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JPH0690175B2 - Method for measuring phosphorus concentration in hot metal - Google Patents
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JPH0690175B2 - Method for measuring phosphorus concentration in hot metal - Google Patents

Method for measuring phosphorus concentration in hot metal

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JPH0690175B2
JPH0690175B2 JP63233757A JP23375788A JPH0690175B2 JP H0690175 B2 JPH0690175 B2 JP H0690175B2 JP 63233757 A JP63233757 A JP 63233757A JP 23375788 A JP23375788 A JP 23375788A JP H0690175 B2 JPH0690175 B2 JP H0690175B2
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phosphorus
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electrolyte
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶銑中の燐濃度を迅速に測定する方法に関す
るものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for rapidly measuring the phosphorus concentration in hot metal.

従来の技術 高炉から出てくる溶銑中には、通常0.05ないし0.2重量
パーセントの燐が含有されている。上記溶銑を転炉で精
錬する前に、通例、予備脱燐処理が施される。予備脱燐
には種々のフラックスが用いられるが、フラックス所要
量は溶銑中の燐濃度や、目的とする最終燐濃度によって
変わってくる。したがって、フラックス所要量の適切に
決めるためには、脱燐処理前および脱燐処理中の溶銑中
の燐濃度を知る必要がある。通常は、溶銑をサンプリン
グし、これをカントバック等の手法で分析し燐濃度を決
定している。ところが、このような方法では分析結果が
得られるまでに3〜10分間を要する。
Prior Art Hot metal from blast furnaces usually contains 0.05 to 0.2 weight percent phosphorus. Prior to refining the above hot metal in a converter, it is usually subjected to a preliminary dephosphorization treatment. Although various fluxes are used for preliminary dephosphorization, the required amount of flux varies depending on the phosphorus concentration in the hot metal and the target final phosphorus concentration. Therefore, in order to properly determine the required amount of flux, it is necessary to know the phosphorus concentration in the hot metal before and during the dephosphorization treatment. Usually, hot metal is sampled and analyzed by a method such as cant back to determine the phosphorus concentration. However, in such a method, it takes 3 to 10 minutes until the analysis result is obtained.

一方、高炉からは毎分約10トンの割合で出銃されてお
り、分析結果を待って脱燐処理を行っていたのでは脱燐
処理を効率的に行うことができない。そこで、現状では
溶銑中の燐濃度が不明のまま脱燐用フラックスを溶銑に
添加して予備脱燐を行っている。このような方法では、
当然、フラックス使用量が必要量に比べて、ある場合に
は過大となり、ある場合には過小になる、といった事態
が生じる。したがって、脱燐処理後の溶銑中の燐濃度も
安定しない。
On the other hand, about 10 tons per minute are fired from the blast furnace, and the dephosphorization treatment cannot be performed efficiently if the dephosphorization treatment is performed after waiting for the analysis result. Therefore, at present, preliminary phosphorus removal is performed by adding a flux for dephosphorization to the hot metal while the phosphorus concentration in the hot metal is unknown. In this way,
As a matter of course, the amount of flux used becomes excessive in some cases and in some cases less than necessary. Therefore, the phosphorus concentration in the hot metal after the dephosphorization treatment is not stable.

発明が解決しようとする課題 かかる事情下に鑑み、本発明者等は溶銑中の燐濃度を迅
速に測定できる燐センサを開発することを目的とし、研
究を重ね、濃淡電池の原理を応用し、溶銑中の燐濃度を
迅速に測定する方法を見出した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention In view of such circumstances, the present inventors have aimed to develop a phosphorus sensor capable of quickly measuring the phosphorus concentration in hot metal, and have conducted repeated research and applied the principle of a concentration battery, We have found a method to quickly measure the phosphorus concentration in hot metal.

課題を解決するための手段 本発明の要旨は次の通りである。Means for Solving the Problems The gist of the present invention is as follows.

