KR100603426B1 - Method and Apparatus for Analyzing Vaporized Metal - Google Patents

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Abstract

용융금속의 증기층에 레이저 광을 통과시키고, 상기 증기층을 통과한 레이저 광의 강도변화로부터 용융금속에 함유된 분석원소의 농도를 측정한다. 분석원소의 흡수파장의 중심위치로부터 0.001 내지 0.03nm 편위편위치에, 상기 레이저 광의 파장이 조정되고 있다. 측정 농도범위를 넓히는 것이 가능하다.Laser light is passed through the vapor layer of the molten metal, and the concentration of analyte elements contained in the molten metal is measured from the intensity change of the laser light passing through the vapor layer. The wavelength of the laser light is adjusted from the center position of the absorption wavelength of the analysis element to the position of 0.001 to 0.03 nm deviation. It is possible to widen the measured concentration range.

Description

용융금속의 분석방법 및 그 장치{Method and Apparatus for Analyzing Vaporized Metal}Method for analyzing molten metal and its apparatus {Method and Apparatus for Analyzing Vaporized Metal}

본 발명은 용융금속 중의 성분원소를 신속하게 분석하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and an apparatus for quickly analyzing a component element in a molten metal.

용융금속의 온라인 분석은, 그 금속의 제련·정련과정을 제어하기 위하여 매우 요구되고 있다. 그러나, 용융금속을 측정·분석하는 환경은 고온·분진 등으로 인하여 열악하며, 이같은 환경에 대응하기 위한 엔지니어링 상의 과제가 크기 때문에, 온라인 분석의 실용화는 거의 되고 있지 않다.On-line analysis of molten metals is highly required to control the smelting and refining processes of the metals. However, the environment for measuring and analyzing molten metal is poor due to high temperature, dust, and the like, and due to the large engineering problems to cope with such an environment, practical use of on-line analysis is hardly realized.

일반적으로, 금속의 조성 분석을 행하기 위한 신뢰성이 높은 분석방법으로서, 금속을 산(酸) 등으로 분해하여 용액화한 시료에 대하여는, 원자흡광법(原子吸光法)이 알려져 있다. 그리고, 본질적으로 높은 정밀도를 갖는 분석법인 원자흡광법을 용융금속의 직접분석에 적용한 제안이 되어 있다. 이와 같은 제안으로서는, 예컨대 일본 특개평 09-049795호 공보에 기재된 용융금속의 직접분석방법 및 장치, 또한 특표평 09-500725호 공보에 기재된 용융금속의 직접적 화학분석방법 등이 있다. 이들 기술은 용융금속의 표면 상의 금속증기층에 특정 파장(원자흡수선 파장)의 광을 조사하고, 증기층에 의해 흡수되는 광의 흡수율을 측정하여, 용융금속 중 의 성분 원소의 농도를 구하는 것이다.In general, an atomic absorption method is known for a sample in which a metal is decomposed into an acid or the like as a highly reliable analysis method for analyzing the composition of a metal. In addition, a proposal has been made in which the atomic absorption method, which is an analysis method having high precision, is applied to the direct analysis of molten metal. Such proposals include, for example, a direct analysis method and apparatus for molten metals described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-049795, and a direct chemical analysis method for molten metals described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-500725. These techniques irradiate the metal vapor layer on the surface of the molten metal with light of a specific wavelength (atomic absorption line wavelength), measure the absorbance of the light absorbed by the vapor layer, and determine the concentration of the component element in the molten metal.

그러나, 상기 문헌에 기재되어 있는, 용융금속의 증기를 직접원자흡광법을 이용하여 분석하는 방법에 있어서는, 금속증기 생성량을 조절할 수 없기 때문에, 측정 농도범위가 좁다는 원자흡광법의 결점이 현저히 나타난다. 이하, 이에 대하여 설명한다.However, in the method of analyzing the vapor of molten metal using the direct atomic absorption method described in the above document, since the amount of generated metal vapor cannot be controlled, the drawback of the atomic absorption method that the measurement concentration range is narrow is remarkable. . This will be described below.

원자흡광법의 측정원리는, 아래식(1)에 따른 원자의 흡광현상에 기초하여, 시료 중의 분석원소의 양 혹은 농도를 구하는 것이다.The measuring principle of the atomic absorption method is to determine the amount or concentration of analytical elements in a sample based on the absorption of atoms according to Equation (1) below.

A = μC L ........................ (1) A = μC L ........................ (1)

(여기서, A; 흡광에 의한 강도변화(= -log(I/Io)), (I/Io); 광(光)강도비, I; 흡광후 광강도(光强度), Io; 흡광 전 광강도, μ; 흡광계수(파장에 따라 고유한 값임), C; 분석원소의 양 혹은 농도, L; 증기층 길이)(Where A; intensity change due to absorption (= -log (I / Io)), (I / Io); light intensity ratio, I; light intensity after absorption, Io; light before absorption Intensity, μ; extinction coefficient (property dependent on wavelength), C; amount or concentration of analyte, L; vapor layer length

상기식(1)에서 알 수 있는 바와 같이, 광강도비(I/Io)는 분석원소의 양 혹은 농도 C의 증가와 함께 급격히 저하한다. 광강도비(I/Io)가 너무 작으면, 흡수광 이외의 광에 의한 영향이나 측정장치에서의 측정치의 편차가 생긴다. 그 결과, 농도측정은 곤란하게 된다. 이와 같은 분석원소의 양 혹은 농도 C에는 상한이 존재한다.As can be seen from Equation (1), the light intensity ratio (I / Io) decreases rapidly with an increase in the amount or concentration C of analytical elements. If the light intensity ratio (I / Io) is too small, the influence of light other than the absorbed light and the deviation of the measured value in the measuring device occur. As a result, concentration measurement becomes difficult. There is an upper limit to the amount or concentration C of such analyte.

그리고, 측정량 혹은 농도의 범위를 넓히기 위해, 식(1)에 기초하여, μ, C, L의 각 항의 어느 하나 또는 복수를 낮추는 일이 행해지고 있다. 예컨대, 용액의 원자흡광법에서는 시료용액을 희석하여 분석원소량 혹은 농도 C를 내리거나, 원자화부(原子化部)(버너)의 광축과의 각도를 바꿔 증기층 길이 L을 짧게 하는 등으로, 측정 농도범위를 넓힐 수 있다.And in order to widen the range of a measured quantity or a density | concentration, based on Formula (1), lowering any one or more of each term of (micro), C, L is performed. For example, in the atomic absorption method of the solution, the sample solution is diluted to lower the analyte element or concentration C, or the angle of the atomizer (burner) is changed to shorten the vapor layer length L. The measurement concentration range can be widened.

그러나, 제련 중의 용융금속 측정에 있어서는, 생성하는 증기층 농도 C는, 제련조건 및 용융금속 중의 함유율에 의해 결정되어 버려 조절할 수 없다. 이 때문에, 측정 농도범위를 넓히려면, 증기층 길이 L 또는 흡광계수 μ의 어느 것인가를 작게 해서는 안된다. 증기층 길이 L을 작게 하는 것은, 증기층의 두께를 적정한 작은 값으로 안정시켜 유지하기 위한 엔지니어링 상의 과제가 크기 때문에 어렵다. 또한, 흡광계수 μ를 작게 하는 것도, 측정 농도범위에 대응하는 μ를 갖는 흡광선이 있다고는 한정되지 않기 때문에 어렵다. 예컨대, Mn(망간)의 원자흡광선으로서는, 흡광계수 μ가 큰 선으로서 279nm의 선, μ가 작은 선으로서 403nm의 선만이 존재한다. Mn 농도측정에 있어서는, 계수 μ가 작은 403nm의 흡광선을 이용하여도, 용강온도가 1600℃인 때에는 증기층 중의 Mn 농도 C가 높기 때문에, 증기층 L을 1mm 정도로 매우 짧게 하여도 증기층에 의한 흡광이 너무 강하다. 이 때문에, 농도 0.1%의 Mn에 대하여도 상술한 광강도비가 1% 이하가 되어 버려, 0.1% 이상의 농도인 Mn을 측정할 수 없다.However, in the measurement of molten metal during smelting, the vapor layer concentration C to be produced is determined by the smelting conditions and the content rate in the molten metal and cannot be adjusted. For this reason, to widen the measurement concentration range, neither the vapor layer length L nor the extinction coefficient mu should be made small. It is difficult to reduce the vapor bed length L because of the large engineering problems for stabilizing and maintaining the vapor bed thickness at an appropriate small value. In addition, it is difficult to reduce the extinction coefficient μ because it is not limited to the case where there is an absorbing ray having mu corresponding to the measurement concentration range. For example, as the atomic absorption line of Mn (manganese), only a line of 279 nm exists as a line having a large extinction coefficient μ, and a line of 403 nm exists as a line having a small μ. In the Mn concentration measurement, even if a 403 nm absorption line with a small coefficient μ is used, when the molten steel temperature is 1600 ° C., since the Mn concentration C in the vapor layer is high, even if the vapor layer L is made very short by about 1 mm, Absorption too strong For this reason, the light intensity ratio mentioned above also becomes 1% or less with respect to Mn of 0.1% of concentration, and Mn of 0.1% or more of concentration cannot be measured.

또한, 상술한 특표평 9-500725에 기재된 용융금속 표면에 초점을 맞추는 방법에서는, 실제로 유동하는 용융금속면에서의 실용화가 곤란하다. 용융금속 표면이 정지한 면이라면 경면과 같은 거동을 나타내고, 그곳에 투사된 광의 반사는 설계상의 반사위치에 이르고, 그 반사강도는 충분히 강하게 얻어진다. 그러나, 표면이 요동하여 기복이 생기고 있는 상태에서는, 그 반사방향이 설계상의 반사위치로 되돌아가는 것은 간헐적일 수 밖에 없게 된다. 더욱이, 그 반사강도도 정지면 반사에 비하여 매우 작게 된다. 그것은, 반사면이 평행면이 아닌 곡면으로 되기 때문에, 그 반사각이 그 곡율을 따라 넓어진 결과, 측정위치에서의 조도(광강도의 밀도)가 작게 되기 때문이다. 정지면을 만들면 이와 같은 문제는 생기지 않으나, 제련공정에서 정지면을 만드는 것은 곤란하다. 또한, 광조사를 위한 프로브를 사용하여도, 프로브 내부의 분위기를 불활성으로 하기 위하여, Ar이나 질소가스를 흘린 결과, 용융금속 표면이 요동쳐버리므로 정지면을 만들 수 없다.Moreover, in the method of focusing on the molten metal surface described in the above-mentioned patent publication 9-500725, practical use on the molten metal surface which actually flows is difficult. If the surface of the molten metal is a stationary surface, it exhibits the same behavior as the mirror surface, and the reflection of the light projected thereon reaches a design reflection position, and the reflection strength is sufficiently strong. However, in the state where the surface is rocking and undulating, it is only intermittent that the reflection direction returns to the design reflection position. Moreover, the reflection intensity is also very small compared to the stationary surface reflection. This is because the reflecting surface becomes a curved surface rather than a parallel surface, and as a result, the reflecting angle is widened along the curvature, and as a result, the illuminance (density of light intensity) at the measurement position is reduced. Making the stop face does not cause such a problem, but it is difficult to make the stop face in the smelting process. In addition, even when a probe for light irradiation is used, in order to inactivate the atmosphere inside the probe, as a result of flowing Ar or nitrogen gas, the surface of the molten metal fluctuates, and thus a stop surface cannot be formed.

또한, 용융금속 표면에서는, 용융금속의 유동, 증기층의 열대류, 더스트의 발생 등이 있기 때문에 증기층의 두께를 항상 일정하게 유지하는 것은 매우 곤란하며, 측정 중에 증기층의 두께는 변동한다. 따라서, 이 변동을 보정할 필요가 있다. In addition, on the surface of the molten metal, it is very difficult to keep the thickness of the vapor layer constant at all times because of the flow of molten metal, tropical flow of the vapor layer, dust generation, and the like, and the thickness of the vapor layer varies during measurement. Therefore, it is necessary to correct this variation.

또한, 일반적으로 용융금속은 고온(예컨대 용강에서는 약 1600℃)이기 때문에, 용융금속 자체가 복사광(輻射光)을 발하고 있다. 이 복사광은 자외에서부터 적외까지의 연속광이며, 당연하게도 원자흡광을 측정하려고 하는 파장의 광을 포함하고 있다. 용융금속의 온도는 시시각각 변화하기 때문에, 용융금속 표면으로부터의 복사광도 시시각각 변화한다. 따라서, 일본 특표평 9-500725에 기재된 방법에서는, 실제로 측정되는 광량(光量)은, 원자흡광후의 광의 광량과, 이것과 동일 파장의 복사광의 광량의 합계이며, 진짜 원자흡광후의 광의 광량만을 검출할 수는 없다. 이 경우 복사광이 정련 도중에서 변동해버리면, 언뜻 보기엔 원자흡광후의 광의 광량이 변동했던 것처럼 보이게 된다.In addition, since molten metal is generally high temperature (for example, about 1600 ° C in molten steel), the molten metal itself emits radiant light. This radiant light is continuous light from ultraviolet to infrared, and naturally contains light of a wavelength for which atomic absorption is to be measured. Since the temperature of the molten metal changes from time to time, the radiance from the molten metal surface also changes from time to time. Therefore, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725, the amount of light actually measured is the sum of the amount of light after atomic absorption and the amount of light having the same wavelength as this, and only the amount of light after true atomic absorption can be detected. There is no number. In this case, when the radiant light fluctuates during refining, at first glance, it appears that the amount of light after atomic absorption has fluctuated.

