JPH0715449B2 - スラグ中の酸素活量測定方法及びその装置並びに該装置に用いる消耗型ルツボ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は製鉄過程において生成される溶銑スラグや溶鋼
スラグ中の酸素活量を高精度に測定することができるス
ラグ中の酸素活量の測定方法と該方法を具体化した測定
装置並びに当該装置に用いる消耗型ルツボに関する。

〔従来の技術〕

従来、溶銑スラグが溶鋼スラグ中の酸素活量の測定方法
としては、例えば、標準極物質を内装した一端閉管型の
固体電解質の外表面に白金製の対照極を密着状態で巻回
若くは外被して酸素濃淡電池を構成し、該酸素濃淡電池
をプローブ先端に埋設固定するとともに、このプローブ
を操業中の転炉や取鍋中の溶鋼上層に存在する溶融スラ
グ層内に直接位置づけてスラグ中の酸素活量を測定せん
とするものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしかしながら、スラグ表面は激しく流動しているこ
とから、検部である酸素濃淡電池を確実にスラグ中に位
置づけることが困難であり、その為測定成功率が低いと
いう問題があり、又、検出部が長時間高温下に曝される
為に強固な耐熱材が必要となり、その為プローブが太く
且つ重くなって取り扱いが困難となる問題がある。又、
前記形態の酸素濃淡電池を作るには固体電解質表面に白
金を密着させなければならないが、固体電解質は測定中
にスラグ熱によって焼き締まる為、常に密着状態を維持
することは困難であり、固体電解質と対照極との密着性
不良が発生し、その結果、測定誤差が生ずるおそれがあ
った。加えて、測定に際しては製鉄工程の進行を停止さ
せる必要があるが、実際問題として長時間製鉄工程を止
めることはできず、この為、プローブ形式の酸素測定装
置は実炉では使用できない。

本発明はかかる現況に鑑みてなされたものであり、スラ
グ中の酸素活量の高精度な測定が可能であり、しかも取
り扱いも極めて容易なスラグ中の酸素活量測定方法と該
方法を具体化した酸素活量測定装置を提供せんとするも
のである。

〔課題を解決する為の手段〕

発明者は、本発明を完成するにあたり、スラグ中の酸素
活量をを直接測定するのではなく、該スラグと接触した
ときに酸素活量が平衡する特定金属を選択して、これを
スラグとともに同一容器内に収容し、この特定金属中の
酸素活量を測定することでスラグ中の酸素活量を間接的
に測定することを着想した。そして、この着想を具体化
させたことにより固体電解質表面への対照極の密着配置
を不要となし、固体電解質と対照極との密着性不良に起
因して発生する問題も解決たものである。

第１発明である酸素活量測定方法の要旨は、不活性雰囲
気下において鉄と合金を作らないとともに酸化物を生成
しにくい金属であって且つスラグより比重の重い特定金
属を測定対象であるスラグと共に鉄ルツボ内で溶解さ
せ、標準極を内装した一端閉管型の酸素イオン伝導性を
有する固体電解質を前記特定金属内に浸漬するとともに
特定金属に対照極を接触させて特定金属を介して電気的
閉回路を形成し、対照極と標準極間で発生する起電力に
基づいて特定金属の酸素活量を測定することでスラグ中
の酸素活量を測定してなることを特徴としている。

又、上記測定方法を具体化した第２発明であるスラグ中
の酸素活量測定装置は、不活性ガスを充満させた溶解炉
内に配置された鉄ルツボ内に特定金属とスラグを収容
し、標準極を内装した固体電解質をスラグ中に浸漬させ
るとともに鉄ルツボを対照極となして、鉄ルツボと前記
標準極との間の起電力を測定することを特徴としてい
る。

鉄ルツボ内のスラグ及び特定金属を溶解させる為の溶解
炉としては抵抗炉や高周波誘導炉を用いることも可能で
あるが高速加熱の観点から集光式輻射炉を用いるとが望
まれる。

又、鉄ルツボの保持方法としては支持台に載置したり、
鉄ルツボを昇降可能に吊り下げたりすることも可能であ
る。そして載置方式とした場合は支持台に導電性のもの
を用いて該支持台に鉄ルツボからの導出用リードとして
の機能を兼用させ、又、鉄ルツボを吊り下げ方式とした
場合は、吊り金具は鉄ルツボから取り外し可能な構成と
なして、該吊り金具に鉄ルツボからの導出用リードとし
ての機能を負わせてもよい。

