JPS6156783B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、溶融金属中に浸漬して温度、酸素
および炭素濃度等を測定するための消耗型プロー
ブに関する。

従来、溶鋼に浸漬して温度、酸素および炭素濃
度等を測定する消耗型プローブは、検出部である
センサーとホルダーを溶鋼熱から保護するための
保護管とで構成されている。この場合に、保護管
の材質は、プローブを安価にするために紙が使用
され、しかも肉厚は測定の目的に応じた最小限の
厚さにされているという点が、ほとんどの消耗型
プローブに共通していえる。このため、プローブ
内部を熱の影響から十分に保護する点では必ずし
も満足できず、プローブ側面及び先端からの伝熱
により紙管が急熱されて水蒸気、燃焼ガス等を発
生し、これらがプローブ内部に噴出することによ
つて、コネクター付近を汚染し、絶縁低下を生じ
て測定不良を起す。

測定プローブとしては、温度、酸素濃度、炭素
濃度等のいずれか一つを測定する専用プローブ
と、これらを２つないしは３つ組合せて同時測定
を行なう複合型プローブとがある。第１図は、こ
のようなプローブ１をホルダー２にセツトして転
炉３の溶鋼４に浸漬測定している状態であり、測
定は人手或は機械等により行なわれる。

このような浸漬測定を行なう前の状態を第２図
に示す。これはプローブ１がホルダー２にセツト
された状態であり、プローブ１の保護管には紙管
２０が使用されている。この状態で溶鋼に浸漬し
た場合、プローブ１の紙管２０は急激に加熱さ
れ、紙管２０に吸湿されている水分が水蒸気とな
り、さらに製造時に使用された接着剤等も燃焼し
てガスとなり、大部分は溶鋼中に噴出するであろ
うが、紙管２０の内側にもかなり噴出される。紙
管２０の内側に噴出した水蒸気、燃焼ガス等は、
プローブ１とホルダー２とのコネクター付近に充
満し、コネクターを濡らし汚染する。すなわちセ
ンサー１１の後端部に取付けられているコネクタ
ー１７の接触子５、或はホルダー２の先端部に取
付けられたソケツト６の接触子５′の付近に充満
し、汚染する。測定中にコネクター１７が濡れ、
汚染されると絶縁低下を生じ、測定精度の低下を
来たすと共に指示不良となり、さらに悪化すると
短絡して測定不能に至る。このような現象は、水
蒸気、燃焼ガス等の噴出が少ない場合でも、繰り
返しの測定により、ホルダー２のコネクターであ
るソケツト６の接触子５′の付近での付着凝縮に
より蓄積して、ひどい場合にはタール状となり、
新しいプローブをセツトしたとしても電気的接続
が不完全となつて測定不良を同様におこす。

これらの改善策として、コネクター付近にパツ
キンを設け、測定中に水蒸気、燃焼ガス等をコネ
クター付近に充満しないようにしても、ホルダー
２からプローブ１を抜き取る際に、ホルダー２の
コネクター付近に付着、凝縮し、測定の繰返しに
より蓄積され、ひどい場合にはタール状となつて
前述と全く同様の結果となる。

このような問題は、従来プローブを使用すれば
必ず起る問題であり、その従来の消耗型プローブ
の他の例を第３，４，５図に示す。第３図のプロ
ーブは紙管２０そのままのもの、第４図のプロー
ブは内側紙管１８及び外側紙管２０を有し、先端
側にて紙管１８の外周にシエルモールド耐火物或
は流動自硬性鋳型材の被覆２２を設けたもの、第
５図のプローブは紙管２０の外周にSiO₂を主成
分とするノンスプラツシユ用の耐火物１３及び最
外周に同じ保護用耐火物の被覆１２を設けたもの
であるが、いずれも溶鋼に浸漬した際の断熱効果
は小さく紙管の加熱による水蒸気、燃焼ガス等の
内側への噴出が避け得なかつた。

しかも、消耗型プローブにおける測定精度の低
下、測定指示の不良、さらには測定不能などは、
製鋼作業にとつて能率の低下、品質の低下、測定
コストの上昇等大きな障害となる。

この発明の目的は、溶融金属、特に溶鋼中に浸
漬して温度、酸素濃度、炭素濃度等を測定する消
耗型プローブにおいて、浸漬測定中にプローブに
用いられた紙製保護管から発生する水蒸気、燃焼
ガス等によりプロープ及びコネクター付近の濡れ
或は汚染されることによつて生ずるコネクターで
の絶縁低下を防止し、高精度で安定した測定がで
きる消耗型プローブを提供するものである。

