CN1150839A - 金属纯净度评价装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的特征是，利用在金属制造过程中采取的试料评价造成制品缺陷的金属中存在的非金属夹杂物粒子数量和组成等时，为了能够代表性良好、迅速且廉价地进行评价，用冷却坩埚悬浮熔化装置将金属片悬浮熔化一定时间，使存在于该金属片内的非金属夹杂物粒子排出到熔融体表面，使用能量分散型分光器的荧光X射线分析法直接分析凝固后弯曲且是非平滑的试料表面，并通过其他的化学或物理的测定，根据计测或者分析构成非金属夹杂物粒子的元素量，鉴定非金属夹杂物量。

Description

金属纯净度评价装置及其方法
技术领域
本发明涉及物理或化学地检测有关金属中的非金属夹杂物，例如从钢中迅速排出到表面并聚集在表面的非金属夹杂物，作为其总量评价或者按主成分粒度级别分布评价，精度良好地求出存在于金属中的非金属夹杂物比率的金属纯净度评价装置及其方法。
背景技术
作为金属，下面例举出钢的情况加以说明。存在于钢中的非金属夹杂物粒子，例如在铝镇静钢中，钢中的氧与添加的铝发生反应生成的氧化铝系夹杂物，包含起因于炼钢炉渣的石灰·二氧化硅等的炉渣系夹杂物，连续铸造时的铸型润滑剂引起的粉末系夹杂物等，在薄板、线材等轧制成形时的中间产品或最终产品中，因为与裂纹和破损等缺陷有关，所以以种种方法进行评价，作为质量管理而进行。
另一方面，在产品中发现缺陷的情况下，材料经各种过程进行制造，在最终阶段报废，在成本上也成为大问题。因此，在质量管理的早期阶段期望增加质量评价。特别是夹杂物的存在决定于金属的精炼、凝固阶段，所以迄今可以实施各种评价技术。
即使金属之中，钢的夹杂物评价技术，例如在第3版铁钢便览II炼铁·炼钢(日本铁钢协会编，昭和54年10月15日丸善发行)中已有描述，但已知有基于钢中的氧浓度的总氧(T〔O〕)法，用于评价大型夹杂物所使用的电解提取的残渣法，放大观察金属断面、评价夹杂物的显微镜法等。这些技术一般如表1中所示那样，因为各自的特征，所以在成为调查对象的夹杂物种类和大小上有限制，并且由于评价方法花费时间，而成为问题。
另外，也已知道，用于预测产品缺陷的中间制品的信息不充分。即，如表1所示，在以往的方法中，评价试料不能充分代表中间制品的质量，在试料的评价时需重要长时间，或者用像EB(电子束熔化)法那样，熔化中的过热过大的方法，在评价中存在夹杂物变质等问题。
另外，泥渣法作为精度比较良好的方法而广泛使用，但为了电解约1kg的试料全体，需要数日到数十日的极长时间。
另外，在利用少量的金属试料进行评价时，因为等于评价多量金属的一部分的金属片试料，所以为了严格地评价金属整体的纯净度，需要从同一金属片采取许多试料，这妨碍评价的快速化。
                        表1
名称 夹杂物粒径     评价数量所需时间 其他
显微镜 40m以下   100处25mm2数日
T〔O〕 -   -
泥渣 40μm以上   数kg数日～数10日
EB 200μm以下   2g(数个)1日   因减压成分蒸发
本发明 无限制   数100g～数kg10分程度   在Ar大气压下无成分蒸发
另外，熔化方法虽然与EB法不同，但在作为相同的熔化提出法考虑的方法中考虑使用冷却坩埚法的感应熔化提出法。也就是说，是消除EB法的高温熔化和由此而引起的夹杂物变质，用少量的评价体积作为代表值的不充分等缺点的方法。作为测定以该冷却坩埚悬浮熔化法制作的试料表面的夹杂物的方法，例如有在“Evalna-tionot allog cleanness in superclean materials”K.C.Millset al.，Turk-dogan Symposium Proceedings，pp.105-112(1994)文献中记载的用扫描电子显微镜观察表面夹杂物的方法。但是该文献仅指出由于冷却坩埚本身的特性作为评价方法的问题点，不是工业上廉价且迅速的金属表面大范围的非金属夹杂物的评价方法。
图1(a)和图1(b)是冷却坩埚装置的重要部分的说明图，图1(a)是平面说明图，图1(b)是图1(a)的イ-イ纵剖面说明图，图中1(1-1、……1-8)是形成坩埚的例如8个内部被水冷却的铜制扇形体，以插装在数个大致等间隔位置中的缝隙3的间隔彼此邻近配设而形成坩埚。图中2是高频线圈，围绕坩埚而配置。
图2(a)和图2(b)是冷却坩埚的作用说明图。在高频线圈2中箭头5方向的高频电流一旦流动，就在扇形体1的高频线圈2侧产生箭头6-1方向的感应电动势。然而因为扇形体被缝隙3相互隔离，所以感应电流不在邻接的其他扇形体中流动，在扇形体1的高频线圈的相反侧，成为箭头6-2方向的感应电流而流动。图中4是金属试料。在金属试料4中，由于箭头6-2方向的感应电流，涡流电流沿箭头7方向流动。利用该箭头7方向的涡流电流加热熔化金属片4。此时，因为在熔融的金属4中流动箭头7方向的涡流电流，所以利用在扇形体1中流动的箭头6-2方向的感应电流，斥力8沿金属中心方向起作用，借助该斥力8熔融金属4与扇形体1保持非接触的悬浮状态。
冷却坩埚法在非氧化气氛中使金属试料悬浮熔化，保持悬浮金属熔液。在该保持期间，金属试料内的非金属夹杂物如图2(b)的9所示排出到金属熔液表面。在保持一定时间后，一旦切断在线圈中流动的电流，金属熔液就以非金属夹杂物聚集在表面的状态进行凝固。通过测定聚集在凝固体表面的该非金属夹杂物，评价金属片的纯净度。
测定在金属片内部分散存在的非金属夹杂物的以往方法，测定是烦琐的，在测定中需要长的时间，而冷却坩埚法，因为非金属夹杂物聚集在凝固体的表面，所以聚集在表面的非金属夹杂物的测定是简易的，而且可以在短时间内进行。另外，测定分散存在于金属中的非金属夹杂物的以往方法中，试料是极小的。作为钢的代表值是不准确的。另一方面，冷却坩埚法，可以使数gr(克)至数kg的金属片一次悬浮熔化，比以往试料的量多，作为钢的代表值也能进行比以往准确的评价。
发明的公开
着眼于上述迄今仍成为问题的课题，如果能迅速评价对应于金属锭制品质量的中间制品质量，就能大幅度改进成本、时间问题，从而完成了本发明。
即，本发明的目的在于解决在中间制品质量评价中作为评价试料的代表性问题、测定时间和成本问题，以及把握夹杂物不变质状态等课题。另外，仅简单地进行冷却坩埚处悝，只是在试料表面聚集非金属夹杂物，像在上述报告中那样使用显微镜调查其表面，加上统计个数等花费时间就不可能达到所期望的目的。
本发明为了达到上述的目的，提供将由冷却坩埚产生的非金属夹杂物集中在对分析最有利的位置上，能高效率地进行全量测定的装置及方法。
本发明的要点如下。
(1)金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成：由具有曲率的底面和具有向上部逐渐扩大的倾钭面的侧面壁构成、而且中间插有半径方向的缝隙的水冷金属坩埚和，产生从上述水冷金属坩埚的侧壁面朝向中心方向的斥力、而使得金属边悬浮边熔化的高频电流导通的感应线圈和，是非氧化性气氛的容纳容器构成的金属悬浮熔化装置和，将非金属夹杂物聚集于在上述悬浮熔化装置中熔化·凝固的金属表面特定位置的金属从上述悬浮熔化装置取出、移送到分析装置中的搬运装置和，用于分析上述聚集的非金属夹杂物的装置。
