JP4750717B2 - 溶融金属の分析のための装置及び浸漬センサ及び方法 - Google Patents
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Description
高温溶融生成物、即ち、約300℃以上の温度の、例えば、溶融鋼、溶融アルミニューム、溶融ガラス、あるいは溶融溶岩の組成分析はかなり広い分野において実施されている。一般的に用いる方法では、サンプルを取り出し、このサンプルを先ず冷却し、次いで部分的あるいは完全に冷却した後に様々な分析手順が実施される。
異なる分析法が使用され得、各分析法は配合物の、定性的な識別あるいは定量的な投与をすべき配合物の成分に基づいて選択されるが、そうした選択は、被分析材料の物理形態(精鋼用コンバーター内の鋼浴、溶解炉内の耐火材浴、オーブン内の溶融ガラス、あるいは火山の溶岩)や、望ましい作業形式(材料への実際のアクセス、分析場所の環境、分析処理の結果を出すまでの時間)のような作業条件と、それに組み合わせる実際の機器(modalities)とにより決定される。
本明細書では、説明目的上、金属溶融塊の分析の分野に絞られるが、本発明の方法をその他の高温溶融材料に対しても適用し得るものである。
現行法には、製品を遠隔励起、例えば、レーザービームを使用して遠隔励起させることが含まれる。励起された製品には放射物が誘起され次いで放出され、この放射物が発光分光分析装置により分析される。被分析製品は多少とも放射物が除去された後、実用途上の、例えば加工条件的な可能性に従い製鋼所内に実際に配置される。製品から放出され分析される放射物は、異なる方法、例えばガラスファイバー、テレスコープ等を通して発光分析装置に案内される。
溶融金属の製造、例えば製鋼現場や、それに匹敵する、火山周辺での溶岩分析に際しての環境条件が、使用する監視装置に対して極めて攻撃的であり、先の関連で言えば光学装置が特に損傷を受けやすいことは明らかである。従って、そうした場所で上述の如きレーザーシステムを使用するのは技術的なトラブルの元であり、レーザーによる放射物放出に関与する設備的な励起を用いる分光分析法を工業的に広汎且つ集約的に適用させることに関する開発は非常に困難であり、事故もしばしばある。
WO03/081287A2において、溶融材料を分析するための浸漬センサを用いる分光分析法が記載され、この技法ではキャリヤ管が溶融アルミニュームに浸漬される。キャリヤ管の内部にはレンズ系が配置され、キャリヤ管の上端位置には、光学系を介してその一端を分光器に、他端をレーザーに各連結した光ファイバが配置される。溶融物から放出される放射物は光ファイバを通して分光器に案内され、分光器内で溶融アルミニュームの組成に関する分析結果を入手するべく分析される。
本発明の分析方法は、少なくとも一つの励起装置を備えた検出素子を用いて被分析材料を励起させ、検出素子内の分光器による分析を可能ならしめる放射物のビームの一部あるいは全部の発生を可能ならしめること、検出素子を被分析材料との接触状況に持ち来たすこと、分析信号を示す情報を記録し、記録した情報を、検出素子が被分析溶融材料と接触する時点と、前記被分析溶融材料中に溶解して破壊される時点との間に前記検出素子によって伝送させること、伝送される情報が、検出素子内の分光器の創出する分析信号を含むようにすること、伝送される前記情報を直接読み取るあるいはプロセス処理後に読み取ることにより、被分析材料の化学的成分の少なくとも一部が導出され得るようにすること、が含まれる。
本発明の更に他の好ましい方法実施例によれば、被分析材料が溶融金属であり、励起装置が化学的なものであり、好ましくは水である流体が使用され、流体の最小流量は好ましくは0.01mlとされる。
また、本発明によれば、特には溶融金属を分析するための浸漬センサが提供される。浸漬センサは、浸漬自在のキャリヤと、放射物検出器と、放射物を記録し且つ放射物を更に伝送するための放射物ガイドシステムとを含み、浸漬自在のキャリヤの上あるいは内部には信号インターフェースが位置付けられ、放射物検出器と、放射物ガイドシステムの少なくとも一部分とが、浸漬自在のキャリヤ上あるいは内部に位置付けられ、信号インターフェースが放射物検出器と連結される。この構成上、溶融金属からの光学的な放射が、浸漬自在のキャリヤ位置あるいはその内部で、多くの異なる方法において再伝送され得る電気信号に予め変換され得ることからそれ以降の信号伝達が著しく簡素化される。放射物検出器はもはや長期使用のための配列構成を有する必要がなく、検出後はその機能は失われることから、極めて簡単に製造することができ、コスト効率的でもある。
