JPH0714888Y2 - 浴融金属試料採取装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，溶融金属中に浸漬して該溶融金属の試料を採
取するための装置に関する． 〔従来の技術〕 従来より，溶融金属試料採取装置は，溶融金属中に浸漬
せしめることにより該溶融金属の試料を採取し，採取
後，引き上げた該装置中の凝固試料を取出すと共に，切
削研磨し，該研磨面を発光分光分析装置等に供して，金
属中の各種成分を分析測定するものである。溶融金属試
料採取装置は，例えば，サブランスの先端に取付けられ
るプローブから構成され，該プローブ中に採取容器を内
装しており，サンプリングに際して，金属浴に浸漬した
とき，該プローブがスラグ層を通過して金属浴中に到達
した時点で採取容器に試料を充填しサンプリングを行
う． このような溶融金属試料採取装置に内装される採取容器
としては，第５図に示すようなものを従来例としてあげ
ることができる（以下第一従来例という）．この採取容
器１は，相互に仕切壁２により区成された下室３と上室
４とを備え，上室４の周側部に溶融金属流入開口５を設
けている。前記仕切壁２は上下室の内径よりも径小とさ
れた連通孔６を開設しており，この連通孔６を介して上
下室を連通せしめている。下室３は金属製とされてお
り，下室の全体が試料凝固室を構成する． 一方，第６図に示すような採取容器も従来例としてあげ
ることができる（以下第二従来例という）．この採取容
器１は，第一従来例のような仕切壁を有せず，下室３と
上室４とを突き合わせ状に対向させ，上下室が開放的に
連通されている。上室４の周側部には溶融金属流入開口
５が設けられ，下室３は金属製とされ，該下室の全体が
試料凝固室を構成する． 〔考案が解決しようとする課題〕 上記第一従来例は，下室３内で凝固した金属試料中に上
室４内で凝固した不要金属が連結しているので，上室４
と下室３の間にある仕切壁の部分を切断する必要があり
作業性が悪いという問題があった。即ち，第５図示のよ
うに，下室３内の凝固試料７と上室４内の不要凝固金属
８とが連結されてしまう現象が見られる．その理由は必
ずしも明らかでないが，溶融金属中に浸漬すると，溶融
金属は流入開口５から流入し下室３及び上室４に充填さ
れ，その後，装置を溶融金属から引き上げると，振動等
により上室４内の溶融金属は流入開口５から外部へ流出
して上室４内に空洞９を生じるが，採取容器１内の溶融
金属が凝固せしめられる際，下室３内の溶融金属は周囲
から中心に向けて図示のような引け巣を生じつつ比較的
急速に冷却されるので，上室４から連通孔６を介して下
室３に垂れ侵入する未凝固の溶融金属を下室３内で速や
かに凝固せしめてしまい，これが連通孔６の部分にて下
室３内の凝固試料７と上室４内の不要凝固金属８とを連
結凝固する原因であろうと推測される． また，上記第一従来例は，凝固試料７中にスラグや複合
酸化物等の微小介在物を混入してしまい，このような微
小介在物を混在する結果，凝固試料を発光分光分析する
に際し異常発光を生じ，試料中のＣ定量やＳ定量等の測
定を誤らせる虞れがある． 即ち，溶融金属は，浮上したスラグ層が金属浴層に対し
て概ね成層状に分離されているが，ランスからの酸素吹
き込みにより攪拌され，金属浴中にスラグの一部が混入
している．この攪拌作用は，上吹き転炉のみならず，上
吹きと底吹きを併用した上底吹き転炉においては顕著で
あり，この場合，金属浴中に多量のスラグが混入してい
る．従って，このような溶融金属を採取すると，採取試
料中には当然のこととしてスラグによる微小介在物が含
有される．また，溶鋼を採取するための採取容器内には
脱酸のためのAl等の脱酸剤を収納することが知られてい
るが，この場合，脱酸剤が酸化物（例えば，Al₂O₃等）
を生成し試料中に混合されることになる． 上記第一従来例の場合，下室３内の溶融金属は仕切壁２
により封入された状態で該下室３の底部及び周側部から
中心に向けて次第に冷却されるので，微小介在物10
（「×」で示す）は下室３内の金属試料11（「・」で示
す）の最終凝固区域である中央部に集中し，発光分光分
析に際し上述のような異常発光の原因を生成する． これに対して，上記第二従来例の場合，下室３内の溶融
