JP3186583B2 - 溶鋼中微量炭素の迅速測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来手法では直接測定
することができなかった溶鋼中の極微量の炭素濃度を迅
速且つ高精度に測定できる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より極低炭素鋼板は自動車用鋼板を
中心として広く使用されている。極低炭素鋼板は低炭素
鋼板に比べて延展性に優れ、深絞り性が良好である一
方、機械的強度が不充分であるという欠点がある。した
がって、極低炭素鋼板において延展性を維持しながら機
械的強度を高めるための様々な工夫がなされている。例
えば、ＴｉやＮｂ、更にはＭｎ、Ｐ等を添加する方法が
検討されているが、これらとともに重要なのは炭素の微
量制御であるとの認識が広まっている。仮に炭素の微量
制御が可能であれば、添加物の種類や量を減らせる可能
性もあり、鉄鋼業界では１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの炭
素濃度を有する溶鋼を数ｐｐｍ程度の精度で制御できる
製造技術の確立が要望されている。実際の製鉄所におけ
る極低炭素鋼を製造するプロセスは、転炉で溶製された
鋼をＲＨ脱ガス設備に代表される真空脱炭設備におい
て、真空下で未脱酸又は弱脱酸溶鋼中の溶存炭素を溶存
酸素と反応させて一酸化炭素として脱炭除去している。
このような背景から溶鋼中微量炭素の測定方法の確立が
期待されている。

【０００３】溶鋼中の炭素濃度迅速測定方法としては、
凝固温度測定方法や採取サンプルの発光分光分析が知ら
れているが、これらは低レベルの炭素濃度迅速測定には
適さない。また、ＲＨ脱ガス装置において炭素濃度を推
定する技術も一部試みられている。これは真空吸引する
過程で溶鋼中から吸引ガス中に発散したＣＯガスやＣＯ
₂ガスをサンプリングし、このガスを質量分析計によっ
て分析しながら積算することにより脱炭量を推定するも
のである。しかしながら真空系からのガスサンプリング
自体が困難であることに加えて、全体のガス総量が不明
であることから計算誤差が大きくなる傾向があり、更に
真空槽からのリークの問題もあり溶鋼中の炭素濃度を正
確に推定することは困難である。そして、溶鋼中の炭素
濃度が低レベルである場合、その推定はより一層困難で
あり、微量炭素の濃度迅速測定方法とはいまだ確立され
ていない。

【０００４】このような状況を解消すべく、本出願人は
平成５年に特願平５−２２０１３７号を出願した。この
出願は溶鋼中に不活性ガスを吹き込んで、この不活性ガ
ス内に溶鋼中から一酸化炭素及び二酸化炭素（以下、両
者を一括して酸化炭素と称する）を生成放出させ、測定
分析された不活性ガス内の酸化炭素濃度から溶鋼中の微
量な炭素量を推定しようとするものであり、原理的には
次の内容に基づいている。即ち、微量の炭素と酸素を含
有する溶鋼を真空中あるいは一酸化炭素濃度の低い気体
と共存させた場合、溶鋼中からは僅かな量の一酸化炭素
が生成放出されるが、この一酸化炭素の平衡濃度は溶鋼
中の炭素濃度に加え酸素濃度とも相関関係にあり、一酸
化炭素の生成反応を何らかの手段で促進することができ
れば、放出された一酸化炭素の濃度と溶鋼中の酸素濃度
とを分析することによって溶鋼中の炭素濃度の推定がで
きる。溶鋼中の炭素濃度の推定の際に必要となる溶鋼中
の酸素濃度は、既に測定技術として確立されている溶鋼
中の酸素濃度を測定する手段を適宜用いればよい。特に
測定環境がＲＨ脱ガス装置のような精錬設備である場合
には、溶鋼中の酸素濃度は数百ｐｐｍの高レベルで安定
しているため、このような環境下では、溶鋼中の酸素濃
度は一定と見做すことができ、したがってこの場合は溶
鋼から放出されるガス中の一酸化炭素濃度は溶鋼中の炭
素濃度によって規定されていると判断でき、ガス中の一
酸化炭素濃度の分析結果に基づいて溶鋼中の炭素濃度を
一義的に決定しても問題はない。勿論測定環境が酸素濃
度が既知値で安定しているとみなしうるＲＨ脱ガス装置
のような精錬設備であっても、高精度な炭素濃度の測定
が要求される場合には溶鋼中の酸素濃度を直接測定でき
る手段を設けることが必要となる。

