JPH0439030B2 - - Google Patents
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- JPH0439030B2 JPH0439030B2 JP57117306A JP11730682A JPH0439030B2 JP H0439030 B2 JPH0439030 B2 JP H0439030B2 JP 57117306 A JP57117306 A JP 57117306A JP 11730682 A JP11730682 A JP 11730682A JP H0439030 B2 JPH0439030 B2 JP H0439030B2
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-
- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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Description
本発明は溶融金属、就中溶鋼中の溶存酸素濃度
の測定を目的とするジルコニア質酸化物固体電解
質よりなる酸素センサーに係り、更に詳細にはア
ルミニウム、シリコン、マンガン等の脱酸剤を含
有する溶鋼中に於いて極めて起電力応答性の優れ
た溶融金属中の酸化濃度測定用センサーに関する
ものである。 近年、鉄鋼業分野では転炉での終点測定、RH
法、DH法での脱酸剤投入の事前分析と脱酸剤投
入処理後の溶鋼中の溶存酸素量の確認分析、連続
鋳造時のタンデイシユでの酸素量測定等に金属酸
化物を固体電解質として金属及び／又は該金属の
酸化物を参照電極とする酸素濃淡電池を利用した
酸素センサーが迅速かつ安価な分析用治具として
利用されている。測定に当つては1600℃前後の高
温浴中に酸素センサーを浸漬し、酸素センサー構
成物質が溶鋼により浸食される前に安定した平衡
起電力を求める必要がある。このため通常は浸漬
後５〜10秒で安定した応答が得られる酸素センサ
ーとして部分安定化ジルコニアの如き金属酸化物
の組成物を固体電解質とし、Ni／NiO、Cr／
Cr2O3、Mo／MoO2、Fe／FeO等の混合物又は
焼結体を参照電極として構成した酸素センサーが
使用されている。しかしながら上記構成の酸素セ
ンサーにあつてもある種の溶鋼、例えばアルミ脱
酸鋼浴の場合には上述の酸素センサーの寿命内に
安定した平衡起電力値を観測することができず実
質的に測定不能という致命的欠陥を有する。 かかる事情下において、本発明者らは脱酸剤を
添加含有した溶鋼中においても極めて起電力応答
性の優れた酸素センサーを見い出すべく鋭意検討
を行なつた結果、従来公知の酸素センサーに簡単
な処理を施すことにより上記目的を満足する酸素
センサーとすることができることを見い出し本発
明を完成させた。 すなわち本発明は部分安定化ジルコニア質酸化
物固体電解質表面を常温〜1000℃間の平均熱膨脹
係数が５×10-6／℃以下で、かつ溶鋼中に使用す
る脱酸剤により生成する金属酸化物、該金属酸化
物と化合物を作る物質、或は該金属酸化物との化
合物、或は脱酸剤により生成する金属酸化物と親
和性の殆んどない物質で被覆したことを特徴とす
る溶融金属中の酸素濃度測定用センサーを提供す
るにある。 以下本発明の酸素センサーを更に詳細に説明す
る。 本発明の対象となる酸素センサーはジルコニア
質酸化物を固体電解質として金属−金属酸化物を
参照電極とする公知汎用のジルコニア質酸素セン
サー、例えばY2O3、CaO、MgOの内の少なくと
も１種とジルコニア（ZrO2）とからなる所謂部
分安定化ジルコニア質酸化物を固体電解質とし、
Ni／NiO、Mo／MoO2、Cr／Cr2O3、Cu／CuO、
Co／CoO、Fe／FeO等を参照電極として構成さ
れた酸素センサーである。酸素センサーの形状は
例えば、石英管先端に固体電解質キヤツプを接着
したプラグ型、固体電解質自体を成形焼結した管
型及び針状センサーのいずれにも適応可能であ
る。 本発明の酸素センサーは、かような公知汎用の
部分安定化ジルコニア質酸化物固体電解質をもつ
て構成される酸素センサーの表面を常温〜1000℃
間の平均熱膨脹係数が５×10-6／℃以下でかつ溶
鋼中に使用する脱酸剤により生成する金属酸化
物、該金属酸化物と化合物を作るもの、又は該金
属酸化物との化合物、或は脱酸剤により生成する
金属酸化物と親和性のない物質を被覆して構成さ
れたものであつて、該物質の被覆方法としては該
物質をジルコニア質酸素センサーの表面に被覆が
可能である手段であれば特に制約されることな
く、例えば該被覆物質の粉末を水や有機溶剤や無
機バインダー等の液体中に分散させ、該分散液中