(2)在(1)中记载的金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成：由以沿圆周方向分割的扇形体构成的上面敞开、下面封闭的水冷金属坩埚和，围绕坩埚而配置的、导通高频电流的感应线圈和，非氧化性气氛容器构成的金属悬浮熔化装置和，将利用上述悬浮熔化装置熔化·凝固的金属从上述水冷金属坩埚取出且移送，使金属能安置在给定的分析位置的搬运装置和，分析聚集在上述金属表面的非金属夹杂物的能量分散型荧光X射线装置。
(3)在(1)中记载的金属纯净度评价装置，其特征在于它是由下述装置构成：由以沿圆周方向分割的扇形体构成的上面敞开、下面封闭的水冷金属坩埚和，围绕坩埚而配置的、导通高频电流的感应线圈和，非氧化性气氛容器构成的金属悬浮熔化装置和，从该水冷坩埚取出由上述悬浮熔化装置熔化·凝固的金属，且能搬运到给定处理装置的金属搬运装置和，将在由上述处理装置熔化·凝固的金属表面浓缩的非金属夹杂物进行提取的酸溶解或电解装置。
(4)在(1)中记载的金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成：由以沿圆周方向分割的扇形体构成的上面敞开、下面封闭的水冷金属坩埚和，围绕该金属坩埚而配置的，在其内部导通边使熔融金属悬浮熔化，边在上述熔融金属表面给予沿坩埚壁向上方移动推力的高频3相交流电流的感应线圈和，非氧化性气氛容器构成的悬浮熔化装置和，分析聚集在由上述悬浮熔化装置熔化·凝固的金属表面的非金属夹杂物的辉度差面积换箕装置。
(5)在(1)中记载的金属纯净度评价装置，其特征在于，供给在感应线圈中流动电流的装置是单相交流电流。
(6)在(2)-(4)中的任一项中记载的金属纯净度评价装置，其特征在于，坩埚的内面形状具有以对称面将以垂直轴作为对称轴的旋转体二分之一切断的底部形状和保持与该对称面相同或者向上扩大的相似水平断面形状的圆锥台上部形状。
(7)在(2)-(4)中的任一项中记载的金属纯净度的评价装置，其特征在于，坩埚的内面的底，是内面直径的90％以上的底面呈平面状地形成。
(8)金属纯净度的评价方法，其特征在于，利用悬浮熔化装置使金属片悬浮熔化一定时间，使存在于上述金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，通过使用能量分散型分光器和荧光X射线分析法直接分析凝固后是弯曲且非平滑的金属表面，计测构成非金属夹杂物的元素量，鉴定非金属夹杂物量。
(9)在(8)中记载的金属纯净度评价方法，其特征在于，利用悬浮熔化装置使金属片悬浮熔化一定时间，使存在于上述金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，以连接熔化时的最上点和最下点的轴为中心、间断或连续地旋转凝固后是弯曲且非平滑的金属，通过使用能量分散型分光器的荧光X射线分析法直接分析金属表面，计测构成非金属夹杂物的元素，鉴定类别或来源不同的非金属夹杂物量。
(10)金属纯净度评价方法，其特征在于，利用悬浮熔化装置使金属片悬浮熔化一定时间，使存在于上述金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，利用酸溶液溶解凝固后的金属表面或者在水溶液系溶液、非水溶液系溶液中电解凝固后的金属表面，提出过滤非金属夹杂物，进行秤量·分析过滤的非金属夹杂物，或者在将过滤的非金属夹杂物按粒度级别进行分离后，进行秤量·分析。
(11)在(10)中记载的金属纯净度评价方法，其特征在于，使金属内的非金属夹杂物聚集在悬浮金属熔液表面的悬浮金属熔液的保持时间t(秒)是在下述(1)式的范围内。 1 ≤ t / ( 30 d ) ≤ 20 - - - ( 1 )
但d是坩埚的最大内径(mm)
(12)金属纯净度评价方法，其特征在于，聚集在金属熔液顶部表面的非金属夹杂物的测定是在金属试料悬浮熔化后切断高频电流，用CCD照像机拍摄冷却中的金属试料的表面和非金属夹杂物的辉度差，对该影像进行图像处理后，测定非金属夹杂物的岛状占有面积。
(13)在(11)中记载的金属纯净度评价方法，其特征在于，变化
Figure A9619035300102
(t：悬浮金属熔液的保持时间(秒)、d：坩埚的最大内径(mm))，进行悬浮熔化处理，调查每一个
Figure A9619035300103
以最大频度产生的非金属夹杂物的直径L后，预先掌握
Figure A9619035300104
与L的关系，在进行其他的金属纯净度评价时，将
Figure A9619035300105
选定在所期望的值，对该其他金属进行悬浮熔化处理，根据选定的 在上述其他金属中以最大频度产生的非金属夹杂物的直径L，推定为与预先掌握的关系相同，测定在上述其他金属中直径为L的非金属夹杂物的产生量N，以该N作为上述其他金属的纯净度进行评价。
(14)在(13)中记载的金属纯净度评价方法，其特征在于，测定该其他金属中直径为L以上的L1、L2、……的非金属夹杂物的产生量N1、N2、……，以该N1、N2、……作为该其他金属的纯净度进行评价。
(15)在(10)中记载的金属纯净度评价方法，其特征在于，从排出的非金属夹杂物之中的最大直径者中选择10个以上的粒子，利用极值统计法推断在采集该金属片的金属中存在的最大粒径的非金属夹杂物直径。
对附图的简要说明
图1(a)是冷却坩埚装置的重要部分的说明图，图1(b)是图1(a)的イ-イ纵剖面图。
图2(a)是冷却坩埚的作用说明图，图2(b)是图2(a)的纵剖面图。
图3是表示冷却坩埚装置的坩埚形状的说明图。
图4是表示高频电流和涡流电流的流动的说明图。
图5是表示悬浮熔化保持时间和非金属夹杂物排出率的关系图。
图6是表示上浮非金属夹杂物的在表面深度中存在比率图。
图7(a)是说明聚集在稳定的悬浮熔化中的悬浮金属熔液表面的非金属夹杂物的移动图，图7(b)是表示感应线圈通电中止时表面的非金属夹杂物的存在位置图。
图8是表示3相交流的冷却坩埚装置图。
图9是表示作用于熔融金属的电磁力和表面张力等的关系图。
图10是表示按照表面电解法的母材和悬浮熔化材的非金属夹杂物分布图。
图11是表示悬浮熔化试料的取料位置图。
图12是表示在实施例中使用的悬浮熔化用坩埚大小例子图。
图13(a)是表示实施例1的氧化铝分析结果和总氧浓度的关系图，图13(b)是表示产品缺陷和非金属夹杂物指数的关系图，图13(c)是表示实施例3的氧化铝分析结果和总氧浓度的关系图。
图14是表示CaO分析结果和按照泥渣(スライム)法的分析结果的关系图。
图15是表示冷却坩埚熔化材的提取非金属夹杂物个数和以往的泥渣提取夹杂物个数的关系图。
图16是表示非金属夹杂物粒径和非金属夹杂物个数的比率关系图。
图17是表示铁试料中的非金属夹杂物的评价例子图。
图18是表示利用坩埚最大内径为30mm的冷却坩埚的非金属夹杂物粒子的发生状况图。
图19是表示利用坩埚最大内径为100mm的冷却坩涡的非金属粒子的发生状况图。
