RU2840664C2 - Improved sample chamber for molten metal - Google Patents
Improved sample chamber for molten metal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2840664C2 RU2840664C2 RU2024118282A RU2024118282A RU2840664C2 RU 2840664 C2 RU2840664 C2 RU 2840664C2 RU 2024118282 A RU2024118282 A RU 2024118282A RU 2024118282 A RU2024118282 A RU 2024118282A RU 2840664 C2 RU2840664 C2 RU 2840664C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- segment
- analysis
- sample chamber
- sample
- housing
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к камере для пробы, предназначенной для отбора проб из ванны с расплавленным металлом, в частности из ванны с расплавленной сталью. Изобретение также относится к пробоотборнику, содержащему камеру для пробы в соответствии с изобретением, и несущую трубку, выполненную с возможностью вмещать по меньшей мере части камеры для пробы.The invention relates to a sample chamber intended for taking samples from a bath of molten metal, in particular from a bath of molten steel. The invention also relates to a sampler comprising a sample chamber according to the invention and a carrier tube designed to contain at least parts of the sample chamber.
Уровень техникиState of the art
При обработке металлов в их расплавленном состоянии необходимо получать характерную пробу расплавленного металла на различных стадиях процесса, например, для анализа или оценки либо химического состава, либо металлографической структуры пробы. В данной области техники известны различные способы анализа расплавленных металлов во время получения и дальнейшей обработки.When processing metals in their molten state, it is necessary to obtain a representative sample of the molten metal at various stages of the process, for example, to analyze or evaluate either the chemical composition or the metallographic structure of the sample. Various methods for analyzing molten metals during production and further processing are known in the art.
Исторически сложилось, что состав пробы затвердевшего металла часто определяют с помощью оборудования дуговой искровой оптической эмиссионной спектроскопии, искровой ОЭС. Системы искровой ОЭС, как правило, являются наиболее эффективными системами для определения химического состава пробы металла и для контроля обработки расплавленных металлов благодаря быстрому анализу и присущей им точности. Таким образом, анализ методом искровой ОЭС обычно используют во время процессов плавки металла для контроля за ходом получения расплавленного металла.Historically, the composition of a solidified metal sample has often been determined using spark arc optical emission spectroscopy, spark OES, equipment. Spark OES systems are generally the most effective systems for determining the chemical composition of a metal sample and for monitoring the processing of molten metals due to their rapid analysis and inherent accuracy. Thus, spark OES analysis is commonly used during metal melting processes to monitor the progress of molten metal production.
Искровая ОЭС подразумевает возбуждение атомов целевой пробы, для которой требуется узнать состав, и исследование длины волны фотонов, излучаемых атомами при переходе из возбужденного состояния в более низкое энергетическое состояние. Каждый элемент периодической таблицы излучает характерный набор дискретных длин волн, когда его атомы возвращаются из возбужденного состояния в более низкое энергетическое состояние. Путем обнаружения и анализа этих длин волн может быть определен элементный состав пробы в соответствии с калибровочной кривой, тем самым показывая взаимосвязь между соотношением спектральной интенсивности (т.е. абсолютной мощностью излучения элемента/абсолютной мощностью излучения основного металла) и концентрацией элемента в стандартной пробе.Spark OES involves exciting the atoms of a target sample for which the composition is to be determined and examining the wavelengths of photons emitted by the atoms as they transition from an excited state to a lower energy state. Each element in the periodic table emits a characteristic set of discrete wavelengths as its atoms transition from an excited state to a lower energy state. By detecting and analyzing these wavelengths, the elemental composition of the sample can be determined according to a calibration curve, thereby showing the relationship between the ratio of spectral intensity (i.e. absolute radiant power of the element/absolute radiant power of the base metal) and the concentration of the element in a standard sample.
Спектральное свечение может быть получено путем облучения электромагнитным излучением, таким как лазер или рентгеновские лучи, но обычно для искровой ОЭС его получают с помощью короткой искры, создаваемой генератором искры и падающей на мишень, для которой требуется узнать элементный состав. В данном случае мишенью является проба металла. Генераторы искры, их интенсивность и импульсный режим меняются в зависимости от конкретного оборудования искровой ОЭС. Независимо от энергии, подаваемой для получения искры, точность и надежность таких эмиссионных спектрометров, как известно, зависит от точности и качества детектора и оптики, используемых для приема излучения, испускаемого пробой, и однородности самой пробы металла.The spectral emission can be produced by irradiation with electromagnetic radiation such as laser or X-rays, but typically for spark OES it is produced by a short spark produced by a spark generator and incident on the target for which the elemental composition is to be determined. In this case, the target is a metal sample. The spark generators, their intensity and pulse mode vary depending on the specific spark OES equipment. Regardless of the energy supplied to produce the spark, the accuracy and reliability of such emission spectrometers is known to depend on the accuracy and quality of the detector and optics used to receive the radiation emitted by the sample and the homogeneity of the metal sample itself.
В общих чертах, процедуру анализа искровой ОЭС начинают с того, что пробу проводящего металла с обращенной вниз поверхностью, предназначенной для анализа, располагают на заданной области предметного столика прибора искровой ОЭС, а именно оптико-эмиссионного спектрометра. Более конкретно, пробу располагают таким образом, чтобы она охватывала и закрывала предназначенное для анализа отверстие спектрометра, а анод почти примыкал к предназначенной для анализа поверхности пробы. При обеспечении требуемого положения пробы и близости поверхности анода и предназначенной для анализа поверхности возникает искровой разряд между анодом и проводящей пробой металла, электрически соединенной с предметным столиком спектрометра. Это соединение в большинстве случаев создается силой гравитации в сочетании с небольшой нагрузкой. Предназначенное для анализа отверстие на оптико-эмиссионном спектрометре обычно имеет ширину около 12 мм. Это расстояние позволяет избежать возникновения искровых дуг между анодом и корпусом прибора. Оптический детектор принимает излучаемый свет от извлеченного материала поверхности пробы. Искроуловительную камеру, частично образованную пространством между анодом и пробой металла, непрерывно продувают аргоном или другим инертным газом, чтобы избежать попадания воздуха, что может привести к ошибочным значениям анализа.In general, the spark OES analysis procedure begins with a conductive metal sample with the surface to be analyzed facing downwards being positioned on a given area of the stage of a spark OES instrument, namely an optical emission spectrometer. More specifically, the sample is positioned so that it encloses and covers the analysis aperture of the spectrometer, and the anode is almost adjacent to the sample surface to be analyzed. When the sample is positioned in the desired position and the anode surface is close to the surface to be analyzed, a spark discharge occurs between the anode and the conductive metal sample electrically connected to the spectrometer stage. This connection is usually created by gravity in combination with a small load. The analysis aperture on an optical emission spectrometer is typically about 12 mm wide. This distance prevents spark arcs from occurring between the anode and the instrument housing. An optical detector receives the emitted light from the extracted sample surface material. The spark arrester chamber, formed partly by the space between the anode and the metal sample, is continuously purged with argon or other inert gas to prevent air from entering, which could lead to erroneous analysis values.
Для ровного расположения пробы металла на предназначенном для анализа отверстии спектрометра на ней не должно быть выступающих частей, а предназначенная для анализа поверхность пробы металла должна быть гладкой. Ни на самой пробе, ни на корпусе пробы не должно быть частей, которые могли бы повредить плоскость предназначенной для анализа поверхности. Проба должна охватывать предназначенное для анализа отверстие спектрометра и иметь достаточную плоскостность для облегчения продувки инертным газом искроуловительной камеры и представлять собой прилегающую к аноду поверхность пробы.To ensure a level position of the metal sample on the spectrometer opening intended for analysis, it should not have any protruding parts, and the surface of the metal sample intended for analysis should be smooth. Neither the sample itself nor the sample body should have any parts that could damage the plane of the surface intended for analysis. The sample should cover the spectrometer opening intended for analysis and be flat enough to facilitate purging the spark arrester chamber with inert gas and represent the surface of the sample adjacent to the anode.
Процедуры и способы получения репрезентативного анализа металлов хорошо известны в данной области техники, как описано в In Dulski, T.R. A Manual for the Chemical Analysis of Metals, ASTM International, 1996.Procedures and methods for obtaining representative metal analyses are well known in the art, as described in Dulski, T.R. A Manual for the Chemical Analysis of Metals, ASTM International, 1996.
Известны обычные устройства для отбора проб, которые обеспечивают пробный образец или диск из твердого металла для использования при спектрографическом анализе. Геометрическая форма и размеры затвердевших металлических пробных образцов, полученных с помощью таких устройств для отбора проб, иногда будут зависеть от типа металла или металлографических потребностей. Общей категорией проб, которые получают с помощью погружных устройств для искрового анализа ОЭС, являются пробы, имеющие дисковую или овальную форму и диаметр или длину от 28 до 40 мм. Чаще всего такие пробы имеют диаметр или длину около 32 мм и толщину от 4 до 12 мм. Некоторые пробоотборники, обычно известные как пробоотборники в виде «леденца на палочке», могут производить пробы различной формы, от круглой до овальной или более длинной, в соответствии с требованиями пользователя, но большинство проб по-прежнему имеют диаметр или длину около 32 мм. Другие пробоотборники, широко известные как пробоотборники с двойной толщиной, сочетают две толщины в одной и той же пробе.Common sampling devices are known which provide a solid metal test specimen or disc for use in spectrographic analysis. The geometric shape and dimensions of the solidified metal test specimens obtained with such sampling devices will sometimes depend on the type of metal or the metallographic needs. A common category of samples obtained with spark immersion OES analysis devices are those having a disc or oval shape and a diameter or length of between 28 and 40 mm. Most commonly, such samples have a diameter or length of about 32 mm and a thickness of between 4 and 12 mm. Some samplers, commonly known as "lollipop" samplers, can produce samples of varying shapes, from round to oval or longer, to suit the user's requirements, but most samples are still around 32 mm in diameter or length. Other samplers, commonly known as dual thickness samplers, combine two thicknesses in the same sample.
Типичные пробоотборные устройства, выполненные с возможностью получения проб расплавленного металла для анализа искровой ОЭС, включают камеру для пробы или полость формы, выполненную с возможностью заполнения расплавленным металлом при погружении пробоотборного устройства в ванну с расплавленным металлом. Формы, которые определяют полость формы или пробоотборную камеру, обычно представляют собой двухкомпонентную створчатую конструкцию типа раковины или кольцо, покрытое на своей верхней и нижней сторонах плоскими пластинами. После затвердения пробы металла снимают пресс-формы и охлаждают пробу, затем отправляют в лабораторию, шлифуют предназначенную для анализа поверхность, затем передают на стадию охлаждения, на которой пробу передают в искровую ОЭС для анализа.Typical sampling devices capable of obtaining molten metal samples for spark OES analysis include a sample chamber or mold cavity capable of being filled with molten metal when the sampling device is immersed in a bath of molten metal. The molds that define the mold cavity or sample chamber are typically a two-piece shell-type structure or a ring covered on its upper and lower sides with flat plates. After the metal sample has solidified, the molds are removed and the sample is cooled, then sent to a laboratory, the surface to be analyzed is ground, and then transferred to a cooling stage, where the sample is transferred to spark OES for analysis.
