JP5152050B2 - Method and apparatus for continuous monitoring of molten steel - Google Patents
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Description
本発明は、金属、特に鉄鋼の精錬炉内の溶融金属を分光学的測定法により連続モニタリングする連続モニタリング方法及び連続モニタリング装置に関する。 The present invention relates to a continuous monitoring method and a continuous monitoring apparatus for continuously monitoring a metal, particularly a molten metal in a steel refining furnace, by a spectroscopic measurement method.
金属材料の精錬工程において、精錬反応進行中の溶融金属中の成分元素濃度をリアルタイムでモニターすることは、精錬工程最適化制御の上で非常に重要である。以下、金属材料として鉄鋼を例として説明する。 In the refining process of a metal material, monitoring the concentration of component elements in the molten metal during the refining reaction in real time is very important for refining process optimization control. Hereinafter, steel will be described as an example of the metal material.
鉄鋼の製造工程のなかで、酸素吹錬によって脱炭を行なう転炉精錬においては、過度の吹錬によるスラグ中トータルFe濃度の増加、溶鋼中フリー酸素濃度過多、FeやMnの歩留まり低下といった製鋼コスト増要因の完全な抑制のためには、現状のサブランスによる点測定のみでは不十分であり、溶鋼中炭素濃度の連続的なモニタリングが強く要求されている。 In converter refining, where decarburization is performed by oxygen blowing in the steel manufacturing process, steelmaking such as an increase in total Fe concentration in slag due to excessive blowing, excessive free oxygen concentration in molten steel, and decrease in yield of Fe and Mn. In order to completely control the cost increase factor, it is not enough to perform point measurement with current sublances, and continuous monitoring of carbon concentration in molten steel is strongly required.
次に、2次精錬技術では、例えば大量生産の脱ガス装置RHにおける場合を述べる。RHの主要な目標は脱炭であり、連続成分測定が必要になり2つの方法が一般的に採用されている。脱ガス処理でのC成分の挙動を把握することは重要であり、特に、目標とするC濃度に到達した時点で処理を終了することで、真空化する際の蒸気の無駄な使用を避けてコスト削減が可能となる。脱ガスでは槽内を真空にしてCをCOガスとして除去する。処理中のC濃度は、排気ガスの中のCO濃度を測定し処理開始時点の溶鋼中C濃度から排出されたC量を差し引いて、処理中の溶鋼中C濃度を推定しているが、必ずしも精度が高くない。他の方法は、取鍋の表面に近い溶鋼のサンプルを採取して、迅速に発光分析装置で分析する方法で、Cとその他のMnなどの成分分析が可能であるが、サンプルをバッチで採取する上に、脱ガス装置とは離れた場所の分析装置で処理するので、脱ガス処理における成分変化に迅速に追従できないのが欠点である。 Next, in the secondary refining technique, for example, a case of a mass production degassing apparatus RH will be described. The main goal of RH is decarburization, which requires continuous component measurements and two methods are commonly employed. It is important to understand the behavior of the C component in the degassing process. In particular, avoid the wasteful use of steam when evacuating by ending the process when the target C concentration is reached. Cost reduction is possible. In degassing, the inside of the tank is evacuated to remove C as CO gas. The C concentration during the treatment is measured by measuring the CO concentration in the exhaust gas and subtracting the amount of C discharged from the C concentration in the molten steel at the start of the treatment to estimate the C concentration in the molten steel during the treatment. The accuracy is not high. The other method is to take a sample of molten steel close to the surface of the ladle and quickly analyze it with an emission spectrometer. Component analysis such as C and other Mn is possible, but samples are collected in batches. In addition, since the processing is performed by an analysis device at a location away from the degassing apparatus, it is a drawback that it is impossible to quickly follow the component change in the degassing process.
