JPS59157543A - 溶融金属の電極間隙自動調節型微粒子生成プラズマ発光分光分析装置 - Google Patents
溶融金属の電極間隙自動調節型微粒子生成プラズマ発光分光分析装置Info
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- JPS59157543A JPS59157543A JP58030881A JP3088183A JPS59157543A JP S59157543 A JPS59157543 A JP S59157543A JP 58030881 A JP58030881 A JP 58030881A JP 3088183 A JP3088183 A JP 3088183A JP S59157543 A JPS59157543 A JP S59157543A
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- G01N21/73—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches
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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、溶融金属表面と対電極間に高電圧ケかけてス
パークなどの電気的放電７行わせ、溶融金属中の成分組
成を代表する超微粒子を蒸発させ、これ？離れた場所に
設定しであるプラズマ発光分光分析装置に不活性ガス流
で搬送し、溶融金属中の各種成分含有率乞オンラインリ
アルタイムで分析すること２目的とする溶融金属の直接
発光分光分析装置に関するものである。
パークなどの電気的放電７行わせ、溶融金属中の成分組
成を代表する超微粒子を蒸発させ、これ？離れた場所に
設定しであるプラズマ発光分光分析装置に不活性ガス流
で搬送し、溶融金属中の各種成分含有率乞オンラインリ
アルタイムで分析すること２目的とする溶融金属の直接
発光分光分析装置に関するものである。
金属製造業における製造工程管理には、ザンプリングし
て固化させたブロック試料を対象とするスパーク発光分
光分析が多用されている。しかＩ７′近年とくに鉄鋼業
に見られるようにより迅速な製造工程管理あるいは多段
精錬製鋼法などの新製造プロセスの操業管理のために、
溶銑や溶鋼のような溶融金属ケ直接対象とするオンライ
ンリアルタイムの分析手法の開発が強く要請されている
。ごれまで、溶融金属ケＡｒガスを用いた特殊な噴霧器
によって微粉化して発光分光分析する方法（ＲｒＳＲＡ
Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ： ７８
（１，９６ｆｉ ）。
て固化させたブロック試料を対象とするスパーク発光分
光分析が多用されている。しかＩ７′近年とくに鉄鋼業
に見られるようにより迅速な製造工程管理あるいは多段
精錬製鋼法などの新製造プロセスの操業管理のために、
溶銑や溶鋼のような溶融金属ケ直接対象とするオンライ
ンリアルタイムの分析手法の開発が強く要請されている
。ごれまで、溶融金属ケＡｒガスを用いた特殊な噴霧器
によって微粉化して発光分光分析する方法（ＲｒＳＲＡ
Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ： ７８
（１，９６ｆｉ ）。
６５．７８（１９６７）、３５（１９６８））など各種
の手法により研究開発が試みられてきた。しかし、これ
らの方法はこれまで実際に製造現場で実用されたことは
なく、いずれも実験室規模で試みられたに過ぎない。
の手法により研究開発が試みられてきた。しかし、これ
らの方法はこれまで実際に製造現場で実用されたことは
なく、いずれも実験室規模で試みられたに過ぎない。
実際の製造現場で実用可能な溶融金属の直接分析装置の
実現ケはかるには、先ず、その製造現場は高温、振動、
ダス） ｔｃど測定環境が非常に悪い点ケ考慮しなけれ
ばならない。このような劣悪な測定環境下ではトラブル
が起る分光、検出器等の精密測定機器は溶融金属の存在
場所から離して設置し、溶融金属は電気的放電ｌ「どに
よって微粉化して搬送するなどの方法が有望になる。本
発明は溶融金属ケ０．１１１ｍ以下で粒度分布域が狭い
超微粒子ケ安定して発生させる方法、搬送管内壁への微
粒子のイ」着残留ケ防ＩＬ、シて数１０ｍの長距離ケ効
率よく搬送する方法及び分析装置への導入方法等乞中心
に研究開発を進め、簡単・迅速に高い精度・感度で分析
でき、実用的な所規分析装置ケ提供するにいたったもの
である。
実現ケはかるには、先ず、その製造現場は高温、振動、
ダス） ｔｃど測定環境が非常に悪い点ケ考慮しなけれ
ばならない。このような劣悪な測定環境下ではトラブル
が起る分光、検出器等の精密測定機器は溶融金属の存在
場所から離して設置し、溶融金属は電気的放電ｌ「どに
よって微粉化して搬送するなどの方法が有望になる。本
発明は溶融金属ケ０．１１１ｍ以下で粒度分布域が狭い
超微粒子ケ安定して発生させる方法、搬送管内壁への微
粒子のイ」着残留ケ防ＩＬ、シて数１０ｍの長距離ケ効
率よく搬送する方法及び分析装置への導入方法等乞中心
に研究開発を進め、簡単・迅速に高い精度・感度で分析
でき、実用的な所規分析装置ケ提供するにいたったもの
である。