に浸漬、あるいは塗布、スプレイコート等した後
乾燥、必要により焼付けて密着せしめればよい。
被覆に用いる物質はセンサーを適用する溶鋼中に
使用する脱酸剤の種類により一義的でないが例え
ば脱酸剤がアルミニウム、シリコンの場合には溶
鋼中に使用するこれら脱酸剤により生成する金属
酸化物、該金属酸化物と化合物を作るものとして
はシリカ（SiO2）、チタン酸アルミ（Al2O3・
TiO2）、ムライト（Al2O3・2SiO2）等が又溶鋼
中に生成する酸化物と殆んど親和性のない物質と
して、TaN、AlN、Si3N4、BN等の窒化物等が
好適に使用される。これら物質の被覆厚は下地露
出部がなければ起電力の応答性の点で薄い方がよ
く、通常１mm以下、好ましくは0.1mm以下が適当
である。部分安定化ジルコニア質酸化物で構成し
た固体電解質表面を該物質で被覆することにより
何故脱酸剤を添加、含有する溶鋼中においても起
電力応答性が低下することなく使用し得るのかそ
の理由は詳らかではないが、従来の被覆物質のな
い酸素センサーの場合には溶鋼中に存在する酸化
物あるいは溶鋼表面に浮上している酸化物が部分
的に固体電解質表面に付着し、起電力値が変動し
応答時間が遅くなるのに対し、本発明の酸素セン
サーの場合にはその表面に極めて酸化物と親和性
の強いか、或いは親和性の殆んどない物質で被覆
されているため、溶鋼中に存在する酸化物の影響
を受け難いが、或いは固体電解質表面が浴中酸化
物により速やかに全面被覆されるため起電力値の
変動が少ないものと思われる。また、本発明にお
いて適用する被覆物質は熱膨脹係数が５×10-6／
℃以下のものが必須である。熱膨脹係数が該範囲
を越える場合、例えばAl2O3等の場合には適用時
に亀裂を生じ起電力値が変動するので好ましくな
い。 以上詳述した如く本発明の酸素センサーは従来
使用されている部分安定化ジルコニア質酸化物固
体電解質表面に特定物質を被覆するという極めて
簡単な処理により取得される酸素センサーであつ
て、普通鋼はもとより脱酸剤を含む溶鋼中の酸素
濃度測定用センサーとしても使用可能なものであ
つて、その工業的価値は頗る大である。 以下実施例により本発明を更に詳細に説明する
が、実施例は本発明の態様を示すものであつて本
発明はかかる実施例に限定されるものではない。 実施例 １ 固体電解質として外径5.6mm、内径3.6mm、長さ
35mmのMgO部分安定化ジルコニア質の一旦閉鎖
管に参照電極としてMo／MoO2とMoリード線を
組み入れ、開端部を無機セメントで封止した後、
そのまま、MgO部分安定化ジルコニア質の
管表面に熱膨脹係数＜1.0×10-6／℃のチタン酸
アルミニウム（Al2O3・TiO2）をケイ酸ソーダ溶
液に分散させ、この溶液中に該管を浸漬、乾燥さ
せて0.02mmの被覆を形成して試料センサーを取得
した。 このようにして得た無コート品、チタン酸
アルミニウムコート品酸素センサーをアルミナ質
るつぼで高周波溶解されたアルミ脱酸鋼浴中に浸
漬し起電力の測定を試みた。この際浴温は1600
℃、浴表面はアルゴンガス流通により空気からシ
ールした。 鋼浴を変え、各種酸素センサーにより観測され
る起電力値測定の再現性テストを行なつた結果を
第１表に示す。
の測定を目的とするジルコニア質酸化物固体電解
質よりなる酸素センサーに係り、更に詳細にはア
ルミニウム、シリコン、マンガン等の脱酸剤を含
有する溶鋼中に於いて極めて起電力応答性の優れ
た溶融金属中の酸化濃度測定用センサーに関する
ものである。 近年、鉄鋼業分野では転炉での終点測定、RH
法、DH法での脱酸剤投入の事前分析と脱酸剤投
入処理後の溶鋼中の溶存酸素量の確認分析、連続
鋳造時のタンデイシユでの酸素量測定等に金属酸
化物を固体電解質として金属及び／又は該金属の
酸化物を参照電極とする酸素濃淡電池を利用した
酸素センサーが迅速かつ安価な分析用治具として
利用されている。測定に当つては1600℃前後の高
温浴中に酸素センサーを浸漬し、酸素センサー構
成物質が溶鋼により浸食される前に安定した平衡
起電力を求める必要がある。このため通常は浸漬
後５〜10秒で安定した応答が得られる酸素センサ
ーとして部分安定化ジルコニアの如き金属酸化物
の組成物を固体電解質とし、Ni／NiO、Cr／
Cr2O3、Mo／MoO2、Fe／FeO等の混合物又は
焼結体を参照電極として構成した酸素センサーが
使用されている。しかしながら上記構成の酸素セ
ンサーにあつてもある種の溶鋼、例えばアルミ脱
酸鋼浴の場合には上述の酸素センサーの寿命内に
安定した平衡起電力値を観測することができず実
質的に測定不能という致命的欠陥を有する。 かかる事情下において、本発明者らは脱酸剤を
添加含有した溶鋼中においても極めて起電力応答
性の優れた酸素センサーを見い出すべく鋭意検討
