JPH0354461A - Quick analysis of trace of carbon and sulfur in metallic sample - Google Patents

Quick analysis of trace of carbon and sulfur in metallic sample

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JPH0354461A
JPH0354461A JP1188797A JP18879789A JPH0354461A JP H0354461 A JPH0354461 A JP H0354461A JP 1188797 A JP1188797 A JP 1188797A JP 18879789 A JP18879789 A JP 18879789A JP H0354461 A JPH0354461 A JP H0354461A
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JP
Japan
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sulfur
carbon
fine particles
gas
sample
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Application number
JP1188797A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Ono
小野 昭紘
Takeshi Kuroiwa
黒岩 猛
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To rapidly determine carbon and sulfur on a ppm order by collecting fine particles composed of metallic sample components by a filter and oxidizing and burning the same to form gaseous oxides and concentrating the same to determine carbon and sulfur. CONSTITUTION:The surface of a metallic sample S is heated by the spark discharge of an electrode 3 to evaporate fine particles. The fine particles are carried by the gas stream from an inert gas (Ar) supply source 2 to be supplied to a filter 4 and collected on filter paper 5. The fine particles are heated by an electricx heater 6 and burnt in the presence of O2 supplied from an oxygen supply source 7 to form oxides. That is, C in the fine particles is changed to CO2 and S therein is changed to SO2. Since these oxides are in a gaseous state, they can be easily conc. by a concn. column 8. CO2 is introduced into a hydrogen flame ionizing detector through a gas reducing apparatus to be detected with high sensitivity. SO2 is detected by a flame luminous intensity detector. The respective detection signals are sent to a data processing part and the contents of carbon and sulfur in the sample S are calculated.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は金属試料中の微量炭素,硫黄を迅速に定量す
ることができる分析方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an analytical method that can rapidly quantify trace amounts of carbon and sulfur in metal samples.

この発明は製鉄業あるいは各種非鉄金属製造業などにお
ける製造工程管理分析や品質管理分析の分野で利用され
る。
This invention is utilized in the field of manufacturing process control analysis and quality control analysis in the steel industry or various non-ferrous metal manufacturing industries.

[従来の技術] 金属の精錬.製鋼プロセスなどの操業の管理には、溶融
金属から試料を採取し、分析して成分含有率を可能な限
り迅速に把握し、その結果によって対応処理をとる必要
がある。たとえば、製鋼プロセスでは試料採取から分析
結果が得られるまでの時間は通常5〜6分である。また
、製品の検定にも高精度,迅速分析が必要である。分析
対象成分の中でも炭素および硫黄については特に製鉄に
おいて、品質を決定する上で重要な成分である。
[Prior art] Metal refining. To manage operations such as steel-making processes, it is necessary to collect samples from molten metal, analyze them to determine the component content as quickly as possible, and take appropriate actions based on the results. For example, in a steel manufacturing process, the time from sample collection to obtaining analytical results is typically 5 to 6 minutes. Highly accurate and rapid analysis is also required for product verification. Among the components to be analyzed, carbon and sulfur are important components in determining quality, especially in steel manufacturing.

上記炭素および硫黄を迅速に分析する方法として、たと
えば特開昭59− 157541号公報で開示された技
術がある。この分析方法では、不活性ガス気流中で溶融
金属表面をスパーク放電により加熱して金属成分よりな
る微粒子を蒸発発生させる。そして、発生した微粒子を
搬送管により発光分光分析装置に気送し、炭素および硫
黄を含む多元素を同時に発光分光分析法により定量する
As a method for rapidly analyzing the above-mentioned carbon and sulfur, there is a technique disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-open No. 157541/1983. In this analysis method, the surface of a molten metal is heated by spark discharge in an inert gas stream to evaporate and generate fine particles made of metal components. The generated fine particles are then pneumatically conveyed through a transport tube to an emission spectrometer, and multiple elements including carbon and sulfur are simultaneously quantified by emission spectrometry.

