JPH0367168A - Analysis of trace carbon, sulfur, phosphorus in metallic sample and equipment therefor - Google Patents

Analysis of trace carbon, sulfur, phosphorus in metallic sample and equipment therefor

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JPH0367168A
JPH0367168A JP1201352A JP20135289A JPH0367168A JP H0367168 A JPH0367168 A JP H0367168A JP 1201352 A JP1201352 A JP 1201352A JP 20135289 A JP20135289 A JP 20135289A JP H0367168 A JPH0367168 A JP H0367168A
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phosphorus
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Abstract

PURPOSE:To quickly quantify C, S, P in a metallic sample at ppm order by heating the surface of the metallic sample in gaseous hydrogen flow, introducing and concentrating the generated gaseous hydrides of C, S or P contained in the sample into a gas concentrator and them sending the concentrated gaseous hydrides to a gas analyzer by inert gas flow. CONSTITUTION:A sample base 2 is provided to the center of a cylindrical reaction chamber 1 and a top part is made of a quartz glass window 3. A gaseous hydrogen cylinder 5 is connected to the inlet side of the reaction chamber 1 via a pipeline 6. A heater 8 is arranged just above the reaction chamber 1. The surface of the sample is activated by heating this surface of the metallic sample S at high temp. The components of the sample S are allowed to react with gaseous hydrogen to produce gaseous hydrides. In other words, C in the metallic sample is allowed to react with hydrogen and changed into CH4, S is changed into H2S and P is changed into PH3. The generated gaseous hydrides are introduced into a gas concentrator 22 together with gaseous hydrogen flow and concentrated. The concentrated gaseous hydrides are carried to a gas analyzer 34 by inert gas and quantitatively analyzed with high accuracy.

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徴場炭素、硫黄、燐などを迅速
に定量分析することができる方法およびその装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method and an apparatus for rapidly quantitatively analyzing characteristic carbon, sulfur, phosphorus, etc. in a metal sample.

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封で利用され
る。
The present invention is used for manufacturing process control analysis and quality control analysis in the steel industry or various non-ferrous metal manufacturing industries.

[従来の技術] 金冠の精錬、製鋼プロセスなとの操業の管理には、溶融
金属から試料を採取し、分析して成分金石率を可能な限
り迅速に把握し、その結果によって対紀・処理をとる必
要がある。たとえば、製鋼ブ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、硫黄および燐については特
に製鉄において、品質を決定する上で重要な成分である
[Conventional technology] In order to manage operations such as gold crown refining and steelmaking processes, it is necessary to collect samples from molten metal, analyze them to ascertain the composition of gold ore as quickly as possible, and use the results to determine the age and treatment. It is necessary to take For example, in a steel manufacturing process, the time from sampling 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, sulfur, and phosphorus are important components in determining quality, especially in steel manufacturing.

微量炭素を定量分析する方法として、たとえば特開昭5
6−10251号公報で開示された「金属中の炭素定量
方法」がある。この方法は、水素気流中で金属試料を加
熱し、試料中の炭素をメタンとして生成させ、抽出する
。抽出したメタンを水素気流により搬送して管路の終端
で水素ガスとともに燃焼し、燃焼によりイオン化した炭
素を検出し、定量する。しかし、この方法では金属試料
を40〜50μmの粒子状にしなければならず、試料の
調製に時間を要する。また、試料を長時間 ←上記公報
に記載の実施例では、1時間)加熱しなければならない
。したがって、分析結果を製造プロセスにフィードバッ
クして操業管理をすることは困難であった。なお、微量
硫黄を定量する方法として、時開%j56−10252
号公報で開示された「金属中の硫黄定量方法」がある。
For example, as a method for quantitatively analyzing trace carbon,
There is a "Method for Determining Carbon in Metals" disclosed in Publication No. 6-10251. In this method, a metal sample is heated in a hydrogen stream to generate and extract carbon in the sample as methane. The extracted methane is transported by a hydrogen stream and combusted together with hydrogen gas at the end of the pipe, and the carbon ionized by the combustion is detected and quantified. However, in this method, the metal sample must be made into particles of 40 to 50 μm, and it takes time to prepare the sample. In addition, the sample must be heated for a long time (1 hour in the example described in the above publication). Therefore, it has been difficult to feed back the analysis results to the manufacturing process for operational management. In addition, as a method for quantifying trace amounts of sulfur, time opening%j56-10252
There is a ``method for determining sulfur in metals'' disclosed in the publication.