金属を仕切壁により封入してしまうという第一従来例の
欠点を一応は解消できる．即ち，この第二従来例におい
て上室４を保温性ある材質のものとしておけば，採取容
器１内で溶融金属が凝固する際，下室３に対して上室４
が溶融金属の凝固を遅らせるので，下室３内にて凝固す
る溶融金属中のスラグ等の微小介在物を上室４内の未凝
固の溶融金属へ向けて浮上せしめ，凝固試料７の分析面
となるべき中央部において微小介在物を減少させること
ができる．ところが，この第二従来例においても，上述
したように，装置を溶融金属から引き上げる際，振動等
により上室４内の溶融金属が流入開口５から流出して空
洞９を生じるような場合は，前述のような微小介在物の
浮上効果を期待することができず，金属製の下室３のみ
に滞留した溶融金属が引け巣を生じつつ冷却されて凝固
する結果，第６図示のように，凝固試料７の中央分析部
における金属試料11中に微小介在物10を集中せしめてし
まい，上記第一従来例と異ならない．即ち，発光分光分
析に際して，異常発光の原因となる．しかも，この第二
従来例の場合，当然のことながら，第一従来例のような
仕切壁を有しないため，必ず，上室４内に残留し付着し
た溶融金属が下室３に垂れ下がり凝固試料７と連結して
不要凝固金属８を形成し，採取容器１から凝固試料７を
取出すことを困難ならしめると共に，気送管を利用した
凝固試料の気送を不能ならしめる問題を常に提起する． 更に，上記第一従来例及び第二従来例の何れの場合にお
いても,1,700℃以上の高温鋼種を採取するために使用す
ると，流入した高温の溶融金属が流入開口５と対向する
下室３の金属壁に衝当し，この部分において該金属壁を
溶融せしめ，第５図及び第６図に示すように，凝固試料
７と下室３との焼付溶着部分13を生じ，以後，凝固試料
７を採取容器１から取出すことをきわめて困難にすると
いう問題がある． 〔課題を解決するための手段〕 本考案は上記の課題を解決した溶融金属試料採取装置を
提供するものであり，その手段として構成したところ
は，先端を下向きとするプローブ本体に収納した採取容
器が，相互に連通された下室と上室とを備え，上室の周
側部に溶融金属流入開口を設けたものにおいて：前記下
室と上室の間に両室内径よりも径小とされた連通孔を設
けた仕切壁を配置し，前記下室を縦長状に形成すると共
に、該下室の周側壁を上部壁と下部壁に分割形成し；前
記下部壁を含む下室の下部を金属製とした試料凝固室区
域とする一方，前記仕切壁及び上部壁を含む下室の上部
を保温性のある耐熱材料製とした保温室区域に構成し；
更に，前記上部壁の肉厚を下部壁の肉厚よりも大とする
ことにより、保温室区域と試料凝固室区域との間に段部
を形成した点にある． 〔実施例〕 以下図面に基づいて本考案の好ましい実施例を詳述す
る． 第１図において，円筒状のプローブ本体21は，複数の紙
管22,23を内外嵌合して形成され，該プローブ本体21の
内部空間に採取容器24を収納している．このプローブ本
体21はサブランス等の先端に取付けられ，該プローブ本
体21の先端を下向きとして溶融金属中に浸漬されるもの
であり，従って，本明細書中に使用する「下」及び
「上」の語は，この使用時の上下位置を意味する． 前記採取容器４は，相互に連通された下室25と上室26と
を備え，上室26の周側部に溶融金属流入開口27を設けて
いる．この流入開口27は，図例では，セラミックスその
他の耐熱材により形成されたノズル28により構成されて
おり，該ノズル28の開口はプローブ本体21の外周に設け
られた薄紙等の保護膜29により被覆されている．この保
護膜29は，溶融金属試料採取装置を溶融金属に浸漬した
際，該装置がスラグ層を通過して溶融金属浴中の所定位
置まで沈下した後に喪失してノズル28を開口せしめ，該
ノズル28を経て流入する溶融金属を容器24内に充填させ
る．尚，プローブ本体21の先端には，溶融金属浴の温度
を測定するための温度測定素子30が設けられている． 前記上室26は，例えばセラミックスやシェルモールド等
の熱伝達性が小とされた保温性のある耐熱材料に形成す
ることが好ましい． 第２図に示すように，下室25と上室26の間には仕切壁31
が配置されており，該仕切壁31には上下室の両室内径よ
りも径小とされた連通孔32が開設されている．また，下