また、炭素および硫黄を迅速に分析する他の方法として
、特開昭61−65154号公報で開示された技術があ
る。この分析方法では、酸素ガスを混合した不活性ガス
雰囲気中で分析試料にスパーク放電.アーク放電,プラ
ズマアーク放電,レーザービーム照射のいすれかのエネ
ルギーを供与することにより、分析試料中に含まれる炭
素および硫黄成分を励起してガス状の酸化物に変化させ
る。そして、これらの酸化物ガスを水素炎中に導入して
炭素成分のイオン電流および/または硫黄成分の発光強
度を測定し、各元素の試料中の含有率を求める。
Further, as another method for rapidly analyzing carbon and sulfur, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-65154. In this analysis method, a spark discharge is applied to the analysis sample in an inert gas atmosphere mixed with oxygen gas. By providing energy from arc discharge, plasma arc discharge, or laser beam irradiation, carbon and sulfur components contained in the analysis sample are excited and converted into gaseous oxides. Then, these oxide gases are introduced into a hydrogen flame, and the ionic current of the carbon component and/or the emission intensity of the sulfur component are measured to determine the content of each element in the sample.

[発明が解決しようとする課M] 最近、製品の高級化に伴なって高純度金属、たとえば炭
素などを微量に含有する高級鋼材が開発されている。こ
のために、炭素などをppmオーダーで分析する要求が
ある。また、分析結果を製造工程管理や品質管理に利用
するためには、オンライン分析を必要とし、短時間で分
析を終えなければならない。
[Problem M to be Solved by the Invention] Recently, as products have become more sophisticated, high-grade steel materials containing trace amounts of high-purity metals, such as carbon, have been developed. For this reason, there is a demand for analyzing carbon and the like on the order of ppm. In addition, in order to use the analysis results for manufacturing process control and quality control, online analysis is required and the analysis must be completed in a short time.

しかし、特開昭59− 157541号公報の迅速分析
方法では、不活性ガス気流中で微粒子を発光分光分析す
るので、高い感度を得ることができなかつた。また、特
開昭81−65154号公報の迅速分析方法では、酸素
ガスを混合した不活性ガス雰囲気中でアークを発生させ
るのでアークが不安定となり、上記迅速分析方法と同様
に高い感度を得ることはできなかった。したがって、こ
れら従来の迅速分析方法では、ppmオーダーで炭素お
よび硫黄を迅速に定量することは不可能であった。
However, in the rapid analysis method disclosed in JP-A-59-157541, fine particles are subjected to emission spectroscopic analysis in an inert gas stream, and high sensitivity cannot be obtained. Furthermore, in the rapid analysis method disclosed in JP-A No. 81-65154, since the arc is generated in an inert gas atmosphere mixed with oxygen gas, the arc becomes unstable, and it is difficult to obtain high sensitivity similar to the above-mentioned rapid analysis method. I couldn't. Therefore, with these conventional rapid analysis methods, it has been impossible to rapidly quantify carbon and sulfur on the order of ppm.

なお、スパーク発光分光法は分析時間は短いが感度が不
足し、燃焼一赤外吸収法は感度は優れるが、分析所要時
間がかかる問題がある。
Incidentally, the spark emission spectroscopy has a short analysis time but lacks sensitivity, and the combustion-infrared absorption method has an excellent sensitivity but has the problem of requiring a long analysis time.

そこで、この発明は金属試料中の炭素および硫黄をpp
mオーダーで迅速に定量することができる分析方法を提
供しようとするものである。
Therefore, this invention reduces carbon and sulfur in metal samples to pp.
The purpose is to provide an analysis method that can rapidly quantify on the order of m.

[課題を解決するための手段] この発明の金属試料中の微量炭素,硫黄の迅速分析方法
は、不活性ガス気流中で金属試料表面を加熱して金属試
料成分よりなる微粒子を発生させる。発生した微粒子を
フィルタにより捕集し、捕集した微粒子を酸化燃焼させ
てガス状酸化物を生成する。そして、ガス状酸化物を濃
縮し、ついで濃縮したガス状酸化物中の炭素および硫黄
の何れか一方、または両者を定量する。
[Means for Solving the Problems] The rapid analysis method for trace amounts of carbon and sulfur in a metal sample of the present invention heats the surface of the metal sample in an inert gas stream to generate fine particles made of metal sample components. The generated particulates are collected by a filter, and the collected particulates are oxidized and burned to produce gaseous oxides. Then, the gaseous oxide is concentrated, and then one or both of carbon and sulfur in the concentrated gaseous oxide is quantified.