В патенте США № 3646816 A описан данный тип погружного пробоотборника одноразового использования, в котором обе плоские поверхности дискообразной пробы образованы охлаждающими пластинами для достижения более быстрого затвердения и парой более гладких поверхностей, которые требуют меньшей очистки перед анализом. Другие патенты предшествующего уровня техники, такие как патент США № 4211117 A, относятся к аналогичной концепции, в то время как в патентах США № 4401389 A и № 5415052 A приведены примеры объединения данной металлургической пробы с другими датчиками, одним из которых может быть датчик измерения температуры.U.S. Patent No. 3,646,816 A describes this type of disposable immersion sampler in which both flat surfaces of the disc-shaped sample are formed by cooling plates to achieve faster solidification and a pair of smoother surfaces that require less cleaning before analysis. Other prior art patents, such as U.S. Patent No. 4,211,117 A, relate to a similar concept, while U.S. Patents No. 4,401,389 A and No. 5,415,052 A provide examples of combining this metallurgical sample with other sensors, one of which may be a temperature measuring sensor.
Пробы, полученные с помощью обычных пробоотборных устройств, имеют диаметр около 32 мм в направлении, параллельном отверстию спектрометра, и толщину от 4 до 12 мм в направлении, перпендикулярном отверстию спектрометра. Было обнаружено, что для затвердевшей пробы обычной толщины требуется шлифование поверхности от 0,8 до 5 мм литой поверхности для получения поверхности для анализа, свободной от расслоения металла и неметалла. Для обычных проб можно достичь этого состояния поверхности только после процессов подготовки с получением геометрии, которая обычно имеет диаметр по меньшей мере 28 мм в направлении, параллельном отверстию спектрометра, и имеет толщину, которая обычно составляет менее 12 мм в направлении, перпендикулярном отверстию. Данную геометрию, полученную после подготовки, часто обрабатывают посредством оборудования для подготовки к предварительному анализу, с помощью которого механическим способом шлифуют поверхность пробы и которое удобно использовать для обработки с помощью роботизированных манипуляторов, которые перемещают пробу со стадии подготовки и на протяжении анализа, а затем удаляют ее до ожидания следующей пробы.Samples obtained with conventional sampling devices have a diameter of about 32 mm in the direction parallel to the spectrometer bore and a thickness of 4 to 12 mm in the direction perpendicular to the spectrometer bore. It has been found that for a solidified sample of conventional thickness, a surface grinding of 0.8 to 5 mm of the cast surface is required to obtain an analytical surface free of metal and non-metal delamination. For conventional samples, this surface condition can only be achieved after preparation processes to obtain a geometry that is typically at least 28 mm in diameter in the direction parallel to the spectrometer bore and has a thickness that is typically less than 12 mm in the direction perpendicular to the bore. This geometry obtained after preparation is often processed using pre-analysis preparation equipment, which mechanically abrades the surface of the sample and is conveniently used for processing using robotic arms that move the sample from preparation and throughout analysis, and then remove it before waiting for the next sample.
Устранение необходимости подготовки поверхности сокращает время анализа и является экономически выгодным для производителя металла. Различные решения этой проблемы описаны в европейских заявках на патент №№ 3336511 A1, 3336512 A1, 3336513 A1, 3336514 A1, 3581913 A1 и 3581914 A1. Данные документы относятся к пробоотборникам прямого анализа (ПА), которые представляют собой тип погружного пробоотборника расплавленного металла, который производит пробы ПА. Пробы ПА не требуют какой-либо подготовки поверхности перед анализом и, следовательно, могут привести к значительной экономической эффективности, как с точки зрения наличия своевременных результатов химического анализа, так и экономии лабораторного времени за счет использования метода анализа искровой ОЕС.Eliminating the need for surface preparation reduces analysis time and is cost effective for the metal producer. Various solutions to this problem are described in European Patent Applications Nos. 3336511 A1, 3336512 A1, 3336513 A1, 3336514 A1, 3581913 A1 and 3581914 A1. These documents relate to direct analysis (DA) samplers, which are a type of immersion sampler for molten metal that produces DA samples. DA samples do not require any surface preparation prior to analysis and can therefore result in significant cost efficiencies, both in terms of timely availability of chemical analysis results and in the savings in laboratory time due to the use of the spark OES analysis method.
Вышеупомянутый предшествующий уровень техники описывает геометрию камеры для пробы с различными сегментами, обеспечивающими однородное распределение пробы расплавленного металла и его быстрое охлаждение. В частности, камеры для пробы содержат две зоны разной толщины, которые образуют поверхность, которая впоследствии позиционируется на спектрометре во время анализа, то есть поверхности для анализа полученной пробы.The above-mentioned prior art describes a sample chamber geometry with different segments that ensure a uniform distribution of the molten metal sample and its rapid cooling. In particular, the sample chambers contain two zones of different thicknesses that form a surface that is subsequently positioned on the spectrometer during analysis, i.e. a surface for analyzing the resulting sample.
Однако данные камеры для пробы и полученные пробы ПА, отобранные с помощью вышеупомянутых пробоотборников ПА предшествующего уровня техники, все еще имеют недостатки, такие как плохая фиксация проб в камере для пробы, неплоские поверхности для анализа и/или неконтролируемое или частичное заполнение. Из-за сегментированной поверхности для анализа с довольно «тонкой» зоной не обеспечивается полное заполнение поверхности для анализа при любых обстоятельствах, например, для применений с более низкой температурой. Такие сегменты, которые не полностью заполнены, приводят к фракционированию поверхностей, что может вызвать осложнения при следующем анализе. В частности, затрудняется герметизация спектрометром, и части полученной пробы могут отсоединяться и загрязнять спектрометр. Кроме того, обработка таких пробоотборников требует высокой точности и нескольких стадий процесса.However, these sample chambers and the resulting PA samples collected with the above-mentioned prior art PA samplers still have disadvantages, such as poor sample fixation in the sample chamber, non-flat analysis surfaces and/or uncontrolled or partial filling. Due to the segmented analysis surface with a rather "thin" zone, a complete filling of the analysis surface is not ensured under all circumstances, for example for lower temperature applications. Such segments that are not completely filled lead to fractionation of the surfaces, which can cause complications during the next analysis. In particular, sealing by the spectrometer is difficult, and parts of the resulting sample can detach and contaminate the spectrometer. In addition, the processing of such samplers requires high precision and several process steps.
Следовательно, изобретение направлено на обеспечение улучшенной камеры для пробы ПА и, следовательно, улучшение качества соответственно полученных проб ПА. Кроме того, целью настоящего изобретения было создание пробоотборника для использования с такой камерой для пробы.The invention therefore aims to provide an improved PA sample chamber and, consequently, to improve the quality of the PA samples obtained accordingly. Furthermore, it was an object of the present invention to provide a sampler for use with such a sample chamber.
Изложение сущности изобретенияStatement of the essence of the invention
В изобретении предложена камера для пробы для отбора проб из ванны с расплавленным металлом, в частности ванны с расплавленной сталью, содержащая плоскую крышку и корпус,The invention proposes a sample chamber for taking samples from a bath of molten metal, in particular a bath of molten steel, comprising a flat cover and a body,
- причем плоская крышка и корпус выполнены с возможностью сборки вместе вдоль плоскости анализа (analysis plane; AP) с образованием полости для пробы,- wherein the flat cover and the body are designed with the possibility of being assembled together along the analysis plane (AP) to form a cavity for the sample,
- причем корпус содержит погружную поверхность и противоположную торцевую поверхность, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, при этом верхняя поверхность и нижняя поверхность проходят между погружной поверхностью и противоположной торцевой поверхностью,- wherein the body comprises a submersible surface and an opposite end surface, an upper surface and a lower surface, wherein the upper surface and the lower surface extend between the submersible surface and the opposite end surface,
- причем корпус содержит первое отверстие на погружной поверхности и второе отверстие на другой поверхности,- wherein the body comprises a first opening on the immersion surface and a second opening on the other surface,
- причем верхняя поверхность имеет по меньшей мере одно углубление,- wherein the upper surface has at least one recess,
- причем углубление содержит сегмент распределения, сегмент вентиляции и сегмент анализа, и при этом сегмент анализа ограничен плоскостью анализа AP,- wherein the recess contains a distribution segment, a ventilation segment and an analysis segment, and wherein the analysis segment is limited by the analysis plane AP,
- причем сегмент распределения, сегмент анализа и сегмент вентиляции сообщаются по потоку друг с другом и с первым и вторым отверстием корпуса,- wherein the distribution segment, the analysis segment and the ventilation segment communicate with each other and with the first and second openings of the housing,
отличающаяся тем, чтоcharacterized in that
- сегмент распределения и сегмент вентиляции расположены ниже сегмента анализа в направлении от верхней поверхности к нижней поверхности,- the distribution segment and the ventilation segment are located below the analysis segment in the direction from the upper surface to the lower surface,
- максимальная и минимальная площадь поперечного сечения сегмента анализа, перпендикулярного центральной продольной оси X корпуса, не отклоняются друг от друга более чем на 20%.- the maximum and minimum cross-sectional areas of the analysis segment perpendicular to the central longitudinal axis X of the body do not deviate from each other by more than 20%.
Предпочтительно конфигурация полости для пробы, в частности ограниченное отклонение площади поперечного сечения сегмента анализа вдоль длины корпуса и двух смежных сегментов, полностью расположенных под этим сегментом, позволяет получить пробу, которая полностью заполняет плоскость пробы в зоне анализа. Таким образом, проба будет оптимально подходить для анализа без риска отсоединения частей, которые могут попасть в спектрометр, или недостаточной герметизации между пробой и спектрометром. Кроме того, образование жидкостных линий, которые затвердевают в плоскости анализа, может быть сведено к минимуму, что дополнительно повышает точность анализа. Кроме того, результирующая поверхность для анализа является очень гладкой, что дополнительно улучшает качество получаемых данных. Геометрия спектрометров ОЭС, применяемых для анализа такого рода проб, требует точных расстояний между плоскостью пробы и оптическими компонентами спектрометра; волнистые поверхности проб, таким образом, оказывают значительное негативное влияние на получаемые данные. Advantageously, the configuration of the sample cavity, in particular the limited deviation of the cross-sectional area of the analysis segment along the length of the housing and the two adjacent segments located entirely below this segment, allows for a sample to be obtained that completely fills the sample plane in the analysis zone. In this way, the sample will be optimally suited for analysis without the risk of parts detaching that could fall into the spectrometer or insufficient sealing between the sample and the spectrometer. In addition, the formation of liquid lines that solidify in the analysis plane can be minimized, which further increases the accuracy of the analysis. In addition, the resulting analysis surface is very smooth, which further improves the quality of the obtained data. The geometry of the OES spectrometers used for the analysis of such samples requires precise distances between the sample plane and the optical components of the spectrometer; wavy sample surfaces thus have a significant negative effect on the obtained data.
Дополнительным преимуществом этой конструкции камеры для пробы является ее механическая стабильность и простота изготовления. Конфигурация сегмента распределения и сегмента вентиляции позволяет выполнять сверление данных сегментов; фрезерование, как в предыдущих конструкциях, может быть опущено.An additional advantage of this sample chamber design is its mechanical stability and ease of manufacture. The configuration of the distribution segment and the ventilation segment allows drilling of these segments; milling, as in previous designs, can be omitted.
Изобретение относится к камере для пробы для отбора проб из ванны с расплавленным металлом для прямого анализа (ПА) методом оптико-эмиссионной спектроскопии (ОЭС).The invention relates to a sample chamber for taking samples from a bath of molten metal for direct analysis (DA) using optical emission spectroscopy (OES).
