JPS62103556A - 溶融金属中の含有元素量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融金属中の含有元素量測定装置に関し、更に
詳しくは溶融金属中の含有元素量の分析をプローブを浸
漬保持するだけで、短時間且つ正確におこなうことがで
きる装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば製鋼工程においては、溶鋼中のマンガン、硅素、
炭素５硫黄，リンなどの元素含有量を正確かつ迅速に検
出、測定することは、これらの元素を除去する精錬工程
や、あるいはそれらの量を一定量に保つために、添加を
行なったりする工程においては極めて重要な関心事であ
り、この作業を効率良くおこなうことは製鋼工程全体の
短縮化、低コスト化のためには必須条件である。

そしてこれら溶融金属中に含まれる元素量を測定する方
法としては、プローブ先端に固体電解質を用いた酸素セ
ンサを装着しておこなう酸素濃度測定法や、転炉にサブ
ランスを浸漬して溶鋼を採取した後、採取した溶鋼の凝
固温度を測定しておこなう炭素量測定法などが知られて
いる。

また、硅素量測定方法としては、装置本体の先端部に外
部に開口した空所を設け、該空所内に２つの電極を設け
るとともに一方の電極には該電極が他方の電極に対して
温度差を生じるよう降温手段を関係づけ、これら両電極
間に発生する熱起電力を測定することにより溶銑中の硅
素量を測定する熱起電力法が本出願人により出願されて
いる。

しかし、この熱起電力法による測定は溶銑中の硅素量測
定のみに限られていた。これは溶銑中に温度差を与えて
浸漬した一対の電極間に発生する熱起電力値は、硅素の
含有量によりほぼ決定され、他の元素の存在が熱起電力
値にあたえる影響は相対的に小さいため無視してもさし
つかえないことによるが、これに対し一般的な溶融金属
中の元素量の測定をなす場合には、両電極間に発生する
熱起電力値は複数種の元素による影響が複合化するため
、目的とするもの以外の元素の影響力を排除できなかっ
た。

したがって、たとえば溶鋼中のマンガン量を測定して製
鋼過程で添加するフェロマンガンやマンガン鉱石の量を
制御する工程等には、この熱起電力法がもちいられたこ
とはなく、特にマンガン含有量などの微量元素の測定に
おいては従来どおりの溶鋼試料を採取、冷却して行う物
理的あるいは化学的な分析手法が路盤されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、溶融金属中の含有元素量の測定を上記の
ような分析手法に依存していたのでは、分析に時間を要
するばかりでなく、その間溶融金属の状態は時々刻々変
化するので正確な測定ができず、たとえば溶融金属中の
マンガン量の制御などをするときには適切なフェロマン
ガン及びマンガン鉱石の添加量が決定できないため、製
鋼作業全体を時間的にも経済的にも効率の悪いものとし
ていた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこのような問題点を解決せんとしてなされたも
ので、同出願人による先出願の溶銑中の硅素量測定装置
で開示した原理を応用して溶融金属中の含有元素量の測
定をも可能とした測定装置を提供せんとするものである
。

溶融鉄合金中に温度差を与えた一対の電極を配置した場
合、両電極間に発生する熱起電力値の大きさは、硅素、
マンガン、炭素、リン、硫黄などのＩｊｆｆｉ元素中、
硅素の含有量に多く依存することが知られている。その
原理を用いたものが前記零′　出願人による先願に係る
発明であったが、硅素以外の上記ｉｔ元素の含有量によ
っても熱起電力は変化し、その変化量は硅素はどではな
いにしても充分測定可能な範囲にある。また、この変化
は溶融鉄合金に限定されず、他の溶融金属においても発
生することも、認識されている。

すなわち本発明は、たとえば硅素による熱起電力への影
響がほとんどない場合や、あるいはその影響の度合が計
測されている溶融金属中の含有元素量を測定しようとす
るもので、硅素など測定対象外の元素の熱起電力への影
響が既知である場合に本装置の使用を限定するものであ
り、例えば製鋼工程における予備処理を施した溶銑では
転炉工程以降で使用され、また普通銑、脱硫黄銑の場合
は転炉脱珪後、すなわち吹錬末期及び吹止、そして転炉
工程以降であって硅素がほとんどな（、その量が変化し
ない局面で使用されるもので、事前に凝固温度測定法な
どにより炭素量を測定したりして他の含有元素の影響を
排除しておくことを条件とするものである。

