KR100313000B1 - 용융 금속에 있는 다양한 성분의 농도 검출을 위한 탐침 - Google Patents

용융 금속에 있는 다양한 성분의 농도 검출을 위한 탐침 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘, 크롬, 망간 또는 알루미늄 같은 용융 금속내 성분의 농도를 측정하기 위한 시스템을 제공한다. 본 시스템은 고체 전해질(12)과 전해질의 제 1 표면과 접촉하는 기준 전극(14) 및 전해질 제 2 표면의 보조전극(16)을 구비한 센서(10)를 지닌 탐침(22)을 포함한다. 보조 전극은 피측정 성분의 산화물과 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 토 금속 규산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속 실리케이트를 포함한다. 금속 실리케이트는 용융 금속 온도 주변에서 전해질의 제 2 표면에 인접하여 점성의 반용융 매스를 형성하는 작용점을 갖는다. 금속 실리케이트는 반용융 상태에서 산소를 확산시킬 수 있다. 금속 실리케이트는 섬유질 물질의 형태를 갖추어서 전해질의 표면에 용이하게 도포될 수 있는 것이 바람직하다.

Description

용융 금속에 있는 다양한 성분의 농도 검출을 위한 탐침 {PROBE FOR DETECTION OF THE CONCENTRATION OF VARIOUS ELEMENTS IN MOLTEN METAL}
현장에서, 즉 금속의 샘플링(sampling) 없이 용융 금속의 실리콘 함유량을 측정하기 위해 여러가지 센서가 개발되어 왔다. 그런 장치중 하나가 미국 특허 제 4,657,641호 및 제 4,708,783호에 기술되어 있다. 센서는 산소 이온을 전도시킬 수있는 고체 전해질, 측정시 특정 온도에서 일정한 산소 전위(potential)를 공급하기 위해 고체 전해질의 한 표면과 접촉하는 기준 전극, 및 고체 전해질의 다른 표면과 매우 근접하게 위치한 SiO2를 포함하는 보조 전해질을 포함한다.
보조 전해질은 본질적으로 순수한 실리카(silica)로 구성될 수 있다. 그러나, 순수한 실리카는 '용융 선철에서 연화되는 경향이 있어서 용융 선철의 흐름으로 인해 실리카의 표면 형상이 변형될 수 있기 때문에, 충분히 만족스럽지 못하다'라고 언급되어 있다. 상기 특허들은 보조 전극이 화합물, 용액 또는 SiO2와 용융 금속에서 SiO2보다 좀 더 안정한, 원소 주기율표상의 ⅡA족(알칼린 토), ⅠA족(알칼리), ⅢB 족 및 IVB족과 같은 금속 산화물의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다고 언급한다. 보조 전극은 고체 전극과 접촉될 수 있거나 고체 전극에 매우 근접하여 위치될 수 있다. 다공성 보조 전극은 상기 특허의 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 본질적으로 ZrO2및 ZrSiO4의 2상(two-phase) 혼합물로 구성된 보조 전극이 가장 바람직하다. 이 보조 전극은 미립자 ZrSiO4및 ZrO2의 페이스트(paste)를 혼합하고, 페이스트 혼합물로 고체 전해질의 외부 표면을 코팅하며, 약 1300℃에서 약 1500℃의 온도로 코팅물을 소성(calcining)시킴으로써 제조된다. 이 장치의 바람직한 형태는 엠. 이와세(M. Iwase)에 의해 Scand. J. Metallurgy 17(1988년) 50-56페이지에 공개된 '보조 전극이 장착된 고체 상태의 전기화학적 센서에 의한 고온 금속에서의 실리콘 활성의 신속한 측정'이라는 제목의 논문에서도 기술된다. 전술한센서의 변형들도 케이. 라이버(K. Raiber), 에스. 더블유. 투(S.W. Tu) 및 디. 잔케(D. Janke)에 의해 Steel Research 1990년 430-437페이지에 공개된 '철 및 강 용해물을 위한 전기화학적 실리콘 센서의 개발'이라는 제목의 논문에 기술되어 있다. 후자의 논문은 Fe-O-Cr 및 Ni-O-Cr 용융물내에서 크롬 활성의 측정을 위한 그 센서들 중 하나를 사용하는 것을 기술하고 있다. ZrO + ZrSiO4+ Na2Si2ZrO7의 혼합물을 포함하는 다중-산화물(multi-oxide) 보조 전극을 사용하는 유사한 센서가 케이. 고미요(K. Gomyo), 아이. 사카구찌(I. Sakaguchi), 와이. 신-야(Y. Shin-ya) 및 엠. 이와세에 의해 Transactions of the ISS 1991년 7월 71-78페이지에 공개된 '고로 (Blast Furnace)의 고온 금속내 실리콘 수준의 신속한 측정을 위한 보조 전극으로서 ZrO2+ ZrSiO4+ Na2Si2ZrO7의 혼합물을 도입한 고체 상태의 실리콘 센서의 실험실 및 플랜트 내에서의 시험'이라는 제목의 논문에 기술되어 있다.
