JPS6031261B2

JPS6031261B2 - 消耗型センサ−

Info

Publication number: JPS6031261B2
Application number: JP52049999A
Authority: JP
Inventors: 高穂川和; ▼‖リヨウ▼一郎今井; 寿已徳永; 豊仲野; 直彰佐々木
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1985-07-20
Also published as: JPS5459986A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は溶鋼の酸素濃度と温度測定用消耗型センサーに
関する。

従来、熔鋼中に浸潰して、その酸素濃度と温度を同時に
測定する消耗型プローフは、検出部であるセンサーと、
保護管とより構成されている。このセンサーの一般的な
構造は第１図に示す如く、酸素濃度を測定するために、
高温で酸素イオンの伝導性を有する固定電解質２と、酸
素濃度測定の基準となる標準極粉末３と、標準極粉末３
と固体電解質２とをはさんで溶鋼から隔離する石英管４
と、素子の出力を取り出すリードワイヤ５と、リードワ
イヤ５よりの出力を計器に，伝えるためのりードピン６
とらなるジルコニア極１と、溶鉄側の出力リードである
熔鉄リード２１及びその出力を計器に伝えるためのりー
ドピン２２とからなる溶鉄極２０とで構成された酸素濃
度測定手段としての酸素濃淡電池がセラミック製ハウジ
ング３０‘こ組み込まれている。また温度を測定するた
め（十）極熱電対素線１２と（一）極熱電対素線１２′
、これら極熱電対素線１２，１２′を溶鋼から保護する
ための石英・管１１、及び熱電対の出力を計器に伝るた
めの（十）極りードピン１３、（一）極りードピン１３
′とからなる熱電対極１０も、同様にセラミック製ハウ
ジング３川こ組み込まれている。

尚、酸素濃度測定素子を備える消耗型センサーは、一般
的にプラスチックのハウジングは使用されない。なぜな
らば、測定中にプラスチックが燃焼してガスを発生し、
溶鋼のボィリングによって測定指示が不安定或は測定誤
差の原因となるからである。それぞれの極のりードピン
６，１３，１３′，２２は、ハウジング３０の底部に取
り付けられたプラグ３１に導かれ、コネクタの接触子を
なしている。

また、ハウジング３０の内部には、それぞれの極１，１
０，２０を固定し、尚且測定中に各極のりードピン６，
１３，１３′，２２と、ジルコニア極１のリードワイヤ
５及び（十）（一）極熱電対素線１２，１２′の一部と
を溶鋼から保護するために、セメント４０が充填されて
いる。さらに、ハウジング３０の先端部にはセンサー取
扱時及び溶鋼中への浸債時に、各極１，１０，２０のセ
メント４０から露出している部分を機械的に保護するた
めに、キャップ３２が取り付けられている。以上の構成
をもって成る従来の消耗型センサーは、センサー自体お
よび蓮設される保護管を安価にするために、非常にコン
パクトに出来ているのが普通であり、ハウジング３０内
の極間は非常に接近した状態に置かれている。

斯る状態のセンサーに於て、現在問題となっているのが
セメント４０である。

此の様に、各々の極間が接近した状態に置かれているた
め、充填するセメントは常温においても、測定中の高温
状態に於ても高い絶縁抵抗を有するものでなければなら
ない。何故ならば、測定素子の２つの出力、即ち酸素濃
淡電池の出力と、熱電対の出力とに於いて、各々の出力
の極間の絶縁抵抗が低い場合には、その出力分圧されて
素子の真の出力が計器迄伝わらず、また両素子間の絶縁
抵抗が低い場合には、御互いの出力が干渉し合って、こ
れまた真の出力が計器迄伝わらないこととなる。

またセメント４０‘こ要求される別の条件として、熔鋼
の温度に耐えることのできる耐火度及び耐熱衝撃性を有
するものでなければならない。

何故ならば、耐火度が低いと、測定中にセメントが熔鋼
中に熔出してセンサー近傍の酸素濃度を変えることで測
定誤差を生じ、またＣＯ気泡発生の原因となって測定指
示を不安定にするからである。さらにセメント４川ま測
定中に水蒸気、ガスを放出しないものでなければならな
い。測定中における水蒸気、ガス等の放出は酸素濃度測
定に於ける測定指示不良、或は測定誤差の原因となるこ
とから、可能な限り抑えなければならない。しかし、現
在市販されているセメントには、上託した問題点を全て
同時に解決することの出来るセメントは、非常に高価で
尚且使用条件の難かしい特殊なセメントしか見当らない
のが実状であり、この様な特殊セメントは工業的規模で
のセンサーの生産には到底使用する事はできない。

