JPS5944580B2 - 溶鋼用酸素センサ - Google Patents
溶鋼用酸素センサInfo
- Publication number
- JPS5944580B2 JPS5944580B2 JP54171628A JP17162879A JPS5944580B2 JP S5944580 B2 JPS5944580 B2 JP S5944580B2 JP 54171628 A JP54171628 A JP 54171628A JP 17162879 A JP17162879 A JP 17162879A JP S5944580 B2 JPS5944580 B2 JP S5944580B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molten steel
- solid electrolyte
- zirconia solid
- oxygen
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はジルコニア固体電解質を用いて酸素濃淡電池を
形成し、溶鋼中の溶存酸素量を測定する溶鋼用酸素セン
サ（以下単にセンサとする）に関するものである。
形成し、溶鋼中の溶存酸素量を測定する溶鋼用酸素セン
サ（以下単にセンサとする）に関するものである。
製鋼工程において高炉から取り出される銑鉄は、転炉で
酸素を吹き込むことにより脱炭が行なわれる。
酸素を吹き込むことにより脱炭が行なわれる。
この吹錬工程の終点時期成は溶存酸素量を正確に管理す
ることは、鋼の品質管理上極めて重要な問題である。こ
の管理方法として従来よりサンプリングした試料の炭整
量分析値より酸素量を算出するという間接的方法が採ら
れている。しかしながら近年ジルコニア固体電解質の開
発が進むにつれて酸素濃淡電池に組込んだジルコニア固
体電解質で製作したセンサ素子を直接溶鋼中に浸漬させ
て酸素量を起電力として読み取る方法が行なわれている
。
ることは、鋼の品質管理上極めて重要な問題である。こ
の管理方法として従来よりサンプリングした試料の炭整
量分析値より酸素量を算出するという間接的方法が採ら
れている。しかしながら近年ジルコニア固体電解質の開
発が進むにつれて酸素濃淡電池に組込んだジルコニア固
体電解質で製作したセンサ素子を直接溶鋼中に浸漬させ
て酸素量を起電力として読み取る方法が行なわれている
。
このセンサに要求される性能は、（１）室温から溶鋼中
に投入しても破壊しないこと、（２）応答時間ができる
限り短いことである。また形状は第１図のａに示すよう
に石英、ガラス管等の絶縁管１の端にジルコニア固体電
解質２を融着したチップ状センサ素子、或いは第１図の
ｂに示すようにジルコニア固体電解質で袋管３を形成し
た袋管状センサ素子が用いられる。酸素濃淡電池の構成
は第２図に示す如くであり、さらに起電力は第３図のよ
うな波形で得られる。第２図および第３図から明らかな
ように袋管状センサ素子を溶鋼４に浸漬直後に起電力の
異常ピークが現われる。これは袋管状センサ素子内部に
標準極５として設けた金属およびその酸化物から得られ
る平衡酸素分圧が温度によつて異なるためである。この
ため起電力が平衡に達する時間、すなわち応答時間が長
くなる。したがつて応答時間を短くするには標準極５内
部までの熱伝達をできるだけ速くさせ、溶鋼４との熱平
衡に速く到達させることか必要である。なお第２図に示
される標準極５として一般にはＣｒ２Ｏ３；＝２ｃｒｆ
−２０２或はＭ００２＝Ｍ０＋０２の平衡酸素分圧が利
用される。
に投入しても破壊しないこと、（２）応答時間ができる
限り短いことである。また形状は第１図のａに示すよう
に石英、ガラス管等の絶縁管１の端にジルコニア固体電
解質２を融着したチップ状センサ素子、或いは第１図の
ｂに示すようにジルコニア固体電解質で袋管３を形成し
た袋管状センサ素子が用いられる。酸素濃淡電池の構成
は第２図に示す如くであり、さらに起電力は第３図のよ
うな波形で得られる。第２図および第３図から明らかな
ように袋管状センサ素子を溶鋼４に浸漬直後に起電力の
異常ピークが現われる。これは袋管状センサ素子内部に
標準極５として設けた金属およびその酸化物から得られ
る平衡酸素分圧が温度によつて異なるためである。この
ため起電力が平衡に達する時間、すなわち応答時間が長
くなる。したがつて応答時間を短くするには標準極５内
部までの熱伝達をできるだけ速くさせ、溶鋼４との熱平
衡に速く到達させることか必要である。なお第２図に示
される標準極５として一般にはＣｒ２Ｏ３；＝２ｃｒｆ
−２０２或はＭ００２＝Ｍ０＋０２の平衡酸素分圧が利
用される。
またこの酸素濃淡電池の起電力はＥ■ ＲＴ／４Ｆｌｎ
ＰＯ２Ｉ／Ｐ０２■（但しＲは気体定数、Ｔは絶体温度
