JPS636440A - 溶銑Ｓｉ分析用ＳｉＯ測定装置及びプロ−ブ - 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〕 この発明は高炉から出銑された溶銑中のシリコン含有率
を高炉鋳床において迅速かつ連続的に測定しうるＳｉＯ
測定装置及びプローブに関するものである。

〔従来の技術〕

溶銑中のシリコンの分析法としては、レーザー発光法、
ス・ぐ−り発光法、微粒子生成法、イオンセンサー法、
固体試料の迅速分析法などが知られている。レーデ−発
光法はレーザーを用いて溶銑成分を蒸発、励起し、分光
分析する方法であシ、スノヤーク発光法は溶銑のス／４
−り光を光ファイバーで伝送して分光分析する方法であ
る。微粒子生成法はガスバブリング等により溶銑の微粒
子を生成し、その微粒子を搬送してｒｃｐ発光法で分析
する方法であり、イオンセンサー法は固体電解質を用い
て活量を測定し、含有率を求める方法である。

また、固体試料の迅速分析法は固体サンプルを採取後ス
・９−り発光分析法、螢光Ｘ線分析法、熱起電力法、透
磁率法等で分析する方法である。

−方、溶銑中のシリコンは酸素と反応してＳｉＯ等の酸
化ケイ素を生成する。生成したＳｉＯは出銑時の溶銑温
度（約１５００℃）において１０−２〜１０−４ｍｕｇ
の高い蒸気圧を有し、溶銑から蒸発する。このｓＩＯガ
ス量は溶銑中のシリコン濃度と比例関係にあり、溶銑か
ら発生する５ＩＯ３ｉを連続的に測定することＫより溶
銑中のシリコンを連続的に分析することが可能である。

このＳｉＯガスは自然発生し、Ｓｉ０生成のためにプロ
ーブ等の特殊な設備を必要としないところから低コスト
で測定できるという利点がある。

８１０を高温物体、例えば高炉内の溶融物から発光され
た赤外光を光源として赤外スペクトルを測定することに
より定量する方法が報告されている。

この３１０の赤外線吸収スペクトルの測定には通常回折
格子型の赤外分光光度計やフーリエ変換型の赤外分光光
度計が用いられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

レーザー発光法は装置全体が大きく、装置のコ□ ストが高いという問題があった。また、高炉鋳床に設置
する場合には温度、震動等に関する対策が必要であった
。ス／？−り発光法も装置のコストが高いことに加え、
溶銑面の安定化が必要で高炉鋳床溶銑樋における直接分
析には適さないことも問題であった。微粒子生成法は装
置が大型で装置のコスト及び運転費のいずれもが高価で
あった。イオンセンサー法は分析精度が悪く、消耗型で
あるため連続分析には適さず、また運転費が高い等の問
題があった。固体の迅速分析法はサンプリングや試料の
前処理に時間を要し、分析に長時間を要していた。分析
装置にスノ９−り発光分析装置や螢光Ｘ線分析装置を用
いた場合にはこれらは大型で高価であることも問題であ
った。

また、ＳｌＯの赤外線吸収スペクトルの測定に用いられ
ていた回折格子型やフーリエ変換型の赤外分光光度計は
大型で高価であり、さらに測定環境の整備等も必要であ
って、オンライン分析計としては適していなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこれらの問題点を解決する手段として、溶銑か
ら発生した赤外光を集光する集光レンズ、光を変’ＦＡ
ｆるチ胃ツ／４’−、ｆローバンドパスフィルター、焦
電型赤外線検出素子、及び信号処理部からなるＳｔＯ測
定装置と溶銑から８１０を採取するプローブ本体に赤外
吸収セルを接続−体化したプローブを提供するものであ
る。

以下、本発明の内容をまずＳｉＯ測定装置について説明
する。

集光レンズにはゲルマニウム、セレン化亜鉛などの赤外
光透過材（より形成されたものを使用する。

チＨツバ−には公知の光束断続器を使用する。

配置する位置は集光レンズと赤外線検出素子の間に設け
ればよい。

フィルターはＳｉＯの吸収波長を選択的に通過させるナ
ローパントノ！スフイルターを用いる。このフィルター
としては例えばゲルマニウム等の赤外光透過基板上に多
層コーティングを施したものが市販されておシ、それを
利用することができる。

それに限定されるものではなく、−般に目的波長を中心
として透過波長範囲の狭いもののなかから適宜選択する
ことができる。このフィルターは赤外線検出素子に密着
させて設けることが好ましい。

