挡渣帽的制作方法

本发明涉及一种用于熔融金属的取样装置，该取样装置包含承载管，承载管具有布置在该承载管中的浸没端和样品腔室，并且具有流入管道，该流入管道具有在该取样腔室内部的流入开口并且具有该流入管道的外部开口端，其中该流入管道的该外部开口端被保护帽包围，其中该保护帽具有金属主体，该金属主体具有外侧和朝向该流入管道的内侧。本发明进一步涉及一种帽和其用途。

背景技术：

用于从钢熔池提取熔融钢样品的取样装置或探针在所属领域中是众所周知的并且提供适用于光谱分析的固体金属的取样片或碟状样。这些装置一般建构成含有较小模具或模具型腔以便在取样器浸到金属熔池中时填充有液态钢。术语液态或熔融钢或钢熔池应在相当广泛的意义上来理解；包括例如铸铁熔体、钢合金以及非铁金属熔体。

上文概括提及的类型的已知构造的取样装置包括支撑壳体的纸板承载管，其含有多部分模具。液体金属与熔融熔池之间的连通是通常为石英玻璃的流入管道并且可以含有脱氧剂。

在熔融金属加工期间，待取样的液体金属通常具有炉渣或浮渣的包覆层，包覆层可能是完全的液体、固体或其组合。US 3,686,949教示了应利用保护帽保护取样装置的浸没端(尤其是流入管道)以在浸没期间不与金属熔池上的炉渣层接触。这一帽防止炉渣进入取样腔室。保护帽在浸没于炉渣层下方之后熔融并且因此流入口仅暴露于所需熔体。此外，某些炉渣可以在保护帽上凝固，使非所需炉渣被通入和/或拖曳到金属取样处附近的情况延迟。为了抵消炉渣的影响，炉渣凝固住由纸或塑料的层压组件形成的额外包覆层，该额外包覆层随足够湍流而汽化，从而避免此类非所需炉渣沉积在该帽上。

US 4,046,016教示了将纸或类似材料的覆盖物用于两个目的。在烧尽时，其迅速挥发，从而去除结壳的炉渣并且还可以通过选择恰当厚度的材料，延长总烧尽时间以控制取样浸没深度。

虽然金属帽上的纸包覆层的组合为大部分熔融金属取样条件提供解决方案，但存在由于溶解于取样金属中的元素的超低浓度而在加工期间需要极高取样纯度的金属的关键等级。

US 4,941,364认识到现有技术的用于钢的取样器已经设计为具有保护性帽盖和进入系统，保护性帽盖和进入系统一起熔融并且被夹带到所取样的熔融材料中。在极低浓度(典型地，10-50ppm)的某些元素(如C、S、N)的取样期间，现有技术的保护罩导致非所需污染物添加物流入实际样品腔室或允许帽盖系统中所含有的元素对熔融批量材料中所含有的类似元素产生稀释影响。为了避免污染，将非反应性氧化铝-硅酸盐陶瓷固持在一起的固定装置适于在与熔融金属接触后故障转移，因此释放保护帽的一部分以使得它们分离并且向上浮动。这一复杂并且高成本的结构仅仅适用于较窄范围的高温取样条件。

当待取样液体金属极其接近其固化温度时，如在用于连续铸造超低碳钢的中间包中，这一组合造成独特问题。在浸没于接近凝固点的金属期间，典型地炉渣覆盖物也是较厚并且粘稠的并且容易固化于冷浸没取样器上。取样器流入口必须受保护以不受浮动炉渣影响，必须使该炉渣不会凝固于冷取样器上而阻碍取样操作。同时，保护取样器的流入管道的任何金属包覆层都必须不会太厚而延缓熔融并且因此不必要地延迟或阻止待取样熔融金属进入。

对于铝镇静超低碳钢，尤其是烘烤硬化汽车等级(其中铁氧体相中呈溶解状态的碳是造成油漆烘烤后其良好可成形性和高强度的原因)，已知需要较窄范围的碳含量。US 5,014,561教示了在接近液线取样条件中不使用金属帽流入口覆盖物并且使用低熔融温度玻璃(如派热克斯玻璃(Pyrex))，因此避免任何碳污染。US 5,448,923提出具有取样钢组成的相对极低碳钢的薄金属炉渣覆盖物并且因此避免将非所需碳引入到样品中。这些帽具有裂缝以促进熔融。不管是否认识到接近液线条件中超低元素取样的困难，现有技术未能认识到并且提供消除由防止炉渣凝固的纸和/或塑料覆盖物产生的污染的解决方案。

