DE2052669B2 - Vorrichtung zur spektralanalytischen untersuchung von bereichen hoher temperatur, insbesondere von geschmolzenen metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spektralanalytischen Untersuchung von Bereichen hoher Temperatur, insbesondere von geschmolzenen Metallen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dem Zweck, ein in dem Ofen von der Oberfläche eines flüssigen Metalls ausgehendes Lichtbündel zu gewinnen und ohne Veränderung zu einem an sich bekannten Spektralapparat zu übertragen.

Das Wort »Ofen« wird im folgenden im weitesten Ginne gebraucht, um sämtliche, gewöhnlich mit Echwerschmelzbaren Wänden ausgestattete Gefäße zu bezeichnen, die in der Lage sind, ein flüssiges Metall aufzunehmen, beispielsweise Konverter, Mischanlagen usw. Weiterhin wird hier mit dem Wort »Metalls jedes Material, im allgemeinen eine Metalllegierung, bezeichnet, von dem man wenigstens teilweise die Zusammensetzung kennenlernen möchte, solange sich das Material unter dem Einfluß von Wärme im flüssigen Zustand befindet. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Eisenhüttentechnik und die allgemeine Metallurgie, wo Metalle im Schmclzzustand in einem Temperaturbereich zwischen etwa 300 und 1800" C verarbeitet werden. Diese Temperaturangabe stellt jedoch hinsichtlich der Anwendungsmöglichkeit der Erfindung keine Beschränkung dar.

Es ist insbesondere in Elektroslahlvverken und in Anlagen mit kontinuierlichem Fluß der Fertigung wesentlich, innerhalb einer Zeit, die so kurz als möglich ist, die Zusammensetzung oder wenigstens den Gehalt an bestimmten Elementen eines geschmolzenen Metalles in einem Ofen in Erfahrung zu bringen. Die Verhüttung von Stahl ist im Zusammenhang mit der Anwendung von Sauerstoff ein schnell ablaufender Prozeß geworden, der sich insgesamt in der Größenordnung von etwa 20 Minuten abspielt. Dieser Prozeß verlangt rasche Stcucnnaßnahmen und infolgedessen Analysen, die während der Verhüttung so rasch als möglich ausgeführt werden. Auf Grund dieser Forderung lassen sieh die langsamen klassischen Analy.->ennielhodcn nicht mehr anwenden. Die klassischen Analysenmethoden bestanden dabei darin, eine Probe aus der Schmelze zu entnehmen, die Probe erstarren zu lassen, eine Fläche der Probe grob an>upolieren und die Probe hierauf als Elektrode im Beleuchtungspunkt eines Spektrographen zu verwenden, der häufig in einem vom Ofen weit abgelegten Laboratorium stand.

Man hat zwar schon versucht, ein Lichtbündel zu gewinnen, welches von einem an der Oberfläche eines Schmelzbades erzeugten Lichtbogen ausging, und dieses Bündel mit Hilfe eines Spektrographen zu analysieren. Man ist bislang jedoch niemals auf ίο Grund der verschiedenen vorgeschlagenen Lösungen dahin gelangt, richtige und konstante Analysen zu erhalten, die industriell ausgewertet werden konnten. Es ist evident, daß eine Notwendigkeit besieht, je nach Wunsch Analysenkurven zu gewinnen und zu reproduzieren, die aus Funken oder Lichtbogen an flüssigem Metall gewonnen sind und eine konstante Korrelation zu den wirklichen Zusammensetzungskurven des Metalls besitzen, wie sie beispielsweise auf Grund einer chemischen Analyse erhalten werden.

