JP2019215337A - 高及び低酸素用途のための溶融金属試料採取器 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶鋼浴から試料を採取するための試料採取器を提供する。【解決手段】試料採取器１は、浸漬端部を有するキャリア管５と、キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリ７にして、カバー板１１とハウジング９とを備え、ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、溶融金属を受け入れるための第１端部と、第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管１９にして、第２端部が開口と連通し、開口が流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、試料室アセンブリと流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッド３と、流入導管の中心軸に沿って配置される脱酸素材２１にして、脱酸素材の少なくとも一部が測定ヘッド内部の流入導管の第２端部付近に配置される脱酸素材とを備える。流入導管は、流入導管の第２端部に配置される第１結合手段２３を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、高酸素用途及び低酸素用途の両方において、溶融金属浴、特に溶鋼浴から試料を採取するための試料採取器に関する。
溶融状態の金属の処理中、例えば、金属試料の化学組成又は金属組織の分析又は評価のために、処理の様々な段階で溶融金属の標本試料を得ることが必要である。製造中及び更なる処理中に溶融金属を分析するための様々な方法が当技術分野において知られている。
歴史的には、固化した金属試料の組成は、しばしば、アークスパーク−発光分析（スパーク−ＯＥＳ）設備を用いて特定されている。スパーク−ＯＥＳは、組成の知識が望まれる標的試料の原子を励起すること、及び、励起状態からより低いエネルギー状態への遷移中に原子によって放出される光子の波長を確認することを含む。周期律表の各元素は、その原子が励起状態から低エネルギー状態に戻る時に、離散波長の特徴的なセットを放出する。これらの波長を検出し分析することにより、検量線に従って試料の元素組成を決定することができ、それによりスペクトル強度比（すなわち、元素の絶対放射パワー／母材の絶対放射パワー）と標準試料における元素の濃度との間の関係を示す。
分光計の分析開口の上に平らに置くために、金属試料はいかなる延長部も有することができず、金属試料の分析表面は滑らかでなければならない。分析表面の平面を破るような試料又は試料ハウジングの部分はあり得ない。試料は、分光計の分析開口にわたらなければならず、また、スパーク室の不活性ガスパージを容易にし、かつ陽極に向けて連続的な試料表面を提示するのに十分な平坦度でなければならない。
金属の標本分析を得るための手順及びプロセスは、Ｉｎ Ｄｕｌｓｋｉ、Ｔ．Ｒ．、金属の化学分析のためのマニュアル、ＡＳＴＭインターナショナル、１９９６、に記載されるように当技術分野に知られている。これまで、金属試料及びその分析に使用される機器は相互に独立しており、そのため、一方が他方に影響を与えることはないと考えられていた。
分光写真分析に使用される固体金属のクーポン又はディスクを提供する慣用のサンプリング装置が知られている。そのようなサンプリング装置によって得られる固化した金属クーポンの幾何学的形状及び寸法は、時には、金属の種類又は金属組織学的必要性に特有であろう。スパーク−ＯＥＳ分析のための浸漬装置によって得られる試料の一般的なカテゴリーは、円板形状又は楕円形状及び２８〜４０ｍｍの直径又は長尺を有する試料である。最も一般的には、そのような試料は、約３２ｍｍの直径又は長尺及び４〜１２ｍｍの厚さを有する。ロリポップ試料採取器として一般に知られているいくつかの採取器は、ユーザの要求に従って、円形から楕円形又はより長い範囲にわたる異なる形状の試料を作り出し得るが、大部分の試料はなお、約３２ｍｍの直径又は長尺を有する。二重厚さ試料採取器として一般に知られている他の採取器は、同じ試料内で二つの厚さを組み合わせる。
スパーク−ＯＥＳによる分析のために溶融金属の試料を得るように設計された典型的な
試料採取装置は、該試料採取装置を溶融金属浴中に浸漬するや否や溶融金属で満たされるように構成された試料室又は金型キャビティを含む。金型キャビティ又は試料室を画定する金型は、典型的には、二部式クラムシェル型構成、又は、その上下を平坦な板で覆われたリングのいずれかである。一旦金属試料が固化すると、金型は廃棄され、試料は分析のためにスパーク−ＯＥＳに搬送される。
