JPS6146773B2 - - Google Patents
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- JPS6146773B2 JPS6146773B2 JP494581A JP494581A JPS6146773B2 JP S6146773 B2 JPS6146773 B2 JP S6146773B2 JP 494581 A JP494581 A JP 494581A JP 494581 A JP494581 A JP 494581A JP S6146773 B2 JPS6146773 B2 JP S6146773B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- molten metal
- cylindrical tube
- excitation light
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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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
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、溶融金属表面にパルスレーザー光を
照射して発生した励起光を光フアイバーで、離れ
た場所に設置してある分光器に伝送して、溶融金
属中の各種成分の含有量をオンラインリアルタイ
ムで求めることを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。
照射して発生した励起光を光フアイバーで、離れ
た場所に設置してある分光器に伝送して、溶融金
属中の各種成分の含有量をオンラインリアルタイ
ムで求めることを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。
鉄鋼業における鋼の製造工程管理や製品の品質
管理には、固体試料を用いる発光分光分析が最も
多用されている。しかし、近年、より迅速な製造
工程管理あるいは多段精錬など新しい精錬プロセ
スの操業管理のために、溶銑や溶鋼のように溶融
状態の試料を対象としたオンライン、リアルタイ
ムの分析法の開発が要請されている。これまで溶
融金属の直接発光分析は、溶融金属と電極との間
に電気的放電を行わせて生じた励起光を分光器で
測定する方法（A.Wittmann：Iron and Steel
International，52（1979）P77〜83）、溶融金属を
特殊な噴霧器によつて微紛化し、Arガス気流に
よるパイプ輸送後、プラズマフレーム発光分光分
析をする方法（BISRA Annual Report：78
（1966）、65，78（1967）、35（1968））、ジヤイア
ントパルス（G.P.）レーザー光を照射して発した
励起光を直接分光器で測定する方法（不活性ガス
下励起；特公昭54−7593、大気下励起；E.F.
Runge et al.：Spectrochimica Acta.，22
（1966）P1678〜1680）など各種の手法により研
究開発が試みられている。しかし、これらの方法
にはいずれも一長一短があり、これまで実際の金
属製造現場に設置して実用化されたことはなく、
いずれも実験室内における小規模な実験が試みら
れたに過ぎない。
管理には、固体試料を用いる発光分光分析が最も
多用されている。しかし、近年、より迅速な製造
工程管理あるいは多段精錬など新しい精錬プロセ
スの操業管理のために、溶銑や溶鋼のように溶融
状態の試料を対象としたオンライン、リアルタイ
ムの分析法の開発が要請されている。これまで溶
融金属の直接発光分析は、溶融金属と電極との間
に電気的放電を行わせて生じた励起光を分光器で
測定する方法（A.Wittmann：Iron and Steel
International，52（1979）P77〜83）、溶融金属を
特殊な噴霧器によつて微紛化し、Arガス気流に
よるパイプ輸送後、プラズマフレーム発光分光分
析をする方法（BISRA Annual Report：78
（1966）、65，78（1967）、35（1968））、ジヤイア
ントパルス（G.P.）レーザー光を照射して発した
励起光を直接分光器で測定する方法（不活性ガス
下励起；特公昭54−7593、大気下励起；E.F.