第1図に示すように、フィルタ4に通じた密閉部1に不
活性ガス供給源2から不活性ガスを供給して不活性ガス
気流を形戒する。不活性ガスとしてアルゴン、ヘリュウ
ム、窒素ガスなどを用レ)る。不活性ガス気流は、発生
した微粒子をフィルタ4に気送するに十分な流量とする
。試料表面を加熱する手段は、試料表面を急速に加熱し
て微粒子を蒸発させる必要があるのでエネルギ密度の高
いもの、スパーク放電,アーク放電.プラズマビーム照
射,レーザービーム照射などが利用される。第1図では
、スパーク放電を形成する電極3を例示している。プラ
ズマビーム照射は移行型あるいは非移行型のいずれであ
ってもよい。試料成分を均一に採取するために、加熱面
積はなるべく大きくすることが望ましく、レーザービー
ム照射は面積は小さいが,スパーク放電ではたとえば8
 mmφ、プラズマアーク放電では15mmφと広い面
積を加熱することができる。
As shown in FIG. 1, an inert gas is supplied from an inert gas supply source 2 to a sealed portion 1 leading to a filter 4 to control the inert gas flow. Use argon, helium, nitrogen gas, etc. as an inert gas. The inert gas flow has a flow rate sufficient to transport the generated particulates to the filter 4. Since it is necessary to rapidly heat the sample surface to evaporate fine particles, the means for heating the sample surface are those with high energy density, spark discharge, and arc discharge. Plasma beam irradiation, laser beam irradiation, etc. are used. FIG. 1 illustrates an electrode 3 that forms a spark discharge. Plasma beam irradiation may be of either a transfer type or a non-transfer type. In order to collect sample components uniformly, it is desirable to make the heating area as large as possible.The area for laser beam irradiation is small, but for spark discharge, for example,
mmφ, and plasma arc discharge can heat a wide area of 15 mmφ.

フィルタ4はガラスファイバなどの耐熱性繊維で作られ
たろ紙5を用いる。ろ紙5に付着した微粒子は、電気ヒ
ータ6により加熱し、酸素供給源7より酸素を供給して
燃焼する。
The filter 4 uses filter paper 5 made of heat-resistant fibers such as glass fibers. The fine particles adhering to the filter paper 5 are heated by an electric heater 6, and oxygen is supplied from an oxygen supply source 7 to burn them.

燃焼により発生したガス状酸化物の濃縮に、濃縮カラム
8を用いる。濃縮カラムの吸着剤としてモレキュラーシ
ーブ (合成フツ石の登録商標)、活性炭その他を用い
る。
A concentration column 8 is used to concentrate gaseous oxides generated by combustion. Molecular sieves (registered trademark for synthetic fluorite), activated carbon, and others are used as adsorbents in the concentration column.

l縮されたガス状酸化物の定量には、水素炎イオン化検
出器、フレーム光度型検出器、誘導結合型プラズマ発光
分析器などの検出器あるいは分析器9を用いる。水素炎
イオン化検出器は炭素の検出に、またフレーム光度型検
出器は硫黄の検出にそれぞれ用いる。
A detector or analyzer 9 such as a hydrogen flame ionization detector, a flame photometric detector, or an inductively coupled plasma emission analyzer is used to quantify the condensed gaseous oxide. A flame ionization detector is used to detect carbon, and a flame photometric detector is used to detect sulfur.

なお、金属試料は固体あるいは溶融状態であってもよい
Note that the metal sample may be in a solid or molten state.

[作用] 金属試料表面を高温に加熱することにより、金属試料成
分よりなる微粒子が蒸発する。微粒子の粒径は、0,O
l〜0.1μm程度である。蒸発により発生した微粒子
は、不活性ガス気流に乗ってフィルタに運ばれ、フィル
タ上に捕集される。微粒子は非常に活性であり、酸素を
供給すると、またはフィルタを加熱した状態で酸素を供
給すると、微粒子が燃焼して酸化物が生成される。すな
わち、酸化により炭素は炭酸ガスに、また硫黄は亜硫酸
ガスにそれぞれ変化する。酸化物はガス状をしているの
で濃縮カラムで容易に濃縮することができる。ガス状酸
化物は濃縮されているので、高い感度および精度で定量
分析される。
[Function] By heating the surface of the metal sample to a high temperature, fine particles consisting of the metal sample components evaporate. The particle size of the fine particles is 0,0
It is about 1 to 0.1 μm. Particulates generated by evaporation are carried to the filter by the inert gas flow and collected on the filter. The particulates are very active, and when oxygen is supplied, or when the filter is heated and oxygen is supplied, the particulates burn to form oxides. That is, through oxidation, carbon changes to carbon dioxide gas, and sulfur changes to sulfur dioxide gas. Since oxides are in a gaseous state, they can be easily concentrated using a concentration column. Since gaseous oxides are concentrated, they can be quantitatively analyzed with high sensitivity and precision.

