JPH0810792Y2 - スラグ中の酸素活量測定装置に用いる消耗型ルツボ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は製鉄過程以外の精錬過
程、即ち非鉄精錬過程において生成されるスラグ中の酸
素活量を高精度に測定するのに適した消耗型ルツボに関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属、非金属のいずれの精錬工程におい
てもスラグが生成されるが、このスラグは金属や非金属
の精錬の進行を間接的に支配していることから、スラグ
成分を分析することは極めて重要な事項であり、中でも
スラグ中の酸素活量を知ることは極めて有意義である。

【０００３】例えば、製鋼工程においてはスラグは溶鋼
と大気とを遮断するための存在として必要不可欠のもの
であるばかりでなく、製鋼スラグは溶鋼上に浮遊状態で
存在することにより溶鋼と接触して化学反応をおこし溶
鋼自体の化学反応を間接的に支配している。したがっ
て、製品としての溶鋼の成分を調整するためには、必然
的にスラグ成分を制御することが重要となってくる。し
かし、溶鋼とスラグの化学反応の度合いを推定するに
は、スラグの成分構成を知るだけでは不十分であり、ス
ラグ中の酸素活量を直接知ることが非常に大切になって
くる。そして、スラグ分析が精錬対象物質の状態を知る
うえで重要であり、特にスラグ中の酸素活量の測定が極
めて重要であることは、製鋼工程に限らず精錬工程一般
についても言えることである。

【０００４】ところで製鋼工程におけるスラグ中の酸素
活量測定装置としては、同出願人が特願平１−271033号
(特開平3-131748号公報)、実願平３−5141号(実開平4-9
7837号公報)、特願平３−181948号(特開平5-164625号公
報)及び特願平4-269350号(特開平6-94673号公報)として
提案したものがある。例えば、特願平１−271033号にお
いては、酸素活量測定装置の原理装置図が示されてい
る。この装置は図６に示す如く、集光型加熱炉ａ内に不
活性ガスを充満させた反応管ｂを垂設し、該反応管ｂ内
における加熱部に、鉄ルツボｃを、支持台を兼ねた金属
製の外套管ｄ上に着脱可能に載置するとともに、該外套
管ｄ内には測温用の熱電対ｅを、その感温部を前記鉄ル
ツボｃ下面に近接させた状態で配置した構成であり、鉄
ルツボｃ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く且つスラグＳより
も比重の重い特定金属Ｍを測定対象であるスラグＳと一
緒に溶融状態で収容したものであった。そして、この出
願では特定金属Ｍの具体例として純銀を例示した。

【０００５】本装置を用いた測定方法は、集光型加熱炉
ａの加熱により溶融状態となした特定金属Ｍ及びスラグ
Ｓ内に、標準極を内装した固体電解質ｆを浸漬し、対照
極を兼ねた鉄ルツボｃと前記標準極間の起電力を計器ｇ
によって測定するとともに計器ｈによって熱電対ｅの熱
起電力を測定することによってスラグＳの酸素活量を実
測するものであった。そしてこの装置により、製鋼スラ
グの酸素活量測定、即ち鉄−スラグ反応の平衡酸素分圧
が測定できる理由は、特願平４−２６９３５０号におい
て詳説した。この装置では、あらかじめ酸素濃淡電池
（固体電解質）により固体鉄と純粋な酸化鉄の平衡酸素
分圧が測定してあり、酸化鉄活量を知りたいスラグの平
衡酸素分圧を測定すればそのスラグの持つ酸化鉄活量を
求めることができる。このようにしてスラグ中の酸化鉄
活量を知ることにより、製品にとってあまり好ましくな
い燐や硫黄の反応を推測することが可能となった。

【０００６】また本出願人は同出願において、鉄ルツボ
ｃとして、測定対象試料以外の不純物が混入することを
避けるために各測定終了毎に廃棄する、いわゆる消耗型
の鉄ルツボを提案し、その具体的構成として消耗型ルツ
ボの内部に予め特定金属を溶融固化しておくことで、毎
回の測定作業時に特定金属を収容することを不要とな
し、このことによって、特定金属の入れ忘れをなくする
とともに測定作業の効率化を促進することも提案した。

