JP5885725B2 - 溶融金属もしくはスラグ内の測定用の測定プローブ - Google Patents

Description

この発明は、浸漬端部及び後端部を備える測定ヘッドを有し、その浸漬端部に、少なくとも一個の電気化学センサー、一個の熱電対、及び、前記電気化学センサーの一個の浴接触部を設けた、溶融金属もしくはスラグ内の測定用の測定プローブに関するものである。

この種の測定プローブは、たとえば特許文献１によって知られている。この文献には、多数の測定プローブ、及び、測定ヘッドの浸漬端部における試料室用の注入口が開示されており、ここでは、それぞれのセンサーが、測定ヘッドの、浸漬端部と反対側に端子要素を備えている。かかるセンサーは、測定ヘッドの内部にセメントで取り付けられる。同様の測定プローブは、特許文献２により知られている。多数のセンサー及び、試料室内の注入口の他、ここで開示された測定ヘッドの浸漬側には、浴接触部があることが開示されている。同様のサンプラーはまた、特許文献３より知られている。

独国特許発明第１０２００５０６０４９２Ｂ３号明細書 独国特許発明第１０２００５０６０４９３Ｂ３号明細書 独国特許発明第１０２０１００２４２８２Ａ１号明細書

本発明の目的は、上述した既知の測定プローブを改良することにある。

上記の目的は、特許請求の範囲の独立請求項により達成される。有利な改良点は、従属請求項で特定されている。

互いに隣接して浸漬端部から突出する一個の熱電対及び一個の電気化学センサーを有することにより、また、熱電対が一のチャンバーに配置されるとともに、電気化学センサーが他のチャンバーに配置され、かつ、それらが固定材料に保持されるように、浸漬端部に開口する二のチャンバーが形成されるに適した方法で、熱電対及び電気化学センサーの周囲で熱電対と電気化学センサーとの間に配置される、金属ストリップからなる浴接触部を設けることにより、センサーを最適に取り付けることを実現可能とし、特定のセンサータイプに適合し、それにより、その測定精度を高めることが実現可能になる。このことに関連して、互いに隣接する配置は、熱電対と電気化学センサーとの間に直接配置される更なるセンサーが無いように、熱電対と電気化学センサーとを隣り合わせに、また互いに平行に配置することを意味すると理解される。電気化学センサーは特に、固体電解質ベースの酸素センサーとすることができる。浴接触部は、二個の構成要素の側面を取り囲むように、熱電対及び電気化学センサーの長手方向の軸線に実質的に平行に構成し、そして、測定ヘッド内で原則的にはそれらに平行となるよう構成する。それにより、測定プローブの浸漬方向に見て、二個の部分（熱電対及び電気化学センサー）を取り囲む、閉じた線の形態をなし、そして、当該閉じた線は、熱電対及び／又は電気化学センサーのそれぞれが配置される略等しい二つの面が生じるように形成される面を完全に分割するものである。それ故に、上記のように形成される二のチャンバーは、浴接触部により、側面だけが閉ざされ、それの浸漬端部及び、浸漬端部から離れる側を向く反対側の端部は閉ざされない。

好ましくは、熱電対に用いる固定材料は、電気化学センサーに用いる固定材料とは異なるものとする。このことは、それによって固定される部分に用いる固定材料の、特定の順応及び最適化を可能にする。特に、熱電対用の固定材料は、一般に知られている耐火セメントで形成することができ、また、電気化学センサー用の固定材料は、一般に知られている鋳物砂もしくは鋳型砂で形成することができる。このような構成では、一方では、耐火セメントが、熱電対の低温はんだ付け箇所を適切に保護し、他方では、気体の透過可能な鋳物砂もしくは鋳型砂が、浴接触部及び電気化学センサーの相互作用には最適であり、発生する気体を遠くへ運ぶ。また、耐火セメント（特に約０．５ｍｍ程度の厚みのもの）は、電気化学センサー用のチャンバー内において、浸漬端部とは反対側で、鋳物積もしくは鋳型砂の下部、すなわちセンサーの脚部辺りに配置することができ、これによれば、センサーをさらに強固に固定することができる。

