JPH10324907A - 溶融金属用複合プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融金属、例えば溶鋼の温度、成分の活量等
を測定すると同時に、炭素で汚染されないピン型試料を
採取する溶融金属用複合プローブを目的とする。 【解決手段】 先端にセンサ部４を備えた測定プローブ
１０と先端に真空ガラス容器５を備えた試料プローブ２
０を、互いに並列に接した状態で、且つ先端の位置を５
０mm〜２００mm離して、固定具１２によって固定し一体
化した複合プローブである。真空ガラス容器５は耐火物
の保持部１４に保持され、紙管２とは隔離され、又保持
部１４及び保護キャップ１５に含まれる炭素量は規制さ
れている。 【効果】 測定プローブに使われる紙管や紙製のシェル
３の影響を受けず、極低炭素鋼でも炭素の汚染がない高
精度の試料が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶融金属、例え
ば溶鋼の温度測定や酸素の活量測定等を行うと同時に、
その溶鋼のピン型分析試料を採取する複合プローブに関
する。以下、溶融金属として溶鋼を例に取り説明する。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の成分組成は製品の特性に大きく影
響するので、各精錬工程において、その成分組成を迅速
且つ正確に把握し、その結果に基づいて操業を管理する
ことが重要である。このため、溶鋼の温度や酸素等鋼中
成分の活量を測定するとともに、炭素や硫黄等を分析す
るためのピン型の試料が採取される。

【０００３】かっては、これらの測定と試料採取とは別
々に行われ、温度や活量を測定する測定プローブと分析
試料を採取する試料プローブとは個々に独立したもので
あった。しかし、近年では、作業時間の短縮あるいは省
力化のために、測定と試料採取とを同時に行うことが多
くなり、そのために複合プローブが用いられるようにな
った。

【０００４】従来、複合プローブとして、一本の長尺円
筒に温度センサや電極をまとめたセンサ部と分析試料を
採取する真空ガラス容器とを取り付けたものが用いられ
ていた。この複合プローブの一例を図５に示す。プロー
ブの外周を形成する円筒１は内側の紙管２と外側の保護
管６との二重管からなり、外側の保護管６は吸湿性に乏
しく溶鋼に触れたときボイリングを起こさないアルミ
ナ、シリカ、又はアルミナ・シリカ系の耐火物で作られ
ている。円筒１の先端には、センサ部４が取り付けら
れ、センサ部４はコネクタ７にリード線８によって接続
されて測定信号が取り出されるようになっている。

【０００５】センサ部４は真空ガラス容器５と共にシェ
ル３によって保持されており、シェル３には、砂型や耐
火物或いは紙が用いられる。又、真空ガラス容器５の先
端は保護キャップ１５によって通常は保護されている。
このプローブの先端を下に向け、溶鋼の試料採取位置に
浸漬すると、保護キャップ１５が溶解し、次いで真空ガ
ラス容器５の先端が溶け落ち、容器内に溶鋼が侵入す
る。この間に、センサ部により温度や活量が測定され、
プローブを溶鋼から引き上げると真空ガラス容器内の溶
鋼が冷却し固体のピン型の分析試料が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
複合プローブでは、分析試料に微量ではあるが炭素が混
入することがあった。この炭素の混入は、炭素含有率が
低く数ppm 〜数１０ppmしか含まない極低炭素鋼では無
視することのできない問題であった。炭素混入の原因
は、シェルを構成する紙や円筒の紙管の焼損による炭化
と保護キャップに含まれる炭素である。

【０００７】このうち、シェルについては砂型或いは耐
火物を使用することによって、紙の使用を排除すること
ができる。しかし、この場合にはコストが上昇するとい
う別の問題が発生し、円筒の紙管と保護キャップについ
ては未解決のまま問題が残されていた。

【０００８】この発明は、上記の問題を解決するために
なされたもので、分析試料への炭素混入とコスト上昇を
プローブの構造と部材の材質によって抑制した複合プロ
ーブを提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の手段は、次の発明である。第１の発明は、次の部材で
構成されることを特徴とする溶融金属用複合プローブで
ある。 （ａ）温度センサ及び溶融金属成分の活量を測定するセ
ンサが先端に取り付けられた、紙管とその外側の保護管
とからなる長尺円筒状の測定プローブと、（ｂ）溶融金
属の迅速分析用ピン型試料を採取するための真空ガラス
容器が耐火性の保持部に保持されて先端部に収納され、
先端に真空ガラス容器の保護キャップが取り付けられた
紙管とその外側の保護管とからなる長尺円筒状の試料プ
ローブと、（ｃ）前記測定プローブと前記試料プローブ
とを、これらが並列し互いに接した状態で、且つ前記試
料プローブの先端が、前記測定プローブの先端から５０
mm以上２００mm以下の距離だけずらした位置に固定する
ための固定具。