(1)固体のZrO2、固体のCaO・4ZrO2(立方晶構造のCa
O−ZrO2系固溶体)、および固体の3CaO・P2O5が共存す
るものであって、P2O5の活量が温度のみによって定まる
ようにした電解質を用い、この電解質の一方の電極には
燐または酸素の化学ポテンシャルが既知の物質を使用
し、他方の電極は燐濃度未知の溶銑として燐濃淡電池を
形成し、上記電極間の電位差を測定することにより溶銑
中の燐濃度を測定することを特徴とする溶銑の燐濃度測
定方法。
(1) Solid ZrO 2 , solid CaO.4ZrO 2 (Ca of cubic structure)
O-ZrO 2 type solid solution), and solid 3CaO / P 2 O 5 coexistent, and an electrolyte in which the activity of P 2 O 5 is determined only by temperature is used. A substance with a known chemical potential of phosphorus or oxygen is used for the other electrode, and the other electrode forms a phosphorus concentration battery as hot metal with an unknown phosphorus concentration, and the phosphorus concentration in the hot metal is measured by measuring the potential difference between the electrodes. A method for measuring phosphorus concentration in hot metal, comprising:

(2)固体のCaO・ZrO2、固体のCaO・4ZrO2(立方晶構
造のCaO−ZrO2系固溶体)、および固体の3CaO・P2O5
共存するものであって、P2O5の活量が温度のみによって
定まるようにした電解質を用い、この電解質の一方の電
極には燐または酸素の化学ポテンシャルが既知の物質を
使用し、他方の電極は燐濃度未知の溶銑として燐濃淡電
池を形成し、上記電極間の電位差を測定することにより
溶銑中の燐濃度を測定することを特徴とする溶銑の燐濃
度測定方法。
(2) CaO · ZrO 2 solid, be one solid CaO · 4ZrO 2 (cubic CaO-ZrO 2 solid solution structure), and solid 3CaO · P 2 O 5 of coexisting, P 2 O 5 An electrolyte whose activity is determined only by the temperature is used, one electrode of this electrolyte is a substance with a known chemical potential of phosphorus or oxygen, and the other electrode is a phosphorus-concentrated battery as hot metal with an unknown phosphorus concentration. And measuring the potential difference between the electrodes to measure the phosphorus concentration in the hot metal, the method for measuring the phosphorus concentration in hot metal.

(3)固体のCaO・ZrO2、固体の4CaO・P2O5、および固
体の3CaO・P2O5が共存するものであって、P2O5の活量が
温度のみによって定まるようにした電解質を用い、この
電解質の一方の電極には燐または酸素の化学ポテンシャ
ルが既知の物質を使用し、他方の電極は燐濃度未知の溶
銑として燐濃淡電池を形成し、上記電極間の電位差を測
定することにより溶銑中の燐濃度を測定することを特徴
とする溶銑の燐濃度測定方法。
(3) CaO · ZrO 2 solid, there is a solid 4CaO · P 2 O 5, and solid 3CaO · P 2 O 5 of coexisting, as activity of P 2 O 5 is determined only by the temperature The electrolyte used is a material having a known chemical potential of phosphorus or oxygen for one electrode of this electrolyte, and the other electrode forms a phosphorus concentration cell as hot metal with an unknown phosphorus concentration, and the potential difference between the electrodes is A method for measuring phosphorus concentration in hot metal, which comprises measuring the phosphorus concentration in the hot metal by measuring.

(4)固体のZrO2、固体のBaO・ZrO2、および固体の3Ba
O・P2O5が共存するものであって、P2O5の活量が温度の
みによって定まるようにした電解質を用い、この電解質
の一方の電極には燐または酸素の化学ポテンシャルが既
知の物質を使用し、他方の電極は燐濃度未知の溶銑とし
て燐濃淡電池を形成し、上記電極間の電位差を測定する
ことにより溶銑中の燐濃度を測定することを特徴とする
溶銑の燐濃度測定方法。
(4) Solid ZrO 2 , solid BaO · ZrO 2 , and solid 3Ba
O.P 2 O 5 coexists, and an electrolyte in which the activity of P 2 O 5 is determined only by temperature is used.One electrode of this electrolyte has a known chemical potential of phosphorus or oxygen. Using a substance, the other electrode forms a phosphorus concentration cell as hot metal with an unknown phosphorus concentration, and the phosphorus concentration in the hot metal is measured by measuring the potential difference between the electrodes, measuring the phosphorus concentration in the hot metal. Method.

作用 以下、本発明を詳細に説明する。Action The present invention will be described in detail below.

はじめに、本発明の溶銑用燐センサの原理について説明
する。
First, the principle of the phosphorus sensor for hot metal of the present invention will be described.