기타 유형의 센서는 하기에 기술된다. 기타 센서들중 한가지는 엠. 이와세, 에이치. 아베(H. Abe) 및 에이치. 이리타니(H. Iritani)에 의해 Steel Research 59(1988년) NO. 10 433-437페이지에 공개된 '고온 금속에서 실리콘 활성의 현장에서의 측정을 위한 3상 지르코니아(Zirconia) 전해질'이라는 제목의 논문에 기술된다. 그 센서는 입방 ZrO2-MgO 고체 용액 및 단사정계(monoclinic)의 ZrO2와 2MgO.SiO2로 이루어진 3상 지르코니아 전해질 및 Mo + MoO2의 기준 전극을 갖는 전기화학적 셀(cell)로 구성된다. 3상 전해질은 마그네시아 안정화 지르코니아와 포스터라이트 (forsterite)를 혼합함으로써 제조된다. 이러한 센서는 두가지 다른 논문에도 기술되어 있다 : 하나는 케이. 고미요, 아이. 사카구찌, 와이. 신-야, 및 엠. 이와세에 의해 Transactions of the ISS 1993년 3월 87-95페이지에 공개된 '고온 금속내 실리콘 수준의 신속한 측정을 위한 3상 지르코니아 센서'라는 제목의 논문이고 다른 하나는 케이. 고미요, 아이. 사카구찌, 와이. 신-야, 브이. 락슈마난(V. Lakshmanan), 에이. 맥클린(A. McLean) 및 엠. 이와세에 의해 Solid State Ionics 1994년 70/71 551-554페이지에 공개된 '지르코니아계 전해질에 의한 용융 금속에서의 실리콘용 고체 상태의 센서'라는 제목의 논문이다.
용융 실리케이트 전해질을 지닌 센서는 케이. 이치바라(K. Ichibara), 디. 잔케 및 에이치. 제이. 엥겔(H. J. Engell)에 의해 Steel Research 57 (1986년) No.4 166-171페이지에 공개된 논문에 기술되어 있다. 용융 실리케이트 전해질을 사용하는 또다른 센서가 에프. 부이아렐리(F. Buiarelli) 및 피. 그라나티(P. Granati)에 의해 Steel Research No. 2 1990년 60-63 페이지에 공개된 '고온 금속내 실리콘 측정을 위한 새로운 전기화학적 탐침'이라는 제목의 논문에 기술되어 있다.
용융 금속 체류실(retention chamber)을 지닌 센서가 일본 출원 번호 제 JP 63191056호에 기술되어 있다. 이온 전도성 실리콘 전해질이 사용된 탐침이 일본 출원 번호 제 JP60113145호, 제 JP 60085361호 및 제 JP59073763호에 기술되어 있다.
마지막으로, 뮬라이트(mullite) 전해질 및 Cr-Cr2O3기준 전극을 사용하는 센서가 알. 이노우에(R. Inoue) 및 에이치. 수이토(H. Suito)에 의해 Transactionsof the ISS 1995년 4월 51-57 페이지에 공개된 논문에 기술되어 있다.
상기 선행 기술의 센서 구조는 매우 복잡하고 난해하다. 또한 이러한 센서는 완벽하게 신뢰할 수 있거나 정확하지 않고 다소 고가이다.
