JP4788089B2

JP4788089B2 - 溶融金属の成分測定装置

Info

Publication number: JP4788089B2
Application number: JP2001288725A
Authority: JP
Inventors: 和巨吉田; 智治石田; 淳千野; 郁宏鷲見; 良輝菊地; 涼川畑
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2002174631A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の成分を直接測定する溶融金属の成分測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉吹錬においては、上吹きまたは底吹き酸素によって主として脱炭を目的とした酸化精錬が行われている。近年、溶銑予備処理プロセスの発達により、転炉吹錬で発生するスラグ量を飛躍的に低減させることが可能となっている。これは、脱燐工程が、多くのスラグを必要とする転炉吹錬での脱燐工程から、転炉吹錬前の予備処理段階で実施されるようになったためであるが、このようなスラグが少ない転炉吹錬では、例えば吹錬中のＭｎ鉱石の溶融還元など、大量のスラグ下では困難であった新たな機能の付加が可能になっている。
【０００３】
Ｍｎについては、吹錬終了後に高価なＭｎ源を添加することで調整されていたが、このような炉内での溶融還元にてＭｎ濃度を上昇させることができれば大きな合理化につながることはいうまでもない。
【０００４】
しかしながら、炉内還元では吹錬中の高精度な反応挙動の把握は困難であり、反応の高効率化および終点での成分把握が大きな課題となる。すなわち、反応中の成分挙動を高精度に把握することが急務となる。
【０００５】
従来では、吹錬前の成分や吹錬条件から、吹錬中成分挙動推定モデルにより大まかな成分推定を行っている。しかしながら、高精度な成分推定は極めて困難であるため、最終的には吹錬後の分析などを経て、高価なＭｎ源による成分調整が不可欠となり、やはり高価なＭｎ源が相当量必要であり、高価なＭｎ源の大量使用によるコスト増をもたらすとともに分析などによる製鋼時間の延長も避けられない。
【０００６】
ここで、吹錬中の溶鋼成分を非接触で適宜知ることが可能となれば、吹錬終点の成分調整に向けたダイナミック制御が可能となり、成分制御の大幅な高精度化を図ることができる。そして、吹錬前後での迅速な成分測定は製鋼時間短縮などのような高効率化にもつながる。
【０００７】
溶鋼のような溶融金属中の成分を迅速に測定する方法としてレーザー等を利用した非接触の測定方法が種々提案されている。中でもレーザーを溶融金属表面に照射し、その成分を測定するものが主流である。
【０００８】
例えば、特開昭６０−４２６４４号公報には、ガスの吹き込みを利用した発光分析による溶湯成分測定法が開示されている。この公報に記載された測定法は、ガスの吹き込み時に生じるガス、溶湯界面を利用し測定を行おうとするものであるが、ガスのバブリングによる界面の攪乱が大きく、また、羽口近傍の鉄付着による羽口閉塞などの問題点も多々あり、安定した測定面を容易に得ることができない。また、レーザー測定法の特性などからレーザー発光・受光部を界面近傍に設置する必要が生じるため、継続的な使用には課題があり、レーザー装置、発光部・受光部の定常的な精錬用器への設置に対する装置の耐久性などの課題がある。このように、この技術は、いかにして安定した測定界面を容易に得られるかが重要な点となる。
【０００９】
安定した測定面を得ることができる装置としては、例えば、特開昭６１−１８１９４６号公報に開示されたサブランスの消耗型プローブを適用したものが知られている。この公報に開示された技術においては、プローブ内部に溶融金属を導入して測定面を得、この測定面にレーザー光を照射し、その反射光を検出することにより溶鋼中の成分を測定している。しかしながら、この技術では大気開放状態で溶融金属を導入しているため、プローブ内の湯面位置、湯面変動などの湯面条件は溶融金属バルクの湯面状態に左右される。すなわち、プローブを使用しているため溶融金属表面の攪乱の影響をある程度防止することができるものの、バルクに大きな乱れが存在したり湯面位置が大きく変わる場合には、安定かつ一定した湯面が得られず、測定には困難性を伴う。
【００１０】
このように、プローブ内に溶融金属をサンプリングしてその成分測定を行う技術においては、いかにして十分に安定した測定面を得ることを可能とするかが重要な点となるが、十分に安定した測定面を得る技術は未だ確立されていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、溶融金属バルク条件にかかわらず常に安定した測定面を得ることができ、その測定面を用いて非接触で、高精度かつ迅速に溶融金属の成分測定を行うことができる溶融金属の成分測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、溶融金属に浸漬され、その中に溶融金属を保持するプローブと、
前記プローブ内の溶融金属表面に向けて上方から雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給するとともにプローブ外に排出し、前記プローブ内の溶融金属表面に測定面を形成する測定面形成手段と、
成分測定用波長を含む光を前記プローブを通して前記測定面に照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする溶融金属の成分測定装置を提供する。
【００１３】
このように、溶融金属に浸漬されるプローブ内の溶融金属表面に高圧の気体を供給して、溶融金属の近傍部分でその気体を排出することによって、強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在しているような溶融金属においても安定な溶融金属表面を容易に得ることができ、その溶融金属表面を測定面として用いて光照射による非接触の測定手段を適用することにより、高精度かつ迅速な溶融金属の成分測定が実現可能となる。
【００１４】
この場合に、前記プローブは有底筒状をなし、かつその側面に設けられた溶融金属をサンプリングするサンプリング孔と、前記測定面形成手段を構成し前記サンプリング孔の上部に設けられた気体排出孔とを有し、前記プローブを前記気体排出孔の上縁以上の位置まで溶融金属内に浸漬させた状態として、前記サンプリング孔からサンプリングされ前記プローブに保持された溶融金属の表面に前記気体を連続的に供給して前記気体排出孔から排出することにより前記測定面が形成されるように構成することができる。このように、有底筒状のプローブを用いることにより、間欠的に溶融金属をサンプリングして間欠的に成分測定を実施することができる。また、前記サンプリング孔と前記気体排出孔とが一体的に形成されていてもよく、その場合にはその孔の下側から溶融金属をサンプリングし、上側から気体を排出するように構成することにより、上記機能を果たすことができる。さらに、溶融金属の温度を測定する温度測定手段をさらに有することが好ましく、また前記測定面を用いて前記測定手段により溶融金属の所定成分を測定する際に、前記測定面から放射される輻射光を測定する輻射光測定手段をさらに具備し、前記輻射光測定手段により測定された輻射光強度と前記温度測定手段によって測定された溶融金属の温度との関係から溶融金属の測定面の形成の良否を判定することが好ましい。
