JPH0472183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金属中に溶解された酸素の測定のため
に溶融金属浴中に浸漬されうる消耗型浸漬酸素セ
ンサー、とりわけ溶融鉄又は溶鋼用酸素センサー
に関する。

従来の技術 鋼の精製の際に溶融金属中に電解セル及び温度
検知装置を浸漬して鉄及び鋼中に溶解した酸素を
測定することは以前より製鋼会社等により実施さ
れている。これらの酸素センサーが用いられる方
法では、真上の出力信号を提供するため、センサ
ーに破損を生ずる諸問題の解決が、かゝる破損の
原因を仮定することに基づかねばならない。

具体的な酸素センサーの一例としては特開昭58
−139060号を挙げることができる。この酸素セン
サーは「一方端部が密封状で他方端部が開放状の
カルシウム安定化酸化ジルコニウム製鞘、該鞘の
前記密封端部内に約3.2mmより多くなく占める少
量の酸素基準材料、前記少量の酸素基準材料から
鞘を通して延在しかつ該鞘の開放端部外に延在す
る導電装置、該鞘内空間から実質的にすべての空
気を排除するため該鞘内の開放空間に充填する該
鞘内の充填材及び該鞘内の前記充填材を保持する
ため該鞘の開放端部に施された密封部材」とから
構成されている。

発明が解決しようとする問題点 長年に亘り酸素センサーからの読みの信頼度に
おける多くの改良がなされているが、溶融金属
浴、特に２〜3ppmの低レベルの酸素を有する鉄
又は鋼にセンサーが用いられる場合、センサーの
浸漬による酸素センサーからの出力信号の当初の
オーバーシユート（overshoot）の問題が引続い
て残つている。更に、マグネシウム安定化酸化ジ
ルコニウム電解質と組み合わされた熱衝撃の問題
には多くの注意が必要でかつ種々の解決手段が提
案されているが、熱衝撃の結果による固体電解質
の破壊により真正の出力信号を生ずるためには該
センサーの破損の問題が依然として残つている。

問題点を解決するための手段 本発明は溶解金属浴、とりわけ溶融浴の溶解酸
素の測定用消耗酸素センサーを目的とするもので
あり、この装置は下記の構成からなる測定用カー
トリツジからなつている：即ち、 15秒の浸漬時間中溶鋼温度に耐え得る、熱絶縁
材料の鋼性管の端部に通常密封状に取り付けてあ
る。

このカートリツジは円筒状本体の一端面から突
出した酸素測定用電解セルを有する円筒状本体及
び該本体の対向端部に形成された電気接点部材を
有する。固体電解質の管内に基準極物質を有する
電解セルは該本体の端面をこえて突出する該セル
を該本体の端面の開口部内に配設しかつ通常耐火
性接着剤により固着してある。

添付図面は本発明の一具体例を示す部分縦断面
図である。

添付図面には、本体１２とテール部材１４とか
らなる浸漬用酸素センサーカートリツジが図示し
てある。この本体１２とテール部材１４は一体構
造でもよく、又は図示の如く接着剤又は機械的係
合又はその双方の何れかにより一体に結合される
２個の別々の部材としてもよい。テール部材１４
には３個１組の電気接点群１６，１８及び２０が
係止かつ取り付けてあり、カートリツジ１０に電
気信号接続を提供している。このテール部材１４
は例えばナイロン又はポリスチレンの如き弾性材
料で構成することが好ましい。この材料の弾性は
各接点１６，１８及び２０がマニプレータ（図示
せず）の対応する各接点と良好な電気的接続を
し、かつまた十分な摩擦力を提供して、該カート
リツジとマニプレータを使用中簡単に分離しない
ことを保証する。

本体１２の頂面には溶解酸素センサーを構成す
る種々の部材の基端部を配設しかつ係止する空所
又は開口部２２が設けてある。マグネシウム安定
化酸化ジルコニウムの一端閉管２４の密封端部を
本体１２の頂面を超えて突出する前記一端閉管２
４の開放端部を前記開口部２２中に挿入する。マ
グネシウム安定化酸化ジルコニウムの一端閉管２
４は酸素電気化学電池の固体電解質である。該一
端閉管２４の密封端部には、好ましくは粉末状で
ある。酸素基準極物質が収容してある。この酸素
基準極物質２６と一端閉管２４間には、該一端閉
管２４の内方封入表面に接して前記酸素基準極物
質２６を保持するための不活性充填材として、一
定量のAl₂O₃粉末２７が配設してある。この
Al₂O₃粉末２７は一端閉管２４の開口部内にエポ
キシ接着剤により一端閉管２４内に保持されてい
る。

固体電解質２４の基準極側に電気的接続を提供
するために、好ましくはモリブデン線材の電導体
２８が一端閉管２４の開放端部を通してかつ該基
準極物質２６中に延在してある。電気接点１６は
通常好適な導体（図示せず）により電導体２８の
端部に接続してある。

