JPH09288081A

JPH09288081A - 溶融金属中の酸素連続測定用プローブ及び測定装置

Info

Publication number: JPH09288081A
Application number: JP8122169A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Abe; 一彌阿部; Seiji Sasaki; 清治佐々木; Hajime Yamashita; 初山下; Hisao Igawa; 久雄井川; Yukio Kanekawa; 行男金川
Original assignee: KAWASOU DENKI KOGYO KK; Fujikura Ltd
Current assignee: KAWASOU DENKI KOGYO KK; Fujikura Ltd
Priority date: 1996-04-20
Filing date: 1996-04-20
Publication date: 1997-11-04
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: TW475064B; JP3073926B2; GB9707356D0; GB2312285B; GB2312285A

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間に亘って使用しても、高精度で、
且つ安定した測定ができる溶融金属中の酸素連続測定用
プローブ及び測定装置を提供する。【解決手段】測定部１１においては、下端が閉塞した
固体電解質管４内に内部電極を兼ねるシース熱電対２が
挿入され、更にＭｏ及びＭｏＯ₂等からなる基準物質３
が充填されている。そして、固体電解質管４の上端部及
び固体電解質管４から導出された部分のシース熱電対２
には内部保護管５が嵌合され、内部保護管５の下端部に
は、固体電解質管４の上端部が嵌合され、両者は耐火セ
メント等の固定剤によって固定されている。また、この
内部保護管５及び固定電解質管４には、外部電極を兼ね
た外部保護管６が外嵌されており、この外部保護管の下
部にはスリット７ａ及び７ｂが形成されている。これら
のスリットの幅は固体電解質管４の外径の１／４以上、
外部保護管６の外径の１／３未満である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶銅等の溶融金属中の
酸素量を長時間連続測定することができる溶融金属中の
酸素連続測定用プローブ及び測定装置に関し、特に、溶
融金属が流動している場合に好適の溶融金属中の酸素連
続測定用プローブ及び測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、溶融金属中の酸素量を測定する
従来の酸素測定用プローブを示す模式的断面図である。
この図９に示すように、従来の酸素測定用プローブに
は、中心部に一端が閉塞された固体電解質管７３が配置
され、この固体電解質管７３において閉塞された下端部
の内側に、白金線等からなるリード線７４が接続されて
いる。また、固体電解質管７３の外周部に、この固体電
解質管７３を保護すると共に、外部電極となる外部保護
管７１が設けられており、固体電解質管７３の下部が耐
火セメント等からなる固定剤７２によって外部保護管７
１内に固定されている。そして、一端が固体電解質管７
３の内側下端部に接続されたリード線７４の他端と、外
部保護管７１の上端部との間に電圧計７９が接続されて
いる。

【０００３】このように構成された酸素測定用プローブ
において、固体電解質管７３内に空気、酸素ガス又は酸
素を含む混合ガス等であって、その酸素濃度が既知のガ
ス（標準ガス）を供給しつつ、前記酸素測定用プローブ
の下端部に構成された測定部を溶融金属７５に浸漬する
と、前記標準ガスを酸素分圧既知の基準極とする酸素濃
淡電池が構成され、固体電解質管７３の内外両界面に起
電力が発生する。この起電力がリード線７４と外部保護
管７１とを接続する電圧計７９で測定することができ、
その値から計算によって溶融金属中の酸素濃度を知るこ
とができる。

【０００４】ところで、不純物が殆ど混入されていない
溶銅を測定する場合において、図９に示す酸素測定用プ
ローブの下端部を溶銅に浸漬すると、固定剤７２が溶銅
７５と接触し、測定が長時間に亘ると、固定剤７２が溶
銅と反応して起電力に影響を及ぼすと共に、溶銅７５に
固定剤７２が混入し、この溶銅７５から製造される製品
の性質を低下させてしまう。

【０００５】そこで、特開昭５５−９８３５１号公報で
は、次のような酸素測定用プローブが開示されている。
即ち、酸素測定用プローブの測定部を溶融金属に浸漬す
る場合において、固定剤が溶融金属に接触することを阻
止するために、図１０に示すように、固体電解質管７３
の先端が外部保護管７１の下端面より突出しないように
固体電解質管７３を配置して固定すると共に、外部保護
管７１の下端部の内側に所定の空間７６を形成し、そこ
にガスを残留させる。更に、固体電解質管７３の下端部
が溶融金属７５に安定して接触するために、図１１に示
すように、外部保護管７１の下端部に必要最小限のスリ
ット７７又は貫通孔７８を形成している。

