JPH05340920A - 溶融金属中の炭素及びMn濃度測定方法 - Google Patents

溶融金属中の炭素及びMn濃度測定方法

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JPH05340920A
JPH05340920A JP4169994A JP16999492A JPH05340920A JP H05340920 A JPH05340920 A JP H05340920A JP 4169994 A JP4169994 A JP 4169994A JP 16999492 A JP16999492 A JP 16999492A JP H05340920 A JPH05340920 A JP H05340920A
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JP
Japan
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concentration
molten metal
measuring
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carbon
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JP4169994A
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Minoru Sasabe
実 雀部
Chikayoshi Furuta
周良 古田
Toshio Nagatsuka
利男 長塚
Toshio Takaoka
利夫 高岡
Yoshiteru Kikuchi
良輝 菊地
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Osaka Oxygen Industries Ltd
JFE Engineering Corp
Original Assignee
Osaka Oxygen Industries Ltd
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 迅速性を損なわずに、溶融金属中の炭素濃度
及びMn濃度を精度良く測定する方法を提供せんとする
ものである。 【構成】 溶融金属の温度Tを測定し、且つ溶融金属中
に含まれる酸素活量aoを測定すると共に、凝固温度T
CD測定を行ない、更にMn活量aMnを測定した後、Mn活
量aMn、酸素活量ao、温度Tとから粗Mn濃度[%Mn]*
を計算し、粗Mn濃度[%Mn]*と凝固温度TCDから粗炭
素濃度[%C]*を計算し、Mn活量aMn又は粗Mn濃度[%
Mn]*、酸素活量ao、粗炭素濃度[%C]*、温度Tとか
らMn濃度[%Mn]を求め、更に凝固温度TCD或いは粗炭
素濃度[%C]*、Mn濃度[%Mn]とから炭素濃度[%C]
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶鋼等の溶融金属中に
含まれる炭素成分およびMn成分の濃度を正確かつ迅速
に測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】製鋼工程において、溶鋼中に含まれる溶
質元素の含有量を把握する方法としては、固体試料を採
取して機器分析に供するのが一般的だが、機器分析は試
料採取から分析結果を得るまでに多大の時間を要すると
いう欠点がある。特に転炉操業においては、製鋼コスト
低減のために迅速出鋼技術の開発が盛んであり、ダイナ
ミックコントロールや転炉終点成分推定のためにサブラ
ンスプローブが使用されている。サブランスプローブは
溶鋼の温度と溶鋼中の酸素活量および凝固点降下法によ
り求めた溶鋼の凝固温度から溶鋼中の炭素濃度を迅速に
測定するものである。
【0003】また低燐・高Mn鋼等の高級鋼を安価に製
造する方法として、レススラグ吹錬が一般化しつつあ
る。低燐・高Mn鋼の精錬においては、転炉吹錬中にMn
鉱石の溶融還元が行われるため、Mn鉱石の還元率や転
炉終点でのMn量を把握する必要がある。
【0004】そこで溶融金属中の溶質元素量を迅速に測
定する方法として特開昭61−142455号を始めと
する種々の提案があり、その中でも特に溶融金属中のM
n量の迅速測定に注目した特開平2−73147号等が
