一种钢液取样仪及其使用方法与流程

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种钢液取样仪及其使用方法。

背景技术：

在钢铁冶炼过程中，对钢样和渣样的成分进行分析，是指导操作工准确操作的重要手段之一，而在保证取样质量的基础上，如何快速安全地完成取样，则是决定冶炼周期的关键因素。

目前，在钢铁企业内，钢样和渣样的取样过程都是分开进行的。取钢样时，炉前工通常手持一根长铁棒，在长铁棒的端部插接有取样器，并将取样器插入钢液中进行直接取样。取渣样时，则直接将长铁棒的端部插入渣层内，抽回长铁棒时就可蘸取渣样。

而上述传统的人工取样方式存在以下问题：

①、长铁棒长度较长且重量很大，炉前工需要用很大的力量才能把持住长铁棒，导致长铁棒端部的取样器无法完全穿过渣层插入钢液深处；

②、在取样器插入钢液时，容易引起钢液喷溅，对炉前工来说，存在较大安全隐患；

③、由于钢液表面存在渣层，粘度较大，钢液内部还存在旋涡，取样器很容易从长铁棒上脱落，导致取样成功率较低；

④、在利用传统取样器进行取钢样的过程中，钢液进入取样器时会产生涡流，这很容易将钢渣带入取好的钢样中，影响后期的钢样成分检测效果；

⑤、由于取钢样和取渣样的过程是分开进行的，取样过程所花费的时间更长，导致取样效率较低。

为此，本领域技术人员设计了多种取样装置，以下为举例说明：

(1)、公告号为cn207215497u的中国专利，公开了一种转炉炼钢渣样提取器，其包含锥筒和手持杆，锥筒包含锥帽和筒体，锥帽为空心圆锥形，筒体为空心圆柱形，锥帽和筒体固定连接成一体结构，手持杆的一端固定在筒体上，手持杆的另一端为手柄。但是，该专利采用的仍为人工取样方式，且只能满足取渣样要求，无法实现钢样和渣样的同时取样。

(2)、公告号为cn208762533u的中国专利，公开了一种转炉炼钢渣样提取器，其包括取样筒、抽气机、底板、固定座一、油缸一、固定座二、连接座一、连接臂一、油缸二、连接座二、调节板、锁紧螺钉、调节通孔、连接座三、取样壳、电机、连接管、螺杆、连接臂二和连接轴，尽管该专利可以替代人工进行取样，并能够将取样壳移动到需要的位置和高度，以满足不同位置取样的需要。但是，该专利的结构十分复杂，其在原有的冶炼平台上，将难以有空余之地来单独放置该设备，导致现场操作困难，并且该专利只能满足取渣样要求，无法实现钢样和渣样的同时取样。

(3)、公告号为cn204944886u的中国专利，公开了一种钢水取样装置，其包括吊杆、立杆和取样杯，吊杆可以自由伸缩，与立杆一端用铁链连接，立杆的另一端与取样杯连接，以避免工人在取样时正对钢包钢液并减少安全隐患。但是，由于立杆与吊杆通过铁链连接，不能控制立杆的摆动，即不能控制取样杯在钢液中因钢液的涌动而产生的晃动，使得取样结果不稳定，在取样杯进行取样过程中，易使钢渣进入，且取样杯上端开口，取样易洒出，并且该专利只能满足取钢样要求，无法实现钢样和渣样的同时取样。

(4)、公告号为cn208568360u的中国专利，公开了一种钢水取样装置，其包含行走小车、升降轨道梁、推杆、升降小车和取样器等，通过行走小车上的升降轨道梁、推杆以及升降轨道梁的升降小车，将取样器伸进钢包里取样，以代替人工取样。但是，该专利的结构十分复杂，其在原有的冶炼平台上将难以有空余之地来单独放置该设备，导致现场操作困难；同时，当设备安装固定后，其取样位置便固定不变，无法对钢包中其它位置钢样进行取样；再有，该专利使用的是普通取样器，易使钢渣进入，并且该专利只能满足取钢样要求，无法实现钢样和渣样的同时取样。