溶融金属浴中に酸素センサーカートリツジ１０
の浸漬によつて、酸素電気化学電池が完成され
る。この溶融金属浴は固体電解質の金属浴側に不
知の酸素レベルを形成し、既知の基準酸素レベル
を該固体電解質の内側に生成する。固体電解質の
金属浴側に電気的接続を提供するために、鋼製リ
ング状の電導体３０が開口部２２の面に配設して
ある。別法として突出したモリブデン棒状体とも
しうるこの電導体３０は導体（図示せず）により
電気接点２０に接続してある。図示の如く、空所
又は開口部２２の壁はリング状導体３０を本体１
２の頂面を超えて突出することを保証するため
に、肩部２３を備えている。従つて、溶融金属浴
中にカートリツジ１０の浸漬により、電気的信号
が接点１６と２０間に生成され、溶融金属浴と基
準電極における酸素レベルの差と該金属浴の温度
が測定される。

溶融金属浴中の酸素測定のために、該金属浴の
温度測定が必要である。従つて、通常の実施では
一般に、熱電対型式の浴温測定部材を浸漬式酸素
センサー・カートリツジに包含している。従つ
て、図示のカートリツジは石英又は類似材料製
で、好ましくはPt：Pt、10％のロジウムの熱電
対接点を配設した、Ｕ字形管３２を具備すること
が図示してある。この熱電対リードは、接点１６
に製続された熱電対のPtリードと接点１８に接
続されたPt、10％ロジウムリードを有する、接
点１６及び１８に電気的に接続されている。

溶融金属浴中に通常の酸素センサーの浸漬によ
り、チヤート記録装置に記録される如く、酸素の
記録値はしばしば高レベルの表示酸素値に急速に
上昇し、ついで該金属浴の酸素レベルの代表的な
一定値に減少するものであることを、出願人は注
目している。酸素レベルの好ましくない当初のオ
ーバーシユートの大部分は、86％Cr、３％
Cr₂O₃、７％NiOおよび４％Feからなる粉末混合
物を用いることによる酸素基準極物質２６の組成
を変化することにより排除しうることを出願人は
知見した。NiO及びFeの該基準局物質への添加
は当初のオーバーシユートの発生を減ずることに
より酸素センサーの応答を改良するが、該酸素セ
ンサーを、２〜3ppmの値の、低酸素濃度を有す
る金属中の酸素の測定に用いた場合、継続する当
初のオーバーシユートがあることが出願人により
注目された。

一端閉管２４、Ｕ字管３２及び電導体３０の開
口部２２への係止は耐火性接着剤の水スラリーを
用い、ついでカートリツジ１０を加熱して硬化し
た接着剤から水分を乾燥することにより通常実施
されている。この耐火性接着剤の代りに開口部２
２に各測定部材を係止するのに、レジンコーテツ
ドサンドを用いると、低濃度の酸素測定にこの酸
素センサーを用いた場合でも当初のオーバーシユ
ートは最少とされることを出願人は知見した。従
つて、図示の酸素センサーカートリツジ１０はレ
ジンコーテツドサンド３４で充填される開口部２
２を有している。低酸素濃度の金属中の酸素の測
定における当初のオーバーシユートは、耐火性接
着剤から若干の残留水蒸気の遊離を生ずる耐火性
接着剤を有する普通のセンサーを用いる時に発生
するものと出願人は信じている。

レジンコーテツドサンドはその組成中に水を用
いていないので、浸漬によりカートリツジから水
蒸気の遊離のチヤンスはない。レジンサンドは珪
砂フエノールホルムアルデヒドバインダーとの混
合物として当業者に周知のものである。

酸素センサーカートリツジ１０の製作に当り、
レジンサンドを開口部２２内およびリング状電導
体３０の外側に現れる環状空間内に配設する。つ
いで該カートリツジを焼成しレジンバインダーを
硬化させて開口部２２内に各センサー部材を係止
する。

レジンコーテツドサンドの低熱伝導性と高熱容
量（high thermal mass）のために、耐火性接着
剤に比べて、レジンコーテツドサンド３４の使用
のその他の利点は、マグネシウム安定化酸化ジル
コニウム管２４における長手方向温度勾配が減少
され、かつカートリツジ１０が溶融金属中に浸漬
された時に前記管が熱衝撃により破損される傾向
が少ないことが認められた。

前記管２４の熱衝撃破損を更に減ずるために、
端部開放鋼管３６が該管２４を包囲しかつ該管２
４の閉塞端部を超えて延在してある。この鋼管３
６は前記管２４の接触しないような内径であり、
前記管２４と鋼管３６間に空隙を設ける。実際に
は、鋼の発錆の可能性を避けるために、鋼管３６
は耐食鋼製であり、逆に低温度における酸素の測
定には好適としうる。

