JP2002318225A - 溶融金属プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属、特に、溶銑のような炭素含有量の
高い溶融金属に関して、温度信号において凝固温度を示
す平衡部の持続時間の顕在化を可能としたプローブを提
供する。 【構成】 溶融金属に浸漬されるプローブ本体に、流入
する溶融金属を充填し凝固せしめる凝固室を区成する凝
固用容器と、該凝固室に内挿された測温センサーを備え
た溶融金属プローブにおいて、前記凝固用容器の少なく
とも外周部を包囲して保温室を区成する保温用容器を形
成すると共に、該保温室に溶融金属を導き充填せしめる
流路を形成した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属プロー
ブ、特に、溶融金属の凝固温度を測定することにより、
溶融金属中の炭素量を検出するためのプローブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融金属プローブは、溶融金属に
浸漬されるプローブ本体に、溶融金属を流入せしめる流
入室を区成する流入用容器と、流入室から更に流入する
溶融金属を充填し凝固せしめる凝固室を区成する凝固用
容器と、該凝固室に内挿された測温センサーとを備えた
ものが公知である。

【０００３】そこで、プローブ本体を溶融金属に浸漬せ
しめると、溶融金属が流入室に流入すると共に更に凝固
室に流入し充填される。充填された溶融金属は、プロー
ブ本体を溶融金属から引き上げると、凝固室内で次第に
凝固し、測温センサーにより凝固温度を測定される。こ
の際、測温センサーから出力される下降中の温度信号に
は平衡部が現われるので、該平衡部の温度を凝固温度と
して検知する。尚、通常、凝固室において凝固した溶融
金属は、成分分析用試料として提供される。

【０００４】ところで、サブランス等の自動測定ランス
を使用する場合は、少なくとも溶融金属を充填後、直ち
にプローブ本体を溶融金属から引き上げ、約３０秒程度
の所定時間内に溶融金属の凝固を完了せしめなければな
らない。その一方において、コンピュータにより凝固温
度を示す前記平衡部を精確に読み取るためには、少なく
とも８秒程度の安定した平衡部が不可欠である。然しな
がら、例えば、溶融金属が溶銑の場合、炭素の含有量が
多いため、温度信号において凝固温度を示す平衡部が短
時間しか現われない。従って、このような炭素を多量に
含む溶銑のような場合において凝固温度を検出するため
に、転炉で使用されているような従来のプローブを使用
すると、温度信号の平衡部が極めて短いため精確な読み
取りが困難であり、誤測定の虞れがある。

【０００５】このため、従来では、温度信号の平衡部を
顕在化させる目的で、凝固室を区成する凝固用容器をレ
ジン等の保温性材料により形成したり、容器の容量を大
きくすることにより、凝固時間を長くするように試みら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、溶銑の温度
は転炉での温度よりも相当に低く、前述のように凝固用
容器を保温性材料により形成したり、容器容量を大きく
形成しても、プローブを溶銑浴から引き上げたとき、凝
固室内における溶銑が凝固を開始する前に、凝固用容器
の熱が外気により抜熱されるので、意図したほどの保温
効果はなく、その結果、温度信号に所望の平衡部を形成
せしめることは依然として困難である。

【０００７】このため、本発明は、溶融金属、特に、溶
銑のような炭素含有量の高い溶融金属に関して、温度信
号において凝固温度を示す平衡部の持続時間の顕在化を
可能としたプローブを提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明が手段と
して構成したところは、溶融金属に浸漬されるプローブ
本体に、流入する溶融金属を充填し凝固せしめる凝固室
を区成する凝固用容器と、該凝固室に内挿された測温セ
ンサーを備えた溶融金属プローブにおいて、前記凝固用
容器の少なくとも外周部を包囲して保温室を区成する保
温用容器を形成すると共に、該保温室に溶融金属を導き
充填せしめる流路を形成して成る点にある。