ある。特開平2−73147号は溶融金属中のMn量を
求めるのに際し、酸素イオン導電性を有する固体電解質
の表面に被覆したMn酸化物と溶融金属中のMnとの間に
形成される局部平衡層内の酸素活量を測定すると共に、
溶融金属中の酸素活量または凝固点降下法による炭素濃
度の測定値も考慮して溶融金属中のMn量を求めるもの
であった。
【0005】従来の炭素濃度およびMn濃度の測定方法
を、溶融金属が溶鋼の場合についてもう少し詳しく述べ
ると、レススラグ吹錬の場合は溶鋼中のMn濃度が高く
なるため、凝固点降下法によって炭素濃度を測定する際
に溶鋼中のMn量を考慮する必要があり、下記数1及び
数2なる関係をあらかじめ掴んで決定した検量線により
炭素濃度およびMn濃度を計算する。ここで予想Mn濃度
とは転炉終点での目標Mn濃度あるいは転炉の排ガス情
報から推定したMn濃度、ao2は固体電解質の表面に被
覆したMn酸化物と溶鋼中のMnとの局部平衡層内の酸素
活量、ao1は溶鋼中の酸素活量である。
【0006】
【数1】
【0007】
【数2】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、予想M
n濃度は当然ばらつきの大きいものであるため、炭素濃
度の測定値のばらつきが大きくなるという問題があり、
更にばらつきの大きい炭素濃度測定値を用いるため、M
n量の測定値もばらつきが大きくなるという問題があっ
た。
【0009】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、迅速性を損なわずに、溶融金属中の炭素濃度お
よびMn濃度を精度良く測定する方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶融金属中
の炭素およびMn濃度測定方法は、溶融金属温度(T)
を測定すると共に、凝固点降下法により溶融金属の凝固
温度(TCD)を測定し、更に溶融金属中の酸素活量(a
o)を測定し、その上更にMn活量(aMn)を測定し、あ
らかじめ傾向を掴んで決定した下記数3乃至数8に示す
検量線の式を用いて炭素濃度およびMn濃度を求める。
【0011】
【数3】
【0012】
【数4】
【0013】
【数5】
【0014】
【数6】
【0015】
【数7】
【0016】
【数8】
【0017】計算の手順としては、まず数3によって粗
Mn濃度([%Mn]*)を計算し、次に数4によって粗炭
素濃度([%C]*)を計算し、ついで数5あるいは数6
によってMn濃度([%Mn])を求め、数7あるいは数8
によって炭素濃度([%C])を求める。
【0018】本発明の測定方法について、図を参照しな
がら詳細を説明する。
【0019】図1は本発明に係るプローブの概要を示す
縦断面図である。ここで1は溶融金属の温度を測定する
ための熱電対であり、一般にはU字状に曲げられた石英
製の管内に、白金−白金ロジウムの熱電対が挿通された
ものが用いられるが、この限りではなく溶融金属の温度
を測定可能な物であれば何でも良い。2は酸素活量測定
素子、3はMn活量測定素子である。これらの素子の詳細
は図2および図3を用いて後述する。4は酸素活量測定
素子2とMn活量測定素子3に共通の測定電極であり、通
常はMo棒が用いられるが、測定に要する時間溶融金属
中で溶損しない物であれば何でも良い。これら測定素子
1から4が一緒に組み込まれてセンサボディ5を形成す
る。センサボディ5には測定素子1から4を保護するため
のキャップ5aが取りつけられている。6は凝固温度測定
室であり、凝固温度測定用熱電対7が組み込まれてい
る。凝固温度測定室6には一般に鉄や珪砂をレジンで固
着したシェルモールド等が用いられるが、通常サブラン
スプローブの凝固温度測定室に用いられる物であれば何
でも良い。凝固温度測定用熱電対7は、溶融金属温度測
定用熱電対1と同じ構成を有する。凝固温度測定室6から
は溶融金属流入口8が繋がり、溶融金属流入口8の外側は
紙等の溶融金属中で消失する材質の穴蓋8aで塞がれてい
る。各測定素子からは電気信号を伝えるためのリード線
9が取り出され、コネクタ10に設けられたコネクタピン1
1に繋がって、コネクタピン11からはホルダ(図示せ
ず)を介して計測器に信号が伝えられる。以上述べたプ
ローブ構成部材が一体となってプローブユニット12を構
成し、プローブユニット12は保護管13によって保護され