本発明による溶融金属中の含有元素測定装置は、他成分
が変化しないかぎり、あるいは、その変化量が確認でき
ている限りにおいて、残る一成分の変化を測定するため
のもので、この条件が満足されれば、溶銑、溶鋼に限ら
ず、合金鉄中の含有元素量測定にも使用できるものであ
り、測定対象たる元素もマンガン、硅素、リン、炭素、
硫黄など広範囲な元素をその対象とすることができる。

そして、このような各種溶融金属中の含有元素量の測定
をより正確になすために、本装置の外装形状や電極配置
位置などはそれぞれの溶融金属に対し最適となるよう工
夫されることがのぞましい。

上記のような着想にもとづいて本発明はなされたもので
、その要旨とするところは、先端が装置外部に開口した
空所を形成して、溶融金属の導入手段となし、該空所内
の溶融金属に浸漬する位置には少なくとも２つの電極を
離間して設け、一方の電極には他方の電極に対し温度差
を生じさせるよう降温手段を関係づけ、両電極間に発生
する熱起電力を測定することにより、溶融金属中の含有
元素量を測定することを特徴とする点にある。

〔実施例〕

次ぎに本発明の詳細を添付図面に示した実施例により説
明する。

第１図に示すものは、本発明にかかる溶融金属中の含有
元素量測定装置の一実施例であり、紙管・耐火材等で形
成される外装管２の先端部内部に耐熱セメント４等によ
り冷却能力を有する空所形成部材３を固定して溶融金属
の導入される空所８を形成している。

空所形成部材３は、図中で示す如く全体として、例えば
筒状部材で、耐熱性材料、例えば鉄、銅やセラミックを
、そのままで又はこれら材料のうちで、例えば銅や鉄の
如きものではその表面に無機耐熱材をコーティングした
もの等によって作成され、且つ部材の基端部には、冷却
手段５として該空所形成部材３の肉厚を厚くし先端側は
装置外部へ開口６している。この間口６のあり方は、プ
ローブ先端に、例えばセラミック等によって作成された
円筒状流入管７が設けられ、この流入管７がら空所形成
部材３の開口６を通じて空所８と外部とを連通させ外部
からの溶融金属の導入を可能としている。この間口６は
、空所形成部材３の内部空間８をやや縮径した状態で形
成し、もって流入管７から流入した溶融金属が開口６を
通じて空所８内部に導入された後、本測定装置１を溶融
金属から引上げた時に開口６から溶融金属が外部へ流出
しないように、この部分での凝固を迅速にさせている。

図中９は、低温側に位置する電極で、１０は高温側に位
置する電極である。両電極９，１０におけるそれぞれの
位置は、一方を低温側に配すれば、他方の位置は種々の
場所に設定される。なお、１１は流入管に外嵌した鉄な
どによるキャップで、溶融金属中へ浸漬してスラグ通過
後には溶失するようその厚みを設定している。１２は前
記電極９．１０を固定するための基部で、該基部１２に
は通気機能を、通気孔を設けたり通気材料を用いて与え
るものであり又、該基部１２を通じて両電極９．１０か
らのリード線が装置中のコネクタ１３方向へ導出されて
いる。

このようにして構成される本装置は次のようにしてもち
いられる。外装管２を適宜機構で把持して本装置を目的
とする溶融金属中に浸漬すると、先端のキャップ１１が
まず溶失して、流入管７から溶融金属が流入し、且つ空
所形成部材３の開口６から空所８内に流入して空所８を
満たすものである。この状態で流入した溶融金属は冷却
手段５並びに空所形成部材３で冷却され、低温側電極９
に速やかな低温を与え、高温側電極１０には、流入した
状態の溶融金属に対し高温状態から低温状態へ低温側電
極９よりもより遅い冷却がなされて低温側よりも高い温
度が与えられるものである。そしてこの状態は、常に溶
融金属中に浸漬した状態においてもできるが、空所８内
に溶融金属が充満すればこれを引きあげることにより、
溶融金属において採取した溶融金属中における低温側電
極９と高温側電極１０における熱起電力の測定を可能と
するものである。