Runge et al.：Spectrochimica Acta.，22
（1966）P1678〜1680）など各種の手法により研
究開発が試みられている。しかし、これらの方法
にはいずれも一長一短があり、これまで実際の金
属製造現場に設置して実用化されたことはなく、
いずれも実験室内における小規模な実験が試みら
れたに過ぎない。
実際に製造現場で実用できる溶融金属の直接発
析装置の実現をはかるには、まず測定環境を考慮
しなければならない。金属精錬工程で金属が溶融
状態となつている製造現場は、高温、振動、大気
の汚れなど測定還境が非常に悪い。従つて、溶融
金属試料の励起作用は試料の存在する場所で行わ
ざるを得ないが、励起光を分光し、各波長におけ
る光の強度から溶融金属中に含有される各成分の
含有量を算出する分光器、検出器、演算処理装置
から成る分光検出部は、溶融金属の直近の高温、
振動、大気の汚れなどの条件の悪い測定環境下で
はトラブルが起り易く、正常に機能せず、これら
の悪条件を解消した場所に設置されなければなら
ない。すなわち、溶融金属試料の励起部と分光検
出部とは一定の距離をもつて離して設置されるべ
きであり、レーザー光の溶融金属表面の照射点で
生成するプラズマから発する励起光を直接分光器
のスリツトへ入射することは、高温や振動によつ
て起る光路のずれ等により、実際上は分光器ある
いは検出器、演算処理装置が正常に作動せず、困
難である。また、溶融金属試料の励起エネルギー
源としては、電極の耐熱、耐食性等の問題から電
気的放電よりも、レーザー光の直進性に基ずく遠
隔操作性に優れるレーザー照射が適しているとい
える。
析装置の実現をはかるには、まず測定環境を考慮
しなければならない。金属精錬工程で金属が溶融
状態となつている製造現場は、高温、振動、大気
の汚れなど測定還境が非常に悪い。従つて、溶融
金属試料の励起作用は試料の存在する場所で行わ
ざるを得ないが、励起光を分光し、各波長におけ
る光の強度から溶融金属中に含有される各成分の
含有量を算出する分光器、検出器、演算処理装置
から成る分光検出部は、溶融金属の直近の高温、
振動、大気の汚れなどの条件の悪い測定環境下で
はトラブルが起り易く、正常に機能せず、これら
の悪条件を解消した場所に設置されなければなら
ない。すなわち、溶融金属試料の励起部と分光検
出部とは一定の距離をもつて離して設置されるべ
きであり、レーザー光の溶融金属表面の照射点で
生成するプラズマから発する励起光を直接分光器
のスリツトへ入射することは、高温や振動によつ
て起る光路のずれ等により、実際上は分光器ある
いは検出器、演算処理装置が正常に作動せず、困
難である。また、溶融金属試料の励起エネルギー
源としては、電極の耐熱、耐食性等の問題から電
気的放電よりも、レーザー光の直進性に基ずく遠
隔操作性に優れるレーザー照射が適しているとい
える。
励起部と分光検出部とを一定距離離して設置し
た場合は、励起光の分光検出部への伝送が必要に
なる。その距離がほとんど直近の場合には集光レ
ンズや反射鏡あるいはプリズム等を組み合せて用
いた光学系の集光装置で励起光の伝送は可能であ
る。しかし、数ｍ以上の距離を離した場合には、
光学系集光装置では光の減衰による伝送損失が大
きく、また高温や振動に起因する光路のずれの問
題が起る。
た場合は、励起光の分光検出部への伝送が必要に
なる。その距離がほとんど直近の場合には集光レ
ンズや反射鏡あるいはプリズム等を組み合せて用
いた光学系の集光装置で励起光の伝送は可能であ
る。しかし、数ｍ以上の距離を離した場合には、
光学系集光装置では光の減衰による伝送損失が大
きく、また高温や振動に起因する光路のずれの問
題が起る。
そこで本発明では、それらの問題点を解決する
ために励起光の伝送には光フアイバーを応用し
た。この光フアイバーはそれぞれ屈折率の異なる
コア層とクラツド層から成り、コア層に入射した
光は両者の界面を全反射しながら伝送されるもの
であるが、溶銑や溶鋼など溶融金属中に含まれる
成分の励起光のスペクトルがほとんど吸収されず
に伝送されるものが必要になる。溶銑や溶鋼中に
微量含まれ、特に分析する必要性の高い成分で、
その励起光強度が強く検出しやすいスペクトルの
波長は、P1775Å、S1807Å、C1930Å、Cr2677