한편, 용융금속 상부에 생기는 각 원소의 증기량은, 그 원소의 용융금속 중의 농도(활량)와 증기압(포화증기압)에 비례한다. 포화증기압은 온도의 함수이므 로, 용융금속의 온도가 일정하면 원자흡광법으로 구해진 정보(=증기량)로부터 용융금속 중의 그 원소의 농도가 구해진다. 일본 특표평 9-500725에 기재된 방법에서는, 용융금속의 온도를 일정하게 유지하여 측정하고 있다. 그러나, 농도측정이 필요한 제련공정에서는 일반적으로 용융금속의 온도는 변동하며, 제강정련에서는 100℃ 이상 변동하기도 한다. 이와 같은 용융금속의 온도변화에 따라 증기량이 변동한다. 예컨대, 1600℃의 용강에서 발생하는 Mn 증기량은, 5℃의 온도변화에 대하여 4% 정도 변화한다. 따라서, 높은 정밀도 분석을 행하려면, 용융금속의 온도를 5℃ 이하의 정밀도로 측정하여 증기량의 측정치를 보정하지 않으면 안된다. 고온의 온도측정을 높은 정밀도로 행하려면, 백금- 로듐계 열전대의 사용이 최적이나, 온도의 측정위치를 레이저 조사면 바로 아래로 할 필요가 있으며, 적용은 상당히 곤란하다. 특히, 분위기 제어 등을 위하여 프로브를 이용하는 상황에서는, 측정위치를 조사면 바로 아래로 하는 것도 또한 곤란하다.On the other hand, the amount of vapor of each element generated above the molten metal is proportional to the concentration (active amount) and the vapor pressure (saturated vapor pressure) in the molten metal of the element. Since the saturated steam pressure is a function of temperature, if the temperature of the molten metal is constant, the concentration of the element in the molten metal is obtained from information obtained by atomic absorption method (= steam amount). In the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-500725, the temperature of the molten metal is kept constant and measured. However, in the smelting process that requires concentration measurement, the temperature of molten metal generally fluctuates, and in steel refining, the temperature may fluctuate more than 100 ° C. The amount of steam fluctuates according to the temperature change of the molten metal. For example, the amount of Mn vapor generated in the molten steel at 1600 ° C. changes about 4% with respect to the temperature change at 5 ° C. Therefore, in order to perform high precision analysis, the temperature of molten metal must be measured with the precision of 5 degrees C or less, and the measured value of a vapor amount must be corrected. In order to perform high temperature measurement with high accuracy, the use of a platinum-rhodium-based thermocouple is optimal, but it is necessary to place the temperature measurement position just below the laser irradiation surface, and application is quite difficult. In particular, in a situation where a probe is used for atmosphere control or the like, it is also difficult to bring the measurement position directly below the irradiation surface.

또한, 일본 특표평 9-500725에 기재된 방법에서는, 모노크로메터(monochromator) 또는 폴리크로메터(polychromator)를 이용하여 수광한 광을 분광한 후, 광강도를 측정하고 있다. 그러나, 이 방법에서는 분광할 때 슬릿 등에 의해 광량이 감쇄하기 때문에 측정감도가 부족하다는 문제도 생긴다.In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725, the light intensity is measured after spectroscopy of light received using a monochromator or a polychromator. However, this method also causes a problem of insufficient measurement sensitivity because the amount of light is attenuated by slits or the like during spectroscopy.

본 발명은 측정 농도범위를 넓히는 것이 가능한 용융금속의 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for analyzing molten metal which can broaden the measurement concentration range.

본 발명에 의하면, 용융금속의 증기층에 레이저 광을 통과시키고, 상기 증기 층의 통과 레이저 광의 강도변화로부터 용융금속에 함유된 분석원소의 농도를 측정하는 용융금속 분석방법으로서, 상기 레이저 광은 분석원소의 흡수파장의 중심위치로부터 0.001 내지 0.03nm 편위시킨 위치로 파장이 조정되고 있는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다. According to the present invention, a molten metal analysis method for passing a laser light through the vapor layer of the molten metal, and measuring the concentration of the analysis element contained in the molten metal from the change in the intensity of the laser light passing through the vapor layer, the laser light is analyzed A method is provided wherein the wavelength is adjusted to a position shifted from 0.001 to 0.03 nm from the center position of the absorption wavelength of the element.

또한, 본 발명에 의하면, 1 또는 복수의 분석원소를 함유한 용융금속의 표면 근방의 증기층에, 분석원소의 측정 농도범위에 대응하여 상기 분석원소의 흡수파장의 중심위치로부터 편위된 위치에 파장의 중심위치를 갖는 측정광과, 원자흡광을 발생하지 않는 파장의 기준광을 동일 광로(光路)에 중첩하여 통과시키고, 통과한 광의 측정광 성분의 강도와 기준광 성분의 강도를 측정하고, 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비와, 증기층 두께와, 용융금속의 온도 사이의 이미 알려진 관계로부터, 용융금속 중의 분석원소의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 용융금속 분석방법이 제공된다. In addition, according to the present invention, a wavelength at a position in the vapor layer near the surface of the molten metal containing one or a plurality of analytical elements is shifted from the center position of the absorption wavelength of the analytical element corresponding to the measurement concentration range of the analytical element. The measurement light having the center position of and the reference light having a wavelength that does not generate atomic absorption are allowed to pass through the same optical path, and the intensity of the measurement light component and the reference light component of the passed light are measured. The molten metal analysis method is provided by measuring the concentration of analyte elements in the molten metal, based on a known relationship between the intensity ratio of the light source and the reference light component, the vapor layer thickness, and the temperature of the molten metal.

본 발명에 있어서는, 상기 측정광의 중심파장의 편위량을, 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도(= -log(흡광후 광강도)/(흡광이 없는 경우의 광강도))가 2.5 이하가 되는 값이면서, 또한 분석원소의 원자흡광선의 파장 절반치 폭의 2배 미만의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.In the present invention, the value of the deviation amount of the central wavelength of the measurement light is 2.5 or less as the absorbance (= -log (light intensity after absorption) / (light intensity without absorption)) at the maximum value of the measurement concentration range. In addition, it is preferable to set it to the value less than twice the width of the wavelength half value of the atomic absorption line of an analysis element.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 측정광의 파장 절반치 폭 Z가, 분석원소의 원자흡광선의 파장 절반치 폭을 X, 상기 측정광의 중심파장의 편위량을 Y로 하면, Z<(2X-Y)의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.In the present invention, if the wavelength half width Z of the measurement light is X, the wavelength half width of the atomic absorption line of the analysis element is X and the amount of deflection of the center wavelength of the measurement light is Y, where Z <(2X-Y). It is desirable to satisfy the relationship of.

또한, 본 발명에 있어서는, 파장 중심위치를 용융금속의 주성분 원소의 원자 흡광선의 중심위치로부터 흡광감도에 대응하여 편위시킨 측정광과, 상기 분석원소용 파장 중심위치를 편위시킨 측정광과, 상기 원자흡광을 발생하지 않는 파장의 기준광을, 동일 광로에 중첩하여 용융금속 표면의 증기층에 통과시켜, 통과한 광의 양쪽 측정광 성분의 강도와 기준광 성분의 강도를 측정하고, 통과광의 주성분 원소에 대응한 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비와, 분석원소에 대응한 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비 사이의 이미 알려진 관계로부터, 증기층 두께를 보정하는 것이 바람직하다. In the present invention, there is provided a measurement light in which the wavelength center position is shifted corresponding to the absorbance sensitivity from the center position of the atomic absorption line of the principal component element of the molten metal, the measurement light in which the wavelength center position for the analysis element is shifted, and the atom A reference light having a wavelength that does not generate light is superimposed on the same optical path and passed through a vapor layer on the surface of the molten metal to measure the intensity of both measured light components and the reference light component of the light that passes, and correspond to the main component elements of the passed light. It is preferable to correct the vapor layer thickness from the known relationship between the intensity ratio of the measurement light component and the reference light component and the intensity ratio of the measurement light component and the reference light component corresponding to the analysis element.

또한, 본 발명에 있어서는, 분석 중에 측정광의 파장을 모니터하여, 원자흡광선의 중심위치와 측정광 파장의 중심위치 사이의 편위량을 측정하고, 상기 측정한 편위량으로부터 증기 통과광의 측정광 성분의 흡광감도를 보정하는 것이 바람직하다.Further, in the present invention, the wavelength of the measurement light is monitored during the analysis, the amount of deviation between the center position of the atomic absorption line and the center position of the wavelength of the measurement light is measured, and the absorption of the measurement light component of the vapor passing light is measured from the measurement amount. It is desirable to correct the sensitivity.

또한, 본 발명에 있어서는, 측정광 및 기준광을 쵸퍼를 이용하여 온/오프하고, 오프 시의 광강도를 용융금속으로부터의 복사광 강도로 하여 백그라운드 보정하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the measurement light and the reference light are turned on / off using a chopper, and the background correction is made using the light intensity at the time of off as the radiant light intensity from the molten metal.

또한, 본 발명에 있어서는, 측정광 및 기준광을 용융금속 표면에 조사하여 반사시켜 증기층을 통과시킨 후, 반사광의 강도를 측정하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to measure the intensity of the reflected light after the measurement light and the reference light are irradiated on the surface of the molten metal to reflect the light and pass through the vapor layer.

또한, 본 발명에 있어서는, 측정광 및 기준광을 용융금속 표면의 5mmφ 이상의 영역에 조사하는 것이 바람직하다.Moreover, in this invention, it is preferable to irradiate a measurement light and a reference light to the area | region of 5 mmphi or more of the molten metal surface.

또한, 본 발명에 있어서는, 기준광의 반사광 강도가 역치(threshold) 이상인 경우의 측정 데이타를 농도측정에 이용하는 것이 바람직하다.Moreover, in this invention, it is preferable to use the measurement data when density | concentration of the reflected light intensity of a reference light is more than a threshold.

또한, 본 발명에 있어서는, 반사광을 광화이버에 의해 수광하고, 수광된 반사광을, 통과 파장이 분석원소의 원자흡광선 파장을 포함하며, 통과 파장 폭이 5nm 이하인 밴드패스필터(band-pass filter)에 통과시켜 파장을 선택하고, 밴드패스필터 통과 후의 전체 광량을 측정하는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the reflected light is received by an optical fiber, and the received reflected light includes a band-pass filter having a pass wavelength including an atomic absorption wavelength of an analyte element and having a pass wavelength width of 5 nm or less. It is preferable to pass through to select a wavelength and to measure the total amount of light after passing through the bandpass filter.

또한, 본 발명에 있어서는, 조사하는 측정광 및 기준광은 레이저 광이며, 반사광이 밴드패스필터를 통과한 후의 측정광 및 기준광의 강도가, 상기 밴드패스필터 통과 파장영역에서의 용융금속의 복사광 강도의 10 배 이상이 되도록, 조사광 강도를 조정하는 것이 바람직하다. In the present invention, the measurement light and the reference light to be irradiated are laser light, and the intensity of the measured light and the reference light after the reflected light passes through the band pass filter is the radiant light intensity of the molten metal in the wavelength range passing through the band pass filter. It is preferable to adjust irradiation light intensity so that it may become 10 times or more.

또한, 본 발명에 있어서는, 용융금속의 주성분 원소가 철이고, 분석원소가 망간인 것이 바람직하다. Moreover, in this invention, it is preferable that the main component element of a molten metal is iron, and an analyte element is manganese.

또한, 본 발명에 의하면, 방출하는 레이저 광의 파장 및 절반치 폭 및 강도가 가변하는 복수의 레이저 광원과, 상기 레이저 광의 파장 및 강도를 계측하는 수단과, 상기 복수의 레이저 광원으로부터 방출된 파장이 다른 복수의 레이저 광을 동일 광로에 중첩하는 광학계와, 상기 동일 광로에 중첩된 레이저 광을 일정 주기로 온 오프하는 쵸퍼(chopper)와, 단부가 용융금속 근방에 설치되어 상기 동일 광로에 중첩된 레이저 광을 용융금속 근방으로 안내하는 광화이버와, 광화이버로부터 방출된 레이저 광을 용융금속 표면의 5mmφ 이상의 범위에 조사하기 위한 광학계와, 수광부가 용융금속 근방에 설치되어 용융금속 표면으로부터의 반사광을 수광하여 광검출부에 안내하는 1 또는 복수의 수광용 광필터와, 수광용 광필터에 의해 안내된 반사광을, 각각의 레이저 광의 파장을 포함하는 파장영역으로 분리하는 하이 패스필터 및/또는 로우패스필터와, 하이패스필터 및/또는 로우패스필터를 통과한 후의 반사광으로부터, 각각의 레이저 광의 파장을 포함하는 좁은 파장영역을 분리하는 밴드패스필터와, 밴드패스필터 통과후의 전체 광량을 측정하는 광검출부와, 용융금속의 온도를 측정하는 수단과, 측정된 결과를 연산하는 연산장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속 분석장치가 제공된다.Further, according to the present invention, a plurality of laser light sources whose wavelengths, half widths and intensities of the emitted laser light are variable, means for measuring the wavelengths and intensities of the laser light are different from the wavelengths emitted from the plurality of laser light sources. An optical system for superimposing a plurality of laser lights on the same optical path, a chopper for turning on and off the laser light superimposed on the same optical path at regular intervals, and an end portion of the laser light superimposed on the same optical path Optical fiber for guiding near the molten metal, an optical system for irradiating laser light emitted from the optical fiber to a range of 5 mmφ or more of the molten metal surface, and a light receiving unit is installed near the molten metal to receive the reflected light from the molten metal surface. One or a plurality of light receiving optical filters to guide the detection unit and the reflected light guided by the light receiving optical filter, respectively, From the high pass filter and / or low pass filter which separates into the wavelength range containing the low light wavelength, and the reflected light after passing through the high pass filter and / or low pass filter, the narrow wavelength area containing the wavelength of each laser beam is divided. And a band pass filter to be separated, a light detector for measuring the total amount of light after passing through the band pass filter, a means for measuring the temperature of the molten metal, and a computing device for calculating the measured result. Is provided.

도1은, 본 발명 원리의 설명도이다.1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

도2는, 본 발명 원리의 설명도이다.2 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

도3은, 본 발명에 따른 용융금속 분석장치의 일례를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing an example of a molten metal analyzing apparatus according to the present invention.

도4는, 본 발명에 따른 용융금속 분석장치의 다른 예를 도시한 도면이다.4 is a diagram showing another example of the molten metal analyzing apparatus according to the present invention.

도5는, 실시예에 있어서 용융금속 분석결과의 일례를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing an example of a molten metal analysis result in Examples. FIG.

도6은, 본 발명 원리의 설명도이다.6 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

도7은, 실시예에 있어서 용융금속 분석의 시계열(時系列) 계측결과의 일례를 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing an example of time series measurement results of molten metal analysis in Examples. FIG.

도8은, 실시예에 있어서 용융금속 분석결과의 일례를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing an example of a molten metal analysis result in Examples. FIG.

본 발명에 따른 분석방법에는, 용융금속의 증기층에 레이저 광을 통과시키는 공정과, 상기 증기층의 통과에 따라 생기는 레이저 광의 강도변화를 구하는 공정과, 강도변화로부터 용융금속에 함유된 분석원소의 농도를 측정하는 공정이 포함된다. The analysis method according to the present invention includes a step of passing a laser light through a vapor layer of molten metal, a step of obtaining a change in intensity of laser light generated by the passage of the vapor layer, and a method for analyzing an analyte contained in the molten metal from the intensity change. The process of measuring the concentration is included.                 

