JP2009156867A - 溶融金属のための容器、該容器の使用及び界面層を決定するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内にある溶融物の温度がより長期間にわたってできるだけ正確に測定することができる溶融金属用の容器、及び、界面層を決定するための方法を提供する。
【解決手段】溶融金属のための容器であって、容器壁の開口に配置された温度測定装置を有する。温度測定装置は保護シース２を有し、保護シース２は容器内へと突出し、かつ容器内に配置されたその端部で閉じられる。温度測定部材は保護シース２の開口に配置される。保護シース２は、耐熱金属酸化物と黒鉛とからなり、前記閉じた端部は容器壁から少なくとも５０ｍｍ離隔する。容器内の上下に配置された二つの材料間、特にスラグ層と下にある溶鋼との間の界面層を決定するため、材料の変化を特定するためのセンサー７が下方の材料内に配置され、容器からの材料の鋳込み又は流出の間にセンサー７の測定信号が測定され、センサー７が材料間の界面層と接する時に信号の変化が確立される。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器壁の開口に温度測定装置が配置される、溶融金属のための当該容器に関する。該容器において、上記温度測定装置は保護シースを有し、該保護シースは、容器内に突出し、かつ容器内に配置された端部で閉じられる。温度測定部材が保護シースの開口（開口部もしくは間隙）に配置される。加えて、本発明は、上記容器の使用、並びに、容器内に上下に配置された二つの材料間、特にスラグ層と下にある溶鋼との間の界面層を決定するための方法に関する。

そのような容器は先行技術から知られている。例えば、鋼取鍋の壁に熱電対を配置するドイツ実用新案ＧＭ７２２８０８８号から該容器は知られている。熱電対は、セラミック保護層で囲まれる鋼管内に配置される。ＤＥ１０５４７３５号は、金属用の精錬るつぼを開示しており、該るつぼの側壁には、温度センサーが挿入される。該温度センサーは、モリブデン及び酸化アルミニウムといったサーメット材料からなる保護管を有する。該保護管は、その先端が精錬空間側へとほぼ２５ｍｍ突出する。ＵＳ３，６１０，０４５号は、溶融鉄用の精錬るつぼを開示し、該るつぼの側壁には熱電対が配置される。該熱電対は、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素からなる円錐保護シースで保護される。同様の容器がＥＰ３１４８０７Ｂ１号から知られている。この容器においてはまた、熱電対が容器内部へと壁を通って導かれる。該熱電対は、酸化アルミニウム管で保護され、酸化アルミニウム管は、容器内部において窒化ホウ素保護シースによって囲まれる。

ＵＳ６，３０９，４４２Ｂ１号から、溶融金属用の容器は知られており、該容器の内側において、溶融金属とスラグとの間の界面層のレベルを測定するため、酸化ジルコニウム又は二酸化トリウムからなる端子が上下に配置される。
ドイツ実用新案ＧＭ７２２８０８８号明細書 ＤＥ１０５４７３５号明細書 ＵＳ３，６１０，０４５号明細書 ＥＰ３１４８０７Ｂ１号明細書 ＵＳ６，３０９，４４２Ｂ１号明細書

本発明は、容器内にある溶融物の温度がより長期間にわたってできるだけ正確に測定することができるように溶融金属用の容器を改良する課題に基づく。本発明は、その上、界面層を決定するための方法を更に改良する課題に基づく。