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米国特許第３，６４６，８１６号は、この種の使い捨て浸漬試料採取器を記載しており、該文献では、ディスク状試料の両平面が、より急速な凍結を達成するための冷却板と、分析前に洗浄をあまり必要としない一対の滑らかな表面とによって形成される。米国特許第４，２１１，１１７号等の他の先行技術特許も同様の概念に関するものであるが、米国特許第４，４０１，３８９号及び第５，４１５，０５２号は、他のセンサと組み合わされたこの冶金試料の例を提供する。他のセンサの１つは温度測定センサであり得る。
従来のサンプリング装置によって作り出される試料は、分光計の開口に平行な方向に約３２ｍｍの直径を有し、かつ分光計の開口に垂直な方向に４〜１２ｍｍの厚さを有する。従来の厚さの固化した試料は、金属及び非金属の分離がない分析表面を達成するために、０．８〜５ｍｍの鋳放し面の表面研削を必要とすることが分かった。従来の試料は、分光計の開口に平行な方向に典型的には少なくとも直径２８ｍｍでありかつ開口に垂直な方向に典型的には１２ｍｍ未満の厚さを有する幾何学的形状を作り出すための調製プロセス後にのみこの表面状態を達成することができる。この調製後の幾何学的形状は、しばしば試料表面を機械的に研削する分析前調製設備によって取り扱われ、また、試料を調製から分析及び除去まで進めて次の試料を待つロボットマニピュレータによる取り扱いにも便利である。
表面調製の必要性を排除することは分析時間を短縮し、金属製造者にとって経済的に有利である。この問題に対する様々な解決策が、ＥＰ３３３６５１３Ａ１、ＥＰ３３３６５１４Ａ１、ＥＰ３３３６５１２Ａ１、及びＥＰ３３３６５１１Ａ１に記載されている。これらの文献は、新たに開発されたタイプの溶融金属浸漬試料採取器である直接分析（ＤＡ）試料採取器に関し、これらはＤＡ試料を作り出す。ＤＡ試料は、分析前にいかなる種類の表面調製も必要とせず、そのため、ＯＥＳ分析方法を利用することにより、タイムリーな化学分析結果の利用並びに実験時間の節約の両方の点で顕著な経済的利益をもたらすことができる。特に、前述の先行技術は、分析のために提示された全試料部分が、好ましくは表面酸化なしに、均一に凍結するように、試料キャビティの均一な充填及び溶融金属試料の急速な冷却を記載する。金属を固化する熱含量は、採取金属がサンプリング室型から取り出される前に、採取金属を室温近くにするために低減される。得られた試料は、先行技術に記載されたものよりも小さい体積を有し、そのため、不必要に大きい試料体積は、溶融金属試料の急速な固化を妨げない。それ故、ＥＰ３３３６５１３Ａ１、ＥＰ３３３６５１４Ａ１、ＥＰ３３３６５１２Ａ１、及びＥＰ３３３６５１１Ａ１に記載された試料は、表面調製なしにスパーク−ＯＥＳによって分析することができ、それによって潜在的な経済的利益が得られる。
コンバータ法、電気アーク炉（ＥＡＦ）法等の高酸素用途又は取鍋処理中に使用されるＤＡ試料採取器は、一般に脱酸素材（脱酸素剤材料）を含む。例えば、取鍋処理中に、鋼は、等級要件に応じて、アルミニウム又はケイ素によって脱酸される。高酸素鋼が脱酸素剤を添加せずに冷却される場合、酸素が排出される。この排出された酸素は溶鋼中の炭素と再結合し、ＣＯ泡を形成する。そのような反応はかなり激しいものになり得る。鋼が凍結するような場合、これらの気泡は固化した構造に閉じ込められる。
従って、高酸素用途で使用するために作成された試料採取器は、脱酸素材を含む必要がある。しばしば、アルミニウム材料が脱酸素材として使用される。しかしながら、ジルコニウム材料及び／又はチタン材料等の他の材料も使用可能である。
試料採取器中の脱酸素材の量は、典型的には、試料質量の０．２〜０．３％程度である。試料採取器に脱酸素材を添加する多くの異なる方法が知られており、最も一般的に使用されるのは、試料採取器の流入導管内の箔又は流入導管の最端におけるリベットのタイプである。例えばアルミニウムのような脱酸素材を添加する前述の方法は、試料が充填される前のアルゴンフラッシングの期間との組み合わせには適していない。充填が始まる前に、リベットは溶けて鋼浴に溶解する。しばしばＳ字形として適用される箔の使用は、固定として石英管とのアルミニウムの摩擦を使用する。この摩擦は、アルミニウムが浴からの予熱から弱まる間、パージの力に耐えるのに十分ではない。この固定を得るために接着剤又はセメントを塗布することは、分析結果に影響を及ぼす。試験は、非常に高い又は非常に低いアルミニウム含有量を示す試料が、分析されるべき他の元素、特に炭素における大きな偏差も示すことを示した。
