JP3037332U - 炭素濃度推定プローブ - Google Patents
炭素濃度推定プローブInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気炉で溶製される未脱酸溶鋼中に含まれる
炭素の濃度を迅速に推定するための消耗型プローブを提
供する。 【解決手段】 標準電極と測定電極と熱電対を併設して
備えていて溶鋼中の酸素活量と溶鋼温度を測定するため
のセンサーと、センサーが装着される紙製の保護管とを
有するプローブ。標準電極は、一端閉管状のジルコニア
固体電解質と、固体電解質の内部に充填された金属の粉
末とその金属の酸化物の粉末との混合粉末からなる標準
極と、一方の端が標準極中に埋め込まれて他方の端がジ
ルコニア固体電解質の外部に取り出されたＭo リードと
を有し、標準極の酸素ポテンシャルと溶鋼中の酸素ポテ
ンシャルの差によって測定電極とＭo リードの間に発生
する起電力および熱電対によって測定される溶鋼温度か
ら溶鋼中の酸素活量を計算し、酸素活量と溶鋼温度から
溶鋼中の炭素濃度を推定する。
炭素の濃度を迅速に推定するための消耗型プローブを提
供する。 【解決手段】 標準電極と測定電極と熱電対を併設して
備えていて溶鋼中の酸素活量と溶鋼温度を測定するため
のセンサーと、センサーが装着される紙製の保護管とを
有するプローブ。標準電極は、一端閉管状のジルコニア
固体電解質と、固体電解質の内部に充填された金属の粉
末とその金属の酸化物の粉末との混合粉末からなる標準
極と、一方の端が標準極中に埋め込まれて他方の端がジ
ルコニア固体電解質の外部に取り出されたＭo リードと
を有し、標準極の酸素ポテンシャルと溶鋼中の酸素ポテ
ンシャルの差によって測定電極とＭo リードの間に発生
する起電力および熱電対によって測定される溶鋼温度か
ら溶鋼中の酸素活量を計算し、酸素活量と溶鋼温度から
溶鋼中の炭素濃度を推定する。
Description
【０００１】
本考案は、主に電気炉で溶製される未脱酸溶鋼中に含まれる炭素の濃度を迅速 に推定するための消耗型プローブに関する。
【０００２】
製鋼プロセスにおいては、多くの工程において様々な条件下で酸素プローブが 使用され、従って様々な目的で使用されているため、酸素プローブによる酸素活 量の測定範囲は、１ppm 未満から１５００ppm を越えるものまで広範囲にわたっ ている。
【０００３】 そのような従来の酸素プローブにおいては、例えば特公昭６１−４７３７７号 公報等に開示されているように、センサーに装着される保護管は、紙管とセラミ ックファイバーのスリーブを組み合わせた２重管または３重管の構造であった。 センサーの近くに紙管があると、溶鋼中において紙の分解によって発生するガス が酸素活量の測定値に悪影響を及ぼす。これを防止するために、溶鋼中であって もガスを発生させないセラミックファイバーのスリーブがセンサーの近傍に装着 されていた。
【０００４】
このように、従来の酸素プローブの保護管においては、紙管に比べて高価なセ ラミックファイバースリーブが用いられていて、さらにこのスリーブを紙管と組 み合わせた２重管または３重管の構造にしていた。そのため、材料費が高いのみ ならず、組み立てに時間がかかり、プローブの製造コストを高くしていた。
【０００５】
上記課題を解決するために、本考案によれば、溶鋼中の炭素濃度を推定するた めのプローブであって、標準電極と測定電極と熱電対を併設して備えていて溶鋼 中の酸素活量と溶鋼温度を測定するためのセンサーと、前記センサーが装着され る紙製の保護管とを有するプローブが提供される。このプローブにおいて、前記 標準電極は、一端閉管状のジルコニア固体電解質と、前記固体電解質の内部に充 填された金属の粉末とその金属の酸化物の粉末との混合粉末からなる標準極と、 一方の端が前記標準極中に埋め込まれて他方の端が前記ジルコニア固体電解質の 外部に取り出されたＭo リードとを有し、前記標準極の酸素ポテンシャルと溶鋼 中の酸素ポテンシャルの差によって測定電極とＭo リードの間に発生する起電力 および熱電対によって測定される溶鋼温度から溶鋼中の酸素活量を計算し、前記 酸素活量と溶鋼温度から溶鋼中の炭素濃度を推定する。
【０００６】 本考案者は、主に電気炉で溶製される未脱酸溶鋼中の酸素活量は１００〜１５ ００ppm 程度の比較的高い範囲に限定されることに着目した。そのため、保護管 を紙管だけの１重構造にしても、紙の分解による発生ガスが酸素活量の測定値に 及ぼす影響は小さく、溶鋼中の炭素濃度を十分に高い精度で推定できることを見 いだした。
