JPH11108829A - 溶融金属のオンライン分析方法及び装置 - Google Patents
溶融金属のオンライン分析方法及び装置Info
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- JPH11108829A JPH11108829A JP9281143A JP28114397A JPH11108829A JP H11108829 A JPH11108829 A JP H11108829A JP 9281143 A JP9281143 A JP 9281143A JP 28114397 A JP28114397 A JP 28114397A JP H11108829 A JPH11108829 A JP H11108829A
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融金属のオンライン分析方法を課題とす
る。 【解決手段】 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力
波長を調整したレーザ光（以下、吸収波長レーザ光と記
す）と、該出力波長に近い波長を有する基準となるレー
ザ光（以下、基準波長レーザ光と記す）の両者を光ファ
イバを通して、照射光として溶融金属表面直近に導き、
（ｂ）前記照射光を前記溶融金属の表面に照射し、
（ｃ）前記照射光に対する反射光の中の基準波長および
吸収波長におけるレーザ光の強度を各々測定し、（ｄ）
前記溶融金属の表面に存在する金属蒸気相における前記
元素の吸光度を次式により求め、これより、該金属蒸気
相における該元素の濃度を求め、さらに前記溶融金属中
の該元素濃度を求める。 〔金属蒸気相における分析すべき元素の吸光度〕＝ｌｏ
ｇ（Ｉ0 ／Ｉ） ここに、Ｉ0 は基準波長におけるレーザ光の強度 Ｉは吸収波長におけるレーザ光の強度 である。
る。 【解決手段】 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力
波長を調整したレーザ光（以下、吸収波長レーザ光と記
す）と、該出力波長に近い波長を有する基準となるレー
ザ光（以下、基準波長レーザ光と記す）の両者を光ファ
イバを通して、照射光として溶融金属表面直近に導き、
（ｂ）前記照射光を前記溶融金属の表面に照射し、
（ｃ）前記照射光に対する反射光の中の基準波長および
吸収波長におけるレーザ光の強度を各々測定し、（ｄ）
前記溶融金属の表面に存在する金属蒸気相における前記
元素の吸光度を次式により求め、これより、該金属蒸気
相における該元素の濃度を求め、さらに前記溶融金属中
の該元素濃度を求める。 〔金属蒸気相における分析すべき元素の吸光度〕＝ｌｏ
ｇ（Ｉ0 ／Ｉ） ここに、Ｉ0 は基準波長におけるレーザ光の強度 Ｉは吸収波長におけるレーザ光の強度 である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、溶融金属中の成
分、特に金属成分を迅速にオンライン分析する技術に関
する。
分、特に金属成分を迅速にオンライン分析する技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】溶融金属のオンライン分析は、金属の精
錬工程の制御を迅速に行うため、必要不可欠な技術であ
る。しかし、上記の精錬工程は、高温であり、また粉塵
が多く、測定環境としては望ましくない。溶融金属のオ
ンライン分析をこれらの測定環境に対応させるには、エ
ンジニアリング上の問題が多く、その実用化は殆どなさ
れていないのが現状である。
錬工程の制御を迅速に行うため、必要不可欠な技術であ
る。しかし、上記の精錬工程は、高温であり、また粉塵
が多く、測定環境としては望ましくない。溶融金属のオ
ンライン分析をこれらの測定環境に対応させるには、エ
ンジニアリング上の問題が多く、その実用化は殆どなさ
れていないのが現状である。
【０００３】従来、金属成分の分析方法として、溶融金
属から採取した固体試料を直接分析する発光分析法が迅
速分析法として知られている。また、上記固体試料を酸
等により溶解し、得られた溶液試料を分析する原子吸光
法が信頼性の高い分析法として知られている。
属から採取した固体試料を直接分析する発光分析法が迅
速分析法として知られている。また、上記固体試料を酸
等により溶解し、得られた溶液試料を分析する原子吸光
