшей площади сечения зоны 34 распределения и, таким образом, снижает скорость на впуске, требуемую для смешивания металлов, в том числе для включения любых раскислителей. Более предпочтительно, площадь сечения впускной трубки 7 составляет 0,55 от наибольшей площади сечения зоны 34 распределения. Если площадь сечения впускной трубки 7 слишком мала (т.е. меньше 0,5 от площади сечения зоны 35 анализа и/или меньше 0,20 от наибольшей площади сечения зоны 34 распределения), то не происходит достаточного замедления втекающего расплавленного металла для достижения оптимального смешивания раскислителей и уменьшения турбулентного потока, и при этом имеется плохое заполнение. Если площадь сечения впускной трубки 7 слишком большая (т.е. более чем в 2 раза превышает площадь сечения зоны 35 анализа и/или более чем в 0,70 раза превышает наибольшую площадь сечения зоны 34 распределения), то зона 34 распределения при заполнении добавляет физическую теплоту расплавленной пробе металла, которая должна быть удалена большей массой корпуса 30, таким образом, уходя от экономичного решения.
A
D
A
D
Зона 34 распределения, как описано ранее, лежит под зоной 35 анализа и в связи с этим не влияет на общую длину L зоны 35 анализа. Объем зоны 34 распределения ограничен зоной 35 анализа, и, конкретнее, границей 35c на ее верхнем конце, а также ее противоположными боковыми стенками 34а, 34b и ее нижней поверхностью 34c (см. Фиг. 11). Боковые стенки 34а, 34b по существу перпендикулярны плоскости AP анализа. Ширина W зоны 34 распределения (т.е. расстояние между боковыми стенками 34а, 34b) также предпочтительно не превышает ширину W зоны 35 анализа и предпочтительно не меньше внутреннего диаметра впускной трубки 7. Предпочтительно, ширина W зоны 34 распределения равна внутреннему диаметру впускной трубки 7. Первый участок нижней поверхности 34c (т.е. поверхности, противоположной зоне 35 анализа) зоны 34 распределения проходит в горизонтальной плоскости, параллельной продольной оси X. Второй участок нижней поверхности 34c наклонен и, конкретнее, проходит вверх под углом α и пересекается с закрытым нижним концом 35b зоны 35 анализа под углом от 40° до 90°, предпочтительно 60°. Зона 35 анализа заканчивается на этом пересечении. В связи с этим глубина зоны 34 распределения уменьшается в направлении потока расплавленного металла от впускной трубки 7 к газовому соединителю 2.
V
V
V
A
V
V
V
Глубина D вентиляционной зоны 36 составляет от приблизительно 0,1 мм до 1 мм, длина L вентиляционной зоны 36 составляет приблизительно 5 мм, а ширина W вентиляционной зоны 36 предпочтительно равна или меньше ширины W зоны 35 анализа. Глубина D вентиляционной зоны 36 имеет свой максимум на конце ближе к погружному концу 16 пробоотборной камеры 3. То есть глубина D вентиляционной зоны 36 незначительно уменьшается от направления I погружения к соединительному объему 38. Конкретнее, постепенное уменьшение глубины D вентиляционной зоны 36 от заднего конца зоны 35 анализа к концу вентиляционной зоны 36 от 1 мм до 0,2 мм является предпочтительным.
Нет никакого увеличения ширины пробоотборной полости после конца зоны распределения до газового соединителя или увеличения глубинных размеров пробоотборной полости в направление потока расплавленной стали или чугуна от впускной трубки 7 к газовому соединителю 2 так, что усадка металла во время затвердевания может свободно перемещаться по направлению к впускной трубке 7.
A
A
V
V
2
Площадь сечения зоны 35 анализа (т.е. ширина W зоны 35 анализа, умноженная на глубину D зоны 35 анализа) от 2,5 до 10 раз больше площади сечения вентиляционной зоны 36 (т.е. ширины W вентиляционной зоны 36, умноженной на глубину D вентиляционной зоны 36). В связи с этим максимальная площадь сечения вентиляционной зоны 36 составляет от 2 до 8 мм.