(5)、公告号为cn208705105u的中国专利，公开了一种钢水自动取样器，其包括固定底座、操作台、电机、齿轮、转座、固定块、电动伸缩杆等，通过操作台控制可实现自动取样。但是，该专利需要放置在与取样位置较近的位置，其在原有的冶炼平台很难布置；该专利未设置取样器卡紧结构，在垂直方向上进行取样时，容易导致取样器脱落，导致取样成功率不高；另外，将砂体固定在纸管外，在进入钢液进行取样时，由于高温环境和钢液炉渣的粘滞力，砂体易与纸管脱离进入钢液，导致取样无法完成；该专利使用取样盒易使钢渣进入所取钢样中；其红外感应装置设置在取样器的底部，需要随取样器一同插入钢液，其为一次性用品，会提升取样成本；该专利只能满足取钢样要求，无法实现钢样和渣样的同时取样。

(6)、公告号为cn108746516a的中国专利，公开了一种钢包取样装置，其包括底座、机械臂、转动装置、取样探头载体和破壳装置，通过机械臂带动破壳装置和取样探头载体到达钢包液面上方，利用破壳装置打孔破壳，然后通过转动装置转向，利用取样探头取样后测量。但是，该专利的结构十分复杂，其在原有的冶炼平台上将难以有空余之地来单独放置该设备，使用小车虽然能将其放置在远离取样的位置，但将其移动到取样位置需要一定时间，即会增加取样时间；该专利的取样器只能在小车一端靠近钢包处，取样后需要将小车移至远离钢包才可取下取样器，当需要连续取样时，导致耗时较长；利用破壳装置打孔破壳虽然会减少钢渣进入钢样，但破壳后会使钢液暴露在空气中，使钢液氧化，此处的钢样也将失去指导作用；另外，该专利只能满足取钢样要求，无法实现钢样和渣样的同时取样。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种钢液取样仪及其使用方法，采用机械臂操作方式替代传统的人工操作方式，有效降低人工操作方式的危险性，有效提高取样效率和取样成功率；能够满足钢包中不同位置的取样要求；取样仪整体可折叠收入地面，不占用额外空间，不影响工人工作；取样器配备了卡箍机构，有效避免取样器的脱落问题；全新设计了取样器，可有效避免钢渣的混入，保证钢样的纯净度；配备有可调整位置的钢渣取样盒，能够精确的完成渣样的取样，并且满足钢样和渣样的同时取样要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种钢液取样仪，包括升降台、回转台、机械臂、取样转接杆、钢水取样器及钢渣取样盒；所述升降台设置在钢包侧方的地面基坑中，所述回转台安装在升降台顶部，所述机械臂安装在回转台上，回转台可进行360°回转；所述钢水取样器和钢渣取样盒均通过取样转接杆与机械臂相连。

所述机械臂包括底座、大臂和小臂，底座安装在回转台顶部，大臂一端铰接在底座上，在大臂与底座的铰接处安装有大臂回转驱动电机；所述大臂另一端与小臂一端相铰接，小臂另一端与取样转接杆一端相固连，大臂与小臂的铰接处安装有小臂回转驱动电机；所述大臂和小臂均采用多级伸缩式结构。

在所述取样转接杆另一端安装有卡箍机构，所述钢水取样器通过卡箍机构与取样转接杆相固连；在所述取样转接杆上安装有导轨，在导轨上设置有电动滑块，电动滑块可在导轨上直线移动；所述钢渣取样盒通过支杆固连在电动滑块上；在所述取样转接杆上还安装有红外测距传感器。

所述卡箍机构采用圆柱筒形结构，卡箍机构的筒体具有弹性，在筒体的侧壁上设有一条贯通式缝隙，贯通式缝隙与筒体的中轴线相平行；在所述筒体的内表面固装有限位销，且限位销位于筒体轴向中心位置；在所述限位销轴向一侧的筒体外部分别设有第一卡扣和第一把手对，且第一卡扣和第一把手对均位于贯通式缝隙处；在所述限位销轴向另一侧的筒体外部分别设有第二卡扣和第二把手对，且第二卡扣和第二把手对均位于贯通式缝隙处。

