JP4499019B2 - 溶鋼採取用複合サンプラー - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼を採取する溶鋼採取用複合サンプラーに関する。

従来から、製鋼設備での精錬工程（例えば二次精錬工程）では、精錬する溶鋼を採取し、採取した試料の成分を分析してその分析結果に基づいて精錬を制御している。
試料を採取して分析する方法（以下、採取分析方法とする）の一つとして、ディスク状の試料を採取し、このディスク状の試料を水冷した後に、この試料と電極との間でスパーク放電させる発光分光分析装置（発光分光分析法）を用いて試料の成分分析を行っている。
この発光分光分析装置では、炭素［Ｃ］，珪素［Ｓｉ］，マンガン［Ｍｎ］，りん［Ｐ］，硫黄［Ｓ］等の成分分析を行うことができる。発光分光分析装置にかけるディスク状の試料は、徐冷組織（ベイナイト組織，パーライト組織等）ではなく、急冷組織（マルテンサイト組織）である必要がある。

さて、近年では高品質の鋼が求められており、特に、鋼に含まれる炭素成分の許容範囲が狭く、精錬工程では一層厳しい炭素成分の制御が求められている。これに伴って、採取分析方法においても、高精度の成分分析が必要になってきている。
しかしながら、上述した発光分光分析装置では、炭素成分の高精度な分析をすることが困難なため、採取分析方法では、ディスク状の試料とは別にピン状の試料を採取し、このピン状の試料を酸素気流中で燃焼させる燃焼赤外線吸収法（燃焼赤外線吸収分析装置）が用いられている。この燃焼赤外線吸収法によって、炭素の高精度の成分分析が可能になっている。

このように、採取分析方法では、ディスク状の試料とピン状の試料との２つの試料を採取する必要があることから、２つの試料を同時に採取できる溶鋼採取複合サンプラーが開発されている（例えば、特許文献１〜４）。
なお、採取分析方法ではロボットによる自動化が進められており、ロボットで前記溶鋼採取複合サンプラーを把持してから当該溶鋼採取複合サンプラーを自動的に溶鋼に浸漬させて試料を採取した後、前記分析装置で分析する方法がとられている。
特開２０００−１７１４５７号公報 実告平１−０２０６９０号公報 実開平６−８７８６９号公報 実登録２５８２９９７号公報

特許文献１に示す溶鋼採取複合サンプラーは、ディスク状の試料を採取する鋳型の先端部にピン状の試料を採取するガラス管を一体的に連結したものである。このような溶鋼採取複合サンプラーでは、ガラス管や鋳型に溶鋼を入れる導入口を兼用していることから鋳型内に溶鋼を流入させるときに溶鋼は内径の細いガラス管内を通るため、試料を採取するのに比較的時間がかかっていた。
そこで、特許文献２〜４に示すように、ディスク状の試料を採取する鋳型と、ピン状の試料を採取するガラス管とを別個にし、溶鋼を入れる導入口をそれぞれ別にした溶鋼採取複合サンプラーが開発されている。

このような溶鋼採取複合サンプラーでは、鋳型とガラス管とを個別にしたので、試料を採取する時間は比較的短くなる。
しかしながら、溶鋼採取複合サンプラーで採取したピン状の試料を用いて燃焼赤外線吸収分析装置で成分分析する際、特に、炭素［Ｃ］≧０．３質量％の高炭素鋼の試料において分析が行えないことが度々あることが現場の実情としてあがってきており、正確な分析が行えるまで、再度、ピン状の試料の採取を行っていた。また、ディスク状の試料についても発光分光分析が行えないことがあった。

ピン状の試料やディスク状試料の採取のやり直しは、精錬する溶鋼の搬出を遅らしてしまうこととなり、精錬工程よりも下流側の連続鋳造工程を待たせることとなって問題となっていた。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、分析できる試料を素早く、且つ、確実に採取できる溶鋼採取用複合サンプラーを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、ディスク状の試料を採取する鋳型と、ピン状の試料を採取するガラス管と、前記鋳型とガラス管とを個別に保持する紙管と、前記紙管の先端側に設けたヘッドキャップとを備え、溶鋼の採取を行うための溶鋼採取用複合サンプラーであって、
前記鋳型の厚みＤ１，鋳型の内径Ｒ１，鋳型内の高さＨを、式（１）〜（３）を満たすように設定し、前記ガラス管の全長Ｌ，ガラス管の厚みＤ２を、式（４）〜（５）を満たすように設定し、前記全長Ｌに対してガラス管の溶鋼採取口側先端部から６０％〜８０％の部分を他の部分よりも内径が細い細部に形成すると共に、残りの部分を前記細部よりも内径が太い太部に形成して、前記太部の内径Ｒ２，前記細部の内径Ｒ３，前記細部の内容積Ｖを、式（６）〜（９）を満たすように設定し、
前記鋳型の先端部側にはディスクキャップを設けており、このディスクキャップの厚みＤ３と，前記ヘッドキャップの厚みＤ４とを，式（１０）〜（１１）を満たすように設定し、
前記鋳型とガラス管とを並列して、鋳型の本体とガラス管の細部との間隔Ｓを５ｍｍ以内（０ｍｍ含む）にしている点にある。

