JPH0849024A - 精錬炉の溶融スラグレベル測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 測定用プローブ先端に電極端子２、２’を取
付け、直列に抵抗５’で示すＲ₁ を介して電圧検出回路
を構成する。電極端子２、２’間に抵抗Ｒ₂ が発生した
場合を考えると、電極端子２、２’間の電圧は、Ｖ＝Ｖ
₀ ×Ｒ₂ ／（Ｒ₁＋Ｒ₂ ）となる。測定用プローブをサ
ブランスに装着し、精錬炉上部から挿入した場合、電圧
計Ｖは炉内のスプラッシュ、ダストの多い雰囲気のガス
相９の電気抵抗値、溶融スラグ相１０、溶融金属相１１
の電気抵抗値のそれぞれに見合った電圧Ｖを順次出力す
る。電圧検出回路の抵抗Ｒ₁ を５ＫΩ〜５Ω、溶融スラ
グ相における電極端子２、２’間の抵抗Ｒ₂ を３０Ω〜
１０Ωとする測定用プローブを用いて、電圧Ｖの変化か
ら溶融スラグ相の浴面を検出することが出来る。 【効果】 本発明によれば、効率的かつ頻繁に、小規模
な設備で、±１０ｃｍ以内に精度良く、スラグレベルお
よびスラグ厚さを測定することが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉、溶融還元炉、電
気炉、取鍋精錬等の精錬容器内部の溶融金属上に浮遊す
る溶融スラグ相面の位置と溶融スラグ相厚みを、電極間
の電気電導度測定によって、精錬中に測定する方法およ
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】精錬容器内の溶融金属上に浮遊するスラ
グ相のレベルを測定する装置は、実開昭５６−１３２６
００号公報、特開昭５３−２１９６１号公報、特開昭５
６−３３４４０号公報記載にあるように、電極を容器内
上方の空間から溶融スラグ相面、溶融金属相中に降下さ
せ、容器内空間或いは溶融スラグ相、溶融金属相の各相
の電気伝導度の差から電気的に検出するものがある。

【０００３】実開昭５６−１３２６００号公報は、サブ
ランスに装着し転炉内の溶融スラグレベルを測定するプ
ローブに関するもので、図１１、図１２にプローブの構
造、図１３に測定イメージを示す。図１１、図１２、図
１３を参照すると、吹錬中の転炉炉体２５の溶融スラグ
相部分１０に挿入される測定用プローブ１８の下端に取
り付けられた一対のモリブデン製電極２、２’と熱電対
１５とこれらの電極対と熱電対を囲む杯状キャップ３２
とが示されている。一対のモリブデン製電極２、２’は
所定距離ｄに離隔せられ、それぞれ下端を同一水平面上
に置いている。信号灯３３が、それぞれ導線３、３’に
より上記モリブデン製電極２、２’に接続されている。
導線３には電池３４が接続されている。従って、図１１
の測定用プローブ１８を泡立つ溶融スラグ相１０に挿入
するときは、一対の電極２、２’の間に電流が流れ、信
号灯３３が点灯し溶融スラグ相の高さを検出することが
できる。熱電対１５は、導線３’’により炉外の温度記
録装置３５に接続されている。

【０００４】上記一対の電極２、２’と熱電対１５との
両者を内部に取り囲む杯状キャップ３２は、厚さ０．５
ｍｍ程度の薄鉄板を使用して製作せられ、測定用プロー
ブ１８を炉口から挿入し溶融スラグ相１０に到達する以
前に、溶融スラグ相から跳ね出すスプラッシュ８により
一対の電極２、２’が短絡し、信号灯３３を点灯させ誤
操作を起すことを防止する。転炉２５内の溶融スラグ相
１０は激しく揺動し炉口から数米上の高さまでスプラッ
シュ８を飛散させ、一滴のスプラッシュでも一対の電極
２、２’を短絡させることがある。そのため、杯状キャ
ップ３２の存在は有効である。

【０００５】次に、特開昭５３−２１９６１号公報につ
いて説明する。これは、トーピードカー、取鍋、転炉、
ＣＣモールド等において、これら溶融金属用容器内部の
湯面に共存する溶融メタルおよび溶融スラグの界面を電
気伝導度の差から電気的に検出し、これらの界面を測定
する技術で、図１４にその測定回路図、図１５に測定模
式図を示す。

【０００６】図１４、図１５を参照しその測定方法を説
明する。図１４において、耐火物で円筒形に形成された
測定用プローブ１８の測定側先端にモリブデン、タング
ステン、或いはレニウム等の高融点金属の電極２、２’
を２本外部に突出して定着し、電極２、２’は圧着端子
等で円筒形測定用プローブ１８の内に挿入された導線
３、３’に接続されている。電極２は導線３によって可
変抵抗３６を介して電池３４の一端に接続され、電極
２’は導線３’により電池３４の他端に接続されて検出
回路を構成し、電極２、２’間の抵抗変化を可変抵抗３
６の両端Ａ−Ｂ間で電圧変化として検出する。

【０００７】図１５に示すように、測定用プローブ１８
を降下して、プローブ先端の電極２、２’が溶融スラグ
相１０に接触すると、電極２、２’間に抵抗が検出さ
れ、検出回路の可変抵抗３６の両端Ａ−Ｂ間に電圧変化
が現れる。次いで、測定用プローブ１８を更に降下して
その先端が溶融スラグ相と溶融金属相との界面に到達す
ると、溶融金属相１１中では抵抗がほぼ１０^-2〜１０^-3
Ωとなるので、検出回路の可変抵抗３６の両端Ａ−Ｂ間
の電圧はほぼ電池３４の電圧とほぼ同じ値を示して一定
となる。