【０００５】特願平５−２２０１３７号はこのような原
理に基づいていた。そして、具体的には、キャリアガス
となる不活性ガスの吹き込み及び回収を複数回繰り返し
てキャリアガス中の酸化炭素濃度を徐々に増加させてそ
の値を溶鋼中の炭素及び酸素の濃度と平衡する値に向か
って近づけ、この酸化炭素濃度と溶鋼中の炭素濃度との
相互の関係性から溶鋼中の炭素濃度を推定する方法を提
案し、これを可能とするために不活性ガスの供給源、こ
のガスを溶鋼中に吹き込み回収するガス供給回収プロー
ブ、循環路途中に一酸化炭素及び二酸化炭素（以下、こ
れらを酸化炭素と総称する）の濃度を測定する手段を備
えたガス循環回路、溶鋼中の酸素濃度を測定する手段等
よりなる測定装置を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにして特願平
５−２２０１３７号で提案した技術によって、溶鋼中微
量炭素の迅速測定が可能となったのであるが、迅速測定
とはいってもいまだ多くの時間を要し、また費用面や操
業上の問題も抱えていた。即ち、この技術ではキャリア
ガス中の酸化炭素濃度が平衡に達するまで、キャリアガ
スの吹き込み及び回収を繰り返す必要があり、このため
の時間が必要である。また本測定方法では溶鋼中の炭素
濃度を決定する因子として溶鋼中の酸素濃度の把握が必
要であり、このため酸素プローブが必須ともなる。そし
てこの酸素プローブをガス供給回収プローブと一体化し
ようとすればプローブ構造の複雑化は避けられず、プロ
ーブの制作費用が莫大となる問題があり、他方、プロー
ブを別体構成した場合には、別途プローブ投入装置が必
要となるなど、現場操業が煩雑化するという問題があっ
た。本発明はかかる現況に鑑みてなされたものであり、
溶鋼中に吹き込んだ不活性ガス中に生成放出された酸化
炭素濃度を測定することにより対象溶鋼中の微量炭素濃
度を推定するという特願平５−２２０１３７号において
提案した基本的手法を踏襲しつつ、測定の一層の迅速化
と装置コストの低減化、更には現場操業の煩雑化をもた
らすことのない溶鋼中微量炭素の迅速測定方法を提案せ
んとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解消すべくキャリアガス中への酸化炭素の生成放出現象
について実験を行い、この実験結果について鋭意検討を
行った結果、以下の結論を得るにいたった。図１は、溶
鋼中にアルゴンガスを吹き込んでバブリングさせなが
ら、回収ガス中の酸化炭素（一酸化炭素及び二酸化炭
素）の経時変化を観測した結果を示している。実験は溶
存酸素濃度の異なる２種類の溶鋼Ａ，Ｂ（溶鋼Ａの溶存
酸素濃度は５５０ｐｐｍ、溶鋼Ｂの溶存酸素濃度は３５
０ｐｐｍ）に対し１０ｐｐｍの酸素を含むアルゴンガス
を吹き込んで行った。測定対象溶鋼中の炭素濃度は１５
７５℃において３０ｐｐｍである。

【０００８】図１で示す実験結果から次のことがいえ
る。酸素濃度１０ｐｐｍ程度のキャリアガスを用いた場
合、溶存酸素濃度の異なる溶鋼Ａ，Ｂからの回収ガス中
の酸化炭素濃度変化は、ある循環回数（図では６回循
環）後からはそれぞれの溶存酸素量の影響を受けるよう
になるが、そこに至る測定初期段階では溶鋼中の溶存酸
素量の影響をほとんど受けず、同じ立ち上がりカーブを
示す。したがってこのような酸化炭素濃度の経時変化を
辿る測定条件を特定でき、且つこのような測定初期段階
でのキャリアガス中の酸化炭素濃度に基づいて測定対象
溶鋼の炭素濃度が推定できる検量線を措定できるなら
ば、溶鋼中微量炭素の測定を溶鋼中の溶存酸素量を測定
することなく極めて迅速に行うことができる可能性があ
る。