레이저 광으로서는, 분석원소의 흡수파장의 중심위치로부터 0.001 내지 0.03nm 편위된 위치로 파장이 조정된 레이저 광을 이용한다. 이 레이저 광을 용융금속 표면의 근방에 안내하고, 용융금속 증기층을 통과시켜, 통과에 의한 레이저 광의 강도변화를 측정한다. 강도변화량과 금속 중의 성분 원소의 농도(단위는 예컨대 wt%)와의 관계식을 미리 구해놓고, 이 관계식을 이용하여 측정한 강도변화량으로부터 분석원소의 농도를 구한다. 또, 강도변화의 측정은, 통과 전후의 레이저 광 강도를 비교하여 행하여도 좋으며, 검량선을 작성한 후에 통과 후의 레이저 광 강도만을 측정하여 행해도 좋다. 또한, 강도변화량은 측정강도 그 자체라도 좋으며, 증기층이 없거나 매우 작아 무시할 수 있는 상태와 증기층이 존재하는 상태와의 비(比)라도 좋으며, 또한 동일한 광학계에 들어간 흡광을 발생하지 않는 광과의 비(比)라도 좋다. 또한, 이들 값 자체라도 좋으며, 이들의 값의 대수라도 좋다.As laser light, the laser light whose wavelength was adjusted to the position shifted 0.001-0.03 nm from the center position of the absorption wavelength of an analysis element is used. This laser light is guided in the vicinity of the surface of the molten metal, passed through the molten metal vapor layer, and the change in intensity of the laser light due to passage is measured. The relation between the intensity change amount and the concentration of component elements in the metal (unit: wt%, for example) is obtained in advance, and the concentration of the analytical element is determined from the intensity change measured using this relation. In addition, the intensity change may be measured by comparing the laser light intensities before and after the passage, or may be performed by measuring only the laser light intensity after passage after preparing the calibration curve. In addition, the intensity change may be measured intensity itself, or may be a ratio between a negligible state in which there is no or very small vapor layer and a state in which a vapor layer exists, and light that does not generate light absorption entering the same optical system. The ratio of may be sufficient. In addition, these values themselves may be sufficient, and the number of these values may be sufficient.

분석원소에 의한 흡광 스펙트럼은, 그 흡수물질의 온도 등이 영향을 주기 때문에 광의 파장에 대하여 폭을 갖는다. 즉, 흡광에 의한 강도변화는 흡광 중심파장에서 최대이며, 중심파장으로부터 벗어난 파장위치에서는 편위량과 함께 감소한다. 말하자면, 측정에 이용하는 레이저 광의 파장위치를 흡광 중심파장으로부터 편위시킴으로써, 분석원소의 흡광에 의한 강도변화를 저감시킬 수 있다.The absorption spectrum due to the analyte element has a width with respect to the wavelength of light because the temperature of the absorbent material or the like is affected. In other words, the intensity change due to absorption is maximum at the absorbed center wavelength, and decreases with the amount of deviation at the wavelength position away from the center wavelength. In other words, by shifting the wavelength position of the laser light used for measurement from the absorption center wavelength, the intensity change due to the absorption of analytical elements can be reduced.

측정에 이용하는 레이저 광의 파장위치를 편위시킨 경우의, 입사광에 대한 투과(검출)광의 변화의 일례를 도1에 도시한다. 레이저 광의 파장위치를 원자흡광파장의 중심위치와 일치시킨 경우에는, 투과광이 거의 없어 광의 검출이 불가능하게 되는 데 대하여, 파장을 편위시킴으로써 투과광의 검출이 가능하게 되는 것을 알 수 있다.FIG. 1 shows an example of the change of the transmitted (detected) light with respect to the incident light when the wavelength position of the laser light used for the measurement is shifted. When the wavelength position of the laser light coincides with the center position of the atomic absorption wavelength, it is understood that the transmitted light can be detected by shifting the wavelength while the transmitted light is almost absent and the light cannot be detected.

파장을 편위시키는 양은, 분석원소(측정 대상원소)의 농도, 원자흡광선의 종류에 의하여 조정한다. 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도(= -log(흡광후 광강도)/(흡광이 없는 경우의 광강도))가 2.5를 상회하면 고농도쪽의 감도가 저하하여 정확한 측정이 곤란하다. 따라서, 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도가 2.5 이하가 되도록 편위하는 양을 설정한다. 보다 바람직하게는 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도가 2 이하가 되도록 어긋나는 양을 설정한다. 이렇게 하여, 농도에 대한 흡광도의 변화를 측정 농도범위에서 직선적으로 할 수 있다. 또한, 너무 편위시키면 흡광이 일어나지 않으므로, 편위시키는 양의 상한은 원자흡광선의 파장 절반치 폭의 2배 미만의 값으로 설정한다. 보다 바람직하게는, 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도가 0.5 이상이 되도록, 편위시키는 양의 상한을 설정한다. 왜냐하면, 흡광도가 0.5 미만이면 측정농도 전체 범위에서의 감도가 부족하기 때문이다.The amount to shift the wavelength is adjusted by the concentration of the analytical element (the element to be measured) and the type of atomic absorption beam. If the absorbance (= -log (light intensity after absorption) / (light intensity without absorption)) at the maximum value of the measured concentration range is higher than 2.5, the sensitivity at the higher concentration side is lowered, making accurate measurement difficult. Therefore, the amount shifted so that the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range is 2.5 or less is set. More preferably, the amount shifted so that the absorbance at the maximum value of the measured concentration range becomes 2 or less is set. In this way, the change in absorbance with respect to the concentration can be made linear in the measurement concentration range. In addition, since the absorption does not occur if it is too deflected, the upper limit of the amount to be deflected is set to a value less than twice the width of the half wavelength of the atomic absorption line. More preferably, the upper limit of the amount to be deflected is set so that the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range is 0.5 or more. This is because if the absorbance is less than 0.5, the sensitivity in the entire measurement concentration range is insufficient.

이상과 같이 하여, 원자흡광법에 의해 측정할 수 있는 원소의 농도범위를 대폭적으로 확대할 수 있다. 레이저 광의 파장을 정확하게 제어하여 분석원소의 중심파장으로부터 편위시킴으로써, 분석원소농도에 대응하여 적정한 흡광에 의한 강도변화를 설정할 수 있다. As described above, the concentration range of the element that can be measured by the atomic absorption method can be greatly expanded. By precisely controlling the wavelength of the laser light and shifting it from the central wavelength of the analysis element, it is possible to set the intensity change by appropriate absorption in accordance with the analysis element concentration.

이와 같은 측정을 가능하게 하는 광원 광으로서, 연속광을 분광기로 분광하여 목적 파장의 광을 꺼내고, 꺼낸 광을 광원 광으로 하는 것도 가능하다. 그러나, 광의 세기에서 레이저의 사용이 적당하다. 특히, 발진파장 위치를 임의로 조정할 수 있는, 소위 파장가변 레이저가 적당하다. As a light source light which enables such a measurement, it is also possible to spectroscopy continuous light with a spectroscope, to extract the light of a target wavelength, and to take out the light as light source light. However, the use of lasers in light intensity is suitable. In particular, so-called wavelength tunable lasers that can arbitrarily adjust the oscillation wavelength position are suitable.                 

그러나, 모든 파장가변 레이저가 적당한 것은 아니며, 출력광의 파장폭이 작은 것이 요구된다. 파장폭이 크게 되면 흡광폭을 벗어나는 광의 비율이 늘어난다. 즉, 흡수되지 않는 광(광측정의 백그라운드가 되는 광)이 많게 되기 때문에, 농도변화에 대한 광 강도변화가 작게 되어 측정 정밀도를 나쁘게 한다.However, not all wavelength tunable lasers are suitable, and it is required that the wavelength width of the output light is small. If the wavelength width is large, the ratio of light beyond the absorption width increases. In other words, the amount of light that is not absorbed (the light that becomes the background of the optical measurement) becomes large, so that the change in the light intensity with respect to the concentration change becomes small, resulting in poor measurement accuracy.

측정광이 되는 출력광(광원 광)의 파장폭을 이하와 같이 규정함으로써, 흡수되지 않는 광의 비율을 제한하여 측정 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다. 즉, 고온의 용융금속을 구성하는 분석원소의 원자흡광선의 파장 절반치 폭을 X, 상기 원자흡광선의 중심위치로부터의 측정광의 중심파장의 편위량을 Y라 하면, 측정광의 중심파장에서의 절반치 폭 Z는, Z<(2X-Y)인 것이 바람직하다.By defining the wavelength width of the output light (light source light) to be the measurement light as follows, it is possible to limit the ratio of the light that is not absorbed and to maintain the measurement accuracy satisfactorily. That is, if the width of the half wavelength of the atomic absorption line of the analytical element constituting the hot molten metal is X and the amount of deflection of the central wavelength of the measurement light from the center position of the atomic absorption line is Y, the half value at the center wavelength of the measurement light is Y. It is preferable that width Z is Z <(2X-Y).

이것을 도2를 이용하여 설명한다. 분석원소의 흡광스펙트럼의 파장 분포가 가우스분포라 할 때, 그 확장의 지침인 표준편차 σ와 절반치 폭 X 사이의 관계는, X= 2.35σ이다. 일반적으로, 가우스분포의 중심의 강도를 1로 하면, 이 중심으로부터 절반치 폭의 2배(2X= 4.7σ) 떨어진 위치에서의 강도는 10-5가 된다. 즉, 이 파장위치에서의 흡광도는 중심파장의 흡광도에 대하여 10-5가 되며, 시료 농도가 높게 되어 중심파장에서의 흡광도가 100 이상이 되어도, 이 파장위치는 흡광이 거의 없다고 간주되는 파장영역이 된다. This will be described with reference to FIG. When the wavelength distribution of the absorbance spectrum of an analyte element is Gaussian distribution, the relationship between the standard deviation (sigma) and the half width X which is a guideline of the expansion is X = 2.35σ. In general, when the intensity of the center of the Gaussian distribution to 1, the strength at 2 times the half-value width (2X = 4.7σ) position away from the center is 10 -5. That is, the absorbance at this wavelength position is 10 -5 with respect to the absorbance at the center wavelength, and even if the sample concentration is high and the absorbance at the center wavelength is 100 or more, the wavelength region is considered to have almost no absorbance. do.

한편, 측정광은 분석원소의 원자흡광선의 중심위치로부터 Y만큼 편위된 위치에 중심파장을 갖는, 절반치 폭 Z, 표준편차 σ인 분산의 가우스분포를 이룬다고 간주될 수 있다. 중심파장 Y에서 절반치 폭(Z=2.35σ) 이상 더 편위된 파장위치 (Y+Z)에서는 측정광의 양은 1%로 줄고, 이 정도의 광이 분석원소에 의해 흡수되지 않고 남아도 영향은 작다.On the other hand, the measurement light can be regarded as forming a Gaussian distribution of a variance of half width Z and standard deviation σ having a center wavelength at a position shifted by Y from the center position of the atomic absorption line of the analysis element. At the wavelength position (Y + Z) shifted more than half the width (Z = 2.35σ) at the center wavelength Y, the amount of measured light is reduced to 1% and the effect is small even if this amount of light remains unabsorbed by the analyte. .

따라서, 측정광의 절반치 폭(파장 폭)으로서는, 측정광의 중심파장 Y에서 절반치 폭 만큼(Z=2.35σ) 떨어진 파장위치(Y+Z)가, 흡광스펙트럽의 중심에서 절반치 폭의 2배 떨어진 파장위치(2X)보다 안쪽에 있도록 하는 것이 바람직하며, 이렇게 하면 흡수되지 않고 남아 있던 광의 영향이 작다고 판단된다. 즉, Y+Z< 2X이다. 이로부터 Z< 2X- Y가 도출된다.Therefore, as the half width (wavelength width) of the measurement light, the wavelength position (Y + Z) separated by half the width (Z = 2.35σ) from the center wavelength Y of the measurement light is 2 of the half width at the center of the absorption spectrum. It is preferable to be located inward from the wavelength position 2X away, and it is judged that the influence of the light remaining without being absorbed is small in this way. That is, Y + Z <2X. This leads to Z <2X-Y.

이와 같은 측정광과 원자흡광을 발생하지 않는 파장의 기준광을, 파장의 특성에 의해 광을 반사 또는 투과하는 광학필터를 이용하여 동일 광로에 중첩하여, 고온의 용융금속 표면의 증기층에 통과시킨다.The measurement light and the reference light having a wavelength that does not generate atomic absorption are superimposed on the same optical path by using an optical filter that reflects or transmits light by the characteristics of the wavelength, and passes it through a vapor layer on the hot molten metal surface.

용융금속 표면에서는, 증기층에 의한 광흡수 뿐만 아니라, 더스트의 발생 등에 의한 광의 감쇄가 있으므로, 이 영향을 보정하기 위해서는, 원자흡광을 발생하지 않는 기준광과의 비를 이용할 필요가 있다. 기준광으로서는, 증기층에 의한 광흡수가 없고, 측정광 파장에 가까운 파장의 광이 바람직하다.On the surface of the molten metal, not only light absorption by the vapor layer but also light attenuation due to dust generation and the like, it is necessary to use a ratio with reference light that does not generate atomic absorption in order to correct this effect. As reference light, light absorption by the vapor layer is absent and light having a wavelength close to the wavelength of the measurement light is preferable.

증기층을 통과한 광의 측정광 성분과 기준광 성분의 광강도를, 파장의 특정에 따라 광을 반사 또는 투과하는 광학필터를 이용하여 분광하여 검출한다. 얻어진 각각의 파장의 광강도로부터 기준광 강도비(R: 측정광 강도/기준광 강도)를 구하고, 증기층이 없거나 또는 매우 작아서 무시할 수 있는 상태에서의 강도비(R0)로부터의 변화량(R/R0)을 구한다. 이때, 강도비 변화량의 역수의 대수(= -log(R/R0))를 흡광도(A)로 한다. 이 흡광도는 용융금속 중의 분석원소(측정성분)의 농도, 용융금 속의 온도, 및 증기층의 두께의 함수로 나타낼 수 있다. 따라서, 용융금속의 온도 및 증기층의 두께의 보정을 행함으로써, 용융금속 중의 분석원소의 온도를 구할 수 있다. The light intensity of the measurement light component and the reference light component of the light passing through the vapor layer is spectroscopically detected using an optical filter that reflects or transmits the light according to the wavelength specification. The reference light intensity ratio (R: measured light intensity / reference light intensity) is obtained from the light intensities of the respective wavelengths obtained, and the amount of change from the intensity ratio R0 in the absence or very small negligible vapor layer (R / R0) Obtain At this time, the logarithm of the reciprocal of the intensity ratio change amount (= -log (R / R0)) is taken as the absorbance (A). This absorbance can be expressed as a function of the concentration of the analyte element (measurement component) in the molten metal, the temperature in the molten metal, and the thickness of the vapor layer. Therefore, the temperature of the analysis element in the molten metal can be obtained by correcting the temperature of the molten metal and the thickness of the vapor layer.

