JPH0131136B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷却曲線中に現われる熱停止
（thermal arrest）により溶融材料の組成を決定
するのに利用される溶融材料の冷却曲線を得るた
めの装置に関する。

米国特許RE26409号明細書には相変化検知器に
より熱停止を測定して鋳鉄または鋼のごとき溶融
金属の組成を決定するための消耗型相変化検知装
置（expendable phase change detector
device）が記載されている。溶融鋳鉄の試料が凝
固するとき、相変化または熱停止温度は溶融液
（液相）（liquidus）からのオーステナイトの最初
の分離と、残りの共晶組成物（固相）（solidus）
の液の最後の固化に対応するであろう。前記米国
特許明細書に記載の装置により、液相熱停止点
（liquidus arrest）が測定され、これから亜共晶
（hypoeutectic）鋳鉄の炭素当量値（carbon
equivalent value）を得ることができる。

前記米国特許RE26409号明細書について米国特
許第3546921号明細書には過共晶
（hypereutectic）鋳鉄の溶融試料の冷却の際に、
上記溶融試料中にこの試料が冷却する際の初期グ
ラフアイト形成を遅延させる安定化剤を添加する
ことにより、最初の熱停止を生ぜしめる方法が記
載されている。

より最近に至つて、“Foundry Management
and Technology”（1974年７月号）に掲載され
た“炉前迅速炭素決定法”（“Rapid Carbon
Determination on the Shop Floor”）と題する
アランモーアの報文中には、亜共晶鋳鉄中の炭素
含有量は液相熱停止温度と固相熱停止温度とを測
定して、この２つの温度の差を求めることにより
決定し得ると述べられている。この方法は溶融金
属中に、溶融試料が冷却する際の初期グラフアイ
ト生成を遅延させる安定化剤を添加することを必
要とする。

上述した方法を実施する場合にはか、溶融金属
試料の温度を試料の冷却中、絶えず正確に測定す
ることおよび溶融金属試料中に消耗型相変化検知
装置によりこの装置に付着している不純物、特に
炭素質物質を混入させないことが必要である。

消耗型相変化検知装置中の温度測定部材により
該装置中に注入された溶融金属試料の温度を正確
に測定するためには、温度測定部材が溶融金属と
熱的に緊密に接触することが重要である。消耗型
相変化検知装置の製造の際には、カツプ状構造体
の内部表面全体に耐火性被覆を施すことにより、
カツプ内の温度測定部材を支持する構造体の周囲
またはその内部のごとき溶融金属をカツプ内から
流出させるおそれのある孔を密封することおよび
カツプを構成している材料による溶融金属試料の
汚染を防止することが多くの場合好ましいことが
認められている。この目的を達成するために、通
常、多くの場合熱電対接点である一次温度検知部
材を含む消耗型相変化検知装置の内部表面全体に
耐火性被覆が施される。しかしながら、熱電対接
点上の耐火性被覆は熱電対接点の温度測定を遅延
させる熱絶縁被覆を形成しその結果溶融金属試料
が冷却される際の熱電対接点による溶融試料の実
際の温度の忠実な測定が阻害される。

熱電対接点の温度検知が上述したごとく遅れる
場合には、溶融金属試料を消耗型相変化検知装置
に注入したとき、熱電対接点が溶融金属の温度に
直ちに応答することができない。従つて、熱電対
接点自体の温度が溶融金属試料の温度迄上昇する
前に、該試料がその熱を比較的冷いカツプ構造体
の本体に奪われるので、溶融金属試料は相当冷却
されるであろう。熱電対接点上の耐火性被覆が厚
過ぎる場合には、溶融金属試料の温度は熱電対接
点の温度が上記試料の温度に達する前に液相熱停
止温度以下に低下するであろう。かかる装置にお
いては液相熱停止温度の測定および従つて溶融金
属試料の組成の決定を行い得ないことは明らかで
ある。

溶融金属試料が液相熱停止温度以上にある間に
熱電対接点の温度が溶融金属試料の温度に到達し
たとしても、熱停止温度にある熱電対接点の温度
は、耐火性被覆の遅延作用により溶融金属試料の
温度に対応して変化し得ないであろう。このよう
な場合には、熱電対接点の温度と時間との関係を
示す冷却曲線は、液相熱停止温度において“プラ
トー”（“plateau”）を示さず、単に冷却曲線にお
ける傾斜の変化を示すに過ぎない。時間―温度曲
線の傾斜の単なる変化を用いることによつては操
作員がかかる曲線から液相熱停止温度を正確に選
択することは不可能ではないにしても困難であり
自動装置を使用して液相熱停止温度に現われるプ
ラトーを選択することはより困難になる。