图20是表示在与图18不同的连铸坯中的非金属夹杂物粒子的发生状况图。
图21是表示表3的凝固后的岛状占有率和非金属夹杂物量的关系图。
图22是表示从咸至基准电流的80％进行凝固的表3电流切断后15秒后的非金属岛状占有率和非金属夹杂物量的关系图。
图23是表示从减至基准电流的90％进行凝固的表3电流切断后15秒后的非金属岛状占有率和非金属夹杂物量的关系图。
图24是表示利用表面电解法的非金属岛状占有率和非金属夹杂物量的关系图。
实施发明的最佳方式
在本发明中，为了高效率地进行试料的非金属夹杂物的全量检测，应该使排出的非金属夹杂物的聚集控制在试料的最佳位置，进行悬浮熔化。借此，能够简便迅速地将排出而聚集的位置调节在能量分散型荧光X射线装置能够分析的合适位置上。作为其位置，当能够聚集在试料表面部上面的中央部附近的情况下，可以在该位置与X射线视野合而为一，另外，当聚集在侧面的表面部的中央部的情况下，通过旋转X射线源，可以高效率地分析聚集的非金属夹杂物。作为本发明的特征点，是代表性良好、廉价且能迅速进行地金属纯净度评价。
以下，边参照图3边说明本发明方法的具体构成。
在能控制作为非氧化气氛是惰性气体或减压气氛10的容器11中，配置由沿图2(a)所示的圆周方向分割的金属扇形体1构成、上面敞开、下面封闭的具有水冷12的金属坩埚(冷却坩埚)13。关于坩埚的形状，可以是底面具有曲率、侧壁面具有内径向上方扩大倾钭的形状。坩埚被流有以高频发射器14提供的高频电流15的水冷线圈16围绕。作为对象而预先测定重量的金属试料6放置在上述坩埚内，线圈中一旦流过电流，熔融金属6就靠所产生的电磁力17在水冷金属坩埚13内悬浮。此时的高频电流和感应电流的流动说明图是图4，在高频线圈中一旦流动高频电流，在扇形体的高频线圈侧就产生感应电动势5。但是因为扇形体被缝隙(スリツト)相互隔离，所以感应电流不在相邻接的其他扇形体中流动，在扇形体的高频线圈的相对侧中形成感应电流而流动。在金属试料中因感应电流而流有涡流电流7。利用该涡流电流7使金属片加热并熔化。此时，因为在熔融的金属中流有涡流电流，所以借助在扇形体中流动的感应电流，斥力8沿金属的中心方向起作用，依靠该斥力8熔融金属与扇形体保持非接触悬浮状态。此时，因为坩埚内部形状是随着向下方其断面积变小，因此越是下方金属中的电磁力作用越强。因此在熔融时，导致图9所示的电磁力17和表面张力19及重力20的平衡，熔融金属在坩埚内悬浮。非金属夹杂物比熔融金属的比重轻，而且感应的电磁力以将熔融金属挤到内侧的力的反作用作用在非金属夹杂物上，非金属夹杂物和熔融金属之间因为存在界面张力，所以排到悬浮体外周18。保持一定时间后，一切断在线圈中流动的电流，熔融金属就凝固，非金属夹杂物聚集在悬浮体表面。
本发明是由使已排出到表面的非金属夹杂物聚集在能迅速评价的位置的发明而构成，以及由为了迅速求出存在于凝固后的非平滑表面上的非金属夹杂物的量、组成、粒径分布的发明而构成。
作为本发明特征的评价排出的非金属夹杂物量的方法是具有以下特征的金属纯净度评价方法：用冷却坩埚悬浮熔化装置使金属片悬浮熔化一定时间，使存在于该金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，再使排出的非金属夹杂物在表面聚集，通过具有能量分散型分光器的荧光X射线分析法直接分析悬浮熔化·凝固后的试料表面，计测构成非金属夹杂物的元素量，鉴定非金属夹杂物量。
利用冷却坩埚悬浮熔化装置进行悬浮熔化·凝固的试料表面是弯曲且非平滑的。而且排出到试料表面的非金属夹杂物，呈岛状不均匀地存在于试料表面。为了迅速且简便地分析以这样的状态存在的非金属夹杂物，在本发明中，在荧光X射线分析装置中使用能量分散型分光器，测定较宽的领域( 数mm，最好 10mm以上)。另外，通过分析凝固的试料整个表面，能够更详细且精度良好地分析非金属夹杂物。本发明通过分析上浮在金属表面的非金属夹杂物能够代表性地表示金属整体的非金属夹杂物的量。
作为本发明其他特征的分析排出的非金属夹杂物的量、组成、粒径分布的方法，是具有以下特征的金属纯净度评价方法：用冷却坩埚悬浮熔化装置使金属片悬浮熔化一定时间，使存在于金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，再使排出的非金属夹杂物在表面聚集。此后，悬浮熔化·凝固后的试料表面用酸溶液或卤素·醇溶液(例如溴甲醇溶液)进行溶解，或者在水溶液系溶液(例如，10％氯化亚铁溶液、柠檬酸钠溶液)或非水溶液系溶液(例如乙酰丙酮溶液)中进行电解，提取过滤非金属夹杂物，秤量·分析过滤的非金属夹杂物，或者在按粒度进行分离后进行秤量·分析。
再有，本发明是具有以下特征的金属纯净度评价方法：对金属变化
Figure A9619035300143
(t：悬浮熔化的保持时间(秒)，d：坩埚的最大直径(mm))进行冷却坩埚处理，调查每一个 以最大频度产生的非金属夹杂物直径L，预先掌握 和L(杂质粒子的直径)的关系。然后在评价其他金属纯净度时，将 选定在所希望的值，对其他金属进行冷却坩埚处理。根据该选定的 在该其他金属中以最大频度产生的非金属夹杂物的直径L推定与上述金属的情况是相同的，测定在该其他金属中粒径是L的非金属夹杂物的产生量N，以N作为该其他金属的纯净度进行评价。另外，本发明是具有以下特征的金属纯净度评价方法：测定在其他金属中直径为L以上的L1、L2……的非金属夹杂物的产生量N1、N2、……，以该N1、N2、……作为该其他金属的纯净度进行评价。
用显微镜等观察凝固后的金属表面，从粒径最大者中选择有统计意义的个数即最低10个以上、希望40个以上的非金属夹杂物，在极值统计纸上画曲线，推断最大粒径的粒子。关于该极值统计纸，例如在グンベル(贡佩尔)著的极值统计学(生产技术センタ一新社刊，昭和53年6月15日第5版)中已详细描述。作为概要，本方法的场合，例如形成像以下那样的步骤。熔化金属，在显微镜下放大提取的非金属夹杂物，拍摄照片，测定10处以上希望40个视野内的最大夹杂物粒径。然后，将测定了个数的非金属夹杂物按大小序号重新排列，算出累积分布函数，在极值概率纸上画出线。接着算出回归式，预测最大非金属夹杂物粒径。按照本发明的方法能够代表性良好、廉价且快速地进行金属纯净度评价。
坩埚是如上述的形状，例如是共知的(例如，第129·130回西山记念技术讲座：电磁力 利用 マテリァルプロセシング(利用电磁力的材料处理)，平成元年4月28日，社团法人，日本铁钢协会发行)间歇型或称作悬浮熔化型的上面敞开、下面封闭的坩埚。
图5是表示试料中的氧化铝排出率和悬浮熔化保持时间的关系图。从该图可知，冷却坩埚悬浮熔化法可悬浮熔化数10gr至数kg程度的试料，从使用100g金属片的本发明人的试验结果可知，若如图5所示保持3分钟以上的熔化，则排出约80％的试料中的非金属夹杂物，即使熔化保持时间延长到3分钟以上，排出率也不变化。从本发明人的实验结果可知，排出到表面的非金属夹杂物和杂质大部分存在于表层约30μm的深度。(参照图6)另一方面，X射线的透过率，铁是约100μm程度，作为非金属物的代表的氧化铝是数10μm程度。因此，仅仅直接测定存在排出的非金属夹物的领域，像本发明那样使用荧光X射线分析法是效率最好的。