【０００９】そこで、本発明者等は、測定開始初期にお
いて測定対象溶鋼中の溶存酸素量の影響を受けない測定
条件について検討したところ、これはキャリアガス中に
一定量の酸素を存在させることによって実現できること
を見いだした。そして、この着想の妥当性を確認すべく
酸素濃度０．２ｐｐｍのアルゴンガスを用いてアルゴン
ガス中の酸化炭素濃度の経時変化を測定した。この結果
を図２に破線で示し、比較のために前実験で使用した酸
素濃度１０ｐｐｍのアルゴンガスによる結果を実線で示
す。

【００１０】この図からわかることは、キャリアガス中
の酸素濃度が０．２ｐｐｍ、１０ｐｐｍのいずれであっ
ても平衡値は変わらないが、０．２ｐｐｍ程度となる
と、炭素濃度の経時変化の立ち上がりカーブが酸素濃度
１０ｐｐｍのアルゴンガスを用いたときよりも下方に大
きくずれ、その立ち上がりカーブが鈍り、平衡値に近づ
くのにより時間を要するという事実である。しかも、酸
素濃度０．２ｐｐｍというアルゴンガスは、高純度アル
ゴンガスに属するため高価であり、工業的な大量使用に
は適していない。これに対して、酸素濃度１０ｐｐｍの
アルゴンガスは、立ち上がりカーブが急峻で平衡値に到
達するのも速いうえに、標準品として広く流通もしてお
り、安価で入手も容易である。アルゴンガス中に含有さ
せる酸素の濃度の下限値は要求される精度に応じて規定
すればよいが、少なくとも標準品として流通している酸
素濃度１０ｐｐｍ程度のアルゴンガスであれば、本発明
の目的に照らして使用することができる。

【００１１】次に本発明者等はもう一つの検討事項、即
ち、測定初期段階で得られた回収ガス中の酸化炭素濃度
を基にして測定対象溶鋼中の炭素濃度を推定することの
妥当性と検量線の存在可能性についても検討した。図３
は前記２種類のアルゴンガス中に回収された酸化炭素の
濃度と、溶鋼中の炭素濃度との関係を示している。図３
より明らかなように、酸素濃度１０ｐｐｍ及び０．２ｐ
ｐｍの両アルゴンガスとも、溶鋼中の炭素濃度〔Ｃ〕
と、回収ガス中の酸化炭素濃度（ＣＯ）とは、一次式 〔Ｃ〕＝ａ・ＣＯ の関係にあり、この式によって表現される検量線を使用
できることがわかる。尚、酸素濃度０．２ｐｐｍよりも
１０ｐｐｍのアルゴンガスを用いた方が検量線の勾配が
緩やかであることから、酸素濃度０．２ｐｐｍよりも１
０ｐｐｍのアルゴンガスを用いた方が測定精度も優れて
いることもわかる。

【００１２】溶鋼中にバブリングしたキャリアガスへの
酸化炭素の生成放出現象は前述の挙動をとる。この酸化
炭素の生成放出現象の変化は、溶鋼から放出された炭素
と酸素との反応速度を規定する要因の変化として捉える
ことができる。即ち、測定初期段階において、キャリア
ガス中の酸素が優先的に反応に使われる結果、溶鋼中の
溶存酸素量の規定を受けることなく、キャリアガス中の
酸素濃度によってのみその反応が規定される段階と、キ
ャリアガス中の酸素がほぼ消費された後に、溶鋼中の溶
存酸素量に規定されながら反応が進む段階とである。つ
まり、本発明者等は、循環前半の段階では、キャリアガ
ス中の酸素濃度により酸化炭素の生成放出速度が決まる
こと、即ち、キャリアガス中の酸素濃度を測定しておけ
ば同条件のもとでは酸化炭素の生成反応速度は一定であ
り、ガス循環回数又は所定経過時間によるキャリアガス
中の酸化炭素濃度測定値と溶鋼中の炭素濃度との相互の
関係式から溶鋼中の炭素濃度を推定することができるこ
とを見出した。