第１図、第２図に示す本発明実施例装置により本発明の
詳細について説明する。本発明装置は、大別すると微粒
子生成プローブ１、湯面レベル計：３８と連動する同プ
ローブの土工位置調節装置２０、スパーク放電装置１８
、微粒子搬送管２２、搬送ガス分配装置２４及びプラズ
マ励起源ケ有する発光分光分析装置３７から構成される
。微粒子生成プローブ］は、溶融金属１３と対電極８間
に高電圧ケかけてスパーク放電２行わせ、溶融金属２局
部的に更に高温の過熱状態に保ち、金属の組成を代表す
る微粒子ケ煙状に蒸発させる働きをする部分である。
詳細について説明する。本発明装置は、大別すると微粒
子生成プローブ１、湯面レベル計：３８と連動する同プ
ローブの土工位置調節装置２０、スパーク放電装置１８
、微粒子搬送管２２、搬送ガス分配装置２４及びプラズ
マ励起源ケ有する発光分光分析装置３７から構成される
。微粒子生成プローブ］は、溶融金属１３と対電極８間
に高電圧ケかけてスパーク放電２行わせ、溶融金属２局
部的に更に高温の過熱状態に保ち、金属の組成を代表す
る微粒子ケ煙状に蒸発させる働きをする部分である。
対電極８は、先端ケとがらせた２〜５ ｔｕｒｎφ程度
の小径の丸棒が適切であり、材質は蒸発消耗の少ない高
融点金属であるタングステンなどが適シテいる。先端を
円錐状にとがらせた形状は、微粒子を常時一定速度で蒸
発させる上で重要である。対電極８先端部と溶融金属１
３表面との間隙’＞ ５ ｍｍとしてスパーク放電ケ飛
ばすと約１１０１Ｗφの範囲内でパルス放電が繰り返さ
れ、放電カラム１４も安定して形成され、微粒子の蒸発
散も常時安定１−１良好な分析結果が得られる。湯面レ
ベルが多少変動しても常に対電極先端からの放電カラム
１４が形成され、微粒子の蒸発量の変動もごくわずかに
抑えることができた。電極間間隙ｖ ５ ｍｒＲに設定
した場合、±２ｉｎ１Ｍの湯面の変動が起っても微粒子
の生成量の変動は５チ以内に抑制できた。しかし、対電
極先端ケ丸棒の断面としたり、微粒子導入管３のパイプ
断面乞直接電極先端として用いた場合は、安定 ５− した放電カラムが形成されず、とくに湯面の変動が起っ
た場合は放電カラムが移動し、微粒子の蒸発散の再現性
が得られなくなり、分析精度を極端に低下させた。この
ような理由から、微粒子導入管３は対電極８の電導体と
して用いるが、スパーク放電用の対電極はこの導入管３
の先端に固設するようにした。この固設の方法はいくつ
かあるが、第２図及び第３図に示すように微粒子導入管
３の下端に円筒状の電極ホルダー６を溶接などによって
接続し、電極ホルダー６の中心部に対電極８を垂直に挿
入し、微粒子導入ロア７開けるようにしてビス９などで
固定する方法が適当である。
の小径の丸棒が適切であり、材質は蒸発消耗の少ない高
融点金属であるタングステンなどが適シテいる。先端を
円錐状にとがらせた形状は、微粒子を常時一定速度で蒸
発させる上で重要である。対電極８先端部と溶融金属１
３表面との間隙’＞ ５ ｍｍとしてスパーク放電ケ飛
ばすと約１１０１Ｗφの範囲内でパルス放電が繰り返さ
れ、放電カラム１４も安定して形成され、微粒子の蒸発
散も常時安定１−１良好な分析結果が得られる。湯面レ
ベルが多少変動しても常に対電極先端からの放電カラム
１４が形成され、微粒子の蒸発量の変動もごくわずかに
抑えることができた。電極間間隙ｖ ５ ｍｒＲに設定
した場合、±２ｉｎ１Ｍの湯面の変動が起っても微粒子
の生成量の変動は５チ以内に抑制できた。しかし、対電
極先端ケ丸棒の断面としたり、微粒子導入管３のパイプ
断面乞直接電極先端として用いた場合は、安定 ５− した放電カラムが形成されず、とくに湯面の変動が起っ
た場合は放電カラムが移動し、微粒子の蒸発散の再現性
が得られなくなり、分析精度を極端に低下させた。この
ような理由から、微粒子導入管３は対電極８の電導体と
して用いるが、スパーク放電用の対電極はこの導入管３
の先端に固設するようにした。この固設の方法はいくつ
かあるが、第２図及び第３図に示すように微粒子導入管
３の下端に円筒状の電極ホルダー６を溶接などによって
接続し、電極ホルダー６の中心部に対電極８を垂直に挿
入し、微粒子導入ロア７開けるようにしてビス９などで
固定する方法が適当である。
微粒子導入管３は鋼や銅製の内径２〜３粗φ程度の小径
の管乞用いるが、上部は耐熱絶縁材７介して冷却筒２頂
部に固定保持される。微粒子導入管３の外側にはアルミ
ナやマグネシアなどの耐熱絶縁管４が被覆されるが、そ
の外周には同心円状にわずかな間隙５ができるように冷
却筒２内部には穴があけられており、この間隙５の上部
はＡｒなどの不活性ガス供給管１５が取りつけられ、下
部 ６− はガス吹き出しく］１０につながっている。冷却筒２内
体は、溶融金属の輻射熱による加熱を防止するために空
冷あるいは水冷によって冷却できる機構ケ備えている。
の管乞用いるが、上部は耐熱絶縁材７介して冷却筒２頂
部に固定保持される。微粒子導入管３の外側にはアルミ
ナやマグネシアなどの耐熱絶縁管４が被覆されるが、そ
の外周には同心円状にわずかな間隙５ができるように冷
却筒２内部には穴があけられており、この間隙５の上部
はＡｒなどの不活性ガス供給管１５が取りつけられ、下
部 ６− はガス吹き出しく］１０につながっている。冷却筒２内
体は、溶融金属の輻射熱による加熱を防止するために空
冷あるいは水冷によって冷却できる機構ケ備えている。
又冷却筒２の下部周囲には窒化ホウ素などの絶縁耐火材
