KR20180126141A

KR20180126141A - Rapid Evaluation Method for Non_metalic Oxide in Steel

Info

Publication number: KR20180126141A
Application number: KR1020170060753A
Authority: KR
Inventors: 신용태
Original assignee: 신용태
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-11-27
Also published as: KR102279383B1

Abstract

The present invention relates to a rapid evaluation method for non-metallic oxide in steel, capable of reducing an error in non-metallic oxide evaluation. The rapid evaluation method for non-metallic oxide in steel includes: inputting a spectrum for spark fluorescence of a sample to each light multiplier pipe through a plurality of slits formed in a shield plate to convert the spectrum into a current signal and inputting the current signal to a signal processing device to display the current signal as a peak value on each time axis; determining the sample as compound non-metal oxide when a plurality of element peaks are found at the same time as an aluminum peak based on an obtained aluminum peak, and determining the sample as an aluminum-only non-metal oxide when only the aluminum peak is found; and determining the size of the non-metallic oxide for each element by obtaining a double root of a peak intensity of the element.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a rapid evaluation method for nonmetal oxides in steel,

본 발명은 Optical Emission Spectrometer(이하 OES)를 사용하여 철강 속에 존재하는 비금속 산화물의 크기 분포와 조성비 및 Total Oxygen관 관련된 정보를 판단하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 채취된 철강시료나 철강에 전류를 공급하여 전기 스파크를 발생시킨 후 그 곳에서 발생되는 형광을 분광하여 각각의 채널에서 나오는 빛의 강도를 측정함으로 철강이나 철강 속에 포함된 비금속 산화물을 신속하게 평가할 수 있는 방법을 제공하는데 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 평가방법은 OES를 이용하여 철강시료나 철강 속에 존재하는 비금속 산화물의 평가시, 평가하고자 하는 각각의 비금속 산화물 원소에 대해 발생되는 다수의 슬리트 채널별 분광 피크치를 시간축을 따라 측정하여, 같은 시간대에서 알루미늄 원소와 여러 원소 피크치가 나타나면 복합 비금속 산화물이나 독립된 비금속 산화물이 동시에 존재하는 것으로 판단하고, 상기 비금속 산화물의 크기는 해당 원소피크의 세기를 비금속 산화물의 크기와 비례하여 측정하는 것으로 특징 지울 수 있다.The present invention relates to a method for determining information related to the size distribution, composition ratio, and Total Oxygen content of nonmetal oxides existing in steel using an optical emission spectrometer (hereinafter referred to as OES). The object of the present invention is to provide The present invention also provides a method for rapidly evaluating nonmetal oxides contained in steel or steel by measuring the intensity of light emitted from each channel by spectroscopically measuring fluorescence generated therefrom. The evaluation method of the present invention for achieving the above object is a method for evaluating a nonmetal oxide element in a steel sample or a steel by using OES to evaluate a plurality of spectral peaks of each slit channel generated for each non- When the aluminum element and several elemental peaks are observed at the same time, it is judged that a composite nonmetal oxide or an independent nonmetal oxide exists at the same time. The size of the nonmetal oxide is determined by comparing the intensity of the elemental peak with the size of the nonmetal oxide As shown in FIG.

발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술The technology to which the invention belongs and the prior art in the field

본 발명은 OES를 사용하여 철강 속에 내재하는 비금속 산화물의 분포를 판단하는 방법에 관한 것으로, 특히 채취된 철강시료에 전류를 공급하여 전기 스파크를 발생시키면 플라즈마광이 발생하고 그곳에서 발생되는 형광을 분광하여 각각의 채널에서 나오는 빛의 강도를 측정함으로 철강 속에 포함된 비금속 산화물을 신속하게 평가할 수 있는 방법에 관한 것이다. OES 장치는 금속 성분만을 평가할 수 있는 장치로서 기본적으로 비금속 산화물은 평가할 수 없는 장치이다. 그러나 본 발명은 상기 OES 장치를 이용하여 고체 상태의 철강 속에 내재하는 여러 가지 비금속 산화물을 정확하고 신속하게 평가하는 것을 가능하게 한다. 철강 제조공정에서 철강의 청정도를 높이는 것은 아주 중요하다. 그 이유로 청정도가 높을수록 고품질의 강을 제조할 수 있고 또한 후 공정에서의 내부 비금속 산화물에 의한 결함을 방지할 수 있기 때문에 철강의 높은 청정도는 부가가치가 높은 제품의 생산을 가능하게 한다.The present invention relates to a method for determining the distribution of non-metallic oxides contained in steel using OES, and more particularly, to a method for determining the distribution of non-metallic oxides contained in steel by using OES, The present invention relates to a method for rapidly evaluating nonmetal oxides contained in steel by measuring the intensity of light emitted from each channel. An OES device is a device that can only evaluate metal components and is basically a device that can not evaluate non-metallic oxides. However, the present invention makes it possible to accurately and quickly evaluate various non-metallic oxides contained in solid state steel using the OES device. It is very important to improve the cleanliness of steel in the steel manufacturing process. The reason is that the higher the cleanliness, the higher quality steel can be produced, and the defects due to the internal non-metallic oxides in the subsequent process can be prevented, so that the high cleanliness of the steel makes it possible to produce high value- added products.