【００１５】
また、前記プローブは、溶融金属導入用に底部が開口された筒状をなすように構成することもできる。これにより、溶融金属をプローブ内に連続的に取り込んで連続的に成分測定を行うことができる。
【００１６】
この場合に、前記プローブの側面に設けられ前記測定面形成手段を構成する気体排出孔を有し、前記プローブを前記気体排出孔の上縁以上の位置まで溶融金属内に浸漬させた状態として、前記プローブ内に保持された溶融金属の表面に前記気体を供給して前記気体排出孔から排出することにより前記測定面が形成されるように構成することもできるし、また、前記プローブ内に保持された溶融金属の表面に前記気体を供給して前記底部の開口から排出することにより前記測定面が形成されるように構成することもできる。
【００１７】
また、第２発明は、底なし筒状をなし、溶融金属表面の上方に配置されるプローブと、
前記プローブを介して前記溶融金属表面に向けて上方から雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給し、溶融金属表面に測定面を形成する測定面形成手段と、
成分測定用波長を含む光を前記プローブを通して前記測定面に照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする溶融金属の成分測定装置を提供する。
【００１８】
このように、溶融金属表面の上方に配置されるプローブを介して溶融金属表面に高圧の気体を連続的に供給することによって、強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在しているような溶融金属においても安定な溶融金属表面を容易に得ることができ、その溶融金属表面を測定面として用いて光照射による非接触の測定手段を適用することにより、溶融金属の成分測定を高精度かつ迅速に、しかも連続的に行うことが可能となる。
【００１９】
さらに、第３発明は、溶融金属を保持する容器の側壁または底壁に、ノズル孔が容器内の溶融金属につながるように設けられたノズルと、
前記ノズルを介して前記溶融金属に向けて雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給し、溶融金属の気体供給部分に測定面を形成する測定面形成手段と、
成分測定用波長を含む光を前記プローブを通して前記測定面に照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする溶融金属の成分測定装置を提供する。
【００２０】
このように、溶融金属を保持する容器の側壁または底壁に、容器内の溶融金属に連続してノズルを設け、ノズルを介して前記溶融金属に向けて雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給することによって、強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在しているような溶融金属においてもそれに関わりなく安定な測定面を容易に得ることができ、その測定面を用いて光照射による非接触の測定手段を適用することにより、溶融金属の成分測定を高精度かつ迅速に、しかも連続的に行うことが可能となる。
【００２１】
上記いずれの発明においても、前記測定手段は、成分測定用波長を含む光を発光する発光部と、前記測定面で反射した光の光量を検出するとともにその検出結果に基づいて前記所定成分の濃度を求める計測部と、前記プローブ内またはその近傍に設けられ、発光部からの光を前記測定面に照射し測定面で反射した光を受光するための先端光学系と、前記発光部から前記先端光学系の間および前記先端光学系から前記測定部の間で光を導く光ファイバーとを有するものとすることができる。
【００２２】
前記光としてはレーザー光が好適であり、その場合に、前記発光部は、測定成分用のレーザー光源と、溶融金属の主成分用のレーザー光源と、光吸収のない基準光用のレーザー光源と、これら光源からのレーザー光を同一光路に導く光学系とを有するものとすることができる。また、第２発明および第３発明においても溶融金属の温度を測定する温度測定手段をさらに有することが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を示す模式図である。この溶融金属の成分測定装置は、溶融金属として例えば溶鋼の成分測定に用いられるものであり、溶融金属Ｌに浸漬されその中に溶融金属Ｌを保持する有底筒状のプローブ１０と、その中の溶融金属表面に測定面Ｓを形成する測定面形成手段２０と、レーザー光をプローブ１０を通して前記測定面Ｓに照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段３０とを有している。
【００２４】
プローブ１０の下部側面には、溶融金属（溶鋼）をサンプリングするサンプリング孔１１が設けられている。このサンプリング孔１１の上方に気体排出孔１２が設けられている。そして、プローブ１０の気体排出孔１２より下の部分は溶融金属がサンプリング保持されるサンプリング室１３となっている。サンプリング室１３内の溶融金属Ｌの測定面Ｓ上には蒸気層１７が形成されている。なお、この図では１個のサンプリング孔１１と２個の気体排出孔１２が設けられているが、これらの個数はこれに限るものではない。また、サンプリング孔と気体排出孔とを別個に設けているが、サンプリング孔と気体排出孔を一体とし、その上部を気体排出孔、下部をサンプリング孔として用いてもよい。なお、プローブ１０の上部は、サブランス１５に固定されたプローブホルダー１４に外嵌されて保持されている。プローブ１０の底部下側には温度センサー１６が設けられている。
【００２５】
また、プローブ１０内に雰囲気圧より高い圧力の気体を導入する気体導入機構２１を有しており、この気体導入機構２１から図示しない配管を介してプローブ１０内に適宜の気体を導入するとともに、この気体をプローブ１０内の溶融金属表面に供給し、気体排出孔１２から排出することにより、溶融金属表面に測定面Ｓが形成される。すなわち、気体導入機構２１および気体排出孔１２により測定面形成手段２０が構成される。なお、導入する気体としては、Ａｒ等の不活性ガスや、Ｎ_２等の溶融金属との反応性が低いものが好ましい。
【００２６】