우선, 증기층의 두께의 보정방법에 대하여 설명한다. 용융금속의 주성분 원소를 측정하기 위한 측정광을, 분석원소용 측정광, 기준광과 동일 광로로 하여, 고온의 용융금속 표면의 증기층에 통과시킨다. 증기층을 통과한 광을 광학필터를 이용하여 분광하여, 주성분 원소 측정광, 분석원소 측정광 및 기준광의 각각의 광강도를 검출한다. 얻어진 광강도로부터 주성분 원소의 기준광 강도비(RIS) 및 분석원소의 기준광 강도비(R)를 구하고, 증기층이 없거나 또는 매우 작아서 무시할 수 있는 상태에서의 각각의 강도비(RIS0, R0)로부터의 변화량을 각각 구한다. 그리고, 주성분 원소에 대하여도 분석원소와 마찬가지로 강도비 변화량의 역수의 대수(= -log(RIS/RIS0))를 구하여 주성분 원소 흡광도(AIS)로 한다.First, the correction method of the thickness of a vapor layer is demonstrated. The measurement light for measuring the main component element of the molten metal is passed through the vapor layer on the surface of the hot molten metal in the same optical path as the measurement light for the analysis element and the reference light. The light passing through the vapor layer is spectroscopically detected using an optical filter to detect the respective light intensities of the principal component element measurement light, the analysis element measurement light, and the reference light. From the obtained light intensities, the reference light intensity ratio (R IS ) of the main component element and the reference light intensity ratio (R) of the analysis element are obtained, and the respective intensity ratios (R IS 0, R0 in the absence of or very small vapor layer) are negligible. Obtain the amount of change from). Similarly to the analytical element, the logarithm of the reciprocal of the intensity ratio change amount (= -log (R IS / R IS 0)) is also obtained for the main component element as the main component absorbance (A IS ).

증기층 두께의 보정은, 분석원소의 흡광도(A)와 주성분 원소의 흡광도(AIS)의 비(A/AIS)를, 분석원소의 증기층 두께의 보정 후의 흡광도로 함으로써 가능하다. 주성분 원소 및 분석원소에 대하여, 흡광현상의 상기식(1)이 성립된다. 따라서, 양쪽 원소에 대한 흡광도의 비를 취함으로써, 증기층 두께(길이) L의 변동항은 없어지고, 분석원소 농도의 함수로 나타낼 수 있다. The correction of the vapor layer thickness can be performed by using the ratio (A / A IS ) of the absorbance (A) of the analysis element to the absorbance (A IS ) of the main component element as the absorbance after the correction of the vapor layer thickness of the analysis element. For the main component element and the analytical element, the formula (1) of light absorption phenomenon is established. Thus, by taking the ratio of absorbance to both elements, the variation term of the vapor layer thickness (length) L is eliminated and can be expressed as a function of the analyte element concentration.

또, 용융금속의 주성분 원소에 대한 측정광의 파장의 중심위치는, 상기 주성 분 원소의 원자흡광의 흡광감도에 대응하여, 상기 주성분 원소의 원자흡광선의 중심위치로부터 편위되는 것이 바람직하다. 이유는, 측정광의 파장 중심위치와 원자 흡광선의 중심위치가 동일하면, 흡광감도가 높은 경우에, 신호가 작게 되며 S/N이 나쁘게 되기 때문이다. 또한, 후술하는 바와 같이, 측정 중에는 측정광의 파장을 모니터하여, 상기 파장의 변화에 의한 흡광도의 변동을 보정하면서 측정함으로써, 측정 정밀도가 보다 향상된다.Moreover, it is preferable that the center position of the wavelength of the measurement light with respect to the main component element of a molten metal shifts from the center position of the atomic absorption line of the said main component element corresponding to the absorption sensitivity of the atomic absorption of the said main component element. This is because if the wavelength center position of the measurement light and the center position of the atomic absorbing ray are the same, the signal becomes small and the S / N becomes bad when the absorbance sensitivity is high. In addition, as will be described later, the measurement accuracy is further improved by measuring the wavelength of the measurement light during measurement and measuring while correcting the variation in absorbance due to the change in the wavelength.

다음에, 용융금속의 온도의 보정방법에 대하여 설명한다. 용융금속의 표면 상에 생기는 각 원소의 증기량은, 그 원소의 용융금속 중의 농도(활량)와 증기압(포화증기압)에 비례한다. 포화증기압은 용융금속의 온도의 함수로 나타낼 수 있다. 따라서, 용융금속의 표준온도 T0℃에서의 분석원소의 포화증기압(P0) 및 주성분 원소의 포화증기압(PISO)을 기준으로 하여, 측정시의 온도 T℃에서의 각각의 포화증기압(P(T), PIS(T))와의 비(P0/P(T), PIS0/PIS(T))를 구하고, 이것을 이용하여 상기 흡광도(A 및 AIS)를 보정한다. 각 온도에서의 포화증기압의 변화는 문헌값을 이용하여도 좋다. Next, the correction method of the temperature of molten metal is demonstrated. The amount of vapor of each element generated on the surface of the molten metal is proportional to the concentration (active amount) and vapor pressure (saturated vapor pressure) in the molten metal of the element. Saturated vapor pressure can be expressed as a function of the temperature of the molten metal. Therefore, on the basis of the saturated steam pressure (P0) of the analytical element at the standard temperature T0 ° C of the molten metal and the saturated vapor pressure (P IS O) of the main element, the respective saturated vapor pressures (P ( T), P iS (T) ) with non-(P0 / P (T), to obtain a P iS 0 / P iS (T )), and using this correction the absorbance (a and a iS). The change of the saturated steam pressure at each temperature may use a literature value.

이때, 파장가변 레이저로서는 출력광의 파장폭이 충분히 작고, 파장의 중심위치를 정확하게 설정할 수 있으며, 또한 파장위치 경시변화가 전혀 없는 것이 요구된다. 흡광감도가 광원광 파장위치의 함수이기 때문에 상술한 바와 같이, 파장위치의 경시변화가 전혀 없는 것이 이상적이나, 레이저의 설치환경(특히, 온도변화)을 엄격하게 관리하도록 하려면, 레이저의 구성 각부를 변동이 없는 것으로 하는 등 여러 가지 곤란한 점이 생기며, 현실적으로는 달성이 어렵다. 그 대책으로서 미리 파장위치를 변화시켜 흡광감도의 파장 의존성을 구해 놓고, 기체의 온라인 실제 측정에 있어서는 발광하는 레이저 광 파장을 모니터하면서 흡광량을 측정하고, 파장위치의 변동에 의한 흡광감도 변화를 온라인으로 보정하여 기체 중 성분량을 구해감으로써, 현실적인 상황에서의 기체 중 성분 온라인 분석이 가능하다. In this case, the wavelength tunable laser is required to have a sufficiently small wavelength width of the output light, to accurately set the center position of the wavelength, and to have no change in wavelength position over time. Since the absorbance is a function of the light source wavelength position, it is ideal that there is no change over time in the wavelength position as described above. However, in order to strictly manage the laser installation environment (particularly the temperature change), Various difficulties arise, such as no change, and are difficult to achieve in reality. As a countermeasure, the wavelength dependence of the absorbance is determined by changing the wavelength position in advance, and in the on-line actual measurement of the gas, the absorbance amount is measured while monitoring the wavelength of the laser light emitted, and the change in absorbance sensitivity due to the variation of the wavelength position is obtained online. By calculating the amount of the component in the gas by correcting it, it is possible to analyze the component in the gas in realistic situations.

도3에 본 발명을 실시하기 위한 장치 구성의 일례를 도시한다.3 shows an example of an apparatus configuration for implementing the present invention.

도3에 있어서, 레이저 광원(1)으로부터 발생한 레이저 광은, 광학계(2)를 지나 용융금속(3)의 표면상의 금속증기층(4)에 조사된다. 금속증기층(4)을 통과한 레이저 광은, 광학계(5)를 지나 광검출기(6)에 안내되어 강도가 측정된다.In FIG. 3, the laser light generated from the laser light source 1 is irradiated to the metal vapor layer 4 on the surface of the molten metal 3 through the optical system 2. The laser light passing through the metal vapor layer 4 is guided to the photodetector 6 through the optical system 5 and the intensity is measured.

광학계(2 및 5)로서는, 광화이버를 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 레이저 광원(1) 및 광검출기(6) 등을 용융금속(3)의 표면으로부터 격리하여 배치할 수 있다.As the optical systems 2 and 5, it is preferable to use optical fibers. In this way, the laser light source 1, the photodetector 6, and the like can be separated from the surface of the molten metal 3 and arranged.

레이저 광원(1)은 파장을 임의의 값으로 설정할 수 있는 파장가변 레이저이다. 분석원소의 흡수파장의 중심위치는 문헌 등에 기재되어 있으므로, 그 중심위치로부터 0.001nm 내지 0.03nm 편위시켜 발광파장을 설정한다.The laser light source 1 is a wavelength tunable laser that can set the wavelength to an arbitrary value. Since the center position of the absorption wavelength of the analysis element is described in the literature and the like, the emission wavelength is set by shifting from 0.001 nm to 0.03 nm from the center position.

파장의 최적의 편위량은, 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 우선, 흡광강도 변화의 파장 의존성을 미리 조사해 둔다. 즉, 측정시스템을 만든 후, 용융금속(3)의 목적으로 하는 분석원소의 농도를 레이저 광의 파장을 변화시켜 몇개의 점을 측정한다. 그리고, 금속증기층(4)에 의한 흡수후의 레이저 광강도가 가장 적정하다고 여겨지는 레이저 파장의 위치를 찾는다. 또한, 통상의 원자흡광 분석장치를 이용한 용액시료의 원자흡광 분석에 있어서 광원으로서 본 분석시스템의 레이저 광원을 이용하고, 흡광강도 변화의 파장 의존성을 미리 조사해 둔다. 다음에, 분석원소 농도가 작은 용융금속(3)에 대하여, 분석원소의 흡수파장의 중심위치에서의 측정을 행하여, 이 중심위치에서의 측정한계를 구한다. 그리고, 이미 행한 흡광강도 변화의 파장 의존성에 대한 조사결과로부터 측정 농도범위에 대한 적정한 파장을 구한다.The optimum amount of deflection of the wavelength can be obtained as follows. First, the wavelength dependence of the change in absorbance intensity is examined in advance. That is, after making a measurement system, several points are measured by changing the wavelength of a laser beam to the density | concentration of the analytical element made into the objective of molten metal (3). Then, the position of the laser wavelength where the laser light intensity after absorption by the metal vapor layer 4 is considered to be the most appropriate is found. In addition, in the atomic absorption analysis of a solution sample using a conventional atomic absorption spectrometer, the laser light source of this analysis system is used as a light source, and the wavelength dependence of the absorption intensity change is investigated beforehand. Next, the molten metal 3 having a small analysis element concentration is measured at the center position of the absorption wavelength of the analysis element, and the measurement limit at this center position is obtained. Then, an appropriate wavelength for the measurement concentration range is obtained from the results of the investigation on the wavelength dependence of the absorbance intensity change already performed.

또한, 흡광에 의한 강도변화는 발광파장의 파장 절반치 폭에 따라 변화하기 때문에, 파장의 편위량 뿐만 아니라, 파장폭을 바꿔서 감도를 보다 적정하게 할 수 있다. In addition, since the intensity change due to absorption changes with the half width of the wavelength of the light emission wavelength, the sensitivity can be more appropriate by changing not only the wavelength deviation but also the wavelength width.

또한, 레이저 광은 측정할 원소의 흡광측정 파장의 광만으로도 좋으나, 다른 분석원소의 흡수파장 및 분석원소에 의해 흡수되지 않는 기준광 등을 포함하여도 좋다. 이들 광을 동시에 조사함으로써, 각 분석원소 마다 광강도를 측정할 수 있다.The laser light may be light of the absorption wavelength of the element to be measured, but may include absorption wavelengths of other analysis elements and reference light not absorbed by the analysis elements. By irradiating these lights simultaneously, the light intensity can be measured for each analysis element.

또한, 증기층(4)을 안정화하기 위하여, 프로브 내에 광학계(2 및 5)를 배치하여, 프로브 내를 불활성가스 분위기로 하여도 좋다.In order to stabilize the vapor layer 4, the optical systems 2 and 5 may be arranged in the probe to make the inside of the probe an inert gas atmosphere.

또한, 광검출기(6)의 앞에 분광기 또는 밴드패스필터를 설치하여도 좋다. 이렇게 함으로써, 목적 파장의 광의 강도만을 측정하고, 용융금속(3)의 열복사광이나 조명으로부터의 영향을 저감할 수 있다. In addition, a spectrometer or a band pass filter may be provided in front of the photodetector 6. By doing in this way, only the intensity | strength of the light of a target wavelength can be measured, and the influence from the heat radiation light or illumination of the molten metal 3 can be reduced.

또한, 용융금속(3)의 표면을 레이저 광에 대한 반사경으로서 취급하도록, 광학계(2 및 5)를 배치하여도 좋다. 즉, 광학계(2)로부터 나온 레이저 광이 표면 근방의 증기층(4)을 통과하여 용융금속(3)의 표면에서 반사된 후, 광학계(5)로 들어 가도록 하여도 좋다. In addition, the optical systems 2 and 5 may be arranged so that the surface of the molten metal 3 is treated as a reflecting mirror for laser light. In other words, the laser light emitted from the optical system 2 may pass through the vapor layer 4 near the surface and be reflected on the surface of the molten metal 3 to enter the optical system 5.