Die zu überwindenden Schwierigkeiten sind zahlreich, z. B.:

die hohe Temperatur (1600° C bei Stahl), welche im Inneren des Ofens herrscht, und die große Empfindlichkeit der Spektrographen gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur (gewöhnlich werden die Spektrographen auf 1 g/ 10° C temperaturstabilisiert);
die schlechte optische Qualität der Atmo-Sphäre in der Nähe des Schmelzbades (Rauch, Metalldämpfe, unterschiedliche Anwesenheit von CO, CO₂, SO.,, O₂ usw.) und die große Beeinflussung des Lichtbündels gegenüber Veränderungen dieser Atmosphäre. Bei Stahl müssen zum Analysespektrographen Strahlen ohne Veränderung übertragen werden, deren Wellenlänge zwischen etwa 1650 und 2800A liegen, wobei die Nichtmetalle hauptsächlich im Wellenlängenbereich zwischen etwa 1650 und 2000 A und die Metalle im wesentlichen zwischen etwa 2200 und 2800 A emittieren. In bestimmten Fällen muß man auch Lichtstrahlen bestimmter Körper bis zu etwa 3500A und selbst bis zu etwa 8000A (7765 A bei der Kalium-Bestimmung) analysieren.

Um nur ein einziges Beispiel zu geben: Sauerstoff absorbiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb 1860 A praktisch vollständig, woraus die hier auftretenden Schwierigkeiten ohne weiteres erhellen. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, unter Überwindung dieser Schwierigkeiten ein Lichtbündel, das von einem an der Oberfläche eines im Schmelzzusland befindlichen Metalls erzeugten, elektrischen Lichtbogens herrührt, ohne Veränderung zu einem Spektralapparat zu leiten, der in ausreichender Entfernung vom Ofen aufgestellt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit der fio vorgeschlagenen Vorrichtung Lichtbündel in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 1600 und 8000 A mehr übertragen werden können. Ein weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, daß in der kurzen Zeit von etwa 1 min eine präzise und reproduzierbare Spektralanalyse eines in einem Herd im Schmelzzustand befindlichen Metalls durchführbar wird.

Bei einer bevorzugten Ausl'ührungsform der Erfin-

dung umgibt das Gehäuse den Belcuchtimgspunkt des Spektrographen, und das Ansclilußelcment der ersten Auslaßöffnung des Gehäuses an dem Eingang des Spektrographen wird von einem hohlen, rohrförmigen, abgedichteten Element gebildet, das vorzugsweise einen optischen Kondensator enthält.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Anschlußelement ein optischer Lichtleiter, auch optisches Kabel genannt, dessen eines Ende am Beleuchtungspunkt des Spektrographen und dessen anderes Ende mit einem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt am Eintrittsspalt des Spektrographen angeordnet ist.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Einzelansicht einer Einrichtung zur Komplettierung der Ausführungsform nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine Teilschnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ofen 1 dargestellt mit einer kompakten, schwerschmelzbaren Wand 2, in welcher eine seitliche Öffnung 3 ausgespart ist. Der Ofen 1 enthält eine flüssige Legierung 4, die durch nicht dargestellte Heizeinrichtungen im Schmelzzustand gehalten wird. Ein Funken- oder Lichtbogengenerator S ist in der Nähe des Ofens 1 angeordnet und mit einer in das Schmelzbad eintauchenden Elektrode 6 verbunden. Weiterhin ist der Generator an eine Elektrode 7 angeschlossen, die in geringer Entfernung oberhalb der Oberfläche des flüssigen Metalls gehalten ist, und zwar in der Nähe und gegenüber der Öffnung 3.

Der Generator 5 kann durch irgendein anderes geeignetes Mittel ersetzt werden, wenn dieses nur in der Lage ist, einen elektrischen Lichtbogen oder Funken an der Oberfläche des flüssigen Metalls zu erzeugen, das in diesem Fall die Rolle einer Elektrode spielt.

Der Lichtbogen 8 ist insofern relativ instabil, als er seine Gestalt und Lage ändert; die Oberfläche des Schmelzbades 4 ist ebenfalls nicht vollständig ruhig und ruft Verschiebungen des Lichtbogens hervor. Somit ist lediglich ein zentraler Bereich des Lichtbogens für die Analyse interessant.

Um die Öffnung 3 herum ist an der Wand 2 des Ofens 1 das eine Ende eines biegsamen, hohlen Anschlußgliedes befestigt, das eine kompensierte Dehnung zuläßt. Ein solches Glied ist beispielsweise ein Faltenbalg 9, der in der Lage ist, kräftige Temperaturänderungen auszuhalten, ohne daß seine Länge variiert. Ferner muß der Faltenbalg seitlich und längs gerichtete Deformationen ausführen können. Das andere Ende des Faltenbalgs 9 ist an der Vorderseite der Stirnwand Il einer Vorrichtung 10 befestigt, die im Nachstehenden im einzelnen noch beschrieben wird.