【０００７】 本考案を図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】 図１は、本考案の炭素濃度推定プローブの構成を示す概略図である。(１)は標 準電極、(８)は測定電極、(９)は内部に熱電対が挿通された石英管である。これ らの測定素子はセラミック製のハウジング(10)に組み込まれ、耐火セメントを介 して固定される。さらに鉄製のキャップ(11)がハウジング(10)に取り付けられて 、センサーとなる。各測定素子からの電気信号はコネクター(12)からホルダー（ 図示せず。プローブを先端に装着して保持する鉄パイプであり、電気信号を伝え るための補償導線などを内部に組み込んでいる）を介して計測器に伝えられる。 センサーに紙管(13)が取り付けられて炭素濃度推定プローブとなる。
【０００９】 図２は、標準電極(１)の内部構造を示す概略図である。(２)は一端閉管状のジ ルコニア固体電解質、(３)は金属の粉末とその金属の酸化物の粉末との混合粉末 からなる標準極、(４)はＭo リードである。標準極(３)は石英ウール(５)と石英 管(６)によってジルコニア固体電解質(２)の内部先端に固定され、ジルコニア固 体電解質(２)の開口端は無機接着剤(７)によって封じられている。
【００１０】 ジルコニア固体電解質(２)は、その外径が細すぎると強度が小さくなって測定 不良が多くなり、また肉厚が大きすぎると固体電解質の温度上昇が遅くなって応 答性が悪くなる。強度と応答性の両立を考慮すると、ジルコニア固体電解質(２) の内径は２〜２.４mm、外径は３.４〜３.８mm が適当であり、肉厚は０.６〜０. ８mm が適当である。
【００１１】 酸素プローブの標準極(３)には通常、金属の粉末とその金属の酸化物の粉末か らなる混合粉末、例えばＣr-Ｃr2Ｏ3、Ｍo-ＭoＯ2、Ｆe-ＦeＯ、Ｎi-ＮiＯ等が 用いられる。しかし、本考案の炭素濃度推定プローブの場合、測定する酸素活量 が比較的高いレベルに限定されているため、標準極(３)の酸素ポテンシャルも比 較的高く、金属の酸化・発熱が速いために、応答性の良いＭo-ＭoＯ2 混合粉末 が適している。標準極の量は、少なすぎると酸素ポテンシャルの測定値が不安定 となり、多すぎると標準極の温度上昇に時間がかかって応答性が悪くなる。上記 のサイズのジルコニア固体電解質に対して、０.０２〜０.０５ｇが適当である。
【００１２】 紙管(13)は、サイズすなわち肉厚と長さによって製造コストが左右される。上 記のサイズのジルコニア固体電解質を用い、上記の標準極充填量を採用した場合 、酸素活量の測定に要する時間（起電力が安定するまでの時間）は３〜６秒であ る。この場合に必要な紙管(13)の肉厚は、溶鋼の温度や電気炉内の雰囲気温度に よっても異なるが、５〜１０mm である。５mm 未満であると、紙管が燃え尽きて ホルダーを焼損してしまう。１０mm よりも厚くなると、製造コストが高くなっ てしまう。紙管(13)の長さは、電気炉回りの測定環境に応じて適宜決められる。
【００１３】 測定電極(８)には、Ｆe、Ｍo、Ｗ等、電気伝導性があって、溶鋼中で瞬時に溶 損しない材質のものを用いる。
【００１４】 本考案の炭素濃度推定プローブが溶鋼中に浸漬されると、標準極(１)の酸素ポ テンシャルと溶鋼中の酸素ポテンシャルの差に応じた起電力が発生する。また、 熱電対(９)は溶鋼温度を検出する。このとき、溶鋼中の酸素活量はこれら起電力 と溶鋼温度から(１)式によって計算される。
【００１５】 一方、電気炉内の未脱酸溶鋼中では(２)式の平衡反応が成立している。 一つの電気炉は常に同じ条件で操業されているため、溶鋼中のＣＯガスの分圧は 常に一定の値に保たれている。従って、酸素活量ａ0（＝Ｏ）を測定することに よって溶鋼中の炭素濃度（＝Ｃ）の推定が可能となる。
【００１６】 実際には、電気炉内の溶鋼から分析試料を採取して、分析によって得られた炭 素濃度の分析値［Ｃ］と、そのとき本考案のプローブを用いて(１)式を適用して 得られた酸素活量測定値ａ0、および溶鋼温度Ｔの関係を(３)式の形で予め求め ておき、これを検量線として用いて、溶鋼中の炭素濃度を推定する。
【００１７】
下記の部材で構成される本考案の炭素濃度推定プローブを用い、電気炉で溶製 した未脱酸溶鋼中に含まれる炭素濃度の推定を行った。
【００１８】 構成部材： ジルコニア固体電解質：ＺrＯ2-８mol％ＭgＯ（外径３.６mm×内径２.２mm×長 さ３０mm）、標準極：Ｍo ４重量部とＭoＯ2 １重量部の混合粉末 ０.０４ｇ、 Ｍo リード：直径０.５mm のＭo 線、測定電極：直径２mm のＭo 棒、熱電対： 直径０.０７５mm のＴype-Ｒ、紙管：外径３２mm×内径１８.２mm×長さ１１７ ０mm。
【００１９】 また比較例として、通常の酸素プローブによる炭素濃度の推定も行った。この 通常の酸素プローブは、紙管の上に外径４１mm×内径３３mm×長さ３００mm の セラミックファイバースリーブを被せている以外は、上記本考案のプローブと同 様の部材で構成されている。