【００１０】センサ類を取り付けた測定プローブによっ
て溶融金属の温度や成分の活量を測定し、溶融金属中の
酸素等の含有率を測定し、真空ガラス容器を収納した試
料プローブによって分析試料を採取する。そして、これ
ら二本のプローブを長手方向に並べて固定具で固定し一
体化した複合プローブとする。これにより、一回の浸漬
操作で測定と分析試料採取ができる。

【００１１】二本のプローブは、試料プローブの先端を
測定プローブの先端よりも５０mm以上２００mm以下の距
離だけずらし、固定される。先端の位置をずらすことに
よって、測定プローブの先端部で炭化した紙からの炭素
が真空ガラス容器内に流れ込むことを防ぐものである。

【００１２】この距離が５０mmに満たないと微量ながら
も炭素が試料に混入するおそれがあり、２００mmを超え
てもその効果は変わらない。また、２００ｍｍを超える
とスラグ−溶融金属界面に近づく為、［Ｃ］値の代表性
が劣り、スラグによるサンプリング不良の頻度が増大す
る。

【００１３】又、真空ガラス容器を耐火物の保持部で保
持するのは、真空ガラスの近辺では紙の使用を避け、分
析試料に炭素が混入するのを防ぐためである。保持部の
耐火物にはアルミナ、シリカ、又はアルミナ・シリカ系
の耐火物が適している。

【００１４】第２の発明は、前記真空ガラス容器が、そ
の側面を耐火繊維のシートで包まれて前記保持部に保持
されたことを特徴とする溶融金属用複合プローブであ
る。

【００１５】真空ガラス容器は保持部に保持されている
が、その側面を耐火繊維のシートで包まれた状態で保持
される。これは、試料プローブ内の真空ガラス容器内は
円筒を破壊して取り出されるが、この際に真空ガラス容
器が破損することを防ぐためである。真空ガラス容器が
破損すると、紙管の焼損炭化した燃えかす等で試料が汚
染されるおそれがある。真空ガラス容器が耐火繊維のシ
ートで包まれ保護されていると破損から免れ、又、万一
破損しても分析試料が汚染されることがない。

【００１６】第３の発明は、前記溶融金属が溶鋼であ
り、前記保護キャップが、溶鋼の炭素含有率の２倍以下
の炭素含有率の炭素鋼であり、且つ前記シート及び前記
保持部の不純物炭素の含有率が、溶鋼の炭素含有率の２
倍以下であることを特徴とする前記の溶融金属用複合プ
ローブである。

【００１７】保護キャップ及び保持部は真空ガラス容器
の近辺に在って溶融金属である溶鋼に曝される。このた
め、溶鋼に含まれる炭素量を規制する。特に、保護キャ
ップは溶解するので、炭素含有率が溶鋼の炭素含有率の
２倍以下の炭素鋼とする。ここで、溶鋼の炭素含有率と
は、測定対象となる溶融金属である溶鋼の精錬後の炭素
含有量であり、例えば炭素含有率が０．００２wt% の極
低炭素鋼であれば、保護キャップには炭素含有率０．０
０４wt% 以下の炭素鋼を使用する。

【００１８】保持部は溶解せず、又成分としては炭素を
含まない耐火物を使用するが、不純物として含まれる炭
素含有率が溶鋼の炭素含有率の２倍以下の耐火物を使用
する。保持部には、アルミナ、ムライト やシリマナイト
等のアルミナ・シリカ系耐火物を使用することが出来
る。

【００１９】第４の発明は、前記固定具が紙管又は薄い
金属管であることを特徴とする溶融金属用複合プローブ
である。

【００２０】測定プローブと試料プローブを固定する固
定具には、紙管又は薄い金属管を用いる。固定具はプロ
ーブの後端部に用いられるので、溶融金属に直接触れる
ことはないので、薄い金属管を用いることもできる。固
定具に紙管又は薄い金属管を用いることによって、固定
の際に釘止めすることが出来る等簡単に短時間で固定す
ることができる。固定具の横断面形状は内面が両プロー
ブに外接する四角形或いは両端の半円形を直線で繋いだ
形状とするとよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図を用いて説
明する。図１は発明の溶融金属用複合プローブで、測定
プローブ１０と試料プローブ２０とが、並列に接して後
端部で固定具１２に釘１１を打ちつけることによって固
定され一体化されている。測定プローブ１０と試料プロ
ーブ２０の外周を形成する円筒１は内側の紙管２と外側
の保護管６との二重管であり、外側の保護管６は吸湿性
に乏しく溶融金属に触れたときボイリングを起こさない
アルミナ、シリカ、又はアルミナ・シリカ系の耐火物で
作られている。