발명의 요약
본 발명은 제조가 용이하고 용융 금속, 특히 용융 선철(종종 고온 금속으로서 언급됨) 또는 용융 강내의, 예를 들어 실리콘, 망간, 크롬 또는 알루미늄 같은 성분의 농도에 대한 일관된 전기화학적 측정치를 제공하는 장치에 관한 것이다. 본 발명 장치는 산소 이온을 전도시킬 수 있는 고체 전해질, 특정 측정 온도에서 일정한 산소 전위를 제공하기 위해 고체 전해질의 제 1 표면과 접촉하는 기준전극, 및 피측정 성분의 산화물, 예를 들면 SiO2, MnO, Cr2O3또는 Al2O3, 및 측정 온도 주변에서 금속성 규산염 재료가 용융되어 점성의 반용융 매스를 형성하도록 하는 '작용점(working point)'을 지니고, 반용융 상태에서 산소 이온을 발생시킬 수 있는, 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리토 금속 실리케이트 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속 실리케이트 물질을 포함하는, 고체 전해질의 제 2 표면상에 설치된 보조 전극을 지니는 센서를 포함한다. 알칼리 금속 실리케이트는 알칼리 알루미노실리케이트 또는 알칼리 보로실리케이트가 바람직하고 알칼리 토 금속 실리케이트는 알칼린 알루미노실리케이트 또는 알칼린 보로실리케이트가 바람직하다. 금속 실리케이트는 전해질의 표면에 용이하게 도포될 수 있는 섬유질 재료의 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 본 장치는 또한 기준 전극과 전기적 접촉을 이루기위한 금속성 전극과 용융 금속의 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple), 및 용융 금속내에 액침될 경우 센서, 금속성 전극 및 열전대를 보호하기 위해 그것들을 감싸는 보호 캡(cap)을 포함할 수 있다. 보호 캡은 용융 금속 구성 성분의 실질적인 변화없이 용융 금속내 액침 후 즉시 용융 금속에 용해되어서 센서, 금속성 전극 및 열전대가 용융 금속에 노출되도록 하는 소모적인 재료로 구성된다. 본 장치는 또한 기준 전극과 용융 금속에 노출되는 금속성 전극 사이의 전위차를 측정하는 수단 및 용융 금속의 온도를 측정하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명은 용융 금속의 여러가지 성분의 농도 수준 검출을 위한 센서(sensor)에 관한 것으로서, 특히 예를 들어 용융 금속의 실리콘, 크롬, 망간 또는 알루미늄의 측정을 위한, 특히 용융철 또는 강(steel)의 상기 성분의 측정을 위한 개선된 보조 전극을 구비한 센서에 관한 것이다.
보조 전극은 물리적으로 혼합되거나 화학적으로 조합된 피측정 성분의 산화물을 갖기에 적합하고, 용융 금속에 액침(immersion)할 경우 녹아서 점성의 반용융 매스(semi-molten mass)를 형성하는 '작용점(working point)'을 지니며, 반용융 상태에서 산소를 확산시킬 수 있고 보조 전극이 적용되는 전해질과 매우 근접하게 피측정 성분의 산화물을 유지하게 할 수 있어서, 용융 금속의 성분의 농도 측정시에 기준 전극(reference electrode)에 전해질을 통해 기전력(emf)을 공급하는 금속 실리케이트 물질(metal-silicate material)을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 센서의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서가 도입된 탐침의 사시도이다.
도 3은 도 2의 측정 탐침의 개략적인 단면도로서, 또한 다이아그램으로 측정 장치의 배치를 도시한 것이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 탐침의 확대된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 센서를 사용하여 측정된 밀리볼트(millivolt) 단위의 기전력(emf) 대비 탄소포화 철내 실리콘의 백분율 그래프이다.
도 1에는, 제한되지는 않지만 용융 철금속 또는 비철금속내의 실리콘, 크롬, 망간 및 알루미늄으로 구성되는 그룹에서 선택된 성분의 측정을 포함하고 특히 용융 선철 또는 고온 금속, 및 강내의 그들 성분들의 측정을 포함하는 용융 금속에 용해된 성분의 농도를 전기화학적으로 측정하기 위한, 본 발명에 따른 센서가 제공되어 있다. 센서(10)는 산소 이온을 전도시킬 수 있고 한쪽 단부가 막힌 내화 튜브의 형태가 바람직한 전해질(12)을 포함한다. 기준 전극(14)은 특정한 측정 온도에서 일정한 산소 전위를 제공하기 위해 전해질 튜브의 제 1 표면과 접촉하도록 전해질 튜브내에 제공된다. 보조 전극(16)은 전해질 튜브의 제 2 표면상에서 피측정 성분의 산화물의 실질적으로 일정한 활성 영역을 형성하기 위해 상기 제 2 표면에 제공된다. 시멘트로 이루어진 커버(18)는 전해질 튜브내에 기준 전극을 밀폐시키기 위해 제공된다. 콘덕터(20)는 기준 전극과 접촉한 금속 와이어(wire) 또는 로드(rod)의 형태로 바람직하게 제공된다.