【０００６】また、実公平２−４０５３６号公報では、
外部保護管の下端部において、その外周面にスリットの
ようなセルを有する溶湯フィルターを設けた酸素測定用
プローブが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１
０、１１に示す特開昭５５−９８３５１号公報に開示さ
れた酸素測定用プローブにおいては、固体電解質管７３
は溶融金属７５と接触することができるものの、以下に
示すような欠点がある。

【０００８】即ち、スリット７７又は貫通孔７８の大き
さが外部保護管７１及び固体電解質管７３の大きさに比
して小さく形成されている場合には、測定時において溶
融金属が外部保護管７１の外側から内側へ、また内側か
ら外側へと円滑に流出入することができない。つまり、
測定当初に外部保護管７１内に流入した溶融金属は、外
部保護管７１の内側に滞留してしまい、この溶融金属
と、外部保護管７１の外側の溶融金属とを円滑に循環さ
せることができない。

【０００９】通常、溶融金属浴槽の溶融金属は均一な成
分状態ではないため、溶融金属中の酸素濃度を高精度に
測定するためには、固体電解質管７３に接触する溶融金
属を循環させて、常に新鮮な溶融金属、即ち固体電解質
管７３に未だ接触していない溶融金属が、固体電解質管
７３に接触できるようにすることが必要である。

【００１０】一方、スリット７７等の大きさが、外部保
護管７１等の大きさに比して大きく形成されている場合
においては、溶融金属は外部保護管７１の内外へ円滑に
流出入することができるものの、大量に溶融金属が外部
保護管７１の内側へ流入すると、外部保護管７１の内側
にガスを残留させる空間７６を維持しておくことができ
ず、固定剤７２が溶融金属７５に接触してしまう。

【００１１】それに、スリットの幅の大小によっても、
次のような問題が発生する。即ち、スリット７７の幅が
大きすぎると、溶融金属の流れによる圧力によって、外
部保護管７１の下端部であって、スリットが形成されて
いない領域の部分が内側に曲がり、固体電解質管７３に
接触したり、最悪の場合には外部保護管７１の下端部が
折損してしまう場合もある。一方、スリット７７の幅が
小さすぎる酸素測定用プローブを長時間に亘って連続使
用すると、外部保護管７１の下端部が収縮して、スリッ
ト７７を閉塞してしまう。

【００１２】また、実公平２−４０５３６号公報に開示
された酸素測定用プローブでは、溶融スラグから固体電
解質を保護するために溶湯フィルターが設けられている
が、この酸素測定用プローブを長時間に亘って使用する
と、フィルターの目詰まり等が発生するため、固体電解
質管に安定して溶融金属を接触させることができなくな
る。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、長時間に亘って使用しても、高精度で、且
つ安定した測定ができる溶融金属中の酸素連続測定用プ
ローブ及び測定装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶融金属中
の酸素連続測定用プローブは、一端閉塞型の固体電解質
管と、この固体電解質管内に挿入され内部電極を兼ねる
シース熱電対と、前記固体電解質管内に充填された基準
物質と、前記固体電解質管に外嵌され外部電極を兼ねる
保護管とを有し、前記保護管の先端部に、幅又は直径が
前記固体電解質管の外径の１／４以上、保護管の外径の
１／３未満であるスリット又は貫通孔が複数個形成され
ていることを特徴とする。

【００１５】また、前記保護管の先端部に補強体を取り
付け、前記保護管の先端部に、幅又は直径が前記固体電
解質管の外径の１／５以上、前記保護管の外径の３／５
未満であるスリット又は貫通孔が複数個形成されている
ものであってもよい。

【００１６】更に、前記スリットは、前記固体電解質管
が前記スリット内に露出している長さと、前記スリット
の長さとの比が１：７乃至６：７であることが好まし
く、また前記保護管の内側には、前記固体電解質管の上
端部及び前記固体電解質管から導出された部分の前記シ
ース熱電対を覆う内部保護管を有し、この内部保護管は
その下端部にて前記固体電解質管の上端部に嵌合固定さ
れていることが好ましい。

【００１７】更にまた、前記補強体は、スリットが形成
された前記保護管の先端部の１箇所又は複数箇所にて前
記スリットを橋渡す棒状又は板状の部材であることが好
ましく、また前記補強体はリング状の部材からなり、こ
の補強体が前記保護管の先端部に嵌合固定されているこ
とが好ましい。

