JPS61250545A - 鋼鉄中に溶解した状態および沈殿した状態で含まれたアルミニユウムのような成分の含有量を発光分光測定法により測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鋼鉄中に溶解した状態および沈殿した状態で
含まれたアルミニュウムのような成分の含有量を発光分
光測定法により測定する方法番こ関する。

（従来の技術） 連続鋳造により製造される鋼鉄の大多数番±、アルミニ
ュウムで処理されている。実際、アルミニュウムは鋼鉄
にいくつかの機械的な特性を与え。

特に、窒化物を形成するというその性質により粒の大き
さを測定できるようにしている。さらに、アルミニュウ
ムは安定剤でもある。

鋼鉄中にあるアルミニュウムは、特に、酸化した形体で
（沈殿したアルミニュウム、即ちＡΩｐ）および固溶体
（溶解したアルミニュウム、即ちＡΩｄ）で存在してい
る。ｔＩＩ鉄を最も望ましい方法で製造するためには、
金属の純度を判断するために前記ＡＱｐの含有量をすば
やく知ることが必要であり、かつ測定された含有量の範
囲が正しいかどうかを知るためには前記Ａｎｄの含有量
を知ることが必要である。

発光分光測定法は、鋳鉄および鋼鉄を製造する際にここ
数年にわたって実施されてきている。アルミニュウムは
この技術により測定される成分の一部をなしている。

発光分光測定法は、測定される試料を閃光放電に付し、
そのアークの発光を回折格子に向け、そして測定される
成分に対応する波長のスペクトル光の光束を光電子増倍
管に集光させることによって構成されている。

積分法によると、光電子増倍管からの電流は閃光放電が
終了したとき一定時間だけコンデンサに蓄えられ、コン
デンサの総電荷量が添加された成分の濃度を測定するた
めに測定される。

閃光放電サイクルの過程で分光計から送られる信号は、
その強度の関数として２つのグループに整理され得る信
号分により形成されることが明らかとなった。実際には
１例えばアルミニュウムが測定される場合に、閃光が試
料に衝突した点に沈殿したアルミニュウムが含まれてい
る場合における光強度は、その衝突点に溶解したアルミ
ニュウムが含まれている場合の光強度よりずっと大きい
。

このような考察はいわゆるパルスの分類（又は識別）方
法を創作することに通じる。この後者の方法では、積分
コンデンサの電荷は、閃光放電サイクルの終了時にでは
なく、励起回路の各基本放電の後に測定され、そしてそ
の測定値は後で利用されるために記憶される（米国特許
第４３２６８０１号）。

（発明の目的） 本発明は、鋼鉄中に溶解した状態および沈殿した状態で
含まれたアルミニュウムのような元素の含有量を精密に
測定するために、パルスを分類する方法を発光分光測定
法に用いた方法を提供すること番目的としている。

（発明の構成） 上記目的を達成するための本発明の方法は、励起回路の
各基本放電の後に、積分コンデンサの電荷又はパルスを
選択されたスペクトル光の光強度を表わすデジタル信号
に変換し、 閃光放電サイクルの間に、光強度の関数としてパルス周
波数のグラフを作るために、対応する光強度が複数の連
続した各領域又はチャンネル内に含まれているパルス数
を決定し、 該グラフの代表的な曲線は低強度側で実質的にガウスコ
ースの一部を示しており。

前記曲線を平滑化し、そして前記溶解した成分の含有量
を、平滑化された曲線のガウス部のピーク値に対応する
光強度の値から決定し、かつ沈殿した成分の含有量を、
高強度側で、前記ガウス部から外れたところにある前記
周波数のグラフの一部を積分することにより決定するこ
とにより構成されている。

（実施例） 以下１本発明の実施例を添付した図面しこ基づし１て詳
細に説明する。

第１図に示した装置は、本質的には閃光放電発生器１０
と、測定される成分に対応するスペクトル光を検知する
ための光学装置２０と、測定装置３０とから構成されて
いる。

閃光放電発生器１０は１例えばフランス特許出願第８２
　１３６６２号に開示されたタイプのものである。この
閃光放電発生器１０には低容量（例えば、３μＦ）のコ
ンデンサ１１が設けられている。

コンデンサ１１は、互いに近接して配置された測定され
る試料１２と計数電極１３との間に閃光を発生させるた
めに、数１００ボルトでかつ一定の周波数で放電される
。試料１２は鋼鉄製であり、その鋼鉄中に含まれる溶解
したアルミニュウムおよび沈殿したアルミニュムの含有
量が測定される。