所述钢水取样器采用圆柱形结构，在钢水取样器的底部并列开设有第一腔室和第二腔室，第一腔室的顶部开设有第一钢水取样口，在第二腔室的顶部开设有第二钢水取样口，且第一钢水取样口的高度高于第二钢水取样口的高度。

所述钢渣取样盒包括盒体和盒盖，盒盖扣装在盒体上，在盒盖上开设有若干钢渣取样口。

所述的钢液取样仪的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：控制升降台升起，将折叠状态的机械臂从地面基坑中抬升至地面之上；

步骤二：控制机械臂的大臂和小臂展开，保证小臂处于远离钢包的一侧；

步骤三：先将取样转接杆固接到小臂上，再将卡箍机构固装到取样转接杆上，安装卡箍机构时，先将卡箍机构的筒体套装到取样转接杆上，直到取样转接杆的端部顶靠在限位销上，然后用力握紧第一把手对，再将第一卡扣进行锁紧；

步骤四：安装钢水取样器，将钢水取样器的上端插入卡箍机构的筒体另一侧，直到钢水取样器的顶端顶靠在限位销上，然后用力握紧第二把手对，再将第二卡扣进行锁紧；同时，安装钢渣取样盒，将钢渣取样盒通过支杆固连到电动滑块上；

步骤五：控制回转台旋转，以使机械臂水平回转，将钢水取样器和钢渣取样盒向钢包移动，直到钢水取样器和钢渣取样盒位于钢液取样位置的正上方；

步骤六：控制机械臂的小臂完全回缩，控制机械臂的大臂调整到水平状态，控制电动滑块移动到导轨最上端，通过红外测距传感器测量钢水取样器与钢液液面的距离；

步骤七：以红外测距传感器测得的距离数据为依据，控制小臂向下伸出，使钢水取样器伸入到钢液液面以下，并直到设定好的取样位置，从而通过钢水取样器完成钢样的取样；

步骤八：控制电动滑块沿导轨向下移动，使钢渣取样盒穿过钢渣层，直到钢渣取样盒的盒盖没入钢渣层内，从而通过钢渣取样盒完成渣样的取样；

步骤九：重新控制机械臂的小臂完全回缩，使钢水取样器和钢渣取样盒全部脱离钢液液面；

步骤十：再次控制回转台旋转，以使机械臂水平回转，将钢水取样器和钢渣取样盒向远离钢包的方向移动；

步骤十一：打开第二卡扣，将钢水取样器从卡箍机构的筒体中取出，再将装有钢样的钢水取样器进行送检；

步骤十二：将钢渣取样盒的支杆从电动滑块上拆下，等待钢渣取样盒中的渣样冷却，然后将渣样取出进行送检；

步骤十三：先将取样转接杆从机械臂的小臂上拆下，然后将机械臂从展开状态调整回折叠状态，再控制升降台回落，直到机械臂从地面之上回落到地面基坑中，最后通过盖板将地面基坑进行封闭。

本发明的有益效果：

本发明的钢液取样仪及其使用方法，采用机械臂操作方式替代传统的人工操作方式，有效降低人工操作方式的危险性，有效提高取样效率和取样成功率；能够满足钢包中不同位置的取样要求；取样仪整体可折叠收入地面，不占用额外空间，不影响工人工作；取样器配备了卡箍机构，有效避免取样器的脱落问题；全新设计了取样器，可有效避免钢渣的混入，保证钢样的纯净度；配备有可调整位置的钢渣取样盒，能够精确的完成渣样的取样，并且满足钢样和渣样的同时取样要求。

