JP2000338039A - Method and apparatus for analyzing molten metal - Google Patents

Method and apparatus for analyzing molten metal

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JP2000338039A JP2000085350A JP2000085350A JP2000338039A JP 2000338039 A JP2000338039 A JP 2000338039A JP 2000085350 A JP2000085350 A JP 2000085350A JP 2000085350 A JP2000085350 A JP 2000085350A JP 2000338039 A JP2000338039 A JP 2000338039A
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Fumihiro Washimi
郁宏 鷲見
Ryo Kawabata
涼 川畑
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To magnify a measuring concn. range by adjusting the wavelength of laser beam at a position shifted from the center position of the absorption wavelength of an element to be analyzed by a specific value. SOLUTION: Laser beam of which the wavelength is adjusted to a position shifted from the center position of the absorption wavelength of an element to be analyzed by 0.001-0.03 mm is used and guided to the vicinity of the surface of a molten metal to be passed through a molten metal vapor layer to measure the change in the intensity of laser beam caused by the passage. A relational expression of the change quantity of intensity and the concn. of a component element in a metal is preliminarily calculated and the concn. of the element to be analyzed is calculated from the measured change quantity of intensity by using the relational expression. Herein, the absorption spectrum by the element to be analyzed has width with respect to the wavelength of light because the temp. or the like of an absorbing substance thereof exerts effect. That is, the change of intensity by absorption is max. in the center wavelength of absorption and reduces along with shift quantity at a wavelength position shifted from a center wavelength.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属中の成分
元素を迅速に分析する分析技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an analysis technique for rapidly analyzing constituent elements in a molten metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融金属のオンライン分析は、その金属
の製精錬過程を制御するために強く求められている。し
かし、溶融金属を測定・分析する環境は高温・粉塵等で
劣悪であり、このような環境に対応するためのエンジニ
アリング上の課題が大きいため、オンライン分析の実用
化はほとんどなされていない。
2. Description of the Related Art Online analysis of molten metal is strongly required to control the refining process of the metal. However, the environment in which molten metal is measured and analyzed is inferior at high temperatures and dust, and there is a large engineering problem to cope with such an environment. Therefore, practical use of online analysis has hardly been made.

【0003】一般に、金属の組成分析を行うための信頼
性の高い分析方法として、金属を酸などで分解して溶液
化した試料については、原子吸光法が知られている。そ
して、この本質的に高精度な分析法である原子吸光法を
溶融金属の直接分析に適用する提案がなされている。こ
のような提案としては、例えば、特開平09−0497
95号公報に記載された溶融金属の直接分析方法および
装置、また特表平09−500725号公報に記載され
た溶融金属の直接的化学分析方法などがある。これらの
技術は、溶融金属の表面上の金属蒸気層に特定波長(原
子吸収線波長)の光を照射し、蒸気層によって吸収され
る光の吸収率を測定して、溶融金属中の成分元素の濃度
を求めるものである。
In general, as a highly reliable analysis method for analyzing the composition of a metal, an atomic absorption method is known for a sample in which a metal is decomposed with an acid or the like to form a solution. A proposal has been made to apply the atomic absorption method, which is essentially a highly accurate analysis method, to the direct analysis of molten metal. As such a proposal, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-0497
No. 95 discloses a method and apparatus for direct analysis of molten metal, and Japanese Patent Publication No. 09-500725 discloses a direct chemical analysis method for molten metal. These techniques irradiate the metal vapor layer on the surface of the molten metal with light of a specific wavelength (atomic absorption line wavelength), measure the absorptivity of light absorbed by the vapor layer, and determine the component elements in the molten metal. Is determined.

【0004】しかし、上記文献に記載されている、溶融
金属の蒸気を直接原子吸光法を用いて分析する方法にお
いては、金属蒸気生成量をコントロールできないため
に、測定濃度範囲が狭いという原子吸光法の欠点が顕著
に現れる。以下、このことについて説明する。
However, in the method described in the above-mentioned literature, in which the vapor of a molten metal is directly analyzed by atomic absorption spectrometry, the amount of generated metal vapor cannot be controlled, so that the concentration range of measurement is narrow. The disadvantages of the above appear remarkably. Hereinafter, this will be described.

【0005】原子吸光法の測定原理は、下式(1)に従
う原子の吸光現象に基いて、試料中の分析元素の量もし
くは濃度を求めることである。
[0005] The measurement principle of the atomic absorption method is to determine the amount or concentration of an analytical element in a sample based on the atomic absorption phenomenon according to the following equation (1).

【0006】 A=μCL ………………………………………………(1) (ここで、A;吸光による強度変化(=−log(I/
))、(I/I);光強度比、I;吸光後光強
度、I;吸光前光強度、μ;吸光係数(波長に固
有)、C;分析元素の量もしくは濃度、L;蒸気層長
さ) 上式(1)から分かるように、光強度比(I/I)は
分析元素の量もしくは濃度Cの増加とともに急激に低下
する。光強度比(I/I)が小さすぎると、吸収光以
外の光による影響や測定装置での測定値のばらつきが出
てくる。その結果、濃度測定は困難となる。このよう
に、分析元素の量もしくは濃度Cには上限が存在する。
A = μCL …………………………………… (1) (where A: intensity change due to light absorption (= −log (I /
I o )), (I / I o ); light intensity ratio, I; light intensity after light absorption, I o : light intensity before light absorption, μ; extinction coefficient (wavelength-specific), C; L; length of vapor layer) As can be seen from the above equation (1), the light intensity ratio (I / I o ) rapidly decreases with an increase in the amount or concentration C of the element to be analyzed. If the light intensity ratio (I / I o ) is too small, influences due to light other than the absorbed light and variations in measured values with a measuring device appear. As a result, concentration measurement becomes difficult. Thus, there is an upper limit on the amount or concentration C of the analysis element.

【0007】そこで、測定量もしくは濃度の範囲を広げ
るため、式(1)に基づき、μ、C、Lの各項のいずれ
かまたは複数を下げることが行われている。例えば、溶
液の原子吸光法では、試料溶液を希釈して分析元素量も
しくは濃度Cを下げたり、原子化部(バーナー)の光軸
との角度を変えて蒸気層長さLを短くするなどして、測
定濃度範囲を広げることが可能である。
Therefore, in order to widen the range of the measured amount or the concentration, one or more of the terms μ, C and L are reduced based on the equation (1). For example, in the atomic absorption method of a solution, a sample solution is diluted to lower the amount or concentration C of an element to be analyzed, or the angle with the optical axis of an atomization section (burner) is changed to shorten the vapor layer length L. Thus, it is possible to extend the measurement concentration range.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、製錬中の溶融
金属測定においては、生成する蒸気層濃度Cは、製錬条
件および溶融金属中の含有率により決まってしまい、コ
ントロールすることができない。そのため、測定濃度範
囲を広げるには、蒸気層長さLまたは吸光係数μのいず
れかを小さくしなくてはならない。蒸気層長さLを小さ
くすることは、蒸気層の厚みを適正な小さな値に安定し
て保つためのエンジニアリング上の課題が大きいために
難しい。また、吸光係数μを小さくすることも、測定濃
度範囲に対応するμを有する吸光線があるとは限らない
ために難しい。例えば、Mn(マンガン)の原子吸光線
としては、吸光係数μの大きい線として279nmの
線、μの小さい線として403nmの線のみが存在す
る。Mn濃度測定においては、係数μの小さい403n
mの吸光線を用いても、溶鋼温度が1600℃のときに
は蒸気層中のMn濃度Cが高いために、蒸気層Lを1m
m程度に非常に短くしても蒸気層による吸光が強すぎ
る。そのため、濃度0.1%のMnに対しても前述の光
強度比が1%以下となってしまい、0.1%以上の濃度
のMnを測定することができない。
However, in the measurement of molten metal during smelting, the concentration C of the generated vapor layer is determined by the smelting conditions and the content in the molten metal, and cannot be controlled. Therefore, in order to widen the measurement concentration range, either the vapor layer length L or the extinction coefficient μ must be reduced. It is difficult to reduce the length L of the vapor layer because there is a large engineering problem to stably maintain the thickness of the vapor layer at an appropriate small value. Also, it is difficult to reduce the absorption coefficient μ because there is not always an absorption line having μ corresponding to the measured concentration range. For example, as an atomic absorption line of Mn (manganese), there is only a line of 279 nm as a line having a large absorption coefficient μ and a line of 403 nm as a line having a small μ. In Mn concentration measurement, 403n having a small coefficient μ
When the molten steel temperature is 1600 ° C., the Mn concentration C in the vapor layer is high even when the absorption line of m is used.
Even if it is very short, about m, the absorption by the vapor layer is too strong. Therefore, the above-mentioned light intensity ratio becomes 1% or less with respect to Mn having a concentration of 0.1%, and Mn having a concentration of 0.1% or more cannot be measured.

【0009】また、前述の特表平9−500725に記
載された溶融金属表面に焦点を合わせる方法では、実際
に流動する溶融金属面での実用化が困難である。溶融金
属表面が静止した面であれば鏡面のような挙動を示し、
そこへ投射した光の反射は設計上の反射位置に達し、そ
の反射強度は十分強く得られる。しかし、表面が揺らい
で波が生じている状態では、その反射方向が設計上の反
射位置に戻るのは間欠的でしかなくなる。さらにその反
射強度も静止面反射に比べ非常に小さくなる。それは、
反射面が平行面ではなく曲面となるため、その反射角が
その曲率に従って広がる結果、測定位置での照度(光強
度の密度)が小さくなるからである。静止面を作ればこ
のような問題は生じないが、製錬工程で静止面を作るの
は困難である。また光照射のためのプローブを使用して
も、プローブ内部の雰囲気を不活性にするためにArや
窒素ガスを流す結果、溶融金属表面が揺らいでしまうた
めに、静止面を作れない。
Further, in the method of focusing on the surface of a molten metal described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725, it is difficult to put the molten metal surface into practical use. If the surface of the molten metal is stationary, it behaves like a mirror,
The reflection of the light projected thereon reaches the designed reflection position, and the reflection intensity is sufficiently high. However, in a state where the surface fluctuates and a wave is generated, it is only intermittent that the reflection direction returns to the designed reflection position. Further, the reflection intensity is very small as compared with the stationary surface reflection. that is,
This is because the reflection surface is not a parallel surface but a curved surface, and the reflection angle is widened according to the curvature, so that the illuminance (light intensity density) at the measurement position is reduced. Such a problem does not occur if a stationary surface is made, but it is difficult to make a stationary surface in the smelting process. Even if a probe for light irradiation is used, a stationary surface cannot be formed because the surface of the molten metal fluctuates as a result of flowing Ar or nitrogen gas to inactivate the atmosphere inside the probe.

【0010】また、溶融金属表面では、溶融金属の流
動、蒸気層の熱対流、ダストの発生などがあるために蒸
気層の厚みを常に一定に保つことは非常に困難であり、
測定中に蒸気層の厚みは変動する。従って、この変動を
補正する必要がある。
On the surface of the molten metal, it is very difficult to keep the thickness of the vapor layer constant because of the flow of the molten metal, the heat convection of the vapor layer, and the generation of dust.
During the measurement, the thickness of the vapor layer varies. Therefore, it is necessary to correct this variation.

【0011】さらに、一般に溶融金属は高温(たとえば
溶鋼では約1600℃)であるため、溶融金属自体が輻
射光を発している。この輻射光は紫外から赤外までの連
続光であり、当然のことながら原子吸光を測定しようと
する波長の光を含んでいる。溶融金属の温度は、時々刻
々と変化するため、溶融金属表面からの輻射光も時々刻
々と変化する。従って、特表平9−500725に記載
された方法では、実際に測定される光量は、原子吸光後
の光の光量と、これと同一波長の輻射光の光量の合計で
あり、真の原子吸光後の光の光量のみを検出することは
できない。この場合、輻射光が精錬途中で変動してしま
うと、見かけ上、原子吸光後の光の光量が変動したとみ
なされてしまう。
Further, since molten metal is generally at a high temperature (for example, about 1600 ° C. for molten steel), the molten metal itself emits radiant light. The radiated light is continuous light from ultraviolet to infrared, and naturally includes light having a wavelength at which atomic absorption is to be measured. Since the temperature of the molten metal changes every moment, the radiant light from the surface of the molten metal also changes every moment. Therefore, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725, the amount of light actually measured is the sum of the amount of light after atomic absorption and the amount of radiation light of the same wavelength, and the true atomic absorption It is not possible to detect only the amount of the subsequent light. In this case, if the radiated light fluctuates during the refining, it is apparent that the light amount of the light after the atomic absorption has fluctuated.