그러나 철강의 제조 공정 중에는 강의 청정도를 측정하기가 어렵기 때문에 지금까지는 오프라인 방식으로 강의 청정도, 즉 비금속 산화물에 대한 검사를 시행하였다. 지금까지 널리 사용되고 있는 철강 속의 비금속 산화물 평가방법중의 하나로서, 시편을 아주 곱게(1000분의 1mm) 연마하여 현미경으로 관찰하여 비금속 산화물의 크기를 측정함과 동시에 비금속 산화물 크기 분포도를 나타내는 방법이 있다. 그러나 이러한 비금속 산화물 평가법은 다단계 공정이 요구되어 비금속 산화물의 크기에 대한 정보를 도출하는 데에만 상당한 기간(1일 정도)이 소요되는 단점이 있다. 철강의 비금속 산화물 평가법 중 다른 하나로서, 진공 용기 속에 시료를 넣고 전자 빔을 주사하여 시료 속에서 발생되는 X-선을 관찰하는 것으로 비금속 산화물의 성분을 측정하는 방법이 있다. 이 경우 측정된 비금속 산화물의 성분이 무엇인지를 판단하여야 하기 위해서는 비금속 산화물 하나하나를 평가해야 하기 때문에 비금속 산화물의 수가 많은 경우 오랜 시간이 소요된다는 단점이 있다.However, since it is difficult to measure the cleanliness of steel during the manufacturing process of steel, up to now, it has been carried out in an off-line manner to check the cleanliness of the steel, that is, the nonmetal oxide. As one of the methods for evaluating non-metallic oxides in steel which has been widely used so far, there is a method of measuring the size of non-metallic oxide and showing the distribution of non-metallic oxide size by observing with a microscope a specimen is polished very finely (1/1000 mm) . However, this non-metallic oxide evaluation method has a disadvantage that it takes a considerable period (about one day) to obtain information on the size of the non-metallic oxide because a multi-step process is required. As another method for evaluating non-metallic oxides in steel, there is a method of measuring the components of non-metallic oxides by observing X-rays generated in a sample by placing a sample in a vacuum container and injecting an electron beam. In this case, since it is necessary to evaluate each non-metal oxide in order to determine the components of the non-metal oxide, it takes a long time when the number of the non-metal oxide is large.

이와 같이 종래의 기술에서는 한 개의 시편에 포함된 비금속 산화물의 평가를 하기 위해서는 많은 단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라 이러한 평가가 시료의 표면상에서만 실시되고 있고, 또한 기존의 X선을 이용한 금속시편의 비금속 산화물을 정량적으로 평가하기 위해서는 비금속 산화물 하나 하나를 평가해야 하기 때문에 시간이 많이 소요되는 문제가 있었다. 상기한 철강 비금속 산화물 평가방법에서의 단점을 해결하는 또 다른 종래의 시료 평가방법으로서 시료를 용해시켜 비금속 산화물을 시료 속에서 이동시켜 측정하는 방법이 있다. 여기에서 비금속 산화물들은 철보다 가벼우므로 용해시료의 표면으로 부상하게 되며, 이때 전자 빔을 상기 용해 시료상에서 부유중인 비금속 산화물에 조사하여 비금속 산화물의 성분을 평가할 수 있는 방법이 제안된 바 있다.Thus, in the conventional technique, many steps are required to evaluate the non-metal oxide included in one specimen, and the evaluation is performed only on the surface of the specimen. In addition, the non-metal oxide There is a time-consuming problem because it is necessary to evaluate each non-metal oxide. As another conventional sample evaluation method for solving the disadvantage of the steel nonmetal oxide evaluation method described above, there is a method of measuring the nonmetal oxide by moving the nonmetal oxide in the sample by dissolving the sample. Here, the nonmetal oxides are lighter than iron, so they float on the surface of the dissolution sample. At this time, a method of evaluating the nonmetal oxide component by irradiating the electron beam onto the nonmetallic oxide floating on the dissolution sample has been proposed.

그러나 이 방법은 시료를 용해시켜야 하는 단점이 있으며 용해시에 비금속 산화물의 크기가 변할 가능성이 있기 때문에 비금속 산화물의 정확한 측정이 불가능하다. 또한 모든 비금속 산화물의 크기 측정을 동시에 실행할 수 없기 때문에 철강 비금속 산화물의 신속한 평가가 이루어지지 않게 된다.However, this method has the disadvantage of dissolving the sample and it is impossible to measure the nonmetal oxide precisely because the size of the nonmetal oxide may change during dissolution. Also, since the measurement of the size of all the non-metallic oxides can not be carried out at the same time, rapid evaluation of the steel non-metallic oxides can not be achieved.

본 발명에서는 이러한 단점을 제거하고 빠른 시간에 비금속 산화물의 성분과 크기를 동시에 평가할 수 있는 새로운 방법을 제안한다. 본 특허를 설명하기 전에 출원번호 10-1998-0014617 (이하 14617번) 을 먼저 간략하게 설명하고자 한다. 14617번은 본 고안을 설명하기 위한 자료로 활용코자 한다. 도2에서 보는 바와 같이 산소 채널에서 발생된 별표(1~9)까지의 신호가 발생된 신호만 수집하여 비금속 비금속 산화물로 신호 처리하는 것을 주요 청구항으로 제시한 바 있다.In the present invention, a new method for eliminating these disadvantages and simultaneously evaluating the components and sizes of non-metallic oxides in a short time is proposed. Prior to describing the present patent application, Application No. 10-1998-0014617 (hereinafter referred to as No. 14617) will be briefly described first. 14617 will be used as a resource for explaining this design. As shown in FIG. 2, in the main claim, only the signals generated from the signals of the stars (1 to 9) generated in the oxygen channel are collected and signal processing is performed with non-metallic non-metal oxide.