전해질(12)은 상용(commercial) 산소 센서에 일반적으로 사용되어온 부분적으로 안정화된 ZrO2를 포함하는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 지르코니아 전해질은 일반적으로 약 3에서 약 10 중량 퍼센트의 CaO 또는 MgO를 포함한다. 기준 전극(14)은 해당 기술분야에서 공지된 바와 같이 고체 반응 혼합물, 반응 가스 혼합물 또는 비반응 가스를 포함할 수 있다. 기준 전극(14)은 Cr/Cr2O3, Ni/NiO 또는 Mo/MoO2미립자와 같은 반응성 고체 혼합물이 바람직하다. 콘덕터(20)는 전기적으로 전도성인 금속 물질로서 몰리브덴이 바람직하다.
본 발명에 따른, 보조 전극(16)은 예를들어 실리콘 농도가 측정될 경우 SiO2인 것과 같이 피측정 성분의 산화물, 및 측정 온도에서 전해질의 제 2 표면상에 금속 실리케이트가 점성의 반용융 매스를 형성하는 온도에서 '작용점(working point)'을 갖는, 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 토 금속 실리케이트, 및 이들의혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 실리케이트 물질을 포함한다. 금속 실리케이트는 또한 반용융 상태에서 용이하게 산소를 발생시킬 수 있도록 선택되어야 한다. 금속 실리케이트는 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼린 알루미노실리케이트, 알칼리 보로실리케이트 및 알칼린 보로실리케이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 것은 금속 실리케이트가 전해질의 표면에 용이하게 도포될 수 있는 섬유질 물질의 형태를 갖는 것이다. 예를들어 SiO2와 같은 산화물은 금속 실리케이트 물질 자체에 화학적 성분으로서 포함될 수 있거나, 섬유질 금속 실리케이트 물질에 또는 전해질 표면에 입자를 고착시키기 위하여 메탄올과 같은 유기 습윤제(organic wetting agent)를 우선 사용한 후 전해질의 표면에 미립자 형태로 도포될 수 있다. 그 후 섬유질성 금속 실리케이트 물질은 전해질 표면에 도포되고 제자리에 그것을 고정시키기 위해 전해질 표면을 가로질러 가스 화염을 통과함으로써 부분적으로 용융될 수 있다. 또다른 방법으로 산화물을 포함하는 섬유질 재료는 빈 튜브상에 싸여져서 그것을 부분적으로 용융시키기 위해 튜브의 외부 표면을 가로질러 가스 화염을 통과함으로써, 전해질 튜브상에 제거 및 장착될 수 있는 '고치(cocoon)'형상을 형성한다.
도 2 및 도 3에는, 용융 금속내로 센서를 침지(dipping)시키기 위한 탐침(22)이 도시되어 있다. 탐침은 소켓(socket)과 플러그(plug) 관계와 같이 서로 합체되는 긴 중공(hollow) 원통형 부재(24 및 26)를 포함한다. 원통형 부재(24)는 외부에 내화 코팅물(25)을 갖는 코일형 종이 튜브(23)(도 3)를 포함하는 것이 바람직하다. 원통형 부재(26)도 코일형 종이 구조물로 이루어질 수 있다. 보호 캡(27)은 센서(10)(도 3)를 감싸고 탐침의 한 단부에서 세로로 연장되며 두 쌍의 전도 와이어(28 및 30)는 다른 단부에서 연장된다. 전도 와이어는 각각 이후에 기술될 전위차계(potentiometer) 및 열전기 온도계에 연결된다. 측정시, 탐침은 탄소 포화 선철 또는 고온 금속, 또는 강과 같은 용융 금속내로 부분적으로 액침된다. 용융 금속(31)은 도 3에 도시된 바와 같이 슬래그(slag)층 (32)으로 덮여질 수 있다. 슬래그층에 의한 센서의 오염을 방지하기 위해, 보호 금속 캡(27)은 측정이 이루어지는 용융 금속(31)과 동일한 금속으로 제작되는 것이 바람직하다. 캡은 슬래그층을 통과하여 탐침이 액침된 후 센서가 측정을 위한 위치에 놓일 경우 즉시 용융되어 사라진다.