Различные зоны 34, 35, 36 пробоотборной камеры 3, как обсуждалось выше, соответствуют различным участкам затвердевшей пробы S металла, образуемой в пробоотборной камере 3. В связи с этим размеры вентиляционной зоны 36, зоны 35 анализа и зоны 34 распределения соответствуют размерам различных участков затвердевшей пробы S металла, образуемой в них. Например, глубина каждой из зон 36, 35, 34 соответствует толщине соответствующего участка затвердевшей пробы S металла.
Фиг. 8-9A показывают альтернативную пробоотборную камеру, которая по существу является такой же, как пробоотборная камера 3, за исключением определенных различий в конфигурациях корпуса 60 и закрывающей пластины 62, как обсуждается ниже. Корпус 60 включает в себя соединительный объем 68, вентиляционную зону 66, зону 65 анализа и зону 64 распределения, которые являются такими же, как соединительный объем 38, вентиляционная зона 36, зона 35 анализа и зона 34 распределения корпуса 30 соответственно. Корпус 60 также обеспечен газовым отверстием 63 на одном конце, подобным газовому отверстию 33 пробоотборной камеры 3, и впускной трубкой 67, подобной впускной трубке 7 пробоотборной камеры 3. Корпус 60 также имеет первую сторону или поверхность 70, которая представляет собой поверхность для анализа и которая проходит в первой плоскости AF, и противоположную вторую поверхность 72. В отличие от корпуса 30 корпус 60 не включает в себя приподнятый гребень (т.е. приподнятый гребень 39 корпуса 30). Со ссылкой на Фиг. 9 и 9A закрывающая пластина 62 имеет первую поверхность 74, выполненную с возможностью обращения к корпусу 60 в собранной конфигурации пробоотборной камеры. Прокладка 61 обеспечена на первой поверхности 74 закрывающей пластины 62 для размещения между корпусом 60 и закрывающей пластиной 62 в собранной конфигурации пробоотборной камеры. В отличие от закрывающей пластины 32 пробоотборной камеры 3 закрывающая пластина 62 дополнительно включает в себя приподнятый центральный участок 69, проходящий от ее первой поверхности 74. Приподнятый центральный участок 69 имеет высоту от 0,2 мм до 0,5 мм, предпочтительно 0,3 мм. Прокладка 61 окружает или охватывает приподнятый центральный участок 69.
В собранной конфигурации пробоотборной камеры приподнятый центральный участок 69 закрывающей пластины 62 находится на одном уровне с корпусом 60 с прокладкой 61 для уплотнения относительно первой поверхности 70 корпуса. Таким образом, закрывающая пластина 62 закрывает открытый объем пробоотборной камеры, выдолбленный из материала корпуса 60, для образования соединительного объема 68, вентиляционной зоны 66, зоны 65 анализа и зоны 64 распределения. В этом варианте выполнения плоскость AP анализа соответствует плоскости AF поверхности 70 для анализа.
Со ссылкой на Фиг. 10 показан альтернативный вариант выполнения пробоотборной камеры 3, 3', дополнительно включающей в себя раскислитель в виде полосы 71. Различные ссылочные позиции, используемые для описания пробоотборной камеры 3, показанной на Фиг. 6, повторяются на Фиг. 10, но повторно не обсуждаются в связи с Фиг. 10, поскольку они идентифицируют те же компоненты, которые уже описаны в отношении Фиг. 6. Раскислителем предпочтительно является алюминий, но альтернативно может быть цирконий, титан или другие такие раскислители, известные в уровне техники. Ширина и толщина полосы 71 раскислителя составляют приблизительно 2 мм и 0,1 мм соответственно. Полоса 71 раскислителя прикреплена к впускной трубке 7 на ее втором конце 22, противоположном направлению I погружения, с помощью загиба 73 над вторым концом 22 впускной трубки 7, таким образом, оказывая сопротивление усилию продувочного газа для ввода полосы 71 раскислителя металла в расплавленную ванну. Длина полосы 71 раскислителя металла предпочтительно равна длине впускной трубки 7, которая заключена в измерительную головку 5. Участок 72 полосы 71 раскислителя металла, расположенной во впускной трубке 7, предпочтительно скручен по меньшей мере на 90° для размещения его ширины перпендикулярно стенке впускной трубки 7.