約１００ｇの典型的な試料重量を有する標準試料、例えばロリポップ試料では、脱酸素材が溶解するのにより多くの時間が利用でき、また、これらの試料は、清浄な均質分析面を生成するため、０．８ｍｍの深さまで研削される。最初に入る鋼がいくらかの炭素を失うかもしれない場合でさえ、この鋼は入り点から離れた遠端の該試料の小さな角にて見出されるであろう。しかしながら、典型的なＤＡ試料は、３〜１０ｇの質量を有し、４ｍｍ未満、多くの場合約２ｍｍの厚さを示す。該試料は非常に小さいが、添加された脱酸素材の試料における均一な分布を得るために利用可能な時間、すなわち充填時間は非常に短く、また、該試料の外側表面の層における高濃度の脱酸素材は、一般的に許容されないことが分かった。この問題の原因は、ほとんどの高酸素用途、より具体的にはコンバータ用途が、非常に広い温度及び酸素範囲を有するという事実である。この用途範囲の外端で良い結果を得ることは非常に重要である。ある者は、約１５５０℃〜１７５０℃までの全温度範囲及び１００〜２０００ｐｐｍの酸素範囲を考慮することができる。この範囲外の値も現れ得るが、例外的なものと考える必要がある。この用途内で、サンプリングプロセスは自動浸漬ランスによって行われることが言及されるべきである。プロセスの変動及び容器の内張りの摩耗のために、浸漬深さは約２０ｃｍから１メートルまで変化し得る。浸漬深さのこの変動は、試料の充填速度に多くの変動をもたらす。更なる問題は、これらの試料が鋼の処理中に採取され、その結果、分析値を他の分析値と比較できないという事実である。
Ｉｎ Ｄｕｌｓｋｉ、Ｔ．Ｒ．、金属の化学分析のためのマニュアル、ＡＳＴＭインターナショナル、１９９６
従って、本発明の第１目的は、上述の問題が回避されるように脱酸素材を添加することである。
また、低酸素用途での使用のために作り出された既知の従来技術の試料採取器は、試料室アセンブリを組み立てるために用いられた接着剤及びセメントから排出される炭素及び水素成分すなわち炭化水素による誤った測定結果を被る。
伝統的には、流入導管は試料室アセンブリのハウジングに実質的に気密態様で取り付けられている。試料採取器が溶融金属に浸漬されると、流入導管の浸漬端部は溶融金属と接触する。例えば石英材料のような流入導管の材料は、試料室アセンブリに熱を放射し、カバー板とハウジングによって形成される型を予熱する。この位置に存在する成分は分解し始める。炭素含有成分は、型内で更に凝縮する炭素含有ガスを放出し始める。加えて、一旦試料室が満たされると、これらの成分が形成されて試料の表面に凝縮する。試料は無調製試料としてターゲットにされるが、この凝縮は分析結果に影響を及ぼし、誤った炭素測定値をもたらす。
従って、本発明の第２の目的は、正確な炭素測定値を取得することができる試料を提供する試料採取器を提供することである。
本発明は、溶融金属浴、特に溶鋼浴から試料を採取するための試料採取器を提供する。
該試料採取器は、
浸漬端部を有するキャリア管と、
前記キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリにして、カバー板とハウジングとを備え、前記ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、
溶融金属を受け入れるための第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管にして、前記第２端部が前記開口と連通し、前記開口が前記流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、
前記試料室アセンブリと前記流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッドと、
前記流入導管の中心軸に沿って配置される脱酸素材にして、前記脱酸素材の少なくとも一部が前記測定ヘッド内部の前記流入導管の第２端部付近に配置される脱酸素材とを備え、
前記流入導管は、前記流入導管の前記第２端部に配置される第１結合手段を備え、
前記脱酸素材は、前記脱酸素材を前記流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管における前記第１結合手段と相互作用する第２結合手段を含む。
該試料採取器は、
浸漬端部を有するキャリア管と、
前記キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリにして、カバー板とハウジングとを備え、前記ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、
溶融金属を受け入れるための第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管にして、前記第２端部が前記開口と連通し、前記開口が前記流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、
前記試料室アセンブリと前記流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッドと、