法が信頼性の高い分析法として知られている。
【０００４】この原子吸光法は本質的に高精度な分析法
であり、これを溶融金属の直接分析に適用する提案とし
ては、例えば、特開昭６３−１８６１３１号公報に溶融
金属中のマンガンの直接分析法が記載されている。この
技術は溶融金属にプローブを挿入し、プローブの上部に
測定セルを設け、溶融金属の表面近傍の金属蒸気を測定
セルに搬送し、搬送中に冷却した元素を再び蒸気化して
原子吸光測定を行うものである。
であり、これを溶融金属の直接分析に適用する提案とし
ては、例えば、特開昭６３−１８６１３１号公報に溶融
金属中のマンガンの直接分析法が記載されている。この
技術は溶融金属にプローブを挿入し、プローブの上部に
測定セルを設け、溶融金属の表面近傍の金属蒸気を測定
セルに搬送し、搬送中に冷却した元素を再び蒸気化して
原子吸光測定を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６３−
１８６１３１号公報に記載された方法においては、溶鋼
に挿入するプローブの材質やその挿入保持機構、測定セ
ルの部分を再蒸気化のため高熱状態に保持する機構、集
光系を高温状態に保持しかつ溶鋼からの金属蒸気による
汚染を防止する機構など、実用化に当たってのエンジニ
アリング上の課題が多く、他の溶鋼迅速分析法と同様に
実用化が困難である。
１８６１３１号公報に記載された方法においては、溶鋼
に挿入するプローブの材質やその挿入保持機構、測定セ
ルの部分を再蒸気化のため高熱状態に保持する機構、集
光系を高温状態に保持しかつ溶鋼からの金属蒸気による
汚染を防止する機構など、実用化に当たってのエンジニ
アリング上の課題が多く、他の溶鋼迅速分析法と同様に
実用化が困難である。
【０００６】本発明では金属成分の分析における原子吸
光法の簡便性を利用し、エンジニアリングの容易な溶融
金属成分の迅速な分析法及び装置を提供するものであ
る。
光法の簡便性を利用し、エンジニアリングの容易な溶融
金属成分の迅速な分析法及び装置を提供するものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第一の発明は、下記の工
程を備えたことを特徴とする溶融金属のオンライン分析
方法である。 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力波長を調整した
レーザ光（以下、吸収波長レーザ光と記す）と、該出力
波長に近い波長を有する基準となるレーザ光（以下、基
準波長レーザ光と記す）の両者を光ファイバを通して、
照射光として溶融金属表面直近に導き、（ｂ）前記照射
光を前記溶融金属の表面に照射し、（ｃ）前記照射光に
対する反射光の中の基準波長および吸収波長におけるレ
ーザ光の強度を各々測定し、（ｄ）前記溶融金属の表面
に存在する金属蒸気相における前記元素の吸光度を次式
により求め、これより、該金属蒸気相における該元素の
濃度を求め、さらに前記溶融金属中の該元素濃度を求め
る。 〔金属蒸気相における分析すべき元素の吸光度〕＝ｌｏ
ｇ（Ｉ0 ／Ｉ） ここに、Ｉ0 は基準波長におけるレーザ光の強度 Ｉは吸収波長におけるレーザ光の強度 である。
程を備えたことを特徴とする溶融金属のオンライン分析
方法である。 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力波長を調整した
レーザ光（以下、吸収波長レーザ光と記す）と、該出力
波長に近い波長を有する基準となるレーザ光（以下、基
準波長レーザ光と記す）の両者を光ファイバを通して、
照射光として溶融金属表面直近に導き、（ｂ）前記照射
光を前記溶融金属の表面に照射し、（ｃ）前記照射光に
対する反射光の中の基準波長および吸収波長におけるレ
ーザ光の強度を各々測定し、（ｄ）前記溶融金属の表面
に存在する金属蒸気相における前記元素の吸光度を次式
により求め、これより、該金属蒸気相における該元素の
濃度を求め、さらに前記溶融金属中の該元素濃度を求め
る。 〔金属蒸気相における分析すべき元素の吸光度〕＝ｌｏ
ｇ（Ｉ0 ／Ｉ） ここに、Ｉ0 は基準波長におけるレーザ光の強度 Ｉは吸収波長におけるレーザ光の強度 である。
【０００８】第二の発明は、上記第一の発明において、
前記反射光の強度の測定法は、フィルタにより該当する
波長を含む狭い波長範囲の光のみを透過させ、フィルタ