附图说明

图1为本发明的一种钢液取样仪(工作状态)的结构示意图；

图2为本发明的一种钢液取样仪(折叠状态)的结构示意图；

图3为本发明的机械臂的结构示意图；

图4为本发明的卡箍机构的结构示意图；

图5为图4中a-a剖视图；

图6为图4中b-b剖视图；

图7为本发明的钢水取样器的结构示意图；

图8为本发明的钢渣取样盒的结构示意图；

图中，1—升降台，2—回转台，3—机械臂，4—取样转接杆，5—钢水取样器，6—钢渣取样盒，7—钢包，8—地面基坑，9—底座，10—大臂，11—小臂，12—大臂回转驱动电机，13—小臂回转驱动电机，14—卡箍机构，15—导轨，16—电动滑块，17—支杆，18—红外测距传感器，19—筒体，20—贯通式缝隙，21—限位销，22—第一卡扣，23—第一把手对，24—第二卡扣，25—第二把手对，26—第一腔室，27—第二腔室，28—第一钢水取样口，29—第二钢水取样口，30—盒体，31—盒盖，32—钢渣取样口，33—盖板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～8所示，一种钢液取样仪，包括升降台1、回转台2、机械臂3、取样转接杆4、钢水取样器5及钢渣取样盒6；所述升降台1设置在钢包7侧方的地面基坑8中，所述回转台2安装在升降台1顶部，所述机械臂3安装在回转台2上，回转台2可进行360°回转；所述钢水取样器5和钢渣取样盒6均通过取样转接杆4与机械臂3相连。

所述机械臂3包括底座9、大臂10和小臂11，底座9安装在回转台2顶部，大臂10一端铰接在底座9上，在大臂10与底座9的铰接处安装有大臂回转驱动电机12；所述大臂10另一端与小臂11一端相铰接，小臂11另一端与取样转接杆4一端相固连，大臂10与小臂11的铰接处安装有小臂回转驱动电机13；所述大臂10和小臂11均采用多级伸缩式结构。

在所述取样转接杆4另一端安装有卡箍机构14，所述钢水取样器5通过卡箍机构14与取样转接杆4相固连；在所述取样转接杆4上安装有导轨15，在导轨15上设置有电动滑块16，电动滑块16可在导轨15上直线移动；所述钢渣取样盒6通过支杆17固连在电动滑块16上；在所述取样转接杆4上还安装有红外测距传感器18。

所述卡箍机构14采用圆柱筒形结构，卡箍机构14的筒体19具有弹性，在筒体19的侧壁上设有一条贯通式缝隙20，贯通式缝隙20与筒体19的中轴线相平行；在所述筒体19的内表面固装有限位销21，且限位销21位于筒体19轴向中心位置；在所述限位销21轴向一侧的筒体19外部分别设有第一卡扣22和第一把手对23，且第一卡扣22和第一把手对23均位于贯通式缝隙20处；在所述限位销21轴向另一侧的筒体19外部分别设有第二卡扣24和第二把手对25，且第二卡扣24和第二把手对25均位于贯通式缝隙20处。

所述钢水取样器5采用圆柱形结构，在钢水取样器5的底部并列开设有第一腔室26和第二腔室27，第一腔室26的顶部开设有第一钢水取样口28，在第二腔室27的顶部开设有第二钢水取样口29，且第一钢水取样口28的高度高于第二钢水取样口29的高度。当钢水取样器5穿过钢渣层至钢水取样位置时，钢水中可能会带入少量钢渣，当钢水通过第一钢水取样口28进入第一腔室26时，所产生的小涡流会使钢渣进入第一腔室26，随着钢水进入小涡流处的钢渣变少，第一腔室26内的钢水液面上升，当液面达到第二钢水取样口29所在高度后，再流入第一腔室26的钢水中基本上不再含有钢渣，此时使流入第二腔室27的钢水较为纯净，且将第二腔室27的钢水作为送检钢样。

所述钢渣取样盒6包括盒体30和盒盖31，盒盖31扣装在盒体30上，在盒盖31上开设有若干钢渣取样口32。当钢渣取样盒6的盒盖31没入钢渣层后，钢渣会通过钢渣取样口32进入盒体30中，以实现钢渣的取样。