【0012】一方、溶融金属上部に生じる各元素の蒸気
量は、その元素の溶融金属中の濃度(活量)と蒸気圧
(飽和蒸気圧)とに比例する。飽和蒸気圧は温度の関数
であるから、溶融金属温度が一定であれば、原子吸光法
で求めた情報(=蒸気量)から溶融金属中のその元素の
濃度が求められる。特表平9−500725に記載され
た方法では、溶融金属温度を一定に保って測定してい
る。しかし濃度測定が必要な製錬工程では一般に溶融金
属の温度は変動し、製鋼製錬では100℃以上変動する
こともある。このような溶融金属の温度変化によって蒸
気量が変動する。例えば1600℃の溶鋼から発生する
Mn蒸気量は、5℃の温度変化に対して4%ほど変化す
る。従って高精度分析を行うためには、溶融金属の温度
を5℃以下の精度で測定して蒸気量の測定値を補正しな
くてはならない。高温の温度測定を高精度で行うには白
金−ロジウム系熱電対の使用が最適であるが、温度の測
定位置をレーザー照射面直下にする必要があり、適用は
かなり困難である。特に雰囲気制御等のためにプローブ
を用いる状況では、測定位置を照射面直下にすることは
さらに困難である。
On the other hand, the amount of vapor of each element generated above the molten metal is proportional to the concentration (activity) of the element in the molten metal and the vapor pressure (saturated vapor pressure). Since the saturated vapor pressure is a function of the temperature, if the temperature of the molten metal is constant, the concentration of the element in the molten metal can be obtained from the information (= vapor amount) obtained by the atomic absorption method. In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725, the measurement is performed while keeping the molten metal temperature constant. However, the temperature of the molten metal generally fluctuates in the smelting process requiring concentration measurement, and may fluctuate by 100 ° C. or more in steel smelting. The steam amount fluctuates due to such a temperature change of the molten metal. For example, the amount of Mn vapor generated from molten steel at 1600 ° C. changes about 4% with respect to a temperature change of 5 ° C. Therefore, in order to perform high-precision analysis, the temperature of the molten metal must be measured with an accuracy of 5 ° C. or less to correct the measured value of the amount of steam. Although the use of a platinum-rhodium-based thermocouple is optimal for performing high-temperature measurement with high accuracy, it is necessary to place the temperature measurement position directly below the laser irradiation surface, which is quite difficult to apply. In particular, in a situation where a probe is used for atmosphere control or the like, it is more difficult to set the measurement position immediately below the irradiation surface.

【0013】また、特表平9−500725に記載され
た方法では、モノクロメータまたはポリクロメータを用
いて受光した光を分光した後、光強度を測定している。
しかしながらこの方法では、分光する際にスリット等に
より光量が減衰するため測定感度が不足するという問題
点も生じる。
In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725, the light intensity is measured after separating the received light using a monochromator or a polychromator.
However, in this method, there is also a problem that the measurement sensitivity is insufficient because the amount of light is attenuated due to a slit or the like at the time of spectral separation.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、溶融金
属の蒸気層にレーザー光を通過させて、該蒸気層の通過
レーザー光の強度変化から溶融金属に含まれる分析元素
の濃度を測定する溶融金属分析方法であって、該レーザ
ー光は、分析元素の吸収波長の中心位置から0.001
ないし0.03nmずらした位置に波長が調整されてい
ることを特徴とする方法が提供される。
According to the present invention, a laser beam is passed through a vapor layer of a molten metal, and the concentration of an analysis element contained in the molten metal is measured from a change in the intensity of the laser beam passing through the vapor layer. Molten metal analysis method, wherein the laser beam is 0.001 from the center of the absorption wavelength of the element to be analyzed.
And a method wherein the wavelength is tuned to a position shifted by 0.03 nm.

【0015】また、本発明によれば、1または複数の分
析元素を含む溶融金属の表面近傍の蒸気層に、分析元素
の測定濃度範囲に応じて該分析元素の吸収波長の中心位
置からずらした位置に波長の中心位置を有する測定光
と、原子吸光を生じない波長の基準光とを同一光路に重
畳して通過させ、通過した光の測定光成分の強度と基準
光成分の強度とを測定し、測定光成分と基準光成分の強
度比と、蒸気層厚みと、溶融金属温度との間の既知の関
係から、溶融金属中の分析元素の濃度を測定することを
特徴とする溶融金属分析方法が提供される。
Further, according to the present invention, the vapor layer in the vicinity of the surface of the molten metal containing one or more analysis elements is shifted from the center position of the absorption wavelength of the analysis element in accordance with the measured concentration range of the analysis element. A measurement light having a wavelength center position at a position and a reference light having a wavelength that does not cause atomic absorption are superimposed and passed on the same optical path, and the intensity of the measurement light component and the intensity of the reference light component of the passed light are measured. And measuring a concentration of an analysis element in the molten metal from a known relationship between an intensity ratio of a measurement light component and a reference light component, a vapor layer thickness, and a molten metal temperature. A method is provided.

【0016】本発明においては、前記測定光の中心波長
のずらし量を、測定濃度範囲の最大値における吸光度
(=−log(吸光後光強度/吸光のない場合の光強
度))が2.5以下となる値で、かつ分析元素の原子吸
光線の波長半値幅の2倍未満の値に設定することが好ま
しい。
In the present invention, the shift amount of the center wavelength of the measurement light is determined by setting the absorbance (= -log (light intensity after light absorption / light intensity without light absorption)) at the maximum value of the measurement concentration range to 2.5. It is preferable to set the value to the following value and less than twice the wavelength half width of the atomic absorption line of the analysis element.

【0017】また、本発明においては、前記測定光の波
長半値幅Zが、分析元素の原子吸光線の波長半値幅を
X、前記測定光の中心波長のずらし量をYとすると、Z
<(2X−Y)の関係を満足することが好ましい。
In the present invention, the wavelength half width Z of the measurement light is represented by X where X is the wavelength half width of the atomic absorption line of the analysis element and Y is the shift amount of the center wavelength of the measurement light.
It is preferable to satisfy the relationship of <(2X−Y).

【0018】また、本発明においては、波長中心位置を
溶融金属の主成分元素の原子吸光線の中心位置から吸光
感度に応じてずらした測定光と、前記分析元素用の波長
中心位置をずらした測定光と、前記原子吸光を生じない
波長の基準光とを、同一光路に重畳して溶融金属表面の
蒸気層に通過させ、通過した光の両測定光成分の強度と
基準光成分との強度を測定し、通過光の主成分元素に対
応した測定光成分と基準光成分との強度比と、分析元素
に対応した測定光成分と基準光成分との強度比との間の
既知の関係から、蒸気層厚みを補正することが好まし
い。
Further, in the present invention, the measurement light whose wavelength center position is shifted from the center position of the atomic absorption line of the main component element of the molten metal according to the absorption sensitivity and the wavelength center position for the analysis element are shifted. The measurement light and the reference light having a wavelength that does not cause the atomic absorption are superimposed on the same optical path and passed through the vapor layer on the surface of the molten metal, and the intensity of both the measurement light component and the reference light component of the passed light The intensity ratio between the measurement light component and the reference light component corresponding to the main component element of the transmitted light and the known relationship between the measurement light component and the reference light component corresponding to the analysis element It is preferable to correct the vapor layer thickness.

【0019】また、本発明においては、分析中に測定光
の波長をモニターして、原子吸光線の中心位置と測定光
波長の中心位置との間のずれ量を測定し、該測定したず
れ量から蒸気通過光の測定光成分の吸光感度を補正する
ことが好ましい。
Further, in the present invention, the wavelength of the measuring light is monitored during the analysis, and the deviation between the central position of the atomic absorption line and the central position of the measuring light wavelength is measured. It is preferable to correct the light absorption sensitivity of the measurement light component of the light passing through the vapor.

【0020】また、本発明においては、測定光および基
準光をチョッパーを用いてオン/オフし、オフ時の光強
度を溶融金属からの輻射光強度としてバックグラウンド
補正することが好ましい。
In the present invention, it is preferable that the measurement light and the reference light are turned on / off by using a chopper, and the light intensity at the time of off is corrected as background light intensity from the molten metal.

【0021】また、本発明においては、測定光および基
準光を溶融金属表面に照射し反射させて蒸気層を通過さ
せた後、反射光の強度を測定することが好ましい。
Further, in the present invention, it is preferable to measure the intensity of the reflected light after irradiating the surface of the molten metal with the measuring light and the reference light and reflecting the reflected light and passing the reflected light through the vapor layer.

【0022】また、本発明においては、測定光および基
準光を溶融金属表面の5mmφ以上の領域に照射するこ
とが好ましい。
Further, in the present invention, it is preferable that the measuring light and the reference light be applied to a region of 5 mmφ or more on the surface of the molten metal.

【0023】また、本発明においては、基準光の反射光
強度が閾値以上の場合の測定データを濃度測定に用いる
ことが好ましい。
Further, in the present invention, it is preferable to use measurement data when the reflected light intensity of the reference light is equal to or higher than a threshold value for the density measurement.

【0024】また、本発明においては、反射光を光ファ
イバーにより受光し、受光した反射光を、通過波長が分
析元素の原子吸光線波長を含み、通過波長幅が5nm以
下であるバンドパスフィルターに通過させて波長を選択
し、バンドパスフィルター通過後の全光量を測定するこ
とが好ましい。
In the present invention, the reflected light is received by an optical fiber, and the received reflected light is passed through a band-pass filter having a passing wavelength including an atomic absorption line wavelength of an analysis element and a passing wavelength width of 5 nm or less. It is preferable to select the wavelength and measure the total amount of light after passing through the band-pass filter.

【0025】また、本発明においては、照射する測定光
および基準光はレーザー光であり、反射光がバンドパス
フィルターを通過後の測定光および基準光の強度が、該
バンドパスフィルター通過波長域での溶融金属の輻射光
強度の10倍以上となるように、照射光強度を調整する
ことが好ましい。
In the present invention, the measuring light and the reference light to be irradiated are laser light, and the intensity of the measuring light and the reference light after the reflected light has passed through the band-pass filter falls within the wavelength band passing through the band-pass filter. It is preferable to adjust the irradiation light intensity so as to be 10 times or more the radiation light intensity of the molten metal.

【0026】また、本発明においては、溶融金属の主成
分元素が鉄であり、分析元素がマンガンであることが好
ましい。
In the present invention, it is preferable that the main component element of the molten metal is iron and the analysis element is manganese.

【0027】また、本発明によれば、放出するレーザー
光の波長および半値幅および強度が可変の複数のレーザ
ー光源と、該レーザー光の波長及び強度を計測する手段
と、該複数のレーザー光源から放出された波長が異なる
複数のレーザー光を同一光路に重畳する光学系と、該同
一光路に重畳されたレーザー光を一定周期でオンオフす
るチョッパーと、端部が溶融金属近傍に設置され、該同
一光路に重畳されたレーザー光を溶融金属近傍に導く光
ファイバーと、光ファイバーから放出されたレーザー光
を溶融金属表面の5mmφ以上の範囲に照射するための
光学系と、受光部が溶融金属近傍に設置され、溶融金属
表面からの反射光を受光して光検出部に導く1または複
数の受光用光ファイバーと、受光用光ファイバーにより
導かれた反射光を、それぞれのレーザー光の波長を含む
波長域に分離するハイパスフィルターおよび/またはロ
ーパスフィルターと、ハイパスフィルターおよび/また
はローパスフィルターを通過後の反射光から、それぞれ
のレーザー光の波長を含む狭い波長域を分離するバンド
パスフィルターと、バンドパスフィルター通過後の全光
量を測定する光検出器と、溶融金属の温度を測定する手
段と、測定された結果を演算する演算装置とを備えるこ
とを特徴とする溶融金属分析装置が提供される。
Further, according to the present invention, a plurality of laser light sources whose wavelength, half width and intensity of the emitted laser light are variable, means for measuring the wavelength and intensity of the laser light, and a plurality of laser light sources are provided. An optical system that superimposes a plurality of laser lights having different emitted wavelengths on the same optical path, a chopper that turns on and off the laser light superimposed on the same optical path at a constant cycle, and an end portion installed near the molten metal, and the same An optical fiber that guides the laser light superimposed on the optical path to the vicinity of the molten metal, an optical system for irradiating the laser light emitted from the optical fiber to a range of 5 mmφ or more on the surface of the molten metal, and a light receiving unit is installed near the molten metal. One or a plurality of light receiving optical fibers for receiving the reflected light from the molten metal surface and guiding the light to the light detecting portion, and the reflected light guided by the light receiving optical fiber. A high-pass filter and / or a low-pass filter that separates the laser light into wavelength regions that include the wavelength of each laser light, and a narrow wavelength region that includes the wavelength of each laser light from the reflected light that has passed through the high-pass filter and / or the low-pass filter. And a photodetector that measures the total amount of light after passing through the bandpass filter, a unit that measures the temperature of the molten metal, and a computing device that computes the measured result. A metal analyzer is provided.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0029】本発明に係る分析方法には、溶融金属の蒸
気層にレーザー光を通過させる工程と、該蒸気層の通過
により生じるレーザー光の強度変化を求める工程と、強
度変化から溶融金属に含まれる分析元素の濃度を測定す
る工程とが含まれる。
The analysis method according to the present invention includes a step of passing a laser beam through a vapor layer of a molten metal, a step of determining a change in intensity of the laser beam caused by the passage of the vapor layer, Measuring the concentration of the analysis element to be analyzed.

【0030】レーザー光としては、分析元素の吸収波長
の中心位置から0.001nmないし0.03nmずら
した位置に波長を調整したレーザー光を用いる。このレ
ーザー光を溶融金属表面の近傍に導き、溶融金属蒸気層
を通過させて、通過によるレーザー光の強度変化を測定
する。強度変化量と金属中の成分元素の濃度(単位は例
えばwt%)との関係式をあらかじめ求めておき、この
関係式を用いて測定した強度変化量から分析元素の濃度
を求める。なお、強度変化の測定は、通過前後のレーザ
ー光強度を比べて行っても良いし、検量線を作成した後
に通過後のレーザー光強度のみを測定して行っても良
い。また、強度変化量は、測定強度そのものでも良い
し、蒸気層がないか非常に少なくて無視できる状態と蒸
気層の存在する状態との比でも良いし、または同一の光
学系に入れた吸光を生じない光との比でも良い。また、
これらの値そのものでも良いし、これらの値の対数でも
良い。
As the laser light, a laser light whose wavelength is adjusted to a position shifted from the center position of the absorption wavelength of the analysis element by 0.001 nm to 0.03 nm is used. The laser light is guided to the vicinity of the surface of the molten metal, passes through the molten metal vapor layer, and the intensity change of the laser light due to the passage is measured. A relational expression between the intensity change amount and the concentration of the component element in the metal (unit is, for example, wt%) is obtained in advance, and the concentration of the analysis element is obtained from the intensity change amount measured using this relational expression. In addition, the measurement of the intensity change may be performed by comparing the laser beam intensity before and after the passage, or by measuring only the laser beam intensity after the passage after preparing the calibration curve. In addition, the intensity change amount may be the measured intensity itself, the ratio between the state where the vapor layer is negligible or negligible and the state where the vapor layer is present, or the absorption change in the same optical system. A ratio with light that does not occur may be used. Also,
These values may be themselves or a logarithm of these values.