그러나, 본 고안에서는 산소 채널의 피크와는 무관하게 신호를 수집하여 [Al] 채널의 신호의 유무를 사용하여 비금속 산화물 신호처리를 하는 것으로 주요 청구항을 제시 하였다. However, in the present invention, the main claim is given by collecting signals irrespective of the peak of the oxygen channel and performing the non-metal oxide signal processing using the presence or absence of the signal of the [Al] channel.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 OES를 이용하여 철강 시료 속에 존재하는 비금속 산화물의 평가시에, 평가하고자 하는 각각의 비금속 산화물 원소에 대해 발생되는 다수의 슬리트 채널별 분광 피크치를 시간축을 따라 측정하여, 같은 시간대에서 Al 피크치와 여러 원소 피크치가 나타나면 복합 비금속 산화물이나 독립된 비금속 산화물이 동시에 존재하는 것으로 판단하고 Al 피크치만 나타나면 알루미나 단독 비금속 산화물로 판단하고, 상기 비금속 산화물의 크기는 해당 원소피크의 세기에 이중근을 취하여 측정한다는 데 있다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, when evaluating a nonmetal oxide present in a steel sample using OES, a plurality of spectral peak values for each slit channel generated for each nonmetal oxide element to be evaluated And when the Al peak value and several element peak values are observed at the same time, it is judged that a composite nonmetal oxide or an independent nonmetal oxide exists at the same time, and when only the Al peak value appears, it is judged that the nonmetal oxide is the alumina alone. And the measurement is taken by taking a double root.

도 1은 OES 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 시료대 위에 1번 시료를 배치한 후 여기에 2번 전극봉을 통한 1번 전압 발생장치의 전압을 인가하여 상기 시료(3)와 전극봉(2)이 접촉하는 부위에서 전기 스파크가 발생되게 설치하고, 상기 스파크에 의한 형광은 6번 격자(Grating)를 거쳐 원호 형상을 가지며 스펙트럼 형광을 선택적으로 통과시키기 위한 7번 슬리트가 마련된 차폐판에 투사되게 설치하고, 상기 차폐판에 형성된 슬리트를 통과한 각 분광신호는 각각 8번 광증배관에서 증폭되어 9번 아날로그 디지털 변환기 (AD Converter)를 거쳐 10번 신호처리장치을 거쳐 11번 신호 출력기에서 신호가 나타나는 것을 보이고 있다.1 shows a configuration of an OES device in which a sample 1 is placed on a sample stage and then a voltage of a voltage generator No. 1 through a second electrode is applied to the sample 3. The sample 3 and the electrode 2 And the spark generated fluorescence is projected on a shield plate having a slit 7 for allowing the spectral fluorescence to selectively pass through the grating 6 by a grating Each of the spectroscopic signals passing through the slit formed on the shield plate is amplified by the light pipe 8 times, passes through the No. 9 analog digital converter (AD converter), passes through the signal processor 10, and the signal appears at the signal processor 11 It is showing.

이와 같이 구성되는 OES 장치의 작동과정을 보면, 시료(3)와 전극봉(2)사이에 전압 발생장치(1)에 의한 전압이 걸리게 되면 시료와 전극봉이 만나는 지점에서 전기 스파크가 발생하게 되고 이를 통하여 시료성분들이 플라즈마화 된다. 이 스파크는 시료속에 존재하는 모든 원소들의 스펙트럼을 포함하는 형광을 발생하여 격자(5)쪽으로 진행하면서 격자의 폭 정도로 퍼지게 된다. 이러한 형광은 격자(5)에서 분광되어 원호상으로 퍼져서 선택적으로 차폐판(7)의 각각의 슬리트로 들어가게 된다. 상기 차폐판(7)에 형성되는 슬리트는 평가하고자 하는 원소의 수만큼 원주상에 만들어지게 되는데, 원소의 특성 스펙트럼에 따라 각각의 파장이 정해지므로 각각의 슬리트별로 특정 원소에 대한 고유의 파장만이 통과되게 된다. 이렇게 해당 슬리트로 들어온 파장(빛)은 광증배관(8)에서 전류신호로 변환되어 신호처리장치(10)에서 평가 되게 된다. 보통 알루미늄의 특성파장은 256㎚, 마그네슘 특성파장은285㎚, 철의 특성파장은 322㎚, 칼슘의 특성파장은 396㎚에 위치한다. 그러므로 차폐판(7)상에 슬리트가 4개 마련된 경우를 예로 든다면, 최 상위의 슬리트에 설치된 광증배관에서는 알루미늄(Al) 파장의 측정신호를 얻고, 두 번째 슬리트에 설치된 광증배관에서는 칼슘(Ca) 파장의 측정신호를 얻고, 세 번째 슬리트에 설치된 광증배관에서는 마그네슘(Mg) 파장의 측정신호를 얻고, 네 번째 슬리트에 설치된 광증배관에서는 철(Fe) 파장의 측정신호를 얻을 수 있다.When the voltage generated by the voltage generating device 1 is applied between the sample 3 and the electrode rod 2, an electric spark is generated at the point where the sample and the electrode meet with each other. The sample components are plasmaized. This spark generates fluorescence containing the spectrum of all the elements present in the sample and spreads to about the width of the lattice as it progresses toward the lattice (5). This fluorescence is diffused in the grating 5 and spreads in an arc so as to selectively enter each of the slits of the shielding plate 7. The slits formed on the shielding plate 7 are formed on the circumference of the circumference as many as the number of elements to be evaluated. Since each wavelength is determined according to the characteristic spectrum of the element, only the unique wavelength . The wavelength (light) entered into the slit in this manner is converted into a current signal in the light pipe 8 and evaluated in the signal processor 10. Usually, the characteristic wavelength of aluminum is 256 nm, the characteristic wavelength of magnesium is 285 nm, the characteristic wavelength of iron is 322 nm, and the characteristic wavelength of calcium is located at 396 nm. Therefore, if four slits are provided on the shield plate 7, for example, a measurement signal of the aluminum (Al) wavelength is obtained in the light pipe of the uppermost slit, and a light pipe of the second slit The measurement signal of calcium (Ca) wavelength is obtained, the measurement signal of magnesium (Mg) wavelength is obtained in the light pipe of the third slit, and the measurement signal of iron (Fe) wavelength is obtained in the light pipe of the fourth slit .