例えば、溶鋼中酸素濃度測定に使用されている酸素濃淡
電池の場合、その電解質ジルコニアは酸素イオン電導体
である。したがって、燐イオン電導体となる電解質があ
れば、それを使用して燐センサを作ることができるが、
燐イオンについては適当な電導体が無い。そこで、本発
明者等は、溶銑中の燐の活量を酸素ポテンシャルに変換
し、それを測定することにより溶銑中の燐濃度を測定す
る方法を発明した。
For example, in the case of an oxygen concentration battery used for measuring the oxygen concentration in molten steel, the electrolyte zirconia is an oxygen ion conductor. Therefore, if there is an electrolyte that becomes a phosphorus ion conductor, it can be used to make a phosphorus sensor,
There is no suitable conductor for phosphorus ions. Therefore, the present inventors invented a method of measuring the phosphorus concentration in the hot metal by converting the activity of phosphorus in the hot metal into oxygen potential and measuring it.

すなわち、電解質を介して、燐の化学ポテンシャルが既
知の物質と測定対象の溶銑を接触させると、燐の化学ポ
テンシャル差に対応して電位差が生じる。ここで、電解
質中のP2O5の活量が温度のみによって定まるようになっ
ていれば(以下、このような電解質を、該電解質、又
は、3相共存型電解質と称する。)この電位差と温度を
測定することにより溶銑中の燐濃度を知ることができ
る。
That is, when a substance having a known chemical potential of phosphorus is brought into contact with the hot metal to be measured through the electrolyte, a potential difference corresponding to the chemical potential difference of phosphorus occurs. If the activity of P 2 O 5 in the electrolyte is determined only by the temperature (hereinafter, such an electrolyte is referred to as the electrolyte or a three-phase coexisting electrolyte), this potential difference The phosphorus concentration in the hot metal can be known by measuring the temperature.

すなわち、該電解質と溶銑の界面(界面I)において、
(1)式の反応が平衡に達し、電解質と燐の化学ポテン
シャルが既知の物質の界面(界面II)において、(2)
式の反応が平衡に達しているとき、 2P(界面I)+(5/2)O2(界面I) =P2O5(界面I) ・・・(1) 2P(界面II)+(5/2)O2(界面II) =P2O5(界面II) ・・・(2) 該電解質中のP2O5の活量は一定温度で、一定の値を示す
ので、上記電位差は(3)式に示される値をとる。
That is, at the interface between the electrolyte and the hot metal (interface I),
At the interface (interface II) of the substance where the reaction of formula (1) reaches equilibrium and the chemical potentials of the electrolyte and phosphorus are known, (2)
When the reaction of the equation reaches the equilibrium, 2P (interface I) + (5/2) O 2 (interface I) = P 2 O 5 (interface I) (1) 2P (interface II) + ( 5/2) O 2 (interface II) = P 2 O 5 (interface II) (2) The activity of P 2 O 5 in the electrolyte shows a constant value at a constant temperature. Takes the value shown in equation (3).

E:両電極間の電位差 R:気体定数 T:温度 F:ファラデー定数 Po2:酸素分圧、(I)、(II)は、それぞれ 界面I、界面IIに対応する。 E: Potential difference between both electrodes R: Gas constant T: Temperature F: Faraday constant Po 2 : Oxygen partial pressure, (I) and (II) correspond to interface I and interface II, respectively.

ここで、(1)式および(2)式の化学平衡定数Kはそ
れぞれ(4)、(5)式で表される。
Here, the chemical equilibrium constant K of the equations (1) and (2) is represented by the equations (4) and (5), respectively.

ap205 :P2O5の活量 ap :燐の活量 (4)、(5)式のKは同じものだから、 の関係が成り立ち、更に、電解質中でP2O5の活量が一定
ということから、 a p205(I)=a p205(II)だから、(6)式は(7)
式のようになる。
ap205: P 2 O 5 activity ap: Phosphorus activity Since K in the equations (4) and (5) is the same, And the P 2 O 5 activity is constant in the electrolyte, ap205 (I) = ap205 (II), so equation (6) becomes (7)
It becomes like a formula.