В контексте настоящего документа термин «ванна с расплавленным металлом» применяется для описания расплава в печи, в частности в резервуаре. Альтернативным термином для «ванны с расплавленным металлом», известным специалисту в данной области, является «расплав металла». Расплавленный металл в ванне с расплавленным металлом не имеет конкретных ограничений. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления ванна с расплавленным металлом представляет собой ванну с расплавленной сталью.In the context of the present document, the term "molten metal bath" is used to describe the melt in the furnace, in particular in the vessel. An alternative term for "molten metal bath" known to those skilled in the art is "metal melt". The molten metal in the molten metal bath is not particularly limited. According to a preferred embodiment, the molten metal bath is a molten steel bath.
Температура расплавов металлов отличается и обычно зависит от состава металла и стадии процесса плавки. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления температура ванны с расплавленным металлом находится в диапазоне 1500–1800°C и более предпочтительно в диапазоне 1500–1700°C.The temperature of the metal melts varies and typically depends on the composition of the metal and the stage of the melting process. According to one preferred embodiment, the temperature of the molten metal bath is in the range of 1500-1800°C, and more preferably in the range of 1500-1700°C.
Камера для пробы содержит плоскую крышку и корпус, выполненные с возможностью сборки вместе с образованием полости для пробы. Другими словами, плоская крышка закрывает полый объем корпуса с образованием полости для пробы камеры для пробы. Полость для пробы выполнена с возможностью приема расплавленного металла и должна пониматься как объем, в который вводится расплавленный металл во время отбора проб.The sample chamber comprises a flat cover and a housing, designed with the possibility of being assembled together to form a cavity for a sample. In other words, the flat cover closes the hollow volume of the housing to form a cavity for a sample of the sample chamber. The cavity for a sample is designed with the possibility of receiving molten metal and should be understood as a volume into which molten metal is introduced during sampling.
Плоская крышка и корпус выполнены с возможностью сборки вместе вдоль плоскости анализа AP. Другими словами, анализируемая поверхность полученной пробы, когда камера для пробы заполнена расплавленным металлом, будет находиться в плоскости анализа AP.The flat cover and the housing are designed to be assembled together along the plane of analysis AP. In other words, the analyzed surface of the obtained sample, when the sample chamber is filled with molten metal, will be in the plane of analysis AP.
Под «плоской» крышкой следует понимать по существу плоскую, то есть без углублений или выемок, которая обеспечивала бы полый объем для пробы при сборке камеры для пробы. Специалисту в данной области будет понятно, что плоская крышка может по-прежнему содержать детали, которые могут, например, быть необходимыми для сборки, такие как обод, выступ или углубление.By "flat" cover is meant essentially flat, i.e. without recesses or indentations, which would provide a hollow volume for the sample when assembling the sample chamber. It will be clear to a person skilled in the art that a flat cover may still contain parts that may, for example, be necessary for assembly, such as a rim, a projection or a recess.
Плоская крышка может быть или может не быть изготовлена из того же материала, что и корпус. Например, плоская крышка может быть выполнена из плавленого диоксида кремния или огнеупорного керамического материала. Предпочтительно плоская крышка выполнена из того же материала, что и корпус.The flat cover may or may not be made of the same material as the body. For example, the flat cover may be made of fused silica or refractory ceramic material. Preferably, the flat cover is made of the same material as the body.
Корпус предпочтительно выполнен из одного или более материалов, которые являются хорошими тепловыми и электрическими проводниками, такими как, но не ограничиваясь ими, алюминий, медь и другие металлы, имеющие аналогичные свойства теплопроводности и электропроводности. Предпочтительно корпус выполнен из алюминия.The housing is preferably made of one or more materials that are good thermal and electrical conductors, such as, but not limited to, aluminum, copper, and other metals that have similar thermal and electrical conductivity properties. Preferably, the housing is made of aluminum.
Масса плоской крышки предпочтительно составляет от 10 до 20% от общей массы камеры для пробы.The mass of the flat cover is preferably from 10 to 20% of the total mass of the sample chamber.
Плоская крышка имеет первую сторону или поверхность и противоположную вторую сторону или поверхность. Плоская крышка предпочтительно имеет толщину от 1 мм до 5 мм, проходящую от первой поверхности ко второй поверхности. Первая поверхность плоской крышки выполнена с возможностью быть обращенной к корпусу и, более конкретно, к верхней поверхности корпуса в собранной конфигурации камеры для пробы.The flat cover has a first side or surface and an opposite second side or surface. The flat cover preferably has a thickness of 1 mm to 5 mm, extending from the first surface to the second surface. The first surface of the flat cover is configured to face the housing and, more specifically, the upper surface of the housing in the assembled configuration of the sample chamber.
Предпочтительно плоская крышка имеет приблизительно такую же ширину и длину, что и корпус. Однако следует понимать, что плоская крышка не ограничена такими размерами и может иметь ширину и длину, большую или меньшую, чем ширина и длина корпуса.Preferably, the flat cover has approximately the same width and length as the body. However, it should be understood that the flat cover is not limited to such dimensions and may have a width and length greater or less than the width and length of the body.
Камера для пробы в соответствии с настоящим изобретением содержит корпус. Корпус также может называться основной частью камеры для пробы. Следует понимать, что корпус не является плоским, как плоская крышка, а содержит основную часть определенной высоты, вмещающую полый объем. The sample chamber according to the present invention comprises a housing. The housing may also be referred to as the main part of the sample chamber. It should be understood that the housing is not flat, like a flat cover, but comprises a main part of a certain height, containing a hollow volume.
Корпус содержит погружную поверхность и противоположную торцевую поверхность. Специалистам в данной области будет понятно, что фраза «погружная поверхность» относится к поверхности или стороне на конце корпуса, которая во время операции первой погружается в расплавленный металл в направлении погружения. Погружная поверхность и противоположная торцевая фаза могут быть параллельны друг другу.The housing comprises a submerged surface and an opposite end surface. Those skilled in the art will appreciate that the phrase "submerged surface" refers to the surface or side at the end of the housing that is first immersed in the molten metal during the operation in the direction of immersion. The submerged surface and the opposite end phase may be parallel to each other.
Корпус также содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, проходящую между погружной поверхностью и противоположной торцевой поверхностью. Верхняя поверхность также может называться верхней стороной корпуса. Нижнюю поверхность следует понимать как противоположную верхней поверхности. Предпочтительно нижняя поверхность параллельна верхней поверхности. Следует понимать, что верхняя поверхность и нижняя поверхность не расположены параллельно погружной поверхности и/или противоположной торцевой поверхности. Другими словами, ось, перпендикулярная центральной продольной оси X корпуса, пересекающаяся с погружной поверхностью или противоположной торцевой поверхностью, не может быть параллельной погружной поверхности и/или противоположной торцевой поверхности.The housing also comprises an upper surface and a lower surface extending between the immersion surface and the opposite end surface. The upper surface may also be referred to as the upper side of the housing. The lower surface should be understood as opposite to the upper surface. Preferably, the lower surface is parallel to the upper surface. It should be understood that the upper surface and the lower surface are not located parallel to the immersion surface and/or the opposite end surface. In other words, the axis perpendicular to the central longitudinal axis X of the housing, intersecting with the immersion surface or the opposite end surface, cannot be parallel to the immersion surface and/or the opposite end surface.
Верхняя поверхность может пересекаться с погружной поверхностью под углом от 90 до 140°, предпочтительно под углом 90°. В последнем случае погружная поверхность и верхняя поверхность расположены перпендикулярно.The upper surface may intersect the immersion surface at an angle of 90 to 140°, preferably at an angle of 90°. In the latter case, the immersion surface and the upper surface are located perpendicularly.
Верхняя поверхность может пересекаться с противоположной торцевой поверхностью под углом от 90 до 140°, предпочтительно под углом 90°. В последнем случае погружная поверхность и противоположная торцевая поверхность расположены перпендикулярно.The upper surface may intersect the opposite end surface at an angle of 90 to 140°, preferably at an angle of 90°. In the latter case, the immersion surface and the opposite end surface are located perpendicularly.
Предпочтительно верхняя поверхность представляет собой поверхность для анализа, что означает, что она является геометрической стороной корпуса, которая выполнена с возможностью расположения во время анализа на предметном столике оптико-эмиссионного спектрографа лицевой стороной вниз.Preferably, the upper surface is an analysis surface, which means that it is a geometric side of the housing that is designed to be positioned face down on the stage of the optical emission spectrograph during analysis.
Как правило, корпус выполнен в кубической форме. Такой корпус может быть выполнен из цельной заготовки материала.As a rule, the body is made in a cubic shape. Such a body can be made from a solid piece of material.
Предпочтительно корпус имеет длину от 30 до 70 мм. Корпус может иметь ширину от 20 до 70 мм. Под длиной следует понимать длину от погружной поверхности до противоположной торцевой поверхности, а под шириной следует понимать перпендикуляр к длине.Preferably, the body has a length of 30 to 70 mm. The body may have a width of 20 to 70 mm. The length should be understood as the length from the immersion surface to the opposite end surface, and the width should be understood as the perpendicular to the length.
На протяжении всей данной заявки длина определяется как размер, параллельный центральной продольной оси X в направлении от погружной поверхности к противоположной торцевой поверхности корпуса. Ширина определяется как размер, перпендикулярный продольной оси X и параллельный верхней поверхности, то есть плоскости анализа AP. Глубина или толщина определяется как размер, перпендикулярный продольной оси X и перпендикулярный верхней поверхности, то есть в направлении от верхней поверхности к нижней поверхности корпуса. Более конкретно, глубина измеряется от точки в плоскости анализа AP до нижнего конца или границы каждого из сегментов, которые будут указаны ниже. Размер площади поперечного сечения, как описано в данном документе, равен размеру ширины, умноженному на размер глубины.Throughout this application, length is defined as the dimension parallel to the central longitudinal axis X in the direction from the submerged surface to the opposite end surface of the housing. Width is defined as the dimension perpendicular to the longitudinal axis X and parallel to the upper surface, that is, the analysis plane AP. Depth or thickness is defined as the dimension perpendicular to the longitudinal axis X and perpendicular to the upper surface, that is, in the direction from the upper surface to the lower surface of the housing. More specifically, depth is measured from a point in the analysis plane AP to the lower end or boundary of each of the segments, which will be specified below. The cross-sectional area dimension, as described in this document, is equal to the width dimension multiplied by the depth dimension.
Корпус содержит первое отверстие в погружной поверхности и второе отверстие в другой поверхности. Другая поверхность может быть любой другой поверхностью корпуса, предусмотренной для верхней поверхности. Полость для пробы проходит от первого отверстия до второго отверстия камеры для пробы. Следует понимать, что направление потока расплавленного металла находится в направлении от погружной поверхности к другой поверхности, когда камеру для пробы используют для отбора пробы из расплавленного металла. The housing comprises a first opening in the immersion surface and a second opening in another surface. The other surface may be any other surface of the housing provided for the upper surface. The sample cavity extends from the first opening to the second opening of the sample chamber. It should be understood that the direction of the flow of molten metal is in the direction from the immersion surface to the other surface when the sample chamber is used to collect a sample from molten metal.
Предпочтительно, собранная камера для пробы содержит только два отверстия, то есть первое и второе отверстие.Preferably, the assembled sample chamber contains only two openings, i.e., the first and second openings.
Предпочтительно, первое отверстие выполнено с возможностью приема впускного канала. Впускной патрубок обеспечивает поток расплавленного металла из ванны с расплавленным металлом в камеру для пробы, в частности в полость для пробы.Preferably, the first opening is configured to receive an inlet channel. The inlet pipe provides a flow of molten metal from the molten metal bath into the sample chamber, in particular into the sample cavity.