3
3
Быстрое охлаждение расплавленного металла, собираемого в пробоотборной камере 3, во многом достигается за счет соотношения между массой пробоотборной камеры 3 (т.е. масса закрывающей пластины 32 плюс масса корпуса 30) и объемом собираемого расплавленного металла, который преобразуется в массу. В случае расплавленной стали, которая имеет приблизительную плотность расплава 7 г/см, или в случае расплавленного чугуна, которая имеет приблизительную плотность расплава 6,8 г/см, отношение массы пробоотборной камеры 3 к массе расплавленного металла, собираемого в пробоотборной камере 3, (вычисляемой на основе объема, собираемого в ней) предпочтительно составляет от 9 до 12, более предпочтительно 10, чтобы обеспечивать поверхность AS для анализа без оксидов.
Таким образом, хотя внутренние пустоты зоны 35 анализа, вентиляционной зоны 36 и зоны 34 распределения предпочтительно удовлетворяют определенным размерным критериям, описанным выше, габаритные размеры пробоотборной камеры 3 (состоящей из закрывающей пластины 2 и корпуса 30) также предпочтительно удовлетворяют определенным критериям для достижения желаемого отношения массы пробоотборной камеры 3 к массе расплавленного металла, собираемого в пробоотборной камере 3. Специалисту в области техники будет понятно, что общая ширина, глубина и/или длина корпуса 30 или закрывающей пластины 32 при необходимости могут регулироваться для увеличения или уменьшения массы корпуса 30 без изменения внутренних пустот, необходимых для создания пробоотборной полости.
В частности, после получения допусков для наружных диаметров обоих второго конца 22 впускной трубки 7 и газового соединителя 2 таким образом, чтобы они оба полностью находились в пределах пробоотборного корпуса, один или более размеров корпуса 30 могут быть легко откорректированы, чтобы соответствовать требованию к отношению масс, чтобы масса пробоотборной камеры 3 (где закрывающая пластина 32 составляет от 10% до 20% от массы пробоотборной камеры 3) составляла 9-12, предпочтительно 10, масс пробы S металла.
Для того чтобы извлекать подходящую для анализа с использованием ОЭС расплавленную пробу металла из ванны расплавленного металла согласно изобретению, следующие далее примеры обеспечивают примерные процедуры и конфигурации согласно изобретению, но будет понятно, что многие другие процедуры и конфигурации возможны в пределах объема охраны изобретения. В частности, будет понятно, что процедурные этапы, такие как удар по пробоотборной полости, являются дополнительными этапами.
Пример 1
Зонд 10, включающий в себя пробоотборную камеру 3, показанную на Фиг. 6, пневматически соединен с держателем зонда с помощью простого нажимного, оттяжного соединителя 23. Соединитель 23 либо непосредственно прикреплен к пробоотборной камере 3 с помощью соединителя 2, либо находится на расстоянии, присоединенный с помощью пневматической линии. Закрытие газового контура обеспечивает небольшое избыточное давление инертного продувочного газа. Используя держатель зонда для механического преимущества, зонд 10 погружается в ванну расплавленного металла и остается на заданном расстоянии под поверхностью металла в течение указанной продолжительности. Во время этого погружения защитная крышка 9 измерительной головки 5, которая выполнена с возможностью выдерживать разрушение при прохождении через шлак, плавающий на поверхности металла, расплавляется, таким образом, обнажая меньший защитный колпачок 8 впускной трубки 7. Поскольку первый защитный колпачок 8 также в дальнейшем расплавляется, избыточное давление инертного газа высвобождается, и инертный продувочный газ протекает из держателя зонда через газовый соединитель 23 (если он присутствует) и соединитель 2 в соединительный объем 38, вентиляционную зону 36, зону 35 анализа, зону 34 распределения, которая лежит под зоной 35 анализа, и внутренний объем 7а впускной трубки. Газовый соединитель 23 (если он присутствует) и соединитель 2 приклеиваются к корпусу 30 по существу газонепроницаемым способом с помощью адгезива 26, и впускная трубка 7 приклеивается к корпусу 30 по существу газонепроницаемым способом с помощью адгезива 27. Конкретнее, второй конец 22 впускной трубки 7 полностью находится в корпусе 30 и приклеен к нему по существу газонепроницаемым способом с помощью адгезива 27.