前記流入導管の中心軸に沿って配置される脱酸素材にして、前記脱酸素材の少なくとも一部が前記測定ヘッド内部の前記流入導管の第２端部付近に配置される脱酸素材とを備え、
前記流入導管は、前記流入導管の前記第２端部に配置される第１結合手段を備え、
前記脱酸素材は、前記脱酸素材を前記流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管における前記第１結合手段と相互作用する第２結合手段を含む。
有利には、最初に入った鋼がカバー板とハウジングから形成された試料室のキャビティを冷却し得る前に、所定位置にしっかりと取り付けられ保持された脱酸素材がキャビティに入る鋼に溶解し得る。試料室の進入経路の中心軸に沿って配置された脱酸素材は、パージ中のパージガスの力、充填中に該ユニットに入る溶鋼の力に耐えることができ、また、脱酸素材はまた、充填のまさしく最初の瞬間に直ちに溶解することができ、これは、すなわち脱酸素材が側壁に押し付けられていないためである。
驚くべきことに、本発明による構成は、溶融金属浴内での試料採取器の予熱中にパージガスの力を最小にし、また、鋼浴からの脱酸素材（脱酸素剤材料）の予熱を最小にし、脱酸素材を弱めることが見出された。これは、脱酸素材を、測定ヘッドの浸漬端部に近接させて、フラッシング期間中に２００〜３００℃に達する箇所でさえも取り付けることを可能にする。この箇所は、どのようなタイプの測定ヘッドによっても容易に測定することができ、好ましい取り付け／固定位置である。
一実施形態において、脱酸素材はアルミニウム材を含む。アルミニウムは非常に低い融点を有するが、好ましい脱酸素材である。それは、ジルコニウム等の他の高融点材料は溶融せず、溶鋼に溶解する必要があるためである。これは格段に時間を消費し、小さなＤＡタイプの試料に使用する場合、全適用範囲にわたって使用することができないからである。しかしながら、ジルコニウム材料及び／又はチタン材料等の他の材料も使用され得る。
別の実施形態において、脱酸素材は、０．０５〜０．２ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．１５ｍｍ、最も好ましくは０．１２５ｍｍの厚さを有する平坦なシートとして成形される。
より厚い材料は低温用途で乏しい結果を示すであろう。その一方、高温用途においてより薄いシート状の脱酸素材は予熱後の流入する鋼流の力に耐えられないであろう。
更に別の実施形態において、脱酸素材の量は、試料質量の０．１％〜０．５％、好ましくは０．２％〜０．３％に相当する。
別の実施形態において、流入導管は石英材料、好ましくは溶融石英材料を含む。
更に別の実施形態において、第１結合手段は、流入導管の第２端部に向けて配置された、流入導管の材料における少なくとも１つの凹部、好ましくは２つの凹部によって実現され、また、第２結合手段は、脱酸素材を流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管の第１結合手段と相互作用する少なくとも１つの凸部、好ましくは２つの凸部によって実現される。
更なる実施形態において、第１結合手段は、流入導管の第２端部に向けて配置された、流入導管の材料における少なくとも１つの凸部、好ましくは２つの凸部によって実現され、また、第２結合手段は、脱酸素材を流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管の第１結合手段と相互作用する少なくとも１つの凹部、好ましくは２つの凹部によって実現される。
一実施形態では、脱酸素の目的で添加される脱酸素材は、２つの部分に分けることができる。酸素と反応する第１部分は溶鋼中に溶解し、反応してアルミナを形成する（発熱反応）。また、第２部分は鋼の微細構造中に溶解する（吸熱反応）。アルミニウムが流入導管内のより低温の領域に配置される場合、アルミニウムは鋼に溶解するのに利用できる時間及びエネルギーがより小さくなる。アルミニウムの溶解が乏しいと、分析されるほぼすべての元素について分析のばらつきが大きくなる。
一実施形態では、第１及び第２結合手段は、脱酸素材を溶融金属浴に注入するパージガスの力に抵抗するように適合される。
本発明はまた、溶融金属浴、特に溶鋼浴から試料を採取するための試料採取器を提供する。
該試料採取器は、
浸漬端部を有するキャリア管と、
前記キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリにして、カバー板とハウジングとを備え、前記ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、