【００１８】本発明に係る溶融金属中の酸素連続測定装
置は、上述の溶融金属中の酸素連続測定用プローブと、
前記プローブにより測定された起電力及び温度信号から
酸素活量及び溶融金属の温度を求める演算処理手段と、
前記演算処理手段によって得られた酸素活量及び溶融金
属の温度を経時的に表示する第１表示手段と、前記酸素
活量のみを表示する第２表示手段と、一定時間毎に断続
的に測定される起電力及び温度信号から前記演算処理手
段により求められた酸素活量及び溶融金属の温度を表示
する第３表示手段とを有することを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明に係る酸素連続測定用プローブにおいて
は、測定部における保護管の先端部に所定形状のスリッ
ト又は貫通孔が複数個形成されているので、前記保護管
の内外の溶融金属を円滑に循環させることができ、常に
新鮮な溶融金属を固体電解質管に接触させることができ
る。このため、溶融金属中の酸素濃度を高精度で測定す
ることができる。

【００２０】また、前記保護管の先端部に補強体を取り
付けることにより、形成できるスリット等の形状及び大
きさの範囲をより一層広くすることができる。

【００２１】更に、固体電解質管がスリットの上端から
露出している長さと、前記スリットの管軸方向の長さと
の比を所定の範囲とすることにより、固体電解質管の先
端部を保護できると共に、測定すべき溶融金属を十分に
固体電解質管に接触させることができる。このため、溶
融金属中の酸素濃度を高精度で測定することができる。

【００２２】更にまた、固体電解質管の上端部を、内部
保護管の下端部に嵌合固定することにより、固体電解質
管を保護管内面に接触することなく保持できるので、前
記固体電解質管に前記保護管による外力等が作用するこ
とを防止することができる。このため、固体電解質管に
折損等が発生することを防止することができる。

【００２３】次に、保護管の先端部に形成されるスリッ
ト又は貫通孔の形状と、固体電解質管及び保護管との関
係について説明する。

【００２４】スリットの幅及び貫通孔の直径保護管の先端部に形成されるスリットの幅及び貫通孔の
直径の大きさは、測定精度に大きな影響を与える。即
ち、測定時において、常に新鮮な溶融金属が固体電解質
管に接触するようにすると、高精度で測定することがで
きる。このため、一定以上の大きさを有するスリット等
を形成しておく必要があり、またスリット等の形状が小
さすぎると、スラグなどによって測定中においてスリッ
ト等が閉塞してしまう虞れもある。このような新鮮な溶
融金属の供給及びスリット閉塞防止のためには、スリッ
トの幅及び貫通孔の直径を固体電解質管の外径の１／４
以上とすることが必要である。

【００２５】また、スリットの幅及び貫通孔の直径の大
きさは、保護管の強度にも影響を与える。即ち、前述と
は逆に、スリット等の形状が大きすぎると、保護管の先
端部であってスリットが形成されていない部分の領域が
小さくなってしまい、この部分が測定時において容易に
変形してしまう。このような保護管の変形を防止するた
めに、スリットの幅及び貫通孔の直径を保護管の外径の
１／３未満とすることが必要である。

【００２６】従って、保護管の先端部に形成されるスリ
ットの幅又は貫通孔の直径は、いずれも固体電解質管の
外径の１／４以上、保護管の外径の１／３未満とする。

【００２７】また、スリット等の形状を前述の範囲を超
えて大きくする場合、又は前述の範囲以下とする場合に
は、保護管の先端部に補強体を取り付けることが有効で
ある。この補強体としては、例えば、保護管の先端部で
あってスリットが形成されていない部分を橋渡し状に連
結する棒状又は板状のもの、又は帯状のリング等を使用
するものであってもよい。このような補強体を使用する
と、保護管の先端部に形成されるスリットの幅又は貫通
孔の直径を、固体電解質管の外径の１／５以上、保護管
の外径の３／５未満とすることができる。