Å、Mo2775Å、Si2881Å、Mn2933Å、Al3082
Å、V3110Å、Nb3195Å、Ti3242Å、Cu3274Å
などであり、特にＣ，Ｐ，Ｓは重要な成分である
ことから励起光の伝送に用いる光フアイバーは
1700Å〜3300Åの短波長の光を伝送損失が少なく
伝送する必要がある。
ために励起光の伝送には光フアイバーを応用し
た。この光フアイバーはそれぞれ屈折率の異なる
コア層とクラツド層から成り、コア層に入射した
光は両者の界面を全反射しながら伝送されるもの
であるが、溶銑や溶鋼など溶融金属中に含まれる
成分の励起光のスペクトルがほとんど吸収されず
に伝送されるものが必要になる。溶銑や溶鋼中に
微量含まれ、特に分析する必要性の高い成分で、
その励起光強度が強く検出しやすいスペクトルの
波長は、P1775Å、S1807Å、C1930Å、Cr2677
Å、Mo2775Å、Si2881Å、Mn2933Å、Al3082
Å、V3110Å、Nb3195Å、Ti3242Å、Cu3274Å
などであり、特にＣ，Ｐ，Ｓは重要な成分である
ことから励起光の伝送に用いる光フアイバーは
1700Å〜3300Åの短波長の光を伝送損失が少なく
伝送する必要がある。
光フアイバーが現在最も活用されている分野は
光通信関係であり、コアの材質に石英ガラスを用
いたものが一般的である。光通信の場合はKmオ
ーダーの長距離伝送を目的とするためにμｍオー
ダーの長波長域の光を対象としており、石英系の
光フアイバーを用いた場合の伝送損失は極めて小
さい。この石英系光フアイバーを溶融金属のレー
ザー照射による励起光の伝送に用いた場合、励起
光は上述のように短波長の紫外光であるため吸収
損失及びレーリー散乱損失等により大きな伝送損
失が起る。そのため上述の2677Å以上のCr，
Mo，Si，Mn，Al，Ｖ，Nb，Ti，Cu等の励起光
の伝送は石英系光フアイバーでも可能であるが、
Ｃ，Ｐ，Ｓのように2000Å以下の短波長光の伝送
は、石英ガラスによる吸収損失、レーリー散乱損
失等による伝送損失が大きく伝送は極めて困難で
ある。従つて、本発明に用いる光フアイバーは、
フツ化リチウムやフツ化カルシウムなど紫外領域
の短波長光の透過性の良い材料を用いた製造した
光フアイバー、上記材料と石英ガラスとの混合材
料を用いて製造した光フアイバーあるいは紫外透
過性に優れるプラスチツクスを用いて製造した光
フアイバーなどが適当である。
光通信関係であり、コアの材質に石英ガラスを用
いたものが一般的である。光通信の場合はKmオ
ーダーの長距離伝送を目的とするためにμｍオー
ダーの長波長域の光を対象としており、石英系の
光フアイバーを用いた場合の伝送損失は極めて小
さい。この石英系光フアイバーを溶融金属のレー
ザー照射による励起光の伝送に用いた場合、励起
光は上述のように短波長の紫外光であるため吸収
損失及びレーリー散乱損失等により大きな伝送損
失が起る。そのため上述の2677Å以上のCr，
Mo，Si，Mn，Al，Ｖ，Nb，Ti，Cu等の励起光
の伝送は石英系光フアイバーでも可能であるが、
Ｃ，Ｐ，Ｓのように2000Å以下の短波長光の伝送
は、石英ガラスによる吸収損失、レーリー散乱損
失等による伝送損失が大きく伝送は極めて困難で
ある。従つて、本発明に用いる光フアイバーは、
フツ化リチウムやフツ化カルシウムなど紫外領域
の短波長光の透過性の良い材料を用いた製造した
光フアイバー、上記材料と石英ガラスとの混合材
料を用いて製造した光フアイバーあるいは紫外透
過性に優れるプラスチツクスを用いて製造した光
フアイバーなどが適当である。
光フアイバー端面への励起光の入射は、光フア
イバーの開口数（sinθ、θ：入射角）以下に励
起光を集光して入射する必要がある。レーザー照
射によつて発する励起光は弱いためになるべく効
率よく集光しなければならない。そのためには、
励起光の光路を反射鏡などによつて変えることな
く、直接集光レンズで集光する方法が最も効果的
である。また、溶融金属表面の位置変動が励起光
の集光に与える影響を考慮すると、励起光の集光
をほとんど妨害せずにレーザー光光路と励起光光
路を同軸にする必要がある。
イバーの開口数（sinθ、θ：入射角）以下に励
起光を集光して入射する必要がある。レーザー照