이러한 각 광증배관(8)에서 출력되는 스펙트럼은 10번 신호처리장치에 인가되어 일정시간(10초 정도)동안 X축을 시간축으로 하고 Y축을 세기로 하는 직교좌표상에 피크치 형태로 표현되게 처리된다. 이를 제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)에 예시적으로 나타내고 있다. 이때 3번 시료와 2번 전극봉 사이에서 발생되는 스파크는 상기 시료(3)의 표면을 침식시키면서 발생하게 되는데, 이때 시료 내부에 존재하는 비금속 산화물들도 시간의 경과 추이에 따라 발견되고 그때 마다 비금속 산화물에 대한 스파크 형광 스펙트럼이 얻어지게 된다.The spectrum output from each light pipe 8 is applied to the signal processor 10 so as to be expressed in the form of a peak on the Cartesian coordinates having the X axis as the time axis and the Y axis as the intensity for a predetermined time (about 10 seconds). This is exemplarily shown in signal indicator 11 of FIG. 1. At this time, sparks generated between the sample 3 and the electrode 2 are generated while the surface of the sample 3 is eroded. At this time, the non-metal oxides existing in the sample are also found according to the passage of time, A spark fluorescence spectrum is obtained.

보통 주어진 시간(10초정도)동안 초당 300회의 방전으로 3,000회의 방전에 의하여 침식되는 시료(3) 깊이는 0.1mm정도로서 비금속 산화물의 크기가 수 십 ㎛에 이르기 때문에 침식이 진행 되어가면서 그 침식 깊이 위치 별로 새로운 비금속 산화물이 측정되게 된다. 도3에서 나타난 바와 같이 1회 스파크가 발생하면 직경 50㎛ 정도의 크래타가 형성이 된다. 다시 말하면 1회 스파크가 발생되면 직경 50㎛내의 모든 원소는 증발하여 플라즈마화가 된다. 만약 이 50㎛ 속에 알루미나 비금속 산화물의 크기가 10㎛짜리 1개가 있었다면 10㎛ 크기에 해당하는 Al의 피크가 발생하게 된다. 또한 AlCaO 비금속 산화물 10㎛짜리가 존재한 다면 Al 피크와 Ca 피크가 동시에 발생하게 된다. 제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면에서 알루미늄(Al)과, 칼슘(Ca)과, 마그네슘 (Mg)의 스펙트럼을 시간(t)상에서 표현한 것이다. 실제로 스펙트럼은 피크와 피크 사이에 무수히 많은 작은 신호들이 존재하나 그것들은 생략하고 비교적 영향력이 있는 큰 피크만 표시하였다. 이를 좀더 자세하게 살펴보면 다음과 같이 설명이 될 수 있다. 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면상에서 AlCaO라고 표기된 위치는 Al과 Ca 피크가 동시간대에 발견된 신호를 가지고 있는 것이 특징이다. 이 때 이 Al과 Ca 피크가 동시간대에 측정된 것은 제3도의 스파크 패턴내에서 AlCaO 비금속 산화물이 존재하였다는 증거가 된다. (3) The depth of the sample (3) which is eroded by 3,000 discharges at a discharge of 300 times per second for a given time (about 10 seconds) is about 0.1 mm. Since the size of the nonmetal oxide is several tens of micrometers, New non-metallic oxides are measured. As shown in FIG. 3, when a single spark occurs, a crack having a diameter of about 50 μm is formed. In other words, once a single spark is generated, all elements within a diameter of 50 mu m are evaporated to become plasma. If the size of the alumina non-metal oxide is 10 占 퐉 in this 50 占 퐉, a peak of Al corresponding to 10 占 퐉 is generated. If an AlCaO non-metallic oxide of 10 占 퐉 is present, Al peak and Ca peak occur at the same time. The spectrum of aluminum (Al), calcium (Ca) and magnesium (Mg) is expressed in time (t) on the screen 11 of the signal displayer of FIG. In fact, there are a lot of small signals between the peaks and peaks in the spectrum but they are omitted and only the relatively large peaks are shown. This can be explained in more detail as follows. The position indicated by AlCaO on the 11th Signal Displayer screen is characterized in that the Al and Ca peaks have signals detected at the same time. At this time, the measurement of the Al and Ca peaks at the same time is evidence that AlCaO non-metallic oxide was present in the spark pattern of FIG. 3.

제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면상에서 AlCaMgO라고 표기된 위치는 Al, Ca, Mg 피크가 동시간대에 발견된 신호를 가지고 있는 것이 특징이다. 이 때 이 Al, Ca, Mg 피크가 동시간대에 측정된 것은 제3도의 스파크 패턴내에서 AlCaMgO 비금속 산화물이 존재하였다는 증거가 된다. The position indicated by AlCaMgO on the 11th signal indicator screen of Fig. 1 is characterized in that the Al, Ca, and Mg peaks are found at the same time zone. The measurement of the Al, Ca and Mg peaks at this time is evidence that AlCaMgO non-metallic oxide was present in the spark pattern of the third degree.

제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면상에서 Al2O3라고 표기된 위치는 Al 피크만 발견된 신호를 가지고 있는 것이 특징이다. 이 때 이 Al 피크만 측정된 것은 제3도의 스파크 패턴내에서 Al2O3 비금속 산화물만이 존재하였다는 증거가 된다.The position indicated by Al2O3 on the signal display screen of No. 11 in FIG. 1 is characterized in that only the Al peak is detected. At this time, only the Al peak was measured, which proves that only the Al 2 O 3 non-metallic oxide was present in the spark pattern of FIG. 3.