【００１３】このような考え方に基づき、本発明者等
は、測定前半において、酸素濃度が既知量であるキャリ
アガス中の酸化炭素濃度を一定の範囲内で増加させ、そ
してキャリアガス中への酸化炭素の生成放出現象が溶鋼
中の酸素濃度に依存するようになる段階に移行する前に
キャリアガス中酸化炭素濃度の測定を終え、予め求めて
おいた回収ガス中の酸化炭素濃度から溶鋼中の炭素濃度
を推定する検量線に基づいて溶鋼中の炭素濃度を推定す
ることを提案する。

【００１４】このような着想に基づき完成された本発明
方法は次の内容を有する。未脱酸又は弱脱酸溶鋼中に、
既知量の酸素を不活性ガスに混合させて生成したキャリ
アガスを吹き込んで溶鋼をバブリングさせ、バブリング
の攪拌力により溶鋼と気泡の界面で溶鋼中の炭素と酸素
を反応させてキャリアガス内に一酸化炭素及び二酸化炭
素を含む酸化炭素を生成させるとともに、回収された酸
素及び酸化炭素を含むキャリアガスを酸化炭素濃度測定
手段が途中に設けられたガス回路内を通過又は循環させ
ながら、前記キャリアガスの吹き込み及び回収を繰返し
てキャリアガス中の酸素と溶鋼中の炭素とを反応させて
キャリアガス中に酸化炭素を放出してキャリアガス中の
酸化炭素濃度を徐々に増加させるとともにこのキャリア
ガス中の酸化炭素濃度を測定し続け、キャリアガス中の
酸素のほぼ全量が消費された結果、キャリアガス中への
酸化炭素の放出速度がキャリアガス中の酸素と溶鋼中の
炭素との反応速度よりも溶鋼中の溶存酸素と溶鋼中の炭
素との反応速度に、より依存するようになる前に、所定
循環回数又は所定時間経過時におけるキャリアガス中の
酸化炭素濃度の測定を完了し、この測定結果を基にし
て、予め求めておいた前記所定循環回数又は所定時間経
過時におけるキャリアガス中の酸化炭素濃度と溶鋼中の
炭素濃度との相互の関係性から溶鋼中の炭素濃度を推定
してなる溶鋼中微量炭素の迅速測定方法、である。

【００１５】本方法においては測定前半において、キャ
リアガスへの酸化炭素生成放出速度を規定するキャリア
ガス中の酸素濃度は既知なものとしているから、酸素濃
度を測定する手段は不要である。酸素濃度測定手段を不
要となした溶鋼中微量炭素の迅速測定装置は、次の構成
を有する。即ち、キャリアガスとなる不活性ガスの供給
源と、先端が開放したガス吹込管よりなるガス吹込部
と、前記ガス吹込管の開口管端よりも溶鋼中において上
方に位置づけられた多孔質部材を介してガス回収管にキ
ャリアガスを回収するガス回収部とを備えたガス供給回
収プローブと、循環路途中に酸化炭素濃度測定手段を有
し、測定開始初期に前記キャリアガス供給源から供給さ
れたキャリアガスを強制循環ポンプによって前記ガス供
給回収プローブを経由させて所定回数又は所定時間循環
させるガス循環回路と、前記酸化炭素濃度測定手段によ
って測定された一酸化炭素濃度及び二酸化炭素濃度デー
タが入力されて溶鋼中の炭素濃度を算出する演算処理手
段と、を備えたことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明の詳細を図面に基づき
説明する。図４は本発明方法を実施した溶鋼中微量炭素
の迅速測定装置である。本装置Ａは、溶鋼中に浸漬する
ガス供給回収プローブＡ１と、ガス循環回路Ａ２とより
構成されている。ガス循環回路Ａ２にはガス供給源、ガ
ス混合調節部及び回収ガス分析部とより主として構成さ
れる。

