NO315763B1 - Device for use in on-line analysis of molten metal - Google Patents

Description

Teknisk område Technical area

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for bruk ved on-line analyse av smeltet metall, hvilken anordning er innrettet til å delvis neddykkes i en metallsmelte. The present invention relates to a device for use in on-line analysis of molten metal, which device is designed to be partially immersed in a molten metal.

Teknikkens stilling The position of the technique

Fra US patent nr. 5644401 er det kjent en fremgangsmåte for direkte kjemisk analyse av et eller flere grunnstoff i en metallsmelte ved bruk av atom- eller molekylabsorbsjon av den eller de komponenter som skal analyseres i et gassjikt over smeiten. Ved fremgangsmåten sendes lys fra en eller flere lyskilder mot overflaten av metallsmelten hvoretter lyset speiles tilbake til en monokromator eller polykromator som er koblet til egnede detektorer for bestemmelse av lys absorbert i gassjiktet over smeiten. Absorbsjonsignalet er proporsjonalt med atom eller molekyltettheten til den eller de gasskomponenter som skal analysere samt en funksjon av gassjiktets tykkelse. Konsentrasjonen av grunnstoffet eller grunnstoffene i metallsmelten bestemmes ut fra sammenheng mellom absorbsjonssignalet, konsentrasjonen av grunnstoffene i metallsmelten og metallsmeltens temperatur. From US patent no. 5644401, a method is known for direct chemical analysis of one or more elements in a metal melt using atomic or molecular absorption of the component or components to be analyzed in a gas layer above the melt. In the method, light is sent from one or more light sources towards the surface of the metal melt, after which the light is reflected back to a monochromator or polychromator which is connected to suitable detectors for determining light absorbed in the gas layer above the melt. The absorption signal is proportional to the atomic or molecular density of the gas component(s) to be analyzed as well as a function of the thickness of the gas layer. The concentration of the element or elements in the molten metal is determined based on the relationship between the absorption signal, the concentration of the elements in the molten metal and the temperature of the molten metal.

Som angitt i US patent nr. 5644401 er det for å oppnå signifikante resultater nødvendig at i det minste en del av metalloverflaten som lysstrålene rettes mot ikke er dekket av oksidbelegg, slagg etc. og at det i en del tilfeller kan være nødvendig å skjerme en del av metalloverflaten ved hjelp av en åpen sonde eller lignende og å tilføre gass for å fremskaffe en ren metalloverflate på den del av metalloverflaten som lysstrålen rettes mot. As stated in US patent no. 5644401, in order to achieve significant results it is necessary that at least part of the metal surface towards which the light beams are directed is not covered by oxide coating, slag etc. and that in some cases it may be necessary to shield a part of the metal surface by means of an open probe or the like and to supply gas to produce a clean metal surface on the part of the metal surface towards which the light beam is directed.

Det er imidlertid ikke angitt noe i US patent nr. 5644401 om hvordan en slik sonde skal utformes. However, there is no indication in US patent no. 5644401 about how such a probe should be designed.

Fra JP 11-108829 er det kjent en metode for on-line analyse av smeltet metall som i det vesentlige er lik metoden beskrevet i US patent nr. 5644401. Heller ikke JP 11-108829 angir hvordan problemet med slagg på overflaten av metallsmelten skal løses. From JP 11-108829 there is known a method for on-line analysis of molten metal which is essentially similar to the method described in US patent No. 5644401. Nor does JP 11-108829 indicate how the problem of slag on the surface of the molten metal is to be solved .

Fra US patent nr. 4,730,925 er det kjent en fremgangsmåte for spetroskopisk bestemmelse av sammensetningen av smeltet jern, hvor det frembringes en "hot-spot" på metalloverflaten ved å blåse oksygen mot metalloverflaten og hvor strålingspektraene som emiteres fra hot-spot måles. Oksygen blåses mot metalloverflaten gjennom et rør eller lanse som er anordnet over metalloverflaten. Røret eller lansen inneholder også en fiberoptisk kabel for å detektere strålingspektraene. From US patent no. 4,730,925, a method for spectroscopic determination of the composition of molten iron is known, where a "hot-spot" is produced on the metal surface by blowing oxygen against the metal surface and where the radiation spectra emitted from the hot-spot are measured. Oxygen is blown towards the metal surface through a pipe or lance which is arranged above the metal surface. The tube or lance also contains a fiber optic cable to detect the radiation spectra.