Die Vorrichtung 10 weist gegenüber der Stirnwand 11 eine Rückwand 12 auf, an welcher das eine Ende eines abgedichteten Anschlußelementes befestigt ist, beispielsweise eines Flanschrohres 13. Das letztere ist mit seinem anderen Ende mit einem an sich bekannten Spektralapparat, z. B. einem Spektrographen 14. verbunden.

Die Vorrichtung 10 umfaßt ein langgestrecktes, dichtes Gehäuse 15 mit einer Anschlußöffnung 16, an der eine (nicht dargestellte) Einrichtung zur Kontrolle und Regulierung der im Inneren des Gehäuses 15 herrschenden Atmosphäre angeschlossen werden kann.

Man kann auf diese Weise z.B. das Gehäuse 15 evakuieren oder auch unter einem bestimmten Druck eines Gases halten, welches für bestimmte Wellenlängen durchlässig ist (Stickstoff, Argon Helium usw.).
Der Faltenbalg 9 ist an der Stirnwand 11 um eine

ίο Einlaßöffnung 17 herum befestigt, die durch ein Materia! der gewünschten optischen Durchlässigkeit verschlossen ist, beispielsweise durch eine Quarzscheibc 18.

Außerdem liegt innerhalb der Wand 11 ein Teil einer Kühlleitung 11 et, die an ein Flüssigkeits-Zirkulationsnetz angeschlossen ist. Ferner ist in der Wand 11 ein Kanal 11 b vorgesehen, der außerhalb des Gehäuses 15 durch eine ringförmige Öffnung in der Nähe der Quarzscheibe 18 ausmündet und mit dem Innenraum des Faltenbalges 9 in Verbindung steht. Der Kanal 11 ist mit einer Druckgasquelle verbunden. Auf diese Weise kann man einen dauernden Gasstrom aufrechterhalten, der von der Einlaßöffnung 17 ausgeht und durch den Faltenbalg 9 hindurch in den Ofen 1 gerichtet ist.

Das Rohr 13 ist an der Rückwand 12 um eine erste Auslaßöffnung 19 herum befestigt. Diese Auslaßöffnung kann beispielsweise durch eine der Scheibe 18 entsprechende Quarzscheibe verschlossen sein oder auch — wie im dargestellten Ausführungsbeispiel — durch einen optischen Kondensator 20, der im Rohr 13 befestigt ist.

Ferner besitzt das Gehäuse 15 eine zweite, seitliche Auslaßöffnung 21. die durch eine Quarzscheibc 22 verschlossen ist.

Das im Inneren des Gehäuses 15 angeordnete optische System umfaßt folgende Teile:

Ein Eingangsspiegel 23, der im vorliegenden Fall ein Konkavspiegel mit einer Abbildung von 1 : 1 ist, wird so angeordnet, daß er ein aus dem gewählten Bereich des Lichtbogens 8 herkommendes Lichtbündel auffängt; ein Planspiegel 24 empfängt das vom Spiegel 23 reflektierte Lichtbündel; ein Planspicge¹ 25 mit einer Mittelöffnung 26 ist im Weg des vorn Spiegel 24 reflektierten Bündels angeordnet und wird im folgenden auch Teilerspiegel genannt.