【０００８】そして、溶融スラグ相の比抵抗は０．０５
〜２Ωｃｍ程度、溶融金属相の比抵抗は１０^-4Ωと考え
られるので、電極２、２’間の間隔が１０〜２０ｍｍの
場合は溶融スラグ相内では０．１〜数Ωの電極間抵抗を
検出することになる。一方、溶融金属相１１中では電極
間抵抗は１０^-2〜１０^-3Ωとなるので、上記検出回路の
Ａ−Ｂ間の電圧変化によって溶融スラグ面と溶融スラグ
相・溶融金属相界面を検出できるというものである。

【０００９】次に、特開昭５６−３３４４０号公報の従
来例に記載された溶融スラグレベル測定技術を説明す
る。この技術はエレクトロスラグ溶接あるいはエレクト
ロスラグ溶解において溶解金属上のスラグ相深さを測定
する方法で、図１６にその検出回路と測定模式図、図１
７に検出電圧の波形を示す模式図である。図１６におい
て２５は転炉炉体、１１は溶融金属相、１０は溶融スラ
グ相、２と２’は電極、３７は電極２と２’の支持部で
ある。電極２を固定抵抗５を介して定電圧電源７の一端
に、又電極２’を定電圧電源７の他端に接続し、支持部
３７によりこれら電極を同時に下降させ、溶融スラグ相
表面、溶融スラグ相内、溶融金属相内の順で挿入する。

【００１０】この場合は図示機構から明らかなように電
極の抵抗と固定抵抗５の比を検出することになるが、増
幅器３８の出力電圧は図１７に示す如き変化をする。電
極２がスラグ上面即ち空気中にある時は回路が閉じてい
るので出力電圧Ｖは定電圧電源７の出力と等しく、電極
２がスラグ相内に入ると（Ｌ１の位置）スラグを通して
電流が流れ出力電圧Ｖが急激に下降し、さらに電極２が
下降し溶融金属相内に挿入されると溶融金属相の電気抵
抗値が小さいため電極にかかる電圧は実質零となる。そ
こで、上記の出力電圧の変化点を検出することによって
溶融スラグ相面、溶融金属相面を判定し、その間の電極
移動距離から溶融スラグ相深さを測定する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の精錬容
器内部の溶融スラグレベル測定はその操業中に測定ラン
スを毎分１００ｍを越える高速度で降下させて、ランス
先端に設けた検出用電極を浮遊する溶融スラグ相と流動
する溶融金属相に接触させることによって、溶融スラグ
相面あるいは溶融金属相面を±１０ｃｍの精度で検出す
る高速度測定を必要としている。本発明の発明者が上記
技術をこの様な条件で精錬容器内部の溶融スラグレベル
測定に試用した経験では精度の高い測定結果を得ること
が出来ず、実操業で満足できる測定技術ではなかった。
即ち、上記技術を測定に用いる時、下記の問題を経験し
た。

【００１２】実開昭５６−１３２６００号公報の装置
では、スプラッシュ飛散の影響を避けるために、溶融ス
ラグレベルを測定するサブランスプローブの先端に電極
を囲む杯状キャップ３２が取り付けられているので、精
錬炉内に飛散するダスト、スプラッシュ、高温度雰囲気
ガス等による測定用電極間の導通を防止することが出来
る。しかし、プローブ先端が溶融スラグ相面に達して
も、薄鉄板製の杯状キャップが高温溶融スラグ相の熱に
よって溶融し除かれなければ溶融スラグ相が電極間を導
通させることにならないので、杯状キャップが溶融され
る所要時間が測定誤差の原因になり、溶融スラグ相面を
±１０ｃｍ以内の高精度で測定しようとする場合不向き
であり、従って、溶融スラグ相厚みの測定の精度も期待
出来ない。

【００１３】又、キャップの材質・厚みを容器内空間の
雰囲気温度に対して薄くしすぎた場合、プローブ先端が
溶融スラグ相に達する前にキャップが損傷し高温度雰囲
気ガスによって電極間が導通しスラグ相面に達する前に
信号灯３３が点灯してしまい溶融スラグ相面の判定が出
来ない。キャップの材質・厚みを多様な操業条件に適し
て選択することが難しい等の問題もある。

【００１４】特開昭５３−２１９６１号公報の方法で
は測定用プローブ１８はその測定側先端に高融点金属の
電極２、２’を平行に突出させている。この為、精錬容
器炉内雰囲気の高温度ガス炎、浮遊金属ダストによっ
て、電極２、２’間が導通され溶融スラグ相面の検出特
性が悪くなる場合がある。即ち、炉内雰囲気の電気電導
度によっては、Ａ−Ｂ間の炉内雰囲気における電圧降下
値と溶融スラグ相における電圧降下値が近くなる場合が
あり、溶融スラグ相面にプローブ先端が到達した時の電
圧差が僅少であるため溶融スラグ相面を判定できないこ
とがある。

【００１５】特開昭５６−３３４４０号公報の方法に
おいても検出用電極２と２’は支持部３７によって二本
が平行に露出して支持されている。この為、エレクトロ
スラグ溶解における略室温度の大気中と異なる精錬容器
内部では、その高温度ガス雰囲気を降下中、検出用電極
の間は上記と同様に導通され、増幅器３８の出力電圧
変化、即ち、溶融スラグ相面に検出用電極が到達した時
に検出される電圧と炉内雰囲気を降下中に検出していた
電圧の差が僅少になるので溶融スラグ相面を検出できな
いことがある。

【００１６】以上のように従来技術では精錬容器内部の
溶融スラグ相面位置、溶融スラグ相厚みを高速度で且つ
正確に測定することができなかった。本発明は測定側先
端に検出用電極を露出して設けた測定用プローブを用い
た溶融スラグレベル測定法で、炉内雰囲気による電極間
の導通の存在下でも溶融スラグ相面の検出特性の良い溶
融スラグレベル測定方法とその装置を得ることを目的と
する。