【００１７】図７はガス供給回収プローブＡ１の先端部
の構造を示し、図８は同図における要部拡大図である。
ガス供給回収プローブＡ１は図７に示す如く、支持管１
の先端部にガス回収ユニット２を取り付けた構造であ
る。ガス回収ユニット２は図８に示すように先端側をガ
スが収拾しやすいようにスカート状に拡開させた捕集部
３ａを設けたガス回収管３に、粒状のアルミナを充填し
て管内にフィルタ４を形成するとともに、このフィルタ
４を貫通させてガス吹出管５を設けた構成であり、更に
捕集部３ａ内におけるフィルタ４端面には多孔質アルミ
ナ等よりなるポーラスセラミックス６を配している。ま
た、ガス回収管３の他端側端部には、フィルタ４を通過
した清浄な回収ガスをガス循環回路Ａ２に導くための導
出路７を設けている。ガス回収管３の先端部は溶鋼内に
浸漬されることから、少なくとも測定時間内は溶損する
ことがなく且つ測定誤差の原因となるような成分の溶出
がないものが選択され、例えば石英管等が使用される。
またガス吹出管５も溶鋼中で溶損せず且つ不要成分の溶
出がないことが必要であり、このためガス吹出管５にお
ける少なくとも溶鋼中に浸漬される部分はジルコニア等
の耐火物から形成される。図示しないがガス吹出管５の
開口端に溶鋼熱で溶解する低融点部材を封入し、当該ガ
ス吹込管１が溶鋼内所定深さに位置づけられた段階で開
口端が自動的に開放されるように構成することも好まし
い。

【００１８】捕集部３ａ内に配置されたポーラスセラミ
ックス６は溶鋼中から放出されるキャリアガスのみを通
過させ、溶鋼の侵入は防止する機能を有する。またこの
ポーラスセラミックス６の背後に設けられたフィルタ４
は回収されたキャリアガス中のゴミやダスト等を除去す
る機能を果す。支持管１の基端側にはガス吹出管５及び
ガス回収管３を後述するガス循環回路Ａ２に接続するコ
ネクタ９が装着され、当該ガス供給回収プローブＡ１を
脱着できるように構成されており、使用後のプローブの
廃棄を容易にしている。

【００１９】ポーラスセラミックス６は、キャリアガス
のみを通過させて溶鋼の侵入を防止する機能を有する
が、溶鋼中の酸素レベルが高い場合には、ポーラスセラ
ミックス６の表面にＦｅＯやＭｎＯ等の低級酸化物が生
成されやすく、この低級酸化物がポーラスセラミックス
６を浸食してその気孔を塞ぐ現象が生ずる。したがって
このような現象に対応するために、ポーラスセラミック
ス６と溶鋼との接触を遮断するガス溜まりがガス回収管
３のスカート部内空間に形成されるようにガス供給量と
ガス回収量を微妙に制御することが必要である。本発明
では、これを可能にするために後述するようにガス循環
回路Ａ２に工夫をしている。この工夫については後述す
る。

【００２０】また溶鋼中の一酸化炭素の生成放出を促進
させて測定時間の短縮をはかるには放出気泡の外径を小
さくして溶鋼と気泡の反応界面を大きく確保することが
重要である。キャリアガスを溶鋼中に吹き込むとき、特
に下向きに吹き出す場合の溶鋼への気泡の離脱径は、吹
き出し管の外径で決まる。したがって気泡の離脱径を大
きくするためにはガス吹出管の径を小さくすればよい。
しかしながら、ガス吹出管の細径化は機械的強度の低下
につながり好ましくない。機械的強度を低下させること
なく細径化をはかる方法としては、図９に示すようにガ
ス吹出管５の先端部に、これよりも細径の短管５ａを嵌
合して無機性の接着剤で固定することが提案される。細
径管が長すぎるとバブリングの攪拌力で折損したり、露
出部分が溶鋼の熱で曲がったりする恐れがある。本実施
例では外径３．０ｍｍ、内径１．５ｍｍ、全長１０ｍ
ｍ、露出長５ｍｍの石英製の短管５ａを用いたところ、
測定時間内に折損や曲がりが発生せず、且つ測定時間の
短縮も目的どおり実現できた。

