JPH01288764A - 溶鋼中の水素オンライン分析方法 - 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、製鋼プロセスにおける工程管理あるいは品質
管理上必須である溶鋼中の水素濃度を、溶鋼を採取せず
に迅速かつ連続的に求めるための分析方法に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、溶鋼中の水素分析法としては、溶鋼の一部を石英
ガラス管などで吸引採取して急冷凝固させたのちに、こ
の試料片を加熱して水素を放出させ、ガスクロマトグラ
フなどで定量する方法が一般的である。しかし、この方
法は溶鋼の採取、急冷凝固、試料の移送、切断、秤量、
分析等の操作が煩雑で、また分析値が得られる迄の所要
時間が長い。また、溶鋼を採取して凝固させる際および
その後の試料調製の際に散逸する水素量が無視できない
上に、散逸量が作業操作によって大きくばらつくので分
析誤差が非常に大きくなるなどの欠点がある。

近年、上記のような問題点を解決するために、これまで
の分析方法にかわって溶鋼を採取せずに直接分析しよう
とする試みが行なわれるようになった。それは、溶鋼中
に不活性ガスを吹き込み、この不活性ガス中に拡散して
くる水素濃度を定量して溶鋼中の水素濃度を求める方式
のものである。

この方法は、英国特許第６８４８６５号明細書や米国特
許第２８６１４５０号明細書等に記載の方法に基づいて
アルミニウム精錬業界で実用されている、いわゆる従来
からＴｅｌｅｇａｓ法と呼ばれる技術が基本となってい
る。しかし、アルミニウムと鉄鋼とでは融点が大幅に異
なることや両金属間では水素の拡散速度が異なることな
どからＴｅｌｅｇａｓ法の技術をそのまま溶鋼へ適用す
ることはできない。そこで、溶鋼を対象とした分析条件
などが検討され、特開昭５８−１６８９３８号公報に示
される「溶鋼中の水素分析方法および装置」、特開昭５
８−１２９３４６号公報に示される［溶融金属中のガス
定量方法」などが特許出願されている。

本発明者らも製鉄現場での実験を繰り返し、吹き込みガ
ス気泡を細かくするためにポーラスプラグを採用するな
ど改良を加え、更に実用に即した操作条件を明らかにし
て信顛性の向上をはかった「溶鋼中の水素分析方法およ
び装置」を特許出願している。（特願昭６３−３７３８
３号）これらの特許文献記載のものは、いずれも溶鋼中
への不活性ガス吹き込み管および吹き込んだガスを回収
する容器が一体構造となっている。

（発明が解決しようとする課題） 上記の特開昭５８−１６８９３８号公報、特開昭５８−
１２９３４６号公報、特願昭６３−３７３８３号に記載
のものは、いずれも溶鋼中への不活性ガス吹き込み管と
吹き込んだガスを回収する容器とが一体となっている。

一体となっている場合は、溶鋼中への浸漬などの駆動機
構の簡略化がなされるなどの利点があるものの、ガス回
収プローブの構造が複雑になり耐久性にも影響し、従っ
てコストが高くなる問題がある。また、分析対象の溶鋼
が存在する容器によっては、その容器にガス吹き込みお
よびガス回収機能をもたせることが可能な場合があるが
、このような場合には従来の一体構造よりも有利な点が
多い。

従って、本発明は溶鋼中に不活性ガスを吹き込んで水素
を回収してきて分析する装置において、ガス吹き込み管
と同ガス回収容器とをそれぞれ独立した構造となし、具
体的な構成条件を定めた実用的な水素分析方法を提供す
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、溶鋼中の水素を精度良く迅速に、かつオンラ
インで分析する実用的な方法であり、その要旨とすると
ころは下記の通りである。

（１）　　溶鋼中に不活性ガスを吹き込んで溶鋼中の水
素をそのガス気泡中に平衡状態を維持するように拡散放
出させ、回収したガス中の水素分圧を測定して溶鋼中の
水素含有率を求める分析方法において、 水素回収用容器と、ポーラスプラグを用いて細かい気泡
を発生できるガス排出口をもつ不活性ガス吹き込み管と
をそれぞれ独立に設けたことを特徴とする溶鋼中の水素
オンライン分析方法。