【0031】分析元素による吸光スペクトルは、その吸
収物質の温度等が影響するために光の波長に対して幅を
持つ。すなわち吸光による強度変化は吸光中心波長にお
いて最大であり、中心波長からずれた波長位置ではずれ
量とともに減少する。つまり、測定に用いるレーザー光
の波長位置を吸光中心波長からずらすことによって、分
析元素の吸光による強度変化を低減させることができ
る。
The absorption spectrum of the element to be analyzed has a width with respect to the wavelength of light because the temperature of the absorbing substance affects the absorption spectrum. That is, the intensity change due to light absorption is maximum at the light absorption center wavelength, and decreases with the amount of shift at a wavelength position shifted from the center wavelength. That is, by shifting the wavelength position of the laser beam used for measurement from the absorption center wavelength, it is possible to reduce the intensity change due to the absorption of the analysis element.

【0032】測定に用いるレーザ光の波長位置をずらし
た場合の、入射光に対する透過(検出)光の変化の一例
を図1に示す。レーザー光の波長位置を原子吸光波長の
中心位置と一致させた場合には、透過光がほとんどなく
なって光の検出が不可能となるのに対して、波長をずら
すことにより透過光の検出が可能となることがわかる。
FIG. 1 shows an example of a change in transmitted (detected) light with respect to incident light when the wavelength position of the laser light used for measurement is shifted. When the wavelength position of the laser beam is matched with the center position of the atomic absorption wavelength, the transmitted light is almost eliminated and the light cannot be detected, whereas the transmitted light can be detected by shifting the wavelength. It turns out that it becomes.

【0033】波長をずらす量は、分析元素(測定対象元
素)の濃度、原子吸光線の種類によって調整する。測定
濃度範囲の最大値における吸光度(=−log(吸光後
光強度/吸光のない場合の光強度))が2.5を上回る
と高濃度側の感度が低下して正確な測定が困難になる。
そこで測定濃度範囲の最大値における吸光度が2.5以
下になるように、ずらす量を設定する。より好ましくは
測定濃度範囲の最大値における吸光度が2以下になるよ
うにずらす量を設定する。こうすることで、濃度に対す
る吸光度の変化を測定濃度範囲で直線的にすることがで
きる。またずらし過ぎると吸光が起きなくなるので、ず
らす量の上限は原子吸光線の波長半値幅の2倍未満に設
定する。より好ましくは測定濃度範囲の最大値における
吸光度が0.5以上になるように、ずらす量の上限を設
定する。なぜならば、吸光度が0.5未満だと測定濃度
全範囲での感度が不足するからである。
The amount by which the wavelength is shifted is adjusted according to the concentration of the analysis element (element to be measured) and the type of the atomic absorption line. If the absorbance (= -log (light intensity after light absorption / light intensity without light absorption)) at the maximum value of the measurement concentration range exceeds 2.5, the sensitivity on the high concentration side is reduced and accurate measurement becomes difficult. .
Therefore, the shift amount is set so that the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range is 2.5 or less. More preferably, the shift amount is set so that the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range becomes 2 or less. In this way, the change in absorbance with respect to the concentration can be made linear in the measured concentration range. Also, since absorption does not occur if the shift is too large, the upper limit of the shift amount is set to less than twice the wavelength half width of the atomic absorption line. More preferably, the upper limit of the amount of shift is set so that the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range is 0.5 or more. This is because if the absorbance is less than 0.5, the sensitivity in the entire range of the measured concentration is insufficient.

【0034】以上のようにして、原子吸光法によって測
定できる元素の濃度範囲を大幅に拡大することができ
る。レーザー光の波長を正確に制御して分析元素の中心
波長からずらすことによって、分析元素濃度に応じて適
正な吸光による強度変化を設定することができる。
As described above, the concentration range of the element which can be measured by the atomic absorption method can be greatly expanded. By accurately controlling the wavelength of the laser beam and shifting it from the center wavelength of the analysis element, it is possible to set an appropriate change in intensity due to light absorption according to the concentration of the analysis element.

【0035】このような測定を可能とする光源光とし
て、連続光を分光器で分光して目的波長の光を取り出
し、取り出した光を光源光とすることも可能である。し
かし、光の強さからレーザーの使用が適当である。特
に、発振波長位置を任意に調整できるいわゆる波長可変
レーザーが適している。
As the light source light that enables such measurement, continuous light can be separated by a spectroscope to extract light of a target wavelength, and the extracted light can be used as the light source light. However, the use of a laser is appropriate due to the light intensity. In particular, a so-called tunable laser that can arbitrarily adjust the oscillation wavelength position is suitable.

【0036】しかし全ての波長可変レーザーが適してい
るわけではなく、出力光の波長幅が小さいことが要求さ
れる。波長幅が大きくなると吸光幅を外れる光の割合が
増える。すなわち、吸収されない光(光測定のバックグ
ランドとなる光)が多くなるため、濃度変化に対する光
強度変化が小さくなって測定精度を悪くする。
However, not all wavelength tunable lasers are suitable, and it is required that the wavelength width of output light be small. As the wavelength width increases, the proportion of light that deviates from the absorption width increases. That is, since the amount of light that is not absorbed (light that becomes the background of light measurement) increases, the change in light intensity with respect to the change in density becomes small, thereby deteriorating measurement accuracy.

【0037】測定光となる出力光(光源光)の波長幅を
以下のように規定することにより、吸収されない光の割
合を制限し測定精度を良好に保つことができる。すなわ
ち、高温の溶融金属を構成する分析元素の原子吸光線の
波長半値幅をX、該原子吸光線の中心位置からの測定光
の中心波長のずれ量をYとすると、測定光の中心波長で
の半値幅Zは、Z<(2X−Y)であることが好まし
い。
By defining the wavelength width of the output light (light source light) serving as the measurement light as follows, it is possible to limit the ratio of the light that is not absorbed and maintain good measurement accuracy. That is, assuming that the wavelength half width of the atomic absorption line of the analysis element constituting the high-temperature molten metal is X, and the deviation amount of the center wavelength of the measurement light from the center position of the atomic absorption line is Y, the central wavelength of the measurement light is Is preferably Z <(2X−Y).

【0038】これを図2を用いて説明する。分析元素の
吸光スペクトルの波長分布がガウス分布であるとみなせ
る時、その広がりの指針である標準偏差σと半値幅Xと
の関係は、X=2.35σである。一般的に、ガウス分
布の中心の強度を1とすると、この中心から半値幅の2
倍(2X=4.7σ)離れた位置での強度は10-5とな
る。すなわち、この波長位置での吸光度は中心波長の吸
光度に対して10-5となり、試料濃度が高くなって中心
波長での吸光度が100以上となっても、この波長位置
は吸光がほとんど無いとみなされる波長域となる。
This will be described with reference to FIG. When the wavelength distribution of the absorption spectrum of the element to be analyzed can be considered to be a Gaussian distribution, the relationship between the standard deviation σ and the half width X, which is a guide for the spread, is X = 2.35σ. Generally, assuming that the intensity at the center of the Gaussian distribution is 1, the half-width of 2 from this center
The intensity at a position twice (2X = 4.7σ) apart is 10 −5 . That is, the absorbance at this wavelength position is 10 −5 with respect to the absorbance at the center wavelength, and even if the sample concentration increases and the absorbance at the center wavelength becomes 100 or more, it is considered that there is almost no absorption at this wavelength position. Wavelength range.

【0039】一方、測定光は、分析元素の原子吸光線の
中心位置からYだけずれた位置に中心波長を有する、半
値幅Z、標準偏差σの分散のガウス分布をなすとみなせ
る。中心波長Yから半値幅分(Z=2.35σ)以上さ
らに外れた波長位置(Y+Z)では測定光の量は1%に
減り、この程度の光が分析元素によって吸収されずに残
っても影響は小さい。
On the other hand, it can be considered that the measurement light has a Gaussian distribution having a center wavelength at a position shifted by Y from the center position of the atomic absorption line of the analysis element and a variance of the half width Z and the standard deviation σ. At a wavelength position (Y + Z) further deviated from the center wavelength Y by a half width (Z = 2.35σ) or more, the amount of the measurement light is reduced to 1%, and even if this amount of light remains without being absorbed by the element to be analyzed, it is affected. Is small.

【0040】従って、測定光の半値幅(波長幅)として
は、測定光の中心波長Yから半値幅分(Z=2.35
σ)離れた波長位置(Y+Z)が、吸光スペクトルの中
心から半値幅の2倍離れた波長位置(2X)より内側に
あるようなものが好ましく、こうすれば、吸収されずに
残った光の影響が小さいと判断される。すなわちY+Z
<2Xである。このことからZ<2X−Yが導出され
る。
Accordingly, the half width (wavelength width) of the measurement light is equal to the half width (Z = 2.35) from the center wavelength Y of the measurement light.
σ) It is preferable that the distant wavelength position (Y + Z) is located inside the wavelength position (2X) distant from the center of the absorption spectrum by twice the half-value width. It is determined that the effect is small. That is, Y + Z
<2X. From this, Z <2XY is derived.

【0041】このような測定光と原子吸光を生じない波
長の基準光とを、波長の特性によって光を反射または透
過する光学フィルターを用いて同一光路に重畳して、高
温の溶融金属表面の蒸気層に通過させる。
The measurement light and the reference light having a wavelength that does not cause atomic absorption are superimposed on the same optical path by using an optical filter that reflects or transmits light according to the characteristics of the wavelength, and the vapor on the surface of the high-temperature molten metal is vaporized. Pass through layers.

【0042】溶融金属表面では、蒸気層による光吸収だ
けではなく、ダストの発生などによる光の減衰があるの
で、この影響を補正するためには、原子吸光を生じない
基準光との比を用いることが必要である。基準光として
は、蒸気層による光吸収がなく、測定光波長に近い波長
の光が望ましい。
On the surface of the molten metal, not only the light absorption by the vapor layer but also the light attenuation due to the generation of dust, etc. To correct this effect, the ratio with the reference light which does not cause atomic absorption is used. It is necessary. As the reference light, light having a wavelength close to the wavelength of the measurement light without light absorption by the vapor layer is desirable.

【0043】蒸気層を通過した光の測定光成分と基準光
成分の光強度とを、波長の特性によって光を反射または
透過する光学フィルターを用いて分光して検出する。得
られた各々の波長の光強度から基準光強度比(R:測定
光強度/基準光強度)を求めて、蒸気層がないかまたは
非常に少なくて無視できる状態での強度比(R0)から
の変化量(R/R0)を求める。このとき、強度比の変化
量の逆数の対数(=−log(R/R0))を吸光度
(A)とする。この吸光度は、溶融金属中の分析元素
(測定成分)の濃度、溶融金属の温度、および蒸気層の
厚さの関数で表わせる。従って、溶融金属の温度および
蒸気層の厚さの補正を行うことによって、溶融金属中の
分析元素の濃度を求めることができる。
The light intensity of the measurement light component and the reference light component of the light that has passed through the vapor layer is detected by spectral separation using an optical filter that reflects or transmits light according to wavelength characteristics. A reference light intensity ratio (R: measured light intensity / reference light intensity) is obtained from the obtained light intensities of the respective wavelengths, and from the intensity ratio (R0) in a state where there is no or very small and negligible vapor layer. Is obtained (R / R0). At this time, the logarithm (= -log (R / R0)) of the reciprocal of the intensity ratio change is defined as the absorbance (A). This absorbance can be expressed as a function of the concentration of the analytical element (measurement component) in the molten metal, the temperature of the molten metal, and the thickness of the vapor layer. Therefore, by correcting the temperature of the molten metal and the thickness of the vapor layer, the concentration of the analysis element in the molten metal can be obtained.

【0044】まず、蒸気層の厚さの補正方法について説
明する。溶融金属の主成分元素を測定するための測定光
を、分析元素用の測定光、基準光と同一光路として、高
温の溶融金属表面の蒸気層に通過させる。蒸気層を通過
した光を光学フィルタを用いて分光して、主成分元素測
定光、分析元素測定光および基準光の各々の光強度を検
出する。得られた光強度から主成分元素の基準光強度比
(RIS)および分析元素の基準光強度比(R)を求め
て、蒸気層がないかまたは非常に少なくて無視できる状
態でのそれぞれの強度比(RIS0、R0)からの変化量を
各々求める。そして、主成分元素についても分析元素と
同様に強度比の変化量の逆数の対数(=−log(RIS
/RIS0))を求めて主成分元素吸光度(AIS)とする。
First, a method of correcting the thickness of the vapor layer will be described. The measurement light for measuring the main component element of the molten metal is passed through the vapor layer on the surface of the high-temperature molten metal as the same optical path as the measurement light for the analysis element and the reference light. The light that has passed through the vapor layer is spectrally separated using an optical filter, and the light intensity of each of the main component element measurement light, the analysis element measurement light, and the reference light is detected. A reference light intensity ratio (R IS ) of the main component element and a reference light intensity ratio (R) of the analysis element are obtained from the obtained light intensities, and the respective ratios in a state where there is no or very little vapor layer and can be ignored The amounts of change from the intensity ratios (R IS 0, R 0) are determined. The logarithm of the reciprocal of the change in the intensity ratio (= −log (R IS
/ R IS 0)) and determine the main component element absorbance (A IS ).

