DE2226393C3 - Anordnung zur kontinuierlichen radiometrischen Analyse einer Metallschmelze Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontinuierlichen radiometrischen Analyse einer Metallschmelze, in die eine radioaktive Quelle eingebracht ist und die einzelnen charakteristischen Gamma- bzw. Röntgenstrahlen der verschiedenen Atomsorten in der Schmelze mittels eines Detektors registriert werden.

Solche Anordnungen sind schon bekannt. Sie beruhen in erster Linie auf dem Prinzip der Analyse von optischen Spektren und Röntgenspektren durch Entnahme von Schmelzproben in ganz bestimmten Zeitabständen. Während der Dauer der Probenpräparation und der Analyse aber kann kein Eingriff am Schmelzofen vorgenommen werden, wodurch sich eine sehr lange sogenannte »Totzeit« ergibt.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 044 373 ist darüber hinaus ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des C-Gehaltes bei chemischen Prozessen bekanntgeworden, bei dem die von einem Detektor aufgefangene Gammastrahlung zur Steuerung eines Prozesses Verwendung findet oder im Falle einer Energiemessung einem Vielkenalimpulsanalysator zugeführt wird: Die bekannten Maßnahmen finden für die kontinuierliche Analyse einer Metallschmelze Verwendung, wobei unter anderem empfohlen wird, das Tritiumtarget und den Detektor der Meßanordnung in die Metallschmelze einzutauchen, während der Linearbeschleuniger sich außerhalb des Tiegels befindet. Meßanordnung und Linearbeschleuniger sind mittels eines Rohres verbunden. Das Tritiumtarget und der Detektor sind durch eine Abschirmung voneinander getrennt. Die angegebenen optimalen Ein- und Ausschaltzeiten müssen genau beachtet und eingehalten werden. Auch hier wird die »Totzeit« beseitigt. Die Bestimmung des C-Gehaltes geschieht also durch Neutronenbeschuß und durch Analyse der bei dem »n-y-Prozeß« auftretenden Gammastrahlen. Für »y-y-Prozeß« wie die Erfindung sie vorsieht, sind die bekannten Maßnehmen nicht geeignet, denn die von einem Tritiumtajrget unter Protonenbesehilß ausgesendeten Neutronen, regen Keine charakteristischen Röntgenstrahlen an.

Durch eine Abhandlung in der Zeitschrift »Nucleonics« (VoL 19, Nr.6, Juni 1961, S. 53 bis 56) ist ein Röntgenspektrometer mit einem gammastrahlenden Isotop ab Anregungsmittel und einem Proporüonalzähler (oder bedarfsweise einem Szintillationsdetektor) als Detektor bekanntgeworden, dessen Anwendung auf die chemische Analyse einfacher Systeme wie beispielsweise Lösungen, Erze, binäre Legierungen sowie auf die Schichtdickenmessung an Blechen usw. beschränkt ist. Eine exakte Analyse mehrkomponentigcr Stoffe ist mit den angegebenen Mitteln nicht durchführbar und auch nicht vorgese-

^CDie britische Patentschrift 754 3S4 offenbart ein Verfahren, bei dem eine bekannte Menge radioaktiver Stoffe der Schmelze zugegeben wird. Die Konzentration der radioaktiven Stoffe in der Schmelze wird dann zur Analyse herangezogen. Dieses Verfahren führt zur Produktion radioaktiven Stahls und dürfte daher bedenklich sein und außerdem s'.nd die Schwierigkeiten zu groß, um für alle Komponenten die erforderlichen radioaktiven Isotope zu beschaf-

Der Erfindung liegt nun die bekannte Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu entwickeln, womit die »Totzeit« innerhalb des Schmelzprozesscs wesentlich reduziert wird und flüssige Metallschmelzen kontinuierlich auf ihre Zusammensetzung überprüft werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Detektor in an sich bekannter Weise in einem Rohrkörper in der Metallschmelze lagert, an der Rohrkörperöffnung ein Zählrohr mit einer radioaktiven Gammaquelle, eine Abschirmung und ein Fenster angeordnet sind, dem Zählrohr ein Füllgasbehälter zur Kühlung zugeordnet ist, und die radioaktive Gammaquelle das Fenster des Zählrohres allseitig umschliießt. Durch diese Ausbildung ist es möglich, in kürzester Zeit eine Analyse in der Schmelze während des Schmelzvorganges ohne Probenpräparation quasi kontinuierlich durchzuführen. Dabei ist die simultane Analyse aller Elemente in der Schmelze gewährleistet.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß das Füllgas nicht degeneriert und somit die Konstanz der Zählrohr-Nachweiswahrscheinlichkeit garantiert ist. Außerdem kann das Zählrohr über den Füllgasstrom innerhalb gewisser Grenzen gekühlt werden, wobei zu beachten ist, daß die Zählrohrfunktion durch die erhöhte Durchströmgeschwindigkeit des Gases nicht beeinträchtigt wird. Die Kühlung wird durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit erreicht, wobei der Füllgasstrom im laminaren Strömungsbereich bleiben muß, um einen optischen Wärmeübergang zu gewährleisten. Dementsprechend befinden sich Strömungsgeschwindigkeit und Rohrdurchmesser in einem bestimmten Verhältnis.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Abschirmung der radioaktiven Gammaquelle aus geschichtetem Aluminium und Wolfram. Durch die Verwendung einer geschichteten Abschirmung mit fallender Ordnungszahl wird die Fluoreszenzwellenlänge der Abschirmung in Richtung größerer Wellenlängen verschoben, wodurch eine Störung des Gammaspekirums der Metallschmelze durch die von der