１ｍｍ≦Ｄ１≦３ｍｍ ・・・（１）
２０ｍｍ≦Ｒ１≦４０ｍｍ ・・・（２）
５ｍｍ≦Ｈ≦２０ｍｍ ・・・（３）
３０ｍｍ≦Ｌ≦２００ｍｍ ・・・（４）
０．５ｍｍ≦Ｄ２≦１．５ｍｍ ・・・（５）
１．５×Ｒ３≦Ｒ２≦２．０×Ｒ３ ・・・（６）
６ｍｍ≦Ｒ２≦１２ｍｍ ・・・（７）
４ｍｍ≦Ｒ３≦６ｍｍ ・・・（８）
Ｖ≧６００ｍｍ³ ・・・（９）
０．１ｍｍ≦Ｄ３≦０．５ｍｍ ・・・（１０）
０．１ｍｍ≦Ｄ４≦０．５ｍｍ ・・・（１１）
発明者は、上述したように、従来の溶鋼採取複合サンプラーで採取したピン状の試料では、特に炭素［Ｃ］≧０．３質量％の高炭素鋼の試料が、燃焼赤外線吸収分析装置で分析できないことが度々あることからその原因について様々な角度から検証した。その結果、炭素［Ｃ］≧０．３質量％の高炭素鋼の試料では、燃焼赤外線吸収分析装置にかけるためにピン状の試料を粉砕しているが、その粉砕した粉末の粒度が安定していないことが分析不良の原因として考えられた。

そこで、発明者は、ピン状の試料を採取して水冷した際、冷却した試料を急冷組織にしてその試料を砕きやすくすればよいことに着目した。即ち、溶鋼採取複合サンプラーを溶鋼から取り出して、ピン状の試料が入ったガラス管を水冷するまでの間に、ガラス管内の試料の温度が出来る限り低下しないようにすれば、ピン状の試料を採取して水冷した際に、その試料が急冷組織となり砕きやすくなると考えた。
発明者は、ピン状の試料及びディスク状の試料を確実に採取できて、且つピン状の試料を採取した後でもその試料の温度が下がり難くする方法を溶鋼採取複合サンプラーの構造から検証した。

具体的には、鋳型の構造（鋳型の厚みＤ１，鋳型の内径Ｒ１，鋳型内の高さＨ），ガラス管の構造（ガラス管の全長Ｌ，ガラス管の厚みＤ２，太部の内径Ｒ２，細部の内径Ｒ３，細部の内容積Ｖ等），鋳型とガラス管の配置を変更した複数の溶鋼採取複合サンプラーを製作し、各溶鋼採取複合サンプラーを用いて試料の成分分析をする実験を行った。
実験の結果、式（１）〜（９）を満たす溶鋼採取用複合サンプラーを構成すれば、当該サンプラーで採取した試料の温度が低下しにくいばかりか、採取した試料が成分分析に適していて、精密な成分分析が行える試料が得られることを見出した。

試料を採取する際、湯面上にあるスラグ層よりも下にある溶鋼を取る必要がある。そのため、溶鋼採取複合サンプラーを溶鋼に浸漬して試料を採取する際には、溶鋼採取複合サンプラーがスラグ層を貫通することになる。スラグ層貫通時にはディスクキャップやヘッドキャップによって紙管や紙管内に設けた鋳型やガラス管が保護されると共に、ディスクキャップやヘッドキャップによって鋳型やガラス管内にスラグが混入するのが防止される。
なお、ディスクキャップやヘッドキャップは溶鋼に浸漬したときに溶ける構造となっており、スラグの通過中にこれらが溶けてしまうとスラグが鋳型やガラス管内に混入する恐れがある。逆にディスクキャップやヘッドキャップが溶けにくいと溶鋼、即ち、試料を採取できなくなる。