【０００９】プローブ本体の外側から溶融金属を流入用
容器により区成された流入室に流入せしめ、流入室を経
た溶融金属を凝固室と保温室に流入せしめる構成の場
合、前記流路は、溶融金属を流入室から保温室に導く連
通路により形成することができる。或いは、溶融金属を
プローブ本体の外側から直接に保温室に導く流入開口に
より前記流路を形成することもできる。

【００１０】従って、本発明によれば、凝固室と保温室
が内外二重室を構成し、凝固室で凝固される溶融金属
を、保温室に充填された溶融金属により積極的に保温す
るので、凝固室における溶融金属の凝固時間を確実に長
くする。そこで、保温室に充填された溶融金属による保
温性を更に向上せしめるためには、保温室にシリコン系
接種材等の安定系共晶凝固促進剤を添加しておくのが良
い。

【００１１】保温室に充填された溶融金属は、専ら保温
用のために利用しても良いが、そこで凝固した溶融金属
を発光分光分析等による成分の分析用試料として提供す
ることができる。この場合、保温室は試料採取室を兼ね
ることになる。

【００１２】更に、凝固室における溶融金属の凝固時間
を長くすると共に、温度信号の平衡部を安定せしめるよ
うに保温性を向上するためには、凝固用容器及び保温用
容器を耐火性保温材料により形成するのが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の好ま
しい実施形態を詳述する。

【００１４】（第一実施形態）図１に示すように、先端
を下向きとする円筒状のプローブ本体１は、紙管から成
る複数の保護管２、３を内外嵌合して形成され、該プロ
ーブ本体１の先端に近傍して内部にサンプラー４を収納
している。

【００１５】サンプラー４は、側方の流入開口５から溶
融金属を流入せしめ下方へ流下せしめる流入室６を区成
する流入用容器７と、流入用容器７の下部に配置された
凝固室８を区成する凝固用容器９と、凝固用容器８の外
周部を包囲して保温室１０を区成する保温用容器１１と
を備え、流入用容器７と凝固用容器９及び保温用容器１
１との間に介装した仕切部材１２に、流入室６を凝固室
８に連通せしめる中央孔１３と、流入室６を保温室１０
に連通せしめる連通路１４を構成する流路１５を形成し
ている。

【００１６】図示実施形態において、流入用容器７は、
側部に流入開口５を開設した円筒体により構成されてお
り、上部を施蓋する蓋部材１６から一体又は別体に垂設
した筒部１７に測温センサー１８を挿通支持せしめ、筒
部１７から延びる測温センサー１８を仕切部材１２の中
央孔１３を挿通すると共に、先端の測温部１８ａを凝固
室８のほぼ中央位置、即ち、凝固室８に充填された溶融
金属が最後に凝固する区域に臨ましめている。凝固用容
器９と保温用容器１１は、ほぼ同心状に配置された内側
円筒体と外側円筒体により構成されており、両容器９、
１１の下部を底部材１９により施蓋されている。保温容
器１１と流入用容器７と仕切部材１２は外径をほぼ同径
に形成されており、中央孔１３の外周に位置する流路１
５を周方向に分割形成している。

【００１７】保温室１０には、図示のように、シリコン
系接種材等から選ばれた安定系共晶凝固促進剤２０を添
加することが好ましく、該促進剤２０は、棒状、箔状、
粉状等、その形態を特に限定されない。

【００１８】前記流入開口５には、セラミックその他の
耐熱材により形成されたノズル部材２２が設けられ、該
ノズル部材２２の開口はプローブ本体１の外周に設けら
れた薄紙等の保護膜２１により被覆されている。

【００１９】プローブ本体１の先端部は、セラミックそ
の他の耐熱材により形成された栓体２３により閉塞さ
れ、溶融金属浴の温度を測定するための外部測温素子２
４を設けている。