でてきた円筒月が取り伺けられており、下端乞溶融金属
１３中に浸漬して内部に小空間室１２ヲ形成している。
でてきた円筒月が取り伺けられており、下端乞溶融金属
１３中に浸漬して内部に小空間室１２ヲ形成している。
上記の微粒子導入管３の下端に対電極８を取り付けた電
極ホルダ一部６は、この小空間室１２につきでており、
対電極８の先端部は溶融金属表面１：３１／ｒＣ垂直に
対向し、５〜１０ｍＩｎの範囲で一定間隔ケもって設定
され、対電極先端部のわずか土部に微粒子導入ロアがＦ
向きに開１］シている。ガス吹き出し口１０は小空間室
１２の頂部に位置し、微粒子導入ロアよりも十部位置に
ある方が蒸発した微粒子の効率的導入に適している。
極ホルダ一部６は、この小空間室１２につきでており、
対電極８の先端部は溶融金属表面１：３１／ｒＣ垂直に
対向し、５〜１０ｍＩｎの範囲で一定間隔ケもって設定
され、対電極先端部のわずか土部に微粒子導入ロアがＦ
向きに開１］シている。ガス吹き出し口１０は小空間室
１２の頂部に位置し、微粒子導入ロアよりも十部位置に
ある方が蒸発した微粒子の効率的導入に適している。
対電極８先端部と溶融金属表面１３間に高電圧ケかけて
スパーク放電を飛ばし、蒸発生成した溶融金属の超微粒
子は、Ａｒガス吹き出し口１０から吐出し７ｖＡｒガス
流に乗って、対電極８先端直」：に位置する微粒子導入
ロアに迅速に運び込まれる。
スパーク放電を飛ばし、蒸発生成した溶融金属の超微粒
子は、Ａｒガス吹き出し口１０から吐出し７ｖＡｒガス
流に乗って、対電極８先端直」：に位置する微粒子導入
ロアに迅速に運び込まれる。
小空間室］２は直径３０ｍｔｎφ、高さ３ＱＩＩＩＢ以
下の小容積であり、蒸発微粒子の拡散は起りに＜＜、生
成すると同時に効率よく導入ロアへ導入される。
下の小容積であり、蒸発微粒子の拡散は起りに＜＜、生
成すると同時に効率よく導入ロアへ導入される。
吹き込まれる不活性ガスは、小空間室］２内の大気７追
い出してスパーク放電が起り易い雰囲気７つくるためと
、生成した微粒子を分析計へ搬送するために必要となる
。ガスの種類は、生成する微粒子の粒径や量に影響し、
Ａｒ ＋ Ｈｅ ＋ Ａｒ Ｈ２などが用いられるが
通常はＡ、ｒガスが適当である。生成した微粒子の拡散
を防ぐために放電７行う空間室１２ケ極力小さくする必
要があるが、そのために通常１０〜２０β／―で吹き込
まれるＡｒガスによって溶融金属表面が冷却されるへい
害が起り易くなる。微粒子を伴なって導入管３を通過す
るＡ「ガス温度は数１００度に達するが、本発明のＡｒ
ガスの吹き込みは導入管３の外壁に作った間隙５を通っ
て供給されるために、熱交換作用によって予熱されてか
ら吹き込まれるので溶融金属表面の冷却は防止できる。
い出してスパーク放電が起り易い雰囲気７つくるためと
、生成した微粒子を分析計へ搬送するために必要となる
。ガスの種類は、生成する微粒子の粒径や量に影響し、
Ａｒ ＋ Ｈｅ ＋ Ａｒ Ｈ２などが用いられるが
通常はＡ、ｒガスが適当である。生成した微粒子の拡散
を防ぐために放電７行う空間室１２ケ極力小さくする必
要があるが、そのために通常１０〜２０β／―で吹き込
まれるＡｒガスによって溶融金属表面が冷却されるへい
害が起り易くなる。微粒子を伴なって導入管３を通過す
るＡ「ガス温度は数１００度に達するが、本発明のＡｒ
ガスの吹き込みは導入管３の外壁に作った間隙５を通っ
て供給されるために、熱交換作用によって予熱されてか
ら吹き込まれるので溶融金属表面の冷却は防止できる。
又、蒸発生成した超微粒子は管内壁の温度が低いと即座
に内壁に付着する性質ケもち、微粒子の定量的な搬送が
困難になる。あるいは、微粒子搬送管２２ケ数１０ｍの
ように長尺とした場合に起り易くなる管内ｔ［どに付着
残留する微粒子を洗浄する目的で断続的（Ｃ高圧をかけ
てＡｒガス？高速で吹き込む必要がある。これらの目的
から冷却筒２内に設ける微粒子導入管３は冷却筒２に直
接接触して冷却されず、またＡｒガス吹き込み間隙５は
極力狭（するとともにガスが導入管３外壁に効率よく接
触するように微粒子導入管３の外側に狭い間隙乞もって
同心固状に２重管構造とすることが必要である。
に内壁に付着する性質ケもち、微粒子の定量的な搬送が
困難になる。あるいは、微粒子搬送管２２ケ数１０ｍの
ように長尺とした場合に起り易くなる管内ｔ［どに付着
残留する微粒子を洗浄する目的で断続的（Ｃ高圧をかけ
てＡｒガス？高速で吹き込む必要がある。これらの目的
から冷却筒２内に設ける微粒子導入管３は冷却筒２に直
接接触して冷却されず、またＡｒガス吹き込み間隙５は
極力狭（するとともにガスが導入管３外壁に効率よく接
触するように微粒子導入管３の外側に狭い間隙乞もって
同心固状に２重管構造とすることが必要である。
また、長時間連続して放電ケ飛ばしていると対電極８の
先端部に蒸発生成した微粒子の一部が付着してくるため
に、断続的に極性７逆にして放電させ付着した微粒＋７
蒸発除去するなどの方法をとる。しかし、長時間連続分
析の場合には、対電極の交換が必要になる。この交換は
迅速に行わなければならないが、本発明では対電極８と
微粒子導入管３ｙ！：′一体化しであるために冷却筒２
上部の ９− 固定具を取りはずして上方に引きぬく簡単な操作で迅速
に交換できる利点がある。
先端部に蒸発生成した微粒子の一部が付着してくるため
に、断続的に極性７逆にして放電させ付着した微粒＋７