この方法も同様に、硫黄の定量に長時間を要する。This method also requires a long time to quantify sulfur.

このような問題を解決するものとして、たとえば特開昭
59−157541号公報で開示された炭素および硫黄
を迅速に分析する方法がある。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、炭素および硫黄を発光分光分析法により定量する
To solve this problem, for example, there is a method for rapidly analyzing carbon and sulfur disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication 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 to an emission spectrometer using a transport tube, and carbon and sulfur are 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7昆合した不活性ガ
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ずれかのエ
ネルキ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riL黄成分成
分光強度を測定し、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, the energy key of spark discharge, arc discharge, plasma arc discharge, or laser beam irradiation is applied to the analysis sample in an inert gas atmosphere containing oxygen gas. It excites the carbon and sulfur components present and converts them into gaseous oxides. Then, these oxide gases are introduced into a hydrogen flame, and the ionic current of the carbon component and/or the riL yellow component light intensity are measured to determine the content rate of each element in the sample.

[発明が解決しようとする課題] 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。
[Problems 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った。また、特開
昭61−65154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。したかって、これ
ら従束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. 61-65154, 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, it has been impossible to rapidly quantify carbon and sulfur on the order of ppm using these limited rapid analysis methods.

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−赤外吸収l去は感度は邊れるが、分析所要
時間かかかる問題かある。
Incidentally, spark emission spectroscopy requires a short analysis time but lacks sensitivity, while combustion-infrared absorption spectroscopy has a short sensitivity but has the problem of long analysis times.

そこで、この発明は金属試料中の炭素、硫黄。Therefore, this invention aims to investigate carbon and sulfur in metal samples.

燐をppmオーターで迅速に定量することができる分析
力7去およびその装置を提供しようとするものである。
The purpose of this invention is to provide analytical power and an apparatus capable of rapidly quantifying phosphorus on a ppm scale.

[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、燐の分析方法
は、水素ガス気流中で金属試料の表面を加熱して試料中
の炭素、硫黄または燐のガス状水素化物を発生させ、ガ
ス状水素化物をカス濃縮装置に流入させて濃縮するとと
もに水素ガスを排出して不活性カスに置換する。そして
、濃縮したガス状水素化物を不活性ガス気流によりカス
分析装置に送り、ガス状水素化物を定量する。微量炭素
、硫黄および燐のすべてを同時に、またはこれら元素の
うちの何れか一つもしくは二つを分析するようにしても
よい。
[Means for Solving the Problems] The method of analyzing trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in a metal sample according to the present invention heats the surface of the metal sample in a hydrogen gas stream to detect carbon, sulfur, or phosphorus gas in the sample. A gaseous hydride is generated, and the gaseous hydride is flowed into a scum concentrator to be concentrated, and at the same time, hydrogen gas is discharged and replaced with inert scum. Then, the concentrated gaseous hydride is sent to a waste analyzer using an inert gas stream, and the gaseous hydride is quantified. Trace carbon, sulfur, and phosphorus may all be analyzed simultaneously, or any one or two of these elements may be analyzed.

永4;ガス気流を形成するには、ガス濃縮装置に通した
密閉部に加F1水素ガス供給源から水素ガスを供給する
。水素ガス気流は、加熱された試料表面と反応して分析
に必要な積のガス状水素化物を発生し、更に発生したガ
ス状水素化物をガス!!1縮久置に流入させるに十分な
流量とする。
Step 4: To form a gas stream, hydrogen gas is supplied from an F1 hydrogen gas supply source to the sealed part passed through the gas concentrator. The hydrogen gas stream reacts with the heated sample surface to generate the amount of gaseous hydride necessary for analysis, and further converts the generated gaseous hydride into gas! ! The flow rate shall be sufficient to flow into the 1st retraction station.

金属試料は、板またはブロック状のもので、密閉部内に
置かれる。製鋼プロセスでは、転炉の溶鋼からサブラン
スで採取し、試料調製機でたとえば直径3 On+mの
円板に、3I製した試料か用いられる。
The metal sample is in the form of a plate or block and is placed inside a closed chamber. In the steelmaking process, molten steel in a converter is sampled using a sub-lance, and a sample prepared by 3I is used in a disk with a diameter of 3 On+m, for example, using a sample preparation machine.