溶鋼中化学成分濃度を連続的にモニタリングするための技術として、尖頭出力の高いパルスレーザを集光して溶鋼に照射することによってプラズマ状態を生成し、このレーザ生成プラズマからの発光を分光分析するレーザ発光分析法が開示されている(例えば特許文献1)。 As a technique for continuously monitoring the concentration of chemical components in molten steel, a plasma state is generated by focusing a pulse laser with high peak power and irradiating the molten steel, and the light emission from this laser-generated plasma is analyzed spectroscopically. A laser emission analysis method is disclosed (for example, Patent Document 1).
レーザ生成プラズマからの発光の観測においては、主成分、合金成分等試料に含まれる全元素の発光が同時に放出されるので、個々の元素の発光強度を測定するためには、これらを分別するのに十分な分解能を有する大型の分光器が必要である。このような大型の精密機器は、精錬設備の熱、振動、塵埃等の影響を受けない場所に設置する必要がある。従って、精錬炉内の溶鋼面で発生した発光の分光器への伝送ではフレキシブルな光ファイバーを用いるのが最適である。 In the observation of the light emission from the laser-produced plasma, the light emission of all elements contained in the sample, such as the main component and the alloy component, is emitted at the same time. Therefore, in order to measure the light emission intensity of each element, these are separated. A large spectroscope with sufficient resolution is required. Such a large precision device needs to be installed in a place that is not affected by heat, vibration, dust, etc. of the refining equipment. Therefore, it is optimal to use a flexible optical fiber to transmit light emitted from the molten steel surface in the refining furnace to the spectroscope.
レーザ発光分析法に対して、目的元素の共鳴波長の一つに波長をチューニングしたレーザを蒸気原子に照射してこの原子の蛍光を誘起するレーザ誘起蛍光法は、高感度でありかつ選択性に優れた分析法として知られており、本発明者等は、この点に注目し、レーザ誘起蛍光法によって溶鋼中のCやPをモニタリングする技術を開発した。この技術の詳細は、特許文献2に開示されているところである。レーザ誘起蛍光法を用いた分析では、先ず試料の一部を蒸発・原子化するためにアブレーションレーザを照射する。そして、アブレーションレーザパルスから適当な遅延時間経過後、選択励起レーザを照射する。このとき、目的元素の蛍光のみが選択的に放出されるので、大型の分光器を用いる必要は無く、光電子増倍管やフォトダイオード等の光量測定器によって直接目的元素から放出されたシグナル光量を測定することができる。
Compared with the laser emission analysis method, the laser-induced fluorescence method, in which a vapor atom is irradiated with a laser tuned to one of the resonance wavelengths of the target element to induce fluorescence of this atom, is highly sensitive and selective. Known as an excellent analytical method, the present inventors have focused on this point and developed a technique for monitoring C and P in molten steel by a laser-induced fluorescence method. Details of this technique are disclosed in
ところで、精錬炉内の溶鋼分析においては、様々な変動要因により、アブレーション条件は、必ずしも一定ではありえない。このような変動要因としては、例えば、溶鋼湯面高さの変動により湯面照射点におけるレーザスポット径が変動することが挙げられる。この湯面高さの変動による測定値のばらつきを解消する目的で、分析元素と内標準元素との比を統計的に処理する方法(特許文献3)や、超音波による距離計測をもとにレーザ照射ランス高さを調整し、湯面からの距離を一定に保つ方法(特許文献4)等が開示されている。 By the way, in the analysis of molten steel in the refining furnace, the ablation condition cannot always be constant due to various fluctuation factors. As such a variation factor, for example, the laser spot diameter at the molten metal surface irradiation point varies due to the variation in the molten steel molten metal surface height. Based on the method of statistically processing the ratio of the analytical element to the internal standard element (Patent Document 3) and the distance measurement by ultrasonic waves for the purpose of eliminating the variation in the measured value due to the fluctuation of the molten metal surface height. A method of adjusting the laser irradiation lance height and maintaining a constant distance from the molten metal surface (Patent Document 4) is disclosed.