射によつて発する励起光は弱いためになるべく効
率よく集光しなければならない。そのためには、
励起光の光路を反射鏡などによつて変えることな
く、直接集光レンズで集光する方法が最も効果的
である。また、溶融金属表面の位置変動が励起光
の集光に与える影響を考慮すると、励起光の集光
をほとんど妨害せずにレーザー光光路と励起光光
路を同軸にする必要がある。
また、上述のように溶融金属中のＣ，Ｐ，Ｓの
励起光は2000Å以下の短波長であるので、励起光
は大気による吸収を受けるために、レーザー光の
照射は不活性雰囲気下で行わねばならない。従つ
てレーザー照射及び励起光の集光部分には不活性
ガスを吹き込む機構の設置が必須であり、不活性
ガス吹き込みは上記の理由以外に、溶融金属表面
に生成するCOガス及びレーザー集光系などを汚
す金属蒸気の系外への排除にも必要不可決のもの
である。また、一般に溶融金属表面にはスラグ等
の浮遊物が存在するために、レーザー照射時には
これらを常に排除しておく必要がある。上述のよ
うな励起光の集光、レーザー光の照射、不活性ガ
ス雰囲気及びスラグ等浮遊物の排除の各条件を満
足するレーザー照射、励起光集光部が必要であ
る。
励起光は2000Å以下の短波長であるので、励起光
は大気による吸収を受けるために、レーザー光の
照射は不活性雰囲気下で行わねばならない。従つ
てレーザー照射及び励起光の集光部分には不活性
ガスを吹き込む機構の設置が必須であり、不活性
ガス吹き込みは上記の理由以外に、溶融金属表面
に生成するCOガス及びレーザー集光系などを汚
す金属蒸気の系外への排除にも必要不可決のもの
である。また、一般に溶融金属表面にはスラグ等
の浮遊物が存在するために、レーザー照射時には
これらを常に排除しておく必要がある。上述のよ
うな励起光の集光、レーザー光の照射、不活性ガ
ス雰囲気及びスラグ等浮遊物の排除の各条件を満
足するレーザー照射、励起光集光部が必要であ
る。
以上述べたように、本発明は、レーザー光照射
−光フアイバー伝送を基本とする溶融金属中の含
有成分の直接分析を行う場合に、レーザー照射
扮、励起発光部及び励起光伝送部においてそれぞ
れ特徴をもち、実用的かつ新規な分析装置を提供
するものである。
−光フアイバー伝送を基本とする溶融金属中の含
有成分の直接分析を行う場合に、レーザー照射
扮、励起発光部及び励起光伝送部においてそれぞ
れ特徴をもち、実用的かつ新規な分析装置を提供
するものである。
本発明装置の実施例を第１図に示す。以下、図
面により本発明の詳細について説明する。
面により本発明の詳細について説明する。
第１図は本発明実施例の縦断面図を示すもの
で、１は溶融金属表面にパルスレーザー光を集
光、照射し、発生した励起光を集光して光フアイ
バー端面に入射するための励起用円筒管、２は光
フアイバー、３は分光器、５は不活性ガス導入
口、６はパルスレーザー光発生装置、１０は溶融
金属、１４はスラグ遮へい用管、１５はスラグ遮
へい用管の昇降装置である。パルスレーザー光発
生装置６から発射されたパルスレーザー光（点
線）は、レーザー光路管１１内を通り、必要があ
ればレーザー光反射鏡１２あるいはプリズムによ
つてレーザー光入射用窓４を通つて励起用円筒管
１内部に導びかれる。また、レーザー光路管１１
はレーザー光によつて破壊されず、レーザー光の
伝送が可能な光フアイバーを用いてもよく、この
場合は反射鏡１２は不要になる。パルスレーザー
光発生装置は出力200MW〜2000MWのように高
出力のガラスレーザーあるいはルビーレーザーが
適していた。レーザー光入射用窓は石英ガラスの
窓板を取りつけ、励起用円筒管１内部には常に不
活性ガスが充満するようにした。
で、１は溶融金属表面にパルスレーザー光を集
光、照射し、発生した励起光を集光して光フアイ
バー端面に入射するための励起用円筒管、２は光
フアイバー、３は分光器、５は不活性ガス導入
口、６はパルスレーザー光発生装置、１０は溶融
金属、１４はスラグ遮へい用管、１５はスラグ遮
へい用管の昇降装置である。パルスレーザー光発
生装置６から発射されたパルスレーザー光（点
線）は、レーザー光路管１１内を通り、必要があ
ればレーザー光反射鏡１２あるいはプリズムによ
つてレーザー光入射用窓４を通つて励起用円筒管
１内部に導びかれる。また、レーザー光路管１１