В предпочтительных вариантах осуществления второе отверстие выполнено с возможностью приема газового соединителя. На поверхности корпуса, содержащей второе отверстие, может быть предусмотрено отверстие для прохода газа, которое предпочтительно полностью вмещается внутри корпуса.In preferred embodiments, the second opening is configured to receive a gas connector. A gas passage opening may be provided on the surface of the housing containing the second opening, which is preferably completely contained within the housing.
Первое и второе отверстия находятся на расстоянии от верхней поверхности, т.е. расположены и разнесены от плоскости анализа АР. Таким образом, для проб может быть получена однородная поверхность для анализа.The first and second holes are located at a distance from the upper surface, i.e. they are located and spaced from the plane of analysis AP. Thus, a homogeneous surface for analysis can be obtained for the samples.
Верхняя поверхность корпуса содержит углубление, при этом углубление также может называться выемкой. Другими словами, часть верхней поверхности выполнена полой. Следует понимать, что углубление верхней поверхности образует по меньшей мере часть полого объема корпуса, который содержит различные сегменты. Данные сегменты в совокупности образуют полость для пробы. В частности, углубление содержит сегмент распределения, сегмент анализа и сегмент вентиляции. Другими словами, корпус содержит полый объем, который конструктивно разделен по меньшей мере на три сегмента. Сегмент распределения, сегмент анализа и сегмент вентиляции последовательно расположены в прямоточной связи в направлении потока расплавленного металла. Полый объем корпуса может содержать дополнительные сегменты, которые не являются частью углубления в верхней поверхности.The upper surface of the housing comprises a recess, wherein the recess may also be called a cavity. In other words, a portion of the upper surface is hollow. It should be understood that the recess of the upper surface forms at least a portion of the hollow volume of the housing, which contains various segments. These segments together form a cavity for the sample. In particular, the recess comprises a distribution segment, an analysis segment, and a ventilation segment. In other words, the housing comprises a hollow volume, which is structurally divided into at least three segments. The distribution segment, the analysis segment, and the ventilation segment are sequentially arranged in a direct-flow connection in the direction of the molten metal flow. The hollow volume of the housing may contain additional segments that are not part of the recess in the upper surface.
Сегмент распределения и сегмент вентиляции расположены ниже сегмента анализа в направлении от верхней поверхности к нижней поверхности корпуса, в частности, ниже нижней плоскости BP сегмента анализа. Другими словами, сегмент вентиляции и сегмент распределения не соединены с верхней поверхностью. Таким образом, может быть обеспечено превосходное и полное заполнение камеры для пробы в области сегмента анализа.The distribution segment and the ventilation segment are located below the analysis segment in the direction from the upper surface to the lower surface of the housing, in particular below the lower plane BP of the analysis segment. In other words, the ventilation segment and the distribution segment are not connected to the upper surface. In this way, excellent and complete filling of the sample chamber in the area of the analysis segment can be ensured.
Предпочтительно верхняя поверхность содержит одно углубление.Preferably, the upper surface comprises a single recess.
В одном варианте осуществления длина углубления составляет от 20 до 50 мм, предпочтительно от 25 до 40 мм.In one embodiment, the length of the recess is from 20 to 50 mm, preferably from 25 to 40 mm.
Следует понимать, что площадь поверхности корпуса, ограничивающая углубление, образует физические границы полых частей корпуса, лежащих под плоскостью верхней поверхности, т.е. плоскостью анализа AP. Данная площадь поверхности будет далее называться углубленной поверхностью корпуса. Выступ углубленной поверхности, параллельный плоскости анализа AP, обычно содержит множество областей, находящихся на разных расстояниях от плоскости верхней поверхности.It should be understood that the surface area of the housing, limiting the recess, forms the physical boundaries of the hollow parts of the housing lying under the plane of the upper surface, i.e. the plane of analysis AP. This surface area will be further referred to as the recessed surface of the housing. The projection of the recessed surface, parallel to the plane of analysis AP, usually contains many regions located at different distances from the plane of the upper surface.
Сегмент распределения является первым сегментом углубления в направлении потока расплавленного металла во время операции. В частности, распределительный сегмент расположен ниже по потоку от первого отверстия. Сегмент распределения не соединен с верхней поверхностью.The distribution segment is the first segment of the recess in the direction of the flow of molten metal during the operation. In particular, the distribution segment is located downstream of the first hole. The distribution segment is not connected to the upper surface.
Объем сегмента распределения с одной стороны ограничен сегментом анализа. Следует понимать, что между сегментом анализа и сегментом распределения нет физического разграничения. Однако они считаются отдельными сегментами для практической реализации изобретения. Границы сегмента распределения определяются первой частью углубленной поверхности на нижней стороне и на противоположной стороне нижней плоскостью BP сегмента анализа. Границу на противоположной стороне следует понимать как мнимую границу вдоль продолжения ко второй части углубленной поверхности. Следует понимать, что вторая часть углубленной поверхности расположена на меньшем расстоянии от плоскости анализа, чем первая часть углубленной поверхности.The volume of the distribution segment is limited on one side by the analysis segment. It should be understood that there is no physical demarcation between the analysis segment and the distribution segment. However, they are considered separate segments for the practical implementation of the invention. The boundaries of the distribution segment are defined by the first part of the recessed surface on the lower side and on the opposite side by the lower plane BP of the analysis segment. The boundary on the opposite side should be understood as an imaginary boundary along the extension to the second part of the recessed surface. It should be understood that the second part of the recessed surface is located at a smaller distance from the analysis plane than the first part of the recessed surface.
Предпочтительно центральная ось сегмента распределения расположена под углом от 45 до 90° к центральной продольной оси X.Preferably, the central axis of the distribution segment is located at an angle of 45 to 90° to the central longitudinal axis X.
Сегмент распределения дополнительно ограничен боковыми стенками. В предпочтительном варианте осуществления одна из боковых стенок сегмента распределения пересекается со второй частью углубленной поверхности под углом от 40 до 90°, предпочтительно под углом от 50 до 80°. Особенно предпочтительно, чтобы одна из боковых стенок сегмента распределения пересекалась со второй частью углубленной поверхности под углом 60°.The distribution segment is further limited by side walls. In a preferred embodiment, one of the side walls of the distribution segment intersects with the second part of the recessed surface at an angle of 40 to 90°, preferably at an angle of 50 to 80°. It is particularly preferred that one of the side walls of the distribution segment intersects with the second part of the recessed surface at an angle of 60°.
Площадь поперечного сечения сегмента распределения, параллельная плоскости анализа AP, может иметь любую геометрию. Однако может быть предпочтительным, чтобы площадь поперечного сечения имела многоугольную или круглую форму. В частности, площадь поперечного сечения круглой формы позволяет легко и точно обрабатывать корпус, поскольку он может быть получен посредством этапа сверления.The cross-sectional area of the distribution segment parallel to the analysis plane AP may have any geometry. However, it may be preferable for the cross-sectional area to have a polygonal or circular shape. In particular, a circular cross-sectional area allows for easy and accurate processing of the housing, since it can be obtained by a drilling step.
Площадь поперечного сечения сегмента распределения может расширяться в направлении потока металла, то есть площадь поперечного сечения сегмента распределения увеличивается в направлении от первого отверстия к сегменту анализа. Площадь поперечного сечения сегмента распределения, параллельного продольной оси X, может составлять от 8 до 20 мм², предпочтительно от 10 до 15 мм².The cross-sectional area of the distribution segment may expand in the direction of the metal flow, i.e. the cross-sectional area of the distribution segment increases in the direction from the first opening to the analysis segment. The cross-sectional area of the distribution segment parallel to the longitudinal axis X may be from 8 to 20 mm², preferably from 10 to 15 mm².
Глубина сегмента распределения может составлять от 1 до 8 мм, предпочтительно от 2 до 6 мм.The depth of the distribution segment may be from 1 to 8 mm, preferably from 2 to 6 mm.
Углубление верхней поверхности корпуса дополнительно содержит сегмент анализа ниже по потоку от сегмента распределения и находится в прямоточной связи с сегментом вентиляции. Предпочтительно сегмент анализа расположен над центральной продольной осью X корпуса.The recess of the upper surface of the housing additionally comprises an analysis segment downstream of the distribution segment and is in direct flow communication with the ventilation segment. Preferably, the analysis segment is located above the central longitudinal axis X of the housing.
Сегмент анализа ограничен плоскостью анализа AP на верхней стороне. Другими словами, сегмент анализа с одной стороны ограничен плоской крышкой, когда камера для пробы собрана, а полость для пробы закрыта.The analysis segment is limited by the analysis plane AP on the upper side. In other words, the analysis segment is limited by the flat cover on one side when the sample chamber is assembled and the sample cavity is closed.
Следует понимать, что геометрия сегмента анализа в плоскости анализа AP определяется углублением, образованным в верхней поверхности корпуса, т.е. контур сегмента анализа определяется контуром углубления. Таким образом, сегмент анализа имеет открытый конец на верхней поверхности и противоположную нижнюю плоскость BP. Более конкретно, нижняя плоскость BP сегмента анализа частично определена второй частью углубленной поверхности корпуса и частично воображаемым удлинением второй части углубленной поверхности.It should be understood that the geometry of the analysis segment in the analysis plane AP is determined by the recess formed in the upper surface of the housing, i.e. the contour of the analysis segment is determined by the contour of the recess. Thus, the analysis segment has an open end on the upper surface and an opposite lower plane BP. More specifically, the lower plane BP of the analysis segment is partially determined by the second part of the recessed surface of the housing and partially by an imaginary extension of the second part of the recessed surface.
Максимальная и минимальная площадь поперечного сечения сегмента анализа, перпендикулярного центральной продольной оси X корпуса, не отклоняются друг от друга более чем на 20%. Эта конфигурация обеспечивает полное заполнение плоскости анализа AP отобранным расплавленным металлом во время операции.The maximum and minimum cross-sectional areas of the analysis segment perpendicular to the central longitudinal axis X of the housing do not deviate from each other by more than 20%. This configuration ensures that the analysis plane AP is completely filled with the collected molten metal during the operation.
Под площадью поперечного сечения сегмента анализа следует понимать площадь поперечного сечения, перпендикулярную центральной продольной оси X корпуса и перпендикулярную плоскости анализа AP. В предпочтительном варианте осуществления максимальная и минимальная площадь поперечного сечения сегмента анализа не отклоняются друг от друга более чем на 10%, более предпочтительно не более чем на 5%. The cross-sectional area of the analysis segment is understood to be the cross-sectional area perpendicular to the central longitudinal axis X of the body and perpendicular to the plane of analysis AP. In a preferred embodiment, the maximum and minimum cross-sectional areas of the analysis segment do not deviate from each other by more than 10%, more preferably by no more than 5%.
В предпочтительном варианте осуществления площадь поперечного сечения сегмента анализа не уменьшается на расстоянии от 50% длины сегмента анализа, более предпочтительно от 70% длины. Направление длины в данном контексте следует понимать как направление от сегмента распределения к сегменту вентиляции.In a preferred embodiment, the cross-sectional area of the analysis segment does not decrease at a distance from 50% of the length of the analysis segment, more preferably from 70% of the length. The direction of the length in this context should be understood as the direction from the distribution segment to the ventilation segment.
