液體金屬清潔度分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分析儀，其檢測(cè)熔融金屬中的懸浮微粒，例如鋁、鎵、鉛、鋅、鋼、鐵等。這些顆粒，也稱為夾雜物，是具有比熔融金屬低的電導(dǎo)率的固體、液體或氣體顆粒。
【背景技術(shù)】
[0002]熔融金屬，特別是熔融的鋁和鋼，頻繁地被污染到一定程度，其夾帶夾雜物，可在所得成品中產(chǎn)生各種缺點(diǎn)或缺陷。這種夾雜物可以產(chǎn)生自多個(gè)來源，例如，在鋁中通過表面氧化膜的夾帶，產(chǎn)生自不溶雜質(zhì)的形式，例如粗糙的或聚集的硼化物顆粒，或精細(xì)或粗糙的碳化物和氮化物，產(chǎn)生自合金元素的氧化，例如鎂，以及產(chǎn)生自用于容納或運(yùn)輸液態(tài)金屬的器皿的耐火襯里的腐蝕。
[0003]由于夾雜物的存在引起的問題包括在機(jī)械加工操作過程中金屬的撕裂，箔中針孔和條紋的存在，片材中的表面缺陷和起泡，以及導(dǎo)線生產(chǎn)過程中斷裂率的增加。隨著用戶要求更薄、更輕的產(chǎn)品以及更好的表面外觀，并且隨著一些片材金屬制品的生產(chǎn)中使用的回收金屬的比例升高，伴隨重熔過程中夾雜物形成的增多，這些問題變得更加嚴(yán)重。
[0004]已有液體金屬清潔度分析儀(“LiMCA”)，例如ABB的LiMCA II和LiMCA CM，其提供了相對(duì)快速地檢測(cè)和測(cè)量熔融金屬中的懸浮顆粒的濃度和尺寸分布。這些分析儀都使用相同的測(cè)量原理，然而LiMCA II使用電池來積累能量，以用于測(cè)量中所用的直流電流，LiMCA CM使用超級(jí)電容器來積累能量，以用于該電流?？梢栽谌廴诮饘俚奶幚聿僮鬟^程中采用所述分析儀。U.S.專利N0.4，600，880 ( “’ 880專利”)描述了 LiMCA的一個(gè)實(shí)施例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種用于單獨(dú)檢測(cè)和測(cè)量熔融金屬中的懸浮顆粒的設(shè)備，其中所述懸浮顆粒的測(cè)量具有相關(guān)聯(lián)的主噪聲頻率范圍，該設(shè)備具有:
[0006]不導(dǎo)電的隔板，其具有相對(duì)的側(cè)面并具有預(yù)定流體動(dòng)力學(xué)直徑的孔，所述隔板適于浸入在熔融金屬中，其中該孔低于金屬的表面；
[0007]裝置，其用于在從隔板的一側(cè)到另一側(cè)的方向上將熔融金屬移動(dòng)穿過該孔；
[0008]電極，其適于浸入在熔融金屬中，定位在所述隔板的相對(duì)側(cè)上，以用于在熔融金屬中建立穿過孔的電流路徑；以及
[0009]時(shí)變激勵(lì)源，其用于產(chǎn)生處于激勵(lì)頻率的預(yù)定范圍中的AC電流，其在主噪聲頻率范圍之外，當(dāng)隔板和電極被浸入在熔融金屬中時(shí)，時(shí)變激勵(lì)源可連接至電極，以使用AC電流來測(cè)量懸浮顆粒并且產(chǎn)生代表懸浮顆粒測(cè)量結(jié)果的AC信號(hào)。
[0010]一種用于單獨(dú)檢測(cè)和測(cè)量熔融金屬中的懸浮顆粒的設(shè)備，其中所述懸浮顆粒的測(cè)量具有主噪聲頻率范圍，該設(shè)備具有:
[0011]不導(dǎo)電的隔板，其具有相對(duì)的側(cè)面并具有預(yù)定流體動(dòng)力學(xué)直徑的孔，其中所述隔板適于浸入在熔融金屬中，其中該孔低于金屬的表面；
[0012]裝置，其用于在從隔板的一側(cè)到另一側(cè)的方向上將熔融金屬移動(dòng)穿過該孔；
[0013]電極，其適于浸入在熔融金屬中，定位在所述隔板的相對(duì)側(cè)上，以用于在熔融金屬中建立穿過孔的電流路徑；以及
[0014]時(shí)變激勵(lì)源，以用于產(chǎn)生處于激勵(lì)頻率的預(yù)定范圍的AC電流，其高于主噪聲頻率范圍，當(dāng)隔板和電極被浸入在熔融金屬中時(shí)，時(shí)變激勵(lì)源可連接至電極，以使用AC電流來測(cè)量懸浮顆粒，其中測(cè)量結(jié)果是具有激勵(lì)源預(yù)定頻率范圍的AC信號(hào)；以及
[0015]檢測(cè)器，其根據(jù)測(cè)量結(jié)果AC信號(hào)對(duì)熔融金屬中的懸浮顆粒進(jìn)行檢測(cè)和量化。
[0016]一種在用于單獨(dú)檢測(cè)和測(cè)量熔融金屬中的懸浮顆粒的設(shè)備中使用的系統(tǒng)。所述懸浮顆粒的測(cè)量具有主噪聲頻率范圍。該設(shè)備具有不導(dǎo)電的隔板，其具有孔。所述隔板適于浸入在熔融金屬中，其中該孔低于金屬的表面。該設(shè)備還具有電極，其適于浸入在熔融金屬中。電極被定位在所述隔板的兩側(cè)上，以用于在熔融金屬中建立穿過孔的電流路徑。