溶融金属から取り出した状態における両電極９゜１０に
対する温度差の付与、とりわけ低温側電極９に対する低
温の与えと且つその維持は、熱容量大なる溶融金属から
既に縁を切っているので確実且つ迅速に溶融金属におけ
る低温状態を低温側電極９へ与えることができるのであ
る。

又、空所内に導入された溶融金属は空所内径より縮径し
た開口６によって、その流出が抑止されるとともに開口
６部分で速やかに凝固するので、溶融金属中へ本装置を
浸漬後即座に引きあげても流入した溶融金属が空所８か
ら外部へもれる恐れはないのである。

又、高温側電極１０と開口６との間に大きな空間を設け
ているのは、この空間に試料採取容器としての機能をも
たすためで、こうすることにより空所８内に導入した溶
融金属が凝固した後、取り出せば物理的に、化学的分析
に供するサンプラーとしてもちいることができる。

第２図は、第１図で示した第１実施例の他の変更実施例
である。この例で示される如くプローブ先端に耐熱性流
入管７を耐熱セメント等の保持部材で立設し開口６を形
成し、内部には空所形成部材３を設け、該部材３の内部
に前記流入管７と連通ずるプローブの長さ方向に設けた
空所８を形成し、もって流入管７内と空所形成部材３内
の空間を全体として空所８とし、空所形成部材３内を構
成する金属、セラミック、セメント等の冷却能力のある
材料が冷却手段５そのものを構成して、流入した溶融金
属に対し一方の電極９付近をとくに冷却させ、他方の電
極１０は、導入される溶融金属により近い、即ち開口６
側に近いという位置の差でもって温度差が与えられるも
のである。各電極９．１０は、シェルモールドや通気孔
を設けたセメントで作成されたハウジング１４に立設固
定され、ハウジング１４背後のコネクターからリード線
を導出して熱起電力を測定するための装置に連結される
。なお、本実施例では測温用熱電対１５．１５の温接点
に熱起電力測定用の低温側電極９と高温側電極１０とし
ての機能をもたすことにより、両電極９．１０の温度測
定をなして、高精度な測定を可能としている。図示した
ものでは各熱電対から導出されたリード線は３線となっ
ているが、それぞれの熱電対のリード線のうち同極どう
しを電極用のリード線と兼用して第３図から第１０図に
示すように２線構造となすこともできる。

第１２図に示したものは、この熱電対温接点近傍の構造
を具体的に示したものであり、絶縁管３０の内部に二つ
の平行貫通孔２８．２８を形成し、該貫通孔内に例えば
クロメル・アルメル素線を材料とした熱電対案￥ａ２７
．２７を導入し、画素線２７．２７の先端を図例の如く
溶融、固着して温接点２６を形成している。そしてこの
温接点２６は一部又は全部を露出した状態で例えば耐熱
絶縁手段２９で、素線２７゜２７とともに保持されてい
るが、この耐熱絶縁手段２９としては図示したように耐
熱セメントでマウントを形成する以外にも耐熱セメント
で熱電対素線２７、２７を被覆する方法などが適宜採用
されうるものである。そしてこのようにすれば、測温と
含有元素量の確定のための熱起電力の測定が同位置で可
能となるので、より高精度な含有元素量の測定ができる
ものである。

この第２図に示した実施例の装置を溶融金属中に浸漬す
れば、流入管７から溶融金属が流入し、内部の空所８に
溶融金属が充満する。この状態で空所形成部材３が肉厚
状態であるため、且つその使用される材料が金属、セラ
ミック、セメント等の冷却能力のあるものを使用してい
る結果、冷却手段５をもかねるので、流入された溶融金
属は即座に冷却され、この空所８内に保持されることに
なる。この状態で溶融金属から引上げれば溶融金属は空
所８内で両電極に温度差をあたえた状態で冷却され、両
電極間には熱起電力が発生する。本実施例では熱起電力
を測定すると同時に両電極の温度測定もなしえるので、
両電極間の温度差に変動があっても補正することができ
るものである。