탐침의 내부 구조가 도 4에 도시되어 있는데 바람직하게도 코일형 종이 튜브(23)의 한 단부에 고정된 세라믹 하우징(ceramic housing)(38)을 포함한다. 세라믹 하우징내 공동(cavity)은 내화 시멘트(42)로 채워져 있다. 센서(10)는 내부에 열전대(46)를 지닌 열전대 튜브(44)와 몰리브덴 로드가 바람직한 금속 전극(48)을 따라 하우징에서 하방향으로 돌출된다. 금속 캡(27)은 센서의 하단부와 열전대 튜브 및 금속 전극을 감싼다. 전기 회로는 상기 기준 전극과 용융 금속에 노출된 금속 전극 사이의 전위차와 용융 금속의 온도를 측정하기 위한 수단을 포함한다. 리드선(58,60,62 및 64)이 연결된 소켓 커넥터(socket connector)(50,52,54 및 56)가 제공된다. 리드선(58 및 60)은 열전대(46)와 소켓 커넥터(50 및 52)에 연결된다. 리드선(62)은 기준 전극(14)으로 연장되어 소켓 커넥터(54)에 연결되는 반면에, 리드선(64)은 금속 전극 (48) 및 소켓 커넥터(56)에 연결된다. 원통형 부재(26)는 원통형 부재(24)의 대응 소켓 커넥터를 수용하기에 적합한 플러그 커넥터(66,68,70 및 72)를 갖는다. 소켓 커넥터(50 및 52)는 플러그 커넥터(66 및 68)와 각각 맞물린다. 마찬가지로, 소켓 커넥터(54 및 56)는 플러그 커넥터(70 및 72)와 각각 맞물린다. 리드선(59 와 61)은 플러그 커넥터(66 및 68)에서 열전기 온도계(76)(도 3 및 도 4)로 연장된다. 리드선(63 및 65)은 플러그 커넥터(70 및 72)에서 전위차계(74)(도 3 및 도 4)로 연장된다. 센서에 의해 검출된 기전력 신호로부터 용융 금속내의 피측정 성분의 농도를 판독하기 위한 기계 장치가 도 3에 도시되어 있다. AD변환기(analog to digital converter)(78 및 80)는 센서로부터의 두가지 연속된 전기적 신호를, 입력값이 변환식에 따라 성분의 농도로 변환되는 마이크로 컴퓨터(micro computer)(82)로 향하는 디지털 신호로 변환하기 위해 전위차계(74) 및 온도계(76)에 연결된다. 그 후 측정치는 디스플레이(84) 및 프린터(86)로 전달된다.
도 5는 용융 고온 금속 또는 탄소 포화 철에서 본 발명에 따른 실리콘 센서에 의한 실험실 시험에서 검출된 실리콘 함유량 대비 기전력의 관계를 도시한 것이다. 이 실험실 시험을 위한 센서는 하기와 같이 구성되었다 : 한 단부가 막히고 7몰 퍼센트 MgO-안정화된 ZrO2로 구성된 전해질 튜브를 시약 등급의 미립자 Mo 및 MoO2의 혼합물로 팩킹(pack)했다. 튜브는 외경이 5mm, 내경이 3mm 그리고 길이가 30mm이다. Al2O3분말은 Mo, MoO2혼합물의 상부에 팩킹했다. 몰리브덴 와이어는 Mo및 MoO2혼합물내로 하향 연장된 튜브내에 삽입하였다. 튜브내 물질의 상부는 ZrO2시멘트로 적소에 밀봉하였다. 그 후 보조 전극을 전해질 튜브의 외부 표면에 도포하기 위해 제조하였다. 본 발명자들은 미국, 뉴욕주 코닝시의 코닝, 인코포레이티드(Corning, Inc.)에 의해 제조된 Pyrex 상표의 유리 섬유를 사용하였고 유리 섬유의 얇은 층상에 SiO2분말을 산재시켰다. 그리고나서 유리 섬유를 전해질 튜브와 동일한 크기의 '빈' ZrO2튜브상에 감쌌다. 가스 토치(torch)를 유리 섬유 외부 층을 약간 용융시켜 그것을 적절한 형태로 형성시키기 위해 사용되었다. 그 후 SiO2유리 섬유 혼합물을 빈 튜브에서 제거하여 Mo 및 MoO2로 채워진 ZrO2튜브상에 위치시켰다. 그 후 석영 튜브를 전해질 튜브를 둘러싸도록 위치시켜 적소에 접합시켰다. 그 후 센서를 유도 전기로(induction furnace)에 용융된 탄소 함유 철의 실리콘 함유량의 측정을 실시하기 위해 사용하였다. 금속의 실리콘 함유량은 용융물에 FeSi 합금을 첨가함으로써 변화시켰다. 샘플을 용융물로부터 수득하여 금속내 실리콘양을 측정함으로써 개별적으로 분석하였다. 구해진 기전력값은 각 측정값으로부터 20밀리볼트를 감(subtracting)함으로써 몰리브덴 전극의 열기전력(thermal emf)에 대해 수정되었다. 도 5에 도시된 결과는 곡선(90)에 의해 도시된 이론적 예상과 가장 근접한 곡선(88)(여기서 R2=0.66) 사이의 밀접한 상호관련성을 나타낸다. 결과적으로, 제조가 용이하고 용융 금속내 실리콘 및 기타 성분의 농도에 대한 정확한 측정값을 나타내는 센서가 제공된다.