それ故、この発明によれば、その第１発明は、
センサーとホルダー及びこれらを保護する外周面
にセラミツク・フアイバーを被覆した紙管からな
る消耗型プローブにおいて、該プローブとして、
その先端部からセンサー、セラミツク製ハウジン
グ、プラスチツク製ハウジング及びコネクターと
順次配設し、前記プラスチツク製ハウジングと前
記紙管とを連結して配設せしめたことを特徴とす
る消耗型プローブであり、又第２発明は、第１発
明と同様の消耗型プローブにおいて、該プローブ
として、その先端部からセンサー、セラミツク製
ハウジング及びコネクターと順次配設し、前記紙
管の内表層中に、水分及びガスを通さない物質層
を一体に形成して設け、該紙管と被覆セラミツク
フアイバーとの間に間隙を設け、前記プラスチツ
ク製ハウジングと前記紙管とを連結して配設せし
めてなることを特徴とする消耗型プローブを提供
するものである。

以下に図面に基づいて本発明の望ましい実施例
を説明する。

第６図は、この発明の第１の発明の消耗型プロ
ーブの一実施例を断面的に示す説明図である。
尚、第１〜５図に示す従来例と同一部分は同一符
号を付してその説明を省略する。

紙管から発生する水蒸気、燃焼ガス等によつて
生ずるコネクター付近での絶縁低下等の防止のた
め、まず紙管、特に内側紙管１８から水蒸気、燃
焼ガス等が発生しないようにすべく、紙管１８に
熱が伝わりにくい構造、即ちプローブの胴部外周
および先端部を断熱構造としたものである。すな
わち、プローブの胴部においては、紙管１８の外
周に高耐火断熱材である市販のセラミツク・フア
イバー１６を厚さ５mm、長さ200mmにわたつて設
け、プローブの先端部においては、伝熱効率の高
いセラミツク製ハウジング１４に紙管１８が直接
接触しないようにセラミツク製ハウジング１４の
後方に耐熱性プラスチツクで作製したプラスチツ
ク製ハウジング１５を設けて、紙管１８はこのプ
ラスチツク製ハウジング１５に接触させることで
セラミツク製ハウジング１４の熱が直接紙管１８
に伝わらないようにしたものである。

このような構造とすることによつて、セラミツ
クフアイバー１６が薄く短かいにもかかわらず、
内側の紙管１８は十分に断熱されて十分に目的を
果すことができる。

即ち、この発明の第１の消耗型プローブの基本
構成は、第１に、プローブの構成として、先端部
からセンサー、セラミツク製ハウジング、プラス
チツク製ハウジング及びコネクターを順次配設す
ること、第２にセラミツク製ハウジングの後方に
耐熱プラスチツク製ハウジングを有するハウジン
グ構造にて紙管をセラミツク製ハウジングに接触
させないでプラスチツク製ハウジングに連結する
ことの２点を基本とするものである。

更にこの発明の第２の消耗型プローブの基本構
成は、第１に、プローブの構成として、先端部か
らセンサー、セラミツク製ハウジング及びコネク
ターを順次配設すること、第２に紙管の内表層中
に、水分及びガスを通さない物質層を二層以上に
一体に形成していること第３に紙管と被覆セラミ
ツク・フアイバーとの間に間隙を設けること、第
４にセラミツク製ハウジングと紙管とを連結して
配設する４点を基本とするものである。

そこで、この発明の消耗型プローブについての
断熱効果を知るため、第６図の実施例に示すａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅの各位置に熱電対（クロメル・ア
ルメル熱電対）を埋め込み、1600℃の溶鋼に浸漬
してプローブ内の温度を測定を実施した。この結
果得られた第６図の実施例におけるプローブ内の
温度経時変化を第７図のグラフ図に示す。

第７図のグラフ図にて明らかな如く、プローブ
浸漬後約30秒以内ならば、紙管１８の内側のどの
部分においても100℃未満となつており、紙管１
８からの水蒸気、燃焼ガスの発生はほとんど皆無
であると推察される。

一方、第２〜５図に示す従来の消耗型プローブ
について、その紙管１８もしくは２０内に、第６
図の実施例と略同様にして熱電対（クロメル・ア
ルメル熱電対）を埋め込み、1600℃の溶鋼中に浸
漬して得たプローブ内の温度経時変化を第８図の
グラフに示す。