【００２８】スリットの長さに対する固体電解質管の露
出部の長さ保護管の先端部に形成されたスリットから露出する固体
電解質管の部分は、測定精度及び固体電解質管の保護の
点において影響を与える。即ち、固体電解質管の露出部
が少なかったり、また固体電解質管の下端がスリットの
上端より上方に位置するように酸素測定用プローブの測
定部が構成されている場合には、測定時に前記測定部を
溶融金属に浸漬しても、固体電解質管に溶融金属を接触
させることができない場合もあり、測定精度が低下して
しまう。このため、固体電解質管の露出部の長さと、ス
リットの長さとの比は１：７以上とすることが好まし
い。逆に、固体電解質管の露出部がスリットの長さより
長く、即ち保護管の下端面から固体電解質管の下端部が
突出してしまうと、酸素測定用プローブの取り扱い時等
において固体電解質管を破損してしまう場合がある。こ
のため、固体電解質管の露出部の長さはスリットの長さ
より短い方がよく、その比は６：７以下であることが好
ましい。

【００２９】従って、固体電解質管の露出部の長さと、
スリットの長さとの比は、１：７乃至６：７の範囲内と
する。

【００３０】本発明に係る酸素連続測定装置において
は、溶融金属に酸素測定用プローブの測定部を浸漬させ
ることによって発生する起電力及び溶融金属温度信号を
基に、演算処理手段が酸素活量及び溶融金属の温度を算
出する。そして、適時酸素活量及び溶融金属を各表示手
段にて表示する。この酸素連続測定装置を、溶融金属を
材料とする製品の製造ラインに一箇所又は複数箇所設置
することにより、必要な酸素値及び温度情報を的確に得
ることができるため、高品質及び高精度な製品を製造す
ることができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に
係る酸素測定用プローブ１を示す断面図である。また、
図２は酸素測定用プローブ１の測定部（センサ部）１１
を示す拡大断面図である。この図１及び２に示すよう
に、酸素測定用プローブ１は、大きく分けて測定部１１
と端子部の２つの部分から構成されている。

【００３２】この測定部１１には、その下端が閉塞した
固体電解質管４が中心部に配置されており、この固体電
解質管４内に内部電極を兼ねるシース熱電対２の先端部
が挿入されている。また、固体電解質管４内にはＭｏ及
びＭｏＯ2等からなる基準物質３が充填されている。そ
して、固体電解質管４の上端部及び固体電解質管４から
導出された部分のシース熱電対２は内部保護管５により
嵌合されており、この内部保護管５の下端部には固体電
解質管４の上端部が嵌合され、耐火セメント等の固定剤
によって両者が固定されている。また、この内部保護管
５及び固定電解質管４には、外部電極を兼ねた外部保護
管６が外嵌されており、この外部保護管６の下端部には
その管軸方向に延びるスリット７ａ及び７ｂが形成され
ている。一方、端子部では、蓋が設けられた端子箱１０
内に、外部への出力端子等を有する端子台９が設置さ
れ、端子箱１０の底部にソケット８が螺着されている。
このソケット８の下部には、外部保護管６の上端部が螺
着されており、また内部保護管５の上端部がセメント等
で固定されている。更に、シース熱電対の上部はソケッ
ト８及び端子台９を挿通し、その先端は所定の端子に配
線されている。

【００３３】このように構成された酸素測定用プローブ
によって溶融金属の酸素量を測定する場合には、先ず測
定部１１を下方へ向け、その先端部を溶融金属に浸漬す
る。そうすると、シース熱電対２を基準極とする酸素濃
淡電池が構成され、基準物質３が接触する固体電解質管
４の内周面と、溶融金属が接触する固体電解質管４の外
周面との間に起電力が発生する。この発生した起電力
は、基準物質３と接触するシース熱電対２と、溶融金属
に接触する外部保護管６を介して上方の端子部に導出さ
れ、この端子部で検出される。

【００３４】本実施例に係る酸素測定用プローブの測定
部においては、固体電解質管が従来のように直接外部保
護管内に固定されるものではなく、内部保護管５の下端
部に固体電解質管４の上端部が嵌合固定されており、こ
の嵌合部に固定剤を使用しているものの、固体電解質管
４が嵌合部から下方へ延出するように取り付けられ、外
部保護管６の内面に接触することなく保持されている。
このため、耐火セメントが測定中において溶融金属に混
入する虞れはなく、それに大部分の固体電解質管の外周
面に十分に溶融金属を接触させることができるため、溶
融金属中の酸素を高精度で測定することができる。ま
た、測定中において、外部保護管６の歪み等による外部
的圧力が固体電解質管に作用することがないので、固体
電解質管４が折損したり、固体電解質管の歪みによって
熱電対素線が断線したりすること等を防止することがで
きる。

