JP4560058B2 - Contained oxygen analyzer and contained oxygen analysis method - Google Patents
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Description
本発明は含有酸素分析装置および方法に関するものであり、より詳細には測定対象試料として例えば金属(特に鉄鋼)の微量酸素の測定における試料表面の酸化膜を除去することにより、極く微量の含有酸素を測定可能とする含有酸素分析装置および含有酸素分析方法に関する。 The present invention relates to a contained oxygen analyzer and method , and more specifically, as a measurement target sample, for example, by removing an oxide film on a sample surface in measurement of a trace amount of oxygen of a metal (particularly steel), a very small amount is contained. The present invention relates to a contained oxygen analyzer and a contained oxygen analyzing method capable of measuring oxygen.
例えば、鉄鋼中に含まれる酸素の定量分析法としては、不活性ガス中の融解抽出法と赤外線吸収法および熱伝導度法とを組み合わせたものが一般に用いられている。この不活性ガス中融解抽出法と赤外線吸収法および熱伝導度法は、加熱炉内に測定対象試料を入れた黒鉛るつぼを配置し、不活性ガスを供給しながら測定対象試料としての鉄鋼を加熱融解し、そのとき発生する一酸化炭素または二酸化炭素を例えば赤外線ガス分析計において分析するものである。
ところで、鉄鋼のような測定対象試料中に微量に含まれる酸素を精度よく検出するためには、測定対象試料の表面に付着している油分や汚れなど(以下、付着物という)や酸化膜を予め除去する必要がある。そして、測定対象試料の表面に付着している付着物を除去するためには、試料を400℃〜600℃で10分間程度加熱するなどの手段によって前処理を行っていた。 By the way, in order to accurately detect a small amount of oxygen in a sample to be measured such as steel, oil or dirt (hereinafter referred to as deposits) or oxide film adhering to the surface of the sample to be measured is removed. It is necessary to remove in advance. And in order to remove the deposit | attachment adhering to the surface of a measuring object sample, the pre-processing was performed by means, such as heating a sample at 400 to 600 degreeC for about 10 minutes.
図13は従来から行われている含有酸素分析方法の一例を示している。図13に示す酸化膜の除去方法は、前記特許文献1に記載されている方法であって、図13(A)は含有酸素分析の進行に伴う炭素炉(黒鉛るつぼ)内の温度変化を示し、図13(B)は赤外線ガス分析計によって検出される信号量の変化を示している。
FIG. 13 shows an example of a conventional method for analyzing oxygen content. The method for removing the oxide film shown in FIG. 13 is the method described in
図13において、まず、時点Tp11〜Tp12の間、例えば3000℃等の高温で炭素炉を予備加熱する。次いで、時点Tp13において、予備加熱が終了した黒鉛るつぼ内に測定対象試料を投下し、時点Tp14〜Tp15の間に、測定対象試料を融点以下の温度(例えば900℃〜1400℃の範囲)に加熱することで表面酸化膜を還元する。そして、その後炭素炉の温度を例えば1400℃以上(具体的には2400℃)に上げてこの測定対象試料の含有酸素量を分析する。 In FIG. 13, first, the carbon furnace is preheated at a high temperature such as 3000 ° C. between time points Tp 11 and Tp 12 . Then, at time Tp 13, a measurement target sample dropped into a graphite crucible preheating is finished, during the time Tp 14 Tp 15, the measured sample temperature below the melting point (e.g., 900 ° C. to 1400 ° C. range ) To reduce the surface oxide film. Then, after that, the temperature of the carbon furnace is raised to, for example, 1400 ° C. or higher (specifically, 2400 ° C.), and the oxygen content of the sample to be measured is analyzed.
図14は別の含有酸素分析方法の別の例を示すものであって、図14(A)は含有酸素分析の進行に伴う炭素炉内の温度変化を示し、図14(B)は赤外線ガス分析計によって検出される信号量の変化を示している。 FIG. 14 shows another example of another oxygen content analysis method. FIG. 14 (A) shows the temperature change in the carbon furnace as the oxygen content analysis proceeds, and FIG. 14 (B) shows the infrared gas. The change of the signal amount detected by the analyzer is shown.
図14に示す方法では、まず、時点Tp21〜Tp22の間、黒鉛るつぼの予備加熱を行った後、時点Tp23において黒鉛るつぼ内に測定対象試料を投入する。次いで、時点Tp24〜Tp25において、黒鉛不活性ガスの中で、測定対象試料を例えば1050℃に加熱することでその表面酸素を除去する。そして、この不活性ガスの中で測定対象試料をほゞ常温なるまで冷却し、時点Tp26において、この測定対象試料を大気中に取出しこれを酸化させる。 In the method shown in FIG. 14, first, the graphite crucible is preheated between time points Tp 21 and Tp 22 , and then the sample to be measured is put into the graphite crucible at time point Tp 23 . Next, at time points Tp 24 to Tp 25 , the surface oxygen is removed by heating the sample to be measured to, for example, 1050 ° C. in the graphite inert gas. Then, the sample to be measured is cooled to approximately room temperature in the inert gas, and at time Tp 26 , the sample to be measured is taken out into the atmosphere and oxidized.
次に、時点Tp27〜Tp28の間、再び黒鉛るつぼの予備加熱を行った後、時点Tp29において黒鉛るつぼ内に測定対象試料を投入する。次いで、時点Tp30〜Tp31において、黒鉛不活性ガスの中で、測定対象試料を例えば1050℃に加熱することでその表面酸素を再び除去すると共に、この時の信号量Sp21から、酸化膜の酸化量を測定 する。そして、この不活性ガスの中で測定対象試料をほゞ常温なるまで冷却し、時点Tp32において、この測定対象試料を大気中に取出しこれを再び酸化させる。 Next, after the graphite crucible is preheated again between time points Tp 27 and Tp 28, the sample to be measured is put into the graphite crucible at time point Tp 29 . Then, at time Tp 30 Tp 31, in graphite inert gas, the sample to be measured with again remove the surface oxygen by heating for example to 1050 ° C., the amount of signal Sp 21 at this time, oxide film Measure the amount of oxidation. Then, the sample to be measured is cooled to approximately room temperature in the inert gas, and at time Tp 32 , the sample to be measured is taken out into the atmosphere and oxidized again.
さらに、時点Tp33〜Tp34の間、三度目の黒鉛るつぼの予備加熱を行った後に、時点Tp35において黒鉛るつぼ内に金属溶剤を投入すると共に、黒鉛るつぼ内を例えば2400℃に加熱して、黒鉛るつぼに金属溶剤の金属浴を作成する。そして、時点Tp3 6 において、測定対象試料を黒鉛るつぼ内に投入して発生したガスの信号量Sp22を測 定する。これによって、求められる全酸素量から前記信号量から求めた酸化膜の酸化量を差し引く(Sp22−Sp21)ことにより、これを測定対象試料の含有酸素量(バルク酸素)として求める。 Furthermore, after pre-heating the graphite crucible for the third time between time points Tp 33 and Tp 34 , a metal solvent is introduced into the graphite crucible at time point Tp 35 and the interior of the graphite crucible is heated to, for example, 2400 ° C. Create a metal bath of metal solvent in the graphite crucible. At time Tp 3 6 , the signal amount Sp 22 of the gas generated by putting the measurement target sample into the graphite crucible is measured. As a result, the amount of oxidation of the oxide film determined from the signal amount is subtracted from the total amount of oxygen determined (Sp 22 -Sp 21 ), thereby determining this as the oxygen content (bulk oxygen) of the sample to be measured.