在悬浮熔化后再凝固的试料表面是弯曲面，而且是非平滑面。因此以通常的元素分析使用的波长分散型荧光X射线不能测定本试料。因而，本发明即使牺牲一些分析精度，也使用能测定弯曲且非平滑面的能量分散型荧光X射线分析法。
另外，如上所述，排出在试料表面的非金属夹杂物以岛状存在，以极不均匀的状态存在于试料表面。从本发明人的实验可知，为了分析像这样状态的非金属夹杂物，或需要一次测定数mm的范围，或需要以数个部位测定小区域。实际上，若使一次X射线束达到10mm以上进行测定，则得到精度良好的测定结果。如可能，希望尽可能在试料表面的整个区域照射一次X射线。
另一方面，目前市售的荧光X射线分析装置多数是，使一次X射线束缩小变细，测定微小领域的方法是主流。像本发明那样，使一次X射线束扩大到数mm以上利用的情况还几乎没有。
另外，因为本发明分析非金属夹杂物和杂质粒子的元素组成，所以能够区别组成且迅速地鉴定·定量包含在非金属夹杂物和杂质中的氧化铝、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、氧化钠等。
为了迅速地将聚集在试料表面的非金属夹杂物试料搬运到荧光X射线分析装置等中，在本发明中作为将试料从坩埚中取出的装置，设置电磁铁或吸盘等，吸住试料后取出并搬运到设置在坩埚附近的上述分析装置中。此时，由具有用于将非金属夹杂物的聚集位置确定在分析用X射线照射范围内的位置设定装置的搬运装置构成。
如上所述，按照本发明，进行冷却坩埚悬浮熔化后、用能量分散型荧光X射线分析法分析排出到试料表面的非金属夹杂物，计测构成非金属夹杂物的元素量，因此既能进行其成分分析，又能鉴定组成。
此外，如上所述，排出到表面的非金属夹杂物其大部分存在于表层约30μm的深度。因此，像本发明那样，通过将凝固后的试料最表面层的50-100μm左右溶解或电解，在比数分钟至数十分钟的以往方法短得多时间内，能够回收分析作为目的的非金属夹杂物的大部分。也如上述表明的那样，本发明能提供作为炼钢作业管理指标的耐使用、具备十分迅速性和简便性的非金属夹杂物分析方法。
另外，通过将回收的非金属夹杂物在进行粒度区别分离后进行分析，不仅能够分析非金属夹杂物的成分，而且能够测定粒径和粒度分布，分析粒度不同的成分、分析粒度不同组成。
图7(a)、(b)是表示在感应加热线圈中流有通常的单相的高频电流的以往的冷却坩埚法中，排出到悬浮金属熔液表面的非金属夹杂物的移动说明图，图7(a)是通电中的说明图，图7(b)是切断高频电流时的说明图。在悬浮金属熔液中，形成在中央上升并沿表面向下流动的金属熔液的缓慢液流10。在该金属熔液的液流10中流动后、排出到金属熔液表面的非金属夹杂物的一部分9-1在悬浮金属熔液4和扇形体的间隙间移动。在此状态若切断高频电流，则非金属夹杂物9-1如图7(b)所示，不聚集在金属熔液的顶部表面，而挤进金属熔液的下部表面附近。因此，在图7(b)的情况下，当评价金属的纯净度时，就等于测定凝固后的图7(b)的试料4的金属表面。但是，因为非金属夹杂物分散在表面，测定面积广，所以难说非金属夹杂物评价的简便性和快速性是充分的。
因此，在本发明中，在使用单相交流电的悬浮熔化的情况下，如图7(a)所示，非金属夹杂物围绕熔融金属的对称轴涌出上升，乘沿坩埚壁下降的液流，准积在侧壁和熔融金属之间。一旦切断在线圈中流动的电流，就像图7(b)所示那样，悬浮金属靠重力作用被推压到坩埚底部，排出到表面的非金属夹杂物，一部分被捕集到金属的侧部，另一部分移动到金属的上部。在此，如果将线圈中流动的电流的切断，是保持在悬浮中的金属凝固的电流水平上，在金属凝固后再进行，则非金属夹杂物仅被捕集到侧部，形成带状的聚集带。
图8是本发明的感应的加热线圈，在该线圈中通有感应加热线圈的位相不同的3相交流高频电流U、V、W。该感应加热线圈的构成是应具有利用3相交流U、V、W在悬浮熔化的金属熔液4表面形成向上流11的线性电动机功能。另外高频电流U、V、W的构成是应使金属试料4能悬浮熔化。即本发明的感应加热线圈是在使金属试料4进行悬浮熔化的同时，在悬浮熔化的金属熔液表面形成上流11的感应加热线圈。本发明，在使用3相交流电时，如图8所示，因为在熔化中液流也沿坩埚壁向上，所以非金属夹杂物仅聚集在上部，不管电流的切断条件如何，凝固后也都聚集在上部，由此包含在金属试料中的非金属夹杂物，通过测定金属熔液顶部的岛状占有区的非金属夹杂物，能够大略掌握其全量，能够极简便且快速地评价金属纯净度。
实施例1
用宽1500mm、厚250mm的铸型，以铸造速度1.2m/分铸造的20个低碳铝镇静钢的钢锭，如图11所示那样，由铸锭宽度方向1/4及1/2部位，切取沿铸造方向20mm，沿厚度方向离表层30mm，沿宽度方向20mm的试料，使用内径40mm、深40mm、离上端20mm至40mm具有抛物线状的断面形状、像图12那样的坩埚，在使保护气体相对大气压的表压为0.2气压下进行保护气氛熔化。在线圈中给予30KW的电力，熔化后保持5分钟，此后经10秒使电力成比例地降低到0KW电力。熔融试料以其顶部作为最终凝固位置，以无缩孔状态凝固。然后调查非金属夹杂物的岛状聚集的面积。另外，对从同一样品的附近位置切取的相同尺寸的试料分析其总氧(T〔O〕)并进行比较。在图13(a)中示出两者指数进行比较的结果，得到良好的相互关系。同样，在图13(b)中示出与同一铸锭的轧制、表面处理后的制品板的缺陷指数的指数比较，得到良好的相互关系。
实施例2
用160mm方铸型，以铸造速度2m/分铸造的高碳钢的铸锭，如图11所示的由铸锭边方向1/2部位切取沿铸造方向20mm、沿厚度方向离表层30mm、沿宽度方向20mm的试料，使用内径40mm、深40mm、离上端20mm至40mm具有抛物线状的断面形状、像图12那样的坩埚，在使保护气体相对大气压的表压为0.2气压下进行保护气氛熔化。在线圈中给予30KW的电力，熔化后保持5分钟，此后降低电力。熔融试样以其顶部作为最终凝固位置，以无缩孔状态进行凝固。此后，从熔化凝固试料表面电解提取的非金属夹杂物集中在滤纸上进行显微镜观察，从50个视野(1个视野为0.02833mm2)进行每一视野的最大非金属夹杂物的极值统计，推断最大粒径的非金属夹杂物。另一方面，熔化同一尺寸的试料50个，调查各个试料表面的最大粒径的非金属杂物，与推断结果进行比较。在表2中示出进行极值统计的推断粒径和50个试料表面中最大的非金属夹杂物粒径，但得到大致符合预测粒径的结果。
                   表2
极值统计推断   实验评价值
最大夹杂物粒径     15μm     16μm
实施例3
用宽1500mm、厚250mm的铸型，以铸造速度1.2m/分铸造的低碳铝镇静钢的20个钢锭，由铸锭宽度方向1/4和1/2部位，切取沿铸造方向20mm，沿厚度方向离表层30mm，沿宽度方向20mm的试料，用内径40mm、深40mm、离上端20mm至40mm具有抛物线状的断面形状、像图12那样的坩埚，在大气压Ar气氛下进行熔化，熔化后保持5分钟，排出非金属夹杂物后进行凝固。