Wie aus der die Fig.] ergänzenden F i g. 2 hervorgeht, ist der Eingangsspiegel 23 in seiner Lage bezüglich zweier zueinander senkrechter Achsen regelbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 23 auf einem biegsamen Stab 27 an einem bestimmten Punkt seines Umfangs abgestützt. Ein starrer Stab 28, der an einem gegenüberliegenden Punkt befestigt ist, verbindet den Spiegel mit einem Permanentmagneten 29, der :o angeordnet ist, daß er sich im Inneren einer Spule 30 hin und her bewegen kann. Die Spule 30 ist im Inneren des in Fi g. 2 nicht eingezeichneten Gehäuses 15 abgestützt. Die zuletzt beschriebene Anordnung bildet einen Korrekturmcchanismus für die Stellung des Eingangsspiegcls 23. Eine identische Anordnung, die in einer anderen Ebene angeordnet und an einem anderen Punkt mit dem Spiegel 23 verbunden ist, gestattet eine Korrektur der Spiegclstellung bezüglich einer anderen Achse. Der Spiegel kann beispielsweise auch auf einem Gelenk anstatt auf dem biegsamen Stab 27 befestigt sein.

Gegenüber dem Teilerspiegel 25 ist ein Planspiegel

7 8

31 vorgesehen, der einer Linse 32 und einem Steuer- relative Beleuchtung der Fotozellen wird infolgedes-

organ 33 zugeordnet ist. Das Steuerorgan 33 enthält sen geändert, und der Differenzverstärker 36 liefert

einen Strahlungsempfänger und ist mit dem Regel- ein Korrektursignal. Das Korreklursignal bewirkt

mechanisinus für die Stellung des Eingangsspiegels eine Änderung des Stromes, welcher die Spule 30

23 verbunden. 5 durchfließt. Daher verändert sich die Lage des Ma-

Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt das gnctcn 29 und damit auch diejenige des Eingangs-Steueron:an zwei Gruppen von je zwei Fotozellen spiegeis 23 derart, daß der Spiegel immer ein Licht-34, 35, die jeweils paarweise in aufeinander senk- bündel empfängt, das aus demselben, vorher gewählrecht stehenden Richtungen einander gegenüberlie- ten Bereich des Lichtbogens 8 stammt,
gen. In Fig. 2 ist lediglich eine einzige Gruppe von io Der Hauptteil 41 der vom Spiegel 23 herrühren-Fotozellcn sichtbar. Die Fotozellen 34, 35 einer den Strahlung liefert ein weiteres reelles Bild des Bo-Gruppe sind jeweils mit einem DifferenzversUirker gens8 am Beleuchtungspunkt 38 des Spektrogra-36 verbunden, dessen Ausgang an einen Leistungs- phen. Es ist darauf hinzuweisen, daß man für die verstärker 37 angeschlossen ist. Der Ausgang des Spektralanalyse den mittleren Teil des vom Einletzteren ist mit dem Korrekturmechanismus verbun- 15 gangsspiegel 23 empfangenen Sirahlenbündels beibeden, im vorliegenden Fall der Spule 30. hält, während man einen weniger homogenen und

Die an Hand der Fig. 2 beschriebene Anordnung stärker gestörten, ringförmigen Anteil dazu benutzt, könnte auch im Inneren des Gehäuses 15 angeordnet die Lage dieses Spiegels zu korrigieren,
sein. Im Fall der Fi g. 1 ist sie jedoch außerhalb des Es ist wesentlich, daß das zur Analyse ausgenutzte Gehäuses vorgesehen, wobei der Spiegel 31, wie dar- 20 Stahlcnbündel möglichst wenig Brechungen und Regestellt, der zweiten Auslaßöffnung 2! des Gehäuses flexionen zwischen dem Lichtbogen 8 und dem Spek-15 gegenüberliegt. trographen 14 erfährt. Die Erfindung zeichnet sich

Der in Fig. 1 dargestellte Spektrograph 14 wird durch bemerkenswerte Einfachheit der verwendeten

im einzelnen nicht beschrieben, da es sich hierbei um Mittel aus, um das von einer bestimmten Region des

einen klassischen, an sich bekannten Apparat han- 25 Lichtbogens 8 ausgehende Strahlenbündel zu cmp-

deln kann. Ein solcher Spektrograph besitzt einen fangen und mit möglichst wenig Veränderung weiler-

»Beleuchtungspunkt« 38. wo gewöhnlich ein elektri- zuleiten.