Предпочтительно, чтобы максимальная и минимальная площадь поперечного сечения сегмента анализа не отличались друг от друга.It is preferable that the maximum and minimum cross-sectional areas of the analysis segment do not differ from each other.
Предпочтительно, площадь поперечного сечения сегмента анализа от 2,5 до 10 раз превышает площадь поперечного сечения зоны вентиляции, параллельной плоскости анализа AP.Preferably, the cross-sectional area of the analysis segment is 2.5 to 10 times greater than the cross-sectional area of the ventilation zone parallel to the analysis plane AP.
Предпочтительно площадь поперечного сечения сегмента анализа составляет от 5 до 30 мм², более предпочтительно от 10 до 25 мм².Preferably, the cross-sectional area of the analysis segment is from 5 to 30 mm², more preferably from 10 to 25 mm².
Сегмент анализа может иметь максимальную глубину от 0,5 до 4 мм, предпочтительно от 1 до 3 мм. Предпочтительно, чтобы сегмент анализа имел одинаковую максимальную глубину. Под «максимальной глубиной» следует понимать центральную глубину сегмента анализа.The analysis segment may have a maximum depth of 0.5 to 4 mm, preferably 1 to 3 mm. Preferably, the analysis segment has the same maximum depth. The "maximum depth" shall be understood to mean the central depth of the analysis segment.
Глубина сегмента анализа может быть одинаковой или сужающейся по направлению к краям. Другими словами, профиль поперечного сечения нижней плоскости BP сегмента анализа, перпендикулярной продольной оси X, может иметь любую форму, т.е. может иметь плоскую, треугольную или вогнутую форму.The depth of the analysis segment may be uniform or tapering towards the edges. In other words, the cross-sectional profile of the lower plane BP of the analysis segment, perpendicular to the longitudinal axis X, may have any shape, i.e. it may be flat, triangular or concave.
Предпочтительно ширина сегмента анализа является постоянной в направлении центральной продольной оси X корпуса. В частности, сегмент анализа может иметь ширину от 6 до 14 мм, предпочтительно от 8 до 12 мм.Preferably, the width of the analysis segment is constant in the direction of the central longitudinal axis X of the housing. In particular, the analysis segment may have a width of 6 to 14 mm, preferably 8 to 12 mm.
В предпочтительном варианте осуществления сегмент анализа имеет длину от 20 до 50 мм, предпочтительно от 25 до 35 мм.In a preferred embodiment, the analysis segment has a length of 20 to 50 mm, preferably 25 to 35 mm.
Сегмент вентиляции является последним сегментом углубления в направлении потока расплавленного металла. Он соединен по текучей среде со вторым отверстием. Однако корпус может содержать дополнительные сегменты, расположенные между сегментом вентиляции и вторым отверстием.The ventilation segment is the last segment of the recess in the direction of the molten metal flow. It is connected to the second opening via a fluid medium. However, the housing may contain additional segments located between the ventilation segment and the second opening.
Объем сегмента вентиляции с одной стороны ограничен сегментом анализа. Следует понимать, что между сегментом анализа и сегментом вентиляции нет физического разграничения. Граница сегмента вентиляции находится с одной стороны, определяемой нижней плоскостью BP сегмента анализа. Эту границу следует понимать как мнимую границу вдоль удлинения ко второй части углубленной поверхности.The volume of the ventilation segment is limited on one side by the analysis segment. It should be understood that there is no physical demarcation between the analysis segment and the ventilation segment. The boundary of the ventilation segment is on one side, defined by the lower plane BP of the analysis segment. This boundary should be understood as an imaginary boundary along the extension to the second part of the recessed surface.
В некоторых вариантах осуществления сегмент вентиляции может быть дополнительно ограничен третьей частью углубленной поверхности на нижней стороне. В таких конфигурациях третья часть углубленной поверхности расположена на большем расстоянии от плоскости анализа, чем вторая часть углубленной поверхности. Предпочтительно, чтобы первая и вторая часть углубленной поверхности имели одинаковое расстояние до плоскости анализа AP.In some embodiments, the ventilation segment may be further limited by a third portion of the recessed surface on the lower side. In such configurations, the third portion of the recessed surface is located at a greater distance from the analysis plane than the second portion of the recessed surface. Preferably, the first and second portions of the recessed surface have the same distance to the analysis plane AP.
Сегмент вентиляции дополнительно ограничен боковыми стенками. Площадь поперечного сечения сегмента распределения, параллельного плоскости анализа, то есть площадь поперечного сечения, окруженная боковыми стенками, может иметь любую геометрию. Однако может быть предпочтительным, чтобы площадь поперечного сечения имела многоугольную или круглую форму. В частности, площадь поперечного сечения круглой формы позволяет легко и точно обрабатывать корпус, поскольку он может быть получен на этапе сверления.The ventilation segment is further limited by the side walls. The cross-sectional area of the distribution segment parallel to the plane of analysis, i.e. the cross-sectional area surrounded by the side walls, can have any geometry. However, it may be preferable for the cross-sectional area to have a polygonal or circular shape. In particular, a circular cross-sectional area allows for easy and precise processing of the housing, since it can be obtained in the drilling stage.
Предпочтительно центральная ось сегмента вентиляции расположена под углом от 45 до 90° к центральной продольной оси X. Следует понимать, что сегмент вентиляции не соединен с верхней поверхностью, то есть он расположен под сегментом анализа. Неожиданно было обнаружено, что данная конфигурация сегмента вентиляции по отношению к сегменту анализа значительно улучшает качество получаемых проб и соответствующий результат анализа, уменьшая влияние захваченного газа и пустот на поверхности анализа.Preferably, the central axis of the ventilation segment is located at an angle of 45 to 90° to the central longitudinal axis X. It should be understood that the ventilation segment is not connected to the upper surface, i.e. it is located under the analysis segment. It was unexpectedly found that this configuration of the ventilation segment in relation to the analysis segment significantly improves the quality of the obtained samples and the corresponding analysis result, reducing the influence of trapped gas and voids on the analysis surface.
В некоторых вариантах осуществления центральная ось сегмента распределения и центральная ось сегмента вентиляции расположены под углом от 45 до 90° к центральной продольной оси X, в предпочтительных вариантах реализации обе центральные оси расположены под углом 90° к центральной продольной оси X.In some embodiments, the central axis of the distribution segment and the central axis of the ventilation segment are located at an angle of 45 to 90° to the central longitudinal axis X, in preferred embodiments, both central axes are located at an angle of 90° to the central longitudinal axis X.
Сегмент вентиляции может иметь удлиненную форму в направлении, перпендикулярном верхней поверхности.The ventilation segment may have an elongated shape in the direction perpendicular to the upper surface.
Предпочтительно, сегмент вентиляции расположен на расстоянии менее 20% длины сегмента анализа от конца сегмента анализа, более предпочтительно на расстоянии менее 10%. Данная конфигурация позволяет полностью заполнить сегмент анализа до затвердевания пробы расплавленного металла. Конец сегмента следует понимать как сторону сегмента анализа, которая находится наиболее близко к противоположной торцевой поверхности, чем к погружной поверхности, т.е. сторону корпуса, противоположную погружной поверхности.Preferably, the ventilation segment is located at a distance of less than 20% of the length of the analysis segment from the end of the analysis segment, more preferably at a distance of less than 10%. This configuration allows the analysis segment to be completely filled before the molten metal sample solidifies. The end of the segment should be understood as the side of the analysis segment that is closer to the opposite end surface than to the immersion surface, i.e., the side of the housing opposite the immersion surface.
Площадь поперечного сечения сегмента вентиляции может сужаться в направлении потока металла, т.е. площадь поперечного сечения сегмента вентиляции может уменьшаться в направлении от сегмента анализа ко второму отверстию. Площадь поперечного сечения сегмента вентиляции, параллельного продольной оси X, может составлять от 0,2 до 5,0 мм², предпочтительно от 0,5 до 3,0 мм².The cross-sectional area of the ventilation segment may be tapered in the direction of the metal flow, i.e. the cross-sectional area of the ventilation segment may decrease in the direction from the analysis segment to the second opening. The cross-sectional area of the ventilation segment parallel to the longitudinal axis X may be from 0.2 to 5.0 mm², preferably from 0.5 to 3.0 mm².
Глубина сегмента вентиляции может составлять от 1 до 8 мм, предпочтительно от 2 до 6 мм.The depth of the ventilation segment can be from 1 to 8 mm, preferably from 2 to 6 mm.
Предпочтительно площадь поперечного сечения сегмента распределения, параллельного плоскости анализа AP, составляет от 0,5 до 2 площади поперечного сечения сегмента анализа. Если площадь поперечного сечения сегмента распределения слишком мала, поступающий расплавленный металл не будет замедляться в достаточной степени для уменьшения турбулентного потока, что приведет к неоднородному заполнению плоскости анализа AP.Preferably, the cross-sectional area of the distribution segment parallel to the analysis plane AP is 0.5 to 2 times the cross-sectional area of the analysis segment. If the cross-sectional area of the distribution segment is too small, the incoming molten metal will not be slowed down sufficiently to reduce the turbulent flow, resulting in non-uniform filling of the analysis plane AP.
Предпочтительно длина сегмента анализа в направлении центральной продольной оси X корпуса выше, чем глубина сегмента распределения и сегмента вентиляции, перпендикулярного центральной продольной оси X.Preferably, the length of the analysis segment in the direction of the central longitudinal axis X of the body is greater than the depth of the distribution segment and the ventilation segment perpendicular to the central longitudinal axis X.
В предпочтительном варианте осуществления ширина сегмента анализа больше ширины сегмента вентиляции, в частности, по меньшей мере в 3 раза больше ширины сегмента вентиляции.In a preferred embodiment, the width of the analysis segment is greater than the width of the ventilation segment, in particular at least 3 times greater than the width of the ventilation segment.
Предпочтительно ширина сегмента анализа, перпендикулярного центральной продольной оси X корпуса, больше длины сегмента распределения и/или длины сегмента вентиляции вдоль центральной продольной оси X.Preferably, the width of the analysis segment perpendicular to the central longitudinal axis X of the body is greater than the length of the distribution segment and/or the length of the ventilation segment along the central longitudinal axis X.
Полый объем корпуса может также содержать сегмент впуска, выполненный с возможностью приема расплавленного металла и/или впускного патрубка, расположенного перед сегментом распределения в направлении потока расплавленного металла и находящегося в прямоточной связи с первым отверстием. Предпочтительно центральная ось сегмента распределения расположена под углом от 45 до 90° к центральной оси сегмента впуска.The hollow volume of the body may also contain an inlet segment configured to receive molten metal and/or an inlet branch pipe located in front of the distribution segment in the direction of the molten metal flow and in direct communication with the first opening. Preferably, the central axis of the distribution segment is located at an angle of 45 to 90° to the central axis of the inlet segment.