を行なつた結果、従来公知の酸素センサーに簡単
な処理を施すことにより上記目的を満足する酸素
センサーとすることができることを見い出し本発
明を完成させた。 すなわち本発明は部分安定化ジルコニア質酸化
物固体電解質表面を常温〜1000℃間の平均熱膨脹
係数が５×10-6／℃以下で、かつ溶鋼中に使用す
る脱酸剤により生成する金属酸化物、該金属酸化
物と化合物を作る物質、或は該金属酸化物との化
合物、或は脱酸剤により生成する金属酸化物と親
和性の殆んどない物質で被覆したことを特徴とす
る溶融金属中の酸素濃度測定用センサーを提供す
るにある。 以下本発明の酸素センサーを更に詳細に説明す
る。 本発明の対象となる酸素センサーはジルコニア
質酸化物を固体電解質として金属−金属酸化物を
参照電極とする公知汎用のジルコニア質酸素セン
サー、例えばY2O3、CaO、MgOの内の少なくと
も１種とジルコニア（ZrO2）とからなる所謂部
分安定化ジルコニア質酸化物を固体電解質とし、
Ni／NiO、Mo／MoO2、Cr／Cr2O3、Cu／CuO、
Co／CoO、Fe／FeO等を参照電極として構成さ
れた酸素センサーである。酸素センサーの形状は
例えば、石英管先端に固体電解質キヤツプを接着
したプラグ型、固体電解質自体を成形焼結した管
型及び針状センサーのいずれにも適応可能であ
る。 本発明の酸素センサーは、かような公知汎用の
部分安定化ジルコニア質酸化物固体電解質をもつ
て構成される酸素センサーの表面を常温〜1000℃
間の平均熱膨脹係数が５×10-6／℃以下でかつ溶
鋼中に使用する脱酸剤により生成する金属酸化
物、該金属酸化物と化合物を作るもの、又は該金
属酸化物との化合物、或は脱酸剤により生成する
金属酸化物と親和性のない物質を被覆して構成さ
れたものであつて、該物質の被覆方法としては該
物質をジルコニア質酸素センサーの表面に被覆が
可能である手段であれば特に制約されることな
く、例えば該被覆物質の粉末を水や有機溶剤や無
機バインダー等の液体中に分散させ、該分散液中
に浸漬、あるいは塗布、スプレイコート等した後
乾燥、必要により焼付けて密着せしめればよい。
被覆に用いる物質はセンサーを適用する溶鋼中に
使用する脱酸剤の種類により一義的でないが例え
ば脱酸剤がアルミニウム、シリコンの場合には溶
鋼中に使用するこれら脱酸剤により生成する金属
酸化物、該金属酸化物と化合物を作るものとして
はシリカ（SiO2）、チタン酸アルミ（Al2O3・
TiO2）、ムライト（Al2O3・2SiO2）等が又溶鋼
中に生成する酸化物と殆んど親和性のない物質と
して、TaN、AlN、Si3N4、BN等の窒化物等が
好適に使用される。これら物質の被覆厚は下地露
出部がなければ起電力の応答性の点で薄い方がよ
く、通常１mm以下、好ましくは0.1mm以下が適当
である。部分安定化ジルコニア質酸化物で構成し
た固体電解質表面を該物質で被覆することにより
何故脱酸剤を添加、含有する溶鋼中においても起
電力応答性が低下することなく使用し得るのかそ
の理由は詳らかではないが、従来の被覆物質のな
い酸素センサーの場合には溶鋼中に存在する酸化
物あるいは溶鋼表面に浮上している酸化物が部分
的に固体電解質表面に付着し、起電力値が変動し
応答時間が遅くなるのに対し、本発明の酸素セン
サーの場合にはその表面に極めて酸化物と親和性
の強いか、或いは親和性の殆んどない物質で被覆
されているため、溶鋼中に存在する酸化物の影響
を受け難いが、或いは固体電解質表面が浴中酸化
物により速やかに全面被覆されるため起電力値の
変動が少ないものと思われる。また、本発明にお
いて適用する被覆物質は熱膨脹係数が５×10-6／
℃以下のものが必須である。熱膨脹係数が該範囲
を越える場合、例えばAl2O3等の場合には適用時
に亀裂を生じ起電力値が変動するので好ましくな
い。 以上詳述した如く本発明の酸素センサーは従来
使用されている部分安定化ジルコニア質酸化物固
体電解質表面に特定物質を被覆するという極めて
簡単な処理により取得される酸素センサーであつ
て、普通鋼はもとより脱酸剤を含む溶鋼中の酸素
濃度測定用センサーとしても使用可能なものであ
つて、その工業的価値は頗る大である。 以下実施例により本発明を更に詳細に説明する
が、実施例は本発明の態様を示すものであつて本
発明はかかる実施例に限定されるものではない。 実施例 １ 固体電解質として外径5.6mm、内径3.6mm、長さ
35mmのMgO部分安定化ジルコニア質の一旦閉鎖
管に参照電極としてMo／MoO2とMoリード線を
組み入れ、開端部を無機セメントで封止した後、
そのまま、MgO部分安定化ジルコニア質の
管表面に熱膨脹係数＜1.0×10-6／℃のチタン酸
アルミニウム（Al2O3・TiO2）をケイ酸ソーダ溶