はレーザー光によつて破壊されず、レーザー光の
伝送が可能な光フアイバーを用いてもよく、この
場合は反射鏡１２は不要になる。パルスレーザー
光発生装置は出力200MW〜2000MWのように高
出力のガラスレーザーあるいはルビーレーザーが
適していた。レーザー光入射用窓は石英ガラスの
窓板を取りつけ、励起用円筒管１内部には常に不
活性ガスが充満するようにした。
円筒管１内に入射したパルスレーザー光は、円
筒管１中心線上に設置された小型のレーザー光反
射鏡８によつて伸路を下向きに変え、その下方に
設置された小型のレーザー光集光レンズ７によつ
て溶融金属１０表面で焦点を結ぶように集光され
る。レーザー光照射によつて溶融金属表面から発
せられた励起光（一点鎖線）は、レーザー光反射
鏡８の上方に設置された励起光集光レンズ９によ
つて光フアイバー２の端面で焦点を結ぶように集
光され、光フアイバー２内に入射される。
筒管１中心線上に設置された小型のレーザー光反
射鏡８によつて伸路を下向きに変え、その下方に
設置された小型のレーザー光集光レンズ７によつ
て溶融金属１０表面で焦点を結ぶように集光され
る。レーザー光照射によつて溶融金属表面から発
せられた励起光（一点鎖線）は、レーザー光反射
鏡８の上方に設置された励起光集光レンズ９によ
つて光フアイバー２の端面で焦点を結ぶように集
光され、光フアイバー２内に入射される。
励起用円筒管１内に入射されたパルスレーザー
光の進路を変えるレーザー光反射鏡８は円筒管１
の中心線上で、その中心線に対して45度未満の角
度に傾斜させて取りつける。これはパルスレーザ
ー光と励起光が同軸上にあるために、励起光が溶
融金属表面１０から、励起光集光レンズ９に到達
するのを妨害する影になることを極力防ぐためで
ある。反射鏡８はパルスレーザー光のビーム径よ
りわずかに大きくなければならないが、極力小型
のものを用い、円筒管１の中心線に対して45度未
満の角度に傾けて設置するために、励起光の進路
に対する断面積は極めて小さくなり、励起光の集
光をあまり妨害しない。反射鏡８の取りつけ角度
の関係から必然的に反射鏡に対するG.P.レーザー
光の入射角の範囲は水平軸に対して０度超〜90度
未満の範囲に限られる。従つて、レーザー光入射
用窓４の位置は反射鏡８とほぼ同じ高さあるいは
それより上方となる。レーザー光集光レンズ７も
反射鏡８と同じ目的により極力小型のものを用い
た。
光の進路を変えるレーザー光反射鏡８は円筒管１
の中心線上で、その中心線に対して45度未満の角
度に傾斜させて取りつける。これはパルスレーザ
ー光と励起光が同軸上にあるために、励起光が溶
融金属表面１０から、励起光集光レンズ９に到達
するのを妨害する影になることを極力防ぐためで
ある。反射鏡８はパルスレーザー光のビーム径よ
りわずかに大きくなければならないが、極力小型
のものを用い、円筒管１の中心線に対して45度未
満の角度に傾けて設置するために、励起光の進路
に対する断面積は極めて小さくなり、励起光の集
光をあまり妨害しない。反射鏡８の取りつけ角度
の関係から必然的に反射鏡に対するG.P.レーザー
光の入射角の範囲は水平軸に対して０度超〜90度
未満の範囲に限られる。従つて、レーザー光入射
用窓４の位置は反射鏡８とほぼ同じ高さあるいは
それより上方となる。レーザー光集光レンズ７も
反射鏡８と同じ目的により極力小型のものを用い
た。
反射鏡８及び集光レンズ７の円筒管１に対する
保持機構は図面では省略したが、保持具は水平断
面積を極力少なくし、材質も可能な限り石英ガラ
ス等を用い、励起光の集光の妨害にならないよう
にした。不活性ガス導入口５からは常に大容量の
Arガス等の不活性ガスを吹き込み、円筒管１内
全域に渡つて常に不活性雰囲気を保つようにし、
G.P.レーザー光照射直前には更に流量を増加して
吹き込むようにした。
保持機構は図面では省略したが、保持具は水平断
面積を極力少なくし、材質も可能な限り石英ガラ
ス等を用い、励起光の集光の妨害にならないよう
にした。不活性ガス導入口５からは常に大容量の
Arガス等の不活性ガスを吹き込み、円筒管１内
全域に渡つて常に不活性雰囲気を保つようにし、
G.P.レーザー光照射直前には更に流量を増加して
吹き込むようにした。
溶融金属表面にレーザー光を照射する以前に、
