KR101009845B1 - 용융 재료 분석용 레이저 유도 분석 분광법 - Google Patents
용융 재료 분석용 레이저 유도 분석 분광법 Download PDFInfo
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Abstract
용융된 재료 또는 액체의 실시간 분석에 적용될 수 있는 레이저 유도 분석 분광(Laser Induced Breakdown Spectroscopy) 시스템에 사용하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 높은 온도의 용융된 재료를 다룰 때, 벌크를 대표하는 표면을 준비하는 것이 어렵기 때문에, 일면에서, 본 발명은 버블을 생성하기 위해 용융된 재료의 내부에 삽입될 수 있는 튜브를 통하여 흐르는 강제의 가스 흐름을 이용한다. 버블의 내면은 재료의 성분의 표본이다. 레이저 유도 분석 분광법은 재료의 표면 상의 정확한 실시간 분석을 수행하고, 심지어 재료의 다른 프로세싱, 예컨대, 구리 용융 등도 실행한다.
레이저 유도 분석 분광법, 튜브, 버블, 광학 장치
Description
본 발명은 레이저 유도 분석 분광법(LIBS)의 사용, 및 액체의 신속한 분석, 특히 금속, 야금 재료, 소금 및 유리와 같은 높은 온도에서 용융된 재료의 신속한 분석을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용융된 재료의 실시간 분석에 적용될 수 있는 레이저 유도 분광 시스템에 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 단일 위상이 제공되는 곳 뿐만 아니라, 동시에 다수 위상의 분석이 고려되는 곳의 액체에 적용될 것이다.
금속 제조 산업은 현존하는 장비로부터 증가하는 생산성, 감소하는 비용 및 극대화의 이익에 대한 주요한 도전에 지속적으로 직면한다.
금속의 생산은 용융, 프로세싱(processing) 및 정제의 기본 단계를 포함한다. 프로세싱 및 정제하는 동안, 용융의 화학 반응이 소정 한계 내에 있도록 동작 파라미터가 조정 및 조절되는 것이 종종 필요하다. 현재, 많은 산업 프로세스에 있어서의 투입된 성분들이, 시간을 소모하는 샘플 준비 및 실험실 분석이 뒤따르는 주기적 샘플링에 의해 모니터링된다. 가상적으로, 현장에서의 실시간 레이저 유도 분석 분광법을 통한 이러한 지연(delay)을 제거하는 것은 생산성을 크게 증가시키고 프로세스 조절을 향상시키는 잠재성을 갖는다. 예를 들면, 알루미늄 및 마그네슘의 생산에 사용되는 것과 같은 합금 또는 비 금속의 용융된 용액의 조절 및 유지를 포함하는 다른 프로세스는 또한 본질적인 성분의 지속적인 모니터링에 효과적일 것이다.
레이저 유도 분석 분광법은 좋지 않은 환경 및 거리에서 다양한 재료에 대한 현장에서의 신속한 성분 분석을 제공 할 수 있다. 이러한 기술은 재료에 고 전압 펄스 레이저를 포커싱하여, 재료를 대표하는 본질적인 성분을 갖는 플라즈마 또는 스파크(spark)를 생성하도록 재료의 작은 부피를 기화 및 이온화하는 것을 포함한다. 플라즈마의 광학적 방출은 그 원자 구성을 얻기 위해 광학 분광기에 의해 분석된다. 플라즈마 및 스파크는 이와 같은 명세서에 상호교환적으로 사용된다.
레이저 유도 분석 분광법을 사용하는 샘플에 존재하는 성분을 분석하는 방법은 종래기술로 알려져 있다. 예를 들면, 그 기술과 관련된 특허 목록은 싱(Singh)등에 의해 1998년 5월 12일에 발표된 미국 특허 제5,751,416호에서 찾을 수 있다. 더구나 이러한 방법은 다양한 재료 및 산업 환경에 적용되었다. 다른 액체를 처리하는 것과 달리, 처리 용기(vessel) 내의 고온으로 용융된 재료의 레이저 유도 분석 분광법에 의한 분석은 재료가 반응 대기에 노출되었을 경우, 오염 또는 재료 산화에 유동적이기 때문에 자주 어려움을 나타낸다.
용융된 재료를 분석 및 이러한 문제점을 극복하기 위해 레이저 유도 분석 분광법 기술을 이용하기 위해, 데이터 분석의 방법은 레이저 유도 분석 분광법에 의한 분석을 위해 상대적으로 순수하게 용융된 재료의 표면을 노출시키기 위한 수단과 연합된다. 종래에, 이러한 문제를 바로잡기 위해 및 용융된 재료에 레이저 유도 분석 분광법에 의한 측정을 수행하기 위한 세 개의 접근방식이 이하의 문서에 예시하는 바와 같이 종래에 사용되었다.
스펜스레이(Spenceley) 등에 의해 1985년 9월 4일에 출간된 영국 특허 2,154,315A호는 슬래그(slag) 층 아래에 용융된 금속의 표면을 관통하도록 용기 내로 돌출될 수 있는 탐침을 기술한다. 상기 탐침은 금속의 도입에 의해, 그리고 탐침으로 들어감과 더불어 탐침에 수직이면서 용융된 금속의 표면에 평행인 제한된 포트(port)에서 나가는 비활성 가스의 흐름에 의한 손상을 방지하기 위해 적절히 냉각 및 가압된 세라믹 칼라(collar) 수단에 의해 그 종단이 보호된다. 이러한 접근방식은 고정된 안정한 표면에만 적용될 수 있다. 더구나, 이러한 구성에서, 레이저 조사는 후레쉬(fresh)하지 않으면서 용융된 금속을 반드시 나타내지 않는 노출된 표면을 샘플링한다. 더구나, 레이저 조사는 필드(field)의 깊이를 감소시켜 용광로로부터 짧은 거리에서 작동을 제한하는 도파관(광 섬유)을 통해 전송된다.
김에 의해 1991년 1월 22일에 발행된 미국 특허 4,986,658호는 분광기 분류를 유도하는 레이저에 의해 용융된 금속 분석을 실행하는 것에 대한 탐침을 기술한다. 상기 탐침은 삼각 펄스 파형을 갖는 펄스를 생성하는 고압의 레이저를 포함한다. 탐침 헤드(head)가 용융된 금속에 담궈질 때, 펄스화된 레이저 빔은 용융된 금속 성분을 대표하는 본질적인 성분을 갖는 플라즈마를 생성하는 일부의 용융된 금속을 증발시킨다. 탐침은 게이트되어 강화된 포토다이오드 어레이(array)에 결합된 회절 격자를 각각 구비한 한쌍의 분광기를 포함한다. 플라즈마의 분광학적 원자의 방출은 평행의 두 개의 분광기를 사용함으로써 플라즈마의 생존동안 두 개의 분리되는 시간 윈도우(time window)에서 탐지되고 분석된다. 최초 또는 두 번째 시간 윈도우 중 어느 하나의 시간 윈도우 동안, 또는 양쪽 시간 윈도우의 결합동안, 얻게되는 스펙트럼은 용융된 금속의 원자의 성분을 추론하기 위해 사용될 수 있다. 액체를 대표하는 본질적인 성분을 얻기 위한 이와 같은 배치에서, 상기 탐침 헤드는 액체 또는 용융된 금속에 담궈져야 한다. 그러나 담궈진 탐침 시스템은 사용하기가 쉽지 않고 대부분의 용융된 금속 또는 용융된 유리를 가져 사용하기에 적합하지 않다. 더구나 탐침은 상술한 바와 같이 후레쉬하지 않으면서 문제가 있는 고정된 표면을 샘플한다.
칼호프(Carlhoff) 등에 의해 1991, 2월 26일에 발행된 미국 특허 4,995,723호는 용융 용기의 액체 금속에 대해 레이저 유도 분석 분광법에 기초한 성분 분석 시스템을 광학적으로 결합시키기 위한 방법 및 장치를 나타낸다. 슬래그 프리(free) 금속욕(metal bath)에 대한 직접적인 접근은 그 금속용 레벨 아래의 용기 또는 용기 바닥의 측벽에 보어 홀(bore hole)을 통해 달성된다. 액체가 달아나는 것을 방지하기 위해, 가스가 필요한 역압을 생성하도록 주입된다. 이러한 접근방식에서, 레이저 조사에 노출된 용융된 금속의 표면은 고정적이다. 더구나 표면의 결빙을 방지하는 것이 어렵다.