【０００７】更に当該装置による酸素活量の測定精度を
維持するために、酸素活量が既知である物質を校正物質
として用い、この校正物質をスラグの代わりに鉄ルツボ
内に入れることによって定期的に計器類を校正すること
も提案した。

【０００８】また実願平３−5141号及び特願平３−1819
48号では、上記測定方法を適用するにあたって、様々な
工夫を凝らした具体的装置も提案している。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】ところでこのような本
出願人が既に提案したスラグ中の酸素活量測定装置にお
いては、ルツボとして鉄ルツボを用いている。これは、
鉄ルツボは導電性を有することから電極としての機能を
担わせることができることと、鉄ルツボが工業的に安価
に提供できることの理由によっている。

【００１０】上記測定装置は、その原理からも明らかな
ように、製鋼スラグに限定されることなく、非鉄金属や
ガラス等の非金属の精錬過程において生成されるスラグ
中の酸素活量の測定にも適用できるはずである。ところ
が、上記装置をこのようなスラグ測定に適用した場合、
測定結果に誤差が生じ、高精度な測定が不可能となるこ
とがわかった。

【００１１】本考案者は、この原因について検討した結
果、次の結論に達した。即ち、ルツボからは微量ではあ
るものの、ルツボ構成素材が測定対象であるスラグ中に
溶出したり、ルツボ構成素材がスラグと反応したりして
いる。そして、この溶出する成分や反応後に生成される
成分が、測定対象であるスラグ中に本来存在しない成分
であったり、あるいは本来極微量にしか存在しない成分
であった場合、スラグの成分構成に無視できない影響を
与えることが予想される。また、反応時にスラグ中の酸
素を消費する場合にはスラグ中の酸素活量に影響するこ
とになる。ルツボが鉄ルツボであって、測定対象である
スラグが製鋼スラグである場合、製鋼スラグ中には元々
多量の鉄分が存在するため、鉄ルツボから溶出した鉄分
や当該鉄分とスラグとの反応による影響はほとんどない
が、測定スラグが非鉄精錬過程における生成スラグであ
る場合、このスラグ中には鉄分や酸化鉄は本来極微量に
しか存在せず、したがってこのようなスラグに鉄分が溶
出したり酸化鉄が生成されたりするとスラグ中の酸素活
量が大きく変動することになる。このように、非鉄精錬
過程で生成されるスラグを測定対象とする場合、従来形
態の鉄ルツボは使用に適さず、これに代わるルツボを開
発する必要があることがわかる。

【００１２】本考案はかかる現況に鑑みてなされたもの
であり、非鉄精錬過程において生成されるスラグ中の酸
素活量を高精度に測定するのに適した消耗型ルツボを提
供せんとするものである。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】本考案者は上記課題を解決
すべく鋭意検討した結果、次の着想を得た。即ち、電極
機能を担わせることができる充分な導電性を有し、且つ
熱伝導、加工性にも優れ、しかも工業的に安価に提供で
きるという鉄ルツボの利点を生かしながら、鉄ルツボか
らの鉄分の溶出を防止するには、スラグの存在範囲に位
置する鉄ルツボ内面、即ちスラグと接触する鉄ルツボ内
面に鉄分の溶出及び鉄ルツボとスラグとの反応を防止す
る遮断層を設ければよいことに気がついた。そして、こ
の遮断層の素材としては、スラグと反応しない物質、即
ち対スラグ非反応性物質を選択すれば目的を達成できる
ことに気付いた。また、鉄ルツボは電極としての機能も
担っていることから、ルツボ内の特定金属とは少なくと
も電気的に接続されていなければならない。したがって
鉄ルツボと特定金属との接触部も設けておく。そして、
このような着想を更に発展させれば、鉄ルツボに代えて
他の金属ルツボを用いることも可能であり、特に金属ル
ツボの素材を精錬対象金属と同種のものとすれば、スラ
グ中の酸素活量の測定精度をより高めることも期待でき
る。