室25は，縦長状，従って，最大内径Ｄよりも軸方向長さ
Ｌを大，即ち,D＜Ｌに形成すると共に,Lにわたる周側壁
を上部壁33と下部壁34に分割形成している． 前記仕切壁31と上部壁33は，保温性のある耐熱材料によ
り形成されており，この仕切壁31と上部壁33により下室
25の上部に保温室区域35を構成する．この保温機能は，
下室25内に流入した溶融金属が可及的奪熱されないよう
に配慮したものであり，このため，仕切壁31及び上部壁
33の材質の選択とあわせて両壁部の肉厚を可能な限り薄
肉とすることが好ましい．前記保温性のある耐熱材料と
しては，任意のセラミックスを用いることができるが，
エアー抜きを良好として下室25に対する溶融金属の充填
性を向上させるためにはシェルモールドにより成形して
も良く，また，海綿体に含浸させたセラミックス材を焼
成して得られるポーラス状のセラミックスにより成形し
たり，セラミックスファイバーによる編織物により形成
しても良い．或いは，シリカ系の耐火材により成形され
た部分と，シリカ系その他の耐火材とアルミナ系その他
の耐火材により成形された部分とにより複合的に構成す
る等，異なる材質のものを組合せて構成しても良い．ま
た，前記保温室区域35は，円筒状の上部壁33に対して仕
切壁31を天板状に重合せしめることにより構成しても良
いが，第２図示のように仕切壁31と上部壁33を一体成形
することが好ましい．尚，本考案の容器24は，第３図に
示す比較例のように，前記仕切壁31及び上部壁33を含む
保温室区域35を上室26の全部又は一部と一体成形すれ
は，生産性が向上し量産に際し有利である． 前記下部壁34を含む下室25の下部は金属製とされており
試料凝固室区域36を構成する．即ち，前記下室25の下部
壁34及び底壁37は鋼や鋳鉄等の金属により形成され，こ
れにより熱伝達性を大に構成している． このようにして保温室区域35及び試料凝固室区域36を構
成する下室25は，第２図に示すように，両区域35,36を
含む下室25の全容積Ｌ（100％）に対し，保温室区域35
の容積ｌを約30〜50％程度のものに形成することが好ま
しく，この場合，後述する本考案の効果を最大限に発揮
する．しかし，前記保温室区域35の容積ｌを約10％程度
まで減少させても良く，実験の結果，本考案の作用効果
をほぼ得られることが確認された． 尚，第１図において，符号12は側温素子であり，先端を
下室25内の試料最終凝固区域に延設し，これにより試料
凝固温度を測定し試料中のＣ量を測定するダイナミック
コントロールシステム用の採取装置とすることを可能に
している． ところで，第３図に示す比較例においては，上部壁33の
肉厚と下部壁34の肉厚を同一に形成し、保温室区域35の
内径ｄと試料凝固室区域36の内径Ｄを同一に構成してい
る．換言すれば，上部壁33と下部壁34の内面は面一にさ
れている．これに対して，本考案の容器24は，上部壁33
の肉厚を下部壁34の肉厚よりも大とすることにより，保
温室区域35の内径ｄと試料凝固室区域36の内径Ｄを,d＜
Ｄとなるように構成し，保温室区域35と試料凝固室区域
36との間に段部Ｓを形成している． 〔作用〕 上記実施例に基づく溶融金属試料採取装置は，サブラン
ス等の自動浸漬装置に装着され，プローブ本体21の先端
を下向きとして転炉等の精錬炉内に挿入される． プローブ本体21がスラグ層を通過するまで保護膜29は喪
失しないが，スラグ層を通過して溶鋼等の溶融金属浴内
に達すると保護膜29が喪失してノズル28を開口し，溶融
金属が流入開口27から採取容器24の上室26に流入する． 流入した溶融金属は，上室26内に収納されたAl等の脱酸
剤と混合され攪拌され，連通孔32を経て下室25に流入し
充填される．このようにして下室25に充填された溶融金
属中には，上述した通り，スラグや，前記脱酸剤により
生成された酸化物等の微小介在物が混入されている． 流入する溶融金属は，下室25内において流入開口27と対
向する壁面に衝当することになるが，この溶融金属の衝
当を受ける部分は非金属製の上部壁33により構成されて
いるので，従来例のような焼付溶着部分（第５図及び第
６図の溶着部分13）を発生しない．このため，試料採取
容器24を冷却せしめ凝固試料７を得た後，該容器24から