(3)、(7)式から (8)式において、ap(II)は既知だから、両電極間の
電位差Eと温度Tを測定すればap(I)が求まる。ap
(I)は溶銑中燐濃度に直接対応するものだから、これ
により溶銑中燐濃度が求められる。
From equations (3) and (7) In the equation (8), since ap (II) is known, ap (I) can be obtained by measuring the potential difference E and the temperature T between both electrodes. ap
Since (I) directly corresponds to the phosphorus concentration in the hot metal, the phosphorus concentration in the hot metal can be obtained from this.

一方、P2O5の活量が一定温度で、一定値を示さない場
合、界面Iと界面IIのP2O5の化学ポテンシャル差に起因
する特定不可能な拡散電位が発生するので、電位差を測
定しても溶銑中の燐濃度を求めることはできない。
On the other hand, when the activity of P 2 O 5 does not show a constant value at a constant temperature, an unspecified diffusion potential occurs due to the chemical potential difference between P 2 O 5 at interface I and interface II. The phosphorus concentration in the hot metal cannot be determined even by measuring.

P2O5の活量が一定であることが保証されるような物質を
探したが、容易に見つけることができなかった。そこ
で、本発明者等は、(9)式に示す相律を利用すること
により、この難問を解決する緒をつかんだ。
I searched for a substance that guarantees a constant P 2 O 5 activity, but I could not find it easily. Therefore, the present inventors have found a way to solve this difficult problem by utilizing the phase rule shown in the expression (9).

f=C+1−φ ・・・(9) f:自由度 C:成分数 φ:相の数(但し、気相は含まない) 例えば、2成分の平衡状態の場合、C=2だから自由度
f=1とするためには、φ=2、すなわち2相共存状態
にすればよい。同様に、3成分系の場合には、自由度f
=1とするためには、φ=3、すなわち3相共存状態に
すればよい。同様に、4成分系の場合には、自由度f=
1とするためには、φ=4、すなわち4相共存状態にす
ればよい。
f = C + 1−φ (9) f: degree of freedom C: number of components φ: number of phases (excluding gas phase) For example, in the case of a two-component equilibrium state, C = 2, so the degree of freedom f In order to set = 1, φ = 2, that is, a two-phase coexistence state is set. Similarly, in the case of a three-component system, the degree of freedom f
In order to set = 1, φ = 3, that is, a three-phase coexistence state is set. Similarly, in the case of a four-component system, the degree of freedom f =
To obtain 1, φ = 4, that is, a four-phase coexistence state is set.

溶銑中の燐濃度測定を目的としているから、溶銑温度
(1200℃ないし1600℃)において、自由度f=1の状態
を安定して維持できる物質を見つければよいことにな
る。本発明者等は種々の物質について実験、検討して、
3種類の固相を共存させることにより目的とする電解質
を得る方法を見出した。
Since the purpose is to measure the phosphorus concentration in the hot metal, it suffices to find a substance that can stably maintain the state of freedom f = 1 at the hot metal temperature (1200 ° C to 1600 ° C). The present inventors have conducted experiments and studies on various substances,
We have found a method of obtaining the target electrolyte by coexisting three kinds of solid phases.

すなわち、固相として以下の4組を選べば、これらの系
は3成分−3相共存状態で自由度f=1であり、P2O5
活量は温度のみによって定まることを見出した。
That is, it was found that, when the following four pairs were selected as the solid phase, these systems had a degree of freedom f = 1 in the coexistence of three components and three phases, and the activity of P 2 O 5 was determined only by the temperature.

ZrO2、CaO・4ZrO2(立方晶構造のCaO−ZrO2系固溶
体)、3CaO・P2O5 CaO・ZrO2、CaO・4ZrO2(立方晶構造のCaO−ZrO2系固
溶体)、3CaO・P2O5 CaO・ZrO2、4CaO・P2O5、3CaO・P2O5 ZrO2、BaO・ZrO2、3BaO・P2O5 3種類の固相が均一分散状態で共存する物質を得るため
には、〜の系については第1図に、の系について
は第2図に斜線で示した組成になるようにあらかじめ試
薬を調合しておけばよい。
ZrO 2 , CaO ・ 4ZrO 2 (cubic structure CaO-ZrO 2 system solid solution), 3CaO ・ P 2 O 5 CaO ・ ZrO 2 , CaO ・ 4ZrO 2 (cubic structure CaO-ZrO 2 system solid solution), 3CaO ・a substance P 2 O 5 CaO · ZrO 2 , 4CaO · P 2 O 5, 3CaO · P 2 O 5 ZrO 2, BaO · ZrO 2, 3BaO · P 2 O 5 3 kinds of solid phase coexist in a uniformly dispersed state In order to obtain the above, the reagents may be prepared in advance so as to have the compositions shown in FIG. 1 for the systems (1) and (2) in the systems (2).