この結果によれば、従来のプローブではＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの順序で断熱効果が高くなつている
が、いずれにせよプローブ内は約15秒経過後には
全て100℃以上に至り、且つ温度上昇勾配も急激
であることから、紙管から水蒸気、燃焼ガス等が
発生することが容易に推察される。第８図のグラ
フ図は、第７図のグラフにおける断熱効果が最も
低い本発明のプローブにおける曲線ｂを併せて示
すが、最悪であつても100℃に至るに２倍の30秒
間を有し、それ故この発明の消耗型プローブにお
ける高い断熱効果が認められ、特に浸漬測定が通
常15〜20秒と長い時間を要するプローブとして、
この発明の消耗型プローブによる効果が著しく顕
著である。

以上の如き本発明の基本構造をふまえて、紙管
から発生する水蒸気、燃焼ガス等によるコネクタ
付近の絶縁低下を防ぐには、水蒸気、燃焼ガスが
例え発生したとしても紙管の内側に噴出させなけ
れば良い。この具体的内容は同一出願人による実
開昭53−119976号公報にて開示されたものである
が、本発明の断熱構造との組合せにより、消耗型
プローブにおける絶縁低下の防止効果は更に顕著
なものとなる。即ち、本発明の第２発明では紙管
の内表層中に薄い金属管或は金属箔を設けると共
に、さらに紙管を２重構造以上の多重管とし、紙
管と紙管との間に間隙を設けて、これによつて発
生した水蒸気、ガス等のプローブ内への噴出を金
属箔等で遮断し、且つ紙間の間隙から外部へ放出
するようにするものである。

このような多重管及び金属箔等の遮断層を有す
る紙管を用いた本発明の第２発明の実施例を第９
図に示す。

第９図にて、紙管１８の内表層中にはアルミ箔
１９を設けており、これは紙管１８の製造時に、
アルミ箔を１〜２層巻き込んで１体に形成したも
のである。この内側の紙管１８の外周には、紙管
１８の外径より内径が0.5〜2.0mm大きセラミツ
ク・フアイバー１６がセツトされ、紙管１８との
間に0.5〜2.0mmの間隙２１を設け、２重管構造と
している。

このような構造とすることで、紙管１８が加熱
されて発生する水蒸気、ガス等はアルミ箔１９に
遮断され、間隙２１を通つて外部に放出され、紙
管１８の内部に噴出することはない。

しかし、この場合、紙管１８はセラミツク製ハ
ウジング１４に直接接触していることから、浸漬
時間が長いとその部分のアルミ箔が焼損して無効
となるため、1600℃の溶鋼への比較的短かい時間
内での浸漬に好適である。

なお、紙管１８のアルミ箔１９の代わりに、防
湿セロフアン或は樹脂フイルム等の水分、ガスを
通さない適宜の物質層を設けてもよい。

第１０図は、この発明の消耗型プローブの他の
実施例を示す説明図で、第９図に示す実施例にお
けるプローブ先端部のハウジングについて、セラ
ミツク製ハウジング１４の後方に耐熱プラスチツ
ク製ハウジング１５を設けたことを特徴とする。

即ち、従来のプローブにおけるセラミツク製ハ
ウジングに代えて、セラミツク製ハウジング１４
とその後端部のコネクター１７との間に耐熱プラ
スチツク製のハウジング１５を設け、センサーの
ハウジング構造を、先端部からセラミツク製ハウ
ジング１４、プラスチツク製ハウジング１５、コ
ネクター１７と順次配設したものである。ここで
プラスチツク製ハウジング１５はセラミツク製ハ
ウジング１４より３〜４mm小さい寸法径とされ、
この小径部に紙管１８が嵌着挿入されている。し
かしながら、プラスチツク製ハウジング１５が大
きい寸法径、もしくは同寸法径であつても全くさ
しつかえない。

なお、紙管１８におけるアルミ箔１９の使用、
或はセラミツク・フアイバー１６との間に間隙２
１を設ける２重管構造は第９図の実施例に共通す
る。

このような構造とすることで、第９図の実施例
と同様に発生した水蒸気、ガス等はアルミ箔１９
に遮断されて間隙２１から外部に放出される他、
紙管１８はセラミツク製ハウジング１４に接触さ
れず、プラスチツク製ハウジング１５と接触して
いることからプローブ先端から断熱され、紙管１
８の加熱はゆるやかとなつて、第９図の実施例に
比べ、比較的長く溶鋼中に浸漬できる。