発明者は、ディスクキャップやヘッドキャップの厚みを変更した複数の溶鋼採取複合サンプラーを製作し、各溶鋼採取複合サンプラーを用いて試料の成分分析をする実験を行った。その結果、ディスクキャップやヘッドキャップの厚みが式（１０）〜（１１）を満たすようにすれば、溶鋼採取複合サンプラーを溶鋼に浸漬させたときに、ディスクキャップやヘッドキャップの溶ける速度が速過ぎず遅過ぎない適度なものであり、鋳型やガラス管にスラグが混入することを防止できることを見出した。

本発明によれば、分析できる試料を素早く、且つ、確実に採取できる。ひいては、溶鋼処理時間の短縮に繋がり、溶鋼処理能力が向上することとなる。

本発明の溶鋼採取用複合サンプラーは、例えば、転炉から出鋼した溶鋼を二次精錬装置で精錬する際に使用することができるものである。
なお、図１〜３を見て左手側を先端部側，右手側を後端部側とする。
図１〜３に示すように、溶鋼採取複合サンプラー１は、鋳型２と、ガラス管３と、これら鋳型２とガラス管３とを保持する紙管４とを備えている。
紙管４は内径の異なる２つの筒体で構成され、内径の大きな第１筒体８に、内径の小さな第２筒体９の先端部を嵌め込み挿入して固定することにより、紙管４は長尺状となっている。この実施の形態では、紙管４の長さは１２５０ｍｍである。

鋳型２は発光分光分析装置に用いられるディスク状の試料を採取するためのもので、鋼材で形成されている。この実施の形態では、鋳型２は一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）で形成されている。
この鋳型２は、ディスク状の試料を収容するディスク試料採取室１０を有する本体（以降、鋳型本体１１）と、この鋳型本体１１から第１筒体８の先端側に向けて延びていて前記ディスク試料採取室１０へ試料を流入する流入口１２を有する流入部１３とを有している。

鋳型本体１１と流入部１３とは一体的に成形されたもので、両者の厚み、即ち、鋳型本体１１の厚みや流入部１３の厚みは同じに設定されている。鋳型２の厚みＤ１，即ち、鋳型本体１１の厚みや流入部１３の厚みは、式（１）を満たすように設定されている。
１ｍｍ≦Ｄ１≦３ｍｍ ・・・（１）
図３に示すように、鋳型本体１１は平面視で円形状に成形されていて、鋳型本体１１の内径、即ち、鋳型２の内径Ｒ１は、式（２）を満たすように設定されている。また、鋳型本体１１の高さ，即ち、鋳型２内の高さＨは式（３）を満たすように設定されている。

２０ｍｍ≦Ｒ１≦４０ｍｍ ・・・（２）
５ｍｍ≦Ｈ≦２０ｍｍ ・・・（３）
なお、図２〜３に示すように、説明の便宜上、鋳型２の内径Ｒ１は、鋳型本体１１の内壁の先端部側から後端部側までの直線距離（鋳型本体１１の中心を通る直線距離）とし、鋳型２内の高さＨは図１で示す矢印ａ方向の内壁間の距離とする。
鋳型２の流入口１２には、試料を鋳型本体１１内へ導入させるための導入管１４が挿入され、導入管１４の先端は第１筒体８の先端部よりも外方に突出したものとなっている。

導入管１４は石英やガラスで形成されており、導入管１４の内径は、溶鋼を安定的に流入させるために５ｍｍ以上に設定するのが好ましい。この実施の形態では、導入管１４の先端部から後端部までの長さは４０ｍｍ，導入管１４の内径は６ｍｍ，導入管１４の外径は８ｍｍとしている。
この導入管１４には当該導入管１４を保護する保護管１５が挿入され、導入管１４の先端側から後端側までの外周が保護管１５により覆われている。この実施の形態では、保護管１５の先端部から後端部までの長さは３０ｍｍ，保護管１５の内径は１１ｍｍ，保護管１５の外径は１２ｍｍとしている。

ガラス管３（石英管）は燃焼赤外線吸収分析装置に用いられるピン状（棒状）の試料を採取するためのもので、鋳型２と並列配置している。ガラス管３の先端部から後端部までの長さ、即ち、ガラス管３の全長Ｌは式（４）を満たすように設定されている。
３０ｍｍ≦Ｌ≦２００ｍｍ ・・・（４）
前記ガラス管３は、ピン状の試料を収容するピン試料採取室１８を有する細部１９と、この細部１９から基端部側（後端部側）に向けて延びていてピン試料採取室１８に入った試料に対して押湯する押湯室２０を有する太部２１（押湯部）とを有している。