蒸発除去するなどの方法をとる。しかし、長時間連続分
析の場合には、対電極の交換が必要になる。この交換は
迅速に行わなければならないが、本発明では対電極８と
微粒子導入管３ｙ！：′一体化しであるために冷却筒２
上部の ９− 固定具を取りはずして上方に引きぬく簡単な操作で迅速
に交換できる利点がある。
溶融金属乞直接分析する場合にもつとも問題になるのは
湯面のレベル変動が激しいことで、レベルが解重状態に
あるものはまれである。すなわち、成分含有率７知る分
析の目的は金属製造の工程管理であるために、製造過程
での直接分析が必要であり、製造過程における溶融金属
湯面ば通常安定していない。鉄鋼製造を例にとれば、溶
鉱炉から樋に流れ出てくる溶銑は時々刻々湯の量が変化
するし、そのあとの鍋中で行う脱リン、脱硫、脱炭など
の処理では湯面の変動は激しく沸とう状態Ｚ呈している
。機械的な工夫や比較的安定している時期を選んで分析
ゲ実施することにしても、スパーク放電によって微粒子
を蒸発生成するときの対電極８先端と溶融金属表面１３
との間隙は通常１０龍以下にする必要があるために、湯
面レベル変動の対策が必須になる。そこで、本発明では
第１図に示すように湯面レベル検出器３８に溶融金属１
３表面に対向して設置し、湯面レベルを常時検出し、１
０− この検出信号にＪ：って対電極８馨保持した微粒子生成
グローブ］の冷却筒２を上下に駆動する上下位置調節装
置２０ン作動させて対電極と溶融金属間の電極間間隙を
一定間隔に保持する方法ケとった′。
湯面のレベル変動が激しいことで、レベルが解重状態に
あるものはまれである。すなわち、成分含有率７知る分
析の目的は金属製造の工程管理であるために、製造過程
での直接分析が必要であり、製造過程における溶融金属
湯面ば通常安定していない。鉄鋼製造を例にとれば、溶
鉱炉から樋に流れ出てくる溶銑は時々刻々湯の量が変化
するし、そのあとの鍋中で行う脱リン、脱硫、脱炭など
の処理では湯面の変動は激しく沸とう状態Ｚ呈している
。機械的な工夫や比較的安定している時期を選んで分析
ゲ実施することにしても、スパーク放電によって微粒子
を蒸発生成するときの対電極８先端と溶融金属表面１３
との間隙は通常１０龍以下にする必要があるために、湯
面レベル変動の対策が必須になる。そこで、本発明では
第１図に示すように湯面レベル検出器３８に溶融金属１
３表面に対向して設置し、湯面レベルを常時検出し、１
０− この検出信号にＪ：って対電極８馨保持した微粒子生成
グローブ］の冷却筒２を上下に駆動する上下位置調節装
置２０ン作動させて対電極と溶融金属間の電極間間隙を
一定間隔に保持する方法ケとった′。
湯面レベル検出器は静電容量型などのものが適当である
が、微粒子生成グローブ】あるいは同プローブの支持架
台１９などに固定保持する。同グローブ１の十下動の駆
動源側は電動機及びスクリュージヤツキ等を用い、同グ
ローブの土部に取り付ける。湯表面の小きざみなレベル
変動は、耐火箇月を溶融金属中に浸漬して小空間室１２
ケ形成することによりかなり消失するが、湯面レベル計
３８によるレベル検出精度は±Ｑ、 ５ ｍｍ以十で、
検出信号に上下動動作に変換する速ＩＷも速く、本方式
によれば電極間間隙を常時５ ｍｍ±１ ｍｍに調節す
ることができ、微粒子の生成を安定して行え良好な精度
で分析を実施することが可能になった。
が、微粒子生成グローブ】あるいは同プローブの支持架
台１９などに固定保持する。同グローブ１の十下動の駆
動源側は電動機及びスクリュージヤツキ等を用い、同グ
ローブの土部に取り付ける。湯表面の小きざみなレベル
変動は、耐火箇月を溶融金属中に浸漬して小空間室１２
ケ形成することによりかなり消失するが、湯面レベル計
３８によるレベル検出精度は±Ｑ、 ５ ｍｍ以十で、
検出信号に上下動動作に変換する速ＩＷも速く、本方式
によれば電極間間隙を常時５ ｍｍ±１ ｍｍに調節す
ることができ、微粒子の生成を安定して行え良好な精度
で分析を実施することが可能になった。
溶融金属１３乞微粒子に変換する方法は種々あるが、前
述の引用文献のように高速のＡｒガス流によるスプレー
作用で噴霧する方法では生成した微粒子径は１０〜１．
ＯＯμｍ程度以上で粒径が大きいために長距離搬送は
困難であり、又粒度分布の幅が太きいために励起発光さ
せた際の発光強度の変動が大きく分析精度が悪い等の問
題がある。直流アークあるいはアークカラムケ水冷に」
：るピンチ効果で収束したプラズマア−り照射による過
熱蒸発による方法では、対電極と溶融金属表面との電極
間ギヤツブ乞１〜２市程度の極めて短かい距離に保たな
ければある一定量以上の微粒子の蒸発が起らず、かつ蒸
気圧の低い成分の蒸発が優先するいわゆる選択蒸発が起
り易く、溶融金属の成分組成７代表する微粒子ケ安定し
て生成させることが難しい。レーザー照射による方法は
、非導電性物質に適用できる利点乞もつが、Ｃ０２レー
ザーのように連続レーザーでは蒸発量が少なく、ジャイ
アントパルスレーザ−を採用せざるン得ないが、１秒間
に数１０回以十での高出力での照射が不可能なことから
、これもまた正確なオンライン分析用にはあまり適当で
ない。
述の引用文献のように高速のＡｒガス流によるスプレー
作用で噴霧する方法では生成した微粒子径は１０〜１．
ＯＯμｍ程度以上で粒径が大きいために長距離搬送は
困難であり、又粒度分布の幅が太きいために励起発光さ
せた際の発光強度の変動が大きく分析精度が悪い等の問