[実施例コ 以下、鋼試料中の微量炭素の定量分析を実施例として説
明する。
[Example 1] Quantitative analysis of trace carbon in a steel sample will be described below as an example.

第2図は、この発明の方法を実施する微量炭素定措分析
装置の一例を模式的に示している。
FIG. 2 schematically shows an example of a trace carbon quantitative analysis apparatus for carrying out the method of the present invention.

円筒状の放電室11の底部は耐熱絶縁材料で作られてお
り、ここにタングステン製の対電極12が垂直に取り付
けられている。放電室1lの頂部は分析試料Sの取付け
部となっている。対電極12にはスパーク放電用電源l
3が接続されている。また、放電室I1の底部には、配
管19を介してアルゴンガスボンベl7およびガス清浄
器18が接続されている。
The bottom of the cylindrical discharge chamber 11 is made of a heat-resistant insulating material, and a counter electrode 12 made of tungsten is vertically attached thereto. The top of the discharge chamber 1l serves as a mounting portion for the analysis sample S. The counter electrode 12 has a spark discharge power source l.
3 is connected. Further, an argon gas cylinder 17 and a gas purifier 18 are connected to the bottom of the discharge chamber I1 via a pipe 19.

放電室l1の頂部寄りは配管21を介してフィルタ25
が接続されている。フィルタ25はガラス繊維製ろ紙2
6および電気ヒータ27を内蔵している。また、配管2
1には切替え弁23が設けられており、ここに陀管30
を介して酸素ガスボンベ28およびガス清洋器29が接
続されている。
A filter 25 is connected to the top of the discharge chamber l1 via a pipe 21.
is connected. Filter 25 is glass fiber filter paper 2
6 and an electric heater 27 are built in. Also, piping 2
1 is provided with a switching valve 23, where a switching pipe 30 is connected.
An oxygen gas cylinder 28 and a gas purifier 29 are connected via.

フィルタ25の出側は配管32を介してガス濃縮器34
が接続されている。ガス濃縮器34は酸化銅カラム35
、モレキュラーシープ力ラム40および電気ヒータ42
を備えている。酸化銅カラム35の出側の配管37に切
替え弁38が取り付けられている。切替え弁38の一つ
の出側は配管39を介してモレキュラーシーブ力ラム4
0に連結されており、他の出側は大気に開放ざれている
。モレキュラーシーブ力ラム40の出口の配管4lには
、切替え弁44が取り付けられている。切替え弁38と
切替え弁44とは、配管45により連絡している。切替
え弁44には、配管48を介してアルゴンガスポンベ4
6およびガス清浄器47が接続されている。
The outlet side of the filter 25 is connected to a gas concentrator 34 via a pipe 32.
is connected. The gas concentrator 34 is a copper oxide column 35
, molecular sheep force ram 40 and electric heater 42
It is equipped with A switching valve 38 is attached to the piping 37 on the outlet side of the copper oxide column 35. One outlet of the switching valve 38 is connected to the molecular sieve power ram 4 via a pipe 39.
0, and the other outlet is open to the atmosphere. A switching valve 44 is attached to the outlet piping 4l of the molecular sieve force ram 40. The switching valve 38 and the switching valve 44 are in communication via a pipe 45. The switching valve 44 is connected to an argon gas pump 4 via a pipe 48.
6 and a gas purifier 47 are connected.

切替え弁44の出側の配管50には、ガス還元装置54
か接続ざれている。ガス還元装置54はニッケルを触媒
として水素ガスにより炭酸ガスをメタンに遠元する。
A gas reduction device 54 is installed in the piping 50 on the outlet side of the switching valve 44.
Or it is not connected. The gas reduction device 54 converts carbon dioxide into methane using hydrogen gas using nickel as a catalyst.

ガス還元装置54の出側には水素炎イオン化検出器56
が接続されている。水素炎イオン化検出器(FID)5
6は、ガスクロマトグラフに一般的に用いられる検出器
であり、水素炎を励起源として分析成分をイオン化し、
そのイオン電流を測定する。
A hydrogen flame ionization detector 56 is installed on the outlet side of the gas reduction device 54.
is connected. Flame ionization detector (FID) 5
6 is a detector commonly used in gas chromatographs, which ionizes analytical components using a hydrogen flame as an excitation source.
Measure the ionic current.