測定手段３０は、測定のためのレーザー光を発光するための発光部３１と、測定面Ｓで反射した光の光量を検出するとともにその検出結果に基づいて所定成分の濃度を求める計測部３２と、プローブホルダー１４に取り付けられた状態でプローブ１０内に設けられ、発光部３１からのレーザー光を測定面Ｓに照射し測定面Ｓで反射した光を受光するための先端光学系３３と、発光部３１から先端光学系３３の間および先端光学系３３から計測部３２の間で光を導く第１および第２の光ファイバー３４，３５とを有している。
【００２７】
発光部３１は、測定成分用のレーザー光（吸光光）を発光する第１のレーザー光源４１ａ、溶融金属の主成分用のレーザー光（主成分吸光光）を発光する第２のレーザー光源４１ｂと、基準用のレーザー光（基準光）を発光する第３のレーザー光源４１ｃとを有している。これらレーザー光源からのレーザー光は、それぞれレーザービームサンプラー４２によりサンプリングされて光検出器４３および波長検出器４４に導かれ光強度および波長が検出されるようになっている。また、発光部３１は光学系４５を有しており、これらレーザー光はその中の光学フィルター（ハイパスフィルター）４６を通して同一光路に導かれ、かつレンズ４７を通して第１の光ファイバー３４に導かれる。なお、レーザー光が第１の光ファイバー３４に入る直前にチョッパー４８が配置され、輻射光を測定可能となっている。
【００２８】
先端光学系３３は、プローブホルダー１４に保持されており、第１の光ファイバー３４に導かれたレーザー光をサンプリング室１３内の溶融金属Ｌの測定面Ｓに照射するレンズ４９を有し、測定面Ｓからの反射光を第２の光ファイバー３５に導くようになっている。光ファイバー３５はレンズ４９を通過せずに反射光を受光可能なようにレンズ４９を突き抜けて設けられている。先端光学系３３を構成する光学系としては、測定光の測定面への投射および反射光の受光を可能とする他の光学系を配置したものであってもよい。このように先端光学系３３をプローブホルダー１４に保持させ、プローブ１０と分離可能とすることにより、プローブ１０を容易に消耗型とすることができる。したがって、従来のサブランスプローブと同様に扱うことができ、実用上有利である。
【００２９】
計測部３２は、第２の光ファイバー３５から出た光を平行光とするレンズ５０と、上記のように３つのレーザー光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃからのレーザー光が合成されたレーザー光を各レーザー波長を含む狭い波長域に分光する光学フィルター（ハイパスフィルター）５１と、分光された３つの波長域の光から検出に必要な波長域の成分を抽出するためのバンドパスフィルター５２と、吸光光、主成分吸光光、基準光の光強度をそれぞれ検出するための第１の光検出器５３ａ、第２の光検出器５３ｂ、および第３の光検出器５３ｃと、これらが検出した光強度に基づいて溶融金属の所定成分の濃度を算出するコンピュータ５４とを有している。コンピュータ５４には温度センサー１６からの温度情報、波長検出器４４からのレーザー波長情報、および光検出器４３で測定したレーザー出力パワー情報も入力され、コンピュータ５４は、これらの情報から、レーザーパワーの変動の補正、レーザー出力波長の変動の補正、輻射光の補正、蒸気層１７の厚み変動の補正、温度の補正を行うことができるようになっている。
【００３０】
プローブ１０としては、通常使用されている転炉の消耗型プローブのような紙を主体としたものが低コストであり、使用も容易である。また、転炉内溶鋼に適用する場合には、測温用の温度センサー１６のみならず炭素濃度測定用のカーボンデターミネータ（ＣＤ）や酸素測定装置等の従来転炉に用いているサブランスが具備している機能を組み合わせると、従来の転炉操業を妨げることなく所定の成分、例えば溶鋼中のＭｎの測定が可能となる。
【００３１】
また、プローブ１０にサンプリング保持された溶融金属は溶融状態で成分測定に供されるので、溶融金属を溶融状態に保つ必要があり、そのためにプローブ１０の溶融金属保持部分は耐火物等の高断熱性材料で構成されていることが好ましい。さらに、プローブ１０を紙等の消耗材料で形成して消耗型のプローブとすることによって、測定時にプローブ１０内部の発煙などのために測定に支障が生じる場合があるが、その際には、プローブ内部を鉄管としたり、耐火物を塗布するなどの措置で回避可能である。
【００３２】
実際の使用においては、溶融金属がプローブ１０内に急激に流入する場合、または溶鋼の場合には急激な脱炭反応が生じる場合がある。このような場合には、溶融金属（溶鋼）が飛散して測定系全体に大きな悪影響を及ぼすおそれがあるが、対策としては先端光学系３３と測定面Ｓとの間に石英等の溶融金属の成分測定に必要な光の少なくとも一部は透過させる遮蔽板を設けることが有効である。また、溶鋼の場合には、サンプリング室１３等にあらかじめＡｌ，Ｓｉ等の脱酸材を入れておくことも有効である。さらに、実機による測定実験により、導入するガス流速を部分的にまたは全体的に１０ｍ／ｓ以上に確保すると脱炭反応などの際の溶鋼の飛散による測定系への悪影響を著しく軽減することができた。
【００３３】
次に、以上のように構成される溶融金属の成分測定装置における成分測定動作について説明する。
まず、上述の測定面形成手段２０の気体導入機構２１からプローブ１０内に雰囲気圧よりも高圧の気体（例えばＡｒ、Ｎ_２）を導入し、サンプリング孔１１および気体排出孔１２から排出させる。
【００３４】
この状態でプローブ１０を気体排出孔１２の上縁以上の位置まで溶融金属（溶鋼）Ｌに浸漬する。すなわち、気体排出孔１２が完全に浸漬される深さまで浸漬する。このようにプローブ１０を浸漬させることにより溶融金属（溶鋼）Ｌはサンプリング孔１１から侵入し、プローブ１０内のサンプリング室１３に充填されるが、気体導入機構２１から溶融金属表面に向けて溶融金属の静圧に十分勝る圧力で気体を導入することによって、気体は気体排出孔１２より強制的に排出・バブリングされる。この作用により、溶融金属バルクの表面にいかなる攪乱が存在しても、また、いかなる深さでプローブ１０を浸漬させても、プローブ１０の気体排出孔１２の直下位置に安定した溶融金属表面が形成される。したがって、これを測定面Ｓとして使用することにより、レーザー光を照射する非接触型成分測定方法によって常に安定した成分測定、例えばＭｎの測定を行うことができる。
【００３５】
プローブ１０の浸漬深さは、気体排出孔１２の直上位置までで十分であるが、バルクの溶融金属表面に大きな攪乱が存在するような場合には、湯面変動が激しいため、十分余裕を持った深さまで浸漬させることが必要となる。転炉吹錬の場合には、気体排出孔１２の上部３００〜１０００ｍｍ程度の浸漬が適当である。
【００３６】