【００２２】測定プローブ１０の先端には、温度計や溶
融金属の酸素等の活量測定のための電極等のセンサ部４
がシェル３によって保持されて取り付けられている。セ
ンサ部４からの測定信号はリード線によってコネクタ７
に伝えられここから外部に取り出される。シェル３には
高価な耐火物を用いてもよいが、真空ガラス容器５とは
位置が離れているので、紙製のシェルを用いることもで
きる。

【００２３】試料プローブ２０の先端には、分析試料を
採取するための真空ガラス容器５が取り付けられてい
る。この真空ガラス容器５は保護管６の先端部に保持部
１４によって保持されているおり、その先端には保護キ
ャップ１５が被せられている。そして、これら測定プロ
ーブ１０と試料プローブ２０とは、互いの先端の位置を
５０mm〜２００mmずらして、固定されている。

【００２４】図２に、試料プローブ２０の先端部におけ
る真空ガラス容器５の保持状況を詳細を示す。真空ガラ
ス容器５の側面には、シート１６が巻かれ、保持部１４
に保持されるが、保持部１４からの脱落を防ぐために、
接合剤１３を用いて真空ガラス容器５は保持部１４に接
合されている。接合剤には不純物炭素の少ないアルミ
ナ、シリカ、又はアルミナ・シリカ系のセメントを用い
るとよい。

【００２５】保持部１４には、不純物炭素の少ない耐火
物例えばアルミナ、シリカ、又はアルミナ・シリカ系を
使用する。円筒１は、真空ガラス容器５のみを収納すれ
ばよく、センサ部４と真空ガラス容器５とを収納する従
来の円筒よりも細い。このため、保持部１４には炭素の
汚染源とならない高価な耐火物を用いてもそれほどコス
トに影響しない。

【００２６】又、保持部１４が外管６に取り付けられて
いるので、紙管２の先端は溶融金属に触れることがな
く、炭化しても炭素が溶融金属とともに真空ガラス容器
５に流入することがない。更に、真空ガラス容器５は測
定プローブ１０の先端とも離れているので、測定プロー
ブ１０のシェル３が紙製であってもその影響を受けた
り、紙管の影響を受けることもない。

【００２７】なお、真空ガラス容器５は中空であるた
め、比重の大きな溶融金属による浮力を受け大きな力で
押し込まれようとする。この力と高温に曝されるため、
接合剤は極めて厳しい条件下に置かれることになる。こ
の条件を少しでも緩和するためには、測定プローブ１０
の先端と試料プローブ２０の先端をずらす際に、試料プ
ローブ２０の先端を後退させ、浸漬時に試料プローブ２
０の先端の方が浅い位置に止まるようにして、真空ガラ
ス容器５が受ける浮力を少なくした方がよい。

【００２８】図３に固定具１２の横断面を示す。固定具
１２は外管６と接触する面を可及的に大きくし、緩まぬ
形状とするのがよい。（ａ）図に示したものは、横断面
が四角形であり、（ｂ）図に示したものは半円形を直線
で繋いだ形状である。前者は二本のプローブを挿入し易
く、後者はより緊密に固定することができる。

【００２９】

【実施例】本発明の複合プローブを用いて、炭素含有率
の異なる鋼種について精錬中の溶鋼試料を採取したピン
型試料を分析し、炭素の分析値を同時に汲み上げた塊状
試料の分析値と比較して調べた。塊状試料では採取試料
の量が多く汚染されることがないので、溶鋼成分を正確
に代表し信頼できる分析値が得られる。しかし、炭素分
析に供する試料量は１ｇ程度であり、塊状試料からは切
粉を削り出しこれを炭素分析に供せねばならないので、
試料調製に時間を要する。ピン型試料では、１０mm程の
長さに切断すればよく、試料調製に殆ど時間がかからな
い。

【００３０】複合プローブには、本発明の複合プローブ
Ａ，Ｂ，Ｃの三種と、比較のために比較例Ｄ，及び従来
例Ｅの二種を用いた。Ａは試料プローブの先端を測定プ
ローブの先端から７０mm、Ｂは１５０mm，Ｃは２００mm
各々後退させたものである。Ｄは試料プローブの先端を
後退させずに測定プローブの先端と揃えたものであり、
Ｅは従来のセンサ部と真空ガラス容器を共に一本の外筒
に取り付けた複合プローブである。