試料表面を加熱する手段は、試料表面を急速に加熱して
水素ガスと反応させ、分析に必要な積のガス状水素化物
を短時間で発生する必要があるので、加熱エネルギ密度
は比較的高くなければならない。たとえば、赤外線加熱
、高周波加熱などが利用される。加熱温度は試料の成分
および大きさ、所要分析時間などによって異なるが、 
300〜1000℃程度である。試料成分を均一に採取
するために加熱面積はなるへ〈大きくすることが望まし
く、たとえば100〜70001112程度である。
The method of heating the sample surface requires relatively high heating energy density because it is necessary to rapidly heat the sample surface to react with hydrogen gas and generate the amount of gaseous hydride required for analysis in a short time. There must be. For example, infrared heating, high frequency heating, etc. are used. The heating temperature varies depending on the composition and size of the sample, the required analysis time, etc.
The temperature is about 300 to 1000°C. In order to uniformly collect sample components, the heating area is desirably large, for example, about 100 to 70001112 mm.

発生したガス状水素化物の濃縮に、通常用いられている
コールドトラップ、a縮カラムなどが利用される。濃縮
カラムの吸着剤としてモレキスラーノーブ (合成フッ
石の登録商標)、活性炭その他を用いる。
Commonly used cold traps, a-condensation columns, and the like are used to condense the generated gaseous hydrides. As the adsorbent for the concentration column, Molexler Nob (registered trademark for synthetic fluorite), activated carbon, and others are used.

水素ガスを置換し、また濃縮したガス状水素化物をガス
分析装置に送り込む不活性ガスとしてアルゴン、ヘリュ
ウム、窒素ガスなどを用いる。
Argon, helium, nitrogen gas, etc. are used as an inert gas to replace hydrogen gas and send the concentrated gaseous hydride to the gas analyzer.

濃縮されたガス状水素化物を定量するガス分析装置は、
半導体ガスセンサ、水素炎イオン化検出:雰5フレーム
光度型検出器、誘導結合型スラズマ発光分析器などの検
出器あるいは分析畳を備えた装置である。水素炎r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、燐の検出にそれぞれ用いる。
A gas analyzer for quantifying concentrated gaseous hydrides is
This device is equipped with a detector or an analytical device such as a semiconductor gas sensor, hydrogen flame ionization detection: atmosphere five-flame photometric detector, or inductively coupled plasma emission analyzer. A hydrogen flame ionization detector is used to detect carbon, and a flame photometric detector is used to detect sulfur and phosphorus.

また、この発明による金属試料中の微量炭素。Also, trace carbon in metal samples according to the present invention.

硫黄1燐の分析装置は、−に北方法を実施するものであ
って、試料室、試料室に接続された水素ガス供給源、加
熱装置、ガス濃縮装置、不活性ガス供給源およびガス分
析装置を備えている。
The sulfur-1-phosphorus analyzer implements the Kita method, and includes a sample chamber, a hydrogen gas supply source connected to the sample chamber, a heating device, a gas concentrator, an inert gas supply source, and a gas analyzer. It is equipped with

試料室は透過窓を(j−シ、板またはブロック状試料を
収容するもので、気密となっている。透過窓は石英ガラ
スそのたの耐熱惇ガラスで作られている7、加熱室は赤
外線ランプと凹面鏡とを備えている。赤外線ランプから
の光を上記透過窓を通して試料面に集光するように、赤
外線ランプは凹面鏡の内側に配置されている。試料室は
第1三方形切杵え弁の人1−1に、またガス濃縮装置は
第1三Jf形切賛え弁の出[」にそれぞれ通している。
The sample chamber has a transmission window (j-shi), which accommodates a plate or block sample, and is airtight.The transmission window is made of quartz glass or other heat-resistant glass7, and the heating chamber is made of infrared rays. The lamp includes a lamp and a concave mirror.The infrared lamp is arranged inside the concave mirror so that the light from the infrared lamp is focused on the sample surface through the transmission window.The sample chamber is provided with a first trigonal punch. The gas concentrator is connected to the valve man 1-1, and the gas concentrator is connected to the outlet of the 13th Jf type valve.

不活性ガス供給源は、第1三方形切替え弁の他の人口に
接続されている。ガス濃縮装置は第2圧方形切替えブ「
の人r−1に、またガス分析装置は第2三方形切賛え弁
の化1jにそれぞれ通している。さらに、第2方形切替
え弁の一つの出「1は人気に開放されている。
An inert gas supply is connected to the other population of the first three-way switching valve. The gas concentrator is equipped with a second pressure rectangular switching block.
The gas analyzer is connected to the second three-way valve 1j, respectively. Additionally, one outlet ``1'' of the second rectangular switching valve is open to the public.