제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. Al 채널에서는 피크로 나타난 부분은 알루미나가 존재하는 영역이고, Off_set영역은 알루미나가 없는 기저 (Metal이 존재) 영역이라고 볼 수 있다. 이렇게 피크로 측정되는 이유는 알루미나 비금속 산화물이 Al이 뭉쳐져 있기 때문에 철강 속의 다른 부위보다 Al 농도가 훨씬 높다는 것을 나타낸다. Ca채널에서는 Al 피크와 상관없이 Ca피크가 많이 존재할 수 있는데 이는 철강 속에서 CaO 비금속 산화물로 존재할 수 있다. Mg채널에서도 Al 피크가 동시간대에 없어도 Mg단독으로 피크가 많이 발생되는데 이 또한 MgO 형태의 비금속 산화물이 발생될 수 있다는 것이다. 그러나, 대부분의 경우는 AlMgO, AlCaO, AlCaMgO 형태의 비금속 산화물로 나타나는 것이 전형적인 비금속 산화물 형태이다. The Signal Displayer screen of No. 11 in FIG. 1 will be described in more detail as follows. In the Al channel, the peaks are regions in which alumina is present, and the Off_set regions are base regions in which no alumina exists (metal exists). The reason for this peak measurement is that the Al concentration of the non-metallic alumina oxide is much higher than that of the other parts of the steel because Al is aggregated. In the Ca channel, there are many Ca peaks irrespective of the Al peak, which may exist as CaO nonmetal oxide in steel. Even if the Al peak does not exist at the same time in the Mg channel, Mg alone generates a large number of peaks. In addition, MgO-type nonmetal oxides may be generated. However, in most cases, it is a typical nonmetal oxide form that appears as a nonmetal oxide in the form of AlMgO, AlCaO, AlCaMgO.

제2도는 출원번호 10-1998-0014617 (이하 14617번)에서 보여준 그림으로 산소(O)와 알루미늄, 망간, 칼슘이 동시간에 함께 측정되는 것만 비금속 산화물로 처리하는 알고리즘으로 하고 있다. 이 경우에는 제5도와 같이 선형성이 아주 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 실제로 산소 피크가 측정장치에서 잘 측정이 되지 않기 때문에 일어 나는 현상으로 파악된다. 특히 산소는 기체 분자이기 때문에 스파크에 의한 플라즈마화 이후에 광 스펙트럼으로 측정이 난해한 결과로 볼 수 있다. 출원번호 14617번은 실험적 내용으로 출원되지 못하고 사고실험을 통하여 선 출원 되어 개념적인 출원이다 보니 실험과 잘 맞아들이지 않았다. FIG. 2 shows an algorithm for treating oxygen (O), aluminum, manganese, and calcium simultaneously measured at the same time with non-metallic oxide, as shown in Application No. 10-1998-0014617 (hereafter referred to as No. 14617). In this case, the linearity was found to be very low as shown in FIG. This is a phenomenon that occurs because the oxygen peak is not actually measured in the measuring device. In particular, since oxygen is a gas molecule, it can be regarded as a result of difficulty in measurement by optical spectrum after plasmaization by spark. Application No. 14617 was not filed for experimental contents, but it was not applied properly because it was a conceptual application filed through accident experiment.

그러나 본 고안에서는 산소 피크를 고려하지 않고 순수하게 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등의 피크가 측정되는 그 자체로 비금속 산화물로 측정하는 알고리즘을 채택하였다. 실제로 출원번호 14617번과 같이 신호 처리할 경우와 본 고안과 같이 신호 처리할 경우에 본 고안에서 산소채널과 상관없이 신호처리할 경우가 비금속 산화물의 면적과 강중의 산소량과의 선형성이 제4도와 같이 잘 들어맞는 것을 알 수 있었다.However, the present invention adopts an algorithm that measures the peaks of aluminum (Al), calcium (Ca), and magnesium (Mg) purely as a nonmetal oxide, without considering the oxygen peak. In the case of signal processing as in Application No. 14617 and signal processing as in the present invention, the linearity of the area of the non-metal oxide and the oxygen amount of the steel in the case of signal processing regardless of the oxygen channel I was able to find a fit.

(식1)

(Equation 1)

위의 식1은 비금속 산화물의 크기를 환산하기 위한 수식을 나타낸 것으로 여기서 I는 측정된 피크 세기를 나타내고, S는 원소별로 상수로 주어지는 감도인자, e는 볼츠만 분포로서 특정원소는 특정파장을 생성하는 것에 해당하고, n는 전자의 개수를 나타낸다. Where I represents the measured peak intensity, S is the sensitivity factor given as a constant for each element, e is the Boltzmann distribution, and certain elements produce specific wavelengths And n represents the number of electrons.

즉 I ∝ n으로 주어지는 단순식이 되어 진다.That is, it becomes a simple expression given by I α n.

