ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ИЗ РАСПЛАВОВ С ТОЧКОЙ ПЛАВЛЕНИЯ ВЫШЕ 600°C И СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ Российский патент 2014 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к пробоотборнику для отбора проб из расплавов с точкой плавления выше 600°С, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, в частности, расплавов железа или стали, содержащему имеющую погружной конец несущую трубку и размещенный на погружном конце несущей трубки узел пробозаборной камеры, имеющий входное отверстие и пробоотборную полость для расплава, причем этот узел размещен по меньшей мере частично внутри несущей трубки. Кроме того, изобретения относится к узлу пробозаборной камеры для такого пробоотборника, а также к способу отбора проб с использованием такого пробоотборника.

Известны многочисленные пробоотборники для расплавов, в частности для металлических или криолитовых расплавов. Например, в DE 32 33 677 C1 описывается пробоотборник для металла и шлака. При этом на погружном конце несущей трубки предусмотрено входное отверстие для пробоотборной полости, которое закрыто защитным колпачком. Подобные пробоотборники известны из EP 1 544 591 A2 или из DE 25 04 583 A1.

Из DE 10 2005 060 492 B3 известна комбинация из пробоотборника и датчиков для измерения в расплавах металла или шлака. При этом раскрыта измерительная головка для размещения датчиков, дополнительно имеющая на своем погружном конце входное отверстие для пробоотборной полости.

Общим у этих пробоотборников является то, что пробоотборная полость размещена на погружном конце несущей трубки, предназначенном для погружения в расплав, причем после взятия пробы и вытягивания несущей трубки из расплава погружной конец с пробоотборной полостью отделяют от несущей трубки, а после этого пробу удаляют из пробоотборной полости и подают в устройство анализа. Другие подобные конструкции раскрыты, например, в US 6113669.

Несущие трубки описаны, помимо прочих, в EP 143 498 A2 и US 4893516. При этом также раскрыто, что несущая трубка для измерения или взятия проб прикреплена к стержню («копью»). Стержень служит для автоматизированного, механизированного или ручного манипулирования несущей трубкой с пробоотборной полостью или датчиками. При помощи стержня несущую трубку погружают в расплав металла и вытягивают из него. Несущая трубка с пробоотборником или чувствительным оборудованием является одноразовым изделием, которое утилизируют после однократного применения, в то время как стержень (также называемый несущим стержнем) используют многократно.

Стержень служит не только для погружения несущей трубки, но и для передачи сигналов по проходящему через стержень сигнальному кабелю. Стержень соединен с несущей трубкой посредством так называемого соединительного узла, причем в соединительный узел также могут быть встроены сигнальные кабели или другие функциональные блоки. Соответствующие контакты, с помощью которых имеет место передача сигналов через несущий стержень, представлены, в частности, в DE 10 2005 060 492 B3.

В известных пробоотборниках удаление пробы из пробоотборной полости происходит непосредственно после вытягивания несущей трубки из расплава металла, при этом погружной конец несущей трубки и пробоотборная полость сами по себе разрушаются при высвобождении находящейся в пробоотборной полости пробы. Для этой цели несущую трубку можно просто уронить на пол возле емкости с расплавом для того, чтобы и так уже поврежденная в процессе погружения несущая трубка, которая, как правило, выполнена из картона, распалась на части и высвободила пробу. Пробоотборные полости для горячих расплавов, таких как расплавы металлов, часто выполнены из состоящих из двух частей узлов пробозаборной камеры, так чтобы обе эти части распадались и высвобождали пробу. В частности, в случае высокотемпературных расплавов, таких как расплавы стали, сама проба все еще является очень горячей, когда она подвергается воздействию окружающего воздуха при открывании пробоотборной полости. При этом поверхность пробы может окисляться, поэтому перед анализом требуется последующая обработка пробы. Из DE 25 04 583 A1 также известно вытягивание узла пробозаборной камеры наружу через защитный кожух.

Задачей настоящего изобретения является улучшение известных пробоотборников, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, в частности, расплавов железа или стали, и обеспечение возможности более быстрого анализа проб.

Эта задача решается согласно изобретению посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Пробоотборник отличается, в частности, тем, что узел пробозаборной камеры имеет на части своей внешней поверхности размещенное внутри несущей трубки соединительное приспособление для присоединения несущего стержня и что узел пробозаборной камеры имеет внутреннюю стенку для пробоотборной полости (т.е. часть, непосредственно окружающую пробоотборную полость, в которой должна быть получена проба) и внешнюю стенку, при этом внешняя стенка окружает внутреннюю стенку по меньшей мере частично на расстоянии от нее таким образом, чтобы между внешней стенкой и внутренней стенкой было расположено полое пространство. Полое пространство может быть заполнено газом, в частности, инертным газом, или может содержать вакуум. Таким образом, в узле пробозаборной камеры создается что-то типа двойной камеры, при этом внутренняя камера представляет собой пробоотборную полость, а окружающая внутреннюю камеру внешняя камера образует газовое пространство (вакуумное пространство).

