JPS5927861B2 - 酸素検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 鉄または鋼等の溶融金属と、基準物質との酸素ポテンシ
ヤルの差を測定するのに電気化学的セルを使用すること
は周知である。

そのような測定装置は、チユーブまたはロツド等の支持
体の端部に取付ける。従来の測定装置について多くの実
験を実施したところ測定値がしばしば不安定になること
が認められ、十分な信頼性のある測定値を得ることがで
きなかつた。

更に、実１験を進めた結果、測定器ヘツドを溶融金属浴
の中へ進人させたとき熱衝撃による破損に基因する不確
実要素が生じることが判明した。本発明の目的は、測定
装置のコストの増大または製造工程の複雑化を招くこと
なく、上記の問題を解決することである。米国特許第３
，６１９，３８１号および第３，７５２，７５３号は、
熱衝撃の問題を認識した上でそれぞれ異る構造の酸素検
出器を開示している。

本発明の解決方法は、これらの特許に開示されている方
法とは実質的に異るものである。略述すれば、溶融金属
浴の活性酸素含有量を測定するための本発明の酸素検出
器は、キヤリア（支持体）の端部に嵌着しうるように構
成した測定器ヘツドと、該ヘツドの一部に支持された電
気化学的セルから成る。

このセルは、固体の基準物質と、酸素イオン伝導性固体
電解質を備えている。溶融金属内に浸漬中前記固体電解
質を含むセルを熱衝撃から防護するために、前記ヘツド
と協同して該固体電解質を囲包する遮蔽体を設ける。遮
蔽体の内周面を固体電解質の外周面に並置させて位置づ
けする。遮蔽体は、０．１〜１０秒以内に溶融金属浴に
よつて消耗され、固体電解質金属浴に露呈させるように
構成する。本発明の目的は、活性酸素のレベルを１００
０ｐｐｍの単位まで測定する優れた精度および再現性を
保証する新規な酸素検出器を提供することである。

本発明の叙上及びその他の目的、特徴並びに利点は、添
付図を参照して記述した以下の説明から一層明瞭になろ
う。

第１図を参照して説明すると、本発明の酸素検出器１０
は、板紙製チユーブ（図示せず）のような中空キヤリヤ
の一端内に嵌合させるようにした測定器ヘツド１２を有
する。

午ヤリヤは、木材等のその他の材料で形成したものであ
つてもよい。ヘツド１２は、溶融金属浴に対し非反応性
素材である耐火材またはセラミツク材で形成する。図示
のヘツドは、円筒形であり、一端は、例えば重合体プラ
スチツクのような材料から形成した接触部材１４によつ
て閉鎖する。ヘツド１２の内部は耐熱セメン口６で充填
する。ヘツド１２のここまでの構成は、フランス特許第
７，５０９．３１４号に開示されたものと同様である。
上述した電気化学的セル（電池）は、好ましくは、安定
化酸化ジルコニウムのような材料から一端において閉鎖
したチユーブの形に形成した酸素イオン伝導性周体電解
質１８と、該固体電解質の内側に配設した固体の基準物
質即ち基準電極２２を含む。

固体電解質１８の開放端は、セメント１６内に埋設させ
る。基準電極２２はＣｒ−Ｃｒ２Ｏ３であることが好ま
しい。固体電解質１８の残りの内部空間には、例えばＡ
Ｉ２Ｏ３のような不活性充填材２０を充填する。好まし
くはモリブデンで形成した導電体２４の一端を基準電極
２２内に埋設し、他端は、接点部材１４の円筒形突起２
８の内周面によつて支持された接点部分２６を有する補
償導線に接続する。ヘツド１２と協同して固体電解質１
８を囲包する第１遮蔽体３０を設ける。