、Ｆはファラデー定数、ＰＯ２Ｉは溶鋼の酸素分圧、Ｐ
０２■は標準極の酸素分圧である）として算出される。
然るに上記標準極５の平衡酸素分圧は温度によつて大幅
にその値が変わる。例えばｃｒ２０３＝＝２ｃｒ十１０
２の場合、１３００℃における酸素分圧が７×１０−１
７ａｔｍであるのに対し１６００℃においては８×１０
−１３ａｔｍとなる。このため上式から算出される起電
力は、標準極５内部の温度が低いときは見掛上高くなり
、最高値に達した後標準極５の内部温度が溶鋼４の温度
に達するまで起電力が漸次低下していく。したがつて袋
管状センサ素子内部の標準物質の温度が如何に速く溶鋼
４の温度に到達し得るかによつてセンサの応答時間が決
められる。この事からジルコニア固体電解質の熱伝達を
如何に速くするかが、センサ機能上極めて重要な課題で
ある。一方ジルコニア固体電解質は溶鋼４に対してぬれ
性が悪く、このため浸漬時に溶鋼４とジルコニア固体電
解質からなる袋管状センサ素子との間に断熱層が生じ熱
伝達に遅れがでることから熱平衡に達するのに時間を要
するようになる。
ＰＯ２Ｉ／Ｐ０２■（但しＲは気体定数、Ｔは絶体温度
、Ｆはファラデー定数、ＰＯ２Ｉは溶鋼の酸素分圧、Ｐ
０２■は標準極の酸素分圧である）として算出される。
然るに上記標準極５の平衡酸素分圧は温度によつて大幅
にその値が変わる。例えばｃｒ２０３＝＝２ｃｒ十１０
２の場合、１３００℃における酸素分圧が７×１０−１
７ａｔｍであるのに対し１６００℃においては８×１０
−１３ａｔｍとなる。このため上式から算出される起電
力は、標準極５内部の温度が低いときは見掛上高くなり
、最高値に達した後標準極５の内部温度が溶鋼４の温度
に達するまで起電力が漸次低下していく。したがつて袋
管状センサ素子内部の標準物質の温度が如何に速く溶鋼
４の温度に到達し得るかによつてセンサの応答時間が決
められる。この事からジルコニア固体電解質の熱伝達を
如何に速くするかが、センサ機能上極めて重要な課題で
ある。一方ジルコニア固体電解質は溶鋼４に対してぬれ
性が悪く、このため浸漬時に溶鋼４とジルコニア固体電
解質からなる袋管状センサ素子との間に断熱層が生じ熱
伝達に遅れがでることから熱平衡に達するのに時間を要
するようになる。
本発明はかかる欠点に鑑みてなされたものであり、その
内容とするところはジルコニア固体電解質のぬれ性を改
良して熱伝達を早め、応答速度の改良された溶鋼用酸素
センサを提供することにある。
内容とするところはジルコニア固体電解質のぬれ性を改
良して熱伝達を早め、応答速度の改良された溶鋼用酸素
センサを提供することにある。
本発明者らは浸漬時に溶鋼とジルコニア固体電解質から
なる袋管状センサ素子との間に断熱層が生じる現象につ
いて種々検討した結果、袋管状センサ素子の外表面に金
属粉体と有機結合剤との混合物を塗布することにより溶
鋼に対してぬれ性が良く、かつ溶鋼と袋管状センサ素子
すなわちジルコニア固体電解質の間に断熱層が生じない
ことを見出した。
なる袋管状センサ素子との間に断熱層が生じる現象につ
いて種々検討した結果、袋管状センサ素子の外表面に金
属粉体と有機結合剤との混合物を塗布することにより溶
鋼に対してぬれ性が良く、かつ溶鋼と袋管状センサ素子
すなわちジルコニア固体電解質の間に断熱層が生じない
ことを見出した。
本発明はズルコニア固体電解質を用いた溶鋼用酸素セン
サにおいて、ジルコニア固体電解質の外表面に金属粉体
１００重量部および有機結合剤３〜３０重量からなる混
合物を塗布してなる溶鋼用酸素センサに関する。
サにおいて、ジルコニア固体電解質の外表面に金属粉体
１００重量部および有機結合剤３〜３０重量からなる混
合物を塗布してなる溶鋼用酸素センサに関する。
本発明において金属粉体にはＦｉ，Ｎｌ，ＣＯ等の粉体
が使用され、溶鋼にぬれ易く、しかも浸漬時に燃焼、分
解等により酸素等の発生しない物質が望ましい。
が使用され、溶鋼にぬれ易く、しかも浸漬時に燃焼、分
解等により酸素等の発生しない物質が望ましい。
また有機結合剤は接着度が強く、しかも溶鋼中に浸漬し
た際すみやかに分解するものが望ましくアクリル樹脂、
ブチラール樹脂等が使用される。金属粉体と有機結合剤
との配合割合は金属粉体１００重量部に対し有機結合剤
３〜３０重量部とされる。
た際すみやかに分解するものが望ましくアクリル樹脂、
ブチラール樹脂等が使用される。金属粉体と有機結合剤
との配合割合は金属粉体１００重量部に対し有機結合剤
３〜３０重量部とされる。
有機結合剤が３０重量部を越えると溶鋼中に浸漬した際
に熱分解により炭素分が多量に生じ、特に溶存酸素量が
低い溶鋼での測定に悪影響を与える。３重量部未満の場
合は接着強度が不十分で本発明の効果が得られない。
に熱分解により炭素分が多量に生じ、特に溶存酸素量が