При этом возможно вытягивание всего узла пробозаборной камеры или его части с помощью несущего стержня из противоположного погружному концу конца несущей трубки так, чтобы поверхность пробы была открыта и доступна для анализа. В силу того, что эта открытость поверхности может иметь место либо в несущей трубке, либо при удалении всего узла пробозаборной камеры через несущую трубку наружу, проба может быть подвергнута анализу при контролируемых условиях. При этом удаление пробы или открывание поверхности пробы происходит таким образом, чтобы она могла быть доставлена на анализ непосредственно и без предварительной подготовки. В этом контексте под термином «анализ пробы» следует понимать прием необходимых для оценки оптических сигналов с помощью спектрометра (и оценку сигналов); на основе этих результатов посылку сигналов на устройства оценки результатов, компьютеры и тому подобное.

В частности, предпочтительно, чтобы узел пробозаборной камеры имел в качестве внутренней стенки множество непосредственно окружающих пробоотборную полость и отсоединяемых друг от друга частей, при этом по меньшей мере одна из этих частей размещена внутри несущей трубки. Таким образом, по меньшей мере эта часть посредством несущего стержня может быть удалена от пробы через несущую трубку. Еще более целесообразно, чтобы узел пробозаборной камеры или имеющая соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры был(а) размещен(а) на погружном конце несущей трубки таким образом, чтобы узел пробозаборной камеры или имеющая соединительное приспособление его часть мог(ла) быть перемещен(а) через внутренность несущей трубки к концу несущей трубки, противоположному погружному концу, и там мог(ла) быть вытащен(а) из несущей трубки.

Предпочтительно, узел пробозаборной камеры или имеющая соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры имеет перпендикулярное продольной оси несущей трубки сечение, которое является самое большее столь же большим, как и сечение внутренности несущей трубки, перпендикулярное ее продольной оси. При этом сечение узла пробозаборной камеры или имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры характеризуется своим контуром (окаймляющим краем), который ни в каком месте не должен выступать за сечение внутренности несущей трубки, поскольку в противном случае удаление узла пробозаборной камеры или его части через несущую трубку будет невозможным или возможным только после наклона относительно продольной оси, что либо мешает доступу, или обеспечивает его только с повышенными усилиями.

Целесообразно, чтобы узел пробозаборной камеры имел первую часть и вторую часть, которые вместе окружают пробоотборную полость, чтобы несущая трубка имела содержащую соединительное приспособление основную часть и концевую часть, размещенную с возможностью отсоединения от основной части на погружном конце несущей трубки, при этом первая часть узла пробозаборной камеры закреплена на основной части, а вторая часть узла пробозаборной камеры закреплена на концевой части несущей трубки. Таким образом, можно легко и быстро разобрать несущую трубку после взятия пробы, при этом части узла пробозаборной камеры одновременно отсоединяются друг от друга, так чтобы часть поверхности пробы была свободно доступной для анализа. Несущая трубка не должна разделяться на части или разрезаться с большими усилиями, поскольку она имеет точку слома в месте, в котором соединены основная часть и концевая часть.

Концевая часть может быть соединена с основной частью посредством соединения с тугой посадкой или резьбового соединения. Предпочтительно, концевая часть может быть соединена с основной частью посредством зажимов или скоб. Таким образом, с одной стороны, предусмотрено надежное соединение для транспортировки и использования пробоотборника, а, с другой стороны, возможно легкое и быстрое отделение просто с помощью рук или инструментов. Если пробоотборник дополнительно имеет датчики на своем погружном конце, такие как, например, термоэлемент (термопара) или электрохимический датчик, то соединительные провода этих датчиков проложены через внутренность несущей трубки. При отделении концевой части от основной части несущей трубки эти соединительные провода также отделяются. При этом могут быть предусмотрены заданные точки слома или обычные механизмы разделения, которые разделяют соединительные провода ниже открываемой поверхности пробы, т.е. между поверхностью пробы и погружным концом пробоотборника. Таким образом предотвращается возможное попадание соединительных проводов на анализируемую поверхность пробы или над ней, что может помешать анализу.

Также преимущественно, чтобы соединительное приспособление было выполнено в виде соединения-защелки или в виде байонетной муфты или в виде резьбового соединения для того, чтобы обеспечить простое присоединение к стандартным несущим стержням. Кроме того, целесообразно, чтобы отношение массы отобранного в пробоотборную полость расплава к массе узла пробозаборной камеры, в частности, внутренней стенки узла пробозаборной камеры, без расплава составляло менее 0,8, предпочтительно, самое большее 0,1. Это обеспечивает быстрое охлаждение затекшего в пробоотборную полость расплава, так что он при открывании поверхности пробы уже достаточно охлажден, чтобы в максимально возможной степени предотвратить окисление для того, чтобы последующая обработка поверхности пробы была не нужна.