ただし、バルクの溶融金属表面の攪乱が大きく湯面変動が激しいため、例えば湯面変動で湯面が上昇したとき溶融金属がサンプリング室１３内へ導入されるが、湯面が下降したとき溶融金属がサンプリング室１３へ導入されない場合など、溶融金属のサンプリング室１３への導入が不十分となる場合があるときは、溶融金属表面から放射される輻射光を図示しない輻射光測定装置により測定し、その強度と、温度センサー１６で測定した温度とを比較して、予め求めておいた関係式から溶融金属の導入状況の良否を判定することができる。溶融金属のサンプリング室１３への導入が不完全な場合は、導入された溶融金属がサンプリング室１３で急激に冷却されるため、正常な湯面形成時の溶融金属の温度で放射される輻射光強度に対して小さい値となるので、予め正常な湯面形成時の溶融金属温度と輻射光強度との関係を求めておき、測定時に輻射光強度を測定して予め求めた関係式と比較して溶融金属の導入状況すなわち測定面の良否を判定することができる。
【００３７】
なお、本来、非測定時にはプローブ１０内部への気体導入は不要であるが、溶融金属飛散、粉塵などの外乱が存在する場合には、プローブ１０の内部への異物侵入を防止するために、常時気体をプローブ１０内に導入しつつ気体排出孔１２等から排出しておくことが望ましい。特に、転炉における通常吹錬時においては、粒鉄の飛散、ダスト、高温ガスなどの異物がプローブ１０内に侵入する可能性があるため、このようなことが有効である。この際、プローブ１０とプローブホルダー１４との間が完全に密閉されている必要はないが、密閉度が低い場合、プローブ１０の浸漬時の溶鋼の静圧により導入ガスがこれらの接続部から噴出し、プローブ１０の下部から適正なバブリングがなされないため、密閉度を高くすることが好ましい。
【００３８】
本実施形態においては、上述のようにして形成された安定した測定面Ｓにレーザー光を照射して、原子吸光法により成分測定を行う。すなわち、発光部３１の第１から第３のレーザー光源４１ａ，４１ｂ，４１ｃから、測定成分（例えば溶鋼中のＭｎ）に対応する吸光光、主成分（溶鋼の場合にはＦｅ）に対応する主成分吸光光、および基準光が第１の光ファイバー３４および先端光学系３３を介して同一光路でプローブ１０のサンプリング室１３内の測定面Ｓに照射される。その際に溶融金属Ｌ上の蒸気層１７を通過するため、蒸気層１７の測定成分の濃度に応じて吸光光および主成分吸光光の光強度が変化する。そして、蒸気層１７を通過した後のこれらレーザー光は、先端光学系３３および第２の光ファイバー３５を通って計測部３２に至る。計測部３２では光学フィルター５１によりレーザー光が元の３つの成分に分離され、第１から第３の光検出器５３ａ，５３ｂ，５３ｃによりこれらの強度が検出され、それに基づいてコンピュータ５４により測定成分、例えばＭｎの濃度が算出される。そして、予めコンピュータ５４により前述したような補正を行った測定元素の吸光度と溶融金属中の測定元素濃度の関係式（検量線）を求めておくことにより精度の高い測定が可能となる。なお、この際の補正に関して、レーザーパワーの補正は、この関係式（検量線）を求めたときのパワーと測定時のパワーとの比で補正することができる。また、レーザー出力波長が変化すると測定元素の光吸収の度合いが変化するので、予めレーザー出力波長の変化に対する測定元素の光吸収の度合いの関係式を求めておき、レーザー出力波長を測定することによって光吸収の度合いを補正することができる。輻射光の補正はチョッパー４８で遮断したときの輻射光強度を時系列で求め、反射光測定時の輻射光強度は、その前後の遮断時の輻射光より計算で求め、この輻射光強度を差し引いて真の反射光強度を求めることができる。蒸気層１７の厚みの補正は、測定元素と主成分元素の吸光度比をとることで補正した。さらに、温度の補正は、蒸気圧の温度変化についての文献を用い、溶鋼の場合には例えば１６００℃の蒸気圧での測定成分および主成分の吸光度の値に基準化して補正することができる。
【００３９】
本実施形態における溶融金属の成分測定装置は、図２に示すように、例えば転炉６０における送酸のためのメインランス７０の側方に設けられたサブランス８０に適用することができる。このサブランス８０の先端にプローブホルダー１４を介してプローブ１０を設け、転炉内の溶鋼Ｌにこのプローブ１０を浸漬し、プローブ１０内に溶鋼Ｌをサンプリングする。そして、上述したように気体導入機構２１から配管２２を介してサンプリングした溶融金属に気体を供給することにより、プローブ１０内に安定した測定面Ｓが形成される。そして、前述のようにレーザー光を利用した非接触の測定法により溶鋼中の所定成分が直接測定される。なお、符号６１は底吹き用の羽口、６２はガス配管である。
【００４０】
このようにして溶融金属（溶鋼）の成分測定を非接触の測定法で、直接かつリアルタイムに行うことができる。そして、このようなプローブによるサンプリングおよび成分測定は間欠的に繰り返し行うことができ、したがって所定の成分の経時変化を容易にリアルタイムで把握することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を示す模式図である。本実施形態の溶融金属の成分測定装置は、底部に溶融金属導入用の開口１８が形成された筒状をなすプローブ１０ａを用いた以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。したがって、第１の実施形態と同様の部材には同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００４２】
本実施形態では、プローブ１０ａを溶融金属Ｌに浸漬させた際に、底部の開口１８から溶融金属Ｌがプローブ１０ａ内に導入される。そして、気体導入機構２１から図示しない配管を介してこのプローブ１０ａ内に雰囲気圧より高い圧力の適宜の気体を導入するとともに、この気体をプローブ１０ａ内の溶融金属表面に供給し、気体排出孔１２から排出することにより、溶融金属表面に測定面Ｓが形成される。この場合に、溶融金属Ｌはプローブ１０ａを溶融金属Ｌに浸漬した際に底部の開口１８から導入されるため、溶融金属の成分を連続的に測定することができる。なお、気体排出孔１２を設けなくてもよく、その場合には、ガス導入機構２１からのガスは底部の開口１８から排出され、プローブ１０ａの底部に測定面が形成される。
【００４３】
本実施形態では、連続的に成分を測定することを考慮して、プローブ１０ａの連続使用を可能にするために、例えばＢＮ（窒化ホウ素）のような耐火物でプローブ１０ａを構成することが好ましい。
【００４４】
次に、本実施形態における溶融金属の成分測定動作について説明する。
本実施形態においても、まず、上述の測定面形成手段２０の気体導入機構２１からプローブ１０ａ内に雰囲気圧よりも高圧の気体（例えばＡｒ、Ｎ_２）を導入し、気体排出孔１２から排出させる。
【００４５】