【００２１】このような構成のガス供給回収プローブに
接続されるガス循環回路Ａ２の一例は図４で示される。
ガス循環回路Ａ２には、ポンプ２０、流量計２１、バル
ブ２２、吹込側圧力計２３、吸込側圧力計２４、バルブ
２５、赤外線ガス分析計２６をキャリアガスの流れ方向
上流側から下流側に向けて順番に配し、且つバルブ２２
とバルブ２５間には流量制御バルブ２７及び圧力計２８
を介在させてガス供給源２９を配した構成である。ここ
では赤外線ガス分析計２６によって一酸化炭素及び二酸
化炭素の濃度測定を行っているが、赤外線ガス分析計２
６の代わりに熱伝導度計や半導体ガスセンサ等を用いる
ことも可能である。また本実施例ではガス供給源２９か
ら供給するキャリアガスとしてはアルゴンガスを用いて
いるが、他の不活性ガスを用いることも可能である。
尚、酸化炭素濃度測定手段として熱伝導度計を用いる場
合は、キャリアガスの熱伝導度と一酸化炭素及び二酸化
炭素の熱伝導度との間になるべく大きな差があることが
好ましい。

【００２２】前述したように本測定装置では、ポーラス
セラミックスの低融点化合物による目詰まりを防止する
うえで、ポーラスセラミックスと溶鋼との接触を断つこ
とが重要である。本装置ではこれをガス回収管３の捕集
部３ａのなかにガス溜まりを作ることによって実現して
いる。浸漬深さが異なるプローブにおいてガス溜まりを
安定して形成するにはプローブが停止した位置での吹出
管先端又は回収管先端部の溶鋼をはね除けるだけのガス
圧力が必要であり、さらにガス循環を開始するときに
は、吹き出す側の圧力と吸い込み側の圧力のバランスが
保たれていることが必要となってくる。これは、ガス吹
き込み量（ガス流量）とガス吸い込み量が同じであるこ
とを意味しており、これは計算値および経験値によっ
て、吹き込み側及び吸い込み側の圧力を制御することで
実現される。またガス圧力の計算にはプローブの溶鋼内
への浸漬深さを特定する必要があり、これを実施するに
は現場操業において溶鋼レベル（実際はスラグが溶鋼上
に数十ミリある）を、取鍋ごと秤量して溶鋼量を測定
し、その量から溶鋼レベルを計算することが古典的手法
として考えられる。しかし、この古典的手法では耐火物
が浸食されていくと溶鋼レベルが下がって行き、計算値
と合わなくなってくるなどの問題がある。このような問
題を回避するために本装置では吹込側圧力計２３と吸込
側圧力計２４の指示値に連動してそのガス流通量を調整
する自動制御バルブ３０，３１を設けて、浸漬深さの変
動に対応できるようにしている。尚、この際、吹き込み
側と吸い込み側の圧力の差つまり適性バランスは、予め
測定によって求めておく。

【００２３】このような構成のガス循環回路Ａ２と前ガ
ス供給回収プローブＡ１とから構成される酸化炭素濃度
測定装置Ａの作動態様は次の通りである。先ずガス混合
器２９から所定量のキャリアガスが供給され、その後、
このキャリアガスがガス供給回収プローブＡ１のガス吹
出管５を通じて溶鋼内に吹き込まれ、バブリングさせる
ことによって溶鋼内の炭素と酸素の反応を促進して一酸
化炭素及び二酸化炭素を生成させる。この一酸化炭素及
び二酸化炭素を含むキャリアガスはガス回収管３によっ
て回収され赤外線ガス分析計２６によって分析される。
そして、このようなガス循環を６回程度、時間にして約
３０秒繰り返した段階における酸化炭素濃度を測定し、
この測定値を基にして溶鋼中の炭素濃度を数ｐｐｍの測
定精度で推定するものである。ここで、ガス循環を数回
又は所定時間行うのは、キャリアガス中の酸化炭素濃度
を平衡状態に向かって増加させることによりその測定精
度の向上をはかるためである。尚、ガス循環を繰り返す
代わりにガス吹込み深さを伸長してガス循環を１回だけ
にしても同等の効果が得られることは周知の事実である
が、この場合は設備が大型化して好ましくない。また、
ガス循環の繰り返し回数又は循環時間を限定したのは、
迅速測定を行うためであり、またガス循環の繰り返しに
よる酸化炭素濃度の増加傾向は、測定設備が同じである
限り規定値の範囲内にあり、予め同設備で所定回数又は
所定時間循環させたときに測定される酸化炭素濃度と溶
鋼中の炭素濃度との関係性さえ確立しておけば、この関
係性を用いて溶鋼中の炭素濃度を高精度に測定できるこ
とが実証されているためである。具体的なガス循環回数
は、測定条件によって左右されるが、本発明者が確認し
たところでは、酸素濃度１０ｐｐｍのアルゴンガス４０
０ｃｃを６回循環させたところ数ｐｐｍの測定精度で炭
素濃度の測定が完了した。尚、この測定に要した時間は
約３０秒であり、時々刻々変化する溶鋼中の炭素濃度を
ほぼリアルタイム的に追跡分析することが可能であり、
本測定結果を精錬設備のフィードバック制御に利用でき
ることが確認された。尚、ここで用いられた酸素濃度１
０ｐｐｍのアルゴンガスというのは特に本装置用に調製
したものではなく通常品として供給されるものを用いて
いる。本装置に用いるアルゴンガスは、含有酸素量さえ
正確に把握されていれば本装置用に調製したものを使用
する必要はなく入手が容易で低価格な汎用品を使用する
ことができる。キャリアガス中の酸素濃度がより高くす
れば、（例えばアルゴンガス中に５％の酸素を含んでい
る場合）、当然、酸化炭素の生成放出速度が増し、しか
も測定精度の向上もはかれるが、キャリアガスの価格が
高く実用的ではない。