（２）溶鋼中に浸漬した水素回収用容器の底部開口部の
真下方向に、溶鋼面に対して３０度以上の角度をもって
溶鋼中に挿入した不活性ガス吹き込み管先端部のガス排
出口を設置したことを特徴とする前記第１項記載の溶鋼
中の水素オンライン分析方法。

（３）先端をＵ字形に屈曲させた不活性ガス吹き込み管
を溶鋼中に垂直に挿入し、その先端部のガス排出口を溶
鋼中に浸漬した水素回収用容器の底部開口部に対向して
設置したことを特徴とする前記第１項記載の溶鋼中の水
素オンライン分析方法。

（４）不活性ガス吹き込み管を溶鋼を収容している容器
の側壁ないしは底部に設け、水素回収用容器の底部開口
部を同不活性ガス吹き込み管先端部のガス排出口の垂直
方向上部に設置したことを特徴とする前記第１項記載の
溶鋼中の水素オンライン分析方法。

以下、本発明を第１図から第４図に示す実施例装置をも
とに詳細に説明する。

本発明は、溶鋼中に不活性ガスを吹き込み、溶鋼中水素
濃度と不活性ガス中水素分圧との間に平衡関係を成立さ
せることを基本としている。従って、溶鋼中の水素の溶
解度はわかっているので、不活性ガス中の水素分圧から
直接溶鋼中の水素濃度が算出でき検量線が不要である。

また、平衡関係が成立する範囲ならば、吹き込みガス流
量、吹き込み深さ、吹き込みガスの気泡径などの条件が
多少変動しても分析値に影響を４犬ない利点がある。こ
の平衡関係を維持する点で、本発明は前述の特開昭５８
−１２９３４６号公報記載の方法とは根本的に異なるが
、特開昭５８−１６８９３８号公報記載の方法とはこの
点においての考え方は一致している。

本発明者らは、特願昭６３−３７３８３号ですでにこの
平衡関係を維持する上での実用に即した操作条件を明ら
かにしたが、その要旨は溶鋼中への不活性ガスの吹き込
み深さを４０国以上とし、ガス回収容器内の圧力を７６
０〜９７０　ａａｉＨｇの範囲内とするなどであった。

本発明は、不活性ガス吹き込み部、水素ガス回収部およ
び水素ガス分析部を主体に構成される。

第４図の実施例は全体の構成を図示したが、第１図〜第
３図の実施例は本発明の詳細な説明するために不活性ガ
ス吹き込み部および水素ガス回収部のみを図示した。

第１図の実施装置は取鍋３に収容された溶鋼−？−の中
に浸漬した水素ガス回収容器１および同容器の下部にそ
の先端を位置するように挿入した不活性ガス吹き込み管
４からなる。回収容器１とガス吹き込み管４とはそれぞ
れ独立しており、両者が一体化された場合に比べ構造が
簡単になり、製作が容易あるいは耐久性に富むなどの利
点が得られる。水素ガス回収容器１は、内径８０〜１０
０Ｗφ、長さ約５００　＋ｍ＋ｉ程度の大きさで底部が
開放された円筒状のものが適当である。材質は、溶鋼に
対する耐食性、耐ヒートシジク性に優れる耐火材で、例
えばＡ７ｚＣｈ　　ＳｉＣ系やＩＶｚ（ｈ　　Ｃ系の複
合耐火材あるいは溶融石英（ＳｉＯｚ）−、ホウ化ジル
コニウム（ＺｒＢ２）などが適当であるが、外周はＡＺ
　ｚ　０３あるいはＺｒＯなどスラグに対する耐食性に
優れる材質で形成されるのが適当である。同容器上部に
は、水素分析装置に接続する回収ガス排出管６が取りつ
けられている。ガス吹き込み管４はガス回収容器１の開
放された底部に吹き込んだ不活性ガスが入り込むように
その先端部を回収容器１の直下に配置する。また、吹き
込み管４の溶鋼中への挿入角度は、水平な溶鋼表面に対
して３０度以上の急角度になるようにする。これは、ガ
ス吹き込み管の材質が上述した水素ガス回収容器１の材
質とほぼ同様な耐火材を用いるために溶鋼より比重が小
さくなり、浮力を受けることによる設置位置の変動ある
いは浮力による折損を防止するためである。