この発明の目的は、市販の安価なセメントを組合せて使
用することにより、溶鋼の温度に耐える耐火度と耐熱衝
撃性、高温状態での高い電気的絶縁度および測定中に水
蒸気、ガスの放出が極くわずかで済むという３つの条件
を満足する消耗型センサーを提供するものである。この
発明によれば、測定手段として少なくとも酸素濃度測定
素子を有する浸債式の消耗型センサーにおいて、該セン
サーはハウジングを有し、該ハウジングの内部に種類の
異なるセメントを層状にして各測定素子を固着せしめ、
ハウジングの先端側の層の耐火性、耐熱衝撃性及びガス
を放出しないセメントとし、他の層を電気絶縁性のセメ
ントとしたことを特徴とする消耗型センサ−を提供する
ものである。

以下図面に基づいて本発明の望ましい実施例を第２図に
ついて説明する。

尚、第１図に示す従来のセンサーと同一部分は同一符号
を付して、その説明を省略する。第２図に於いて、ハウ
ジング３０はシンプルな形状とし、このハウジング３０
内で、各極１，１０，２０の電気的絶縁度を必要とする
部分、すなわちジルコニア極１に於いてはＩＪ−ドピン
６及びリードワイヤ‐５の石英管４より露出している部
分を経て石英管４の下端部の一部分が埋もれるまでの間
、また熱電対極１川こ於ては、リードピン１３，１３′
及び熱電対素線１２，１２′の石英管１１より露出して
いる部分を経て石英管１１の下端部の一部分が埋もれる
までの間の深さＡに相当する部分に第１のセメント４１
を充填し、残りの上層部の深さＢの部分には第２のセメ
ント４２を充填して、２層のセメント構成とする。

一般に消耗型センサーに用いられる安価な市販のセメン
トは、気硬性のジルコン質セメントと、水硬性の高純度
アルミナ質セメントに大別される。

気硬性のジルコン質セメントは、時間経過に対するセメ
ントの吸水率変化を示す第３図の曲線ａに見られる如く
、センサー製作後、放置しておいても大気中の水分をほ
とんど吸着しないので、時間経過に対する極間の絶縁抵
抗変化を示す第４図の曲線ａに見られる如く、極間の絶
縁抵抗も低下しない。

そのため、気硬性のジルコン質セメントのみを使用した
センサーを熔鋼中に浸潰した場合の絶縁抵抗変化を示す
第５図の曲線ａに見られる様に、測定中の極間の絶縁抵
抗値の低下は少なし・。しかし、気硬性のジルコン質セ
メントは、耐火度が低いため、測定中に熔鋼中に熔出し
てセンサー近傍の酸素濃度を変えるため、測定誤差が生
じ、またＣＯ気泡発生の原因となって測定指示を不安定
にするためセンサーのセメントとしては通さない。第６
図は気硬一性のジルコン質セメントのみを用いたセンサ
ーよる測定例であり、セメントの溶出により多量のＣＯ
気泡が発生したため、酸素濃度の測定指示が大きくふら
ついている。

一方、水硬性の高純度アルミナ質セメントは耐火度が２
０４０〜２０５０午○と高く、溶鋼への浸債に耐えうる
１７００００以上の耐火度を備える。

しかし、水硬性の高純度アルミナ質セメントは第３図の
曲線ｂに見られる如く、センサー製作後に大気中の水分
を吸着し易く、そのため第４図の曲線ｂに見られるよう
に極間の絶縁抵抗が低下し易い。それ故、水硬性の高純
度アルミナ質セメントのみを用いたセンサーを熔鋼中に
浸債すると、第５図の曲線ｂに見られる様に、急激に極
間の絶縁抵抗が低下してしまう。第７図は水硬性の高純
度アルミナ質セメントを用いたセンサーによる測定例で
ある。

酸素濃淡電池のジルコニア極と溶鉄極との間の絶縁抵抗
の低下に伴い酸素濃度の指示が徐々に低下し、また吸着
しているセメント中の水分が溶鋼中に噴出して測定指示
がふらついている。このような市販のセメントに対する
知見の下に、第２図の実施例における下層部の深さＡに
充填する第１のセメントとしては、気硬性のジルコン質
セメントを使用する。

気硬性のジルコン質セメントは第４，５図から明らかな
如く、常温から高温まで高い電気的絶縁度を有しており
、また充填容積も大きいことから固着力も強く、各々の
極１，１０，２０を確実に保持固定することができる。
また、上層部の深さＢに充填する第２のセメントとして
は、水硬性の高純度アルミナ質セメントを使用する。