도4에 용융금속(3)의 표면을 레이저 광에 대한 반사경으로서 취급하도록 광학계를 배치한 일례를 도시한다. 도4에 있어서, 레이저 광원(1a(분석원소 측정용), 1b(주성분 원소 측정용) 및 1c(기준광용))으로부터 발생한 레이저 광을, 집광광학계(7) 내의 광학필터(하이패스필터)(8a~ 8c)를 이용하여 동일 광로의 광으로 한다. 이 광을 렌즈(9)를 지나 조사용 광화이버(11a)에 도입하여, 용융금속(3) 근방까지 전송한다. 광화이버(11a)로 도입하는 바로 앞에 쵸퍼(10)를 배치한다. 광화이버(11a)의 선단으로부터 나온 광(20)은, 조사광학계(22)를 지난 후, 증기층(4)을 통과하여, 용융금속(3)의 표면 상에 조사된다. 용융금속(3)의 표면에서 반사한 광(21)은 다시 증기층(4)을 통과한 후, 수광용 광화이버(11b)를 지나 전송된다. 수광용 광화이버(11b)로부터 나온 광은, 렌즈(12)를 지나 평행광이 되며, 광학필터(13a 및 13b)(하이패스필터)를 통하여 각각의 레이저 광 파장으로 나뉜 후, 밴드패스필터(14a, 14b)를 지나, 광검출기(6a, 6b)로 안내되어 강도가 측정된다. 측정된 각각의 파장의 강도는, 용융금속의 온도센서(16)로부터의 온도정보, 레이저 광원의 레이저 광에 대하여 측정한 파장측정기(19)로부터의 레이저 파장정보, 및 빔샘플러(17)와 광검출기(18)에서 측정된 레이저 광원으로부터의 레이저 출력 파워정보와 함께 연산장치(계산기)(15)로 보내진다. 4 shows an example in which an optical system is arranged so that the surface of the molten metal 3 is treated as a reflector for laser light. In Fig. 4, the laser light generated from the laser light source 1a (for analysis element measurement), 1b (for main component element measurement) and 1c (for reference light) is used as an optical filter (high pass filter) in the condensing optical system 7 ( It is set as the light of the same optical path using 8a-8c). The light is introduced into the irradiated optical fiber 11a through the lens 9 and transmitted to the vicinity of the molten metal 3. The chopper 10 is arranged just before the optical fiber 11a is introduced. The light 20 from the tip of the optical fiber 11a passes through the vapor layer 4 after passing through the irradiation optical system 22 and is irradiated onto the surface of the molten metal 3. The light 21 reflected from the surface of the molten metal 3 passes through the vapor layer 4 again and then passes through the light receiving optical fiber 11b. The light from the light receiving optical fiber 11b becomes parallel light passing through the lens 12, and is divided into respective laser light wavelengths through the optical filters 13a and 13b (high pass filter), and then a band pass filter ( After 14a and 14b, they are guided to photodetectors 6a and 6b to measure the intensity. The intensity of each wavelength measured is the temperature information from the temperature sensor 16 of the molten metal, the laser wavelength information from the wavelength meter 19 measured with respect to the laser light of the laser light source, and the beam sampler 17 and the light. The laser output power information from the laser light source measured by the detector 18 is sent to the computing device (calculator) 15.

이들 정보로부터 레이저 파워 변동의 보정, 레이저 출력파장 변동의 보정, 증기층 두께 변동의 보정, 온도의 보정을 연산장치(15)에서 행하고, 용융금속 중의 분석원소의 농도를 구할 수 있다. From this information, correction of the laser power fluctuation, correction of the laser output wavelength fluctuation, correction of the vapor layer thickness fluctuation, and temperature correction can be performed by the computing device 15 to obtain the concentration of analytical elements in the molten metal.                 

용융금속면이 요동치며 파동이 일 때, 그 파(波)는 랜덤(random)하게 발생하고 랜덤한 방향으로 이동한다. 또한, 그 파면(波面)의 곡율도 시시각각 변화한다. 그와 같은 금속면의 어느 점에 광을 조사한 때, 광이 반사하여 되돌아오는 방향도 랜덤하게 된다. 따라서, 측정시간이 한정될 때, 용융금속면의 특정점으로부터의 반사광이 한번도 수광부에 이르지 못할 수도 있다. 그러나, 이 특정점으로부터 떨어진 다른 점에서 생기는 파면의 변화도 또한 랜덤하게 생기므로, 그 점으로부터의 반사광도 역시 수광부에 이르지 못할 것이라는 확률은 매우 작게 된다. 따라서, 반사점의 수를 늘림으로써, 반사광이 수광부에 이르는 횟수의 기대치는 증가한다. 즉, 용융금속면으로의 레이저 광 조사에 대하여 일본 특표평 9-500725에 기재된 용융면에 초점을 맞추는 방식이 아니라, 그 반대로 조사되는 부분의 면적을 많게 하는 편이 수광부에 이르는 횟수가 증가한다.When the molten metal surface swings and the wave is generated, the wave randomly occurs and moves in a random direction. Moreover, the curvature of the wave surface also changes every time. When light is irradiated to any point on such a metal surface, the direction in which the light reflects and returns is also random. Therefore, when the measurement time is limited, the reflected light from a specific point of the molten metal surface may never reach the light receiving portion. However, since the wavefront changes occurring at other points away from this particular point also occur randomly, the probability that the reflected light from that point also does not reach the light receiving portion is very small. Therefore, by increasing the number of reflection points, the expected value of the number of times that the reflected light reaches the light receiving portion increases. That is, instead of focusing on the molten surface described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500725 for laser light irradiation onto the molten metal surface, the number of times reaching the light-receiving portion is increased by increasing the area of the irradiated portion.

용융금속면의 요동에 의해 표면에 생기는 파는 곡율반경 1~ 2mm 정도가 많으며, 그들이 전파하여 표면은 복잡한 요철(凹凸)이 생긴다. 그중 하나의 볼록부(凸部)에 주목한 경우, 그 볼록부에 광을 조사하여 볼록부 내의 어느 한 점으로부터의 반사광을 수광하면, 그 점의 극(極) 근방 이외의 볼록부의 다른 곳으로부터의 반사광은 수광되지 않는다. 수광횟수를 많게 하려면, 다른 볼록부 또는 오목부(凹部)로부터의 반사광을 수광할 수 있도록 그 다른 요철부에도 레이저 광을 조사하는 것이 필수조건이다. 그러한 요철부로서 적어도 주목한 볼록부의 전후에 볼록부와 동일한 폭을 취하고, 그 폭의 범위에 광을 조사함으로써, 수광횟수의 증가가 달성될 수 있다. Waves generated on the surface due to the fluctuation of the molten metal surface have a radius of curvature of about 1 to 2 mm, and they propagate to cause complicated irregularities on the surface. In the case of paying attention to one of the convex portions, when the light is irradiated to the convex portion to receive the reflected light from any point in the convex portion, the convex portion from another portion of the convex portion except for the vicinity of the pole Reflected light is not received. In order to increase the number of times of receiving light, it is essential to irradiate the laser light to the other uneven portions so as to receive the reflected light from the other convex portion or the concave portion. By taking the same width as that of the convex portion at least before and after the convex portion noted as such an uneven portion, and increasing the number of light receptions can be achieved by irradiating light in the range of the width.                 

볼록부의 대표적인 크기가 1~ 2mm의 폭이므로, 그 전후에 같은 폭을 갖는 영역 이상을 조사한다는 것은, 실제 작업으로서는 레이저 광의 조사영역은 5mmφ 이상으로 하는 것이다. 이와 같은 조사면적을 규정함으로써 측정이 매우 유효하게 된다. Since the typical size of the convex portion is a width of 1 to 2 mm, irradiating more than a region having the same width before and after it means that the irradiation region of the laser light is 5 mmφ or more in actual work. By specifying such an irradiation area, the measurement becomes very effective.

또한, 이와 같이 반사효율이 일정하지 않으므로, 측정광을 수광한 양의 변화(감소)가 흡광에 의한 것인지, 요동에 의한 반사효율의 변화에 의한 것인지를 판단할 수 없게 된다. 따라서, 비교용 광을 측정광과 동시에 조사·측정하여 그 비(比)을 취함으로써, 반사효율의 변화분을 보상하는 것이 측정 상 필수이다. 비교용 광이라 함은, 반사효율의 변화가 측정광과 임의의 미소 시간에 있어서도 같게 되도록 광로 및 조사면적을 전부 동일하게 한 비교용 광이다.In addition, since the reflection efficiency is not constant in this manner, it is not possible to determine whether the change (decrease) in the amount of light received by the measurement light is due to absorption or the change in reflection efficiency due to shaking. Therefore, it is essential for measurement to compensate for the change in reflection efficiency by irradiating and measuring the comparison light simultaneously with the measurement light and taking the ratio thereof. The comparison light is a comparison light in which the optical path and the irradiation area are all the same so that the change in the reflection efficiency is the same in the measurement light and at any minute time.

수광강도의 측정방법에 관해서는, 짧은 시간 마다 나누어 광강도를 측정하고, 반사광의 강도가 역치 이상인 경우만의 신호를 농도측정에 이용함으로써, 측정 정밀도가 향상된다. 반사광 강도가 낮은 신호에 대하여는, 그 대부분이 복사광뿐이며, 광의 흡수량을 정확히 측정할 수 없다. 따라서, 반사광(특히, 기준광의 반사광)의 강도가 역치 이상인 경우만의 신호를 농도측정에 이용함으로써, S/N이 개선되며, 보다 분석 정밀도가 향상된다.Regarding the method for measuring the received light intensity, the measurement intensity is improved by dividing the light intensity every short time and using the signal only for the concentration measurement when the intensity of the reflected light is equal to or greater than the threshold value. For signals with low reflected light intensity, most of them are only radiant light, and the amount of light absorption cannot be accurately measured. Therefore, by using the signal only when the intensity of the reflected light (particularly the reflected light of the reference light) is equal to or greater than the threshold value, the S / N is improved and the analysis accuracy is further improved.

상술한 용융금속 자체가 발생하는 복사광은, 이하와 같이 하여 측정광으로부터 분리한다. 즉, 일정 주기로 레이저 광의 조사를 차단하여 차단 시의 복사광(If)을 측정하고, 레이저 조사 시의 측정광 강도(Ir)와 차단 시에 측정한 복사광 강도(If)와의 차(Ir-If)를, 레이저의 반사광만의 강도로 간주한다. 이렇게 하여 측정한 반사광의 강도에 의해 원자흡광의 세기를 정확하게 측정할 수 있다.The above-mentioned radiant light generated by the molten metal itself is separated from the measurement light as follows. That is, the irradiation of the laser light is cut off at regular intervals to measure the radiant light (I f ) at the time of blocking, and the difference between the measured light intensity (I r ) at the laser irradiation and the radiant light intensity (I f ) measured at the blocking ( I r -I f ) is regarded as the intensity of only the reflected light of the laser. The intensity of atomic absorption can be accurately measured by the intensity of the reflected light measured in this way.

또한, 복사광이 시간적으로 변동하는 경우는, 일정 주기로 레이저 광의 조사를 차단하고, 이하와 같이 차단 시의 복사광을 측정하여, 복사광 강도의 경시적인 변화를 고려한다. 즉, 레이저 조사시의 광강도(Ir), 및 그 전후의 레이저 차단시의 복사광 강도(If1, If2)로부터 계산한 레이저 차단시의 복사광 강도(=(If1+I f2)/2)로부터, 광강도의 차(Ir-(If1+If2)/2)를 구한다. 이 광강도의 차를 레이저의 반사광만의 강도로 간주하여 원자흡광의 세기를 측정한다. 이렇게 함으로써, 정확한 복사광의 보정이 가능하다.In the case where the radiant light fluctuates in time, the irradiation of the laser light is interrupted at regular intervals, the radiant light at the time of blocking is measured as follows, and the change over time of the radiant light intensity is taken into account. That is, the radiation intensity at the time of laser cutoff (= (I f1 + I f2 ) calculated from the light intensity I r at the time of laser irradiation and the radiation intensity (I f1 , I f2 ) at the time of laser blocking before and after From / 2), the difference in light intensity (I r- (I f1 + I f2 ) / 2) is obtained. The intensity of atomic absorption is measured by considering this difference in light intensity as the intensity of only the reflected light of the laser. In this way, accurate radiation can be corrected.

레이저 광의 조사를 차단하는 주기는, 1 내지 1000Hz의 범위가 바람직하다. As for the period which interrupts irradiation of a laser beam, the range of 1-1000 Hz is preferable.

용융금속으로부터의 복사광만을 측정하기 위하여 일정 주기로 레이저 광을 차단하려면, 레이저 광을 용융금속 표면에 조사하기 전에 회전식 차단기(이하, 쵸퍼라고 한다)에 통과시킨다. 레이저 광의 조사와 차단을 교대로 행하여, 조사시에는 레이저 반사광과 복사광을 합한 광을 측정하고, 차단시에는 복사광만을 측정한다. 이렇게 함으로써, 용이하게 진짜 레이저 반사광을 측정할 수 있다. 이때, 레이저 광의 차단시간은, 광 계측시간보다 길게 할 필요가 있다. 예컨대, 광 계측시간이 0.002초의 주기인 경우는, 레이저 차단 0.02초, 레이저 조사 0.08초(주기 0.1초) 정도가 바람직하다. 또한, 차단시간과 조사시간은 반드시 일치시킬 필요는 없으며, 차단 중에 복사광의 변동을 포함한 측정이 충분히 행해지는 경우는, 레이저 반사광의 측정 정밀도를 향상시키기 위해, 조사 시간을 길게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 용융금속으로부터의 광을 분광하는 분광 측광부에 간단한 밴드패스필터와 포토멀티플라이어(photomultiplier; 광전자증배관)만을 설치하여도 정확하게 복사광을 측정할 수가 있다.To block the laser light at regular intervals to measure only the radiant light from the molten metal, it is passed through a rotary breaker (hereinafter referred to as a chopper) before the laser light is irradiated onto the molten metal surface. Irradiation and blocking of laser light are alternately performed, and at the time of irradiation, the light which combined the laser reflection light and the radiation light is measured, and at the time of blocking, only the radiation light is measured. By doing so, the true laser reflected light can be easily measured. At this time, the interruption time of the laser light needs to be longer than the optical measurement time. For example, when the light measurement time is a period of 0.002 seconds, the laser cutoff 0.02 seconds, the laser irradiation 0.08 seconds (cycle 0.1 seconds) is preferable. Note that the cutoff time and the irradiation time do not necessarily have to coincide. When the measurement including the fluctuation of the radiant light is sufficiently performed during the blocking, it is preferable to increase the irradiation time in order to improve the measurement accuracy of the laser reflected light. In this way, even if only a simple band pass filter and a photomultiplier (photomultiplier) are installed in the spectrophotometer for spectroscopic light from the molten metal, the radiant light can be measured accurately.

