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JPH033903B2 - - Google Patents
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JPH033903B2 - - Google Patents

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JPH033903B2
JPH033903B2 JP57220893A JP22089382A JPH033903B2 JP H033903 B2 JPH033903 B2 JP H033903B2 JP 57220893 A JP57220893 A JP 57220893A JP 22089382 A JP22089382 A JP 22089382A JP H033903 B2 JPH033903 B2 JP H033903B2
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JP
Japan
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oxygen
metal
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weight
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Koichi Yamada
Mitsutoshi Murase
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
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    • G01N27/411Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing of liquid metals
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    • G01N27/4117Reference electrodes or reference mixtures

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  • Immunology (AREA)
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  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は溶融金属中の溶存酸素濃度の測定を目
的とした酸素センサーの酸素基準極の改良に関す
るものである。 更に詳細には、該酸素センサーの固体酸素基準
極構成物質に特定物質を添加共存せしめることに
より、酸素基準極構成物質の焼結防止を計りか
つ、該基準極の発生する酸素基準分極を小変更せ
しめることにより溶融金属中への浸漬時に示す起
電力を迅速に変化せしめ、変化後の起電力を安定
指示せしめうる所謂、応答性に優れた酸素センサ
ーの酸素基準極に関するものである。 近年、安定化或は部分安定化ジルコニアを固体
電解質として酸素イオン伝導体に用いた酸素セン
サーが自動車排ガス制御やボイラー等の燃焼管
理、更には製鋼や製銅分野の溶融金属中の酸素分
析計として迅速な応答が得られかつ、廉価である
という点より広く用いられている。 酸素センサーの酸素基準極としては従来空気を
用いることが多かつたが、空気を酸素基準極とし
て用いる場合には酸素センサーの構造が複雑とな
ることから、特に消耗型の溶融金属用の酸素セン
サーではジルコニア管の底に詰めるだけで良いと
いう構造の簡便さより特定の金属とその金属の酸
化物との混合物から成る固体基準極が使用されて
いる。 溶融金属用酸素センサーは主として鉄鋼業界で
使用されており、転炉の終点判定、RH炉、DH
炉での真空脱ガス、脱酸反応の事前分析と反応後
の確認分析、連続鋳造時のタンデイシユでの測定
或は各製鋼分野での工程管理等の酸素測定が主で
ある。測定は1600℃前後の高温溶鋼中に酸素セン
サーを浸漬して実施するため、酸素センサーの構
成要素が浸食される前に(例えば5〜10秒で)安
定した平衡起電力を求める必要がある。かかる迅
速な応答が得られる酸素センサーとしては耐熱衝
撃性に優れたMgO部分安定化ジルコニア管を固
体電解質とし、Mo/MoO2、Cr/Cr2O3等の金
属/金属酸化物の混合物又は焼結体を固体酸素基
準極としたものが知られている。しかしながら酸
素基準極としてかかる構成要素を使用した場合、
その応答性が異なる現象が観測される。例えば添
付第1図に示すごとくCr/Cr2O3系基準極が示す