用荧光X射线分析法分析再凝固了的试料表面上呈岛状聚集的非金属夹杂物。以一次X射线强度为1μA×50KV、照射径为13mm、照射时间为30秒进行测定。从Al、Si、Ca等的荧光X射线强度测定试料中的氧化铝、二氧化硅、氧化钙等的存在量。另外，对从同一样品的附近位置切取的相同尺寸的试料进行总氧分析。进行这两者的测定结果比较，如图13(c)所示从荧光X射线分析得到的铝强度和总氧之间得到良好的相互关系。另外，用另外切取的同样试料，按照本发明的方法，进行荧光X射线分析非金属夹杂物中的钙，求出与按照泥渣法得到的CaO的相关值，在两者之间看到如图14所示的良好相互关系。另外，如图16所示，每50μm的大小分布，与泥渣法的结果几乎没有变化。按照本发明的方法测定包含在中间包内的试料和铸锭中的非金属夹杂物量，比较的结果示于图15中。如从图中看到的那样，在中间包内非金属夹杂物量多，在铸锭中非金属夹杂物少，像这样能够廉价快速且简便地进行钢试料中的的夹杂物评价。
即，按照本发明的方法，包括在冷却坩埚悬浮熔化中5分钟左右，荧光X射线分析1分钟左右以及将试料安置在装置内等是10分钟左右，就能评价非金属夹杂物，与以往的评价方法相比，能够飞速地以短时间进行铸锭质量评价。
实施例4
用宽1500mm、厚250mm的铸型，以铸造速度1.2m/分铸造的20个低碳铝镇静钢的钢锭，由铸锭宽度方向1/4和1/2部位，切取沿铸造方向20mm，沿厚度方向离表层30mm、沿宽度方向20mm的试料，使用内径40mm、深40mm、离上端从20mm至40mm具有抛物线状的断面形状、像图12那样的坩埚，在大气压Ar气氛下进行熔化，熔化后保持5分钟，在排出非金属夹杂物后进行凝固。
以本发明的表面电解法分析再凝固的试料表面。作为表面电解法，例如以熔化的试料作为阳极，固定在10％乙酰丙酮系电解液中，以电流密度5-50mA/cm2的条件，将作为基体的钢电解0.5g程度，以排出到试料表面的非金属夹杂物作为电解残渣，残留在溶液中，在电解终了后过滤电解溶液，使非金属夹杂物在滤纸上作为残渣而回收。对该残渣进行秤量、粒度分析或成分分析等。
作为非金属夹杂物的分析方法，或用荧光X射线分析法分析滤纸上的残渣，或在白金坩埚中将包含残渣的滤纸加热灰化后，用碳酸钠、碳酸钾、硼酸钠的混合熔剂进行熔化，用稀盐酸溶液将熔块加温溶解后，用等离子体发光分光分析或者原子吸光分析进行分析。
作为氧化物的粒度测定方法，使用超声波筛分法。用超声波使滤纸上的残渣分散在甲醇溶液或乙醇溶液中，将该溶液注入具有合适目孔的金属滤器上，边给予超声波振动边过滤分级，根据各自的滤器上的残渣重量和化学分析值，求出非金属夹杂物的粒度分布和成分组成。
如图10所示，已清楚经悬浮熔化浓缩在表面、而且电解提取的氧化物，和将悬浮熔化中使用的试料相同母材直接电解提取的氧化物，大体上每种粒径的提取频度是相同的。即，按照本评价法，在试验中夹杂物等不变质，能够得到母材本身具有的非金属夹杂物信息。因此，按照本评价方法，能够使以往的铸锭质量评价飞速地在短时间内进行。
另外，按照本发明的方法。测定包含在中间包内试料和铸锭中的非金属夹杂物，比较结果示于图17。如该图表明的那样，在中间包内非金属夹杂物多，而铸锭中非金属夹杂物少，像这样能够廉价、快速且简便地进行钢试料中的非金属夹杂物评价。
实施例5
本发明人从低碳铝镇静钢的厚250mm连铸铸锭的皮下约30mm切取试料，使用坩埚的最大内径为30mm的冷却坩埚，在大气压Ar气氛下将试料悬浮熔化，将悬浮金属熔液保持后述的t秒时间，然后使金属熔液凝固。目视观察在凝固体表面聚集的非金属夹杂物粒子。以非金属夹杂物粒子聚集在表面的凝固体作为阳极，固定在10％乙酰丙酮系电解液中，在电流密度5-50mA/Cm2的条件下，与凝固体的表面金属杂质粒子一起电解0.5g。然后过滤电解溶液，用超声波筛分法分散滤纸上的残渣，注入具有所希望大小目孔的金属滤器上，边给予超声波振动边进行过滤分级。
本发明人对相同炉料的连铸铸锭进行3次上述试验，悬浮金属熔液的保持时间t分别是60秒、120秒和180秒。另外分级过的非金属夹杂物粒子，根据其大小，分类为8种：第1种(300μm以上)、第2种(250μm-300μm)、第3种(200μm-250μm)、第4种(150μm-200μm)、第5种(100μm-150μm)、第6种(50μm-100μm)、第7种(10μm-50μm)、第8种(不到10μm)。
图18是试验结果，纵轴是每1kg金属片的非金属夹杂物粒子的个数。如在t＝60″(实线)的柱式图解中看到的那样，在悬浮金属熔液的保持时间t为60秒时，以最大的频度产生的非金属夹杂物粒子的大小是第5种，是100μm-150μm的大小。另一方面，如在t＝120″(虚线)的柱式图解中看到的那样，悬浮金属熔液的保持时间是120秒时，最大频度的非金属夹杂物粒子是第7种。另外，如在t＝180″(一点点划线)的折线图中看到的那样，悬浮金属熔液的保持时间是180秒时，最大频度的非金属夹杂物粒子是第8种。
此外，如在图18看到的那样，第1种-第5种的大型非金属夹杂物粒子，在60秒的保持时间几乎都聚集在金属熔液表面，即使保持时间延长到120秒、180秒，其数目也几乎不增加。另外，第6种-第7种的中型非金属夹杂物粒子，在60秒的保持时间向金属熔液表面的聚集是不充分的，但120秒的保持时间大部分聚集在金属熔液表面，但保持时间进一步延长到180秒，其数目也几乎不增加。第8种的小型非金属夹杂物的粒子，用120秒的保持时间是不够的，经180秒的保持，大部分聚集在金属熔液表面。
本发明人使用坩埚的最大内径为100mm的冷却坩埚代替图18的最大内径30mm坩埚，从与图18相同的连铸铸锭的皮下约30mm切取试料，进行实验。另外在此时，悬浮金属熔液的保持时间t是110秒、220秒、330秒。聚集在悬浮金属熔液表面的非金属夹杂物粒子进行与图18情况相同的处理而分级。
图19是其试验结果。此时，如在t＝55″的二点点划线的折线图中看到的那样，在悬浮金属熔液的保持时间是55秒时，第1种以上的极大非金属夹杂物粒子聚集，但比此小的非金属夹杂物粒子的聚集是不充分的。非金属夹杂物粒子的大小是100μm-150μm的第5种成为最大频度的t，在图18中是60″，而在图19中成为110″。同样，非金属夹物粒子的大小是10μm-50μm的第7种成为最大频度的t，在图18中是120″，而在图19中成为220″。
如上所述，在坩埚最大内径不同的冷却坩埚的情况下，若不改变悬浮金属熔液的保持时间t，则不能使相同大小的非金属夹杂物粒子聚集。但是，若使用坩埚最大内径(dmm)与悬浮金属熔液的保持时间t的比 ，则如在图18和图19中看到的那样，即使改变坩埚的内径d，在
Figure A9619035300222
相同的情况下，相同大小的非金属夹杂物发生聚集。即在 为2时，在图18中和在图19中第5种都成为最大频度，在
Figure A9619035300224
为4时，在图18中和在图19中第7种都成为最大频度。