【００３５】また、外部保護管６の下端部には所定形状
のスリット７ａ及び７ｂが形成されている。即ち、形成
されるスリット７ａ及び７ｂの幅を固体電解質管４の外
径の１／４以上であり、且つ、外部保護管６の外径の１
／３未満とすることにより、酸素量を測定すべき溶融金
属が外部保護管６内で滞留することなく、常に新鮮な溶
融金属を固体電解質管４の外面に循環接触させることが
できる。

【００３６】次に、第２の実施例として、外部保護管６
の下端部に補強体を取り付けた酸素測定用プローブにつ
いて説明する。図３は、酸素測定用プローブの測定部に
補強体を取り付けたセンサ部の例を示す側面図であり、
（ａ）は補強体が外部保護管の下端面に、（ｂ）は補強
体が外部保護管の下端近傍に取り付けられた場合であ
る。また、図４は、外部保護管の下端面に各種の補強体
を取り付けた酸素測定用プローブの底面図である。

【００３７】外部保護管の下端部に形成するスリット
は、測定中における外部保護管の下端部の折損等を防止
するため、そのスリットの幅を所定の大きさとすること
が必要であるが、所定の大きさより大きくすることが必
要である場合には、図３（ａ）、図４（ａ）〜（ｄ）に
示すように、スリット７ａ、７ｂが形成されていない外
部保護管６の下端面において、複数箇所を橋渡すように
棒材又は板材からなる補強体３１を取り付ける。

【００３８】また、補強体は外部保護管６の下端面に取
り付けるものだけでなく、帯状のリングからなる補強体
３２のように、外部保護管６の下端先端部を嵌挿するも
のであってもよい。更に、このような補強体３２を外部
補強体６の下端先端部に複数個嵌挿させてもよい。

【００３９】なお、補強体は前述の補強体３１、３２に
限定されるものではなく、固体電解質管に、常に新鮮な
溶融金属が接触するような溶融金属の流れを確保しつ
つ、外部保護管の下端部が変形したり、スリットが収縮
閉塞したりすることを防止できるものであればよい。

【００４０】次に、上述の酸素測定用プローブを使用し
て溶融金属の酸素を測定する装置について説明する。図
６は、本発明の実施例に係る溶融金属中の酸素連続測定
装置を示す模式的構成図である。この図６に示すよう
に、樋４３内を流れる溶融金属４４内に、酸素測定用プ
ローブ４１の測定部を浸漬し、この状態で架台４２に酸
素測定用プローブ４１を固定する。

【００４１】この酸素測定用プローブ４１によって測定
された起電力及び温度信号は演算処理装置４５に入力さ
れ、この演算処理装置４５は酸素活量及び溶融金属の温
度をリアルタイムで算出する。この演算処理装置４５で
は、下記の数式１によって溶融金属（溶銅）の酸素活量
を算出する。

【００４２】

【数１】a_o＝exp[-ΔG^o/RT]・[(Pθ^1/4+P_ref ^1/4)exp[-E
F/RT]-Pθ^1/4]² ａ_o：溶銅中酸素活量Ｅ：起電力Ｔ：絶対温度Ｒ：ガス定数Ｆ：ファラデー定数Ｐθ：イオン電導と電子電導が等しくなる酸素分圧Ｐref：基準物質の平衡酸素分圧 ΔＧ^o：溶銅への溶解に伴う自由エネルギー変化

【００４３】上記数式１におけるＰrefは基準物質の平
衡酸素分圧を表しており、図５はこのＰrefとして、Kub
aschewskiの値を使用した場合に算出された酸素活量を
縦軸にとり、横軸に製品分析値をとって、両者の相関関
係を示すグラフ図である。この図５に示すように、Ｐre
fとしてKubaschewskiの値を使用すると、製品分析値と
酸素活量とが最も良く一致した。このため、Ｐrefとし
てKubaschewskiの値を採用することが好ましい。

【００４４】演算処理装置４５はこれらの演算値を各表
示装置４６、４７、４８に出力し表示させる。第１表示
装置４６では、酸素演算値及び温度を表示し、第２表示
装置４７では、酸素演算値のみを表示し、第３表示装置
４８では、一定時間毎に断続的に測定される起電力及び
温度信号から演算処理装置４５で求められた酸素活量及
び溶融金属の温度を表示する。

【００４５】このように構成された酸素連続測定装置
を、溶融金属を材料とする製品の製造ラインに一箇所又
は複数箇所設置することにより、操業上の省力化を図る
ことができ、安定操業化を実現することができる。ま
た、各製造ラインにおいて、必要な酸素値及び温度情報
を的確に表示するため、高品質及び高精度な製品を製造
することができる。