【００１７】一方、炉内雰囲気の電気伝導度と溶融スラ
グの電気伝導度が正確に判れば、それに見合った固定抵
抗値を採用することにより、炉内雰囲気と溶融スラグの
界面を正確に判別可能であるが、精錬容器内部の高温度
ガス炎の濃度、温度、浮遊金属ダスト量等に応じて炉内
雰囲気の電気電導度は変化しており、又、溶融スラグ相
の電気電導度も溶融スラグ相の塩基度、金属及び酸化物
含有率、密度等によって変化しているため、最適な固定
抵抗値を把握できない。

【００１８】更に、検出用電極を露出して設けた測定用
プローブを用いているので、精錬容器内部空間を降下中
に溶融スラグのスプラッシュ或いは溶融金属のスプラッ
シュによる導通を防止する必要がある。

【００１９】この為、本発明は実際の精錬容器の種々の
操業条件において、まずスプラッシュ付着による導通弊
害を受けにくい測定用プローブ先端の測定用電極の形状
と配置を決定し、次にその測定用プローブによって、炉
内雰囲気及び溶融スラグ相における測定用電極間の信頼
性ある電気伝導度及び電気抵抗値を実炉測定で得ること
を第１の課題とする。

【００２０】そして、得られた炉内雰囲気と溶融スラグ
相における測定用電極間の電気抵抗値の知見を用いて、
溶融スラグレベル測定プローブの検出用電極間が炉内雰
囲気によって導通されても溶融スラグ相面の検出特性が
劣化する弊害の少ない検出回路とその最適な検出回路条
件およびそれらを用いた溶融スラグレベル測定方法とそ
の装置を提供することを本発明の第２の課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の第１の発明は、一方の電極は一方の導線に
より固定抵抗を介して定電圧電源の一端に接続され他方
の電極は他方の導線により前記定電圧電源の他端に接続
され前記電極間に並列に設けた電圧測定手段を備えた電
圧検出回路を有し、前記電極の少なくとも一対を測定用
プローブの先端に等しい長さ突出させ高抵抗体にて固定
して配置し、溶融スラグ相と溶融金属相が存在する精錬
容器の上方から該容器内部に前記プローブを降下させ、
前記定電圧電源から一定電圧を印加しつつ、前記プロー
ブ先端の電極と溶融スラグ相又は溶融金属相との接触に
より前記電極間が導通された場合の前記電極間の電圧変
化値を前記電圧測定手段にて測定し、その測定電圧の変
化を検出して溶融スラグ相面との接触又は溶融金属相面
との接触を判定し、この時の前記プローブの高さ位置を
読み取り、溶融スラグ相面の精錬容器内の高さ位置、お
よび溶融スラグ相の厚みを測定する溶融スラグレベル測
定方法において、前記電極間の溶融スラグ相における電
気抵抗値が５Ω〜５ｋΩを与える電極の形状と配置を用
い、前記電圧検出回路の前記固定抵抗の値を５Ω〜５ｋ
Ωの範囲の一定の抵抗値に定めることにより、精錬容器
内の雰囲気ガスの影響を排除して溶融スラグ相面を高速
度検出する精錬容器内部の溶融スラグレベル測定方法で
ある。

【００２２】第２の発明は、前記電圧検出回路の前記固
定抵抗の値を５Ω〜５０Ωの範囲の一定の抵抗値に定め
ることにより、溶融スラグ相面および溶融スラグ相の厚
みを測定する精錬容器内部の溶融スラグレベル測定方法
である。

【００２３】第３の発明は、第１の発明或いは第２の発
明において、前記測定プローブの先端の前記電極の形状
と配置を電極長さで３ｍｍ以上、電極間隔２０ｍｍ以
上、電極断面積１ｍｍ² 以上の範囲とする精錬容器内部
の溶融スラグレベル測定方法である。

【００２４】第４の発明は、一方の電極は一方の導線に
より固定抵抗を介して定電圧電源の一端に接続され他方
の電極は他方の導線により前記定電圧電源の他端に接続
され前記電極間に並列に設けた電圧測定手段を備えた電
圧検出回路と、前記電極の少なくとも一対を高抵抗体で
等しい長さで突出させて先端に固定した測定用プローブ
と、該測定用プローブを先端に装着した測定棒と、精錬
容器の上方から該容器内部に前記測定棒を昇降させる手
段と、前記測定棒の上下移動位置検出手段と、該上下移
動位置検出手段の距離信号を受けて前記電極の精錬容器
内部における位置を監視する演算部と、前記電圧測定手
段で測定した信号を用いて電圧値の変化を検出し、電圧
変化検出信号を発する電圧変化検出手段とからなり、前
記電圧変化検出信号を受けた時の前記演算部の監視して
いる前記電極の位置から溶融スラグ相面の精錬容器内の
高さ位置、或いは溶融スラグ相の厚みを測定する溶融ス
ラグレベル測定装置であって、前記測定プローブの先端
の前記電極の形状と配置を、電極長さが３ｍｍ以上、電
極間隔を２０ｍｍ以上、電極断面積を１ｍｍ² 以上の範
囲とし、更に、前記固定抵抗の値を５Ω〜５ｋΩの範囲
の一定の抵抗値に定めた前記電圧検出回路を備えたこと
を特徴として、精錬容器内の雰囲気ガスの影響を排除し
て溶融スラグ相面を高速度検出することが可能な精錬容
器内部の溶融スラグレベル測定装置である。

【００２５】

【作用】本発明の第１の課題とするスプラッシュ付着に
よる導通弊害を受けにくい測定用プローブ先端の電極の
構造について以下記載する。

【００２６】導通弊害は精錬炉内雰囲気に飛散する溶融
スラグのスプラッシュ、溶融金属のスプラッシュが測定
プローブ測定側先端に突出して設けた２本の電極の間を
跨いで付着した時に発生する。そこで、実際の精錬炉の
操業条件において、種々の測定用電極の突出長さ
（ｌ）、２本の平行電極の設置間隔（ｄ）の組み合わせ
た測定プローブを使用して、導通弊害の発生率を調査し
た。