ところが、図13に示すような従来の酸素分析方法は、黒鉛るつぼの温度を900〜1400℃の予備加熱温度から1400℃以上(具体的には2400℃)に上げたときに、黒鉛るつぼから発生する一酸化炭素ガスに起因する信号Sp11が増加するので、測定した信号量Sp13には、信号Sp11の変動の影響が加算されることになり、測定対象試料の含有酸素に起因する信号Sp12の大きさが正確に求められないという問題があった。 However, the conventional oxygen analysis method as shown in FIG. 13 is generated from a graphite crucible when the temperature of the graphite crucible is raised from a preheating temperature of 900 to 1400 ° C. to 1400 ° C. or higher (specifically, 2400 ° C.). Since the signal Sp 11 due to the carbon monoxide gas to be increased increases, the influence of the fluctuation of the signal Sp 11 is added to the measured signal amount Sp 13 , and the signal due to the oxygen contained in the sample to be measured There was a problem that the size of Sp 12 could not be obtained accurately.
とりわけ、測定対象試料の含有酸素が極く微量であればあるほど、黒鉛るつぼから発生する一酸化炭素ガスに起因する信号Sp11の増加が大きな影響を与えるので例えば、2.9ppmの表示値に対して分析結果は最大0.5ppm以下のばらつきに抑えることができない。すなわち、図13に示すような従来の酸素分析方法では極く微量の含有酸素量を分析することはできなかった。 In particular, as the amount of oxygen contained in the sample to be measured is extremely small, an increase in the signal Sp11 due to the carbon monoxide gas generated from the graphite crucible has a large effect. Therefore, the analysis result cannot be suppressed to a variation of 0.5 ppm or less at maximum. That is, the conventional oxygen analysis method as shown in FIG. 13 cannot analyze a very small amount of oxygen contained.
また、図14に示すような従来の酸素分析方法は、2回の表面酸化酸素を測定しなければならず、測定に多大の時間がかかることは避けられなかった。これに加えて、この酸素分析方法は、1回目の表面酸化酸素の量が2回目の表面酸化酸素の量と同じであるという前提のものとに減算(Sp22−Sp21)が行われるが、両者は大気に触れる時間その他の条件で変動することは避けられなかった。つまり、本例においても、表面酸化のばらつきは2.9μg/g程度の極く微量の含有酸素量を測定する場合の分析値に対しては最大0.5ppm以下に抑えることはできなかった。 Further, the conventional oxygen analysis method as shown in FIG. 14 has to measure the surface oxidized oxygen twice, and it is inevitable that the measurement takes a long time. In addition to this, the oxygen analysis method performs subtraction (Sp 22 -Sp 21 ) on the premise that the amount of the first surface oxygen is the same as the amount of the second surface oxygen. In both cases, it was inevitable that the two would fluctuate depending on the time of exposure to the atmosphere and other conditions. In other words, even in this example, the variation in surface oxidation could not be suppressed to a maximum of 0.5 ppm or less with respect to the analysis value when measuring a very small amount of oxygen content of about 2.9 μg / g.
本発明は、上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は測定対象試料として金属(特に鉄鋼)に含有するの微量酸素量の測定を精度良く行うことができる含有酸素分析装置および含有酸素分析方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and its purpose is to analyze the amount of oxygen contained in a metal (especially steel) as a measurement target sample with high accuracy. The object is to provide an apparatus and a method for analyzing oxygen content.
上記目的を達成するため、第1発明の含有酸素分析装置は、分析炉内に、外気からは遮断された空間内に設置される黒鉛るつぼを設け、その黒鉛るつぼ内に金属浴剤を投入するための試料ホルダおよび測定対象試料を投入するための試料ホルダをそれぞれ分析炉の上方に設けるとともに、
前記試料ホルダから投入された測定対象試料を黒鉛るつぼ内で融点以下の温度に加熱することで表面の酸化膜を予備還元し、
この予備還元された測定対象試料と、前記試料ホルダから投入された金属浴剤とを黒鉛るつぼ内にて共存させ、測定対象試料のみを大気から隔離した状態で試料取出し手段により一時的に取り出し、保持するとともに、黒鉛るつぼ内に残された金属浴剤を加熱溶解し、次いで試料取出し手段により保持されている測定対象試料を大気から隔離した状態で黒鉛るつぼ内に投入することでこれを加熱溶解し、測定対象試料の含有酸素量を分析する含有酸素分析装置であって、
試料取出し手段を、外気に対して気密となるよう上下方向に摺動する棒体で構成するとともに、その棒体は、測定対象試料を取り出し、保持するための下方先端部を有する一方、その棒体を上下方向に摺動させるアクチュエータを設けたことを特徴としている。(請求項1)
In order to achieve the above object, the oxygen analyzer of the first invention is provided with a graphite crucible installed in a space cut off from the outside air in the analysis furnace, and a metal bath is introduced into the graphite crucible. A sample holder and a sample holder for loading a sample to be measured are provided above the analysis furnace, respectively.
Preliminarily reduce the oxide film on the surface by heating the sample to be measured put in from the sample holder to a temperature below the melting point in the graphite crucible,
Temporarily by the sample extraction means in a condition in which the the pre-reduced measured sample, wherein the sample holder or we throw input metal baths coexist in a graphite crucible, the only constant target sample measured was isolated from the atmosphere The metal bath remaining in the graphite crucible is heated and dissolved, and then the sample to be measured held by the sample take-out means is put into the graphite crucible while being isolated from the atmosphere. A dissolved oxygen analyzer for analyzing the oxygen content of the sample to be measured,
The sample take-out means is composed of a rod body that slides in the vertical direction so as to be airtight against the outside air, and the rod body has a lower tip for taking out and holding the sample to be measured, while the rod An actuator for sliding the body in the vertical direction is provided. (Claim 1)
したがって、前記含有酸素分析装置を用いることにより、測定対象試料の表面に付着してる酸化膜を完全に還元して、この測定対象試料の内部における含有酸素(バルク酸素)のみを正確に測定することができる。また、黒鉛るつぼの段階的な加熱を行わないので、分析炉内は常に一定の温度を保った状態で微量含有酸素量の測定を行うことができ、黒鉛るつぼから発生するガスをベースラインとして完全に除去することで精度を向上することができる。 Therefore, by using the oxygen analyzer, the oxide film adhering to the surface of the sample to be measured is completely reduced, and only the contained oxygen (bulk oxygen) inside the sample to be measured is accurately measured. Can do. In addition, since the graphite crucible is not heated step by step, the amount of oxygen contained in trace amounts can be measured while maintaining a constant temperature in the analytical furnace, and the gas generated from the graphite crucible can be used as a baseline. The accuracy can be improved by removing them.
さらに、分析炉内における測定対象試料の予備加熱を行なうことにより、装置構成の簡略化および小型化を達成することができる。また、大気から隔離した状態を形成する部分の容積が小さくなるので、低コストで大気からの隔離状態を形成することができる。 Furthermore, by preheating the sample to be measured in the analysis furnace, the apparatus configuration can be simplified and downsized. Moreover, since the volume of the part which forms the state isolated from air | atmosphere becomes small, the isolation state from air | atmosphere can be formed at low cost.
前記測定対象試料が鉄鋼であり、前記棒体がその下方先端部に磁力による吸引によって黒鉛るつぼ内から鉄鋼を取り出し可能とする磁力誘導部を有する場合(請求項2)には、鉄鋼を黒鉛るつぼの中から容易に取り出すことができ、その装置構成が簡素になる。 When the sample to be measured is steel, and the rod body has a magnetic force induction portion at the lower end portion thereof that can extract the steel from the graphite crucible by magnetic attraction (Claim 2), the steel is graphite crucible. Can be easily taken out from the inside, and the device configuration is simplified.
前記測定対象試料が鉄鋼であり、前記棒体がその下方先端部に黒鉛るつぼ内の鉄鋼を磁力による吸着によって黒鉛るつぼ内から取り出し可能とする磁力作用部を有する場合(請求項3)には、棒体の下方先端部に形成された磁力作用部から生じさせる磁力を無闇に強くすることなく、確実に鉄鋼を吸着できて省エネルギーであり、周囲の機器の動作に全く影響を与えるおそれがない。また、磁力による吸着によって黒鉛るつぼ内から鉄鋼を取り出す動作は棒体の上下摺動だけで十分であるから、容易に自動化が達成できる。 Wherein a measured sample is steel, if having a magnetic force part for the rod is a removable steel in black lead crucible at its lower tip from a graphite crucible by adsorption by magnetic force (claim 3) , Without making the magnetic force generated from the magnetic force acting part formed at the lower tip of the rod body darkly strong, it is possible to reliably adsorb steel and save energy, and there is no possibility of affecting the operation of surrounding equipment at all . Moreover, since the operation of taking out the steel from the graphite crucible by magnetic force adsorption is sufficient only by sliding the rod up and down, automation can be easily achieved.