低い溶鋼での測定に悪影響を与える。３重量部未満の場
合は接着強度が不十分で本発明の効果が得られない。
金属粉体と有機結合剤の被膜は酸素の移動を阻止するも
のであつてはならず、しかもジルコニア固体電解質の表
面に十分な強度で接着していなければならない。
のであつてはならず、しかもジルコニア固体電解質の表
面に十分な強度で接着していなければならない。
接着強度が不十分であると溶鋼中に浸漬した際に機械的
衝撃、ジルコニア固体電解質との熱膨張の違い等により
被膜がはがれ、効果がなくなる。被膜の塗布方法はデイ
ツプ、スプレー蒸着等の方法で塗布することが望ましい
。さらに膜厚は、溶鋼投入時の瞬時のぬれ性に寄与すれ
ば良いことから１００μｍ以下で十分である。以下実施
例および比較例により本発明を説明する。十分に耐熱衝
撃性を具備したジルコニア固体電解質を用い、６ｍＳ（
Ｐ）Ｘ４７７！Ｓ（Ｐ）Ｘ３５龍の円筒の一端を半球状
に封じて袋管状センサ素子を製作する。
衝撃、ジルコニア固体電解質との熱膨張の違い等により
被膜がはがれ、効果がなくなる。被膜の塗布方法はデイ
ツプ、スプレー蒸着等の方法で塗布することが望ましい
。さらに膜厚は、溶鋼投入時の瞬時のぬれ性に寄与すれ
ば良いことから１００μｍ以下で十分である。以下実施
例および比較例により本発明を説明する。十分に耐熱衝
撃性を具備したジルコニア固体電解質を用い、６ｍＳ（
Ｐ）Ｘ４７７！Ｓ（Ｐ）Ｘ３５龍の円筒の一端を半球状
に封じて袋管状センサ素子を製作する。
一方鉄粉１００重量部に対しアクリル樹脂（日立化成工
業ＫＫ製、商標名ヒタロイド）を２，５Ｊ５，２５およ
び３５重量部秤量し、さらに少量の酢酸ブチルを加えて
ボールミルで十分混合し、粘稠な被覆材を調整する。次
にこの被覆材を前記の袋管状センサ素子の外表面にスプ
レー蒸着法により５０Ｐｍの厚みに塗布する。その後こ
の袋管状センサ素子内部に標準極物質として金属クロム
：酸化クロムを重量比で８：２に混合した粉体を振動を
与えながら充填して酸素濃淡電池を構成する。このよう
にして溶存酸素量を約３００ｐｐｍに調整した１６００
℃の溶鋼中に浸漬して起電力を測定した。結果は第４図
に示す通りである。なお第４図においてイはアクリル樹
脂を２重量部添加したもの、口，ハ，二およびホはアク
リル樹脂をそれぞれ５，１０，２０および３０重量部添
加したものを不す。このうち口，ハおよび二は本発明の
実施例を示すもので、イおよびホは比較例を示すもので
ある。第４図から明らかなように口，ハおよび二のもの
は応答時間が短くなることが示されるが、有機結合剤の
少ないイのものは第３図に示す従来例のものより応答時
間は短くなつたがまだ満足すべく値ではなくしかも浸漬
後に被膜の一部が剥離した。また有機結合剤の多いホの
ものは応答時間は短いが平衡起電力が他の場合よりも低
目に測定された。ジルコニア固体電解質の外表面に金属
粉体１００重量部および有機結合剤３〜３０重量部から
なる混合物を塗布すると、溶鋼とのぬれ性が改善され、
異常ピークが小さくなり、起電力波形が速く平衡に達す
るようになり、必然的に応答時間を短くすることができ
る。
業ＫＫ製、商標名ヒタロイド）を２，５Ｊ５，２５およ
び３５重量部秤量し、さらに少量の酢酸ブチルを加えて
ボールミルで十分混合し、粘稠な被覆材を調整する。次
にこの被覆材を前記の袋管状センサ素子の外表面にスプ
レー蒸着法により５０Ｐｍの厚みに塗布する。その後こ
の袋管状センサ素子内部に標準極物質として金属クロム
：酸化クロムを重量比で８：２に混合した粉体を振動を
与えながら充填して酸素濃淡電池を構成する。このよう
にして溶存酸素量を約３００ｐｐｍに調整した１６００
℃の溶鋼中に浸漬して起電力を測定した。結果は第４図
に示す通りである。なお第４図においてイはアクリル樹
脂を２重量部添加したもの、口，ハ，二およびホはアク
リル樹脂をそれぞれ５，１０，２０および３０重量部添
加したものを不す。このうち口，ハおよび二は本発明の
実施例を示すもので、イおよびホは比較例を示すもので
ある。第４図から明らかなように口，ハおよび二のもの
は応答時間が短くなることが示されるが、有機結合剤の
少ないイのものは第３図に示す従来例のものより応答時
間は短くなつたがまだ満足すべく値ではなくしかも浸漬
後に被膜の一部が剥離した。また有機結合剤の多いホの
ものは応答時間は短いが平衡起電力が他の場合よりも低
目に測定された。ジルコニア固体電解質の外表面に金属
粉体１００重量部および有機結合剤３〜３０重量部から
なる混合物を塗布すると、溶鋼とのぬれ性が改善され、
異常ピークが小さくなり、起電力波形が速く平衡に達す
るようになり、必然的に応答時間を短くすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図のａは絶縁管端にジルコニア固体電解質を融着し