浸漬自在のキャリヤ上あるいはその内部にガス伝導装置を設け、このガスにより溶融した被分析材料の表面を吹掃させ、かくして、測定するべき表面に放射物が集中するように、あるいはこの表面上でスパークが発生するようにしても良い。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。チューブの、浸漬端部とは離間した側の端部にキャリヤランスを挿通し、浸漬手順の間、このキャリヤランスにチューブを保持させ得る。
本発明の放射分光測定法は非常に数多くの工業分野において使用可能であり、単に製鋼作業に限らず、亜鉛メッキにおける如く、金属分離のための浴として恐らくは作用するその他の冶金的な浴の成分分析による監視のためにも用い得る。
2 レーザーシステム
3 ビーム
4 放射物
5 分光計
6 信号プロセス処理システム
7 容器
8 分光計
9 信号
10 記録装置/アンテナ
11 検出素子
12 浸漬自在のキャリヤ
13 ワンウェイミラー
14 レンズ
15 信号ライン
16 カップリング
17 光ファイバ
18 信号ケーブル
19 ガスライン
20 光孔
Claims (37)
- 溶融温度が300℃以上の溶融材料を、少なくとも一つの放射分光計を含む所謂“検出素子”を用いる発光分光分析法により分析するための方法であって、
化学的励起を生じさせるための少なくとも一つの励起装置を備えた検出素子を用いて被分析材料を励起させ、検出素子内の分光計による分析を可能ならしめる放射物のビームの一部あるいは全部の発生を可能ならしめること、
検出素子を被分析材料との接触状況に持ち来たすこと、
分析信号を示す情報を記録し、記録した情報を、検出素子が被分析溶融材料と接触する時点と、前記被分析溶融材料中に溶解して破壊される時点との間に前記検出素子によって伝送させること、
伝送される情報が、検出素子内の分光計の創出する分析信号を含むようにすること、
伝送される前記情報を直接読み取るあるいはプロセス処理後に読み取ることにより、被分析材料の化学的成分の少なくとも一部が決定され得るようにすること、
を含む前記方法。 - 変調技法が使用される請求項1の方法。
- 被分析材料から放出されるスペクトルの分析が、該被分析材料を励起させることなく少なくとも一回実施され、こうして入手した基準放射線のスペクトルが、被分析材料の励起後に検出素子により得られたスペクトルから控除される請求項1あるいは2の何れかの方法。
- 検出素子によって伝送される信号を補正するために、被分析材料の温度測定が少なくとも一回実施される請求項1〜3の何れかの方法。
- 被分析材料を励起させる以前に、検出素子の伝送する信号を補正するために、該被分析材料の温度測定が少なくとも一回実施される請求項1〜4の何れかの方法。
- 測定上の選択適合性を評価するための、被分析位置の空間位置の測定が少なくとも一回以上実施される請求項1〜5の何れかの方法。
- 励起装置が1000ml未満の流体を有し、該流体が、高エネルギー化学反応を生じるように被分析材料と接触状態に持ち来され、それにより被分析材料を励起させると共に、検出素子内の分光計によって分析される放射物を発生する請求項1の方法。
- 化学反応が本来爆発性のものである請求項1の方法。
- 励起装置が、化学反応による励起発生のための流体用の容器を含み、該容器が、被分析材料と、使用される励起装置あるいは励起材料との間の接触時間の調節を可能とするようにした請求項1〜8の何れかの方法。
- 被分析材料と、使用される励起装置あるいは励起材料との間の接触時間を調節(modulation)するために使用する容器による前記調節が、分析位置にあって放出ビームの分析用に使用される分光計の一つ以上の構成部品の消耗及びそれに次いでの破壊を管理することによって実施される請求項9の方法。
- 化学的な励起を生じさせる少なくとも一つの励起装置が、最小流量が0.01mlであることを特徴とする流体を収納するようにした請求項1〜10の何れかの方法。
- 化学的な励起を生じさせる少なくとも一つの励起装置が水を使用する請求項1〜11の何れかの方法。
- 被分析材料が、好ましくは鋳鉄あるいは鋼である溶融金属である請求項1〜12の何れかの方法。
- 被分析材料がスラグ、ガラスあるいは溶岩である請求項1〜12の何れかの方法。
- 請求項1〜14の何れかに記載の方法の一つ以上に従う発光分光分析法を実施するための装置であって、
溶融温度が300℃以上の被分析金属材料の金属浴(1)を収容する容器(7)内に配置した検出素子(11)にして、前記金属浴(1)と接触すると化学的励起が誘起される少なくとも1つの励起装置(2)と、金属浴(1)からの放射物を記録及び分析する少なくとも1つの分光計(8)とを含む検出素子と、