【００２７】図３に示した導通弊害の発生率を比較すれ
ば明らかなように、測定用電極の突出長さ（ｌ）３ｍｍ
以上、電極の設置間隔（ｄ）が２０ｍｍ以上の条件で、
電極の保護用キャップを設けなくてもスプラッシュ付着
による導通弊害を防止出来ることが判った。又、電極の
断面積の下限は折損を防止するために１ｍｍ² 以上とし
た。上限は特に規定しないが、電極の大きさは２０ｍｍ
×５０ｍｍ程度が限度のため１０００ｍｍ² 程度が上限
である。

【００２８】次に、本発明の第２の課題について、以下
に記載する。図１に示した本発明における溶融スラグレ
ベル測定の電圧検出回路１において、電極端子２、２’
間が導通されて、ここに電気抵抗値Ｒ₂ が発生した場
合、電極端子２、２’間の電圧降下値即ち、測定電圧値
Ｖは、（１）式となる。

【００２９】 Ｖ＝Ｖ₀ ×Ｒ₂ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ） ……（１） ここで、固定抵抗値Ｒ₁ （回路抵抗値＋固定抵抗５の抵
抗値）、電源電圧Ｖ₀は一定であるので、測定電圧値Ｖ
は電極端子間の電気抵抗値Ｒ₂ を反映することとなる。

【００３０】式（１）から判るように、Ｒ₂ の電気抵抗
値領域に対してＲ₁ の値が非常に大きいか、又は非常に
小さい場合、測定電圧は各々０ボルト、或いは、Ｖ₀ ボ
ルトに近い値を表示するので、Ｒ₂ の変化を測定電圧値
Ｖの変化として判別することが困難となる。

【００３１】又、溶融スラグ相面、溶融金属相面の電圧
変化検出特性を良好にするには、雰囲気ガス相、溶融ス
ラグ相、或いは溶融金属相におけるそれぞれの測定電圧
値Ｖを電圧測定範囲（０からＶ₀ ボルト）に対する比の
値で示すとき、その値の差が０．１５以上あることが望
ましく、その条件は下記（２）、（３）式に表すことが
できる。

【００３２】 Ｒ_G ／（Ｒ₁ ＋Ｒ_G ）−Ｒ_S ／（Ｒ₁ ＋Ｒ_S ）≧０．１５……（２） Ｒ_S ／（Ｒ₁ ＋Ｒ_S ）−Ｒ_M ／（Ｒ₁ ＋Ｒ_M ）≧０．１５……（３） Ｒ_G 、Ｒ_S 、Ｒ_M は雰囲気ガス相、溶融スラグ相、溶融
金属相における電極端子間のそれぞれの電気抵抗値Ｒ₂
である。

【００３３】ここで、少なくとも（２）式が成立すると
きは雰囲気ガス相から溶融スラグ相面の検出が良好にな
され、（２）式、（３）式を同時に満足するＲ₁ の値が
選定された時は溶融スラグ相面と溶融スラグ相厚みを測
定する溶融スラグレベル測定が可能となる。しかし、
（２）式、（３）式はＲ_G 、Ｒ_S 、Ｒ_M とＲ₁ の相対関
係式であるので、最適なＲ₁ の値はＲ_G 、Ｒ_S 、Ｒ_M の
実際値を測定したうえで決定することが不可欠である。

【００３４】従って、本発明によって決定した測定用電
極の形状と配置を適用した測定プローブを用いて雰囲気
のガス相、溶融スラグ相、溶融金属相における電極端子
間の電気抵抗値Ｒ₂ を測定把握し、得られたそれぞれの
電極端子間の電気抵抗値Ｒ₂に対して、上記の（２）
式、（３）式に示した考えによって電圧検出回路の固定
抵抗値Ｒ₁ を適正な一定の抵抗値に選択して設定するこ
とにより、上記それぞれの相における測定電圧値Ｖの値
が電圧測定範囲（０からＶ₀ ボルト）で読み取り可能な
異なった３点の電圧値として検出される。

【００３５】測定した抵抗値は表１に示すように、炉内
雰囲気ガス相の電気抵抗値Ｒ₂ は１ＫΩ〜１ＭΩ、溶融
スラグの電気抵抗値Ｒ₂ は５Ω〜５０Ω、溶融金属の電
気抵抗値Ｒ₂ は略１０^-2〜１０^-3Ωであった。

【００３６】以上の電気抵抗値Ｒ₂ において、Ｒ₁ の値
が１０ＫΩ以上では、炉内雰囲気ガス相によって測定電
極間が導通されることにより、溶融スラグ相直上での測
定電圧Ｖは電圧測定範囲（ここでは２４Ｖ）に対する比
が０．１以下の２．４Ｖ未満で、この時に溶融スラグ相
の測定電圧Ｖは約０．５Ｖであり、炉内雰囲気ガス相と
溶融スラグ相との測定電圧の差が少なく、そのため溶融
スラグ相面の検出特性が悪い。逆に、Ｒ₁ の値が１Ω以
下では、炉内雰囲気ガス相と溶融スラグ相での測定電圧
Ｖは供に電圧測定範囲に対する比が０．９以上の値とな
るので、炉内雰囲気ガス相と溶融スラグ相との電圧差は
２．４Ｖ未満の値となり、溶融スラグ相面の検出特性が
悪い。従って固定抵抗値Ｒ₁ の範囲をこれらの不適格な
範囲を除いた５Ω〜５ｋΩの範囲とした。

【００３７】更に、固定抵抗値Ｒ₁ の値が５Ω〜５０Ω
の範囲は（２）式、（３）式を同時を満足するＲ₁ の値
が選定されるので、溶融スラグ相面と溶融スラグ層厚み
を測定する溶融スラグレベル測定が可能となる領域であ
る。

【００３８】又、突出する部分の電極長さ（ｌ）を２倍
にすれば電極間の抵抗値は約１／２倍になり、電極間隔
（ｄ）を２倍にすれば電極間の抵抗値は約２倍となる。
従って電極長さ、電極間隔を設定する時に、これらの現
象も考慮する必要が有る。