遮蔽体３０の内周面は、固体電解質１８の外周面に対し
て密に滑り嵌合するように構成する。遮蔽体３０は、金
属浴によつて０．１〜１０秒以内に消耗されるような金
属材であることが好ましい。酸素検出器１０を金属浴へ
浸漬させるために金属浴上のスラグを通して挿人する間
セルをスラグから保護する消粍性薄肉キヤツプ即ち第２
遮蔽体２５を設ける。遮蔽体３０の肉厚は、主として溶
融金属浴の温度範囲と、使用される電気化学的セルの特
性の関数として選定する。

遮蔽体３０は、検出器１０を溶融金属浴の中へ浸漬させ
た際熱衝撃を相当に緩和し、それによつてセルの破損の
おそれを少くする。この作用は、固体電解質１８を浴内
に浸漬させた後ほぼ０．３ないしほぼ５秒間浴の金属と
の直接接触から隔離させた場合に得られることが確認さ
れた。遮蔽体３０を低炭素鋼から形成した場合、肉厚を
０．００８〜０．０１０１ｎ（０．２〜０．２５７ｎｍ
）にすれば、良好な結果が得られる。低炭素鋼の融点は
２８０００Ｆ（１５３８：Ｃ）以下であることは周知で
ある。許容しうる適当な時間内に正確な測定を行うため
には、酸化ジルコニウムの固体電解質１８が、遮蔽体３
０が消粍された後金属浴に直接接触することが肝要であ
る。所望ならば、ヘツド１２には、接触部材１４に結合
させた支柱によつて支持された石英等のＵ字形チユーブ
３２を設ける。

チユーブ３２内には、活ジヤンクシヨン３４を有する熱
電対を挿人する。熱電対ワイヤは、符号３６，３８で示
してある。ワイヤ３６は、突起２８の外周面上に露出さ
せて支持した接点部分３７を有する補償導線に接続する
。ワイヤ３８は導電体２４に接続する。かくして、この
熱電対は、接点部分２６，３７を介して記録装置（図示
せず）に接続することができる。溶融金属浴と基準電極
２２との間の活性酸素ポテンシヤルの差を測定すること
ができるようにするために、セルの正接点を構成する金
属電極４０をヘツド１２を囲繞して配設する。電極４０
には１つまたはそれ以上の導電体４２の一端を接続し、
該導電体の他端は、接点部分４５として接点部材１４の
円筒状突部４４に担持させる。検出器１０を２ペン式記
録器（図示せず）に連結するためのコネクタ４６をキヤ
リヤ内に設ける。

コネクタ４６は、接点部分３７と係合するための支柱４
８と、接点部分２６と接触するためのリング接片５２と
、接点部分４５と接触するためのリング接片５６を備え
ている。素子４８，５２，５６は互いに絶縁させ、記録
器に電気的に接続させる。第２図は、本発明の別の実施
例による酸素検出器１０′を示す。

検出器１０′の諸要素のうち第１図の実施例のものと同
様のものは、同じ参照番号にダツシユを付して示してあ
る。この実施例においては熱電対チユーブ３２′および
第１遮蔽体３『を第２遮蔽体を構成する可融性金属カツ
プ６２および紙製遮蔽体６４によつて防護する。金属電
極４０′とセメント１６′内に埋設された遮蔽体３０′
の一部分との間を導電体６０によつて連結する。セメン
ト１６７と接点部材１４′の間にはエポキシ誘電材１６
″を充填することかできる。接点部材１４′は、プラス
チツク製のチユーブ６６，６８を有する。

チユーブ６６には、長さの異る２つのスロツトを形成し
、一方のスロツトを貫通して接点部分２６′を突出させ
、他方のスロツトを通して接点部分３７′を突出させる
。チユーブ６８は、チユーブ６６に固着させ、その下端
には接点部分４５′を受容するための切欠きを形成する
。かくして、接点部分２６′，３７′，４５′は、いず
れも異る高さのところに配置され、コネクタ４６′のそ
れぞれの対応するリング接片５４′，５０′，５８′に
接触する。検出器１０および１０′はいずれも同様な態
様で作動するので、検出器１０１の作動についてのみ説
明する。