前記細部１９は筒状に形成されたもので、鋳型本体１１として並列しており、鋳型本体１１と細部１９との間隔Ｓは５ｍｍ以内に設定されている。言い換えれば、ガラス管３の細部１９の軸心と鋳型本体１１の中心線Ｐとは略平行になっていて、細部１９と鋳型本体１１とが最も近接している部分の距離が５ｍｍ以内になっている。細部１９の先端部は第１筒体８の先端部よりも外方に突出している。細部１９の先端部から後端部までの長さは、前記ガラス管３の全長Ｌを１００％とすると、全長Ｌの６０％〜８０％に設定されている。細部１９の厚みＤ２は式（５）を満たすように設定されている。

細部１９の内径Ｒ３は、筒状に形成した太部２１の内径Ｒ２よりも小さく、細部１９の内径Ｒ３と太部２１の内径Ｒ２との関係は、式（６）を満たすように設定されている。
０．５ｍｍ≦Ｄ２≦１．５ｍｍ ・・・（５）
１．５×Ｒ３≦Ｒ２≦２．０×Ｒ３ ・・・（６）
また、太部２１の内径Ｒ２は式（７）を満たすように設定されている。細部１９の内径Ｒ３は式（８）を満たすように設定されている。
６ｍｍ≦Ｒ２≦１２ｍｍ ・・・（７）
４ｍｍ≦Ｒ３≦６ｍｍ ・・・（８）
細部１９の内容積Ｖ，即ち、ピン状の試料を終了するピン試料採取室１８の内容積は式（９）を満たすように設定されている。

Ｖ≧６００ｍｍ³ ・・・（９）
紙管２内の先端側には、モルタル２５が詰められていて、このモルタル２５により鋳型２及びガラス管３は紙管２内に保持されている。また、紙管４の先端部、即ち、第１筒体８に鋳型２の先端やガラス管３の先端を覆うヘッドキャップ２３が設けられている。
鋳型２の先端部側、即ち、保護管１５の先端部にはディスクキャップ２４が設けられている。これらヘッドキャップ２３，ディスクキャップ２４は鋼材、例えば、一般構造用圧延鋼材で形成されている。一般構造用圧延鋼材の厚み、即ち、ディスクキャップ２４の厚みＤ３は式（１０）を満たすように設定され、ヘッドキャップ２３の厚みＤ４は式（１１）を満たすように設定されている。

０．１ｍｍ≦Ｄ３≦０．５ｍｍ ・・・（１０）
０．１ｍｍ≦Ｄ４≦０．５ｍｍ ・・・（１１）
以上の溶鋼採取複合サンプラー１を次のように用いることで、試料を採取することができる。まず、ＬＦ装置などで溶鋼の二次精錬を行う際、紙管４の第２筒体９をロボットなどの自動採取装置で把持し、二次精錬を行う取鍋に向けてヘッドキャップ２３側の紙管４の先端部を取鍋（溶鋼）内へ差し入れる。即ち、紙管４の先端がスラグを貫通して溶鋼内へ浸漬するまで当該紙管４を溶鋼へ向けて差し入れる。このとき、ヘッドキャップ２３とディスクキャップ２４は溶鋼の熱で溶かされ、導入管１４を通して流入口１２から鋳型本体１１のディスク試料採取室１０へ溶鋼（試料）が流入すると共に、ガラス管３の細部１９や太部２１にも溶鋼が流入する。

紙管４を差し入れてから数秒後（数十秒〜１分程度）に、紙管４を溶鋼内から引き出すことで、試料を採取することができる。ディスク状の試料が入った鋳型２とピン状の試料が入ったガラス管３とは水に浸け冷却する。
表１，２は、式（１）〜（１１）を満たす複数の溶鋼採取複合サンプラー１を製作し、各溶鋼採取複合サンプラー１で試料を採取して、成分分析を行った実施例と、式（１）〜（１１）を満たさない複数の溶鋼採取複合サンプラー１を製作し、各溶鋼採取複合サンプラー１で試料を採取して、成分分析を行った比較例とをまとめたものである。

なお、サンプルを採取した溶鋼は、炭素［Ｃ］＝０．５〜１質量％、珪素［Ｓｉ］＝０．０５〜０．３５質量％、マンガン［Ｍｎ］＝０．２〜１．５質量％、りん［Ｐ］＝０．００５〜０．０３０質量％、硫黄［Ｓ］＝０．００２〜０．０３５質量％、のものである。