【００３９】

【実施例】

〔実施例１〕図１に示した本発明のスラグレベル測定の
検出回路を用い、精錬炉の精錬中にスラグレベル測定を
行う際に、炉内雰囲気を通過中にスプラッシュの付着に
よる導通弊害を受けない測定用プローブの電極の形状と
配置を決定するため試験を行った。

【００４０】図２に本実施例で使用した測定用プローブ
１８の先端部の電極端子２、２’の配置の模式図を示
す。この測定用プローブ１８の先端部の主要寸法は、２
本の平行電極２、２’間の距離（ｄ）は１〜１０ｃｍ、
電極直径１〜５ｍｍ、電極長さ（ｌ）２〜１５ｍｍであ
る。又、電極材料は溶融金属の融点より高融点で耐酸化
性の優れた金属の一例としてタングステン金属棒を用
い、その固定は高抵抗体の不定型耐火物１２を用いて、
耐火物被覆表層１３を有する円筒紙パイプ１４の先端に
電極の下端が同一水平面となっている。高抵抗体の不定
型耐火物１２は、常温で絶縁体、１２００℃における比
電導度が１×１０^-5／Ω・ｃｍ以下のものを選択すれば
十分である。

【００４１】試験は図７に示す装置で実施し、サブラン
ス２６に測定用プローブ１８を取り付けた。試験の実施
にあたり、図１に示した電圧検出回路１の定電圧電源７
の電圧Ｖ₀ は２４Ｖ一定とし、測定用プローブ１８の電
極端子２、２’間に検出した測定電圧Ｖはチャートレコ
ーダ６に連続的に出力し記録した。

【００４２】又、固定抵抗値Ｒ₁ （回路抵抗値＋固定抵
抗５の抵抗値）の値は１ＭΩ、１０ｋΩ，１００Ω、１
Ω、に設定し、測定用プローブ１８の電極端子間のスプ
ラッシュ８付着による導通弊害の調査と併せて炉内雰囲
気のガス相９、溶融スラグ相１０における電極端子間の
電気抵抗値Ｒ₂ の測定を行った。尚、測定のタイミング
は転炉２５の吹錬開始から１０分後とし、スラグの溶融
状態が安定する時期に測定し、又、溶融スラグ量は全測
定にわたり約３５ｋｇ／ｔｏｎであった。

【００４３】実験手法は、サブランス２６の先端に装着
した測定用プローブ１８を転炉炉口上部約１０ｍの位置
から炉口を通って炉内へとサブランス昇降装置２７にて
下降させ、想定される溶融スラグ相１０面の上側約５０
ｃｍの位置まで測定用プローブ１８先端を下降し、直ち
に炉口高さまで引上げ、再び溶融スラグ相１０面上まで
下降することを繰り返し、最後にプローブ１８先端部を
溶融スラグ相１０を通り溶融金属相１１面下まで浸漬さ
せた。サブランス２６の下降速度は、３０〜１２０ｍ／
ｍｉｎの範囲の所定の速度であるが、サブランス昇降装
置２７の上下移動位置距離計２８により下降中のプロー
ブ１８先端部の炉内位置を±１０ｃｍの精度で監視し、
炉内の溶融金属相１１面高さと比較することにより、測
定時のプローブ１８先端位置が雰囲気ガス相９にある
か、溶融スラグ相１０にあるか判断した。

【００４４】この実験手法によって、一回の測定で、炉
内雰囲気ガス相９中で測定用プローブ１８を繰り返し上
下往復する間にスプラッシュ８による導通弊害の有無を
多回数調査し、最後にプローブ１８先端部を溶融スラグ
相１０を通り溶融金属相１１まで浸漬させることによっ
て、溶融スラグ相面を確認し、同時に溶融スラグ相にお
ける電極端子間の電気抵抗値Ｒ₂ を測定した。

【００４５】測定プローブ１８が転炉炉内雰囲気通過中
に受ける導通弊害の発生率を調査した結果を図３に示し
た。図３中の導通弊害の発生率を表す記号の定義は、◎
は繰り返し測定中に導通弊害の発生が一度も無かったこ
とを、○印は発生率が１０％未満を、×印は２０％以上
の発生率を示す。尚、導通弊害の判定は測定用プローブ
１８先端を下降し直ちに炉口高さまで引上げた時、電極
端子間の測定電圧Ｖの値が、前回の炉口高さ位置におけ
る測定電圧Ｖと異なった値であれば導通弊害を受けたと
した。

【００４６】ここで、◎を与える領域の電極長さｌ（ｍ
ｍ）と電極間隔ｄ（ｃｍ）の間に下式（４）が有ること
が図３の解析から判った。

【００４７】 （ｌ−２．５）×（ｄ−１．２）≧５ ………（４） この導通弊害の発生率から明らかなように、電極端子の
突出長さ（ｌ）３ｍｍ以上、電極の設置間隔（ｄ）を２
ｃｍ以上の条件で、電極の保護用キャップを設けなくて
もスプラッシュ８付着による導通弊害を防止出来ること
がまず明らかである。

【００４８】実施例１において、電極突出長さ５ｍｍ、
電極設置間隔５ｃｍの電極条件での炉内雰囲気ガス相９
の電気抵抗値Ｒ₂ と溶融スラグ相１０の電気抵抗値Ｒ₂
の測定結果を図４、図５に示す。炉内雰囲気ガス相９の
電気抵抗値Ｒ₂ は、図４に示したように１ＭΩから１Ｋ
Ωに順次変化しており、溶融スラグ相直上でのＲ₂ の値
は１ＫΩ〜数ＫΩであることが判った。又、本発明で測
定された溶融スラグ相１０における電気抵抗値Ｒ₂ は略
５Ω〜略５０Ωの値であった。尚、上記の実施例の電極
端子２、２’は、高抵抗体である耐火物の側面に取付け
ても良い。