【００１４】このような着想に基づいて完成された本考
案の消耗型ルツボは次の内容を有する。即ち、当該消耗
型ルツボは、金属製外容器と、その内面に配置された対
スラグ非反応性物質より形成された遮断層とから構成さ
れており、且つ当該遮断層はスラグの下層に位置する特
定金属と金属製外容器との部分的接触箇所を残しながら
金属製外容器内面における少なくともスラグが接触する
範囲全体に配置されていることを特徴としている。

【００１５】消耗型ルツボの具体的態様は様々である
が、例えば、外径が金属製外容器の内径にほぼ一致した
無底筒体、又は外径が金属製外容器の内径にほぼ一致す
るとともに底部に透孔を形成した有底筒体をスラグと反
応しない物質を用いて形成し、これら筒体を金属製外容
器に内嵌したものや、あるいは金属製外容器内底部の一
部を残して金属製外容器内面に対スラグ非反応性物質を
塗布、コーティング又は溶射した形態のもの等が採用可
能である。

【００１６】また、遮断層の素材としては、測定対象で
あるスラグの酸素活量に大きな変化を与えないもの、即
ちスラグの構成成分に近いものを用いることが好まし
く、例えば、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化
マグネシウム、二酸化硅素、安定化ジルコニア、部分安
定化ジルコニア又はムライトのうちから選んだ一種又は
複数種を主要材料となした物質等が使用可能である。

【００１７】更に、鉄ルツボに代えて、ルツボ本体を精
錬対象金属と同種の金属を用いて作成することもでき
る。

【００１８】

【作用】このような構成の消耗型ルツボを用いたスラグ
中の酸素活量の測定は次のようにして行われる。金属製
外容器の内面所定範囲に遮断層を配置した本ルツボ内
に、先ず不活性雰囲気下で純銀等の特定金属を押し込み
設置したのち、この上に測定すべきスラグを投入する。
次いでこのルツボを不活性ガスを充満させた溶解炉内に
収納してルツボを加熱し、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、対照極を兼ねた金属製外容器と標準極間の
起電力を測定することによって特定金属中の酸素活量を
測定し、この値からスラグ中の酸素活量を求めるもので
ある。

【００１９】金属製外容器内面におけるスラグの存在範
囲には、遮断層が存在しているから、金属製外容器の構
成素材がスラグ中に溶出したり、又はスラグと反応した
りすることはなく、また遮断層自体は溶出した場合でも
スラグの酸素活量に影響を及ぼさない素材より形成され
ているから、スラグ中の酸素活量は測定時間中、変化す
ることなく安定した状態を維持できる。また、特定金属
と金属製外容器とは部分的に接触しているから、固体電
界質と金属製外容器間には電気的閉回路が形成され、ス
ラグ中の酸素活量に応じた起電力が発生する。

【００２０】

【実施例】次に本考案の詳細を実施例に基づき説明す
る。本考案の消耗型ルツボがセッティングされる酸素活
量測定装置の基本的態様は、図１で示される。当該装置
は消耗型ルツボ１以外の構成は図６として示した従来装
置と同じである。即ち、集光型加熱炉ａ内に不活性ガス
を充満させた反応管ｂが垂設され、該反応管ｂ内におけ
る加熱部に、消耗型ルツボ１を、支持台を兼ねた金属製
の外套管ｄ上に着脱可能に載置するとともに、該外套管
ｄ内には測温用の熱電対ｅを、その感温部を前記消耗型
ルツボ１の下面に近接させた状態で配置した構成であ
る。

【００２１】消耗型ルツボ１内には特定金属Ｍを、測定
対象であるスラグＳと一緒に溶融状態で収容している。
特定金属Ｍは不活性雰囲気下において金属製外容器２の
素材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よりも比重の重い素材が選択されるもので、
例えば純銀などが用いられる。特定金属Ｍは溶融状態で
収容する以外にも、板状あるいは線状となしたものをル
ツボ内に押し込み設置しておき、加熱によって溶融させ
てもよい。