용융금속으로부터의 복사광은 연속광이므로, 용이하게 측정하는 방법으로서, 반사광과 복사광을 합한 광을 분광기로 분광하여, 입사한 레이저 광 파장의 극 근방의 파장의 복사광을 측정함으로써, 레이저 광과 같은 파장의 복사광을 추정하여도 좋다.Since the radiant light from the molten metal is continuous light, as a method of easily measuring, by spectroscopically spectroscopy the light of the reflected light and the radiant light and measuring the radiant light of the wavelength near the incident laser light wavelength, You may estimate the radiant light of the same wavelength.

또한, 예컨대 적외선 등의 특정 파장의 복사광과 반사측정광의 복사광과의 관계를 미리 구하고, 이 특정한 파장의 복사광만을 측정함으로써, 레이저 광과 같은 파장의 복사광을 추정하여도 좋다.Further, for example, the relationship between radiation of a specific wavelength such as infrared rays and radiation of reflected measurement light may be obtained in advance, and only the radiation of this specific wavelength may be measured to estimate radiation of a wavelength such as laser light.

또한, 반사광의 검출방법으로서는, 예컨대 모노크로메터 또는 폴리크로메터를 이용하여 수광한 광을 분광하여, 광강도를 측정하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 분광할 때 슬릿 등에 의해 광량이 감쇄하기 때문에 측정감도가 부족하다. 따라서, 수광한 광을, 통과파장이 반사광 파장을 포함하고 통과파장 폭이 5nm 이하인 밴드패스필터에 통과시켜, 파장을 선택한 후, 전체 광량을 신호로서 광검출한다. 예컨대, 1mmφ정도 직경의 수광용 광화이버를 설치하여 용융금속 표면으로부터의 반사광을 수광하고, 광화이버의 타단에서 나온 광을 렌즈에 의해 평행광으로 하여, 측정파장을 중심파장으로 한 밴드패스필터를 통과시킨 후, 전체 광량을 광전자증배관(photomultiplier)으로 안내하고, 광강도를 측정한다. 이렇게 함으로써, 측정감도를 향상시킬 수 있다. 이때, 밴드패스필터의 절반치 폭 내에 측정하는 파장이 포함되며, 또한 그 절반치 폭은 될 수 있는 한 작은 것이 바람직하다.As the detection method of the reflected light, there is a method of spectroscopy of light received using, for example, a monochromator or a polychromator and measuring the light intensity. However, this method lacks measurement sensitivity because the amount of light is attenuated by slit or the like during spectroscopy. Therefore, the received light is passed through a bandpass filter whose pass wavelength includes the reflected light wavelength and the pass wavelength width is 5 nm or less, and after selecting the wavelength, the total amount of light is detected as a signal. For example, a light-passing optical fiber having a diameter of about 1 mmφ is installed to receive the reflected light from the surface of the molten metal, and the light emitted from the other end of the optical fiber is converted into parallel light by a lens. After passing, the total amount of light is guided to a photomultiplier and the light intensity is measured. By doing in this way, a measurement sensitivity can be improved. At this time, the wavelength measured within the half width of the band pass filter is included, and the half width is preferably as small as possible.

또한, 용융금속 분석원소에 의한 원자흡광후의 광, 주성분 원소에 의한 원자흡광후의 광, 기준광 등, 복수의 반사측정광이 같은 광로에 있는 경우는, 45도 입사광에 대하여 특정 파장범위는 반사하고 다른 특정 파장범위는 투과하는 광학필터를 이용하여 레이저 광을 분광하며, 또한 측정파장을 중심파장으로 하는 밴드패스필터에 통과한 후 광전자증배관(photomultiplier)으로 안내하여, 그 강도를 측정하여도 좋다.In addition, when a plurality of reflection measurement lights, such as light after atomic absorption by a molten metal analysis element, light after atomic absorption by a main component element, and reference light, are in the same optical path, a specific wavelength range is reflected and is different from 45-degree incident light. The specific wavelength range may be used for spectroscopic laser light spectroscopy, pass through a bandpass filter having the measurement wavelength as the center wavelength, and then guide the photomultiplier to measure the intensity thereof.

용융금속이 고온이 되면, 복사광이 크게 되며, 용융금속 표면으로부터의 반사광의 검출이 곤란하다. 따라서, 검출하는 반사광의 강도가 복사광에 대하여 10배 이상이 되도록 조사광 강도를 조정한다. 특히, 증기층에 의해 흡광되는 파장의 반사광은 흡광에 의해 그 반사광 강도가 작게 되기 때문에, 흡광하지 않을 때의 반사광의 강도가 복사광에 대하여 100배 이상이 되도록 입사광 강도를 조정하는 것이 바람직하다.When the molten metal is at a high temperature, the radiant light becomes large, and it is difficult to detect the reflected light from the molten metal surface. Therefore, the intensity of the irradiation light is adjusted so that the intensity of the reflected light to be detected is 10 times or more with respect to the radiant light. In particular, since the reflected light intensity of the wavelength absorbed by the vapor layer is reduced by absorption, it is preferable to adjust the incident light intensity so that the intensity of the reflected light when not absorbed becomes 100 times or more to the radiant light.

또한, 복사광이 큰 경우, 반사광과 복사광의 비가 작게 되며, 반사광의 측정 정밀도를 나쁘게 하므로, 용융금속으로부터의 복사광을 검출하지 않도록, 용융금속의 표면의 적어도 일부는 차폐하는 것이 바람직하다. In addition, when the radiant light is large, the ratio of the reflected light to the radiant light is small, and the measurement accuracy of the reflected light is deteriorated. Therefore, at least a part of the surface of the molten metal is preferably shielded so as not to detect the radiant light from the molten metal.

용융금속의 온도변화에 대하여 보정할 필요성과 보정방법은 상술한 바와 같다. 용융금속의 온도측정은, 미리 특정한 파장의 복사광 강도와 용융금속의 온도 사이의 관계식을 구해두고, 이 특정 파장의 복사광 강도의 측정치로부터 계산하여 행하여도 좋다. 또한, 특정한 파장의 복사광 강도 대신에, 특정한 2개 파장의 복사광 강도의 비를 이용하여도 좋다. 복사광 강도는 별도로 측정장치를 설치하여 측정하여도 좋고, 쵸퍼에 의해 측정광이 차단되어 있는 때에 측정한 광량을 이용하여 구해도 좋다.The necessity and correction method for the temperature change of the molten metal are as described above. The temperature measurement of the molten metal may be performed by calculating a relational expression between the radiant light intensity of a specific wavelength and the temperature of the molten metal in advance, and calculating it from the measured value of the radiant light intensity of this specific wavelength. In addition, instead of the specific light intensity, the ratio of the light intensity of two specific wavelengths may be used. The radiant light intensity may be measured by separately providing a measuring device, or may be calculated using the amount of light measured when the measurement light is blocked by the chopper.

본 발명의 방법은, 예컨대 주성분이 철이며, 분석원소가 Mn(망간)인 용강 등의 계(系)를 측정하는 방법이다. 종래의 원자흡광법에서는, 용강중 Mn 농도가 0.2wt% 이상에서는 흡광이 포화하여 측정이 불가능하지만, 본 발명의 방법을 이용함으로써 용강중 Mn 농도가 2wt%이라도 측정할 수 있다.The method of the present invention is a method of measuring a system such as molten steel whose main component is iron and whose analytical element is Mn (manganese). In the conventional atomic absorption method, absorption is saturated at a Mn concentration of 0.2 wt% or more in molten steel, and measurement is impossible. However, even when the Mn concentration in molten steel is 2 wt%, it can be measured.

본 발명에 따른 용융금속 분석장치에 대하여 설명한다. 도4에 장치의 일례를 도시한다. 도4에 있어서, 레이저 광원(1a(분석원소 측정용), 1b(주성분 원소 측정용) 및 1c(기준광용))으로부터 발생한 레이저 광을, 집광광학계(7) 내의 광학필터(하이패스필터)(8)를 통과하여 동일한 광로의 광으로 한다. 레이저 광원에는, 방출하는 레이저 광의 파장 및 절반치 폭 및 강도가 가변한 레이저 광원을 이용한다. 동일한 광로로 한 광을, 렌즈(9)를 지나 광화이버(11a)로 안내하여, 용융금속 근방까지 전송한다. 용융금속으로부터의 복사광을 측정하기 위해서는, 레이저 광을 광화이버(11a)로 안내하기 직전에 쵸퍼(10)를 통과시킨다. 광화이버(11a)의 선단으로부터 나온 광(20)은 조사광학계(22)를 지나, 증기층(4)을 통과하여, 용융금속(3)의 표면 상에 조사된다. 조사광학계(22)는 화이버(11a)의 단면과 렌즈와의 거리를, 렌즈에 설치된 렌즈위치의 미세조정기구에 의하여 조정하여, 레이저 광을 평행광 또는 발산광으로서 용융금속(4)의 표면에 조사할 수 있는 기구로 하고 있다. 용융금 속(3)의 표면에서 반사한 광은 다시 증기층(4)을 통과하여, 수광용 광화이버(11b)를 지나 전송된다. 이 광화이버는 1개라도 좋으며, 복수라도 좋다. 수광용 광화이버(11b)로부터 나온 광은, 렌즈(12)를 지나 평행광이 되며, 파장 영역을 분리하는 광학필터(13a, 13b)를 지나, 각각의 레이저 광 파장으로 나뉜 후, 밴드패스필터(14a~ 14c)를 지나, 전체 광량을 측정하는 광검출기(6a~ 6c)로 안내되어 강도가 측정된다. 측정된 각각의 파장의 강도는, 용융금속의 온도센서(16)로부터의 온도정보, 레이저 광원의 레이저 광에 대하여 측정한 파장측정기(19)로부터의 레이저 파장정보, 및 빔샘플러(17)와 광검출기(18)에서 측정된 레이저 광원으로부터의 레이저 출력 파워정보와 함께 연산장치(15)로 보내진다. A molten metal analyzing apparatus according to the present invention will be described. 4 shows an example of the apparatus. In Fig. 4, the laser light generated from the laser light source 1a (for analysis element measurement), 1b (for main component element measurement) and 1c (for reference light) is used as an optical filter (high pass filter) in the condensing optical system 7 ( Through 8), light of the same optical path is used. As the laser light source, a laser light source having a variable wavelength, half width and intensity of laser light to be emitted is used. The light having the same optical path is guided through the lens 9 to the optical fiber 11a and transmitted to the vicinity of the molten metal. In order to measure the radiant light from the molten metal, the chopper 10 is passed just before guiding the laser light to the optical fiber 11a. The light 20 from the tip of the optical fiber 11a passes through the irradiation optical system 22, passes through the vapor layer 4, and is irradiated onto the surface of the molten metal 3. The irradiation optical system 22 adjusts the distance between the end face of the fiber 11a and the lens by a fine adjustment mechanism of the lens position provided on the lens, so that the laser light is applied to the surface of the molten metal 4 as parallel light or divergent light. We do with mechanism that we can check. The light reflected from the surface of the molten metal 3 passes through the vapor layer 4 again and is transmitted through the light receiving optical fiber 11b. One or more optical fibers may be provided. The light from the light receiving optical fiber 11b passes through the lens 12 to become parallel light, passes through the optical filters 13a and 13b separating the wavelength region, and is divided into respective laser light wavelengths, and then a band pass filter. After 14a-14c, it guides to the photodetectors 6a-6c which measure the total light quantity, and intensity is measured. The intensity of each wavelength measured is the temperature information from the temperature sensor 16 of the molten metal, the laser wavelength information from the wavelength meter 19 measured with respect to the laser light of the laser light source, and the beam sampler 17 and the light. The laser output power information from the laser light source measured by the detector 18 is sent to the computing device 15.

이들 정보로부터 레이저 파워 변동의 보정, 레이저 출력파장 변동의 보정, 증기층 두께 변동의 보정, 온도의 보정을 연산장치(15)에서 행하고, 용융금속 중의 분석원소의 농도를 구할 수 있다.From this information, correction of the laser power fluctuation, correction of the laser output wavelength fluctuation, correction of the vapor layer thickness fluctuation, and temperature correction can be performed by the computing device 15 to obtain the concentration of analytical elements in the molten metal.

도4에 도시한 장치를 이용하여, 미리 레이저 출력 파워의 보정, 레이저 출력 파장의 보정, 증기층 두께의 보정, 온도의 보정을 행하고, 분석원소의 흡광도와 용융금속 중의 분석원소 농도(예컨대 wt%)와의 관계식(검량선)을 구해둠으로써, 정밀도가 좋은 분석이 가능하다.Using the apparatus shown in Fig. 4, laser output power correction, laser output wavelength correction, vapor layer thickness correction, and temperature correction are performed in advance, and the absorbance of the analysis element and the concentration of the analysis element in the molten metal (e.g., wt% By obtaining the relational expression (calibration line) with), high-precision analysis is possible.

(실시예 1)(Example 1)

도3에 도시한 측정장치를 이용하여, 용융금속 중의 Mn 농도를 측정하였다. The Mn concentration in the molten metal was measured using the measuring apparatus shown in FIG.

용융금속(3)은 고주파 용해로에 의해 탄소도가니 속에 용강 5kg을 용융시켜 만들었다. 그리고, 용강 중에 Mn을 용강중 농도로 0~ 1wt% 상당량 첨가하였다. Mn 측정은 용강온도 1600℃에서 행하였다.The molten metal (3) was made by melting 5 kg of molten steel in a carbon crucible by a high frequency melting furnace. Then, Mn was added in the molten steel at a concentration of 0 to 1 wt% in the molten steel. Mn measurement was performed at the molten steel temperature of 1600 degreeC.

측정에 이용된 파장가변 레이저는 이하와 같이 출력시켰다. 즉, YAG 레이저의 제2 고주파의 발진광(0.53nm)에 의해 Ti 사파이어 레이저를 여기(勵起)하여, 파장연속 레이저 광으로 하였다. 그리고, 이 파장연속 레이저 광의 제2 고주파를 파장을 조정하여 발진시키고, 파장가변 레이저로 하여 출력시켰다. 발진 파장의 조정은 Mn의 원자흡수 파장 403.307nm를 중심으로 0.001nm 단위로 편위시켜 행하였다. 출력시킨 레이저 광의 에너지는 10mW, 파장 절반치 폭은 0.002nm이었다. The wavelength tunable laser used for the measurement was output as follows. That is, Ti sapphire laser was excited by the 2nd high frequency oscillation light (0.53nm) of YAG laser, and it was set as the wavelength continuous laser light. Then, the second high frequency of the wavelength continuous laser light was oscillated by adjusting the wavelength and output as a wavelength tunable laser. The oscillation wavelength was adjusted by shifting the atomic absorption wavelength of Mn in units of 0.001 nm with respect to 403.307 nm. The energy of the output laser light was 10 mW and the wavelength half width was 0.002 nm.