しかし、溶鋼分析においては、溶鋼湯面変動以外にも測定結果に影響を及ぼす要因があることが、本発明者らの検討の結果、明らかとなってきた。すなわち、溶鋼分析においては、時間とともにシグナル光の焦点の変動が発生し、光ファイバーへの入射効率が変動することがわかった。このため、レーザ誘起蛍光強度変動を光ファイバーで伝送して観測した内標準用元素の発光強度によって補正する方法が適用できないという問題があった。この要因については、後述するが、湯面で発生したシグナル光が光ファイバーに達するまでの光路における熱の影響であると推定される。 However, in the molten steel analysis, it has become clear as a result of the examination by the present inventors that there are factors that affect the measurement results in addition to the molten steel surface level fluctuation. That is, in the molten steel analysis, it was found that the focal point of the signal light fluctuated with time, and the incident efficiency on the optical fiber fluctuated. For this reason, there has been a problem that a method of correcting the laser-induced fluorescence intensity fluctuation by the emission intensity of the element for internal standard observed by transmitting with an optical fiber cannot be applied. Although this factor is mentioned later, it is estimated that it is the influence of the heat | fever in the optical path until the signal light generate | occur | produced on the hot_water | molten_metal surface reaches an optical fiber.
本発明は、レーザ生成プラズマから放出されたシグナル光の光ファイバーへの入射効率変動を検出することによって、分光分析装置で測定される主成分またはその他のほぼ濃度が一定とみなせる特定元素の発光強度によるレーザ誘起蛍光強度の補正を可能とし、もって元素濃度測定における精度を向上させることを目的としてなされたものである。 The present invention is based on the emission intensity of a main component measured by a spectroscopic analyzer or other specific element whose concentration can be regarded as constant by detecting a change in incidence efficiency of signal light emitted from laser-produced plasma into an optical fiber. The purpose of this is to make it possible to correct the laser-induced fluorescence intensity and thus improve the accuracy in element concentration measurement.
上述の目的を達成するための本発明の主旨は、以下の通りである。 The gist of the present invention for achieving the above object is as follows.
(1)第1のレーザを用いて溶鋼にレーザ光を照射し前記溶鋼の一部を蒸発させてプラズマを発生させる手順と、第2のレーザを用いて前記プラズマにレーザ光を照射し該プラズマ中の目的元素を共鳴励起して蛍光を誘起させてレーザ誘起蛍光を生じさせ、該レーザ誘起蛍光を集光して該目的元素のレーザ誘起蛍光強度を測定する手順と、前記第1のレーザによるレーザ光照射によって発生した前記プラズマからのプラズマ発光を集光し、光ファイバーケーブルで伝送後、分光器を用いたスペクトル測定によって得られた鉄のプラズマ発光の固有発光線強度を用いて前記目的元素のレーザ誘起蛍光強度を補正する手順と、を含む溶鋼の連続モニタリング方法であって、前記プラズマ発光をレンズによって集光して光ファイバー受光端面に入射する前に該プラズマ発光の一部を分岐し、該プラズマ発光分岐光を一定の位置に固定された撮像素子で検出して得られた画像により該プラズマ発光分岐光の光軸に垂直な断面における該プラズマ発光分岐光の断面積Sを測定し、予め設定した値S0との比S/S0を用いて、前記目的元素のレーザ誘起蛍光強度を補正することを特徴とする溶鋼の連続モニタリング方法。
(2)分光学的測定法による溶鋼の連続モニタリング装置であって、溶鋼にレーザ光を照射し前記溶鋼の一部を蒸発させプラズマを発生させる第1のレーザ照射手段と、前記プラズマ中の目的元素を共鳴励起して蛍光を誘起させレーザ誘起蛍光を生じさせる第2のレーザ照射手段と、前記プラズマからのプラズマ発光を集光するレンズと、前記プラズマ発光を伝送する光ファイバーケーブルと、前記レーザ誘起蛍光を集光する集光手段と、前記集光したレーザ誘起蛍光の光量を検出する手段と、前記プラズマ発光を分光する分光手段と、前記プラズマ発光を光ファイバー受光端面に入射する手前で分岐する手段と、分岐されたプラズマ発光分岐光を検出する撮像装置と、前記撮像装置によって得られた情報をもとに、前記目的元素のレーザ誘起蛍光強度を補正する演算部と、を有することを特徴とする溶鋼の連続モニタリング装置。