Этот продувочный газ сначала удаляет потенциально окисляющую окружающую атмосферу в пробоотборной камере 3 и продолжает течь в течение нескольких секунд, что позволяет выдувать остатки второй защитной крышки 9 и любого шлака, который был затянут, прикрепленные к измерительной головке 5. Затем пневматические клапаны мгновенно переключаются из режима продувки в режим выпуска или вакуума так, что направление продувочного газа меняется на противоположное для удаления избыточного давления, в частности, позволяя избыточному давлению в пробоотборной камере 3 выпускаться по обратному маршруту, как отмечено выше, и выходить из пробоотборной камеры 3. При этом расплавленный металл из ванны расплавленного металла (не показана) входит в и заполняет впускную трубку 7 и выходит из объема 7а впускной трубки 7 в зону 34 распределения пробоотборной камеры 3. Затем расплавленный металл подается в зону 35 анализа, которая лежит над зоной 34 распределения, и заполняет зону 35 анализа. Часть расплавленного металла будет продолжать протекать по направлению к соединителю 2 на втором конце пробоотборной камеры 3, таким образом, по меньшей мере частично или даже полностью заполняя узкую вентиляционную зону 36. Затем держатель зонда перемещается в противоположном направлении, удаляя заполненную пробоотборную камеру из расплавленной ванны. Специалисту в области техники будет понятно, что основное описание держателя зонда и пневматических клапанов и переключателей, необходимых для выполнения отбора проб с помощью пневматики, известно в уровне техники и не является частью настоящего изобретения.
Небольшой размер извлеченной расплавленной стали или чугуна охлаждается корпусом 30 и закрывающей пластиной 32, даже когда измерительный зонд удален из технологической емкости. Скорость отвода тепла от расплавленной пробы охлаждает расплавленный металл с температуры, достигающей 1750°C, до 100°C или комнатной температуры в течение одной минуты, что по существу исключает все внешнее охлаждение, требуемое при обычном отборе проб, и позволяет немедленное вынимание из формы без возможности окисления поверхности, что обычно будет возникать при выставлении горячей металлической поверхности на содержащую кислород атмосферу.
Когда расплавленный металл застывает в пробоотборной камере 3, затвердевшая проба S металла образуется неотделимо от корпуса 30, как показано на Фиг. 7 и 7A.
Небольшое сужение в вентиляционной зоне 36 способствует охлаждению расплавленного металла до того, как он достигнет газового соединителя 2, и обеспечивает, что затвердевшая проба S металла может усаживаться в направлении зоны 35 анализа. Конкретнее, расплавленный металл, который заполняет вентиляционную зону 36, предпочтительно застывает в вентиляционной зоне 36 полностью до достижения соединительного объема 38.
Расплавленный металл застывает в зоне 35 анализа напротив закрывающей пластины 32 и, конкретнее, напротив первой поверхности 44 закрывающей пластины 32, таким образом, образуя поверхность AS для анализа пробы S, которая представляет собой поверхность, выполненную с возможностью размещения обращенной вниз на ступени оптического эмиссионного спектрографа во время анализа пробы S. Поверхность AS для анализа проходит в плоскости, где первая поверхность 44 закрывающей пластины 32 непосредственно контактирует с поверхностью, образованной гребнем 39 (т.е. плоскостью AP анализа). Со ссылкой на Фиг. 7 и 7A поверхность AS для анализа проходит в той же плоскости, что и гребень 39 корпуса 30, а именно в плоскости AP анализа. Конкретнее, как поверхность AS для анализа затвердевшей пробы S металла, которая прилегает к первой поверхности 44 закрывающей пластины 32, так и металлический гребень 39, находящийся в контакте с первой поверхностью 44 закрывающей пластины 32, продлевают плоскость AP анализа, чтобы помочь закрыть отверстие ОЭС.