두 개의 동일선상의 레이저에 의해 일어나는 두 개의 일시적으로 근접한 스파크는 액체의 분광화학적 분석을 위해 크레머(Cremer) 등에 의해 1990년 5월 15일에 발행된 미국 특허 4,925,307호에서 사용되었다. 레이저 광은 스파크가 액체 내부의 부피에서 발생하도록 샘플에 의해 거의 흡수되지 않는다. 최초의 레이저 펄스에 의해 생성된 스파크는 최초의 스파크가 붕괴된 후에 수백 마이크로초 동안 가스의 상태로 유지되는 액체에 버블을 생성한다. 최초의 펄스 후에 통상적으로 18 마이크로초 동안 연소되고 두 번째 레이저 펄스는 가스의 버블내에 두 번째 스파크를 생성한다. 레이저 빔 축에 90도로 방향이 정해진 분광기에 의해 탐지된 두 번째 스파크의 방출 스펙트럼은 두 번째 레이저 스파크에 의한 버블을 샘플링함으로써 원자 종의 증가된 탐지가능성이 얻어지도록 더욱 강하고 최초의 스파크와 비교되는 감소된 선 넓이를 나타낸다. 상대적으로 투명한 액체의 오프라인 분석에 적합하기 때문에, 이와 같은 접근방식은 용융된 금속, 불투명한 액체 또는 실시간 측정에 대해 사용되지 않는다.
요약하면, 본 발명의 기술은, 프로세싱 동안, 용융된 재료의 다양한 성분을 지속적으로 모니터링하여, 실험실 분석을 위해 용융물로부터 샘플을 떼어놓을 필요성을 없애거나 감소시키는 것이다. 용융된 재료의 직접적인 모니터링은 분석의 결과에 따라 실시간으로 모니터링되는 프로세스를 조절하기 위한 능력을 포함하여, 개별 샘플링에 비해 많은 이점을 제공한다. 더구나, 본 발명은 용융된 재료에 대해 레이저 유도 분석 분광법(즉, 레이저 유도 분광법)에 기초한 성분 분석 시스템을 결합시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
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일면에서, 본 발명은 재료 상에서 수행된 레이저 유도 분석 분광법이 정확한 분석을 수행하도록 재료의 성분을 대표하는 용융된 재료의 일부분을 준비하는 문제를 다룬다.
본 발명의 다른 면에서, 용융된 재료에 대한 직접적인 접근은 튜브의 종단에서 재료 내에 버블을 형성하는 탐침 튜브를 통해 적합한 가스를 주입하는 동안 용융된 재료로 도입되는 탐침을 통해 달성된다. 이러한 버블은 용융된 재료의 후레쉬 표면의 형성이 레이저 조사에 노출되게 한다. 버블 내의 용융 표면 일부분에 포커스된 레이저 빔은 플라즈마에 존재하는 성분에 대한 특정 방사선을 방출하는 플라즈마를 생성한다. 방사선은 스펙트럼의 식별을 위한 분광기로 튜브 및 도파관을 통해 유도된다.
또 다른 면에서, 본 발명은 레이저 빔의 타겟팅을 돕기 위해 버블의 내면을 모니터링하는 비전 시스템을 사용한다. 즉, 레이저 펄스의 타겟팅을 돕기 위해 튜브를 통해 미리 준비된 일부분을 광학적으로 모니터링한다.
본 발명의 다른 면에서, 레이저 유도 분석 분광 탐침은 버블이 다양한 분석 환경에서 조절될 수 있도록 각기 다른 각으로 용융된 금속에 도입(삽입)될 수 있다.
본 발명의 다른 면에서, 레이저 유도 분석 분광 탐침은 용융욕(molten bath)으로 공기를 주입하기 위해 구리 용광로(smelter)와 같은 임의의 파이로메탈러지컬(pyrometalurgical) 용기에 사용된 침수된 송풍구를 통해 도입될 수 있다. 이러한 상황에서, 근처의 송풍구 첨가물과 반대로, 레이저에 의한 용융물 타겟팅은 탐침 헤드에 설치된 비디오 카메라 상의 송풍구의 종단을 이미징함으로써 돕게 될 것이다.
더구나, 레이저 유도 분석 분광법에 의한 분석은 통상적으로 무수한 스펙트럼의 평균 및 프로세싱 데이터를 요구한다. 이것은 반응하는 송풍구를 통한 측정에 대해 특히 진실하고 활발한 버블 운동 및 버블 표면에 화학적 반응은 높게 가변가능한 스펙트럼의 강도 및 현상의 결과를 가져온다. 구리에 대한 반응 층 두께의 용융은 주입된 공기의 산소에 대한 용융욕의 노출시간에 의존한다.
일면에서, 본 발명은 레이저 유도 분석 분광법에 의해 용융된 재료 또는 액체 재료를 분석하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 가스의 흐름에 의해, 재료의 성분을 대표하는 재료의 일부분을 준비하는 단계 및 재료의 플라즈마를 생성하기 위해 미리 준비된 일부분에 적어도 하나의 레이저 펄스를 전송하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 스펙트럼 분석기에 플라즈마에 의해 발생된 방사선을 전송하는 단계 및 재료의 성분에 대한 방사선의 스펙트럼을 분석하는 단계를 더 포함한다.
다른 면에서, 상기 방법은 상기 재료 내에 버블을 형성하기 위해, 튜브를 통해 압력하에 가스를 주입하는 단계를 포함하고, 상기 버블의 내면이 상기 재료의 미리 준비된 일부분이다.
또 다른 면에서, 본 발명은 실시간 분석에 대한 일련의 측정을 생성하도록 복수의 레이저 펄스를 사용한다.
상위의 관점에서, 본 발명의 목적은 용융된 재료의 표면에 레이저 펄스를 포커싱함으로써 용융된 재료의 믿을만한 분석을 허용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 근본적인 용융된 재료의 지속적인 레이저 유도 분석 분광법에 의한 분석을 효과적으로 달성하기 위해 반응 표면의 산화물 또는 다른 생산품과 관련된 간섭을 극복하면서, 레이저 유도 분광 시스템을 갖는 용융된 재료의 직접적인 모니터링을 위한 수단을 제공한다. 무수한 레이저 펄스 및 신호 프로세싱의 사용을 통해, 본 발명은 표면층 또는 오염 및 근본적인 벌크 용융된 재료의 동시 식별 및 분석을 또한 허용할 것이다. 더구나, 본 발명은 용융된 재료, 또는 용융된 고체 재료를 갖는 또는 표면층 또는 오염이 없는 복합 위상의 동시의 분석을 그러한 수단에 의해 또한 허용할 것이다. 상술한 표면 반응층, 표면 오염 또는 위상의 식별은 가변가능하고, 거의 분석된 플라즈마 방출을 나타내는 연속 레이저 펄스에 의해 제거된 부피에 대한 공간의 분포에 의존한다.