尚、空所形成部材３の形状は前述のものに限定する必要
はな（、低温側の電極の冷却が有効になされるよう、開
口部６を縮径したり、低温側電極９の位置する部分の肉
厚を増すことなど適宜採用されるものである。

第３図〜第５図は、先の各実施例が装置先端側に開口６
部分を配したものであったのに対して、装置側方に開口
６を設は溶融金属試料流入口とし、内部の空所８に低温
側電極９と高温側電極１０を配した例であり、低温側電
極９及び高温側電極１０は両電極間に温度差があられれ
るような関係で配置されるものであり、図示したように
種々の場合が考えられる。

また、第６図として示したものは、先の実施例と他の各
種機能を組合わせた例で、装置先端部に溶融金属測温用
熱電対１８、酸素濃淡電池１９及び酸素濃淡電池用溶融
金属側電極２０を耐火セメント等に埋設して設けたもの
であり、酸素濃淡電池用溶融金属測温用熱電対１８によ
り溶融金属の測温を行なうとともに、酸素濃淡電池Ｉ９
およびその酸素濃淡電池用溶融金属側電極２０により測
成を行なうことができる。また、溶鋼中で本装置を用い
る場合は、高温側電極１０の測温用熱電対１５を用いて
、空所８に導入した溶鋼の凝固曲線をレコーダなどで得
ることにより、従来行なわれている炭素量の測定も同時
に行なうことが可能となり、例えば熱起電力法によるマ
ンガン量測定において炭素量の影響が無視できないとき
などで、炭素量の測定が不可欠のときは一度の測定でマ
ンガン量算出のためのデーターが得られるので製鋼工程
の制御がより効率的になるものである。また、転炉吹錬
末期あるいは吹止後の０．１％以下の低炭素鋼において
本装置を用いる場合には、マンガン量測定用の熱起電力
に及ぼす炭素量の影曾は非常に小さいため、正確なマン
ガン量測定ができるのであり、また逆に炭素量の測定の
ときには、そのマンガン量測定値を用いることにより溶
鋼の凝固曲線へのマンガン量の影響を除くことができる
ので、より正確な炭素量の測定が可能となるのである。

更に、測定終了後本装置を回収し、空所８に凝固した試
料をカットすれば分光発光分析用の試料として用いるこ
とも可能となる。

第７図に示したものは、装置内部に炭素測定用の空所２
１を別に設け、該空所底部には凝固温度測定用熱電対２
２を配置して溶融合金鉄中の炭素量も正確に測定せんと
するもので、この場合、図示したように該空所２１には
適宜鉄やセラミックで形成されたワッシャ等を内嵌する
などして縮径部２３を形成すれば、該空所２１内に流入
する溶融合金鉄の速度を適宜調整して炭素量測定に適し
た凝固曲線を得ることが可能となるものである。

第８図に示すものは、前記した装置に別に分光発光分析
用の試料採取容器２４を付加したものである。第３図〜
第７図に示した装置においても各空所を試料採取容器と
して使用することは可能であるが、本図に示したように
試料採取容器を別に設ければ、採取試料が理想的な状態
となるよう試料採取容器の構造を設定することができて
より好ましいものである。

第９図は、第７図で示した装置の先端部に溶融金属測温
用熱電対１８埋設して、前記測定以外に溶融金属の測温
も同時に可能とした実施例である。

また第１０図は溶融金属測温用熱雷対の代わりに熱電対
併設型の酸素濃淡電池２５を埋設した例であり、上記測
定にくわえて酸素濃度の測定をも可能とした例である。

これら第９図、第１０図に示す実施例においても試料採
取容器を適宜設けることができるのは言うまでもなく、
また前述した各実施例において、マンガン量測定用空所
８、炭素量測定用空所２１及び試料採取容器２４の配置
の上下関係を入れ換えることもさまたげるものではない
。

また第１１図で示すように第１図で示した装置に炭素測
定用空所２１及び試料採取容器２４を適宜組み合わして
もよ（、さらには図示しない溶融金属測温用熱電対、酸
素濃淡電池を組み合わしても有用な装置を構成すること
ができるものである。