Измерительная головка 5 легко разрушается, позволяя удалять пробоотборную камеру 3 из несущей трубки 1 в переднем направлении I погружения. Клипса 4, удерживающая состоящую из двух частей пробоотборную камеру 3, удаляется. Со ссылкой на Фиг. 7 и 7A показана разобранная пробоотборная камера 3. В отличие от обычных пробоотборных устройств проба S остается прикрепленной к пробоотборному корпусу 30. В связи с этим выражение «проба», когда в данном документе упоминается металлический образец, доставляемый к ОЭС, относится к неразделимой совокупности извлеченной затвердевшей пробы и пробоотборного корпуса 30.
Конкретнее, Фиг. 7 и 7A показывают корпус 30, содержащий затвердевшую пробу S металла, неотделимо содержащуюся в нем, при этом закрывающая пластина 32 не показана, поскольку она была отсоединена от корпуса 30. Поверхность AS для анализа содержит поверхность участка 55 пробы S, образованного в зоне 35 анализа, который находится над зоной 34 распределения заполнения металла. Оставшийся участок 56 пробы S, проходящий от и смежный с участком 55 зоны анализа, состоит из металла, который затек и затвердел в вентиляционной зоне 36. Таким образом, оставшийся участок 56 пробы S может включать в себя неравномерности, такие как неравномерная структура 58, которые не влияют на последующий анализ ОЭС. Поверхность AS для анализа лежит в плоскости AP анализа, и нет никаких частей или посторонних адгезивных материалов, которые могут нарушить плоскость AP анализа. То есть неотделимость пробы S и корпуса 30 приводит к удлинению корпуса 30 по обе стороны от затвердевшего металла, а именно по гребню 39, вдоль плоскости анализа.
Затем проба (т.е. корпус 30, содержащий затвердевшую пробу S металла, в форме, показанной на Фиг. 7 и 7A) доставляется к ОЭС с помощью обычных средств и напрямую анализируется с помощью ОЭС без подготовки поверхности. Быстрое охлаждение пробы S исключает окисление поверхности, обычно встречающееся во время этапа вынимания из формы. Это исключает необходимость в механической шлифовке и обеспечивает быстрый анализ пробы S и сообщение химического состава для процесса обработки металла, ожидающего эти результаты. Поскольку впускная трубка 7 и газовое отверстие 33 (а также газовый соединитель 2) расположены в корпусе 30, разнесенном от и, конкретнее, находящемся ниже плоскости анализа (а также ниже поверхности 40 для анализа), вместо охвата обеих сторон, как это обычно встречается в двухстворчатых формах известного уровня техники, где эти компоненты лежат вдоль линии разъема формы, необязательно удалять впускную трубку 7 и газовый соединитель 2 из корпуса 30, чтобы получать поверхность без оксидов, таким образом, обеспечивая создание затвердевшей пробы S металла, которая может быть непосредственно размещена на ОЭС без подготовки (т.е. анализ без подготовки). То есть никакая часть впускной трубки 7 и газового отверстия 33/газового соединителя 2 не пересекается с плоскостью AP анализа так, что впускная трубка 7 и газовое отверстие 33/газовый соединитель 2 не влияют на плоскость AP анализа.
Также было обнаружено, что заполнение пробоотборной полости вдоль той же продольной оси X, что и у поверхности AS для анализа пробы, улучшает однородность пробы.
Пример 2
Затвердевшая проба S металла, подходящая для анализа с использованием ОЭС, извлекается из ванны расплавленного металла с помощью той же процедуры, которая используется для примера 1, за исключением того, что зонд 10 включает в себя пробоотборную камеру 3, выполненную, как показано на Фиг. 8-9A. Таким образом, получающаяся проба S неотделимо содержится в корпусе 60, при этом поверхность AS для анализа проходит в плоскости, где приподнятый центральный участок 69 закрывающей пластины 62 находится на одном уровне с первой поверхностью 70 корпуса 60. В связи с этим масса и площадь поверхности корпуса 60, которые находятся в контакте с холодным прибором ОЭС, максимизированы.