炭酸ガスは水素炎イオン化検出器56では測定できない
ために、水素炎イオン化検出器56の前に上述のように
ニッケル触媒を加熱したガス還元装置54を配置してい
る。炭酸ガスはメタンに遠元されて水素炎イオン化検出
器56に導入され、高感度で検出される。検出信号はデ
ータ処理部59に送られ、各成分のピーク高さあるいは
ピーク面積が求められ、予め鉄鋼標準試料を用いて決定
された検量線をもとに、鉄鋼試料中の炭素含有量が算出
される。水素炎イオン化検出器56の出側にはガスベン
ト57が接続されている。
Since carbon dioxide cannot be measured by the flame ionization detector 56, a gas reduction device 54 in which a nickel catalyst is heated as described above is placed in front of the flame ionization detector 56. The carbon dioxide gas is separated into methane and introduced into the hydrogen flame ionization detector 56, where it is detected with high sensitivity. The detection signal is sent to the data processing unit 59, where the peak height or peak area of each component is determined, and the carbon content in the steel sample is calculated based on a calibration curve determined in advance using a steel standard sample. be done. A gas vent 57 is connected to the outlet side of the hydrogen flame ionization detector 56.

ここで、上記のように構成された装置により、分析試料
中の微量炭素を分析する方法について説明する。分析試
料は、転炉で採取した溶鋼を周知の試料調製機により直
径3 0+nmの小円板状に調製したものである。
Here, a method for analyzing trace carbon in an analysis sample using the apparatus configured as described above will be described. The analysis sample was obtained by preparing molten steel collected in a converter into a small disk shape with a diameter of 30+ nm using a well-known sample preparation machine.

放電室1lの頂部に分析試料Sを放電室IIの頂部開口
を塞ぐようにして載置する。放電室IIの気密を保つた
めに、分析試料Sは耐熱樹脂性0リングl5を介して治
具 (図示しない)により押圧した状態で保持する。分
析試料Sおよび対電極l2にはスパーク放電用電源装置
13の#極および陽極をそれぞれ接続する。
The analysis sample S is placed on the top of the discharge chamber 1l so as to close the top opening of the discharge chamber II. In order to keep the discharge chamber II airtight, the analysis sample S is held in a pressed state with a jig (not shown) via a heat-resistant resin O-ring 15. The # electrode and the anode of the spark discharge power supply device 13 are connected to the analysis sample S and the counter electrode 12, respectively.

上記のように分析試料Sを設定するとともに、アルゴン
ガスが第3図の破線に沿って流れるように切替え弁38
.44を切り替えておく。そして、切替え弁23を切り
替えて、アルゴンガスボンベ17がら放電室1】,配管
21,切鉾えfr−23,フィルタ25,配管32.酸
化銅カラム35,配管37および切替え弁38にアルゴ
ンガスを流通させ、これら機器および配管内に残留した
大気を排出除去する。また、アルゴンガスボンベ46か
ら配管48,切替え弁44,配管41,モレキュラーシ
ーブ力ラム40.配管39.切替え弁38,配管45.
切替え弁44,配管50,ガス還元装置54および水素
炎イオン化検出器56にもアルゴンガスを流通させ、こ
れら機器および配管内に残留した大気を排出除去する。
While setting the analysis sample S as described above, the switching valve 38 is set so that the argon gas flows along the broken line in FIG.
.. 44. Then, the switching valve 23 is switched to open the argon gas cylinder 17, the discharge chamber 1], the piping 21, the cut frame fr-23, the filter 25, and the piping 32. Argon gas is passed through the copper oxide column 35, piping 37, and switching valve 38 to exhaust and remove the atmosphere remaining in these devices and piping. Also, from the argon gas cylinder 46 to the piping 48, the switching valve 44, the piping 41, the molecular sieve force ram 40. Piping 39. Switching valve 38, piping 45.
Argon gas is also made to flow through the switching valve 44, piping 50, gas reduction device 54, and hydrogen flame ionization detector 56, and the atmosphere remaining in these devices and piping is discharged and removed.

つぎに、上記のようにしてブリフラッシュを終えたなら
ば、再び放電室l1から切替え弁38の出口に至るまで
アルゴンガスを流通させる。アルゴンガスの流量は0.
5IL/minである。このような状態で、この分析試
料の表面と対電極l2の先端部との間に高電圧を加え、
電気的火花放電を飛ばす。
Next, after the pre-flushing is completed as described above, argon gas is again circulated from the discharge chamber l1 to the outlet of the switching valve 38. The flow rate of argon gas is 0.
5IL/min. In this state, a high voltage is applied between the surface of this analysis sample and the tip of the counter electrode l2,
Produces an electrical spark discharge.