【００２２】そして測定に際しては、集光型加熱炉ａの
加熱により溶融状態となした特定金属Ｍ及びスラグＳ内
に、標準極を内装した固体電解質ｆを浸漬し、対照極を
兼ねた消耗型ルツボ１と前記標準極間の起電力を計器ｇ
によって測定するとともに計器ｈによって熱電対ｅの熱
起電力を測定することによって、スラグＳ中の酸素活量
を実測するものである。

【００２３】本考案の特徴は消耗型ルツボ１の構成にあ
り、消耗型ルツボ１を金属製外容器２と、その内面に配
置されたスラグＳと反応しない物質より形成された遮断
層３とから構成したことを特徴としている。金属製外容
器２の素材選択の基準としては、電極として利用しうる
導電性を有し、且つスラグＳや特定金属Ｍよりも高い融
点を有し、更に加工が容易であることを条件にして選択
される。鉄はこれら全ての条件を満足するうえに、工業
的に安価に供給できる材料でもあることから、一般的に
は金属製外容器２としては既存の鉄ルツボを用いるもの
である。尚、金属製外容器２からの鉄成分の溶出や鉄分
とスラグとの反応を完全になくす観点からは、金属製外
容器２として非鉄金属を用いることも考慮されるが、金
属製外容器２は遮断層３によってスラグＳと非接触状態
に設定されており、金属製外容器２と接触するのは特定
金属Ｍだけであるので、金属製外容器２の素材として鉄
を用いたとしても、測定精度に対する大きな誤差原因と
はならない。しかしながら、金属製外容器２の素材に、
測定対象スラグ中に多量に存在する金属成分、即ち精錬
対象金属と同種の金属を用いることとすれば、より測定
誤差が少なくなることはいうまでもなく、例えば、精錬
対象金属がニッケルである場合は金属製外容器２の素材
もニッケルを用い、また精錬対象金属がクロムである場
合は金属製外容器２の素材もクロムを用い、更に、精錬
対象金属が銅や青銅である場合は金属製外容器２の素材
も銅や青銅を用いることとすれば、より測定精度を向上
させることができる。

【００２４】遮断層３の素材としては、スラグ中の酸素
活量に影響を与えにくい物質が用いられる。スラグ中の
酸素活量に影響を与えにくい物質とは、スラグと反応し
たり、合金を生成したりしない物質であり、主として金
属酸化物や窒化物、炭化物等に代表されるセラミックス
が採用でき、より具体的には酸化アルミニウム、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、二酸化硅素、安定化ジル
コニア、部分安定化ジルコニア又はムライトのうちから
選んだ１種又は複数種を主要材料となした物質等が採用
できる。これら物質は一般的に、スラグＳ中に大量に存
在する物質であることから、当該物質がスラグＳ中や特
定金属Ｍ中に溶出したとしてもスラグＳの酸素活量に大
きな変化を与えることはなく、またこれら物質は極めて
安定であって、これ以上酸素と結合したりスラグと反応
したりすることはないから、スラグ中の酸素活量に影響
を与えることもない。尚、スラグの成分構成に対応させ
て遮断層３の材質をより具体的に特定することはより好
ましい例である。

【００２５】遮断層３の具体的な形状としては様々な形
態が採用可能であり、例えば図２（イ），（ロ）に示す
ように金属製外容器２の内径ｒ１にほぼ一致するかある
いはやや小さめの外径ｒ２を有する筒状遮断材３ａを形
成し、これを金属製外容器２に内嵌する構成等が採用可
能である。ここで筒状遮断材３ａの外径ｒ２を金属製外
容器２の内径ｒ１よりも小さく設定したのは、金属の熱
膨張率がセラミックスよりも大きいことを考慮して、加
熱時にセラミックス製の筒状遮断材３ａが割れないよう
に配慮したためである。

