JPS62282247A - Method and apparatus for analyzing components of molten metal - Google Patents

Method and apparatus for analyzing components of molten metal

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Publication number
JPS62282247A
JPS62282247A JP12501286A JP12501286A JPS62282247A JP S62282247 A JPS62282247 A JP S62282247A JP 12501286 A JP12501286 A JP 12501286A JP 12501286 A JP12501286 A JP 12501286A JP S62282247 A JPS62282247 A JP S62282247A
Authority
JP
Japan
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sampler
molten metal
analysis
laser
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP12501286A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Inoue
雅雄 井上
Koichi Sakai
弘一 酒井
Seiji Nakanishi
中西 清二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Oxygen Industries Ltd
Original Assignee
Osaka Oxygen Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Oxygen Industries Ltd filed Critical Osaka Oxygen Industries Ltd
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Publication of JPS62282247A publication Critical patent/JPS62282247A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce installation cost to a large extent, by sampling a molten metal specimen by a sampler to feed the same to a laser analyser in a molten state and analyzing the components thereof at a metal melting site. CONSTITUTION:A molten metal specimen is sampled by a sampler 14 having a heat insulating cup 22 and the sampled specimen is fed to the position right under the prober 50 of a laser analyser 4 in a molten state. In this analyser 4, plasma beam is generated from the surface of the specimen by the irradiation of high intensity laser beam and spectrally analyzed to analyze the components of the molten metal. Therefore, the analysis of the components of the molten metal at a metal melting site becomes possible and an exclusive analytical chamber or various analysers for components becomes unnecessary and, therefore, installation cost can be reduced to a large extent.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明〕 産業上の利用分野 本発明は溶融金属の成分分析方法および装置に関する。[Detailed description of the invention] 3. Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to a method and apparatus for analyzing components of molten metal.

に迷!菰灯組 溶融金属精錬業、特にその主流をなす鉄鋼精練分野にお
いて、近年その製品の高級化°、多様化、又工程の連続
化や時間の短縮化が要望され、これに伴って溶融金属の
成分分析作業もその時間の短縮化が要求されている。
Lost! Kotogumi's molten metal smelting industry, especially in the steel smelting field, which is its mainstream, has recently seen demands for higher quality and diversified products, as well as for continuous and shorter processes. There is also a need to shorten the time required for component analysis work.

現在主流をなす分析方法としては蛍光X線分析方法、発
光分光分析方法等があり、これらはそれ自身分析時間を
短くするという要求を満してきた。
Current mainstream analysis methods include fluorescent X-ray analysis and emission spectrometry, which have themselves met the demand for shortening analysis time.

しかしながら溶融金属に於ては分析材料を何らかの方法
で分析室内に搬入して分析するオフライン分析、すなわ
ちサンプラーによる試料の採取、搬送のための試料処理
、気送管発送、分析のための試料処理、分析、結果の伝
達、精練調整作業、という手順を必要とするものであっ
た。
However, in the case of molten metals, off-line analysis involves transporting the analysis material into the analysis chamber by some method, that is, collecting the sample with a sampler, processing the sample for transportation, shipping it through a pneumatic tube, and processing the sample for analysis. It required the following steps: analysis, communication of results, refinement and adjustment work.

精練、造塊に至る時間の短縮化が行なわれてきており、
そのためか5る手法による分析結果の伝達を得た時点で
は、精練は更に進んでいる。又は次工程に至っていると
いう下皿になってしまい、極端な場合参考情報にしかな
らない場合も発生するようになってきた。これがため溶
融金属成分をセンサーを用いて直接分析しようとする試
みもなされ、炭素、酸素、ケイ素については熱電対や固
体電解質を用いることで、既に実施されているが、炭素
やケイ素においてはその精度が、又酸素においては溶解
酸素の検知ということで迅速性には優れるが、用い方に
は難が残っている。これに対してレーザ光を用いて直接
溶融金属の成分分析をしようとする試みが初められるよ
うになった。例えば特開昭57−119241号にはパ
ルスレーザを溶融金属に直接発射し、発生するプラズマ
光を光ファイバを用いて分光器に取り入れ分光分析する
装置が、又特開昭60−231141号には転炉炉壁に
細穴を開け、不活性ガスをパージしながらパルスレーザ
3発射し得られるプラズマ光を分光器に導くことて分析
する方法が、鉄と鋼(日本鉄鋼協会)春期講演集P12
5(討32)には溶融金属と対極間に火花放電を発生さ
せ、その励起光な光ファイバで分光器に伝送し溶銑中の
ケイ素含直接分析する方法が、同じP129(討33)
には上記同様溶融fL属にスパーク放電により発生した
励起光を光ファイバで分光分析装置へ伝達し、多元素を
同時に分析する方法が、同じくスパークによって発生す
る溶鋼の超微粒子をArガス気流によってICPのプラ
ズマトーチへ搬送し、多元素を同時に発光分光分析する
方法が、加えてP133(討34)には赤外線パルスレ
ーザを用いて溶銑の直接分析法が説明されている。
The time required for scouring and ingot making has been shortened.
Perhaps for this reason, by the time the results of the analysis were communicated using this method, the refinement had progressed further. In other cases, the information is only used as reference information for the next process, and in extreme cases, the information is only used as reference information. For this reason, attempts have been made to directly analyze molten metal components using sensors, and this has already been done for carbon, oxygen, and silicon using thermocouples and solid electrolytes, but the precision of carbon and silicon is limited. However, in the case of oxygen, although it is superior in speed because it detects dissolved oxygen, there are still difficulties in how to use it. In response, attempts have been made to directly analyze the components of molten metal using laser light. For example, JP-A No. 57-119241 discloses a device that directly fires a pulsed laser onto molten metal and uses an optical fiber to input the generated plasma light into a spectrometer for spectroscopic analysis. A method of analysis is made by drilling a small hole in the converter wall, emitting three pulsed laser beams while purging inert gas, and guiding the resulting plasma light to a spectrometer.
5 (Examination 32) describes a method of generating a spark discharge between the molten metal and a counter electrode, transmitting the excitation light to a spectrometer using an optical fiber, and directly analyzing the silicon content in the hot metal, as described in P129 (Examination 33).
In the same way as above, the excitation light generated by spark discharge in the molten steel is transmitted to the spectrometer using an optical fiber, and multiple elements are simultaneously analyzed. In addition, P133 (section 34) describes a method for direct analysis of hot metal using an infrared pulsed laser.