記録装置/アンテナ(10)にして、前記検出素子(11)が被分析溶融材料と接触する時点と、前記検出素子(11)が前記被分析溶融材料中に溶解して破壊される時点との間に該検出素子から伝送される情報を記録及び分析し、前記情報が、検出素子内の分光計の創出する分析信号を含む記録装置/アンテナと、
前記放射物の化学成分を決定する解析を可能とする信号プロセス処理システムと、
を含み、
前記検出素子がジャケットを含み、該ジャケットが、前記検出素子を少なくとも部分的に包囲し且つ可溶性の材料を含む装置。 - 可溶性の材料がバーミキュライトを含む請求項15の装置。
- ジャケットが、溶融による検出素子の破壊が遅延されるように幾何学的に配置される請求項15あるいは16の装置。
- ジャケットが、該ジャケットの幾何学が、分析するべき溶融材料と分光計の検出素子との接触状態が促進されるように構成される請求項15〜17の何れかの装置。
- 被分析材料である溶融金属との接触状況に持ち来たされるところの検出素子が包囲体に収容される請求項15〜18の何れかの装置。
- 包囲体が、少なくとも一つのガスから成る雰囲気、好ましくは窒素あるいはアルゴンを収納する雰囲気を有する請求項19の装置。
- 包囲体が真空下に配置される請求項19の装置。
- 包囲体が少なくとも10-1mmHg+/−10%である真空圧力下に配置される請求項19の装置。
- 励起発生用の正規装置が少なくとも一つのバッテリーを含む請求項15〜22の何れかの装置。
- 溶融温度が300℃以上の溶融材料、金属、スラグ、あるいは溶岩あるいはガラスの各溶融材料を分析するための浸漬センサであって、浸漬自在のキャリヤと、放射物検出器と、放射物を記録し且つ放射物を更に伝送するための放射物ガイドシステムとを含み、浸漬自在のキャリヤの上あるいは内部には信号インターフェースが位置付けられ、放射物検出器と、放射物ガイドシステムの少なくとも一部分とが、浸漬自在のキャリヤ上あるいは内部に位置付けられ、信号インターフェースが放射物検出器と連結され、浸漬自在のキャリヤが、溶融金属中に消費され得る材料から作製され、前記放射物ガイドシステムが、化学的励起を生じさせるための励起装置を更に含む浸漬センサ。
- 溶融温度が300℃以上の溶融材料、金属、スラグ、あるいは溶岩あるいはガラスの各溶融材料を分析するための浸漬センサであって、浸漬自在のキャリヤと、放射物検出器と、放射物を記録し且つ放射物を更に伝送するための放射物ガイドシステムとを含み、浸漬自在のキャリヤの上あるいは内部には信号インターフェースが位置付けられ、放射物検出器と、放射物ガイドシステムの少なくとも一部分とが、浸漬自在のキャリヤ上あるいは内部に位置付けられ、信号インターフェースが放射物検出器と連結され、前記放射物ガイドシステムが、化学的励起を生じさせるための励起装置を更に含む浸漬自在のキャリヤが機械的カップリングと連結される浸漬センサ。
- 放射物検出器が、放射物を記録し、該記録を電気信号に変換するための装置を有する請求項24あるいは25の浸漬センサ。
- 放射物検出器が、可視光線、紫外線、赤外線、X線及びあるいはマイクロ波を記録し且つ電気的な信号に変換するために組み込まれる請求項24〜26の何れかの浸漬センサ。
- 浸漬自在のキャリヤがチューブとして構成される請求項24〜27の何れかの浸漬センサ。
- 浸漬自在のキャリヤが溶融金属中に消費され得る有機性材料から作製される請求項24〜28の何れかの浸漬センサ。
- 信号インターフェースが電気的あるいは光学的カップリングとして、あるいはトランスミッターとして構成される請求項24〜29の何れかの浸漬センサ。
- 浸漬自在のキャリヤが、好ましくはキャリヤランスを取り付けるための機械的カップリングと連結される請求項24〜30の何れかの浸漬センサ。
- 浸漬自在のキャリヤ上あるいはその内部に、信号を評価するための信号増幅器及びあるいは信号プロセッサが配置される請求項24〜31の何れかの浸漬センサ。
- 放射物ガイドシステムが光学的及びあるいは磁気的レンズ、光ファイバ、鏡、放電ギャップ、化学的励起を発生させるための励起装置、及びあるいはシャッターを有する請求項24〜32の何れかの浸漬センサ。
- 光学的分光計、X線分析装置及びあるいは質量分析装置が浸漬自在のキャリヤ上あるいはその内部に位置付けられる請求項24〜33の何れかの浸漬センサ。
- 浸漬自在のキャリヤ上あるいはその内部に放射物放出装置を配置した請求項24〜34の何れかの浸漬センサ。
- 浸漬自在のキャリヤ上あるいは内部にガス伝導装置を配置した請求項24〜34の何れかの浸漬センサ。
- ガス伝導装置がガスライン及びラインカップリングを含む請求項36の浸漬センサ。
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