Claims (16)

  1. 현장에서 용융 철계통(iron-base) 금속에 용해된 성분의 농도의 일관된 전기화학적 측정치를 얻기 위한 시스템내에 사용하기 위한 센서에 있어서, 산소이온을 전도시킬 수 있는 고체 전해질, 특정 온도에서 일정한 산소 전위를 제공하기 위해 전해질의 제 1 표면과 접촉하는 기준 전극, 및 전해질의 제 2 표면에 있는, 피측정 성분의 산화물 및 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼린 알루미노실리케이트, 알칼리 보로실리케이트, 알칼린 보로실리케이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되고, 측정온도에서 상기 전해질의 제 2 표면상에 점성의 반용융 매스를 형성하는 작용점을 지니며, 또한 반용융 상태에서 산소를 확산시킬 수 있는 금속 실리케이트 물질을 포함하는 보조 전극을 포함하는 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 실리케이트가 섬유질 물질을 포함하는 센서.
  3. 제 3 항에 있어서, 상기 섬유질 금속 실리케이트 물질이 상기 금속 실리케이트 및 피측정 성분의 산화물로 구성되는 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 피측정 성분의 산화물이 섬유질 금속 실리케이트 물질의 섬유내에 물리적으로 혼합되는 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 피측정 성분이 실리콘, 크롬, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 상기 보조 전극내 산화물은 각각 SiO2, Cr2O3, MnO 또는 Al2O3를 포함하는 센서.
  6. 현장에서 용융 철계통 금속에 용해된 성분의 농도의 일관된 전기화학적 측정치를 얻기위한 시스템에 사용하기 위한 탐침 요소에 있어서,
    긴 중공의(hollow) 원통형 부재,
    긴 중공의 원통형 부재 일 단부에 설치된 하우징,
    금속성 전극, 열전대 및 상기 하우징에서 이격된 위치에 설치되어 상기 긴 중공 원통형 부재의 외향으로(outwardly) 돌출한 센서,
    용융 금속에 액침시에 센서, 금속성 전극 및 열전대를 보호하기 위하여 그것들을 감싸고, 용융 금속의 구성 성분을 실질적으로 변화시킴없이 용융 금속에 액침된 후 즉시 용해되어서 상기 센서, 금속성 전극 및 열전대가 용융 금속에 노출될 수 있도록 하는 소모가능한 재료로 구성되는 보호 캡 ;
    산소 이온을 전도시킬 수 있는 고체 전해질과 특정 온도에서 일정한 산소 전위를 제공하기 위해 전해질의 제 1 표면과 접촉하는 기준 전극, 및 전해질의 제 2 표면에 있는, 피측정 성분의 산화물 및 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼린 알루미노실리케이트, 알칼리 보로실리케이트, 알칼린 보로실리케이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 측정 온도에서 상기 전해질의 제 2 표면상에 점성의 반용융 매스를 형성하는 작용점을 지니며, 또한 반용융 상태에서 산소를 확산시킬 수 있는 금속 실리케이트 물질을 구비한 보조 전극을 포함하는 상기 센서;
    긴 원통형 부재의 반대편 단부에 인접한 전기접촉점, 및
    상기 열전대, 기준 전극 및 상기 금속 전극 각각으로부터 상기 시스템의 제 2 탐침 요소의 전기적 접촉점과 접촉하기에 적합한 상기 전기적 접촉점으로 연장되는 전기적 컨덕터를 포함하는 탐침 요소.