溶融金属を受け入れるための第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管にして、前記第２端部が前記開口と連通し、前記開口が前記流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、
前記試料室アセンブリと前記流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッドと、
前記流入導管を前記試料室アセンブリに連結する金属ブッシュとを備える。
該試料採取器は、
浸漬端部を有するキャリア管と、
前記キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリにして、カバー板とハウジングとを備え、前記ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、
溶融金属を受け入れるための第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管にして、前記第２端部が前記開口と連通し、前記開口が前記流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、
前記試料室アセンブリと前記流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッドと、
前記流入導管を前記試料室アセンブリに連結する金属ブッシュとを備える。
有利には、流入導管を試料室に連結するために金属ブッシュを使用することにより、これら２つの構成要素の前記連結に接着剤又はセメントを全く使用しない。これは、試料キャビティと直接連通している領域における測定ヘッド内の流入導管に塗布される接着剤及びセメントが、該試料採取器の予熱段階中に燃焼して分解するためである。測定ヘッドの浸漬端部の外側に塗布された接着剤及びセメントは、少量で使用された場合、フラッシング期間中に溶鋼浴中で燃焼又は分解して溶解する。それ故、金属ブッシュの厚さはできるだけ薄いことが好ましく、例えば、溶鋼浴中の最も深い浸漬点に達した後の５秒間のフラッシング期間中、１ｍｍを超えない。
また、金属ブッシュ内に配置された流入導管は、浸漬プロセス中、溶鋼静圧によって所定の位置に保持され得、流入導管と金属ブッシュとの間の小さな間隙に浸透する溶鋼は凝結する。しかしながら、ブッシュとの摩擦のみによる固定は、入口導管を所定の位置に保つのに十分なものとなり得る。
このアセンブリの付加的利点は、その機械的安定性と製造の容易さである。このアセンブリの別の付加的利点は、型内での試料の改善された固定である。試料採取器を浴に浸した後、浸漬ヘッドが地面に落下するか、及び／又は、試料採取器を回収するために測定ヘッドが取り外される。どちらの場合も流入導管は壊れ得る。この破壊は、試料室における流入導管の上端に達し、試料室内の試料の固定を不十分にする。流入導管の端部を測定ヘッドの浸漬端部に向けて移動させることによって、試料室内の試料を固定に非常に良好な結果が成し遂げられ得る。
一実施形態において、金属ブッシュは、試料室アセンブリから流入導管の第１端部に到達するように適合される。
有利には、試料室アセンブリから流入導管の第１端部すなわち浸漬端部に達する金属ブッシュの使用は、乾式マウント、すなわち接着剤及び／又はセメントを使用しないマウントを生成することを可能にする。そのような金属ブッシュは、約４０ｍｍの長さを有することができ、そのうち約２０ｍｍが測定ヘッドの浸漬端部の外側に配置される。
測定ヘッドの浸漬端に達する金属ブッシュを適用することは非常に有益であると考えられる。有利には、そのような金属ブッシュは、入口ピンの周りに拡大した恒久的外径をもたらす。フラッシング期間のために、流入導管は予熱され、また測定ヘッドの浸漬端部の外側では凝固しないであろう。サンプリングが行われた後、試料採取器は作業場床に落下され得、そして試料は、力すなわちハンマーを用いて回収され得る。この力は、熱いインレットピンを曲げるのに十分なものであり得る。金属ブッシュはピンの曲がりを防ぐ。ピンが試料の分析面の方向に曲がるような場合は、ピンを取り外すことなく、試料をスパーク−ＯＥＳ器具に配置することができず、時間がかかる。
別の実施形態において、金属ブッシュは、その長さに沿って少なくとも２つの異なる壁厚及び／又は直径を有する。
金属ブッシュは、その全長にわたって異なる壁厚及び直径を有することができる。望ましい機械的強度を低下させることなく、壁厚の局所的な減少を適用することにより、測定ヘッドの外側の金属ブッシュの壁厚を最小に抑えることができ、また、試料への熱伝達を最小に抑えることができる。そのような金属ブッシュは、いくつかの圧入部品から作ることができ、あるいは単一の金属片から機械加工することさえできる。どちらの構成も本発明の範囲内にあると考えられる。流入導管の長さを変えずに、試料採取器の浸漬端部を下げて測定ヘッドの浸漬端部により近づけることを考慮することができるが、これは鋼浴から試料採取器への高い熱流束を発生させるであろう。