Arガスを激しく吹き込むか、あるいは耐火材で
できた板を溶融金属表面上を移動させるなどの機
械的方法によつてスラグ等の浮遊物を排除する。
その直後にスラグ遮へい用管１４を遮へい用管昇
降装置１５を作動させることによつて遮へい用管
１４の下端開口部が金属湯面下に入るように下降
させる。この遮へい用管１４により一度排除した
スラグ等は再び流れ込むことはなく、励起用円筒
管１下部のレーザー照射場所にはスラグ等の浮遊
物が無い状態を保つことができる。また、多少の
スラグが残存している場合でも不活性ガス導入口
５から吹き込まれたArガスにより、スラグは励
起用円筒管１下部からスラグ遮へい用管１４の方
向へ容易に排除できる。また、このスラグ遮へい
用管１４は大気の遮断の役目を果すため、励起用
円筒管１内を容易に不活性ガスで満たすことがで
きる。これは一度排出した大気が再び流れ込むこ
とを防げるためなどによるものであり、励起用円
筒管１の外側に遮へい用管１４を設けることは実
際上非常に重要である。
Arガスを激しく吹き込むか、あるいは耐火材で
できた板を溶融金属表面上を移動させるなどの機
械的方法によつてスラグ等の浮遊物を排除する。
その直後にスラグ遮へい用管１４を遮へい用管昇
降装置１５を作動させることによつて遮へい用管
１４の下端開口部が金属湯面下に入るように下降
させる。この遮へい用管１４により一度排除した
スラグ等は再び流れ込むことはなく、励起用円筒
管１下部のレーザー照射場所にはスラグ等の浮遊
物が無い状態を保つことができる。また、多少の
スラグが残存している場合でも不活性ガス導入口
５から吹き込まれたArガスにより、スラグは励
起用円筒管１下部からスラグ遮へい用管１４の方
向へ容易に排除できる。また、このスラグ遮へい
用管１４は大気の遮断の役目を果すため、励起用
円筒管１内を容易に不活性ガスで満たすことがで
きる。これは一度排出した大気が再び流れ込むこ
とを防げるためなどによるものであり、励起用円
筒管１の外側に遮へい用管１４を設けることは実
際上非常に重要である。
円筒管１内をArガス雰囲気にすることにより
励起光のスペクトルが2000Å以下のＣ，Ｐ，Ｓに
ついても精度よく分析できるようになつた。ま
た、吹き込んだArガスは溶融金属表面で発生し
分光分析を妨害するCOガスや各光学集光系を汚
す金属蒸気等を円筒管１の下端の開口部と溶融金
属表面との間隙から排除するために有効であつ
た。励起用円筒管１はアルミナ等の耐火材あるい
は水冷機構を備えれば鉄等の金属で製作できる。
円筒管１の設置方法は図示したように円筒管支持
台１６によつて保持して溶融金属上に設置した。
励起光のスペクトルが2000Å以下のＣ，Ｐ，Ｓに
ついても精度よく分析できるようになつた。ま
た、吹き込んだArガスは溶融金属表面で発生し
分光分析を妨害するCOガスや各光学集光系を汚
す金属蒸気等を円筒管１の下端の開口部と溶融金
属表面との間隙から排除するために有効であつ
た。励起用円筒管１はアルミナ等の耐火材あるい
は水冷機構を備えれば鉄等の金属で製作できる。
円筒管１の設置方法は図示したように円筒管支持
台１６によつて保持して溶融金属上に設置した。
光フアイバー２に入射された励起光は、フアイ
バー内を全反射して伝播し、分光器３のスリツト
に向つて出射するが、フアイバー射出光集光レン
ズ１３で集光されてスリツトに入射される。分光
器で分光された励起光スペクトルは各不純物成分
に基ずく1700〜3300Åの範囲のスペクトル線強度
を光電子増倍管で測定され、溶融金属のマトリツ
クス成分との強度比をもとに演算処理装置によつ
て各成分の含有率が求められる。光フアイバー２
は前述したように1700Å〜3300Åの短波長光を透
過し、伝送損失が少ない材質から成るものでなけ
ればならないが、励起光を効率よく入射するため
に、コア面積、開口数の大きなものが適してい
る。光フアイバーは上記のような短波長光でも１
本のケーブルで10ｍ程度の離れた場所へ自由に励
起光を伝送することができ、可とう性に富むため
これまで分光分析に下可欠であつた光軸調整を容
易にし、実ラインにおけるオンライン分析上極め
て有効である。
バー内を全反射して伝播し、分光器３のスリツト
に向つて出射するが、フアイバー射出光集光レン