Предпочтительно, площадь поперечного сечения сегмента впуска, перпендикулярного центральной продольной оси X, зависит от площади поперечного сечения сегмента анализа, перпендикулярного центральной продольной оси X и/или площади поперечного сечения сегмента распределения, параллельного плоскости анализа AP. Предпочтительно площадь поперечного сечения сегмента впуска составляет от 0,5 до 2 площади поперечного сечения сегмента анализа. В предпочтительном варианте осуществления площадь поперечного сечения сегмента впуска составляет от 0,2 до 0,7 наибольшей площади поперечного сечения сегмента распределения и, таким образом, снижает скорость на впускном патрубке, необходимую для смешивания металлов. Если площадь поперечного сечения сегмента впуска слишком мала, замедления поступающего расплавленного металла недостаточно для уменьшения турбулентного потока, что приведет к плохому заполнению полости пробы.Preferably, the cross-sectional area of the inlet segment perpendicular to the central longitudinal axis X depends on the cross-sectional area of the analysis segment perpendicular to the central longitudinal axis X and/or the cross-sectional area of the distribution segment parallel to the analysis plane AP. Preferably, the cross-sectional area of the inlet segment is from 0.5 to 2 of the cross-sectional area of the analysis segment. In a preferred embodiment, the cross-sectional area of the inlet segment is from 0.2 to 0.7 of the largest cross-sectional area of the distribution segment and, thus, reduces the velocity at the inlet nozzle necessary for mixing the metals. If the cross-sectional area of the inlet segment is too small, the deceleration of the incoming molten metal is insufficient to reduce the turbulent flow, which will lead to poor filling of the sample cavity.
Полый объем корпуса также может содержать сегмент соединителя, расположенный после сегмента вентиляции в направлении потока расплавленного металла и находящийся в прямоточной связи со вторым отверстием. Предпочтительно, сегмент соединителя выполнен с возможностью приема газового соединителя. Предпочтительно центральная ось сегмента вентиляции расположена под углом от 45 до 90° к центральной оси сегмента соединителя.The hollow volume of the housing may also contain a connector segment located after the ventilation segment in the direction of the molten metal flow and in direct communication with the second opening. Preferably, the connector segment is designed to receive a gas connector. Preferably, the central axis of the ventilation segment is located at an angle of 45 to 90° to the central axis of the connector segment.
Верхняя поверхность корпуса может содержать выступающее из нее ребро и окружающее углубление. Предпочтительно плоская крышка расположена на одном уровне с ребром корпуса вдоль верхней поверхности, когда камера для пробы собрана.The upper surface of the housing may comprise a rib projecting from it and a surrounding recess. Preferably, the flat cover is located flush with the rib of the housing along the upper surface when the sample chamber is assembled.
В предпочтительном варианте осуществления на первой поверхности плоской крышки предусмотрен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью размещения между корпусом и плоской крышкой в собранной конфигурации камеры для пробы. Предпочтительно, уплотнительный элемент предотвращает прилипание к крышке или корпусу грязи, которая может загрязнить поверхность спектрометра и повлиять на текущий анализ и даже на последующие анализы.In a preferred embodiment, a sealing element is provided on the first surface of the flat cover, which is configured to be positioned between the housing and the flat cover in the assembled configuration of the sample chamber. Preferably, the sealing element prevents dirt from adhering to the cover or housing, which may contaminate the surface of the spectrometer and affect the current analysis and even subsequent analyses.
Уплотнительный элемент предпочтительно представляет собой газонепроницаемый уплотнительный элемент. Более конкретно, уплотнительный элемент может представлять собой прокладку. Прокладка может иметь любую форму.The sealing element is preferably a gas-tight sealing element. More specifically, the sealing element may be a gasket. The gasket may have any shape.
Предпочтительно уплотнительный элемент состоит по существу из незагрязняющего материала для проб в камере для проб. В одном варианте осуществления уплотнительный элемент выполнен из силикона или любого аналогичного полимера, бумаги или картона. Специалистам в данной области техники будет понятно, что уплотнительный элемент может быть выполнен из любого материала, который обеспечит газонепроницаемое уплотнение между плоской крышкой и корпусом. Специалистам в данной области техники будет понятно, что уплотнительный элемент альтернативно может быть выполнен в виде уплотнительного кольца.Preferably, the sealing element consists essentially of a non-contaminating material for the samples in the sample chamber. In one embodiment, the sealing element is made of silicone or any similar polymer, paper or cardboard. It will be understood by those skilled in the art that the sealing element can be made of any material that provides a gas-tight seal between the flat cover and the housing. It will be understood by those skilled in the art that the sealing element can alternatively be in the form of a sealing ring.
Камера для пробы, в частности плоская крышка и корпус, могут удерживаться вместе с помощью закрывающих средств. Предпочтительно закрывающее средство представляет собой зажим или фиксатор.The sample chamber, in particular the flat cover and the housing, may be held together by means of closing means. Preferably, the closing means is a clamp or a retainer.
Предпочтительно, при использовании зажима или фиксатора для удержания камеры для пробы вместе, две части удерживаются вместе с помощью усилий сжатия, прикладываемых смыкающими средствами, причем для указанного смыкания не используются клеи или цементы.Preferably, when a clamp or fixture is used to hold the sample chamber together, the two parts are held together by compressive forces applied by closure means, wherein no adhesives or cements are used for said closure.
В предпочтительном варианте осуществления смыкающее средство выполнено из металла. Однако специалистам в данной области будет понятно, что смыкающие средства могут быть изготовлены из другого подходящего материала, который способен выдерживать погружение в горячий металл, и обеспечивает требуемое усилие сжатия.In a preferred embodiment, the clamping means is made of metal. However, it will be understood by those skilled in the art that the clamping means may be made of other suitable material that is capable of withstanding immersion in hot metal and provides the required clamping force.
Предпочтительно, чтобы корпус содержал первое соединительное средство, а смыкающие средства содержали вторые соединительные средства, причем первые соединительные средства и вторые соединительные средства выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом. Соединительные средства корпуса могут быть выполнены в виде по меньшей мере одного углубления, предпочтительно двух углублений, в корпусе. Предпочтительно, по меньшей мере одно углубление расположено на поверхности корпуса, которая расположена перпендикулярно верхней поверхности.Preferably, the housing comprises a first connecting means, and the closing means comprise second connecting means, wherein the first connecting means and the second connecting means are designed with the possibility of interacting with each other. The connecting means of the housing can be designed in the form of at least one recess, preferably two recesses, in the housing. Preferably, at least one recess is located on the surface of the housing, which is located perpendicular to the upper surface.
В предпочтительном варианте осуществления смыкающие средства выполнены с возможностью приложения усилия в направлении, перпендикулярном продольной оси X корпуса.In a preferred embodiment, the clamping means are designed to apply force in a direction perpendicular to the longitudinal axis X of the housing.
Предпочтительно, чтобы камера для пробы содержала идентификационные средства. В частности, такие идентификационные средства могут содержать неразрушимую маркировку или этикетку, например, такие идентификационные средства могут представлять собой штрих-код или QR-код.Preferably, the sample chamber comprises identification means. In particular, such identification means may comprise a non-destructive marking or label, for example, such identification means may be a bar code or a QR code.
Кроме того, камера для пробы может содержать впускной патрубок, выполненный с возможностью приема с помощью первого отверстия корпуса. Впускной патрубок предпочтительно выполнен из кварцевого материала, более предпочтительно из расплавленного кварцевого материала. Однако следует понимать, что впускной патрубок может быть изготовлен из любого другого подходящего материала, включая, но не ограничиваясь этим, керамический материал.In addition, the sample chamber may comprise an inlet configured to be received by the first opening of the housing. The inlet is preferably made of a quartz material, more preferably of a molten quartz material. However, it should be understood that the inlet may be made of any other suitable material, including, but not limited to, a ceramic material.
Камера для пробы также может содержать газовый соединитель, выполненный с возможностью приема с помощью второго отверстия. Таким образом, камера для пробы может быть продута потоком газа.The sample chamber may also comprise a gas connector configured to be received by the second opening. In this way, the sample chamber may be purged with a gas flow.
Изобретение также относится к пробоотборнику, содержащему камеру для пробы в соответствии с изобретением, и несущую трубку, выполненную с возможностью вмещать по меньшей мере части камеры для пробы.The invention also relates to a sampler comprising a sample chamber according to the invention and a carrier tube adapted to contain at least parts of the sample chamber.
Камера для пробы может дополнительно содержать измерительную головку, выполненную с возможностью вмещать по меньшей мере части камеры для пробы, поддерживаемую на несущей трубке. Под измерительной головкой следует понимать часть, которая вмещает части, погружаемые в расплавленный металл, для получения измерений и которая впоследствии будет извлечена. Другими словами, измерительная головка обеспечивает одноразовую платформу для погружных деталей. The sample chamber may further comprise a measuring head configured to accommodate at least parts of the sample chamber supported on the carrier tube. The measuring head is understood to mean a part that accommodates parts immersed in the molten metal to obtain measurements and that will subsequently be removed. In other words, the measuring head provides a disposable platform for the immersed parts.
В одном варианте осуществления пробоотборник содержит защитный колпачок, прикрепленный к первому концу впускного патрубка.In one embodiment, the sampler comprises a protective cap attached to the first end of the inlet nozzle.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
На следующих схематических графических материалах показаны аспекты изобретения для улучшения понимания изобретения в связи с некоторыми примерными иллюстрациями, на которых:The following schematic drawings illustrate aspects of the invention to facilitate understanding of the invention in connection with certain exemplary illustrations, in which:
на фиг. 1 показан пробоотборник для отбора проб из ванны с расплавленным металлом;Fig. 1 shows a sampler for taking samples from a bath of molten metal;
на фиг. 2 показан корпус и крышка камеры для пробы, удерживаемые вместе зажимом;Fig. 2 shows the body and cover of the sample chamber held together by a clamp;
на фиг. 3 показан корпус в различных видах;Fig. 3 shows the body in various views;
на фиг. 4 показаны виды сбоку собранной камеры для пробы;Fig. 4 shows side views of the assembled sample chamber;
на фиг. 5 более подробно показаны углубленные части корпуса камеры для пробы;Fig. 5 shows in more detail the recessed parts of the sample chamber body;
на фиг. 6 показана камера для пробы с различными возможными геометриями поперечного сечения сегмента анализа на виде спереди корпуса.Fig. 6 shows the sample chamber with various possible cross-sectional geometries of the analysis segment in a front view of the housing.
На фиг. 1 показан пробоотборник 1 для отбора проб из ванны с расплавленным металлом. Пробоотборник 1 подходит для погружения в расплавленный металл и отбора проб. Показанный пробоотборник 1 содержит измерительную головку 2, которая может быть выполнена из склеенного синтетической смолой кварцевого песка. Измерительная головка 2 поддерживается на несущей трубке 3, которая может быть бумажной несущей трубкой. При использовании держатель зонда или фурму (не показана) предпочтительно вставляют во внутренний объем несущей трубки 3 для обеспечения механического воздействия, необходимого для погружения измерительной головки 2 под поверхность ванны с расплавленным металлом в направлении I погружения.Fig. 1 shows a sampler 1 for taking samples from a bath with molten metal. The sampler 1 is suitable for immersion in the molten metal and taking samples. The shown sampler 1 comprises a measuring head 2, which may be made of quartz sand bonded with synthetic resin. The measuring head 2 is supported on a carrier tube 3, which may be a paper carrier tube. In use, a probe holder or tuyere (not shown) is preferably inserted into the internal volume of the carrier tube 3 to provide the mechanical action necessary for immersing the measuring head 2 under the surface of the bath with molten metal in the immersion direction I.
Измерительная головка 2 содержит камеру 20 для пробы для сбора и извлечения пробы расплавленного металла. Как показано, камера 20 для пробы состоит из корпуса 22 и плоской крышки 23, как более подробно проиллюстрировано на фиг. 2 с точки зрения вида спереди.The measuring head 2 comprises a sample chamber 20 for collecting and extracting a sample of molten metal. As shown, the sample chamber 20 consists of a housing 22 and a flat cover 23, as illustrated in more detail in Fig. 2 from the point of view of the front.