従つて本発明の目的は溶融金属試料が熱電対接
点と接触したとき、熱電対接点上の耐火性被覆を
除去することにより、熱電対接点の温度と溶融金
属試料の温度との間の温度差を排除することにあ
る。

本発明の他の目的は、消耗型相変化検知装置の
内面に耐火性被覆を施す前に、熱電対接点に温度
感受性の被覆剥離用材料（ablating material）
を被覆し、その結果、溶融金属試料を消耗型相変
化検知装置に注入したときに、熱電対接点を被覆
している耐火性被覆を熱電対接点から剥離（脱
落）させ、該熱電対接点を溶融金属試料に直接接
触させることにある。

第１図には消耗型相変化検知装置により得られ
た冷却曲線を表わす代表的なプロツト１０が示さ
れている（縦軸は時間、横軸は温度を表わす）。
溶融金属を検知装置に注入した場合、温度検知部
材の温度はその周囲温度から溶融金属試料の温度
に急速に上昇する。熱電対の温度が上昇している
間に溶融金属試料の温度は、点線１２により示さ
れるごとく、消耗型相変化検知装置本体の冷却効
果によりその元の温度から低下する。熱電対接点
の温度は折返し点１４で溶融金属試料の温度に達
し、その後、１６で示される溶融試料の液相熱停
止プラトーおよび固相熱停止プラトー１８を経て
溶融金属試料の温度と同様に変化する。プラトー
１６により示される温度は冷却しつつある鋳鉄ま
たは鋼の炭素当量と特異な関係にあることおよび
炭化物安定化剤を溶融鋳鉄試料に添加したときは
プラトー１６とプラトー１８の間の温度差が亜共
晶鋳鉄試料の炭素含有率を表わすことは当業者に
より認められている。熱電対接点の温度検知が余
りに遅れる場合には溶融金属試料の温度は、熱電
対接点の温度が溶融試料の温度に到達する前に、
更に低下することが認められるであろう。また、
液相熱停止の際に現われるプラトー１６および固
相熱停止プラトー１８は一定の温度を示さず、む
しろ、熱停止部すなわちプラトーにおいて熱電対
接点の温度は徐々に変化するであろう。熱停止中
に温度が徐々に減少することにより、炭素当量す
なわち炭素含有率の測定に使用し得る一定温度を
得ることはできない。

第２図に示す装置２０は米国特許RE26409号明
細書の第３図に示される装置と基本的には同一で
あるが、物理的配列と電気的接続装置が若干異る
消耗型相変化検知装置である。この消耗型相変化
検知装置は砂および樹脂結合剤との一体化素材
（monolithic mass）から形成されたカツプ形構
造体２２からなる。カツプ形構造体２２には開口
２４が設けられており、この開口に適当な高温耐
火性材料例えばムライトから形成された二孔絶縁
チユーブ２６が挿入されている。この絶縁チユー
ブ２６の孔の内部に一対の熱電対ワイヤー２８お
よび３０挿入されており、このワイヤーは二孔絶
縁チユーブの末端部で縒り合されて熱電対接点３
２を形成している。分析すべき溶融金属が鋳鉄で
ある場合、熱電対ワイヤーは例えばクロメル―ア
ルメル（Chromel−Alumel）ワイヤーである。
熱電対ワイヤー２８および３０の他方の端部は消
耗型相変化検知装置の外側に伸長して電気的接続
部２８ａおよび３０ａを形成している；この接続
部は熱電対接点３２と、第１図に示すごとき冷却
曲線の自動的プロツトを行うために熱電対接点３
２により測定された温度を表示するかまたは自動
的に記録するための適当な測定装置の温度測定回
路とを接続させる。第２図から、消耗型相変化検
知装置２０を熱電対接点３２の電圧出力を測定す
るための、適当な電気的極性を有する適当なホル
ダー（図示せず）に挿入するために、接触点２８
ａと３０ａは消耗型相変化検知装置２０の本体部
分に関して非対称的に配置されていることが判る
であろう。