明が解決しようとする問題点 上記技術はそれぞれ有利な特徴を持っていることが、そ
の説明内容より窺える。しかしながら実用化となると精
密光学装置なるが故技術的に種々むずかしい制約がある
こと、又実施例によっては非常に高価な装置となること
などで実験室的使用の域を脱するに至っていないのが現
状である。特に波長200nm付近以下の現波長スペク
トルは光ファイバによる伝送がその高減衰のため不可で
ある。
Problems that Ming attempts to solve It can be seen from the explanations that each of the above techniques has advantageous features. However, when it comes to practical use, since it is a precision optical device, there are various technical limitations, and depending on the implementation, the device is extremely expensive, so it has not been able to go beyond the realm of laboratory use. This is the current situation. In particular, the current wavelength spectrum of around 200 nm or less cannot be transmitted through optical fibers due to its high attenuation.

又現場は高温、多塵であることなども制約の要因となっ
ていた。
In addition, the high temperature and dust at the site were also limiting factors.

さらに特開昭57−119241等に見られる如く、分
遣設備のタンディツシュやモールド上で数百度以上の高
温に長時間晒すことは多くの防護対策が必要であり実用
的でない。
Furthermore, as seen in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-119241, it is impractical to expose the tundish or mold of separation equipment to high temperatures of several hundred degrees or more for a long period of time, which requires many protective measures.

本発明はこれらの問題点を解決する溶融金属の成分分析
方法および装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for analyzing components of molten metal that solves these problems.

問題点を i るための手「 本発明によれば、溶融金属試料5:保温コンブを有する
サンプラーで採取し、該採取された試料を溶融状態のま
・レーザ分析装置に搬送し、高強度のレーザ光照射によ
り試料表面にプラズマ光を発生させ、該プラズマ光を分
光分析することを特徴とする、溶融金属の成分分析方法
が提供される。
According to the present invention, a molten metal sample 5 is collected using a sampler equipped with heat-retaining kelp, the collected sample is transported in a molten state to a laser analyzer, and a high-intensity A method for analyzing the components of molten metal is provided, which is characterized by generating plasma light on the surface of a sample by laser light irradiation and performing spectroscopic analysis of the plasma light.

望ましくは、レーザ光照射とプラズマ光の分光分析の工
程を不活性ガス雰囲気中て行う。
Desirably, the steps of laser light irradiation and plasma light spectroscopic analysis are performed in an inert gas atmosphere.

さらに本発明によれば、保温コツプ含有するサンプラー
を複数個収納して1個ずつ供給可能のサンプラーストッ
カ装置と、サンプシース1〜ツカ装置から供給されるサ
ンプラーを受取り溶融金属試1閣□If+ 壬責4+ 
〜ノーフe 二 −1−+−πリ 電 千宮寺ト −l
−t ち − ル 17− ÷ド分光分析装置に搬送し
分析終了後のサンプラーを回収位置に搬送するサンプリ
ング装置と、サンプラー内の溶融金属試料に高強度のレ
ーザ光照射を行い発生するプラズマ光を分光分析するレ
ーザ分光分析装置とを含む、溶融金属の成分分析装置が
提供される。
Furthermore, according to the present invention, there is provided a sampler stocker device that can store a plurality of samplers containing heat-retaining tips and supply them one by one, and a sampler stocker device that can receive the samplers supplied from the sump sheath 1 to the container device and perform a molten metal test 1 case□If+ 4+
~Nofu e 2 -1-+-π ri Den Senguji To -l
-t CH - RU 17- ÷ A sampling device that transports the sampler to a spectroscopic analyzer and a collection position after analysis, and a plasma light generated by irradiating the molten metal sample in the sampler with high-intensity laser light. A molten metal component analysis device is provided, including a laser spectrometer for performing spectroscopic analysis.

レーザ分光分析装置が、レーザ発振器部、プローブ部、
分光器部および制御機構を含む分析装置本体と、電源、
コントローラ、データ処理および表示装置とから構成さ
れ、分光器部が入射光スワン1〜、凹面鏡、回析格子、
イメージインテンシファイア、フォトダイオードアレイ
を含むものとすることが望ましい。
The laser spectrometer has a laser oscillator section, a probe section,
The main body of the analyzer including the spectrometer section and control mechanism, the power supply,
It consists of a controller, data processing and display device, and the spectrometer section includes incident light swans 1 to 1, a concave mirror, a diffraction grating,
Preferably, it includes an image intensifier and a photodiode array.

作   用 現場設置可能となるので専用分析室、成分に対する各種
分析装置及び附帯装置、試料気送設備等が不要となるの
で設備費を大幅に少なくすることができる。
Since it can be installed on-site, there is no need for a dedicated analysis room, various analysis devices for components, ancillary equipment, sample pneumatic transportation equipment, etc., and equipment costs can be significantly reduced.

装置はシーケンス制御を行なえば80秒以内で分析を完
了することができ、オンライン分析とじて充分使用でき
る。
If sequence control is performed, the device can complete analysis within 80 seconds, and can be fully used for on-line analysis.