Узел пробозаборной камеры имеет внутреннюю стенку для пробоотборной полости и внешнюю стенку, при этом внешняя стенка окружает внутреннюю стенку по меньшей мере частично на расстоянии от нее, образуя полое пространство. Отношение масс может быть определено с помощью материала внутренней стенки для пробоотборной полости. Внутренняя стенка узла пробозаборной камеры может быть выполнена полностью или частично из меди для увеличения охлаждающего эффекта. Благодаря частичному размещению внешней стенки на некотором расстоянии от внутренней стенки, в получившееся в результате полое пространство может быть введен инертный газ для того, чтобы создать неокисляющую атмосферу в непосредственной окрестности пробы. Инертный газ может предпочтительно подаваться за счет того, что соединительное приспособление имеет по меньшей мере один канал протекания газа, который проходит через внешнюю стенку узла пробозаборной камеры или доходит до этой стенки.

Узел пробозаборной камеры по изобретению для описанного выше пробоотборника, имеющий пробоотборную полость, непосредственно окруженную образованной из множества частей внутренней стенкой, и соединенную с пробоотборной полостью входную трубку для приема пробы из металлического или криолитового расплава, в частности, расплава стали, в пробоотборную полость, причем входная трубка сообщается с входным отверстием в пробоотборной полости, отличается тем, что отношение V между массой М (г) пробы и материала внутренней стенки характеризуется следующим соотношением:

$$V=\frac{M\times 24000}{m\times c\times \lambda }<\mathrm{0.15,}$$

где m - масса внутренней стенки (г), c - удельная теплоемкость (Дж/кг·К), а λ - удельная теплопроводность (Вт/м·К) материала внутренней стенки. Предпочтительно, что отношение V<0,05. Это обуславливает быстрое охлаждение втекающего расплава, например, от более 1600°C (в случае расплава стали) до 200-300°C, для того, чтобы поверхность для анализа могла быть обеспечена без окисления. Проба может быть, например, пробой стали или железа, и в качестве материала внутренней стенки подходит, помимо прочих, медь или алюминий.

Узел пробозаборной камеры за счет своих двух частей внутренней стенки имеет плоскую форму (например, круглый диск) с плоской, гладкой поверхностью пробы, открытой после удаления одной части внутренней стенки. Вторая часть внутренней стенки, в которой сначала остается проба, может иметь отверстия, через которые может выходить газ при наполнении пробоотборной полости или через которые газ может быть предварительно откачан, образуя вакуум, и через которые, при необходимости, может выходить имеющийся избыток втекающего расплава. Выходящий через отверстия расплав затвердевает, равно как и сама проба, фиксируя пробу на этой второй части внутренней стенки, так что она может быть более легко подана на анализ. Первая часть внутренней стенки также может иметь отверстия для продувки пробоотборной полости.

Отношение объема пробы, т.е. объема (в мм) пробоотборной полости, к суммарному сечению (в мм²) отверстий, выходящих из пробоотборной полости и служащих для продувки, составляет менее 500 мм, предпочтительно менее 100 мм, для обеспечения эффективной продувки.

Части стенки узла пробозаборной камеры могут быть прижаты вплотную друг к другу и, таким образом, удерживаются вместе при помощи пружин, в частности, спиральных пружин.

Узел пробозаборной камеры предпочтительно имеет по меньшей мере две части, непосредственно окружающие пробоотборную полость и отсоединяемые друг от друга.

Предпочтительно, входная трубка имеет уменьшенное сечение у входного отверстия. Таким образом, она выполнена как трубка с приблизительно одинаковым диаметром и сечением по всей своей длине, причем сечение уменьшается у входного отверстия. Противоположное отверстие для впуска расплава во входную трубку также может иметь уменьшенное сечение, которое предпочтительно является меньшим, чем сечение входного отверстия в пробоотборной полости. При этом сечение входной трубки предпочтительно является круглым, а противоположное отверстие может иметь диаметр приблизительно 3 мм, в то время как входная трубка может иметь диаметр приблизительно 8 мм по всей своей длине, и входное отверстие в пробоотборную полость может иметь диаметр приблизительно 6 мм.

Предусмотренный согласно изобретению способ отбора проб из расплавов с температурой плавления более 600°С, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, в частности, для расплавов железа или стали, с использованием пробоотборника согласно изобретению, при котором несущий стержень задвигают в несущую трубку через противоположный погружному концу конец несущей трубки, отличается тем, что несущий стержень присоединяют к соединительному приспособлению узла пробозаборной камеры, что после этого погружной конец несущей трубки погружают в расплав и наполняют пробоотборную полость узла пробозаборной камеры расплавом, что затем узел пробозаборной камеры или имеющую соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры вытягивают через несущую трубку с помощью несущего стержня из противоположного погружному концу конца несущей трубки, и что после вытягивания имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки, при котором часть поверхности находящейся в узле пробозаборной камеры пробы приходит в непосредственный контакт с окружающей средой узла пробозаборной камеры (или с расположенным между внутренней стенкой и внешней стенкой узла пробозаборной камеры полым пространством), задвигают в несущую трубку стержень, имеющий спектрометр, и анализируют поверхность пробы с помощью спектрометра.