この状態でプローブ１０ａを溶融金属（溶鋼）Ｌに浸漬する。浸漬は気体排出孔１２が完全に浸漬される深さまで行う。このようにプローブ１０ａを浸漬させることにより溶融金属（溶鋼）Ｌが底部の開口１８からプローブ１０ａ内へ侵入するが、気体導入機構２１から溶融金属表面に向けて溶融金属の静圧に十分勝る圧力で気体を導入することによって、気体は気体排出孔１２より強制的に排出・バブリングされる。この作用により、溶融金属バルクの表面にいかなる攪乱が存在しても、また、いかなる深さでプローブ１０ａを浸漬させても、プローブ１０ａの気体排出孔１２の直下位置に安定した溶融金属表面が形成される。したがって、これを測定面Ｓとして使用することにより、レーザー光を照射する非接触型成分測定方法によって常に安定した成分測定、例えばＭｎの測定を行うことができる。
【００４６】
このようにして溶融金属（溶鋼）の成分測定を非接触の測定法で、直接かつリアルタイムに行うことができる。そして、このようにプローブ１０ａを浸漬することにより底部の開口１８から連続的に溶融金属を導入することが可能であるから、成分測定を連続的に行うことができ、したがって所定の成分の経時変化を容易に、かつリアルタイムで把握することができるのみならず、溶融金属の成分の濃度を第１の実施形態の場合よりも正確に把握することができる。なお、本実施形態の成分測定装置も、上記図２の転炉吹錬の際の溶鋼の成分測定に適用することができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を示す模式図である。本実施形態の溶融金属の成分測定装置は、底部に開口１９が形成された筒状をなす非接触タイプのプローブ１０ｂを用いた以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。したがって、第１の実施形態と同様の部材には同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００４８】
本実施形態では、プローブ１０ｂを溶融金属Ｌに浸漬させずに、その上方に位置させ、気体導入機構２１から図示しない配管を介してこのプローブ１０ｂ内に雰囲気圧より高い圧力の適宜の気体を導入するとともに、この気体を溶融金属表面に供給する。これにより溶融金属表面に測定面Ｓが形成される。この場合に、溶融金属Ｌをサンプリングせずに、容器内の溶融金属表面に直接測定面Ｓが形成されるので溶融金属の成分を連続的に測定することができる。
【００４９】
本実施形態では、プローブ１０ｂを溶融金属に浸漬させないので、プローブ１０ｂの寿命が長く、連続的な成分の測定に適している。より一層プローブ１０ｂを連続使用に適したものとするために、例えばＢＮ（窒化ホウ素）のような耐火物でプローブ１０ｂを構成することが好ましい。
【００５０】
次に、本実施形態における溶融金属の成分測定動作について説明する。
本実施形態においては、プローブ１０ｂを溶融金属Ｌの上方位置に溶融金属Ｌに浸漬されないようにして配置する。そして上述の測定面形成手段２０の気体導入機構２１からプローブ１０ｂ内に雰囲気圧よりも高圧の気体（例えばＡｒ、Ｎ_２）を導入し、底部の開口１９を介して溶融金属表面に供給する。
【００５１】
気体導入機構２１から溶融金属表面に向けて溶融金属の静圧に十分勝る圧力で気体を供給することによって、溶融金属バルクの表面にいかなる攪乱が存在しても、気体の圧力により安定した溶融金属表面が形成される。したがって、これを測定面Ｓとして使用することにより、レーザー光を照射する非接触型成分測定方法によって常に安定した成分測定、例えばＭｎの測定を行うことができる。
【００５２】
このようにして溶融金属（溶鋼）の成分測定を非接触の測定法で、直接かつリアルタイムに行うことができる。そして、溶融金属をサンプリングするのではなく、溶融金属の上方から溶融金属にレーザー光を照射するのであるから、連続的にレーザー光を照射することにより、連続的な成分測定が可能であり、所定の成分の経時変化を容易に、かつリアルタイムで把握することができるのみならず、溶融金属の成分の濃度を第１の実施形態の場合よりも正確に把握することができる。なお、本実施形態の成分測定装置は、図５の転炉吹錬の際の溶鋼の成分測定に適用することができる。図５中、溶融金属に非接触のプローブ１０ｂを用いた以外は図２と同じである。
【００５３】
（第４の実施形態）
図６は本発明の第４の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を示す模式図である。本実施形態の溶融金属の成分測定装置は、プローブの代わりに溶融金属容器９１の側壁に容器内の溶融金属と連続したノズル孔を有するノズル９０を設けた点が異なっている以外は、第１〜第３の実施形態と同様である。したがって、第１〜第３の実施形態と同様の部材には同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００５４】
本実施形態では、ノズル９０内に先端光学系３３を設けるとともに、気体導入機構２１からノズル９０内に適宜の気体を供給して溶融金属Ｌ内に排出する。これにより溶融金属Ｌのノズル孔との界面部分に測定面Ｓが形成される。この場合に、溶融金属Ｌをサンプリングせずに、溶融金属容器９１内の溶融金属Ｌのノズル孔との界面部分に直接測定面Ｓが形成されるので溶融金属の成分を連続的に測定することができる。なお、ノズルは溶融金属容器９１の底部に設けることもできる。
【００５５】
ノズル９０を連続使用に適したものとするためには、例えばＢＮ（窒化ホウ素）のような耐火物でノズル９０を構成することが好ましい。
【００５６】
次に、本実施形態における溶融金属の成分測定動作について説明する。
本実施形態においては、ノズル９０を溶融金属容器９１の側壁に設けるとともにノズル孔と溶融金属Ｌとがつながるようにする。そして上述の測定面形成手段２０の気体導入機構２１からノズル９０内に雰囲気圧よりも高圧の気体（例えばＡｒ、Ｎ_２）を導入し、溶融金属Ｌに供給する。
【００５７】
気体導入機構２１から溶融金属Ｌに向けて溶融金属の静圧に十分勝る圧力で気体を供給することによって、溶融金属バルクにいかなる攪乱が存在しても、気体の圧力により安定した溶融金属界面が形成され、気体は溶融金属Ｌ中に排出される。したがって、この界面を測定面Ｓとして使用することにより、レーザー光を照射する非接触型成分測定方法によって常に安定した成分測定、例えばＭｎの測定を行うことができる。
【００５８】
このようにして溶融金属（溶鋼）の成分測定を非接触の測定法で、直接かつリアルタイムに行うことができる。そして、溶融金属をサンプリングするのではなく、溶融金属容器９１の側方にノズル９０を設け、そのノズル９０を介して溶融金属にレーザー光を照射するのであるから、連続的にレーザー光を照射することにより、連続的な成分測定が可能である。したがって、所定の成分の経時変化を容易に、かつリアルタイムで把握することができるのみならず、溶融金属の成分の濃度を第１の実施形態の場合よりも正確に把握することができる。
【００５９】