【００４６】次に、実際に酸素測定用プローブを使用し
て溶融金属の酸素を測定した結果を特許請求の範囲から
外れる比較例と比較して説明する。

【００４７】第１実施例図７は本実施例に係る酸素測定用プローブにおいて、内
部保護管を使用せずに構成された測定部を示す断面図で
ある。この図７に示すように、この測定部には、その下
端が閉塞した固体電解質管５４が中心部に配置されてお
り、この固体電解質管５４内にシース熱電対５２の先端
部が挿入されている。また、固体電解質管５４内にはＭ
ｏ及びＭｏＯ2等からなる基準物質５３が充填されてい
る。そして、固体電解質管５４は外部保護管５６内にて
耐火セメント等の固定剤５８によって固定されている。
また、外部保護管５６の下端部にスリット５７が形成さ
れ、外部保護管５６の下端面に補強体５１が取り付けら
れている。

【００４８】なお、固体電解質管５４の外径及び内径は
夫々１０ｍｍ及び６ｍｍであり、外部保護管５６の外径
及び内径は夫々２５ｍｍ及び２１ｍｍのものを使用し
た。また、固定剤５８の下端から外部保護管５６の下端
までの距離Ｔを３０ｍｍ、固体電解質管５４の下端から
外部保護管の下端までの距離Ｓを５ｍｍとして、酸素測
定用プローブの測定部を構成した。

【００４９】以上のような酸素測定用プローブに下記表
１に示す幅及び数のスリットを形成し、補強体を取り付
け又は取り外して溶融金属に測定部を浸漬した。

【００５０】なお、本実施例に係る酸素測定用プローブ
において、固体電解質管５４の外径の１／５及び１／４
は夫々２．０ｍｍ及び２．５ｍｍであり、外部保護管５
６の外径の１／３及び３／５は夫々８．３３ｍｍ及び１
５．００ｍである。

【００５１】

【表１】

【００５２】上記表１に示すスリットを形成した酸素測
定用プローブを溶融金属に浸漬させた結果を下記表２に
示す。

【００５３】なお、測定精度は、Vacuum Sample（Ｖ．
Ｓ）の分析値を基準としたときの精度であり、σ％（変
動係数）＝±３％以下、σ％＝±４％以下、σ％＝±５
％以下及びσ％＝±５％より大の場合を夫々「◎」
（優）、「○」（良）、「△」（やや不良）及び「×」
（不良）として下記表２に示す。

【００５４】また、下記表２の耐久性の欄では、実際に
測定可能であった時間の分析結果について示しており、
耐久性が３０時間を超えるもの、１０〜３０時間のも
の、１０時間より短いものを夫々「○」（良）、「△」
（可）及び「×」（不可）として示した。

【００５５】

【表２】

【００５６】上記表２に示すように、スリット幅が特許
請求の範囲内に入る実施例Ｎｏ１〜３及び４〜７につい
ては、スリット幅が狭い実施例Ｎｏ１とスリット幅が広
い実施例Ｎｏ３、７で測定精度又は耐久性がやや劣る結
果となった以外はいずれも測定精度及び耐久性が優れた
結果となった。

【００５７】一方、比較例Ｎｏ１、３については、形成
されたスリットの幅が特許請求の範囲より小さいため、
測定精度が各実施例に比べて低いものとなった。また、
比較例Ｎｏ２、４については、形成されたスリットの幅
が特許請求の範囲より大きいため、外部保護管の先端部
が変形して測定不能となったり、変形によって固体電解
質管が折損してしまった。

【００５８】第２実施例図８は本実施例に係る酸素測定用プローブにおいて、内
部保護管６５を使用して構成された測定部を示す断面図
である。この図８に示すように、この測定部には、その
下端が閉塞した固体電解質管６４が中心部に配置されて
おり、この固体電解質管６４内にシース熱電対６２の先
端部が挿入されている。また、固体電解質管６４にはＭ
ｏ及びＭｏＯ₂等からなる基準物質６３が充填されてい
る。そして、固体電解質管６４の上端部及び固体電解質
管６４に挿入されていないシース熱電対６２を覆う内部
保護管６５の下端部には、固定剤によって固体電解質管
６４の上端部が嵌合固定されている。また、外部保護管
６６の下端部にスリット６７が形成され、外部保護管６
６の下端面に補強体６１が取り付けられている。