Альтернативный вариант реализации предусмотренного согласно изобретению способа отбора проб из расплавов с температурой плавления более 600°С, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, в частности, для расплавов железа или стали, с использованием пробоотборника согласно изобретению, при котором несущий стержень задвигают в несущую трубку через противоположный погружному концу несущей трубки конец, отличается тем, что несущий стержень присоединяют к соединительному приспособлению узла пробозаборной камеры, что после этого погружной конец несущей трубки погружают в расплав и наполняют пробоотборную полость узла пробозаборной камеры расплавом, что затем узел пробозаборной камеры или имеющую соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры вытягивают через несущую трубку с помощью несущего стержня из противоположного погружному концу конца несущей трубки, и что после вытягивания имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки, при котором часть поверхности находящейся в узле пробозаборной камеры пробы приходит в непосредственный контакт с окружающей средой узла пробозаборной камеры (или с расположенным между внутренней стенкой и внешней стенкой узла пробозаборной камеры полым пространством), стержень, имеющий захват или манипулятор, задвигают в несущую трубку, этот захват или манипулятор захватывает пробу, удаляет ее из узла пробозаборной камеры и вытягивает ее через несущую трубку из противоположного погружному концу конца несущей трубки.

Таким образом, проба относительно долго остается в сравнительно хорошо защищенной среде и может охлаждаться там до температуры, при которой поверхность пробы немедленно не окисляется, так чтобы она могла быть проанализирована без дополнительной обработки. В отношении температур расплавов железа или стали более 1450°С, эта температура составляет лишь несколько сотен градусов по шкале Цельсия, например 200-300°С. При этом анализ происходит в относительно защищенной среде без необходимости удаления самой пробы из несущей трубки. Это может быть особенно выгодным в том случае, если не удаленная при помощи несущего стержня часть узла пробозаборной камеры прикрепляется, по разным причинам, к погружному концу несущей трубки таким образом, что она не может быть удалена из него без разрушения несущей трубки.

Предпочтительно, пробозаборную камеру после вытягивания из несущей трубки подают в устройство анализа.

Кроме того, может быть предпочтительным, чтобы после вытягивания имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки, при котором часть поверхности находящейся в узле пробозаборной камеры пробы приходит в непосредственный контакт с окружающей средой узла пробозаборной камеры (или с расположенным между внутренней стенкой и внешней стенкой узла пробозаборной камеры полым пространством), проба была удалена из погружного конца несущей трубки, при этом она либо вытягивается через погружной конец, либо погружной конец или его часть с пробой удаляется из несущей трубки. Это может иметь смысл, если из-за конструкционных или технологических особенностей анализ внутри несущей трубки или отвод пробы через несущую трубку не возможен или не целесообразен. Предпочтительно, чтобы проба подавалась в устройство анализа снаружи несущей трубки.

Также предпочтительно, чтобы несущая трубка перед вытягиванием узла пробозаборной камеры или имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки была вытащена из расплава. Кроме того, может оказаться целесообразным, чтобы во время и/или после отпора пробы к узлу пробозаборной камеры или в полое пространство узла пробозаборной камеры подводился инертный газ. Таким образом, не допускается попадание кислорода в пробу для того, чтобы даже при высокой температуре проба на могла окисляться и анализ был возможен без дополнительной последующей обработки пробы.

Далее, настоящее изобретение объясняется посредством примеров на основе чертежей. На чертежах показаны:

Фиг.1 - схематический вид пробоотборника согласно изобретению,

Фиг.2 - части пробоотборника после удаления пробы,

Фиг.3 - части пробоотборника перед анализом,

Фиг.4 - части пробозаборной камеры,

Фиг.5 - анализ внутри несущей трубки,

Фиг.6 - удаление пробы внутри несущей трубки,

Фиг.7 - подготовка к анализу путем отделения погружного конца пробоотборника,

Фиг.8 - другой пробоотборник согласно изобретению,

Фиг.9 - части другого пробоотборника во время удаления пробы из формы,

Фиг.10 - верхняя часть внутренней стенки узла пробозаборной камеры,

Фиг.11 - нижняя часть внутренней стенки узла пробозаборной камеры,

Фиг.12 - узел пробозаборной камеры с внутренней и внешней стенками,

Фиг.13 - разобранный узел пробозаборной камеры с внутренней и внешней стенками.

На Фиг.1 показан вид в разрезе погружного конца пробоотборника. На погружном конце несущей трубки 1 сходятся входная трубка 2 для пробы расплава металла и термопара 3. Входная трубка 2 защищена металлическим колпачком 4. Этот колпачок и наружный защитный колпачок 5 из металла предотвращают повреждение во время транспортировки и повреждение при проникновении пробоотборника через шлаковый слой, до того как отверстие входной трубки 2 освобождается после погружения в расплав металла, например, расплав стали. Термопара 3 и входная трубка 2 закреплены в огнеупорном элементе 6. Входная трубка 2 открывается (выходит) в охлаждающий элемент 7, через сквозное отверстие 8 которого расплав металла проникает в пробоотборную полость 9. Эта полость закрыта на ее верхней стороне (видимой в направлении погружения) верхним охлаждающим элементом 10. Охлаждающие элементы 7; 10 могут быть выполнены из меди для того, чтобы возникал более быстрый отток тепла от взятой пробы и проба быстро охлаждалась. Нижний охлаждающий элемент 7 и верхний охлаждающий элемент 10 вместе образуют внутреннюю стенку узла пробозаборной камеры. Сама пробоотборная полость 9 имеет толщину приблизительно 2 мм и диаметр приблизительно 28 мм.