第２図に示すごとく、かつ消耗型相変化検知装
置の製造の際の通常の方法に従つて、アランダム
のごとき耐火セメントがカツプ形構造体２２の内
面に被覆されており、カツプ形構造体２２の内面
だけでなく二孔絶縁チユーブ２６、熱電対ワイヤ
ー２８，３０および熱電対接点３２も被覆する被
覆３４を形成している。この被覆３４はカツプ形
構造体２２中の開口２４と二孔絶縁チユーブ２６
との間に生ずる間隙を密閉する働きをする。また
被覆３４は熱電対ワイヤー２８および３０と、絶
縁チユーブ２６中の孔との間の空間を密閉する働
きもする。これらの間隙を密閉することによりカ
ツプ形構造体２２からの溶融試料の漏洩が防止さ
れ、その結果、消耗型相変化検知装置２０のホル
ダーの破損が防止されまた溶融金属試料が絶縁チ
ユーブ２６の孔に流入した時に生ずる、測定装置
の読みの不正確さが排除される。

カツプ形構造体２２は比較的薄くし得るが、そ
れでもなお溶融金属試料を受容するのに適当な強
度を有することが認められた。従つて、カツプ形
構造体２２は米国特許RE26409号明細書に記載さ
れるごときシエル成形（shell molding）により
製造し得る。シエル成形においては加熱型金属パ
ターンまたは型を砂と樹脂結合剤との混合物で被
覆することによりシエル型を製造する。樹脂結合
剤はフエノール−ホルムアルデヒド樹脂結合剤の
ごとき熱硬化性樹脂結合剤である。薄いシエル型
は種々の方法で製造し得るが、その一つにおいて
は砂と樹脂とを型のキヤビテイに吹込みついでか
く形成された薄い型を加熱により完全に硬化させ
ることができる。耐火性被覆３４は装置２０を密
閉して漏洩を防止する働きをするだけでなく、シ
エル型の表面で内部被覆を形成し、その結果、シ
エル成形の樹脂結合剤中に使用されている樹脂に
よつて溶融金属試料が汚染されることも防止す
る。

熱電対接点３２上の耐火性被覆３４により招来
される弊害を排除するために、最初に熱電対接点
上に被覆剥離（脱離）用材料（ablating
material）３６を施しついで耐火性被覆３４を施
す。被覆剥離用材料は、上昇温度において、耐火
性被覆３４を熱電対接点３２から剥離させ得る任
意の材料であり得る。適当な被覆剥離用材料は低
沸点炭化水素、例えばラツカー、シエラツク、ワ
ツクスまたはグリースである。被覆剥離用材料と
して更に、ガラスまたは低沸点金属例えば錫のご
とき大きな熱膨張率を有する材料も使用し得る。
温度により誘発される被覆剥離作用を示す他の材
料としては、揮発性物質と反応する材料、例えば
チリ硝石と硫黄の混合物または水和塩化カルシウ
ムのごとき水和化合物が挙げられる。上記した材
料はいずれも温度の上昇に応答して、その揮発
性、大きな熱膨張性あるいは反応性により、耐火
性被覆３４を熱電対接点３２から剥離させること
は理解されるであろう。

消耗型相変化検知装置を米国特許第3546921号
明細書記載の方法に従つて過共晶
（hypereutectic）鋳鉄の炭素当量の測定に使用す
る場合あるいはBCIRA法に従つて亜共晶鋳鉄か
らの炭素の直接定量に使用する場合には、テルリ
ウム粒子を含有するアランダムからなる追加の薄
層被覆３８をカツプ２２の内面に施して前記した
耐火性被覆３４を被覆する。

溶融鋳鉄または他の高温金属を消耗型相変化検
知装置２０に注入した場合、被覆剥離用材料３６
は、この材料が低沸点物質であるときは、揮発し
て被覆３４および薄層被覆３８を熱電対接点３２
から剥離させ、その結果、熱電対接点３２の温度
はカツプ２２内の溶融金属試料が冷却するにつれ
て、この試料の温度に正確に従つて変化するであ
ろう。また、被覆剥離用材料３６が大きな熱膨張
率を有する材料から選ばれた場合には、この材料
の膨張により被覆３４および３８が剥離して、熱
電対接点３２とカツプ２２内の溶融材料とが直接
接触するであろう。同様に、被覆剥離用材料３６
がチリ硝石と硫黄との混合物である場合には、こ
の混合物の著しい揮発性により耐火性被覆３４と
薄層被覆３８が熱電対接点３２から除去されるこ
とは理解されるであろう。