技术实现要素：

本发明的一个目标是改进已知取样器并且允许更准确地测量具有较低浓度的元素。

本发明涉及一种用于从液态金属，如铁、钢或其它金属和金属合金获得样品的取样装置，取样装置装备有保护帽，该保护帽涂布有分解层，分解层产生水蒸汽层以避免炉渣在浸没期间凝固到保护帽上。本发明意义上的帽是技术装置，其具有基本上凸形形状，具有限定了内部中空空间的开口、外侧和内侧。帽可以用作开口的密封件。

上述目标通过在单独的权利要求中所描述的本发明来解决。优选实施例定义于附属权利要求中。

本发明涉及一种用于熔融金属的取样装置，所述取样装置包含承载管，且具有布置在所述承载管中的浸没端和样品腔室并且具有流入管道，所述流入管道具有在所述取样腔室内部的流入开口并且具有所述流入管道的外部开口端，其中所述流入管道的所述外部开口端被保护帽包围，所述保护帽具有金属主体，所述金属主体具有外侧和朝向所述流入管道的内侧，其特征在于在所述外侧布置有材料层，所述材料含有在浸没于熔融钢或熔融铁或熔融炉渣中的情况下分解并且形成水蒸汽的化合物。

优选地，该材料层的化合物包含至少一种金属氢氧化物或至少一种水合金属盐或至少一种金属氢氧化物与至少一种水合金属盐的混合物以及粘合剂(优选水玻璃粘合剂)。氢氧化镁或作为相对廉价并且容易应用的材料的氢氧化铝可以用作该材料层的化合物。两种材料是良好可使用的，以产生水蒸汽保护。也有可能使用氢氧化钙或水玻璃作为该材料层的化合物。

在一个优选实施例中，取样装置的特征可以在于流入管道和取样腔室至少部分地布置在耐火材料的壳体中，其中该壳体布置在承载管的浸没端处以改进浸没期间装置的耐机械性和耐热性。保护帽可以布置在壳体处以改进在浸没之前的稳定性。

另外，以下可以是优点：在承载管的浸没端处布置传感器，优选温度传感器或电化学传感器以另外同时进行测量。

本发明进一步涉及具有金属主体的帽，该金属主体具有内侧和外侧，其中该帽特征在于在外侧处布置有材料层，其中该材料含有在浸没于熔融钢或熔融铁或熔融炉渣中的情况下分解并且形成水蒸汽的化合物。

本发明进一步涉及一种用作层，优选用作帽层的材料，而该层包含化合物，化合物可以包含粘合剂，粘合剂优选为水玻璃粘合剂；其中该化合物在浸没于熔融铁或熔融钢或熔融炉渣中的情况下分解形成水蒸汽。

在一个优选实施例中，帽特征在于该层的化合物包含至少一种金属氢氧化物或至少一种水合金属盐或至少一种金属氢氧化物与至少一种水合金属盐的混合物。尤其，作为相对廉价并且容易应用的材料的氢氧化铝或氢氧化镁可以用作该层的化合物。两种材料是良好可使用的以产生水蒸汽保护。也有可能使用氢氧化钙或水玻璃作为该层的化合物。

本发明的一个方面是使用该帽作为取样装置或传感器装置的保护帽。

本发明中保护帽上的涂层不含有碳并且因此不会通过添加而造成碳误差。水蒸汽释放化合物以及水释放粘合剂可以选自不在典型的光谱样品中分析或属于分析元素群组的那些基本元素，其对于该分析来说不是关键的。在铝镇静超低碳样品中典型的，关键的是碳含量是在几ppm内可检测的。已经观测到，水蒸汽的释放并不会在样品中产生气体空隙，如所属领域的普通技术人员将预期。

本发明适用于如Al(OH)₃或Mg(OH)₂等金属氢氧化物涂层，但不限于此。这些化合物在相对较低温度下分解，2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O，吸收大量热，同时产生表面气体(水蒸汽)层。在浸没期间在炉渣/涂层表面处的水蒸汽体积膨胀产生相邻排斥层，防止炉渣粘着到基质钢帽上。所属领域的技术人员可以认识到，其它类似化合物，如(但不限于)在分解后释放水的其它金属氢化物和水合盐是适合的。此类可使用的化合物同样可以是Ca(OH)₂或水合化合物，如Na₂SO₄·10H₂O或MgCl₂·6H₂O。

