JPS62291521A - 転炉その他の溶融金属を充てんした容器または炉のスペクトル分析装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ６　発明の詳細な説明 産業上の利用分野： 本発明は転炉′または溶融金属とくに鉄もしくは鋼を充
てんしたその他の容器もしくは炉のスペクトル分析装置
に関し、その際外側から容器の壁を通して溶融内容物ま
で達する不活性ガスを元てんした孔へ暦湯から発する光
線のため転炉外壁に設置したスペクトル分析装置と光学
的に結合され、さらにこの孔を通してレーザ光線が転炉
の溶湯へ向けられている。

従来の技術： このようなスペクトル分析装置は西独公開特許公報第２
１　３８　５４０号から公知である。

この装置は十分多量の光線が孔を通過するように比較的
大きい直径の孔を必要とする欠点を有する。というのは
スペクトル分析装置までの距離が転炉の：耐火材料によ
る厚さ約１ｍのライニングのだめ比較的遠いからである
。

この大ぎい孔はその端線がｍ　＄　Ｋよって短い作業時
間後に激しく侵食され、その直径が次第に増大し、それ
によって転炉のライニングに欠損部が発生し、転炉がツ
用不可能になる。このような浸食は孔の直径が非常に小
さく、冷却用不活性ガスの流出速度が高い場合は発生し
ないことが明らかになった。きわめて小さい直径を有す
るこのような孔は西独公開時許公報第２’ｌ　　３８　
５４０号に記載の孔に比してこの孔を分析すべき光線が
非常に少ししか通過しない欠点を有する。光線の強さは
高速で流出する不活性ガスがレーザ光線によって形成さ
れた、発″＃Ｓまで励起された蒸気層をただちに稀釈し
、洗い流すことによっても著しく低下される。

発明が解決しようとする問題点： 本発明の目的は孔が不活性ガスにより冷却凝固した溶湯
によって部分的に閉塞されず、かつ溶湯によって侵食さ
れず、孔の長さおよび小さい直径にも拘らずきわめて正
確な評価可能の測定が達成され、装置が簡単であり、小
さい構成費用をもって信頌性るる装置として設置しつる
ように、スペクトル分析装置全体を形成することである
。

問題点を解決するための手段： この目的ぼ特許請求の範囲第１項記載の手段によって騎
決さｎる。他の実施＠様は特許ｈｎ求の＋ｕ６囲・→Ｉ
２〜１２項に記載される。

作用： 孔の小さい所］１σ潰お工び５バールを超える圧力で流
出する洗浄ガスとくに布ガスＡｒまたにＮ２ガスによっ
て孔はその端縁が焼損または化学的に強く侵食されない
ように十分冷却され、反面ガスは鋼の冷却した靜分が少
しも固着しないためにも役立つ。というのはガスによっ
て非常に小さい粒子も高速で孔から吹き飛ばされるから
である。

転炉その他の容器のライニングは作業時間の経過ととも
に溶湯によって侵食され、次第に薄くなる。それゆえ射
出するレーザ光線の焦点を後調節することが必要である
。後−節のもつとも簡単な方法は端部にレンズを有する
光導体を孔の中で規則的間隔で引戻すことである。これ
はさらに光導体が熱作用によって損傷して不透明になる
ほど溶湯したがって筒部範囲に近付かない利点を有する
。この引戻しは自助的に実施することもできる。

レーザ光電がきわめて小さい調節誤差によって孔の壁を
照射することがないように、レーザ光線を孔へ導入する
光導体が正確に孔の縦軸にあり、分析すべき光線を導く
光導体をその周囲に配置するのが有利である。

分析すべき光線の強さはきわめて小さい。それは高速で
流出する不活性ガスがレーザ光線によって発光まで励起
した蒸気をただちに吹飛ばし、したがってきわめて薄い
蒸気層しか発光しないからである。

孔の内壁をたとえばアルミニウム薄膜でミラー化しであ
る場合、長い細い孔を通して孔の長袖の方向と正確には
一致しない光線も分析装置に導かれる。この手段によっ
て孔を通って入射する光量が著しく増大する。光導体の
調節装置はレーザ光線の適正な焦点調節のためのほか、
光導体が溶湯の方向にできるだけ遠く位置しうるために
も役立ち、それによって同様入射光量が増大する。光導
体は調節装置によりつねてその温度が光導体を損傷する
まで上昇しない程度に引戻される。きわめて小さい分析
光線の強さのための正確に分析することは容易でない。