Ved den foreliggende oppfinnelse er man nå kommet fram til en egnet anordning for bruk i forbindelse med on-line analyse av smeltet metall som fjerner slagg fra den delen av metallsmelten hvor lyskilden treffer metalloverflaten. With the present invention, a suitable device has now been arrived at for use in connection with on-line analysis of molten metal which removes slag from the part of the molten metal where the light source hits the metal surface.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en anordning for bruk ved on-line analyse av smeltet metall hvor lys fra en lyskilde sendes mot overflaten av en metallsmelte og speiles tilbake til en monokromator eller polykromator som er koblet til egnede detektorer for bestemmelse av absorbert lys i det gassjiktet som befinner seg over smeiten, hvilken anordning omfatter et rør som er åpent i sin nedre ende og som er innrettet til å delvis neddykkes i den metallsmelte som skal analyseres, hvilken anordning er kjennetegnet ved at røret inneholder en fiberoptisk kabel som i sin øvre ende er tilknyttet lyskilden og som i sin nedre ende er innrettet til å sende lys gjennom åpningen i rørets nedre ende og til å motta reflektert lys fra metallsmelten, samt en innløpsåpning for tilførsel av en gass eller gassblanding til røret for å opprettholde et tilstrekkelig gasstrykk til å hindre at metallsmelten trenger vesentlig inn i åpningen i røret og at røret er omgitt av et beskyttelsesrør fremstilt av et materiale som er bestandig ovenfor den metallsmelte anordningen skal anvendes i. The present invention thus relates to a device for use in on-line analysis of molten metal where light from a light source is sent towards the surface of a molten metal and is reflected back to a monochromator or polychromator which is connected to suitable detectors for determining absorbed light in that gas layer which is located above the forge, which device comprises a tube which is open at its lower end and which is arranged to be partially immersed in the molten metal to be analyzed, which device is characterized in that the tube contains a fiber optic cable which, at its upper end, is connected to the light source and which at its lower end is arranged to send light through the opening in the lower end of the tube and to receive reflected light from the molten metal, as well as an inlet opening for supplying a gas or gas mixture to the tube to maintain a sufficient gas pressure to prevent that the molten metal penetrates significantly into the opening in the pipe and that the pipe is surrounded by a protective pipe at the front lt of a material which is resistant to the metal molten device must be used in.

I det minste den nedre del av røret er fortrinnsvis fremstilt av et materiale som er bestandig overfor den metallsmelte anordningen skal anvendes i. Eksempler på slike materialer er grafitt, kvarts, porselen, silisiumkarbid og keramisk materiale som alumina og mullitt samt metaller og metallegeringer som har et høyere smeltepunkt enn den metallsmelte som skal analyseres. Gassen som tilføres til røret kan utgjøres av inert gass eller en blanding av inert gass og andre gasser så som eksempelvis oksygen. Gassen eller gassblandingen tilføres til røret av flere grunner. For det første må det opprettholdes et tilstrekkelig gasstrykk i røret til å hindre at metallbadet trenger vesentlig inn i åpningen i røret når anordningen er delvis neddykket i metallsmelten. Videre benyttes gasstilførselen for å oppnå og opprettholde egenskapene til gassjiktet som befinner seg over metallsmelten. Gasstilførselen til røret gir i tillegg en viss kjøleeffekt som hindrer at den fiberoptiske kabelen blir oppvarmet til for høy temperatur. At least the lower part of the tube is preferably made of a material which is resistant to the molten metal device to be used in. Examples of such materials are graphite, quartz, porcelain, silicon carbide and ceramic material such as alumina and mullite as well as metals and metal alloys which have a higher melting point than the molten metal to be analyzed. The gas that is supplied to the pipe can consist of inert gas or a mixture of inert gas and other gases such as, for example, oxygen. The gas or gas mixture is supplied to the pipe for several reasons. Firstly, a sufficient gas pressure must be maintained in the pipe to prevent the metal bath from penetrating significantly into the opening in the pipe when the device is partially immersed in the molten metal. Furthermore, the gas supply is used to achieve and maintain the properties of the gas layer located above the molten metal. The gas supply to the pipe also provides a certain cooling effect which prevents the fiber optic cable from being heated to too high a temperature.

Ved bruk av anordningen ifølge oppfinnelsen tilføres det gass eller gassblanding til røret, hvoretter anordningen delvis neddykkes i metallsmelten, mens trykket av gass reguleres slik at metallsmelten idet vesentlige ikke stiger opp i åpningen i den nedre ende av røret. Når anordningen senkes nedover i metallsmelten vil flaten på undersiden av røret skyve bort slagg og metalloksid som befinner seg på metalloverflaten, slik at en ren metalloverflate vil befinne seg i området ved åpningen i nedre ende av røret. Eventuelle rester av slagg kan fjernes ved kraftig blåsing av gass. Lys sendes mot metalloverflaten ved hjelp av den fiberoptiske kabel i røret, gjennom åpningen i den nedre ende av røret og mot metalloverflaten. Reflektert lys fra metalloverflaten oppfanges av den fiberoptiske kabel og føres til monokromatoren eller polykromatoren hvor absorbert lys for grunnstoffet eller grunnstoffene i gassjiktet over metallsmelten bestemmes. Deretter beregnes mengden av det eller de grunnstoff i metallsmelten som skal analyseres ved hjelp av fremgangsmåten ifølge US patent nr. 5,644,401. When using the device according to the invention, gas or a gas mixture is supplied to the pipe, after which the device is partially immersed in the molten metal, while the pressure of gas is regulated so that the molten metal essentially does not rise into the opening at the lower end of the pipe. When the device is lowered into the molten metal, the surface on the underside of the tube will push away slag and metal oxide that are on the metal surface, so that a clean metal surface will be in the area of the opening at the lower end of the tube. Any remaining slag can be removed by powerful blowing of gas. Light is sent towards the metal surface using the fiber optic cable in the tube, through the opening at the lower end of the tube and towards the metal surface. Reflected light from the metal surface is captured by the fiber optic cable and led to the monochromator or polychromator where absorbed light for the element or elements in the gas layer above the metal melt is determined. The quantity of the element(s) in the metal melt to be analyzed is then calculated using the method according to US patent no. 5,644,401.