【００５９】なお、固体電解質管６４の外径及び内径は
夫々８ｍｍ及び６ｍｍであり、外部保護管６６の外径及
び内径は夫々２１．７ｍｍ及び１６ｍｍのものを使用し
た。また、固体電解質管６４の下端から外部保護管６６
の下端までの距離Ｓを８ｍｍとして、酸素測定用プロー
ブの測定部を構成した。

【００６０】以上のような酸素測定用プローブに下記表
３に示す幅及び数のスリットを形成し、補強体を取り付
け又は取り外して溶融金属に測定部を浸漬させた。

【００６１】なお、本実施例に係る酸素測定用プローブ
において、固体電解質管６４の外径の１／５及び１／４
は夫々１．６ｍｍ及び２．０ｍｍであり、外部保護管６
６の外径の１／３及び３／５は夫々７．２３ｍｍ及び１
３．０２ｍｍである。

【００６２】

【表３】

【００６３】上記表３に示すスリットを形成した酸素測
定用プローブを溶融金属に浸漬させた結果を下記表４に
示す。なお、測定精度については、上述した第１実施例
と同様である。

【００６４】

【表４】

【００６５】上記表４に示すように、実施例Ｎｏ８で
は、形成されたスリットの幅は特許請求の範囲内である
が、補強体がないため、スリットが閉塞し、Ｖ．Ｓとの
相関性がやや悪くなったが、それ以外の実施例について
は、いずれも測定精度及び耐久性が優れた結果となっ
た。

【００６６】一方、比較例Ｎｏ５は補強体がない上にス
リット幅が狭いため、スリットが閉塞するなどしてＶ．
Ｓとの相関性が悪く、又比較例Ｎｏ６については、形成
されたスリットの幅が特許請求の範囲より大きいため、
外部保護管の先端が変形して湯の流れが安定した状態と
ならず、測定精度が良から不良へと変化して安定せず、
加えて外部保護管の先端部の変形によって固体電解質管
が折損してしまった。また、補強体ありの比較例Ｎｏ７
については、形成されたスリットの幅が特許請求の範囲
より小さいため、測定測定精度が各実施例に比べて低い
ものとなった。更にまた、比較例８についてはスリット
幅が広すぎるため外部保護管が変形し、耐久性が悪い結
果となった。

【００６７】なお、上述した第１実施例と異なり、本実
施例では外部保護管と固体電解質管とが固定剤によって
固定されたものではないため、外部保護管に作用する外
部からの圧力等の各種力が固定剤を介して固体電解質管
に作用することが少なく、固体電解質管の折損を防止す
る効果を有することが分かった。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸素測定用プローブにおける保護管の先端部に所定のス
リット等を形成し、またこのスリットにおける固体電解
質管の露出部の長さとスリットの長さとの比を所定の範
囲内とすることにより、溶融金属に保護管を長時間浸漬
しても、その先端部が変形したり、スリット等が収縮し
たり、又は閉塞したり等することを防止することができ
る。このため、本発明に係る酸素測定用プローブを使用
して溶融金属中の酸素を測定する場合には、常に新鮮な
溶融金属を固体電解質管に接触させることができ、長時
間連続測定しても、高精度で安定した測定を行うことが
できる。

【００６９】また、保護管の下端先端面又は先端近傍に
補強体を取り付けることにより、保護管の先端部に形成
されるスリットの幅が大きくなっても、保護管の先端部
が溶湯流方向に変形したり、前記先端部のスリット以外
の部分がハの字状に広がったり、固体電解質管に抱き付
くように変形したり、スリットが収縮したり、又は閉塞
したりすることを防止することができる。

【００７０】更に、内部保護管を使用して固体電解質管
を保護管（外部保護管）内に配置することにより、内部
保護管と固体電解質管との嵌合に固定剤を使用しても、
この嵌合部は外部保護管に形成されたスリットの上端よ
り更に上方に位置するため、測定中に固定剤が溶融金属
中に混入することによって、測定精度が低下したり、そ
の結果製品の精度が低下してしまうことを防止すること
ができる。

【００７１】更にまた、溶融金属を使用した製品の製造
ラインにおいて、所定の酸素連続測定装置を設置するこ
とにより、操業上の省力化を図ることができ、安定操業
化を実現することができる。また、各製造ラインにおい
て、必要な酸素活量及び温度情報を的確に表示するた
め、高品質及び高精度な製品を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る酸素連続測定用プローブ
を示す断面図である。

