JPS62289757A - 溶融金属浴用浸漬型酸素センサ− - 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 本発明は金属中ｖｃｇ解享れた酸素の測定のために浴融
金属浴中に浸漬されうる消耗型浸漬酵素センサー、とり
わけ溶融鉄又は溶鋼用酸素センサーに関する。

従来の技術 鋼の精製の際４（ｌ融金属中に′ζ解セル及び温度検知
装置を浸漬して鉄及び鋼中に溶解し定酸素を測定するこ
とは以前より製鋼会社等により実施されている。こｎら
の酸素センサーが周込られる方法では、真正の出力信号
を提供するｔめ、センサーに破損を生ずる諸問題の解決
が、か＼るＵ！ｉ３４の原因を仮定することに基づかね
ばならない。

具体的な酸素センサーの一例としてＦ′ｉ特開昭５ｒ−
ｉ３りｏｂｏ号を挙げることができる。この酸素センサ
ーは「−万端部が密封状で他方４部が開放状のカルシウ
ム安定比ｊ比ジルコニウム製鞘、■鞘の前記密封端部内
に約３．ハｍｊ０多くなく占める少量の酸素基壇材料、
前記少量の酸素基壇材料から鞘を通して延在しかっ核部
の開放端部外に延在する導電装置、該部内空間から実質
的にすべての空気？排除するため該部内の開放空間に充
積する該部内の充填材及び該部内の前記充填材を保持す
るため核部の開放端部に施されｔ密封部材」とから構成
されている。

発明が解決しようとする問題点 長年に亘り酸素センサーからの読みの信頼度における多
くの改良がなされて−るが、溶融金属浴、特に２〜Ｊ　
ｐｌ）ｍの低レベルの酸素を有する鉄又は鋼にセンサー
が用いられる場合、センサーの浸漬による酸素センサー
からの出力信号の当初のオーバーシュート（ｏｖｅｒａ
ｈｏｏｔ）の問題が引続いて残っている。ｋに、マグネ
シウム安定比ｅｌ（ヒジルコニウム電解質と組み合わ享
れた熱衝撃の問題には多くの注意が必要でかつ裡々の解
決手段が提案されているが、熱衝撃の始果による固体電
解質の破壊により真正の出力信号全土ずるためには該セ
ンサーの破損の問題が依然として残っている。

問題点を解決する定めの手段 本発明は溶融金属浴、とりわけ溶鋼浴の溶解酸素の測定
用消耗型酸素センサーを目的とするものであり、この装
ａは下記の構成からなる測定用カートリッジからなって
いる：即ち、 ７１秒の浸漬時間中溶鋼温度に耐え得る、熱絶縁材料の
剛性管の端部に通常密封状に取り付けである。

このカートリッジは円筒状本体の一端面から突出した酸
素測定用２ｇセルを有する円筒状本体及び該本体の対向
端部に形放された１気接点部材を有する。固体電解質の
管内に基準極物質を有する′社解セルは該本体の端面を
こえて突出する該セルを該本体の端面の開口部内に配設
しかつ通常付火性接着剤により固着しである。

添付図面は本発明の一具体例を示す部分縦ｌｆｒ面図で
ある。

添付図面には、本体ｌλとテール部材ｌμとからなる浸
漬用ａ素センサーカートリッジが図示しである。この本
体／−１とテール部材ｌＩＡは一体構造でもよく、又は
図示の如く接着剤又は機械的係合又はその双方の何れか
により一体ＶＣ結合される２個の別々の部材としてもよ
い。テール部材１４Ｌには３個１組の電気接点群／Ａ、
／ｒ及びコ０が係止かつ取り付けてあり、カートリッジ
１０に電気信号接続を提供してＡる。このテール部材／
ｌは例えばナイロン又はポリスチレンの如き弾性材料で
構成することが好ましｂｏこの材料の弾性は各接点／ｌ
、、／Ｉｒ及び２０がマニプレータ（図示せず）の対応
する各接点と良好な電気的接続をし７、かつまｔ十分な
摩擦力を提供して、該カートリッジとマニプレータを使
用中筒単に分離しないことを保証する。