일면에 따르면, 본 발명은 용융된 재료 또는 액체 재료를 분석하기 위한 레이저 유도 분광 장치로 유도된 레이저를 제공한다. 이 장치는 한 종단에 투명한 윈도우를 구비하고 재료의 성분을 대표하는 재료의 일부분을 준비하기 위해 압축하에 가스를 재료에 주입하기 위한 튜브, 및 재료의 플라즈마를 생성하기 위해 미리 준비된 일부분 쪽으로 튜브 및 윈도우를 통해 펄스화된 레이저 빔을 전송하기 위한 레이저 소스를 포함한다. 상기 장치는 튜브 및 윈도우를 통해 플라즈마로부터 방사선을 전송하기 위한 광학 장치, 및 성분을 결정하기 위해 방사선을 분석하기 위한 스펙트럼 분석기를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 표면을 모두 교란시키기 위해 공기(air) 또는 적합한 가스의 주입을 이용하고 레이저가 용융물 상의 후레쉬 표면을 반복적으로 샘플링할 수 있게 하여, 측정에 따른 방해로부터 그들을 보호하기 위해 초점의 부피로부터 에어로졸 및 입자를 제거한다. 더구나, 본 발명에 따른 공기 또는 적합한 가스(비활성 가스 및 반응가스)의 사용은 금속의 증기 및 용융된 표면에 플라즈마가 생성된 레이저에 의해 방출된 광을 그것들이 흡수하는 것을 방지하는 레이저 펄스에 의해 스플레쉬(splash)된 입자의 제거를 가능하게 한다. 본 발명은 비디오 카메라 상에 송풍구의 종단을 이미징함으로써, 근처의 첨가물과 반대로, 용융물 상에 레이저의 타겟팅을 도울 수 있게 한다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은 용융된 재료의 현장에서의 일시적인 분광 분석을 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 다른 목적은 용융된 재료에 버블을 형성함으로써 신뢰할만한 실시간 레이저 유도 분석 분광법에 의한 분석을 용이하게 하여, 레이저가 이러한 버블의 후레쉬 표면을 반복적으로 샘플링할 수 있게 하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일면에 따르면, 장치는 레이저 유도 플라즈마 분광 분석에 의한 용융된 재료에 하나 또는 다수의 성분의 농도의 광학적 분석을 위해 제공된다. 장치는 용융된 재료의 각각의 성분으로부터 유도된 본질적인 방사선을 포함하는 광학 방사선을 방출하는 플라즈마를 발생시키기 위해 용융된 재료의 표면에 레이저 펄스를 발생시켜 포커싱하기 위한 수단; 입사 에너지에 따라 용융된 재료로부터 분출된 드롭(drop)이 상기 광학 시스템의 광학 윈도우에 축적되는 것을 방지하고, 레이저 빔의 초점의 부피로부터 에어로졸을 제거하기 위한 적합한 주입 가스를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 장치는 용융된 재료 상에 존재하는 선택된 성분을 대표하는 특정한 라인 방출을 포함하는 방사선 스펙트럼을 측정하기 위한 수집 시스템의 광학 축을 따라 샘플링하기 위한 거의 동일선상의 레이저 빔; 확립된 실험실 기술에 의해 독립적으로 측정된 각기 다른 성분 농도를 갖는 표준 샘플을 사용하여 얻어진 이전에 확립된 측정 커브와의 비교에 의해 선택된 성분의 농도를 결정하기 위한 데이터 프로세싱 수단을 포함한다.
본 발명의 또다른 면에 따르면, 검출 단계는 거의 동일선상의 광학 시스템 및 분광기를 사용하여 용융된 재료 상에 존재하는 선택된 성분을 대표하는 특정한 라인 방출을 포함하는 방사선 스펙트럼을 샘플링 및 측정하는 단계; 및 확립된 실험실 기술에 의해 독립적으로 측정된 각기 다른 성분 농도를 갖는 샘플에 대응하는 표준화 신호 레벨을 기록함으로써 얻어진 이전에 확립된 측정 커브와 그것들을 비교함으로써 선택된 성분의 농도를 결정하도록 데이터를 프로세싱하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 검출 단계는 포토다이오드 어레이, 보강된 CCD 카메라, 또는 백그라운드 방사선 및 용융된 재료 상에 존재하는 성분으로부터의 방출물 모두를 측정하기 위해 개별적으로 위치된 광전자증배관을 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기의 목적과 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 다음 상세한 설명의 고려로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융된 재료에 대한 레이저 유도 분광 시스템을 개략적으로 나타내고;
도 2는 구리를 용융하는데 사용된 송풍구를 통해 용융된 매트의 성분을 모니터링하는데 사용하기 위한 다른 실시예에 따른 레이저 유도 분광 시스템의 개략도이고;
도 3은 용융된 금속을 모니터링하기 위한 레이저 유도 분석 분광 탐침의 도해를 도시한 다른 배치를 나타내고;
도 4는 탐침 헤드에 설치된 비디오 카메라에 의해 송풍구 종단의 통상적인 이미지를 나타내고;
도 5는 구리 매트의 용융동안 제공된 철이 풍부한 반응층(iron rich reaction layer)을 포함하는 초점의 부피에서 레이저에 의해 용융된 재료로부터 통상적으로 제거된 부피를 도시한 도면이고;
도 6은 철/구리 종의 플롯(flot)의 가장 낮은 지역에서 용융된 매트로부터의 통상적인 스펙트럼과 구리 용융 동안의 고체 첨가물(고체 재료)에 대한 스펙트럼을 비교하고;
도 7은 일종의 철 라인/구리 라인 비율을 도시하고;
도 8은 매트의 철에 대한 레이저 유도 분석 분광법과 기존 기술 사이의 비교를 도시하며;
도 9는 용융된 아연의 알루미늄에 대한 측정 커브를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 레이저 유도 분석 분광법은 적절한 가스를 분사하여 통과시킴으로써 용융된 재료에 액세스하기 위한 튜브, 여기된 플라즈마에 의해 방출된 방사광을 분광기로 전달하는 수단, 액체에 존재하는 성분들의 방사 특성을 검출 및 분석하는 수단을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 대한 개략도이다. 본 발명의 도면들에서 지시된 각 개별 성분들은 모두 레이저 유도 분석 분광법 기술분야에서 공지된 것들이고, 이들의 특정 구조 및 동작은 본 발명을 실시할 때 또는 본 발명의 최적 실시예에 중요한 요소가 아니다. 탐침(10)은 레이저 소스 헤드(14)에서 포커싱 렌즈(13)로 레이저 펄스를 반사시키는 제1 미러(12)를 포함한다. 제2 (디크로익) 미러(16)는 레이저 펄스를 수정 윈도우(38) 및 고압에서 가스를 분사시켜 용융된 재료에 버블(19)을 생성하는 튜브(18)를 통해 용융된 재료(17)의 표면으로 반사시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마는 버블 내의 용융된 재료의 표면에 형성된다. 플라즈마에 의해 방출된 광은, 수정 윈도우(38), 디크로익 미러(16), 부분적으로 반사 미러(30)를 통과한 후에, 광섬유 케이블(22)의 인입단에서 제2 렌즈(20)에 의해 포커싱된다. 광은 광섬유에 의해 분광기(24; )로 가이드된다. 분광기의 검출기(26)의 포토 다이오드 어레이 또는 CCD 카메라 또는 광전자증배관(PM; photomultiplier)은 데이터의 처리 및 처리 평가를 위해 컴퓨터 제어 처리 장치(28; 제어 처리 컴퓨터)에 제공되어 용융된 재료 내에서의 다양한 성분들의 농도를 결정한다.
용융물 상의 레이저 타겟팅을 돕기 위해, 용융된 금속에서의 튜브(18)의 유출구 근처의 첨가물과 반대로, 부분적인 반사 미러(30)는 용융 표면에서 방출되는 광의 주어진 부분을 상기 광을 렌즈(34)로 반사시키는 또다른 미러(32)로 반사시킨다. 렌즈(34)는 상기 광을 비디오 카메라(36)에 포커싱한다. 도 4는 통상적인 결과 이미지를 나타낸다. 이 도면은 주위의 어두운 부분에 불규칙적으로 형성된 첨가물의 홀을 통해 관측할 수 있는 버블 표면에서의 플라즈마의 이미지를 나타낸다. 그러한 이미지를 이용하여, 실험자는 첨가물 대신에 용융 재료를 타겟팅할 수 있었다. 또한 상기 탐침을 자동으로 로봇 시스템 시스템에 실장하고 이미지 분석을 수행함으로써 이러한 타겟팅 동작을 수행하는 것도 가능하다.