예를 들면 10㎛ 크기의 알루미나 비금속 산화물이 있다고 하자. 이 비금속 산화물에 전기 스파크가 닿아서 Al의 피크세기가 10,000이 측정이 되었다고 하면, 이 비금속 산화물의 면적을 계산하면 3.14 x (5㎛)² = 78.5㎛² 가 된다. 이 면적 안에 알루미늄의 숫자는 엄청나게 존재하게 되나 이 측정장치로 측정된 알루미늄 원자 속에 존재하였던 전자 중에서 측정장치로 측정된 피크 세기는 10,000이 된 것이다. 피크 세기 I ∝(비금속 산화물의 반경 R)²라는 공식으로 요약되어 지며, 즉 비금속 산화물의 직경은 측정된 피크 세기의 이중근 값과 비례하는 성질을 이용하여 도출할 수 있다.For example, assume that there is an alumina non-metal oxide having a size of 10 mu m. When the peak intensity of the standing an electrical arc in contact with the base metal oxide is Al that 10,000 are measured, and if the calculated area of the base metal oxide is a ^{3.14 x (5㎛) 2 = 78.5㎛} 2. In this area, the number of aluminum is enormously present, but the peak intensity measured by the measuring device among the electrons existing in the aluminum atom measured by this measuring device is 10,000. The peak intensity I α (radius R of the non-metallic oxide) ² is summarized, ie the diameter of the non-metallic oxide can be derived using a property proportional to the root mean square value of the measured peak intensity.

제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면을 상세하게 설명하면 다음과 같다. Al 채널에서는 피크로 나타난 부분은 알루미나가 존재하는 영역이고, Off_set영역은 알루미나가 없는 기저 (Metal이 존재) 영역이라고 볼 수 있다. 이렇게 피크로 측정되는 이유는 알루미나 비금속 산화물이 Al이 뭉쳐져 있기 때문에 철강 속의 다른 부위보다 Al 농도가 훨씬 높다는 것을 나타낸다. Ca채널에서는 Al 피크와 상관없이 Ca피크가 많이 존재할 수 있는데 이는 철강 속에서 CaO 비금속 산화물로 존재할 수 있다. Mg채널에서도 Al 피크가 동시간대에 없어도 Mg단독으로 피크가 많이 발생되는데 이 또한 MgO 형태의 비금속 산화물이 발생될 수 있다는 것이다. 그러나, 대부분의 경우는 AlMgO, AlCaO, AlCaMgO 형태의 비금속 산화물로 나타나는 것이 전형적인 비금속 산화물 형태이다. The Signal Displayer screen of No. 11 in FIG. 1 will be described in detail as follows. In the Al channel, the peaks are regions in which alumina is present, and the Off_set regions are base regions in which no alumina exists (metal exists). The reason for this peak measurement is that the Al concentration of the non-metallic alumina oxide is much higher than that of the other parts of the steel because Al is aggregated. In the Ca channel, there are many Ca peaks irrespective of the Al peak, which may exist as CaO nonmetal oxide in steel. Even if the Al peak does not exist at the same time in the Mg channel, Mg alone generates a large number of peaks. In addition, MgO-type nonmetal oxides may be generated. However, in most cases, it is a typical nonmetal oxide form that appears as a nonmetal oxide in the form of AlMgO, AlCaO, AlCaMgO.

본 고안에서는 산소 피크를 고려하지 않고 순수하게 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등의 피크가 측정되는 그 자체로 비금속 산화물로 측정하는 알고리즘을 채택하여 출원번호 14617번과 같이 신호 처리할 경우와 본 고안과 같이 신호 처리할 경우에 본 발명에서 산소채널과 상관없이 신호 처리할 경우가 비금속 산화물의 면적과 강중의 산소량과의 선형성이 제4도와 같이 잘 들어맞는 것을 알 수 있었다.The present invention adopts an algorithm for measuring the peaks of aluminum (Al), calcium (Ca), magnesium (Mg), etc. purely without taking oxygen peak into consideration, It can be seen that the linearity between the area of the non-metallic oxide and the oxygen content of the steel satisfies the fourth aspect of the present invention when the signal processing is performed regardless of the oxygen channel in the present invention.

또한, 식1에서 비금속 산화물의 크기를 환산하기 위한 수식을 제공하였다. 여기서 I는 측정된 피크 세기를 나타내고, S는 원소별로 상수로 주어지는 감도인자, e는 볼츠만 분포로서 특정원소는 특정파장을 생성하는 것에 해당하고, n는 전자의 개수를 나타낸다. In addition, a formula for converting the size of the non-metal oxide in Equation 1 is provided. Where I represents the measured peak intensity, S represents the sensitivity factor given by a constant for each element, e represents the Boltzmann distribution, and a particular element corresponds to generating a specific wavelength, and n represents the number of electrons.

즉 I ∝ n으로 주어지는 단순식이 되어 진다. 피크 세기 I ∝(비금속 산화물의 반경 R)²라는 공식으로 요약되어 지며, 즉 비금속 산화물의 직경은 측정된 피크 세기의 이중근 값과 비례하는 성질을 이용하여 도출할 수 있다.That is, it becomes a simple expression given by I α n. The peak intensity I α (radius R of the non-metallic oxide) ² is summarized, ie the diameter of the non-metallic oxide can be derived using a property proportional to the root mean square value of the measured peak intensity.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 철강내에 존재하는 비금속 산화물의 종류와 크기를 빠른 시간 내에 평가할 수 있을 뿐 아니라 표면과 시료의 내부에 존재하는 비금속 산화물도 평가가 되므로 비금속 산화물 평가에 대한 오차도 줄일 수 있는 특유의 효과를 가져온다. 즉 1회의 평가로 다음의 세 가지에 대한 평가를 신속하게 할 수 있는 효과를 가진다. 첫째는 비금속 산화물의 크기분포, 둘째는 비금속 산화물의 조성비율, 세째는 철강중의 Total Oxygen과 관련된 량을 신속하게 측정할 수 있는 효과를 가진다.As described above, the present invention can quickly evaluate the type and size of nonmetal oxides present in steel, as well as evaluating nonmetal oxides present on the surface and in the sample, thereby reducing errors in the evaluation of nonmetal oxides Which has a unique effect. That is, the evaluation of one of the following three items can be performed quickly. Firstly, the size distribution of non-metal oxide, second, the composition ratio of non-metal oxide, and third, the effect related to the total oxygen amount in steel can be measured quickly.