【００２４】本装置は溶鋼中の酸素濃度の測定を必要と
しないから、酸素濃度測定の手間と時間を省略できるう
えに、酸素センサをプローブに一体的に組み込む場合の
ようにプローブの煩雑化や大型化をもたらすこともな
い。

【００２５】次に本酸化炭素濃度測定装置Ａの作動態様
の概略を図５及び図６を参照して説明する。図において
ガス循環回路上に記載した矢印はガスの流れ方向を示し
ている。またバルブ２２及びバルブ２５において実線で
示すものはガス回路の接続状況を表し、更にポンプ２０
に付記したＯＮ／ＯＦＦはポンプ２０の作動／停止を表
現している。 ガス供給回収プローブＡ１を接続する前の待機状態で
あり、流量制御バルブ２７は閉じられ、且つポンプ２０
も停止している。 ポンプ２０を作動させて吹込側から配管内のエアーを
放出するとともに、ボンベ２９から放出したキャリアガ
スを吹込側から放出する。 ポンプ２０を作動又は停止させた状態でガス供給回収
プローブＡ１を装着する。例えばプローブＡ１の吹込側
先端を低融点部材等で封止している場合にはポンプ２０
の作動による圧力上昇によってプローブの装着を認識し
て、吹込側もキャリアガス回路に切り換える。また、吹
込側先端を低融点部材によって封止していない場合に
は、直ちにポンプ２０を停止させてキャリアガス回路に
切り換え、プローブＡ１の浸漬を待つ。 ガス供給回収プローブＡ１を溶鋼中所定深さに浸漬す
ると低融点部材によって封止された吹込側先端が溶鋼の
熱で溶け、キャリアガスが溶鋼中に解放される。そし
て、プローブの浸漬を圧力低下により認識し、吹込側及
び吸込側の両方からキャリアガスを放出する。（図５） ポンプ２０を作動させて配管内残留ガスを系外に放出
し、ガス循環の準備が完了する。 ガス供給源２９を循環路から離脱させたうえ、キャリ
アガスの循環を開始し、赤外線ガス分析計２６による酸
化炭素濃度測定を開始する。（図７） 測定が終了すればポンプ２０を停止させたうえ、プロ
ーブを引き上げ、吹込側及び吸込側からキャリアガスを
任意時間放出して次の測定に備える。

【００２６】このようにして未脱酸又は弱脱酸溶鋼中の
炭素濃度が迅速に測定され、時々刻々と変化する溶鋼中
の炭素濃度がほぼリアルタイム的に測定される。尚、上
記ガス循環回路Ａ２は一例に過ぎず、キャリアガスの循
環が可能な構成であれば、他の構成を採用することも任
意である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、未脱酸又は弱脱酸溶鋼中にキ
ャリアガスを吹き込んでバブリングさせ、バブリングの
攪拌力により溶鋼中の微量な炭素と酸素を反応させて一
酸化炭素及び二酸化炭素を生成放出させ、この一酸化炭
素及び二酸化炭素の濃度を測定することによって溶鋼中
の微量炭素濃度を推定する測定方法において、キャリア
ガスとして既知量の酸素を含有する不活性ガスを用い
た。そしてその測定時間範囲を、キャリアガス中への酸
化炭素の放出現象がキャリアガス中の酸素と溶鋼中の炭
素の反応に依存している範囲内で行うこととしたから、
時々刻々変化する溶鋼中の炭素濃度をほぼリアルタイム
的に追跡分析することが可能となり、本測定結果を精錬
設備のフィードバック制御に利用できることができるよ
うになる。