【0045】蒸気層厚みの補正は、分析元素の吸光度
(A)と主成分元素の吸光度(AIS)との比(A/
IS)を、分析元素の蒸気層厚み補正後の吸光度とする
ことで可能である。主成分元素および分析元素につい
て、吸光現象の前式(1)式が成り立つ。従って、両元
素についての吸光度の比をとることにより、蒸気層厚み
(長さ)Lの変動項はなくなり、分析元素濃度の関数で
表わすことができる。
The thickness of the vapor layer is corrected by the ratio (A / A) between the absorbance of the analysis element (A) and the absorbance of the main element (A IS ).
A IS ) can be obtained by setting the absorbance after correcting the vapor layer thickness of the element to be analyzed. For the main component element and the analysis element, the previous equation (1) of the light absorption phenomenon is established. Accordingly, by taking the ratio of the absorbances of both elements, the fluctuation term of the vapor layer thickness (length) L is eliminated, and can be expressed as a function of the concentration of the analyzed element.

【0046】なお、溶融金属の主成分元素に対する測定
光の波長の中心位置は、該主成分元素の原子吸光の吸光
感度に応じて、該主成分元素の原子吸光線の中心位置か
らずらすことが望ましい。理由は、測定光の波長中心位
置と原子吸光線の中心位置とが同じであると、吸光感度
が高い場合に、信号が小さくなりS/Nが悪くなるから
である。また、後述するように、測定中は測定光の波長
をモニタリングして、該波長の変化による吸光度の変動
を補正しながら測定することにより、測定精度がより向
上する。
The center position of the wavelength of the measurement light with respect to the main component element of the molten metal can be shifted from the center position of the atomic absorption line of the main component element in accordance with the absorption sensitivity of the atomic absorption of the main component element. desirable. The reason is that if the center position of the wavelength of the measurement light and the center position of the atomic absorption line are the same, the signal becomes small and the S / N deteriorates when the absorption sensitivity is high. In addition, as will be described later, the measurement accuracy is further improved by monitoring the wavelength of the measurement light during the measurement and correcting the change in the absorbance due to the change in the wavelength.

【0047】次に、溶融金属の温度の補正方法について
説明する。溶融金属の表面上に生じる各元素の蒸気量
は、その元素の溶融金属中の濃度(活量)と蒸気圧(飽
和蒸気圧)に比例する。飽和蒸気圧は溶融金属の温度の
関数で表わせる。従って、溶融金属の標準温度T0℃で
の分析元素の飽和蒸気圧(P0)および主成分元素の飽
和蒸気圧(PIS0)を基準として、測定時の温度T℃で
の各々の飽和蒸気圧(P(T),PIS(T))との比(P0
/P(T)、PIS0/PIS(T))を求め、これを用いて前
記吸光度(AおよびAIS)を補正する。各温度での飽和
蒸気圧の変化は、文献値を用いても良い。
Next, a method for correcting the temperature of the molten metal will be described. The amount of vapor of each element generated on the surface of the molten metal is proportional to the concentration (activity) of the element in the molten metal and the vapor pressure (saturated vapor pressure). The saturated vapor pressure can be expressed as a function of the temperature of the molten metal. Therefore, based on the saturated vapor pressure of the analytical element at the standard temperature T0 ° C. of the molten metal (P0) and the saturated vapor pressure of the main component element (P IS 0), each saturated vapor pressure at the temperature T ° C. at the time of measurement is obtained. (P (T), PIS (T)) (P0
/ P (T), P IS 0 / P IS (T)), and using this, the absorbance (A and A IS ) is corrected. For the change of the saturated vapor pressure at each temperature, literature values may be used.

【0048】このとき、波長可変レーザーとしては、出
力光の波長幅が十分小さく、波長の中心位置を正確に設
定でき、かつ波長位置経時変化が全くないことが要求さ
れる。吸光感度が光源光波長位置の関数であるため上述
したように波長位置の経時変化が全く無いことが理想で
あるが、レーザーの設置環境(特に温度変化)を厳しく
管理しようとすると、レーザーの構成各部を変動のない
ものにする等種々困難が生じ、現実的には達成が難し
い。その対策として予め波長位置を変化させて吸光感度
の波長依存性を求めておき、気体のオンライン実測定に
際しては発光するレーザー光波長をモニターしながら吸
光量を測定し、波長位置の変動による吸光感度変化をオ
ンラインで補正して気体中成分量を求めていくことによ
り、現実的な状況での気体中成分オンライン分析が可能
となる。
At this time, the wavelength tunable laser is required to have a sufficiently small wavelength width of the output light, to be able to accurately set the center position of the wavelength, and to have no change over time in the wavelength position. Ideally, there is no change in the wavelength position over time, as described above, since the absorbance sensitivity is a function of the light source light wavelength position. However, if the laser installation environment (especially temperature change) is to be strictly controlled, the laser structure Various difficulties arise, such as making each part unchanged, and it is difficult to achieve in practice. As a countermeasure, the wavelength position is changed in advance to determine the wavelength dependence of the light absorption sensitivity, and in online measurement of gas, the amount of light absorption is measured while monitoring the wavelength of the emitted laser light. The on-line analysis of gas components in a realistic situation becomes possible by correcting the change online to determine the gas component amount.

【0049】図3に、本発明を実施するための装置構成
の一例を示す。図3において、レーザー光源1から発し
たレーザー光は、光学系2を通って溶融金属3の表面上
の金属蒸気層4に照射される。金属蒸気層4を通過した
レーザー光は、光学系5を通って光検出器6に導かれて
強度が測定される。
FIG. 3 shows an example of the configuration of an apparatus for carrying out the present invention. In FIG. 3, a laser beam emitted from a laser light source 1 is applied to a metal vapor layer 4 on the surface of a molten metal 3 through an optical system 2. The laser beam that has passed through the metal vapor layer 4 is guided to a photodetector 6 through an optical system 5, and the intensity is measured.

【0050】光学系2および5としては、光ファイバー
を用いることが好ましい。こうすることによって、レー
ザー光源1および光検出器6などを溶融金属3の表面か
ら隔離して配置することができる。
As the optical systems 2 and 5, it is preferable to use optical fibers. By doing so, the laser light source 1, the photodetector 6, and the like can be arranged separately from the surface of the molten metal 3.

【0051】レーザー光源1は、波長を任意の値に設定
できる波長可変レーザーである。分析元素の吸収波長の
中心位置は文献等に記載されているので、その中心位置
から0.001nmないし0.03nmずらして発光波
長を設定する。
The laser light source 1 is a tunable laser whose wavelength can be set to an arbitrary value. Since the center position of the absorption wavelength of the analysis element is described in a literature or the like, the emission wavelength is set to be shifted from the center position by 0.001 nm to 0.03 nm.

【0052】波長の最適なずらし量は、以下のようにし
て求めることができる。まず、吸光強度変化の波長依存
性をあらかじめ調べておく。すなわち、測定システムを
作製したのち、溶融金属3の目的とする分析元素の濃度
をレーザー光の波長を変化させて何点か測定する。そし
て、金属蒸気4による吸収後のレーザー光強度が最も適
正とみなせるレーザー波長の位置を見つける。または、
通常の原子吸光分析装置を用いた溶液試料の原子吸光分
析において光源として本分析システムのレーザー光源を
用い、吸光強度変化の波長依存性をあらかじめ調べてお
く。次に、分析元素濃度の小さい溶融金属3に対して、
分析元素の吸収波長の中心位置での測定を行って、この
中心位置での測定限界を求める。そして、あらかじめ行
った吸光強度変化の波長依存性についての調査結果から
測定濃度範囲に対する適正波長を求める。
The optimum shift amount of the wavelength can be obtained as follows. First, the wavelength dependence of the change in the absorption intensity is checked in advance. That is, after preparing the measurement system, the concentration of the target analysis element of the molten metal 3 is measured at several points by changing the wavelength of the laser beam. Then, the position of the laser wavelength at which the laser light intensity after absorption by the metal vapor 4 is considered to be the most appropriate is found. Or
In the atomic absorption analysis of a solution sample using an ordinary atomic absorption spectrometer, the laser light source of the present analysis system is used as a light source, and the wavelength dependence of the change in absorption intensity is checked in advance. Next, for the molten metal 3 having a small analytical element concentration,
The measurement is performed at the center position of the absorption wavelength of the analysis element, and the measurement limit at this center position is determined. Then, an appropriate wavelength for the measurement concentration range is determined from the result of the investigation on the wavelength dependence of the change in the absorption intensity performed in advance.

【0053】また、吸光による強度変化は発光波長の波
長半値幅により変化するため、波長のずらし量だけでな
く、波長幅を変えることで感度をより適正にすることも
できる。
Further, since the intensity change due to light absorption changes depending on the half-width of the emission wavelength, the sensitivity can be made more appropriate by changing the wavelength width as well as the wavelength shift amount.

【0054】なお、レーザー光は、測定する元素の吸光
測定波長の光のみであっても良いが、他の分析元素の吸
収波長および分析元素によって吸収されない基準光など
を含むものであっても良い。これらの光を同時に照射す
ることによって、各分析元素ごとに光強度を測定するこ
となどができる。
The laser light may be only the light having the absorption measurement wavelength of the element to be measured, but may also include the absorption wavelength of another analysis element and the reference light not absorbed by the analysis element. . By irradiating these lights simultaneously, the light intensity can be measured for each analysis element.

【0055】また、蒸気層4を安定化するために、プロ
ーブ内に光学系2および5を配置して、プローブ内を不
活性ガス雰囲気としても良い。
Further, in order to stabilize the vapor layer 4, the optical systems 2 and 5 may be arranged in the probe, and the inside of the probe may be set to an inert gas atmosphere.

【0056】また、光検出器6の前に分光器またはバン
ドパスフィルターを設置しても良い。こうすることによ
って、目的波長の光の強度のみを測定し、溶融金属3の
熱輻射光や照明からの迷光の影響を低減することができ
る。
Further, a spectroscope or a band-pass filter may be provided before the photodetector 6. By doing so, it is possible to measure only the intensity of the light of the target wavelength and reduce the influence of the heat radiation of the molten metal 3 and the stray light from the illumination.

【0057】さらに、溶融金属3の表面をレーザー光に
対する反射鏡として取り扱うように、光学系2および5
を配置しても良い。すなわち、光学系2から出たレーザ
ー光が表面近傍の蒸気層3を通過して溶融金属3の表面
で反射されたのち、光学系5に入るようにしても良い。
Further, the optical systems 2 and 5 are arranged so that the surface of the molten metal 3 is treated as a reflecting mirror for the laser beam.
May be arranged. That is, the laser beam emitted from the optical system 2 may pass through the vapor layer 3 near the surface and be reflected on the surface of the molten metal 3 before entering the optical system 5.

【0058】図4に、溶融金属3の表面をレーザー光に
対する反射鏡として取り扱うように光学系を配置した一
例を示す。図4において、レーザー光源1a(分析元素
測定用)、1b(主成分元素測定用)および1c(基準
光用)から発したレーザー光を、集光光学系7内の光学
フィルター(ハイパスフィルター)8a〜8cを用いて
同一光路の光とする。この光をレンズ9を通して照射用
光ファイバー11aに導入して、溶融金属3近傍まで伝
送する。光ファイバー11aへ導入する直前にチョッパ
ー10を配置する。光ファイバー11aの先端から出た
光20は、照射光学系22を通った後、蒸気層4を通過
して、溶融金属3の表面上に照射される。溶融金属3の
表面で反射した光21は再び蒸気層4を通過した後、受
光用光ファイバー11bを通って伝送される。受光用光
ファイバー11bから出た光は、レンズ12を通って平
行光とされ、光学フィルター13aおよび13b(ハイ
パスフィルター)を通って各々のレーザー光波長に分け
られた後、バンドパスフィルター14a、14bを通っ
て、光検出器6a、6bに導かれて強度が測定される。
測定された各々の波長の強度は、溶融金属の温度センサ
ー16からの温度情報、レーザー光源のレーザー光につ
いて測定した波長測定器19からのレーザー波長情報、
およびビームサンプラー17と光検出器18で測定した
レーザー光源からのレーザー出力パワー情報とともに演
算装置(計算機)15に送られる。
FIG. 4 shows an example in which an optical system is arranged so that the surface of the molten metal 3 is treated as a reflecting mirror for laser light. In FIG. 4, laser light emitted from laser light sources 1a (for analysis element analysis), 1b (for main component element measurement) and 1c (for reference light) is converted into an optical filter (high-pass filter) 8a in a condensing optical system 7. To 8c to be the light of the same optical path. This light is introduced into the irradiation optical fiber 11 a through the lens 9 and transmitted to the vicinity of the molten metal 3. The chopper 10 is arranged immediately before the chopper 10 is introduced into the optical fiber 11a. The light 20 emitted from the tip of the optical fiber 11a passes through the irradiation optical system 22, then passes through the vapor layer 4, and is irradiated on the surface of the molten metal 3. The light 21 reflected on the surface of the molten metal 3 passes through the vapor layer 4 again, and is transmitted through the light receiving optical fiber 11b. The light emitted from the light receiving optical fiber 11b passes through the lens 12, is converted into parallel light, passes through optical filters 13a and 13b (high-pass filter), is divided into respective laser light wavelengths, and then passes through the band-pass filters 14a and 14b. Then, the intensity is measured by being guided to the photodetectors 6a and 6b.
The measured intensity of each wavelength is the temperature information from the molten metal temperature sensor 16, the laser wavelength information from the wavelength measuring device 19 measured for the laser light of the laser light source,
The laser output power information from the laser light source measured by the beam sampler 17 and the photodetector 18 is sent to the arithmetic unit (calculator) 15.

【0059】これらの情報から、レーザーパワー変動の
補正、レーザー出力波長の変動の補正、蒸気層厚みの変
動の補正、温度の補正を演算装置15で行い、溶融金属
中の分析元素の濃度を求めることができる。
From this information, the correction of the laser power fluctuation, the fluctuation of the laser output wavelength, the fluctuation of the vapor layer thickness, and the correction of the temperature are performed by the arithmetic unit 15 to obtain the concentration of the analysis element in the molten metal. be able to.