一実施形態において、金属ブッシュはアルミニウム材料から成る。
別の実施形態において、流入導管は石英材料、好ましくは溶融石英材料から成る。
更に別の実施形態において、金属ブッシュは、１０〜４０ｍｍの長さ、４ｍｍの内径及び６ｍｍの外径を有する。
一実施形態において、金属ブッシュは、流入導管を試料室アセンブリに連結するために試料室アセンブリに押し込まれる。
別の実施形態において、試料採取器は、キャリア管に支持され、試料室の少なくとも一部を収容するように適合された測定ヘッドを備え、金属ブッシュの少なくとも一部は測定ヘッドから延びる。
一実施形態において、試料採取器は、流入導管の第１端部に取り付けられた保護キャップを備える。
別の実施形態において、金属ブッシュは、試料室アセンブリへの熱伝達を最小限にするために前記金属ブッシュの外面に溝を備える。
以下の概略図は、いくつかの例示的な説明と関連して本発明の理解を向上させるための本発明の態様を示す。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に従う、溶融金属浴から試料を採取するための試料採取器１の概略断面図を示す。試料採取器１は、溶鋼への浸漬及び溶鋼のサンプリングに適している。図示の試料採取器１は、樹脂結合ケイ砂から形成され得る測定ヘッド３を備える。測定ヘッド３は、キャリア管５に支持され、キャリア管５は紙製キャリア管であり得る。使用時には、プローブホルダ又はランス（図示せず）がキャリア管５の内部空間に好ましくは挿入され、測定ヘッド３を、浸漬方向Ｉにおける溶融金属浴（図示せず）の表面下に沈めるのに必要な機械的作用を与える。
測定ヘッド３は、溶融金属の試料を収集し回収するための試料室アセンブリ７を備える。図示の試料室アセンブリ７は、ハウジング９とカバー板１１とからなる２部品試料室である。ハウジング９は、良好な熱及び電気伝導体である１つ以上の材料から好ましくは形成される。該材料は、例えば、アルミニウム、銅、及び、回収された金属試料に電気的に結合されるための類似の熱及び電気伝導特性を有する他の金属等であるが、これらに限定されない。試料室アセンブリ７のハウジング９とカバー板１１は、溶融金属が試料室アセンブリ７内に流入して該アセンブリ内を満たす力により試料室アセンブリ７の２つの部品９、１１が分離する傾向に耐えるのに十分な圧縮力でクランプ１３によって共に保持され得る。クランプ１３は金属クランプとすることができる。
図１及び図２はまた、第１端部と反対側の第２端部とを有する測定ヘッド３を示す。測定ヘッド３の第１端部は、測定ヘッド３の浸漬端部１５に対応する。測定ヘッド３の第２端部は、ランス又はプローブホルダに対面するように構成される。また、試料室アセンブリ７は、第１端部と反対側の第２端部とを有する。試料室アセンブリ７の第１端部は、試料室アセンブリ７の浸漬端部１７に対応する。「浸漬端部」という語句は、溶融金属に最初に浸漬される本体の端部を意味することが当業者には理解されよう。試料室アセンブリ７の第１端部は流入導管１９に取り付けられ、流入導管１９はハウジング９の開口に受け入れられる。流入導管１９は、溶融金属浴から試料室アセンブリ７内へと溶融金属が流れることを可能にする。従って、溶融金属は、試料キャビティの中心軸Ｘと平行な浸漬方向Ｉにて試料室アセンブリ７内に導入される。流入導管７は、石英材料、より好ましくは溶融石英材料から成り得る。
図１及び図２はまた、流入導管７の中心軸Ｘに沿って配置された脱酸素材２１を示す。脱酸素材２１はアルミニウムであり得る。脱酸素材２１の一部は、測定ヘッド３内部の流入導管１９の第２端部付近に配置されていることも分かる。
図１及び図２にはまた、流入導管１９における第１結合手段２３が示され、第１結合手段２３は流入導管１９の材料における凹部又は凸部として実現され得る。脱酸素材２１は、第２結合手段を備える。第２結合手段は、第１結合手段の対応する凹部と相互作用する凸部として又はその逆として実現され得る。図１及び図２に示す結合手段２３、２５により、脱酸素材２１は、試料室アセンブリ７の進入経路において中心軸Ｘに沿って確実に保持され得る。従って、脱酸素材２１は、パージ中のパージガスの力、及び充填中に該ユニットに入る溶鋼の力に耐えることができる。
また、図１及び図２は、流入導管１９の第１端部に配置されたキャップ２７を示す。流入導管１９の第１端部が溶融金属に浸漬されると、キャップ２７は溶解し、溶融金属は流入導管１９を通って流れることができる。図１及び図２には更に、流入導管１９を試料室アセンブリ７のハウジング９に連結する金属ブッシュ２９が示される。しかしながら、金属ブッシュ２９は、この実施形態には単なる任意選択である。流入導管１９は、接着剤又はセメントによってハウジング９に取り付けることもできる。