ズ１３で集光されてスリツトに入射される。分光
器で分光された励起光スペクトルは各不純物成分
に基ずく1700〜3300Åの範囲のスペクトル線強度
を光電子増倍管で測定され、溶融金属のマトリツ
クス成分との強度比をもとに演算処理装置によつ
て各成分の含有率が求められる。光フアイバー２
は前述したように1700Å〜3300Åの短波長光を透
過し、伝送損失が少ない材質から成るものでなけ
ればならないが、励起光を効率よく入射するため
に、コア面積、開口数の大きなものが適してい
る。光フアイバーは上記のような短波長光でも１
本のケーブルで10ｍ程度の離れた場所へ自由に励
起光を伝送することができ、可とう性に富むため
これまで分光分析に下可欠であつた光軸調整を容
易にし、実ラインにおけるオンライン分析上極め
て有効である。
以上説明したように本発明によれば、溶融金属
試料中の含有成分を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、
金属の精錬プロセスの操業管理に極めて効果が大
きい。
試料中の含有成分を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、
金属の精錬プロセスの操業管理に極めて効果が大
きい。
第１図は本発明実施例装置の縦断面図である。
１は励起用円筒管、２は光フアイバー、３は分
光器、５は不活性ガス導入口、６はパルスレーザ
ー光発生装置、７はレーザー光集光レンズ、８は
レーザー光反射鏡、９は励起光集光レンズ、１０
は溶融金属を示す。
光器、５は不活性ガス導入口、６はパルスレーザ
ー光発生装置、７はレーザー光集光レンズ、８は
レーザー光反射鏡、９は励起光集光レンズ、１０
は溶融金属を示す。
Claims (1)
- １ 外側周囲にスラグ遮へい用管を二重構造とし
て備え、該遮へい用管より長さが短かく、溶融金
属表面に対向する下端が開口した縦長の励起用円
筒管の頂部中心部に、他端が分光器に接続し、
1700Åから3300Åまでの範囲の短波長領域の光の
減衰、吸収の少ない材質から成る光フアイバーの
一端を取りつけ、該円筒管側壁には不活性ガス導
入口及びパルスレーザー発振装置から発射された
レーザー光の入射用窓板つき窓を設け、該円筒管
内部には下方から小型のレーザー光集光レンズ、
小型のレーザー光反射鏡、溶融金属表面から発し
た励起光の光フアイバー端面への集光レンズをこ
の順に取りつけ、該反射鏡はレーザー光が円筒管
の中心を通つて溶融金属表面に垂直に照射するよ
うに円筒管の中心線上に、該中心線に対して45度
未満の角度で傾斜させ、かつレーザー光入射窓取
りつけ位置以下の位置に取りつけたことを特徴と
するパルスレーザー及び光フアイバーを用いる溶
融金属の直接発光分光分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP494581A JPS57119241A (en) | 1981-01-19 | 1981-01-19 | Spectroscopic analysis apparatus for direct luminescence of molten metal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP494581A JPS57119241A (en) | 1981-01-19 | 1981-01-19 | Spectroscopic analysis apparatus for direct luminescence of molten metal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57119241A JPS57119241A (en) | 1982-07-24 |
| JPS6146773B2 true JPS6146773B2 (ja) | 1986-10-16 |
Family