【0060】溶融金属面が揺らいで波立つとき、その波
はランダムに生じランダムな方向に移動する。かつその
波面の曲率も時々刻々変化する。そのような金属面のあ
る点に光を照射したとき、光が反射して戻る方向もラン
ダムとなる。よって測定時間が有限のとき、溶融金属面
の特定の点からの反射光が一度も受光部に達しないこと
もあり得る。しかしこの特定点から離れた別の点で生じ
る波面の変化もまたランダムに生じるため、その点から
の反射光もやはり受光部に達しないという確率は非常に
小さくなる。従って、反射点の数を増やすことにより反
射光が受光部に達する回数の期待値は増加する。すなわ
ち溶融金属面へのレーザー光照射について特表平9−5
00725に記された溶融面に焦点を合わせる方式では
なく、その反対に照射される部分の面積を多くとる方が
受光部に達する回数が増加する。
When the molten metal surface fluctuates and undulates, the waves occur randomly and move in random directions. And the curvature of the wavefront also changes from moment to moment. When light is applied to a point on such a metal surface, the direction in which the light is reflected and returned is also random. Therefore, when the measurement time is finite, the reflected light from a specific point on the molten metal surface may never reach the light receiving section. However, since the wavefront change occurring at another point away from this specific point also occurs at random, the probability that the reflected light from that point also does not reach the light receiving unit is very small. Therefore, by increasing the number of reflection points, the expected value of the number of times that the reflected light reaches the light receiving unit increases. In other words, for the laser beam irradiation on the molten metal surface, see Table 9-5.
In contrast to the method of focusing on the melted surface described in No. 725, the larger the area of the irradiated portion is, the more the number of times of reaching the light receiving section increases.

【0061】溶融金属面の揺らぎにより表面に生じる波
は曲率半径1−2mm程度のものが多く、それらが伝播
して表面は複雑な凹凸を生じている。その一つの凸部に
着目した場合、その凸部に光を照射して凸部内のどこか
一点からの反射光を受光すると、その点の極近傍以外の
凸部の他のところからの反射光は受光されない。受光回
数を多くするには、他の凸部または凹部からの反射光を
受光できるようにその他の凹凸部にもレーザー光を照射
することが必須条件である。そのような凹凸部として少
なくとも着目凸部の前後に凸部と同じ幅をとり、その幅
の範囲に光を照射することにより、受光回数の増加が果
たせる。
Many waves generated on the surface due to fluctuations of the molten metal surface have a radius of curvature of about 1-2 mm, and the waves propagate to form complicated irregularities on the surface. Focusing on one of the convex portions, when the convex portion is irradiated with light and reflected light from one point in the convex portion is received, reflected light from another portion of the convex portion other than the portion very close to that point Is not received. In order to increase the number of times of light reception, it is an essential condition that the other concave and convex portions are irradiated with laser light so that the reflected light from other convex or concave portions can be received. The number of light receptions can be increased by irradiating light to at least the same width as the convex part before and after the convex part of interest as such a concave and convex part.

【0062】凸部の代表的な大きさが1−2mmの幅で
あるため、その前後に同等の幅を取った領域以上を照射
するということは、実作業としてはレーザー光の照射領
域は5mmφ以上とすることである。このような照射面
積の規定をすることにより測定が極めて有効になされ
る。
Since the typical size of the protruding portion is 1-2 mm in width, irradiating an area having an equal width before and after that means that the irradiation area of the laser beam is 5 mmφ in actual work. That is all. By defining such an irradiation area, the measurement is made extremely effective.

【0063】また、このように反射効率が一定でないた
め、測定光を受光した量の変化(減少)が吸光によるも
のか、揺らぎによる反射効率の変化によるものかが判断
できなくなる。そこで、比較用光を測定光と同時に照射
・測定してその比をとることにより、反射効率の変化分
を補償することが測定上必須となる。比較用光とは、反
射効率の変化が測定光と任意の微小時間においても等し
くなるように光路および照射面積を全く同一とした比較
用の光である。
Since the reflection efficiency is not constant as described above, it is impossible to determine whether the change (decrease) in the amount of measurement light received is due to absorption or a change in reflection efficiency due to fluctuation. Therefore, it is essential for the measurement to compensate for the change in the reflection efficiency by irradiating and measuring the comparison light simultaneously with the measurement light and taking the ratio. The comparison light is light for comparison in which the optical path and the irradiation area are completely the same so that the change in the reflection efficiency becomes equal to the measurement light even at an arbitrary short time.

【0064】受光強度の測定方法に関しては、短時間ご
とに区切って光強度を測定し、反射光の強度が閾値以上
の場合のみの信号を濃度測定に用いることにより、測定
精度が向上する。反射光強度が低い信号については、そ
のほとんどが輻射光のみであり、光の吸収量を正確に測
定することができない。従って、反射光(特に基準光の
反射光)の強度が閾値以上の場合のみの信号を濃度測定
に用いることによってS/Nが改善され、より分析精度
が向上する。
Regarding the method of measuring the received light intensity, the measurement accuracy is improved by measuring the light intensity in each short period and using the signal only when the intensity of the reflected light is equal to or higher than the threshold value for the density measurement. Most of the signal having a low reflected light intensity is only radiated light, and the amount of absorbed light cannot be measured accurately. Therefore, by using a signal only when the intensity of the reflected light (especially the reflected light of the reference light) is equal to or higher than the threshold for the density measurement, the S / N is improved, and the analysis accuracy is further improved.

【0065】前述した溶融金属自体が発する輻射光は、
以下のようにして測定光から分離する。すなわち、一定
周期でレーザー光の照射を遮断して遮断時の輻射光(I
f)を測定し、レーザー照射時の測定光強度(Ir)と遮断
時に測定した輻射光強度(If)との差(Ir−If)を、レ
ーザーの反射光のみの強度とみなす。こうして測定した
反射光の強度によって原子吸光の強さを正確に測定する
ことができる。
The radiation emitted by the molten metal itself is as follows:
It is separated from the measuring light as follows. That is, the irradiation of the laser light is interrupted at a constant cycle, and the radiation light (I
measured f), the difference between the measured light intensity at the time of laser irradiation (I r) and measured at the Blocked radiant light intensity (I f) (I r -I f), regarded as the intensity of the reflected light only the laser . The intensity of the atomic absorption can be accurately measured based on the measured intensity of the reflected light.

【0066】また、輻射光が時間的に変動する場合は、
一定周期でレーザー光の照射を遮断し、以下のように遮
断時の輻射光を測定して、輻射光強度の経時的な変化を
考慮する。すなわち、レーザー照射時の光強度(Ir)、
およびその前後のレーザー遮断時の輻射光強度(If1
f2)から計算したレーザー遮断時の輻射光強度(=(I
f1+If2)/2)から、光強度の差(Ir−(If1+If2)/
2)を求める。この光強度の差をレーザーの反射光のみ
の強度とみなして原子吸光の強さを測定する。こうする
ことにより、正確な輻射光の補正が可能となる。レーザ
ー光の照射を遮断する周期は、1ないし1000Hzの
範囲が望ましい。
When the radiated light fluctuates with time,
Cut off the laser beam irradiation at regular intervals, and
Measuring the radiated light at the time of the
Take into account. That is, the light intensity (Ir),
And the radiated light intensity (If1,
If2), The radiation light intensity at the time of laser cutoff (= (I
f1+ If2) / 2), the difference in light intensity (Ir− (If1+ If2) /
Find 2). This difference in light intensity is determined only by the reflected light of the laser.
And the intensity of atomic absorption is measured. do this
This enables accurate correction of radiation light. laser
-The cycle of blocking light irradiation is 1 to 1000 Hz.
Range is desirable.

【0067】溶融金属からの輻射光のみを測定するため
に一定周期でレーザー光を遮断するためには、レーザー
光を、溶融金属表面に照射する前に回転式遮断機(以下
チョッパーと記す)に通過させる。レーザー光の照射と
遮断を交互に行い、照射時にはレーザー反射光と輻射光
との合計の光を測定し、遮断時には輻射光のみを測定す
る。こうすることで容易に真のレーザー反射光を測定す
ることができる。このとき、レーザー光の遮断時間は、
光計測時間より長くとる必要がある。たとえば、光計測
時間が0.002秒の周期の場合は、レーザー遮断0.
02秒、レーザー照射0.08秒(周期0.1秒)程度
が望ましい。なお、遮断時間と照射時間は必ずしも一致
させる必要はなく、遮断中に輻射光の変動を含む測定が
十分に行える場合は、レーザー反射光の測定精度を向上
させるために照射時間を長くすることが望ましい。こう
することにより、溶融金属からの光を分光する分光測光
部に簡単なバンドパスフィルターとホトマル(光電子倍
増管)のみを設置しても、正確に輻射光を測定すること
が可能となる。
In order to cut off the laser light at a constant period in order to measure only the radiant light from the molten metal, a rotary interrupter (hereinafter referred to as a chopper) before irradiating the laser light to the surface of the molten metal. Let it pass. Irradiation and interruption of laser light are performed alternately, and the total light of laser reflected light and radiation light is measured at the time of irradiation, and only radiation light is measured at the time of interruption. This makes it possible to easily measure the true laser reflected light. At this time, the laser light cutoff time is
It needs to be longer than the optical measurement time. For example, when the optical measurement time is a cycle of 0.002 seconds, the laser cutoff is set to 0.
It is desirable that laser irradiation be about 02 seconds and 0.08 seconds (period 0.1 seconds). It should be noted that the cutoff time and the irradiation time do not necessarily have to be the same, and when the measurement including the fluctuation of the radiated light can be sufficiently performed during the cutoff, the irradiation time may be increased in order to improve the measurement accuracy of the laser reflected light. desirable. In this way, even if only a simple band-pass filter and a photomultiplier (photomultiplier) are installed in the spectrophotometer that splits the light from the molten metal, the radiated light can be measured accurately.

【0068】溶融金属からの輻射光は連続光のため、容
易に測定する方法として、反射光と輻射光の合計の光を
分光器で分光して、入射したレーザー光波長の極近傍の
波長の輻射光を測定することにより、レーザー光と同波
長の輻射光を推定してもよい。
Since the radiated light from the molten metal is continuous light, as a method of easily measuring, the total light of the reflected light and the radiated light is separated by a spectroscope, and the light having a wavelength very close to the wavelength of the incident laser light is measured. By measuring the radiation light, the radiation light having the same wavelength as the laser light may be estimated.

【0069】また、例えば赤外線等の特定の波長の輻射
光と反射測定光の輻射光との関係をあらかじめ求め、こ
の特定の波長の輻射光のみを測定することにより、レー
ザー光と同波長の輻射光を推定しても良い。
Further, the relationship between the radiation light of a specific wavelength such as infrared rays and the radiation light of the reflected measurement light is determined in advance, and only the radiation light of the specific wavelength is measured, whereby the radiation of the same wavelength as the laser light is obtained. Light may be estimated.

【0070】また、反射光の検出方法としては、例えば
モノクロメータまたはポリクロメータを用いて受光した
光を分光し、光強度を測定する方法がある。しかし、こ
の方法では、分光する際、スリット等により光量が減衰
するため測定感度が不足する。そこで、受光した光を、
通過波長が反射光波長を含み通過波長幅が5nm以下で
あるバンドパスフィルターに通過させて、波長を選択し
た後、全光量を信号として光検出する。例えば、1mm
φ程度の径の受光用光ファイバを取り付けて溶融金属表
面からの反射光を受光し、光ファイバの他端から出た光
をレンズにより平行光にして、測定波長を中心波長とす
るバンドパスフィルターを通した後、全光量を光電子増
倍管(ホトマル)に導き、光強度を測定する。こうする
ことによって測定感度を向上させることができる。この
ときバンドパスフィルターの半値幅内に測定する波長が
含まれ、かつその半値幅はできるだけ小さいことが望ま
しい。
As a method of detecting the reflected light, there is a method of measuring the light intensity by dispersing the received light using, for example, a monochromator or a polychromator. However, in this method, the light quantity is attenuated due to a slit or the like at the time of spectral separation, so that the measurement sensitivity is insufficient. Therefore, the received light is
After passing through a band-pass filter having a passing wavelength including a reflected light wavelength and a passing wavelength width of 5 nm or less to select a wavelength, light detection is performed using the total amount of light as a signal. For example, 1 mm
A light-receiving optical fiber with a diameter of about φ is attached to receive the reflected light from the surface of the molten metal, and the light emitted from the other end of the optical fiber is converted into parallel light by a lens. After passing through, the total amount of light is guided to a photomultiplier tube (Photomaru), and the light intensity is measured. By doing so, the measurement sensitivity can be improved. At this time, it is desirable that the wavelength to be measured is included in the half width of the bandpass filter, and that the half width is as small as possible.

【0071】また、溶融金属分析元素による原子吸光後
の光、主成分元素による原子吸光後の光、基準光など、
複数の反射測定光が同一光路にある場合は、45度入射
光について特定波長範囲は反射して別の特定波長範囲は
透過する光学フィルターを用いてレーザー光を分光し
て、さらに測定波長を中心波長とするバンドパスフィル
ターに通したのち光電子増倍管(ホトマル)に導き、そ
の強度を測定しても良い。
Further, light after atomic absorption by a molten metal analysis element, light after atomic absorption by a main component element, reference light, etc.
When a plurality of reflection measurement lights are on the same optical path, the laser light is separated using an optical filter that reflects a specific wavelength range and transmits another specific wavelength range with respect to the incident light at 45 degrees, and further focuses on the measurement wavelength. After passing through a band-pass filter having a wavelength, the light may be guided to a photomultiplier (photomultiplier), and the intensity thereof may be measured.

