JPS59145932A - 溶融金属のレ−ザ−発光分光分析装置 - Google Patents
溶融金属のレ−ザ−発光分光分析装置Info
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- JPS59145932A JPS59145932A JP1924483A JP1924483A JPS59145932A JP S59145932 A JPS59145932 A JP S59145932A JP 1924483 A JP1924483 A JP 1924483A JP 1924483 A JP1924483 A JP 1924483A JP S59145932 A JPS59145932 A JP S59145932A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、溶削ｌ金属の各種成分量をオンラインリアル
タイムで分析するｔ／−ザー発光分光分析装置１ｑに関
する○ 製鉄所において、鋼の製造およびその品質管理のために
、鋼中の成分量を知ることはきわめて重要であり、従来
から発光分光分析や螢光Ｘ線分析等が採用されていた。
タイムで分析するｔ／−ザー発光分光分析装置１ｑに関
する○ 製鉄所において、鋼の製造およびその品質管理のために
、鋼中の成分量を知ることはきわめて重要であり、従来
から発光分光分析や螢光Ｘ線分析等が採用されていた。
しかし、通常は固体試料を用いているため、分析結果を
迅速に生産ラインにフィードバックしたり、溶融状態で
の成分量を分析することはできない。
迅速に生産ラインにフィードバックしたり、溶融状態で
の成分量を分析することはできない。
そこで、オンラインリアルタイムで溶融金属、特に溶鋼
や溶銑の発光分光分析装置として、近年特開昭５７−１
１９２４１号公報記載のものが提案されている。
や溶銑の発光分光分析装置として、近年特開昭５７−１
１９２４１号公報記載のものが提案されている。
しかし、本発明者が本発明を完成するに至る過程での知
見によれは、同公報記載のもの（以下従来例という）に
は次のような重大な問題点が残されていることが明らか
となった。すなわち、第１に従来例では、パルスレーザ
−を溶鋼表面に対して上部から照射し、励起光を発生さ
せている。しかし、これでは溶鋼表面でのスラグの影響
を防止せねば々らず、そのために特別のスラグ遮塵手段
が必要となるばかυでなく、かつ遮塵手段によってもス
ラグの混入を完全に防１４二できず、溶鋼表面と下部と
の成分偏析差を把握できず、成分が１チヤージの代表値
と言えないことが多く、さらに転炉等において溶鋼表向
が水平でなかったり、特に転炉での複合吹錬の場合のよ
うに揺動する場合には、レーザーの入射角および励起光
の反射角が変動し、正確な分析を行い難い。
見によれは、同公報記載のもの（以下従来例という）に
は次のような重大な問題点が残されていることが明らか
となった。すなわち、第１に従来例では、パルスレーザ
−を溶鋼表面に対して上部から照射し、励起光を発生さ
せている。しかし、これでは溶鋼表面でのスラグの影響
を防止せねば々らず、そのために特別のスラグ遮塵手段
が必要となるばかυでなく、かつ遮塵手段によってもス
ラグの混入を完全に防１４二できず、溶鋼表面と下部と
の成分偏析差を把握できず、成分が１チヤージの代表値
と言えないことが多く、さらに転炉等において溶鋼表向
が水平でなかったり、特に転炉での複合吹錬の場合のよ
うに揺動する場合には、レーザーの入射角および励起光
の反射角が変動し、正確な分析を行い難い。
第２に、従来例では、励起光を光ファイバーで分光器に
伝送している。しかし、溶鋼分析では、特にｃ、ｐ、ｓ
が重要な元素で、その検出し易いスペクトル波長はｃ＝
ｘｃ＋ａｏＬ ｐ −１７７５Ａ、５＝１８０７Ａで
・はぼ２０００〜１７００Ａという紫外線域にスペクト
ルを発生さする。したがって、励起光伝送のｆｔめの光
フｒイバーとしては、フ、化リチウムやフ、化カルンウ
ム等の紫外線透過性桐材を用いねばならず高価であるば
かりでなく、たとえその種のものを用いたとＩ〜ても、
伝送路長としては、せいぜい１０〜２０ＣＴＬが限界で
あり、長距離伝送が困φ（ｔであり、設置場所が制約さ
れる難点がある０第３に、従来例では光ファイバーを介
して伝送されたスペクトルを分光器で分光しているが、