本体１２の頂面には溶解酸素センサーを構成する種々の
部材の基端部を配設しかつ係止する窒所又は開口部−２
１が設けである。マグネシウム安定化酸ｆヒジルコニウ
ムの一端閉管２ａの密封端部を本体ｌλの頂面を超えて
突出する前記一端閉管２μの開放端部を前記開口部２２
中に挿入する。

マグネシウム安定ｆヒ酸化ジルコ−ニウムの一端閉管２
μは酸素電気化学電池の固体電解質である。該一端閉管
２μの密封端部には、好１しくに粉末状である、酸素基
準極物質が収容しである。この酸素基準極物質２Ａと一
端閉管２μ間には、該一端間′ぎλμの内方封入表面に
接して前記酸素基単極物質２Ａｆ保持するｔめの不活性
充填材として、一定量のＡ１２０６粉末コアが配設しで
ある。このＡ＃２０６粉末２７は一端閉管２μの開口部
内にエポギシ接着剤により一端閉管２４４内に保持され
て込る。

固体電解質１４！の基應極側に電気的接続を提供するた
めに、好ましくはモリブデン線材の電導体２ｇが一端閉
管２１Ａの開放端部を通してかつ該基嘔極物質２６中に
延在しである。電気接点／Ａは通常好適な導体（図示せ
ず）により電導体２ｇの端部に接続しである。

溶融金属浴中に酸素センサーカートリッジ１０の浸漬に
よって、酸素電気１ヒ学電池が完反される。

この溶融金属浴は固体電解質の金属浴側に不知の酸素レ
ベルを形尻し、既知の基準酸素レベルを該固体電解質の
内側に生既する。固体電解質の金属浴側に電気的接続を
提供する之めに、鋼製リング状の電導体３０が開口部λ
コの面に配設しである。

別法として突出したモリブデン棒状体ともしうるこの１
ＪＬ尋体３Ｑは４体（図示せず）により電気接点２Ｑに
接続しである。図示の如く、空所又は開口部２２の壁は
、１）ング状導体３０を本体１２の頂面を超えて突出す
ることを保証するために、肩部２３を備えている。従っ
て、溶融金属浴中にカートリッジＩＯの浸漬により、電
気的信号が接点１６と２Ｑ間に生放され、溶融金属浴と
基準電極における酸素レベルの差と該金属浴の温度が測
定される。

溶融金属浴中の酸素測定の几めに、該金属浴の温度測定
が必要である。従って、通常の実施では一般に、熱電対
型式の浴温測定部材を浸漬式酸素センサー・カートリッ
ジに包含している。従って、図示のカート１）ツジは石
英又は類似材料製で、好ましくはＰｔ：Ｐｔ、／　０４
０ジウムの熱電対接点を配設した、Ｕ字形管３２を具備
することが図示しである。この熱電対り−２は、接点ｌ
乙に接続された熱電対のＰｔｌ＋−？と接点７ｒに接続
され穴Ｐｔ。

ＩＯ％ロジウムリーＰを有する、接点１６及びｉｔに電
気的に接続されてｂる。

溶融金属浴中に通常の酸素センサーの浸漬により、チャ
ート記録装置に記録される如く、酸素の記録値はしばし
ば高レベルの表示＃Ｒ素値に急速に上昇し、ついで該金
属浴の酸素レベルの代表的な一定頃に減少するものであ
ることを、出願人は注目している。酸素レベルの好まし
くない当初のオーバーシュートの大部分は、！６％Ｃｒ
　、　Ｊ　４　Ｃｒ２Ｏ３゜７％ＮｉＯおよび４’　４
　Ｆｅからなる粉末混合物を用いることによる酸素基単
極物質２乙の組放を変化することにより排除しうろこと
を出願人は知見しｆｃ、。