本発明によれば、独立請求項の特徴によって課題が解決される。有利な実施形態は、従属請求項において与えられる。従って、上記で特徴付けられる容器が耐熱金属酸化物及び黒鉛からなる保護シースを有するため、及び、保護シースの閉じた端部が容器壁から少なくとも５０ｍｍ、好ましくはほぼ７５〜２００ｍｍ離れるので、るつぼ壁から生じ得る測定値に影響を及ぼす冷却効果なしに、溶融金属の実際の温度が測定可能となる。同時に、保護シースは、アグレッシブ溶融金属、特に溶鋼に対し充分に耐性があり、そのため、長期使用に適している。保護シースを有する温度測定部材は、低充填（注入）レベルでの測定にも使用され得るように、好ましくは容器の基部（床）に配置され得る。保護シースは、好ましくは、酸化アルミニウムと黒鉛とから本質的に構成される。ここで、酸化アルミニウムは、ほぼ２０重量％〜ほぼ８０重量％の部分を含み得、黒鉛は、ほぼ５重量％〜ほぼ６０重量％の部分を含み得る。保護シースはまた、黒鉛及び／又は他の耐火酸化物とは異なる形態で炭素を含むことができる。保護シース内において、温度測定部材、好ましくは熱電対が、好ましくは酸化アルミニウムから形成される保護管に囲まれる場合は有利である。保護管の外径が、保護シースの開口（開口部もしくは間隙）の内径よりもほぼ０．１〜１ｍｍ小さい場合に有利である。保護シースは、容器壁への確実な取り付け、及び保護シースの充分な安定性を可能にするため、その全長の少なくとも一部において、容器の内部に向かって次第に直径が縮小する外側円錐形態を有し得る。更には、材料の変化もしくは材料特性の変化を特定するために、容器の内部へと突出するセンサーが保護シースに配置されることが有利となり得る。このセンサーは、特に、電気化学センサー、電磁気センサーもしくは光学センサー、又は、電圧及び／又は電流及び／又は電気抵抗を検出するためのセンサーである。その理由は、以下のようにして、溶融金属、特に溶鋼と上にあるスラグとの間で界面層測定が可能になるからである。すなわち、センサーが界面層に接するやいなや、センサーが受信する信号が変化し、そのため、界面層に達したことを表す。更には、耐火材料、好ましくはムライトからなるブッシングが、容器壁と保護シースとの間において容器壁の開口に配置されることが有利であり得る。ここで、ブッシングは、容器の内部に向かって直径が縮小する円錐形状を有し得る。

本発明によれば、容器は、特に溶鋼のための鋳物用取鍋として使用することができる。溶融金属は、常に鋳物用取鍋、すなわちいわゆるタンディッシュ内へと流入しており、そのため、容器内へと比較的遠くまで突出する測定装置に対し特に高い安定性が要求される。鋳物用取鍋は一般に予熱され、そのため、測定装置も予熱される。これにより非常に短い反応時間となり、その結果、温度測定装置は、非常に素早く溶融物の平衡温度に達し、該測定を非常に迅速に実行することができる。

上記課題は、最初に次の点によって特徴付けられる方法によって解決される。すなわち、該方法は、材料の変化もしくは材料特性の変化を検出するためのセンサー、特に電気化学センサー、電磁気センサーもしくは光学センサー、又は、電圧及び／又は電流及び／又は電気抵抗を検出するためのセンサーが、容器内に配された下方の材料内に配置され、また、電気化学センサーの測定信号は、容器からの材料の鋳込み又は流出中に測定され、センサーが材料間の界面層に接した時に該信号の変化が確立される。好ましくは、該信号の変化は、容器の床からの境界面の距離と関連する。その上、上記鋳込み又は流出工程が、信号が変化した時に終了することが有利であり得る。この目的のため、測定信号は、同時に、鋳込み又は流出工程の終了に基づいて鋳込み又は流出工程を制御する装置に信号を送るために用いられる。

保護シースが比較的長い長さ分溶融物内へと突出するにもかかわらず、該装置は、十分な安定性を有し、そのため、溶融金属の温度の測定、及び溶融金属と上にあるスラグとの間の界面層の位置の測定が可能である。

本発明に従う測定装置は、ムライト製のブッシング（套管）１を有する。これは、溶鋼のための鋳物用取鍋の床に配置され、該取鍋は、分かりやすくするために図示しない。そのような鋳物用取鍋は、例えば既述した米国特許第６，３０９，４４２Ｂ１号（図１、番号１６参照）より専門家の間で知られている。保護シース２がブッシング１内に配置される。保護シース２は、酸化アルミニウムと黒鉛の混合物から本質的になる。保護シース２は、少なくともブッシング１内に配置される部分において円錐断面を有する。これは、保護シース２と共に温度測定部材３を交換するため、ブッシング１からのより容易な取り外しを可能にする。温度測定部材３は、保護シース２内の閉じた酸化アルミニウム管４によって囲まれる。