Конкретнее, Фиг. 12 и 12A показывают корпус 60, содержащий затвердевшую пробу S металла, неотделимо содержащуюся в нем, при этом закрывающая пластина 62 не показана, поскольку она была отсоединена от корпуса 60. Поверхность AS для анализа содержит поверхность участка 75 пробы S, образованного в зоне 65 анализа, участок которой находится над зоной 64 распределения заполнения металла. Оставшийся участок 76 пробы S, проходящий от и смежный с участком 75 зоны анализа, состоит из металла, который затек и затвердел в вентиляционной зоне 66. Таким образом, оставшийся участок 76 пробы S может включать в себя неравномерности, такие как неравномерная структура 78, которые не влияют на последующий анализ ОЭС. Поверхность AS для анализа лежит в плоскости AP анализа, и нет никаких частей или посторонних адгезивных материалов, которые могут нарушить плоскость AP анализа. Поверхность 70 для анализа (т.е. первая поверхность 70 корпуса 60) также лежит в плоскости AP анализа (т.е. плоскость AF соответствует плоскости AP). То есть неотделимость пробы S и корпуса 60 приводит к удлинению корпуса 60 по обе стороны от затвердевшего металла, а именно по первой поверхности 70 вдоль плоскости AP анализа.
Специалисту в области техники из вышеприведенных примеров может быть понятно, что пробоотборная камера 3 может быть использована в любом известном типе пробоотборных устройств и в области применения отбора проб.
Преимущества настоящего изобретения лучше всего понятны в свете процессов обработки расплавленного металла, которые являются очень быстрыми, и где излишняя обработка металла и/или излишняя обработка тепла могут приводить к большим дополнительным расходам с точки зрения времени и материалов, которых можно было бы избежать с помощью легко доступного химического состава металла в месте процесса обработки.
Изобретение обеспечивает устранение недостатков известного уровня техники путем обеспечения затвердевшей пробы металла, предпочтительно стали или чугуна, выполняя следующие требования:
проба металла анализируется на оптическом эмиссионном спектрометре,
проба металла в своем наибольшем сечении имеет глубину от 0,5 мм до 3 мм, предпочтительно 2 мм,
затвердевшая проба металла не имеет газовой пористости и уловленного шлака,
плоская извлекаемая поверхность для анализа не имеет линий потока текучей среды, устанавливающих расстояние от поверхности до анода ОЭС,
поверхность пробы не подвергается окислению,
однородная проба металла имеет максимальную толщину, перпендикулярную плоскости анализа, для исключения областей металлической и неметаллической сегрегации,
поверхность для анализа пробы охватывает приблизительно 10×30 мм и, таким образом, обеспечивает достаточную площадь поверхности для получения по меньшей мере 2, предпочтительно 4 искр,
поверхность пробы лежит в той же плоскость, что и пробоотборный корпус, в котором отбираемый металл охлаждается, таким образом, что плоскость поверхности для анализа пробы проходит без прерывания в обоих направлениях поверхности по пробоотборному корпусу 30, 60 (т.е. по гребню 39 в пробоотборном корпусе 30, как показано на Фиг. 7 и 7A, или по первой поверхности 70 пробоотборного корпуса 60, как показано на Фиг. 12 и 12A) с изменением менее 0,1 мм, и
поверхность пробы термически поддерживается во время анализа ОЭС с помощью прикрепленного пробоотборного корпуса 30, 60.
Неотделимость пробы S и корпуса 30, 60 приводит к удлинению корпуса 30, 60 по обеим сторонам от затвердевшего металла вдоль плоскости анализа, что обеспечивает многочисленные улучшения по сравнению с известным уровнем техники. Обычные пробы известного уровня техники, которые полностью состоят только из отбираемого металла и предназначены для удовлетворения физических требований ОЭС (т.е. полностью закрывают отверстие для анализа ОЭС), а не предназначены для достижения геометрий, которые способствуют точности ОЭС, полностью закрывают отверстие для анализа ОЭС. Таким образом, обычные пробы известного уровня техники имеют размер пробы, который имеет больше материала, чем необходимо для приемлемой пробы металла. Во время ОЭС искра не должна попадать на материал края на этапе отбора проб ОЭС, поэтому это отверстие целенаправленно достаточно большой, как описано ранее. Инертный газ вдувается в искровую камеру во время анализа, поэтому утечки между анализируемой пробой S и ступенью спектрометра не допустимы.