題がある。直流アークあるいはアークカラムケ水冷に」
：るピンチ効果で収束したプラズマア−り照射による過
熱蒸発による方法では、対電極と溶融金属表面との電極
間ギヤツブ乞１〜２市程度の極めて短かい距離に保たな
ければある一定量以上の微粒子の蒸発が起らず、かつ蒸
気圧の低い成分の蒸発が優先するいわゆる選択蒸発が起
り易く、溶融金属の成分組成７代表する微粒子ケ安定し
て生成させることが難しい。レーザー照射による方法は
、非導電性物質に適用できる利点乞もつが、Ｃ０２レー
ザーのように連続レーザーでは蒸発量が少なく、ジャイ
アントパルスレーザ−を採用せざるン得ないが、１秒間
に数１０回以十での高出力での照射が不可能なことから
、これもまた正確なオンライン分析用にはあまり適当で
ない。
本発明者らは溶融金属Ｚ微粒子として蒸発生成するエネ
ルギー源の適正について詳＃ｌな研究を続けた結果、最
適な方法としてスパーク放電を選定した。すなわち、溶
融金属１３中に浸漬した炭素や高融点金属から成る棒状
電極１７ヲ試料極として陰極とし、溶融金属１３表面に
先端がわずかな間隙ケもって設置した対電極８に導通す
る微粒子導入管３の上端に取り付けた端子１６乞陽極と
してスパーク放電装置１８に結線し、両極に高電圧をか
けてスパーク放電７行い溶融金属１３ヲ微粒子として蒸
発させる。溶融金属を微粒子として蒸発搬送し、溶融金
属中の各種含有成分量を分析するためには、含有成分を
代表する微粒子を安定して発生させることがとくに重要
であるが、スパーク放電における各放電定数の設定の仕
方も影響を与える。自己誘導１０μＨ１静電容渚３μＦ
、抵抗１Ω、電圧１０ｔＯＯＶに設定したスパークライ
クのスパーク放電と各定数を１５０μＨ，８μＦ、ＯΩ
、７００Ｖに設定したアークライクのスパーク放電（放
電電流波形からみると前者はピーク電流値２００Ａ。
ルギー源の適正について詳＃ｌな研究を続けた結果、最
適な方法としてスパーク放電を選定した。すなわち、溶
融金属１３中に浸漬した炭素や高融点金属から成る棒状
電極１７ヲ試料極として陰極とし、溶融金属１３表面に
先端がわずかな間隙ケもって設置した対電極８に導通す
る微粒子導入管３の上端に取り付けた端子１６乞陽極と
してスパーク放電装置１８に結線し、両極に高電圧をか
けてスパーク放電７行い溶融金属１３ヲ微粒子として蒸
発させる。溶融金属を微粒子として蒸発搬送し、溶融金
属中の各種含有成分量を分析するためには、含有成分を
代表する微粒子を安定して発生させることがとくに重要
であるが、スパーク放電における各放電定数の設定の仕
方も影響を与える。自己誘導１０μＨ１静電容渚３μＦ
、抵抗１Ω、電圧１０ｔＯＯＶに設定したスパークライ
クのスパーク放電と各定数を１５０μＨ，８μＦ、ＯΩ
、７００Ｖに設定したアークライクのスパーク放電（放
電電流波形からみると前者はピーク電流値２００Ａ。
保持時間３０μｓ、後者は各々が８ＯＡ、４００μｓ）
１３− の面放電条件で鉄鋼試料を対象に微粒子を発生させ各成
分ビ繰り返して分析した結果、０．５０％含有するＳ＋
の分析値の変動係数は前者が２５％。
１３− の面放電条件で鉄鋼試料を対象に微粒子を発生させ各成
分ビ繰り返して分析した結果、０．５０％含有するＳ＋
の分析値の変動係数は前者が２５％。
後者が１１．６％、］、、００％含有するＭｎは各々３
，８チ、］、２．６係、０．３０チ含有するＣＩＪは各
々５．１％、１４．２％などの結果が得られた。すなわ
ち、上記のようにアークライクよりもスパークライクの
スパーク放電の方が安定して溶融金属中の各成分ケ微粒
子として蒸発させるのに適している。放電周波数につい
ては、５０〜８００ Ｈｚ までについて調べたが、２
００ Ｈｚ以」−のように単位時間当りの放電回数が多
い方が分析精度の点から有利であった。
，８チ、］、２．６係、０．３０チ含有するＣＩＪは各
々５．１％、１４．２％などの結果が得られた。すなわ
ち、上記のようにアークライクよりもスパークライクの
スパーク放電の方が安定して溶融金属中の各成分ケ微粒
子として蒸発させるのに適している。放電周波数につい
ては、５０〜８００ Ｈｚ までについて調べたが、２
００ Ｈｚ以」−のように単位時間当りの放電回数が多
い方が分析精度の点から有利であった。
溶融金属中の成分分析を目的とする本発明においては、
微粒子７単に生成する場合と異なり、蒸発微粒子を一定
流速の搬送ガスと共に常時安定して分析装置３７へ送り
込まねばならず、よシ効率の良い微粒子の搬送技術が必
要になる。本発明では、溶融金属１３表面より蒸発して
対電極８先端直上方向に立ち昇った微粒子を、周囲への
拡散７防ぎ、１４− Ａｒガス吹き込み管５のＡｌ１より吹き出して微粒子導
入管：３下端の開口部７へ流れ込むＡｒガス流に乗せて
迅速に運び去る方法ケとった。微粒子が発生する小空間
室１２は微粒子導入管３の開口部７以外に出口がｌ［い
ために、Ａｒガス流に引き込まれて常時一定の希釈倍率
馨もって導入管３の開１］部７へ送り込まれる。対電極
８先端部と溶融金属表向で形成する放電カラム１４の放
電を乱さずに、かつ微粒子を安定して同開口部７へ送り
込むためのＡｒガス流流形形成るためには、Ａｒガス吹
き出し円管５の下端の吹き出し口１０は微粒子導入管３
下端の開口部７よりもわずかに土部に位置する必要があ
る。
微粒子７単に生成する場合と異なり、蒸発微粒子を一定