Измерительная головка 2 имеет первый конец и противоположный второй конец. Первый конец измерительной головки 2 соответствует погружному концу измерительной головки 4. Второй конец измерительной головки выполнен с возможностью столкновения с фурмой или держателем зонда. Кроме того, корпус 22 камеры 20 для пробы имеет первый конец 30 и противоположный второй конец 31. Первый конец корпуса 30 соответствует погружной поверхности камеры 20 для пробы. Специалистам в данной области будет понятно, что фраза «погружной конец» означает конец узла, соответствующий пробоотборнику, который первым погружают в расплавленный металл. На первом конце корпуса 30 прикреплен впускной патрубок 5, который размещается в первом отверстии 34. Впускной патрубок 5 обеспечивает поток расплавленного металла из ванны с расплавленным металлом в полость 21 для пробы (не видна на показанном виде на фиг. 1).The measuring head 2 has a first end and an opposite second end. The first end of the measuring head 2 corresponds to the immersion end of the measuring head 4. The second end of the measuring head is configured to collide with a tuyere or a probe holder. In addition, the housing 22 of the sample chamber 20 has a first end 30 and an opposite second end 31. The first end of the housing 30 corresponds to the immersion surface of the sample chamber 20. Those skilled in the art will understand that the phrase "immersion end" means the end of the assembly corresponding to the sampler, which is the first to be immersed in the molten metal. An inlet branch 5 is attached to the first end of the housing 30, which is placed in the first opening 34. The inlet branch 5 provides a flow of molten metal from the bath with molten metal into the cavity 21 for the sample (not visible in the shown view in Fig. 1).
При использовании измерительную головку 2 погружают в направлении I погружения в горячую металлическую ванну. Таким образом, направление притока расплавленного металла при введении в камеру 20 для пробы и ее полость 21 находится в направлении, противоположном направлению I погружения, параллельном продольной оси X полости 21 для пробы.When used, the measuring head 2 is immersed in the direction I of immersion into the hot metal bath. Thus, the direction of the inflow of molten metal when introduced into the chamber 20 for the sample and its cavity 21 is in the direction opposite to the direction I of immersion, parallel to the longitudinal axis X of the cavity 21 for the sample.
Впускной патрубок 5 закрыт первым защитным колпачком 6. Первый защитный колпачок 6 предпочтительно выполнен из металла и более предпочтительно из стали. Второй защитный колпачок 7, в свою очередь, закрывает (и более конкретно охватывает) первый защитный колпачок 6. Второй защитный колпачок 7 прикреплен к измерительной головке 2. Предпочтительно, второй защитный колпачок 7 выполнен из металла и более предпочтительно из стали.The inlet pipe 5 is closed by a first protective cap 6. The first protective cap 6 is preferably made of metal and more preferably of steel. The second protective cap 7, in turn, closes (and more specifically covers) the first protective cap 6. The second protective cap 7 is attached to the measuring head 2. Preferably, the second protective cap 7 is made of metal and more preferably of steel.
Камеру 20 для пробы можно продувать и герметизировать инертным газом, который подается через соединитель (не показан), соединенный со вторым отверстием в корпусе по направлению к впускному патрубку 5. Специалисту в данной области будет понятно, что продувка инертным газом необходима только для определенных применений. После того, как измерительная головка 2 погружена ниже поверхности ванны с горячим металлом, второй защитный колпачок 7 плавится из-за тепла горячего металла, тем самым подвергая первый защитный колпачок 6 воздействию горячего металла. Впоследствии первый защитный колпачок 6 также плавится, тем самым помещая камеру 20 для пробы в гидравлическое сообщение с ванной с горячим металлом. Затем горячий металл поступает в камеру для пробы, в частности, через первое отверстие 34 от погружного конца 30 ко второму концу 31, в то время как газ выводится из полости 21 камеры для пробы через второе отверстие 35.The sample chamber 20 can be purged and sealed with an inert gas, which is supplied through a connector (not shown) connected to the second opening in the housing towards the inlet nozzle 5. It will be understood by a person skilled in the art that purging with an inert gas is necessary only for certain applications. After the measuring head 2 is immersed below the surface of the hot metal bath, the second protective cap 7 melts due to the heat of the hot metal, thereby exposing the first protective cap 6 to the hot metal. Subsequently, the first protective cap 6 also melts, thereby placing the sample chamber 20 in fluid communication with the hot metal bath. Hot metal then enters the sample chamber, in particular through the first opening 34 from the immersion end 30 to the second end 31, while gas is discharged from the cavity 21 of the sample chamber through the second opening 35.
Когда расплавленный металл затвердевает в полости 21 для пробы, проба затвердевшего металла формируется неотделимо от корпуса 22. Измерительная головка 2 легко разрушается, что позволяет извлечь пробоотборную камеру 20 из несущей трубки 3. При наличии зажим 8, удерживающий вместе камеру 20 для пробы, удаляют. В отличие от обычных пробоотборных устройств, проба остается прикрепленной к корпусу 22 пробы. Следовательно, термин «проба», когда он относится к металлическому пробному образцу, доставляемому в ОЭС, относится к неотделимой комбинации извлеченной затвердевшей пробы и корпуса 22 пробы.When the molten metal solidifies in the sample cavity 21, a sample of solidified metal is formed inseparably from the housing 22. The measuring head 2 is easily destroyed, which allows the sample chamber 20 to be removed from the carrier tube 3. If present, the clamp 8 holding the sample chamber 20 together is removed. Unlike conventional sampling devices, the sample remains attached to the sample housing 22. Therefore, the term "sample", when it refers to a metal test piece delivered to the OES, refers to the inseparable combination of the removed solidified sample and the sample housing 22.
Корпус 22 и крышка 23 камеры 20 для проб могут удерживаться вместе зажимом или фиксатором 8, как также показано на фиг. 2, с усилием сжатия, достаточным для противодействия склонности к разделению двух частей из-за усилия расплавленного металла, поступающего в полость 21 для проб и заполняющего ее, и усилия во время фазы продувки перед заполнением пробой. Зажим 8 предпочтительно может быть выполнен из металла. На фиг. 2 показан вид спереди камеры для пробы, т.е. погружной поверхности 30 и первого отверстия 34 корпуса 22. В конфигурации, показанной на фиг. 2A, зажим 8 расположен главным образом на крышке 23. Корпус 22 содержит углубления 10, с которыми может взаимодействовать зажим. Зажим 8 также может быть расположен сбоку, как показано на фиг. 2 B.The housing 22 and the cover 23 of the sample chamber 20 can be held together by a clamp or retainer 8, as also shown in Fig. 2, with a compression force sufficient to counteract the tendency to separate the two parts due to the force of the molten metal entering and filling the sample cavity 21 and the force during the purging phase before filling with a sample. The clamp 8 can preferably be made of metal. Fig. 2 shows a front view of the sample chamber, i.e. the immersion surface 30 and the first opening 34 of the housing 22. In the configuration shown in Fig. 2A, the clamp 8 is located mainly on the cover 23. The housing 22 has recesses 10 with which the clamp can interact. The clamp 8 can also be located on the side, as shown in Fig. 2B.
Для практических целей сборки плоская крышка 23 может иметь приблизительно такую же ширину и длину, что и корпус 22. Первая поверхность крышки 9 выполнена с возможностью столкновения с корпусом 22. Уплотнительный элемент (теперь показан) может быть предусмотрен на первой поверхности крышки 9 таким образом, чтобы быть расположенным между корпусом 22 и крышкой 23 в собранной конфигурации камеры 20 для пробы.For practical assembly purposes, the flat cover 23 may have approximately the same width and length as the housing 22. The first surface of the cover 9 is configured to collide with the housing 22. A sealing element (now shown) may be provided on the first surface of the cover 9 so as to be located between the housing 22 and the cover 23 in the assembled configuration of the sample chamber 20.
На фиг. 3 показан корпус 22 в соответствии с вариантами осуществления изобретения на различных видах. В частности, на фиг. 3A показан частичный вид с вырезом, а на фиг. 3B показан вид сверху на верхней поверхности 32 корпуса 22 с углублением 40. Сегменты, расположенные ниже верхней поверхности и, следовательно, не видимые на представленном виде, обозначены серыми линиями. Показанная на фигурах верхняя поверхность 32 представляет собой поверхность для анализа, что означает, что она является геометрической стороной корпуса 22, на которой собирают пробу и которая выполнена с возможностью расположения во время анализа на предметном столике оптико-эмиссионного спектрометра лицевой стороной вниз. Во время анализа инертный газ продувается в искровую камеру спектрометра, поскольку такие утечки между анализируемой пробой и предметным столиком спектрометра недопустимы. Кроме того, поверхность для анализа пробы затвердевшего металла, которая примыкает к крышке, помогает закрыть отверстие ОЭС. Поэтому для полного закрытия отверстия спектрометра требуется полное заполнение данной поверхности. В частности, передняя часть расплавленного металла, поступающего в полость для пробы, до затвердевания должна, по меньшей мере, достигать сегмента вентиляции.Fig. 3 shows the housing 22 according to embodiments of the invention in various views. In particular, Fig. 3A shows a partial view with a cutaway, and Fig. 3B shows a top view of the upper surface 32 of the housing 22 with a recess 40. Segments located below the upper surface and therefore not visible in the shown view are indicated by gray lines. The upper surface 32 shown in the figures is an analysis surface, which means that it is the geometric side of the housing 22 on which the sample is collected and which is designed to be positioned face down on the stage of the optical emission spectrometer during the analysis. During the analysis, an inert gas is blown into the spark chamber of the spectrometer, since such leaks between the analyzed sample and the stage of the spectrometer are unacceptable. In addition, the surface for analyzing the solidified metal sample, which is adjacent to the cover, helps to close the opening of the OES. Therefore, to completely close the spectrometer opening, it is necessary to completely fill this surface. In particular, the front part of the molten metal entering the sample cavity must at least reach the ventilation segment before solidification.
Верхняя поверхность 32 содержит углубление 40, которое образует по меньшей мере часть полости 21 для пробы камеры 20 для пробы. Как проиллюстрировано, верхняя поверхность 32 проходит между погружным концом или поверхностью 30 и противоположным концом или поверхностью корпуса 31. На фиг. 3A и B показано, что верхняя поверхность 32 выполнена полой с образованием различных сегментов полости 21 для пробы для приема расплавленного металла, сбора пробы расплавленного металла и вентиляции полости. Углубление 40 определяется удлиненной формой.The upper surface 32 comprises a recess 40 which forms at least a part of the cavity 21 for a sample of the chamber 20 for a sample. As illustrated, the upper surface 32 extends between the immersion end or surface 30 and the opposite end or surface of the body 31. In Fig. 3A and B it is shown that the upper surface 32 is made hollow to form various segments of the cavity 21 for a sample for receiving molten metal, collecting a sample of molten metal and ventilating the cavity. The recess 40 is defined by an elongated shape.