好ましくは、測定プローブは、浴接触部内に形成されるチャンバーが、浸漬端部とは反対側を向く側に、熱電対用、電気化学センサー用及び、浴接触部それ自体用の電気コネクタとともに、好ましくは共有の（common）コネクタ要素を備えることを特徴とするものとする。ここでのコネクタ要素は、センサーの、及び／又は浴接触部の電気コネクタを、更なる伝導用の信号ケーブルに接続するための接触箇所である。コネクタ要素から突出するコネクタは、プラグイン端子として設けることができる。好ましくは、チャンバー及びコネクタ要素は、自立した同型のモジュールとして設計する。このことは、熱電対、電気化学センサー及び浴接触部で構成されるセンサーユニットの単独製造を、それに伴う問題なしに、また単純な方法で可能とし、ここでは、かかるモジュールはその後、測定プローブの測定ヘッドに挿入することができる。このため、コネクタ要素のプラグイン端子による電気接続が好ましい。

試料室は便宜上、測定ヘッドに追加的に配置することができ、ここでは、該試料室の注入路の注入口が、測定ヘッドの浸漬端部から突出することになる。

熱電対、電気化学センサー、浴接触部及び、コネクタ要素で構成されるモジュールの、様々な方向から視た図である。 当該モジュールを有する測定プローブの断面図である。 その測定ヘッドの概略図である。

以下に、この発明の例示的な実施形態を、図面に基づいてより詳細に説明する。

モジュール１は、電気化学センサーとしての酸素センサー２及び、熱電対３を備える。それらの長手方向の軸線は、互いに略平行な方向に向いている。それらの周囲は、浴接触部（bath contact）４により、当該長手方向の軸線と略平行に取り囲まれている。ここでは、浴接触部４が、両センサーを取り囲むとともに、それらの間に境界層５を形成し、それにより、熱電対３及び酸素センサー２のそれぞれに適した各チャンバーが形成される。このことに関し、熱電対３の、及び酸素センサー２の先端部は、モジュール１の浸漬する側において、それぞれのチャンバーから突出する。反対側には、浴接触部４に隣接して、浸漬端部とは逆側を向くコネクタ要素６があり、ここでは、酸素センサー２用のコネクタ端子７、浴接触部４用の８、及び、熱電対３用の９が、浸漬端部とは逆側を向く当該端部を向くように配設されている。かかるコネクタ端子７、８、９は、電気信号をさらに導くために必要とされる。

酸素プローブ２をモジュール１に取り付ける鋳物砂または鋳型砂１０は、浴接触部４と酸素センサー２との間に配置する。熱電対３は、耐火セメント１１を介してモジュール１に取り付ける。この耐火セメント１１は、浴接触部４と熱電対３との間に配置する。

図１（ａ）には、浸漬端部における突出センサー２、３、及び、浸漬端部とは逆側を向く端部におけるコネクタ端子７、８、９が見えるように、モジュール１を側面図で示す。図１（ｂ）には、モジュール１の斜視図を示し、また図１（ｃ）には、浸漬端部から視た平面図を示す。この種のモジュール１は独立して製造することができる。これはすなわち、熱電対３、酸素センサー２及び、浴接触部４は、相互に必要な向きに配置することができ、また、セメント１１及び／又は鋳物砂１０を用いて互いに固定することができることを意味する。かかる構成は、後端部で、コネクタ端子７、８、９を収容するコネクタ要素６により制限される。この種のモジュールは、安価に製造することができ、また、測定プローブの、対応する凹部に挿入することができる。この種の測定プローブを図２に例示する。モジュール１はさておき、この図には、鋳物砂からなる測定ヘッド１２上に設けた試料室１３が示されている。この試料室１３は、石英ガラスからなる注入チューブ１４を備えるものであり、その注入口は、測定ヘッド１２の浸漬端部から突出している。モジュール１の熱電対３及び酸素センサー２だけでなく、注入チューブ１４のこの注入口もまた、従来型の保護キャップ１５により覆われている。なお保護キャップ１５は、溶融スチール内での測定プローブの使用中に融解及び／又は溶解するものであり、それにより、測定ないしサンプリングが可能になる。測定ヘッド１２の、完全に浸漬する端部は、測定ヘッドを輸送中及び、溶融スチール上のスラグ層を通過して押し込まれる間の損傷から保護する、これも既知のスラグキャップ１６により取り囲まれている。