【0072】溶融金属が高温になると、輻射光が大きく
なり、溶融金属表面からの反射光の検出が困難となる。
そこで、検出する反射光の強度が輻射光に対して10倍
以上となるように照射光強度を調整する。特に、蒸気層
によって吸光される波長の反射光は吸光によってその反
射光強度が小さくなるので、吸光しないときの反射光の
強度が輻射光に対して100倍以上となるように、入射
光強度を調整することが望ましい。
When the temperature of the molten metal becomes high, the radiated light becomes large, and it becomes difficult to detect the reflected light from the surface of the molten metal.
Therefore, the intensity of the irradiation light is adjusted so that the intensity of the reflected light to be detected becomes 10 times or more that of the radiation light. In particular, since the intensity of the reflected light of the wavelength absorbed by the vapor layer is reduced by the absorption, the intensity of the incident light is adjusted so that the intensity of the reflected light when not absorbed is at least 100 times that of the radiated light. It is desirable to adjust.

【0073】また、輻射光が大きい場合は、反射光と輻
射光の比が小さくなり、反射光の測定精度を悪くするの
で、溶融金属からの輻射光を検出しないように、溶融金
属の表面の少なくとも一部は遮蔽することが望ましい。
Further, when the radiated light is large, the ratio of the reflected light to the radiated light becomes small, and the measurement accuracy of the reflected light is deteriorated. It is desirable to shield at least a part.

【0074】溶融金属の温度変化について補正する必要
性と補正方法は前に述べた通りである。溶融金属の温度
測定は、あらかじめ特定の波長の輻射光強度と溶融金属
の温度との関係式を求めておき、この特定波長の輻射光
強度の測定値から計算して行っても良い。また、特定の
波長の輻射光強度のかわりに、特定の2つの波長の輻射
光の強度の比を用いても良い。輻射光強度は、別に測定
装置を設置して測定してもよいし、チョッパーによって
測定光が遮断されているときに測定した光量を用いて求
めても良い。
The necessity of the correction for the temperature change of the molten metal and the correction method are as described above. The temperature measurement of the molten metal may be performed by calculating a relational expression between the intensity of the radiated light of a specific wavelength and the temperature of the molten metal in advance and calculating the measured value of the intensity of the radiated light of the specific wavelength. Further, instead of the radiation light intensity of the specific wavelength, a ratio of the intensity of the radiation light of two specific wavelengths may be used. The radiation light intensity may be measured by separately installing a measuring device, or may be obtained by using the light amount measured when the measurement light is blocked by the chopper.

【0075】本発明の方法は、例えば主成分が鉄であ
り、分析元素がMn(マンガン)である溶鋼などの系を
測定する方法である。従来の原子吸光法では、溶鋼中M
n濃度が0.2wt%以上では吸光が飽和して測定が不
可能であるが、本発明の方法を用いることにより、溶鋼
中Mn濃度が2wt%でも測定することが可能となる。
The method of the present invention is a method for measuring a system such as molten steel in which the main component is iron and the analysis element is Mn (manganese). In conventional atomic absorption spectrometry, M
When the n concentration is 0.2 wt% or more, the absorption is saturated and measurement is impossible, but by using the method of the present invention, it is possible to measure even when the Mn concentration in molten steel is 2 wt%.

【0076】本発明に係る溶融金属分析装置について説
明する。図4に装置の一例を示す。図4において、レー
ザー光源1a(分析元素測定用)、1b(主成分元素測
定用)および1c(基準光用)から発したレーザー光
を、集光光学系7内の光学フィルター(ハイパスフィル
ター)8を通して同一光路の光とする。レーザー光源に
は、放出するレーザー光の波長および半値幅および強度
が可変なレーザー光源を用いる。同一光路とした光を、
レンズ9を通して光ファイバー11aに導入して、溶融
金属近傍まで伝送する。溶融金属からの輻射光を測定す
るために、レーザー光を光ファイバー11aへ導入する
直前にチョッパー10に通す。光ファイバー11aの先
端から出た光は照射光学系22を通って、蒸気層4を通
過して、溶融金属3の表面上に照射される。照射光学系
22は、ファイバー11aの端面とレンズとの距離をレ
ンズに取り付けたレンズ位置の微調整機構によって調整
して、レーザー光を平行光または発散光として溶融金属
4の表面へ照射できる機構としている。溶融金属3の表
面で反射した光は再び蒸気層4を通過して、受光用光フ
ァイバー11bを通って伝送される。この光ファイバー
は1本でも良いし、複数でも良い。受光用光ファイバー
11bから出た光は、レンズ12を通って平行光とな
り、波長域を分離する光学フィルター13a、13bを
通って、各々のレーザー光波長に分けられた後、バンド
パスフィルター14a〜14cを通って、全光量を測定
する光検出器6a〜6cに導かれて強度が測定される。
測定された各々の波長の強度は、溶融金属の温度センサ
ー16からの温度情報、レーザー光源のレーザー光につ
いて測定した波長測定器19からのレーザー波長情報、
およびビームサンプラー17と光検出器18で測定した
レーザー光源からのレーザー出力パワー情報とともに演
算装置15に送られる。
The molten metal analyzer according to the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of the apparatus. In FIG. 4, laser light emitted from laser light sources 1a (for measuring an analysis element), 1b (for measuring a main component element) and 1c (for a reference light) is converted into an optical filter (high-pass filter) 8 in a focusing optical system 7. Through the same optical path. As the laser light source, a laser light source whose wavelength, half width and intensity of the emitted laser light are variable is used. Light with the same optical path,
The light is introduced into the optical fiber 11a through the lens 9 and transmitted to the vicinity of the molten metal. In order to measure the radiation light from the molten metal, the laser light is passed through the chopper 10 immediately before being introduced into the optical fiber 11a. Light emitted from the tip of the optical fiber 11a passes through the irradiation optical system 22, passes through the vapor layer 4, and is irradiated on the surface of the molten metal 3. The irradiation optical system 22 adjusts the distance between the end face of the fiber 11a and the lens by a fine adjustment mechanism for the lens position attached to the lens, and irradiates the surface of the molten metal 4 with laser light as parallel light or divergent light. I have. The light reflected on the surface of the molten metal 3 passes through the vapor layer 4 again and is transmitted through the light receiving optical fiber 11b. This optical fiber may be one or a plurality. The light emitted from the light receiving optical fiber 11b passes through the lens 12 to become parallel light, passes through optical filters 13a and 13b for separating wavelength ranges, is divided into respective laser light wavelengths, and then is passed through bandpass filters 14a to 14c. , And guided to photodetectors 6a to 6c for measuring the total amount of light, and the intensity is measured.
The measured intensity of each wavelength is the temperature information from the molten metal temperature sensor 16, the laser wavelength information from the wavelength measuring device 19 measured for the laser light of the laser light source,
The information is sent to the arithmetic unit 15 together with information on the laser output power from the laser light source measured by the beam sampler 17 and the photodetector 18.

【0077】これらの情報から、レーザーパワー変動の
補正、レーザー出力波長の変動の補正、蒸気層厚みの変
動の補正、温度の補正を演算装置15で行い、溶融金属
中の分析元素の濃度を求めることができる。
From the information, the correction of the laser power fluctuation, the fluctuation of the laser output wavelength, the fluctuation of the vapor layer thickness, and the correction of the temperature are performed by the arithmetic unit 15, and the concentration of the analysis element in the molten metal is obtained. be able to.

【0078】図4に示す装置を用いて、あらかじめレー
ザー出力パワーの補正、レーザー出力波長の補正、蒸気
層厚みの補正、温度の補正を行って、分析元素の吸光度
と溶融金属中の分析元素濃度(例えばwt%)との関係
式(検量線)を求めておくことによって、精度の良い分
析が可能となる。
Using the apparatus shown in FIG. 4, laser output power correction, laser output wavelength correction, vapor layer thickness correction, and temperature correction are performed in advance to obtain the absorbance of the analysis element and the concentration of the analysis element in the molten metal. By obtaining a relational expression (calibration curve) with (for example, wt%), highly accurate analysis can be performed.

【0079】[0079]

【実施例】(実施例1)図3に示した測定装置を用い
て、溶融金属中のMn濃度を測定した。
EXAMPLES (Example 1) The Mn concentration in the molten metal was measured using the measuring apparatus shown in FIG.

【0080】溶融金属3は、高周波溶解炉にて炭素るつ
ぼ中に溶鋼5kgを溶融させて作製した。そして、溶鋼
中にMnを溶鋼中濃度で0〜1wt%相当量添加した。
Mn測定は、溶鋼温度1600℃で行った。
The molten metal 3 was produced by melting 5 kg of molten steel in a carbon crucible in a high frequency melting furnace. Then, Mn was added to the molten steel in an amount equivalent to 0 to 1 wt% in concentration in the molten steel.
Mn measurement was performed at a molten steel temperature of 1600 ° C.

【0081】測定に用いた波長可変レーザーは、以下の
ようにして出力させた。すなわち、YAGレーザーの第
二高調波の発振光(0.53nm)によりTiサファイ
アレーザーを励起して、波長連続レーザー光とした。そ
して、この波長連続レーザー光の第二高調波を波長を調
整して発振させて、波長可変レーザーとして出力させ
た。発振波長の調整は、Mnの原子吸収波長403.3
07nmを中心に0.001nm単位でずらして行っ
た。出力させたレーザー光のエネルギーは10mW、波
長半値幅は0.002nmであった。
The tunable laser used for the measurement was output as follows. That is, the Ti sapphire laser was excited by the second harmonic oscillation light (0.53 nm) of the YAG laser to obtain continuous wavelength laser light. Then, the second harmonic of this continuous wavelength laser light was oscillated by adjusting the wavelength, and output as a tunable laser. The adjustment of the oscillation wavelength is performed by adjusting the atomic absorption wavelength of Mn to 403.3.
It shifted by 0.001 nm centering on 07 nm. The energy of the outputted laser beam was 10 mW, and the half-width at wavelength was 0.002 nm.

【0082】光学系として、2本の光ファイバー(レー
ザー入光用2とレーザー受光用5)を用いた。レーザー
入光用ファイバ2の一端は、レーザー光源1からのレー
ザー光を集光させる位置に置いた。入光用ファイバ2の
他端は、プローブに入れてプローブごと溶鋼面近傍に置
いた。プローブ内は、空気の混入による酸化を防ぐため
に、窒素ガスで満たした。プローブ内では、入光用ファ
イバ2から出た光が蒸気層4を通過した後、受光用光フ
ァイバ5の一端に送られた。受光用光ファイバ5の他端
は、50cmエバート型分光器の入射スリット部に置い
た。入射スリット部に届いた光は、分光器により分光さ
れてホトダイオード6により強度が測定された。
As the optical system, two optical fibers (2 for laser light input and 5 for laser light reception) were used. One end of the laser light input fiber 2 was placed at a position where laser light from the laser light source 1 was condensed. The other end of the light-entering fiber 2 was put in a probe and placed together with the probe near the molten steel surface. The inside of the probe was filled with nitrogen gas in order to prevent oxidation due to air mixing. In the probe, light emitted from the light-receiving fiber 2 passed through the vapor layer 4 and was then sent to one end of the light-receiving optical fiber 5. The other end of the light receiving optical fiber 5 was placed in the entrance slit of a 50 cm evert type spectroscope. The light reaching the entrance slit was split by a spectroscope and the intensity was measured by the photodiode 6.

【0083】以上のシステムを用いてレーザー光の波長
をずらし、各ずらし量に対して溶鋼中のMn濃度と吸光
による強度変化との関係を測定した。測定結果の一例を
図5に示す。図5から明らかなように、レーザー光の波
長をMnの吸光線波長の中心に合わせたときには、Mn
濃度0.2wt%以上で吸光による強度変化の変化が測
定できなかった。しかし、レーザー光の波長をMnの吸
収線波長の中心から0.005nm以上ずらすことによ
って、Mn濃度1wt%でも吸光による強度変化を十分
測定できた。
Using the above system, the wavelength of the laser beam was shifted, and the relationship between the Mn concentration in the molten steel and the change in intensity due to light absorption was measured for each shift amount. FIG. 5 shows an example of the measurement result. As is clear from FIG. 5, when the wavelength of the laser beam is set to the center of the wavelength of the absorption line of Mn,
At a concentration of 0.2 wt% or more, a change in intensity change due to light absorption could not be measured. However, by shifting the wavelength of the laser light from the center of the absorption line wavelength of Mn by 0.005 nm or more, it was possible to sufficiently measure the intensity change due to light absorption even at a Mn concentration of 1 wt%.

【0084】このように、本発明によりレーザー光の波
長位置を制御することで測定感度を制御できるようにな
った。その結果、原子吸光法の欠陥である測定範囲の狭
さが解消され、原子吸光法の溶融金属分析法への利用が
より汎用的となった。
As described above, the measurement sensitivity can be controlled by controlling the wavelength position of the laser beam according to the present invention. As a result, the narrowing of the measurement range, which is a defect of atomic absorption spectrometry, has been eliminated, and the use of atomic absorption spectrometry for molten metal analysis has become more versatile.

【0085】(実施例2)図4に示した測定装置を用い
て、溶融金属中のMn濃度を測定した。
Example 2 The Mn concentration in the molten metal was measured using the measuring device shown in FIG.

【0086】溶融金属3としては、高周波溶解炉にて炭
素るつぼ中に溶鋼5kgを溶融し、溶鋼中にMnを溶鋼
中濃度で0〜1.5wt%相当量添加して作製したもの
を用いた。測定は溶鋼温度1550℃ないし1650℃
の範囲で行った。
The molten metal 3 was prepared by melting 5 kg of molten steel in a carbon crucible in a high frequency melting furnace and adding Mn to the molten steel in an amount equivalent to 0 to 1.5 wt% in the molten steel. . Measuring temperature 1550 ° C to 1650 ° C
It went in the range of.