광학계로서, 2개의 광화이버(레이저 입광용 2와 레이저 수광용 5)를 이용하였다. 레이저 입광용 화이버(2)의 일단은, 레이저 광원(1)으로부터의 레이저 광을 집광시키는 위치에 두었다. 입광용 화이버(2)의 타단은 프로브에 넣어 프로브 마다 용강면 근방에 두었다. 프로브 내에는 공기의 혼입에 의한 산화를 방지하기 위하여, 질소가스로 채웠다. 프로브 내에서는 입광용 화이버(2)로부터 나온 광이 증기층(4)을 통과한 후, 수광용 광화이버(5)의 일단으로 보냈다. 수광용 광화이버(5)의 타단은, 50cm Evert형 분광기의 입사 슬릿부에 두었다. 입사 슬릿부에 도달한 광은 분광기에 의해 분광되어 포토다이오드(6)에 의해 강도가 측정되었다.As the optical system, two optical fibers (2 for laser light input and 5 for laser light reception) were used. One end of the laser incident light fiber 2 was placed at a position to focus the laser light from the laser light source 1. The other end of the light receiving fiber 2 was placed in a probe and placed near the molten steel for each probe. The probe was filled with nitrogen gas in order to prevent oxidation due to mixing of air. In the probe, the light from the light receiving fiber 2 passed through the vapor layer 4 and was sent to one end of the light receiving optical fiber 5. The other end of the light receiving optical fiber 5 was placed in the incident slit portion of the 50 cm Evert type spectrometer. The light which reached the incident slit part was spectroscopically measured by the spectroscope, and the intensity | strength was measured by the photodiode 6.

이상의 시스템을 이용하여 레이저 광의 파장을 편위시키고, 각 편위량에 대하여 용강중의 Mn 농도와 흡광에 의한 강도변화와의 관계를 측정하였다. 측정결과의 일례를 도5에 도시한다. 도5에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저 광의 파장을 Mn의 흡광선 파장의 중심에 맞춘 때에는, Mn 농도 0.2wt% 이상에서 흡광에 의한 강도변화의 변화를 측정할 수 없었다. 그러나, 레이저 광의 파장을 Mn의 흡수선 파장의 중심으로부터 0.005nm 이상 편위시킴으로써, Mn 농도 1wt%에서도 흡광에 의한 강도변화를 충분히 측정할 수 있었다.The wavelength of the laser light was deflected using the above system, and the relationship between the Mn concentration in the molten steel and the intensity change due to absorption was measured for each deflection amount. An example of the measurement result is shown in FIG. As can be seen from Fig. 5, when the wavelength of the laser light was adjusted to the center of the absorption wavelength of Mn, the change in intensity change due to absorption at the Mn concentration of 0.2 wt% or more could not be measured. However, by shifting the wavelength of the laser light by 0.005 nm or more from the center of the absorption line wavelength of Mn, the intensity change due to absorption was sufficiently measured even at 1 wt% of Mn.

이와 같이, 본 발명에 의해 레이저 광의 파장위치를 제어함으로써, 측정감도를 제어할 수 있게 되었다. 그 결과, 원자흡광법의 결함인 측정범위의 협소함이 해소되어, 원자흡광법의 용융금속 분석법으로의 이용이 보다 범용적으로 되었다.As described above, according to the present invention, the measurement sensitivity can be controlled by controlling the wavelength position of the laser light. As a result, the narrowness of the measurement range which is a defect of the atomic absorption method is eliminated, and the use of the atomic absorption method in the molten metal analysis method has become more general.

(실시예 2)(Example 2)

도4에 도시한 측정장치를 이용하여, 용융금속 중의 Mn 농도를 측정하였다. The concentration of Mn in the molten metal was measured using the measuring apparatus shown in FIG.

용융금속(3)으로서는, 고주파 용해로에 의해 탄소도가니 속에 용강 5kg을 용융하고, 용강 중에 Mn을 용강중 농도로 0~ 1.5wt% 상당량 첨가하여 만든 것을 이용하였다. 측정은 용강온도 1550℃ 내지 1650℃의 범위에서 행하였다.As the molten metal 3, 5 kg of molten steel was melted in a carbon crucible by a high frequency melting furnace, and Mn was added in a molten steel at a concentration of 0 to 1.5 wt% in molten steel. The measurement was performed in the range of molten steel temperature of 1550 degreeC-1650 degreeC.

도4의 장치의 분석원소 측정용 레이저 광원(1a)에는, YAG 레이저의 제2 고주파의 발진광(0.53nm)에 의해 Ti 사파이어 레이저를 여기하여, 파장연속 레이저 광으로 하고, 이 파장연속 레이저 광의 제2 고주파에 대해 파장을 조정하여 발진시키는 파장가변 레이저를 이용하였다. 발진 파장은, Mn의 원자흡수 파장중심 (403.307nm)으로부터 0.006nm 만큼 편위시킨 파장 403.313nm로 조정하였다. 레이저의 파장 절반치 폭은 0.002nm이며, 출력은 10mW이었다. In the laser light source 1a for analytical element measurement of the apparatus of FIG. 4, a Ti sapphire laser is excited by the 2nd high frequency oscillation light (0.53 nm) of a YAG laser, and it is set as wavelength continuous laser light, The wavelength tunable laser which oscillated by adjusting a wavelength with respect to a 2nd high frequency wave was used. The oscillation wavelength was adjusted to a wavelength of 403.313 nm which was shifted by 0.006 nm from the Mn atomic absorption wavelength center (403.307 nm). The wavelength half-width of the laser was 0.002 nm and the output was 10 mW.

도6에 이 레이저 광원을 이용하여 레이저 파장위치에 의한 Mn의 흡광감도의 변화를 측정한 결과의 일례를 도시한다. 도6에서 알 수 있는 바와 같이, Mn의 원자흡수파장 403.307nm에서 흡광감도의 피크가 얻어졌다.Fig. 6 shows an example of the result of measuring the change in absorbance sensitivity of Mn by the laser wavelength position using this laser light source. As can be seen from FIG. 6, a peak of absorbance sensitivity was obtained at an atomic absorption wavelength of 403.307 nm of Mn.

또한, 도4의 장치의 주성분 원소 측정용 레이저 광원(1b)에는, 상술한 파장 가변 레이저를, 발진파장을 용융금속의 주성분인 Fe의 원자흡수 파장중심(386nm) 부근으로 조정했던 것을 이용하였다. 레이저의 출력은 10mW이었다.As the laser light source 1b for measuring the main component elements of the apparatus of FIG. 4, the above-described tunable laser was used to adjust the oscillation wavelength to near the center of the atomic absorption wavelength (386 nm) of Fe as the main component of the molten metal. The power of the laser was 10 mW.

또한, 도4의 기준광용 레이저 광원(1c)에는 발진파장이 430nm 부근의 청색 반도체 레이저를 이용하였다.In addition, a blue semiconductor laser having an oscillation wavelength of around 430 nm was used as the laser light source 1c for the reference light of FIG.

레이저 조사용 광학계에는, 상기 3종의 레이저 광을 90도가 되는 위치관계에 두고, 레이저 광의 교차점에 후술하는 광학필터(8a~ 8c)를 배치한 것을 이용하며, 3종의 레이저 광을 동일 광로로 하였다. 즉, 레이저 광원(1a)으로부터의 레이저 광을 광학필터(8a)에 의해 반사시킨 후, 레이저 광원(1b)으로부터의 레이저 광과 90도로 교차시켰다. 이 교차점에는, 45도 입사광에 대하여 403nm(광원 1a)의 광은 투과하고 386nm(광원 1b)의 광은 반사하는 광학필터(8b)를 배치하였다. 이렇게 하여 광원(1a, 1b)으로부터의 레이저 광을 동일 광로로 하였다. 다음에, 동일 광로로 한 광원(1a, 1b)으로부터의 레이저 광을, 레이저 광원(1c)에서의 레이저 광과 90도로 교차시켰다. 이 교차점에는 403nm(광원 1a)의 광, 386nm(광원 1b)의 광은 투과하고, 430nm(광원 1c)의 광은 반사하는 광학필터(8c)를 배치하였다. 이렇게 하여, 403nm(광원 1a), 386nm(광원 1b)의 레이저 광과 430nm(광원 1c)의 레이저 광이 동일 광로가 되는 상황을 만들었다. 이와 같이 하여 동일 광로로 한 3종의 레이저 광을 렌즈(9)로 집광하여, 0.3nm 직경의 광화이버(11a)에 도입하였다. 레이저 광을 광화이버(11a)에 넣기 직전에 회전식 쵸퍼(10)를 통과시켰다. 광화이버(11a)의 반사측단면은 커넥터로 고정하고, 렌즈(22)의 위치를 미세 조정하는 기구에 의해 렌즈(22)와 광화이버(11a) 단면과의 거리를 조정하여 레이저 광을 평행광(20)으로 한 후, 용강면에 조사하였다. 용강 표면으로의 조사 직경은 5mmφ로 하였다.In the optical system for laser irradiation, an optical filter 8a to 8c, which will be described later, is disposed at the intersection of the laser beams at a position of 90 degrees, and the three laser beams are routed to the same optical path. It was. That is, after reflecting the laser light from the laser light source 1a with the optical filter 8a, it intersected with the laser light from the laser light source 1b by 90 degree | times. At this intersection, an optical filter 8b was disposed in which light at 403 nm (light source 1a) was transmitted and light at 386 nm (light source 1b) was reflected with respect to the incident light at 45 degrees. In this way, the laser light from the light sources 1a and 1b was the same optical path. Next, the laser light from the light sources 1a and 1b set to the same optical path was crossed at 90 degrees with the laser light from the laser light source 1c. The optical filter 8c which transmits the light of 403 nm (light source 1a), the light of 386 nm (light source 1b), and reflects the light of 430 nm (light source 1c) was arrange | positioned at this intersection. In this way, the laser beam of 403 nm (light source 1a) and 386 nm (light source 1b) and the laser light of 430 nm (light source 1c) became the same optical path. In this manner, three kinds of laser light having the same optical path were collected by the lens 9 and introduced into the optical fiber 11a having a 0.3 nm diameter. The rotary chopper 10 was passed just before the laser light was put into the optical fiber 11a. The reflective side end surface of the optical fiber 11a is fixed with a connector, and the distance between the lens 22 and the optical fiber 11a end surface is adjusted by a mechanism for finely adjusting the position of the lens 22 so that the laser light is parallel light. After making it into (20), it irradiated to the molten steel surface. The irradiation diameter to the molten steel surface was 5 mmφ.

또한, 수광광학계로서는 광화이버(11b)만으로 하고, 분광계로서는 광학필터(13a 및 13b)를 이용하였다. 즉, 용강면 근방에 1mmφ의 직경의 수광용 광화이버(11b)를 설치하여, 용강면으로부터의 반사광(21)을 수광하였다. 광화이버(11b)의 타단에서 나온 광을 렌즈(12)에 의해 평행광으로 한 후, 광학필터(13a)에 안내하여 분광하였다. 광학필터(13a)는 45도 입사광에 대하여 403nm(광원 1c)의 광은 투과하고, 403nm(광원 1a)의 광과 386nm(광원 1b)의 광은 반사하는 필터이다. 반사한 레이저 광은 광학필터(13b)에 의해 또 분광하였다. 광학필터(13b)는 45도 입사광에 대하여 403nm(광원 1a)의 광은 투과하고, 386nm(광원 1b)의 광은 반사하는 필터이다. 이와 같이 분광된 각 측정파장의 레이저 광을, 각 파장을 중심파장으로 하는 절반치 폭 2nm의 밴드패스필터(14a~ 14c)에 각각 통과시켜 광전자증배관(photomultiplier)(6a~6c)에 안내하고, 그 강도를 2m초 단위로 측정하였다. 측정은 2초간 행하여 1000 데이타를 수집하였다. As the light receiving optical system, only the optical fiber 11b was used, and the optical filters 13a and 13b were used as the spectrometer. That is, the light receiving optical fiber 11b of diameter of 1 mm (phi) was provided in the vicinity of the molten steel surface, and the reflected light 21 from the molten steel surface was received. The light emitted from the other end of the optical fiber 11b was converted into parallel light by the lens 12, and then guided to the optical filter 13a for spectroscopy. The optical filter 13a is a filter that transmits light at 403 nm (light source 1c) to 45-degree incident light, and reflects light at 403 nm (light source 1a) and light at 386 nm (light source 1b). The reflected laser light was also spectroscopically analyzed by the optical filter 13b. The optical filter 13b is a filter which transmits light of 403 nm (light source 1a) to 45 degree incident light, and reflects light of 386 nm (light source 1b). The laser beams of the spectroscopic measured wavelengths are then passed through bandpass filters 14a to 14c having half widths of 2 nm each having the wavelength as the center wavelength, and guided to the photomultiplier 6a to 6c. The strength was measured in units of 2 m seconds. The measurement was performed for 2 seconds to collect 1000 data.

온도측정은 Pt-Rh계 열전대(16)를 이용하여 측정하였다. 미리 용강 표면 바로 아래와 온도측정위치에서의 온도의 관계에 대하여 Pt-Rh계 열전대를 이용하여 측정하고, 관계식을 구하였다.Temperature measurement was measured using a Pt-Rh-based thermocouple (16). The relationship between the temperature just below the molten steel surface and the temperature at the temperature measurement position was measured using a Pt-Rh-based thermocouple and a relational expression was obtained.

쵸퍼(10)의 주기는 100m초로 하고, 차단 25m초, 조사 75m초로 반복하였다. 상술한 바와 같이, 쵸퍼(10)에서 차단한 때의 광강도는 복사광이다. 차단하고 있는 때의 복사광 강도의 평균치를 시계열적으로 구하고, 상술한 바와 같이, 반사광 측정시의 복사광 강도를, 반사광 측정 전후의 차단시의 복사광 강도를 평균하여 구하 였다. 반사광 측정시의 측정치로부터, 이렇게 하여 계산한 복사광 강도를 빼서, 진짜 반사광 강도를 구하였다. 이것을 기준광, 측정용 광의 각각에 대하여 구하였다. The cycle of the chopper 10 was set to 100 m seconds, and repeated 25 m seconds of cutoff and 75 m seconds of irradiation. As described above, the light intensity when blocked by the chopper 10 is radiant light. The average value of the radiant light intensity at the time of blocking was calculated | required in time series, and as mentioned above, the radiant light intensity at the time of reflected light measurement was calculated | required and averaged the radiant light intensity at the time of blocking before and after reflected light measurement. From the measured value at the time of reflected-light measurement, the calculated intensity of the reflected light was subtracted and the true reflected light intensity was obtained. This was calculated | required about each of reference light and measurement light.