スラグが溶融金属表面上に通常存在する、工業
的環境における酸素の測定にカートリツジを用い
るために、カートリツジの表面及び検知部材は、
本体１２の表面にエポキシで固着された鋼製キヤ
ツプ３８及び紙製が好ましい外側キヤツプ４０に
より浸漬時にスラグから保護してある。これらキ
ヤツプ３８及び４０はスラグ層を通して浸漬する
際にカートリツジ１０の表面を保護し、該カート
リツジが溶融金属内にあり、酸素セル及び熱電対
を溶融金属にさらすと、急速に溶融し又は焼失す
る。

溶融金属浴に前記カートリツジを浸漬するため
に、該カートリツジは溶融金属に浸漬し得かつ熱
絶縁性を有する長い管４２の端部に係止してあ
る。代表的にはこの管４２はカートボード製であ
る。溶融金属の低レベルの酸素の測定には、紙管
４２の如き、すべてがシリカ含有成分及び可燃性
成分で被覆するか、又はより安定な酸化物成分又
は被覆、代表的にはAl₂O₃又はMgOで代用され
る。本体１２はその外周表面上に多数の突条４４
を有する直径減少型円筒状伸縮部を有する。エポ
キシ接着剤を本体１２の部分に塗布し、紙管４２
と接触し、両者を図示の如く一体に配設する。

長尺パイプを通したリード線を有する通常の長
尺パイプ状のマニプレーター上に組立てた紙管４
２及びカートリツジ１０を滑り込ませ、接点１
６，１８及び２０を係合する接点部材を有する接
続部材で接続する通常の方法で行なう。酸素セル
と熱電対により発生された電気的信号はそれぞれ
によつてマニプレーターを通して送信され、前記
溶融金属の温度及び酸素レベルを測定及び記録装
置に表示する。

本発明は上記具体例に限定されず、本発明の要
旨内における変更、改変は勿論本発明に包含され
るものである。

発明の効果 (1) 本発明の酸素センサーはレジン・サント及び
基準極物質の変更により本体に固着された電解
質セルを得ることができる。

(2) 本発明は溶融金属浴中に浸漬することによる
当初のオーバーシユートの問題を排除すること
ができる。

(3) 浸漬時に生ずる熱衝撃による浸漬型酸素セン
サーの破損を減ずることができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一例を示す浸漬型酸素セン
サーの部分縦断面図であり、図中： １０：カートリツジ、１２：本体、１４：テー
ル部材、１６，１８及び２０：接点、２２：開口
部、２３：肩部、２４：一端閉管、２６：酸素基
準極物質、２８，３０：電導体、３２：Ｕ字管、
３４：レジンコーテツドサンド、３６：鋼管、３
８：鋼製キヤツプ、４０：外側キヤツプ、４２：
紙管、４４：突条。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属浴に浸漬することにより該金属浴に
   さらされる外表面を有するジルコニア固体電解
   質、酸素分圧の基準レベルを提供するため前記固
   体電解質の内表面と接触するCr、Cr₂O₃基準極物
   質、該基準極物質と電解的接触を提供する第１の
   電気導体及び浸漬に際し前記溶融金属と電気的に
   接触させてある第２の電気導体からなる溶融金属
   浴に浸漬して測定値の当初のオーバーシユートに
   対しより安定でかつより少ない作用をうけうる、
   電気的出力を有する改良した浸漬型酸素センサー
   において、前記基準極物質にNiO及びFeを混合
   したことを特徴とする浸漬型酸素センサー。 ２ 本体の一端面に開口部を有するセンサーカー
   トリツジ、該カートリツジの前記端面をこえて延
   在する一端閉管の密封端部を該開口部に取り付け
   た固体電解質の一端閉管、該一端閉管内に配設し
   かつ該一端閉管の内表面と接している酸素基準極
   物質、前記カートリツジを通しかつ前記酸素基準
   極物質と電気的に接触させて前記一端閉管中に延
   在する第一の電気導体、溶融金属浴に前記センサ
   ーを浸漬した時に該金属浴と電気的接触を提供す
   る前記カートリツジを通して延在する第２の電気
   導体及び該カートリツジに前記一端閉管を確実に
   保持させるために前記開口部に充填するレジンコ
   ーテツドサンドからなる、溶融金属浴中に溶解し
   た酸素含有量測定用の特許請求の範囲第１項記載
   の浸漬型酸素センサー。 ３ 前記酸素基準極物質がCr、Cr₂O₃、NiO及び
   Feの混合物である特許請求の範囲第１項記載の
   浸漬型酸素センサー。 ４ レジンコーテツドサンドで支持された熱シー
   ルド用端部開放状金属円筒体を、固体電解質から
   なる一端閉管に対し間隔をおいて包囲状に配設
   し、かつ該金属円筒体が一端閉管の密封端部をこ
   えて延在することからなる特許請求の範囲第１項
   記載の浸漬型酸素センサー。 ５ 前記金属円筒が鋼製である特許請求の範囲第
   ４項記載の浸漬型酸素センサー。