[0017]該系統(tǒng)具有時(shí)變激勵(lì)源，用于產(chǎn)生處于激勵(lì)頻率的預(yù)定范圍的AC電流，其在主噪聲頻率范圍之外。時(shí)變激勵(lì)源用于連接至電極，從而使得當(dāng)隔板和電極被浸入在熔融金屬中時(shí)，可以使用AC電流來測(cè)量懸浮顆粒。測(cè)量結(jié)果是具有激勵(lì)源預(yù)定頻率范圍的AC信號(hào)。該系統(tǒng)具有檢測(cè)器，其被連接到該源，并用于連接到該設(shè)備，以根據(jù)測(cè)量結(jié)果AC信號(hào)對(duì)熔融金屬中的懸浮顆粒進(jìn)行檢測(cè)和量化。
【附圖說明】
[0018]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的液態(tài)金屬清潔度分析儀的示意圖。
[0019]圖2-4示出了通過圖1的分析儀的樣品接收器皿的橫截面，并示出了流動(dòng)孔的優(yōu)選形式。
[0020]圖5示出了鋁包括夾雜物時(shí)的電阻率變化。
[0021]圖6示出了本文描述的LiMCA中使用的激勵(lì)源的示例。
[0022]圖7示出了激勵(lì)頻率、夾雜物和噪聲譜密度。
[0023]圖8a示出了本文描述的設(shè)備中使用的諧振槽路電路的實(shí)施例。
[0024]圖Sb示出了作為激勵(lì)源中的一個(gè)的低通阻抗匹配電路。
[0025]圖Sc示出了作為激勵(lì)源中的一個(gè)的高通阻抗匹配電路。
[0026]圖9a和9b示出了 LiMCA測(cè)量中使用的檢測(cè)器的實(shí)施例示例。
[0027]圖10示出了本文描述的設(shè)備的實(shí)驗(yàn)裝置的框圖。
[0028]圖11示出了本文描述的AC電流源發(fā)生器的一個(gè)實(shí)施例。
[0029]圖12示出了圖10所示的ADC評(píng)估板中的附加放大裝置的一個(gè)實(shí)施例。
[0030]圖13示出了本文描述的用于連接到12V電池的AC電源的設(shè)備中的夾雜物測(cè)量的結(jié)果。
[0031]圖14示出了本文描述的用于連接到12V電池的AC電源和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)備中的夾雜物測(cè)量的結(jié)果。
[0032]圖15示出了在振蕩電路由120V AC電源饋電時(shí)的四個(gè)模擬夾雜物測(cè)量的結(jié)果。
[0033]圖16示出了本文描述的LiMCA的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本文的圖1-4與’ 880專利的圖1_4相同。如’ 880專利中所描述的，樣品接收容器或器皿14(見圖1)被伸入待分析的熔融金屬的流體12中。容器14具有如圖1-4所示的300 μ m等級(jí)的孔26，以便在器皿14內(nèi)產(chǎn)生真空時(shí)在器皿14內(nèi)獲取熔融金屬的樣品。產(chǎn)生真空的技術(shù)在’ 880專利中進(jìn)行描述。
[0035]該器皿14通過任何合適的手段可拆卸地安裝在端蓋16上。該端蓋16通過標(biāo)準(zhǔn)18安裝以豎直上下運(yùn)動(dòng)，從而可將器皿14按意愿伸入流動(dòng)流體12并從中收回。端蓋16具有從其向下突出的四個(gè)電極20、28、50和54。電極20、50和54在容器14的內(nèi)部，電極28在容器的外部。
[0036]LiMCA夾雜物的測(cè)量是基于歐姆定律，即通過導(dǎo)體兩點(diǎn)之間的電流I與跨兩點(diǎn)之間的電位差V成正比，并且與它們之間的電阻R成反比。
[0037]容器14內(nèi)部的三個(gè)電極中的第一電極是載流電極20，其由金屬桿構(gòu)成，金屬桿的上部被包封在絕緣材料22中，使得只有緊靠容器壁的通道26的暴露的下尖端24與進(jìn)入容器的熔融金屬電接觸。類似的載流電極28由端蓋安裝，以便在容器外部平行于第一電極20延伸，其裸露的下尖端也緊靠通道26。
[0038]在圖1的LiMCA中，電極20和28之間形成并穿過通道26的電流路徑由電池30經(jīng)由鎮(zhèn)流電阻器32被供應(yīng)以正常情況下約60A的電流，其在需要時(shí)由開關(guān)33分流，其中路徑中的一個(gè)分支包括開關(guān)31和安培表34。電阻器32的短路允許120-600A范圍內(nèi)的電流在特定的最小時(shí)間段上被施加到新形成的通道26，至少為1-5秒，以便預(yù)處理該通道。
[0039]LiMCA的標(biāo)稱電阻，即沒有夾雜物的電阻，大約為2m Ω。圖5示出了鋁包括夾雜物時(shí)的電阻率變化。該變化為?10_4至10 _7 Ω的等級(jí)，對(duì)應(yīng)于