Fiberoptiske kabler kan være bestandige opp til en temperatur av omtrent 1000°C. Det er derfor foretrukket å utstyre anordningen ifølge oppfinnelsen med ytterligere kjøleanordninger når anordningen skal anvendes for on-line analyse av metallsmelter med en høyere temperatur enn 1000°C, slik som eksempelvis stålsmelter og silisiumsmelter. Fiber optic cables can be resistant up to a temperature of approximately 1000°C. It is therefore preferred to equip the device according to the invention with additional cooling devices when the device is to be used for on-line analysis of metal melts with a higher temperature than 1000°C, such as for example steel melts and silicon melts.

I henhold til en foretrukket utførelsesform omfatter derfor anordningen ytterligere midler for kjøling. De ytterlige midlene for kjøling omfatter et ytre beskyttelsesrør fremstilt av et materiale som er bestandig overfor den metallsmelte som anordningen skal anvendes i, hvilket beskyttelsesrør har en større indre diameter enn den ytre diameter av røret som inneholder den fiberoptiske kabelen og hvor det i hulrommet mellom røret som inneholder den fiberoptiske kabelen og det ytre beskyttelsesrøret er anordnet et fast kjølemedium som for eksempel en kobberstang som er kjølt i sin øvre ende eller kanaler for sirkulasjon av et flytende eller gassformig kjølemedium. According to a preferred embodiment, the device therefore comprises additional means for cooling. The additional means for cooling comprise an outer protective tube made of a material resistant to the molten metal in which the device is to be used, which protective tube has a larger inner diameter than the outer diameter of the tube containing the fiber optic cable and where in the cavity between the tube which contains the fiber optic cable and the outer protective tube is provided with a solid cooling medium such as a copper rod which is cooled at its upper end or channels for the circulation of a liquid or gaseous cooling medium.

Det ytre beskyttelsesrøret er fremstilt av et materiale som er bestandig overfor den metallsmelte anordningen skal anvendes i. Eksempler på slike materialer er grafitt, kvarts, porselen, silisiumkarbid og keramisk materiale som alumina og mullitt. The outer protective tube is made of a material which is resistant to the molten metal device to be used in. Examples of such materials are graphite, quartz, porcelain, silicon carbide and ceramic material such as alumina and mullite.

I henhold til en utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen er den nedre del av det ytre beskyttelsesrøret utformet med en innoverragende flens som i sitt senter danner en sentral åpning som overensstemmer med åpningen i den nedre ende av røret som inneholder den fiberoptiske kabelen, hvilken flens skråner utad og oppover fra den sentrale åpning. According to an embodiment of the device according to the invention, the lower part of the outer protective tube is designed with an inwardly projecting flange which in its center forms a central opening which corresponds to the opening in the lower end of the tube containing the fiber optic cable, which flange slopes outwards and upwards from the central opening.

Ved bruk av anordningen ifølge denne utførelsesformen vil den skrå flaten på undersiden av det ytre beskyttelsesrøret skyve bort slagg og metalloksid som befinner seg på metalloverflaten når anordningen neddykkes i metallsmelten, slik at en ren metalloverflate vil befinne seg i området ved den sentrale åpningen i beskyttelsesrøret. Eventuelle rester av slagg kan fjernes ved kraftig blåsing av gass. Lys sendes mot metalloverflaten ved hjelp av den fiberoptiske kabel i det sentrale røret, gjennom den sentrale åpningen og mot metalloverflaten. Reflektert lys fra metalloverflaten oppfanges av den fiberoptiske kabel og føres til monokromatoren eller polykromatoren hvor absorbert lys for grunnstoffet eller grunnstoffene i gassjiktet over metallsmelten bestemmes. Deretter beregnes mengden av det eller de grunnstoff i metallsmelten som skal analyseres ved hjelp av fremgangsmåten ifølge US patent nr. 5,644,401. When using the device according to this embodiment, the inclined surface on the underside of the outer protective tube will push away slag and metal oxide that are on the metal surface when the device is immersed in the molten metal, so that a clean metal surface will be in the area of the central opening in the protective tube. Any remaining slag can be removed by powerful blowing of gas. Light is sent towards the metal surface using the fiber optic cable in the central tube, through the central opening and towards the metal surface. Reflected light from the metal surface is captured by the fiber optic cable and led to the monochromator or polychromator where absorbed light for the element or elements in the gas layer above the metal melt is determined. The quantity of the element(s) in the metal melt to be analyzed is then calculated using the method according to US patent no. 5,644,401.