第１１図は、温度、炭素および酸素濃度を同時
に測定する複合プローブについての本発明の実施
例を示す説明図である。

一般に複合プローブにおける温度と炭素濃度の
測定は数秒の浸漬時間で済むことから、保護管に
紙管を使用した従来の複合プローブでもよいが、
酸素濃度を測定するための酸素検出器、即ち酸素
濃淡電池を組み込んだ場合、溶鋼中に紙管から水
蒸気、燃焼ガスが噴出することによる溶鋼のボイ
リングにより、酸素濃度測定出力の振らつき、精
度低下、指示不良等の大きな問題を生ずる。また
酸素濃度測定には通常10〜20秒間を必要とし、紙
管を使用したのではプローブが焼損するため、一
般に耐火質の保護管を必要とするが、溶鋼ボイリ
ング及びプローブ内のコネクター汚染を避けるた
め、溶鋼に浸漬した際に水蒸気、燃焼ガス等を噴
出しない耐火材を必要とする。

この複合プローブにおける問題は、第１１図の
実施例に示す如く、紙管１８の胴部外周全長にわ
たつてセラミツク・フアイバー１６を設けたこと
で解決されている。

このような構造にて、仮にプローブが焼損する
まで測定が可能であるとするならば、溶鋼に約２
分間浸漬することが可能となり、ボイリングによ
る測定不良或はプローブ内汚染等の問題を考慮し
ても約20秒間にわたる測定条件を満足する浸漬時
間が確保できる。

この場合、紙管１８に対する断熱を強化し、水
蒸気、燃焼ガス等の発生を防ぐためには、セラミ
ツク・フアイバー１６の肉厚を十分とる必要があ
る。肉厚を大きくとれば、当然のことながら断熱
効果はそれだけ向上するが、セラミツク・フアイ
バー１６が高価であるだけにプローブの価格に影
響し、消耗型プローブ本来の意義を損う虞れがあ
ることから、要求される断熱度を満足する範囲で
可能な限りセラミツク・フアイバーを薄くする必
要がある。一例を述べるならば20秒の浸漬時間に
わたる測定有効条件をつくるため市販のセラミツ
ク・フアイバーにて13mmの厚さとしている。必要
な厚さはセラミツク・フアイバーの種類によつて
断熱効果が異なるため、いちがいには決め難い
が、断熱効果が高ければ当然に薄肉とすることが
できる。

また、価格の問題或はプローブの小型化への要
求等を考慮するとできる限り薄肉とすることが好
ましい。

第１２図は複合プローブにおける本発明の他の
実施例を示すもので、断熱効果及びプローブ内の
汚染防止効果をより向上するため、紙管１８の内
表層中にアルミ箔１９を設けて、水蒸気、燃焼ガ
ス等のプローブ内への噴出を遮断すると共に、紙
管１８の外径より0.5〜2.0mm大きい内径のセラミ
ツク・フアイバー１６を外周全長にわたつて設
け、紙管１８とセラミツク・フアイバー１６との
間に間隙２１を形成し、噴出した水蒸気、燃焼ガ
ス等を外部に放出できるようにしたものである。

第１３図は、通常の消耗型プローブについてセ
ラミツク・フアイバーを使用した本発明の実施例
を示し、セラミツク・フアイバー１６は、内側の
紙管１８の外周側のプローブ胴部全長に設けられ
ている。一例として、市販のセラミツク・フアイ
バーを13mm厚さにて被覆することで、測定有効浸
漬時間25秒を得ている。この実施例は、構造自体
が簡単であることから、この発明の実施に際して
は最も好適なものと云える。

ところで、セラミツク・フアイバー１６をプロ
ーブの全長に設けることは好しいが、前述の如く
価格の点で問題を有することから、プローブの先
端のみにセラミツク・フアイバー１６を設けても
良い。この場合、先端のセラミツク・フアイバー
の後方に紙管を使用することになり、浸漬時間の
減少は避けられないが、先端部における断熱効果
及びボイリングによる測定への影響防止効果は確
実に得られる。先端部におけるセラミツク・フア
イバーの長さは200mm程度が好しいが、測定目的
によつては30mmでも50mmでもこの発明の消耗型プ
ローブとしての効果は十分得られる。

第１４図は、セラミツク・フアイバー及びプラ
スチツク製ハウジングによる断熱構造、紙管内の
非透過層の形成、及び２重紙管構造の全ての組合
せでなる本発明の実施例を示す説明図である。こ
の実施例は、第６図の実施例に対応するもので、
内側の紙管１８の内表層中にアルミ箔１９を設
け、併せて紙管１８の外径より0.5〜2.0mm大きい
内径の紙管２０を使用することで間隙２１を有す
る２重紙管構造としたことを特徴とする。

それ故、第６図の実施例に比べ、５秒間程度、
測定有効浸漬時間を延ばせるという効果を奏して
いる。もちろん、プローブ内への水蒸気、燃焼ガ
スの噴出は完全に防止することができ、且つ測定
に影響するボイリングも起さないものである。