(1) A procedure of generating plasma by irradiating a molten steel with a laser beam using a first laser to evaporate a part of the molten steel, and irradiating the plasma with a laser beam using a second laser A step of generating laser-induced fluorescence by resonance-exciting a target element therein to generate fluorescence, condensing the laser-induced fluorescence, and measuring a laser-induced fluorescence intensity of the target element; The plasma emission from the plasma generated by laser light irradiation is collected, transmitted by an optical fiber cable, and then the intrinsic emission line intensity of iron plasma emission obtained by spectrum measurement using a spectroscope is used to determine the target element. A method for continuously monitoring molten steel, including a procedure for correcting laser-induced fluorescence intensity, wherein the plasma emission is collected by a lens and incident on an optical fiber receiving end face In a cross section perpendicular to the optical axis of the plasma emission branching light, an image obtained by branching a part of the plasma emission before detection and detecting the plasma emission branching light with an imaging device fixed at a fixed position is used. Continuous measurement of molten steel characterized by measuring the cross-sectional area S of the plasma emission branched light and correcting the laser-induced fluorescence intensity of the target element using a ratio S / S 0 with a preset value S 0 Method.
(2) A device for continuously monitoring molten steel by a spectroscopic measurement method, the first laser irradiation means for irradiating the molten steel with laser light to evaporate a part of the molten steel and generating plasma, and the purpose in the plasma Second laser irradiation means for inducing fluorescence by resonantly exciting elements to generate laser-induced fluorescence, a lens for condensing plasma emission from the plasma, an optical fiber cable for transmitting the plasma emission, and the laser induction Condensing means for condensing the fluorescence, means for detecting the amount of the collected laser-induced fluorescence, spectroscopic means for dispersing the plasma emission, and means for branching the plasma emission before entering the optical fiber light receiving end face If, based on an imaging device for detecting the branched plasma emission branched light, the information obtained by the imaging device, a laser induced in the target element Continuous monitoring apparatus molten steel characterized by having a an arithmetic unit for correcting the fluorescence intensity.
本発明によれば、アブレーション条件の変動によるレーザ誘起蛍光強度のバラツキを鉄発光強度で正しく補正できるので、測定感度の変動が少なく、溶鋼中化学成分濃度を高精度に測定することができ、二次精錬における脱炭反応のモニタリング等による製鋼操業の制御性改善に寄与するところ大である。 According to the present invention, variation in laser-induced fluorescence intensity due to variation in ablation conditions can be correctly corrected with iron emission intensity, so that there is little variation in measurement sensitivity, and chemical component concentrations in molten steel can be measured with high accuracy. It greatly contributes to improving the controllability of steelmaking operations by monitoring the decarburization reaction in secondary refining.