ID=11597705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP494581A Granted JPS57119241A (en) | 1981-01-19 | 1981-01-19 | Spectroscopic analysis apparatus for direct luminescence of molten metal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57119241A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61181946A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-14 | Osaka Oxygen Ind Ltd | 溶融金属のレ−ザ直接発光分光分析装置 |
| JPS61181947A (ja) * | 1985-02-07 | 1986-08-14 | Osaka Oxygen Ind Ltd | 溶融金属のレ−ザ直接発光分光分析装置 |
| DE58908876D1 (de) * | 1988-10-03 | 1995-02-23 | Krupp Ag Hoesch Krupp | Verfahren zur optischen Ankopplung eines Elementanalysesystems und eines Lasers an flüssiges Metall in einem Schmelzgefäss. |
| JP2003121361A (ja) * | 2001-10-11 | 2003-04-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ光を用いた微量成分測定方法及びその装置 |
| JP2006266792A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Jfe Steel Kk | 溶融金属の発光分光分析装置 |
| JP2007316050A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-12-06 | Nippon Steel Corp | 溶融金属の成分分析方法および溶融金属の成分分析装置 |
| BE1018123A3 (fr) * | 2008-05-14 | 2010-05-04 | Ct Rech Metallurgiques Asbl | Tete de mesure de type libs optimisee pour l'analyse de composes liquides et/ou a haute temperature. |
| JP5359028B2 (ja) * | 2008-05-27 | 2013-12-04 | 新日鐵住金株式会社 | 溶融金属用測定装置 |
| JP5195664B2 (ja) * | 2009-06-22 | 2013-05-08 | 新日鐵住金株式会社 | 溶鋼の連続モニタリング用ランス、連続モニタリング装置及び連続モニタリング方法 |
| CN102589727A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-18 | 唐山赛福特电子信息工程有限公司 | 基于ccd的钢水温度实时在线检测系统 |
| CN104297218B (zh) * | 2013-07-15 | 2016-09-14 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 远距离冶金液态金属成分的原位、在线检测装置及方法 |
| WO2023249048A1 (ja) * | 2022-06-21 | 2023-12-28 | 日本製鉄株式会社 | 溶融金属浴の成分分析システム、溶融金属浴の成分分析方法、溶融亜鉛めっき浴の管理方法、および溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 |
-
1981
- 1981-01-19 JP JP494581A patent/JPS57119241A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57119241A (en) | 1982-07-24 |
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