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

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JPS63309849A
JPS63309849A JP62145765A JP14576587A JPS63309849A JP S63309849 A JPS63309849 A JP S63309849A JP 62145765 A JP62145765 A JP 62145765A JP 14576587 A JP14576587 A JP 14576587A JP S63309849 A JPS63309849 A JP S63309849A
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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】 (従来技術) 近年、金属製品は多品種、高品質化が進み、不純物元素
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。
そこで、迅速に溶融金属中の不純物元素の濃度を測定す
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。
しかし、この被〜層は、高温での強度が低く、溶融金属
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。
(問題点を解決するための手段) 本発明は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。
(発明の構成) 本発明による溶融金属中の不純物元素濃度測定方法及び
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
第1図は本発明の構成を示す概念図であり、1は標藩邑
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。
(1)式の反応の成立する領域を第1図中にはわかりや
すくするために8として模式的に示している。
この時のMO×の活量、aMO×は1又はそれより小さ
い値となるが、一定であれば問題はない。
以下これを便宜上1として扱うこととする。(1)式の
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。
一般に溶融金属中の溶質成分の濃度と活量の関係は、(
7)式によって表わされる。
loz □M = log (%M〕+ΣeM(%、2
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。
次に本発明による不純物元素濃度測定プローブの具体的
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。
第3図は固体電解質2が他の耐火物製の部材によって支
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。
第4図は本発明によるプローブで検出される電気信号を
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
(、実施例) 溶融金属中の不純物元素の濃度を測定した結果の例とし
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。
プローブを構成する材料は次の通りである。
固体電解質: Zrol −8mo1%M g 0標準
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。
表1  コーティング剤の配合条件(数字はwt%)以
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。
温度: 1450〜1500’CC#度: 4.5〜5
.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。
第8図の酸素センサーの波形と、A−Cの波形を比較す
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。
第9図はSi濃度測定プローブの起電力と、発光分光分
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。
測定成功率もAが60%程度であるのに対し、Bは98
%、Cは95%程度に向上した。
実施例2 、 実施例1と同様の方法で表2に示す配合比でコーテ
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。
温度=1500〜1550″CC濃度: 3.8〜4.
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。
実施例3 実施例1と同様の方法で表3に示す配合比でコーティン
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。
温度: 1570〜1620℃ 溶存酸素=10〜40
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。
起電力値とP濃度の間には直線性が見られる。
以上の各実施例に示した通り、本発明による溶融金属中
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。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による溶融金属中の不純物元素濃度測定
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
【jダ】
Y3%間C紗J 酊C刺      40↓ 第9図 ovb二よ、るSj  J康 (x 1.Q     
%)手続補正書 昭和62年7月ユ/日

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
JP62145765A 1987-06-11 1987-06-11 溶融金属中の不純物元素濃度測定プロ−ブ Expired - Lifetime JPH0778485B2 (ja)

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