【００３１】調べた結果を図４に示す。図で縦軸は、各
複合プローブで採取した試料の分析値の塊状試料の分析
値に対する変動率であり、横軸は塊状試料の分析値であ
る。又、各々の複合プローブ別に分析値の変動率を、Ａ
は〇印、Ｂは□印、Ｃは△印、Ｄは●印、Ｅは■印で示
した。発明の実施例では変動率が１０％を超えることは
なかったが、比較例Ｄと従来例Ｅでは、変動率が１０％
を超えていた。

【００３２】また、比較例Ｄと従来例Ｅは溶鋼による浮
力が発明の実施例よりも大きく、そのために真空ガラス
容器が押し込まれて保持部より脱落してしまい、健全で
分析可能なサンプルを採取できない頻度が５０％を超え
ていたのに対し、発明の実施例ではその頻度は１０％を
超えることはなかった。

【００３３】以上本発明の溶融金属用複合プローブが溶
鋼用の複合プローブである場合について述べたが、本発
明の複合プローブは炭素鋼、或いはステンレス鋼の溶鋼
のみに限らず、例えば溶融銅、溶融金属アルミニウム等
の溶融金属に対しても使用できる複合プローブである。

【００３４】

【発明の効果】以上述べてきたように、この発明の溶融
金属用複合プローブは、プローブの外筒をセンサ類を取
り付けた測定プローブと分析試料採取用の真空ガラス容
器を取り付けた試料プローブの二本に分離し、各々の先
端を５０mm以上離して二本の外筒を並列に接した状態で
固定して一体化した複合プローブとなっている。

【００３５】このため、測定プローブに紙管や低コスト
の紙製シェルを用いても、試料採取時にこれらによる炭
素の汚染がない。これに加えて、試料プローブでは、炭
素の汚染源となる可能性がある保護キャップ及び真空ガ
ラス容器の保持部等の炭素含有率を規制し、更に冷却試
料取り出し時の汚染も防ぐために真空ガラス容器の側面
を耐熱シートで覆うなど炭素汚染防止のあらゆる手段が
講ぜられている。このように、採取試料が炭素の汚染か
ら保護されているので、極低炭素鋼の試料でも汚染を受
けずに溶鋼成分を高精度で代表し、精度のよい分析値が
得られる。低コストで迅速且つ高精度の分析を実現させ
るこの発明の効果は大きい。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の溶融金属用複合プローブの縦断面図であ
る。

【図２】試料プローブ先端部の縦断面図である。

【図３】固定具の横断面図であり、（ａ）は長方形、
（ｂ）は半円形を直線で繋いだ形状のものである。

【図４】複合プローブで採取したピン型試料の炭素の分
析値の変動率を示すグラフである。

【図５】従来の複合プローブの縦断面図である。

【符号の説明】

１ 外筒 ２ 紙管 ３ シェル ４ センサ部 ５ 真空ガラス容器 ６ 保護管 １０ 測定プローブ １１ 釘 １２ 固定具 １３ 接合剤 １４ 保持部 １５ 保護キャップ １６ シート ２０ 試料プローブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 33/20 Ｇ０１Ｎ 33/20 Ｂ (72)発明者 小松 喜美 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 望月 正 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 佐藤 重臣 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 中島 廣久 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 岩崎 慶太 千葉県市川市鬼高３−28−23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の部材で構成されることを特徴とす
   る溶融金属用複合プローブ。 （ａ）温度センサ及び溶融金属成分の活量を測定するセ
   ンサが先端に取り付けられた、紙管とその外側の保護管
   とからなる長尺円筒状の測定プローブと、（ｂ）溶融金
   属の迅速分析用ピン型試料を採取するための真空ガラス
   容器が耐火性の保持部に保持されて先端部に収納され、
   先端に真空ガラス容器の保護キャップが取り付けられた
   紙管とその外側の保護管とからなる長尺円筒状の試料プ
   ローブと、（ｃ）前記測定プローブと前記試料プローブ
   とを、これらが並列し互いに接した状態で、且つ前記試
   料プローブの先端が、前記測定プローブの先端から５０
   mm以上２００mm以下の距離だけずらした位置に固定する
   ための固定具。
2. 【請求項２】 前記真空ガラス容器が、その側面を耐火
   繊維のシートで包まれて前記保持部に保持されたことを
   特徴とする請求項１記載の溶融金属用複合プローブ。
3. 【請求項３】 前記溶融金属が溶鋼であり、前記保護キ
   ャップが溶鋼の炭素含有率の２倍以下の炭素含有率の炭
   素鋼であり、且つ前記シート及び前記保持部の不純物炭
   素の含有率が溶鋼の炭素含有率の２倍以下であることを
   特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属用複合プロー
   ブ。
4. 【請求項４】 前記固定具が紙管又は薄い金属管である
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の溶融金属用
   複合プローブ。