ＮｉＯ及びＦｅの該基慈極物質への推力０は当初のオー
バーシュートの発生を減することをでよりタ素センサー
の応答を改良するが、該酸素センサーを、λ〜ｊ　ｐｐ
ｍの値の、低酸素濃度を有する金属中の酸素の測定に用
いた場合、継続する当初のオーバーシュートがあること
が出願人により注目され友。

一端閉管２４Ｌ、Ｕ字管３λ及び電導体３０の開口部λ
１への係止は耐火性接着剤の水スラリーを用い、ついで
カートリッジｉｏを加熱して硬化した接着剤から水分を
乾燥することによジ通常実施されている。この耐火性接
着剤の代りに開口部コλに各測定部材を係止するのに、
レジンコーテツ戸サンｔを用いると、低濃度の酸素測定
にこの酸素センサーを用いた場合でも当初のオーバーシ
ュートは最少とされることを出願人は知見した。促って
、図示の酸素センサーカートリッジＩＯはレジンコーテ
ツＰサン２３μで充填される開口部２２を有している。

低酸素濃度の金属中の酸素の測定における当初のオーバ
ーシュートは、耐火性接着剤から若干の残留水蒸気の遊
離を生ずる耐火性接着剤を有する普通のセンサーを用い
る時に発生するものと出願人は信じている。

レジンコーテツＰサンＰはその組底中に水を用いていな
いので、浸漬によりカートリッジから水蒸気の遊離のチ
ャンスはない。レジンサンｔは珪砂トフェノールホルム
アルデヒーバインダーとの混合物として当業者に周知の
ものである。

酸素センサーカートリッジ１０の製作に当り、レジンサ
ン２を開ロ部コλ内およびリング状電導体３０の外側に
現れる環状空間内に配設する。ついで該カートリッジを
焼立しレジンバインダーを櫛比させて開口部２２内に各
センサ一部材を係止する。

レジンコーテッｔサンＰの低熱伝導性と高熱容量（ｈｉ
ｇｈ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｍｍｍ５）のために、耐火性接
着剤に比べて、レジンコーテッρサン１′３！Ａの使用
のその他の利点は、マグネシウム安定化ｍ（ヒジルコニ
ウムｇ２μにおける長手方向の温度勾配が減少され、か
つカートリッジ１０が溶融金属中に浸漬これた時に前記
管が熱衝撃により破損される傾向が少ないことが認めら
九ｔ０ 前記管−２４Ｃの熱衝撃破損を更に減する定めに、端部
開放鋼管３６が該管−ｚ４ｃを包囲しかつ該管コμの閉
基端部、を超凡て延在しである。この鋼管３６は前記管
λμと接触しないような内径であり、前記管−Ｌμと鋼
管３６間に空隙を設ける。実際には、鋼の発錆の可能性
を避ける念めに、鋼管３６は耐食鋼製であり、逆に低濃
度における酸素の測定には好適としうる。

スラグが溶融金属表面上に通常存在する、工業的環境に
おける酸素の測定にカートリッジを用いるために、カー
トリッジの表面及び検知部材は、本体１２の表面にエポ
キシで固着され几鋼製キャップ３！及び紙製が好ましい
外側キャップ≠Ｑにより浸漬時にスラグから保護しであ
る。これらキャ７ｆＪＩ及び≠Ｏはスラグ層を通して浸
漬する際にカートリッジ１０の表面を保護し、該カート
リッジが溶融金属内にあり、酸素セル及び熱電対を溶融
金属にさらすと、急速に溶融し又は焼失する。

溶融金属浴に前記カートリッジを浸漬するために、該カ
ートリッジは溶融金属に浸漬し得かり熱絶縁性を有する
長い管４ｃｍ２の端部に係止しである。

代表的にはこの管ｔＡ４はカートボート製である。

溶融金属の低レベルの酸素の測定には、紙管ｇ２の如き
、すべてがシリカ含有区分及び可燃性区分で被覆するか
、又はより安定な酸化物区分又は核種、代表的にはＡ＃
２０３又はＭｇＯで代用寧れる。本体／２はその外周表
面上に多数の突条仏μを有する直径減少型円筒状伸縮部
を有する。エポキシ接着剤を本体／２の部分に塗布し、
紙管μ２と接触し、両者を図示のヌロ〈一体に配設する
。