スパーク放電条件は、スパーク放電回路定数が自己誘導
10μH,#%電容量3μF,抵抗0Ωで、電圧はIO
OOV ,周波数は100 〜400 H z,  電
極間間隙は446mm程度である。スパーク放電により
、試料中の鉄.マンガン.けい素,炭素.硫黄,燐など
の各元素は励起されるが、ごく短時間のうちにお互いが
粒子を形成する。この粒子は0.01μm程度の極めて
微細な超徴粒子で、スパーク放電の回路定数などにも左
右されるが、その成分組成はもとの鉄鋼試料の成分組成
に近い。
The spark discharge conditions are: the spark discharge circuit constant is self-induction 10μH, #% capacitance 3μF, resistance 0Ω, and the voltage is IO
OOV, frequency is 100 to 400 Hz, and interelectrode gap is about 446 mm. Iron in the sample is removed by spark discharge. manganese. Silicon, carbon. Elements such as sulfur and phosphorus are excited, but they form particles together within a very short time. These particles are extremely fine ultra-fine particles of about 0.01 μm in size, and their composition is close to that of the original steel sample, although it depends on the circuit constant of the spark discharge.

生成した徴粒子は、アルゴンガス気流に乗ってフィルタ
25に運ばれ、フィルタ25のろ紙26に付着する。つ
いで、切替え弁23を閉じるとともに、第3図の実線に
沿ってガスが流れるように切替え弁38.44を切り替
え、微粒子が付着したろ紙26を電熱ヒータ27により
加熱する。そして、切替え弁23を切り替えで酸素ガス
ボンベ28から酸素ガスをフィルタ25に供給する。こ
れにより、微粒子中の炭素は燃焼して大部分が炭酸ガス
、一部が一酸化炭素ガスとなり、硫黄は亜硫酸ガスとな
り、これらガス状酸化物はガス濃縮器34に流入する。
The generated particles are carried to the filter 25 by the argon gas flow and adhere to the filter paper 26 of the filter 25. Next, the switching valve 23 is closed, the switching valves 38 and 44 are switched so that the gas flows along the solid line in FIG. Then, by switching the switching valve 23, oxygen gas is supplied from the oxygen gas cylinder 28 to the filter 25. As a result, the carbon in the particles is combusted, most of which becomes carbon dioxide gas, and some of which becomes carbon monoxide gas, and the sulfur becomes sulfur dioxide gas, and these gaseous oxides flow into the gas concentrator 34.

また、鉄,マンガン,けい素等も酸化され,これらの酸
化物の微粒子は、ろ紙26に付着したままフィルタ25
に残留する。ガス濃縮器34に流入したガス状酸化物の
うち、一酸化炭素ガスは酸化銅カラム35で炭酸ガスに
酸化される。そして、炭酸ガスおよび亜硫酸ガスはモレ
キュラーシーブ力ラム40の吸着剤 (モレキュラーシ
ーブ)に吸着される。
In addition, iron, manganese, silicon, etc. are also oxidized, and fine particles of these oxides remain attached to the filter paper 26 as they pass through the filter 25.
remain in the Among the gaseous oxides that have flowed into the gas concentrator 34, carbon monoxide gas is oxidized to carbon dioxide gas in the copper oxide column 35. Carbon dioxide gas and sulfur dioxide gas are adsorbed by the adsorbent (molecular sieve) of the molecular sieve force ram 40.

ついで、電気ヒータ42によりモレキュラーシーブカラ
ム40を340℃に加熱するとともに、第3図の実線に
沿ってガスか流れるように切替え弁38,伺を切り替え
る。アルゴンガスボンベイ6からモレキュラーシーブカ
ラム40にアルゴンガスを供給すると、濃縮された炭酸
ガスおよび亜硫酸ガスが吸着剤から脱離される。放出し
た炭酸ガスおよび亜硫酸ガスは、切替え弁38,配管4
5,切替え弁44および配管50を経てカス還元装置5
4を通り、水素炎イオン化検出器56に導入される。炭
酸ガスはメタンガスに還元され、水素炎イオン化検出器
56で検出され、データ処理部59で鋼試料中の炭素含
有量か演算される。
Next, the molecular sieve column 40 is heated to 340° C. by the electric heater 42, and the switching valve 38 is switched so that the gas flows along the solid line in FIG. When argon gas is supplied from the argon gas bombay 6 to the molecular sieve column 40, concentrated carbon dioxide gas and sulfur dioxide gas are desorbed from the adsorbent. The released carbon dioxide gas and sulfur dioxide gas are transferred to the switching valve 38 and piping 4.
5, the waste reduction device 5 via the switching valve 44 and piping 50
4 and is introduced into a hydrogen flame ionization detector 56. Carbon dioxide gas is reduced to methane gas, which is detected by a hydrogen flame ionization detector 56, and a data processing section 59 calculates the carbon content in the steel sample.