【００２０】 結果を表１に示す。表１における「分析［Ｃ］」の値は、発光分光分析による 炭素濃度の値である。
【表１】
【００２１】 表１中の起電力Ｅと温度Ｔの値から(１)式によって酸素活量ａ0 を求め、酸素 活量ａ0 と温度Ｔの値から炭素濃度の推定式（(３)式）によって炭素濃度の値（ 推定［Ｃ］）を推定した。なお、本考案のプローブおよび比較例のプローブにつ いての炭素濃度の推定式は、各々下記の通りとなった。 本考案： 推定[C]＝10^[−1.029×log（a0）−1.816×10-3Ｔ＋4.77］ 比較例： 推定[C]＝10^[−1.149×log（a0）−2.078×10-5Ｔ＋1.617］
【００２２】 炭素濃度の値の推定精度（誤差の標準偏差σn-1）は、本考案の場合で０.００ ９３、比較例の場合で０.００９１であり、本考案のプローブは、安価でありな がら通常の酸素プローブと同程度の精度を保っている。また本考案のプローブと 比較例のプローブの両者ともに、浸漬後４秒で十分安定した起電力波形が得られ た。
【００２３】
本考案によれば、主に電気炉で溶製された未脱酸溶鋼中の炭素濃度を、安価な プローブを用いて迅速に推定することができ、電気炉の操業時間が短縮されるな ど、大きな経済効果がもたらされる。
【提出日】平成８年１２月２７日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【０００８】 図１は、本考案の炭素濃度推定プローブの構成を示す概略図である。(１)は標 準電極、(８)は測定電極、(９)は内部に熱電対が挿通された石英管である。これ らの測定素子はセラミック製のハウジング(10)に組み込まれ、耐火セメントを介 して固定される。さらに鉄製のキャップ(11)がハウジング(10)に取り付けられて 、センサーとなる。各測定素子からの電気信号はコネクター(12)からホルダー（ 図示せず。プローブを先端に装着して保持する鉄パイプであり、電気信号を伝え るための補償導線などを内部に組み込んでいる）を介して計測器に伝えられる。 センサーに紙製の保護管(13)が取り付けられて炭素濃度推定プローブとなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【００１２】 紙管からなる保護管(13)は、サイズすなわち肉厚と長さによって製造コストが 左右される。上記のサイズのジルコニア固体電解質を用い、上記の標準極充填量 を採用した場合、酸素活量の測定に要する時間（起電力が安定するまでの時間） は３〜６秒である。この場合に必要な保護管(13)の肉厚は、溶鋼の温度や電気炉 内の雰囲気温度によっても異なるが、５〜１０mm である。５mm 未満であると、 紙管が燃え尽きてホルダーを焼損してしまう。１０mm よりも厚くなると、製造 コストが高くなってしまう。保護管(13)の長さは、電気炉回りの測定環境に応じ て適宜決められる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【００１８】 構成部材： ジルコニア固体電解質：ＺrＯ2-８mol％ＭgＯ（外径３.６mm×内径２.２mm×長 さ３０mm）、標準極：Ｍo ４重量部とＭoＯ2 １重量部の混合粉末 ０.０４ｇ、 Ｍo リード：直径０.５mm のＭo 線、測定電極：直径２mm のＭo 棒、熱電対： 直径０.０７５mm のＴype-Ｒ、保護管（紙製）：外径３２mm×内径１８.２mm× 長さ１１７０mm。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【００１９】 また比較例として、通常の酸素プローブによる炭素濃度の推定も行った。この 通常の酸素プローブは、紙製の保護管の上に外径４１mm×内径３３mm×長さ３０ ０mm のセラミックファイバースリーブを被せている以外は、上記本考案のプロ ーブと同様の部材で構成されている。
【図１】本考案の炭素濃度推定プローブの構成を示す概
略図である。
略図である。
【図２】本考案の炭素濃度推定プローブにおける標準電
極の内部構造を示す概略図である。
極の内部構造を示す概略図である。
１：標準電極、２：ジルコニア固体電解質、３：標準
極、４：Ｍo リード、５：石英ウール、６：石英管、
７：無機接着剤、８：測定電極、９：熱電対（石英
管）、10：ハウジング、11：キャップ、12：コネクタ
ー、13：紙管（保護管）。
極、４：Ｍo リード、５：石英ウール、６：石英管、
７：無機接着剤、８：測定電極、９：熱電対（石英
管）、10：ハウジング、11：キャップ、12：コネクタ
ー、13：紙管（保護管）。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１２月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案の炭素濃度推定プローブの構成を示す概