水素ガス供給源および不活性ガス供給源は、たとえばこ
れらの加圧ガスを収納する/F、内容器、圧力容器用[
lに取り付けられた止め弁、流量調製弁なと゛から構成
されている。なお、ガス濃縮装置およびガス分析装置は
上記方法の発明で説明したものと同しである。
The hydrogen gas supply source and the inert gas supply source are, for example, a /F, an inner container, and a pressure vessel for storing these pressurized gases.
It consists of a stop valve, a flow rate adjustment valve, etc. attached to the l. Note that the gas concentrator and gas analyzer are the same as those explained in the invention of the above method.

[作用] 全屈試料表面を高温に加熱することにより試料表IMi
は活性化し5金属試料成分は水素ガスと反応してガス状
水素化物を中成する。すなわち、金属試料中の炭素は水
素と反応してメタン([114)に、硫黄は硫化水素(
H2S)に、また燐は水素化燐(pi+、)となる。発
生したガス状水素化物よりなる混合ガスの成分組成は、
もどの分析試料の成分組成に実質的に等1.・い。発生
しまたガス状水素化物は、水素ガス気流とεもにガス濃
縮装置に流入l八 ここで濃縮さ第1る。濃縮されたガ
ス状水素化物は不活性ガスに七りガス分析装置に運ばれ
、定量される。ガス状水素化物はmNされているので、
高い精度で定量分析される。
[Function] By heating the fully bent sample surface to a high temperature, the sample surface IMi
is activated and the five metal sample components react with hydrogen gas to form a gaseous hydride. That is, carbon in a metal sample reacts with hydrogen to form methane ([114), and sulfur reacts with hydrogen sulfide ([114]).
H2S), and phosphorus becomes hydrogenated phosphorus (pi+, ). The composition of the mixed gas consisting of the generated gaseous hydride is as follows:
Substantially equal to the component composition of any analytical sample 1. ·stomach. The gaseous hydrides generated and the hydrogen gas stream also flow into a gas concentrator where they are concentrated. The concentrated gaseous hydride is transported to an inert gas analyzer and quantified. Since the gaseous hydride is mN,
Quantitative analysis with high precision.

また、この発明の装置において、板またはブロック状の
金属試料σ)大きさ、表面状態などに応し・て赤外線ラ
ンプの人力を調節し、試料表面を所要の時間で所安の温
度に加熱する。7JJII−:方形切(々え弁および第
2Eニ方形切替え弁を切り賛えて、ガス状水素化物のガ
ス濃縮装置への流入、水素ガスの排出と不活性ガスへの
置換、および不活性ガス気流による濃縮ガス状水素化物
のガス分析装置への送り込みなどの操作を行う。
In addition, in the apparatus of the present invention, the manual power of the infrared lamp is adjusted according to the size, surface condition, etc. of a metal sample in the form of a plate or block, and the surface of the sample is heated to a desired temperature in the required time. . 7JJII-: Square switching valve and No. 2E square switching valve are used to control the flow of gaseous hydride into the gas concentrator, exhaust hydrogen gas and replace it with inert gas, and inert gas flow. Perform operations such as feeding concentrated gaseous hydride to a gas analyzer.

[実施例コ 以下、鋼試料中の微量炭素、硫黄および燐を同時に定量
する場合を実施例として説明する。
[Example 1] Hereinafter, a case where trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in a steel sample are simultaneously determined will be described as an example.

第1図は、この発明の方法を実施する定咀分析装置の一
例を模式的に示している。
FIG. 1 schematically shows an example of a constant mastication analyzer for carrying out the method of the present invention.

円筒状の反応室lの中央に試料台2が設けられており、
頂部は石英ガラス窓3となっている。反応室1の入側に
は、水素ガスボンベ5が配管6を介して接続されている
A sample stage 2 is provided in the center of a cylindrical reaction chamber l,
The top is a quartz glass window 3. A hydrogen gas cylinder 5 is connected to the inlet side of the reaction chamber 1 via a pipe 6.