分析対象元素スペクトルとその近傍にある他元素のスペ
クトルとの分離を行うための装置を前記の事情により溶
鋼等の近くに゛配置しなければならず、冷却、保守等の
問題が生じる。
伝送している。しかし、溶鋼分析では、特にｃ、ｐ、ｓ
が重要な元素で、その検出し易いスペクトル波長はｃ＝
ｘｃ＋ａｏＬ ｐ −１７７５Ａ、５＝１８０７Ａで
・はぼ２０００〜１７００Ａという紫外線域にスペクト
ルを発生さする。したがって、励起光伝送のｆｔめの光
フｒイバーとしては、フ、化リチウムやフ、化カルンウ
ム等の紫外線透過性桐材を用いねばならず高価であるば
かりでなく、たとえその種のものを用いたとＩ〜ても、
伝送路長としては、せいぜい１０〜２０ＣＴＬが限界で
あり、長距離伝送が困φ（ｔであり、設置場所が制約さ
れる難点がある０第３に、従来例では光ファイバーを介
して伝送されたスペクトルを分光器で分光しているが、
分析対象元素スペクトルとその近傍にある他元素のスペ
クトルとの分離を行うための装置を前記の事情により溶
鋼等の近くに゛配置しなければならず、冷却、保守等の
問題が生じる。
本発明は前記問題点に対処するために提案されたもので
、その目的は溶融金属の成分量を直接的に、かつ転炉の
吹錬中などの反応途上においても分析が可能であり、さ
らに長距離のフレギンプルな光伝送路を構成することが
でき、しかも分光器として小型のもので足シる溶融金属
のレーザー発光分光分析装置を提供することにある。
、その目的は溶融金属の成分量を直接的に、かつ転炉の
吹錬中などの反応途上においても分析が可能であり、さ
らに長距離のフレギンプルな光伝送路を構成することが
でき、しかも分光器として小型のもので足シる溶融金属
のレーザー発光分光分析装置を提供することにある。
この目的を達成するために本発明は、溶融金属の上面を
除いた実質的な溶融金属に直接的にレーザー光を照射さ
せ発光させる発光装置と、溶融金属から発した励起光を
受けてこれを分光する分光器と、前記レーザー光の照射
部分、励起光の分光器への経路および分光器部分を真空
化寸たは不活性ガス封入により有害ガスを排除する有害
ガス排除手段と、前記分光器による分光スペクトルにつ
いて紫外線像から可視光像に変換する光変換器と、可視
光を伝送する光ファイバーと、伝送された光を電気信号
に変換する光電変換器とを備えた構成としたものである
。
除いた実質的な溶融金属に直接的にレーザー光を照射さ
せ発光させる発光装置と、溶融金属から発した励起光を
受けてこれを分光する分光器と、前記レーザー光の照射
部分、励起光の分光器への経路および分光器部分を真空
化寸たは不活性ガス封入により有害ガスを排除する有害
ガス排除手段と、前記分光器による分光スペクトルにつ
いて紫外線像から可視光像に変換する光変換器と、可視
光を伝送する光ファイバーと、伝送された光を電気信号
に変換する光電変換器とを備えた構成としたものである
。
すなわち、本発明は、主として次の各点において従来例
や公知例にない特徴を有している。
や公知例にない特徴を有している。
第１に、レーザー光を直接溶融金属に照射するものであ
る。従来例のように、溶鋼に対して上面からレーザー光
を照射するのであれば、スラグを排除する手段が必要で
あり、また大計の０２゜ＣＯ，ＣＯ２ガス発生に対して
、たとえ不活性ガスを封入］７ても、完全に不活性ガス
と置換するととＬｌ、困姉である。本発明では、溶融金
属に、たとえＩＪ、下方外たは側方がらレーザー光を照
射するので、かかる問題はなく、しかも溶融金属そのも
のの成分量をＥ ｌ、 ＜把握できる。
る。従来例のように、溶鋼に対して上面からレーザー光
を照射するのであれば、スラグを排除する手段が必要で
あり、また大計の０２゜ＣＯ，ＣＯ２ガス発生に対して
、たとえ不活性ガスを封入］７ても、完全に不活性ガス
と置換するととＬｌ、困姉である。本発明では、溶融金
属に、たとえＩＪ、下方外たは側方がらレーザー光を照
射するので、かかる問題はなく、しかも溶融金属そのも
のの成分量をＥ ｌ、 ＜把握できる。
第２に、励起光を分光器に分光した後、紫外線像を可視
光像を変換する光変換器を設けている点である。従来例
のように、分光器で分光された励起光スペクトルを直接
的にホトマル等の光電変換器に導いても、分析対象元素
（たとえばＦｅ ＋ ｃ ＋ ｐ ＋ ｓ ）の近傍の