凝固試料７を取出すに際し，その取出しが容易である． この作用について若干敷衍すると，上述のような第３図
に示した比較例においても，流入した溶融金属は，下室
25の非金属製上部壁33における対向壁面に衝当するの
で，その部分では従来例のような焼付溶着を生じない．
然しながら，比較例の場合，保温室区域35の内径ｄと試
料凝固室区域36の内径Ｄをｄ＝Ｄに構成し，上部壁33と
下部壁34の内面を面一に形成しているので，保温性のあ
る耐火材料製の上部壁33に衝当した溶融金属は，そこで
はほとんど奪熱されないまま流入時の高温を維持して上
部壁33の内面から下部壁34の内面に沿って流下すること
になる．このため，流下する溶融金属は，上部壁33に隣
接する金属製下部壁34の上端近傍に接するや否や該金属
壁を溶融せしめ，そこで焼付溶着部分13を生じてしま
い，上述した本考案の目的を達し得ない． これに対して，本考案は，上部壁33の肉厚を下部壁34の
肉厚よりも大とすることにより，保温室区域35の内径ｄ
と試料凝固室区域36の内径Ｄを,d＜Ｄとなるように構成
し，保温室区域35と試料凝固室区域36との間に段部Ｓを
形成しているため，前記比較例のような焼付溶着を発生
することがない．即ち，流入した溶融金属は，上部壁33
の対向壁面に衝当するや否や下向きに流下するが，下部
壁34は上部壁33に対して面一でなく段部Ｓを介して後退
せしめられているため，流下する溶融金属は，金属製下
部壁34の上端近傍部に沿うことなく，該段部Ｓから底壁
37に向けて落下される．その結果，金属製の下部壁34の
上端部分に焼付溶着を生じることはなく，上述した本考
案の目的を好適に達する． プローブ本体21を溶融金属浴から引き上げると，振動等
により上室26内の溶融金属が流入開口27から外部へ流出
し，第４図示のような空洞38を生じる． 溶融金属は，下室25内において冷却され凝固するに際
し，試料凝固室区域36内で金属製の下部壁34及び底壁37
に接する部分から次第に中心に向けて凝固され，該試料
凝固室区域36の上部中心において引け巣39の発生現象を
生起する．従って，試料凝固室区域36内の溶融金属中に
おいて，微小介在物は冷却方向に向かい移動し前記引け
巣39の部分に集中しようとする．ところが，この引け巣
39の上方に位置する保温室区域35内の溶融金属は保温さ
れつつ未凝固の状態にあるから，この溶融金属がいわゆ
る押し湯として前記引け巣39内に流れ込み充填される．
従って，前記微小介在物は未凝固の溶融金属中に浮遊し
つつ次第に上方へと浮上せしめられ，同時に，前記引け
巣39部分から進む凝固現象は次第に上方へと移動するの
で，その結果，微小介在物10（「×」で示す）は保温室
区域35に押しやられ，試料凝固室区域36内には清浄な金
属試料11（「・」で示す）のみから成る凝固試料７が得
られる．このため，試料採取容器24から取出した凝固試
料７を第４図のラインＹ部分にて切断し切削研磨して得
られる分析面を発光分光分析するに際し，従来のような
異常発光を生じることがない． 保温室区域35内において保温状態にある未凝固の溶融金
属は，前述した押し湯として試料凝固室区域36へ移動す
ることにより体積を減じ，最終的に凝固した状態では，
仕切壁31に対面する引け巣40を生じ，連通孔32にまで満
たないので，該引け巣40の上部開口を連通孔32よりも径
大化せしめる．従って，凝固試料７は下室25内で独立
し，上室26内の不要凝固金属８と連結せしめられること
がない．このため，試料採取容器24から取出した凝固試
料７は，そのまま現場から気送管により発光分光分析の
施設へ気送することができる． 〔考案の効果〕 本考案によれば，下室25において，流入した溶融金属の
衝当を受ける部分が保温性のある耐熱材料製の上部壁33
により構成されているので，従来のような溶融金属と下
室との焼付溶着部分を生じることはなく，凝固試料７を
下室25から容易に取出すことができる． 特に，本考案によれば，上部壁33の肉厚を下部壁34の肉
厚よりも大とすることにより，保温室区域35の内径ｄと
試料凝固室区域36の内径Ｄを,d＜Ｄとなるように構成
し，保温室区域35と試料凝固室区域36との間に段部Ｓを
形成しているため，流入した溶融金属が上部壁33の対向
壁面に衝当して流下するに際し，金属製下部壁34の上端