scher Lichtbogen erzeugt wird, wenn es sich darum Man könnte natürlich weitere Spiegel hinzufügen,

handelt, eine Probe eines festen Metalls zu analysie- um den Weg des Lichtbündels zu verlängern, und so

ren. Ferner weist der Spektrograph eine Einlaßöff- 30 den Spektrographen vom Ofen weiter entfernt auf-

nung 39 und einen Eintrittsspalt 40 auf. stellen, beispielsweise indem man nacheinander ver-

Wie in Γ i g. 1 dargestellt, befindet sich der Be- schiedene Zwischenbilder erzeugt, bevor das letzte

leuchtungspunkt 38 im Inneren des Gehäuses 15, Bild zum Spektrographen gelangt. Dennoch ist man

und der "dichte Verschluß der ersten Auslaßöfi'nung bestrebt, die Zahl der Zwischenbilder weitgehend zu

19 wird durch den Kondensor 20 gewährleistet. Diese 35 beschränken. Der Planspiegel 24 könnte auch durch

Anordnung ist jedoch nicht obligatorisch. Der Be- einen Teilcrspicgel ersetzt werden, der einen reflek-

lcuchtungspunkt könnte auch außerhalb des Gehäu- lierenden Mittelteil und einen diesen Mittelteil umge-

ses 15 liegen, beispielsweise jenseits der ersten Aus- benden, ringförmigen, offenen Abschnitt umfaßt. De^-

laßöffnung 19. In diesem Fall müCte das Rohr 13 al- Hauptteil 21 der Strahlung würde dabei direkt zum

lerdings langer sein. Außerdem könnte man auch 40 Deleuchtungspunkt 38 gelangen, wie dies in Fig. 1

eine Quarzscheibe in der Auslaßöffnung 19 anord- der Fall ist, während der sekundäre Teil 42 diesen

nen. Spiegel durchdringen und außerhalb des Gehäuses 15

Der dargestellte Aufbau wird jedoch bevorzugt, von einem oder mehreren anderen Spiegeln reflek-

wci! er die Verwendung einer , i^;it7Üchen Quarz- liert würde.

scheibe vermeidet und den Beleuchtungspunkt 38 des « In der Praxis kann man in vielen Fällen, sobald

Spei.trographen in die Atmosphäre des Gehäuses 15 die Temperatur des geschmolzenen, zu analysiercn-

vericet.° den Metalls einen höheren Wert erreicht, die Vor-

Anschließend wird die Wirkungsweise der Vor- richtung 10 allein nicht mehr benutzen. Man muß sie

richtung 10 erläutert. dann mit dem Ofen 1 unter Zuhilfenahme des FaI-

Nachdem ein elektrischer Lichtbogen 8 an der 50 tenbalgs9 verbinden. Man läßt ferner kaltes Wasser Oberfläche eines geschmolzenen Metalls ausgebildet in der Kühlleitung Πα zirkulieren und drückt ein ist, wird die Vorrichtung 10 so angeordnet, daß der unter Druck stehendes Gas in den Kanal 11 b ein. Einganosspiegel 23 durch die Einlaßöffnung 17 hin- Dieses Gas wird in Abhängigkeit von seiner Durchfurch ein Strahlungsbündel empfängt, das von einem lässigkeit für die betreffenden Wellenlängen ausge-Bercich des Lichtbogens ausgeht, der für eine Spek- 55 wählt. Das nämliche gilt auch für das Gas, welches tralanalyse geeignet ist. ^man 'ⁿ das Innere des Gehäuses 15 einbringt. Das in