以上の如く本発明の消耗型プローブは、紙管の
外周に断熱効果を得るためセラミツク・フアイバ
ーを被覆するものであるが、セラミツク・フアイ
バーとしては、現在実に多種多様のものが製造販
売されている。此等のうちいずれのものを本発明
の消耗型プローブに使用しても有効であるが、特
にバインダーに無機質のバインダーを使用してい
るセラミツク・フアイバーを使用することが好し
い。なぜならば、有機質のバインダーを使用する
セラミツク・フアイバーでは、バインダーが溶鋼
浸漬中に分解し、これがガスとなつて放出されて
ボイリングを生じさせ、場合によつては紙管を漏
らすこととなり、本発明の消耗型プローブとして
の作用効果を損う虞れがあるからである。

以上説明した如く、この発明の消耗型プローブ
によつて、紙管に伝わる熱の伝搬を抑えることで
紙管からの水蒸気、燃焼ガスの噴出を可能な限り
抑えることができ、併せて紙管から水蒸気、燃焼
ガス等が発生したとしてもプローブ内への侵入を
断つことで、プローブ内のコネクター付近の汚染
に起因する測定不良、精度の低下を未然に防いで
極めて高い測定成功率を実現でき、さらに水蒸
気、ガス等の噴出による溶鋼のボイリングも起き
ないことから測定の安定度と精度は確実に維持で
き、しいては製鉄作業における能率の向上、品質
の向上、測定コストの低減をもたらすことができ
たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は消耗型プローブの転炉における測定状
態を示す説明図、第２，３，４，５図はホルダー
にセツトされる従来の消耗型プローブの例を示す
説明図、第６図は本発明の消耗型プローブの一実
施例を示す説明図でプローブ内の温度を計測する
ための熱電対の埋め込み位置も併せて示す、第７
図は第６図の実施例における溶鋼浸漬時のプロー
ブ内の温度経時変化を示すグラフ図、第８図は従
来のプローブ内の温度経時変化を第７図の曲線ｂ
と併せて示すグラフ図、第９，１０図は本発明の
消耗型プローブの他の実施例を示す説明図、第１
１，１２図は転炉サブランス用に使用される本発
明の消耗型プローブの実施例を示す説明図、第１
３図はセラミツク・フアイバーをプローブ胴部全
長に設けた本発明の消耗型プローブの実施例を示
す説明図、第１４図はセラミツク・フアイバー、
耐熱プラスチツク製ハウジング、２重紙管構造の
全てを組合せた本発明の消耗型プローブの実施例
を示す説明図である。 １…プローブ、２…ホルダー、３…転炉、４…
溶鋼、５，５′…接触子、６…ソケツト、７…熱
電対等の検出器、８…耐火物（耐火モルタルラン
ドセメント）、９…セラミツク、１０…センサー
内部、１１…センサー、１２…NC加工耐火物用
の保護耐火物、１３…NC加工耐火物、１４…セ
ラミツク製ハウジング、１５…耐熱プラスチツク
製ハウジング（プラスチツクハウジング）、１６
…セラミツク・フアイバー、１７…コネクター、
１８…紙管（内側）、１９…アルミ箔、２０…紙
管（外側）、２１…間隙、２２…流動自硬性鋳型
材或はシエルモールド耐火物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ センサーとホルダー及びこれらを保護する、
   外周面にセラミツク・フアイバーを被覆した紙管
   からなる消耗型プローブにおいて、 該プローブとして、その先端部からセンサー、
   セラミツク製ハウジング、プラスチツク製ハウジ
   ング及びコネクターと順次配設し、前記プラスチ
   ツク製ハウジングと前記紙管とを連結して配設せ
   しめてなることを特徴とする消耗型プローブ。 ２ センサーとホルダー及びこれらを保護する外
   周面にセラミツク・フアイバーを被覆した紙管か
   らなる消耗型プローブにおいて、 該プローブとして、その先端部からセンサー、
   セラミツク製ハウジング及びコネクターと順次配
   設し、前記紙管の内表層中に、水分及びガスを通
   さない物質層を一体に形成して設け、該紙管と被
   覆セラミツク・フアイバーとの間に間隙を設け、
   前記プラスチツク製ハウジングと前記紙管とを連
   結して配設せしめてなることを特徴とする消耗型
   プローブ。 ３ 前記プローブとして、その先端部からセンサ
   ー、セラミツク製ハウジング、プラスチツク製ハ
   ウジングと順次配設せしめてなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の消耗型プローブ。 ４ 前記紙管と一体形成する水分及びガスを通さ
   ない物質層としてアルミ箔、防湿セロフアン及び
   樹脂フイルム等から選ばれた一種の物質層を用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   消耗型プローブ。