Предпочтительно, чтобы отношение массы затекшего в пробоотборную полость 9 расплава стали к массе охлаждающих элементов 7; 10 составлял менее 0,1 для того, чтобы расплав металла очень быстро затвердевал и охлаждался до температуры приблизительно 200°С. Охлаждающие элементы 7; 10 выполнены из меди. В таком случае, при приведенных на чертежах относительных размерах, это приводит к отношению V приблизительно 0,0167. Верхний охлаждающий элемент 10 прижимается к нижнему охлаждающему элементу 7 с помощью спиральной пружины так, чтобы пробоотборная полость 9 была уплотнена. Контрупор спиральной пружины 11 образован внешней стенкой 12; 12' узла пробозаборной камеры. Нижняя часть 12' внешней стенки имеет сквозное отверстие для входной трубки 2 и образует нижний контрупор для спиральной пружины 11 и для охлаждающих элементов 7; 10. Охлаждающие элементы 7; 10 образуют внутреннюю стенку узла пробозаборной камеры. Обе части внешней стенки 12; 12' скреплены друг с другом и уплотнены с помощью уплотнения 13.

На верхней стороне верхней части 12 внешней стенки размещено соединительное приспособление 14 для не показанного на чертеже несущего стержня. Соединительное приспособление 14 выполнено в виде соединения-защелки, так что несущий стержень может быть прикреплен к нему, и после взятия пробы верхняя часть 12 верхней стенки с верхним охлаждающим элементом 10 или же весь узел пробозаборной камеры, включая нижнюю часть 12' внешней стенки и нижний охлаждающий элемент 7, может быть вытащен вверх через несущую трубку 1. При вытягивании всего узла пробозаборной камеры также может быть вытащена входная трубка 2, которая закреплена в нижней части узла пробозаборной камеры.

Соединительное приспособление 14 имеет проходящий по существу по его продольной оси канал протекания газа, который через несущий стержень может быть соединен с источником инертного газа и через который инертный газ может быть введен внутрь полого пространства 15 узла пробозаборной камеры для того, чтобы после удаления верхнего охлаждающего элемента 7 от пробоотборной полости 9 проба была окружена инертным газом и не могла окисляться. Известным образом термопара 3 имеет на своем конце, показанном только схематично и расположенном противоположно погружному концу, электрический соединитель, который также известным образом может быть соединен с несущим стержнем для того, чтобы электрические сигналы термопары могли проводиться наружу к устройству оценки результатов.

На Фиг.2 изображено удаление верхней части узла пробозаборной камеры с верхней частью 12 внешней стенки, верхнего охлаждающего элемента 10 и спиральной пружины 11 от нижней части узла пробозаборной камеры с наполненной расплавом металла пробоотборной полостью 9, нижнего охлаждающего элемента 7 и нижней части 12' внешней стенки. После отделения этой нижней части от верхней части узла пробозаборной камеры нижнюю часть вытягивают из погружного конца несущей трубки 1 для того, чтобы расположенная в пробоотборной полости 9 и при этом охлажденная проба могла быть подведена к спектрометру 16 (см. Фиг.3) для анализа.

На Фиг.4 изображено удаление нижней части узла пробозаборной камеры, включая входную трубку 2, из огнеупорного элемента 6.

Удаление верхней части узла пробозаборной камеры через несущую трубку 1 показано на Фиг.5. Здесь показано, что после удаления верхней части узла пробозаборной камеры и открывания поверхности пробы в пробоотборной полости 9 спектрометр 16' подведен через несущую трубку 1 с помощью стержня 17 спектрометра к пробоотборной полости 9 для того, чтобы анализ пробы мог выполняться внутри несущей трубки 1. В этом контексте под термином «анализ пробы» следует понимать прием необходимых для оценки оптических сигналов спектрометром 16; 16', с которого сигналы передаются на устройства оценки результатов, компьютеры или тому подобное.

Фиг.6 изображает другую возможность анализа пробы. Здесь, в отличие от варианта, показанного на Фиг.5, после удаления верхней части узла пробозаборной камеры в несущую трубку вводят захватный стержень 18, с помощью которого захват 19 может захватить пробу 2 0 и вытащить ее через несущую трубку 1 для того, чтобы проба 20 могла быть подведена к спектрометру 16 с помощью захватного стержня 18.

Альтернатива изображенному на Фиг.2 варианту реализации показана на Фиг.7. Вместо вытягивания вниз нижней части узла пробозаборной камеры с огнеупорным элементом 6 из погружного конца несущей трубки, после удаления верхней части узла пробозаборной камеры через несущую трубку 1 посредством несущего стержня, погружной конец 21 несущей трубки 1 может быть отделен от остальной части несущей трубки 1 вдоль маркировки 22', приблизительно на уровне пробоотборной полости 9. Для этой цели может быть использован обычный режущий инструмент 23, показанный только схематично на Фиг.7. В этом случае проба также может быть впоследствии подведена к спектрометру 16 для анализа.