【００４９】〔実施例２〕本実施例で使用した測定用プ
ローブ１８の概要図を図６に示す。測定用プローブ１８
の先端の電極端子２、２’の主要寸法は実施例１の試験
で決定した形状と配置の中から、電極間距離（ｄ）は５
ｃｍ、電極直径３ｍｍ、電極先端長さ（ｌ）５ｍｍのも
のを採用した。電極材料はタングステン金属棒を用い、
実施例１と同一の高抵抗体の不定型耐火物１２によって
耐火物被覆表層１３を有する円筒紙パイプ１４の先端に
電極端子２、２’を固定した。

【００５０】この測定用プローブ１８はコネクタ１７に
よりサブランス２６の先端に着脱可能に製作している。
さらに、本実施例では、プローブ１８先端部の電極端子
間に測温用熱電対１５、プローブ１８内に溶鋼中炭素量
測定センサー１６を取り付けた。

【００５１】図７は本実施例における溶融スラグレベル
測定装置１９の一実施例と使用例を示す模式図である。
転炉２５の内部に炉内雰囲気保護蓋３０を貫通して精錬
中の炉体内部にサブランス２６に装着された測定用プロ
ーブ１８が下降される。測定用プローブ１８先端の炉内
下降位置はサブランス昇降装置２７のサブランスの上下
移動位置検出装置２８により監視されている。炉内雰囲
気のガス相９、溶融スラグ相１０、溶融金属相１１にお
いて電極端子２、２’の間に発生する電圧降下はスラグ
レベル測定装置１９の電圧計４で測定される。その測定
電圧はチャートレコーダ６で表示され、チャートレコー
ダ６に表示された測定電圧値Ｖの変化する時点を捉え、
電極端子が雰囲気ガス相９から溶融スラグ相１０に、溶
融スラグ相１０から溶融金属相１１に侵入した時点を、
目視によって判定することも可能である。

【００５２】測定電圧は、同時に、電圧変化検出部２０
に送信され、測定電圧値の一定時間の変化値を設定値と
比較する、或いは測定電圧の微分値を設定値と比較して
連続してモニターすることにより、電極端子が雰囲気ガ
ス相９から溶融スラグ相１０に、又溶融スラグ相１０か
ら溶融金属相１１に侵入した時点を検出する。そして電
圧変化検出部２０から、直ちに検出信号を測定用プロー
ブ先端位置演算部２１に送信する。

【００５３】測定用プローブ先端位置演算部２１では、
サブランスの上下移動位置検出装置２８の検出信号を用
いて測定用プローブ１８先端の転炉炉内の高さ位置を
（例えば地上からの設備高さＦＬ＋αｍに換算して）モ
ニターしているので、電圧変化検出部２０から測定用プ
ローブ１８の電極端子が雰囲気ガス相９から溶融スラグ
相１０に、又、溶融スラグ相１０から溶融金属相１１に
侵入した時点の前述の検出信号を受けて、その時の測定
用プローブ１８先端の転炉２５炉内の高さ位置を溶融ス
ラグ相１０面、或いは溶融金属相１１面の位置として測
定することが出来る。

【００５４】そして溶融スラグ相１０面、或いは溶融金
属相１１面の測定位置は例えば地上からの設備高さ標示
（ＦＬ＋αｍ）に換算されると共に、その高さの差から
溶融スラグ相１０深さが演算され、これら測定値はスラ
グレベル測定値表示部２２に電送し表示される。又、こ
れら測定値は転炉操業を掌承するプロセス計算機２３に
も電送され、吹錬制御のフィードバックに用いる、或い
は溶融スラグレベル測定データとして記録され、プロセ
ス計算機の出力装置２４から操業記録に出力される。
サブランス２６の下降速度は、３０〜１２０ｍ／ｍｉｎ
の範囲の所定の速度である。このようにすると、サブラ
ンス２６の下降制御の精度で測定用プローブ１８の位置
制御を行なうことができ、その精度は、±１０ｃｍであ
る。プローブ１８先端部は、溶融スラグ相１０を通り溶
融金属相１１にまで侵入し、溶融金属相１１面以下５０
ｃｍの位置まで下降し、約５秒間停止させた後、引き上
げる。

【００５５】測定の実施にあたり、電圧検出回路１の定
電圧電源７の電圧Ｖ₀ は２４Ｖ一定とし、又、測定電圧
Ｖにおよぼす電圧検出回路１の固定抵抗値Ｒ₁ （回路抵
抗値＋固定抵抗５の抵抗値）の影響を見るため、固定抵
抗５の抵抗値を測定の都度に変えて、１ＭΩ〜１Ωの範
囲で試験した。

【００５６】まず、炉内雰囲気の雰囲気ガス相９、溶融
スラグ相１０、溶融金属相１１を通過して連続測定しチ
ャートレコーダ６に記録した本実施例における電極端子
間の検出電圧の波形例を図８、図９、図１０に示し、そ
の特徴について説明する。

【００５７】各図の縦軸は測定電圧Ｖを示し電圧測定範
囲は０Ｖ〜２４Ｖであり、横軸はサブランス２６の下降
開始からの時間を取っている。尚、各図には、電圧検出
回路の固定抵抗値Ｒ₁ の使用した値を示した。又、図中
に測定用プローブ１８の先端部のおおよその位置を地上
からの高さを基準にして示している。そして、転炉２５
の炉口および溶融金属相１１面の地上からの高さは各ゞ
ＦＬ＋１８ｍ及びＦＬ＋９．５ｍである。

【００５８】図９は電圧検出回路の固定抵抗値Ｒ₁ （回
路抵抗値＋固定抵抗５の抵抗値）が１０ＫΩ〜１ＭΩと
本発明の範囲外の大きい場合での比較として示す測定例
であるが、測定電圧Ｖは、測定用プローブ１８の先端が
炉口に挿入されと減少を開始し、その後連続的に減少
し、２．２Ｖ〜０．５Ｖ付近まで低下する。このような
測定波形では、雰囲気ガス相９と溶融スラグ相１０の区
別が困難である。