長尺パイプを通し次＋）−ρ線を有する通常の長尺パイ
プ状のマニプレータ−上に組立て几紙管ｔＡ！及びカー
トリッジ１０を滑り込ませ、接点／４゜１ｇ及びコＯを
係合する接点部材を有する接続部材で接続する通常の方
法で行なう。酸素セルと熱電対により発生享れた電気的
信号はそれによってマニプレータ−を通して送信され、
前記溶融金属の温度及び酸素レベルを測定及び記録装置
に表示する。

本発明は上記具体例に限定されず、本発明の要旨内にお
ける変更、改変は勿論本発明に包含されるものである。

発明の効果 （１）本発明の酸素センサーはレジン・サント及び基ａ
、極匂物質変更により本体に固着されたｔ解質セルを得
ることができる。

（２）本発明は溶融金属浴中に浸漬することによる当初
のオーバーシュートの問題を排除することができる。

（３）浸漬時に生ずる熱衝撃による浸漬室酸素センサー
の破損を減することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一例を示す浸漬室酸素センサーの部
分縦断面図であり、図中： ｌＯ：カートリッジ、／２：本体、／４Ａ、：テール部
材、１４．ｉｔ及びコ０：接点、２２二開ロ部、２３＝
肩部、２ＩＡニ一端閉管、２６＝酸素基進、他物質、λ
Ｉ、３０：’Ｔｉｌ！導体、３コニＵ字管、３ＩＡ：レ
ジンコーテツ？サンー１３乙：鋼管、３ｔ：鋼製キャッ
プ、４ＬＯ：外側キャップ、μＪ二紙管、４ｃ≠：突条
。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融金属浴に浸漬することにより該金属浴にさら
   される外表面を有するジルコニア固体電解質、酸素分圧
   の基準レベルを提供するため前記固体電解質の内表面と
   接触するＣｒ、Ｃｒ＿２Ｏ＿３基準極物實、該基準極物
   質と電気的接触を提供する第１の電気導体及び浸漬に際
   し前記溶融金属と電気的に接触させてある第２の電気導
   体からなる溶融金属浴に浸漬して測定値の当初のオーバ
   ーシュートに対しより安定でかつより少ない作用をうけ
   つる、電気的出力を有する改良した浸漬型酸素センサー
   において、前記基準極物質にＮｉＯ及びＦｅを混合した
   ことを特徴とする浸漬型酸素センサー。
2. （２）本体の一端面に開口部を有するセンサーカートリ
   ッジ、該カートリッジの前記端面をこえて延長する一端
   閉管の密封端部を該開口部に取り付けた固体電解質の一
   端閉管、該一端閉管内に配設しかつ該一端閉管の内表面
   と接している酸素基準極物質、前記カートリッジを通す
   かつ前記酸素基準極物質と電気的に接触させて前記一端
   閉管中に延在する第一の電気導体、溶融金属浴に前記セ
   ンサーを浸漬した時に該金属浴と電気的接触を提供する
   前記カートリッジを通して延在する第２の電気導体及び
   該カートリッジに前記一端閉管を確実に保持させるため
   に前記開口部に充填するレジンコーテツドサンドからな
   る、溶融金属浴中に溶解した酸素含有量測定用の特許請
   求の範囲第１項記載の浸漬室酸素センサー。
3. （３）前記酸素基準極物質がＣｒ、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、Ｎ
   ｉＯ及びＦｅの混合物である特許請求の範囲第１項記載
   の浸漬型酸素センサー。
4. （４）レジンコーテツドサンドで支持された熱シールに
   用端部開放状金属円筒体を、固体電解質からなる一端閉
   管に対し間隔をおいて包囲状に配設し、かつ該金属円筒
   体が一端閉管の密封端部をこえて延在することからなる
   特許請求の範囲第１項記載の浸漬型酸素センサー。
5. （５）前記金属円筒が鋼製である特許請求の範囲第４項
   記載の浸漬型酸素センサー。