本実施形態における溶融金属の成分測定装置は、図７に示すように、例えば転炉６０における底吹き用の羽口６１のガス配管６２を構成するノズルに適用することができる。すなわちガス配管６２を構成するノズルに気体導入機構２１から気体を吹き込んで測定面を形成すれば、前述のようにレーザー光を利用した非接触の測定法により溶鋼中の所定成分が直接測定される。
【００６０】
上記第１から第４の実施形態においては、レーザー光を照射して、原子吸光法により成分測定を行う例を示した。すなわち、照射したレーザー光がプローブ１０のサンプリング室１３内の溶融金属Ｌに照射された際に溶融金属Ｌ上の蒸気層１７を通過するため、その際の光強度の変化から特定成分の測定を行うことができる。しかし、本発明は、光を照射して非接触で測定する方法であればこのような方法に限らず適用することができる。具体的には光源はレーザーに限らない。また、測定対象は溶融金属であればその種類は問わないし、測定する成分もＭｎに限らずどのようなものであってもよいし、複数の成分を同時に測定することもできる。さらに、上記実施形態では複数の光源からの光を同一光路に導き、溶融金属で反射した光も同一光路に導いたが、複数光路であってもよい。その場合には、複数の光ファイバーを束にして用いることができる。
【００６１】
【実施例】
（実施例１）
ここでは第１の実施形態の実施例について説明する。
容量２５０トンの上底吹き複合吹錬用転炉内に約２５０トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行い成分測定試験を行った。溶銑としては転炉前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理および脱りん処理が施された予備処理溶銑を用いた。炉内にはフラックスを添加して少量のスラグを生成させ、ガス配管および羽口からは溶湯攪拌を目的としてアルゴンまたは窒素を毎分１０Ｎｍ^３程度吹き込んだ。また、上方から転炉内に装入されたランス（５孔）からの上吹き送酸速度は吹錬初期から中期にわたって毎時６００００Ｎｍ^３、吹錬末期に毎時４００００Ｎｍ^３となるように制御した。吹錬中はＭｎ鉱石を適宜装入し、鉱石還元によるＭｎ濃度上昇を図った。
【００６２】
測定用のプローブとしては、転炉精錬にて従来使用されている消耗型サブランスプローブを改造して製作し、ほぼ図１の構造を有するものを用いた。サンプリング孔（１孔）および気体排出孔（２孔）をいずれも孔径１５ｍｍとし、プローブの内部中空部径を３０ｍｍとした。プローブ内に導入する気体としてＮ_２を用い、流量をプローブの浸漬前後で４００〜８００ＮＬ／ｍｉｎの範囲に制御した。
【００６３】
成分測定には非接触型のレーザー測定装置を用い、レーザー光は、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）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た。発振波長については、Ｍｎの原子吸収波長４０３ｎｍ付近、溶鋼の主成分であるＦｅは３８６ｎｍ付近、基準光は４３０ｎｍ付近の波長を用い、出力させたレーザー光のエネルギーは１０ｍＷであった。
【００６４】
光学系として、長さ約５０ｍの２本の光ファイバー（レーザー入光用とレーザー受光用）を用いた。レーザー入光用ファイバーの一端は、レーザー光源からのレーザー光を集光させる位置に配置し、入光用ファイバーの他端は、プローブホルダーに入れた。プローブ内では入光用ファイバから射出した光が蒸気層を通過して受光用ファイバーに導かれた。受光用光ファイバーの他端から出た光をレンズにより平行光として４５度入射光について３８６ｎｍと４０３ｎｍは反射し、４３０ｎｍは透過する光学フィルターによりレーザー光を分光して、さらに３８６ｎｍは反射し４０３ｎｍは透過する光学フィルターにより各々のレーザー光を分光した。さらに測定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を通して光電子増倍管（ホトマル）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。
【００６５】
温度測定はプローブの底部下側の位置でＰｔ−Ｒｈ系熱電対を用いて行った。また、チョッパーの周期は１００ｍ秒とし、遮断２５ｍ秒、照射７５ｍ秒の繰り返しとした。チョッパーで遮断したときの光強度は輻射光であり、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、反射光測定時の輻射光強度は、その前後の遮断時の輻射光より計算で求めた。計算で求めた輻射光強度を差し引いて真の反射光強度を求めた。これを基準光および吸光光についてそれぞれ求めた。
【００６６】
吸光度のデータは、吸光光と基準光の測定した反射光強度の比（Ｒ）について溶鋼面を通さずレーザー光を受光させたときの吸光光と基準光との強度比（Ｒ_Ｏ）を基準としてその比の逆数の対数（−ｌｏｇ（Ｒ／Ｒ_０））を吸光度とした。また、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。
【００６７】
溶鋼の温度の補正は、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、補正した。蒸気層厚みの補正は、ＭｎとＦｅの吸光度比を計算し、この吸光度比を蒸気層厚み補正後のＭｎ吸光度とした。
【００６８】
本装置を用いて、吹錬末期、吹錬後の２回の測定を実施した。従来のサブランスと同様の操業にて浸漬、測定、サブランス交換などが可能であった。成分測定は、浸漬時間５秒程度で終了し、測定値が司令室で確認されるまで、測定、解析、演算を含めて約３０秒程度であった。
【００６９】
図８に本実施例の方法によるＭｎの測定値と、化学分析による分析値とを比較した結果を示す。図８は、横軸にＭｎの化学分析値をとり、縦軸に本発明方法によるＭｎの測定値をとって、これらの間の関係を示すグラフである。図８から明らかなように、本発明方法によるＭｎの測定値は、化学分析値とほぼ同様の結果が得られることが確認された。
【００７０】
また、Ｍｎ測定時に同時に測定面からの輻射光を測定した際の溶鋼温度と輻射光強度との関係を図９に示す。予め求めた溶融金属温度と輻射光強度との関係式より、輻射光強度が９０％を測定面の形成異常の判定値としたところ、プローブの浸漬深さを浅くした場合には、輻射光の低い異常値が測定され、このときのＭｎ測定値も異常値となることが判明し、輻射光による測定面の形成の良否判定に有効であった。
【００７１】
また、本実施例での測定は短時間のため、レーザー出力波長は安定しており、変化しなかった。なお、実際の長時間の測定では、レーザー出力波形は変化する。そこで、レーザー出力波長が変化した場合は、波長位置による吸光度の変化補正を行うことによって、高精度の分析が可能である。
【００７２】
（実施例２）
ここでは第２の実施形態の実施例について説明する。