液に分散させ、この溶液中に該管を浸漬、乾燥さ
せて0.02mmの被覆を形成して試料センサーを取得
した。 このようにして得た無コート品、チタン酸
アルミニウムコート品酸素センサーをアルミナ質
るつぼで高周波溶解されたアルミ脱酸鋼浴中に浸
漬し起電力の測定を試みた。この際浴温は1600
℃、浴表面はアルゴンガス流通により空気からシ
ールした。 鋼浴を変え、各種酸素センサーにより観測され
る起電力値測定の再現性テストを行なつた結果を
第１表に示す。
【表】
第１表の再現性テストのデータから本発明のチ
タン酸アルミニウムコート品は応答時間が短か
く、5sec起電力（％）も高く起電力応答性及び安
定性に優れていることが明らかである。 実施例 ２ 実施例１と同様にして取得した第２表に示すコ
ーテイング品及び無コート品酸素センサーを用い
実施例１と同様の方法で鋼浴上の酸素濃度を測定
した所、結果は第２表のとおりであつた。
タン酸アルミニウムコート品は応答時間が短か
く、5sec起電力（％）も高く起電力応答性及び安
定性に優れていることが明らかである。 実施例 ２ 実施例１と同様にして取得した第２表に示すコ
ーテイング品及び無コート品酸素センサーを用い
実施例１と同様の方法で鋼浴上の酸素濃度を測定
した所、結果は第２表のとおりであつた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 部分安定化ジルコニア質酸化物固体電解質表
面を常温〜1000℃間の平均熱膨脹係数が５×
10-6／℃以下で、かつ溶鋼中に使用する脱酸剤に
より生成する金属酸化物、該金属酸化物と化合物
を作る物質、或は該金属酸化物との化合物、或は
脱酸剤により生成する金属酸化物と親和性の殆ん
どない物質で被覆した事を特徴とする溶融金属中
の酸素濃度測定用センサー。 ２ 脱酸剤により生成する金属酸化物と親和性の
殆んどない物質が窒化物であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57117306A JPS597257A (ja) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | 溶融金属中の酸素濃度測定用センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57117306A JPS597257A (ja) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | 溶融金属中の酸素濃度測定用センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS597257A JPS597257A (ja) | 1984-01-14 |
| JPH0439030B2 true JPH0439030B2 (ja) | 1992-06-26 |
Family
ID=14708482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57117306A Granted JPS597257A (ja) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | 溶融金属中の酸素濃度測定用センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS597257A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61142455A (ja) * | 1984-11-20 | 1986-06-30 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 溶融金属中の不純物元素の活量測定方法及び測定プロ−ブ |
| DE4428743A1 (de) * | 1994-08-13 | 1996-02-22 | Georg Prof Dr Mueller | Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Steuerung bzw. Regelung der Sauerstoffkonzentration in Siliciumschmelzen |
-
1982
- 1982-07-05 JP JP57117306A patent/JPS597257A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS597257A (ja) | 1984-01-14 |
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