を透過した全光強度を測定することを特徴とする溶融金
属オンライン分析方法である。
前記反射光の強度の測定法は、フィルタにより該当する
波長を含む狭い波長範囲の光のみを透過させ、フィルタ
を透過した全光強度を測定することを特徴とする溶融金
属オンライン分析方法である。
【０００９】第三の発明は、下記の部材を備えたことを
特徴とする溶融金属オンライン分析装置である。 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力波長を調整でき
る吸収波長レーザ光発光装置と、基準となるレーザ光を
発生する基準波長レーザ光発光装置と、これらから発生
したレーザ光を集光するレンズ、及び、前記２種のレー
ザ光発光装置から発生した２種のレーザ光を搬送する光
ファイバとから成るレーザ発振部と、（ｂ）溶融金属に
挿入し、その内部に溶融金属面を露出させるプローブ
と、前記光ファイバを該プローブに固定するための光フ
ァイバ固定装置と、該プローブ内に不活性ガスを注入、
排出するための不活性ガス導入口と不活性ガス排出口と
から成るプローブ部と、（ｃ）前記反射されたレーザ光
の強度を光学フィルタを介して測定する光検出器から成
る測光部。
特徴とする溶融金属オンライン分析装置である。 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力波長を調整でき
る吸収波長レーザ光発光装置と、基準となるレーザ光を
発生する基準波長レーザ光発光装置と、これらから発生
したレーザ光を集光するレンズ、及び、前記２種のレー
ザ光発光装置から発生した２種のレーザ光を搬送する光
ファイバとから成るレーザ発振部と、（ｂ）溶融金属に
挿入し、その内部に溶融金属面を露出させるプローブ
と、前記光ファイバを該プローブに固定するための光フ
ァイバ固定装置と、該プローブ内に不活性ガスを注入、
排出するための不活性ガス導入口と不活性ガス排出口と
から成るプローブ部と、（ｃ）前記反射されたレーザ光
の強度を光学フィルタを介して測定する光検出器から成
る測光部。
【００１０】
【発明の実施の形態】通常の原子吸光分析において使用
する光源は、分析対象である元素の単体や合金等を放電
等によって励起し、その固有のスペクトルを発光させる
ものである。よって、そのスペクトルは、通常、全ての
発光スペクトルを生じさせ、吸光の対象となるスペクト
ルの発光効率は低い。
する光源は、分析対象である元素の単体や合金等を放電
等によって励起し、その固有のスペクトルを発光させる
ものである。よって、そのスペクトルは、通常、全ての
発光スペクトルを生じさせ、吸光の対象となるスペクト
ルの発光効率は低い。
【００１１】その上、励起発光源は幅広いため、これを
集光して光ファイバに入射させる際、その波長によって
は集光効率が低くなる。従って、溶融金属の表面で反射
した反射光を測定するためには、反射光の測光効率が高
くなければならないという条件を必要とする。即ち、反
射光が測光用光ファイバに効率良く入射するような対策
を必要とする。
集光して光ファイバに入射させる際、その波長によって
は集光効率が低くなる。従って、溶融金属の表面で反射
した反射光を測定するためには、反射光の測光効率が高
くなければならないという条件を必要とする。即ち、反
射光が測光用光ファイバに効率良く入射するような対策
を必要とする。
【００１２】溶融金属の表面においては、溶融金属から
その表面に存在する気相へ向かって、溶融金属の各成分
の蒸発現象が常に生じている。従って、該気相に存在す
る各金属元素の濃度は温度等の他の条件が同一ならば、
該溶融金属中の濃度に依存する。そこで、本発明では、
レーザ光発光装置を利用して、該気相に存在する各金属
元素の濃度を原子吸光分析によって測定し、これに基づ
いて該溶融金属中の各元素の濃度を推定する。
その表面に存在する気相へ向かって、溶融金属の各成分
の蒸発現象が常に生じている。従って、該気相に存在す
る各金属元素の濃度は温度等の他の条件が同一ならば、
該溶融金属中の濃度に依存する。そこで、本発明では、
レーザ光発光装置を利用して、該気相に存在する各金属
元素の濃度を原子吸光分析によって測定し、これに基づ
いて該溶融金属中の各元素の濃度を推定する。
【００１３】レーザ光発光装置からのレーザ光として、
分析すべき元素の吸光波長に相当するレーザ光を設定す
る。このレーザ光が溶融金属の表面近傍の金属蒸気相を