従来の固型試料の分析法では採取試料の凝固に至る間に
気泡や成分偏析発生のため、試料が分析に使用すること
ができない場合が多く、分析失敗による再試料採取又は
余分な試料を採取しておくなどが必要であった。又溶銑
の場合は白銑fヒ率が悪かった。しかしながら、本発明
によればこのようなことはなく採取試料が溶融状態であ
るため、100%分析が可能となった。
In conventional analysis methods for solid samples, the sample often cannot be used for analysis due to air bubbles and component segregation occurring during the solidification of the collected sample, and it is often necessary to re-sample or collect extra samples due to analysis failure. It was necessary to keep it. In addition, in the case of hot metal, the white pig iron rate was poor. However, according to the present invention, this does not occur and since the collected sample is in a molten state, 100% analysis is possible.

コツプ内の溶融金属より発生する熱量は少なく、分析装
置本体は通常の耐熱対策と、プローブ先端よりのアルゴ
ンガス(不活性ガス)の吹出して熱的に充分保護し得る
The amount of heat generated by the molten metal in the tip is small, and the main body of the analyzer can be sufficiently thermally protected by the usual heat resistance measures and by blowing out argon gas (inert gas) from the tip of the probe.

試料の採取−取出し一気送のための前処理−気送−分析
のための前処TI(切断、研磨等)−分析−結果の報告
−必要端線処置といった従来の人手を多く要するプロセ
スに対して、試料の採取−搬送−分析と結果の表示く場
合によってはコンピュータによる後工程への自動対応)
一対応とプロセスが簡略化され、人手を必要とする所が
少なくワンタッチで分析結果を得ることができる。
For conventional processes that require a lot of labor, such as sample collection - pretreatment for removal and one-shot feeding - pneumatic feeding - pretreatment for analysis TI (cutting, polishing, etc.) - analysis - reporting of results - necessary edge line treatment. sample collection, transportation, analysis, and display of results (in some cases, automatic support for post-processing using a computer)
This simplifies the response and process, requiring less human intervention and allowing analysis results to be obtained with a single touch.

実施例 第1図は本発明にか\わる分析装置の全体配置図である
。図に於て1は溶融金属槽くし一ドル)であるが、池に
溶融炉、タンディツシュ、モールド等溶融金属溜てあれ
ばいずれでもよい。1′は溶融金属である。乍業床0上
には左右に旋回可能な機構を有しているサンプリング装
置2がレードル1に対配置して設けられている。該サン
プリング装置2に関連してサンプラーストッカ3と分析
装置本体4が、サンプリング装置2の先端に収付けられ
るコツプ22の移動軌跡5上に適宜配設しである。又6
,7は各々レーザ発振器55のコントローラ及び電源装
置と分析装置4のデータ処理表示及び制御装置である。
Embodiment FIG. 1 is an overall layout diagram of an analyzer according to the present invention. In the figure, 1 is a molten metal tank (1 dollar), but any molten metal reservoir such as a melting furnace, tundish, mold, etc. may be used in the pond. 1' is molten metal. On the work floor 0, a sampling device 2 having a mechanism capable of rotating left and right is provided opposite to the ladle 1. In relation to the sampling device 2, a sampler stocker 3 and an analyzer main body 4 are appropriately arranged on a movement locus 5 of a tip 22 housed at the tip of the sampling device 2. Also 6
, 7 are a controller and a power supply device for the laser oscillator 55, and a data processing display and control device for the analyzer 4, respectively.

次に第2図はサンプラーストッカ3の平面概略図で、1
1.11′は間隔を置いて相対する歯車で、12はエン
ドレスチェインである。13は中央部に開穴15を有し
チェイン12に等間隔に固定されている保持金具、14
はサンプラである。沿車11.11′に張られなチェイ
ン12に保持金具13が固定され、この保持金具13の
開穴15にサンプラ14を装着する。図示しないが歯車
11.11′のいずれか一方には回転駆動装置があり、
シーケンシャルに保持金具13の取付間隔分だけ移動で
きるようになっている。これによりサンプラ14は一方
向に間歇送りさtしる。
Next, FIG. 2 is a schematic plan view of the sampler stocker 3.
1.11' are gears facing each other at intervals, and 12 is an endless chain. 13 is a holding fitting having an opening 15 in the center and fixed to the chain 12 at equal intervals; 14;
is a sampler. A holding fitting 13 is fixed to a chain 12 stretched along the roadside 11, 11', and a sampler 14 is mounted in an opening 15 of this holding fitting 13. Although not shown, there is a rotary drive device on either side of the gears 11 and 11'.
It is possible to move sequentially by the distance between the attachment fittings 13. As a result, the sampler 14 is intermittently fed in one direction.

第3図はホルダによるサンプラ受取り3示ず[Aである
。第1図、第5図を参照に理解されたい。
FIG. 3 does not show the sampler receiving 3 by the holder [A]. Please refer to FIGS. 1 and 5 for understanding.

ホルダ16は一最に鋼管より成っているが上端にはホー
ス接続金具17があり、端子19よりエアーホース18
が延び該金具17に接続されている。又下端にはエアー
チャック部20が設けられ、図示しないが内部には空気
力とスプリング力で開閉するチャック機構がある。
The holder 16 is first made of a steel pipe, but there is a hose connection fitting 17 at the upper end, and an air hose 18 is connected from the terminal 19.
extends and is connected to the metal fitting 17. Further, an air chuck section 20 is provided at the lower end, and although not shown, there is a chuck mechanism inside that opens and closes using air force and spring force.