光導体は特殊な配置を必要とする。

たとえば分析光線の光導体の後端が、できるだけ短い光
導体路を達成するため、転炉の底部に設置するスペクト
ル装置の入射スリットを形成するように形成するのが適
当である。所属のＵＶ帯域で有効なモノクロメータを使
用し、これに個々の線に対応する光増幅器たとえばマル
チチャネルプレートを配置するのが有利なことが明らか
になった。関連する元素の含量が非常に小さいので、所
属する光線の強さもとくに小さい。それゆえ光導体系内
部でスペクトル有効信号のエレクトロオプティカル増幅
を公知手段により行うのが有利である。ＬＤ転炉内の製
造の間の溶鋼の分析監視は特性線の多くがＵＶ帯域にあ
るため比較的少数の元素（たとえばＣ９ｓ　、　ｐ　、
　ｓｉ　）の分析ですでに十分なので、これらの線のス
ペクトル測定を光線入射位置のできるだけ近くで実施す
るのがとくに有利である。

さらにこの場合受光したスペクトル光線を導く光導体系
の径路に１つまたは多数の狭いバンドの分析要素たとえ
ば光線測定系とくに光電検知器が付属した干渉フィルタ
を配置するのが有利である。

転炉の場合迅速に進行する吹製過程のため、鋼の組成に
少なくとも局部的な差が生ずる結果を伴う。鋼組成ので
きるだけ正確な平均直を得るため、転炉の多数の位置で
鋼を分析しなければならない。それゆえいずれにせよ転
炉の底に存在する攪拌ガスノズルの多数の孔にそれぞれ
１つの分析装置を設置するのが有利である。高い装置費
用は各孔が光導体を介して共通の分析装置または共通の
レーザ光線発生装置に接続されていることにＬつで軽減
される。

実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。

第１図には孔１１が存在する転炉の底部の一部が示され
る。上部の溶湯室１２に流出する不活性ガスによってほ
ぼ半球状の自白空間１３が形成される。孔１１はその下
部１４が拡大される。孔１１は転炉の耐火材料へ密に埋
込んだ鋼管からなる。孔の下部１４に光導体１５が組込
まれる。この光導体１５は内面をミラー化した薄肉管１
６によって包囲される。管１６に６〜４の支持リプ１７
が設置され、このリプは孔の下部１４の壁に案内される
。、光導体１５の中心にはレーザ光線射出用の光導体１
８が組込まれる。孔１１および１４の内部はシール１９
によって外部雰囲気に対してシールされる。管１６は作
業中にライニングが薄くなると、レーザ光線の焦点を適
合させるため、駆動装置２０によって光導体１５．１８
とともに間欠的または連続的に孔１１および１４から引
戻すことができる。光導体１８はレーザ光線発生装置へ
案内され、光導体１５は分析装置２２へ案内される。

分析装置２２にマルチチャネルプレート系２３が付加さ
れ、その出力はスペクトル線の光の強さに相当する電流
をコンピュータ２４に送り、コンピュータはこの電流か
ら適当なプログラムにより鋼の添加物の量を計算する。

他の実施例によれば光導体は２５および２６の位置で中
断される。２６の位置でレーザの光線は切替器のように
機能する可動ミラーを介して同様測定目的に部用する他
の孔に通ずる光導体へ伝送される。この孔からくる光線
は２５に組込んだ同様可動のミラーによって分析装置２
２に通ずる光導体１へ反射することができる。

このような可動のミラーの原理が第２図に示される。

たとえばレーザ光線の発生装置２１から光導体によって
導かれたレーザ光線はレンズ３３を通って点３６で光導
体を去り、ミラー３４に点２７で当り、光導体１８へ反
射される。ミラー３４を矢印２８の方向に摺動すると、
反射光線は光導体２９または３０へ入射する。この光導
体２９まだは３０は転炉の底にある他の孔に通ずる。こ
の孔から光導体を通って入射する光線は同様に分析装置
へ通ずる光導体へ反射される。