起電力変化は浸漬直後の急激な起電力値の増加、
引き続いて起る減少後の平衡値への変化で、起電
力差はMo/MoO2系基準極にくらべ大きく、こ
のため平衡値への到達時間が長い。Cr/Cr2O3
基準極は上述のごとき欠点を有するが、溶鋼中の
溶存酸素濃度(通常1〜1000ppm)が低い場合
(例えば100ppm以下)にはCr/Cr2O3基準極自体
の示す酸素分圧(1600℃で溶鋼中28ppm相当)に
近いために、酸素分圧差に基づく測定誤差が原理
的には少なく、脱酸鋼や高炭素鋼などの酸素セン
サー用に適している。 これに対してMo/MoO2系基準極は第2図に
示すごとくその酸素分圧が1600℃の溶鋼の飽和酸
素濃度以上に相当するものであり、高酸素濃度測
定用の固体酸素基準極としては適するが、低酸素
溶鋼用に使用する場合には分圧差が大きく測定誤
差が大きくなる。それ故低酸素濃度域では原理的
にCr/Cr2O3系基準極の方が有利である。 かかる事情下に本発明者らはCr/Cr2O3系基準
極の応答性改良につき鋭意検討を行なつた結果、
特定の金属或は該金属とその金属の酸化物を添加
共存せしめる場合には上記目的が満足される
Cr/Cr2O3系固体酸素基準極となしうることを見
出し、本発明を完成するに至つた。 すなわち本発明は金属クロム粉末、又は金属ク
ロム粉末とCr2O3粉末100重量部にCr2O3よりも不
安定な酸化物を形成しかつ、金属クロムよりも高
融点を有する金属の粉末、又は該金属粉末と該金
属の酸化物粉末を50〜200重量部共存せしめて構
成されたことを特徴とする溶融金属用酸素センサ
ーの酸素基準極を提供するにある。 以下本発明を更に詳細に説明する。 本発明の対象となる溶融金属用酸素センサー
は、ジルコニア質酸化物を固体電解質とし、
Cr/Cr2O3を酸素基準極とする公知汎用のジルコ
ニア質酸素センサー、例えばY2O3、CaO、MgO
の内の少なくとも1種とジルコニアとからなる所
謂、部分安定化又は安定化ジルコニア質酸化物を
固体電解質とし、使用時においてCr/Cr2O3を酸
素基準極として構成された酸素センサーであり、
該センサーの形状は例えば石英等のガラス管先端
に固体電解質チツプを接着したプラグ型、固体電
解質を成形焼結した管型のいずれにも適用可能で
ある。 本発明の酸素基準極はCr粉末、又はCr粉末と
Cr2O3粉末100重量部にCr2O3よりも不安定な酸化
物を形成しかつ、Crよりも高い融点を有する金
属の粉末、又は該金属とその金属の酸化物粉末を
50〜200重量部添加混合して構成される固定基準
極である。 ここでCr2O3よりも不安定な酸化物を形成しか
つ、Crよりも高い融点を有する金属の粉末、又
は該金属粉末とその金属の酸化物粉末とは1500〜
1800℃の温度領域で金属クロムと上述の如き定義
に該当する金属の酸化物(例えばMxOy)との反
応でCr2O3と金属Mを形成するような金属および
その金属の酸化物であつて、具体的にはモリブデ
ン(Mo)、二酸化モリブデン(MoO2)、タング
ステン(W)、二酸化タングステン(WO2)であ
る。 該添加量が50重量部未満の場合には応答速度の
改良効果が十分なものとはならず、他方200重量
部を越える場合には添加物の酸素分圧による波形
が現われ、その後にCr/Cr2O3の波形が生起する
ので結果として応答時間が長くなり好ましくな
い。 本発明において固体酸素基準極を構成するCr
とCr2O3の混合比は通常、Cr粉末に対しCr2O3
末の割合が50重量%以下の範囲で使用される。
Crに対するCr2O3の混合比が50重量%を越える場
合には管内に残留する空気中の酸素がすみやかに
除去されず、基準極の導電性が悪化するので適当
ではない。他方酸化性雰囲気下にジルコニア質固
体電解質容器に該基準極を構成するCr粉末を詰
める場合には、Cr粉末が雰囲気中の酸素により
酸化物を生成するので、Cr2O3粉末なしでCr粉末
のみの使用も可能である。 かかるCr粉末、あるいはCr/Cr2O3粉末はその
ままジルコニア固体電解質容器に詰めて使用して
もよいが、予め焼結せしめ、これを粉砕して使用
する場合には溶鋼等に浸漬中焼結による収縮が起
りにくく、平衡に達する時間が短かくなるのでよ
り好ましい。更には焼結時炭素存在下に焼結せし
め、これを粉砕して使用する場合にはCr/Cr2O3
系基準極の特徴である波形がV字型に落ち込むこ
とがなく、このため応答時間が著しく短縮される
ので特に推奨される。 本発明においてCr/Cr2O3に添加共存せしめる
Mo/MoO2および/又はW/WO2等の金属と金
属酸化物の割合は該金属粉末に対して通常10重量
%以下の範囲で用いられる。その混合割合が10重
量%を越える場合には該金属酸化物の影響が強く
現われ、2段の起電力値を示し、応答時間が長く
なるので適当ではない。 以上詳述した構成により何故観測される起電力