吹き込むＡｒなとの不活性ガスの気泡径は小さい程溶鋼
中の水素ガス濃度と気泡中に拡散してきた水素ガス濃度
とが平衡に達する時間が短かくなり、水素定量の迅速化
および定量精度、正確さの向上に貢献する。そのために
、吹き込み管４の先端部には不活性ガスを細かい気泡と
して排出するために、酸化アルミニウムなどの細かい球
状粒子を焼結して製造した多孔質耐火物であるポーラス
プラグ５を取り付けである。

吹き込み管４の先端部位置が回収容器ｌの底部開口部と
づれてしまった場合、あるいは同先端部と底部開口部と
の垂直方向の距離が長くなってしまった場合には、吹き
込んだ不活性ガス気泡の全部がガス回収容器１内に入り
込むとは限らない。

しかし、本発明では特願昭６３−３７３８３号で明らか
にした溶鋼中の水素回収における平衡関係を維持する条
件下で行うために、吹き込んだ不活性ガスの全てを回収
容器で回収する必要はない。

第２図に示した実施例は、第１図の場合に似ているが、
ガス吹き込み管４の先端部を０字型に曲げておき、溶鋼
中には垂直に挿入する点が異なる。

第１図のように溶鋼中へは斜め方向から挿入する必要は
なく、回収容器１に沿って垂直に挿入し、回転すること
により先端部を回収容器底部開口部に合せればよいので
先端部の位置設定が容易であることと浮力の影響を受け
る振動や折損のトラブルを避けられる利点がある。

第３図の実施例は、不活性ガス吹き込み管４を溶鋼を収
容する取鍋３の底部ないしは側壁に設け、水素を回収し
て浮上してくる気泡をその上部に予め設置しであるガス
回収容器１で受ける方式のものである。ガス吹き込み管
４を溶鋼２の中に直接挿入しなくて済むために溶鋼やス
ラグによる浸食の心配がない。ガス回収容器１を溶鋼中
へ浸漬するだけでよく水素ガス回収操作を簡単、迅速に
行うことができる利点をもつ。

第４図により本発明装置を用いて溶鋼中の水素を分析す
る際の動作、機能の面について説明する。

まず、ガス回収容器１を保持した昇降装Ｗ７を下降させ
て、底部開口部に鉄製キヤ・ンブを装着した回収容器１
を浮上しているスラグ層を通過して溶鋼量の中に浸漬す
る。キャップが溶鋼量によって溶解され、回収容器Ｉ内
にはスラグは入らずに溶鋼Ｉが充填される。不活性ガス
をボンベ８、流量計９、配管１０を通してガス吹き込み
管４先端部から吹き出させる。次にガス吹き込み管４を
溶鋼面をほぼ垂直に挿入し、先端部のポーラスプラグ５
面とガス回収容器１の底部開口部とを対面させるように
設置する。ポーラスプラグ５から排出される不活性ガス
の細かい気泡はガス回収容１１の底部から入り込み溶ｍ
２中の水素を拡散させて回収しながら浮上し、回収ガス
排出管６、圧力計１２、同搬送管１１、溶鋼微粒子フィ
ルター１３をこの順で経由して分析装Ｗ１４に導入され
る。分析装置１４には熱伝導度検出器を備えたガスクロ
マトグラフをもちいるが、質量分析計を使用してもよい
。分析装置１４で、溶鋼中を通過して溶鋼中の水素濃度
と平衡関係にある不活性ガス中の水素濃度が測定される
。

この水素濃度から求めた水素分圧をもとに、５ｉｅｖｅ
ｒｔｓの平衡式（Ｈ）＝Ｋｖ’丁■２を適用することに
より、溶鋼中の水素濃度が決定できる。コンピューター
を利用したデータ処理装置１５により、オンライン　リ
アルタイム分析が可能である。

