JPS63309849A - 溶融金属中の不純物元素濃度測定プロ−ブ - Google Patents
溶融金属中の不純物元素濃度測定プロ−ブInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
の管理が重要になっているが、分析用試料を採取し機器
分析によってその濃度を測定する場合がほとんどである
が、迅速性に欠けるという問題があった。
る方法として、特開昭61−142455号が提案され
た。この方法は、測定対象不純物元素の酸化物、又は測
定対象不純物元素の酸化物とそれ以外の酸化物との複合
酸化物から成る被覆層(以下巣に被覆層と称す)を固体
電解質表面に形成したプローブを溶融金属中に浸漬し、
測定対象不純物元素と測定対象不純物元素の酸化物との
平衡反応に係る酸素分圧を酸素濃淡電池の原理により測
定することにより不純物元素の濃度を求めるものであっ
た。
に浸漬する前の加熱により、あるいは、浸漬中に剥離し
てしまうことがあり、安定した電池起電力を検出するこ
とができなかった。そのため、測定成功率が非常に低い
という問題があった。
つコーティング層を固体電解質表面に強固に、しかも安
定圧保つことを特徴とする。そのために発明者らは従来
の測定対象不純物元素の酸化物又は、測定対象不純物元
素の酸化物とそれ以外の酸化物との複合酸化物よりなる
被覆層に上記酸化物と結合力の強い金属弗化物(望むら
くはアルカリ土類金属弗化物)を添加することを行なっ
た。これにより急激な温度変化を受けても前記被覆層が
剥離することなく、しかも溶融金属中で、固体電解質表
面上に安定に存在させることが可能となった。そのため
、常に安定した電池起電力を得ることが可能となり、し
かもその電池起電力は確実に、測定対象不純物元素と測
定対象不純物元素の酸化物との平衡反応に係る酸素分圧
に対応しており、測定成功率及びカ11定精度を飛暉的
に向上することが出来、扮業レベルの要求を十分溝たす
ことが可能となった。
測定プローブを構成する主要材料は、酸素イオン導電性
を有する固体[[質と、−宇の酸素ポテンシャルを与え
るHm極と、溶融金属中で測定対中となる元素の酸化物
の活量を一定とするための測定対象不純物元素の酸化物
ヌはそれを含む複合酸化物と金属弗化物とバインダーよ
りなるコーティング層(以下単にこれをコーティング層
と称す)であって、固体電解質と標進極は、従来の酸素
センサーに用いることのできるものであれば何でも良い
。
2は固体電解質、3はコーティング層、4け溶融金属、
5は標準極側リード、6は溶融金属側リード、7は電位
差計である。この様に、溶融金属中において測定対象不
純物元素の酸化物の活量を一定にさせるコーティング層
が溶融金属中に存在するとその近傍では M++0. =MO,−(11 なる平衡反応が成立する。但し、八りは測定対象不純物
元素、Oは酸素である。
すくするために8として模式的に示している。
い値となるが、一定であれば問題はない。
平衡定数KMは、 と表わされる。但し、Qyは測定対象不純物元素Mの活
量、PO,は、(1)式の反応に携わる酸素分圧である
。KMは温度のみの関数であるため、溶融金属の温度と
Po2を酸素センサーにより測定すればαMが求められ
る。酸素センサーの起電力(つまり第1図中の電位差計
7の指示)Eは一般但し、Tは温度、Fはファラデ一定
数、Rはガス定数、Po、 (I)は標準極の酸素分圧
、Pe は部分電子伝導度パラメータである。Po2
(至)が(2)式のP’o2.>1相、 PO[)= AM−aM −(41と表わ
される。(4)式を(31式に代入すると、となる。こ
れをaMについて解くと、 pelイ〕−4 □(6) となり、溶融金属中の不純物元素の活量が求められる。
7)式によって表わされる。
1 (7)但し〔%M〕は測定対象不純物元素の
濃度、〔%j〕は他の溶質成分の濃度、eMは相互作用
助係数である。従って、との(7)式から数値解法によ
り、〔%M〕を算出することができる。
な構成を第2図により説明する。内側に標準極1を置き
、標準極側リード5を取り出し、外側にはコーティング
層3を表面に形成した固体電解質2と、熱電対9と溶融
金属極10をハウジング11に装着し、標準極1と溶融
金属極10間の起電力と、熱電対9の起電力はコネクタ
12を介して測定機器(図示せず)に接続される。ハウ
ジング11の下部は保饅管13に装着され、その上部は
キャップ14に覆われている。
持された例である。つまり、耐火物製の管15の内部に
標準極1を置き、一方を固体電解質2で閉塞する。そし
て、この固体電解質2の露出部にコーティング層3を形
成した形となっている。
不純物元素濃度に変換する機器の配置図である。プロー
ブ16は、ホルダー17に装着して溶融金属中に浸漬さ
れる。グローブにより検出される信号は、ホルダー内部
を通るケーブルを通り、温度側信号18と不純物元素濃
度に対応する起電力信号19として演算器20及び自動
平衡式レコーダー21に入力される。自動平衡式レコー
ダーは、プローブからのアナログ信号をそのままチャー