一方固定台26には四転軌8を介して歯車11(又は1
1′)があり、その円周部にはチェイン12と保持金具
13が、更にサンプラ14がぞの柄213社外上方に向
くよう保持金具13に装着されている。間歇送され歯車
11′の最外位置に在るサンプラ14′の柄21′の延
長方向は傾!i l、たホルダ16とその芯が合うよう
になっている。
On the other hand, the fixed base 26 is connected to the gear 11 (or 1
1'), and a chain 12 and a holding fitting 13 are attached to the circumferential portion thereof, and the sampler 14 is attached to the holding fitting 13 so that the sampler 14 faces upward outside the handle 213. The extending direction of the handle 21' of the sampler 14' which is intermittently fed and located at the outermost position of the gear 11' is tilted! The center of the holder 16 is aligned with that of the holder 16.

エアチャック部20が開の状態で下降してきたホルダ1
6はサンプラー14′の柄21′の上端所定位置迄下降
し、エアチャック部が閉となり上昇する。
The holder 1 has descended with the air chuck section 20 open.
6 is lowered to a predetermined position at the upper end of the handle 21' of the sampler 14', and the air chuck portion is closed and raised.

これによりサンプラー14′はストッカ3より引き抜か
れる。
As a result, the sampler 14' is pulled out from the stocker 3.

第4図はサンプラー14を示す図である。図に於てコツ
プ22は耐熱保温性のよい材料例えばセラミックファイ
バ材(例えばトンボ印ファインフレックスモールドN 
o5410)に無機性バインダーを加え、金型に入れ圧
縮成型乾燥したものである。大きさは内径が’l0ax
以上、深さは5011R以上又肉厚は10u以上は必要
であるが、実施例では内側底径を4011、土掻を50
′R1、深さを701.厚みを15zzとして成型した
。上記成型されたコツプ22に少なくとも浸漬対象溶融
金属温度で2秒間は燃焼、溶解又は破損から耐えられる
ような材料例えば薄肉ブリキ板、プレスポード、厚紙等
よりなる蓋24を適当な手段を用いて取付ける。柄21
、および柄21に収付けらtしてコツプ22を支持する
保持環23は鉄製とする。
FIG. 4 is a diagram showing the sampler 14. In the figure, the tip 22 is made of a material with good heat resistance and heat retention, such as ceramic fiber material (for example, fine flex mold N with Tombow mark).
o5410) to which an inorganic binder was added, placed in a mold, and compressed and dried. The size is 'l0ax' inside diameter.
As mentioned above, the depth needs to be 5011R or more and the wall thickness needs to be 10u or more, but in the example, the inner bottom diameter is 4011R and the earth scraper is 50U.
'R1, depth 701. It was molded to a thickness of 15zz. A lid 24 made of a material that can withstand combustion, melting, or breakage for at least 2 seconds at the temperature of the molten metal to be immersed, such as thin tin plate, presspod, cardboard, etc., is attached to the molded cap 22 using an appropriate means. Pattern 21
, and the retaining ring 23 which is housed in the handle 21 and supports the tip 22 are made of iron.

柄21の保持環23の上部よりコツプ22を挿入する。Insert the tip 22 from the upper part of the retaining ring 23 of the handle 21.

コツプ22の外側テーパにより、程良い位置にはまり込
むようにする。コツプ22と保持環23の固定と溶融金
属中で把21、保持環23にスラグや地金の付着するの
を防ぐ目的で、必要個所にドロマイト等でコーティング
25を施す。コーティングの代りにセラミックファイバ
のスプレーを施してもよい。
The outer taper of the tip 22 allows it to fit into a suitable position. In order to fix the tip 22 and the retaining ring 23 and to prevent slag and base metal from adhering to the clamp 21 and the retaining ring 23 in molten metal, a coating 25 with dolomite or the like is applied to the necessary locations. Instead of a coating, a spray of ceramic fibers may be applied.

第5図は採取試料の分析状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the analysis state of the collected sample.

すなわちサンプリング装置2は採取した試料を有するサ
ンプラー14を分析装置本体4のプローブ50の真下に
搬送し、試料の含有成分を分析する。図においてサンプ
リング装置2の構成は支持台29の上に旋回ボール30
が受部31を介して設けられ、該旋回ボール30の下部
には歯車32が設けである。その近1gには減速機付電
動機33があり、上部の小歯車34は連結チェイン35
を介して歯車32を回転させる。ボール30の上部には
支持部36があり、アーム37が支持されている。アー
ム37はエアシリンダ38によりボール30に対する角
度を任意に変え75;る。
That is, the sampling device 2 transports the sampler 14 containing the collected sample directly below the probe 50 of the analyzer main body 4, and analyzes the components contained in the sample. In the figure, the sampling device 2 has a rotating ball 30 mounted on a support base 29.
is provided via a receiving portion 31, and a gear 32 is provided at the bottom of the swing ball 30. Nearby there is an electric motor 33 with a reducer, and the small gear 34 at the top is connected to a connecting chain 35.
The gear 32 is rotated via. A support portion 36 is provided on the top of the ball 30, and an arm 37 is supported. The angle of the arm 37 with respect to the ball 30 can be arbitrarily changed 75 by an air cylinder 38.

更にアーム37内にはスプロケット39 、39 ’が
あり、間にチェイン40が張られている。同軸減速機付
電動機41がチェイン40を回転する。チェイン40は
連結具42を介してホルダ1Gを昇降さぜる。43はホ
ルダ16の昇降を助けるためのガイドローラである。
Further, within the arm 37 there are sprockets 39, 39', with a chain 40 stretched between them. An electric motor 41 with a coaxial reduction gear rotates the chain 40 . The chain 40 moves the holder 1G up and down via the connector 42. 43 is a guide roller for helping the holder 16 move up and down.