Der Spiegel 23 reflektiert unter Vermittlung des den Kanal 11 b eingeführte Gas durchquert den FaI-Spiegels 24 ein Strahlenbündel auf den Teilerspie- tenbalg9 und dringt in den Ofen 1 ein, in welchem es gel 25, welcher seinerseks die empfangene Strahlung sich ausbreitet. Man verwirklicht auf diese Weise in einen Hauptteil 41 und einen sekundären Teil 42 60 eine kontrollierte Atmosphäre zwischen dem Lichtaufteilt. Der sekundäre Teil 42 tritt durch die zweite bogen 8 und der Einlaßöffnung 17. Gleichzeitig Austrittsöffnuns 21 aus und wird vom Spiegel 31 rc- drängt man dabei die Metalldämpfe zurück welche flektiert. Mit dem reflektierten Licht wird durch die das Bestreben haben, sich auf der Quarzscheibc 18 Linse 32, die vorzugsweise eine einstellbare Brenn- niederzuschlagen. Die Quarzscheibc 18 kann mil Weite besitzt ein reelles Bild des Lichtbogens 8 an 65 einer Vcrschlußblcnde ausgerüstet werden, die die tier Kreuzungsstelle der vier Fotozellen 34, 35 er- Scheibe schützt, wenn die Vorrichtung nicht in Bcteugt. Wenn sich der Bogen 8 verschiebt, verschiebt trieb ist.
•ich auch das durch die Linse 32 erzeugte Bild; die Es ist von Vorteil, wenn das Anschlußglied zwi-

sehen dem Ofen 1 und der Vorrichtung 10 beträchtliche Temperaturdifferenzen aushalten kann und auch in seitlicher und Längsrichtung ziemlich leicht verformbar ist. Man kann auf diese Weise eine erste Zentrierung des Eingangsspiegels 23 bezüglich des elektrischen Lichtbogens erreichen, indem man die Gesamtheit von Spektrograph 14 und Vorrichtung 10 verschiebt, wobei man die Biegsamkeit des Faltenbalgs 9 ausnutzt. Die Winkelamplitude der Stellungsregulierung des Spiegels 23 ist nämlich ziemlich beschränkt. In F i g. 3 ist eine tatsächlich benutzte Ausführungsform dargestellt, bei der entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen sind.

Fig. 3 zeigt die Ausbildung der Wand 11 mit der Kühlleitung 11a und dem Kanal 116. Weiterhin erkennt man in Fig. 3, wie der äußere Spiegei 31 in der gewünschten Schräglage auf der Basis einer Hülse 43 befestigt ist, die ihrerseits entlang dem Gehäuse 15 angeordnet ist.

Der Hauptunterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht darin, daß der Ofen in Fig. 3 kleiner ist und der Faltenbalg 9 nicht direkt an der Ofenwand 2, sondern an einer Zwischenabstützung 44 befestigt ist, die ebenfalls durch eine innere Wasserzirkulation gekühlt ist. Die Zwischenabstützung 44 nimmt unter Vermittlung von Schrauben und Verbindungen ein düsenartiges Mundstück 45 auf, welches die Verbindung mit der seitlichen Öffnung 3 des Ofens 1 herstellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß die Abstützung 44 an die Außenseite der Ofenwand angepaßt ist, dessen Element 2 die Innenseite ist, während das Mundstück 45 die seitliche Öffnung 3 begrenzt, die in dieser Wand ausgespart ist.

Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere für leichte Legierungen und für Wellenlängen oberhalb 2000A eignet, läßt man das Rohr 13 (Fig. 1) fort und verwendet als Anschlußelement 13 ein lichtleitendes »optisches Kabel«, das in an sich bekannter Weise aus einzelnen liclitlcitenden Fasern besteht. Das eine Ende dieses optischen Kabels wird am Beleuchtungspunkt 38 des Spektrographcn angeordnet. Dem anderen Ende des lichtleitenden Kabels gibt man einen Querschnitt in Form eines langgestreckten Rechteckes, dessen Form an den Eintrittsspalt 40 des Spektrographen angepaßt ist, und befestigt das Kabel in dieser Form am Spalt. Die Dichtigkeit des Gehäuses 15 läßt sich leicht erhalten, wenn man das

ίο optische Kabel mit Hilfe einer Druckdiclitung bei seinem Durchtritt durch die erste Auslaßöffnung 19 abdichtend festklemmt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung gewinnt man gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 an Helligkeit. Bei lichtleitenden Fasern von etwa 15 mü Durchmesser lassen sich diese in einer einzigen Linie anordnen und am Eintrittsspalt befestigen. Die Grenze der Anwendbarkeit auf Wellenlängen oberhalb 2000 A geht auf die gegenwärtig verfügbare Art der optischen Fasern zurück; neue Materialien können die Anwendbarkeit der Erfindung erweitern. Auf jeden Fall kann man sich mit der angegebenen Beschränkung hinsichtlich der Wellenlänge bereits lichtleitender Kabel von mehreren Metern Länge bedienen, wodurch es möglich ist, nötigenfalls den Spektrographen 14 noch weiter von der Vorrichtung 10 zu entfernen.