通過するとき、ランベルトベールの法則により該金属蒸
気相における元素濃度に比例した吸光が生じることを利
用する。即ち、その吸光度を測定することにより、蒸気
相中の元素濃度を求め、更に溶融金属中の元素濃度を求
める方法である。
分析すべき元素の吸光波長に相当するレーザ光を設定す
る。このレーザ光が溶融金属の表面近傍の金属蒸気相を
通過するとき、ランベルトベールの法則により該金属蒸
気相における元素濃度に比例した吸光が生じることを利
用する。即ち、その吸光度を測定することにより、蒸気
相中の元素濃度を求め、更に溶融金属中の元素濃度を求
める方法である。
【００１４】また、レーザ光発光装置は特定のスペクト
ル光だけを高効率で発光させるため、光強度は極めて高
く、また、発光する部分が狭いため、反射光を光ファイ
バへ取り込む効率も高い。このため、溶融金属面での反
射効率は低くなっても十分なＳ／Ｎ比がとれる。従っ
て、溶融金属面でのレーザ光の反射状態について、特別
の対策を施す必要がなく、エンジアリングが簡便なもの
だけで済む。
ル光だけを高効率で発光させるため、光強度は極めて高
く、また、発光する部分が狭いため、反射光を光ファイ
バへ取り込む効率も高い。このため、溶融金属面での反
射効率は低くなっても十分なＳ／Ｎ比がとれる。従っ
て、溶融金属面でのレーザ光の反射状態について、特別
の対策を施す必要がなく、エンジアリングが簡便なもの
だけで済む。
【００１５】さらに、反射光の測定法としてフィルタに
より該当波長を含む狭い波長範囲の光のみを透過させ、
フィルタを通過した全光強度を測定することにより一層
の装置簡便化が達成される。
より該当波長を含む狭い波長範囲の光のみを透過させ、
フィルタを通過した全光強度を測定することにより一層
の装置簡便化が達成される。
【００１６】通常は分光器を使用してスペクトルを分離
した後に光検出器でその強度を測定する。しかし、分光
器は高価であり、かつ温度等の制御が必要である。本発
明において使用するレーザ光は、それ自体が波長範囲の
狭い単色スペクトル光であるため、特に分光する必要が
なく、従って分光器を使用する必要がない。
した後に光検出器でその強度を測定する。しかし、分光
器は高価であり、かつ温度等の制御が必要である。本発
明において使用するレーザ光は、それ自体が波長範囲の
狭い単色スペクトル光であるため、特に分光する必要が
なく、従って分光器を使用する必要がない。
【００１７】また、フィルタを取り付ける理由は、溶融
金属が高温輻射光を発生しているとき、その輻射光全体
を検出するとＳ／Ｎ比が悪くなるので、目的とする波長
の近傍の光のみを取り出して測定するためである。
金属が高温輻射光を発生しているとき、その輻射光全体
を検出するとＳ／Ｎ比が悪くなるので、目的とする波長
の近傍の光のみを取り出して測定するためである。
【００１８】一般に、吸光度は吸光される前の光の強度
Ｉ0 と吸光された後の光の強度Ｉとの比、Ｉ0 ／Ｉを求
め、これの常用対数値である、ｌｏｇ（Ｉ0 ／Ｉ）によ
り定義される。
Ｉ0 と吸光された後の光の強度Ｉとの比、Ｉ0 ／Ｉを求
め、これの常用対数値である、ｌｏｇ（Ｉ0 ／Ｉ）によ
り定義される。
【００１９】基準波長レーザ光の供給方法としては、次
の二つが考えられる。第一の方法は、レーザ光発光装置
の出力波長を制御して、分析すべき元素によって吸光さ
れない波長に変え、基準波長レーザ光として使用する方
法である。第二の方法は、吸光されない波長の光を出す
基準波長レーザ光を発生するレーザ光発光装置を、別
途、設置する方法である。尚、レーザ光発光装置として
は、固体レーザでも、ガスレーザであっても良い。
の二つが考えられる。第一の方法は、レーザ光発光装置
の出力波長を制御して、分析すべき元素によって吸光さ
れない波長に変え、基準波長レーザ光として使用する方
法である。第二の方法は、吸光されない波長の光を出す
基準波長レーザ光を発生するレーザ光発光装置を、別
途、設置する方法である。尚、レーザ光発光装置として
は、固体レーザでも、ガスレーザであっても良い。
【００２０】上記のいずれか一の方法により得られた基
準波長レーザ光を、吸収波長レーザ光と共に同一の光フ
ァイバに入射させる。そして、両者が金属蒸気相を含む
同一の光路を通過した後の、各々の波長における光の強
度を測定する。ここで、上記吸光される前の光の強度Ｉ
0 に替えて、上記の光路通過後の基準波長におけるレー