る。
【0020】図2はMn活量の測定原理を示す概念図で
あり、固体電解質14に接して標準極15が置かれ、標準極
リード16が取り出され、固体電解質14を挟んで標準極15
と反対側には被覆17が置かれている。固体電解質14には
ZrO2−MgO等、標準極15にはCr−Cr2O3混合粉末等、従来
の酸素センサに用いられる物であれば何を用いても良
い。被覆17はMn酸化物の粉末またはMn酸化物と他の酸
化物との混合粉末を水やバインダと混ぜて固体電解質に
塗布して形成してもよいし、Mn酸化物の粉末またはMn
酸化物と他の酸化物との混合粉末を固体電解質上にプラ
ズマ溶射により形成してもよく、被覆の形成方法には特
に制約は無い。被覆17が溶融金属18に接すると、溶融金
属18とは異なる局部平衡層19が形成される。局部平衡層
19ではMn酸化物と溶融金属中のMnとが平衡に達してお
り、局部平衡層19内の酸素活量は溶融金属中のMn活量
に対応した値となる。そこで、標準極15と局部平衡層19
との酸素ポテンシャルの差を標準極リード16と測定電極
4との間で測定すれば、電位差計20により溶融金属中の
Mn活量に対応した起電力が得られる。この時被覆17が
無く、固体電解質と溶融金属が直接接触すれば、電位差
計20で得られる起電力は、溶融金属中の酸素活量に対応
したものとなる。
【0021】図3はMn活量測定素子の構造を示す縦断
面図であり、被覆17を施された一端閉管状の固体電解質
の内部に標準極15が標準極固定部材21によって封入固定
され、固体電解質14の末端は耐火セメントやセラミック
半田等の封止剤22で密封されている。酸素活量測定素子
は図3から被覆17を取り除いた構造となる。図中では固
体電解質は一端閉管状に形成されているが、これに限定
される訳ではなく、板状に固体電解質を成形して別体の
耐火性の材料、例えばアルミナ管に固定した構造でも良
い。
【0022】図4は溶融金属中の炭素濃度およびMn濃
度の測定システムを模式的に示すブロック図である。図
1に示す構造のプローブ23が溶融金属中に浸漬されると
キャップ5aが溶失して、溶融金属温度測定用熱電対1と
酸素活量測定素子2およびMn活量測定素子3より得られ
る起電力信号がコネクタピン10を介して、ホルダ24内を
通ったケーブル25により演算装置26および自動平衡式記
録計27に送られる。また穴蓋8aが消失して凝固温度測定
室6内に溶融金属が流入し、溶融金属の凝固過程の温度
が凝固温度測定用熱電対7で測定され、その起電力が上
記同様に演算装置26および自動平衡式記録計27に送られ
る。演算装置26はプロセスコンピュータ30およびその周
辺機器によって構成されており、プローブ23によって検
出された起電力信号が増幅器28およびA/D変換器29を
介してプロセスコンピュータ30に入力される。31はメモ
リ、32はディスプレイ、33はプリンタである。プロセス
コンピュータ30内では平衡起電力値の読み取りおよびそ
れを元にした各種の計算が行われ、計算結果がメモリ31
に記憶されると共にディスプレイ32への表示とプリンタ
33からの出力が行われる。
【0023】以下に溶融金属中の炭素濃度およびMn濃
度の計算方法を述べる。溶融金属温度測定用熱電対1お
よび凝固温度測定用熱電対7から得られた平衡起電力値
より、溶融金属の温度(T)および溶融金属の凝固温度
(TCD)が決定される。酸素活量測定素子2からは溶融
金属中の酸素活量に対応する起電力(E1)が得られ、
Mn活量測定素子3からは溶融金属中のMn量に対応する
起電力(E2)が得られる。酸素活量(ao)は下記数9
から、Mn活量(aMn)は同じく下記数10から計算さ
れる。
【0024】
【数9】
【0025】
【数10】
【0026】これ以後の計算の手順は、前述のあらかじ
め傾向を掴んで決定しておいた前記検量線数3乃至数8
の式を用いて行う。
【0027】Mn濃度の計算手順は数3→数4→数5、
あるいは数3→数4→数6、炭素濃度の計算手順は数3
→数4→数5→数7、あるいは数3→数4→数5→数
8、あるいは数3→数4→数6→数7、あるいは数3→
数4→数6→数8となる。
【0028】
【実施例】図1に示す構造のプローブを用い、転炉内溶
鋼中の炭素濃度およびMn濃度を測定した例を以下に述
べる。プローブを構成する主な部材に使用した材料を以
下に示す。
【0029】 固体電解質:ZrO2−8mol%MgO 標準極 :C