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の溶鋼連続モニタリング装置を示す。アブレーションレーザ発振器1で発振して出力したアブレーションレーザ光aは、アブレーションレーザ光反射ミラー3によって反射され、窓材20を介して中空管23を通り、試料24の表面である分析面25に照射される。ここで、アブレーションレーザ光aは、図示していないレンズによって、分析面25近傍で焦点を結ぶように集光される。分析面25上で発生したプラズマ発光cは、中空管23を通り、プラズマ発光反射ミラー5によって反射され、集光レンズ7によって、光ファイバー受光端面12に集光される。プラズマ発光cは、光ファイバーケーブル13によって分光器28に伝送され、分光分析することによって、各元素の発光強度が測定される。なお、中空管23内には、不活性ガス導入口21から不活性ガスが供給される。
FIG. 1 shows a molten steel continuous monitoring apparatus of the present invention. The ablation laser light a oscillated and output from the
アブレーションレーザ光aの発振から一定の時間間隔をとって、選択励起レーザ光bを選択励起レーザ発振器2で発振させる。ここに、選択励起レーザbの波長は、レーザ誘起蛍光法による分析目的元素に共鳴し吸収される波長に合わせたものである。選択励起レーザ光bは、選択励起レーザ反射ミラー4により反射され、中空管23を通り、試料24の表面である分析面25を照射する。アブレーションレーザ光aの照射によって発生したプラズマ中に存在する分析目的元素は、選択励起レーザ光bによって共鳴励起され、蛍光を誘起させて、レーザ誘起蛍光dを放出する。レーザ誘起蛍光dは、レーザ誘起蛍光反射ミラー6によって反射された後、レンズ16及び光学フィルター17を通過後、光量検出器18に入射し、光量は電流に変換され、電送ケーブル19により、データ解析装置29に送られ、レーザ誘起蛍光強度が測定される。
The selective excitation laser beam b is oscillated by the selective
プラズマ発光cの一部は、プラズマ発光分岐ミラー11によって反射され(プラズマ発光分岐光c1)撮像素子14に入射する。図2のブロック図に示すように、撮像素子14によって得られたプラズマ発光分岐光c1の像は、映像信号伝送ケーブル15によって画像解析装置31に送られ、像寸法(例えば、直径D)または像面積Sが計測される。こうして、プラズマ発光分岐光c1の光軸に垂直な断面におけるプラズマ発光分岐光c1の断面寸法または断面積が測定される。また、像はモニター30によって観測することもできる。そして、制御装置32により、予め設定した像寸法D0または像面積S0と測定値DまたはSを用い、それらの比S/S0によって、鉄のプラズマ発光強度を補正する。例えば、分光器28から送られた鉄のプラズマ発光強度測定値がIであり、このときの像面積がSのとき、補正値Ic=I×(S/S0)によって、データ解析装置29で測定されたレーザ誘起蛍光強度を補正する。
A part of the plasma emission c is reflected by the plasma emission branch mirror 11 (plasma emission branch light c 1 ) and enters the
ここに、撮像素子14としては、CCD(電荷結合素子)やCMOS(相補性金属酸化膜半導体)を用いた撮像素子が好適である。プラズマ発光分岐ミラー11は、その表面におけるプラズマ発光cの1%以上を反射できることが好ましい。4〜10%の反射率を有するものが、より好ましい。裏面は、像が二重になることを避けるために、防反射コーティングを施した方が良い。プラズマ発光分岐光強度が強すぎて像寸法が正確に測定できない場合は、必要に応じて、撮像素子14の入射面にフィルターを挿入してもよい。プラズマ発光分岐ミラー11と撮像素子14とは、集光レンズ7から光ファイバー受光端面12及び撮像素子14までの各光路長が等しくなるように配置される。図1に示すように、各ミラー3、4、5、6、レンズ7、16、撮像素子14、光量検出器18等は、試料24周辺からの熱、振動、塵埃等の影響を受けないように、保護ケース22内に配置される。
Here, as the
ここで本発明の作用についてさらに説明する。溶鋼の連続モニタリング中に、中空管23は外側から溶鋼輻射等により加熱される。このため、中空管23内部を流れるArは、中心より外側の温度が高くなり、径方向に屈折率がわずかながら異なるものと考えられる。光軸に対して垂直な方向(中空管の径方向)に媒質(Ar)の屈折率の分布が生じた結果、中空管23の内部は、熱レンズ効果により屈折率分布型レンズと同様の作用をもつに到ると考えられる。中空管23を通過したプラズマ発光cは、このレンズの影響を受けた結果、光ファイバー受光端面12における結像寸法が変化し、光ファイバーへの入射効率が変化したため、一定であるべき鉄のプラズマ発光強度に変化が現れるものと推定される。この中空管23の温度上昇による時間的変化は、湯面振動等に起因するアブレーション条件の変動とは独立なものであるので、この変化による影響を切り離さない限り、Feの発光強度によるレーザ誘起蛍光強度の補正は不可能であった。本発明では、プラズマ発光cの結像寸法をモニタリングし、これを元にして鉄のプラズマ発光強度を補正することによって、上述した熱影響による時間的変動要因を排除することができる。