例えば放電周波数を１００Ｈｚにし、かつ閃光放電サイ
クルの時間を２０ｓにした場合には、そのサイクルは励
起回路による２０００回の基本放電により構成される。

すなわち、１０ｍ１１毎の放電が２０００回続いて起る
。

光学装置２０は、物体側の焦点位置が試料１２と電極１
３との間に形成されたアーク上にある集光レンズ２１と
、アークからの放射光を集めて回折格子２３上に送る細
隙２２とから成っている。

この回折格子２３は試料１２の成分を表わすスペクトル
光を発する。異なる走査開口２４，２５゜２６が、回折
格子２３および細隙２２の中心を通る円上に該回折格子
２３に対向して配置されている。各走査開口は一定の波
長の放射光を受けるようになっている。走査開口２４は
、例えば、アルミニュウムに関係するスペクトル光（波
長が３９６．１）の放射を受けるように配置されて＆Ｎ
る。光電子増倍管２７は走査開口２４の背後に配置され
ており。

対応するスペクトル光の光強度を表わす強度の電流を出
力する。

光電子増倍管２７からの電流は測定装置のコンデンサに
より構成された積分器（積分コンデンサ）３１を充電す
る。この積分コンデンサ３１４±非常に低容量のもので
あり、その容量は例え４ｆｌＯＯｐＦである。

前記パルス分類方法により、１つの閃光放電サイクルは
連続した基本のシーケンスに分区すられ、各シーケンス
は。

励起回Ｍ（コンデンサ１１）を放電すること、所定の積
分時間（例えば０．５ｍ５）の間、積分コンデンサ３１
内で積分すること、 積分時間の終了時にパルスの強度（積分コンデンサ３１
の電荷を捕捉し）、そのノ（ルスの振幅をデジタル形に
変換して記憶すること、 積分コンデンサ３１を零に戻す（放電する）ことから成
っている。

前記励起回路の放電と前記測定の捕捉との間の同期は、
交流供給回路の周波数から得られかつ測定装置３０の一
部を形成する処理および制御ユニット３３により作り出
される信号によって放電および捕捉の操作を制御するこ
とによりなされる。

各パルスの振幅は、積分コンデンサ３１に接続されたＡ
−Ｄ変換器（例えば１２ビツトの変換器）３２によって
デジタルに変換される。該Ａ−Ｄ変換器３２の出力側に
はデジタル信号が出力されており、その値Ｘは集められ
たパルスの振幅で変換された光強度を表わしている。

閃光放電サイクルに対応するヒストグラムが以下に述べ
るような方法でメモリ３４に記憶される。

測定された強度の目盛（すなわち、１２ビツトのコード
の場合には、デジタル値Ｘに対して０力１ら４０９５）
は、所定の幅をもって連続したゾーン又はチャンネルに
分けられている。該各チャンネルはメモリー３４内の各
領域に夫々関係してｂする。測定装置１３０はマイクロ
プロセッサの制御しこもとづいて作動する。値Ｘが積分
時間の終了時に前記Ａ−Ｄ変換器３２の出力側に出力さ
れているときには、捕捉プログラムが開始され、値Ｘが
あるチャンネルを判別し、かつメモリ３４の対応する領
域の内容を増やす。

閃光放電サイクルの終了時に、メモリ３４はパルス周波
数のグラフ、すなわちパルスが表わす光強度の関数とし
ての該パルスの分布を記憶する。

第２図は、グラフの一例、すなわち連続した基本シーケ
ンスの過程で測定された強度分布を示したものである。

このグラフは前記積分コンデンサの両極で測定された信
号の閃光放電サイクル過程での時間変化を示している。

閃光放電の開始時には、溶解したアルミニュウム（ＡＱ
ｄ）が加わった沈殿したアルミニュウム（Ａ　Ｑ　ｐ）
の含有物に閃光が衝突したことにより、比較的高い強度
があられれている。閃光放電サイクルの第１ピリオドの
後には、測定される強度は溶解したアルミニュウムに移
る。

第３図はメモリ３４で記憶された対応する周波数のグラ
フを示している。この例では、測定された強度の目盛（
０から４０９５）は８０の幅を持ったチャンネルに分け
られている。第３図に示すように、大部分の強度は低強
度側にあるチャンネル内にあり、グラフの低強度の部分
は、Ａｎｄが関与しているため実質的にガウス分布を示
していることがＩｌｍできる。高強度側で、ガウスコー
スの部分から外れているグラフの部分は実質的に水平の
コースをたどっており、目盛から外れた（測定目盛から
上方に外れた）強度が存在するために。