実施例１と同様、容量２５０トンの上底吹き複合吹錬用転炉内に約２５０トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行い成分測定試験を行った。溶銑としては転炉前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理および脱りん処理が施された予備処理溶銑を用いた。炉内にはフラックスを添加して少量のスラグを生成させ、ガス配管および羽口からは溶湯攪拌を目的としてアルゴンまたは窒素を毎分１０Ｎｍ^３程度吹き込んだ。また、上方から転炉内に装入されたランス（５孔）からの上吹き送酸速度は吹錬初期から中期にわたって毎時６００００Ｎｍ^３、吹錬末期に毎時４００００Ｎｍ^３となるように制御した。吹錬中はＭｎ鉱石を適宜装入し、鉱石還元によるＭｎ濃度上昇を図った。
【００７３】
測定用のプローブとしては、転炉精錬にて従来使用されている消耗型サブランスプローブを改造して製作し、ほぼ図３の構造を有するものを用いた。溶鋼流入のために底部を開放し、気体排出孔（２孔）を孔径１５ｍｍとし、プローブの内部中空部径を３０ｍｍとした。プローブ内に導入する気体としてＮ_２を用い、流量をプローブの浸漬前後で４００〜８００ＮＬ／ｍｉｎの範囲に制御した。数分間の連続測定を行うためには、耐久性が重要であり、そのためにプローブ材質としてはＢＮを使用した。
【００７４】
測定については、実施例１と同様のレーザー光を用い、実施例１と同様にして測定を行った。また、溶融金属の温度の補正、蒸気厚みの補正等も実施例１と同様とした。
【００７５】
本実施例の装置を用いて、吹錬開始から末期まで、１７分間連続（２秒単位）に測定した。図１０に本実施例でのＭｎ測定値およびサブランスにてサンプリングしたメタルの化学分析値を示す。図中、実線は本実施例の測定値であり○が化学分析値である。この図に示すように、本実施例の測定値は化学分析値とほぼ一致した。本実施例での測定は短時間のため、レーザー出力波長は安定しており、変化しなかった。
【００７６】
（実施例３）
ここでは第３の実施形態の実施例について説明する。
実施例１と同様、容量２５０トンの上底吹き複合吹錬用転炉内に約２５０トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行い成分測定試験を行った。溶銑としては転炉前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理および脱りん処理が施された予備処理溶銑を用いた。炉内にはフラックスを添加して少量のスラグを生成させ、ガス配管および羽口からは溶湯攪拌を目的としてアルゴンまたは窒素を毎分１０Ｎｍ^３程度吹き込んだ。また、上方から転炉内に装入されたランス（５孔）からの上吹き送酸速度は吹錬初期から中期にわたって毎時６００００Ｎｍ^３、吹錬末期に毎時４００００Ｎｍ^３となるように制御した。吹錬中はＭｎ鉱石を適宜装入し、鉱石還元によるＭｎ濃度上昇を図った。
【００７７】
測定用のプローブとしては、転炉精錬にて従来使用されている消耗型サブランスプローブを改造して製作し、ほぼ図４の構造を有するものを用いた。底部を開放し、プローブの内部中空部径を３０ｍｍとした。プローブ内に導入する気体としてＮ_２を用い、プローブ内のガス流量は４００〜８００ＮＬ／ｍｉｎの範囲に制御した。数分間の連続測定を行うためには、耐久性が重要であり、そのためにプローブ材質としてはＢＮを使用した。
【００７８】
測定については、プローブを溶融金属の上方に配置し、実施例１と同様のレーザー光を用い、実施例１と同様にして測定を行った。また、溶融金属の温度の補正、蒸気厚みの補正等も実施例１と同様とした。
【００７９】
本実施例の装置を用いて、吹錬開始から末期まで、１７分間連続（２秒単位）に測定した。その結果、上記図１０とほぼ一致した結果が得られ、サブランスにてサンプリングしたメタルの化学分析値とほぼ一致した。本実施例での測定は短時間のため、レーザー出力波長は安定しており、変化しなかった。
【００８０】
（実施例４）
ここでは第４の実施形態の実施例について説明する。
実施例１と同様、容量２５０トンの上底吹き複合吹錬用転炉内に約２５０トンの溶銑を装入し、主として脱炭吹錬を行い成分測定試験を行った。溶銑としては転炉前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理および脱りん処理が施された予備処理溶銑を用いた。炉内にはフラックスを添加して少量のスラグを生成させ、ガス配管および羽口からは溶湯攪拌を目的として窒素を毎分１０Ｎｍ^３程度吹き込んだ。このときガス配管を構成する１本のノズル内に、先端光学系を組み込み、図７と同様の装置構成とした。また、上方から転炉内に装入されたランス（５孔）からの上吹き送酸速度は吹錬初期から中期にわたって毎時６００００Ｎｍ^３、吹錬末期に毎時４００００Ｎｍ^３となるように制御した。吹錬中はＭｎ鉱石を適宜装入し、鉱石還元によるＭｎ濃度上昇を図った。
【００８１】
測定については、ノズル内に形成された測定面を用い、実施例１と同様のレーザー光を用い、実施例１と同様の手法で測定を行った。また、溶融金属の温度の補正、蒸気厚みの補正等も実施例１と同様とした。
【００８２】
本実施例の装置を用いて、吹錬開始から末期まで、１７分間連続（２秒単位）に測定した。その結果、上記図１０とほぼ一致した結果が得られ、サブランスにてサンプリングしたメタルの化学分析値とほぼ一致した。本実施例での測定は短時間のため、レーザー出力波長は安定しており、変化しなかった。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、第１発明によれば、溶融金属に浸漬されるプローブ内の溶融金属表面に高圧の気体を供給して、溶融金属の近傍部分でその気体を排出することによって、強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在しているような溶融金属においても安定な溶融金属表面を容易に得ることができ、その溶融金属表面を測定面として用いて光照射による非接触の測定手段を適用することにより、高精度かつ迅速な溶融金属の成分測定が実現可能となる。
【００８４】
第２発明によれば、溶融金属表面の上方に配置されるプローブを介して溶融金属表面に高圧の気体を連続的に供給することによって、強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在しているような溶融金属においても安定な溶融金属表面を容易に得ることができ、その溶融金属表面を測定面として用いて光照射による非接触の測定手段を適用することにより、溶融金属の成分測定を高精度かつ迅速に、しかも連続的に行うことが可能となる。
【００８５】