【0087】図4の装置の分析元素測定用レーザー光源
1aには、YAGレーザーの第二高調波の発振光(0.
53nm)によりTiサファイアレーザーを励起して波
長連続レーザー光とし、この波長連続レーザー光の第二
高調波について波長を調整して発振させる波長可変レー
ザーを用いた。発振波長は、Mnの原子吸収波長中心
(403.307nm)から0.006nmだけずらし
た波長403.313nmに調整した。レーザーの波長
半値幅は0.002nmであり、出力は10mWであっ
た。
The laser light source 1a for measuring an analytical element in the apparatus shown in FIG.
(53 nm) to excite a Ti sapphire laser into continuous wavelength laser light, and a wavelength tunable laser that oscillates by adjusting the wavelength of the second harmonic of the continuous wavelength laser light. The oscillation wavelength was adjusted to 403.313 nm, which was shifted from the center of the atomic absorption wavelength of Mn (403.307 nm) by 0.006 nm. The wavelength half width of the laser was 0.002 nm, and the output was 10 mW.

【0088】図6に、このレーザー光源を用いてレーザ
ー波長位置によるMnの吸光感度の変化を測定した結果
の一例を示す。図6から明らかなように、Mnの原子吸
収波長403.307nmで吸光感度のピークが得られ
た。
FIG. 6 shows an example of the result of measuring the change in the light absorption sensitivity of Mn depending on the laser wavelength position using this laser light source. As is clear from FIG. 6, a peak of the light absorption sensitivity was obtained at an atomic absorption wavelength of Mn of 403.307 nm.

【0089】また、図4の装置の主成分元素測定用レー
ザー光源1bには、上述の波長可変レーザーを、発振波
長を溶融金属の主成分であるFeの原子吸収波長中心
(386nm)付近に調整したものを用いた。レーザー
の出力は10mWであった。
The laser light source 1b for measuring main component elements of the apparatus shown in FIG. 4 employs the tunable laser described above to adjust the oscillation wavelength to around the atomic absorption wavelength center (386 nm) of Fe which is the main component of the molten metal. What was done was used. The power of the laser was 10 mW.

【0090】また、図4の基準光用レーザー光源1cに
は、発振波長が430nm付近の青色半導体レーザーを
用いた。
A blue semiconductor laser having an oscillation wavelength of about 430 nm was used as the reference light laser light source 1c in FIG.

【0091】レーザー照射用光学系には、上記3種のレ
ーザー光を90度となる位置関係に置き、レーザー光の
交差点に後述する光学フィルター8a〜8cを配置した
ものを用いて、3種のレーザー光を同一光路にした。す
なわち、レーザー光源1aからのレーザー光を光学フィ
ルター8aによって反射させた後、レーザー光源1bか
らのレーザー光と90度で交差させた。この交差点に
は、45度入射光について403nm(光源1a)の光
は透過し386nm(光源1b)の光は反射する光学フ
ィルター1bを置いた。こうして、光源1a、1bから
のレーザー光を同一光路とした。次に、同一光路とした
光源1a、1bからのレーザー光を、レーザー光源1c
からのレーザー光と90度で交差させた。この交差点に
は、403nm(光源1a)の光、386nm(光源1
b)の光は透過し、430nm(光源1c)の光は反射
する光学フィルター8cを置いた。こうして、403n
m(光源1a)、386nm(光源1b)のレーザー光
と430nm(光源1c)のレーザー光とが同一光路と
なる状況を作った。このようにして同一光路とした3種
のレーザー光をレンズ9で集光して、0.3mm径の光
ファイバ11aに導入した。レーザー光を光ファイバ1
1aに入れる直前に回転式のチョッパー10に通した。
光ファイバ11aの反対側端面はコネクタで固定し、レ
ンズ22の位置を微調整する機構によりレンズ22とフ
ァイバー11a端面との距離を調整してレーザー光を平
行光20とした後、溶鋼面へ照射した。溶鋼表面への照
射径は5mmφとした。
The laser irradiation optical system uses three types of laser light, which are arranged in a positional relationship of 90 degrees, and optical filters 8a to 8c described later are arranged at the intersections of the laser light, and three types of laser light are used. The laser light was on the same optical path. That is, the laser light from the laser light source 1a was reflected by the optical filter 8a, and then crossed at 90 degrees with the laser light from the laser light source 1b. At this intersection, an optical filter 1b that transmits light of 403 nm (light source 1a) and reflects light of 386 nm (light source 1b) for 45-degree incident light was placed. In this way, the laser beams from the light sources 1a and 1b have the same optical path. Next, the laser light from the light sources 1a and 1b having the same optical path is transmitted to the laser light source 1c.
At 90 degrees with the laser beam from At this intersection, light of 403 nm (light source 1a), 386 nm (light source 1
The optical filter 8c that transmits the light of b) and reflects the light of 430 nm (light source 1c) was placed. Thus, 403n
A situation was created in which the laser light of m (light source 1a), 386 nm (light source 1b) and the laser light of 430 nm (light source 1c) had the same optical path. In this way, the three types of laser beams having the same optical path were condensed by the lens 9 and introduced into the optical fiber 11a having a diameter of 0.3 mm. Laser light to optical fiber 1
It was passed through a rotary chopper 10 just before it was placed in 1a.
The opposite end face of the optical fiber 11a is fixed with a connector, and the distance between the lens 22 and the end face of the fiber 11a is adjusted by a mechanism for finely adjusting the position of the lens 22 to convert the laser beam into parallel light 20 and then irradiate the molten steel surface. did. The irradiation diameter on the molten steel surface was 5 mmφ.

【0092】また受光光学系としては光ファイバ11b
のみとし、分光系としては光学フィルター13aおよび
13bを用いた。すなわち溶鋼面近傍に1mmφの径の
受光用光ファイバ11bを取り付けて、溶鋼面からの反
射光21を受光した。光ファイバ11bの他端から出た
光をレンズ12により平行光とした後、光学フィルター
13aに導入して分光した。光学フィルター13aは、
45度入射光について430nm(光源1c)の光は透
過し、403nm(光源1a)の光と386nm(光源
1b)の光は反射するフィルターである。反射したレー
ザー光は光学フィルター13bによりさらに分光した。
光学フィルター13bは、45度入射について403n
m(光源1a)の光は透過し、386nm(光源1b)
の光は反射するフィルターである。このように分光した
各測定波長のレーザー光を、各波長を中心波長とする半
値幅2nmのバンドパスフィルター14a〜14cにそ
れぞれ通して光電子増倍管(ホトマル)6a〜6cに導
き、その強度を2m秒単位で測定した。測定は2秒間行
い1000データ収集した。
The light receiving optical system is an optical fiber 11b.
Only, and optical filters 13a and 13b were used as spectral systems. That is, a light receiving optical fiber 11b having a diameter of 1 mm was attached near the molten steel surface, and the reflected light 21 from the molten steel surface was received. The light emitted from the other end of the optical fiber 11b was converted into parallel light by the lens 12, and then introduced into the optical filter 13a to be separated. The optical filter 13a
This is a filter that transmits light of 430 nm (light source 1 c) and reflects light of 403 nm (light source 1 a) and 386 nm (light source 1 b) for 45-degree incident light. The reflected laser light was further separated by the optical filter 13b.
The optical filter 13b has 403n for 45 degree incidence.
m (light source 1a) is transmitted and 386 nm (light source 1b)
Is a filter that reflects light. The laser light of each measurement wavelength separated in this manner is passed through band-pass filters 14a to 14c each having a half-value width of 2 nm centered on each wavelength and guided to photomultiplier tubes (photomultipliers) 6a to 6c. It was measured in units of 2 ms. The measurement was performed for 2 seconds and 1000 data were collected.

【0093】温度測定はPt−Rh系熱電対16を用い
て測定した。あらかじめ、溶鋼表面直下と測温位置にお
ける温度の関係についてPt−Rh系熱電対を用いて測
定し、関係式を求めた。
The temperature was measured using a Pt-Rh thermocouple 16. The relationship between the temperature immediately below the surface of the molten steel and the temperature at the temperature measurement position was measured in advance using a Pt-Rh-based thermocouple, and a relational expression was obtained.

【0094】チョッパー10の周期は100m秒とし、
遮断25m秒、照射75m秒の繰り返しとした。前述し
たようにチョッパー10で遮断したときの光強度は輻射
光である。遮断しているときの輻射光強度の平均値を時
系列で求め、前述したように、反射光測定時の輻射光強
度を、反射光測定前後の遮断時の輻射光強度を平均して
求めた。反射光測定時の測定値から、こうして計算した
輻射光強度を差し引いて、真の反射光強度を求めた。こ
れを基準光、測定用光のそれぞれについて求めた。
The cycle of the chopper 10 is 100 ms,
The interruption was repeated for 25 ms and the irradiation was repeated for 75 ms. As described above, the light intensity when cut off by the chopper 10 is radiation light. The average value of the radiated light intensity when the light was blocked was obtained in a time series, and as described above, the radiated light intensity during the reflected light measurement was obtained by averaging the radiated light intensity before and after the reflected light measurement. . The true reflected light intensity was obtained by subtracting the radiation light intensity thus calculated from the measured value at the time of the reflected light measurement. This was determined for each of the reference light and the measurement light.

【0095】図7に、チョッパー10で遮断して求めた
反射光の一例を、基準光、Mn測定用光について示す。
FIG. 7 shows an example of the reflected light obtained by blocking with the chopper 10 for the reference light and the light for Mn measurement.

【0096】吸光度のデータについては、基準光強度を
その強度順に並べたとき上位50%以上となるタイミン
グのデータを有効データとみなした。これらのタイミン
グでのMn測定光と基準光の平均値の間での強度比
(R)と、溶鋼面を通さずにレーザー光を受光したとき
のMn測定光と基準光の平均値の間での強度比(R0)
との比を求め、その逆数の対数(=−log(R/R
0))をMnの吸光度とした。主成分元素であるFeに
ついても同様にして吸光度を求めた。
Regarding the absorbance data, the data at the timing when the reference light intensity is higher than 50% when the reference light intensity is arranged in the order of the intensity is regarded as valid data. The intensity ratio (R) between the average value of the Mn measurement light and the reference light at these timings and the average ratio of the Mn measurement light and the reference light when the laser light is received without passing through the molten steel surface. Intensity ratio (R0)
And the logarithm of the reciprocal thereof (= −log (R / R
0)) was taken as the absorbance of Mn. The absorbance of Fe, which is a main component, was determined in the same manner.

【0097】溶融金属3の温度の補正は、蒸気圧の温度
変化についての文献値を用い、1600℃の蒸気圧での
Mn、Feの吸光度の値に基準化して、補正した。
The temperature of the molten metal 3 was corrected using the literature value of the change in vapor pressure with reference to the absorbance of Mn and Fe at a vapor pressure of 1600 ° C.

【0098】蒸気層4厚みの補正はMnとFeの吸光度
比を計算し、この吸光度比を蒸気層4厚み補正後のMn
吸光度とした。
The thickness of the vapor layer 4 is corrected by calculating the absorbance ratio between Mn and Fe.
The absorbance was used.

【0099】このようにして測定したMn吸光度(実際
にはFe吸光度との比)と溶鋼中Mn濃度との関係の一
例を図8に示す。図8から明らかなように、本発明を実
施することによってMn吸光度と溶鋼中Mn濃度との相
関は良好となり、高精度でMn濃度分析が可能となっ
た。
FIG. 8 shows an example of the relationship between the Mn absorbance thus measured (actually, the ratio to the Fe absorbance) and the Mn concentration in the molten steel. As is clear from FIG. 8, by implementing the present invention, the correlation between the Mn absorbance and the Mn concentration in the molten steel is improved, and the Mn concentration analysis can be performed with high accuracy.

【0100】なお、本実施例での測定は短時間であった
ため、レーザー光の出力波長は安定していて変化しなか
った。しかし、実際の長時間の測定中には、レーザー出
力波長は変化する。レーザー出力波長が変化した場合
は、図6に示したような波長位置による吸光度の変化例
を用いて吸光度を補正することで、高精度な分析が可能
である。
Since the measurement in this example was a short time, the output wavelength of the laser beam was stable and did not change. However, during the actual long-term measurement, the laser output wavelength changes. When the laser output wavelength changes, high-precision analysis is possible by correcting the absorbance using an example of the change in absorbance depending on the wavelength position as shown in FIG.

【0101】[0101]

【発明の効果】原子吸光法は、エンジニアリングの容易
さから溶融金属分析法としては優れているものの、従来
の原子吸光法では適用濃度範囲が大幅に制限を受けてい
た。しかし、本発明ではその制限がなくなり、汎用的な
分析法となった。エンジニアリング上の課題のために他
の溶融金属分析法がほとんど実用化されていない現状に
おいては、本発明による溶融金属分析法は実用化へのハ
ードルが最も低い分析法である。本発明を実施すること
により、省エネ、品質向上等、金属精錬の工程制御が向
上して与える効果は非常に大きい。
As described above, the atomic absorption spectrometry is excellent as a method for analyzing molten metal due to its ease of engineering, but the conventional atomic absorption spectrometry has greatly limited the applicable concentration range. However, in the present invention, the restriction has been eliminated and the method has become a general-purpose analysis method. In the present situation where other molten metal analysis methods have hardly been put into practical use due to engineering problems, the molten metal analysis method according to the present invention is the analysis method with the lowest hurdle for practical use. By implementing the present invention, the effect of improving the process control of metal refining, such as energy saving and quality improvement, is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明原理の説明図。FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the present invention.

【図2】本発明原理の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

【図3】本発明に係る溶融金属分析装置の一例を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a molten metal analyzer according to the present invention.