最後のチャンネル内には高い値が蓄積されている。

本発明によれば、周波数グラフのガウス分布の部分は最
大値の位置を決定するために平滑化される。二のガウス
分布の部分はＡｆｆｉｐからくるパルスによって高強度
側で乱れていることが判った。

したがって、ガウスカーブを平滑化するための計算は、
低強度側においてその最初の半分についてなされ、他の
半分については対称形により推測される。Ａｎｄの含有
量Ｃｄは、ガウス分布の部分を積分することによってで
はなく、平滑化されたガウスカーブのピーク値に対応す
る強度Ｘ　ｗａｘの１次関数により計算される。

すなわち、 Ｃｄ＝ａｄ−Ｘｍａｘ＋ｂｄである。

強度Ｘｍａｘと化学的な分析により測定された含有量と
の間の相関関係が満足のいくものであることが実際に立
証された。この強度Ｘｖａａｘは、平滑化されたガウス
カーブのピーク値があるチャンネルの中間値に対応して
いる。ＡＱｐの含有量Ｃｐを測定するためには、多数の
パルスがガウス分布の部分から外れて前記強度目盛の範
囲外に拡がっているという理由で、前記と同様の方法で
処理することはできない。したがって、その場合には積
分の技術にたよらなければならない、しかしながら。

ＡｆｌｄからくるパルスとＡＱＰからくるパルスとの間
の切れ目ははっきりしていない。前記強度目盛上にいく
つかの段階から成る混合領域がある。このような段階を
考慮に入れないことが望ましい。

前記平滑化されたガウスカーブの基準線に戻る点に対応
する強度をｘｂとすれば、積分値Ｉｐは、この点を含む
チャンネル１０（又は高強度側に僅かにずれたチャンネ
ル）と前記周波数カーブの端部との間で計算される。

すなわち、 ｉ＝Ｎ ここで、ｎｉは周波数（パルス数）、ｃｉはチャンネル
ｉに関する強度、Ｎはチャンネルの総数である。濃度Ｃ
ｐは、積分値ｒｐの１次関数より決定される。

すなわち。

ｃｐ”ａｐ・Ｉｐである。

全アルミニュウムの濃度Ｃｓは濃度ＣｄとＣｐを単純に
合計したものである。

測定の捕捉、周波数グラフの処理およびアルミニュウム
の含有量の計算は、前記ユニット３３に読み込まれたプ
ログラムの制御にもとづいて実行される。第４図は試料
の処理に関する動作を示すフローチャートの一例である
。

この例では、鉄Ｆｅｓの全含有量は閃光放電特性を判断
するために積分により測定される。この測定は、ある測
定チェーン（第１図には示されていない）により、鉄に
関係したスペクトル光に対応する位置にある前記走査開
口を通して行われる。

前記捕捉を開始する前に、メモリ３４の領域の内容Ｃｉ
は前記パラメータにおよびＦｅｓと同様に零に戻される
（初期化ステップ１００）。

測定の捕捉は、各閃光について、励起回路の放電を制御
すること（ステップ１０１）；Ｆａｓ＝Ｆｅｓ’＋Ｙと
なるまで鉄に対応するパルスＹを捕捉すること（ステッ
プ１０２）：アルミニュウムに対応するパルスを捕捉し
、集められたパルスＣｉ　（Ｘ）の強度があるチャンネ
ルに対応するメモリ３４の領域の内容を増加すること（
Ｃｉ（Ｘ）＝Ｃｉ　（Ｘ）＋　１）　　（Ｘテップ１０
３）；パラメータｋを増加すること（ステップ１０４）
；およびその増加した値を、閃光放電サイクルを構成す
る基本シーケンスの既登録数ｎｃと比較すること（ステ
ップ１０５）から成っている。に＝ｎｃとなったときに
は、前記捕捉ステップは終了する。

集積された値Ｆａｓが所定のしきい値Ｆｅ５ｏより小さ
い場合には（ステップ１０６）、”閃光放電が不十分で
ある”というメツセージが、ユニット３３に接続された
モニター（メモ「月３４のスクリーン上にステップ１０
０に戻る前に表示される（ステップ１０７）。