例えば、の系場合、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウ
ム、燐酸塩の固体粉末を用いる。ここで、燐酸塩として
は、燐酸第2アンモニウム塩(NH4)2HPO4などが好適で
ある。配合割合は炭酸カルシウム中のCO2、燐酸第2ア
ンモニウム塩(HN4)2HPO4中のH2Oは、焼成中にガス化す
るから、ZrO2:CaO:P2O5の比率が第1図の斜線部分に
入るようなものを選べばよい。
For example, in the case of the above system, solid powder of zirconium oxide, calcium carbonate and phosphate is used. Here, the phosphoric acid salt is preferably a secondary ammonium salt of phosphoric acid (NH 4 ) 2 HPO 4 . The mixing ratio is CO 2 in calcium carbonate, and H 2 O in phosphoric acid secondary ammonium salt (HN 4 ) 2 HPO 4 is gasified during firing. Therefore, the ratio of ZrO 2 : CaO: P 2 O 5 is the highest. You can choose the one that falls within the shaded area in Figure 1.

これらの固体粉末を混合し、加圧成型して焼成すれば、
目的とするZrO2、CaO・4ZrO2(立方晶構造のCaO−ZrO2
系固溶体)、3CaO・P2O5の3相が固体のまま共存する電
解質が得られる。
If these solid powders are mixed, pressure molded and fired,
Target ZrO 2 , CaO ・ 4ZrO 2 (CaO-ZrO 2 with cubic structure)
An electrolyte in which the three phases (solid solution) and 3CaO · P 2 O 5 coexist as solids is obtained.

〜の系についても同様の方法で3相共存型の固体電
解質が得られる。
For the systems (1) to (3), a three-phase coexisting type solid electrolyte can be obtained in the same manner.

次に、本発明法の実施に用いる燐センサ及びこの燐セン
サの主要部であるガルバニ電池について説明する。
Next, a phosphorus sensor used for carrying out the method of the present invention and a galvanic cell which is a main part of the phosphorus sensor will be described.

第3図(イ)、(ロ)にガルバニ電池8の構造の例を示
す。(イ)の場合、1は、先端(溶銑中燐濃度測定の
際、溶銑と接する側)が開口している保持管2の先端部
に形成した3相共存型の固体電解質である。上記保持管
2の材質は耐火性の純物質でさえあれば如何ようのもの
でもよい。例として、アルミナ、マグネシア、シリカ、
ジルコニア等が挙げられる。また、第3図(イ)では保
持管2の形状は固体電解質を保持できれば如何ようの形
状でもよい。3は保持管2の固体電解質1の上に充填し
た燐の化学ポテンシャルが既知である物質(気体、液
体、固体を問わない)である。以後、この充填物を基準
電極と呼ぶ。ここで、燐の化学ポテンシャルが既知の物
質の例としては、燐を含有した固体または液体の、金属
または合金が挙げられる。この金属または合金中の燐濃
度はあらかじめ分析して決定しておく。溶融金属または
合金中の燐濃度が既知であれば、これをもとにして燐の
化学ポテンシャルを求めることができることは公知であ
る。
3A and 3B show an example of the structure of the galvanic battery 8. In the case of (a), 1 is a three-phase coexisting type solid electrolyte formed at the tip of the holding tube 2 having an open tip (the side in contact with the hot metal when measuring the phosphorus concentration in the hot metal). The material of the holding tube 2 may be any material as long as it is a refractory pure material. As examples, alumina, magnesia, silica,
Examples include zirconia. Further, in FIG. 3A, the shape of the holding tube 2 may be any shape as long as it can hold the solid electrolyte. Reference numeral 3 denotes a substance (regardless of gas, liquid or solid) of which the chemical potential of phosphorus filled on the solid electrolyte 1 of the holding tube 2 is known. Hereinafter, this filling material is referred to as a reference electrode. Here, examples of the substance having a known chemical potential of phosphorus include a solid or liquid metal or alloy containing phosphorus. The phosphorus concentration in this metal or alloy is determined in advance by analysis. It is known that if the concentration of phosphorus in the molten metal or alloy is known, the chemical potential of phosphorus can be determined based on this.