Here, the operation of the present invention will be further described. During continuous monitoring of molten steel, the
誘導溶解炉で溶融させた溶鋼表面に、図1に示した測定装置を近づけて、レーザ誘起蛍光法により溶鋼中炭素濃度を測定した。アブレーションレーザとしてQスイッチパルスNd:YAGレーザを、選択励起レーザとしてはチタンサファイアレーザを用いた。不活性ガス導入口21からArガスを導入し、中空管23の下端より、溶鋼面(分析面25)に吹きつけながら分析した。ここで、アブレーションレーザ光a及び選択励起レーザ光bの波長は、それぞれ1064nm及び248nmとし、アブレーションレーザ光aの照射と選択励起レーザ光bの照射との時間間隔(すなわち、遅延時間)は、70μsに設定した。アブレーションレーザ光aと選択励起レーザ光bのパルス時間幅は、それぞれ約10ns及び25nsであった。アブレーションレーザ光aの溶鋼照射パルスエネルギーは200mJとした。炭素含有率が約10ppmの極低炭素鋼を溶解し、その後、高炭素含有鋼材を添加することによって、溶鋼中炭素濃度を順次高めた。各濃度水準で、レーザ誘起蛍光測定を行った。参照する溶鋼中炭素濃度は、各濃度水準で溶鋼の一部をサンプリングし、凝固後、燃焼赤外線吸収法によって定量した値を用いた。
The measuring apparatus shown in FIG. 1 was brought close to the molten steel surface melted in the induction melting furnace, and the carbon concentration in the molten steel was measured by a laser induced fluorescence method. A Q switch pulse Nd: YAG laser was used as the ablation laser, and a titanium sapphire laser was used as the selective excitation laser. Ar gas was introduced from the
撮像素子14としては、1.3メガピクセルのCMOSカメラモジュールを用いた。プラズマ発光分岐ミラー11としては、片面に広帯域(200〜450nm)防反射コーティングを施した合成石英基板を用い、防反射コーティングの無い面でプラズマ発光cを反射して分岐した。光ファイバーケーブル13としては、ファイバー径230μmの素線を12本束ねたバンドルファイバーを用いた。バンドル径は、1mmであった。光ファイバーケーブル13の射出端は、分光器28の入射スリットの手前に配置された。分光器28は、焦点距離390mmのツェルニー−ターナー(Czerny−Turner)型で、溝数2400本/mmの回折格子を用いた。光量検出器18には、インテンシファイアー付きCCDを用いた。
As the
画像解析装置にて得られた像の2次元強度プロファイルから、最大強度に対して13.5%以上の領域の面積Sを求めた。鉄のプラズマ発光強度をIとし、実験開始時に測定された面積をS0、各濃度水準において測定された面積をSとして、鉄のプラズマ発光強度の補正値Icを、Ic=I×(S/S0)によって算出し、この補正値Icでレーザ誘起蛍光強度を除してレーザ誘起蛍光強度を補正した。S0は約0.06cm2であった。 From the two-dimensional intensity profile of the image obtained by the image analyzer, the area S of the area of 13.5% or more with respect to the maximum intensity was obtained. Assuming that the plasma emission intensity of iron is I, the area measured at the start of the experiment is S 0 , and the area measured at each concentration level is S, the correction value Ic of the plasma emission intensity of iron is Ic = I × (S / S 0 ) was calculated, and the laser-induced fluorescence intensity was corrected by dividing the laser-induced fluorescence intensity by this correction value Ic. S 0 was about 0.06 cm 2 .