도7에 쵸퍼(10)에서 차단하여 구한 반사광의 일례를, 기준광, Mn 측정용 광에 대하여 도시한다. 7 shows an example of the reflected light cut off by the chopper 10 with respect to the reference light and the light for Mn measurement.

흡광도의 데이타에 대하여는, 기준광 강도를 그 강도순으로 나열한 때 상위 50% 이상이 되는 타이밍의 데이타를 유효 데이타로 간주하였다. 이들 타이밍에서의 Mn 측정광과 기준광의 평균치의 사이에서의 강도비(R)와, 용강면을 통과하지 않고 레이저 광을 수광한 때의 Mn 측정광과 기준광의 평균치의 사이에서의 강도비(R0)의 비율을 구하고, 그 역수의 대수(= -log(R/R0))를 Mn의 흡광도로 하였다. 주성분 원소인 Fe에 대하여도 마찬가지로 하여 흡광도를 구하였다.Regarding the absorbance data, when the reference light intensities are arranged in the order of the intensity, the data at the timing of becoming at least 50% or higher is regarded as valid data. Intensity ratio R between the average value of Mn measurement light and reference light at these timings, and intensity ratio R0 between the average value of Mn measurement light and reference light when laser light is received without passing through a molten steel surface. ), And the reciprocal number (= -log (R / R0)) was taken as the absorbance of Mn. The absorbance was similarly calculated | required about Fe which is a main component element.

용융금속(3)의 온도의 보정은, 증기압의 온도변화에 대한 문헌값을 이용하여, 1600℃의 증기압에서의 Mn, Fe의 흡광도의 값으로 기준화하여 보정하였다.The correction of the temperature of the molten metal 3 was corrected by reference to the values of the absorbances of Mn and Fe at a vapor pressure of 1600 ° C. using the literature values for the temperature change of the vapor pressure.

증기층(4) 두께의 보정은 Mn과 Fe의 흡광도 비를 계산하고, 이 흡광도 비를 증기층(4) 두께 보정후의 Mn 흡광도로 하였다. The correction of the vapor layer 4 thickness calculated the absorbance ratio between Mn and Fe, and the absorbance ratio was taken as the Mn absorbance after the vapor layer 4 thickness correction.

이와 같이 하여 측정한 Mn 흡광도(실질적으로는 Fe 흡광도와의 비)와 용강중 Mn 농도와의 관계의 일례를 도8에 도시한다. 도8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명을 실시함으로써 Mn 흡광도와 용강중 Mn 농도와의 상관관계는 양호하며, 높은 정밀도로 Mn 농도분석이 가능하였다.An example of the relationship between the Mn absorbance (substantially the ratio of Fe absorbance) measured in this way and the Mn concentration in molten steel is shown in FIG. As can be seen from Fig. 8, by the present invention, the correlation between Mn absorbance and Mn concentration in molten steel is good, and Mn concentration analysis can be performed with high precision.

또한, 본 실시예에서의 측정은 단시간이었기 때문에, 레이저 광의 출력파장은 안정되어 있고 변화가 없었다. 그러나, 실제 장시간의 측정 중에는, 레이저 출 력파장은 변화한다. 레이저 출력파장이 변화한 경우, 도6에 도시된 바와 같은 파장위치에 의한 흡광도의 변화예를 이용하여 흡광도를 보정함으로써, 높은 정밀도의 분석이 가능하다.In addition, since the measurement in this Example was a short time, the output wavelength of the laser light was stable and there was no change. However, the laser output wavelength changes during the actual long time measurement. When the laser output wavelength is changed, high accuracy analysis is possible by correcting the absorbance using an example of the change in absorbance due to the wavelength position as shown in FIG.

Claims (14)

삭제delete 적어도 하나의 분석원소를 함유한 용융금속의 표면 근방의 증기층에, 분석원소의 측정 농도범위에 대응하여 상기 분석원소의 흡수파장의 중심위치로부터 편위시킨 위치에 파장의 중심위치를 갖는 측정광과 원자흡광을 발생하지 않는 파장의 기준광을 동일한 광로에 중첩하여 통과시키는 공정; 및A measurement light having a center position of the wavelength in a vapor layer near the surface of the molten metal containing at least one analyte element, which is shifted from the center position of the absorption wavelength of the analysis element corresponding to the measurement concentration range of the element; Passing a reference light having a wavelength that does not generate atomic absorption in the same optical path in a superimposed manner; And 통과한 광의 측정광 성분의 강도와 기준광 성분의 강도를 측정하는 공정; 및Measuring the intensity of the measured light component and the intensity of the reference light component of the light that has passed; And 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비와, 증기층 두께와, 용융금속의 온도 사이의 이미 알려진 관계로부터, 용융금속 중의 분석원소의 농도를 측정하는 공정; 으로 이루어지고,Measuring the concentration of analyte elements in the molten metal from a known relationship between the intensity ratio of the measured light component and the reference light component, the vapor layer thickness, and the temperature of the molten metal; Made of 상기 측정광의 중심파장의 편위량을, 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도(= -log(흡광후 광강도)/(흡광이 없는 경우의 광강도))가 2.5 이하가 되는 값이면서, 또한 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도가 0.5 이상이 되는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The deviation of the central wavelength of the measurement light is a value at which the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range (= -log (light intensity after absorption) / (light intensity in the absence of absorption)) is 2.5 or less, and also the measurement concentration. A method for analyzing molten metal, wherein the absorbance at the maximum value of the range is set to a value of 0.5 or more. 삭제delete 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 측정광의 파장 절반치 폭 Z가, 분석원소의 원자흡광선의 파장 절반치 폭을 X, 상기 측정광의 중심파장의 편위량을 Y로 하면, Z<(2X-Y)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The wavelength half width Z of the measurement light satisfies the relationship of Z <(2X-Y) when X is the wavelength half width of the atomic absorption line of the analysis element as X and the amount of deflection of the central wavelength of the measurement light is Y. Method for analyzing molten metal 파장 중심위치를 용융금속의 주성분 원소의 원자흡광선의 중심위치로부터 흡광감도에 대응하여 편위시킨 측정광과, 상기 분석원소용 파장 중심위치를 편위시킨 측정광과, 상기 원자흡광을 발생하지 않는 파장의 기준광을, 동일한 광로에 중첩하여 용융금속 표면의 증기층에 통과시키는 공정;A measurement light in which the wavelength center position is shifted from the center position of the atomic absorption line of the main component element of the molten metal corresponding to the absorbance sensitivity, the measurement light in which the wavelength center position for the analysis element is shifted, and the wavelength which does not generate the atomic absorption Passing the reference light in the same optical path and passing it through the vapor layer on the surface of the molten metal; 통과한 광의 양 측정광 성분의 강도와 기준광 성분의 강도를 측정하는 공정;Measuring the amount of light passing through the intensity of the light component and the intensity of the reference light component; 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비와, 증기층 두께와, 용융금속의 온도 사이의 이미 알려진 관계로부터, 용융금속 중의 분석원소의 농도를 측정하는 공정; 및Measuring the concentration of analyte elements in the molten metal from a known relationship between the intensity ratio of the measured light component and the reference light component, the vapor layer thickness, and the temperature of the molten metal; And 통과광의 주성분 원소에 대응한 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비와, 분석원소에 대응한 측정광 성분과 기준광 성분의 강도비 사이의 이미 알려진 관계로부터, 증기층 두께를 보정하는 공정; 으로 이루어지고,Correcting the vapor layer thickness from a known relationship between the intensity ratio of the measurement light component corresponding to the main component element of the passing light and the reference light component and the intensity ratio of the measurement light component corresponding to the analysis element and the reference light component; Made of 상기 측정광의 중심파장의 편위량을, 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도(= -log(흡광후 광강도)/(흡광이 없는 경우의 광강도))가 2.5 이하가 되는 값이면서, 또한 측정 농도범위의 최대치에서의 흡광도가 0.5 이상이 되는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The deviation of the central wavelength of the measurement light is a value at which the absorbance at the maximum value of the measurement concentration range (= -log (light intensity after absorption) / (light intensity in the absence of absorption)) is 2.5 or less, and also the measurement concentration. A method for analyzing molten metal, wherein the absorbance at the maximum value of the range is set to a value of 0.5 or more. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 분석 중에 측정광의 파장을 모니터하여, 원자흡광선의 중심위치와 측정광 파장의 중심위치 사이의 편위량을 측정하고, 상기 측정한 편위량으로부터 증기 통과광의 측정광 성분의 흡광감도를 보정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.Monitoring the wavelength of the measurement light during the analysis, measuring the amount of deflection between the center position of the atomic absorption beam and the center position of the wavelength of the measurement light, and correcting the absorbance of the measurement light component of the vapor passing light from the measured amount of deflection; Analysis method of molten metal, characterized in that. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 측정광 및 기준광을 쵸퍼를 이용하여 온/오프하고, 오프 시의 광강도를 용융금속으로부터의 복사광 강도로 하여 백그라운드 보정하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.A method of analyzing molten metal, comprising the step of turning on / off the measurement light and the reference light using a chopper and performing a background correction using the light intensity at the time of off as the radiant light intensity from the molten metal. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 측정광 성분의 강도와 기준광 성분의 강도를 측정하는 공정이, 측정광 및 기준광을 용융금속 표면에 조사하여 반사시켜 증기층을 통과시킨 후, 반사광의 강도를 측정하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The process of measuring the intensity of the measurement light component and the intensity of the reference light component is characterized by measuring the intensity of the reflected light after the measurement light and the reference light is irradiated and reflected on the molten metal surface to pass through the vapor layer. Way. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 측정광 및 기준광의 용융금속 표면에의 조사가, 측정광 및 기준광을 용융금 속 표면의 5mmφ 이상의 영역에 조사하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The method for analyzing molten metals, wherein the measurement light and the reference light are irradiated to the molten metal surface by irradiating the measurement light and the reference light to a region of 5 mmφ or more on the surface of the molten metal. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 기준광의 반사광 강도가 역치 이상인 경우의 측정 데이타가 농도측정에 이용되는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.A measurement method for molten metal, wherein measurement data when the reflected light intensity of the reference light is equal to or greater than the threshold value is used for concentration measurement. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 반사광을 광화이버에 의해 수광하고, 수광된 반사광을, 통과 파장이 분석원소의 원자흡광선 파장을 포함하며, 통과 파장 폭이 5nm 이하인 밴드패스필터에 통과시켜 파장을 선택하고, 밴드패스필터 통과 후의 전체 광량을 측정하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The reflected light is received by the optical fiber, and the received reflected light is passed through a band pass filter whose pass wavelength includes the wavelength of the atomic absorption beam of the analysis element and whose pass wavelength width is 5 nm or less, and the wavelength is selected. An analysis method of molten metal, characterized in that for measuring the total amount of light. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 조사하는 측정광 및 기준광은 레이저 광이며, 반사광이 밴드패스필터를 통과한 후의 측정광 및 기준광의 강도가, 상기 밴드패스필터 통과 파장영역에서의 용융금속의 복사광 강도의 10배 이상이 되도록, 조사광 강도를 조정하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.The measurement light and the reference light to be irradiated are laser light, so that the intensity of the measured light and the reference light after the reflected light passes through the band pass filter is 10 times or more the radiant light intensity of the molten metal in the wavelength band passing through the band pass filter. An analysis method of molten metal, characterized in that the irradiation light intensity is adjusted. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 용융금속의 주성분 원소가 철이고, 분석원소가 망간인 것을 특징으로 하는 용융금속의 분석방법.A method for analyzing a molten metal, wherein the main element of the molten metal is iron and the analytical element is manganese. 이하의 구성으로 이루어진 용융금속의 분석장치:Analysis device for molten metal consisting of the following configuration: 방출하는 레이저 광의 파장 및 절반치 폭 및 강도가 가변하는 복수의 레이저 광원;A plurality of laser light sources of varying wavelength, half width and intensity of the emitted laser light; 상기 레이저 광의 파장 및 강도를 계측하는 수단;Means for measuring the wavelength and intensity of the laser light; 상기 복수의 레이저 광원으로부터 방출된 파장이 다른 복수의 레이저 광을 동일 광로로 중첩하는 광학계;An optical system overlapping a plurality of laser lights having different wavelengths emitted from the plurality of laser light sources with the same optical path; 상기 동일 광로에 중첩된 레이저 광을 일정 주기로 온 오프하는 쵸퍼;A chopper for turning on and off laser light superimposed on the same optical path at a predetermined cycle; 단부가 용융금속 근방에 설치되어, 상기 동일 광로에 중첩된 레이저 광을 용융금속 근방에 안내하는 광화이버;An optical fiber having an end portion installed near the molten metal and guiding the laser light superimposed on the same optical path near the molten metal; 광화이버로부터 방출된 레이저 광을 용융금속 표면의 5mmφ 이상의 범위에 조사하기 위한 광학계;An optical system for irradiating laser light emitted from the optical fiber to a range of 5 mmφ or more of the molten metal surface; 수광부가 용융금속 근방에 설치되어, 용융금속 표면으로부터의 반사광을 수광하여 광검출부에 안내하는 1 또는 복수의 수광용 광화이버;One or more light-receiving optical fibers which are provided in the vicinity of the molten metal and receive light reflected from the molten metal surface and guide the light-detecting portion; 수광용 광화이버에 의해 안내된 반사광을, 각각의 레이저 광의 파장을 포함하는 파장영역으로 분리하는 하이패스필터 및/또는 로우패스필터;A high pass filter and / or low pass filter for separating the reflected light guided by the light receiving optical fiber into a wavelength region including the wavelength of each laser light; 하이패스필터 및/또는 로우패스필터를 통과한 후의 반사광으로부터, 각각의 레이저 광의 파장을 포함하는 좁은 파장영역을 분리하는 밴드패스필터;A band pass filter for separating a narrow wavelength region including the wavelength of each laser light from the reflected light after passing through the high pass filter and / or the low pass filter; 밴드패스필터 통과 후의 전체 광량을 측정하는 광검출부;A light detector for measuring the total amount of light after passing through the band pass filter; 용융금속의 온도를 측정하는 수단; 및Means for measuring the temperature of the molten metal; And 측정된 결과를 연산하는 연산장치.Computing device that calculates the measured result.
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