KR20080031787A - 용융물 및 액체 분석용 침지 랜스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 침지 캐리어를 포함하는, 액체 또는 용융물을 분석하는 침지 센서로서, 검출기, 복사 안내 유닛을 포함하고, 또한 침지 캐리어 내에 유입 개구가 배치되어 있는 샘플 챔버를 포함하며, 이 샘플 챔버 내부에 용융물 측정을 위한 센서가 형성되어 있는 침지 센서에 관한 것이다.
침지 센서, 침지 캐리어, 샘플 챔버, 유입 개구, 유입관, 용융물

Description

용융물 및 액체 분석용 침지 랜스{IMMERSION LANCE FOR ANALYSIS OF MELTS AND LIQUIDS}
본 발명은 샘플 챔버를 포함하고 유입 개구가 배치되어 있는 침지 캐리어를 지닌, 액체 및 용융물 분석용 침지 센서에 관한 것이다
침지 센서는 이미 다양한 구성으로 알려져 있다. 따라서, WO 03/081287 A2에는 용융 알루미늄에 침지되는 캐리어 튜브가 설명되어 있다. 캐리어 튜브 내부에는 렌즈 시스템이 배치된다. 튜브의 상단에는, 일측부가 분광기에 접속되고 타측부가 광학계를 통해 레이저에 접속된 광섬유가 있다. 용융물에 의해 방출되는 복사 에너지는 광섬유를 통해 분광기로 안내된다. 이 분광기에서 복사 에너지가 분석되어, 그로부터 용융 알루미늄의 조성에 대한 분석 결과를 도출한다.
이와 유사하게, DE 103 59 447 A1에는 침지 캐리어, 검출기 및 복사 에너지를 수용 및 전달하는 복사 안내 장치와 침지 캐리어 상에 또는 침지 캐리어 내에 배치된 신호 인터페이스를 구비하는, 용융 금속 분석용 침지 센서가 설명되어 있다. 여기서, 신호 인터페이스는 검출기에 연결된다.
본 발명의 목적은 현재의 장치를 개선하고, 장치의 취급을 간단하게 하며, 용융물 및/또는 액체의 보다 정확한 분석을 허용하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 특징에 의해 해결된다.
유리한 개선점은 각각의 종속항으로부터 얻어진다.
본 발명에 따른, 샘플 챔버를 포함하고 유입 개구가 배치되어 있는 침지 캐리어를 지닌, 액체 또는 용융물 분석용 침지 센서에서는 용융물을 측정하는 측정 센서가 샘플 챔버에 배치된다.
액체 또는 융융물은 유리 또는 용융 금속, 특히 알루미늄이나 용강을 포함하는 것이 바람직하다.
센서는 샘플 챔버 내의 미리 정해진 지점을 향해 배향된다. 이 지점에서 분석이 이루어진다. 분석할 액체 또는 용융물을 이 지점에 공급하여, 센서의 측정 영역에 자유면이 위치한다.
분석을 위해, 액체 또는 용융물의 여기가 발생할 수 있다. 여기서는, 예컨대 빔 생성 유닛에 의해 빔을 생성하고 샘플 챔버 내의 미리 정해진 지점을 향하게 한다. 빔을 위해서 레이저 빔을 사용할 수 있지만, 그 대신에 다른 빔 타입을 교려할 수도 있음은 물론이다. 빔은 규정된 측정 지점에서 미립자 및/또는 복사 에너지를 생성하고, 이들 미립자 및/또는 복사 에너지는 수집 장치로 방출 안내된다. 수집 장치로는, 특히 검출기, 복사 컨버터(radiation converter), 분광계, X선 분광계 또는 질량 분광계를 사용할 수 있다. 예컨대 온도 측정 또는 화학물 성분 측정으로는, 예컨대 LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)에 의해 측정이 광학적으로 수행될 수 있다.
샘플 챔버에서의 분석은 특히 정확한 측정 결과를 초래하는데, 그 이유는 측정 지점의 영역에서, 분석에 적합한 가스 분위기가 형성될 수 있고, 따라서 측정 지점의 위치가 변하지 않기 때문이다.
샘플 챔버 내부에서의 분석에 있어서는, 측정 결과를 왜곡하는 용융물의 이동 및 파동도 방지된다. 유동 액체 또는 용융물에 대한 분석은, 측정 자체에 의한 임의의 영향, 예컨대 여기에 의한 개별 원소의 농후화 또는 고갈을 저감하고, 통상 동일한 샘플 부피를 사용할 때 또는 용융물의 조성이 측정 자체에 의해 변할 때보다 분석에 대한 보다 양호한 정확도를 실현한다.