Изобретение использует неотделимость пробы S и корпуса 30, 60, чтобы также обеспечивать участок поверхности корпуса 30, 60 для закрытия отверстия для анализа. Корпус 30, 60 пробоотборника, проходящий перпендикулярно оси удлинения, позволяет зоне 35 анализа быть лишь немного больше, чем площадь прижога искры ОЭС. В связи с этим удлинением плоскости AP анализа по корпусу 30, 60 пробоотборника объем расплавленного металла, заполняющего зону 35, 65 анализа корпуса 30, 60 пробоотборника, может быть намного меньше. Этот уменьшенный объем преобразуется в уменьшенный подвод теплоты, так что совместная теплота расплавленного металла, заполняющего зону 34, 64 распределения, зону 35, 65 анализа и вентиляционную зону 36, 66, по существу меньше, чем в устройствах известного уровня техники, и в связи с этим может быть выполнено быстрое охлаждение для достижения несегрегированной пробы металла. Дополнительно, извлекаемая проба S имеет вытянутую форму, которая обеспечивает минимальное расстояние до материала смежного корпуса 30, 60 для распределения тепла от пробы S во время анализа ОЭС.
То есть относительно меньший объем пробы и относительно больший объем корпуса 30, 60 пробоотборника обеспечивают необходимое отношение масс (т.е. отношение массы пробоотборной камеры 3 к массе расплавленного металла, собираемого в пробоотборной камере 3, составляет от 9 до 12, более предпочтительно 10), таким образом, повышая способность прикрепленного корпуса 30, 60 функционировать в качестве теплоотвода для уменьшения теплового увеличения пробы во время ОЭС и, в свою очередь, минимизируя изменение анализа. Таким образом, неразделимый узел пробоотборного корпуса 30, 60 и затвердевшей пробы S обеспечивает полезные функции во время извлечения пробы, а затем во время анализа пробы, которые ранее не были обнаружены или признаны.
Быстрое затвердевание расплавленного металла и, таким образом, получение однородной затвердевшей пробы S металла является возможным и, конкретнее, оптимизировано за счет относительно небольшого пробоотборного объема (т.е. небольшой пробоотборной полости, образованной зоной 34 распределения, зоной 35 анализа и вентиляционной зоной 36) и относительно большой охлаждающей массы корпуса 30, 60 пробоотборной камеры, а также поддержания тесного контакта между поверхностями затвердевающей расплавленной пробы S и охлаждающего корпуса 30, 60 пробоотборной камеры 3, когда проба охлаждается и дает усадку во время затвердевания. Преимущество увеличенной площади поверхностного контакта между корпусом 30, 60 и затвердевающей пробой S для оптимизации теплообмена во время охлаждения также способствует поддержанию температуры пробы во время последующего анализа, когда энергия искры ОЭС нагревает небольшую массу затвердевшей пробы S металла. Такой анализ может происходить вскоре после извлечения из ванны расплавленного металла или спустя несколько минут, часов или дней.
Важно отметить, что проба S металла, получаемая из расплавленного металла, остается в пробоотборном корпусе 30, 60 для анализа, как показано на Фиг. 7 и 7A и 12 и 12A, а не удаляется из него. Конкретнее, в отличие от пробоотборников и проб известного уровня техники настоящее изобретение требует неотделимости пробоотборного корпуса 30, 60, который представляет собой наибольшую охлаждающую массу, и извлекаемой пробы S металла во время анализа ОЭС. Таким образом, во время анализа ОЭС затвердевшая проба S остается закрепленной в корпусе 30, 60, что приводит к удлинению корпуса 30, 60 по обеим сторонам затвердевшего металла (т.е. по гребню 39 или плоской поверхности 70) вдоль плоскости AP анализа.