なお、磁力作用部は永久磁石によって形成されることでその構成を簡略化でき、それだけ製造コストを削減できるが、これを電磁石とすることで自動制御を容易とすることができる。 In addition, although the structure can be simplified by forming a magnetic force action part with a permanent magnet and manufacturing cost can be reduced by that much, automatic control can be facilitated by using this as an electromagnet.
第2発明の含有酸素分析方法は、分析炉内に、外気からは遮断された空間内に設置される黒鉛るつぼを設け、その黒鉛るつぼ内に金属浴剤を投入するための試料ホルダおよび測定対象試料を投入するための試料ホルダをそれぞれ分析炉の上方に設けるとともに、
前記試料ホルダから投入された測定対象試料を黒鉛るつぼ内で融点以下の温度に加熱することで表面の酸化膜を予備還元し、
この予備還元された測定対象試料と、前記試料ホルダから投入された金属浴剤とを黒鉛るつぼ内にて共存させ、測定対象試料のみを大気から隔離した状態で試料取出し手段により一時的に取り出し、保持するとともに、金属浴剤が残された黒鉛るつぼをその融点以上かつ沸点以下に加熱し、金属浴剤を溶解することでこれに含まれる酸素を還元し、
加熱された黒鉛るつぼから発生するガス量が安定した状態で、このガス量を基準値として求め、このときの黒鉛るつぼの温度を一定に保ちながら、試料取出し手段により保持されている測定対象試料を黒鉛るつぼ内に投入することでこれを加熱溶解し、これによって増加する発生ガス量から測定対象試料の含有酸素量を分析する
一連の分析動作を、大気から隔離した状態で行なうにあたり、
前記試料取出し手段として、外気に対して気密となるようアクチュエータによって上下方向に摺動するとともに、測定対象試料を取り出し、保持するための下方先端部を有する棒体を用いたことを特徴としている。(請求項5)
The oxygen analysis method according to the second aspect of the present invention provides a sample holder and a measurement object for providing a graphite crucible installed in a space that is shielded from the outside air in the analysis furnace, and pouring a metal bath into the graphite crucible. A sample holder for loading the sample is provided above the analysis furnace, and
Preliminarily reduce the oxide film on the surface by heating the sample to be measured put in from the sample holder to a temperature below the melting point in the graphite crucible,
Temporarily by the sample extraction means in a condition in which the the pre-reduced measured sample, wherein the sample holder or we throw input metal baths coexist in a graphite crucible, the only constant target sample measured was isolated from the atmosphere The graphite crucible in which the metal bath is left is heated above its melting point and below its boiling point, and the oxygen contained therein is reduced by dissolving the metal bath,
In a state where the amount of gas generated from the heated graphite crucible is stable, this amount of gas is obtained as a reference value, and while maintaining the temperature of the graphite crucible at this time, the sample to be measured held by the sample take-out means is obtained. When performing a series of analysis operations in which the oxygen content of the sample to be measured is analyzed from the amount of gas generated by heating by melting it in a graphite crucible while being isolated from the atmosphere,
The sample take-out means is characterized by using a rod body that slides up and down by an actuator so as to be airtight with respect to the outside air, and has a lower tip for taking out and holding the sample to be measured. (Claim 5)
すなわち、測定対象試料の表面酸化膜を予め取り除き、これを大気から隔離した状態に保つ一方で、金属浴剤を溶解した黒鉛るつぼから発生するガス量が安定した状態で、このガス量を基準値として求めた後に、黒鉛るつぼ内に表面酸化膜を取り除いた測定対象試料を投入することができるので、測定対象試料の内部に含まれる微量含有酸素に起因するガスの発生量を全測定値から前記基準値を減算することによって正確に求めることができる。 That is, remove the surface oxide film of the sample to be measured in advance and keep it isolated from the atmosphere, while maintaining the gas amount generated from the graphite crucible in which the metal bath is dissolved in a stable state. Since the measurement target sample from which the surface oxide film has been removed can be introduced into the graphite crucible, the amount of gas generated due to the trace amount of oxygen contained in the measurement target sample is calculated from the total measurement value. It can be accurately obtained by subtracting the reference value.
本発明の含有酸素分析装置および含有酸素分析方法によれば、簡単な構成でありながら、測定対象試料の表面に生じる酸化膜の影響を受けることなく、測定対象試料内に存在する微量の含有酸素量を精度よく定量分析することができる。 According to the oxygen analyzer and oxygen analysis method of the present invention, a small amount of oxygen contained in the sample to be measured without being affected by the oxide film generated on the surface of the sample to be measured while having a simple configuration. The quantity can be quantitatively analyzed with high accuracy.
発明の実施の形態を説明する前に三つの参考例を、図面を参照しながら説明する。図1〜図3は、第1の参考例の含有酸素分析装置1の構成を示すものである。測定対象試料Sは例えば鉄鋼であり、含有酸素分析装置1はこの内部に含まれる微量の含有酸素量を測定するものである。また、図4は図2の変形例を示す図である。
The three reference example before explaining the embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show a configuration of a contained
図1に示すように、含有酸素分析装置1は内部に測定対象試料Sを挿入するための黒鉛るつぼ2(以下、炭素炉2ともいう)を有する分析炉3と、測定対象試料Sをその融点以下の温度にて加熱することでその表面の酸化膜を予備還元する予備還元炉4と、この予備還元炉4を分析炉3に連通連結するための連通路5と、分析炉3にヘリウム(He)などの不活性ガスを供給するガスボンベ6と、分析炉3を通った不活性ガスを分析することにより、発生したガスの量を測定する赤外線ガス分析計7とを有している。また、3pは分析炉3の電力制御部である。
図2は前記含有酸素分析装置1のより具体的な構成を示しており、図2において、黒鉛るつぼ2は断面略U字状の有底筒体であり、前記分析炉3を構成する上部電極3aと下部電極3bに挟まれるようにして外気からは遮断された空間A内に設置されるものである。3cは前記電力制御部3pによって制御された電流を両電極3a,3b間に流すことにより、黒鉛るつぼ2を加熱する電源であり、3dは分析炉3の上部において測定対象試料Sおよび金属溶剤Fを導入し、前記ヘリウムガス(He)を導入する導入部、3eは黒鉛るつぼ2を通ったヘリウムガス(He)の排出部である。
As shown in FIG. 1, the
FIG. 2 shows a more specific configuration of the contained