여기에서, 분석은 측정, 즉 특히 화학적 또는 물리적인 값의 소정 스케일에 의한 측정 파라메터의 정량적인 비교를 통한 값의 결정으로 이해할 것이다.
본 발명에 따른 침지 센서는 용융물의 상이한 지점에서의 용융물의 분석 및 측정을 허용하는데, 그 이유는 센서의 위치가 용이하게 변할 수 있기 때문이다.
유리하게는, 센서는 새로운 유입 용융물 또는 액체가 안내되어 통과하는 샘플 챔버 내부의 미리 정해진 측정 지점을 향해 배향된다. 이것은 센서와 용융물 표면 사이의 규정된 거리를 보장한다. 이로 인해 특히 정확하고 비교 가능한 결과를 얻는다.
본 발명의 유리한 실시예에서는 미리 정해진 측정 지점이 샘플 챔버로의 용융물의 유입 개구에 위치한다. 이에 의해, 용융물의 정확한 측정이 가능하다는 것이 알려졌는데, 그 이유는 새로운 용융물이 계속해서 공급되고, 매우 극소한 용융물의 냉각이 일어나기 때문이다. 새로운 용융물이 항상 공급되기 때문에, 정확도가 개선되고, 이와 동시에 분석에 의한 용융물의 조성의 변화가 방지된다.
유리하게는, 측정 지점은 분석 플레이트 내에 또는 분석 플레이트 상에 배치된다. 마찬가지로, 분석 플레이트는 센서와 용융물 사이의 규정 거리를 허용한다. 또한, 분석 플레이트는 감소된 용융물의 유량과 증가된 용융물의 표면을 초래하고, 이에 따라 보다 정확한 분석이 이루어질 수 있다.
유리하게는, 유입 개구는 유입관이다. 유입관은 분석의 주요 기간중에 단지 순수한 용융물만이 측정 지점으로 공급되는 것을 보장한다는 것이 알려졌다. 분석 결과를 왜곡하는 슬래그 또는 다른 침전물이 방지된다. 유입관은 또한 용융물의 유입 유량이 감소하도록 형상이 정해질 수 있다. 따라서, 유입 유량은, 예컨대 유입관을 굴곡시키거나 좁게 하는 것에 의해 제어될 수 있다.
용융물은 측점 지점 아래의 샘플 챔버에 수집된다.
유리하게는, 침지 센서는 용융물 레벨 검출기를 갖는다. 이 용융물 레벨 검출기는 샘플 챔버 내의 용융물의 레벨을 측정하고, 샘플 챔버가 규정된 레벨까지 용융물로 채워졌을 때 센서가 용융물로부터 인출되게 한다. 따라서, 센서 및 센서에 포함된 광학계에 대한 손상을 방지할 수 있다. 그러한 용융물 레벨 검출기는 접촉 프로브, 초음파 센서, 광 센서 등을 포함할 수 있다. 여기서는, 레벨 측정을 가능하게 하는 모든 다른 장치를 고려할 수 있다.
레벨 검출기는 규정된 레벨에서 용융물로부터 센서를 자동으로 제거되게 하는 장치에 연결되게 하는 것을 적극적으로 고려할 수 있다.
여기서, 광학계 또는 다른 민감한 부품이 보호 윈도우에 의해 용융물의 증기 또는 분무에 대하여 보호되는 것이 더욱 유리하다.
침지 캐리어는 관으로 구성되는 것이 유리하다. 이에 따라, 개별 부품이 침지 센서 내에 용이하게 배치되고, 이송 중에 보호된다.
유리하게는, 검출기는 복사 에너지를 수용하고 이 복사 에너지를 전기 신호로 전환하는 장치를 갖는다. 특히, 검출기는 가시광, 자외선, 적외선, X선 복사 및/또는 마이크로파 복사선을 수용하여 전기 신호로 전환하도록 구성되어 있다. 그 결과, 모든 타입의 광 또는 다른 복사 에너지를 수용하여 용융물 분석을 위해 사용할 수 있다.
광 분광계, X선 분광계 및/또는 질량 분광계를 침지 캐리어 상에 또는 침지 캐리어 내에 배치하는 것이 유리하다.
본 발명의 유리한 구성은 침지 센서가 모듈형 설계, 바람직하게는 2개의 부분을 갖는 것이다. 이러한 방식으로, 한 부분, 특히 상부 부분은 재사용 가능한 부분으로, 분석용 장치를 포함한다. 하부 부분은 일회용 사용을 위해 구성되고 샘플 챔버를 포함한다. 재사용 가능한 상부 부분은 분석 과정 중에 완전히 용융물 위에 남아 있을 수 있다.