又、鉄ルツボ内に収容する特定金属は測定時に入れるの
でなく、予め鉄ルツボの内面に溶解固化させておき、測
定の都度、新しいものを提供してもよい。

〔作用〕

本願発明装置を用いたスラグ中の酸素活量の測定は次の
ようにして行われる。

先ず不活性雰囲気下で鉄と合金を作らず且つ酸化物も生
成しにくい金属、即ち特定金属を鉄ルツボ内に凝固状態
で収納し、この上に測定すべきスラグを投入する。

次いでこの鉄ルツボを不活性ガスを充満させた溶解炉内
に収納して鉄ルツボを加熱し、スラグ及び特定金属を溶
融させる。

続いて標準極を内装した一端閉管型の固体電解質を溶融
状態となったスラグ層を通過させて特定金属内に浸漬さ
せ、特定金属中の酸素活量を測定することによってスラ
グ中の酸素活量を測定するものである。

特定金属は鉄と合金を作らず且つ酸化物も生成しないの
でスラグを特定金属中の酸素活量はスラグ中の酸素活量
と平衡しており、特定金属中の酸素活量と相関関係を有
している。したがって特定金属中の酸素活量からスラグ
中の酸素活量を推定することは可能である。しかも特定
金属は絶縁物であるスラグと違って導電性を有するから
標準極と対照極を兼ねた鉄ルツボ間には電気的閉回路が
形成されるので特定金属中の酸素活量は標準極と鉄ルツ
ボ間の起電力を測定することによって知ることができ
る。

そして、溶解炉の熱源として集光式輻射炉を用いた場合
は、高速溶解が可能であり、酸素活量の測定に要する時
間と大幅に短縮でき、又、鉄ルツボの保持方法として鉄
ルツボを昇降可能に吊り下げた場合は、鉄ルツボのセッ
ティングや取り出しを固体電解質と共に上方から行うこ
とができる。更に、鉄ルツボと別体構成した吊り下げ金
具や支持台として導電性のものを用いたときには、これ
らに鉄ルツボからの導出用リードとしての機能を兼用さ
せることができるので、鉄ルツボに対して起電力導出用
の接続端子を別途設ける必要がなくなる。

そして、特定金属を予め鉄ルツボの内面に溶解固化させ
て消耗型鉄ルツボを構成したときには、測定時にその都
度特定金属を収容する手間が不要となるとともに、一度
使用した鉄ルツボは廃棄されるので、反復使用するとき
のように鉄ルツボ内に前回のスラグが残存することもな
く、精度の高い測定が可能となる。

〔実施例〕

次に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明す
る。第１図は本発明にかかる酸素活量測定装置の構造を
示す簡略断面説明図である。

図中１はアルミナ、ムライト若しくは石英等の耐熱性素
材からなる反応管であり、該反応管１は溶解炉内の熱源
である炉体２の中心に位置づけられている。溶解炉とし
ては集光型輻射炉、高周波誘導炉及び抵抗炉等を用いる
こと可能であるが、特に集光型輻射炉を用いることが好
ましい。集光型輻射炉は温度制御が容易であり、且つ昇
温に要する時間も短く、しかも強加熱ができるので短時
間でスラグを溶解できる利点がある。

反応管１は底板３と天蓋４によって上下を密封れてお
り、底板２には窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス
を反応管１内部に流入させる為のガス流入孔５が開設さ
れ、他方天蓋には反応管内部の不活性ガスを排出する為
のガス排出孔６が開設されている。

図中７は鉄ルツボを載置する為の支持台であり、該支持
台７の内部には測温素子８がその感温部９を支持台内面
における上端面に接触させた状態で配置されている。
又、該測温素子８の下端は底板３を貫通して反応管外部
に導出され、測温素子８から導出されたリード線10,10
は測温用計器11に接続されている。

図中12として示したものは前記支持台７の上に接触状態
で載置された鉄ルツボである。該鉄ルツボ12の中には測
定対象であるスラグＳと特定金属Ｍとが収容されてい
る。特定金属としては不活性雰囲気下において鉄と合金
を作らないとともに酸化物を生成しにくく、且つスラグ
Ｓよりも比重の大きい金属であれば任意のものが採用さ
れ、例えばこれら条件に合致するものとしては銀や銅等
が存在するが、本実施例では銀を用いている。