3fは上部電極3aの内部空間であり、この内部空間3f内に例えば冷却水を流すことにより、黒鉛るつぼ2を急速に冷却させることができる。また、分析炉3と分析計7との間には流路切換弁7aを形成することにより、排出部3eからのガスを分析計7に供給するか排気するかを選択可能としている。
Reference numeral 3f denotes an internal space of the upper electrode 3a, and the
前記予備還元炉4は例えばヒータ4aを巻き付けるように水平方向に配置したほゞ筒状の予備還元るつぼ4bと、ヒータ4aの電源4cと、るつぼ4b内において測定対象試料Sの水平方向への移動を阻止することで測定対象試料Sをるつぼ4b内に保持するための段部4dとを有している。また、この分析炉3の一端側は前記連通路5に連通連結されており、他端側には前記ヘリウムガス(He)の排出孔4eを形成している。
The prereduction furnace 4 is, for example, a generally
なお、予備還元炉4の熱源はヒータ4aを用いた電気炉に限られるものではなく、インパルス炉、誘導加熱炉など種々の形式をの熱源を用いることができる。さらに、還元に用いるガスはヘリウム(He)に限られるものではなくアルゴンArなど、その他の不活性ガスを用いてもよい。加えて、不活性ガス以外であっても、水素などのように酸素と結合しやすい物質を用いたものであってもよい。何れにしても、測定対象試料Sは大気と隔離された状態で加熱されることにより、その表面層の酸化膜を還元できるように構成されている。
The heat source of the preliminary reduction furnace 4 is not limited to an electric furnace using the
8は予備還元炉4内に位置する測定対象試料Sを前記黒鉛るつぼ2内に投入するための試料投入手段であり、本例では磁力を用いた吸引力によって測定対象試料Sを吸着する電磁石8aと、その電源8bと、より小さい磁力を測定対象試料Sに作用させるための磁性体からなる棒体8cと、この棒体8cを水平方向に移動させることで測定対象試料Sを段部4dに抗じて水平方向へ移動させる摺動駆動部8dとを有している。すなわち、各部8a〜8dが測定対象試料Sを段部4dに抗じて水平方向へ移動させることで測定対象試料Sを分析炉3内に導くアクチュエータを構成する。
Reference numeral 8 denotes a sample loading means for loading the measurement target sample S located in the prereduction furnace 4 into the
なお、試料投入手段8に電磁石を用いることで、この試料投入手段8を用いた測定対象試料Sの移送を電気的に制御可能としており、かつ、磁性体の棒体8cを用いることで、弱い磁力を効率よく測定対象試料Sに作用させることができるが、試料投入手段8に永久磁石を用いてもよく、棒体8cを用いることなく、磁力を測定対象試料Sに直接的に作用させてもよい。
Incidentally, by using an electromagnet to specimen dosing means 8, and the electrically controllable transfer of sample S to be measured using the sample loading unit 8, and, by using the
さらには、測定対象試料Sが磁性体でない場合には、図4に変形例にして示すように、予備還元炉4の他端側から棒体8eによって押し出すことで測定対象試料Sを段部4dに抗じて水平方向へ移動させることも可能である。つまり、本発明の測定対象試料Sは鉄鋼などの磁性体だけに限られるものではなく、銅などの非鉄金属であってもよく、この場合に試料投入手段8には種々の変形が考えられる。
Furthermore, when the measurement target sample S is not a magnetic body, as shown in a modified example in FIG. 4, the measurement target sample S is pushed out from the other end side of the preliminary reduction furnace 4 by the
前記連通路5は試料投入手段8によって投入された測定対象試料Sを一旦受け止めた後に黒鉛るつぼ2内に投入するための円柱状試料ホルダ5aと、金属浴剤Fとして例えばスズ(Sn)を同様に一時的に受け止めて黒鉛るつぼ2内に投入するための円柱状試料ホルダ5bとを有している。なお、これらの試料ホルダ5a,5bの詳細な構成は、本発明者らが提案している特開2000−55794号公報に示すとおりであるから、その詳細な説明は省略する。
The
前記分析計7は酸素の濃度を精度良く分析できる濃度分析計の例として、例えばNDIR(非分散型赤外線ガス分析計)を挙げることができるが、測定対象である酸素を精度良く分析できるものであれば、その種類を限定するものではない。すなわち、NDIRに代えて質量分析計を用いてもよい。さらには、FTIR(フーリエ変換赤外線ガス分析計)などの多成分分析計を用いて、測定対象試料Sに含まれる酸素以外の含有量も同時に分析可能としてもよい。
The
図3は前記含有酸素分析装置1を用いた測定対象試料Sの含有酸素分析方法を説明する図である。図3中の上半分は予備還元炉4内における動作を示しており、下半分は分析炉3内における動作を示している。いずれの場合にも、炉内の温度の時間変化と、これによって還元される還元酸素量の時間変化を対応させて示している。
FIG. 3 is a view for explaining a method for analyzing oxygen contained in the sample S to be measured using the
まず、時点T11において測定対象試料Sを予備還元炉4内に投入し、時点T12において前記予備還元炉4内を鉄の沸点(1540℃)以下の例えば900〜1400℃の温度で加熱し、その表面の酸化膜を除去するための脱ガスを行なう。このとき、測定対象試料Sの表面の酸化膜から酸素が還元されることで、S11に示すように、一酸化炭素(CO)などのガスに変換されて、排出孔4eから排出される。
First, a sample S to be measured was put into the pre-reduction furnace 4 at time T 11, the boiling point (1540 ° C.) of iron the pre-reduction furnace 4 at a time point T 12 is heated at a temperature below, for example 900-1400 ° C. Then, degassing is performed to remove the oxide film on the surface. At this time, the oxygen from the oxide film on the surface of the sample S to be measured is reduced, as shown in S 11, is converted to a gas such as carbon monoxide (CO), it is discharged from the
この予備還元は例えば5分間行って、時点T13においてヒータ4aによる加熱を止めることにより、測定対象試料Sを冷却する。なお、上述の予備還元は、ヘリウムガス(He)を供給しながら行われるので、測定対象試料Sの周囲はヘリウムガス(He)の流れによって、大気から確実に隔離した状態となる。特に、たとえ連通路5および予備還元炉4内が完全に機密ではなく、小さな隙間があったとしても、この隙間を介して連通路5または予備還元炉4の内側から外側にヘリウムガス(He)の流れが生じ、内側の圧力が外側の圧力よりも高くなるので、外気がこれに逆送して内側に流れ込むことがない。
The pre-reduction is carried out for example 5 minutes, by stopping the heating by the
そして、測定対象試料S(鉄鋼)がキュリー温度以下に下がった時点T14で電磁石8aによって磁気を発生させ、摺動駆動部8dによって棒体8cを摺動させる。これにより、磁力による吸引力を用いて鉄鋼Sを吸着し、段部4dを越えて連通路5の直上に移動させることができ、電磁石8aへの通電を止めることにより、鉄鋼Sを試料ホルダ5aに投入することができる。
The sample to be measured S (steel) is to generate a magnetic by an electromagnet 8a at T 14 that drops below the Curie temperature, sliding the
一方、分析炉3内においては、時点T15において分析炉3内を例えば3000℃近くまで加熱し、その中の酸素を脱ガスし、時点T16において分析炉3内の温度を分析温度(例えば2400℃)に温調する。このとき分析炉3内で発生する一酸化炭素(CO)は曲線S12に示すように、一旦増加して再び減少する。なお、黒鉛るつぼ2からは脱ガス後において、分析温度に温調された状態でも定常的にガス(CO)が発生する。
On the other hand, in the
次に、時点T17において粉体または顆粒の金属浴剤FとしてのスズSnを試料ホルダ5bを用いて黒鉛るつぼ2内に投入すると、これに伴ってスズSnが溶解して、浴剤F中の酸素が放出されることで一酸化炭素(CO)が発生する。
Next, at time T 17 , tin Sn as a powder or granular metal bath F is introduced into the
なお、符号S13はスズSnの投入によって生じた一酸化炭素(CO)の量を示している。そして、金属浴剤Fを用いることにより、熱酸化物の分解を確実に行うことができ、発生した一酸化炭素(CO)ガスの捕獲を防止することができる。 Reference sign S 13 indicates the amount of carbon monoxide (CO) generated by the addition of tin Sn. By using the metal baths F, decomposition can be performed reliably thermal oxide, it is possible to prevent the capture of the generated carbon monoxide (CO) gas.