열로부터 침지 센서를 보호하기 위해서, 침지 센서는 수냉식(water-cooled) 인 것이 유리하다. 이에 따라, 보다 긴 분석 시간이 허용되어, 보다 정확한 분석 결과를 도출한다.
침지 센서는, 유입 개구에 위치하고 침지 후 소정 시간이 경과되면 용융되어 버리는 보호 캡을 갖는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 슬래그가 없는 청정한 용융물만이 측정 지점에 도달하여 정확한 측정 및 분석이 허용되는 것을 보장할 수 있다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하고 바람직한 실시예를 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 간단하게 취급할 수 있고 개선된 침지 센서가 제공되어, 용융물 및/또는 액체를 보다 정확하게 분석할 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 침지 센서(1)의 단면도가 도시되어 있다. 침지 센서(1)는 보호관(28)에 의해 둘러싸인다. 침지 센서(1)의 하단에는 샘플 챔버(17)가 위치한다. 샘플 챔버(17)의 내부에는 용융물 레벨 검출기(22), 샘플 플레이트(16) 및 이 경우에는 유입관(36)에 의해 형성된 유입 개구(14)가 있다. 용융물(10)과 면하는 유입관(36)의 단부에는 침지 센서(1)가 용융물(10)에 침지된 후 용융되어 버리는 보호 캡(12)이 마련되고, 이에 따라 단지 청정한 용융물(10)만이 측정 지점(18)에 도달하는 것을 보장한다. 침지 센서(1)가 용융물(10)에 침지될 시에 보호 캡(12)이 용해되어 용융물(10)이 유입 개구(14)를 통해 샘플 챔버(17)로 진입한다. 용융물(10)이 샘플 챔버(17)에 진입할 때, 용융물(10)은 규정된 측정 지점(18)에서 분석된다. 측정 지점(18)은 도 1에서 샘플 플레이트(16) 상에 배치된다. 본 실시예에서, 샘플 플레이트(16)는 샘플 챔버(17)의 내부에서 임의의 소망하는 위치에 배치될 수 있다. 유입 개구(14)를 통해 샘플 챔버(17)로 진입하는 용융물(10)은 샘플 챔버(17)의 바닥에 수집된다. 필요에 따라, 이것은 침지 센서(1)가 제거될 때 제거되어 추가의 분석을 위해 사용될 수도 있다. 침지 센서(1)의 상부 부분에는 광학계(34)와, 샘플 챔버(17) 내부의 소정 압력을 허용하기 위해 가스를 공급하기 위한 가스 도관(37)이 위치한다.
도 2에는 측정 지점(18)을 지닌 샘플 챔버(17)의 도면이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 측정 지점(18)은 샘플 플레이트(16) 상에 배치되어 있지 않고, 그 대신에 용융물(10)이 유입 개구(14)에서 샘플 챔버(17)로 진입할 때 용융물(10)의 측정이 이루어진다. 용융물(10)의 진입은 유입관(36)을 통해 발생한다.
도 3에는 다양한 구조의 유입관(36)이 도시되어 있다. 도 3a에서, 유입관(36)은 용융물(10)이 반드시 원호부(30)를 통과하여 흐르도록 형성된다. 본 실시예에서, 유입관(36)은 샘플 챔버(17)에 위치하는 단부에 상부가 밀링 가공된 영역을 갖는다. 이 영역에서 용융물(10)을 특히 잘 분석할 수 있는데, 그 이유는 이 영역이 일종의 샘플 플레이트(16)를 형성하기 때문이다.
도 3b에는 다른 구조의 유입관(36)이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 유입관(36)은, 용융물(10)이 너무 빨리 샘플 챔버(17)로 흐르는 것을 방지해야 하는 원호부(30)를 갖는다. 유입관(36)의 상부 영역은 샘플 플레이트(16)로서 형성된다. 용융물(10)은 샘플 플레이트(16)의 에지를 거쳐 흐르고, 나아가 샘플 챔버(17)에 도달한다. 용융물(10)의 측정은 샘플 플레이트(16) 상에서 이루어질 수 있거나, 샘플 플레이트(16)의 에지를 통과하는 용융물(10)의 범람시에 일어날 수 있다.
도 3c에는 용융물(10)을 분석할 수 있는 방법에 대한 다른 가능성이 도시되어 있다. 용융물(10)은 유입관(36)을 통해 샘플 챔버(17)에 도달하고, 샘플 챔버에서 샘플 플레이트(16) 상으로 흐른다. 샘플 플레이트(16)는 제어된 용융물(10) 배출이 일어나는 오버플로우 채널(32)을 갖는다.