集積された値Ｆｅｓが正しい場合には、前記周波数グラ
フがまず最初にガウスコースの一部を平滑化するように
処理される。そのために、最大のパルス数を含んでいる
チャンネルが最初に求められ（ステップ１０８）、この
チャンネルから始まりかつ低強度の方に向かって、パル
スを含んでいない最初のチャンネルが求められる（ステ
ップ１０９）。

前記ガウスカーブの左側半分の平滑化がなされる（ステ
ップ１１０）。このとき、それ自身公知であるカーブを
平滑化する方法（例えば、いゎるゆ最小誤差２乗法）を
用いることができる。

このような平滑化の後、前記ガウスカーブの最大値の横
座１１Ｘｏ＋ａｘは、導関数が零の点を求めることによ
り決定され（ステップ１１１）、同様にして高強度側で
ガウスカーブが基準線に戻る点の横座標ｘｂが決定され
る（ステップ１１２）。

Ａｎｄの含有量Ｃｄが、Ｃｄ＝　ａ　ｄ　Ｘｍａｘ＋　
ｂ　ｄによって計算される（ステップ１１３）。

高強度側でガウス部分から外れたところにある（ｘｂか
ら外れたところにある）グラフの部分が。

積分値ＩＰを与えるために積分され、かつＡｆｉｐの含
有量Ｃｐが、 ＣＰ＝ａｐ・ｒｐにより計算される（ステップ１１５）
。

計数ａｄ、ａｐおよび値ｂｄ、ｂＰは較正により設定さ
れる。

アルミニュウムの全含有量Ｃｓが、Ｃ５＝Ｃｄ＋ＣＰに
より計算され（ステップ１１６）、その結果がモニター
３４のスクリーン上に表示され（ステップ１１７）、実
行される新しいサイクルを待つ。

（発明の効果） 本発明に係る方法によれば、鋼鉄中に溶解した状態およ
び沈殿した状態で含まれたアルミニュウムのような成分
の含有量を精密に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による方法を実施するための装置を示
す概略図、第２図は閃光放電サイクルの過程で集積され
た光強度の時間変化を示すグラフ、第３図は対応する光
強度の関数として表わした集積されたパルス数の分布を
示すグラフ、第４図は本発明の方法を実施する過程で、
その目的のためにプラグラムされたマイクロコンピュー
タによって実行される動作を示すフローチャートである
。 １０・・・閃光放電発生器 １２・・・試料　　　　　　２３・・・回折格子３１・
・・積分コンデンサ（積分器） ３４・・・メモリー 出願人　　アンスティテユ　ドウルシェルシュドウ　ラ
シデルルジ フランセーズーイルシド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼鉄中に溶解した状態および沈殿した状態で含まれ
   たアルミニュウムのような成分の含有量を発光分光測定
   法により測定する方法であって、 励起回路の連続した放電による閃光放電に分析される鋼
   鉄の試料を付し、 測定される成分に対応する発光を分離するために前記閃
   光を回折格子に向け、 該発光の強度を表わす電流で積分コンデンサを充電し、 積分回路の各基本放電の後に、積分コンデンサの電荷又
   はパルスを選択されたスペクトル光の光強度を表わすデ
   ジタル信号に変換し、 かつ閃光放電サイクルの間に、光強度の関数としてパル
   ス周波数のグラフを作るために、対応する光強度が複数
   の連続した各ゾーン又はチャンネルに含まれているパル
   ス数を決定することにより構成され、 該グラフの代表的な曲線は低強度側で実質的にガウスコ
   ースの一部を示していることを特徴とする方法において
   、 前記曲線を平滑化し、そして前記溶解した成分の含有量
   を、平滑化された曲線のガウス部のピーク値に対応する
   光強度の値から決定し、 かつ沈殿した成分の含有量を、高強度側で、前記ガウス
   部から外れたところにある前記周波数のグラフの一部を
   積分することにより決定して成ることを特徴とする方法
   。 ２、前記曲線を、低強度側にあるその半分について平滑
   化することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３、前記グラフの一部の積分を、前記平滑化された曲線
   が基準線に戻る点を越えたところで行うことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記励起回路の放電および集められた前記パルスの
   表示を、交流供給回路から送られる信号によって制御す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、前記溶解した成分の含有量を、前記平滑化された曲
   線のガウス部の前記ピーク値に対応する光強度の１次関
   数の形で求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ６、前記沈殿した成分の含有量を、高強度側で前記ガウ
   ス部から外れたところにある前記グラフの一部の積分に
   よる積分値の１次関数の形で求めることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。