流速の搬送ガスと共に常時安定して分析装置３７へ送り
込まねばならず、よシ効率の良い微粒子の搬送技術が必
要になる。本発明では、溶融金属１３表面より蒸発して
対電極８先端直上方向に立ち昇った微粒子を、周囲への
拡散７防ぎ、１４− Ａｒガス吹き込み管５のＡｌ１より吹き出して微粒子導
入管：３下端の開口部７へ流れ込むＡｒガス流に乗せて
迅速に運び去る方法ケとった。微粒子が発生する小空間
室１２は微粒子導入管３の開口部７以外に出口がｌ［い
ために、Ａｒガス流に引き込まれて常時一定の希釈倍率
馨もって導入管３の開１］部７へ送り込まれる。対電極
８先端部と溶融金属表向で形成する放電カラム１４の放
電を乱さずに、かつ微粒子を安定して同開口部７へ送り
込むためのＡｒガス流流形形成るためには、Ａｒガス吹
き出し円管５の下端の吹き出し口１０は微粒子導入管３
下端の開口部７よりもわずかに土部に位置する必要があ
る。
微粒子導入管３に導入された微粒子はＡｒガス流に乗せ
られて、絶縁コネクター２１によって接続される微粒子
搬送管２２ヲ通って搬送ガス分配装置２４に搬送される
か、本発明のように微粒子を対象に分析ケ行う場合には
、これらの内壁に微粒子乞付看残留させないことが重要
な問題になる。微粒子導入管３は溶融金属の高熱によっ
て加熱されているので微粒子は付着しにくくあまり問題
はないが、搬送管′、′）、２は距離が長くｌ「ると温
度が低下して付着残留が起り易くなる。その結果、搬送
ガス中の微粒子濃度が変動したり、コンタミネーション
となって正確な分析値が得られなくなる。従って、搬送
管２２はなるべく小径として搬送ガスの流速ケ速くする
。図面に示す如く加熱装置２３ケ取り付けて常時加熱し
ておく、あるいは−塵付着した微粒子は付着後短時間以
内では容易に剥離できるので搬送ガス？更に高速で吹き
込んで洗浄する、方法などを採用した。
られて、絶縁コネクター２１によって接続される微粒子
搬送管２２ヲ通って搬送ガス分配装置２４に搬送される
か、本発明のように微粒子を対象に分析ケ行う場合には
、これらの内壁に微粒子乞付看残留させないことが重要
な問題になる。微粒子導入管３は溶融金属の高熱によっ
て加熱されているので微粒子は付着しにくくあまり問題
はないが、搬送管′、′）、２は距離が長くｌ「ると温
度が低下して付着残留が起り易くなる。その結果、搬送
ガス中の微粒子濃度が変動したり、コンタミネーション
となって正確な分析値が得られなくなる。従って、搬送
管２２はなるべく小径として搬送ガスの流速ケ速くする
。図面に示す如く加熱装置２３ケ取り付けて常時加熱し
ておく、あるいは−塵付着した微粒子は付着後短時間以
内では容易に剥離できるので搬送ガス？更に高速で吹き
込んで洗浄する、方法などを採用した。
搬送ガス分配装置２４は、搬送管２２より搬送ガスで送
られてきた微粒子乞一旦小空間部で拡散させ更に均一化
をはかる。プラズマト−チ２９へ導入する搬送ガスの竜
適流ＦＦｔ ｙ得るためにある一定部分を系外に排出し
て搬送ガスの分配ン行う。あるいは搬送されてくる間に
凝集が進んで特に粗大化した粒子を系外に排除して微細
粒子のみをプラズマトーチ２９へ送り込むための分粒な
どを行う、ためのものである。分配装置２４は外周に加
熱装置２３ケ取り伺けた小径の円筒管で微粒子搬送管２
２ケ側壁より挿入して管末端開［］部２５を土向きに、
微粒子供給管２６ケ円筒管の土部より搬送管末端開口部
２５と一定間隔ンもって相対するように取り付け、円筒
管底部には流計調節器２８を備えた排出管２７に取り付
けである。この３本の管はいずれも１０ｍｍφ以下の細
管で、和犬粒子及び余剰の微粒子及び搬送ガスは底部排
出管：２７より糸外に排出され、残りの微粒子は一定流
量の搬送ガスと共に供給管：２６へ導入される。
られてきた微粒子乞一旦小空間部で拡散させ更に均一化
をはかる。プラズマト−チ２９へ導入する搬送ガスの竜
適流ＦＦｔ ｙ得るためにある一定部分を系外に排出し
て搬送ガスの分配ン行う。あるいは搬送されてくる間に
凝集が進んで特に粗大化した粒子を系外に排除して微細
粒子のみをプラズマトーチ２９へ送り込むための分粒な
どを行う、ためのものである。分配装置２４は外周に加
熱装置２３ケ取り伺けた小径の円筒管で微粒子搬送管２
２ケ側壁より挿入して管末端開［］部２５を土向きに、
微粒子供給管２６ケ円筒管の土部より搬送管末端開口部
２５と一定間隔ンもって相対するように取り付け、円筒
管底部には流計調節器２８を備えた排出管２７に取り付
けである。この３本の管はいずれも１０ｍｍφ以下の細
管で、和犬粒子及び余剰の微粒子及び搬送ガスは底部排
出管：２７より糸外に排出され、残りの微粒子は一定流
量の搬送ガスと共に供給管：２６へ導入される。
微粒子供給管２６はプラズマ励起発光分光分析装置：３
７に接続される。導入された微粒子は図示の如く、微粒
子供給管２６、プラズマガス供給管３０．冷却ガス供給
管３１からなる３重管プラズマトーチ２９に運び込まれ
、高周波発生装置；３２によって形成される高温のＡｒ
プラズマ部３３に達して励起発光される。励起光は分光
器３４で分光され、光電子増倍管等から成る検出器３５
、成分含有率算出装＃：３６によって各々のスペクトル
線強度が測定され、溶融金層中の各成分含有率を迅速に
求められる。微粒１７− 子を励起発光させる分析装置３７としては、高周波誘導
結合型発光分光分析装置が最も適していたがそのほかの
各種アーク放電等のプラズマ励起発光分光分析装置ある