대표도
도1
제1도는 일반적인 OES 장치의 구성을 나타낸 개략도로서 도 1의 각각의 슬리트에서 나오는 광 신호를 전류 변환시켜 채널별로 시간축을 따라 변화하는 크기를 표시한 그래프이다.
1.전압공급장치, 2.전극봉, 3.시료(Sample), 4.플라즈마광(Plasma Light), 5. 렌즈(Lens), 6.격자(Grating), 7.차폐판(Slit), 8.광증배관(Photo Multiplier Tube), 9.아날로그 디지털 변환기(AD Converter), 10. 신호처리장치 (Computer), 11.신호 출력기(Signal Displayer)
제2도는 일반적인 OES 장치에서 아날로그 디지털 변화기를 거쳐 신호 출력기에서 보여지는 비금속 산화물 피크신호
제3도는 OES 장치에서 1회 스파크 방전시 발생하는 스파크 흔적 사진으로 50㎛ 크기 정도로 나타나다.
제4도는 OES 장치에서 알루미늄 피크를 기준으로 하여 여러 가지 철강 시료를 대상으로 측정한 비금속 산화물의 피크를 합산하여 결과를 면적으로 표시하고 이를 Total Oxygen과 비교한 그래프.
제5도는 OES 장치에서 산소 피크가 있을 때를 기준으로 하여 여러 가지 철강 시료를 대상으로 측정한 비금속 산화물의 피크를 합산하여 결과를 면적으로 표시하고 이를 Total Oxygen과 비교한 그래프.Representative figure
1
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a general OES device. FIG. 1 is a graph showing the magnitude of a change in the optical signal output from each slit of FIG.
1. Voltage supply, 2. Electrode, 3. Sample, 4. Plasma Light, 5. Lens, 6. Grating, 7. Slit, Photo Multiplier Tube, 9. Analog Digital Converter, 10. Signal Processing Device, 11. Signal Displayer,
The second figure shows the non-metallic oxide peak signal seen in the signal output from the general OES device via the analog digital converter.
FIG. 3 is a photograph of a spark in the case of a single spark discharge in an OES device, which is about 50 μm in size.
FIG. 4 is a graph showing the results obtained by summing the peaks of non-metallic oxides measured in various steel samples on the basis of aluminum peaks in an OES apparatus and plotting the results with Total Oxygen.
FIG. 5 is a graph showing the results obtained by summing the peaks of non-metal oxides measured on various steel samples based on the time when oxygen peaks are present in the OES apparatus, and comparing the results with Total Oxygen.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 OES를 이용하여 철강 시료 속에 존재하는 비금속 산화물의 평가시에, 평가하고자 하는 각각의 비금속 산화물 원소에 대해 발생되는 다수의 슬리트 채널별 분광 피크치를 시간축을 따라 측정하여, 같은 시간대에서 Al 피크치와 여러 원소 피크치가 나타나면 복합 비금속 산화물이나 독립된 비금속 산화물이 동시에 존재하는 것으로 판단하고 Al 피크치만 나타나면 알루미나 단독 비금속 산화물로 판단하고, 상기 비금속 산화물의 크기는 해당 원소피크의 세기에 이중근을 취하여 측정한다는 데 있다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, when evaluating a nonmetal oxide present in a steel sample using OES, a plurality of spectral peak values for each slit channel generated for each nonmetal oxide element to be evaluated And when the Al peak value and several element peak values are observed at the same time, it is judged that a composite nonmetal oxide or an independent nonmetal oxide exists at the same time, and when only the Al peak value appears, it is judged that the nonmetal oxide is an alumina alone. And the measurement is taken by taking a double root.

제1도는 OES 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 시료대 위에 1번 시료를 배치한 후 여기에 2번 전극봉을 통한 1번 전압 발생장치의 전압을 인가하여 상기 시료(3)와 전극봉(2)이 접촉하는 부위에서 전기 스파크가 발생되게 설치하고, 상기 스파크에 의한 형광은 6번 격자(Grating)를 거쳐 원호 형상을 가지며 스펙트럼 형광을 선택적으로 통과시키기 위한 7번 슬리트가 마련된 차폐판에 투사되게 설치하고, 상기 차폐판에 형성된 슬리트를 통과한 각 분광신호는 각각 8번 광증배관에서 증폭되어 9번 아날로그 디지털 변환기 (AD Converter)를 거쳐 10번 신호처리장치을 거쳐 11번 신호 출력기에서 신호가 나타나는 것을 보이고 있다.1 shows a configuration of an OES device in which a sample 1 is placed on a sample stage and then a voltage of a voltage generator 1 is applied to the sample 3 through an electrode 2, And the spark generated fluorescence is projected on a shield plate having a slit 7 for allowing the spectral fluorescence to selectively pass through the grating 6 by a grating Each of the spectroscopic signals passing through the slit formed on the shield plate is amplified by the light pipe 8 times, passes through the No. 9 analog digital converter (AD converter), passes through the signal processor 10, and the signal appears at the signal processor 11 It is showing.