【００２６】筒状遮断材３ａはスラグＳと金属製外容器
２との接触を遮断することが目的であるから、その金属
製外容器２の深さ方向における配置範囲も、少なくとも
スラグＳの存在範囲をカバーしていれば充分であり、し
たがって図３に示す如く、金属製外容器２の深さ方向途
中までの短い筒状遮断材３ｂを用いることも可能であ
る。この場合、特定金属Ｍは金属製外容器２内面と広範
囲にわたって接触することになるが、特定金属Ｍとして
は、不活性雰囲気下においてルツボの金属素材と合金を
作らないとともに酸化物を生成しにくい金属を用いてい
ることから、特定金属Ｍと金属製外容器２とはほとんど
反応せず、したがって特定金属Ｍと金属製外容器２との
広範囲な接触が、スラグ中の酸素活量に影響を与えるこ
とはほとんどない。しかしながら、金属製外容器２がス
ラグ中の酸素活量に与える影響を、より完全に排除しよ
うとすれば、特定金属Ｍと金属製外容器２との接触範囲
を狭くするほうがより好ましいことはいうまでもない。

【００２７】図４として示すものが、この考え方に基づ
いた実施例であり、対スラグ非反応性物質を用いて、底
部中央に透孔４を有する有底容器３ｃを形成し、当該有
底容器３ｃを金属製外容器２に内嵌した場合である。底
部中央に設けた透孔４は、金属製外容器２と特定金属Ｍ
を電気的に接触させるためのものであって必須である
が、その形成位置は底部中央に限定されず、ルツボ内面
における特定金属Ｍの存在範囲内であれば、適宜位置が
採用される。

【００２８】以上述べたものは、セラミックス材料等を
筒状あるいは有底容器状に成形したものを、金属製外容
器２に内嵌して遮断層３とした場合であったが、遮断層
３の形成方法としては他の方法も採用され、例えば、図
５に示すように、セラミックス材料等の対スラグ非反応
性物質を、金属製外容器２内底部の一部を残して金属製
外容器２内面に塗布、コーティング又は溶射して膜層３
ｄを形成し、この膜層３ｄを遮断層３として用いること
も考慮される。

【００２９】このようにして作成された消耗型ルツボ１
は、従来の鉄ルツボと同様、図１に示すように集光型加
熱炉ａ内に垂設された反応管ｂ内所定位置にセッティン
グされて使用される。また、消耗型ルツボ１の下面には
熱電対ｅを配してルツボ温度を監視し、また集光型加熱
炉ａの加熱により溶融状態となった特定金属Ｍ及びスラ
グＳ内に標準極を内装した固体電解質ｆを貫通浸漬し、
対照極を兼ねた金属製外容器２と前記標準極間の起電力
を計器ｇによって測定することによってスラグＳの酸素
活量を実測することも、従来と同様である。

【００３０】このように本考案では、消耗型ルツボ１を
金属製外容器２と、その内面に配置した遮断層３とから
構成し、遮断層３の形成素材としてスラグと反応しない
物質を用いたので、非鉄金属やガラス等の非金属の精錬
過程において生成されるスラグ中の酸素活量の測定も高
精度に行うことが可能となる。尚、本消耗型ルツボ１が
製鋼スラグ中の酸素活量測定にも使用できることはいう
までもない。

【００３１】

【考案の効果】本考案は、消耗型ルツボを、金属製外容
器と、スラグの下層に位置する特定金属と金属製外容器
との部分的接触箇所を残しながら金属製外容器内面にお
ける少なくともスラグが接触する範囲全体に配置した遮
断層とから構成し、遮断層の素材としてスラグと反応し
ない物質を用いたので、ルツボの電極機能を失わしめる
ことなく、ルツボ素材のスラグ中への溶出及びルツボ素
材とスラグとの反応を防止することが可能となる。した
がって、スラグ中の酸素活量の測定が高精度に行えるよ
うになり、特に、従来の鉄ルツボでは高精度測定が不可
能であった非鉄金属やガラス等の非金属の精錬過程にお
いて生成されるスラグ中の酸素活量の測定を高精度に行
うことが可能となる。