たチツプ状センサ素子の正面図および底面図、ｂはジル
コニア固体電解質で袋管を形成した袋管状センサ素子の
正面図および底面図、第２図は袋管状センサ素子を用い
た酸素濃淡電池の構成図、第３図は従来の起電力と時間
の関係を示すグラフ、第４図は実施例と比較例の起電力
と時間の関係を示すグラフである。 符号の説明、１・・・・・・絶縁管、２・・・・・・ジ
ルコニア固体電解質、３・・・・・・袋管、４・・・・
・・溶鋼、５・・・・・・標準極。
たチツプ状センサ素子の正面図および底面図、ｂはジル
コニア固体電解質で袋管を形成した袋管状センサ素子の
正面図および底面図、第２図は袋管状センサ素子を用い
た酸素濃淡電池の構成図、第３図は従来の起電力と時間
の関係を示すグラフ、第４図は実施例と比較例の起電力
と時間の関係を示すグラフである。 符号の説明、１・・・・・・絶縁管、２・・・・・・ジ
ルコニア固体電解質、３・・・・・・袋管、４・・・・
・・溶鋼、５・・・・・・標準極。
Claims (1)
- １ ジルコニア固体電解質を用いた溶鋼用酸素センサに
おいて、ジルコニア固体電解質の外表面に金属粉体１０
０重量部および有機結合剤３〜３０重量部からなる混合
物を塗布してなる溶鋼用酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54171628A JPS5944580B2 (ja) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | 溶鋼用酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54171628A JPS5944580B2 (ja) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | 溶鋼用酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5692450A JPS5692450A (en) | 1981-07-27 |
| JPS5944580B2 true JPS5944580B2 (ja) | 1984-10-30 |
Family
ID=15926699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54171628A Expired JPS5944580B2 (ja) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | 溶鋼用酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5944580B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61235118A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-20 | Isamu Yamakawa | 成形物選別装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002305849A (ja) * | 2000-12-08 | 2002-10-18 | Toyota Motor Corp | 電動機およびその相コイルの結線方法並びに電動機用コイル、巻線束形成方法 |
| DE10255282B4 (de) * | 2002-11-26 | 2005-07-14 | Specialty Minerals Michigan Inc., Bingham Farms | Sonde zur Ermittlung der Sauerstoffaktivität von Metallschmelzen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
-
1979
- 1979-12-26 JP JP54171628A patent/JPS5944580B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61235118A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-20 | Isamu Yamakawa | 成形物選別装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5692450A (en) | 1981-07-27 |
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