Quelle mitbestrahlte Abschirmung nicht mehr auftritt.

Die Erfindung wird an Hand ein.» Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Teilschnitt der Anordnung in schematischer Darstellung.

In eine Metallschmelze 10 wird ein Rohrkörper 16 aus einem Metall mit wesentlich höherer Schmelztemperatur als sie die Schmelze selbst besitzt eingetaucht. Dieser Rohrkörper 16, der vorzugsweise aus Wolfram besteht, besitzt eine Öffnung 15, in die eine radioaktive Gammaquelle 11 — beispielsweise aus »Kobalt 57« — und ein Fenster 19 aus Bormetall zu liegen kommt. Das Bormetall ist gegen die hohen Temperaturen in der Metallschmelze 10 widerstandsfähig. Sowohl die radioaktive Gammaquelle 11 als auch das Fenster 19 befinden sich an einem als Detektor 13 dienenden Zählrohr 17, dessen Zähldraht 20 die durch das Fenster 19 eintretenden Impulse 12 an einen Vielkanalanalysator 14 weitergibt, der die einzelnen charakteristischen Gamma- bzw. Röntgenstrahlen 12 der verschiedenen Atomarten in der Schmelze 10 der Energie und Intensität nach sortiert. Aus dem Impulshöhenspektrum wird nach geeigneter Eichung die Art und Konzentration der in der Schmelze enthaltenen Stoffe abgelesen. Die Spektren des Vielkanalanalysators können mit Hilfe eines nachgeschalteten Computers quantitativ ausgewertet, mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen und in ein Steuersignal 24 — beispielsweise für die Beschikkungsanlage des Hochofens — umgewandelt werden. Das Zahlrohr 17 wird von einem Füllgasstrom 21 durchflossen, der wieder durch eine Steigleitung 23 in einen Behälter 22 zurückgeleitet wird. Damit wird eine kontinuierliche Kühlung des Detektors 13 und eine ständige Regeneration der Zählrohxfüllung erzielt. In dem Bereich der radioaktiven Gammaquelle 11 ist eine Abschirmung 18 geschaffen, so daß die angeregten charakteristischen Gamma- bzw. Röntgenstrahlen 12 der verschiedenen in der Schmelze 10 befindlichen Atomsorten nur durch das Fenster 19 in das Zählrohr 17 eintreten können, und außerdem die primäre Strahlung der Gammaquelle 11 vom Zäh!- rohrinneren ferngehalten wird.

Durch diese vorbeschriebene Anordnung wird die »Totzeit« innerhalb des Schmelzprozesses ganz wesentlich reduziert. Die Analysendauer liegt für den ungünstigsten Fall noch unter zwei Minuten. Außerdem ist die Kombination eines automatischen Regelvorganges unmittelbar mit der Analyse selbst möglich. Durch Verwendung mehrerer der oben beschriebenen Schmelzanalyse-Sonden, die alle mit einem einzigen Vielkanalspektrometer (Kombination aus Vielkanalanalysator und Rechengerät) verbunden sind, kann die Zusammensetzung der Schmelze an mehreren Punkten gleichzeitig erfaßt und so die Gesamthomogenität kontrolliert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur kontinuierlichen radiometrischen Analyse einer Metallschmelze, in die eins radioaktive Gammaquelle eingebracht ist und <üe einzelnen charakteristischen Gamma- bzw. Röntgenstrahlen der verschiedenen Atomsorten in der Schmelze mittels eines Detektors registriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (13) in an sich bekannter Weise in einem Rohrkörper (16) in der Metallschmelze (10) lagert, an der Rohrkörperöffnung (15) ein Zählrohr (17) mit radioaktiver Gammaquelle (11), eine Abschirmung (18) und ein Fenster (19) angeordnet sind, dem Zählrohr (17) ein Füllgasbehälter (22) zur Kühlung zugeordnet ist, und die radioaktive Gammaquelle (11) das Fenster (19) des Zählrohres (17) allseitig umschließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (18) der radioaktiven Gammaquelle (11) aus geschichtetem Aluminium und Wolfram besteht.