【００２０】上記構成の第一実施形態に基づくプローブ
によれば、プローブ本体１を溶銑等の溶融金属に浸漬す
ると、該プローブ本体１が溶融金属浴中の所定位置まで
沈下した後、保護膜２１が消失してノズル部材２２を開
口せしめ、流入開口５から流入する溶融金属を流入室６
に流入せしめる。流入した溶融金属は、流入室６の内部
で攪拌され、中央孔１３を介して凝固室８に流入し充填
されると共に、流路１５を介して保温室１０に流入し充
填される。

【００２１】溶融金属の充填後、プローブ本体１は直ち
に溶融金属から引き上げられる。これにより凝固室８に
充填された溶融金属は次第に冷却され凝固するが、その
間の温度を測温センサー１８により測定される。測温セ
ンサー１８から出力される温度信号は、溶融金属の冷却
に応じて徐々に下降するが、下降中の温度信号に平衡部
が現われ、その平衡部の温度を凝固温度として検知し、
該凝固温度に基づいて溶融金属中の炭素量を算出され
る。この際、コンピュータにより前記平衡部を精確に読
み取るためには、少なくとも８秒程度の安定した平衡部
が不可欠である。その一方において、サブランス等の自
動測定ランスを使用する場合は、少なくとも溶融金属を
充填した後、約３０秒程度の所定時間内に凝固を完了せ
しめなければならない。

【００２２】ところで、凝固室８は、溶融金属を充填し
た保温室１０により包囲されているので、プローブ本体
１を溶融金属から引き上げた際、外気により直接に抜熱
されることはなく、むしろ、保温室１０に充填された溶
融金属により凝固室８を積極的に保温する。このため、
保温室１０の溶融金属が冷却され凝固する前に凝固室８
の溶融金属が凝固することはなく、保温室１０の温度低
下に応じて凝固室８が緩やかに徐冷される。その結果、
凝固室８の溶融金属の温度を測定する測温センサー１８
の出力信号は、最終凝固温度を示す平衡部の維持時間を
顕在化し、少なくとも８秒以上持続せしめる。その一方
において、保温室１０の温度低下に伴い凝固室８の溶融
金属は所望の状態で次第に冷却され溶融金属の充填から
３０秒以内に凝固する。

【００２３】特に、保温室１０にシリコン系接種剤から
選ばれた安定系共晶凝固促進剤２０を添加しておけば、
プローブ本体１を溶融金属から引き上げた際に、保温室
１０に充填された溶融金属が外気への抜熱による過冷却
を防止され、共晶停滞を好適に維持できるので、前述の
ような凝固室８の適度の保温効果が更に良好となり、測
温センサー１８から出力される温度信号中の平衡部の持
続時間を確実に顕在化する。

【００２４】また、凝固用容器９及び保温用容器１１を
構成する円筒体は、鋳砂やセラミック等の耐火性保温材
料により成形することが好ましく、更に、仕切部材１２
及び底部材１９も同様の耐火性保温材料により成形する
ことができる。このような構成によれば、凝固室８及び
保温室１０に充填された溶融金属の過冷却の防止効果が
一層向上する。

【００２５】尚、溶融金属の凝固温度を測定した後、凝
固した溶融金属を含む凝固用容器９及び保温用容器１１
はプローブ本体１と共に廃棄しても良いが、保温用容器
１１の内部で凝固した溶融金属を発光分光分析等による
成分分析用試料として供しても良く、この場合、保温室
１０が試料採取室２５を兼ねることになる。

【００２６】図１に示した構成において、保温用容器１
１を設けないプローブ（従来品）と、保温用容器１１を
設けると共に保温室１０に安定系共晶凝固促進剤２０
（シリコン系接種剤）を添加したプローブ（本発明品）
とに基づいて、溶銑の凝固温度測定を実施した比較試験
の結果を図２に示している。従来品と本発明品との何れ
においても、凝固室８の溶銑は、充填後３０秒以内に凝
固したが、測温センサー１８から出力される温度信号に
現われる平衡部の持続時間に顕著な相違が確認された。
即ち、従来品では平衡部の維持時間が８秒未満であるの
に対して、本発明品は８秒以上を持続した。