実際、消耗型相変化検知装置２０を製造する際
に被覆剥離用材料３６を使用した場合には、かか
る材料３６を使用しない場合に比べて少なくとも
30〓高い温度で第１図に示す折返し点１４が現わ
れることが認められた。溶融金属試料を装置２０
に注入したときに該溶融試料の温度が液相熱停止
温度より極めて僅かしか高くない場合には、上記
の温度差は特に重要である。このような場合、被
覆剥離用材料の存在により試験の成否が影響を受
ける。

消耗型相変化検知装置２０の製造においては、
カツプ２２に微粒子状耐火材料の水性スラリーを
充填することにより耐火性被覆３４および３８を
施すことが一般的である。ついで通常カツプ２２
を転倒させてスラリーをカツプ２２を流出させ、
カツプの内面全体、二孔絶縁体２６を含む熱電対
構造体および熱電対接点３２を被覆する連続的
な、滑らかなかつ裂け目のない一体化被覆を残留
させる。この製造工程においては被覆３４および
３８の厚さはスラリーの粘稠度により大きく変化
することは理解されるであろう。従来カツプ２２
中の溶融材料の温度と熱電対接点３２の温度との
間に過度の温度差を生ぜしめないようにするため
には、スラリーは熱電対接点３２上の被覆が薄く
なるような粘稠度を有するものであることが重要
であつた。しかしながら、本発明に従えば水性ス
ラリーの粘稠度は正確に調節する必要はない；そ
の理由は、溶融金属試料が装置２２に注入された
とき、被覆３４および３８は被覆剥離用材料の作
用により自動的に剥離または除去されるからであ
る。従つて本発明によれば、溶融金属試料が冷却
するときに熱電対接点３２が溶融試料の温度を正
確に感知してより有用な冷却曲線を与える能力が
向上するばかりでなく、被覆３４および３８の厚
さに影響を与える水性スラリーの粘稠度という点
に関して装置の製造方法がより容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融金属試料が冷却されるときの該試
料の温度と時間の関係を表わす曲線を示す。第２
図は本発明の消耗型相変化検知装置の断面図であ
る。 ２２……カツプ形構造体、２４……開口、２６
……二孔絶縁チユーブ、２８，３０……熱電対ワ
イヤー、３２……熱電対接点、３４……耐火性被
覆、３６……被覆剥離用材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イ カツプ、 ロ カツプの中心部に設けられた熱電対接点、 ハ 熱電対接点を被覆する耐火性被覆および ニ 熱電対接点上の耐火性被覆の下部に施された
   部材であつてかつ上記被覆内部に圧力を生ぜし
   めて、熱電対接点で耐火性被覆を剥離させる部
   材からなることを特徴とする、熱停止により溶
   融金属の組成を決定するのに使用するための消
   耗型相変化検知装置。 ２ 前記部材が低沸点の炭化水素である、特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記部材が熱膨脹率の大きい材料である特許
   請求の範囲第２項記載の装置。 ４ イ カツプ ロ カツプの中心部に設けられた温度検知器 ハ 温度検知器を被覆する耐火性被覆および ニ 温度検知器上の耐火性被覆の下部に施された
   部材であつてかつ上記被覆内部に圧力を生ぜし
   めて、温度検知器上の耐火性被覆を剥離させる
   部材からなることを特徴とする、溶融金属の組
   成を決定するために使用するための相変化検知
   装置。 ５ イ 端部壁を貫通する開口を有するカツプ、 ロ カツプ中に、該カツプの端部壁中の開口を貫
   通して軸方向に設置されたかつカツプの中心部
   で停止している二孔絶縁体、 ハ 上記二孔絶縁体の２個の孔のそれぞれを通過
   している一対の熱電対ワイヤー ニ 二孔絶縁体の停止部の先で熱電対ワイヤーを
   縒り合せることにより、カツプの中心部で形成
   させた熱電対接点、 ホ 熱電対接点に施された、温度に鋭敏な被覆剥
   離用材料および ヘ 二孔絶縁体および熱電対接点を包含する、カ
   ツプ内の全表面に施された、炭化物安定化剤を
   含有する被覆部材からなることを特徴とする、
   溶融金属の組成を決定するのに使用するための
   消耗型相変化検知装置。