いは原子吸光分析装置などを適用できる。
７に接続される。導入された微粒子は図示の如く、微粒
子供給管２６、プラズマガス供給管３０．冷却ガス供給
管３１からなる３重管プラズマトーチ２９に運び込まれ
、高周波発生装置；３２によって形成される高温のＡｒ
プラズマ部３３に達して励起発光される。励起光は分光
器３４で分光され、光電子増倍管等から成る検出器３５
、成分含有率算出装＃：３６によって各々のスペクトル
線強度が測定され、溶融金層中の各成分含有率を迅速に
求められる。微粒１７− 子を励起発光させる分析装置３７としては、高周波誘導
結合型発光分光分析装置が最も適していたがそのほかの
各種アーク放電等のプラズマ励起発光分光分析装置ある
いは原子吸光分析装置などを適用できる。
本発明装置の分析操作について簡単に述べる。
先ず支持架台１つに駆動源２０ヲもって取り付けられた
微粒子生成グローブを、Ａｒガス吹き込み管１５にＡｒ
ガス乞吹き込みながら溶融金属１３表面に向って下降さ
せる。Ａｒガス吹き出し口１０からＡｒガス乞吹き出さ
せ、耐火筒１１内の大気を追い出しながら、耐火筒ＩＩ
下端を溶融金属１３中に浸漬し、小空間室１２ヲ密閉状
とする。対電極８先端部と溶融金属１３表面間は湯面レ
ベル計３８と土工位置調節装置２０によって所定の間隔
に自動的に調節され、スパーク放電装置１８の動作によ
り試料電極１７と対電極８間（【高電圧をかけてスパー
ク放電ケ飛ばす。
微粒子生成グローブを、Ａｒガス吹き込み管１５にＡｒ
ガス乞吹き込みながら溶融金属１３表面に向って下降さ
せる。Ａｒガス吹き出し口１０からＡｒガス乞吹き出さ
せ、耐火筒１１内の大気を追い出しながら、耐火筒ＩＩ
下端を溶融金属１３中に浸漬し、小空間室１２ヲ密閉状
とする。対電極８先端部と溶融金属１３表面間は湯面レ
ベル計３８と土工位置調節装置２０によって所定の間隔
に自動的に調節され、スパーク放電装置１８の動作によ
り試料電極１７と対電極８間（【高電圧をかけてスパー
ク放電ケ飛ばす。
蒸発生成した微粒子は微粒子導入管３、搬送管２２、ガ
ス分配装置２４ヲ経てプラズマトーチ２９に送り込まれ
励起発光するが、１０秒間程度の積分発光強１８− 度値から各成分含有率ケ測定する。分析終了後、微粒子
生成プローブ１のＡｒガス吹込み管１５からＡｒガスを
高圧で断続的に吹き込み、微粒子搬送管２２内壁などに
付着した微粒子７洗い落す。次に・微粒子生成プローブ
１乞溶融金属Ｊ３よりひき土げ、再び分析する必要が生
じた時間にプローブ１を下降させて上記操作ケ繰り返し
て分析を実施する。
ス分配装置２４ヲ経てプラズマトーチ２９に送り込まれ
励起発光するが、１０秒間程度の積分発光強１８− 度値から各成分含有率ケ測定する。分析終了後、微粒子
生成プローブ１のＡｒガス吹込み管１５からＡｒガスを
高圧で断続的に吹き込み、微粒子搬送管２２内壁などに
付着した微粒子７洗い落す。次に・微粒子生成プローブ
１乞溶融金属Ｊ３よりひき土げ、再び分析する必要が生
じた時間にプローブ１を下降させて上記操作ケ繰り返し
て分析を実施する。
生成した微粒子の粒径及び粒度分布は、プラズマ中で励
起発光して分析する方法において特に定量精度に大きな
影響ケ与えるので重要であるが、本発明装置で溶鋼ケ対
象に発生させた微粒子は大略０．１ｔｔｍ以下の極めて
微細粒子であり、平均粒径が０．０５ ｔｔｍの場合０
．０４〜０．０６１１ｍの範囲に約７０％以上が入るよ
うに粒度分布の幅も狭く、プラズマ発光分光分析には最
適であった。
起発光して分析する方法において特に定量精度に大きな
影響ケ与えるので重要であるが、本発明装置で溶鋼ケ対
象に発生させた微粒子は大略０．１ｔｔｍ以下の極めて
微細粒子であり、平均粒径が０．０５ ｔｔｍの場合０
．０４〜０．０６１１ｍの範囲に約７０％以上が入るよ
うに粒度分布の幅も狭く、プラズマ発光分光分析には最
適であった。
以上説明したように本発明によれば、溶融金属試料中の
含有成分乞サンプリング等の操作を行わずに、迅速かつ
精度よく直接分析することができ金属の精錬や製鋼プロ
セスの操業管理に極めて効果が太きい。
含有成分乞サンプリング等の操作を行わずに、迅速かつ
精度よく直接分析することができ金属の精錬や製鋼プロ
セスの操業管理に極めて効果が太きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明実施例装置全体の説明図、第２図は微粒
子生成プローブ先端部の説明図、第３図は第２図ｘ−ｘ
断面図である。 １・・・微粒子生成プローブ、 ２・・・冷却筒、３
・・・微粒子導入管、 ５，１５・・−Ａｒガス吹込
管、８・・一対電極、 １１・・・耐火筒、 ］２・・
−小空間室、１３・・−溶融金属、 １７・・・試料電
極、 １８・・・スパーク放電装置、 ２０・・・プロ
ーブ士下位置調節装置、２２・・−微粒子搬送管、 ２
４・・・搬送ガス分配装置、２９・・・プラズマト−チ
、３４・・・分光器、 ３７・・・プラズマ発光分光分
析装置、：３８・・−湯而レベル計特許出願人代理人 弁理士 矢 葺 知 之 （ほか１名）
子生成プローブ先端部の説明図、第３図は第２図ｘ−ｘ
断面図である。 １・・・微粒子生成プローブ、 ２・・・冷却筒、３
・・・微粒子導入管、 ５，１５・・−Ａｒガス吹込
管、８・・一対電極、 １１・・・耐火筒、 ］２・・
−小空間室、１３・・−溶融金属、 １７・・・試料電