水冷したディスク状の試料は、研磨機にかけてその表面を研磨し、研磨したディスク状の試料を発光分光分析装置である島津製作所製のPDA-6000にかけて、炭素［Ｃ］，珪素［Ｓｉ］，マンガン［Ｍｎ］，りん［Ｐ］，硫黄［Ｓ］等の各成分分析を行った。
発光分光分析装置では、一つの試料につき２回（２点）発光分析した。１回毎に発光分析で１０００パルスの発光をさせ、１０００パルスのうち発光強度が２０００photons/s以上あるパルスが８００パルス以上あるものを［正常］な発光をしているとみなした。また、２回とも発光分析が正常で、且つ、２回の発光分析の全成分値の差がJISG1253「併行標準偏差許容値」を満たしたものを［正常値］とし、満たさないものは［不良値］とした。

水冷したピン状の試料は、燃焼赤外線吸収法で分析が行える堀場製作所製のEMIA-730（燃焼赤外線吸収分析装置）にかけて、炭素［Ｃ］の成分分析を行った。
燃焼赤外線吸収分析装置は、炭素［Ｃ］の分析において発光分光分析よりも高精度の分析が可能であり、例えば炭素［Ｃ］の上限質量％と下限質量％との差が０．０２ポイントしかないような、炭素［Ｃ］規格値の許容範囲が狭い鋼種の溶鋼成分分析に用いられる。 ピン状の試料を前記燃焼赤外線吸収分析装置にかけるにあたり、まず、1本のピンサンプルを粉砕し、1本分から1gの試料を採り、それを2回に分けて上記燃焼赤外線吸収分析装置で炭素［Ｃ］の質量%を分析した。

２個の試料の値において、JIS G1211附属書2表3をG1201通則7.3により1.5で除した値を「併行許容差」とし、該許容差を満足するものを「正常値」、満足しないものを「不良値」とした。
以下、表１，２に示した結果について、表１，２に基づき説明をする。
［鋳型２の厚みＤ１について］
鋳型２の厚みＤ１が式（１）を満たさず３ｍｍを超えたもの（比較例３３〜３５）では、燃焼赤外線吸収法での成分分析において、ピン状の試料の値が併行許容差を満足することなく「不良値」となっていて、表２の焼き入れ良否の欄をみると「不良値」、即ち、焼きが入っていなかった。

これは、鋳型２の厚みＤ１を４ｍｍであることから、鋳型２内の、ディスク状の試料の熱がガラス管３へ十分に伝わり難く、溶鋼採取複合サンプラー１を溶鋼内から取り出して、ガラス管３内のピン状の試料を水冷するまでの間に、ピン状の試料の熱が徐々に下がってしまい、当該ピン状の試料を水冷したときに急冷組織にならず十分に粉砕できなかったことが要因として考えられる。
したがって、試料を採取して取り出した後にでも、鋳型２内の試料の熱がガラス管３内の試料に伝わり、これにより、ピン状の試料の温度が低下しないように、鋳型２の厚みＤ１を３ｍｍ以下にして鋳型２からガラス管３への伝熱を十分に行うようにするのがよい。なお、鋳型２の厚みＤ１を１ｍｍ未満にすると、鋳型２の製造が非常に難しく、製造コストが高価になるので、鋳型２の厚みを製造しやすい１ｍｍ以上確保するのが好ましい。

［鋳型２の内径Ｒ１について］
鋳型２の内径Ｒ１が式（２）を満たさず２０ｍｍ未満のもの（比較例４）では、発光分光分析法での成分分析において、ディスク状の試料における発光面の大きさが小さく、１点しか発光分析が行えなかった。（表１の分析面積の欄「×」）。
したがって、一つの試料につき２回の発光分析が行えるように、試料の発光面の大きさを確保すべく、鋳型２の内径Ｒ１を、２０ｍｍ以上とするのがよい。なお、比較例１２，１３，１５のように鋳型２の内径Ｒ１を４０ｍｍを超えるようにすると、ディスク状の試料を水冷する際に時間がかかり、ディスク状の試料の表面は急冷組織になるものの、その内部は急冷組織にならないので、鋳型２の内径Ｒ１は４０ｍｍ以下にするのが好ましい。