보통 주어진 시간(10초 정도)동안 초당 300회의 방전으로 3,000회의 방전에 의하여 3번 시료의 침식 깊이는 0.1mm정도로서 비금속 산화물의 크기가 수 십 ㎛에 이르기 때문에 침식이 진행 되어가면서 그 침식 깊이 위치 별로 새로운 비금속 산화물이 측정되게 된다. 도3에서 나타난 바와 같이 1회 스파크가 발생하면 직경 50㎛ 정도의 크래타가 형성이 된다. 다시 말하면 1회 스파크가 발생되면 직경 50㎛내의 모든 원소는 증발하여 플라즈마화가 된다. 만약 이 50㎛ 속에 알루미나 비금속 산화물의 크기가 10㎛짜리 1개가 있었다면 10㎛ 크기에 해당하는 Al의 피크가 발생하게 된다. 또한 AlCaO 비금속 산화물 10㎛짜리가 존재한 다면 Al 피크와 Ca 피크가 동시에 발생하게 된다. 제1도의 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면에서 알루미늄(Al)과, 칼슘(Ca)과, 마그네슘 (Mg)의 스펙트럼을 시간(t)상에서 표현한 것이다. 실제로 스펙트럼은 피크와 피크 사이에 무수히 많은 작은 신호들이 존재하나 그것들은 생략하고 비교적 영향력이 있는 큰 피크만 표시하였다. 이를 좀더 자세하게 살펴보면 다음과 같이 설명이 될 수 있다. 11번 신호 출력기(Signal Displayer)화면상에서 AlCaO라고 표기된 위치는 Al과 Ca 피크가 동시간대에 발견된 신호를 가지고 있는 것이 특징이다. 이 때 이 Al과 Ca 피크가 동시간대에 측정된 것은 제3도의 스파크 패턴내에서 AlCaO 비금속 산화물이 존재하였다는 증거가 된다. Since the depth of erosion of sample No. 3 is about 0.1 mm due to 3,000 discharges at 300 discharges per second for about a given time (about 10 seconds), the size of non-metallic oxide reaches several tens of micrometers. Therefore, as the erosion progresses, A new non-metallic oxide is measured. As shown in FIG. 3, when a single spark occurs, a crack having a diameter of about 50 μm is formed. In other words, once a single spark is generated, all elements within a diameter of 50 mu m are evaporated to become plasma. If the size of the alumina non-metal oxide is 10 占 퐉 in this 50 占 퐉, a peak of Al corresponding to 10 占 퐉 is generated. If an AlCaO non-metallic oxide of 10 占 퐉 is present, Al peak and Ca peak occur at the same time. The spectrum of aluminum (Al), calcium (Ca) and magnesium (Mg) is expressed in time (t) on the screen 11 of the signal displayer of FIG. In fact, there are a lot of small signals between the peaks and peaks in the spectrum but they are omitted and only the relatively large peaks are shown. This can be explained in more detail as follows. The position indicated by AlCaO on the 11th Signal Displayer screen is characterized in that the Al and Ca peaks have signals detected at the same time. At this time, the measurement of the Al and Ca peaks at the same time is evidence that AlCaO non-metallic oxide was present in the spark pattern of FIG. 3.

제1도는 일반적인 OES 장치의 구성을 나타낸 개략도로서 도 1의 각각의 슬리트에서 나오는 광 신호를 전류 변환시켜 채널별로 시간축을 따라 변화하는 크기를 표시한 그래프이다.
1.전압공급장치, 2.전극봉, 3.시료(Sample), 4.플라즈마광(Plasma Light), 5. 렌즈(Lens), 6.격자(Grating), 7.차폐판(Slit), 8.광증배관(Photo Multiplier Tube), 9.아날로그 디지털 변환기(AD Converter), 10. 신호처리장치 (Computer), 11.신호 출력기(Signal Displayer)FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a general OES device. FIG. 1 is a graph showing the magnitude of a change in the optical signal output from each of the slits shown in FIG.
1. Voltage supply, 2. Electrode, 3. Sample, 4. Plasma Light, 5. Lens, 6. Grating, 7. Slit, Photo Multiplier Tube, 9. Analog Digital Converter, 10. Signal Processing Device, 11. Signal Displayer,

Claims

A method for evaluating non-metallic oxides present in a steel sample using OES, the spectrum of spark fluorescence of a sample is input to each light pipe through a plurality of slits formed on a shield plate, converted into a current signal, When a plurality of element peaks are found at the same time as the aluminum peak based on the aluminum peak thus obtained, the composite non-metallic oxide is judged. When only the aluminum peak is found, the aluminum single metal oxide , And the size of the non-metallic oxide of each element is determined by covering the peak intensity of the element with a double root to determine the size of the non-metallic oxide.

When a plurality of element peaks are found in the same time period as the aluminum peak based on the aluminum peak, the composite non-metallic oxide is judged, and if only the aluminum peak is found, the aluminum is regarded as a single non-metallic oxide and the composition ratio of the non- METHOD FOR QUICK EVALUATION OF NON - METAL OXIDE IN STEEL

When a plurality of element peaks are found at the same time with the aluminum peak based on the aluminum peak, the complex nonmetal oxide is judged. If only the aluminum peak is found, it is judged to be the aluminum non-metallic oxide and only the elements of Al, Ca and Mg are mentioned. The present invention relates to a method for rapidly evaluating nonmetallic oxides in steel, which can convert a composition ratio of a nonmetal oxide to a nonmetal oxide in a nonmetal oxide having a concept that can be extended to various elements.

When a plurality of element peaks are found at the same time with the aluminum peak based on the aluminum peak in claim 1, the size of the non-metallic oxide per element is determined by adding a double peak to the combined peak intensity considering the sum of the aluminum peak and the other peak. Wherein the non-metallic oxide is determined as the size of the non-metallic oxide.

In the method of evaluating nonmetal oxides present in a steel sample using OES, as shown in FIG. 4, the ratio of the sum of the area of the peak of the element measured simultaneously with the peak of the alumina nonmetal oxide and the proportional property of Total Oxygen A method for the rapid evaluation of nonmetallic oxides in steel, which can calculate the amount of total oxygens by measuring only the area value of nonmetal oxides.