図3、図4に、それぞれ、レーザ誘起蛍光強度、鉄のプラズマ発光強度を示す。図4には、鉄のプラズマ発光強度の測定値Iと補正値Icとを示す。図5には、補正値Icでレーザ誘起蛍光強度を除した補正レーザ誘起蛍光強度を示す。図3と図5とを比較すると、鉄のプラズマ発光強度の補正値Icで補正したことによって、炭素濃度[C]との相関が改善されていることがわかる。また、各炭素濃度に対するレーザ誘起蛍光強度の測定値(補正前)の相対標準偏差と鉄のプラズマ発光強度を用いて補正した蛍光強度測定値の相対標準偏差を表1に示す。各濃度水準における繰返し測定精度も、表1に示すように、改善された。 3 and 4 show the laser-induced fluorescence intensity and the plasma emission intensity of iron, respectively. FIG. 4 shows the measured value I and the correction value Ic of the plasma emission intensity of iron. FIG. 5 shows the corrected laser-induced fluorescence intensity obtained by dividing the laser-induced fluorescence intensity by the correction value Ic. Comparing FIG. 3 and FIG. 5, it can be seen that the correlation with the carbon concentration [C] is improved by the correction with the correction value Ic of the plasma emission intensity of iron. Table 1 shows the relative standard deviation of the measured values (before correction) of the laser-induced fluorescence intensity for each carbon concentration and the relative standard deviation of the measured fluorescence intensity corrected using the plasma emission intensity of iron. Repeated measurement accuracy at each concentration level was also improved as shown in Table 1.
また、比較例として、実施例1と同様の条件で、溶鋼中炭素のレーザ誘起蛍光強度を測定した。 As a comparative example, the laser-induced fluorescence intensity of carbon in molten steel was measured under the same conditions as in Example 1.
図6、図7にそれぞれ、レーザ誘起蛍光強度、鉄のプラズマ発光強度を、また、図8には、図7の鉄のプラズマ発光強度で図6のレーザ誘起蛍光強度を除した補正レーザ誘起蛍光強度を示す。ここで、図7の鉄発光強度は、本発明のような補正を行っていないものである。図8にみられるように、炭素濃度[C]と補正レーザ誘起蛍光強度間の相関は、図6に対して改善が見られなかった。 FIG. 6 and FIG. 7 show the laser-induced fluorescence intensity and the plasma emission intensity of iron, respectively. FIG. 8 shows the corrected laser-induced fluorescence obtained by dividing the laser-induced fluorescence intensity of FIG. 6 by the iron plasma emission intensity of FIG. Indicates strength. Here, the iron emission intensity in FIG. 7 is not corrected as in the present invention. As seen in FIG. 8, the correlation between the carbon concentration [C] and the corrected laser-induced fluorescence intensity was not improved with respect to FIG.
本発明は、溶融金属中の成分元素濃度をリアルタイムで連続モニタリングする際に適用できる。 The present invention can be applied when continuously monitoring the component element concentrations in the molten metal in real time.