【００３２】また、金属製外容器として鉄ルツボを用い
たときには、既存の安価な鉄ルツボの内面に遮断層を配
設するだけで、本考案対象である消耗型ルツボを提供で
きる。また、金属製外容器の素材として精錬対象金属と
同種の金属を用いた場合は、金属製外容器の構成素材の
特定金属への溶出並びに金属製外容器の構成素材と特定
金属との反応も完全になくすことができるので、より測
定精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 酸素活量測定装置内に本考案の消耗型ルツボ
をセッティングした状態を示す簡略説明図

【図２】 本考案の消耗型ルツボの一実施例であり、
（イ）は組み立て前の状態を示す斜視図、（ロ）は組み
立て後の断面図

【図３】 本考案の消耗型ルツボの他の実施例を示し、
遮断層として筒状遮断材を用いた場合の断面図

【図４】 本考案の消耗型ルツボの他の実施例を示し、
遮断層として有底容器を用いた場合の断面図

【図５】 本考案の消耗型ルツボの他の実施例を示し、
遮断層として塗布、コーティング又は溶射により形成し
た膜層を用いた場合の断面図

【図６】 酸素活量測定装置の基本構成と当該装置内に
セッティングされた従来の鉄ルツボを示す簡略説明図

【符号の説明】

Ｓ スラグ Ｍ 特定金属 １ 消耗型ルツボ ２ 金属製外容器 ３ 遮断層 ３ａ 筒状遮断材 ３ｂ 筒状遮断材 ３ｃ 有底容器 ３ｄ 膜層 ４ 透孔 ａ 集光型加熱炉 ｂ 反応管 ｃ 鉄ルツボ ｄ 外套管 ｅ 熱電対 ｆ 固体電解質 ｇ 計器 ｈ 計器

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガスを充満させた溶解炉内に金属
   製のルツボが収容され、且つ当該ルツボ内には、不活性
   雰囲気下においてルツボの金属素材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が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固体電解質が浸漬され、対照極を兼
   ねたルツボと前記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に用いる消耗型ルツボであっ
   て、 当該消耗型ルツボは、金属製外容器と、その内面に配置
   されたスラグと反応しない物質より形成された遮断層と
   から構成されており、且つ当該遮断層はスラグの下層に
   位置する特定金属と金属製外容器との部分的接触箇所を
   残しながら金属製外容器内面における少なくともスラグ
   が接触する範囲全体に配置されていることを特徴とする
   スラグ中の酸素活量測定装置に用いる消耗型ルツボ。
2. 【請求項２】 外径が金属製外容器の内径にほぼ一致し
   た無底筒体、又は外径が金属製外容器の内径にほぼ一致
   するとともに底部に透孔を形成した有底筒体をスラグと
   反応しない物質を用いて形成し、当該筒体を遮断層とし
   て用いてなる請求項２記載のスラグ中の酸素活量測定装
   置に用いる消耗型ルツボ。
3. 【請求項３】 金属製外容器内底部の一部を残して金属
   製外容器内面にスラグと反応しない物質を塗布、コーテ
   ィング又は溶射して金属製外容器内面に膜層を形成し、
   当該膜層を遮断層として用いてなる請求項１記載のスラ
   グ中の酸素活量測定装置に用いる消耗型ルツボ。
4. 【請求項４】 酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸
   化マグネシウム、二酸化硅素、安定化ジルコニア、部分
   安定化ジルコニア又はムライトのうちから選んだ一種又
   は複数種を主要材料となした物質を用いて遮断層を形成
   してなる請求項１、２又は３記載のスラグ中の酸素活量
   測定装置に用いる消耗型ルツボ。
5. 【請求項５】 金属製外容器の素材として精錬対象金属
   と同種の金属を用いてなる請求項１、２、３又は４記載
   のスラグ中の酸素活量測定装置に用いる消耗型ルツボ。