このように、本発明にかかる溶融金属中の含有元素量測
定装置によれば溶鋼中のマンガン、硅素。

炭素、硫黄、リンなどの含有量はもちろんのこと、本装
置の外装形状や電極配置位置などを適宜工夫すれば、一
般溶融金属中のこれら元素の含有量の測定も迅速且つ正
確になすことができるものである。

（発明の効果〕 本発明によれば溶融金属中の含有元素量の測定が、本装
置を目的とする溶融金属中に浸漬するだけで簡単になし
得るので、従来のように採取容器で試料を採取する必要
がなく、分析に要する時間を大幅に短縮できるものであ
り、したがって時々刻々変化する溶融金属の状態が正確
に把握できるものである。特に本発明を吹錬後、あるい
は吹錬途中の転炉内の溶鋼分析に用いた場合には、溶鋼
中のマンガンの含有量が短時間で正確に測定できるので
、フェロマンガン及びマンガン鉱石の添加量を効率的に
調節でき、ダイナミックコントロールにより製品の安定
化がはかれるとともに、フ工ロマンガン及びマンガン鉱
石の歩留まりの向上がのぞめるものである。また、本発
明を取鍋中の溶鋼に用いた場合には、溶鋼中の硅素含有
量が正確に測定できて、フェロシリコンの添加量を適切
と゛なすことができるので経済性の向上がはかれるもの
である。更に、本発明は溶鋼ばかりでなく合金鉄中の含
有元素量の測定も可能であるので、例えば上記添加材た
るフェロマンガンやフェロシリコンの製造においても利
用できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の各実施例を示すもので、第１図、第２図
は本発明の実施例断面説明図、第３図〜第５図は開口を
装置側方に設けた状態の他の実施例説明図、第６図〜第
１１図は熱起電力法による含有元素量測定法に他の測定
手段を複合化した装置の実施例説明図、第１２図は熱電
対温接点と熱起電力測定用の電極とを兼用した場合の温
・接点の具体的構造を示す説明図、第１３図は熱電対温
接点と熱起電力測定用の電極とを兼用した場合の結線状
態を示す説明図である。 ｌ：硅素量測定装置、２：外装管、 ３：空所形成部材、　４：セメント、 ５：冷却手段、　　　６：開　口、 ７：流入管、　　　　８：空　所、 ９：低温側電極、　　１０：高温側電極、１１：キャッ
プ、　　　１２；基　部、１３：コネクタ、　　　１４
：ハウジング、１５：測温用熱電対、　１８：溶融金属
測温用熱電対、１９：酸素濃淡電池、 ２０：酸素濃淡電池用溶融金属側電極、２１：空所、　
　　　　２２：凝固温度測定用熱電対、２３：縮径部、
　　　　２４：試料採取容器、２５：酸素濃淡電池、　
２６．２６’　：温接点、２７；素線、　　　　　２８
：貫通孔、２９：絶縁手段　・　　３０：絶縁管。 特許出願人　山里エレクトロナイト株式会社第３図　　
　第４図 第５図　　　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）先端が装置外部に開口した空所を形成して、溶融金
   属の導入手段となし、該空所内の溶融金属に浸漬する位
   置には少なくとも２つの電極を離間して設け、一方の電
   極には他方の電極に対し温度差を生じさせるよう降温手
   段を関係づけ、両電極間に発生する熱起電力を測定する
   ことにより、溶融金属中の含有元素量を決定する溶融金
   属中の含有元素量測定装置。 ２）測定する溶融金属中の含有元素がマンガンであるこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の溶融金
   属中の含有元素量測定装置。 ３）空所内に耐熱絶縁手段で素線部分を被覆し、温接点
   を表面に露出させてなる熱電対を少なくとも２個間隔を
   あけて配置し、一方の熱電対温接点に対し他方の熱電対
   温接点に温度差を生じさせるべく降温手段を関係づけ、
   これら両熱電対温接点を熱起電力測定用の電極と兼用す
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の溶融金属中の含有元素量測定装置。