【００２７】（第二実施形態）図３に示す第二実施形態
において、凝固室８を区成する凝固用容器９は、仕切部
材１２の中央孔１３に臨む上部の開口縁９ａから下端の
底部９ｂに向かい次第に径を減じるほぼ裁頭円錐形に形
成されている。これに対して、保温室１０を区成する保
温用容器１１は、凝固用容器９の開口縁９ａから同径の
まま下方に延びる円筒形に形成され、下部開口を底部材
１９により閉塞されている。

【００２８】そこで、保温室１０は、凝固室８の外周部
を包囲する環状室１０ａと、凝固室８の下方に臨む底部
室１０ｂを形成する。そして、溶融金属をプローブ本体
１の外側から直接に保温室１０の環状室１０ａに導くよ
うに、保温用容器１１の側部に流入開口２６から成る流
路１５を形成し、該流路１５にセラミックその他の耐熱
材により形成したノズル部材２７を設けている。

【００２９】尚、測温センサー１８の測温部１８ａを凝
固室８のほぼ中央位置に臨ましめている点、保温室１０
にシリコン系接種剤等の安定系共晶凝固促進剤２０を添
加している点等は、上記第一実施形態と同様である。

【００３０】このような構成の第二実施形態によれば、
保温室１０に対して溶融金属を迂回による冷却を生じさ
せることなく流入開口２６から直接に流入し充填できる
効果があり、しかも、環状室１０ａと底部室１０ｂに充
填された溶融金属により、凝固室８を外周部と底部の両
方から保温できるという効果がある。尚、保温室１０の
内部で凝固した溶融金属は、発光分光分析等による成分
分析用試料として供することができる。この際、保温室
１０は試料採取室２５を兼ねるが、凝固用容器９及び保
温用容器１１を鋳砂等の崩壊容易な耐火性保温材料によ
り形成しておけば、保温効果に優れるだけでなく、保温
室１０で凝固した試料の取出しが容易になる。

【００３１】（第三実施形態）図４に示す第三実施形態
において、凝固室８を区成する凝固用容器９は、仕切部
材１２の中央孔１３に臨む上部の開口縁９ａから下端の
底部９ｂに至り同径に延びる小径の有底筒体により構成
されている。これに対して、保温室１０を区成する保温
用容器１１は、凝固用容器９の外周部を包囲する大径の
筒体により構成されると共に、凝固用容器９を越えて下
方に延び、下部開口を底部材１９により施蓋している。

【００３２】このため、保温室１０は、凝固室８の外周
部を包囲する環状室１０ａと、凝固室８の下方に臨む底
部室１０ｂを形成する。そして、溶融金属をプローブ本
体１の外側から直接に保温室１０の環状室１０ａに導く
ように、保温用容器１１の側部に流入開口２６から成る
流路１５を形成し、該流路１５にセラミックその他の耐
熱材により形成したノズル部材２７を設けている。

【００３３】更に、保温用容器１１の底部材１９の下側
には試料採取室２８を区成する採取容器２９が配設さ
れ、保温室１０と試料採取室２８を連通せしめる連通路
３０を底部材１９に開設している。

【００３４】尚、測温センサー１８の測温部１８ａを凝
固室８のほぼ中央位置に臨ましめている点、保温室１０
にシリコン系接種剤等の安定系共晶凝固促進剤２０を添
加している点等は、上記第一実施形態と同様である。

【００３５】このような構成の第三実施形態によれば、
保温室１０に対して溶融金属を迂回による冷却を生じさ
せることなく流入開口２６から直接に流入し充填できる
効果があり、しかも、環状室１０ａと底部室１０ｂに充
填された溶融金属により、凝固室８を外周部と底部の両
方から保温できるという効果がある。更に、保温室１０
に流入した溶融金属を試料採取室２８に充填せしめ、該
採取室２８で凝固した試料を発光分光分析等による成分
分析用試料として提供することができる。この際、凝固
用容器９及び保温用容器１１を耐火性保温材料により形
成する一方、採取容器２９を鋼等の奪熱効果に優れた材
質により形成しておけば、採取された試料を白銑化せし
めることもできる。