I henhold til en annen utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen utgjøres den nedre del av det ytre beskyttelsesrøret av en innoverragende sylinder som strekker seg lenger ned enn den nedre, ytre kant av beskyttelsesrøret, hvilken indre sylinder danner den sentrale åpning i beskyttelsesrøret. Den indre sylinder er videre utstyrt med to eller flere i det vesentlige horisontale, åpninger anbragt like under den horisontale del av flensen. Ifølge denne utførelsesform kan beskyttelsesrøret og flensen være utført i ett stykke eller alternativt kan flensen utstyres med gjenger på sin utside slik at flensen kan skrus inn i tilsvarende gjenger på innsiden av beskyttelsesrøret. According to another embodiment of the device according to the invention, the lower part of the outer protective tube is formed by an inwardly projecting cylinder that extends further down than the lower, outer edge of the protective tube, which inner cylinder forms the central opening in the protective tube. The inner cylinder is further equipped with two or more essentially horizontal openings located just below the horizontal part of the flange. According to this embodiment, the protective tube and the flange can be made in one piece or alternatively the flange can be equipped with threads on its outside so that the flange can be screwed into corresponding threads on the inside of the protective tube.

Ved bruk av anordningen ifølge denne utførelsesformen tilføres det gass eller gassblanding til røret som inneholder den fiberoptiske kabel, hvoretter anordningen delvis neddykkes i metallsmelten. Når anordningen senkes nedover i metallsmelten vil slagg og metalioksid skyves til side og flyte opp på metalloverflaten på utsiden av anordningen. Eventuelle rester av slagg og metalioksid på metalloverflaten under den sentrale åpning i anordningen kan fjernes ved kraftig blåsing av gass. Gass vil normalt strømme ut gjennom de i det vesentlige horisontale åpninger i den sentrale sylinder og trykket innstilles slik at metallnivået vil befinne seg ved beskyttelsesrørets nedre, ytre kant. For å sikre at metallnivået alltid vil holde denne posisjonen benyttes det et slikt overtrykk for den inerte gass at gassen vil boble ut under den nedre ytre kant av beskyttelsesrøret. Når anordningen er bragt på plass i metallsmelten sendes det lys fra den fiberoptiske kabelen, gjennom den sentrale åpningen og mot metalloverflaten hvorfra lyset reflekteres. Selve grunnstoffanalysen foretas som beskrevet i US patent nr. 5,644,401. When using the device according to this embodiment, gas or a gas mixture is supplied to the tube containing the fiber optic cable, after which the device is partially immersed in the molten metal. When the device is lowered into the molten metal, slag and metal oxide will be pushed aside and float to the metal surface on the outside of the device. Any residues of slag and metal oxide on the metal surface below the central opening in the device can be removed by strong blowing of gas. Gas will normally flow out through the essentially horizontal openings in the central cylinder and the pressure will be set so that the metal level will be at the lower, outer edge of the protective tube. To ensure that the metal level will always keep this position, such an overpressure is used for the inert gas that the gas will bubble out under the lower outer edge of the protective tube. When the device is placed in the molten metal, light is sent from the fibre-optic cable, through the central opening and towards the metal surface from which the light is reflected. The elemental analysis itself is carried out as described in US patent no. 5,644,401.

For å sikre en god bestandighet mot metallsmelten og gassatmosfæren kan den indre flate av den sentrale åpning utstyres med et belegg av keramisk materiale så som kvartsglass eller lignende. To ensure a good resistance to the metal melt and the gas atmosphere, the inner surface of the central opening can be equipped with a coating of ceramic material such as quartz glass or the like.

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen sikres det at lys alltid kan sendes mot en metalloverflate som er fri for slagg og metalioksid. Videre sikres det at avstanden fra utsendelse av lys fra den fiberoptiske kabel til metalloverflaten alltid vil være i det vesentlige konstant. Videre kan gassammensetningen i rommet mellom den sentrale åpning og den fiberoptiske kabel kontrolleres og reguleres i det denne består av det gassjiktet som dannes over metallsmelten samt den gass eller gassblanding som tilføres. With the device according to the invention, it is ensured that light can always be sent towards a metal surface that is free of slag and metal oxide. Furthermore, it is ensured that the distance from the emission of light from the fiber optic cable to the metal surface will always be essentially constant. Furthermore, the gas composition in the space between the central opening and the fiber optic cable can be controlled and regulated as this consists of the gas layer that forms over the molten metal as well as the gas or gas mixture that is supplied.

Forsøk har vist at anordningen ifølge oppfinnelsen kan holdes delvis neddykket i metallsmelter, så som silisium og silisiumlegeringer, i lengre tid uten å ødelegges. Anordningen kan derfor anvendes for langvarig kontinuerlig on-line analyse av metallsmelter. Tests have shown that the device according to the invention can be kept partially submerged in metal melts, such as silicon and silicon alloys, for a long time without being destroyed. The device can therefore be used for long-term continuous on-line analysis of metal melts.

Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom en første utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen. Figur 2 viser et vertikalt snitt gjennom en andre utførelsesform av anordningen i henhold tii oppfinnelsen Figure 1 shows a vertical section through a first embodiment of the device according to the invention. Figure 2 shows a vertical section through a second embodiment of the device according to the invention

Figur 3 viser et snitt tatt langs linjen I -1 i Figur 2, og hvor, Figure 3 shows a section taken along line I -1 in Figure 2, and where,

Figur 4 viser et vertikalt snitt gjennom en tredje utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen. Figure 4 shows a vertical section through a third embodiment of the device according to the invention.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

Figur 1 viser en første utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen. Anordningen vist på figur 1 omfatter et todelt rør 1 hvor en nedre del 2 av røret er fremstilt av kvarts og hvor en øvre del 3 er fremstilt av stål. De to delene 2 og 3 av føret 1 er festet til hverandre på konvensjonell måte, eksempelvis ved skruing. Figure 1 shows a first embodiment of the device according to the invention. The device shown in Figure 1 comprises a two-part tube 1 where a lower part 2 of the tube is made of quartz and where an upper part 3 is made of steel. The two parts 2 and 3 of the guide 1 are attached to each other in a conventional way, for example by screwing.

En fiberoptisk kabel 4 er innført i røret 1 og strekker seg nedover til en avstand over den nedre ende av røret 1. Den øvre ende av den fiberoptiske kabelen 4 er tilknyttet en lyskilde (ikke vist) som er innrettet til å sende lys gjennom den fiberoptiske kabel 4 og nedover gjennom åpningen i røret 1. Den fiberoptiske kabelen 4 er montert i røret 1 ved hjelp av skiver 5.1 den øvre del 3 av røret 1 er det anordnet en innløpsåpning 6 for gass. Den øvre ende av røret 1 er lukket. A fiber optic cable 4 is inserted into the pipe 1 and extends downward to a distance above the lower end of the pipe 1. The upper end of the fiber optic cable 4 is connected to a light source (not shown) which is arranged to transmit light through the fiber optic cable 4 and downwards through the opening in the pipe 1. The fiber optic cable 4 is mounted in the pipe 1 by means of washers 5.1 the upper part 3 of the pipe 1 is provided with an inlet opening 6 for gas. The upper end of the pipe 1 is closed.

Ved bruk blir gass tilført til røret 1 gjennom innløpsåpningen 6 og anordningen senkes delvis ned i den metallsmelte som skal analyseres. Slagg og eventuelle metalloksider på overflaten av metallsmelten vil, når anordningen senkes ned i metallsmelten, skyves bort. Trykket av gass som tilføres via gassinnløpsåpningen 6 reguleres slik at metallnivået ved åpningen i den nedre del 2 av røret 1 ikke trenger vesentlig inn i åpningen. På Figur 1 er anordningen vist neddykket i metallsmelten. Overflaten av metallsmelten er antydet med henvisningstall 7. In use, gas is supplied to the tube 1 through the inlet opening 6 and the device is partially submerged in the molten metal to be analysed. Slag and any metal oxides on the surface of the molten metal will, when the device is lowered into the molten metal, be pushed away. The pressure of gas which is supplied via the gas inlet opening 6 is regulated so that the metal level at the opening in the lower part 2 of the pipe 1 does not penetrate significantly into the opening. In Figure 1, the device is shown submerged in the molten metal. The surface of the molten metal is indicated by reference number 7.

Lys sendes fra lyskilden via den fiberoptiske kabelen 4 og sendes fra enden av den fiberoptiske kabelen 4 mot metalloverflaten 7 gjennom åpningen i den nedre del 2 av røret 1. Metalloverflaten 7 under åpningen i den nedre del 2 av røret 1 vil være fri for metalioksid og slagg slik at lys vil reflekteres fra overflaten av metallbadet og en del av lyset som ikke absorberes i gassjiktet som dannes over metallbadet ved åpningen i røret 1 vil oppfanges av den fiberoptiske kabelen 4 og føres til en monokromator eller polykromator (ikke vist) som er koblet til egnede detektorer for bestemmelse av mengde absorbert lys i gassjiktet over smeiten. Konsentrasjonen av grunnstoffet eller grunnstoffene i smeiten bestemmes deretter ut fra fremgangsmåten beskrevet i US patent nr. 5644401. Light is sent from the light source via the fiber optic cable 4 and is sent from the end of the fiber optic cable 4 towards the metal surface 7 through the opening in the lower part 2 of the tube 1. The metal surface 7 below the opening in the lower part 2 of the tube 1 will be free of metal oxide and slag so that light will be reflected from the surface of the metal bath and part of the light that is not absorbed in the gas layer that forms above the metal bath at the opening in the tube 1 will be picked up by the fiber optic cable 4 and led to a monochromator or polychromator (not shown) which is connected to suitable detectors for determining the amount of absorbed light in the gas layer above the smelting. The concentration of the element or elements in the smelting is then determined based on the method described in US patent no. 5644401.