충분한 압력 및 흐름으로 튜브를 통해 가스를 주입함으로써, 샘플에 포커싱된 레이저 펄스에 의해 생성되는 용융된 재료의 파편, 입자, 또는 드롭(drop)이 수정 윈도우(38)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 또한 주입에 의해 레이저 빔의 경로로부터의 레이저 펄스에 의해 형성된 에어로졸을 제거하여, 다음 레이저 펄스가 에러로졸에 흡수되는 것을 피할 수 있다. 또한, 주입에 의해 튜브에서 금속성의 증기를 제거하여, 플라즈마에 의해 방출된 광이 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 주입과 동시에 프로세싱 및 분석중인 용융된 재료와의 특정 반응을 유도하는 데에는 특정 가스 또는 공기와 같은 가스의 혼합물이 사용될 수 있다. 용융된 재료의 서로 다른 성분은 서로 다르게 반응하여 서로 다른 층을 형성하고, 펄스화된 레이저에 의한 레이저 유도 분석 분광법은 층들이 성장함에 따라 이러한 층들을 구별할 수 있다. 한편, 상기 튜브의 적어도 일부는 저항 재료로 만들어지고 상기 재료에 담궈지도록 만들어진다.
본 발명은 노란다 반응기(Noranda Reactor) 및 피어스 스미스 컨버터(Pierce Smith converter)와 같은 구리(copper) 용융 용기 내의 용융된 매트(matte) 및 구리 기포(copper blister)의 성분 모니터링에 유용하다는 것을 알 수 있다. 매트는 주로 황화철 및 황화구리로 구성되고, 용융 처리과정의 후단계에서 생성된 구리 기포는 99% 구리 농도를 초과한다. 구리 용융 용기는 황을 산화시키고 양극 구리의 생성에 요구되는 다른 금속 변환에 영향을 주기 위한 고압 가스를 주입하기 위한 수개의 송풍구를 구비한다. 이 경우, 도 1의 변형 실시예가 사용될 수 있으며, 그 변형 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 유도 분석 분광법 탐침은 송풍구 소음기 볼 실(42)를 관통하여 이동시키기 위한 약 1.25값 지름의 짧은 금속 튜브(40)가 조립된다. 이 튜브는 송풍구를 통한 공기 흐름을 방해하지 않을 정도로 충분히 짧다. 용융 온도는 통상적으로 1200℃이고, 산소 강화(enriched) 공기 플로우는 700 scfm(standard cubic feet per minute)이다. 용융된 아연 합금의 분석과 같은 다른 응용예에서, 소형 튜브 또는 송풍구가 레이저 유도 분석 분광법에 의한 측정을 위해 구체적으로 소개될 수 있고, 분당 약 1리터의 가스 흐름이면 충분하다. 이 경우에, 도 1과 유사한 실시예가 용융된 아연을 모니터링하는데 사용될 수 있고, 도 3에 도시되어 있다. 이 도면에서, 탐침(52)의 튜브(50)가 수직 위치에서 용융된 금속으로 유도되고, 레이저가 슬래그가 없는 버블 내에서 후레쉬(fresh)한 금속을 샘플링할 수 있도록 해준다. 탐침의 튜브는 소정의 각도로 용융된 금속(재료)에 유도(삽입)될 수 있고, 및/또는 튜브의 종단은 버블의 제어를 개선하는 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정한다.
구리 용융 송풍구를 통과하는 플라즈마를 여기하여 용융된 재료의 성분에 대한 방사 특성을 나타내기 위한 충분한 파워를 갖는 레이저로는 200cm 초점거리 포커싱 렌즈와 결합된 Big Sky 모델 400Nd:YAG 400mJ NIR 레이저가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 플라즈마로부터의 방사광은 실질적으로 레이저 빔과 동일선상에 있는 보호 윈도우(38)를 통과한다. 방사광은 디크로익 미러(16)에 의해 레이저 빔의 경로와 분리되고, 렌즈(20)에 의해 광섬유(22)로 포커싱되며, 이에 의해 광학 분광기(24)로 전달되어 분석된다. 50 마이크론의 슬릿 폭 및 3600 그루브/mm 그레이팅을 갖는 0.35m Czerny-Turner 분광기가 Andor Technology가 생산한 게이티드 인텐시파이드(gated intensified) CCD 카메라(25)과 함께 사용될 수 있다. 선택적으로, 섬유 미러와 같은 보조 광학 장치로 또는 그러한 장치 없이, 용융된 재료에 존재하는 성분으로부터의 방사 및 배경 방사를 검출하도록 배치된 포토다이오드 어레이 검출기가 유용한 측정치를 제공할 수 있다. 측정될 스펙트럼 피크의 선택은 응용예에 따라 달라진다. 이하에 설명할 용융된 매트에서의 금속의 분석에 대해서, 404.5nm에서의 원자 방사 피크는 100 ㎲의 통합 및 2㎲의 포착 지연을 사용하여 100ppm 내지 적어도 5%까지의 선형 측정을 얻을 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 레이저 유도 플라즈마 분광법에 의해 용융된 재료의 하나 이상의 농도를 광학적으로 분석하는 방법은, 용융된 재료의 표면 상에 연속 레이저 펄스를 방사 및 포커싱하여 용융된 재료의 개별 합성 성분으로부터 유도된 방사광을 포함하는 광학 플라즈마 방사광을 생성하는 단계를 포함하며, 이에 의해 한 측정치 집합에 대한 메이저 성분과 비율이 맞춰진 마이너 반응 성분이 증가하는 순서로 정렬된다. 반응 생성물 층에서 마이너 반응 성분의 농도가 용융욕에서의 농도를 초과하는 곳에서, 그 정렬의 x축의 원점에 대한 선형 외삽으로 얻어진 최저비율은 상기 용융욕에서의 마이너 성분의 농도를 나타내는 것으로 선택된다. 이러한 더 높은 비율값은 주로 측정치에 포함되는 버블 표면 상의 반응 생성물에서의 성분의 다양한 양에 기인한다. 거꾸로, 반응 생성물층에 실질적으로 없는 성분들에 대해서, 최저 정렬 순서에 성분 비율을 외삽하는 것은 그 층이 분석에 미치는 마스킹 또는 희석 효과를 본질적으로 제거한다.
구리 용융에서의 매트의 성분 모니터링의 응용예로 돌아가서, 도 5는 산소 강화 공기가 주입된 용융된 매트 버블(62)의 내면 상의 철분 강화 산소 반응층(60)을 나타낸다. 상기 도면은 또한 레이저 빔(64) 및 레이저 및 플라즈마(68)에 의해 제거된 재료(66)를 나타낸다. 반응층(60)은 용융욕의 황화철의 우선 산화에 기인한다. 황화구리의 산화는 용융 황화철의 산화가 용융 건식 프로세스에서 완료된 후에 우선적으로 발생한다. Noranda Process Reactor에서, 철의 연속 분석은 특히 초과 내화 부식에 이르게 되는 구리의 산화를 방지하는 농도를 유지하는데 중요하다. 반응층(60)의 두께는 주위 가스에 표면의 노출시간에 따라 달라진다. 후레쉬한 표면에 대해서는, 산소층의 두께가 레이저의 제거 깊이에 비해 얇은 경우는, 플라즈마는 실질적으로 용융욕으로부터 유도된다. 이 경우에 관측된 스펙트럼은 고체 재료(예컨대 송풍기의 끝에 증착된 첨가물)로부터 얻어진 것과 매우 유사하고, 벌크(bulk)를 대표한다. 그러한 경우가 도 6에 도시되어 있다. 이 스펙트럼은 1064mm 파장에서 YAG 레이저에 의해 제공된 280 mJ 에너지의 단일 레이저 펄스 샷(shot)을 조사함으로써 3%의 철을 포함하는 매트의 표면에서 약 1mm 직경 스폿으로부터 포착하였다. 한편, 산화층의 두께가 레이저의 제거 두께에 비해 커지게 되면, 플라즈마는 반응층 및 용융욕으로부터 유도된다. 레이저의 제거 깊이에 비해 두꺼운 산화층에 대해서, 레이저는 용융된 재료의 벌크에 도달하지 못하고, 따라서, 스펙트럼은 반응층에 대한 정보만을 제공하며 용융욕에 대한 정보는 제공하지 않는다.