ザ光の強度をＩ0 とする。
準波長レーザ光を、吸収波長レーザ光と共に同一の光フ
ァイバに入射させる。そして、両者が金属蒸気相を含む
同一の光路を通過した後の、各々の波長における光の強
度を測定する。ここで、上記吸光される前の光の強度Ｉ
0 に替えて、上記の光路通過後の基準波長におけるレー
ザ光の強度をＩ0 とする。
【００２１】これは基準波長レーザ光と吸収波長レーザ
光が同一光路を通過しているために、光路通過に伴う強
度減衰分が相殺されるからである。そして、上記の光路
通過後の吸収波長におけるレーザ光の強度をＩとし、両
者の比、Ｉ0 ／Ｉを求め、これの常用対数値である、ｌ
ｏｇ（Ｉ0 ／Ｉ）によって、吸光度を算出する。
光が同一光路を通過しているために、光路通過に伴う強
度減衰分が相殺されるからである。そして、上記の光路
通過後の吸収波長におけるレーザ光の強度をＩとし、両
者の比、Ｉ0 ／Ｉを求め、これの常用対数値である、ｌ
ｏｇ（Ｉ0 ／Ｉ）によって、吸光度を算出する。
【００２２】本発明における装置全体の概要を図１に示
す。本図は吸光されない波長の光を出す基準波長レーザ
光を発生するレーザ光発光装置を、別途、設置した場合
の装置全体の概要を示す。即ち、基準波長レーザ光発光
装置１２において発生する基準波長レーザ光を、ビーム
スプリッタ１３を介して、吸収波長レーザ光発光装置１
において発生する吸収波長レーザ光と共に、集光レンズ
２等で集光し、光ファイバ３へ入射させる。
す。本図は吸光されない波長の光を出す基準波長レーザ
光を発生するレーザ光発光装置を、別途、設置した場合
の装置全体の概要を示す。即ち、基準波長レーザ光発光
装置１２において発生する基準波長レーザ光を、ビーム
スプリッタ１３を介して、吸収波長レーザ光発光装置１
において発生する吸収波長レーザ光と共に、集光レンズ
２等で集光し、光ファイバ３へ入射させる。
【００２３】光ファイバ３の他端は光ファイバ固定プロ
ーブ４により溶融金属面９の表面直近に設置される。光
ファイバ３の該他端から出た基準波長レーザ光および吸
収波長レーザ光は、金属蒸気相８の中を通って、溶融金
属９の表面において反射される。
ーブ４により溶融金属面９の表面直近に設置される。光
ファイバ３の該他端から出た基準波長レーザ光および吸
収波長レーザ光は、金属蒸気相８の中を通って、溶融金
属９の表面において反射される。
【００２４】反射された基準波長レーザ光および吸収波
長レーザ光の一部は、再び金属蒸気相８の中を通って、
もう１本の光ファイバ３' の端部で受光される。該光フ
ァイバ３' の中を通って他端から出た光は、光学フィル
タ５を通過後、光検出器６に導かれる。
長レーザ光の一部は、再び金属蒸気相８の中を通って、
もう１本の光ファイバ３' の端部で受光される。該光フ
ァイバ３' の中を通って他端から出た光は、光学フィル
タ５を通過後、光検出器６に導かれる。
【００２５】原子吸光分析において、分析すべき元素が
単原子の蒸気の状態でない場合には吸光現象は生じな
い。従って、分析すべき元素が反応して化合物となるの
を防ぐため、光ファイバ固定プローブ４を溶鋼プローブ
７で覆い、さらに該溶鋼プローブ７内に不活性ガスを流
して不活性雰囲気としておく。
単原子の蒸気の状態でない場合には吸光現象は生じな
い。従って、分析すべき元素が反応して化合物となるの
を防ぐため、光ファイバ固定プローブ４を溶鋼プローブ
７で覆い、さらに該溶鋼プローブ７内に不活性ガスを流
して不活性雰囲気としておく。
【００２６】光検出器６においては、基準波長レーザ光
および吸収波長レーザ光の各々の波長における強度、Ｉ
0 とＩが測定され、分析すべき元素の金属蒸気相におけ
る吸光度は、Ｉ0 とＩの比の常用対数値である、ｌｏｇ
（Ｉ0 ／Ｉ）から求まる。これより、金属蒸気相８にお
ける分析すべき元素の濃度が求まる。
および吸収波長レーザ光の各々の波長における強度、Ｉ
0 とＩが測定され、分析すべき元素の金属蒸気相におけ
る吸光度は、Ｉ0 とＩの比の常用対数値である、ｌｏｇ
（Ｉ0 ／Ｉ）から求まる。これより、金属蒸気相８にお
ける分析すべき元素の濃度が求まる。
【００２７】
【実施例】以下、溶融金属として転炉製鋼法における溶
鋼を例として、実施例を述べる。転炉製鋼法は、転炉内
に収容した溶銑に酸素を吹き込んで、溶銑中の炭素（以
下Ｃと記す）、マンガン（以下Ｍｎと記す）、燐（以下
Ｐと記す）、硫黄（以下Ｓと記す）等を精錬して鋼を製