図３及び図４は、本発明の第２の実施形態に従う試料採取器１’の概略断面図を示す。
試料採取器１’は溶鋼への浸漬と溶鋼のサンプリングに適している。図示の試料採取器１’は測定ヘッド３’を備え、測定ヘッド３’は樹脂結合ケイ砂から成り得る。測定ヘッド３’はキャリア管５’に支持され、キャリア管５’は紙製キャリア管であり得る。使用時には、プローブホルダ又はランス（図示せず）がキャリア管５’の内部空間に好ましくは挿入され、測定ヘッド３’を、浸漬方向Ｉにおける溶融金属浴（図示せず）の表面下に沈めるのに必要な機械的作用を与える。
測定ヘッド３’は、溶融金属の試料を収集し回収するための試料室アセンブリ７’を含む。図示の試料室アセンブリ７’は、ハウジング９’とカバー板１１’とからなる二部品試料室である。ハウジング９’は、良好な熱及び電気伝導体である１つ以上の材料から好ましくは形成される。該材料は、例えば、アルミニウム、銅、及び、回収された金属試料に電気的に結合するための同様の特性を有する他の金属等であるが、これらに限定されない。試料室アセンブリ７’のハウジング９’とカバー板、１１’は、試料室アセンブリ７’内に流入して該アセンブリを満たす力により試料室アセンブリ７’の２つの部品９’、１１’が分離する傾向に抵抗するのに十分な圧縮力でクランプ１３’により共に保持され得る。クランプ１３’は金属製クランプであり得る。
図３及び図４はまた、第１端部と反対側の第２端部とを有する測定ヘッド３’を示す。測定ヘッド３’の第１端部は浸漬端部１５’に対応する。測定ヘッド３’の第２端部は、ランス又はプローブホルダに対面するように構成される。また、試料室アセンブリ７’は、第１端部と反対側の第２端部とを有する。試料室アセンブリ７’の第１端部は浸漬端部１７’に対応する。「浸漬端部」という語句は、最初に溶融金属に浸漬される本体の端部を意味することが当業者には理解されよう。試料室アセンブリ７’の第１端部は流入導管１９’に取り付けられ、流入導管１９’はハウジング９の開口に受け入れられる。流入導管１９’は、溶融金属浴から試料室アセンブリ７’へと溶融金属が流れることを可能にする。従って、溶融金属は、試料キャビティの長手軸方向Ｘに平行な浸漬方向Ｉにて試料室アセンブリ７’に導入される。流入導管７’は石英材料、より好ましくは溶融石英材料から成り得る。
図３及び図４に示すように、試料採取器１’はまた金属ブッシュ２９’を備え、金属ブッシュ２９’はアルミニウム材料から成り得る。金属ブッシュ２９’は、１０〜４０ｍｍの長さ、４ｍｍの内径及び６ｍｍの外径を有し得る。図示の実施形態では、流入導管１９’を試料室センブリ７’に結合するために、金属ブッシュ２９’が試料室アセンブリ７’のハウジング９’内に押し込まれる。
図５は、図４の細部「Ａ」を示す。図示のように、金属ブッシュ２９’は、試料室アセンブリ７’から流入導管１９’の第１端部まで完全に到達し、これにより流入導管１９’を囲む。また、金属ブッシュ２９’は、その長さに沿って少なくとも２つの異なる壁厚及び／又は直径を有することが分かる。
特許請求の範囲、明細書、及び図面に開示された特徴は、別々に又は互いに任意に組み合わせて、特許請求された発明の異なる実施形態にとって本質的であり得る。
１、１’ 試料採取器
３、３’ 測定ヘッド
５、５’ キャリア管
７、７’ 試料室アセンブリ
９、９’ ハウジング
１１、１１’ カバー板
１３、１３’ クランプ
１５、１５’ 測定ヘッドの浸漬端部
１７、１７’ 試料室の浸漬端部
１９、１９’ 流入導管
２１ 脱酸素材
２３ 第１結合手段
２５ 第２結合手段
２７、２７’ キャップ
２９、２９’ 金属ブッシュ
Ａ 細部
Ｉ 浸漬方向
Ｘ 中心軸
３、３’ 測定ヘッド
５、５’ キャリア管
７、７’ 試料室アセンブリ
９、９’ ハウジング
１１、１１’ カバー板
１３、１３’ クランプ
１５、１５’ 測定ヘッドの浸漬端部
１７、１７’ 試料室の浸漬端部
１９、１９’ 流入導管
２１ 脱酸素材
２３ 第１結合手段
２５ 第２結合手段
２７、２７’ キャップ
２９、２９’ 金属ブッシュ
Ａ 細部
Ｉ 浸漬方向
Ｘ 中心軸
Claims (15)
- 溶融金属浴、特に溶鋼浴から試料を採取するための試料採取器であって、
浸漬端部を有するキャリア管と、
前記キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリにして、カバー板とハウジングとを備え、前記ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、
溶融金属を受け入れるための第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管にして、前記第２端部が前記開口と連通し、前記開口が前記流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、