反応室1の直上には加熱装置8が配置されている。加熱
装置8は反応室1の石英ガラス窓3に向う凹面反射鏡9
を備えている。反射m9の内側に赤外線ランプlOが取
り付けられており、赤外線ランプlOは温度コントロー
ラ11により出力が制御される。赤外線ランプlOから
放射される赤外線は、石英ガラス窓3を通して試料台2
上の分析試料Sに照射される。このとき、分析試料表面
の加熱エネルギ密度を高めるために、赤外線は反射鏡9
により集光される。この実施例では、赤外線ランプlO
の消費′1力はI kwであり、照射面積は loom
II+2である。
A heating device 8 is placed directly above the reaction chamber 1 . The heating device 8 includes a concave reflecting mirror 9 facing the quartz glass window 3 of the reaction chamber 1.
It is equipped with An infrared lamp IO is attached inside the reflector m9, and the output of the infrared lamp IO is controlled by a temperature controller 11. Infrared rays emitted from the infrared lamp IO pass through the quartz glass window 3 to the sample stage 2.
The upper analysis sample S is irradiated. At this time, in order to increase the heating energy density on the surface of the analysis sample, the infrared rays are
The light is focused by In this example, the infrared lamp lO
The power consumption '1 is I kw, and the irradiation area is room
II+2.

反応室1の出側の配管13には除湿器+5が設けられて
いる。除湿器15は過塩素酸マグネシウムにより反応室
1からのガスに含まれる水分を吸収する。
A dehumidifier +5 is provided on the piping 13 on the outlet side of the reaction chamber 1. The dehumidifier 15 absorbs moisture contained in the gas from the reaction chamber 1 using magnesium perchlorate.

配管13には切替え弁17が取り付けられている。A switching valve 17 is attached to the pipe 13.

切替え弁17の入側配管18の一つには窒素ガスボンベ
19が、また切替え弁17の出側配管20にはガス濃縮
装置22がそれぞれ接続されている。
A nitrogen gas cylinder 19 is connected to one of the inlet pipes 18 of the switching valve 17, and a gas concentrator 22 is connected to the outlet pipe 20 of the switching valve 17.

ガス濃縮装置22はコールドトラップよりなっており、
冷却槽23およびこれに挿入された冷却管24を備えて
いる。冷却槽23には液体窒素25が満たされている。
The gas concentrator 22 consists of a cold trap,
It includes a cooling tank 23 and a cooling pipe 24 inserted into the cooling tank 23. The cooling tank 23 is filled with liquid nitrogen 25.

ガス濃縮装置22の冷却管24に流入したメタン、硫化
水素および水素化燐の凝縮温度は液体窒素の凝縮温度よ
りも高いので、液体窒素により冷却され、凝縮する。一
方、水素ガスの凝縮温度は液体窒素のそれよりも低いの
で、そのまま冷却管24を通過する。温度コントローラ
26で制御されるシーズヒータ27が、冷却管24に沿
って取り付けられている。シーズヒータ27は冷却管2
4を加熱して凝縮されたガス状水素化物を気化する。
Since the condensation temperature of methane, hydrogen sulfide and phosphorus hydride flowing into the cooling pipe 24 of the gas concentrator 22 is higher than that of liquid nitrogen, they are cooled by liquid nitrogen and condensed. On the other hand, since the condensation temperature of hydrogen gas is lower than that of liquid nitrogen, it passes through the cooling pipe 24 as it is. A sheathed heater 27 controlled by a temperature controller 26 is installed along the cooling pipe 24. The sheathed heater 27 is the cooling pipe 2
4 to vaporize the condensed gaseous hydride.

ガス濃縮装置22の出側配管29には切替え弁31が設
けられている。切替え弁31の一方の出側は配管32を
介してガス分析装置34に接続され、他方の出側は大気
に開放されている。
A switching valve 31 is provided on the outlet pipe 29 of the gas concentrator 22 . One outlet of the switching valve 31 is connected to a gas analyzer 34 via a pipe 32, and the other outlet is open to the atmosphere.

ガス分析装置34は、チャンバ35およびチャンバ内に
配置された3個のSnO□半導体ガスセンサ36を備え
ている。3個の半導体ガスセンサ36は、メタン、硫化
水素および水素化燐に対してそれぞれ成分選択性をもっ
たものが選ばれている。半導体ガスセンサ35は、増幅
、演算などの信号処理回路(図示しない)を備えたデー
タ処理部37に接続されている。
The gas analyzer 34 includes a chamber 35 and three SnO□ semiconductor gas sensors 36 arranged within the chamber. The three semiconductor gas sensors 36 are selected to have component selectivity for methane, hydrogen sulfide, and phosphorus hydride. The semiconductor gas sensor 35 is connected to a data processing section 37 including a signal processing circuit (not shown) for amplification, calculation, etc.