Anordningen ifølge den utførelsesform som er vist på figur 1 er særlig egnet for on-line analyse av metallsmelter med temperatur under 900 - 1000°C. For slike smelter er kjølevirkningen av den tilførte gass tilstrekkelig til å holde den fiberoptiske kabel ved en temperatur under ca. 1000°C som er den høyeste arbeidstemperatur for fiberoptiske kabler. Anordningen vist på figur 1 er således egnet for on-line analyse av for eksempel aluminiumsmelter. Figurene 2 og 3 viser en andre utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen. Anordningen vist på figurene 2 og 3 er utstyrt med ytterligere kjøleanordninger i forhold til anordningen vist på figur 1 og er derfor egnet for on-line analyse av metaller med høyt smeltepunkt, så som stål, silisium og ferrolegeringer. The device according to the embodiment shown in Figure 1 is particularly suitable for on-line analysis of metal melts with temperatures below 900 - 1000°C. For such melts, the cooling effect of the added gas is sufficient to keep the fiber optic cable at a temperature below approx. 1000°C, which is the highest working temperature for fiber optic cables. The device shown in Figure 1 is thus suitable for on-line analysis of, for example, aluminum smelters. Figures 2 and 3 show a second embodiment of the device according to the invention. The device shown in Figures 2 and 3 is equipped with additional cooling devices compared to the device shown in Figure 1 and is therefore suitable for on-line analysis of metals with a high melting point, such as steel, silicon and ferroalloys.

I utførelsesformen vist på figur 2 og 3 er det rundt røret 1 anordnet et ytre sylinderformet beskyttelsesrør 10 fremstilt av et materiale som er bestandig mot den metallsmelte anordningen skal benyttes i. I sin nedre ende har beskyttelsesrøret 10 en innoverragende flens 11 med en sentral vertikal åpning 12. Åpningen 12 sammenfaller med åpningen i den nedre ende av røret 1. Flensen 11 har på undersiden en flate 13 som skråner utover og oppover fra den sentrale åpning 12, og en øvre, fortrinnsvis horisontal flate 14. På flensens horisontale flate 14 og på overflaten av den sentrale vertikale åpning 12 kan det anordnes et høytemperaturbestandig belegg 15 av et materiale som for eksempel kvartsglass. Dette er spesielt foretrukket ved bruk av anordningen for analyse av metallsmelter med meget høyt smeltepunkt. In the embodiment shown in Figures 2 and 3, an outer cylindrical protective tube 10 is arranged around the tube 1 made of a material that is resistant to the molten metal the device is to be used in. At its lower end, the protective tube 10 has an inwardly projecting flange 11 with a central vertical opening 12. The opening 12 coincides with the opening at the lower end of the pipe 1. The flange 11 has on the underside a surface 13 which slopes outwards and upwards from the central opening 12, and an upper, preferably horizontal surface 14. On the horizontal surface 14 of the flange and on on the surface of the central vertical opening 12, a high-temperature-resistant coating 15 of a material such as quartz glass can be arranged. This is particularly preferred when using the device for the analysis of metal melts with a very high melting point.

På innsiden av den vertikale indre overflate av beskyttelsesrøret 10 er det anordnet et lag 16 av et høytemperaturbestandig termisk isolasjonsmateriale. On the inside of the vertical inner surface of the protective tube 10, a layer 16 of a high-temperature-resistant thermal insulation material is arranged.

På innsiden av laget 16 er det anordnet en sylinder 17 med et gjennomgående vertikal, sentralt hulrom som omgir røret 1. Sylinderen 17 som er fremstilt av et temperaturbestandig materiale, fortrinnsvis stål, er lukket i sin nedre ende. On the inside of the layer 16, a cylinder 17 is arranged with a continuous vertical, central cavity which surrounds the pipe 1. The cylinder 17, which is made of a temperature-resistant material, preferably steel, is closed at its lower end.

I sylinderen 17 er det innført et ytterligere sentralt rør 18 som strekker seg nedover mot bunnen av sylinderen 17. In the cylinder 17, a further central pipe 18 is introduced which extends downwards towards the bottom of the cylinder 17.

I røret 1 er det på samme måte som vist på utførelsesformen ifølge figur 1 innført en fiberoptisk kabel 4 som er tilknyttet en lyskilde (ikke vist) og som er innrettet til å sende ut lys fra den fiberoptiske kabel og nedover gjennom åpningen 12 i flensen 11. Det er videre anordnet en innløpsåpning 6 for regulerbar tilførsel av en gass eller gassblanding til røret 1. In the pipe 1, in the same way as shown in the embodiment according to Figure 1, a fiber optic cable 4 is inserted which is connected to a light source (not shown) and which is designed to emit light from the fiber optic cable downwards through the opening 12 in the flange 11 There is also an inlet opening 6 for adjustable supply of a gas or gas mixture to the pipe 1.

Ved bruk blir gass tilført til røret 1 og anordningen senkes delvis ned i den metallsmelte som skai analyseres. Slagg og eventuelle metalloksider på overflaten av metallsmelten vil, når anordningen senkes ned i metallsmelten, skyves bort ved hjelp av gasstilførselen og den skrånende flaten 13 på flensen 11. Trykket av gass som tilføres via gassinnløpsåpningen 6 reguleres slik at metallnivået 7 ved den sentrale åpningen 12 ikke trenger vesentlig inn i åpningen. På figur 2 er anordningen vist neddykket i metallsmelten. Overflaten av metallsmelten er antydet med henvisningstall 7. In use, gas is supplied to the tube 1 and the device is partially submerged in the molten metal to be analysed. Slag and any metal oxides on the surface of the molten metal will, when the device is lowered into the molten metal, be pushed away by means of the gas supply and the inclined surface 13 on the flange 11. The pressure of gas supplied via the gas inlet opening 6 is regulated so that the metal level 7 at the central opening 12 does not penetrate significantly into the opening. Figure 2 shows the device immersed in the molten metal. The surface of the molten metal is indicated by reference number 7.