造する方法である。
鋼を例として、実施例を述べる。転炉製鋼法は、転炉内
に収容した溶銑に酸素を吹き込んで、溶銑中の炭素（以
下Ｃと記す）、マンガン（以下Ｍｎと記す）、燐（以下
Ｐと記す）、硫黄（以下Ｓと記す）等を精錬して鋼を製
造する方法である。
【００２８】上記の転炉製鋼法において、精錬中の鋼の
成分組成のオンライン迅速分析が必要とされている。例
えば、鋼の強度の点Ｍｎ含有量を迅速に求めることが強
く要請されている。ここでは本発明の適用例として、Ｍ
ｎ含有量の測定に関して述べる。
成分組成のオンライン迅速分析が必要とされている。例
えば、鋼の強度の点Ｍｎ含有量を迅速に求めることが強
く要請されている。ここでは本発明の適用例として、Ｍ
ｎ含有量の測定に関して述べる。
【００２９】溶鋼中のＭｎ含有量を測定するため、吸収
波長レーザ光発光装置として波長４０３ｎｍの光を出す
レーザ発光装置を用い、光学フィルタとしては中心波長
４０３ｎｍ、半値幅２ｎｍのフィルタを用いた。光ファ
イバはプローブ部への導入用、測定部への導入用共に、
直径０．６５ｍｍの石英製単芯光ファイバを使用し、溶
鋼の表面からおよそ３０〜７０ｍｍ上部に光ファイバの
端部の下端面が位置するように配設した。
波長レーザ光発光装置として波長４０３ｎｍの光を出す
レーザ発光装置を用い、光学フィルタとしては中心波長
４０３ｎｍ、半値幅２ｎｍのフィルタを用いた。光ファ
イバはプローブ部への導入用、測定部への導入用共に、
直径０．６５ｍｍの石英製単芯光ファイバを使用し、溶
鋼の表面からおよそ３０〜７０ｍｍ上部に光ファイバの
端部の下端面が位置するように配設した。
【００３０】両ファイバはボロンナイトライド製の光フ
ァイバプローブに２つの孔をあけて配置し、両者の端部
の下端面が光ファイバプローブ先端から同じ位置になる
よう固定した。
ァイバプローブに２つの孔をあけて配置し、両者の端部
の下端面が光ファイバプローブ先端から同じ位置になる
よう固定した。
【００３１】基準波長レーザ光発光装置としては、波長
４０４ｎｍの光を出すレーザ光発光装置を用い、該基準
波長レーザ光発光装置とプローブ部への導入用ファイバ
との間にビームスプリッタを取り付けて、波長４０３ｎ
ｍの吸収波長レーザ光と波長４０４ｎｍの基準波長レー
ザ光の各々の光量の５０％が該導入用ファイバに入るよ
うにした。
４０４ｎｍの光を出すレーザ光発光装置を用い、該基準
波長レーザ光発光装置とプローブ部への導入用ファイバ
との間にビームスプリッタを取り付けて、波長４０３ｎ
ｍの吸収波長レーザ光と波長４０４ｎｍの基準波長レー
ザ光の各々の光量の５０％が該導入用ファイバに入るよ
うにした。
【００３２】両者のレーザ光の強度を完全に一致させる
ことは困難だったので、測定前に両者の強度を測定し、
その比が常に一定であると仮定して、波長４０４ｎｍの
基準波長レーザ光の光強度に係数を乗じて補正し、波長
４０３ｎｍの吸収波長レーザ光の強度を求めた。
ことは困難だったので、測定前に両者の強度を測定し、
その比が常に一定であると仮定して、波長４０４ｎｍの
基準波長レーザ光の光強度に係数を乗じて補正し、波長
４０３ｎｍの吸収波長レーザ光の強度を求めた。
【００３３】溶鋼プローブ７はアルミナ−カーボン製で
あり、不活性ガス導入口１０は不活性ガスを直接光ファ
イバ先端に吹き付けて、該光ファイバ先端に蒸気相が付
着して汚染されるのを防ぐ構造とした。不活性ガスとし
てＡｒを用い、その流量は２１／ｍｉｎとした。溶鋼中
Ｍｎ含有量と本発明によって測定されたＭｎ吸光度との
関係を図２に示す。
あり、不活性ガス導入口１０は不活性ガスを直接光ファ
イバ先端に吹き付けて、該光ファイバ先端に蒸気相が付
着して汚染されるのを防ぐ構造とした。不活性ガスとし
てＡｒを用い、その流量は２１／ｍｉｎとした。溶鋼中
Ｍｎ含有量と本発明によって測定されたＭｎ吸光度との
関係を図２に示す。
【００３４】図２から明らかなように、溶鋼中Ｍｎ含有
量とＭｎ吸光度との間には一定の関係が認められる。従
って、溶鋼中Ｍｎ含有量はＭｎ吸光度から極めて正確に
求めることができた。上記の例は溶鋼中Ｍｎ含有量につ
いての結果であるが、Ｓｉ、Ｃｒ等、他の溶鋼成分の組
成分析にも、本発明を適用することが、勿論可能であ
る。
量とＭｎ吸光度との間には一定の関係が認められる。従
って、溶鋼中Ｍｎ含有量はＭｎ吸光度から極めて正確に
求めることができた。上記の例は溶鋼中Ｍｎ含有量につ