さらに、分析炉3内を前記分析温度にて安定させると、やがて浴剤F中の酸素が全部放出されて、分析計7によって検出される一酸化炭素(CO)の濃度が安定する。そして、黒鉛るつぼ2内には、溶解したスズSnの金属浴F’(図2参照)が形成される。
Furthermore, when the inside of the
なお、前記分析炉3内における黒鉛るつぼ2の脱ガスやスズSnによる金属浴F’の形成は前記予備還元炉4内における測定対象試料Sの酸化膜の還元と同時に並行して行われてもよく、これによって測定時間を短縮することができる。
Note that the degassing of the
次いで、前記一酸化炭素(CO)の濃度が安定した段階で、このとき検出される一酸化炭素(CO)の濃度を、測定の基準値(ベースライン)Bとして記憶し、黒鉛るつぼ2の温度を分析温度に安定させた状態で、時点T18において試料ホルダ5aを用いて前記予備還元後の測定対象試料Sを黒鉛るつぼ2内に投入する。符号S14は測定対象試料Sの投入に伴って生じた一酸化炭素(CO)の量を示している。
Next, when the concentration of carbon monoxide (CO) is stabilized, the concentration of carbon monoxide (CO) detected at this time is stored as a measurement reference value (baseline) B, and the temperature of the
そして、前記ベースラインBから上の部分(増加部分)における測定値を積分することにより、この測定対象試料Sに含まれる酸素の量を正確に求めることができる。前記測定対象試料Sの表面酸化は0.3μg/gで分析目的レベルが3μg/g程度であるから、この酸化膜に含まれる酸素を分析結果に加算してしまうと、その測定バラツキの影響は大きく、結果としてR=0.5となるが、表面酸化膜を完全に除去して測定することができるので、その分析精度を向上することができる。 Then, by integrating the measured values in the upper part (increase part) from the baseline B, the amount of oxygen contained in the measurement target sample S can be accurately obtained. Since the surface oxidation of the sample S to be measured is 0.3 μg / g and the analysis target level is about 3 μg / g, if oxygen contained in the oxide film is added to the analysis result, the influence of the measurement variation is large, resulting in it becomes R = 0.5, it is possible to measure completely remove front surface oxide film, it is possible to improve the accuracy of analysis.
ここで、測定対象試料Sの全体の重量が1gであるとすると、前記酸化膜の重量は極めて薄く、例えば150nm程度である。すなわち、半径3.15mmの試料に対して、0.000015/3.15で全体の重量に対して無視できるものである。換言すれば、酸化膜は非常に濃度が濃い状態で酸素が、
0.3μg/(5.1×π×4/3×0.0004465×1000μg)
≒0.3/9.54≒0.03であり、
O2 /Fe2 O3 =32/(55.8×2+16×3)=0.2である。
したがって、150nmの薄膜に含まれるFe2 O3 の平均濃度は、
0.2×15%=0.03であるから、分析精度は分析値3μg/gに対して、R=0.1となり、向上する。
Here, if the total weight of the sample S to be measured is 1 g, the weight of the oxide film is extremely thin, for example, about 150 nm. That is, for a sample having a radius of 3.15 mm, 0.000015 / 3.15 is negligible with respect to the total weight. In other words, the oxide film has a very high concentration of oxygen,
0.3 μg / (5.1 × π × 4/3 × 0.0004465 × 1000 μg)
≒ 0.3 / 9.54 ≒ 0.03,
O 2 / Fe 2 O 3 = 32 / (55.8 × 2 + 16 × 3) = 0.2.
Therefore, the average concentration of Fe 2 O 3 contained in the 150 nm thin film is
Since 0.2 × 15% = 0.03, the analysis accuracy is improved to R = 0.1 with respect to the analysis value of 3 μg / g.
つまり、金属浴剤Fの投入と測定対象試料Sの投入との間に時間差を持たせることができるので、前記金属浴F’に含まれる酸素および黒鉛るつぼ2から定常的に発生する一酸化炭素(C0)が安定するまで一定の分析温度で加熱し、これが安定した時点でこれをベースラインBとして設定してから測定対象試料Sを投下することができるので、ベースラインBの補正が確実に行うことができる。これによって、分析精度を飛躍的に向上することができる。加えて、表面酸化膜の除去を1回だけ行なうものであるから、図14に示したような従来技術に比べて、測定が迅速に行うことができる。
In other words, it is possible to provide a time difference between the introduction of on and the measurement object sample S of metallic baths F, it is constantly generated from the oxygen and the
図5〜7は第2の参考例を示す図であって、図5(A)は前記予備還元炉4に対応する予備還元炉10の構成を示し、図5(B)は含有酸素分析装置1の本体1’の構成を示し、図7(A)〜図7(C)は酸素分析装置本体1’に測定対象試料Sを投入する方法を説明する図である。図5〜7に示す例において、図1〜図4と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明は省略する。
5 to 7 are diagrams showing a second reference example. FIG. 5A shows the configuration of the
図5(A)に示すように、予備還元炉10は酸素分析装置本体1’とは別に設けられるものであり、その内部に試料保持体11を挿入することにより測定対象試料Sを加熱し、その表面に形成された酸化膜を還元するものである。
Figure 5 (A), the pre備還
予備還元炉10は例えば内部に試料保持体11を挿入可能とするガイド筒10aと、このガイド筒10aの外周に巻き付けてなるヒータ10bと、このヒータ10bに電力を供給する電源10cとを有している。
The
一方、試料保持体11は例えば測定対象試料Sを内部に位置させた状態でこれを加熱する予備還元るつぼ11aと、この予備還元るつぼ11aの外周に接することでこれを内部に保持する筒体11bと、この筒体11bを被覆するように回動自在に取り付けられる有底の筒体11cと、筒体11bの一端側を封鎖する戸とともに不活性ガスとしてのヘリウムガス(He)の流入口11dを形成する蓋体11eと、このヘリウムガス(He)の流量調整弁11fとを有している。
On the other hand, the
また、前記筒体11cの底面には試料保持体11の他端側には、その中心から外れた位置に前記ヘリウムガス(He)の排出口11gを形成しており、一端側にはこの筒体11cを回動させるためのフランジ11hを形成している。一方、予備還元るつぼ11aの他端側には、前記排出口11gを塞ぐ位置において内部に突出して測定対象試料Sを内部に保持させるための段部11hを形成し、この段部11hには幾らかのヘリウムガス(He)を排出させるための排出口11jを形成している。
Further, on the bottom surface of the
そして、前記筒体11cの底面が、この筒体11cの回動に伴って試料保持体11の他端側を開閉する蓋体11kとなるように構成している。
The bottom surface of the
したがって、前記試料保持体11の他端側をガイド筒10a内に挿入した状態でヘリウムガス(He)を流しながらヒータ10bに対する通電を行うことで、試料保持体11内をヘリウムガス(He)によってパージしながら測定対象試料Sを加熱することができ、大気から隔離した状態を保ったままで測定対象試料Sの酸化膜を還元することができる。
Therefore, by energizing the
一方、図5(B)に示すように、分析装置本体1’は大気から隔離した状態を保ちながら前記試料保持体11内の測定対象試料Sを投入可能とするホッパー12を形成している。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the analyzer main body 1 'forms a
前記ホッパー12の構成は、例えば前記分析炉3に連通すると共に内部に不活性ガスの一例としてのヘリウムガス(He)を流すことで大気から隔離した状態を保つことができる開口部12aと、この開口部12aの開放端部を開閉する蓋体12bと、この蓋体12bの閉状態を保持するためのフック12cと、蓋体12bを閉じた状態で開口部12aを外部から気密に保つためのシール12d(Oリング)とを有している。
The configuration of the
したがって、前記金属浴剤Fの投入時も、測定対象試料Sの投入時もこの同じ開口部12aを介して行なえると共に、開口部12a内をヘリウムガス(He)によってパージして大気から隔離した状態に保つことが可能である。また、蓋体12bを閉じることにより、ヘリウムガス(He)の消費量を抑えることも可能であるから、ランニングコストを抑えることができる。
Accordingly, both the metal bath agent F and the sample S to be measured can be supplied through the