r−Cr2O3混合粉末 測定電極 :Mo棒(φ3) 標準極リード:
Mo線(φ0.29) 熱電対 :Type−R 被覆 :
MnOをプラズマ溶射
【0030】溶鋼の測定条件を以下に示す。
【0031】 温度 :1600℃〜1670℃ 炭素濃度 :0.0
3%〜0.3% Mn濃度:0.1%〜0.8%
【0032】図5はMn濃度の測定値と分析値の比較を
示すグラフ図である。Mn濃度の計算は、数3→数4→
数6の手順で行った。推定精度の評価として、測定値と
分析値の差のσを求めた所、従来法では0.03であったの
が本発明による方法により0.025に低減することができ
た。
【0033】図6は炭素濃度の測定値と分析値の比較を
示すグラフ図である。炭素濃度の計算は、数3→数4→
数6→数7の手順で行った。Mn濃度の場合と同様に推
定精度の評価として、測定値と分析値の差のσを求めた
所、従来法では0.024であったのが本発明による方法に
より0.017に低減することができた。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、溶融金属中の炭素濃度
およびMn濃度を迅速に、しかも高精度に把握すること
ができる。このため溶融金属の成分コントロールが迅速
かつ正確に行え、精錬コストを低減すると共に、製品品
質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いられるプローブの構造を示す縦断
面図である。
【図2】Mn活量の測定原理を示す概念図である。
【図3】Mn活量測定素子の構造を示す縦断面図であ
る。
【図4】溶融金属中の炭素濃度およびMn濃度の測定シ
ステムを模式的に示すブロック図である。
【図5】本発明の一実施例に係るMn濃度の測定値と分
析値の比較を示すグラフである。
【図6】本実施例に係る炭素濃度の測定値と分析値の比
較を示すグラフである。
【符号の説明】 1 熱電対 2 酸素活量測定素子 3 Mn活量測定素子 4 測定電極 5 センサボディ 6 凝固温度測定室 7 凝固温度測定用熱電対 9 リード線 10 コネクタ 12 プローブユニット 13 保護管 14 固体電解質 15 標準極 16 標準極リード 17 被覆 18 溶融金属 19 局部平衡層 20 電位差計 23 プローブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雀部 実 千葉県千葉市稲毛区小仲台八丁目22番20− 501 (72)発明者 古田 周良 大阪府大阪市淀川区宮原四丁目1番14号 大阪酸素工業株式会社内 (72)発明者 長塚 利男 大阪府大阪市淀川区宮原四丁目1番14号 大阪酸素工業株式会社内 (72)発明者 高岡 利夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 菊地 良輝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融金属の温度を測定し、且つ溶融金属
    中に含まれる酸素活量を測定すると共に、凝固温度測定
    を行ない、更にMn活量を測定した後、Mn活量、酸素活
    量、温度とから粗Mn濃度を計算し、粗Mn濃度と凝固温
    度から粗炭素濃度を計算し、Mn活量又は粗Mn濃度、酸
    素活量、粗炭素濃度、温度とからMn濃度を求め、更に
    凝固温度或いは粗炭素濃度、Mn濃度とから炭素濃度を
    求めることを特徴とする溶融金属中の炭素及びMn濃度
    測定方法。
JP4169994A 1992-06-05 1992-06-05 溶融金属中の炭素及びMn濃度測定方法 Withdrawn JPH05340920A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102128836A (zh) * 2010-12-06 2011-07-20 天津钢铁集团有限公司 一种碳锰合金中锰的检测方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102128836A (zh) * 2010-12-06 2011-07-20 天津钢铁集团有限公司 一种碳锰合金中锰的检测方法

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Effective date: 19990831