検出器１０′を溶融金属浴内に浸漬させると、キヤツプ
６２および遮蔽体６４が消滅し、次いで、第１遮蔽体３
０′がセメント１６′の露出表面のところにまで融解す
る。セメント１６′の露出表面より下に埋設されている
遮蔽体３０′のリング状部分は、セルの一部として残る
。かくして、酸素イオン導電性固体電解質１８′が金属
浴に露呈され、セルは浴内の活性酸素含有量に比例する
起電力を発生する。それと同時に金属浴内の温度が熱電
対によつて測定さわる〇以上、本発明を実施例に関連し
て説明したが、本発明は、ここに例示した実施例の構造
及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び
範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能
であり、いろいろな変更及び改変を加えることができる
ことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酸素検出器の断面図、第２図は本発明
の他の実施例による酸素検出器の断面図である。 １０，１『：酸素検出器、１２，１２′：測定器ヘツド
、１４，１４゛″：接点部材、１８，１８′：酸素イオ
ン伝導性固体電解質、２０：不活性充填剤、２２：基準
電極、２４，２４／：導電体、２５：第２遮蔽体、２６
，２６′：第１接触部分、３０：第１遮蔽体、３４：活
ジヤンクシヨン、｛３６，３８，３６１，３８′｝熱電
対ワイヤ、３７，３７′：第３接触部分、４２：導電体
、４５，４５′：第２接触部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融鉄または鋼浴内の活性酸素含有量を測定するた
   めの酸素検出器において、キャリヤの端部に嵌合させる
   ことができるように構成した測定器ヘッドと、該ヘッド
   の一部分によつて支持されたものであつて、該ヘッドか
   ら突出させた酸素イオン導電性固体電解質と該固体電解
   質の内側表面に隣接して設けた固体の基準物質を含む電
   気化学的セルと、前記固体電解質が溶融鉄または鋼浴内
   に最初に浸漬されたときに受ける熱衝撃を軽減するため
   に前記ヘッドと協同して該固体電解質を囲包するための
   ものであつて、該固体電解質の外側表面に並置し直接接
   触させて配設されており、溶融鉄または鋼浴によつて１
   ０秒以内に消滅せしめられて該固体電解質を溶融鉄また
   は鋼浴に露呈させるように２８００゜Ｆ（１５３８℃）
   以下の温度で溶融する炭素鋼の薄板で形成された第１遮
   蔽体と、該酸素検出器を溶融鉄または鋼浴内へ浸漬する
   ために該溶融鉄または鋼浴上のスラグを通して挿入する
   間第１遮蔽体およびセルをスラグから保護するために前
   記ヘッドによつて支持された第２遮蔽体と、前記ヘッド
   の、前記セルの位置する側とは反対側の端部に結合され
   たものであつて、前記セルに接続されており、かつ、前
   記キャリヤの対応する接片と嵌合し接触するようになさ
   れた第１接点部分および第２接点部分を備えた接点部材
   とから成る酸素検出器。 ２ 前記酸素イオン導電性固体電解質は安定化酸化ジル
   コニウムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の酸素検出器。 ３ 前記酸素イオン導電性固体電解質は、基準物質Ｃｒ
   −Ｃｒ＿２Ｏ＿３を収納し、一端において閉鎖したチュ
   ーブであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の酸素検出器。 ４ 前記第１遮蔽体は、前記酸素イオン導電性固体電解
   質を囲繞する低炭素鋼製チューブであり、該チューブの
   一端部分を前記ヘッド内に埋設させたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の酸素検出器。 ５ 前記セルは前記固体電解質を囲繞する金属リングを
   含むものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の酸素検出器。 ６ 前記ヘッドから前記セルに沿つて熱電対を突出させ
   、第３の接点部分を該熱電対の一方の脚部に接続して前
   記接点部材によつて支持させ、該熱電対の他方の脚部を
   前記第１接点部分に接続したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の酸素検出器。 ７ 前記各接点部分を互いに円周方向に離隔させて配置
   し、前記接点部材に沿つて異る位置に配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第６項記載の酸素検出器。