一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离设备及其方法与流程

本发明涉及熔融金属液中获取金属样品体的技术，更具体地说，涉及一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离设备及其方法。

背景技术：

在钢铁冶金流程中，在炼钢和连铸等工序中，需要从金属溶液中提取金属溶液样品体，并针对试样分析其化学成分等参数。其中，提取金属溶液样品体时，通常是将取样探头插入取样枪中，通过传送机构将取样枪连同取样探头插入装有液态熔融金属的钢包中，熔融金属将经过取样探头的取样口进入样品体的钢模内盛放，当取样探头拔出钢包后，熔融的金属将凝固并形成固体。如图1所示，通常这类用途的取样探头1主要由两段纸质长圆管组成：夹持段2与取样段3。其中，与金属溶液接触的取样段3上设置有耐火材料导流管17，该耐火材料导流管17在取样段3的表面上上开有取样口，耐火材料导流管17通体由耐火材料或陶瓷体组成。其中，探头取样段3包含有用于形成并容纳金属样品体18的钢导流管16、耐火材料导流管17、钢模37和包裹上述多个部件的长圆形纸筒及其端部的陶瓷体19等，取样探头尾部夹持段2具有利于机构抓取的长圆形夹持纸筒。

为了对钢包中的金属溶液进行实时分析，必须及时将取样后凝固形成的金属样品体从取样探头中的取样段中分离出来。

目前，多采用人工手握取取样探头的夹持段纸质管，对取样段纸质管进行敲击，从而取出样品体的办法。由于需要人工进行操作，考虑到敲击时取样探头本体甚至还处于有明火的状态，在安全问题和效率问题上并不可靠。为了能更高效地掌握熔融金属的状态，取样与送样等时间要尽可能缩短，相关工艺步骤也要尽快执行。

在现有的专利申请中，如专利文献“cn203545142u用于自动化地显露样品体的装置”所记载的用于自动化显露样品体的装置中，由于取样探头的内部结构为具有样品体的外壳被填充材料和纸质管包裹，因此该专利中取样探头的前期处理方式，即，通过冲头将填充材料和具有外壳的样品体从纸质管中挤压出来的方法并不适用于所有类型的取样探头。例如本专利中出现的取样探头，其样品体的外壳被钢模和纸质长圆管直接包裹，并且，包裹结构存在阶梯式结构，无法通过冲头挤压的方法将具有样品体的外壳从钢模和纸质长圆管中分离出来。

另外，又如专利文献“cn203545142u用于自动化地显露样品体的装置”所记载的用于自动化显露样品体的装置中，由于具有样品体的外壳落入外壳拆除装置后，还需要通过离心装置进行分离，即，具有样品体的外壳被夹子固定，该离心装置通过撞击外壳，期望通过撞击产生的冲量将外壳推向碰撞体后撞开外壳，样品体能单独通过外壳拆除装置，因此，存在如下的问题，即，离心装置可能高速转动和多次剧烈撞击后，才能将样品体从外壳中分离，设备复杂且无法保证样品体能够完全从外壳中脱离开来。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离设备及其方法，能够自动化分离取样探头中的样品体，对熔融金属取样后的取样探头进行分离处理，从而快速取出取样探头中的熔融金属的样品体。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离设备，所述取样探头，包括：夹持段与取样段，本分离设备包括：

探头导向单元，用于承载所述取样探头，包括：用以承载所述取样探头的下导向轮组，及用以压持所述取样探头的上导向轮组，且所述上导向轮、下导向轮组中至少有一个导向轮为主动导向轮，所述主动导向轮由驱动装置带动旋转，从而带动所述取样探头沿其轴向移动；

切割单元，垂直或平行于所述取样探头轴向设置，用于切割所述取样段，包括：用以横向切断所述取样探头的横向切割装置，及用以沿着所述取样探头轴向切割所述取样段外壳侧面的纵向切割装置；

废料导向单元，设于所述切割单元的下方，用于被切割断的所述取样段滑落导向；

废料收集单元，设于所述废料导向单元的下方，用于收集沿所述废料导向单元滑落的被切割断的所述取样段，所述废料收集单元能够产生上、下振动，使所述取样段内的金属样品体与所述取样段自动分离；

夹持单元，用于夹持并移动所述夹持段；

还包括：用于支撑上述所有单元的框架，用于所述驱动切割单元的电机，以及用于控制所述探头导向单元、切割单元动作的控制模块。

所述探头导向单元的上导向轮组上设有直线驱动装置，用以驱动所述上导向轮组垂直于所述取样探头轴向上、下移动；所述探头导向单元中的主动导向轮的驱动装置为气动马达，所述直线驱动装置优选为气动缸执行元件。

所述上导向轮、下导向轮的表面设有均匀凹陷或凸起的外貌，且均为耐高温金属材质制成。

所述横向切割装置设有一个，纵向切割装置设有两个，分别对称设于所述取样探头的两侧，均包括：一个圆形锯片以及驱动电机，其中，所述的横向切割装置具有能够带动其远离或靠近所述取样探头的直线驱动机构，所述直线驱动机构优选为气动缸。