1試料の分析が終rすると、前述のように機器および配
管にアルゴンガスを流通させ、これらに残留した分析試
料の蒸発微粒子、ガス状酸化物などを洗浄除去する。な
お、フィルタ25のろ紙26は、約30回分析ごとに取
り替えた。
When the analysis of one sample is completed, as described above, argon gas is passed through the equipment and piping to wash away the evaporated particles, gaseous oxides, etc. of the analysis sample remaining therein. Note that the filter paper 26 of the filter 25 was replaced approximately every 30 analyses.

以上、試料中の炭素の定量分析について説明したが、同
時に硫黄の定量を行うには、たとえば上記装置において
切替え弁44と水素炎イオン化検出器56との間に分配
弁を設ける。そして、分配弁のつの出側にフレーム光度
検出器(FPD)を接続する。つまり、炭素の分析ライ
ンと硫黄の分析ラインとを並列させる。フレーム光度検
出器は、水素炎を励起源として分析成分を発光させて得
た発光スペクトルを測定するものである。フレーム光度
検出器は燐および硫黄化合物に対して選択的に高感度を
もつが、硫黄については400nm付近に最大強度を示
す波長をもつので、この波長領域をよく通す干渉フィル
タを用いて選択を行ない、光電子増倍管で各々のスペク
トル強度を測定する。予め鉄鋼標準試料を用いて決定さ
れた検量線をもとに、測定したスペクトル強度から鉄鋼
試料中の硫黄含有量が算出される。
The quantitative analysis of carbon in a sample has been described above, but in order to simultaneously quantify sulfur, for example, a distribution valve is provided between the switching valve 44 and the hydrogen flame ionization detector 56 in the above apparatus. A flame photometric detector (FPD) is then connected to one outlet side of the distribution valve. In other words, the carbon analysis line and the sulfur analysis line are placed in parallel. A flame photometric detector measures an emission spectrum obtained by causing an analytical component to emit light using a hydrogen flame as an excitation source. Flame photometric detectors have high sensitivity selectively for phosphorus and sulfur compounds, but sulfur has a wavelength that exhibits maximum intensity around 400 nm, so selection is performed using an interference filter that passes this wavelength range well. , measure each spectral intensity with a photomultiplier tube. The sulfur content in the steel sample is calculated from the measured spectral intensity based on a calibration curve determined in advance using a steel standard sample.

鉄鋼試料を対象に前述の一般的な低圧スパーク放電を行
なった場合は、1パルスの放電で鉄鋼試料の約tALg
が励起蒸発する。周波数200H zを採用した場合に
は、■分間に約1 2mgの試料が蒸発し、たとえば鉄
鋼試料中のlOppmの炭素および硫黄は全量ブイルタ
に捕集される。そして、酸化燃焼で生成した炭酸ガスお
よび亜硫酸ガスはカラム濃縮され、キャリャガスで脱離
放出されるときの濃度はかなり高くなるので、きわめて
微量が定量できることになる。したがって、本法の定M
感度は著しく高感度であり、鋼中10ppm程度の極微
量の炭素,硫黄は十分定量できる。また、必要に応じて
、炭素、硫黄のいずれか一方だけの測定を行なうことも
できる。この発明によれば分析所要時間は、試料を酸化
物生成部に設定後約1分以内の短時間で分析することが
できる。
When the aforementioned general low-pressure spark discharge is applied to a steel sample, one pulse of discharge reduces the steel sample's approximately tALg.
is excited and evaporates. When a frequency of 200 Hz is employed, approximately 12 mg of the sample is evaporated per minute, and for example, all of the 10 ppm of carbon and sulfur in the steel sample is collected in the filter. The carbon dioxide gas and sulfur dioxide gas produced by oxidative combustion are concentrated in the column, and when they are desorbed and released by the carrier gas, their concentration becomes quite high, so that extremely small amounts can be quantified. Therefore, the provisions of this Act M
The sensitivity is extremely high, and trace amounts of carbon and sulfur of about 10 ppm in steel can be sufficiently determined. Further, if necessary, it is also possible to measure only one of carbon and sulfur. According to this invention, analysis can be performed in a short time of about 1 minute after setting the sample in the oxide generating section.