ト上に表わし、演算器内部では、アナログ信号は、増幅
器22により増幅し、〜巾 変換器によりアナログ信号
をデジタル信号に変換してコンピータ24に入る。この
コンピータで入力値から先に記述した(61及び(7)
式により不純物元素濃度を算出する。コンピータに入力
されたデータはメモリ25に記憶され、ディスプレイ2
6に表示するとともに、プリンター27に打ち出される
。
て第2図に示す構造のグローブを用い、溶鉄中のSi濃
窄及びPa1度を測定した結果を示す。
極:Cr粉末とCr、 O,粉末の混合物標準極側リー
ド二Moワイヤ 0.29順〆溶融金属極:Mo棒 3
y+yy〆 熱電対二タイプ−R 実施例1 コーティング層は表1に示す配合比で混合し、水を加え
てスラリー状とした後、一端間管状の固体電解質の表面
に均一になるよう塗付し、室温にて乾燥を行なった。
上のプローブにより溶銑中のSi 濃度の測定を行なっ
た。その測定条件は次の通りである。
.Owt%P濃度: 0.08〜0.12wt% Mn濃度: 0.15〜0.2wt% 以上に示した条件でSi濃度を測定した時の代表的な波
形を第5〜第8図に示す。第5図は従来品Aの波形、第
6図はBの波形、第7図はCの波形、第8図は酸素セン
サーの波形である。コーティング層に金属弗化物を含ま
ない従来品Aはコーティング層の剥離などが起こるため
、安定した波形が得られず、起電力が平衡に達するまで
に約15秒かかっている。これに対しB、Cはなめらか
な波形が得られ、起電力が平衡に達するまでの時間もB
が約7秒、Cで約10秒とかなりゐ改善が見られる。
ると起電力値が全く違っており、本発明によるSi濃度
測定プローブは酸素センサーとは異なることがわかる。
析により求めたSi濃度との関係を示している。従来品
Aはバラツキが太きいが、本発明によるB、Cの起電力
値は発光分光分析によるSi濃度と非常に良い直線性が
見られる。
%、Cは95%程度に向上した。
ィング層を形成し、溶銑中のSi濃度の測定を行なった
。溶銑剤の測定条件は次の通りである。
5 w t%P濃度:0.05〜0.1wt%Mn1l
llt : 0.10−0.17w t%表2 コーテ
ィング剤の配合条件(数字はwt%)第10図はSi濃
度測定プローブの起電力と発光分光分析によるSi濃度
との関係を示している。起電力値とSi濃度の間には直
線性が見られ、Eは従来品りに比ベバラツキが小さくな
っている。
グ層を形成し、溶鋼中のP濃度の測定を行なった。溶鋼
側の測定条件は次の通りである。
pIlrrI表3 コーティング剤の配合条件 第11図は、P濃度測定プローブの起電力値と発光分光
分析により求めたP濃度との関係図である。
の不純物元素濃度測定プローブを用いれば、不純物元素
濃度を迅速に測定することが可能である。
プローブの構成を示す概念図、第2図は本発明によるプ
ローブの構造を示す正断面図、第3図は固体電解質が他
の部材に支持された場合の断面図、第4図はプローブ及
びプローブから出力される電気信号を検出する機器の配
置図、第5図〜第8図は実施例において測定された起電
力波形の代表例であって、第5図は従来品Aの波形、第
6図は本発明によるBの波形、第7図は同様にCの波形
、第8図は酸素センサーの波形である。第9図は実施例
1において測定したSi濃度測定プローブの起電力値と
発光分光分析によるSi濃度との関係図、第10図は実
施例2において測定したSi濃度測定プローブの起電力
値と発光分光分析により求めたSi濃度との関係図、第
11図は実施例3において測定したP濃度測定プローブ
の起電力値と発光分光分析により求めたP濃度との関係
図である。 1:標準極 2:固体電解質 3:コーティング層4:
溶融金属 5:標準極側リード 6:溶融金属側リード 7:電位差計 8:平衡反応領域 9:熱電対 10:溶融金属極11
:ハウジング 12:コネクター 13:保饅管14:
キャップ 15:耐火物部材 16:プロープ17:ホ
ルダー 18:温度側電気信号 19:起電力信号 2
0:演算器 21:自動平衡式レコーダー22:増幅器
23A/D変換器 24:コンピータ25:メモリ
26:ディスプレイ 27:プリンター 特許出願人 大阪酸素工業株式会社 第1図 第3図 第5図 時藺Cpクノ 第6図 +1]も間
%)手続補正書 昭和62年7月ユ/日
Claims (2)
- (1)酸素イオン導電性を有する固体電解質の表面に溶
融金属中において、溶融金属中の測定対象不純物元素の
酸化物の活量を一定に保つコーティング層を形成するこ
とにより溶融金属中の不純物元素の濃度を測定するプロ
ーブにおいて、測定対象不純物元素の酸化物又はそれを
含む複合酸化物、金属弗化物およびバインダーを含有す
るコーティング層を表面に形成した固体電解質を有する
事を特徴とする溶融金属中の不純物元素濃度測定プロー
ブ。 - (2)前記金属弗化物が、アルカリ土類金属弗化物であ
る事を特徴とする特許請求の範囲第一項記載の溶融金属
中の不純物元素濃度測定プローブ。
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