필요하다면, 샘플 플레이트(16)는 편평하거나, 외측부가 높은 왕관형이거나, 중앙부가 높은 왕관형일 수도 있고, 예컨대 오버플로우 채널(32)과 같은 특별한 특징부와 복잡한 형상을 가질 수도 있다. 본 실시예에서, 유입관(36)과 샘플 플레이트(16)는 별도의 구성품일 수도 있고, 샘플 챔버(17)에 모놀리식으로 포함될 수도 있다. 분석 이전의 용융물(10)의 오염을 최소화하기 위해서, 순수한 석영 유리를 유입관(36)으로 사용할 수 있다. 그 대신에 본 실시예에서는, 유입관(36)과 샘플 플레이트(16)로서 시멘트, 세라믹 또는 유사한 재료를 고려할 수도 있다.
도 4에는 측정 지점(18)을 지닌 샘플 챔버(17)의 다른 도면이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 용융물(10)은 침지 센서(1)의 측면에 위치하는 유입관(36)을 통해 샘플 챔버(17)로 유입된다. 본 실시예에서는, 용융물(10)이 유입관(36)에서 유출될 때 측정이 이루어진다. 본 실시예에서는, 용융물(10)이 샘플 플레이트 상으로 흐를 수 있는 것도 고려할 수 있다.
도 5에는 용융물 측정 및 분석용 장치가 도시되어 있다. 본 도면에 도시되 어 있는 침지 센서(1)는 재사용 가능한 상부 부분(20)과 하부 부분을 갖는다. 침지 센서(1)의 내부에는 레이저(24)와 분광계(26)가 위치한다. 침지 센서(1)는 수냉 가능한 하우징(28)을 갖는다. 침지 센서(1)의 하부에는, 침지 센서(1)가 융융물(10)에 침지될 때 용융물(10)을 샘플 챔버(17)로 안내하는 유입관(36)을 지닌 유입 개구(14)가 위치한다. 본 실시예에서는, 용융물(10)의 증기 또는 열 복사로부터 레이저(28)를 보호하기 위한 보호 윈도우(39)로서 석영 유리 디스크(38)가 사용된다.
도 6에는 본 발명에 따른 다른 구조의 침지 센서(1)가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 침지 센서(1)는 샘플 챔버(17) 내에 플레이트(38)를 갖고, 이것은 특히 샘플 플레이트(16)의 기능을 보장한다.
도 1은 본 발명에 따른 침지 센서를 관통하는 단면도.
도 2는 측정 지점을 지닌 샘플 챔버의 도면.
도 3은 측정 플레이트를 보여주는 도면.
도 4는 측정 지점을 지닌 샘플 챔버의 다른 도면.
도 5는 용융물의 측정 및 분석을 위한 장치를 보여주는 도면.
도 6은 측정 지점을 지닌 샘플 챔버의 다른 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 침지 센서 10 : 용융물
12 : 보호 캡 14 : 유입 개구
16 : 샘플 플레이트 17 : 샘플 챔버
18 : 측정 지점 20 : 보호관
22 : 용융물 레벨 검출기 24 : 레이저
26 : 분광계 28 : 하우징
30 : 원호부 32 : 오버플로우 채널
34 : 광학계 36 : 유입관
37 : 가스 도관 38 : 플레이트
39 : 보호 윈도우

Claims (16)

  1. 유입 개구가 배치되어 있고 샘플 챔버를 갖는 침지 캐리어를 포함하는, 액체 또는 용융물 분석용 침지 센서에 있어서,
    상기 샘플 챔버에 액체 또는 용융물을 측정하는 센서가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 샘플 챔버 내의 미리 정해진 측정 지점을 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미리 정해진 측정 지점은 샘플 챔버로의 용융물의 유입 개구에 놓이는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유입 용융물에 대해서 분석이 수행되는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 지점은 분석 플레이트 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입 개구는 유입관인 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 용융물 레벨 검출기를 갖는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침지 캐리어는 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 물리적 및/또는 화학적 파라메터의 측정을 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침지 캐리어 상에 또는 상기 침지 캐리어 내에는 광학 분광계, X선 분광계 및/또는 질량 분광계가 배치되는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 복사에 의한 액체 또는 용융물의 여기를 위한 구성 요소를 갖는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 모듈형 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 수냉식(water-cooled)인 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입 개구는 보호 캡을 갖는 것을 특징으로 하는 침지 센서.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 침지 센서에 의해 용융물을 분석하는 방법.
  16. 용융물, 특히 용융 금속의 분석을 위해 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 침지 센서의 사용.
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