버블의 표면은 빨리 산화되고 얇은 철 강화 반응층은 그리 자주 사용되지 않기 때문에, 벌크 철 농도를 올바로 평가할 수 있도록 방법이 수정되어야 한다. 상기 평가는 도 7에 도시된 바와 같은 정렬 플롯(plot)에 기초한 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 도면의 6개의 플롯의 횡축 및 종축은 각각 강도비의 증가하는 순서에 따라 정렬된 6개의 300 스펙트럼 데이터 파일에 대한 구리 402.2mm 피크 강도에 대한 철 400.5의 순위 및 크기에 해당한다. 즉, 300개의 연속된 레이저 샷으로 구성된 레이져샷 시리즈는 300개의 피크 비율 측정치를 생성한다. 이러한 비율 측정치가 증가하는 순서로 랭크되어 있다. 6개의 이러한 레이저 샷 시리즈가 계산되고, 그 측정치가 도 7에 도시되어 있다. 타겟팅된 재료는 용융된 구리 매트이다. 더 높은 구리 라인 비율값은 레이저 제거 깊이에 비해 두꺼운 철 강화 반응층에 해당한다는 점이 이해된다. 도 7은 정렬 플롯의 더 높은 비율값은 용융욕의 벌크에 있는 철의 측정치에는 기여하지 않아 삭제되어야 한다. 상기 도면의 화살표로 표시된 바와 같이, Y축과 X축 원점과의 교차점을 포착하기 위한 구리-철 비율 정렬 플롯의 선형부의 외삽은 용융 상태에서 철 농도를 나타내는 값을 제공한다.
도 8 및 도 9는 각각 매트에서의 철 및 용융된 아연에서의 알루미늄의 측정 커브를 나타낸다. 도 8은 용융된 매트의 표면 상에 레이저 펄스를 포커싱함으로써 얻은 철 측정치에 대한 측정 커브를 나타낸다. 레이저 유도 플라즈마 분광법에 의한 정량 분석에 있어서, 성분들은 스펙트럼 라인 강도의 측정치에 의해 모니터링되고, 이것은 적절하게 선택된 라인들에 대해, 종(species) 농도에 비례한다. 이러한 라인 강도들은 수개의 파라미터에 영향을 받는다. 특히, 기화양 및 이온화 정도에 상당히 의존하고, 이것은 레이저 파장, 레이저 영향, 펄스간 변화, 샘플 표면 형태, 주위 가스 종류의 함수로 변경할 수 있다. 송풍구를 통해 적절한 가스(용융된 매트의 경우는 산소 강화 공기)를 주입함으로써 용융된 재료 내에 버블을 생성할 때, 이러한 버블들의 형태 및 위치의 변화는 용융된 재료 표면에서 레이저 빔의 입사각을 변경시키고, 이것은 결국 레이저의 영향 및 라인 강도를 변경시킬 수 있다. 결과적으로, 2개의 라인 비율, 예컨대 구리 용융의 경우에는 철 라인 대 구리 라인의 비율(도 8에 도시된 바와 같은)을 도시함으로써, 중요한 정보를 얻을 수 있다.
본 발명은 용융 금속의 처리, 합금 및 사용과 같은 다수의 공업 프로세스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 비스무스 및 납과 같은 마이너 성분의 제거를 모니터링하기 위해 기포 구리의 열 정련(pyrorefining) 과정 중에 측정이 행해질 수 있다. 알루미늄, 마그네슘 및 아연 합금의 제조는 첨가물의 연속적인 본래 분석을 통해 보다 양호하게 제어될 수 있다. 상승된 온도에서의 비금속 액체, 예컨대 알루미늄 및 마그네슘의 제조에 사용되는 용융된 염 전해물의 합성도 모니터링될 수 있다. 서로 다른 흡입력 및 불순물 형성의 결과로 알루미늄 및 철 첨가물의 농도가 달라지는 아연도금과 같은 공업 프로세스 또한 연속 온라인 분석을 통해 보다 잘 제어될 수 있다. 한편, 재료의 프로세싱이 핫 딥(hot dip) 아연도금 프로세스이다.
도 9는 도금 공정을 제어하기 위해 아연욕에서 알루미늄 첨가물에 대해 얻은 측정 커브이다. 여기서 다시 본 발명에 따라 측정 정확도가 개선된다. Al과 Zn 스펙트럼 라인이 측정되고, 커브의 Y축은 Al/Zn의 강도비율을 나타내고, X축은 Al 농도를 나타낸다. 또한, 이러한 배열 자체가 분석이 될 수 있기 때문에, 알루미늄 또는 다른 적절한 튜브에 의해, 단순히 용융 금속에 접근함으로써 아연욕의 성분을 연속적으로 제어할 수 있다.
또한, 구리의 정련 및 전기 위닝(electrowinning) 등에 사용되는 수용액 및 다른 용액도 분석될 수 있으므로, 본 발명의 응용은 고온 액체에 한정되지 않는다. 본 발명은 또한 액체 상태에서 수행된 다양한 화학 또는 전기화학적 프로세스의 모니터링에도 적용될 수 있다. 버블을 형성하기 위해 액체에 주입된 가스는 반응물을 생성하는데 사용되거나 비활성 기체(가스)일 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 단일 레이저 펄스를 사용한다. 1999년 12월 28일자의 Sabsabi 등에 의한 미국 특허 제6,008,897호에 개시된 바와 같이, 두 번째 레이저 펄스의 사용은 민감성을 매우 증가시킬 수 있다. 동일한 레이저 유닛에서 발생된 두 번째 레이저 펄스, 또는 적절한 혼합 광학 장치를 사용함으로써 빔이 첫 번째 빔으로 동일선상에서 주사되는 독립 레이저는 장치의 구조를 약간 복잡하게 하면서 다른 경우에도 사용될 수 있을 것이다.
또한, "결합된 파장 레이저 펄스를 사용한 개선된 레이저 유도 플라즈마 분광법"으로 명칭된 Detalle 등에 의해 2001년 1월 16일자로 출원된 미국 특허출원 제10/046,227호 및 St-Onge 등(Spectrochimica Acta B, Vol. 57, pp.121-135,2002)에 설명되어 있는 바와 같이, 서로 다른 파장(예컨대, 적외선 및 자외선)의 수개의 펄스를 동시에 전송하게 되면 민감도가 증가하고, 이러한 접근방식은 용융된 또는 액상의 재료의 분석을 위해 설명된 시스템에도 사용될 수 있다.
이상 용융된 재료에 대한 원상태의 일시적인 분광 분석을 위한 개선된 방법 및 장치를 설명하였다. 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 위에 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 이하의 청구항의 해석에 의해 결정되는 범위에 포함되는 모든 실시예들을 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구범위의 해석에 따라 결정되는 모든 변형예 및 균등예들을 포함하는 것으로 결정된다.