なお、ディスク状の試料は、成分分析する際に研磨機にかけられその表面は削られるため、水冷した際に試料の内部まで急冷組織にする必要がある。
［鋳型２内の高さＨについて］
鋳型２内の高さＨが式（３）を満たさず２０ｍｍを超えるもの（比較例２０〜２２）では、発光分光分析法での成分分析において、ディスク状の試料が大きく、水冷するのに時間がかかりディスク状の試料の表面は急冷組織になるものの、その内部は急冷組織にならないので、正確な分析が行えなくなる（表１の急冷組織の欄「×」）。

したがって、水冷した際にディスク状の試料が急冷組織になるように、鋳型２内の高さＨは２０ｍｍ以下にするのがよい。なお、鋳型２内の高さＨを５ｍｍ未満にすると、研磨代が確保できないばかりか、研磨する際に、ディスク状の試料を把持することが難しく研磨することが非常に困難な場合がある。そこで、研磨代を確保できると共に、ディスク状の試料を研磨のために十分に把持できるように、鋳型２内の高さＨを５ｍｍ以上にするのが好ましい。
［ガラス管３の全長Ｌについて］
ガラス管３の全長Ｌが式（４）を満たさず２００ｍｍを超えるもの（比較例１３〜１５）は、ピン状の試料での成分分析において、試料が長く、水冷するのに時間がかかりピン状の試料が急冷組織にならないので、正確な分析が行えなくなる（表１の焼き入れ良否の欄「不良値」）。

したがって、水冷した際にピン状の試料が急冷組織になるように、ガラス管３の全長Ｌは２００ｍｍ未満にするのがよい。なお、比較例４３のようにガラス管３の全長Ｌを３０ｍｍ未満にすると、試料の量が分析に必要な量にならず成分分析自体が行えないので、ガラス管３の全長Ｌは３０ｍｍ以上にするのが好ましい。
［ガラス管３の厚みＤ２について］
ガラス管３の厚みＤ２が式（５）を満たさず１．５ｍｍを超えるもの（比較例８，比較例１２）は、ガラス管３の厚みＤ２が太く、鋳型２からの熱がガラス管３内のピン状の試料に伝わり難くなる。そのため、ピン状の試料を水冷する前にガラス管３内にあるピン状の試料の温度が下がりすぎて、ピン状の試料を水冷したときに急冷組織にならずピン状の試料が十分に粉砕できていなかったことが要因として考えられる（表１の焼き入れ良否の欄「不良値」）。

したがって、試料を採取した後に、ガラス管３の厚みＤ２を１．５ｍｍ以下にして鋳型２からの熱を十分に受熱することができるようにするのがよい。なお、ガラス管３の厚みＤ２を０．５ｍｍ未満にすると、ガラス管３の強度が不足するので、ガラス管３の強度を確保した０．５ｍｍ以上にするのが好ましい。
［ガラス管３の全長Ｌと細部１９の長さの関係について］
ガラス管３の全長Ｌに対して細部１９の長さを全長Ｌの６０％未満にしたもの（比較例４）は、ピン状の試料での成分分析において、試料の量が少なく、成分分析自体が行えない（表１の分析可能量の欄「×」）ので、細部１９の長さは全長Ｌの６０％以上にするのがよい。なお、比較例９のように細部１９の長さを全長Ｌの８０％以上にすると、上述したように押湯部２１（太部）の部分が少なくなるため、押湯作用を十分に得ることができないので、試料内部に引け巣ができる。引け巣には不純物が濃化しているので、引け巣を含んだ部分の成分分析をすると正しい分析結果を得ることができない。そこで、細部１９の長さは全長の８０％未満にするのが好ましい。

［太部２１の内径Ｒ２，細部１９の内径Ｒ３との関係について］
太部２１の内径Ｒ２が細部１９の内径Ｒ３の１．５倍未満で式（６）を満たさないもの（比較例１０）では、太部２１内の溶鋼（試料）が細部１９内の溶鋼（試料）を十分に押すことができず、細部１９の試料に試料内部に引け巣ができるために正しい分析結果を得ることができない。そこで、太部２１の内径Ｒ２は細部１９の内径Ｒ３の１．５倍以上にするのがよい。なお、太部２１の内径Ｒ２を細部１９の内径Ｒ３の２．０倍を超えるものとすれば押湯作用が十分に得られるが、ピン状の試料を水冷する際に太部２１の水冷に時間がかかり、その時間がロスとなる。そこで、押湯作用を十分に得られて水冷時間も短縮できるように、太部２１の内径Ｒ２は細部１９の内径Ｒ３の２．０倍以下にするのがよい。