Im Voranstehenden wurde eine seitliche öffnung des Ofens benutzt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man auch eine oben gelegene Öffnung des Ofens benutzen, durch welche hindurch man ein optisches Rohr (mit Spiegeln u. dgl. nach Art eines Periskopes) einführt. Das Rohr wird so angeordnet, daß es ein vom Lichtbogen ausgehendes Strahlenbündel aufnimmt und nach oben und anschließend derart zur Seite reflektiert, daß wieder die zuvor beschriebene Situation, jedoch nun in einem höheren Niveau, vorliegt. Ebenso wie die seitliche öffnung des Ofens wird dieses optische Rohr von einem Strom eines unter Druck stehenden Gases durchflossen.

Hierzu 1 Biaii Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur speklralanalytischen Untersuchung von Bereichen hoher Temperatur, insbesondere von geschmolzenen Metallen, insbesondere an einem ein geschmolzenes Metall enthaltenden Ofen mit einem Spekiralapparat mit Beleuchtungspunkt, Eingangsöffnung und Eintrittsspalt, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgeschlossenes Gehäuse (15) eine mit einer Einrichtung zur Regulierung der im Gehäuse herrschenden Atmosphäre verbindbare Öffnung (16) besitzt, ferner eine duruh ein strahlendurchlässiges Material (18) verschlossene Einlaßöffnung (17) für das Strahlenbündel sowie eine erste Auslaßöffnung (J9) für einen Hauptteil (41) des Strahlenbündels, die durch ein abgedichtetes Anschlußelemenl (13) mit der Eingangsöffnung (39) des Spektralapparates (14) verbunden ist. daß ferner ein im Innern des Gehäuses (15) angeordnetes, im Belcuchtungspunkt (38) des Spektralapparates (14) ein reelles Bild des ausgewählten Lichtbogenbereiches (8) erzeugendes optisches System mindestens einen das Stahlenbündel reflektierenden Eingangsspiegel (23) umfaßt, dessen Stellung bezüglich wenigstens einer Achse regelbar ist, und ein weiterer mit einer Öffnung (26) \ ersehener Teilerspiegel (25) das Strahlenbündel in den zum Spektralapparat (14) gelangenden Hauptteil (41) und in einen Sekundaren Teil (42) aufteilt sowie daß mit dem Eingangsspiegel (23) ein Mechanismus (29, 30) zur Stcllungsregelung dieses Spiegels verbunden ist und dem Mechanismus (29, 30) ein Steuerorgan (33) mit einem im Weg des sekundären Teils (42) des Strahlenbündels gelegenen Strahlungsempfänger (34, 35) zugeordnet ist, der die Stellung des Eingangsspiegels (23) in Abhängigkeit von der empfangenen Strahlungsintensität regelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- +0 kennzeichnet, daß das Gehäuse (15) den Bcleuchtungspunkt (38) des Spektralapparates (14) mit umschließt und daß das Anschlußelement (13), das die erste Auslaßöffnung (19) des Gehäuses mit der Eingangsöffnung (39) des Spektralapparates (14) verbindet, als abgedichtetes Rohr ausgebildet ist und einen Kondensator (20) erhält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (13) ein lichtleitendes, optisches Kabel ist, das sich zwischen dem Gehäuse (15) und dem Spektralapparal (14) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtleilende optische Kabei mit seinem einen Ende am Beleuchtungspunkt (38) des Spckiralapparates (14) und mit meinem anderen linde. das eine dem Spalt (40) des Spektralapparates angepaßte rechteckige Form besitzt, an diesem Spalt (40) befestigt ist. fio