17はエアホース接続具、14はサンプラー、22はコ
ツプ、28は分析装置本体4の除震装置付架台である。
17 is an air hose connector, 14 is a sampler, 22 is a tip, and 28 is a stand with a vibration isolator for the analyzer main body 4.

第6図は分析装置全体構成と分析状態を示す系統図であ
る。本分析装置は溶融金属面にレーザパルスを照射する
ことにより成分分析をおこなおうとするもので、6はレ
ーザ発振器55への電力及び冷却水の供給、レーザパル
スの周期制御等をおこなったり、ゲートパルサ67への
トリガ出力をおこなうレーザの電源及びコントローラ装
置である。
FIG. 6 is a system diagram showing the overall configuration of the analyzer and the analysis state. This analyzer attempts to perform component analysis by irradiating the surface of molten metal with laser pulses, and 6 supplies power and cooling water to the laser oscillator 55, controls the frequency of laser pulses, and controls the gate pulse generator. This is a laser power supply and controller device that performs trigger output to 67.

データ処理、表示及び制御1A置7では目的分析元素ス
ペクトルのピーク値と鉄スペクトルのピーク値の相対比
より、あらかじめ用意しである検量線より含有成分量を
算出し、その値を表示したり、伝送する。更に、レーザ
の電源及びコントローラ装置6、回折t3子回転装置6
4、A D変換及びコントローラ68、N2ガス弁53
、A「ガス弁54等の制御をおこなう。尚67.68は
分析装置本体4内の制御機構部である。
Data processing, display and control 1A 7 calculates the amount of contained components from a pre-prepared calibration curve based on the relative ratio of the peak value of the target analysis element spectrum and the peak value of the iron spectrum, and displays the value. Transmit. Further, a laser power supply and controller device 6, a diffraction t3 element rotation device 6
4, A/D conversion and controller 68, N2 gas valve 53
, A "Controls the gas valve 54, etc. 67 and 68 are control mechanism sections within the analyzer main body 4.

分析装置本体4は、弁53により制御されたN2ガスが
内部に放出されるようになっている閉鎖された金属製箱
体44と、内部に収納された機器よりなっている。55
は出カフ00mJ 、パルス幅10nsec、10Hz
周期のYAGレーザ発振器である。レーザ発振器55よ
り発射されたレーザパルス70は誘電体多層膜が施され
ているミラー56により90°下向きに曲げられ、穴あ
きミラー57の穴を通り、MgF 2材製凸レンズ58
で集束され、その焦点である溶融金属表面45に至る。
The analyzer main body 4 consists of a closed metal box 44 into which N2 gas is released controlled by a valve 53, and equipment housed inside. 55
Output cuff 00mJ, pulse width 10nsec, 10Hz
This is a periodic YAG laser oscillator. A laser pulse 70 emitted from a laser oscillator 55 is bent 90° downward by a mirror 56 coated with a dielectric multilayer film, passes through a hole in a perforated mirror 57, and passes through a convex lens 58 made of MgF2 material.
and reaches its focal point, the molten metal surface 45.

50は箱体44に固定されているプローブで、内部へは
弁54により制御されたArガスがシールのため必要に
応じて吹込めるようになっている。コツプ22内には試
料として採取された溶融金属が約80〜90%入ってい
る、プローブ5゜の先端ノズル46よりはコツプ22内
および溶融金属表面に向けてArガスが吹き付けられて
おり、少なくともこの部分全体の雰囲気はArガスに完
全に置換されるようになっている。溶融金属表面45に
レーザパルス70が照射されると、その強力な熱エネル
ギのため照射点にプラズマ60が発生する。
Reference numeral 50 denotes a probe fixed to the box body 44, into which Ar gas controlled by a valve 54 can be blown as necessary for sealing. The inside of the tip 22 contains approximately 80 to 90% of the molten metal collected as a sample. Ar gas is blown from the tip nozzle 46 of the probe 5° toward the inside of the tip 22 and the surface of the molten metal. The atmosphere in this entire area is completely replaced with Ar gas. When the molten metal surface 45 is irradiated with a laser pulse 70, plasma 60 is generated at the irradiation point due to its powerful thermal energy.

プラズマ光71は凸レンズ58を通り、穴あきミラー5
7で90”曲げられ、凸レンズ61を通り、分光器52
の入口スリット69に集束する。スリット69を通過し
たプラズマ光71は凹面鏡62により反射して回析格子
63に至る。回析格子63は刻線数2400本/JIf
fiのものが用いられている。焦点距離は11である。
The plasma light 71 passes through the convex lens 58 and passes through the perforated mirror 5.
7, is bent 90”, passes through a convex lens 61, and passes through a spectrometer 52.
is focused at the entrance slit 69 of the. Plasma light 71 passing through slit 69 is reflected by concave mirror 62 and reaches diffraction grating 63 . Diffraction grating 63 has 2400 lines/JIf
fi is used. The focal length is 11.