［太部２１の内径Ｒ２について］
太部２１の内径Ｒ２が式（７）を満たさず１２ｍｍを超えるもの（比較例４１）は、押湯作用は十分に得られるが太部２１の水冷に時間がかかる（表２の焼き入れ可否の欄「×」）ので、太部２１の内径Ｒ２は１２ｍｍ以下にするのがよい。なお、比較例４０のように太部２１の内径Ｒ２を６ｍｍ未満にすると押湯ができず、引け巣ができて正しい分析結果を得ることができないので、太部２１の内径Ｒ２は６ｍｍ以上にするのがよい。
［細部１９の内径Ｒ３について］
細部１９の内径Ｒ３が式（８）を満たさず４ｍｍ未満のもの（比較例３，比較例３６）は、内径Ｒ３が小さいので試料を採取する際にガラス管３内に溶鋼が十分に入らず、採取できる試料の量が少なくなる場合がある。試料の量が少ないと成分分析を行うことができないので、細部１９の内径Ｒ３は４ｍｍ以上にするのがよい。なお、細部１９の内径Ｒ３を６ｍｍを超えるようにすると、試料が大きく、水冷に時間がかかるのでピン状の試料を水冷した際に急冷組織にならない（特に内部）。そこで、細部１９の内径Ｒ３は６ｍｍ以下にするのがよい。

［細部１９の内容積Ｖについて］
細部１９の内容積Ｖが式（９）を満たさず６００ｍｍ³未満のもの（比較例３〜５、比較例４３）は、ピン状の試料での成分分析において、試料の量が少なく、成分分析自体が困難となるので、細部１９の内容積Ｖは６００ｍｍ³以上にするのがよい。
［鋳型２とガラス管３との間隔Ｓについて］
鋳型２とガラス管３との隙間Ｓが５．０ｍｍを超えるもの（比較例１６〜１８）は、ピン状の試料での成分分析において、焼き入れが入らず［不良値］となった（表２の焼き入れ良否の欄「不良値」）。

これは、鋳型２とガラス管３とが離れ過ぎていることから、鋳型２内のディスク状の試料の熱がガラス管３へ十分に伝わり難くなり、ピン状の試料の抜熱が進んでしまって、その試料を水冷したときにその試料が急冷組織にならなかったことが要因である。
そこで、鋳型２とガラス管３とはできるだけ近づけて鋳型２内の熱がガラス管３に伝達し易くするのがよいので、鋳型２とガラス管３との隙間Ｓは５．０ｍｍ以下（０ｍｍ含む）にするのがよい。
［ディスクキャップ２４の厚みＤ３について］
ディスクキャップ２４の厚みＤ３が式（１０）を満たさず０．１ｍｍを未満のもの（比較例３６、比較例３９）は、紙管４を溶鋼内へ浸漬させたときにディスクキャップ２４がスラグの下の溶鋼に到達するまでに溶けてしまって、ディスク状の試料にスラグが混入してしまい、正確な分析が行えないことがある（表２の、スラグ混入の有無の欄「×」）ので、ディスクキャップ２４の厚みＤ３は、０．１ｍｍ以上にするのがよい。なお、ディスクキャップ２４の厚みＤ３を０．５ｍｍよりも大きくすると、紙管４を溶鋼内へ浸漬させたときに当該ディスクキャップ２４が溶けにくく、一定の時間で試料を採取することができない。実際の操業では、試料の採取はロボットによって自動化され、試料の採取時間は約３分に設定されている。即ち、紙管４を溶鋼に浸漬してもディスクキャップ２４の溶ける速度が遅いことから、予め決められた採取時間の中で、試料を十分に採取することができない。

したがって、ディスクキャップ２４の厚みＤ３は、０．５ｍｍ以下で、ディスク状の試料を十分に採取することができるものがよい。
［ヘッドキャップ２３の厚みＤ４について］
ヘッドキャップ２３の厚みＤ４についても、基本的にディスクキャップ２４の厚みＤ３と同じ考えである。ヘッドキャップ２３の厚みＤ４が式（１１）を満たさず０．５ｍｍを超えるもの（比較例１１）は、紙管４を溶鋼内へ浸漬させたときに当該ヘッドキャップ２３が溶けにくく、一定の時間で試料を採取することができないので、ヘッドキャップ２３の厚みＤ４は、０．５ｍｍ以下にするのがよい。なお、比較例３８、比較例３９のように、ヘッドキャップ２３の厚みＤ４を０．１ｍｍよりも小さくすると、ヘッドキャップ２３の溶ける速度が速く、ディスク状の試料やピン状の試料にスラグが混入する（表２の、スラグ混入の有無の欄「×」）ので、ヘッドキャップ２３の厚みＤ４は、０．１ｍｍ以上にするのがよい。