E
E
A
Совокупная ширина зоны 35, 64 анализа и смежных участков корпуса 30, 60 составляет от 10 мм до 30 мм. Конкретнее, эта совокупная ширина представляет собой эффективную ширину W анализируемой области, лежащей в плоскости AP анализа. Эффективная ширина W содержит ширину затвердевшей пробы S, образованной в зоне 35, 65 анализа (т.е. W, которая составляет от 8 мм до 12 мм, предпочтительно 10 мм) и ширину участков корпуса 30, 60 (например, гребня 39, как показано на Фиг. 7), проходящих по обеим сторонам пробы S вдоль плоскости AP анализа.
Во время анализа ОЭС поверхность затвердевшей пробы S металла подвергается воздействию высокотемпературной дуги, которая возбуждает поверхностные атомы пробы S для излучения. Затем проба S перемещается так, что новая искра может возбуждать новую поверхность. Обычно анализ будет иметь как минимум две искры, иногда три и не более 4 без подготовки между искрами. В обычных пробах металла небольшого объема нагрев пробы металла обычно повышает температуру пробы, что приводит к все большей и большей ошибке при анализе, поскольку температура пробы увеличивается с первой температуры перед первой искрой.
Однако в настоящем изобретении тепло, получаемое во время анализа, удаляется или по меньшей мере уменьшается за счет неотделимости пробы S от пробоотборного корпуса 30, 60, таким образом, исключая эту ошибку известного уровня техники. Это является неожиданным результатом настоящего изобретения. Конкретнее, было неожиданно обнаружить, что, поскольку проба S остается закрепленной в пробоотборном корпусе 30 во время анализа ОЭС, изменение температуры небольшого объема затвердевшего металла минимизируется. Пробоотборный корпус 30, 60, к которому остается прикрепленной затвердевшая проба S металла, обеспечивает теплоотвод для поглощения теплового ввода от ОЭС во время анализа.
Затвердевшая проба S предпочтительно выполнена в виде вытянутой полосы или прямоугольника, так что расстояние между геометрическим центром затвердевшей пробы S металла и окружающим теплоотводом (т.е. корпусом 30, 60) является минимальным. Например, когда вытянутая проба S имеет ширину 10 мм, тепло от центрального участка пробы должно рассеиваться только через 5-миллиметровую массу пробы.
2
3
Во время анализа ОЭС искра добавит тепло пробе S, а затем тепло распределится (т.е. скорость распределения в единицах в секунду) по всей массе пробы S. Способ, которым тепло распределяется, будет оказывать влияние на температуру, измеряемую на поверхности пробы S для каждой последующей искры. Таким образом, было обнаружено, что температуропроводность материала является подходящим критерием для выбора материала пробоотборного корпуса 30, 60. Температуропроводность обеспечена в единицах м/с и равна теплопроводность (Вт/м·К)/(плотность (кг/м)×удельная теплоемкость (Дж/кг·К)).
Предпочтительно, отношение температуропроводности затвердевшего отбираемого металла к температуропроводности пробоотборного корпуса 30, 60 составляет от 0,1 до 0,5 и более предпочтительно 0,2. В частности, для отбора проб расплавленного чугуна или расплавленной стали алюминий оказался хорошим электро- и теплопроводящим материалом для образования пробоотборного корпуса 30, 60 теплоотвода, поскольку, не смотря на его относительно низкую температуру плавления, скорость передачи тепла алюминиевого корпуса 30, 60 намного выше, чем скорость передачи тепла отбираемого чугуна или стали. Однако будет понятно, что другие металлы, такие как медь, могут использоваться для образования корпуса 30, 60, предполагая, что желаемое отношение температуропроводностей (передача тепла) удовлетворяет требованиям. Было обнаружено, что такой корпус 30, 60, образованный из хорошо электро- и теплопроводящего материала, уменьшает ошибку при анализе ОЭС путем передачи тепла на внутреннюю область прикрепленного пробоотборного корпуса 30, 60, а также облегчает передачу тепла на оборудование ОЭС по поверхности 70 вдоль плоскости AP анализа.
Специалисту в области техники будет понятно, что в описанные выше варианты выполнения могут быть внесены изменения, не отходя от широкой концепции изобретения. В связи с этим следует понимать, что это изобретение не ограничено конкретными раскрытыми вариантами выполнения, но оно предназначено для охвата модификаций в пределах сущности и объема охраны изобретения, как определено приложенной формулой изобретения.