（実施例） 第４図に示す本発明装置を製鋼工場における真空脱ガス
設備（ＲＨ設備）の操業管理に採用した実施例について
述べる。不活性ガス吹き込み流量を１０００　ｒａｌ　
／＋ｎｉｎ　、ガス吹き込み深さを５５ｍｍ、ガス回収
プローブから分析装置までのガス搬送管には内径４朧、
長さ約３０ｒｎＯものを用いて実施したが、その時のプ
ローブ内圧力は７９０　ｍｍ１１ｇで約５０園の溶鋼面
の降下が起こった。真空脱ガス処理操業中のＲＨ処理鍋
の溶鋼中にプローブを浸漬し、２．５分に１回の割合で
回収ガス中の水素濃度を熱伝導度検出−ガスクロマトグ
ラフィーによって定量し、溶鋼中の水素含有率を求めた
。測定結果を、溶鋼をサンプリングして凝固させてから
分析する従来のピンサンプリング法による結果と比較し
て第５図に示した。両者の水素分析結果はよく一致し、
本発明が実用できることを示している。１試料の分析に
約２０分を要し、非常に煩雑で信頼性の低い従来法に比
べ、本発明法は、節単に精度より２．５分で分析するこ
とができた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、従来一般に採用されてい
る溶鋼をサンプリング後急冷凝固し、再加熱して水素を
放出させ分析する方法に比べ、操作が簡単で定量値に対
する信頼性を著しく向上させる。これらの成果は低水素
鋼生産の工程管理・品質管理に大きく貢献するが、本発
明が最も貢献する点は、分析時間を従来に比べて約１／
Ｉ　Ｏに短縮することである。実施例で述べたが、ＲＨ
処理操業ではこれまでその場では知ることができなかっ
た脱水素状況がオンライン　リアルタイムで表示される
ようになり、適切な操業管理が実現される。その結果、
オーバーアクションが防止され各種エネルギー源および
耐火材の節約等による経済効果は莫大で、低水素鋼生産
の品質同上にも著しい貢献を果すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明実施例の説明図、第５図は本
発明によって測定された真空脱ガス設備における？′８
鋼中水素濃度の経時変化を示す図である。 １・・・ガス回収容器、Ｉ・・・溶鋼、３・・・溶鋼鍋
、４・・・不活性ガス吹き込み管、５・・・ポーラスプ
ラグ、６・・・回収ガス排出管、７・・・ガス回収容器
昇降装置、８・・・不活性ガスボンベ、９・・・流量計
、１０・・・不活性ガス配管、１１・・・回収ガス搬送
管、１２・・・圧力計、１３・・・溶鋼微粒子フィルタ
ー、１４・・・水素分析装置、１５・・・データ処理装
置 第１図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鋼中に不活性ガスを吹き込んで溶鋼中の水素を
   そのガス気泡中に平衡状態を維持するように拡散放出さ
   せ、回収したガス中の水素分圧を測定して溶鋼中の水素
   含有率を求める分析方法において、 水素回収用の容器と、ポーラスプラグを用いて細かい気
   泡を発生できるガス排出口をもつ不活性ガス吹き込み管
   とをそれぞれ独立に設けたことを特徴とする溶鋼中の水
   素オンライン分析方法。
2. （２）溶鋼中に浸漬した水素回収用容器の底部開口部の
   真下方向に、溶鋼面に対して３０度以上の角度をもって
   溶鋼中に挿入した不活性ガス吹き込み管先端部のガス排
   出口を設置したことを特徴とする請求項１記載の溶鋼中
   の水素オンライン分析方法。
3. （３）先端をＵ字形に屈曲させた不活性ガス吹き込み管
   を溶鋼中に垂直に挿入し、その先端部のガス排出口を溶
   鋼中に浸漬した水素回収用容器の底部開口部に対向して
   設置したことを特徴とする請求項１記載の溶鋼中の水素
   オンライン分析方法。
4. （４）不活性ガス吹き込み管を溶鋼を収容している容器
   の側壁ないしは底部に設け、水素回収用容器の底部開口
   部を同不活性ガス吹き込み管先端部のガス排出口の垂直
   方向上部に設置したことを特徴とする請求項１記載の溶
   鋼中の水素オンライン分析方法。