略図である。
略図である。
【図２】本考案の炭素濃度推定プローブにおける標準電
極の内部構造を示す概略図である。
極の内部構造を示す概略図である。
【符号の説明】 １：標準電極、２：ジルコニア固体電解質、３：標準
極、４：Ｍo リード、５：石英ウール、６：石英管、
７：無機接着剤、８：測定電極、９：熱電対（石英
管）、10：ハウジング、11：キャップ、12：コネクタ
ー、13：保護管。
極、４：Ｍo リード、５：石英ウール、６：石英管、
７：無機接着剤、８：測定電極、９：熱電対（石英
管）、10：ハウジング、11：キャップ、12：コネクタ
ー、13：保護管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 吉見 康信 大阪府大阪市淀川区宮原４丁目１番14号 住友生命新大阪北ビル 大阪酸素工業株式 会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 溶鋼中の炭素濃度を推定するためのプロ
ーブであって、前記プローブは、標準電極(１)と測定電
極(８)と熱電対(９)を併設して備えていて溶鋼中の酸素
活量と溶鋼温度を測定するためのセンサーと、前記セン
サーが装着される保護管(13)とを有し、前記標準電極
(１)は、一端閉管状のジルコニア固体電解質(２)と、前
記固体電解質(２)の内部に充填された金属の粉末とその
金属の酸化物の粉末との混合粉末からなる標準極(３)
と、一方の端が前記標準極(３)中に埋め込まれて他方の
端が前記ジルコニア固体電解質(２)の外部に取り出され
たＭo リード(４)とを有し、前記標準極(３)の酸素ポテ
ンシャルと溶鋼中の酸素ポテンシャルの差によって測定
電極(８)とＭo リード(４)の間に発生する起電力および
熱電対(９)によって測定される溶鋼温度から溶鋼中の酸
素活量を計算し、前記酸素活量と溶鋼温度から溶鋼中の
炭素濃度を推定するプローブにおいて、前記保護管(13)
が１本の紙管からなることを特徴とする、炭素濃度推定
プローブ。 - 【請求項２】 前記標準極(３)はＭo とＭoＯ2 の混合
粉末からなり、前記紙管(13)の肉厚が５〜１０ｍｍであ
ることを特徴とする炭素濃度推定プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1996010448U JP3037332U (ja) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | 炭素濃度推定プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1996010448U JP3037332U (ja) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | 炭素濃度推定プローブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3037332U true JP3037332U (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=43172057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1996010448U Expired - Lifetime JP3037332U (ja) | 1996-10-17 | 1996-10-17 | 炭素濃度推定プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3037332U (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002236103A (ja) * | 2001-02-08 | 2002-08-23 | Saginomiya Seisakusho Inc | 導電率計の電極 |
-
1996
- 1996-10-17 JP JP1996010448U patent/JP3037332U/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002236103A (ja) * | 2001-02-08 | 2002-08-23 | Saginomiya Seisakusho Inc | 導電率計の電極 |
| JP4582926B2 (ja) * | 2001-02-08 | 2010-11-17 | 株式会社鷺宮製作所 | 導電率計の電極 |
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