ここで、上記のように構成された装置により、分析試料
S中の微量炭素、硫黄および燐を同時に分析する方法に
ついて説明する。分析試料Sは、転炉で採取した溶鋼を
周知の試料調製機により直径30mmの小円板状に調製
したものである。
Here, a method for simultaneously analyzing trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in the analysis sample S using the apparatus configured as described above will be described. The analysis sample S is obtained by preparing molten steel collected in a converter into a small disk shape with a diameter of 30 mm using a well-known sample preparation machine.

反応室1の試料台2に分析試料Sを載置する。An analysis sample S is placed on the sample stage 2 of the reaction chamber 1.

また、窒素力ズボンへ19から切替え弁17を経てガス
濃縮装置22の冷却管24.切替え弁31およびガス分
析装置34のチャンバ35に窒素ガスを流入させ、これ
ら機器および配管内に残留したガス、大気などを排出除
去する。
Also, the cooling pipe 24 of the gas concentrator 22 passes from the nitrogen power supply 19 through the switching valve 17. Nitrogen gas is caused to flow into the switching valve 31 and the chamber 35 of the gas analyzer 34, and gas, atmosphere, etc. remaining in these devices and piping are discharged and removed.

ついで、水素ガスボンベ5から反応室1.除湿器+5.
切替え弁17.冷却管24および切替え弁31に水素ガ
スを流入させる。水素ガスを流入させながら、赤外線ラ
ンプ10により、分析試料Sの表面を加熱する。この実
施例では、水素ガスの流量は、50 tnl /+in
である。また、試料表面の加熱温度は800℃、加熱時
間は60秒である。
Then, from the hydrogen gas cylinder 5 to the reaction chamber 1. Dehumidifier +5.
Switching valve 17. Hydrogen gas is caused to flow into the cooling pipe 24 and the switching valve 31. The surface of the analysis sample S is heated by the infrared lamp 10 while flowing hydrogen gas. In this example, the hydrogen gas flow rate is 50 tnl/+in
It is. Further, the heating temperature of the sample surface was 800° C., and the heating time was 60 seconds.

つぎに、上記操作により発生したガス状水素化物((:
H4,H2S、 P、H)は、除湿器15を経てガス濃
縮装置22の冷却管24に流入し、ここで凝縮される。
Next, the gaseous hydride ((:
H4, H2S, P, H) flow into the cooling pipe 24 of the gas concentrator 22 via the dehumidifier 15, where they are condensed.

水素ガスは前述のように切替え弁31から排出される。Hydrogen gas is discharged from the switching valve 31 as described above.

ガス状水素化物か凝縮すると、切替え弁17を切り賛え
、窒素ガスボンベ19から窒素ガスを冷却管24に流し
、冷却管24およびこれの前後の配管中に残留する水素
ガスを切替え弁31を経て排出する。水素ガスの排出が
終ったならば、切替え弁3Iを切り替えて冷却管24と
ガス分析装置34のチャンバ35とを連通させるととも
に、冷却槽を取り外す。そして、シーズヒータ27によ
り冷却管24を加熱して凝縮17た水素化物を気化する
。気化したガス状水素化物は、ガス分析装置34のチャ
ンバ35に流入し、半導体ガスセンサ36により検出さ
れる。
When the gaseous hydride condenses, the switching valve 17 is activated to flow nitrogen gas from the nitrogen gas cylinder 19 into the cooling pipe 24, and the hydrogen gas remaining in the cooling pipe 24 and the piping before and after this is passed through the switching valve 31. Discharge. Once the hydrogen gas has been discharged, the switching valve 3I is switched to communicate the cooling pipe 24 with the chamber 35 of the gas analyzer 34, and the cooling tank is removed. Then, the cooling pipe 24 is heated by the sheathed heater 27 to vaporize the condensed hydride. The vaporized gaseous hydride flows into the chamber 35 of the gas analyzer 34 and is detected by the semiconductor gas sensor 36.

上記水素ガス流量および加熱条件により、たとえば約0
.01 N111j!のメタンガスが発生する。メタン
ガス濃縮後の窒素ガス流量を100o+j2 / wi
nとした場合、窒素ガス中のメタンの濃度は約1100
ppとなる。半導体ガスセンサ36の検出濃度は更に低
く、lppmの濃度は]−分に余裕のある定([度であ
る。したがって、末法の定量感度は著しく高感度であり
、鋼中10ppIm程度の極微量の炭素は十分定IAで
きる。硫黄および燐についても同様である。この発明に
よれば分析所要時間は、分析試料Sを反応室1内に設定
後、約1,5分以内の短時間で分析することができる。
Depending on the above hydrogen gas flow rate and heating conditions, for example, approximately 0
.. 01 N111j! of methane gas is generated. Nitrogen gas flow rate after methane gas concentration is 100o+j2/wi
When n, the concentration of methane in nitrogen gas is approximately 1100
It becomes pp. The concentration detected by the semiconductor gas sensor 36 is even lower, and the concentration of 1ppm is a constant ([degrees] with a margin of 1-min. Therefore, the quantitative sensitivity of the powder method is extremely high, and the concentration of 1ppm is very low. can be determined sufficiently.The same applies to sulfur and phosphorus.According to the present invention, the time required for analysis is within about 1.5 minutes after setting the analysis sample S in the reaction chamber 1. I can do it.