Вместо отрезания погружного конца он также может быть разрушен некоторым другим обычным способом таким образом, чтобы проба могла быть вынута и подана на анализ. Также и в этом случае проба перед выниманием из несущей трубки 1 была подвергнута достаточному охлаждению с помощью охлаждающих элементов 7; 10. После отделения погружного конца 21 и выведения нижней части пробозаборной камеры проба больше не является доступной для анализа, при этом открывание подлежащей анализу поверхности пробы происходит в «чистой» и, при необходимости, инертной атмосфере.

Фиг.8 изображает альтернативный Фиг.1 или предпочтительный вариант реализации пробоотборника. Узел пробозаборной камеры внутри пробоотборника аналогичен показанному на Фиг.1 варианту реализации. Охлаждающие элементы 7; 10 выполнены из меди. В этом случае, при показанном на чертежах относительных размерах, получается отношение V приблизительно 0,0167.

Входная трубка 2 имеет диаметр приблизительно 8 мм, ее входное отверстие имеет диаметр приблизительно 6 мм, а противоположное отверстие 24 имеет диаметр приблизительно 3 мм. Во входной трубке 2 в качестве раскислителя 25 размещен алюминий. В дополнение ко входной трубке 2, на огнеупорном элементе 6 закреплена термопара 3, которая посредством термопарных проводов 22 подсоединена к измерительной электронике.

Несущая трубка 1 из картона имеет на своем погружном конце картонную трубку 26. Эта трубка присоединена к несущей трубке 1 с помощью соединительной трубки 27, соединяющей упирающиеся друг в друга концы несущей трубки 1 и картонной трубки 26. На своей внешней периферии соединительная трубка 27 граничит примерно на одном уровне с несущей трубкой 1 и с картонной трубкой 26. Внутри несущей трубки 1 размещена внутренняя соединительная трубка 27', которая перекрывает место соединения между картонной трубкой 26 и несущей трубкой 1 и на своей внутренней стороне лежит вплотную к верхней части внешней стенки 12 пробозаборной камеры и фиксирует ее.

Несущая трубка 1, картонная трубка 26 и соединительные трубки 27; 27' присоединены друг к другу зажимами 28; 28'. Эта место соединения легко разъединяется путем простого механического действия для того, чтобы несущая трубка 1 могла быть удалена от картонной трубки 26, при этом присоединенная к несущей трубке 1 с помощью внутренней соединительной трубки 27' верхняя часть внешней стенки 12 узла пробозаборной камеры остается на несущей трубке 1, а нижняя часть внешней стенки 12' закреплена на картонной трубке 26 и остается на ней, так чтобы обе части внешней стенки 12; 12' были отсоединены друг от друга.

При этом соединительная трубка 27 соединена большим зажимом 28 с несущей трубкой 1 и внутренней соединительной трубкой 27', в то время как картонная трубка 26 соединена с внутренней соединительной трубкой 27' меньшими зажимами 28'. Это соединение меньшими зажимами 28' разъединяется, например, путем поворота несущей трубки 1 относительно картонной трубки 26, как показано на Фиг.9. При этом соединительные провода датчиков, т.е. термопарные провода 22, также отсоединяются. Как показано на Фиг.9 в качестве примера, такое отсоединение происходит ниже анализируемой поверхности пробы, открытой во время отсоединения, т.е. между анализируемой поверхностью и погружным концом пробоотборника, с тем, чтобы отсоединенные термопарные провода не проходили перед анализируемой поверхностью, где они могут помешать анализу.

После отсоединения пробоотборная полость 9 с пробой теперь является доступной для анализа, поскольку охлаждающий элемент 10 был удален и открыта гладкая, плоская поверхность пробы. Расположенные в нижнем охлаждающем элементе 7 отверстия 29 соединяют пробоотборную полость с образованным между охлаждающим элементом 7 внутренней стенки и нижней частью 12' внешней стенки полым пространством 15. Излишний расплав из пробоотборной полости 9 может выходить через эти отверстия 29, которые расположены выходящими на периферию пробоотборной полости равномерно по кругу, так чтобы получались пробы без усадочных раковин. Выходящий расплав затвердевает и тем самым удерживает пробу прочно в этой части узла пробозаборной камеры, так чтобы проба с узлом пробозаборной камеры или частью узла пробозаборной камеры, а именно нижней частью, обращенной к погружному концу, могла быть подана на анализ.

На Фиг.10 изображен верхний охлаждающий элемент 10 в разрезе и под ним в виде сверху. На его верхней стороне размещен выступ с краем 30. На краю 30 фиксируется спиральная пружина 11. Напротив на нижней стороне верхнего охлаждающего элемента 10 показана верхняя часть 31 пробоотборной полости 9. Боковые круглые вентиляционные отверстия 32 служат для циркуляции газа или для намеренного подвода или отвода газа в полое пространство 15 или из него.

Фиг.11 изображает нижний охлаждающий элемент 7 в разрезе и под ним в виде сверху. В нижнем охлаждающем элементе расположено сквозное отверстие 8 для расплавов металла, а также гнездо 33 для входной трубки 2. Газы могут выходить из пробоотборной полости 9 через вентиляционные отверстия 35 до или во время взятия пробы. Вентиляционные отверстия 35 соединены с отверстиями 29, через которые излишний металл может выходить из нижней части 34 пробоотборной полости.