回析格子63は回析格子回転装置64によって回転する
ようになっている。なお回析格子回転装置64はデータ
処理・表示及び制御装置より分析対象波長信号が出され
、これにより対象波長位置に回転する。回析格子63に
より選択された目的成分波長を有するプラズマ光71′
はイメージインテンシファイア65に入り増強され、更
にフォトダイオードアレイ66により電気量に変換され
る。AD変換及びコン+−コーラ68はフォトダイオー
ドアレイ66に賄った光情報を取り込み保存したり、デ
ータ処理表示及び制(耳装置7へ送る役目をするもので
ある。67はゲートパルサーで電源及びコントローラ6
よりレーザ発振の信号を受け、一定時間イメージインテ
ンシファイア65に高電圧をかけ、目的成分波長のプラ
ズマ光71′を増強させ収り込む役目とフォトダイオー
ドアレイ66とAD変換及びコントローラ68の情報交
換のタイミング等を制御する役目をするものである。波
長200nm付近以下の短波長の成分分析をおこなう場
合は分光器を含む測定系全体を10−2トール以下の真
空とし光の減衰を防止させる必要がある。
The diffraction grating 63 is rotated by a diffraction grating rotation device 64. Note that the diffraction grating rotation device 64 receives an analysis target wavelength signal from the data processing/display/control device, and is thereby rotated to the target wavelength position. Plasma light 71' having the target component wavelength selected by the diffraction grating 63
enters an image intensifier 65 and is intensified, and further converted into an electrical quantity by a photodiode array 66. The AD converter and converter 68 serves to capture and store the optical information supplied to the photodiode array 66, and to perform data processing, display, and control (sending it to the ear device 7). 67 is a gate pulser that serves as a power source and a controller. 6
receives a laser oscillation signal from the laser oscillation signal, applies a high voltage to the image intensifier 65 for a certain period of time, and serves to enhance and contain the plasma light 71' of the target component wavelength, and exchanges information between the photodiode array 66, AD conversion, and controller 68. The function is to control the timing, etc. When performing component analysis with a short wavelength of around 200 nm or less, the entire measurement system including the spectrometer must be kept in a vacuum of 10 -2 Torr or less to prevent light attenuation.

次に本発明になる装置を用いて実際分析と完了する迄の
1サイクルについて述べる。
Next, one cycle up to the actual analysis and completion using the apparatus of the present invention will be described.

組立てのできあがったサンプラー14をサンプラースト
ッカ3の保持金具13に柄21か外側を向くようにして
セットし、該保持金具13の1f[!ilが右上11′
の最外位置ずなわちサンプラー14′のコンブ22′が
コツプ移動軌跡5位買上にあるようにする。サンプリン
グ装置2ではアーム37上の減速機r=を電動機41の
回転でスブロゲット39 、39 ’を介してチェイン
4oに取付けられている連結具42上のホルダ16は上
限位置迄上昇しており、又アーム37はホルダ16の中
心延長線がサンプラーストッカ3内のサンプラー14′
の柄21′の中心延長に合う角度迄エアーシリンダ38
の作動により傾斜している。次にサンプリング装置2は
減速機付電動fi33の駆動で小歯車34が回転し、チ
ェイン35を介して歯車32が回転する。従ってボール
30も同時に回転する。ホルダ16とサンプラー14′
の柄21′の中心が合った所でボール30は回転を中止
する。次に電動機41の逆回転でホルダ16は下降し、
サンプラー14′の柄21′の上端をチャック部20内
の所定深さまで臨まぜ下降3停止する。同時にチャック
部20は閉状態となり柄21′を保持する。ホルダ16
は中間位置迄上昇し、サンプラー14′を保持金具13
′より抜き上げる。ボール30は反転してし一ドル1の
サンプリング位置にて停止する。エアーシリンダ38は
サンプラー14′を浸漬すべき角度位置迄データ、37
を傾動させる。ホルダ16は下降しサンプラー14′を
所定深さ迄溶融金属1′内に浸漬させて停止する。
Set the assembled sampler 14 on the holding fitting 13 of the sampler stocker 3 with the handle 21 facing outward, and 1f[! of the holding fitting 13]. il is upper right 11'
The outermost position of the sampler 14', that is, the kelp 22' of the sampler 14' is set at the 5th position on the travel locus. In the sampling device 2, the reduction gear r= on the arm 37 is rotated by the electric motor 41, and the holder 16 on the connector 42 attached to the chain 4o via the subrogets 39 and 39' is raised to the upper limit position, and The arm 37 has a central extension line of the holder 16 aligned with the sampler 14' in the sampler stocker 3.
Air cylinder 38 up to an angle that matches the center extension of the handle 21'
It is tilted due to the operation of. Next, in the sampling device 2, the small gear 34 is rotated by the drive of the electric reducer-equipped fi 33, and the gear 32 is rotated via the chain 35. Therefore, the ball 30 also rotates at the same time. Holder 16 and sampler 14'
The ball 30 stops rotating when the centers of the handle 21' of the ball 30 are aligned. Next, the holder 16 is lowered by the reverse rotation of the electric motor 41,
The upper end of the handle 21' of the sampler 14' is brought down to a predetermined depth within the chuck portion 20, and then the sampler 14' is lowered and stopped. At the same time, the chuck portion 20 is closed and holds the handle 21'. Holder 16
is raised to the intermediate position, and the sampler 14' is held by the holding bracket 13.
’. The ball 30 is reversed and stopped at the sampling position of 1 dollar 1. The air cylinder 38 provides data 37 up to the angular position at which the sampler 14' is to be immersed.
Tilt. The holder 16 descends to immerse the sampler 14' into the molten metal 1' to a predetermined depth and then stops.