第３発明によれば、溶融金属を保持する容器の側壁または底壁に、容器内の溶融金属に連続してノズルを設け、ノズルを介して前記溶融金属に向けて雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給することによって、強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在しているような溶融金属においてもそれに関わりなく安定な測定面を容易に得ることができ、その測定面を用いて光照射による非接触の測定手段を適用することにより、溶融金属の成分測定を高精度かつ迅速に、しかも連続的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を模式的に示す図。
【図２】図１の装置を転炉のサブランスに適用した状態を示す模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を模式的に示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を模式的に示す図。
【図５】図４の装置を転炉のサブランスに適用した状態を示す模式図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る溶融金属の成分測定装置を模式的に示す図。
【図７】図６の装置を転炉の底吹き用ガス供給配管に適用した状態を示す模式図。
【図８】実施例１におけるＭｎ測定値と化学分析値とを比較して示すグラフ。
【図９】溶鋼温度と輻射光強度との関係を示すグラフ。
【図１０】実施例２によって連続的にＭｎを測定した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１０……プローブ
１１……サンプリング孔
１２……気体排出孔
１３……サンプリング室
１４……プローブホルダー
１５……サブランス
１６……温度センサー
１７……蒸気層
１８，１９……底部の開口
２０……測定面形成手段
２１……気体導入機構
３０……測定手段
３１……発光部
３２……計測部
３３……先端光学系
３４，３５……光ファイバー
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ……レーザー光源
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ……光検出器
５４……コンピュータ
Ｌ……溶融金属（溶鋼）
Ｓ……測定面

Claims

溶融金属に浸漬され、その中に溶融金属を保持するプローブと、
前記プローブ内の溶融金属表面に向けて上方から雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給するとともにプローブ外に排出し、前記プローブ内の溶融金属表面に測定面を形成する測定面形成手段と、
成分測定用波長を含む光を前記プローブを通して前記測定面に照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする溶融金属の成分測定装置。
前記プローブは有底筒状をなし、かつその側面に設けられた溶融金属をサンプリングするサンプリング孔と、前記測定面形成手段を構成し前記サンプリング孔の上部に設けられた気体排出孔とを有し、前記プローブを前記気体排出孔の上縁以上の位置まで溶融金属内に浸漬させた状態として、前記サンプリング孔からサンプリングされ前記プローブに保持された溶融金属の表面に前記気体を連続的に供給して前記気体排出孔から排出することにより前記測定面が形成されることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の成分測定装置。
前記サンプリング孔と前記気体排出孔とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶融金属の成分測定装置。
前記プローブは、溶融金属導入用に底部が開口された筒状をなすことを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の成分測定装置。
前記プローブの側面に設けられ前記測定面形成手段を構成する気体排出孔を有し、前記プローブを前記気体排出孔の上縁以上の位置まで溶融金属内に浸漬させた状態として、前記プローブ内に保持された溶融金属の表面に前記気体を供給して前記気体排出孔から排出することにより前記測定面が形成されることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属の成分測定装置。
前記プローブ内に前記気体を供給して前記底部の開口から排出することにより前記測定面が形成されることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属の成分測定装置。
底なし筒状をなし、溶融金属表面の上方に配置されるプローブと、
前記プローブを介して前記溶融金属表面に向けて上方から雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給し、溶融金属表面に測定面を形成する測定面形成手段と、
成分測定用波長を含む光を前記プローブを通して前記測定面に照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする溶融金属の成分測定装置。
溶融金属を保持する容器の側壁または底壁に、ノズル孔が容器内の溶融金属につながるように設けられたノズルと、
前記ノズルを介して前記溶融金属に向けて雰囲気圧よりも高い圧力の気体を連続的に供給し、溶融金属の気体供給部分に測定面を形成する測定面形成手段と、
成分測定用波長を含む光を前記プローブを通して前記測定面に照射し、その反射光に基づいて所定成分の濃度を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする溶融金属の成分測定装置。
前記測定手段は、成分測定用波長を含む光を発光する発光部と、前記測定面で反射した光の光量を検出するとともにその検出結果に基づいて前記所定成分の濃度を求める計測部と、前記プローブ内またはその近傍に設けられ、発光部からの光を前記測定面に照射し測定面で反射した光を受光するための先端光学系と、前記発光部から前記先端光学系の間および前記先端光学系から前記測定部の間で光を導く光ファイバーとを有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の溶融金属の成分測定装置。
前記光はレーザー光であり、前記発光部は、一つ以上の測定成分用のレーザー光源と、溶融金属の主成分用のレーザー光源と、光吸収のない基準光用のレーザー光源と、これら光源からのレーザー光を同一光路に導くとともに光ファイバーに導く光学系とを有することを特徴とする請求項９に記載の溶融金属の成分測定装置。
溶融金属の温度を測定する温度測定手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の溶融金属の成分測定装置。