  7. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 실리케이트는 섬유질 물질을 포함하는 탐침 요소.
  8. 제 9 항에 있어서, 상기 섬유질 금속 실리케이트 물질의 섬유조직은 상기 금속 실리케이트 및 피측정 성분의 산화물로 구성되는 탐침 요소.
  9. 제 9 항에 있어서, 피측정 성분의 산화물은 섬유질 금속 실리케이트 물질의 섬유내에 물리적으로 혼합되는 탐침 요소.
  10. 제 7 항에 있어서, 피측정 성분이 실리콘, 크롬, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 상기 보조 전극내 산화물은 각각 SiO2, Cr2O3, MnO 또는 Al2O3를 포함하는 탐침 요소.
  11. 현장에서 용융 철계통 금속에 용해된 성분의 농도의 일관된 전기화학적 측정치를 얻기 위한 시스템에 있어서,
    소켓과 플러그 관계로 단부끼리 서로 합체되는 제 1및 제 2의 진 중공 원통형 탐침 요소, 단부에 하우징이 설치된 상기 제 1탐침요소,
    금속성 전극, 열전대 및 상기 하우징에서 이격된 위치에 설치되어 상기 긴 중공 원통형 부재의 외향으로 돌출한 센서,
    용융 금속에 액침시 센서, 금속성 전극 및 열전대를 보호하기 위해 그것들을 감싸고, 용융 금속의 구성 성분을 실질적으로 변화시킴없이 용융 금속에 액침된 후 즉시 용해되어서 상기 센서, 금속성 전극 및 열전대가 용융 금속에 노출될 수 있도록 하는 소모가능한 재료로 구성되는 보호 캡 ;
    산소 이온을 전도시킬 수 있는 고체 전해질과 특정 온도에서 일정한 산소 전위를 제공하기 위해 전해질의 제 1 표면과 접촉하는 기준 전극, 및 전해질의 제 2 표면에 있는 피측정 성분의 산화물 및 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼린 알루미노실리케이트, 알칼리 보로실리케이트, 알칼린 보로실리케이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 측정 온도에서 상기 전해질의 제 2 표면상에 점성의 반용융 매스를 형성하는 작용점을 지니며, 또한 반용융 상태에서 산소를 확산시킬 수 있는 금속 실리케이트 물질 구비한 보조 전극을 포함하는 상기 센서, 상기 제 1 탐침 요소의 반대편 단부에 인접한 다수의 전기적 접촉점,
    각각 상기 열전대, 기준 전극 및 상기 금속 전극으로부터 상기 전기적 접촉점으로 연장되는 전기적 컨덕터, 제 1 탐침 요소의 전기적 접촉점과 접촉하기 위해 그 일 단부에 인접한 전기적 접촉점과 상기 접촉점에서 연장되는 전기적 콘덕터를 포함하는 제 2 탐침 요소; 및
    상기 기준 전극과 용융 금속에 노출된 금속 전극 사이의 전위차를 측정하기 위한 전위차계 및 용융 금속의 온도 측정을 위해 상기 열전대에 연결된 열전기 온도계를 포함하는, 상기 전기적 컨덕터에 연결된 전기 회로를 포함하는 시스템.
  12. 제 13 항에 있어서, 상기 금속 실리케이트는 섬유질 물질을 포함하는 시스템.
  13. 제 15 항에 있어서, 상기 섬유질 금속 실리케이트 물질의 섬유 조직은 상기 금속 실리케이트와 피측정 성분의 산화물로 구성되는 시스템.
  14. 제 15 항에 있어서, 피측정 성분의 산화물은 섬유질 금속 실리케이트 물질의 섬유내에 물리적으로 혼합되는 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 피측정 성분이 실리콘, 크롬, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 상기 보조 전극내 산화물은 각각 SiO2, Cr2O3, MnO 또는 Al2O3를 포함하는 시스템.