以上、半導体ガスセンサ36を利用して試料中の炭素、
硫黄および燐を同時に定量する例ついて説明したが、こ
れら元素のうちの何れか一つまたは二つを定量するよう
にしてもよい。また、ガス分析装置34に半導体ガスセ
ンサ以外の検出器または分析器を用いることもできる。
As described above, using the semiconductor gas sensor 36 to detect carbon in a sample,
Although an example of simultaneously quantifying sulfur and phosphorus has been described, it is also possible to quantify one or both of these elements. Further, a detector or an analyzer other than a semiconductor gas sensor can also be used as the gas analyzer 34.

たとえば1発光分光分析器によりこれら元素を定量して
もよい。誘導結合型プラズマ発光分析(ICP)を利用
する場合、ICPは窒素ガスを検出するので、不活性ガ
スとして前記窒素ガスの代わりにアルゴンガスを用いる
。さらにまた、炭素を定量する場合には、水素炎イオン
化検出器(FID)を用いることもできる。水素炎イオ
ン化検出器は、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。炭酸ガスは水素炎
イオン化検出器では測定できないために、水素炎イオン
化検出器の前にニッケル触媒を加熱したガス還元装置を
配置する。炭酸ガスはメタンに還元されて水素炎イオン
化検出器に導入され、高感度で検出される。また、硫黄
または燐の定量分析を行うには。
For example, these elements may be quantified using an optical emission spectrometer. When using inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP), since ICP detects nitrogen gas, argon gas is used as the inert gas instead of the nitrogen gas. Furthermore, a flame ionization detector (FID) can also be used to quantify carbon. A hydrogen flame ionization detector is a detector commonly used in gas chromatographs, and uses a hydrogen flame as an excitation source to ionize an analytical component and measure the ion current. Since carbon dioxide cannot be measured with a flame ionization detector, a gas reduction device with a heated nickel catalyst is placed in front of the flame ionization detector. Carbon dioxide gas is reduced to methane and introduced into a hydrogen flame ionization detector, where it is detected with high sensitivity. Also, to perform quantitative analysis of sulfur or phosphorus.

フレーム光度検出器(FPD)を用いることもできる。A flame photometric detector (FPD) can also be used.

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
的に高感度をもち、硫黄については400nm付近で、
また燐についは530na+付近の波長で最大発光強度
を示す。したがって、この波長領域をよく通ず干渉フィ
ルタを用いて選択を行ない、光逼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硫
黄または燐の含有量が算出される。
Flame photometric detectors are selectively sensitive to phosphorus and sulfur compounds, with sulfur around 400 nm;
Furthermore, phosphorus exhibits maximum emission intensity at a wavelength around 530 na+. Therefore, selection is made using an interference filter that passes through this wavelength range, and the intensity of each spectrum is measured using an optical multiplier. The sulfur or phosphorus content is calculated from the measured spectral intensity based on a calibration curve determined in advance using a steel standard sample.

以F、鉄鋼試料を例に説明したが、鉄鋼試料以外に各種
非鉄金属、鉱物、セラミックスなどにもこの発明は通用
できる。
Hereinafter, the explanation has been given using a steel sample as an example, but the present invention can also be applied to various non-ferrous metals, minerals, ceramics, etc. in addition to steel samples.