【００５９】図８は電圧検出回路１の固定抵抗値Ｒ₁ が
１００Ω〜５ｋΩで、本発明の範囲内の時の測定例を示
すが、ＦＬ＋１８ｍからプローブ１８を下降させると、
測定電圧Ｖは２４Ｖから連続的に減少するが、その後Ｆ
Ｌ＋１１〜＋１４ｍ付近で０Ｖ乃至４．１Ｖに急激な電
圧降下を示す。この急激な電圧降下を示す位置が、電気
的に不連続な位置を通過したことを意味しており、転炉
炉内の構成から、溶融スラグ相１０面を通過しているこ
とを示している。

【００６０】更に、固定抵抗値Ｒ₁ を２０Ωまで下げた
場合、図１０に一例を示したように測定波形は２段に分
かれる。これは、本測定で使用した測定用プローブ１８
の先端部の電極２、２’間の溶融スラグ抵抗値が２０Ω
前後であるため、電極が溶融スラグ相１０内にあるとき
は測定電圧は１２Ｖを出力し、又、溶融金属相１１に接
触したときには、溶融金属相１１の抵抗値はほぼ無視で
きるため０Ｖに近い電圧値を出力するためである。従っ
て、図１０の固定抵抗値Ｒ₁ の値２０Ωで測定した場合
のＡ点がスラグレベル位置、Ｂ点が溶融金属レベル位置
となり、スラグレベルとともに、スラグ厚みも測定可能
であることが判る。

【００６１】そこで、電圧検出回路１の固定抵抗値Ｒ₁
の値２０Ω近傍で、雰囲気ガス相９、溶融金属相１１の
電圧測定値に対し同様に明瞭に変化がわかる溶融スラグ
相１０の電圧測定値をあたえる固定抵抗値Ｒ₁ の範囲を
調べた。その調査結果を上記の各測定結果と共に表１に
まとめて示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】表１に記載した電圧測定値Ｖの値を引用し
て説明すると、電圧検出回路１の固定抵抗値Ｒ₁ の値が
５Ωから５０Ωまでは、溶融スラグ相１０における測定
電圧Ｖは溶融スラグ相１０の抵抗値Ｒ₂ が３０Ω〜１０
Ωに対し略２０Ｖ〜４Ｖを示すので、雰囲気ガス相９、
溶融スラグ相１０、溶融金属相１１の間のそれぞれの界
面での測定電圧変化が判りやすいことがわかった。

【００６４】即ち、固定抵抗値Ｒ₁ の値を５０Ωとした
場合は、溶融スラグ相１０における測定電圧Ｖは約９Ｖ
〜４Ｖであるので、溶融スラグ相１０直上の雰囲気ガス
相９の測定電圧が約２３Ｖに対して、１４Ｖ以上の電圧
差があり、一方溶融金属相１１の測定電圧Ｖが略０．１
Ｖなので、溶融金属相１１とは最低４Ｖの電圧差があ
る。固定抵抗値Ｒ₁ を５Ωとした場合も同様に溶融スラ
グ相１０における測定電圧は約２１Ｖ〜１６Ｖで、雰囲
気ガス相９、溶融金属相１１と各ゞ４Ｖ、１６Ｖ以上の
電圧差がある。従って、固定抵抗値Ｒ₁ の値を５Ω〜５
０Ω範囲の一定抵抗値を用いて測定するならば、溶融ス
ラグ相１０面とともに溶融スラグ厚みも測定可能である
ことを発見した。

【００６５】又、固定抵抗値Ｒ₁ の値を５Ω〜５０Ω範
囲の一定抵抗値を用いて測定する時の測定プローブ１８
の電極形状、電極間隔の許容範囲を調査した。

【００６６】電極先端長さ（ｌ）を５ｍｍから１０ｍｍ
にした場合には、溶融スラグ相１０における電極間の電
気抵抗値がこれまでの１／２の１０Ωとなるが、この時
の溶融スラグ相１０における測定電圧Ｖが略１６Ｖ〜４
Ｖを得られるので、同様にスラグレベルとともに、スラ
グ厚み検出に必要な電圧の変化を読み取ることができる
ことが判った。そして、プローブ１８の電極の設置間隔
（ｄ）を８０ｍｍにした場合は、溶融スラグ抵抗値がこ
れまでの１．６倍の３２Ωとなるが、溶融スラグ相１０
における測定電圧Ｖは約２１Ｖ〜９Ｖをえられるので、
雰囲気ガス相９、溶融スラグ相１０、溶融金属相１１の
間のそれぞれの界面での測定電圧変化を判定に用い得る
ことが判った。

【００６７】即ち、これらの結果から固定抵抗値Ｒ₁ の
値をＲ₁ を５Ω〜５０Ωの範囲の一定の抵抗値に定める
と、測定プローブの電極形状、電極間隔の許容範囲は電
極先端長さで５〜１０ｍｍ、電極間隔５０ｍｍ〜８０ｍ
ｍであることを見出した。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、精錬炉
内の雰囲気ガス相、溶融スラグ相、溶融金属相における
電圧降下値の変化を検出することによる溶融スラグレベ
ル測定において、電極を囲む杯状キャップが取り付けら
れていない測定用プローブを用いても精錬容器内の雰囲
気相による測定用電極間の導通弊害による溶融スラグ相
面の検出特性の劣化を防止できるので、測定用プローブ
を毎分数十から百メートルを越える速度で下降させなが
ら、測定精度が±１０ｃｍの精度で測定できる。更に、
溶融スラグ相と溶融金属相の界面をも高速度、高精度で
検出することが出来るので、溶融スラグ相厚みも迅速に
且つ正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の概要図である。