保護シース２は、耐火セメント５によってブッシング１内に固定される。保護シース２の先端部は、鋳物用取鍋内へとほぼ１２０ｍｍ突出し、そのため、温度測定部材３の先端部で実行される測定は、鋳物用取鍋の壁（ウォール）効果によって影響を受けないままである。鋳物用取鍋の内部から離れる方を向く温度測定部材３の端部は、いわゆるコネクタ６を有する。該コネクタは、測定部材３と機械的及び電気的接点としての役割を果たす。ブッシング１のムライトと、セメント５で固定される保護シース２とからなる全体構成は、稠密（高密度）で無粉末の材料をなし、そのため、万一該構成の一部に破断が生じる場合でも全く漏れがなく、溶融金属は鋳物用取鍋から脱出することができない。

図２は、鋳物用取鍋内へと突出する保護シース２の先端部と、温度測定部材３及び電気化学センサー７とを示す。電気化学センサー７は、保護シース２の外部へと突出し、また、耐火セメント８によって固定される。酸化アルミニウム管４も耐火セメント８内に固定される。電気化学センサーは、固体電解質材料として酸化ジルコニウム管９を有する一般的な電気化学センサーであり、酸化ジルコニウム管９内において、基準電極１０が基準材料（標準物質）１１と充填材料１２中に配置される。そのような電気化学センサーは、例えば米国特許第４，３４２，６３３号から原理上知られている。

温度測定部材３は熱電対から形成され、ここで、外側シースは、酸化アルミニウムを含み（もしくは、酸化アルミニウムからなり）、また、二つの熱ワイヤー１３のうちの一つが、両側で開放する酸化アルミニウム管１４内へと延びる。すべての電線は、酸化アルミニウム管４を通ってコネクタ６内へと至り、そこで、測定装置に更に接続され得る。電気化学センサー７によって生じる電圧は、測定環境に本質的に依存する。そのため、この環境が変わるやいなや電圧の変化が直ちに生じる。これは、例えば、鋳物用取鍋内にある溶鋼の液体レベル（液位）が低下し、電気化学センサー７が、溶鋼上に配されたスラグ層と接触する場合である。そのため、鋳物用取鍋の床上の溶鋼とスラグとの間におけるこの界面層（境界層）の高さの正確な測定が可能である。例えば別の信号によって電気化学センサー７が上記界面層を検出するやいなや、鋳物用取鍋からの溶鋼の流出が出口を閉じることによって終わらせることができる。根本的に、保護シース２の周囲に対して（外周にわたって）、縦方向（軸方向）に間隔を置いていくつかの電気化学センサーを配置することも可能であり、それにより、溶融金属の浴レベルの変化が確立され得る。電気化学センサーの代わりに、溶鋼及びスラグの界面層領域における材料特性の変化を確立するために他のセンサー、特に、電気化学的センサー、電磁気センサー、光学センサー、もしくは電圧及び／又は電流及び／又は電気抵抗を検出するためのセンサーも使用可能である。

容器に配置された温度測定装置の断面図である。 電気化学センサーを有する温度測定装置の閉じた端部である。

符号の説明

１ ブッシング（套管）
２ 保護シース
３ 温度測定部材
４ 酸化アルミニウム管
５ 耐火セメント
６ コネクタ
７ 電気化学センサー
８ 耐火セメント
９ 酸化ジルコニウム管
１０ 基準電極
１１ 基準材料
１４ 酸化アルミニウム管

Claims (5)

1. 容器内の上下に配置された二つの材料間の界面層を決定する方法であって、
   材料の変化を特定するためのセンサーが下方の材料内に配置され、容器からの材料の鋳込み又は流出の間に前記センサーの測定信号が測定され、センサーが前記二つの材料間の界面層と接する時に信号の変化が確立されることを特徴とする方法。
2. 前記二つの材料間はスラグ層と下にある溶鋼との間である請求項１に従う方法。
3. センサーとして、電気化学センサー、電磁気センサー、光学センサー、又は、電圧及び／又は電流及び／又は電気抵抗を検出するためのセンサーが使用されることを特徴とする請求項１又は２に従う方法。
4. 前記信号の変化は、容器の床からの界面層の距離と関連することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに従う方法。
5. 前記鋳込み又は流出工程は、信号が変化する時に終わる請求項１〜４のいずれか一つに従う方法。

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