所述废料导向单元，包括：导向通道和冷却水机构；

所述导向通道的入口位于所述切割单元的下方，导向通道的出口位于所述废料收集单元的上方，所述导向通道的入口至导向通道的出口的横截面轮廓为圆弧形，所述导向通道的入口宽度大于导向通道的出口宽度，所述导向通道的上表面具有不规则分布的凸点；

所述冷却水机构，包括：设于导向通道的入口位置的冷却水进水口，设于导向通道的出口位置的冷却水出水口，以及设于冷却水出水口上方的过滤网。

所述废料收集单元，包括：废料收集箱，以及连于废料收集箱下方的振动装置。

所述控制模块上设有用以探测取样探头在探头导向单元中相对位置的检测装置，检测装置为接近开关。

另一方面，一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离方法，包括以下步骤：

1)取样探头的夹持段被夹持单元夹持并引导至分离设备中的探头导向单元的下导向轮上，其后，直线驱动装置带动上导向轮组向下导向轮组方向移动，将取样探头夹紧在上、下导向轮组之间；

2)，当取样探头的取样段端部位于横向切割装置下方时，探头导向单元停止带动取样探头移动，横向切割装置上的圆形锯片开始旋转，并在其直线驱动机构带动下垂直于取样探头轴向移动，直至完全使取样段端部与取样探头分离；

3)横向剖开取样段外壳两侧面，探头导向单元带动取样探头沿其轴向移动，在此过程中，两个纵向切割装置的圆形锯片对称切割取样段中用以包裹样品体的外壳；

4)取样段完全经过横向切割装置后，探头导向单元停止带动取样探头移动，横向切割装置上的圆形锯片开始旋转，并在其直线驱动机构的带动下垂直于取样探头轴向移动，进而完全使取样段与取样探头分离，而后，在其直线驱动机构的带动下垂直于取样探头轴向离开取样探头；

5)夹持单元夹持取样探头的夹持段，直线驱动装置带动上导向轮组向背离下导向轮组方向移动，夹持单元将取样探头从分离设备中抽出；

6)被切除的取样段在重力作用下沿着导向通道进入废料收集箱中，其中，冷却水结构始终对取样段进行冷却；

7)取样段进入废料收集箱后，安装在其上的振动装置做垂直于地面的上、下振动，促使样品体与取样段分离。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离设备及其方法，能够自动化分离取样探头中的样品体，对熔融金属取样后的取样探头进行分离处理，从而快速取出取样探头中的熔融金属的样品体。可以提高取样的效率，减小人工作业的危险性问题。本发明由于取代了人工从取样探头中取出样品体的步骤，由本发明分离设备代替的同时，加快了取样的效率和安全可靠性，能够在制铁工业等中进行有益的利用。

附图说明

图1是取样探头的结构示意图；

图2是本发明分离设备的结构示意图；

图3是图2中a向的示意图；

图4是本发明分离设备横向切除取样段的示意图；

图5是本发明分离设备纵向切除取样段的示意图；

图6是本发明分离设备的夹持单元抽离取样探头的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1至图3所示，本发明所提供的一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离设备，所述取样探头1，包括：夹持段2与取样段3。

本发明分离设备，包括：

探头导向单元，用于承载所述取样探头1，包括：用以承载所述取样探头1的下导向轮组4，及用以压持所述取样探头1的上导向轮5，且所述上导向轮5、下导向轮组4中至少有一个导向轮为主动导向轮，所述主动导向轮由驱动装置带动旋转，从而带动所述取样探头1沿其轴向移动，所述驱动装置可以是气动马达，但不限于气动马达。

所述上导向轮5上设有直线驱动装置6，用以驱动所述上导向轮5垂直于所述取样探头1轴向上、下动作，能够将取样探头1夹紧在上导向轮5、下导向轮组4之间。其中，所述直线驱动装置6可以是气动缸执行元件，但不限于气动缸执行元件。

较佳的，所述上导向轮5、下导向轮组4的表面设有均匀凹陷或凸起的外貌，且均为耐高温金属材质制成。

切割单元，垂直或平行于所述取样探头1轴向设置，用于切割所述取样段3，包括：一个用以横向切断所述取样段3的横向切割装置7，及两个用以沿着所述取样探头1轴向分部切割所述取样段3外壳两侧面的纵向切割装置8；横向切割装置7、纵向切割装置8均包括一个圆形锯片、驱动电机以及其中能够带动其远离或靠近所述取样探头的直线驱动机构构成。

废料导向单元，设于切割单元的下方，包括：导向通道9和冷却水结构10；

较佳的，所述导向通道9的入口位于所述切割单元的下方，导向通道9的出口位于所述废料收集单元的上方，所述导向通道9的入口至导向通道9的出口的横截面轮廓为圆弧形，所述导向通道9的入口宽度大于导向通道9的出口宽度，所述导向通道9的上表面具有不规则分布的金属凸点20。