以上、鉄鋼試料を例に説明したが、鉄m試料以外に各種
非鉄金属,鉱物,セラミックスなどにもこの発明は適用
できる。
Although the above description has been made using a steel sample as an example, the present invention can also be applied to various non-ferrous metals, minerals, ceramics, etc. in addition to iron samples.

[発明の効果] この発明によれば、分析対象元素は炭素,硫黄に限定さ
れるが、これら元素をppmオーダーで迅速に定量する
ことができる。また、金属等の品質評価に最も重要な元
素である炭素,硫黄の主要元素を分析対象とすることか
ら、金属の精錬や製造プロセス等の操業管理に極めて効
果が大きい。
[Effects of the Invention] According to the present invention, although the elements to be analyzed are limited to carbon and sulfur, these elements can be rapidly quantified on the order of ppm. In addition, since the analysis targets the main elements of carbon and sulfur, which are the most important elements for quality evaluation of metals, etc., it is extremely effective for operational management of metal refining and manufacturing processes.

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

第1図はこの発明を実施する装置の概略図、第2図は微
量炭素を定量する装置を模式的に示す構成図、および第
3図はガス濃縮器におけるガスの流れを示す図面である
。 1・・・密閉部、2・・・不活性ガス源、3・・・電極
、4・・・フィルタ、5・・・ろ紙、6・・・電気ヒー
タ、7・・・酸素供給源、8・・・濃縮力ラム、9・・
・定量分析器、1l・・・放電室、!2・・・対電極、
13・・・スパーク放電用電源、l7・・・アルゴンガ
スボンベ、23・・・切替え弁、25・・・フィルタ、
2 8−・・酸素ガスボンベ、34・・・ガス濃縮器、
35・・・酸化銅カラム、3 8−・・切替え弁、40
・・・モレキュラーシーブ力ラム、42・・・電気ヒー
タ、44・・・切替え弁、46・・・アルゴンガスボン
ペ、54・・・ガス還元装置、56・・・水素炎イオン
化検出器、S −・・分析試料。
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the present invention, FIG. 2 is a block diagram schematically showing an apparatus for quantifying trace carbon, and FIG. 3 is a drawing showing the flow of gas in a gas concentrator. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Sealed part, 2... Inert gas source, 3... Electrode, 4... Filter, 5... Filter paper, 6... Electric heater, 7... Oxygen supply source, 8 ...Concentration power ram, 9...
・Quantitative analyzer, 1l...discharge chamber! 2...Counter electrode,
13... Spark discharge power supply, l7... Argon gas cylinder, 23... Switching valve, 25... Filter,
2 8-...Oxygen gas cylinder, 34...Gas concentrator,
35...Copper oxide column, 3 8-...Switching valve, 40
...Molecular sieve power ram, 42...Electric heater, 44...Switching valve, 46...Argon gas cylinder, 54...Gas reduction device, 56...Hydrogen flame ionization detector, S- ...Analysis sample.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、不活性ガス気流中で金属試料表面を加熱して金属試
料成分を蒸発させ、蒸発により発生した微粒子について
炭素、硫黄の定量分析を行う方法において、フィルタに
より前記微粒子を捕集し、捕集した微粒子を燃焼してガ
ス状酸化物を生成し、ガス状酸化物を濃縮し、ついで濃
縮したガス状酸化物を定量することを特徴とする金属試
料中の微量炭素、硫黄の迅速分析方法。
1. In a method in which the surface of a metal sample is heated in an inert gas stream to evaporate the metal sample components, and the fine particles generated by the evaporation are quantitatively analyzed for carbon and sulfur, the fine particles are collected using a filter. A method for rapid analysis of trace amounts of carbon and sulfur in a metal sample, which comprises: generating gaseous oxides by burning the fine particles, concentrating the gaseous oxides, and then quantifying the concentrated gaseous oxides.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0558628A1 (en) * 1990-11-13 1993-09-08 RUPPRECHT & PATASHNICK CO., INC. Diesel particulate monitor
CN102803949A (en) * 2010-02-18 2012-11-28 杰富意钢铁株式会社 Method and device for analyzing sulfur in metal sample

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