波形、即ち応答性が改良されるかの理由は詳らか
ではないが、添加剤である少量の金属酸化物が初
期にのみCr/Cr2O3の分圧よりも高い分圧を示
し、このため第1図にみられる起電力差を補償す
るとともに該添加物中の金属酸化物の割合が少な
いため、起電力差を補償したあと該添加金属酸化
物は直ちに分解を終了し、本来の基準極の示す起
電力値に大きな変化を与えず、また残部の添加金
属はCr/Cr2O3の焼結防止剤として作用し、この
両者の効果が相俟つて本発明の効果が達成される
ものと考える。 以上詳述した如く本発明は従来使用されている
酸素基準極構成物質であるCr/Cr2O3粉末に単に
Moおよび/又はWの金属粉末とそれぞれの金属
酸化物粉末を特定量で混合使用するのみで、起電
力を安定指示せしめかつ、応答性に優れた溶鋼用
酸素センサーの提供を可能ならしめるもので、そ
の工業的利用価値は頗る大なるものである。 以下実施例により本発明を更に詳細に説明する
が、実施例は本発明の実施態様を示すものであつ
て、本発明はかかる実施例により限定されるもの
ではない。 実施例 金属クロム粉末70重量部、Cr2O3粉末30重量部
をボールミルで混合後、CO雰囲気下1300℃で2
時間焼結せしめ、その後乳鉢で解砕、粉砕し、平
均粒径5μmのCr/Cr2O3混合粉末を得た。 このようにして得たCr/Cr2O3混合粉に第1表
(実験No.2〜7)に示すMo/MoO2および/又は
W/WO2混合粉を添加し、ボールミルで混合し
た後、得られた混合粉体を第3図に示す構造の外
径5.6mm、長さ35mmの7モル%のMgOで部分安定
化されたジルコニアの一端閉管2の底部に充填
し、酸素基準極1となし、該基準極1にモリブデ
ン線よりなる電極4を挿入し、更に基準極押え棒
3を挿入設置することにより酸素センサーを組立
てた。 かようにして構成した酸素センサーをアルミナ
ルツボ中で高周波溶融した1600℃の溶鋼中に浸漬
し、30秒間起電力を観測記録した。得られた結果
を第4〜10図に示す。 またCr粉末90重量部、Cr2O3粉末10重量部より
なる混合粉体をボールミルを用いて混合後アルゴ
ン雰囲気、炭素存在下に1300℃で2時間焼結し、
その後乳鉢で解砕、粉砕し、平均粒径3μmの
Cr/Cr2O3混合粉末としたものに第1表実験No.8
に表示した添加物を混合し、前記と同様に酸素セ
ンサーを構成しその性能を測定した。その結果を
第11図に示す。
【表】
【表】 * 添加物中の金属粉末に対する酸化
物の重量%
以上の結果本発明に該当する実験No.2、6、
7、8は従来のCr/Cr2O3単独よりなる酸素基準
極を使用した酸素センサーに比較し、著しく応答
性が改良されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第4〜11図は酸素セン
サーの示す起電力波形図を示し、第3図は実施例
に用いた酸素センサーの概要を示す縦断面図であ
り図中1は基準極構成物質、2はジルコニア質一
端閉管、3は基準極押え棒、4は電極を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 金属クロム粉末、又は金属クロム粉末と
    Cr2O3粉末100重量部にCr2O3よりも不安定な酸化
    物を形成しかつ、金属クロムよりも高融点を有す
    る金属の粉末、又は該金属粉末と該金属の酸化物
    粉末を50〜200重量部共存せしめて構成されたこ
    とを特徴とする溶融金属用酸素センサーの酸素基
    準極。 2 金属クロム粉末に対するCr2O3粉末の割合が
    50重量%以下である特許請求の範囲第1項記載の
    酸素基準極。 3 金属クロム粉末、又は金属クロム粉末と
    Cr2O3粉末とに添加共存せしめる金属粉末に対す
    る該金属の酸化物の割合が10重量%以下である特
    許請求の範囲第1項記載の酸素基準極。 4 金属クロム、又は金属クロムとCr2O3粉末と
    に添加共存せしめる金属粉末、又は金属粉末とそ
    の金属の酸化物がモリブデンおよび/又はタング
    ステン、およびそれらの金属の酸化物である特許
    請求の範囲第1項記載の酸素基準極。 5 予め焼結せしめた後これを粉砕した金属クロ
    ム粉末、又は金属クロム粉末とCr2O3粉末を使用
    する特許請求の範囲第1項記載の酸素基準極。 6 予め炭素存在下に焼結せしめた後粉砕した金
    属クロム粉末、又は金属クロム粉末とCr2O3粉末
    を使用する特許請求の範囲第1項記載の酸素基準
    極。
JP57220893A 1982-12-16 1982-12-16 溶融金属用酸素センサ−の酸素基準極 Granted JPS59109852A (ja)

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