以上、式（１）〜式（１１）を満たすように、即ち、実施例のように溶鋼採取複合サンプラー１を構成しておけば、１回の採取で正確な成分分析を行うことができる試料の採取をすることができる。
表１，２に示すように、本発明の溶鋼採取複合サンプラー１でディスク状の試料を採取すると、分析発光が２回できること、水冷したときに急冷組織であること、試料の量が分析できる量であること、スラグの混入がないこと等の成分分析を正確に行うための条件を簡単に満たすことができるようになる。

本発明の溶鋼採取複合サンプラー１でピン状の試料を採取すると、試料の量が分析できる量であること、引け巣がないこと、焼きが入り粉砕が容易であること、スラグの混入がないこと等の成分分析を正確に行うための条件を簡単に満たすことができるようになる。
なお、本発明では、採取する試料（溶鋼）が炭素［Ｃ］を多く含んだ高炭であるときが最もその効果を発揮する。即ち、高炭、炭素量［Ｃ］が０．３％以上（［Ｃ］≧０．３％）であるものは急冷組織（マルテンサイト組織）にすると砕きやすいものとなるため、ピン状の試料の成分分析において、正確な分析が行える。

溶鋼採取複合サンプラー１の全体側面図である。 溶鋼採取複合サンプラー１の断面側面図である。 溶鋼採取複合サンプラー１の断面平面図である。

符号の説明

１ 溶鋼採取用複合サンプラー
２ 鋳型
３ ガラス管
１９ 細部
２１ 太部
Ｄ１ 鋳型の厚み
Ｒ１ 鋳型の内径
Ｈ 鋳型の高さ
Ｌ ガラス管の全長
Ｒ２ 太部の内径
Ｒ３ 細部の内径
Ｖ 細部の内容積
Ｄ３ ディスクキャップの厚み
Ｄ４ ヘッドキャップの厚み
Ｓ 鋳型とガラス管との間隔

Claims (1)

1. ディスク状の試料を採取する鋳型と、ピン状の試料を採取するガラス管と、前記鋳型とガラス管とを個別に保持する紙管と、前記紙管の先端側に設けたヘッドキャップとを備え、溶鋼の採取を行うための溶鋼採取用複合サンプラーであって、
   前記鋳型の厚みＤ１，鋳型の内径Ｒ１，鋳型内の高さＨを、式（１）〜（３）を満たすように設定し、前記ガラス管の全長Ｌ，ガラス管の厚みＤ２を、式（４）〜（５）を満たすように設定し、
   前記全長Ｌに対してガラス管の溶鋼採取口側先端部から６０％〜８０％の部分を他の部分よりも内径が細い細部に形成すると共に、残りの部分を前記細部よりも内径が太い太部に形成して、前記太部の内径Ｒ２，前記細部の内径Ｒ３，前記細部の内容積Ｖを、式（６）〜（９）を満たすように設定し、
   前記鋳型の先端部側にはディスクキャップを設けており、このディスクキャップの厚みＤ３と，前記ヘッドキャップの厚みＤ４とを，式（１０）〜（１１）を満たすように設定し、
   前記鋳型とガラス管とを並列して、鋳型の本体とガラス管の細部との間隔Ｓを５ｍｍ以内（０ｍｍ含む）にしていることを特徴とする［Ｃ］が０．３質量％以上である高炭素鋼用の溶鋼採取用複合サンプラー。
   １ｍｍ≦Ｄ１≦３ｍｍ ・・・（１）
   ２０ｍｍ≦Ｒ１≦４０ｍｍ ・・・（２）
   ５ｍｍ≦Ｈ≦２０ｍｍ ・・・（３）
   ３０ｍｍ≦Ｌ≦２００ｍｍ ・・・（４）
   ０．５ｍｍ≦Ｄ２≦１．５ｍｍ ・・・（５）
   １．５×Ｒ３≦Ｒ２≦２．０×Ｒ３ ・・・（６）
   ６ｍｍ≦Ｒ２≦１２ｍｍ ・・・（７）
   ４ｍｍ≦Ｒ３≦６ｍｍ ・・・（８）
   Ｖ≧６００ｍｍ³ ・・・（９）
   ０．１ｍｍ≦Ｄ３≦０．５ｍｍ ・・・（１０）
   ０．１ｍｍ≦Ｄ４≦０．５ｍｍ ・・・（１１）

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