【図4】本発明に係る溶融金属分析装置の別の例を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the molten metal analyzer according to the present invention.

【図5】実施例における溶融金属分析結果の一例を示す
図。
FIG. 5 is a view showing an example of a molten metal analysis result in the example.

【図6】本発明原理の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

【図7】実施例における溶融金属分析の時系列計測結果
の一例を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a time-series measurement result of molten metal analysis in the example.

【図8】実施例における溶融金属分析結果の一例を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a molten metal analysis result in the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザー光源 1a…レーザー光源(分析元素測定用) 1b…レーザー光源(主成分元素測定用) 1c…レーザー光源(基準光用) 2、5…光学系 3…溶融金属 4…金属蒸気層 6a、6b、6c…光検出器 7…集光光学系 8a、8b、8c…光学フィルター(ハイパスフィルタ
ー) 9…集光レンズ 10…チョッパー 11a…照射用光ファイバー 11b…受光用光ファイバー 12…レンズ 13a、13b…光学フィルター(ハイパスフィルタ
ー) 14a、14b、14c…バンドパスフィルター 15…演算装置 16…温度センサー 17…ビームサンプラー 18…光検出器 19…波長測定器 20…測定光および基準光 21…反射光 22…照射光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source 1a ... Laser light source (for analysis element analysis) 1b ... Laser light source (for main component element measurement) 1c ... Laser light source (for reference light) 2,5 ... Optical system 3 ... Molten metal 4 ... Metal vapor layer 6a , 6b, 6c photodetector 7 focusing optical system 8a, 8b, 8c optical filter (high-pass filter) 9 focusing lens 10 chopper 11a irradiation optical fiber 11b light receiving optical fiber 12 ... optical filters (high-pass filters) 14a, 14b, 14c ... band-pass filters 15 ... arithmetic unit 16 ... temperature sensors 17 ... beam samplers 18 ... photodetectors 19 ... wavelength measuring instruments 20 ... measurement light and reference light 21 ... reflected light 22 ... irradiation optical system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋吉 孝則 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 千野 淳 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 鷲見 郁宏 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 川畑 涼 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 2G059 AA01 BB08 CC03 EE01 EE02 EE12 FF08 GG01 GG03 GG06 HH02 HH03 HH06 JJ02 JJ11 JJ17 JJ24 KK01 KK02 KK03 MM01 MM03 MM05 MM12 NN01 NN02 NN05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Takanori Akiyoshi 1-1-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Inside the Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Jun Junno 1-2-1-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Inside the Honko Tube Co., Ltd. (72) Inventor Ikuhiro Sumi 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Inside Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Ryo Kawabata 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan F term in the company (reference) 2G059 AA01 BB08 CC03 EE01 EE02 EE12 FF08 GG01 GG03 GG06 HH02 HH03 HH06 JJ02 JJ11 JJ17 JJ24 KK01 KK02 KK03 MM01 MM03 MM05 MM12 NN01 NN02 NN05

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶融金属の蒸気層にレーザー光を通過さ
せて、該蒸気層の通過レーザー光の強度変化から溶融金
属に含まれる分析元素の濃度を測定する溶融金属分析方
法であって、 該レーザー光は、分析元素の吸収波長の中心位置から
0.001ないし0.03nmずらした位置に波長が調
整されていることを特徴とする方法。
1. A method for analyzing a molten metal, comprising passing a laser beam through a vapor layer of a molten metal, and measuring a concentration of an analysis element contained in the molten metal from a change in intensity of the laser beam passing through the vapor layer. A method wherein the wavelength of the laser light is adjusted to a position shifted from the center of the absorption wavelength of the analysis element by 0.001 to 0.03 nm.
【請求項2】 1または複数の分析元素を含む溶融金属
の表面近傍の蒸気層に、 分析元素の測定濃度範囲に応じて該分析元素の吸収波長
の中心位置からずらした位置に波長の中心位置を有する
測定光と、原子吸光を生じない波長の基準光とを同一光
路に重畳して通過させ、 通過した光の測定光成分の強度と基準光成分の強度とを
測定し、 測定光成分と基準光成分の強度比と、蒸気層厚みと、溶
融金属温度との間の既知の関係から、溶融金属中の分析
元素の濃度を測定することを特徴とする溶融金属分析方
法。
2. A vapor layer near a surface of a molten metal containing one or a plurality of analysis elements, wherein a wavelength center position is shifted from a center position of an absorption wavelength of the analysis element according to a measurement concentration range of the analysis element. And the reference light having a wavelength that does not cause atomic absorption is superimposed and passed on the same optical path, and the intensity of the measurement light component and the intensity of the reference light component of the passed light are measured. A method for analyzing a molten metal, comprising: measuring a concentration of an analysis element in a molten metal from a known relationship among an intensity ratio of a reference light component, a vapor layer thickness, and a temperature of the molten metal.
【請求項3】 前記測定光の中心波長のずらし量を、測
定濃度範囲の最大値における吸光度(=−log(吸光
後光強度/吸光のない場合の光強度))が2.5以下と
なる値で、かつ分析元素の原子吸光線の波長半値幅の2
倍未満の値に設定することを特徴とする請求項2記載の
溶融金属分析方法。
3. The amount of shift of the center wavelength of the measurement light is such that the absorbance (= -log (light intensity after light absorption / light intensity without light absorption)) at the maximum value of the measurement concentration range is 2.5 or less. Value and the half-width at half maximum of the atomic absorption line of the analytical element
3. The method according to claim 2, wherein the value is set to less than twice.
【請求項4】 前記測定光の波長半値幅Zが、分析元素
の原子吸光線の波長半値幅をX、前記測定光の中心波長
のずらし量をYとすると、Z<(2X−Y)の関係を満
足することを特徴とする請求項2または3記載の溶融金
属分析方法。
4. The wavelength half width Z of the measurement light is defined as Z <(2X−Y), where X is the wavelength half width of the atomic absorption line of the analysis element and Y is the shift amount of the center wavelength of the measurement light. 4. The method according to claim 2, wherein the relationship is satisfied.
【請求項5】 波長中心位置を溶融金属の主成分元素の
原子吸光線の中心位置から吸光感度に応じてずらした測
定光と、前記分析元素用の波長中心位置をずらした測定
光と、前記原子吸光を生じない波長の基準光とを、同一
光路に重畳して溶融金属表面の蒸気層に通過させ、 通過した光の両測定光成分の強度と基準光成分との強度
を測定し、 通過光の主成分元素に対応した測定光成分と基準光成分
との強度比と、分析元素に対応した測定光成分と基準光
成分との強度比との間の既知の関係から、蒸気層厚みを
補正することを特徴とする請求項2ないし4いずれか1
項記載の溶融金属分析方法。
5. A measurement light in which a wavelength center position is shifted from a center position of an atomic absorption line of a main component element of a molten metal according to an absorption sensitivity; a measurement light in which a wavelength center position for the analysis element is shifted; The reference light having a wavelength that does not cause atomic absorption is superimposed on the same optical path and passed through the vapor layer on the surface of the molten metal, and the intensity of both the measured light component and the reference light component of the passed light is measured and passed. From the known relationship between the intensity ratio of the measurement light component corresponding to the main component element of the light and the reference light component and the intensity ratio of the measurement light component and the reference light component corresponding to the analysis element, the vapor layer thickness is determined. 5. The method according to claim 2, wherein the correction is performed.
7. The method for analyzing molten metal according to the above item.
【請求項6】 分析中に測定光の波長をモニターして、
原子吸光線の中心位置と測定光波長の中心位置との間の
ずれ量を測定し、該測定したずれ量から蒸気通過光の測
定光成分の吸光感度を補正することを特徴とする請求項
2ないし5いずれか1項記載の溶融金属分析方法。
6. Monitoring the wavelength of the measuring light during the analysis,
3. The method according to claim 2, wherein a deviation amount between the center position of the atomic absorption line and the central position of the measurement light wavelength is measured, and the absorption sensitivity of the measurement light component of the vapor passing light is corrected based on the measured deviation amount. 6. The method for analyzing molten metal according to any one of claims 5 to 5.
【請求項7】 測定光および基準光をチョッパーを用い
てオン/オフし、オフ時の光強度を溶融金属からの輻射
光強度としてバックグラウンド補正することを特徴とす
る請求項2ないし6いずれか1項記載の溶融金属分析方
法。
7. The apparatus according to claim 2, wherein the measuring light and the reference light are turned on / off using a chopper, and the light intensity at the time of off is corrected as background light intensity as radiation light intensity from the molten metal. 2. The method for analyzing molten metal according to claim 1.
【請求項8】 測定光および基準光を溶融金属表面に照
射し反射させて蒸気層を通過させた後、反射光の強度を
測定することを特徴とする請求項2ないし7いずれか1
項記載の溶融金属分析方法。
8. The method according to claim 2, wherein the measuring light and the reference light are applied to the surface of the molten metal, reflected and passed through the vapor layer, and then the intensity of the reflected light is measured.
7. The method for analyzing molten metal according to the above item.
【請求項9】 測定光および基準光を溶融金属表面の5
mmφ以上の領域に照射することを特徴とする請求項8
記載の溶融金属分析方法。
9. The measuring light and the reference light are applied to the surface of the molten metal 5
9. Irradiation is performed on an area of not less than mmφ.
The described molten metal analysis method.
【請求項10】 基準光の反射光強度が閾値以上の場合
の測定データを濃度測定に用いることを特徴とする請求
項8または9記載の溶融金属分析方法。
10. The molten metal analysis method according to claim 8, wherein the measurement data when the reflected light intensity of the reference light is equal to or higher than a threshold is used for concentration measurement.
【請求項11】 反射光を光ファイバーにより受光し、
受光した反射光を、通過波長が分析元素の原子吸光線波
長を含み、通過波長幅が5nm以下であるバンドパスフ
ィルターに通過させて波長を選択し、バンドパスフィル
ター通過後の全光量を測定することを特徴とする請求項
8ないし10いずれか1項記載の溶融金属分析方法。
11. A reflected light is received by an optical fiber,
The reflected light received is passed through a band-pass filter having a passing wavelength including the atomic absorption line wavelength of the element to be analyzed and having a passing wavelength width of 5 nm or less, selecting a wavelength, and measuring the total amount of light after passing through the band-pass filter. The molten metal analysis method according to any one of claims 8 to 10, wherein:
【請求項12】 照射する測定光および基準光はレーザ
ー光であり、反射光がバンドパスフィルターを通過後の
測定光および基準光の強度が、該バンドパスフィルター
通過波長域での溶融金属の輻射光強度の10倍以上とな
るように、照射光強度を調整することを特徴とする請求
項8ないし11いずれか1項記載の溶融金属分析方法。
12. The measuring light and the reference light to be irradiated are laser light, and the intensity of the measuring light and the reference light after the reflected light has passed through the band-pass filter is determined by the radiation of the molten metal in the wavelength band passing through the band-pass filter. The molten metal analysis method according to any one of claims 8 to 11, wherein the irradiation light intensity is adjusted so as to be 10 times or more the light intensity.
【請求項13】 溶融金属の主成分元素が鉄であり、分
析元素がマンガンであることを特徴とする請求項1ない
し12いずれか1項記載の溶融金属分析方法。
13. The method for analyzing a molten metal according to claim 1, wherein the main component element of the molten metal is iron, and the analysis element is manganese.
【請求項14】 放出するレーザー光の波長および半値
幅および強度が可変の複数のレーザー光源と、 該レーザー光の波長及び強度を計測する手段と、 該複数のレーザー光源から放出された波長が異なる複数
のレーザー光を同一光路に重畳する光学系と、 該同一光路に重畳されたレーザー光を一定周期でオンオ
フするチョッパーと、 端部が溶融金属近傍に設置され、該同一光路に重畳され
たレーザー光を溶融金属近傍に導く光ファイバーと、 光ファイバーから放出されたレーザー光を溶融金属表面
の5mmφ以上の範囲に照射するための光学系と、 受光部が溶融金属近傍に設置され、溶融金属表面からの
反射光を受光して光検出部に導く1または複数の受光用
光ファイバーと、 受光用光ファイバーにより導かれた反射光を、それぞれ
のレーザー光の波長を含む波長域に分離するハイパスフ
ィルターおよび/またはローパスフィルターと、 ハイパスフィルターおよび/またはローパスフィルター
を通過後の反射光から、それぞれのレーザー光の波長を
含む狭い波長域を分離するバンドパスフィルターと、 バンドパスフィルター通過後の全光量を測定する光検出
器と、 溶融金属の温度を測定する手段と、 測定された結果を演算する演算装置とを備えることを特
徴とする溶融金属分析装置。
14. A plurality of laser light sources having variable wavelengths, half-widths and intensities of laser light to be emitted, means for measuring the wavelength and intensity of the laser light, and different wavelengths emitted from the plurality of laser light sources. An optical system that superimposes a plurality of laser beams on the same optical path, a chopper that turns on and off the laser beams superimposed on the same optical path at a constant period, and a laser whose end is installed near the molten metal and that is superimposed on the same optical path An optical fiber for guiding light to the vicinity of the molten metal; an optical system for irradiating the laser light emitted from the optical fiber to a range of 5 mmφ or more on the surface of the molten metal; One or a plurality of light receiving optical fibers that receive the reflected light and guide the light to the light detection unit, and the reflected light guided by the light receiving optical fiber are separated into respective lasers. A high-pass filter and / or a low-pass filter that separates into a wavelength range including the wavelength of the laser light, and a band that separates a narrow wavelength range including the wavelength of each laser light from the reflected light after passing through the high-pass filter and / or the low-pass filter. A molten metal analysis comprising: a pass filter; a photodetector that measures the total amount of light after passing through the bandpass filter; a unit that measures the temperature of the molten metal; and a calculation device that calculates the measured result. apparatus.
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