この高純度アルミナ質セメントは、耐火度、耐熱衝撃性
に富み、またバインダーを含んでいないため、測定時に
ガスを放出することはない。第３，４．５図における曲
線Ｃの各々は、下層部のセメント４１として気硬性のジ
ルコン質セメントを用い、上層部のセメント４２として
水硬性の高純度アルミナ質セメントを用いた第２図の実
施例に示すこの発明の消耗型センサーについて表すもの
である。

第３図に見られる様に、この発明のセンサーの吸水率は
、気硬性のジルコン質セメント（曲線ａ）よりわずかに
高いものの、水硬性の高純度アルミナ質セメント（曲線
ｂ）に比べはるかに低い値を示し、そのため第４図の曲
線Ｃに見られるように極間の経時絶縁抵抗変化も１００
０ＭＯ付近の高い値を維持する。

それ故、この発明の消耗型センサーを溶鋼に浸潰した場
合でも第５図の曲線Ｃに見られる様に測定中の極間の絶
縁抵抗値の低下は少ない。第８図は、この発明の実施例
によるセンサーにて測定した測定カーブを示すグラフ図
である。

この測定カーブから明らかな如く、酸素濃度及び温度と
もに安定な指示が得られ、測定値そのものも正確である
ことが確認できた。なお、第２図の実施例において、上
層部に充填される水硬性の高純度アルミナ質セメントを
用いるセメント４２の厚さＢは、気硬性のジルコン質セ
メント４１の熔出を防ぐことのできる厚さを有すれば十
分であり、極力薄いことが望ましい。

何故ならば、第３図のグラフからして水硬性の高純度ア
ルミナ質セメントは吸水率が高く、溶鋼に浸潰した際に
吸着水分を水蒸気として噴出し、測定誤差を生ずる。し
かし、その厚さＢが薄ければ、測定初期の段階で水蒸気
の噴出を終了でき、測定中における水蒸気の噴出を排除
できるからである。実際にはセメント４１の上部にセメ
ント４２をコーティングする程度で、の発明の効果が得
られることを確認している。

更に、セメント４１としては気硬性のジルコン質セメン
トに、セメント４２は水硬性の高純度アルミナ質セメン
トに各々限定されるものではなく、セメント４１として
は高い電気的絶縁抵抗性を有し、セメント４２としては
耐火性、耐熱衝撃性及びガス発生のない適宜のセメント
を用いても良いことは勿論である。

以上説明した如くこの発明の消耗型センサーによって、
測定手段として少なくとも酸素濃度測定素子を有するセ
ンサーにおいて、センサーに要求される溶鋼の温度に耐
える耐火度と耐熱衝撃性、高温状態での高電気的絶縁度
および測定中にガスを放出しないという３つの条件を満
足するセンサーが市販の安価な２種類のセメントの特徴
を細合せて使用することで実現され、安定な指示と高精
度の測定が可能となり、工業的生産に適し且つセンサー
の価格も安価にすることができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従釆の消耗型センサーの一例を示す説明図、
第２図は、この発明の消耗型センサーの一実施例を示す
説明図、第３図は時間経過に対するセメントの吸水率変
化を示すグラフ図、第４図は時間経過に対する極間の絶
縁抵抗変化を示すグーラフ図、第５図は測定中の極間の
絶縁抵抗変化を示すグラフ図、第６図は気硬性のジルコ
ン質セメントを用いたセンサーによる測定カーブを示す
グラフ図、第７図は水硬性の高純度アルミナ質セメント
を用いたセンサ−による測定カーブを示すグラフ図、第
８図は、この発明の消耗型センサーによる測定カーブを
示すグラフ図である。１・・・・・・ジルコニア極、２・・・・・・固体電解
質、３…・・・標準極粉末、４・・・・・・石英管、５
・・・・・・リードワイヤ、６・・・・・・リードピン
、１０・・…・熱電対極、１１…・・・石英管、１２・
・・・・・（十）極熱電対秦線、１２′・・・・・・（
一）極熱電対素線、１３・・・・・・（十）極りードピ
ン、１３′……（−）極りードピン、２０．．・．・・
溶鉄極、２１・・…・溶鉄リード、２２・・・・・・リ
ードピン、３０……ハウジング、３１……プラグ、３２
……キヤツプ、４０……セメント、４１……第１のセメ
ント、４２……第２のセメント。第１図第２図第５図第３図第４図第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

１測定手段として少なくとも酸素濃度測定素子を有す
る浸漬式の消耗型センサーにおいて、該センサーはハウ
ジングを有し、該ハウジングの内部に種類の異なるセメ
ントを層状にして各測定素子を固着せしめ、ハウジング
の先端側の層を耐火性、耐熱衝撃性及びガス放出をしな
いセメントとし、他の層を電気絶縁性のセメントとした
ことを特徴とする消耗型センサー。