いての結果であるが、Ｓｉ、Ｃｒ等、他の溶鋼成分の組
成分析にも、本発明を適用することが、勿論可能であ
る。
【００３５】
【発明の効果】本発明により、原子吸光分析を利用した
溶融金属のオンライン分析が、単純な機構を持つ装置に
より可能となり、溶融金属の迅速なオンライン分析が可
能となり、最終的に分析コストが著しく低減された。従
って、本発明の産業上の利用性は極めて高い。
溶融金属のオンライン分析が、単純な機構を持つ装置に
より可能となり、溶融金属の迅速なオンライン分析が可
能となり、最終的に分析コストが著しく低減された。従
って、本発明の産業上の利用性は極めて高い。
【図１】本発明における装置全体の概要を示した図であ
る。
る。
【図２】本発明における、溶鋼中Ｍｎ含有量とＭｎ吸光
度との関係を示した図である。
度との関係を示した図である。
１ 吸収波長レーザ光発光装置 ２ 集光レンズ ３、３' 光ファイバ ４ 光ファイバ固定プ
ローブ ５ 光学フィルタ ６ 光検出器 ７ 溶鋼プローブ ８ 金属蒸気相 ９ 溶融金属 １０ 不活性ガス導入口 １１ 不活性ガス排出口 １２ 基準波長レーザ
光発光装置 １３ ビームスプリッタ １０１ レーザ光発振部 １０２ プローブ部 １０３ 測光部
ローブ ５ 光学フィルタ ６ 光検出器 ７ 溶鋼プローブ ８ 金属蒸気相 ９ 溶融金属 １０ 不活性ガス導入口 １１ 不活性ガス排出口 １２ 基準波長レーザ
光発光装置 １３ ビームスプリッタ １０１ レーザ光発振部 １０２ プローブ部 １０３ 測光部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千野 淳 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 前川 俊哉 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 下記の工程を備えたことを特徴とする溶
融金属のオンライン分析方法。 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力波長を調整した
レーザ光（以下、吸収波長レーザ光と記す）と、該出力
波長に近い波長を有する基準となるレーザ光（以下、基
準波長レーザ光と記す）の両者を光ファイバを通して、
照射光として溶融金属表面直近に導き、（ｂ）前記照射
光を前記溶融金属の表面に照射し、（ｃ）前記照射光に
対する反射光の中の基準波長および吸収波長におけるレ
ーザ光の強度を各々測定し、（ｄ）前記溶融金属の表面
に存在する金属蒸気相における前記元素の吸光度を次式
により求め、これより、該金属蒸気相における該元素の
濃度を求め、さらに前記溶融金属中の該元素濃度を求め
る。 〔金属蒸気相における分析すべき元素の吸光度〕＝ｌｏ
ｇ（Ｉ0 ／Ｉ） ここに、Ｉ0 は基準波長におけるレーザ光の強度 Ｉは吸収波長におけるレーザ光の強度 である。 - 【請求項２】 前記反射光強度の測定法が、フィルタに
より該当波長を含む狭い波長範囲の光のみを透過させ、
フィルタを透過した全光強度を測定することを特徴とす
る請求項１記載の溶融金属オンライン分析方法。 - 【請求項３】 下記の部材を備えたことを特徴とする溶
融金属オンライン分析装置。 （ａ）分析すべき元素の吸収波長に出力波長を調整でき
る吸収波長レーザ光発光装置と、基準となるレーザ光を
発生する基準波長レーザ光発光装置と、これらから発生
したレーザ光を集光するレンズ、及び、前記２種のレー
ザ光発光装置から発生した２種のレーザ光を搬送する光
ファイバとから成るレーザ光発振部と、（ｂ）溶融金属
に挿入し、その内部に溶融金属面を露出させるプローブ
と、前記光ファイバを該プローブに固定するための光フ
ァイバ固定装置と、該プローブ内に不活性ガスを注入、
排出するための不活性ガス導入口と不活性ガス排出口と
から成るプローブ部と、（ｃ）前記反射されたレーザ光
の強度を光学フィルタを介して測定する光検出器から成