1 アブレーションレーザ発振器
2 選択励起レーザ発振器
3 アブレーションレーザ光反射ミラー
4 選択励起レーザ反射ミラー
5 プラズマ発光反射ミラー
6 レーザ誘起蛍光反射ミラー
7 集光レンズ
8 レンズホルダー
11 プラズマ発光分岐ミラー
12 光ファイバー受光端面
13 光ファイバーケーブル
14 撮像素子
15 映像信号伝送ケーブル
16 レンズ
17 光学フィルター
18 光量検出器
19 電送ケーブル
20 窓材
21 不活性ガス導入口
22 保護ケース
23 中空管
24 試料
25 分析面
28 分光器
29 データ解析装置
30 モニター
31 画像解析装置
32 制御装置
a アブレーションレーザ光
b 選択励起レーザ光
c プラズマ発光
c1 プラズマ発光分岐光
d レーザ誘起蛍光
DESCRIPTION OF
Claims (2)
第2のレーザを用いて前記プラズマにレーザ光を照射し該プラズマ中の目的元素を共鳴励起して蛍光を誘起させてレーザ誘起蛍光を生じさせ、該レーザ誘起蛍光を集光して該目的元素のレーザ誘起蛍光強度を測定する手順と、
前記第1のレーザによるレーザ光照射によって発生した前記プラズマからのプラズマ発光を集光し、光ファイバーケーブルで伝送後、分光器を用いたスペクトル測定によって得られた鉄のプラズマ発光の固有発光線強度を用いて前記目的元素のレーザ誘起蛍光強度を補正する手順と、を含む溶鋼の連続モニタリング方法であって、
前記プラズマ発光をレンズによって集光して光ファイバー受光端面に入射する前に該プラズマ発光の一部を分岐し、該プラズマ発光分岐光を一定の位置に固定された撮像素子で検出して得られた画像により該プラズマ発光分岐光の光軸に垂直な断面における該プラズマ発光分岐光の断面積Sを測定し、予め設定した値S0との比S/S0を用いて、前記目的元素のレーザ誘起蛍光強度を補正することを特徴とする溶鋼の連続モニタリング方法。 Irradiating the molten steel with laser light using a first laser to evaporate a part of the molten steel and generating plasma;
The second laser is used to irradiate the plasma with laser light, and the target element in the plasma is resonantly excited to induce fluorescence to generate laser-induced fluorescence. The laser-induced fluorescence is condensed and the target element is condensed. Measuring the laser-induced fluorescence intensity of
The plasma emission from the plasma generated by the laser beam irradiation by the first laser is collected, transmitted through an optical fiber cable, and the intrinsic emission line intensity of the plasma emission of iron obtained by spectrum measurement using a spectroscope is obtained. A method for correcting the laser-induced fluorescence intensity of the target element using, a continuous monitoring method for molten steel, comprising:
Obtained by condensing the plasma emission by a lens and branching a part of the plasma emission before entering the optical fiber light receiving end face, and detecting the plasma emission branched light with an imaging device fixed at a fixed position The cross-sectional area S of the plasma emission branch light in a cross section perpendicular to the optical axis of the plasma emission branch light is measured from an image, and the laser of the target element is used by using a ratio S / S 0 with a preset value S 0. A method for continuously monitoring molten steel, wherein the induced fluorescence intensity is corrected.
溶鋼にレーザ光を照射し前記溶鋼の一部を蒸発させプラズマを発生させる第1のレーザ照射手段と、
前記プラズマ中の目的元素を共鳴励起して蛍光を誘起させレーザ誘起蛍光を生じさせる第2のレーザ照射手段と、
前記プラズマからのプラズマ発光を集光するレンズと、
前記プラズマ発光を伝送する光ファイバーケーブルと、
前記レーザ誘起蛍光を集光する集光手段と、
前記集光したレーザ誘起蛍光の光量を検出する手段と、
前記プラズマ発光を分光する分光手段と、
前記プラズマ発光を光ファイバー受光端面に入射する手前で分岐する手段と、
分岐されたプラズマ発光分岐光を検出する撮像装置と、
前記撮像装置によって得られた情報をもとに、前記目的元素のレーザ誘起蛍光強度を補正する演算部と、を有することを特徴とする溶鋼の連続モニタリング装置。 A continuous monitoring device for molten steel by spectroscopic measurement,
A first laser irradiation means for generating plasma by irradiating the molten steel with laser light to evaporate a part of the molten steel;
Second laser irradiation means for inducing fluorescence by resonantly exciting a target element in the plasma to generate laser-induced fluorescence;
A lens for condensing plasma emission from the plasma;
An optical fiber cable for transmitting the plasma emission;
Condensing means for condensing the laser-induced fluorescence;
Means for detecting the amount of the collected laser-induced fluorescence;
A spectroscopic means for splitting the plasma emission;
Means for branching the plasma emission before entering the optical fiber light receiving end surface;
An imaging device for detecting the branched plasma emission branched light;
An apparatus for continuously monitoring molten steel, comprising: a calculation unit that corrects the laser-induced fluorescence intensity of the target element based on information obtained by the imaging device.
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