本实施例中，机械臂3的大臂10采用三级伸缩式结构，机械臂3的小臂11采用两级伸缩式结构；在卡箍机构14的筒体19的轴向方向上，限位销21两侧的筒体19长度均为15～30cm；第一卡扣22与第二卡扣24相对于限位销21轴向对称，第一把手对23与第二把手对25相对于限位销21轴向对称，第一卡扣22及第二卡扣24与限位销21的轴向距离为9～12cm，第一把手对23及第二把手对25与限位销21的轴向距离为5～8cm；当卡箍机构14的筒体19处于锁紧状态时，筒体19与取样转接杆4和钢水取样器5均处于过盈配合状态；第一把手对23与第二把手对25与筒体19采用一体式结构；支杆17与钢渣取样盒6的盒体30之间采用一体式结构；钢渣取样盒6的盒盖31上开设有2～6个钢渣取样口32，钢渣取样口32采用圆形孔，孔的直径为1～2cm。

所述的钢液取样仪的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：控制升降台1升起，将折叠状态的机械臂3从地面基坑8中抬升至地面之上；

步骤二：控制机械臂3的大臂10和小臂11展开，保证小臂11处于远离钢包7的一侧；

步骤三：先将取样转接杆4固接到小臂11上，再将卡箍机构14固装到取样转接杆4上，安装卡箍机构14时，先将卡箍机构14的筒体19套装到取样转接杆4上，直到取样转接杆4的端部顶靠在限位销21上，然后用力握紧第一把手对23，再将第一卡扣22进行锁紧；

步骤四：安装钢水取样器5，将钢水取样器5的上端插入卡箍机构14的筒体19另一侧，直到钢水取样器5的顶端顶靠在限位销21上，然后用力握紧第二把手对25，再将第二卡扣24进行锁紧；同时，安装钢渣取样盒6，将钢渣取样盒6通过支杆17固连到电动滑块16上；

步骤五：控制回转台2旋转，以使机械臂3水平回转，将钢水取样器5和钢渣取样盒6向钢包7移动，直到钢水取样器5和钢渣取样盒6位于钢液取样位置的正上方；

步骤六：控制机械臂3的小臂11完全回缩，控制机械臂3的大臂10调整到水平状态，控制电动滑块16移动到导轨15最上端，通过红外测距传感器18测量钢水取样器5与钢液液面的距离；

步骤七：以红外测距传感器18测得的距离数据为依据，控制小臂11向下伸出，使钢水取样器5伸入到钢液液面以下，并直到设定好的取样位置，从而通过钢水取样器5完成钢样的取样；

步骤八：控制电动滑块16沿导轨15向下移动，使钢渣取样盒6穿过钢渣层，直到钢渣取样盒6的盒盖31没入钢渣层内，从而通过钢渣取样盒6完成渣样的取样；

步骤九：重新控制机械臂3的小臂11完全回缩，使钢水取样器5和钢渣取样盒6全部脱离钢液液面；

步骤十：再次控制回转台2旋转，以使机械臂3水平回转，将钢水取样器5和钢渣取样盒6向远离钢包7的方向移动；

步骤十一：打开第二卡扣24，将钢水取样器5从卡箍机构14的筒体19中取出，再将装有钢样的钢水取样器5进行送检；

步骤十二：将钢渣取样盒6的支杆17从电动滑块16上拆下，等待钢渣取样盒6中的渣样冷却，然后将渣样取出进行送检；

步骤十三：先将取样转接杆4从机械臂3的小臂11上拆下，然后将机械臂3从展开状态调整回折叠状态，再控制升降台1回落，直到机械臂3从地面之上回落到地面基坑8中，最后通过盖板33将地面基坑8进行封闭。

通过上述步骤，有效满足了钢样和渣样的同时取样要求，另外，还可以根据实际需要，进行单独取钢样和单独取渣样。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。