０．２Ａ程度に他元素のスペクトルがあるため、分離を
行うためには大型の高精度分光器が必要となるのに対し
て、本発明では光変換器を用いたから、分光器と光変換
器との間にスリットを設けて、たとえばＩＯＡ程度のス
ペクトル巾を光変換器により入射し、可視光に変換し、
その後光電変換を行うものであるため、小型の分光器を
用いたとしても高い分解能を得ることができる。
光像を変換する光変換器を設けている点である。従来例
のように、分光器で分光された励起光スペクトルを直接
的にホトマル等の光電変換器に導いても、分析対象元素
（たとえばＦｅ ＋ ｃ ＋ ｐ ＋ ｓ ）の近傍の
０．２Ａ程度に他元素のスペクトルがあるため、分離を
行うためには大型の高精度分光器が必要となるのに対し
て、本発明では光変換器を用いたから、分光器と光変換
器との間にスリットを設けて、たとえばＩＯＡ程度のス
ペクトル巾を光変換器により入射し、可視光に変換し、
その後光電変換を行うものであるため、小型の分光器を
用いたとしても高い分解能を得ることができる。
第３に、第２の点とも関係するが、光信号を遠隔に伝送
するに当って、可視光の状態で：）’ｅファイバーを介
して伝送している。もし従来例のように、励起光をその
捷ま光ファイバーを介して伝送するとすれば、重要分析
対象元素ｃ、ｐ。
するに当って、可視光の状態で：）’ｅファイバーを介
して伝送している。もし従来例のように、励起光をその
捷ま光ファイバーを介して伝送するとすれば、重要分析
対象元素ｃ、ｐ。
Ｓは、２０００〜１７００にという紫外線域にそのスペ
クトルを発生させるため、フッ化すチウム製の特別の光
ファイバーを用いたとしても、長距離伝送は実際困難で
ある。本発明のように、可視光状態で伝送するのであれ
ば、通常の光ファイバーを用いての長距−離伝送がきわ
船て容易である。
クトルを発生させるため、フッ化すチウム製の特別の光
ファイバーを用いたとしても、長距離伝送は実際困難で
ある。本発明のように、可視光状態で伝送するのであれ
ば、通常の光ファイバーを用いての長距−離伝送がきわ
船て容易である。
Ｖ、千木発明を図面に示す具体例によって説明すると、
１は溶融金属容器、たとえば転炉で、その内部の溶融金
属２に対して直接的にレーザー光を当て励起光を分光器
に導くために励起用円管３が、転炉の下方に竪向に配設
され、その内部が転炉１内に連通している。４はレーザ
ー発光器で、発生したレーザー光は、光ファイバー５を
介して円管３内に至り、円管３内に配さＪまた小型ミラ
ー６により向きを変え、レンズ７により集光され、その
焦点が溶融金属２の下面に結ぶよう、溶融金属２に照射
される。
１は溶融金属容器、たとえば転炉で、その内部の溶融金
属２に対して直接的にレーザー光を当て励起光を分光器
に導くために励起用円管３が、転炉の下方に竪向に配設
され、その内部が転炉１内に連通している。４はレーザ
ー発光器で、発生したレーザー光は、光ファイバー５を
介して円管３内に至り、円管３内に配さＪまた小型ミラ
ー６により向きを変え、レンズ７により集光され、その
焦点が溶融金属２の下面に結ぶよう、溶融金属２に照射
される。
１．た円管３内には、不活性ガス８、たとえばアルゴン
ガスが、吹込口９から吹込壕れ、分光分析を阻害する前
述のＣＯガラス０２ガス等の排除が図られる。不活性ガ
ス８を吹込むと、溶融金属２の下面部分にマ、シ＝ルー
ム１０が生成−ｊ ルカ、’ｖ−ｆ−光によりマツジ−
ルーム１０は開口され、レーザー光の照射に支障はない
。
ガスが、吹込口９から吹込壕れ、分光分析を阻害する前
述のＣＯガラス０２ガス等の排除が図られる。不活性ガ
ス８を吹込むと、溶融金属２の下面部分にマ、シ＝ルー
ム１０が生成−ｊ ルカ、’ｖ−ｆ−光によりマツジ−
ルーム１０は開口され、レーザー光の照射に支障はない
。
レーザー光の照射によって発生した溶融金属２の励起光
は、円管３の大径の集光レンズ１１により集光した後、
ミラー１２により水平に反射し、さらにミラー１３によ
り向きを変え、分光器１４のレンズ１５およびスリット
１６を通ってグレーチング１７に至る。励起光は、グレ
ーチング１６において分光され、その分光後の各スペク
トルは、それぞれスリット１７．１８およびミラー１９
．？、ｏを介して、紫外線像から可視光像に変換する光
変換器としての紫外線イメージインテンシファイア２１