スラグＳ及び特定金属Ｍは溶解炉の熱によって溶解され
るが、溶融状態となった特定金属中Ｍには標準極（図示
せず）が内装された一端閉管型の固体電解質13が浸漬さ
れる。固体電解質13から導出された標準極側リード14は
反応管１の天蓋４を貫通して反応管外部に導き出され、
他方、鉄ルツボ12と電気的に導通している支持台７から
底板Ｓを貫通してリード線15が反応管外部に導出されて
対照極側リードとされ、該対照極側リードと前記標準極
側リードとの間に酸素濃淡電池を構成している。そして
対照極側リードと標準極側リードとの間には酸素濃淡電
池から発生する起電力を測定する為の計器16を取付けて
いる。

このような構成の酸素活量測定装置は第２図に示す如く
周辺装置を配置して全体装置を構成した上で使用され
る。即ち、図中Ａとして示したものが前述した各構成部
材のうち反応管１及び炉体２を収容した溶解炉であり、
該溶解炉Ａの上方には固体電解質13を昇降させる為の昇
降装置Ｂが配置されている。又、図中Ｃとして示すもの
は昇降装置Ｂを制御する昇降装置操作盤である。溶解炉
内に配置された反応管内への不活性ガスの供給は溶解炉
外部に設置された不活性ガスボンベＤを用いて行ない、
且つ炉内温度をはじめとする炉内環境の制御は炉操作盤
Ｅによって行っている。又、測温素子及び酸素濃淡電池
から出力される起電力は計器類を内蔵した演算処理部Ｆ
に入力されて演算処理される。

このようにして構成された酸素活量測定装置を使用する
には次のようにする。

先ず、鉄ルツボ内に転炉や取鍋から採取したスラグを特
定金属とともに収容する。このとき特定金属は凝固状態
であるがスラグは凝固状態であっても又、溶解状態であ
ってもよい。しかしながら、測定時間を短縮する観点か
らは溶解状態のスラグを用いることが好ましいのは言う
までもない。

次いでこの鉄ルツボ12を反応管内に収容するのである
が、この収納は底板３を取り外して支持台７を取り出
し、該支持台７の上に鉄ルツボ12を接触状態で載置した
後、鉄ルツボ12を載置した支持台７を反応管下方から挿
入することによって行う。このようにして鉄ルツボ12が
反応管内に配置されたならば、ガス注入孔５から不活性
ガスを注入して反応管内に不活性ガスを充満させ、その
後溶解炉を作動させて反応管内部の急速加熱を行ないス
ラグＳ及び特定金属Ｍを溶融させる。特定金属Ｍは急速
加熱することが好ましいが、特に溶解炉として集光型輻
射炉を用いたときには昇温は極めて急速に行うことがで
き、しかも高周波誘導炉のように計器類に対してノイズ
を与える心配もない。

スラグＳ及び特定金属Ｍが溶解したならば固体電解質13
を鉄ルツボ上方から降下させスラグ層を通過させた後、
先端部を特定金属中に浸漬させる。この状態では固体電
解質13及び特定金属Ｍを間に挟んで標準極と対照極であ
る鉄ルツボとの間に酸素濃淡電池が形成され、この酸素
濃淡電池により発生する起電力は標準極側リードと対照
極側リード間に接続された計器16によって測定される。
又、スラグＳ及び特定金属Ｍの温度は支持台７に内装さ
れた測温素子８によって常時測温されて測温用計器11に
指示され、これら両値に基いて演算処理することによっ
て特定金属中の酸素活量が算出される。そして特定金属
としては鉄と合金を作らないとともに酸化物の生成も極
めて少ないものを用いているから特定金属中の酸素活量
はスラグ中の酸素活量とは平衡することとなり、相互の
酸素活量には相関関係が成立するから、前記手法により
算出された特定金属中の酸素活量値に基づいてスラグ中
の酸素活量を求めることができるのである。

酸素活量を測定が終われば反応管内の不活性ガスはガス
排出孔６から排気され、その後、鉄ルツボ12を反応管下
部から取り出して測定を終了する。溶解炉として集光型
輻射炉を用いたときには反応管内温度を短時間で昇温さ
せることができるので反応管に鉄ルツボを収容してから
鉄ルツボを取り出す迄に要する時は１〜15分程度であ
り、酸素活量を測定は極めて迅速に行うことができる。