その際もちろんミラー３４は吸収損失を避けるため真空
であり、または希ガスを充てんしたケーシングによって
包囲しなければならない。

分析装置は通常は常用のプリズムまたは格子とともに機
能する。光導体の出口端を分析装置のスリットすなわち
入射スリットとして形成するのが有利なことが明らかに
なった。しかし全光線を多数の分岐光路に分割し、その
それぞれに所望のスペクトル光線のみを透過させる狭い
バンドのフィルタを備えることもできる。これを再びエ
レクトロオプティカル増幅し、さらに前記のように処理
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理を示す図、第２図はもう１
つの実施例の原理を示す図である。 １１．１４・−・孔　１２・・・溶湯　１５，１Ｂ・・
・光導体　１６・・・ミラー化した管　１７・・・リプ
１９・・・シール　２０・・・駆動装置　２１・・・レ
ーザ２２・・・分析装置　２３・・・マルチチャネルプ
レート　２４・・・コンピュータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部から容器の壁を通して溶融内容物まで達するＵ
   Ｖ光線を吸収するガスを充てんした孔が、溶湯から発す
   る光線のため転炉外壁に設置したスペクトル分析装置と
   光学的に結合し、さらにこの孔を通してレーザ光線が容
   器内の溶湯へ向けて射出され、その際溶湯の一部が蒸発
   し、元素特異の固有光線を放出するように励起され、レ
   ーザ光線発生装置およびスペクトル分析装置がそれぞれ
   １つの光導体を介して孔と結合され、スペクトル分析装
   置へ評価のためにプログラムしたコンピュータが接続さ
   れている、転炉その他の溶融金属を充てんした容器また
   は炉のスペクトル分析装置において、孔の溶湯（１２）
   へ開口する部分が１ｃｍ＾２に達しない断面積を有し、
   ガスまたはガス混合物の流出速度が１ｍｍ＾２の断面積
   に対し最低１０ｇ／ｍｉｎの大きさであり、孔を通して
   射出するレーザ光線を転炉の外壁から異なる距離の焦点
   または動作点へ調節する装置を備えていることを特徴と
   する転炉その他の溶融金属を充てんした容器または炉の
   スペクトル分析装置。 ２、孔の外側部分（１４）へ導入したレーザ光線の光導
   体（１８）が孔の縦方向に摺動可能に支持され、調節装
   置（２０）と結合している特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ３、受光光線の光導体（１５）も孔（１４）内で縦方向
   摺動可能に支持され、調節装置（２０）と結合している
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置。 ４、レーザ光線の光導体（１８）の溶湯へ向く端部が孔
   （１４）の縦紬の中心にあり、かつ孔の断面積の２０％
   より小さい部分を充てんし、この光導体（１８）の周囲
   に円環状配置で受光した分析光線を導く光ファイバ（１
   ５）が配置されている特許請求の範囲第１項から第３項
   までのいずれか１項に記載の装置。 ５、容器の壁を貫通する１つ以上の孔（１１）がスペク
   トル分析装置およびレーザ光線発生装置（２１）と光学
   的に結合している特許請求の範囲第１項から第４項まで
   のいずれか１項に記載の装置。 ６、選択的に光学的に結合し、かつ遮断可能に形成され
   ている特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、可動ミラー（３４）を介して光学的に結合しうる特
   許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記
   載の装置。 ８、孔（１１、１４）の壁がミラー化されている特許請
   求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の
   装置。 ９、壁がアルミニウムでミラー化されている特許請求の
   範囲第８項記載の装置。 １０、分析のため受光した光線を分離した後エレクトロ
   オプティカル増幅する特許請求の範囲第１項から第９項
   までのいずれか１項に記載の装置。 １１、エレクトロオプティカル増幅を映像増倍管で実施
   し、次に増幅した光線を光電検知器によってコンピュー
   タで処理する電気信号に変換する特許請求の範囲第１項
   から第１０項までのいずれか１項に記載の装置。 １２、受光する光線のための光導体の射出部が矩形スリ
   ットとして形成され、分析装置の入射スリットへこれを
   充てんするように組込まれている特許請求の範囲第１項
   から第１１項までのいずれか１項に記載の装置。