測定ヘッド１２は、耐火接着剤１８により、ボール紙性の支持チューブ１７に貼り付ける。図示の例では、内部に他のサンプラーが配置されているボール紙性の固定チューブ１９は、支持チューブ１７の内側に配置される。かかるサンプラーは注入口を備え、この注入口は、支持チューブ１７により横方向に案内されるとともに、石英ガラスからなる注入路２０を有するものである。注入路２０の外側は、支持チューブがスラグ層に貫入する際に溶解する紙製キャップ２１で閉ざされている。続いて、スラグは、副室（pre-chamber）２２に、そしてその後は、副室の上方に配置したスラグ試料室（slag sample chamber）２３に侵入する。副室２２及びスラグ試料室２３の周囲は全面にわたって、金属壁で取り囲まれている。スラグ試料室への注入口２４は中心位置に設ける。螺旋ばね２５は、副室２２と、浸漬方向にその上流側に位置する、測定ヘッド１２の後側との間に、固定する目的で配置することができる。スラグ試料室２３の、浸漬端部とは反対側を向く端部は、さらに他のボール紙製チューブ２６に取り付けられる。金属製のいわゆる飛沫避け層（splash protection layer）２７は、支持チューブ１７の外周に設けられる。この飛沫避け層２７は、支持チューブ１７がスラグ層及び／又は溶融金属に浸漬された直後の、ボール紙の燃焼及び／又は溶解を防止するためのものであり、ここでは、測定及び／又はサンプリングのプロセスを妨害するガスや妨害粒子が解放される。

図３に、測定ヘッド１２の組立プロセスを示す。それは、当初は二個の部品１２ａ及び１２ｂに分かれており、鋳物砂から圧縮して成形される。ここには、試料室１３及びモジュール１を収容するための、対応する凹部が含まれる。モジュール１及び試料室１３を当該凹部に挿入し、そして、第二部品１２ｂを取り付けることにより、測定ヘッドは完成する。測定ヘッド１２の二個の部品１２ａ及び１２ｂの相互は、ねじ２８により取り付ける。これに続いて、支持チューブ、並びに、たとえば、スラグ試料室２３及びその副室２２のような、早いうちに配置される部品の組み立てを行う。螺旋ばね２５は、スチールプレート２９により、浸漬端部と反対側を向く測定ヘッド１２の側面に取り付ける。なおこのスチールプレート２９は、スラグ試料室２３の副室２２に関して、測定ヘッドを閉鎖するものである。

１ モジュール
２ 酸素センサー
３ 熱電対
４ 浴接触部
５ 境界層
６ コネクタ要素
７、８、９ コネクタ端子
１０ 鋳物砂
１１ 耐火セメント
１２ 測定ヘッド
１２ａ、１２ｂ 部品
１３ 試料室
１４ 注入チューブ
１５ 保護キャップ
１６ スラグキャップ
１７ 支持チューブ
１８ 耐火接着剤
１９ 固定チューブ
２０ 注入路
２１ 紙製キャップ
２２ 副室
２３ スラグ試料室
２４ 注入口
２５ 螺旋ばね
２６ ボール紙製チューブ
２７ 飛沫避け層
２８ ねじ
２９ スチールプレート

Claims (4)

1. 浸漬端部及び後端部を備える測定ヘッドを有する、溶融金属もしくはスラグ内の測定用の測定プローブであって、少なくとも一個の電気化学センサー、一個の熱電対、及び、前記電気化学センサーの一個の浴接触部が、前記浸漬端部に配置されており、一個の熱電対及び、一個の電気化学センサーのそれぞれが、互いに隣接して前記浸漬端部から突出するものとし、前記浴接触部が、浸漬端部に開口する二のチャンバーが形成される態様で、前記熱電対及び前記電気化学センサーの周囲に、かつ、該熱電対及び該電気化学センサーの間に配設される金属ストリップから与えられるものとすることを特徴とし、前記熱電対が一のチャンバーに配置されるとともに、前記電気化学センサーが他のチャンバーに配置され、両方とも固定材料により保持されるものとし、
   前記二のチャンバーが、前記金属ストリップの部分により分離され、一方の前記チャンバーに配置された前記熱電対用の固定材料と、他方の前記チャンバーに配置された前記電気化学センサー用の固定材料とが、前記金属ストリップの当該部分だけを介して互いに隣接して位置し、
   前記熱電対に使用する前記固定材料を耐火セメントとし、前記電気化学センサーに使用する前記固定材料を鋳物砂としたことを特徴とする、測定プローブ。
2. 前記浴接触部を通って形成される前記チャンバーが、前記浸漬端部とは反対側を向く側に、前記熱電対、前記電気化学センサー及び前記浴接触部のための電気コネクタとともに、コネクタ要素を備えることを特徴とする、請求項１に記載の測定プローブ。
   
   
3. 前記チャンバー及び前記コネクタ要素が、自立をもたらすモジュールの形態をなすことを特徴とする、請求項２に記載の測定プローブ。
4. 前記測定ヘッドに試料室をさらに配設し、該試料室の注入路の注入口が、前記測定ヘッドの前記浸漬端部から突出するものとしたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定プローブ。

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