【図２】前記プローブのセンサー部を示す拡大図であ
る。

【図３】プローブの先端に補強体を取り付けた前記プロ
ーブのセンサー部を示す断面図である。

【図４】補強体を取り付けたプローブ先端面を示す図で
ある。

【図５】横軸に製品分析値をとり、縦軸に測定された酸
素活量をとって、ＰrefとしてKubaschewskiの値を使用
したときの溶融金属中の酸素活量測定値と製品分析値と
の関係を示すグラフ図である。

【図６】本発明の実施例に係る酸素連続測定装置を示す
模式的構成図である。

【図７】本発明の実施例に係る酸素測定プローブの測定
部の１例を示す断面図である。

【図８】本発明の実施例に係る酸素測定プローブの測定
部の１例を示す断面図である。

【図９】従来の酸素測定用プローブを示す模式的断面図
である。

【図１０】従来の酸素測定用プローブを示す模式的断面
図である。

【図１１】前記プローブの外部保護管を示す図であり、
（ａ）は測定側先端部にスリットが形成された側面図、
（ｂ）は貫通孔が形成された側面図、（ｃ）は（ａ）に
示す外部保護管の底面図である。

【符号の説明】

１，４１；酸素測定用プローブ２，５２，６２；シース熱電対３，５３，６３；基準物質４，５４，６４；固体電解質管５，６５；内部保護管６，５６，６６，７１；外部保護管７ａ，７ｂ，５７，６７，７７；スリット８；ソケット９；端子台１０；端子箱１１；測定部３１，５１，６１；補強体４２；固定手段４３；樋４４，７５；溶融金属４５；演算処理装置４６；第１表示装置４７；第２表示装置４８；第３表示装置７２；固定剤７３；固体電解質管７４；リード線７６；残留ガス７８；貫通孔７９；電圧計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下初東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者井川久雄大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機工業株式会社内 (72)発明者金川行男大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端閉塞型の固体電解質管と、この固体
電解質管内に挿入され内部電極を兼ねるシース熱電対
と、前記固体電解質管内に充填された基準物質と、前記
固体電解質管に外嵌され外部電極を兼ねる保護管とを有
し、前記保護管の先端部に、幅又は直径が前記固体電解
質管の外径の１／４以上、保護管の外径の１／３未満で
あるスリット又は貫通孔が複数個形成されていることを
特徴とする溶融金属中の酸素連続測定用プローブ。
【請求項２】一端閉塞型の固体電解質管と、この固体
電解質管内に挿入され内部電極を兼ねるシース熱電対
と、前記固体電解質管内に充填された基準物質と、前記
固体電解質管に外嵌され外部電極を兼ねる保護管と、こ
の保護管の先端部に取付けられた補強体とを有し、前記
保護管の先端部に、幅又は直径が前記固体電解質管の外
径の１／５以上、保護管の外径の３／５未満であるスリ
ット又は貫通孔が複数個形成されていることを特徴とす
る溶融金属中の酸素連続測定用プローブ。
【請求項３】前記スリットは、前記固体電解質管が前
記スリット内に露出している長さと、前記スリットの長
さとの比が１：７乃至６：７であることを特徴とする請
求項１又は２に記載の溶融金属中の酸素連続測定用プロ
ーブ。
【請求項４】前記保護管の内側には、前記固体電解質
管の上端部及び前記固体電解質管から導出された部分の
前記シース熱電対を覆う内部保護管を有し、この内部保
護管はその下端部にて前記固体電解質管の上端部に嵌合
固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載の溶融金属中の酸素連続測定用プロー
ブ。
【請求項５】前記補強体は、スリットが形成された前
記保護管の先端部の１箇所又は複数箇所にて前記スリッ
トを橋渡す棒状又は板状の部材であることを特徴とする
請求項２乃至４に記載の溶融金属中の酸素連続測定用プ
ローブ。
【請求項６】前記補強体はリング状の部材からなり、
この補強体が前記保護管の先端部に嵌合固定されている
ことを特徴とする請求項２乃至４に記載の溶融金属中の
酸素連続測定用プローブ。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
溶融金属中の酸素連続測定用プローブと、前記プローブ
により測定された起電力及び温度信号から酸素活量及び
溶融金属の温度を求める演算処理手段と、前記演算処理
手段によって得られた酸素活量及び溶融金属の温度を経
時的に表示する第１表示手段又は前記酸素活量のみを表
示する第２表示手段の何れか１つを少なくとも有するこ
とを特徴とする溶融金属中の酸素連続測定装置。