尚、本装置の測定精度を維持する為には、スラグの代わ
りに校正用物質を入れて定期的に計器を校正する必要が
あるが、本装置では校正物質として、酸化第一鉄の単
体、若しくは酸化第一鉄とアルカリ土類金属のハロゲン
化物及び／又はアルカリ金属のハロゲン化物との混合物
を用いた。しかしながら校正用物質としては一定の酸素
活量を示すものであれば他のものを用いることも勿論可
能である。

第１図中で示した鉄ルツボ12及び支持台７は支持台７の
平坦な載置面で接触する構造となっていたが、鉄ルツボ
及び支持台の形状他のものであってもよく、例えば第３
図（イ）に示す如く、鉄ルツボ12aの底面と支持台7aの
載置面の形状を波型の凹凸形状として、保持を確実化す
るとともに電気的接触を確実化することも好ましい。
又、第３図（ロ）に示すように下面をテーパー形状とな
した鉄ルツボ12bと、円筒状であって上端縁がテーパー
状に形成された支持台7bとを組合わすことも可能であ
る。

第４図として示したものは、鉄ルツボ12cを吊り下げ方
式となし支持台を排除した場合であり、鉄ルツボ12cの
開口側外周に係止フランジ17を形成し、天蓋4cから垂下
させた複数本のアーム状の吊り金具18によって鉄ルツボ
12cを吊り下げた場合である。鉄ルツボ12cと吊り金具18
の係合構造は他のものであってもよく鉄ルツボ12c及び
吊り金具18形状も係合構造に即して適宜選択される。こ
のように鉄ルツボ12cを吊り下げ方式とすれば、天蓋4c
を上動させるだけで鉄ルツボ12cと固体電解質13を反応
管外部に取り出すことができるので、第１図で示した実
施例のように鉄ルツボは反応管下部か取出し且つ固体電
解質は反応管上部ら取り出すといった手間が不要とな
り、取り出し作業やセッティング作業が大幅に簡略化す
る。

又、鉄ルツボの他の態様として、鉄ルツボ内面に予め銀
等の特定金属を溶解固化させて消耗型鉄ルツボを作成
し、各測定毎に新しい消耗型鉄ルツボを使用することも
可能である。このようにすれば、測定する際にその都
度、鉄ルツボ内に特定金属を収容する手間がなくなる上
に、鉄ルツボ内に測定対象であるスラグ以外のスラグ、
例えば前回測定したスラグが残存することもないので酸
素活量の測定はより高精度なものとなる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明のスラグ中の酸素活量測定方法及び
その装は、測定対象であるスラグと酸素活量が平衡する
特定金属を選択してこれをスラグと共に鉄ルツボ内に収
容し、特定金属中の酸素活量を測定することでスラグ中
の酸素活量を推定することとしたから、特定金属を介し
て標準極側リードと対照極側リード間に形成された酸素
濃淡電池の発生起電力を測定することによってスラグ中
の酸素活量を測定することができる。そして、固体電解
質は特定金属中に浸漬状態で位置づけられるから特定金
属と固体電解質との接触は完全であり、しかも鉄ルツボ
を対照極としているから特定金属と対照極との接触も完
全なものとすることができ、精度の高い測定が可能とな
る。

又、溶解炉として集光型輻射炉を用いた場合は高速加熱
が容易である上に温度制御も容易であるから、測定時間
を大幅に短縮でき、しかも、高周波誘導炉のように測定
機器に対してノイズを与えることもない。

又、鉄ルツボを吊り下げ方式としたときには、鉄ルツボ
の取り出しと固体電解質の取り出しをともに反応管の上
方から行うことが可能となり、セッティング作業や取り
出し作業が大幅に容易化する。

更に、吊り下げ方式としたときには吊り金具を対照極側
リードとなすことができ、又、支持台への載置方式とし
ときには支持台を対照極側リードとなすことができるの
で、別途導出用リードを設ける必要がなくなり装置構成
が単純化できる。