なお、金属浴剤Fと測定対象試料Sの何れもが同じ開口部12aを介して投入できる構成としているので、試料ホルダ5bに金属浴剤Fを保持させるときには試料ホルダ5aを図示しているように摺動させて、連通路5を開放することが望ましい。同様に、試料ホルダ5aに保持させた測定対象試料Sを黒鉛るつぼ2内に投入するときは、試料ホルダ5bを後述の図7(C)に示すように摺動させて、連通路5を開放することが望ましい。さらには、試料ホルダ5aと試料ホルダ5bを一つにまとめた試料ホルダを形成する変形も考えられる。
Since none of the metallic bath agent F and the measurement object sample S is configured to be turned through the
図6は図5(B)に示したホッパー12の変形例を示すものであり、12eは開口部12aに対して水平方向に摺動する蓋体である。このように構成することにより、開口部12aの容積を小さくすることができる。つまり、蓋体の構成は開口部12aを上から押さえるように回動してこれを閉じるものであっても、左右に摺動することで開閉するものであってもよいが、蓋体12eを左右方向に摺動させることにより、開口部12aの容積を小さくして蓋体12eの開閉動作に伴って消費する不活性ガス(He)の消費量をさらに少なくすることができる。
FIG. 6 shows a modification of the
次に、前記ホッパー12を用いて、前記予備還元炉10内で予備還元を行った後の測定対象試料Sを、開口部12aを介して投入する時の動作を説明する。なお、以下の図7においては、主に上下方向の回動によって開閉する蓋体12bを形成したホッパー12の例を示すが、摺動によって開閉する蓋体12eを形成したホッパー12においてもほゞ同様の方法で、測定対象試料Sを投入することができる。
Next, the operation when the sample S to be measured after performing the preliminary reduction in the
まず、図7(A)に示すように、蓋体12bを開いて前記試料保持体11を挿入可能とする。このとき、開口部12aおよび排出口11gの両方からヘリウムガス(He)が流出し続けており、測定対象試料Sは試料保持体11内で大気から隔離された状態を保っている。そして、試料保持体11を少し傾けることにより、測定対象試料Sを前記段部11iから外れた位置に移動させる。なお、試料保持体11を挿入しやすくするためにはその外径を開口部12aの内径に比べて幾らか小さく成形することが望ましい。
First, as shown in FIG. 7A, the
次に、図7(B)に示すように、開口部12a内に試料保持体11を挿入する。このとき試料保持体11とホッパー12の両方に供給されるヘリウムガス(He)が開口部12aの内周と試料保持体11の外周との間に形成される隙間を通って外部に排出されるので、その流れが速くなっており、これに逆流して大気が入り込むことはない。すなわち、開口部12a内の空間A’は確実に大気から隔離された状態となる。なお、前記試料保持体11の外径を開口部12aの内径に比べてあまりに小さくしすぎると、前記隙間が広くなるので大気が入り込むことがないように十分な流量のヘリウムガス(He)を排出させる必要がある。
Next, as shown in FIG. 7B, the
そして、図7(C)に示すように試料保持体11の一端側からのフランジ11hの回動操作を行なうことにより、排出口11gの位置を測定対象試料Sの位置に合わせることで、前記蓋体11kを開き、測定対象試料Sを大気から隔離した状態で試料ホルダ5aに移すことができる。すなわち、試料保持体11を用いて測定対象試料Sを移送する時にも不活性ガス(He)の流れによって大気から完全に隔離した状態を保つことが可能となる。
Then, as shown in FIG. 7C, by rotating the
このように構成することにより、図1〜4に示した場合と同様の効果が得られるとともに、予備還元炉10を敢えて別体として形成することにより、含有酸素分析装置1の本体1’側の構成を簡素にすることができる。また、既存の含有酸素分析装置1に対してホッパー12を取付けるだけで実施可能となる。なお、測定手順については、第1の参考例と同様である。
With such a configuration, the same effects can be obtained in the case shown in FIGS. 1-4, by forming a
図8,9は第3の参考例を示す図であって、図8(A)〜図8(C)は含有酸素分析装置1の構成および動作を示す図であり、図9はこの分析炉3内の温度と発生するガス量(分析計7の信号量)の関係を示す図である。図8,9においても図1〜7と同じ符号を付した部分については同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。
8 and 9 are views showing a third reference example, FIG. 8 (A) ~ FIG 8 (C) is a diagram showing the structure and operation including
なお、本例における測定対象試料Sを保持して黒鉛るつぼ2内に投入する試料ホルダ5aの位置と、金属浴剤Fを保持して黒鉛るつぼ2内に投入する試料ホルダ5bの位置は、図2,4に示したものと逆になるように配置している。
In this example, the position of the
本例の含有酸素分析装置1は黒鉛るつぼ2の側面に磁石13を配置しており、この磁石13は含有酸素分析装置1の制御部(図外)からの制御によって図8(A)〜8(C)にそれぞれ示す少なくとも3つの位置に移動可能としている。また、本例の含有酸素分析装置1による測定対象試料Sは鉄鋼などの磁性体(望ましくは強磁性体)であり、金属浴剤Fは非磁性体(強磁性体でない物質)である。すなわち、前記磁石13は黒鉛るつぼ2内の測定対象試料Sを大気から隔離した状態で一時的に取り出し、保持する試料取出し手段の一例である。
In the
図9に示すように、本例の含有酸素分析装置1においては、まず、時点T31〜T32間において、黒鉛るつぼ2を約3000℃に加熱し、その脱ガスを行った後に、分析炉3内の温度が鉄の沸点1540℃以下に下がるまで待つ。そして、時点T33において、鉄 鋼Sを黒鉛るつぼ2内に投入し、分析炉3内の温度を900℃〜1400℃に温調することにより、この鉄鋼Sの表面の酸化膜を還元する。
As shown in FIG. 9, in the
次いで、鉄鋼Sの酸化膜の還元が終了すると、時点T34において分析炉3の加熱を止めて、鉄鋼Sの温度がキュリー温度(780℃)以下に冷却するのを待つ。そして、時点T35において、図8(A)に示す位置に磁石13を配置することにより、鉄鋼Sを磁力によって引きつけ、図8(B)に示すように、磁石13を上方に移動させることにより、鉄鋼Sを分析炉3の外部から炭素炉2の熱の及ばないところへ移動させる。すなわち、本例の磁石13は磁力による吸引力を用いて黒鉛るつぼ2内から鉄鋼Sを取り出し可能とする磁力誘導部を構成する。
Then, when reduction of the oxidized film of the steel S is completed, stop the heating of the
鉄鋼Sを移動させた後に、時点T36において、分析炉3内の温度を分析温度(2400℃)に加熱し、時点T37において、図8(B)に示すように試料ホルダ5aを摺動させて連通路5を開放し、試料ホルダ5bを回動して粉体または顆粒の金属浴剤Fを黒鉛るつぼ2内に投入する。これによって浴剤Fは金属浴F’を形成すると共に、その中の酸素が放出され、黒鉛るつぼ2から発生するガスの量が安定した段階で、これをベースラインBとして記憶する。
After moving the steel S, at time T 36, heating temperature in the
そして、時点T38において、図8(C)に示すように磁石13を分析炉3から引き離すことにより、鉄鋼Sを磁力の影響下から開放して、これを黒鉛るつぼ2内に投入することができ、鉄鋼Sの内部における含有酸素を信号S14から正確に測定することができる。
At time T 38 , as shown in FIG. 8 (C), the
本例のように構成することにより、一つの黒鉛るつぼ2内で測定対象試料Sの表面に形成された酸化膜を完全に除去できると共に、この同じ黒鉛るつぼ2内で金属浴剤Fを加熱溶解させてその脱ガスを行い、ベースラインBが安定した状態で再び測定対象試料Sを加熱し、これを溶解させて内部に含まれる酸素量を精度良く分析することが可能となる。つまり、含有酸素分析装置1の構成は極めて簡潔であるが、金属浴剤Fを用いた精度の高い分析を行なうことが可能となり、その製造コストを削減することができる。
By configuring as in this example, the oxide film formed on the surface of the sample S to be measured in one
そして、酸化膜を還元した後の測定対象試料Sは含有酸素分析装置1から取り出すことなく分析を行うことができるので、大気から遮断された状態を確実に保つことができ、酸化膜の再形成を確実に防止できる。また、図14に示した従来例のように測定対象試料Sの酸化膜を除去する行程を何度も繰り返す必要がないので、それだけ迅速に分析を行うことができる。
And since the measuring object sample S after reducing the oxide film can be analyzed without being taken out from the contained
なお、上述の例では磁石13として永久磁石を用いた例を示しているが、これに代えて電磁石を用いることも可能であり、この場合には測定対象試料Sに作用させる磁力の強さを電気的に調節可能であるから、磁石の移動を少なくすることができる。また、図2に示した例のように、棒体8cを用いてより弱い磁力を効果的に作用させることも可能である。
In the above example, an example in which a permanent magnet is used as the
加えて、測定対象試料Sが磁性体でない場合には、試料取り出し手段として、吸引や棒体などを用いたすくい上げを行なうものを形成してもよい。 In addition, when the sample S to be measured is not a magnetic body, a sample taking-out means that performs scooping using suction or a rod may be formed.