前記試料室と前記流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッドと、
前記流入導管の中心軸に沿って配置される脱酸素材にして、前記脱酸素材の少なくとも一部が前記測定ヘッド内部の前記流入導管の第２端部付近に配置される脱酸素材とを備え、
前記流入導管は、前記流入導管の前記第２端部に配置される第１結合手段を備え、
前記脱酸素材は、前記脱酸素材を前記流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管における前記第１結合手段と相互作用する第２結合手段を含む試料採取器。 - 前記脱酸素材がアルミニウム材料を含む請求項１に記載の試料採取器。
- 前記脱酸素材が、０．０５〜０．２ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．１５ｍｍ、最も好ましくは０．１２５ｍｍの厚さを有する平坦なシートとして成形される請求項１又は２に記載の試料採取器。
- 前記脱酸素材の量が、試料質量の０．１％〜０．５％、好ましくは０．２％〜０．３％に相当する請求項１〜３のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記流入導管は石英材料、好ましくは溶融石英材料を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記第１結合手段は、前記流入導管の第２端部に向けて配置された、前記流入導管の材料における少なくとも１つの凹部、好ましくは２つの凹部によって実現され、第２結合手段は、前記脱酸素材を前記流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管の第１結合手段と相互作用する少なくとも１つの凸部、好ましくは２つの凸部によって実現される請求項１〜５のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記第１結合手段が、前記流入導管の第２端部に向けて配置された、前記流入導管の材料における少なくとも１つの凸部、好ましくは２つの凸部によって実現され、第２結合手段は、前記脱酸素材を前記流入導管の中心軸に沿った位置に固定するために前記流入導管の第１結合手段と相互作用する少なくとも１つの凹部、好ましくは２つの凹部によって実現される請求項１〜６のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 溶融金属浴、特に溶鋼浴から試料を採取するための試料採取器であって、
浸漬端部を有するキャリア管と、
前記キャリア管の浸漬端部に配置される試料室アセンブリにして、カバー板とハウジングとを備え、前記ハウジングが開口を有するハウジング浸漬端部を備える試料室アセンブリと、
溶融金属を受け入れるための第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有する流入導管にして、前記第２端部が前記開口と連通し、前記開口が前記流入導管から溶融金属を受け入れるように構成される流入導管と、
前記試料室と前記流入導管の第２端部とが少なくとも部分的に配置される測定ヘッドと、
前記流入導管を前記試料室に連結する金属ブッシュとを備える試料採取器。 - 前記金属ブッシュは、前記試料室アセンブリから前記流入導管の前記第１端部に到達するように適合される請求項８に記載の試料採取器。
- 前記金属ブッシュは、その長さに沿って少なくとも２つの異なる壁厚及び／又は直径を有する請求項８又は９に記載の試料採取器。
- 前記金属ブッシュはアルミニウム材料を含み、及び／又は、前記流入導管は石英材料、好ましくは溶融石英材料を含む請求項８〜１０のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記金属ブッシュは、１０〜４０ｍｍの長さ、４ｍｍの内径及び６ｍｍの外径を有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記金属ブッシュは、前記流入導管を前記試料室に連結するために前記試料室に押し込まれる請求項８〜１２のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記試料採取器は、前記流入導管の前記第１端部に取り付けられた保護キャップを備える請求項８〜１３のいずれか１項に記載の試料採取器。
- 前記金属ブッシュは、前記試料室アセンブリへの熱伝達を最小限にするために前記金属ブッシュの外面に溝を備える請求項８〜１４のいずれか１項に記載の試料採取器。
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