溶融金属1′の表面のスラグ層を通過して所定位置で停
止したサンプラー14′のコップ22′上部に被せであ
る蓋24′は溶解(又は燃焼)して内部に溶融金属1′
が流入する。次にホルダ16は上昇してコツプ22′が
し一ドル1の上面所定位置にきたとき上昇を一時停止し
、エアーシリンダ38を作動させ、ホルダ16の傾きを
大きくして(上に持ち上げる)コップ22′内部の溶融
金属をその上部に浮遊する不純物と一緒に排出する(1
0〜20%程度量、不純物がない場合は特にその必要は
ない)9ホルダ16はサンプラー14′のコツプ移動軌
跡5位置迄移動し、ボール30はコツプ22′が分析装
置本体4の10−ブ50真下にくるまで旋回する。プロ
ーブ50はコツプ22′が真下にくる少し前からノズル
46よりArガスが吹き出されるようになっている。
The lid 24' that covers the top of the cup 22' of the sampler 14' which has passed through the slag layer on the surface of the molten metal 1' and stopped at a predetermined position melts (or burns) and contains the molten metal 1' inside.
will flow in. Next, the holder 16 rises, and when the cup 22' reaches a predetermined position on the top surface of the cup 1, the rise is temporarily stopped, and the air cylinder 38 is activated to increase the inclination of the holder 16 (lift it upward). The molten metal inside 22' is discharged together with the impurities floating above it (1
9 holder 16 moves to position 5 of the tip movement locus of sampler 14', and the ball 30 moves so that tip 22' of sampler 14' moves to position 5 of the tip 10 of analyzer main body 4. Turn until you are directly below 50. The probe 50 is configured so that Ar gas is blown out from the nozzle 46 a little before the tip 22' comes directly below.

コツプ22′がノズル46下にきて、焦点が合うとパル
スレーザが溶融金属表面45に照射される。分析装置の
詳述は前記通りであるが、パルスレーザは目的分析元素
数の回数だけ照射をおこなう必要がある。
When the tip 22' comes under the nozzle 46 and is focused, the molten metal surface 45 is irradiated with a pulsed laser. The details of the analyzer are as described above, but it is necessary to irradiate the pulsed laser as many times as the number of target elements to be analyzed.

分析の終わったサンプラーは図示しないが適当な回収位
置でホルダ16より抜き捨てられることになるが試料5
9を他の目的で使用する場合は固化の確認をしてからコ
ツプ22′より回収すればよい。
After the analysis, the sampler is removed from the holder 16 at an appropriate collection position (not shown) and is discarded.
If 9 is to be used for other purposes, it may be collected from the pot 22' after confirming solidification.

柄21と保持環23は付着物を落とし、再生し、再使用
する0以上で1サイクルが終了する。2サイクル目はサ
ンプラーストッカ3の保持金具13をワンピッチ移動さ
せる所より初ぬればよい。
The handle 21 and the retaining ring 23 remove deposits, are regenerated, and are reused.One cycle ends when the handle 21 and the holding ring 23 reach 0 or more. In the second cycle, it is sufficient to start by moving the holding fitting 13 of the sampler stocker 3 by one pitch.

I吸Δ肱( 本発明によればつぎの効果が得られる。I suck ∆ elbow ( According to the present invention, the following effects can be obtained.

溶融金居場所で成分分析を行うことが可能となり、した
がって専用分析室、成分に対する各種分析装置及び附帯
装置、試料気送設備等が不要となるので設fiI費を大
幅に少なくすることができる。
Component analysis can be performed at the location of the molten metal, and therefore a dedicated analysis room, various analysis devices and auxiliary devices for components, sample pneumatic transportation equipment, etc. are not required, and the installation cost can be significantly reduced.

装置はシーケンス制御を行なえば80秒以内で分析を完
了することができ、オンライン分析として充分使用でき
る。
If sequence control is performed, the device can complete analysis within 80 seconds, and can be fully used for on-line analysis.

従来の固型試料の分析法では採取試料の凝固に至る間に
気泡や成分偏析発生のため、試料が分析に使用すること
ができない場合が多く、分析失敗による再試料採取又は
余分な試料を採取しておくなどが必要であった。又溶銑
の場合は白銑化率が悪かった。しかしながら、本分析法
ではこのようなことはなく採取試料が溶融状態であるた
め100%分析が可能となった。
In conventional analysis methods for solid samples, the sample often cannot be used for analysis due to air bubbles and component segregation occurring during the solidification of the collected sample, and it is often necessary to re-sample or collect extra samples due to analysis failure. It was necessary to keep it. In addition, in the case of hot metal, the conversion rate to white metal was poor. However, in this analytical method, this does not occur and 100% analysis is possible because the collected sample is in a molten state.

コツプ内の溶融金属より発生する熱旦は少なく、分析装
置本体は通常の耐熱対策と、プローブ先端よりのアルゴ
ンガスの吹き出しで熱的に充分g1.護し得た。従来法
ではこれができず最大の問題点となっていた。
The amount of heat generated by the molten metal in the tip is small, and the main body of the analyzer is sufficiently thermally protected by normal heat resistance measures and argon gas blowing out from the tip of the probe. I was able to protect it. Conventional methods cannot do this, which is the biggest problem.

試料の採取−取出し一気送のための前処理−気送−分析
のための前処理(切断、研磨等)−分析−結果の報告−
必要精練処置といった従来の人手を多く要するプロセス
に対して、試料の採収−搬送−分析と結果の表示(場合
によってはコンピュータによる後工程への自動対応)一
対応とプロセスが簡略化され、人手を必要とする所が少
なく、迅速容易に分析結果を得ることができる。
Sample collection - Pretreatment for removal and pneumatic feeding - Pretreatment for analysis (cutting, polishing, etc.) - Analysis - Reporting of results -
In contrast to conventional processes that require a lot of manual labor, such as necessary scouring procedures, the process of sample collection, transportation, analysis, and display of results (in some cases, automatic support for post-processing using a computer) has been simplified, and the process has been simplified. Analysis results can be obtained quickly and easily.

従来法では分析専門の技術員を必要とするが、本発明に
よれば専門技術を要しない現場作業員で充分である。
The conventional method requires a technician specializing in analysis, but according to the present invention, a field worker who does not require specialized skills is sufficient.

気送管による試料搬送では試料の気送管の詰りがしばし
ば発生、このため分析不可、補修等を必要としていたが
本発明によればこれが解消できる。
When transporting a sample using a pneumatic tube, the sample pneumatic tube often becomes clogged, which makes analysis impossible and requires repair, but the present invention can solve this problem.