る測光部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9281143A JPH11108829A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 溶融金属のオンライン分析方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9281143A JPH11108829A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 溶融金属のオンライン分析方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108829A true JPH11108829A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17634972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9281143A Pending JPH11108829A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 溶融金属のオンライン分析方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11108829A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001228083A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Nkk Corp | 溶融金属の直接分析方法 |
| WO2001071320A1 (fr) * | 2000-03-24 | 2001-09-27 | Nkk Corporation | Procede et appareil d'analyse de metal vaporise |
| CN102608080A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-25 | 唐山赛福特电子信息工程有限公司 | 基于激光诱导击穿光谱法的钢水成分实时在线检测系统 |
| CN108489915A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-09-04 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种流体测量光学系统 |
| CN112611734A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-06 | 武汉锦隆工程技术股份有限公司 | 一种激光测量沸腾液态金属成分的装置 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP9281143A patent/JPH11108829A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001228083A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Nkk Corp | 溶融金属の直接分析方法 |
| WO2001071320A1 (fr) * | 2000-03-24 | 2001-09-27 | Nkk Corporation | Procede et appareil d'analyse de metal vaporise |
| CN102608080A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-25 | 唐山赛福特电子信息工程有限公司 | 基于激光诱导击穿光谱法的钢水成分实时在线检测系统 |
| CN108489915A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-09-04 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种流体测量光学系统 |
| CN112611734A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-06 | 武汉锦隆工程技术股份有限公司 | 一种激光测量沸腾液态金属成分的装置 |
| CN112611734B (zh) * | 2020-12-10 | 2023-04-28 | 武汉锦隆工程技术股份有限公司 | 一种激光测量沸腾液态金属成分的装置 |
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