８１０は溶銑から自然蒸発してくるものを測定すればよ
い。アルゴンガス、炭酸ガス、アルゴン−酸素混合ガス
等を溶銑に吹き込んでバブリングを行なうことＫよ５８
１０の発生量を増し、分析感度を向上させることができ
る。

上記の装置を使用するにあたっては、測定場所により高
温、ヒーーム等の対環境対策あるｌ／−１は温度変化、
スラグ等の影響を排除する安定化対策を施すことが必要
な場合もある。本発明者はこのような場合に有効なプロ
ーブを案出した。次に、このプローブ建ついて説明する
。

このプローブは本体とその上端に接続された赤外吸収セ
ルからなる。

プローブ本体は下端に溶銑導入口を設け、その近傍には
搬送ガスの送気管を接続する。溶銑導入口はプローブ本
体の底面のほか側面に設けることもできる。また、その
数も１個所に限らず、複数個所に設けてもよい。この導
入口ＶｃＦｉ溶銑へ挿入する際に上層のスラグが入らな
いように鉄箔などを貼っておくことが好ましい。搬送ガ
スは溶銑からＳｉＯを抽出、搬送するものであり、Ａｒ
、　ｃｏ２゜Ａｒ−０２＋　ｃｏなどが用いられる。搬
送ガスの送気管はガスを溶銑に吹込める位置に接続する
。

赤外吸収セルは円管、角管等の管状とし、その−端には
赤外光源を設ける。赤外光源は加熱により赤外光を効率
よく発光するものであればよく、例えばアルミナ等が運
車である。この光源は赤外吸収セル内に設けることが好
ましいが、セル外に設けてもよい。後者の場合には赤外
光透過窓を赤外光源側端部にも設ける。赤外吸収セルの
測光側端部には赤外光透過窓を設ける。この窓は例えば
ＫＢｒ、　ＫＣｌ、　Ｇｅ等の板体で形成すればよい。

赤外吸収セルの赤外光源近傍及び赤外光透過窓近傍には
これらを保護するためのガス送気管を接続する。

このガスには特別な事情がなければ前記の搬送ガスと同
じガスを用いればよい。赤外吸収セルにはこれらのガス
の排気管を接続する必要がある。排気管にプローブ本体
から導入される搬送ガスが赤外技収セルを相当距離通っ
てから排出されるようにプローブ本体接続部からなるべ
く離して設けるのがよい。この排気管は複数設けること
もできる。

該セルにはそのほか溶銑から発生した蒸気がそこでａｌ
！縮しないようにヒーターなどを設けることができる。

本発明のＳＩｏ装置は、炉外に出た溶銑の３１０を測定
するにとどまらず、高炉羽口より炉内からの赤外光を直
接測定してレースウェイ中のＳｉｎ濃度を求めて溶銑中
の３１含有量を求めることも可能である。また、ナロー
バンドパスフィルターの透過特性を変えることＫより、
ＳｉＯ以外のもの例えばＳＯ２，ＣＯ，Ｃｏ２等の溶融
物放出ガスを測定することもできる。

〔作用〕

ＳｌＯ測定装置においては、ＳｉＯの振動により一定波
長のエネルギーを失なった赤外光が集光レンズによって
集光される。この赤外光はチヲッパーに！る変調を受け
、ナローバンドパスフィルターによって上記の特定波長
部分が焦電型赤外線検出素子へ検知され、信用処理部で
増幅、演算処理、バックグラウンド処理等が行なわれて
ＳｉＯ濃度信号を得ることができる。

また、プローブにおいては、導入口からプローブ本体下
部に進入してきた溶銑に搬送ガスを吹き込むことＫよっ
てＳｉＯを溶銑から抽出する。抽出されたＳｉＯは搬送
ガスによりプローブ本体から赤−外吸収セルに入り、排
気管から排出される。赤外光は光源から発せられてセル
内の該ＳｉＯ蒸気部を通過し、赤外光透過窓から出て測
光される。該測光には前記ＳｉＯｉ定装置を用いること
が好ましいがその他の赤外線吸収スペクトル測定装置を
用いることもできる。