サンプラーは部分的に再使用できるので消耗部品費は従
来法より大幅に安くなる。
Since the sampler can be partially reused, the cost of consumable parts is significantly lower than with conventional methods.

本発明によれば分析した試料は無傷であるので他の目的
に対して使用することができる。
According to the invention, the sample analyzed is intact and can be used for other purposes.

オンライン分析が可能となり、生産性向上、品質向上が
大幅に改善される。
Online analysis becomes possible, greatly improving productivity and quality.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による分析装置の実施例を示す概略配置
図、第2図はサンプラーストッカ装置の概略平面図、第
3図はサンプラーの受渡しを示す概略側面図、第4図は
サンプラーの断面側面図、第5図は採取試料の分析状右
を示す図、第6図はレーザ分光分析装置の系統図。 1:溶融金属槽(し−ドル) 2:サンプリング装置 3、サンプラーストッカ装置 4:分析装置本体 6:電源およびコントローラ装置 7:データ処理、表示、制御装置 14.14’ :サンプラー  22:保温コツプ21
.21’ 、柄      52:分光器55:レーザ
発振器   69ニスリット62:凹面鏡      
63:回析格子65:イメージインテンシファイア 66:フォトダイオードアレイ 特許出願人     大販酸素工業株式会社     
゛第1図 第5図       第4図
Fig. 1 is a schematic layout diagram showing an embodiment of the analyzer according to the present invention, Fig. 2 is a schematic plan view of the sampler stocker device, Fig. 3 is a schematic side view showing delivery of the sampler, and Fig. 4 is a cross section of the sampler. A side view, FIG. 5 is a diagram showing the analysis form of the collected sample, and FIG. 6 is a system diagram of the laser spectrometer. 1: Molten metal tank (shidol) 2: Sampling device 3, sampler stocker device 4: Analyzer main body 6: Power supply and controller device 7: Data processing, display, control device 14.14': Sampler 22: Heat retention cup 21
.. 21', Handle 52: Spectrometer 55: Laser oscillator 69 Nislit 62: Concave mirror
63: Diffraction grating 65: Image intensifier 66: Photodiode array patent applicant Daihan Sanso Kogyo Co., Ltd.
Figure 1 Figure 5 Figure 4

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)溶融金属試料を保温コップを有するサンプラーで
採取し、該採取された試料を溶融状態のまゝレーザ分析
装置に搬送し、高強度のレーザ光照射により試料表面に
プラズマ光を発生させ、該プラズマ光を分光分析するこ
とを特徴とする、溶融金属の成分分析方法。
(1) Collect a molten metal sample with a sampler equipped with a heat-insulating cup, transport the sample in a molten state to a laser analyzer, and generate plasma light on the sample surface by irradiating it with a high-intensity laser beam, A method for analyzing components of molten metal, the method comprising spectroscopically analyzing the plasma light.
(2)前記レーザ光照射とプラズマ光の分光分析の工程
を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の分析方法。
(2) The analysis method according to claim 1, wherein the steps of laser light irradiation and plasma light spectroscopic analysis are performed in an inert gas atmosphere.
(3)保温コップを有するサンプラーを複数個収納して
1個ずつ供給可能のサンプラーストッカ装置と、サンプ
ラーストッカ装置から供給されるサンプラーを受取り溶
融金属試料を該サンプラーに採取し該サンプラーをレー
ザ分光分析装置に搬送し分析終了後のサンプラーを回収
位置に搬送するサンプリング装置と、サンプラー内の溶
融金属試料に高強度のレーザ光照射を行い発生するプラ
ズマ光を分光分析するレーザ分光分析装置とを含む、溶
融金属の成分分析装置。
(3) A sampler stocker device that can store a plurality of samplers with heat-retaining cups and supply them one by one, and a sampler that receives the sampler supplied from the sampler stocker device, collects a molten metal sample into the sampler, and uses the sampler for laser spectroscopic analysis. It includes a sampling device that transports the sampler to a recovery position after the analysis is completed, and a laser spectrometer that irradiates the molten metal sample in the sampler with high-intensity laser light and spectrally analyzes the generated plasma light. Molten metal component analysis device.
(4)レーザ分光分析装置が、レーザ発振器部、プロー
ブ部、分光器部および制御機構を含む分析装置本体と、
電源、コントローラ、データ処理および表示装置とから
構成され、分光器部が入射光スリット、凹面鏡、回析格
子、イメージインテンシファイア、フォトダイオードア
レイを含むことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載
の溶融金属の成分分析装置。
(4) The laser spectrometer includes an analyzer main body including a laser oscillator section, a probe section, a spectrometer section, and a control mechanism;
Claim 3, characterized in that the spectrometer section is composed of a power supply, a controller, a data processing and a display device, and includes an incident light slit, a concave mirror, a diffraction grating, an image intensifier, and a photodiode array. The molten metal component analysis device described above.
(5)サンプラーか保温性の良い材料で形成された保温
コップと、鉄製の柄とを含むことを特徴とする特許請求
の範囲第3項記載の溶融金属の成分分析装置。
(5) The molten metal component analysis apparatus according to claim 3, characterized in that the sampler includes a heat-retaining cup made of a material with good heat-retaining properties, and a handle made of iron.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020148970A1 (en) * 2019-01-18 2020-07-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Induction coupled plasma analysis system and induction coupled plasma analysis method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020118467A (en) * 2019-01-18 2020-08-06 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Inductively coupled plasma analysis system and inductively coupled plasma analysis method
US11538672B2 (en) 2019-01-18 2022-12-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Inductively coupled plasma spectrometric system and inductively coupled plasma spectrometric method

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