На фиг. 3B также показано, где находятся продольная ось X корпуса и ширина W и длина L углубления 40. Также видна углубленная поверхность корпуса 41, содержащая еще два углубления ниже плоскости верхней поверхности. В показанном варианте осуществления углубленная часть корпуса 22 содержит два дополнительных сегмента, а именно сегмент 43 распределения и сегмент 46 соединителя. Следует отметить, что оба сегмента 43 и 46 не видны в части корпуса, показанной на фиг. 3А. Как проиллюстрировано, углубленная поверхность 41 содержит все части корпуса внутри углубления 40, как видно на показанном виде. В проиллюстрированном варианте осуществления противоположные концы углубления 40 (т.е. передний конец и задний конец с точки зрения направления I погружения) закруглены для удобства обработки. Однако специалистам в данной области будет понятно, что концы могут иметь любую форму. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, верхняя поверхность корпуса 32 содержит обод 11. Такой обод может усиливать уплотнение с крышкой, особенно в случаях, когда дополнительный уплотнительный элемент также является частью узла камеры для пробы.Fig. 3B also shows where the longitudinal axis X of the housing and the width W and length L of the recess 40 are located. Also visible is the recessed surface of the housing 41, which contains two more recesses below the plane of the upper surface. In the illustrated embodiment, the recessed portion of the housing 22 contains two additional segments, namely the distribution segment 43 and the connector segment 46. It should be noted that both segments 43 and 46 are not visible in the portion of the housing shown in Fig. 3A. As illustrated, the recessed surface 41 contains all parts of the housing inside the recess 40, as seen in the shown view. In the illustrated embodiment, the opposite ends of the recess 40 (i.e. the front end and the rear end from the point of view of the immersion direction I) are rounded for ease of processing. However, it will be understood by those skilled in the art that the ends can have any shape. In the embodiment of the invention shown in Fig. 3, the upper surface of the housing 32 comprises a rim 11. Such a rim can enhance the seal with the lid, especially in cases where the additional sealing element is also part of the sample chamber assembly.
На фиг. 4 показаны виды сбоку собранной камеры для проб в соответствии с вариантами осуществления изобретения. На фиг. 4A камера 20 для проб показана в собранной конфигурации с впускным патрубком 5. Крышка 23 расположена на верхней поверхности 32 корпуса 22 вдоль плоскости анализа AP, закрывая полые части корпуса, тем самым создавая полость 21 для пробы. В показанной конфигурации впускной патрубок 5 сообщается с сегментом 42 впуска полости 21 для пробы. На фиг. 4B показан альтернативный вариант осуществления изобретения с раскисляющим элементом 12, расположенным внутри впускного патрубка 5. Fig. 4 shows side views of an assembled sample chamber according to embodiments of the invention. In Fig. 4A, the sample chamber 20 is shown in an assembled configuration with an inlet nozzle 5. A cover 23 is located on the upper surface 32 of the housing 22 along the analysis plane AP, closing the hollow parts of the housing, thereby creating a sample cavity 21. In the configuration shown, the inlet nozzle 5 communicates with an inlet segment 42 of the sample cavity 21. In Fig. 4B, an alternative embodiment of the invention is shown with a deoxidizing element 12 located inside the inlet nozzle 5.
На фиг. 5 более подробно показаны различные конфигурации полого объема, то есть полости для пробы, корпуса 22, иллюстрирующие конфигурации различных сегментов полости 21 для пробы относительно друг друга для некоторых вариантов осуществления. Верхняя часть углубления, ограниченная плоскостью анализа AP, образует сегмент 44 анализа. Сегмент 44 анализа полностью перекрывает сегмент 43 распределения и сегмент 45 вентиляции. Вышеупомянутые три сегмента образуют u-образное углубление, которое соединено по текучей среде с первым отверстием 34, необязательно через сегмент 42 впуска. Сегмент 44 анализа, как показано, имеет одинаковую глубину в направлении центральной продольной оси X. Сегмент 45 вентиляции может быть дополнительно соединен с сегментом 46 соединителя, расположенным на противоположной стороне корпуса, как показано на фиг. 5A. На фиг. 5B показана альтернативная конфигурация, в которой сегмент 45 вентиляции непосредственно соединен со вторым отверстием 35 в поверхности корпуса, противоположной верхней поверхности 32, то есть нижней поверхности 33. В обоих вариантах осуществления сегмент 45 вентиляции расположен на одном уровне с концом сегмента 47 анализа.In Fig. 5, various configurations of the hollow volume, i.e. the sample cavity, of the housing 22 are shown in more detail, illustrating the configurations of the various segments of the sample cavity 21 relative to each other for some embodiments. The upper part of the recess, limited by the analysis plane AP, forms the analysis segment 44. The analysis segment 44 completely overlaps the distribution segment 43 and the ventilation segment 45. The above-mentioned three segments form a u-shaped recess, which is fluidly connected to the first opening 34, optionally through the inlet segment 42. The analysis segment 44, as shown, has the same depth in the direction of the central longitudinal axis X. The ventilation segment 45 can be further connected to a connector segment 46 located on the opposite side of the housing, as shown in Fig. 5A. In Fig. 5B shows an alternative configuration in which the ventilation segment 45 is directly connected to the second opening 35 in the surface of the housing opposite the upper surface 32, i.e. the lower surface 33. In both embodiments, the ventilation segment 45 is located at the same level with the end of the analysis segment 47.
Сегмент 44 анализа ограничен плоскостью анализа AP с одной стороны и нижней плоскостью BP с противоположной стороны, обе плоскости показаны пунктирными линиями на фиг. 5. Нижняя плоскость BP частично представляет собой воображаемую плоскость, проходящую через плоскость углубленной поверхности через сегмент 43 распределения и сегмент 45 вентиляции вдоль центральной продольной оси X. Центральная ось сегмента D распределения, а также центральная ось сегмента V вентиляции расположены перпендикулярно к центральной продольной оси X и плоскости анализа AP в обоих показанных вариантах осуществления.The analysis segment 44 is limited by the analysis plane AP on one side and by the lower plane BP on the opposite side, both planes are shown by dashed lines in Fig. 5. The lower plane BP partially represents an imaginary plane passing through the plane of the recessed surface through the distribution segment 43 and the ventilation segment 45 along the central longitudinal axis X. The central axis of the distribution segment D, as well as the central axis of the ventilation segment V, are located perpendicular to the central longitudinal axis X and the analysis plane AP in both embodiments shown.
Углубленная поверхность корпуса 22 содержит несколько частей, как также показано на фигурах. Первая часть HFD, которая образует нижнюю границу сегмента 43 распределения, вторая часть HFA, которая образует нижнюю границу сегмента 44 анализа, и третья часть HFV, которая образует нижнюю границу сегмента 45 вентиляции. В проиллюстрированной конфигурации на фиг. 5B углубленная поверхность содержит только два сегмента.The recessed surface of the housing 22 comprises several parts, as also shown in the figures. The first part HF D , which forms the lower boundary of the distribution segment 43, the second part HF A , which forms the lower boundary of the analysis segment 44, and the third part HF V , which forms the lower boundary of the ventilation segment 45. In the illustrated configuration in Fig. 5B, the recessed surface comprises only two segments.
Предпочтительно, когда отбирают пробу, расплавленный металл полностью заполняет сегмент 44 анализа и затвердевает в нем напротив крышки 23, в частности, вдоль плоскости анализа AP. Показанная конфигурация сегментов углубленных частей корпуса обеспечивает выполнение данных требований. Минимальное отклонение поперечного сечения сегмента анализа по его длине вместе с расположением сегмента вентиляции полностью ниже данного сегмента обеспечивает полное заполнение до того, как фронт расплавленного металла, поступающий в камеру для пробы, начнет затвердевать.Preferably, when a sample is taken, the molten metal completely fills the analysis segment 44 and solidifies in it opposite the cover 23, in particular along the plane of analysis AP. The shown configuration of the segments of the recessed parts of the housing ensures that these requirements are met. The minimum deviation of the cross-section of the analysis segment along its length together with the location of the ventilation segment completely below this segment ensures complete filling before the front of the molten metal entering the sample chamber begins to solidify.
На фиг. 6 показаны варианты осуществления камеры для пробы с различными возможными геометриями поперечного сечения сегмента анализа на виде спереди корпуса 22, т.е. в направлении вдоль продольной оси X, и соответствующие параметры, используемые для описания сегмента анализа. Также показана крышка 23. Следует отметить, что показанные размеры не обязательно нарисованы в масштабе. На фиг. 6A поперечное сечение сегмента 44 анализа имеет прямоугольную форму. С верхней стороны он окружен крышкой 23, которая также определяет плоскость анализа AP. С противоположной стороны сегмент ограничен нижней плоскостью BP. Специалисту в данной области будет понятно, что площадь поперечного сечения определяется шириной W и глубиной D сегмента. На фиг. 6В показан сегмент 44 анализа с нижней плоскостью треугольной формы, тогда как на фиг. 6С показано поперечное сечение сегмента 44 анализа выпуклой формы.In Fig. 6 embodiments of the sample chamber with different possible geometries of the cross-section of the analysis segment are shown in a front view of the housing 22, i.e. in the direction along the longitudinal axis X, and the corresponding parameters used to describe the analysis segment. A cover 23 is also shown. It should be noted that the dimensions shown are not necessarily drawn to scale. In Fig. 6A the cross-section of the analysis segment 44 has a rectangular shape. On the upper side it is surrounded by the cover 23, which also defines the analysis plane AP. On the opposite side, the segment is limited by the lower plane BP. It will be understood by a person skilled in the art that the cross-sectional area is determined by the width W and the depth D of the segment. In Fig. 6B the analysis segment 44 is shown with a lower plane of a triangular shape, while in Fig. 6C the cross-section of the analysis segment 44 is shown with a convex shape.
Признаки, раскрытые в формуле изобретения, описании и чертежах, могут быть существенными для различных вариантов осуществления заявленного изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации друг с другом.The features disclosed in the claims, description and drawings may be essential for various embodiments of the claimed invention, both individually and in any combination with each other.
Ссылочные позицииLink positions
Claims (22)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP22152596.7 | 2022-01-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2024118282A RU2024118282A (en) | 2024-07-25 |
RU2840664C2 true RU2840664C2 (en) | 2025-05-27 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5421215A (en) * | 1992-02-19 | 1995-06-06 | Heraeus Electro-Nite International N. V. | Immersion sampler for molten metals with reduced area slit-shaped inlet |
CN100570321C (en) * | 2004-09-08 | 2009-12-16 | 又进电侧骑士有限公司 | Sampling device for composite probes to obtain samples with high purity |
US20140318276A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-30 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Sampler and sampling method |
EP3336511A1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-20 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Direct analysis sampler |
RU2672646C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ЕВРАЗИЙСКИЕ ПРИБОРЫ" | Steel melts process parameters measuring device with simultaneous sample selection |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5421215A (en) * | 1992-02-19 | 1995-06-06 | Heraeus Electro-Nite International N. V. | Immersion sampler for molten metals with reduced area slit-shaped inlet |
CN100570321C (en) * | 2004-09-08 | 2009-12-16 | 又进电侧骑士有限公司 | Sampling device for composite probes to obtain samples with high purity |
US20140318276A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-30 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Sampler and sampling method |
EP3336511A1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-20 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Direct analysis sampler |
RU2672646C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ЕВРАЗИЙСКИЕ ПРИБОРЫ" | Steel melts process parameters measuring device with simultaneous sample selection |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6539716B2 (en) | Direct analysis sampler | |
JP6723978B2 (en) | Direct analysis sampler with heat sink | |
JP6465952B2 (en) | Sampler for hot metal | |
JP7355788B2 (en) | Improved molten metal sampler | |
RU2840664C2 (en) | Improved sample chamber for molten metal | |
US20250116576A1 (en) | Improved sample chamber for molten metal | |
KR20090103244A (en) | A sampler picker for hot metal probe | |
BR102019011243B1 (en) | IMPROVED MOLTEN METAL SAMPLER |