極、 １８・・・スパーク放電装置、 ２０・・・プロ
ーブ士下位置調節装置、２２・・−微粒子搬送管、 ２
４・・・搬送ガス分配装置、２９・・・プラズマト−チ
、３４・・・分光器、 ３７・・・プラズマ発光分光分
析装置、：３８・・−湯而レベル計特許出願人代理人 弁理士 矢 葺 知 之 （ほか１名）
Claims (1)
- 下端には先端が円錐形状の丸棒対電極ケ溶融金属表面に
対向１−で垂直に取り付け、その直土部に微粒子導入管
の開口部を設け、上端は微粒子搬送管に接続し、かつ同
対電極の電導体を兼ねる細径で縦長形状の微粒子導入管
、同微粒子導入管の外周に同心円状に設け、かつ土部に
供給口、下端（こ吐出口を有した不活性ガス吹き込み管
乞介して同導入管を内包して保持し、周囲に冷却構造を
有した冷却筒、同冷却筒の下部周囲に分析時には下端乞
溶融金域中に浸漬して内部に密閉状の小空間室を形成す
るように設置した耐火筒から成る微粒子生成プローブ；
」：記微粒子導入管上部を陽極とし、溶融金属中に浸漬
した試料電極を陰極として接続したスパーク放電装置；
溶融金属表面に対向し、上記微粒子生成プローブないし
は同グローブの支持架台に固設した湯面レベル計の検出
信号と連動して対電極先端部と溶融金属表面間の電極間
隙を所望寸法に制御する働きをもつ同グローブの土部に
取り付けられた上下位置調節装置；十記微粒子導入管士
端と接続した微粒子搬送管の末端部、プラズマ発光装置
への微粒子供給管の下端部及び余剰搬送不活性ガスの排
出管？取り付けた小形状容器から成る搬送ガス分配装置
；同微粒子供給管の末端、高周波誘導結合型プラズマ等
のプラズマ励起源を有する発光装置、分光器及び検出器
等から成る発光分光分析装置を主体に構成すること乞特
徴とする溶融金属の直接分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58030881A JPS59157543A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 溶融金属の電極間隙自動調節型微粒子生成プラズマ発光分光分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58030881A JPS59157543A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 溶融金属の電極間隙自動調節型微粒子生成プラズマ発光分光分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59157543A true JPS59157543A (ja) | 1984-09-06 |
| JPH0148978B2 JPH0148978B2 (ja) | 1989-10-23 |
Family
ID=12316075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58030881A Granted JPS59157543A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 溶融金属の電極間隙自動調節型微粒子生成プラズマ発光分光分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59157543A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0193821A2 (en) * | 1985-03-06 | 1986-09-10 | Allied Corporation | In-situ analysis of a liquid conductive material |
| US4615225A (en) * | 1985-03-13 | 1986-10-07 | Allied Corporation | In-situ analysis of a liquid conductive material |
-
1983
- 1983-02-28 JP JP58030881A patent/JPS59157543A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0193821A2 (en) * | 1985-03-06 | 1986-09-10 | Allied Corporation | In-situ analysis of a liquid conductive material |
| EP0193821A3 (en) * | 1985-03-06 | 1987-06-10 | Allied Corporation | In-situ analysis of a liquid conductive material |
| US4615225A (en) * | 1985-03-13 | 1986-10-07 | Allied Corporation | In-situ analysis of a liquid conductive material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0148978B2 (ja) | 1989-10-23 |
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