[発明の効果] この発明によれば、分析対象元素は炭素、硫黄および燐
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、硫黄および燐の主要元素を分析
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, sulfur, and phosphorus, these elements can be rapidly quantified on the order of ppm. In addition, since the main elements of carbon, sulfur, and phosphorus, which are the most important elements for quality evaluation of metals, are analyzed, 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、この発明の方法を実施する装置の例を模式的
に示す装置構成図である。 1・・・反応室、5・・・水素ガスボンベ、8・・・加
熱装置、9・・・反射鏡、IO・・・赤外線ランプ51
5・・・除湿器、17・・・切替え弁、19・・・窒素
ガスボンベ、22・・・ガス濃縮装置、24・・・冷却
管、25・・・液体窒素、31・・・切替え弁、34・
・・ガス分析装置、36・・・半導体ガスセンサ、37
・・・データ処理部、S・・・分析試料。
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram schematically showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reaction chamber, 5... Hydrogen gas cylinder, 8... Heating device, 9... Reflector, IO... Infrared lamp 51
5... Dehumidifier, 17... Switching valve, 19... Nitrogen gas cylinder, 22... Gas concentrator, 24... Cooling pipe, 25... Liquid nitrogen, 31... Switching valve, 34・
...Gas analyzer, 36...Semiconductor gas sensor, 37
...Data processing section, S...Analysis sample.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、密閉系内で金属試料中の成分をガス化して分析する
方法において、水素ガス気流中で金属試料の表面を加熱
して試料中の炭素、硫黄または燐のガス状水素化物を発
生させ、ガス状水素化物をガス濃縮装置に流入させて濃
縮するとともに水素ガスを排出して不活性ガスに置換し
、濃縮したガス状水素化物を不活性ガス気流によりガス
分析装置に送り、ガス状水素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、燐の分析方法。 2、透過窓を有し、板またはブロック状試料を収容する
試料室、試料室に接続された水素ガス供給源、赤外線ラ
ンプと赤外線ランプからの光を前記透過窓を通して試料
面に集光する凹面鏡を備えた加熱装置、試料室に第1三
方形切替え弁を介して接続されたガス濃縮装置、第1三
方形切替え弁の他の入口に接続された不活性ガス供給源
、および一つの出口が大気に開放された第2三方形切替
え弁を介して前記ガス濃縮装置に接続されたガス分析装
置からなることを特徴とする金属試料中の微量炭素、硫
黄、燐の分析装置。
[Claims] 1. In a method of gasifying and analyzing components in a metal sample in a closed system, the surface of the metal sample is heated in a hydrogen gas stream to remove carbon, sulfur, or phosphorus in the gaseous state of the sample. Generate hydride, flow the gaseous hydride into a gas concentrator and concentrate it, exhaust the hydrogen gas and replace it with an inert gas, and send the concentrated gaseous hydride to a gas analyzer using an inert gas stream. A method for analyzing trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in metal samples, which is characterized by quantifying gaseous hydrides. 2. A sample chamber having a transmission window and containing a plate or block-shaped sample, a hydrogen gas supply source connected to the sample chamber, an infrared lamp, and a concave mirror that focuses light from the infrared lamp onto the sample surface through the transmission window. a gas concentrator connected to the sample chamber via a first three-way switching valve, an inert gas supply connected to the other inlet of the first three-way switching valve, and one outlet. An apparatus for analyzing trace amounts of carbon, sulfur, and phosphorus in a metal sample, comprising a gas analyzer connected to the gas concentrator through a second three-way switching valve open to the atmosphere.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0510938A (en) * 1991-07-01 1993-01-19 Nippon Steel Corp Method and apparatus for analysis of phosphorus and sulfur in metal sample
CN100403024C (en) * 2002-08-13 2008-07-16 中国科学院成都有机化学研究所 Method of measuring single wall carbon nano pipe purity
CN112326584A (en) * 2020-10-19 2021-02-05 本钢板材股份有限公司 Method for detecting sulfur and carbon in steel

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5540921A (en) * 1978-09-18 1980-03-22 Nippon Steel Corp Method and unit for hydrogen analysis in metal
JPS562551A (en) * 1979-06-22 1981-01-12 Nippon Steel Corp Local analyzing method for metal
JPS62126769U (en) * 1986-02-03 1987-08-11

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5540921A (en) * 1978-09-18 1980-03-22 Nippon Steel Corp Method and unit for hydrogen analysis in metal
JPS562551A (en) * 1979-06-22 1981-01-12 Nippon Steel Corp Local analyzing method for metal
JPS62126769U (en) * 1986-02-03 1987-08-11

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0510938A (en) * 1991-07-01 1993-01-19 Nippon Steel Corp Method and apparatus for analysis of phosphorus and sulfur in metal sample
CN100403024C (en) * 2002-08-13 2008-07-16 中国科学院成都有机化学研究所 Method of measuring single wall carbon nano pipe purity
CN112326584A (en) * 2020-10-19 2021-02-05 本钢板材股份有限公司 Method for detecting sulfur and carbon in steel

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