〔実施例〕

本発明の一実施例である溶銑Ｓｉ分分析用Ｓｌ測測定装
置概要を第１図に示す。

同図に示すように、この装置は集光レンズ１゜チョッノ
？　　２、ナローパントノやスフイルター３゜４、焦電
型赤外線検出素子５．６、及び信号処理部７からなって
いる。六ローバンドパスフィルター及び焦電赤外線検出
素子は一方は８１０モニター用であシ、他方はバックダ
ラウント５モニター用である。

この装置８を用いて溶銑９のＳｉＯを測定している状態
の平面図を第３図にそして側面図を第４図に示す。この
装置は高炉鋳床のスキンマー部に設置され、１０は高炉
大樋を、１１はスキンマー部をそして１２はスラグ、酸
化層をそれぞれ示している。溶銑上層のスラグや酸化層
１２が分離された溶銑９から放射された赤外線を反射ミ
ラー１３で集光し、これを前記の装置８で測定してＳｉ
Ｏを求めた。得られた結果と別途化学分析法で測定した
シリコン含有率との関係を第５図に示す。同図に示すよ
うに両者間には良好な相関関係が認められた。

この例においては、溶銑からの赤外光を一旦反射ミラー
１３で集光してこれを本発明の装置８で測定するように
しているが、測定装置８を溶銑面に向けて設置し、直接
測定することも可能であった。

次Ｋ、溶銑Ｓｉ分析用プローブの一例を第２図に示す。

このセルは赤外吸収セル１４の一端に赤外光の発光源１
５が配置され、他端には赤外線透過窓１６が設けられて
いる。また、このセル１４にはＳｉＯ抽出プローブ本体
１７が接続されている。このプローブ本体１７は下端を
溶銑９に浸漬するようになっており、該浸漬部１８には
溶銑９の導入口１９が開口されかつ導入された溶銑９＆
に搬送ガスを吹込む送気管２０が接続されている。セル
１４にはさらにこれを加熱するヒーター２１、排気管２
２、発光源１５を保護するためのガスの送気管２３、赤
外線透過窓１６を保護するためのガスの送気管２４など
が適宜取付けられる。発光源はアルミナが使用され、赤
外光透過窓にはＫＢｒが使用されている。このプローブ
の使用方法としては、ニクロム線シース細管ヒーター２
１に電気を通じて加熱し、プローブ本体１７の下端を溶
銑９に挿入するとプローブ本体１７内に溶銑９＆が進入
して来る。そこで、搬送ガスをこの溶銑９１に吹込むと
ＳｉＯ含有ガスが溶銑９ａから放出され、プローブ本体
１７内からセル１４に入り排気管２２を通って排出され
る。発光源１５から発せられた赤外光は透過窓１６から
外へ出て前記の測定装置８で８１０吸収強度が測定され
、溶銑中のＳＩ含有量を求めることができる。

〔発明の効果〕

本発明のＳｉＯ測定装置は構造が簡単であり小型にする
ことができる。軽量であるところから持ち運びが簡単で
あり、操作も容易である。精度が高く、測定を迅速に行
なうことができる。また、安価に製造することが可能で
ある。

また、プローブを用いることにより、前記の対環境対策
及び安定化対策を果たすとともに、赤外線吸収層厚が増
すことＫより分析感度をさらに向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である装置の構成の概要を示
す平面図であシ、第２図はこの装置へ赤外光を送る赤外
吸収セルの一例の構成の概要を示す側面図である。第３
図はこの装置を使用している状態を示す平面図であり第
４図は側面図である。 第５図は本発明の装置を用いて得られた測定結果と従来
法による測定結果の相関関係を示す図である。 １・・・集光レンズ、２・・・チ雪ツバ−１３，４・・
・ナローバンド・母スフイルター、５，６・・・焦ｘ型
赤外線検出素子、７・・・信号処理部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶銑から発生した赤外光を集光する集光ミラー、
   光を変調するチョッパー、ナローバンドパスフィルター
   、焦電型赤外線検出素子、及び信号処理部からなるＳｉ
   Ｏ測定装置
2. （２）下端に溶銑導入口を有するプローブ本体の上端に
   管状の赤外吸収セルを接続し、該セルの一端に赤外光源
   を設けるとともに他端には赤外光透過窓を設け、前記溶
   銑導入口近傍には搬送ガスを溶銑に吹込む送気管を接続
   し、赤外吸収セルの前記赤外光源及び赤外光透過窓近傍
   にはこれらを保護するためのガス送気管をそれぞれ接続
   し、さらにこれらのガスの排気管を接続してなる溶銑Ｓ
   ｉ分析用プローブ