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) eine zweite, durch ein strahlcndurchlässigcs Material (22) verschlossene Auslaßöffiiung (21) für den sekudiircn Teil (42) des Strahlenbündel* aufweist und das Steuerorgan (33) mit dem Strahlungsempfänger (34, 35) außerhalb des Gehäuses (15) angeordnet ist. während der Mechanismus (29, 30) zur Stellungsregelung des Einganesspiegels (23) sich im Inneren des Gehäuses (15) befindet.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des sekundären Teils (42) des Strahlenbündel* eine Linse (32) vorgesehen ist, die wenigstens von einem Teil des elektrischen Lichtbogens ein Bild in einer Ebene entwirft, in welcher wenigstens zwei Fotozellen (34, 35) einander gegenüberliegend angeordnet sind, und daß diese Fotozellen (34, 35)" elektrisch mit dem Mechanismus (29, 30) zur Stellungsregelung des Eingangsspie-

, gels (23) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (29, 30) zur Stellungsregelung des Eingangsspiegels (23) eine mit dem die Fotozellen (34. 35) enthaltenen Stromkreis verbundene Snule (30) umfaßt, in deren Innerem ein Permanentmasnet (29) hin und her beweglich ist. und daß de"r Eingani-sspiegel (23) einerseits über einen Stab (28) mit dem Permanentmagnet (29) verbunden und andererseits an einem biegsamen Stab (27) gehalten ist.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsspiegel (23) um zwei zueinander senkrechte Achsen beweglich ist und zwei Gruppen aus je zwei Fotozellen (34, 35) in zwei zueinander senkrechten Richtungen einander gegenüberliegen und daß jeweils einer von zwei Mechanismen (29, 30) zur Stellungsregelung des Eincangsspiegcls (23) mit jeweils einer Gruppe von^Fotozcllen (34. 35) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsspicgcl (23) ein Konkavspiegel mit einem Abbildungsmaßstab von etwa 1 : i verwendet wird und daß ein erster Planspiegel (24) das vom Eingangsspiegel (23) auf ihn reflektierte Licht in Richtung auf die erste Auslaßöffiiung (19) des Gehäuses (15) und den Beleuchtungspunkt (38) des Spcktralapparalcs (14) wirft und daß im Wege dieser Strahlung der die Öffnung (26) aufweisende Teilcrspicgel (25) angeordnet ist, der das Strahlenbündel in den Hauptteil (41) und den sekundären Teil (42) aufteilt.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über ein hohles Anschlußglicd (9) mit einer öffnung (3) in der feuerfesten Wand (2) des das geschmolzene Metall (4) enthaltenden Ofens (I) verbunden ist, in dem mittels eines Generators (5) ein elektrischer Lichtbogen (8) zwischen einer Elektrode (7) und der Oberfläche des geschmol zenen Metalls (4) erzeugt wird, und daß das Anschlußglicd (9) mit schirm gegenüberliegenden Ende mii. der Einlaßiil'l'iHing (17) des Gehäuses (15) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe dos die Einlaßöffnung (17) des Gehäuses (i5) verschließenden, strahlendurchlässigen Materials (18) in der die Einlaßöffnung (17) einhaltenden Gehiiiisewand (II) wenigstens eine in das Innere des Anschlußgliedes (9) mündende Öffnung vorgesehen ist, die mit einem Kanal

(11 b) verbunden ist, und daß dieser Kanal (11 b) seinerseits mit einer DruckeasqueJle derart verbunden ist, daß — ausgehend vom Umfang der Einlaßöffnung (17) — ein permanenter Gasstrom durch das Anschlußglied (9) hindurch in das Innere des Ofens (1) gerichtet ist.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einlaßöffnung (17) enthaltende Wand (II) des Gehäuses (15) wenigstens im Bereich der Einlaßöffnung (17) eine innere Kühlleilung (11 a) aufweist, durch welche ein Kühlmittel fließt

13. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ofen (1) vorgesehene Austrittsöffnung (3) für das Strahlenbündel an einer oberen Wand des Ofens vorgesehen ist, und durch diese Öffnung hindurch ein hohles und abgedichtetes optisches Rohr eingeführt ist, das mit seinem freien Ende mit der Einlaßöffnung (17) verbunden und von einem Strom unier Druck stehenden Gases durchflossen ist.