Отношение объема (в мм³) пробоотборной полости к суммарному сечению (в мм²) служащих для продувки отверстий (т.е. вентиляционных отверстий 32; 35) в показанных в качестве примеров на чертежах исполнениях составляет приблизительно 72 мм, при этом объем пробоотборной полости 9 составляет приблизительно 1230 мм³, а суммарное сечение вентиляционных отверстий составляет приблизительно 17 мм².

На Фиг.12 и 13 изображен узел пробозаборной камеры с внутренней и внешней стенками в собранном состоянии (Фиг.12) и в разобранном состоянии (Фиг.13). Верхняя часть 12 и нижняя часть 12' внешней стенки выполнены из алюминия. Они захватывают охлаждающие элементы 7; 10, которые зажаты вместе с помощью спиральной пружины 11 и окружают пробоотборную полость 9. Ясно видна входная трубка 2 с обоими ее концами, имеющими уменьшенный диаметр, входное отверстие 23 и противоположное отверстие 24. Также показаны каналы 36 протекания газа верхней части 12 внешней стенки.

Данные примеры не ограничивают изобретение; в частности, непосредственно не взаимодействующие функционально признаки одного варианта реализации также могут быть перенесены на другие конкретно или в целом описанные варианты реализации изобретения.

Пробоотборник для отбора проб из расплавов с точкой плавления выше 600°C, в частности для металлических или криолитовых расплавов, а также к способу отбора проб с использованием данного пробоотборника. Пробоотборник содержит имеющую погружной конец несущую трубку и размещенный на погружном конце несущей трубки узел пробозаборной камеры. Этот узел имеет входное отверстие и пробоотборную полость для расплава и размещен по меньшей мере частично внутри несущей трубки, а также узел имеет на части своей внешней поверхности размещенное внутри несущей трубки соединительное приспособление для присоединения несущего стержня. При этом узел пробозаборной камеры имеет внутреннюю стенку для пробоотборной полости и внешнюю стенку, которая окружает внутреннюю стенку по меньшей мере частично на расстоянии от нее таким образом, что между внешней стенкой и внутренней стенкой расположено полое пространство. Причем соединительное приспособление имеет по меньшей мере один канал протекания газа, который проходит через внешнюю стенку узла пробозаборной камеры или доходит до внешней стенки. Способ заключается в том, что несущий стержень задвигают в несущую трубку через противоположный погружному концу несущей трубки конец. Затем несущий стержень присоединяют к соединительному приспособлению узла пробозаборной камеры, а после этого погружной конец несущей трубки погружают в расплав и наполняют пробоотборную полость узла пробозаборной камеры расплавом. Затем узел пробозаборной камеры или имеющую соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры вытягивают с помощью несущего стержня через несущую трубку из противоположного погружному концу конца несущей трубки. После вытягивания имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки, при котором часть поверхности находящейся в узле пробозаборной камеры пробы приходит в непосредственный контакт с окружающей средой узла пробозаборной камеры, в несущую трубку задвигают стержень, имеющий спектрометр, и анализируют поверхность пробы с помощью спектрометра. Достигаемый при этом технический результат заключается в том, что удаление пробы или открывание поверхности пробы происходит без ее предварительной подготовки. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Пробоотборник для отбора проб из расплавов с точкой плавления выше 600°C, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, содержащий имеющую погружной конец несущую трубку и размещенный на погружном конце несущей трубки узел пробозаборной камеры, причем этот узел имеет входное отверстие и пробоотборную полость для расплава и размещен по меньшей мере частично внутри несущей трубки, при этом узел пробозаборной камеры имеет на части своей внешней поверхности размещенное внутри несущей трубки соединительное приспособление для присоединения несущего стержня, отличающийся тем, что узел пробозаборной камеры имеет внутреннюю стенку для пробоотборной полости и внешнюю стенку, при этом внешняя стенка окружает внутреннюю стенку по меньшей мере частично на расстоянии от нее таким образом, что между внешней стенкой и внутренней стенкой расположено полое пространство, и при этом соединительное приспособление имеет по меньшей мере один канал протекания газа, который проходит через внешнюю стенку узла пробозаборной камеры или доходит до внешней стенки.

2. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что узел пробозаборной камеры имеет множество непосредственно окружающих пробоотборную полость и отсоединяемых друг от друга частей, при этом по меньшей мере одна из этих частей размещена внутри несущей трубки.

3. Пробоотборник по п.1 или 2, отличающийся тем, что узел пробозаборной камеры или имеющая соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры размещен(а) на погружном конце несущей трубки таким образом, что узел пробозаборной камеры или его имеющая соединительное приспособление часть выполнен(а) с возможностью перемещения через внутренность несущей трубки к концу несущей трубки, противоположному погружному концу, и наружу из несущей трубки.

4. Пробоотборник по п.1 или 2, отличающийся тем, что узел пробозаборной камеры или имеющая соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры имеет перпендикулярное продольной оси несущей трубки сечение, которое является самое большее столь же большим, как и сечение внутренности несущей трубки, перпендикулярное ее продольной оси.