．２２に入射される。なお、分光器１４および紫外線イ
メージインテンシファイア２１．２２は、封入容器２３
に内装され、封入容器２３に不活性ガス８が前述と同様
の目的をもって送入される。
は、円管３の大径の集光レンズ１１により集光した後、
ミラー１２により水平に反射し、さらにミラー１３によ
り向きを変え、分光器１４のレンズ１５およびスリット
１６を通ってグレーチング１７に至る。励起光は、グレ
ーチング１６において分光され、その分光後の各スペク
トルは、それぞれスリット１７．１８およびミラー１９
．？、ｏを介して、紫外線像から可視光像に変換する光
変換器としての紫外線イメージインテンシファイア２１
．２２に入射される。なお、分光器１４および紫外線イ
メージインテンシファイア２１．２２は、封入容器２３
に内装され、封入容器２３に不活性ガス８が前述と同様
の目的をもって送入される。
さユれ−るゴ１、
紫外線イメージインテンシファイア２１．２２でｔよ、
分光されたスペクトルが、２７１４ ＡのＦｅスペクト
ルと、１７７５ＲのＰ、１８０７ＸのＳま＊＆、：１川
９３０ＡのＣスペクトルとのいずれかのスペクトルを中
ノ］ノとした１０Ａ程度の範囲が可視光のｆ象に変換さ
れる。なお、前記スペクトル全てを測定する場合はその
分だけ、紫外線イメージインテンシファイアをそれぞれ
の位置に設ければよい。変換された可視光像は、通常の
石英ガラスをコアとするたとえば１０万本程度のコア数
をもった光ファイバー２４．２５により伝送された後、
光電変換素子２６．２７たとえば超高感度ＳＩＴ撮像管
により、スペクトルの強度分布が電気信号に変換され、
その後マイクロコンピュータ２８により、Ｆｅスペクト
ル強度と、Ｃ７Ｐ′またはＳスペクトル強度との比が演
算され、ｃ、Ｐｉ；／ζはＳの分析値が求められる０な
お、」二記例では励起光の経路を不活性ガスで／１拘し
たが、ＣＯガラスを除去しブζ犬態にあればよいので、
真空化手段によることもできる。
分光されたスペクトルが、２７１４ ＡのＦｅスペクト
ルと、１７７５ＲのＰ、１８０７ＸのＳま＊＆、：１川
９３０ＡのＣスペクトルとのいずれかのスペクトルを中
ノ］ノとした１０Ａ程度の範囲が可視光のｆ象に変換さ
れる。なお、前記スペクトル全てを測定する場合はその
分だけ、紫外線イメージインテンシファイアをそれぞれ
の位置に設ければよい。変換された可視光像は、通常の
石英ガラスをコアとするたとえば１０万本程度のコア数
をもった光ファイバー２４．２５により伝送された後、
光電変換素子２６．２７たとえば超高感度ＳＩＴ撮像管
により、スペクトルの強度分布が電気信号に変換され、
その後マイクロコンピュータ２８により、Ｆｅスペクト
ル強度と、Ｃ７Ｐ′またはＳスペクトル強度との比が演
算され、ｃ、Ｐｉ；／ζはＳの分析値が求められる０な
お、」二記例では励起光の経路を不活性ガスで／１拘し
たが、ＣＯガラスを除去しブζ犬態にあればよいので、
真空化手段によることもできる。
捷た、上記例において、Ｆｅスペクトル（Ｆｅ−；２７
００Ａ）も光変換器を通すようにしであるが、これは通
常の石英ファイバーでは３０００Ａ〜２ｏｏｏＡ？の間
で減衰が生じるので、安定性向上のために通すようにし
である。しかし、Ｃ，Ｓ。
００Ａ）も光変換器を通すようにしであるが、これは通
常の石英ファイバーでは３０００Ａ〜２ｏｏｏＡ？の間
で減衰が生じるので、安定性向上のために通すようにし
である。しかし、Ｃ，Ｓ。
Ｐとは事情が異なるので、必らずしも光変換器を通すこ
となく光ファイバーに導いてもよい。
となく光ファイバーに導いてもよい。
以上の通り、本発明によれば、溶融金属の成分量を旧し
く求めることができる、スラグ排除手段が不要であるへ
不活性ガス等のシールが容易である、通常の光ファイバ
ーによって長距離伝送が可能である、さらに溶鋼近傍に
設けるに当って小型の分光器で足シるなどの利点がもた
らされる。
く求めることができる、スラグ排除手段が不要であるへ
不活性ガス等のシールが容易である、通常の光ファイバ
ーによって長距離伝送が可能である、さらに溶鋼近傍に
設けるに当って小型の分光器で足シるなどの利点がもた
らされる。
なお、ちなみに本発明者らの実験によれば、上記例に従
って０．０２Ａの高分解能が得られ、他元素の影響がな
いことも明らかとなっている。
って０．０２Ａの高分解能が得られ、他元素の影響がな