Claims (40)
- 레이저 유도 분광법에 의해 용융 재료 또는 액체 재료를 분석하는 방법에 있어서,상기 재료 내에 버블을 형성하기 위해, 튜브를 통해 소정 압력하에 주입된 가스의 흐름에 의해 상기 재료의 성분을 대표하는 상기 재료의 미리 준비된 일부분을 준비하는 단계;상기 재료의 플라즈마를 생성하기 위해 튜브를 통해 상기 미리 준비된 일부분에 적어도 하나의 레이저 펄스를 전송하는 단계;상기 튜브를 통해 스펙트럼 분석기에 상기 플라즈마에 의해 생성된 방사선을 전송하는 단계; 및상기 재료의 성분을 결정하기 위해 상기 전송된 방사선의 스펙트럼을 분석하는 단계를 포함하며,상기 버블의 내면이 상기 재료의 미리 준비된 일부분인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 가스는 상기 재료의 프로세싱에 사용되는 공기, 비활성 가스 및 반응가스를 포함하는 가스 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 가스는 상기 재료의 프로세싱에 사용되는 가스 그룹에서 선택된 반응가스이고,그렇게 결정된 성분에 따라 상기 재료의 프로세싱을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 레이저 펄스의 타겟팅을 돕기 위해 상기 튜브를 통해 상기 미리 준비된 일부분을 광학적으로 모니터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,두 개의 스펙트럼 라인의 비율을 플롯팅(plotting)하는 단계를 포함하며,상기 스펙트럼 라인 중 하나는 상기 재료의 특정 성분에 관한 것이고, 상기 스펙트럼 라인 중 다른 하나는 일정한 메이저 성분에 관한 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,외삽에 의해 상기 재료의 벌크를 대표하는 비율을 찾는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,독립된 실험실 측정을 통해 측정된 샘플 상의 확립된 측정 커브를 사용하여 결정된 성분을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 재료의 프로세싱은 구리 용융이고, 상기 특정 성분은 철이며, 상기 일정한 메이저 성분은 구리인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 재료의 프로세싱이 핫 딥(hot dip) 아연도금 프로세스인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,다수의 플라즈마를 생성하기 위해 일련의 레이저 펄스를 전송하는 단계; 및상기 재료의 성분을 결정하기 위해 상기 다수의 플라즈마 각각을 분석하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,두 개의 스펙트럼 라인의 비율을 플롯팅하는 단계를 포함하며,상기 스펙트럼 라인 중 하나는 상기 재료의 특정 성분에 관한 것이고, 상기 스펙트럼 라인 중 다른 하나는 일정한 메이저 성분에 관한 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 프로세싱 단계는,외삽에 의해 상기 재료의 벌크를 대표하는 비율을 찾는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,독립된 실험실 측정을 통해 측정된 샘플 상의 확립된 측정 커브를 사용하여 결정된 성분을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 재료의 프로세싱은 구리 용융이고, 상기 특정 성분은 철이며, 상기 일정한 메이저 성분은 구리인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 재료의 프로세싱이 핫 딥(hot dip) 아연도금 프로세스인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서,일련의 플라즈마를 생성하기 위해 일련의 다른 파장의 레이저 펄스를 전송하는 단계; 및상기 재료의 성분을 결정하기 위해 상기 각각의 플라즈마의 스펙트럼을 분석하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,두 개의 스펙트럼 라인의 비율을 플롯팅하는 단계를 포함하며,상기 스펙트럼 라인 중 하나는 상기 재료의 특정 성분에 관한 것이고, 상기 스펙트럼 라인 중 다른 하나는 일정한 메이저 성분에 관한 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 프로세싱 단계는,외삽에 의해 상기 재료의 벌크를 대표하는 비율을 찾는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 분석하는 단계는,독립된 실험실 측정을 통해 측정된 샘플 상의 확립된 측정 커브를 사용하여 결정된 성분을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 재료의 프로세싱은 구리 용융이고, 상기 특정 성분은 철이며, 상기 일정한 메이저 성분은 구리인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 재료의 프로세싱이 핫 딥(hot dip) 아연도금 프로세스인 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 버블의 형성을 제어하기 위해 상기 재료에 대한 튜브의 삽입 각을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 또는 액체 재료 분석 방법.
- 용융 재료 또는 액체 재료를 분석하는 레이저 유도 분광 장치에 있어서,한 종단에 투명 윈도우를 갖춤과 더불어, 상기 재료의 성분을 대표하는 상기 재료의 일부분을 준비하기 위해 상기 재료에 소정 압력하에 가스를 주입하기 위한 튜브;상기 재료의 플라즈마를 생성하기 위해 펄스화된 레이저 빔을 상기 튜브와 상기 윈도우를 통해 상기 미리 준비된 일부분으로 전송하기 위한 레이저 소스;상기 튜브 및 윈도우를 통해 상기 플라즈마로부터 방사선을 전송하기 위한 광학 장치; 및상기 재료의 성분을 결정하기 위해 상기 방사선을 분석하기 위한 스펙트럼 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 튜브의 적어도 일부는 저항 재료로 만들어지고 상기 재료에 담궈지도록 만들어진 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 30 항에 있어서,상기 광학 장치는 렌즈, 미러 및 광섬유의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 31 항에 있어서,상기 펄스화된 레이저 빔의 타겟팅을 돕기 위해 상기 미리 준비된 일부분을 모니터링하는 비전(vision) 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 32 항에 있어서,상기 튜브가 담궈져 있을때, 상기 재료 내에 버블을 생성하기 위해 상기 가스를 주입하는 가스 주입 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 32 항에 있어서,상기 가스 주입 장치에 의해 주입된 가스는 상기 레이저 빔 경로에서 에어로졸(aerosol) 및 제거 파편의 축적을 방지하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 33 항에 있어서,상기 튜브의 종단은 상기 버블의 형성을 제어하도록 디자인된 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 튜브가 상기 재료의 프로세싱 장치 상에 제공된 송풍구에 삽입될 수 있고, 상기 송풍구를 통한 반응가스의 흐름을 방해하지 않도록 디자인된 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 36 항에 있어서,상기 광학 장치는 렌즈, 미러 및 광섬유의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 37 항에 있어서,상기 펄스화된 레이저 빔의 타겟팅을 돕기 위해 상기 미리 준비된 일부분을 모니터링하는 비전(vision) 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 38 항에 있어서,상기 튜브가 담궈져 있을때, 상기 재료 내에 버블을 생성하기 위해 상기 가스를 주입하는 가스 주입 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
- 제 38 항에 있어서,상기 가스 주입 장치에 의해 주입된 가스는 상기 레이저 빔 경로에서 에어로졸(aerosol) 및 제거 파편의 축적을 방지하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 분광 장치.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849246A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-19 | 南京先进激光技术研究院 | 一种谐振腔内激光击穿光谱检测装置 |
| KR101829811B1 (ko) * | 2016-07-29 | 2018-02-20 | 연세대학교 산학협력단 | 플라즈마 공정 계측 장치 및 방법 |
| KR101833888B1 (ko) * | 2016-07-29 | 2018-03-05 | 연세대학교 산학협력단 | 광학 장치, 이를 구비한 고효율 분광계측기 및 플라즈마 처리 장치 |
Families Citing this family (84)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPP573098A0 (en) * | 1998-09-04 | 1998-10-01 | Generation Technology Research Pty Ltd | Apparatus and method for analyzing material |
| NL1019105C2 (nl) * | 2001-10-03 | 2003-04-04 | Corus Technology B V | Werkwijze en inrichting voor het beheersen van het aandeel kristallen in een vloeistof-kristalmengsel. |
| EP1380659A1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-01-14 | Corus Technology BV | Method for fractional crystallisation of a metal |
| US6940888B2 (en) * | 2002-11-21 | 2005-09-06 | New Wave Research | Dual head laser system with intra-cavity polarization, and particle image velocimetry system using same |
| ZA200603163B (en) * | 2003-11-19 | 2007-09-26 | Corus Technology Bv | Method of cooling molten metal during fractional crystallisation |
| AT500029B1 (de) * | 2004-02-18 | 2006-11-15 | Innsitec Laser Technologies Gm | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der chemischen zusammensetzung von festen, flüssigen oder gasförmigen stoffen |
| ES2304009T3 (es) * | 2004-03-19 | 2008-09-01 | Aleris Switzerland Gmbh | Metodo para la purificacion de un metal fundido. |
| AT413244B (de) * | 2004-03-30 | 2005-12-15 | Innsitec Laser Technologies Gm | Verfahren zur ermittlung und korrektur bzw. regelung des verlaufs eines laserlichtstrahls in einem hohlkörper |
| FR2876185B1 (fr) * | 2004-10-01 | 2008-01-11 | Centre Nat Rech Scient Cnrse | Detection des emissions de fluorescence induite par un laser |
| US20060157899A1 (en) * | 2005-01-15 | 2006-07-20 | Lew Holdings, Llc | Single vessel blast furnace and steel making/gasifying apparatus and process |
| US7271898B2 (en) * | 2005-01-19 | 2007-09-18 | Bae Systems Information | Method and system for remote sensing of optical instruments and analysis thereof |
| NL1029612C2 (nl) * | 2005-07-26 | 2007-01-29 | Corus Technology B V | Werkwijze voor het analyseren van vloeibaar metaal en inrichting voor gebruik daarbij. |
| CN100460858C (zh) * | 2005-12-13 | 2009-02-11 | 上海神开石油化工装备股份有限公司 | 钻井液中含油气在线光谱测定方法 |
| AT503539B1 (de) * | 2006-05-09 | 2008-03-15 | Innsitec Laser Technologies Gm | Tauchsonde für lips-vorrichtungen |
| WO2007147587A1 (en) * | 2006-06-22 | 2007-12-27 | Aleris Switzerland Gmbh | Method for the separation of molten aluminium and solid inclusions |