较佳的，所述冷却水机构，包括：设于导向通道9的入口位置的冷却水进水口10，设于导向通道9的出口位置的冷却水出水口11，以及设于冷却水出水口11上方的过滤网12。

废料收集单元，设于废料导向单元的下方，用于收集沿所述废料导向单元滑落的被切割后所述取样段，且再由所述废料收集单元产生振动，使所述取样段内的金属样品体与所述取样段自动分离；包括：废料收集箱13，以及与废料收集箱13相连的振动装置14。

夹持单元15，用于夹持并移动所述夹持段2；为独立于将金属样品体从取样探头1中分离开的机械手，或是某种能够夹持取样探头1并带动其移动的装置。

较佳的，还包括：用于支撑上述所有单元的框架，用于所述驱动切割单元的电机，以及用于控制所述探头导向单元、切割单元动作的控制模块。

较佳的，所述控制模块上设有用以探测取样探头在探头导向单元中相对位置的检测装置，检测装置包括但不限于接近开关。

请结合图4至图6所示，本发明还提供了一种用于取样探头自动分离金属样品体的分离方法，包括以下步骤：

1)取样探头1从熔融金属中取得金属样品体后，夹持单元15夹持取样探头1的夹持段2，将取样探头1的取样段3送入分离设备的探头导向单元的下导向轮组4之上，探头导向单元的上导向轮5在直线驱动装置6带动下向下导向轮组4方向运动，从而将取样探头夹紧在上、下导向轮5、轮组4之间，其中，探头导向单元中的上、下导向轮5、轮组4的导向轮外缘都具有与取样探头1的取样段3的筒状外壳相配合的半圆形凹陷。

2)此后，夹持单元15松开取样探头1，下导向轮组4中的主动导向轮旋转，带动取样探头1移动，直至取样探头1的取样段3前部的陶瓷体19位于横向切割装置7下方，取样探头1停止移动，接下来，横向切割装置7上的圆形锯片71开始旋转，并在横向切割装置7上的直线驱动机构72的带动下靠近并垂直于取样探头1轴线方向完全切除其取样段3前部的陶瓷体19及其附着的纸质筒状外壳，此后，在横向切割装置7上的直线驱动机构72的带动下，横向切割装置7上的圆形锯片71脱离其与取样探头1的接触。

3)下导向轮4组中的主动导向轮重新转动，带动取样探头1沿着其轴向继续向前移动，在此过程中，两个纵向切割装置8上的圆形锯片81旋转并对称切割取样探头1的取样段3中包裹样体的纸质圆筒状外壳，切割深度达到或超过钢导流管16、耐火材料导流管17、样品体18、钢模37的表面。

4)当取样段3中的耐火材料导流管17完全经过横向切割装置7上的圆形锯片71后，下导向轮组4停止带动取样探头1移动，其后，横向切割装置7上的圆形锯片71旋转并在横向切割装置7上的直线驱动机构72的带动下向取样探头1方向移动，进而垂直于取样探头1的轴向将取样段3的纸质圆筒状外壳与取样探头1完全分离，而后，在横向切割装置7上的直线驱动机构72的带动下，横向切割装置7上的圆形锯片71背离取样探头1方向移动，直至圆形锯片71完全脱离取样探头1。

5)最后，取样探头1的夹持段2被夹持单元15重新夹持，上导向轮5在其直线驱动装置6带动下向背离下导向轮组4的方向移动，取样探头1脱离夹紧状态，夹持单元15夹持取样探头1的夹持段2从本发明分离设备中抽出，随后将取样探头1的夹持段2投入其处置位置。

6)而被切除的取样探头1的取样段3，取样段3中的样品体18、钢模37、钢导流管16等在重力作用下沿着导向通道9进入废料收集箱13中。当切割分离后的含有钢导流管16、耐火材料导流管17、样品体18、钢模37以及取样段3进入导向通道9时，冷却水机构启动，导向通道9的入口位置的冷却水进水口10将向导向通道9的出口位置喷水，钢导流管16、耐火材料导流管17、样品体18、钢模37等被水冲击冷却的同时，在自由滑落过程中还将撞击导向通道9上表面的金属凸点20，最终落入至废料收集箱13中，冷却水经过出水口11上方的过滤网12，经出水管21流出设备。

7)容纳有钢导流管16、耐火材料导流管17、样品体18、陶瓷体19、钢模37取样段3附属的纸质圆筒状的废料收集箱13下方设置有振动装置14，在设定振动周期内，振动装置14以一定的频率和振幅振动，从而将样品体18从钢模37、钢导流管16中分离并显露出来，最终完成所有的将样品体18从取样探头1中自动分离的过程。

综上所述，本发明的分离设备及分离方法，由于取代了人工从取样探头中取出样品体的步骤，由本发明中的自动化分离设备代替的同时，加快了取样的效率和安全可靠性。因此，能够在制铁工业中进行有益的利用。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。