【００２８】また本装置に用いるキャリアガスは、含有
酸素量さえ正確に把握されていれば本装置用に調製した
ものを使用する必要はなく、入手容易で低価格な汎用品
を使用することができるため本装置の運用コストも低く
抑えることができる。

【００２９】また本装置は溶鋼中の酸素濃度の測定を必
要としないから、酸素濃度測定の手間と時間を省略でき
るうえに、酸素センサをプローブに一体的に組み込む場
合のようにプローブの煩雑化や大型化をもたらすことも
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶存酸素濃度の異なる溶鋼Ａ，Ｂからの回収
ガス中の酸化炭素の経時変化を示すグラフ

【図２】 酸素濃度の異なるキャリアガスを用いた場合
における回収ガス中の酸化炭素の経時変化を示すグラフ

【図３】 溶鋼中の炭素含有率と回収ガス中の炭素含有
率との相関関係を示すグラフ

【図４】 本発明装置の基本構成を示す説明図

【図５】 同装置の作動態様を示す説明図

【図６】 同装置の作動態様を示す説明図

【図７】 ガス供給回収プローブの一例を示す断面説明
図

【図８】 同プローブの要部を示す断面説明図

【図９】 二重管構造となしたガス吹出管を示す要部説
明図

【符号の説明】

Ａ 酸化炭素濃度測定装置 Ａ１ ガス供給回収プローブ Ａ２ ガス循環回路 １ 支持管 ２ ガス回収ユニッ
ト ３ ガス回収管 ３ａ 捕集部 ４ フィルタ ５ ガス吹出管 ５ａ 短管 ６ ポーラスセラミックス ７ 導出路 ９ コネクタ ２０ ポンプ ２１ 流量計 ２２ バルブ ２３ 圧力計 ２３ 圧力計 ２４ 圧力計 ２５ バルブ ２６ 赤外線ガス分
析計 ２７ 流量制御バルブ ２８ 圧力計 ２９ ガス供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 敏弘 大阪府高槻市三島江１−７−40 ヘレウ ス・エレクトロナイト株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−72139（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−72140（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−261847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−125348（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−502776（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 33/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未脱酸又は弱脱酸溶鋼中に、既知量の酸
   素を不活性ガスに混合させて生成したキャリアガスを吹
   き込んで溶鋼をバブリングさせ、バブリングの攪拌力に
   より溶鋼と気泡の界面で溶鋼中の炭素と酸素を反応させ
   てキャリアガス内に一酸化炭素及び二酸化炭素を含む酸
   化炭素を生成させるとともに、回収された酸素及び酸化
   炭素を含むキャリアガスを酸化炭素濃度測定手段が途中
   に設けられたガス回路内を通過又は循環させながら、前
   記キャリアガスの吹き込み及び回収を繰返してキャリア
   ガス中の酸素と溶鋼中の炭素とを反応させてキャリアガ
   ス中に酸化炭素を放出し、キャリアガス中の酸化炭素濃
   度を徐々に増加させるとともにこのキャリアガス中の酸
   化炭素濃度を所定循環回数又は所定時間経過時において
   測定し続け、キャリアガス中の酸素のほぼ全量が消費さ
   れた結果、キャリアガス中への酸化炭素の放出速度がキ
   ャリアガス中の酸素と溶鋼中の炭素との反応速度よりも
   溶鋼中の溶存酸素と溶鋼中の炭素との反応速度に、より
   依存するようになる前に、キャリアガス中の酸化炭素濃
   度の測定を完了し、この測定結果を基にして、予め求め
   ておいた前記所定循環回数又は所定時間経過時における
   キャリアガス中の酸化炭素濃度と溶鋼中の炭素濃度との
   相互の関係性から溶鋼中の炭素濃度を推定してなる溶鋼
   中微量炭素の迅速測定方法。