因此在本发明中，在使用大小不同的坩埚时，可根据 调整悬浮金属熔液的保持时间，但通过这种调整，即使使用大小不同的坩埚时，也能正确掌握非金属夹杂物粒子，并且可以直接比较使用大小不同的坩埚时的非金属夹杂物粒子的测定结果。
根据本发明人等的见识，用冷却坩埚进行处理，所观测的大小超过300μm的巨大非金属夹杂物粒子，对一切品种的钢材来说都是不利的。因此希望时常预先掌握。这样巨大的非金属夹杂物粒子，如在图19的二点点划线折线图中看到的那样，在 t / ( 30 d ) = 1 时，几乎都聚集。因此，本发明的 规定为1以上。在图18和图19中虽然没有表示，但根据本人等的见识，若：t/
Figure A9619035300233
达到6以上，则比第8种更细小的非金属夹杂物粒子稍微增加。但是，
Figure A9619035300234
是20，细小非金属夹杂物粒子的这种微增达到饱和。因此， 超过20是不必要的。由此本发明的t/
Figure A9619035300236
规定为20以下。
本发明人等使用与图18相同的坩埚最大内径30mm的冷却坩埚，从与图18不同的连铸铸锭切取试料，使悬浮金属熔液保持时间达到60秒、120秒、180秒进行试验。另外，聚集在悬浮金属熔液表面的杂质粒子与图18情况相同地进行处理而分级。
图20是其试验结果。因为图20是与图18不同炉料的连铸铸锭，所以非金属夹杂物粒子个数与图18不同。但是在
Figure A9619035300237
是2时，以最大频度产生的非金属夹杂物粒子的大小与图18同样是第5种，在 是4时，最大频度的非金属夹杂物粒子与图18同样是第7种，在 是6时，最大频度的非金属夹杂物粒子与图18同样是第8种。另外图20的情况也与在图18中所述的相同，第1种-第5种的大型非金属夹杂物粒子，在 是2时，几乎都聚集在金属熔液表面，即使使
Figure A96190353002311
再达到4和6，其数目也几乎不增加。并且第6种-第7种的中型非金属夹杂物粒子，在t/是2时，向金属熔液表面的聚集不充分，但在 是4时，大部聚集在金属熔液表面，即使使
Figure A96190353002314
达到6，也几乎不增加。
也就是说，尽管进行测定的连铸铸锭的炉料不同，但第5种的非金属夹杂物粒子，在 是2时，以最大的频度表现，第7种的非金属夹杂物粒子，在 是4时，以最大频度表现。在本发明中，例如在图18的炉料的连铸铸锭中，使
Figure A96190353002317
按2，4，6那样改变，进行冷却坩埚处理，每一个 以最大的频度产生的非金属夹杂物粒子的直径L预先把握为第5种、第7种、第8种。
若像这样的预先把握，则在进行评价其他炉料，例如图20的连铸铸锭的纯净度时，例如若将 选定在4，进行冷却坩埚处理，则推断在图20的情况下，以最大频度产生的非金属夹杂物粒子的直径L也是第7种。此时按本发明测定L是第7种非金属夹杂物粒子的发生量为N个/Kg。或者测定L是7种以上的第1种-第7种非金属夹杂物粒子的发生量N1、N2、……N7。
例如连铸铸锭进行塑性加工制成钢成品。此时，非金属夹杂物粒子在钢材和钢成品的制造过程中产生裂纹等缺陷，并且产生使钢成品的使用寿命缩短等质量上的缺陷。但是如果塑性加工手段不同，并且钢成品的种类不同，使得产生裂纹等缺陷和质量上的缺陷的非金属夹杂物粒子大小也发生变化。即，由于塑性加工手段和成品钢种类不同，往往只有比第7种大的非金属夹杂物粒子产生缺陷，而比第7种小的非金属夹杂物粒子不产生缺陷。
在此时，不必要测定比第7种小的非金属夹杂物粒子的发生量，因此例如将
Figure A9619035300242
(30d)选定为4进行冷却坩埚处理，通过测定第7种非金属夹杂物的发生量N个/Kg，可以进行该金属纯净度的评价。在此时，因为不必要测定比第7种更多发生的第8种非金属夹杂物粒子的发生量，所以金属纯净度的测定也比以往简便化且容易。
实施例6
本发明人从3种不同炉料、厚250mm的低碳铝镇静钢的连铸铸锭切取试料，用坩埚最大内径为30mm的冷却坩埚，在大气压的Ar气氛下，将上述试料悬浮熔化，将悬浮金属熔液保持120秒，使非金属夹杂物聚集在悬浮金属熔液的表面后，切断在冷却坩埚的线圈中流动的高频电流，用CCD照像机拍摄从高频电流切断经过10秒时和经过15秒时的坩埚内的金属上部表面。此时，在坩埚内的金属上部表面，非金属夹杂物的占有部位形成岛状，由于金属和岛状非金属夹杂物占有部位的辉度差，非金属夹杂物占有部位作为岛状图像被拍照下来。对该图像进行图像处理，分别求出非金属夹杂物的占有部位面积。
另外，用CCD照像机拍摄在钳锅内的表面上聚集了非金属夹杂物的金属试料，凝固结束后再从坩埚取出，在常温下测定岛状非金属夹杂物的占有部面积后，作为阳极固定在10％乙酰丙酮系电解液中，在电流密度5-50mA/cm2的条件下使金属表面电解0.5gr，进行过滤，然后测定非金属夹杂物的重量。
本发明人还从3种不同炉料的低碳铝镇静钢的连铸铸锭切取试料，用坩埚最大内径100mm的冷却坩埚，在大气压的Ar气氛下将上述试料悬浮熔化，将悬浮金属熔液保持400秒，使非金属夹杂物聚集在悬浮金属熔液的表面后，切断在冷却坩埚的线圈中流动的高频电流，用CCD照像机拍照从高频电流切断经过10秒时和经过15秒时的坩埚内的金属上部表面。
所拍摄的图像进行与坩埚最大内径30mm相同的图像处理，求出岛状非金属夹杂物的占有部面积。另外，在坩锅内表面上聚集了非金属夹杂物的金属，与坩埚最大内径30mm的情况相同，在常温下测定岛状非金属夹杂物的占有部面积，然后将金属表面电解1gr，测定非金属夹杂物的重量。
这些试验结果示于表3中。
                                表3
序号   坩埚的最大内径(mm)     岛状非金属夹杂物占有部的面积(mm2) 电解得到的非金属夹杂物量(mg)(d)
离电流切断的时间 凝固后(C)
10秒(a) 15秒(b)
  123   303030   201264327   201176138   176176113     252614
  456   100100100   477590691   402465427   377465377     607053
如表3所表明的那样，岛状非金属夹杂物的占有面积，从电流切断后的时间为10秒时(表3的a)为最大，随时间的流逝而缩小，在凝固后(表3的c)最小。凝固后的岛状非金属夹杂物占有部的面积(表3的c)和以电解得到的非金属夹杂物量(表3的d)用图表示的话，如图21所示，如图21表明的那样，凝固后的岛状非金属夹杂物的占有面积和以电解提取得到的非金属夹杂物量存在密切的相关关系。因而非金属夹杂物量的评价可以不进行费事的电解提取，而是通过测定凝固后的岛状非金属夹杂物的占有面积来进行。
图22是表示从表3的电流切断经过15秒时的岛状非金属夹杂物占有部的面积(表3的b)和以电解得到的非金属夹杂物量(表3的d)的关系图。图22与图21相比变动大，但是从电流切断经过15秒的岛状非金属夹杂物占有部的面积也与用电解提取得到的非金属夹杂物量有密切的相关关系。因而非金属夹杂物量不需等试料凝固，用CCD照像机拍摄从电流切断经过15秒时的坩埚内的金属上部表面上形成的岛状非金属夹杂物的占有部，对金属的岛状非金属夹杂物占有部的辉度差的图像进行图像处理，测定非金属夹杂物的占有面积，就能进行评价。