又、鉄ルツボ内に予め特定金属を溶融固化した消耗型鉄
ルツボを作成たときには、測定の都度、特定金属を鉄ル
ツボ内に収容する必要がなくなり、特定金属を入れる手
間や特定金属の入れ忘れをなくすことができる上に、鉄
ルツボは各測定において常に新しいものを用いることと
なるから、測定対象であるスラグに測定対象外のスラグ
が混入することもなくせるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるスラグ中の酸素活量測定装置の
一実施例を示す簡略断面説明図、第２図は本装置及び周
辺装置の校正を示す説明図、第３図（イ），（ロ）は鉄
ルツボと支持台の他の実施例を示す説明図、第４図は吊
り下げ方式を採用した本発明装置の他の実施例である。 A:溶解炉、B:昇降装置、 C:昇降装置操作盤、D:不活性ガスボンベ、 E:炉操作盤、F:演算処理部、 S:スラグ、M:特定金属、 1:反応管、2:炉体、 3:底板、4:天蓋、 5:ガス流入孔、6:ガス排出孔、 7,7a,7b:支持台、8:測温素子、 9:感温部、10:リード線、 11:測温用計器、 12,12a,12b,12c:鉄ルツボ、 13:固体電解質、14:標準極側リード、 15:リード線、16:計器、 17:係止フランジ、18:吊り金具。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不活性雰囲気下において鉄と合金を作らな
   いとともに酸化物を生成しにくい金属であって且つスラ
   グより比重の重い特定金属を測定対象であるスラグと共
   に鉄ルツボ内で溶解させ、標準極を内装した一端閉管型
   の酸素イオン伝導性を有する固体電解質を前記特定金属
   内に浸漬するとともに特定金属に対照極を接触させて特
   定金属を介して電気的閉回路を形成し、対照極と標準極
   間で発生する起電力に基づいて特定金属の酸素活量を測
   定することでスラグ中の酸素活量を測定してなるスラグ
   中の酸素活量測定方法。
2. 【請求項２】不活性ガスを充満させた溶解炉内に鉄ルツ
   ボが収容され、該鉄ルツボ内には不活性雰囲気下におい
   て鉄と合金を作らないとともに酸化物を生成しにくい金
   属であって且つスラグよりも比重の重い特定金属を測定
   対象であるスラグとともに溶融状態で収容され、前記特
   定金属内には標準極を内装した一端閉管型の酸素イオン
   伝導性を有する固体電解質が浸漬され、対照極を兼ねた
   鉄ルツボと標準極間の起電力を測定してなるスラグ中の
   酸素活量測定装置。
3. 【請求項３】溶解炉として集光式輻射炉を用いてなる前
   記特許請求の範囲第２項記載のスラグ中の酸素活量測定
   装置。
4. 【請求項４】鉄ルツボ及び固体電解質は溶解炉内に昇降
   可能に吊り下げてなる前記特許請求の範囲第２項又は第
   ３項記載のスラグ中の酸素活量測定装置。
5. 【請求項５】鉄ルツボの下部に導電性の支持台を設け、
   該支持台を対照極を兼ねた鉄ルツボからの導出用リード
   として用いてなる前記特許請求の範囲第２項、第３項又
   は第４項記載のスラグ中の酸素活量測定装置。
6. 【請求項６】鉄ルツボを取り外し可能な吊り金具で吊下
   し、該吊り金具を対照極を兼ねた鉄ルツボらの導出用リ
   ードとして用いてなる前記特許請求の範囲第２項、第３
   項又は第４項記載のスラグ中の酸素活量測定装置。
7. 【請求項７】鉄ルツボ内にスラグとともに収容する特定
   金属として銀を用いてなる前記特許請求の範囲第２項、
   第３項、第４項、第５項又は第６項記載のスラグ中の酸
   素活量測定装置。
8. 【請求項８】酸素活量の測定精度を校正する為の物質と
   して酸化第一鉄の単体、若しくは酸化第一鉄とアルカリ
   土類金属のハロゲン化物及び／又はアルカリ金属のハロ
   ゲン化物との混合物を用いてなる前記特許請求の範囲第
   ２項、第３項、第４項、第５項、第６項又は第７項記載
   のスラグ中の酸素活量測定装置。
9. 【請求項９】鉄ルツボ内面に、鉄と合金を作らないとと
   もに酸化物を生成しにくい金属であって且つスラグより
   比重の重い特定金属を予め溶解固化させてなるスラグ中
   の酸素活量測定装置に用いる消耗型ルツボ。