図10,11は本発明の一実施例を示す図であって、図8,9に示した第3の参考例の含有酸素分析装置を変形したものである。また、図10(A)〜図10(E)は本例の含有酸素分析装置1の構成および動作を示す図であり、図11(A)〜(C)はこの分析炉3内の温度と発生するガス量(分析計7の信号量)の関係を示す図である。図11(A)は黒鉛るつぼ2の温度変化を示しており、図11(B),11(C)は加熱によって還元する酸素の量を示している。
10 and 11 are views showing an embodiment of the present invention is a modification of the contained oxygen analyzing apparatus of the third reference example shown in FIGS. 8 and 9. 10 (A) to 10 (E) are diagrams showing the configuration and operation of the
なお、図10,11においても図1〜9と同じ符号を付した部分については同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。また、本例における測定対象試料Sも磁性体であって例えば鉄鋼である。一方、金属浴剤Fは非磁性体であり例えばスズである。 10 and 11, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 9 are the same or equivalent, and thus detailed description thereof is omitted. In addition, the measurement target sample S in this example is also a magnetic body, for example, steel. On the other hand, the metal bath agent F is a non-magnetic material, for example, tin.
図10に示す、14は測定対象試料Sを大気から隔離した状態で一時的に取出して保持する試料取出し手段の一例としての棒体、15はこの棒体14の先端部14aに取り付けられた永久磁石(強磁性体)によって形成される磁力作用部、16は連通路5を封鎖可能に形成された蓋体、17は棒体14を上下方向に摺動させるアクチュエータである。また、前記棒体14は蓋体16に対して進退(上下動)自在かつ外気に対して気密となるように貫通する。
In FIG. 10,
なお、本例の含有酸素分析装置1においても図示を省略するが、分析炉3と分析計7との間に前記流路切換弁7a(図2参照)を形成している。すなわち、この流路切換え弁の切換えによって、測定対象試料の予備還元および黒鉛るつぼ2の脱ガスにおいて、生じる酸化ガスが分析計7に流れないように制御可能としている。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted also in the
次に、本例の含有酸素分析装置1の動作を説明すると、まず、図11(A)に示すように、まず、時点T41〜T42間において、図10(A)に示す状態で、黒鉛るつぼ2を約2900℃に加熱する。このとき、図11(B)に、符号S12に示すように、黒鉛るつぼ2が脱ガスされる。しかしながら、このとき還元によって発生する一酸化炭素(CO)などのガス流路は前記流路切換弁7aなどによって分析計7に流れないように切り換えられている。その後、温度を例えば約1000℃に温度調整する。
Next, describing the operation of the contained
次いで、時点T43において、図10(B)に示すように、試料ホルダ5aを摺動させて鉄鋼Sを黒鉛るつぼ2内に投入すると、符号S11に示すように、鉄鋼Sの表面における酸化膜が還元されて一酸化炭素(CO)などのガスが排出される。そして、十分の時間が経過した時点T44において黒鉛るつぼ2の加熱を停止し、黒鉛るつぼ2内の温度が室 温25℃程度に冷却される。
Next, at time T 43 , as shown in FIG. 10B, when the
なお、黒鉛るつぼ2の冷却は図2に示す上部電極3aの内部空間3f内に冷却水を流すことにより、速やかに行うことができる。次いで、時点T45において分析炉3と分析計7とが連通するようにガス流路を切り換える。
The
さらに、時点T46において、試料ホルダ5bを摺動させて金属浴剤Fを黒鉛るつぼ2内に投入し、前記アクチュエータ17を用いて棒体14を黒鉛るつぼ2内に垂下させる。このとき、鉄鋼Sの温度がキュリー温度(780℃)以下に冷却しており、黒鉛るつぼ2内には金属浴剤Fと鉄鋼Sの両方が入っているが、棒体14の先端部14aに取り付けられた永久磁石15の磁力によって吸着するのは磁性体の鉄鋼Sだけである。
Further, at time T 46 , the
したがって、図10(D)に示すように、アクチュエータ17が棒体14を引き上げるときには、その先端部14aに鉄鋼Sのみを吸着させて、この鉄鋼Sだけを黒鉛るつぼ2内から取り出すことができる。また、永久磁石15の磁力は黒鉛るつぼ2内の鉄鋼Sを選択的に吸着して持ち上げるに足る程度で十分であり、不用意に強力な磁気を帯びさせる必要はなく、周囲に対する影響をほとんど皆無とすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 10 (D), when the
加えて、本例では磁力作用部15として強磁性体の永久磁石を用いることで、その構成を簡単にしているが、棒体14の先端部14aに形成される磁力作用部15は永久磁石に限られるものではなく、磁性体の棒体14の基端部などに取り付けられた電磁石によって形成されてもよい。この場合、鉄鋼Sに作用させる吸着力の大きさは電磁石に供給する電力の大きさによって調節可能となる。
In addition, in this example, the configuration is simplified by using a ferromagnetic permanent magnet as the magnetic
黒鉛るつぼ2内から鉄鋼Sを引き上げると、次の時点T47において、黒鉛るつぼ2を再び加熱し、2200℃〜2400℃になるように温度調節する。このとき、金属浴剤Fが溶解して、これに含まれていた酸素が還元して曲線S13に示すような酸化ガスが検出器7によって検出される。そして、金属浴剤Fが溶解して金属浴F’となり、この中に含まれる酸素が還元されると、酸化ガスの濃度が安定する。
When the steel S is pulled up from the
前記検出器7によって検出される酸化ガスの濃度が安定すると、次に、時点T48〜時点T49の間に前記基準値Bの設定を行なう。そして、時点T50において、図10(E)に示すように鉄鋼Sを再び黒鉛るつぼ2内に投入する。このとき、前記アクチュエータ17は棒体14をさらに引き上げることで、蓋体16に形成された棒体14のための貫通穴16a(図10参照)内に棒体14をさらに引き込んで、永久磁石15から鉄鋼Sに作用する力が重力よりも小さくなるようにして、鉄鋼Sを黒鉛るつぼ2内に投入する。
If the concentration of the oxidizing gas to be detected by the
しかしながら、磁力作用部15を電磁石によって形成する場合は、電磁石に供給する電力を止めることにより、鉄鋼Sを黒鉛るつぼ2内に投入することが可能である。
However, when the magnetic
本例のように構成することで、棒体14の先端部14aに形成された磁力作用部15から生じさせる磁力を無闇に強くする必要がなく、かつ、確実に鉄鋼Sを吸着できるので、試料取出し手段の構成を可及的に簡素化できる。つまり、それだけ製造コストを削減でき、省エネルギーであり、周囲の機器の動作に全く影響を与えるおそれがない。加えて、磁力による吸着によって黒鉛るつぼ内から鉄鋼を取り出す動作は棒体の上下摺動だけで十分であるから、容易に自動化が達成できる。
By configuring as in this example, it is not necessary to intensify the magnetic force generated from the magnetic
図12は第4の参考例を示す図である。図12に示す含有酸素分析装置1は図8,10に示す試料取出し手段13,14の更なる変形例であり、図1〜図11と同じ符号を付したものは同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。
FIG. 12 is a diagram showing a fourth reference example . The
図12において、18は先端部に測定対象試料Sを把持する鉗子18aを有すると共に基端部にはこの鉗子18aの二次元方向X,Yの傾動および鉗子18aの把持操作(矢印C方向)を行なう操作部18bを有する把持手段、19は把持手段18に沿うように配置されてその先端部近傍の状態を画像Vによって確認するためのファイバースコープ、20はこのファイバーコープ19の画素ファイバー19aによって伝送された画像Vを表示する表示部、21はファイバースコープ19の投光ファイバー19bを用いて黒鉛るつぼ2内に光を照射する光源である。すなわち、本例における試料取出し手段22は、把持手段18、ファイバースコープ19、表示部20および、光源21からなる。
In FIG. 12,
含有酸素分析装置1はほゞ図10,11に示した実施例と同様に分析を行う。そして、図11の時点T46における測定対象試料Sの取出しにおいて、把持手段を 矢印Dに示すように黒鉛るつぼ2内に垂下させる。このとき、作業者は表示部20に表示された画像Vを用いて把持手段18の先端部近傍における状況をリアルタイムに確認することができると共に、この画像Vを見ながら操作部18bを操作できる。
Containing
つまり、操作者が表示部20を見ながら操作部18bを操作して、測定対象試料Sを鉗子18aによって掴み取ることができるので、測定対象試料Sの材料がどのようなものであっても、これを確実に掴んで、矢印Eに示すように、黒鉛るつぼ2の中から取り出すことができる。また、時点T50における測定対象試料Sの投入も操作部18bの操作によって容易に行うことができる。
That is, since the operator can operate the
なお、含有酸素分析装置1は上述した把持手段18、ファイバースコープ19、表示部20および、光源21の詳細な構成を限定するものではない。また、本例では操作者が手動操作する例を示しているが、操作部8bなどを電気的に制御可能とすることで前記矢印C〜E,X,Yに示す各操作を含有酸素分析装置1の本体側からの電気的な制御によって可能としてもよい。
Incidentally, the containing