| WO2008000341A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Aleris Switzerland Gmbh | Crystallisation method for the purification of a molten metal, in particular recycled aluminium |
| CA2657092C (en) * | 2006-07-07 | 2016-06-21 | Aleris Switzerland Gmbh | Method and device for metal purification and separation of purified metal from a metal mother liquid such as aluminium |
| US7394537B1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-01 | Oxford Instruments Analytical Oy | Practical laser induced breakdown spectroscopy unit |
| EP2361323B1 (fr) * | 2008-11-14 | 2016-04-13 | Primetals Technologies France SAS | Méthode et dispositif de mesure d'une composition chimique d'un liquide métallique adapté à un revêtement d'une bande d'acier |
| WO2010123530A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-10-28 | The Regents Of The University Of California | High-resolution laser induced breakdown spectroscopy devices and methods |
| DE102010035412A1 (de) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | Sms Siemag Ag | Verfahren und Vorrichtung zur spektroskopischen Temperatur- und Analysebestimmung von flüsssigen Metallbädern in metallurgischen Gefäßen, insbesondere Konvertern |
| CN102183494B (zh) * | 2011-02-18 | 2013-01-16 | 清华大学 | 一种利用等离子体空间限制作用提高元素测量精度的方法 |
| PL2489979T3 (pl) * | 2011-02-19 | 2013-09-30 | Refractory Intellectual Property Gmbh & Co Kg | Sposób rozpoznawania i pomiaru cylindrycznych powierzchni na ogniotrwałych ceramicznych częściach konstrukcyjnych w zastosowaniach metalurgicznych |
| CN102296949B (zh) * | 2011-05-13 | 2014-06-25 | 北京师范大学 | 高温高压动态钻井液烃类拉曼谱检测仪的测试方法 |
| US8664589B2 (en) * | 2011-12-29 | 2014-03-04 | Electro Scientific Industries, Inc | Spectroscopy data display systems and methods |
| JP5986646B2 (ja) | 2012-02-07 | 2016-09-06 | マテリアリティクス，エルエルシー | 試料を分析する方法およびシステム |
| CN102608080A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-25 | 唐山赛福特电子信息工程有限公司 | 基于激光诱导击穿光谱法的钢水成分实时在线检测系统 |
| RU2539740C2 (ru) * | 2012-09-13 | 2015-01-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр физического приборостроения" (ЗАО "НТЦ Физприбор") | Способ анализа химического состава материалов |
| KR101423988B1 (ko) | 2012-12-13 | 2014-08-01 | 광주과학기술원 | 레이저 플라즈마 스펙트럼을 이용한 시료 내 측정 대상 원소의 정량 분석 방법 |
| US9952100B2 (en) | 2013-01-21 | 2018-04-24 | Sciaps, Inc. | Handheld LIBS spectrometer |
| WO2014113824A2 (en) * | 2013-01-21 | 2014-07-24 | Sciaps, Inc. | Handheld libs spectrometer |
| US9435742B2 (en) | 2013-01-21 | 2016-09-06 | Sciaps, Inc. | Automated plasma cleaning system |
| US9036146B2 (en) | 2013-01-21 | 2015-05-19 | Sciaps, Inc. | Micro purge of plasma region |
| US9243956B2 (en) | 2013-01-21 | 2016-01-26 | Sciaps, Inc. | Automated multiple location sampling analysis system |
| US9267842B2 (en) | 2013-01-21 | 2016-02-23 | Sciaps, Inc. | Automated focusing, cleaning, and multiple location sampling spectrometer system |
| WO2015138921A1 (en) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | Florida State University Research Foundation, Inc. | Simultaneous on-site production of hydrogen peroxide and nitrogen oxides from air and water in a low power flowing liquid film plasma discharge for use in agriculture |
| US9861950B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-01-09 | Florida State University Research Foundation, Inc. | Method for reacting flowing liquid and gas in a plasma discharge reactor |
| US10350572B2 (en) | 2013-03-14 | 2019-07-16 | Florida State University Research Foundation, Inc. | Simultaneous on-site production of hydrogen peroxide and nitrogen oxides from air and water in a low power flowing liquid film plasma discharge for use in agriculture |
| US20140268134A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Electro Scientific Industries, Inc. | Laser sampling methods for reducing thermal effects |
| US11248961B2 (en) | 2013-03-15 | 2022-02-15 | Mat International Holdings, Llc | Methods and systems for analyzing samples |
| CN104297218B (zh) * | 2013-07-15 | 2016-09-14 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 远距离冶金液态金属成分的原位、在线检测装置及方法 |
| US10094782B2 (en) * | 2013-11-26 | 2018-10-09 | National Research Council Of Canada | Method and apparatus for fast quantitative analysis of a material by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) |
| FR3021407B1 (fr) | 2014-05-23 | 2016-07-01 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d'analyse d'un metal en fusion oxydable par technique libs |
| US11209410B2 (en) * | 2014-06-10 | 2021-12-28 | Logan Instruments Corporation | Dissolution tester assembly with integrated imaging system |
| US9956609B1 (en) | 2014-06-24 | 2018-05-01 | Melt Cognition, LLC | Metal sorting, melting and fabrication apparatus and methods |
| JP6119812B2 (ja) * | 2014-08-27 | 2017-04-26 | Ｊｆｅスチール株式会社 | スラグ組成の分析方法及び溶融金属の精錬方法 |
| US9678015B2 (en) | 2014-09-26 | 2017-06-13 | Frito-Lay North America, Inc. | Method for elemental analysis of a snack food product in a dynamic production line |
| US9719857B2 (en) * | 2014-12-31 | 2017-08-01 | Thermo Scientific Portable Analytical Instruments Inc. | Laser induced breakdown spectroscopy sample chamber |
| SG11201707292PA (en) * | 2015-01-06 | 2017-10-30 | Mastinc | Mems implementation for detection of wear metals |
| US9651424B2 (en) | 2015-02-26 | 2017-05-16 | Sciaps, Inc. | LIBS analyzer sample presence detection system and method |
| US9664565B2 (en) | 2015-02-26 | 2017-05-30 | Sciaps, Inc. | LIBS analyzer sample presence detection system and method |
| CN104849245A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-19 | 南京先进激光技术研究院 | 一种吸收腔式激光击穿检测装置 |
| CN105004700B (zh) * | 2015-07-21 | 2018-03-27 | 长春工业大学 | 一种通过选择合适样品温度点来提高libs测量精度的方法 |
| KR102222130B1 (ko) * | 2015-08-20 | 2021-03-04 | 가부시키가이샤 호리바 에스텍 | Cp₂Mg 농도 측정 장치 |
| US10598648B2 (en) | 2015-09-24 | 2020-03-24 | Frito-Lay North America, Inc. | Quantitative texture measurement apparatus and method |
| US11243190B2 (en) | 2015-09-24 | 2022-02-08 | Frito-Lay North America, Inc. | Quantitative liquid texture measurement method |
| US10070661B2 (en) * | 2015-09-24 | 2018-09-11 | Frito-Lay North America, Inc. | Feedback control of food texture system and method |
| US10107785B2 (en) | 2015-09-24 | 2018-10-23 | Frito-Lay North America, Inc. | Quantitative liquid texture measurement apparatus and method |
| US9541537B1 (en) | 2015-09-24 | 2017-01-10 | Frito-Lay North America, Inc. | Quantitative texture measurement apparatus and method |
| US10969316B2 (en) | 2015-09-24 | 2021-04-06 | Frito-Lay North America, Inc. | Quantitative in-situ texture measurement apparatus and method |
| US10209196B2 (en) | 2015-10-05 | 2019-02-19 | Sciaps, Inc. | LIBS analysis system and method for liquids |
| US9939383B2 (en) | 2016-02-05 | 2018-04-10 | Sciaps, Inc. | Analyzer alignment, sample detection, localization, and focusing method and system |