5. Пробоотборник по п.2, отличающийся тем, что узел пробозаборной камеры имеет первую часть и вторую часть, которые вместе окружают пробоотборную полость, что несущая трубка имеет содержащую соединительное приспособление основную часть и концевую часть, размещенную на погружном конце несущей трубки с возможностью отсоединения от основной части, при этом первая часть узла пробозаборной камеры закреплена на основной части, а вторая часть узла пробозаборной камеры закреплена на концевой части несущей трубки.

6. Пробоотборник по п.5, отличающийся тем, что концевая часть соединена с основной частью посредством соединения с тугой посадкой или резьбового соединения.

7. Пробоотборник по п.5 или 6, отличающийся тем, что концевая часть соединена с основной частью посредством зажимов или скоб.

8. Пробоотборник по п.1 или 2, отличающийся тем, что соединительное приспособление выполнено в виде соединения-защелки или в виде байонетной муфты или в виде резьбового соединения.

9. Пробоотборник по п.1 или 2, отличающийся тем, что отношение массы отобранного в пробоотборную полость расплава к массе узла пробозаборной камеры без расплава составляет менее 0,8, предпочтительно самое большее 0,1.

10. Узел пробозаборной камеры для пробоотборника по любому из пп.1-9, содержащий пробоотборную полость, непосредственно окруженную образованной из множества частей внутренней стенкой, и соединенную с пробоотборной полостью входную трубку для приема пробы из металлического или криолитового расплава, в частности, расплава стали, в пробоотборную полость, при этом входная трубка сообщается с входным отверстием в пробоотборной полости, отличающийся тем, что отношение V между массой M пробы и материала внутренней стенки характеризуется следующим соотношением:
$$V=\frac{M\cdot 24000}{m\cdot c\cdot \lambda }<\mathrm{0,15,}$$
где m - масса внутренней стенки, c - удельная теплоемкость, а λ - удельная теплопроводность материала внутренней стенки.

11. Узел пробозаборной камеры по п.10, отличающийся тем, что V<0,05.

12. Узел пробозаборной камеры по п.10 или 11, отличающийся тем, что отношение объема пробоотборной полости к суммарному сечению служащих для продувки отверстий составляет менее 500 мм, предпочтительно менее 100 мм.

13. Узел пробозаборной камеры по п.10 или 11, отличающийся тем, что он имеет по меньшей мере две непосредственно окружающие пробоотборную полость и отсоединяемые друг от друга части.

14. Узел пробозаборной камеры по п.10 или 11, отличающийся тем, что входная трубка имеет уменьшенное сечение у входного отверстия.

15. Способ отбора проб из расплавов с температурой плавления более 600°C, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, с использованием пробоотборника по любому из пп.1-9, при котором несущий стержень задвигают в несущую трубку через противоположный погружному концу несущей трубки конец, при котором несущий стержень присоединяют к соединительному приспособлению узла пробозаборной камеры, при котором после этого погружной конец несущей трубки погружают в расплав и наполняют пробоотборную полость узла пробозаборной камеры расплавом, при котором затем узел пробозаборной камеры или имеющую соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры вытягивают с помощью несущего стержня через несущую трубку из противоположного погружному концу конца несущей трубки, отличающийся тем, что после вытягивания имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки, при котором часть поверхности находящейся в узле пробозаборной камеры пробы приходит в непосредственный контакт с окружающей средой узла пробозаборной камеры, в несущую трубку задвигают стержень, имеющий спектрометр, и анализируют поверхность пробы с помощью спектрометра.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что во время и/или после отбора пробы к узлу пробозаборной камеры или в полое пространство узла пробозаборной камеры подводят инертный газ.

17. Способ отбора проб из расплавов с температурой плавления более 600°C, в частности, для металлических или криолитовых расплавов, с использованием пробоотборника по любому из пп.1-9, при котором задвигают несущий стержень в несущую трубку через противоположный погружному концу несущей трубки конец, при котором несущий стержень присоединяют к соединительному приспособлению узла пробозаборной камеры, при котором после этого погружной конец несущей трубки погружают в расплав и наполняют пробоотборную полость узла пробозаборной камеры расплавом, при котором затем узел пробозаборной камеры или имеющую соединительное приспособление часть узла пробозаборной камеры вытягивают с помощью несущего стержня через несущую трубку из противоположного погружному концу конца несущей трубки, отличающийся тем, что после вытягивания имеющей соединительное приспособление части узла пробозаборной камеры из несущей трубки, при котором часть поверхности находящейся в узле пробозаборной камеры пробы приходит в непосредственный контакт с окружающей средой узла пробозаборной камеры, в несущую трубку задвигают стержень, имеющий захват, захват захватывает пробу, удаляет ее из узла пробозаборной камеры и вытягивает ее через несущую трубку из противоположного погружному концу конца несущей трубки.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что пробу после вытягивания из несущей трубки подают в устройство анализа.

19. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что во время и/или после отбора пробы к узлу пробозаборной камеры или в полое пространство узла пробозаборной камеры подводят инертный газ.