【００３６】

【発明の効果】溶融金属の凝固温度を示す温度信号の平
衡部から炭素含有量を推定するプローブにおいて、特
に、溶銑のような炭素含有量の高い溶融金属の場合、従
来では平衡部を顕在化するように十分な維持時間を確保
できないのに対して、本発明によれば、凝固室８を区成
する凝固用容器９と、保温室１０を区成する保温用容器
１１を形成し、凝固室８に充填された溶融金属の凝固温
度を測定するに際し、溶融金属を充填せしめた保温室１
０により凝固室８を保温せしめる構成であるから、コン
ピュータによる精確な読み取りのために必要な平衡部の
持続が可能となり、しかも、サブランス等の自動測定ラ
ンスに求められる所定時間内での凝固完了が可能になる
という効果がある。

【００３７】更に、本発明によれば、保温室１０にシリ
コン系接種剤等の安定系共晶凝固促進剤２０を添加する
ことにより、温度信号に現われる平衡部の持続時間の顕
在化を一層良好ならしめる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態を示しており、（Ａ）は
プローブの断面図、（Ｂ）はサンプラーの分解斜視図で
ある。

【図２】従来品に対して第一実施形態に基づく本発明品
を比較した試験結果を示す表である。

【図３】本発明の第二実施形態を示す断面図である。

【図４】本発明の第三実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ プローブ本体 ４ サンプラー ５ 流入開口 ６ 流入室 ７ 流入用容器 ８ 凝固室 ９ 凝固用容器 １０ 保温室 １１ 保温用容器 １２ 仕切部材 １３ 中央孔 １４ 連通路 １５ 流路 １８ 測温センサー ２０ 安定系共晶凝固促進剤 ２５ 試料採取室 ２６ 流入開口 ２８ 試料採取室 ２９ 採取容器

フロントページの続き (72)発明者 出本 庸司 千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式会 社君津製鐵所内 (72)発明者 森 敬一 大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機 工業株式会社内 (72)発明者 北浦 俊幸 大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機 工業株式会社内 (72)発明者 福島 直 大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G055 AA22 BA01 CA22 DA04 DA23 DA24 FA02 4K056 FA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属に浸漬されるプローブ本体１
   に、流入する溶融金属を充填し凝固せしめる凝固室８を
   区成する凝固用容器９と、該凝固室８に内挿された測温
   センサー１８を備えた溶融金属プローブにおいて、 前記凝固用容器９の少なくとも外周部を包囲して保温室
   １０を区成する保温用容器１１を形成すると共に、該保
   温室１０に溶融金属を導き充填せしめる流路１５を形成
   して成ることを特徴とする溶融金属プローブ。
2. 【請求項２】 流入用容器７により区成された流入室６
   を経て溶融金属を凝固室８と保温室１０に流入せしめる
   構成において、前記流路１５が溶融金属を流入室６から
   保温室１０に導く連通路１４により形成されて成ること
   を特徴とする請求項１に記載の溶融金属プローブ。
3. 【請求項３】 前記流路１５が溶融金属をプローブ本体
   １の外側から直接に保温室１０に導く流入開口２６によ
   り形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の溶
   融金属プローブ。
4. 【請求項４】 保温室１０に安定系共晶凝固促進剤２０
   を添加して成ることを特徴とする請求項１、２又は３に
   記載の溶融金属プローブ。
5. 【請求項５】 保温室１０に充填され凝固した溶融金属
   を成分分析用試料として提供するように該保温室１０が
   試料採取室２５を兼ねて成ることを特徴とする前記請求
   項の何れかに記載の溶融金属プローブ。
6. 【請求項６】 凝固用容器９及び保温用容器１１を耐火
   性保温材料により形成して成ることを特徴とする前記請
   求項の何れかに記載の溶融金属プローブ。