图23是表示从表3的电流切断后经过10秒时的岛状非金属夹杂物占有部面积(表3的a)和用电解得到的非金属夹杂物量(表3的d)的关系图。如图23表明的那样，在从电流切断经过10秒时，在岛状非金属夹杂物占有部面积和非金属夹杂物量之间没有很密切的相关关系。因此，从电流切断经过10秒时的岛状非金属夹杂物占有部面积，作为评价非金属夹杂物量的尺度是不适当的。由于以上的理由，在本发明中，从电流切断经过不到15秒时期的岛状非金属夹杂物占有部面积，不能用于金属纯净度的评价，而从电流切断经过15秒以上时期的岛状非金属夹杂物的占有部面积专门用于金属纯净度评价。
根据本发明人的见识，冷却坩埚中的悬浮金属熔液的保持时间t(秒)和坩埚最大内径d(mm)之比
Figure A9619035300261
不到1时，非金属夹杂物向悬浮金属熔液表面的聚集是不充分的。若
Figure A9619035300262
达到1时，则大小为300μm左右的大型非金属夹杂物聚集在悬浮金属熔液的表面。300μm左右的大型非金属夹杂物在钢材和钢成品的制造过程中及使用时大多发生缺陷。因此，在非金属夹杂物管理时最好t/是1以上。一旦使 大于1，则随 增加的同时，小的非金属夹杂物也聚集在悬浮金属熔液的表面。但是，即使
Figure A9619035300274
超过20，聚集在悬浮金属熔液表面的非金属夹杂物也不再增加。因而悬浮金属熔液的保持时间t最好是 1 ≤ t / ( 30 d ) ≤ 20 的范围。
图7(a)、(b)是在悬浮金属熔液表面聚集的非金属夹杂物的移动说明图。图7(a)是线圈中流动高频电流、保持悬浮金属熔液时的模式图。在此时，在悬浮的金属熔液4内，形成在中央上升并沿表面流动的金属熔液缓流液10。通过该金属熔液流10聚集在金属熔液表面的非金属夹杂物9流向扇形体1侧，移动到扇形体1侧。如果切断高频电流，该金属熔液流10也消失，如图7(b)所示，移动到扇形体1侧的非金属夹杂物为了凝集而移动到中央部，直至形成岛状非金属夹杂物占有部。在表3中从电流切断后时间为10秒时的岛状非金属夹杂物占有部面积(表3的a)为最大的理由被认为是，在从电流切断后时间为10秒时，扇形体1侧的非金属夹杂物是向中央移动中，凝集不充分，分散存在于金属熔液的表面。
实施例7
从厚250mm的低碳铝镇静钢的连铸铸锭皮下30mm邻接部位切取2块金属试料，一块作为比较例用以往的具有单相高频感应加热线圈的装置进行悬浮熔化，另一块作为本发明例用具有3相交流感应加热线圈的装置进行悬浮熔化，熔化后经过10秒后停止通电，将金属试料冷却到室温。所用坩埚的最大直径是30mm，供给电力一共是30KVA，高频的频率一共是100KHz。
观察非金属夹杂物向顶部的聚集度后，进行以下的评价。
冷却到常温的试料作为阳极固定在10％乙酰丙酮系电解液中，在电流密度5-50mA/cm2的条件下电解金属表面，在任何场合，作为第一阶段电解悬浮金属熔液顶部侧的金属表面，然后作为第二阶段电解金属表面的全体。过滤电解中使用的溶液，将非金属夹杂物分级并测定其重量。
第一阶段的非金属夹杂物量和第二阶段的非金属夹杂物量合计的非金属夹杂物量，本发明例的场合与比较例的场合也是大致等量的。但第一阶段的非金属夹杂物量，本发明例的场合是上述合计的非金属夹杂物量的约95％，与此相比，比较例的场合是合计的非金属夹杂物量的约60％。即本发明例的场合，因为非金属夹杂物聚集在悬浮金属熔液的顶部侧，所以在第一阶段的电解中提取出大致全量的非金属夹杂物。因而可以省略第二阶段的，也能比以往更迅速且简易地测定非金属夹杂物量。另一方面，在比较例中因为非金属夹杂物分散在全体表面，所以在第一阶段的电解中提取的非金属夹杂物是约60％，第二阶段是不可缺少的。
即本发明的金属纯净度的评价方法是下述的金属纯净度评价方法；使用具有利用3相交流高频电流的感应加热线圈的本发明冷却坩埚，在悬浮熔融的金属熔液表面形成向上液流，使排出到金属熔液表面的非金属夹杂物聚集在金属熔液顶部的表面，测定聚集在金属熔液顶部表面的非金属夹杂物，以该测定值评价金属的纯净度。
另外，本发明人从炉料不同的3个低碳铝镇静钢的连铸锭分别切取金属试料，使用具有本发明的3相交流感应加热线圈的装置将上述试料分别悬浮熔化。在悬浮熔融状态保持约10秒后，停止通电，用CCD照像机拍照冷却中的金属试料的顶部。此时，因为冷却中的金属辉度与非金属夹杂物辉度不同，可以在任何场合都可得到在中央部位形成非金属夹杂物的岛状占有区的图像。通过对该图像进行图像处理，测定非金属夹杂物的岛状占有区的面积。
将各个金属试料冷却到常温，以与上述相同的方法电解金属表面，测定非金属夹杂物的重量。图24是表示非金属夹杂物的岛状占有区面积和以电解得到的非金属夹杂物量的关系图。如图24表明的那样，两者之间有极密切的相关关系。在测定以电解法得到的非金属夹杂物量的场合，必须进行金属试料的冷却、电解、过滤、秤量等，处理是烦琐的，并且在处理上花费时间。而另一方面测定非金属夹杂物的岛状占有区面积的场合，处理是极简单的，并且能以极短的时间进行。因而在本发明中测定非金属夹杂物的岛状占有区的面积，以该面积评价非金属夹杂物的量而测定非金属夹杂物的岛状占有面积的方法是精度高、简易且迅速的，因此在以非金属夹杂物作为钢的制造上或使用上的指针而使用的场合是极适当的。
实施例8
从铸造中的中间包内的钢水取出浇注试料，用连铸  机铸造低碳钢，切取100g的长方形试料，用冷却坩埚装置，在大气压的Ar气氛下进行熔化，熔化后保持5分钟，排出夹杂物后进行凝固。
荧光X射线分析冷却坩埚熔化试料。以一次X射线强度为1μA×50KV、照射时间为90秒进行测定。从Al、Si、Ca等的荧光X射线强度求出试料中的氧化铝、二氧化硅、氧化钙等的存在量指标。
将冷却坩埚熔化试料以能绕中心轴旋转那样固定在试料旋转装置的试料保持台之间，以转速6转/分边旋转，边以上述条件进行荧光X射线分析，其结果示于表4中。在表4中，作为比较例的不使用试料旋转装置，改变试料的方向、逐个进行静止状态下的测定，其结果也同时示出。
                        表4
  试料No. 测定面     氧化铝指标     氧化钙指标
  本发明   比较例   本发明   比较例
  1 测定面  1234           4.06.313.17.1       0.0030.0060.0070.006
    8.2     平均  7.6     0.005 平均  0.006
  2 测定面  1234           10.121.013.74.9       0.0070.0020.0030.002
    11.7     平均  12.4     0.006 平均  0.006
  试料No. 测定面     氧化铝指标     氧化钙指标
  本发明    比较例    本发明   比较例
  3 测定面  1234         18.416.84.64.4       0.3280.7500.1570.071