Lys sendes fra lyskilden via den fiberoptiske kabelen 4 og sendes fra enden av den fiberoptiske kabelen 4 mot metalloverflaten 7 gjennom den sentrale åpningen 12. Metalloverflaten 7 ved den sentrale åpningen 12 vil være fri for metalioksid og slagg slik at lys vil reflekteres fra overflaten av metallbadet og en del av lyset som ikke absorberes i gassjiktet som dannes over metallbadet ved den sentrale åpningen 12, vil oppfanges av den fiberoptiske kabelen 4 og føres til en monokromator eller polykromator som er koblet til egnede detektorer for bestemmelse av mengde absorbert lys i gassjiktet over smeiten. Konsentrasjonen av grunnstoffet eller grunnstoffene i smeiten bestemmes deretter ut fra fremgangsmåten beskrevet i US patent nr. 5644401. Light is sent from the light source via the fiber optic cable 4 and is sent from the end of the fiber optic cable 4 towards the metal surface 7 through the central opening 12. The metal surface 7 at the central opening 12 will be free of metal oxide and slag so that light will be reflected from the surface of the metal bath and part of the light that is not absorbed in the gas layer that is formed above the metal bath at the central opening 12, will be captured by the fiber optic cable 4 and led to a monochromator or polychromator which is connected to suitable detectors for determining the amount of absorbed light in the gas layer above the smelting . The concentration of the element or elements in the smelting is then determined based on the method described in US patent no. 5644401.

For å kjøle anordningen tilføres det luft til røret 18 ved 19. Luften strømmer nedover langs det sentrale røret 1, under nedre kant av røret 18 og oppover i sylinderen 17. Alternativt kan man benytte andre kjølemedier enn luft, slik som for eksempel vann eller andre flytende kjølemedier. Kjøleanordningens kapasitet må tilpasses kjølebehovet for å holde temperaturen på den fiberoptiske kabel på et akseptabelt nivå. To cool the device, air is supplied to the pipe 18 at 19. The air flows downwards along the central pipe 1, under the lower edge of the pipe 18 and upwards into the cylinder 17. Alternatively, other cooling media than air can be used, such as, for example, water or other liquid refrigerants. The capacity of the cooling device must be adapted to the cooling demand in order to keep the temperature of the fiber optic cable at an acceptable level.

På figur 4 er det vist en tredje utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen. Denne utførelsesformen adskiller seg fra utførelsesformen vist på figur 2 og 3 kun ved utformingen av flensen 11. Deler på figur 4 som tilsvarer deler på figurene 2 og 3 har samme henvisningstall. Figure 4 shows a third embodiment of the device according to the invention. This embodiment differs from the embodiment shown in Figures 2 and 3 only in the design of the flange 11. Parts in Figure 4 that correspond to parts in Figures 2 and 3 have the same reference numbers.

I den utførelsesformen som er vist på figur 3 strekker flensen 11 seg horisontalt innover i en avstand over den nedre, ytre kant 30 av beskyttelsesrøret 10 og omfatter en indre, sentral nedoverragende sylinder 31 som strekker seg lenger ned enn den nedre, ytre kant 30 av beskyttelsesrøret 10. Sylinderen 31 danner derved den sentrale åpning 12. Like under den horisontale flate av flensen 11 er sylinderen 31 utstyrt med i det vesentlige horisontale åpninger eller boringer 32 for utløp av gass. In the embodiment shown in Figure 3, the flange 11 extends horizontally inwards a distance above the lower, outer edge 30 of the protective tube 10 and comprises an inner, central, downwardly projecting cylinder 31 which extends further down than the lower, outer edge 30 of the protective tube 10. The cylinder 31 thereby forms the central opening 12. Just below the horizontal surface of the flange 11, the cylinder 31 is equipped with essentially horizontal openings or bores 32 for the outlet of gas.

Når anordningen vist på figur 4 senkes ned i det smeltede metallbadet vil gass tilført til røret 1 strømme nedover gjennom den sentrale sylinderen 31 og fortrenge slagg og metalloksider fra overflaten av metallbadet. Når nedre kant av den sentrale sylinderen 31 kommer ned i metallbadet vil gassen strømme ut gjennom åpningene 32. Trykket av gassen reguleres slik at metallnivået under anordningen vil stige opp til nivået ved den nedre ytre kant 30 av beskyttelsesrøret 10. For å sikre at metallnivået alltid vil holde denne posisjonen benyttes det et slikt overtrykk at gassen vil boble ut under den ytre, nedre kant 30 av beskyttelsesrøret 10. Eventuelle rester av slagg og metalioksid på metalloverflaten under den sentrale åpning 12 kan fjernes ved kraftig blåsing av gass. When the device shown in Figure 4 is lowered into the molten metal bath, gas supplied to the pipe 1 will flow downwards through the central cylinder 31 and displace slag and metal oxides from the surface of the metal bath. When the lower edge of the central cylinder 31 descends into the metal bath, the gas will flow out through the openings 32. The pressure of the gas is regulated so that the metal level under the device will rise to the level at the lower outer edge 30 of the protective tube 10. To ensure that the metal level always will hold this position, such an excess pressure is used that the gas will bubble out under the outer, lower edge 30 of the protective tube 10. Any residues of slag and metal oxide on the metal surface under the central opening 12 can be removed by strong blowing of gas.