近傍部に接して流下することが防止され，該段部Ｓから
底壁37に向けて落下せしめられる．従って，第３図に示
した比較例のような金属製下部壁34の上端部分と凝固試
料７との間における焼付溶着部分を生じることはなく，
凝固試料７の取出しを容易ならしめるという前記効果を
保証できる． また，下室25の下部に溶融金属の冷却を促進する試料凝
固室区域36を構成する一方，上部に溶融金属を未凝固の
状態に保温する保温室区域35を構成しているので，試料
凝固室区域36により得られる凝固試料７は，分析面Ｙに
おいて多量の微小介在物10を含むことなく，清浄な金属
試料11を得られる． 更に，前記保温室区域35を構成する仕切壁31に連通孔32
を設け，保温室区域35内で凝固する金属の引け巣40が連
通孔32の開口縁を越えて外周側に広がるように構成して
いるので，下室25内の凝固試料７が上室26内の不要凝固
金属に連結されることはなく，このため採取容器24から
取出した凝固試料７をそのまま気送管により所定の場所
へ気送することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例に係る溶融金属試料採取装置
を一部破断して示す部分断面図，第２図は採取容器の１
実施例の縦断面図，第３図は本考案に対する比較例を示
す縦断面図，第４図は採取容器の作用を説明する縦断面
図，第５図は第一従来例の作用を説明する縦断面図，第
６図は第二従来例の作用を説明する縦断面図である． ７……凝固試料,8……不要凝固金属,10……微小介在物,
11……金属試料,12……測温素子,21……プローブ本体,2
4……試料採取容器,25……下室,26……上室,27……溶融
金属流入開口,31……仕切壁,32……連通孔,33……上部
壁,34……下部壁,35……保温室区域,36……試料凝固室
区域,39,40……引け巣．

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】先端を下向きとするプローブ本体（21）に
   収納した採取容器（24）が、相互に連通された下室（2
   5）と上室（26）とを備え、上室（26）の周側部に溶融
   金属流入開口（27）を設けたものにおいて： 前記下室（25）と上室（26）の間に両室内径よりも小径
   とされた連通孔（32）を設けた仕切壁（31）を配置し、
   前記下室（25）を縦長状に形成すると共に，該下室（2
   5）の周側壁を上部壁（33）と下部壁（34）に分割形成
   し；前記下部壁（34）を含む下室（25）の下部を金属製
   とした試料凝固室区域（36）とする一方、前記仕切壁
   （31）及び上部壁（33）を含む下室（25）の上部を保温
   性のある耐熱材料製とした保温室区域（35）に構成して
   成り； 更に、前記上部壁（33）の肉厚を下部壁（34）の肉厚よ
   りも大とすることにより、保温室区域（35）と試料凝固
   室区域（36）との間に段部Ｓを形成して成ることを特徴
   とする溶融金属試料採取装置。
2. 【請求項２】保温室区域（35）を構成する仕切壁（31）
   及び上部壁（33）が一体成形されて成ることを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の溶融金属試料
   採取装置。
3. 【請求項３】仕切壁（31）及び上部壁（33）を含む保温
   室区域（35）が下室（25）の全部又は一部と一体成形さ
   れて成ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第２
   項に記載の溶融金属試料採取装置。
4. 【請求項４】仕切壁（31）の連通孔（32）が、保温室区
   域（35）内で生成される凝固試料の引け巣（40）の上部
   開口よりも径小とされたことを特徴とする実用新案登録
   請求の範囲第１〜３項の何れかに記載の溶融金属試料採
   取装置。
5. 【請求項５】下室（25）の容積Ｌに対して保温室区域
   （35）の容積ｌが約10〜50％であることを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１〜４項の何れかに記載の溶融
   金属試料採取装置。