    11.5   平均  11.0     0.338 平均  0.326
  4 测定面  1234         33.220.217.923.1       0.6770.2100.4080.682
    25.4   平均  23.6     0.488       0.494
如在该比较例中看到的那样，在非金属夹杂物的分布上随测定面不同有明显的波动，如果评价试料的侧面的整个面，则得不到正确的结果。根据本发明的结果，与比较例的4个面测定值的平均值大体上一致。显示能作为非金属夹杂物的指标使用。另一方面，按照本发明每个试料的评价时间是3分钟，能达到约为比较例速度的1/4。即使用本发明的试料旋转装置的断续转动方式进行比较例的4面测定，评价时间也能缩短40％。
工业实用性
如以上所述，使用本发明的方法，既能保持良好的代表性和制品的相关性，又能迅速且廉价的分析评价金属中的非金属夹杂物。按照本发明的夹杂物的迅速评价，例如作为炼钢作业的管理指标，作为将中间制品送向下道工序时的质量保证，或者作为新工艺的开发引入时的评价指标是可以使用的。

Claims (15)

1.金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成，即由具有曲率的底面和具有向上部逐渐扩大的倾斜面的侧壁面构成、且中间插有半径方向的缝隙的水冷金属坩埚和，产生从该水冷金属坩埚的侧壁面朝向中心方向的斥力、从而导通边使金属悬浮边熔化的高频电流的感应线圈和，是非氧化性气氛的容纳容器构成的金属悬浮熔化装置和，将非金属夹杂物聚集于在该悬浮熔化装置中熔化·凝固的金属表面特定位置的金属从该悬浮熔化装置取出、移送到分析装置的搬运装置，以及用于分析聚集的该非金属夹杂物的分析装置。
2.权利要求1所述的金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成，即由以沿圆周方向分割的扇形体构成的上面敞开、下面封闭的水冷金属坩埚和，围绕该金属坩埚而配置的、导通高频电流的感应线圈和，由非氧化性气氛容器构成的金属悬浮熔化装置和，将用该悬浮熔化装置熔化·凝固的金属从该水冷金属坩埚中取出、而且移动、能固定在所定分析位置的搬运装置和，分析在该金属表面聚集的非金属夹杂物的能量分散型荧光X射线装置。
3.权利要求1所述的金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成，即由以沿圆周方向分割的扇形体构成的上面敞开、下面封闭的水冷金属坩埚和，围绕该金属坩埚而配置的、导通高频电流的感应线圈和，非氧化性气氛容器构成的金属悬浮熔化装置和，将用该悬浮熔化装置熔化·凝固的金属从该水冷金属坩埚中取出且搬运到所定的处理装置中的金属搬运装置和，在用该处理装置熔化·凝固的金属表面上浓缩的非金属夹杂物进行提取的酸溶解或电解装置。
4.权利要求1所述的金属纯净度评价装置，其特征在于，它是由下述装置构成，即由以沿圆周方分割的扇形体构成的上面敞开、下面封闭的水冷金属坩埚和，围绕该金属坩埚而配置的、在其内部导通边使熔融金属悬浮熔化、边给予在该熔融金属表面沿坩埚壁向上移动推力的高频3相交流电流的感应线圈和，非氧化性容器构成的金属悬浮熔化装置和，分析在用该悬浮熔化装置熔化·凝固的金属表面上聚集的非金属夹杂物的辉度差面积换算装置。
5.权利要求1所述的金属纯净度评价装置，其特征在于，供给在线圈中流动电流的装置是单相交流电流。
6.权利要求2-4中任一项所述的金属纯净度评价装置，其特征在于，坩埚底面的形状具有用对称面将以垂直轴作为对称轴的旋转体二分之一切开的底部形状和保持与该对称面相同或者上面扩大的类似水平断面形状的圆锥台上部形状。
7.权利要求2-4中任一项所述的金属纯净度评价装置，其特征在于，坩埚的底面是内面直径的90％以上的底面形成平面状。
8.金属纯净度评价方法，其特征在于，利用悬浮熔化装置将金属片悬浮熔化一定时间，使存在该金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，通过使用能量分散型分光器的荧光X射线分析法直接分析凝固后是弯曲且是非平滑的金属表面，计测构成非金属夹杂物的元素量，鉴定非金属夹杂物量。
9.权利要求8所述的金属纯净度评价方法，其特征在于，利用悬浮熔化装置将金属片悬浮熔化一定时间，使存在于该金属片内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，将熔化时最上点和最下点连结起来的轴为中心间歇或连续地旋转，通过使用能量分散型分光器的荧光X射线分析金属表面的分析方法，直接分析凝固后弯曲且是非平滑金属表面，计测构成非金属夹杂物的元素量，鉴定类别或起原不同的非金属夹杂物量。
10.金属纯净度评价方法，其特征在于，利用悬浮熔化装置将金属片悬浮熔化一定时间，使存在于该金属内的非金属夹杂物排出到熔融体表面，将凝固后的金属表面用酸溶液进行溶解或者在水溶液系溶液、非水溶液系溶液中进行电解，提取过滤非金属夹杂物，秤量·分析过滤后的非金属夹杂物，或者按粒度级别进行分离后秤量·分析过滤后的非金属夹杂物。
11.权利要求10所述的金属纯净度评价方法，其特征在于，使金属内的非金属夹杂物聚集在悬浮金属熔液表面的悬浮金属熔液保持时间t(秒)是在下述(1)式的范围内， 1 ≤ t / ( 30 d ) ≤ 20 - - - ( 1 )
其中d是坩埚的最大内径(mm)。
12.金属纯净度评价方法，其特征在于，聚集在金属熔液顶部表面的非金属夹杂物的测定是，在使金属试料悬浮熔化后切断高频电流，用CCD照像机拍摄冷却中的金属试料表面和非金属夹杂物的辉度差，对该图像进图像处理后，测定非金属夹杂物的岛状占有面积。
13.权利要求11所述的金属纯净度评价方法，其特征在于，变化
Figure A9619035300042
(t：悬浮金属熔液的保持时间(秒)，d：坩埚最大内径(mm))进行悬浮熔化处理，调查每一个
Figure A9619035300043
以最大频度发生的非金属夹杂物直径L后，预先掌握 和L的关系，在进行其他金属的纯净度评价时，将 选定在希望的值，对这些其他金属进行悬浮熔化处理，根据该选定的
Figure A9619035300046
，在这些其他金属中以最大频度发生的非金属夹杂物直径L推定为与预先掌握的关系相同，测定在这些其他金属中直径为L的非金属夹杂物发生量N，以该N作为这些其他金属的纯净度进行评价。
14.权利要求13所述的金属纯净度评价方法，其特征在于，测定这些其他金属中直径为L以上的L1、L2……的非金属夹杂物发生量N1、N2……，以该N1、N2……作为这些其他金属的纯净度进行评价。
15.权利要求10所述的金属纯净度评价方法，其特征在于，从被排出的非金属夹杂物中最大直径者之中选择10个以上粒子，利用极值统计法推断存在于切取该金属片的金属中的最大粒径的非金属夹杂物直径。
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