| DE102016002365A1 (de) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | Mischa Ounanian | Ladestation für die Versorgung von handbetriebenen ("Handheld") oder tragbaren ("Portable") Analysegeräten auf Basis von OES (Optical Emission Spectroscopy) oder LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). |
| US9719933B1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-08-01 | Syncrude Canada Ltd | Laser-induced breakdown spectroscopy of oil sands |
| CN105973872A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-09-28 | 中国科学技术大学 | 一种同时对熔融金属的元素含量和温度进行无接触测量的系统 |
| CN107817239B (zh) * | 2016-09-13 | 2019-06-18 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于等离子体位置信息的libs光谱校正方法 |
| US10556817B2 (en) | 2017-01-30 | 2020-02-11 | Florida State University Research Foundation, Inc. | Gas-liquid plasma and bioreactor system and method for remediation of liquids and gases |
| CN107328760B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-09-25 | 长春工业大学 | 一种针对合金样品表面蒸汽对lips测量改进的方法 |
| US10753878B2 (en) | 2017-09-20 | 2020-08-25 | Worcester Polytechnic Institute | Molten metal inclusion testing |
| CN108303410B (zh) * | 2018-04-23 | 2023-06-23 | 南京信息工程大学 | 痕量元素及其同位素自动检测系统 |
| US10988390B2 (en) | 2018-09-28 | 2021-04-27 | Florida State University Research Foundation, Inc. | Gas/liquid plasma reactor with pulsed power supply and secondary direct current electrodes |
| CN109342390B (zh) * | 2018-10-29 | 2021-02-12 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种空间站航天员尿液联合光谱检测系统 |
| FR3088432B1 (fr) | 2018-11-14 | 2020-12-11 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de caracterisation d'un materiau liquide |
| DE102019106765B4 (de) * | 2019-03-18 | 2020-11-26 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zur Präparation und Analyse einer Probe eines metallischen Werkstoffs |
| FR3095861B1 (fr) | 2019-05-09 | 2021-06-04 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d’analyse d’un matériau liquide par technique de spectroscopie libs avec atomisation |
| CN110132943B (zh) * | 2019-05-31 | 2021-01-15 | 清华大学 | 基于混合气体环境提高激光诱导击穿光谱重复性的方法 |
| EP3977106B1 (en) * | 2019-05-31 | 2024-01-03 | DTE Ehf. | Non-immersive method and apparatus for quantitative analysis of liquid metals and alloys |
| US11366055B2 (en) * | 2019-07-26 | 2022-06-21 | Op-Hygiene Ip Gmbh | Bubble composition analysis |
| WO2021045911A1 (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | Schenck Process Llc | Laser-induced spectroscopy system and process |
| EP4009037A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-08 | DTE ehf. | Method and apparatus for quantitative chemical analysis of liquid metals and alloys with laser induced breakdown spectroscopy |
| WO2023010215A1 (en) * | 2021-08-05 | 2023-02-09 | National Research Council Of Canada | Refractory lance assembly and refractory lance tube |
| CN114428063B (zh) * | 2022-04-01 | 2022-08-12 | 合肥金星智控科技股份有限公司 | 污染层光谱数据识别方法、装置、电子设备和存储介质 |
| JP7440820B1 (ja) | 2022-06-21 | 2024-02-29 | 日本製鉄株式会社 | 溶融金属浴の成分分析システム、溶融金属浴の成分分析方法、溶融亜鉛めっき浴の管理方法、および溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 |
| CN116413236B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-03-22 | 西南石油大学 | 一种用于钻井返出液总烃含量的检测装置及方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08219993A (ja) * | 1995-02-10 | 1996-08-30 | Nkk Corp | 溶融金属のレーザー発光分光分析用プローブ及び分析方 法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042644A (ja) | 1983-08-17 | 1985-03-06 | Kawasaki Steel Corp | 精錬容器内溶湯の成分連続分析法 |
| GB8403976D0 (en) | 1984-02-15 | 1984-03-21 | British Steel Corp | Analysis of materials |
| US4925307A (en) | 1984-05-01 | 1990-05-15 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Apparatus and method for the spectrochemical analysis of liquids using the laser spark |
| JPS62254042A (ja) | 1986-04-25 | 1987-11-05 | Kobe Steel Ltd | ガス精錬容器内溶湯成分の連続分光分析法 |
| DE3718672A1 (de) * | 1987-06-04 | 1988-12-15 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zur analyse von metallteilchen |
| DE58908876D1 (de) | 1988-10-03 | 1995-02-23 | Krupp Ag Hoesch Krupp | Verfahren zur optischen Ankopplung eines Elementanalysesystems und eines Lasers an flüssiges Metall in einem Schmelzgefäss. |
| JPH02254345A (ja) | 1989-03-29 | 1990-10-15 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶融金属のレーザー発光分光分析方法及び装置 |
| US4986658B1 (en) | 1989-04-21 | 1996-06-25 | Univ Lehigh | Transient spectroscopic method and apparatus for in-process analysis of molten metal |
| JPH07234211A (ja) | 1993-12-30 | 1995-09-05 | Nkk Corp | 溶融金属のレーザー発光分光分析用プローブ及び分析 方法 |
| US5751416A (en) | 1996-08-29 | 1998-05-12 | Mississippi State University | Analytical method using laser-induced breakdown spectroscopy |
| US6008896A (en) * | 1998-07-01 | 1999-12-28 | National Research Council Of Canada | Method and apparatus for spectroscopic analysis of heterogeneous materials |
| US6008897A (en) | 1999-01-19 | 1999-12-28 | National Research Council Of Canada | Method and apparatus for materials analysis by enhanced laser induced plasma spectroscopy |
| EP1223423A3 (en) * | 2001-01-16 | 2004-01-28 | National Research Council of Canada | Method and apparatus for enhanced laser-induced plasma spectroscopy using mixed-wavelength laser pulses |
| US6741345B2 (en) * | 2001-02-08 | 2004-05-25 | National Research Council Of Canada | Method and apparatus for in-process liquid analysis by laser induced plasma spectroscopy |
| US6784429B2 (en) * | 2002-04-19 | 2004-08-31 | Energy Research Company | Apparatus and method for in situ, real time measurements of properties of liquids |
-
2002
- 2002-06-24 US US10/176,586 patent/US6909505B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-06-17 CA CA2490420A patent/CA2490420C/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-06-17 WO PCT/CA2003/000910 patent/WO2004001394A2/en active Application Filing
- 2003-06-17 JP JP2004514470A patent/JP2005530989A/ja active Pending
- 2003-06-17 EP EP03737772.8A patent/EP1520164B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-06-17 KR KR1020047021175A patent/KR101009845B1/ko active IP Right Grant
- 2003-06-17 AU AU2003245143A patent/AU2003245143A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08219993A (ja) * | 1995-02-10 | 1996-08-30 | Nkk Corp | 溶融金属のレーザー発光分光分析用プローブ及び分析方 法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104849246A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-19 | 南京先进激光技术研究院 | 一种谐振腔内激光击穿光谱检测装置 |
| KR101829811B1 (ko) * | 2016-07-29 | 2018-02-20 | 연세대학교 산학협력단 | 플라즈마 공정 계측 장치 및 방법 |
| KR101833888B1 (ko) * | 2016-07-29 | 2018-03-05 | 연세대학교 산학협력단 | 광학 장치, 이를 구비한 고효율 분광계측기 및 플라즈마 처리 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2490420C (en) | 2012-01-10 |
| JP2005530989A (ja) | 2005-10-13 |
| AU2003245143A1 (en) | 2004-01-06 |
| KR20050024392A (ko) | 2005-03-10 |
| EP1520164B1 (en) | 2017-08-02 |
| US6909505B2 (en) | 2005-06-21 |
| WO2004001394A2 (en) | 2003-12-31 |
| CA2490420A1 (en) | 2003-12-31 |
| US20030234928A1 (en) | 2003-12-25 |
| EP1520164A2 (en) | 2005-04-06 |
| WO2004001394A3 (en) | 2004-04-08 |
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