Claims (6)

1. Anordning for bruk ved on-line analyse av smeltet metall hvor lys fra en lyskilde sendes mot overflaten av en metallsmelte og speiles tilbake til en monokromator eller polykromator som er koblet til egnede detektorer for bestemmelse av absorbert lys i det gassjiktet som befinner seg over metallsmelten, hvilken anordning omfatter et rør (1) som er åpent i sin nedre ende og som er innrettet til å delvis neddykkes i den metallsmelte som skal analyseres, karakterisert ved at røret (1) inneholder en fiberoptisk kabel (4) som i sin øvre ende er tilknyttet lyskilden og som i sin nedre ende er innrettet til å sende lys gjennom åpningen i rørets (1) nedre ende og til å motta reflektert lys fra metallsmelten, samt en innløpsåpning (6) for tilførsel av en gass eller gassblanding til røret (1) for å opprettholde et tilstrekkelig gasstrykk til å hindre at metallsmelten trenger vesentlig inn i åpningen i røret (1) og at røret (1) er omgitt av et beskyttelsesrør (10) fremstilt av et materiale som er bestandig overfor den metallsmelte anordningen skal anvendes i.1. Device for use in on-line analysis of molten metal where light from a light source is sent towards the surface of a molten metal and is reflected back to a monochromator or polychromator which is connected to suitable detectors for the determination of absorbed light in the gas layer located above the metal melt, which device comprises a tube (1) which is open at its lower end and which is arranged to be partially immersed in the metal melt to be analyzed, characterized in that the tube (1) contains a fiber optic cable (4) which in its upper end is connected to the light source and which at its lower end is arranged to send light through the opening in the lower end of the tube (1) and to receive reflected light from the molten metal, as well as an inlet opening (6) for supplying a gas or gas mixture to the tube ( 1) to maintain a sufficient gas pressure to prevent the molten metal from penetrating significantly into the opening in the pipe (1) and that the pipe (1) is surrounded by a protective pipe (10) made of a material which is resistant to the metal molten device to be used in. 2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste den nedre del (2) av røret (1) er fremstilt av et materiale som er bestandig overfor den metallsmelte anordningen skal benyttes i.2. Device according to claim 1, characterized in that at least the lower part (2) of the pipe (1) is made of a material which is resistant to the molten metal device to be used in. 3. Anordning i følge krav 1, karakterisert ved at det i mellomrommet mellom røret (1) og beskyttelsesrøret (10) er anordnet kanaler for transport av et kjølemiddel.3. Device according to claim 1, characterized in that in the space between the pipe (1) and the protective pipe (10) there are channels for the transport of a coolant. 4. Anordning i følge krav 1, karakterisert ved at det i mellomrommet mellom røret (1) og beskyttelsesrøret (10) er anordnet en kjølestav av et sterk varmeledende materiale.4. Device according to claim 1, characterized in that a cooling rod made of a strong heat-conducting material is arranged in the space between the tube (1) and the protective tube (10). 5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den nedre del av beskyttelsesrøret (10) er utformet med en innoverragende flens (11) som i sitt senter danner en sentral åpning (12) hvilken flens (11) skråner utad og oppover fra den sentrale åpning (12).5. Device according to claim 1, characterized in that the lower part of the protective tube (10) is designed with an inwardly projecting flange (11) which in its center forms a central opening (12), which flange (11) slopes outwards and upwards from the central opening (12). 6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den nedre del av beskyttelsesrøret (10) er utformet med en innoverragende flens (11) som strekker seg horisontalt innover i en avstand over den nedre kant av beskyttelsesrøret (10) og som omfatter en indre sentral, nedoverragende sylinder (31) som strekker seg lenger ned enn den nedre, ytre kant (30) av beskyttelsesrøret (10), hvilken indre sylinder (31) danner den sentrale åpning (12), hvilken sylinder (31) er utstyrt med to eller flere åpninger (32) anbrakt under den horisontale del av flensen (11).6. Device according to claim 1, characterized in that the lower part of the protective tube (10) is designed with an inwardly projecting flange (11) which extends horizontally inward for a distance above the lower edge of the protective tube (10) and which comprises an inner central , downwardly projecting cylinder (31) which extends further down than the lower, outer edge (30) of the protective tube (10), which inner cylinder (31) forms the central opening (12), which cylinder (31) is equipped with two or several openings (32) placed under the horizontal part of the flange (11).