上述した各例では、測定対象試料Sを加熱溶解させるために金属浴剤Fを用いた例を示しており、これによって測定対象試料Sの酸素濃度が高い場合においても、耐熱酸化物の分解を確実に行うことが可能となる。また、不活性ガスの例としてヘリウムガス(He)を用いる例を示しているが、このヘリウムガス(He)に代えてアルゴンガス(Ar)その他の不活性ガスを用いることが可能であることは言うまでもない。 In each example described above, an example in which the metal bath agent F is used to heat and dissolve the measurement target sample S is shown, so that even when the oxygen concentration of the measurement target sample S is high, the heat-resistant oxide is decomposed. it is possible to reliably perform. Moreover, although the example which uses helium gas (He) is shown as an example of inert gas, it can replace with this helium gas (He) and can use argon gas (Ar) and other inert gas. Needless to say.
1 含有酸素分析装置
2 黒鉛るつぼ
3 分析炉
13 試料取出し手段(磁力誘導部)
14 試料取出し手段(棒体)
18 把持手段
19 ファイバースコープ
20 表示部
22 試料取出し手段(二次元ファイバースコープ)
B 基準値
F 金属浴剤
S 測定対象試料
1 containing
14 Sample removal means (rod)
18
B Reference value F Metal bath agent S Sample to be measured
Claims (5)
前記試料ホルダから投入された測定対象試料を黒鉛るつぼ内で融点以下の温度に加熱することで表面の酸化膜を予備還元し、
この予備還元された測定対象試料と、前記試料ホルダから投入された金属浴剤とを黒鉛るつぼ内にて共存させ、測定対象試料のみを大気から隔離した状態で試料取出し手段により一時的に取り出し、保持するとともに、黒鉛るつぼ内に残された金属浴剤を加熱溶解し、次いで試料取出し手段により保持されている測定対象試料を大気から隔離した状態で黒鉛るつぼ内に投入することでこれを加熱溶解し、測定対象試料の含有酸素量を分析する含有酸素分析装置であって、
試料取出し手段を、外気に対して気密となるよう上下方向に摺動する棒体で構成するとともに、その棒体は、測定対象試料を取り出し、保持するための下方先端部を有する一方、その棒体を上下方向に摺動させるアクチュエータを設けたことを特徴とする含有酸素分析装置。 A graphite crucible installed in a space cut off from the outside air is provided in the analysis furnace, and a sample holder for introducing a metal bath agent into the graphite crucible and a sample holder for introducing a sample to be measured are respectively provided. Installed above the analysis furnace,
Preliminarily reduce the oxide film on the surface by heating the sample to be measured put in from the sample holder to a temperature below the melting point in the graphite crucible,
Temporarily by the sample extraction means in a condition in which the the pre-reduced measured sample, wherein the sample holder or we throw input metal baths coexist in a graphite crucible, the only constant target sample measured was isolated from the atmosphere The metal bath remaining in the graphite crucible is heated and dissolved, and then the sample to be measured held by the sample take-out means is put into the graphite crucible while being isolated from the atmosphere. A dissolved oxygen analyzer for analyzing the oxygen content of the sample to be measured,
The sample take-out means is composed of a rod body that slides in the vertical direction so as to be airtight against the outside air, and the rod body has a lower tip for taking out and holding the sample to be measured, while the rod An oxygen analyzer comprising an actuator for sliding a body in a vertical direction.
前記試料ホルダから投入された測定対象試料を黒鉛るつぼ内で融点以下の温度に加熱することで表面の酸化膜を予備還元し、
この予備還元された測定対象試料と、前記試料ホルダから投入された金属浴剤とを黒鉛るつぼ内にて共存させ、測定対象試料のみを大気から隔離した状態で試料取出し手段により一時的に取り出し、保持するとともに、金属浴剤が残された黒鉛るつぼをその融点以上かつ沸点以下に加熱し、金属浴剤を溶解することでこれに含まれる酸素を還元し、
加熱された黒鉛るつぼから発生するガス量が安定した状態で、このガス量を基準値として求め、このときの黒鉛るつぼの温度を一定に保ちながら、試料取出し手段により保持されている測定対象試料を黒鉛るつぼ内に投入することでこれを加熱溶解し、これによって増加する発生ガス量から測定対象試料の含有酸素量を分析する
一連の分析動作を、大気から隔離した状態で行なうにあたり、
前記試料取出し手段として、外気に対して気密となるようアクチュエータによって上下方向に摺動するとともに、測定対象試料を取り出し、保持するための下方先端部を有する棒体を用いたことを特徴とする含有酸素分析方法。 A graphite crucible installed in a space cut off from the outside air is provided in the analysis furnace, and a sample holder for introducing a metal bath agent into the graphite crucible and a sample holder for introducing a sample to be measured are respectively provided. Installed above the analysis furnace,
Preliminarily reduce the oxide film on the surface by heating the sample to be measured put in from the sample holder to a temperature below the melting point in the graphite crucible,
Temporarily by the sample extraction means in a condition in which the the pre-reduced measured sample, wherein the sample holder or we throw input metal baths coexist in a graphite crucible, the only constant target sample measured was isolated from the atmosphere The graphite crucible in which the metal bath is left is heated above its melting point and below its boiling point, and the oxygen contained therein is reduced by dissolving the metal bath,
In a state where the amount of gas generated from the heated graphite crucible is stable, this amount of gas is obtained as a reference value, and while maintaining the temperature of the graphite crucible at this time, the sample to be measured held by the sample take-out means is obtained. When performing a series of analysis operations in which the oxygen content of the sample to be measured is analyzed from the amount of gas generated by heating by melting it in a graphite crucible while being isolated from the atmosphere,
Contained in that the sample taking-out means is a rod body that slides up and down by an actuator so as to be airtight against the outside air, and has a lower tip for taking out and holding the sample to be measured. Oxygen analysis method.
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