  16. 현장에서 용융 철계통 금속에 용해된 성분의 농도의 일관된 전기화학적 측정치를 얻기 위한 시스템에 있어서,
    단부에 하우징이 설치된 긴 중공원통형 탐침,
    금속성 전극, 열전대 및 상기 하우징에서 이격된 위치에 설치되어 상기 긴 중공 원통형 부재의 외향으로 돌출한 센서,
    용융 금속에 액침시 센서, 금속성 전극 및 열전대를 보호하기 위해 그것들을 감싸고, 용융 금속의 구성 성분을 실질적으로 변화시킴없이 용융 금속에 액침된 후 즉시 용해되어서 상기 센서, 금속성 전극 및 열전대가 용융 금속에 노출될 수 있도록 하는 소모가능한 재료로 구성되는 보호 캡 ;
    산소 이온을 전도시킬 수 있는 고체 전해질과 특정 온도에서 일정한 산소 전위를 제공하기 위해 전해질의 제 1 표면과 접촉하는 기준 전극, 및 전해질의 제 2 표면에 있는 피측정 성분의 산화물 및 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼린 알루미노실리케이트, 알칼리 보로실리케이트, 알칼린 보로실리케이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 측정 온도에서 상기 전해질의 제 2 표면상에 점성의 반용융 매스를 형성하는 작용점을 지니며, 또한 반용융 상태에서 산소를 확산시킬 수 있는 금속 실리케이트 물질 구비한 보조 전극을 포함하는 상기 센서, 상기 제 1 탐침 요소의 반대편 단부에 인접한 다수의 전기적 접촉점.
    상기 기준 전극과 용융 금속에 노출된 금속 전극 사이의 전위차를 측정하고 용융 금속의 온도 측정을 위한 전기 회로수단을 포함하는 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100897136B1 (ko) * 2002-08-13 2009-05-14 주식회사 포스코 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000103782A (ja) * 1998-07-31 2000-04-11 Kyorin Pharmaceut Co Ltd 環状アミン誘導体及びその製造方法
US6340418B1 (en) * 1999-03-01 2002-01-22 Ethem T. Turkdogan Slag oxygen sensor
US20040119483A1 (en) * 2002-12-20 2004-06-24 Gunter Topfer Measurement of molten metal with ion conducting phase sensors by means of an electrical measuring unit
JP4596886B2 (ja) * 2004-11-02 2010-12-15 東京窯業株式会社 マグネシウムセンサプローブ
DE102005060492B3 (de) * 2005-12-15 2007-05-24 Heraeus Electro-Nite International N.V. Messsonde zur Messung in Metall- oder Schlackeschmelzen
DE102005060493B3 (de) * 2005-12-15 2006-11-30 Heraeus Electro-Nite International N.V. Messsonde
JP6323027B2 (ja) * 2014-01-23 2018-05-16 ヘレウス・エレクトロナイト株式会社 耐熱性保護管
CN104845414B (zh) * 2015-05-04 2017-02-22 武汉科技大学 一种用于定硅传感器辅助电极的涂料及其制备方法
JP2020134468A (ja) * 2019-02-26 2020-08-31 日本製鉄株式会社 酸素濃度測定装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3816269A (en) * 1970-04-14 1974-06-11 Kennecott Copper Corp Method for determining the concentration of a metal in an alloy melt
US3980543A (en) * 1974-12-04 1976-09-14 Leeds & Northrup Company Electrochemical cell structure
JPS5973763A (ja) * 1982-10-20 1984-04-26 Kobe Steel Ltd 溶融金属中の珪素量迅速測定方法
JPS6085361A (ja) * 1983-08-25 1985-05-14 Kobe Steel Ltd 溶融金属中の珪素量迅速測定方法
JPS60113145A (ja) * 1983-11-25 1985-06-19 Kobe Steel Ltd 溶融金属中の珪素量迅速測定用プロ−ブ
JPS61260156A (ja) * 1985-05-15 1986-11-18 Nisshin Steel Co Ltd 溶融金属中のシリコン濃度測定法および装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100897136B1 (ko) * 2002-08-13 2009-05-14 주식회사 포스코 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서

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