いことも明らかとなっている。
図面は本発明装置の一具体例を示す概略断面図である。
２・・溶融金属 ４・・レーザー発光器８・・不
活性ガス １４・・分光器１７・・グレーチング
２１．２２・・光変換器（紫外線イメージインテンシフ
ァイア） ２６．２７・・光電変換素子
活性ガス １４・・分光器１７・・グレーチング
２１．２２・・光変換器（紫外線イメージインテンシフ
ァイア） ２６．２７・・光電変換素子
Claims (1)
- （１）溶融金属の上面を除いた実質的な溶融金属に直接
的にレーザー光を照射させ発光させる発光装置と、溶融
金属から発した励起光を受けてこれを分光する分光器と
、前記レーザー光の照射部分、励起光の分光器への経路
および分光器部分を真空化捷たは不活性ガス封入により
有害ガスを排除する有害ガス排除手段と、前記分光器に
よる分光スーくクトルについて紫外線像から可視光像に
変換する光変換器と、ｉ’Ｔ−ｔ’ｌ光を伝送する光フ
ァイノ（−と、伝送された光を電気信号に変換する光電
変換器とを’ Ｔｌ１ｆｉえたことを特徴とする等１地
金属のレーザー発光分光分析装置Ｏ
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1924483A JPS59145932A (ja) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | 溶融金属のレ−ザ−発光分光分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1924483A JPS59145932A (ja) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | 溶融金属のレ−ザ−発光分光分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59145932A true JPS59145932A (ja) | 1984-08-21 |
Family
ID=11993992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1924483A Pending JPS59145932A (ja) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | 溶融金属のレ−ザ−発光分光分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59145932A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0362577A2 (de) * | 1988-10-03 | 1990-04-11 | Fried. Krupp AG Hoesch-Krupp | Verfahren zur optischen Ankopplung eines Elementanalysesystems und eines Lasers an flüssiges Metall in einem Schmelzgefäss |
| KR20020033884A (ko) * | 2000-10-30 | 2002-05-08 | 이구택 | 용강 내의 불순물 측정방법 |
-
1983
- 1983-02-08 JP JP1924483A patent/JPS59145932A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0362577A2 (de) * | 1988-10-03 | 1990-04-11 | Fried. Krupp AG Hoesch-Krupp | Verfahren zur optischen Ankopplung eines Elementanalysesystems und eines Lasers an flüssiges Metall in einem Schmelzgefäss |
| KR20020033884A (ko) * | 2000-10-30 | 2002-05-08 | 이구택 | 용강 내의 불순물 측정방법 |
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