本发明适用于包含粘合剂，如硅酸钠或硅酸钾的涂层。这一粘合剂在低于铁或炼钢温度的温度下分解并且释放在产生中添加的水蒸汽或保护帽上的表面气体层。除硅酸钠和Al、Ca、Mg的氢氧化物的协同设置特性外，或替代地可以使用设置试剂，如CaCl₂、NaH₂BO₃、H₂SO₄改进涂层硬度。所属领域的技术人员可以认识到，分解成水蒸汽的其它类似粘合剂(但不限于)硅酸盐是适合的。

附图说明

基于下图，通过实例描述本发明。

图1显示根据本发明的取样器的示意图，

图2显示本发明取样器的细节。

具体实施方式

在纸板承载管4的浸没端处布置有取样器的耐火壳体9(优选为堇青石)。在纸板管4的浸没端的外表面处布置有被常用不飞溅套管11覆盖的纸板套管10。不飞溅套管11的浸没端被胶带12包围。流入管道3和取样腔室的两半模具1安装在耐火壳体9中。外部保护帽6连接到耐火壳体9的浸没端，且涂布有水蒸汽形成化合物层(下文中也简称为“涂层”)5。

固定夹7把用于接纳熔融金属的取样腔室的配合半模具1固持在一起。半模具的细长部分接纳通过胶结剂8固定的流入管道3。半模具1和流入管道3胶结到耐火壳体9中，该耐火壳体9由纸板承载管4固持以便浸没。内部帽2(优选为超低碳钢)封闭流入管道3。外部保护帽6连接到壳体，外部保护帽6具有朝向壳体和流入管道3的内侧以及涂布有水蒸汽形成化合物(优选为氢氧化铝)层5的外侧。该层5的厚度为0.1到0.5mm。

适合的涂层5的第一实例可以含有：35到55g之间的氢氧化铝粉末，优选为45g氢氧化铝粉末；粉末尺寸为20到40μm，优选为30μm；以及50到100g，优选为70g的约38波美(Baumé)(1.35g/ml)的水玻璃。水玻璃的重量比模数(weight ratio modulus)SiO₂/Na₂O为约3.65。

适合的涂层5的第二实例可以含有：35到55g之间的氢氧化铝粉末，优选为45g氢氧化铝粉末；30到50g，优选为40g的硅砂，其平均粒度为约47μm并且密度为约1.15g/cm³；以及120到160g，优选为140g的约38波美(1.35g/ml)的水玻璃。水玻璃的重量比模数SiO₂/Na₂O为约3.65。

适合的涂层5的第三实例可以含有：40到60g之间的氢氧化镁粉末，优选为50g氢氧化镁粉末；30到50g，优选为40g的硅砂，其平均粒度为约47μm并且密度为约1.15g/cm³；以及120到160g，优选为140g的约38波美(1.35g/ml)的水玻璃。水玻璃的重量比模数SiO₂/Na₂O为约3.65。

适合的涂层5的第四实例可以含有：100g粉末的40到60重量％(重量百分比)之间的镁六水合物粉末MgCl₂·6H₂O，其密度为约1.57g/cm³，优选为50重量％的镁六水合物粉末；40到60重量％，优选为50重量％的硅砂，其密度为约1.15g/cm³；以及120到160g，优选为140g的硅酸钾的液体粘合剂，其重量比K/Na₂O为2.5。

第五实例使用(1)1040g氢氧化铝、(2)800g砂、(3)2800g硅酸钠以及(4)130g水的混合物。水降低粘度并且使得更容易涂覆该层。层将被干燥，其中将去除水以及硅酸钠中的一些水。最终产物的涂层具有以下组成：(1)1040g氢氧化铝、(2)800g砂以及(3)2366g硅酸钠(其中在干燥之后(4)水为0g)。三个主要组分(1)、(2)和(3)的百分比优选在如下范围内：这三个组分总重量的(1)20到25重量％，(2)15到20重量％和(3)55到65重量％。

涂层领域的技术人员将理解，硅酸盐粘合剂的润湿系数随粘度提高而降低。控制涂层粘度是所属领域中已知的实际问题，而除了将相对较少水添加物添加到混合物中以外，粘度还可以通过添加少量氢氧化钾或通过简单地提高液体温度而降低。因而，在不偏离本发明范围的情况下，用于控制粘度的固体与液体或少量添加物与基质混合物的指定比率的偏差是容许的。

优选地，可以通过常规浸渍涂布工艺来涂覆2-3g涂料并且使其空气干燥直到触摸干燥。