【図２】本発明で使用した測定プローブ先端部の電極端
子の配置の概略図である。

【図３】本発明のスラグレベル測定プローブのスプラッ
シ付着による導通弊害の防止効果を示す図である。

【図４】本発明で測定した精錬炉内雰囲気ガス相におけ
る測定電極間の電気抵抗の測定結果である。

【図５】本発明で測定した精錬炉内の溶融スラグ相にお
ける測定電極間の電気抵抗の測定結果の図である。

【図６】本発明における測定プローブの一実施例を示す
図である。

【図７】本発明におけるスラグレベル測定装置の一実施
例を示す模式図である。

【図８】本発明による精錬炉内雰囲気のガス相、溶融ス
ラグ相、溶融金属相における電極端子間の電圧測定例の
図である。

【図９】比較例として示す精錬炉内雰囲気のガス相、溶
融スラグ相、溶融金属相における電極端子間の電圧測定
例の図である。

【図１０】本発明による精錬炉内雰囲気のガス相、溶融
スラグ相、溶融金属相における電極端子間の電圧測定例
の図である。

【図１１】従来のスラグレベルを測定するサブランスプ
ローブの概要図である。

【図１２】図１１の線II−IIに沿う断面図である。

【図１３】図１１の装置の使用例を示す概要図である。

【図１４】従来のスラグレベルを測定する装置の概要図
である。

【図１５】図１４の装置の使用例を示す概要図である。

【図１６】従来のスラグレベルを測定する検出回路と測
定模式図である。

【図１７】図１６の装置による検出電圧の波形を示す模
式図である。

【符号の説明】

１ 電圧検出回路 ２，２’電極端子 ３，３’，３’’ 導線 ４ 電圧計 ５ 固定抵抗 ６ チャートレコーダ ７ 定電圧電源 ８ スプラッシュ ９ 雰囲気ガス相 １０ 溶融スラグ相 １１ 溶融金属相 １２ 不定型耐火物 １３ 耐火物被覆層 １４ 円筒紙パイプ １５ 測温用熱電対 １６ 溶鋼中炭素量測定センサー １７ コネクタ １８ 測定用プローブ １９ スラグレベル測定装置 ２０ 電圧変化検出部 ２１ 測定用プローブ先端位置演算部 ２２ スラグレベル測定値表示部 ２３ プロセス計算機 ２４ プロセス計算機の出力装置 ２５ 転炉 ２６ サブランス ２７ サブランス昇降装置 ２８ サブランスの上下移動位置検出装置 ２９ 精錬ランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山瀬 治 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 松原 真二 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 中村 英夫 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の電極は一方の導線により固定抵抗
   を介して定電圧電源の一端に接続され他方の電極は他方
   の導線により前記定電圧電源の他端に接続され前記電極
   間に並列に設けた電圧測定手段を備えた電圧検出回路を
   有し、前記電極の少なくとも一対を測定用プローブの先
   端に等しい長さ突出させ高抵抗体にて固定して配置し、
   溶融スラグ相と溶融金属相が存在する精錬容器の上方か
   ら該容器内部に前記プローブを降下させ、前記定電圧電
   源から一定電圧を印加しつつ、前記プローブ先端の電極
   と溶融スラグ相又は溶融金属相との接触により前記電極
   間が導通された場合の前記電極間の電圧変化値を前記電
   圧測定手段にて測定し、その測定電圧の変化を検出して
   溶融スラグ相面との接触又は溶融金属相面との接触を判
   定し、この時の前記プローブの高さ位置を読み取り、溶
   融スラグ相面の精錬容器内の高さ位置、および溶融スラ
   グ相の厚みを測定する溶融スラグレベル測定方法におい
   て、 前記電極間の溶融スラグ相における電気抵抗値が５Ω〜
   ５ｋΩを与える電極の形状と配置を用い、前記電圧検出
   回路の前記固定抵抗の値を５Ω〜５ｋΩの範囲の一定の
   抵抗値に定めたことを特徴とする精錬容器内部の溶融ス
   ラグレベル測定方法。
2. 【請求項２】 前記電圧検出回路の前記固定抵抗の値を
   ５Ω〜５０Ωの範囲の一定の抵抗値に定めた請求項１に
   記載の精錬容器内部の溶融スラグレベル測定方法。
3. 【請求項３】 前記測定プローブの先端の前記電極の形
   状と配置を、電極長さが３ｍｍ以上、電極間隔を２０ｍ
   ｍ以上、電極断面積１ｍｍ² 以上の範囲とした請求項１
   又は２に記載の精錬容器内部の溶融スラグレベル測定方
   法。
4. 【請求項４】 一方の電極は一方の導線により固定抵抗
   を介して定電圧電源の一端に接続され、他方の電極は他
   方の導線により前記定電圧電源の他端に接続され、前記
   電極間に並列に設けた電圧測定手段を備えた電圧検出回
   路と、 前記電極の少なくとも一対を等しい長さで突出させ、高
   抵抗体にて先端に固定した測定用プローブと、 該測定用プローブを先端に装着した測定棒と、 精錬容器の上方から該容器内部に前記測定棒を昇降させ
   る手段と、 前記測定棒の上下移動位置検出手段と、 該上下移動位置検出手段の距離信号を受けて前記電極の
   精錬容器内部における位置を監視する演算部と、 前記電圧測定手段で測定した信号を用いて電圧値の変化
   を検出し電圧変化検出信号を発する電圧変化検出手段と
   からなり、 前記電圧変化検出信号を受けた時の前記演算部の監視し
   ている前記電極の位置から溶融スラグ相面の精錬容器内
   の高さ位置、或いは溶融スラグ相の厚みを測定する溶融
   スラグレベル測定装置であって、 前記測定プローブの先端の前記電極の形状と配置を電極
   長さが３ｍｍ以上、電極間隔を２０ｍｍ以上、電極断面
   積１ｍｍ² 以上の範囲とし、更に、前記固定抵抗の値を
   ５Ω〜５ｋΩの範囲の一定の抵抗値に定めたことを特徴
   とする精錬容器内部の溶融スラグレベル測定装置。