燐の化学ポテンシャルが既知の物質の代わりに、酸素の
化学ポテンシャルが既知の物質を使用することもでき
る。例えば、空気を使用することもできる。空気を使用
した場合には(10)式の反応が基準電極と3相共存型電
解質の間で平衡に達する。
Instead of a substance with a known chemical potential of phosphorus, a substance with a known chemical potential of oxygen can be used. For example, air can be used. When air is used, the reaction of equation (10) reaches equilibrium between the reference electrode and the three-phase coexisting electrolyte.

2P+(5/2)O2(空気)=P2O5(該電解質) ・・・(1
0)該電解質のP2O5の活量は先に述べたように一定に保
たれるので、酸素の化学ポテンシャルが既知であれば、
結果的には燐の化学ポテンシャルが既知であるのと同じ
である。したがって、酸素の化学ポテンシャルが既知の
物質として公知である、金属クロムと酸化クロムの混合
物、あるいは、金属モリブデンと酸化モリブデンの混合
物等も使用可能である。4は基準電極3内に挿入され耐
火セメント5で固定したリード線である。
2P + (5/2) O 2 (air) = P 2 O 5 (the electrolyte) ・ ・ ・ (1
0) Since the P 2 O 5 activity of the electrolyte is kept constant as described above, if the chemical potential of oxygen is known,
As a result, the chemical potential of phosphorus is the same as known. Therefore, a mixture of metallic chromium and chromium oxide, a mixture of metallic molybdenum and molybdenum oxide, or the like, which is known as a substance having a known chemical potential of oxygen, can be used. Reference numeral 4 is a lead wire that is inserted into the reference electrode 3 and fixed with refractory cement 5.

第3図(ロ)の場合、1は3相共存型固体電解質を成型
したものである。3相共存型固体電解質が容易に成型で
きるような組成のものであれば、(イ)の場合に用いた
保持管2を使用せずに、成型した3相共存型固体電解質
1の内部に基準電極3とリード線4を封入し耐火セメン
ト5で固定することによりガルバニ電池を作ることがで
きる。
In the case of FIG. 3 (B), 1 is a molded three-phase coexisting solid electrolyte. If the composition is such that the three-phase coexisting solid electrolyte can be easily molded, the inside of the molded three-phase coexisting solid electrolyte 1 is used as a reference without using the holding tube 2 used in (a). A galvanic cell can be produced by encapsulating the electrode 3 and the lead wire 4 and fixing them with refractory cement 5.

第4図は第1図に示すガルバニ電池8を用いた溶銑燐セ
ンサ9の構造例を示し、ガルバニ電池8の後端部を耐火
セメントを用いて耐火ホルダー6の中へ埋設して、先端
部をホルダー6先端面より突出せしめると共に、溶銑側
のリード線7の先端部を耐火ホルダー6の先端面より突
出させて、耐火セメントを用いて耐火ホルダー6の中へ
埋設してなるものである。
FIG. 4 shows a structural example of the hot metal phosphorus sensor 9 using the galvanic cell 8 shown in FIG. 1, in which the rear end of the galvanic cell 8 is embedded in the refractory holder 6 using refractory cement and the tip is Is made to protrude from the tip surface of the holder 6, and the tip of the lead wire 7 on the hot metal side is made to protrude from the tip surface of the refractory holder 6 and embedded in the refractory holder 6 using refractory cement.

上記リード線4、7としては、モリブデン、白金等、従
来から溶鋼用酸素センサのリード線として使用可能であ
ることが公知の金属が使用できる。
The lead wires 4 and 7 may be made of molybdenum, platinum, or any other metal known to be used as a lead wire for oxygen sensors for molten steel.

以上のように構成した燐センサ9を溶銑中に浸漬し、リ
ード線4、7間の電位差を測定することによって、本発
明法は実施される。
The method of the present invention is carried out by immersing the phosphorus sensor 9 configured as described above in hot metal and measuring the potential difference between the lead wires 4 and 7.

尚、測定対象である溶銑の温度も同時に知ることが必要
であるが、この温度測定のためのセンサは上記燐センサ
に内蔵することが可能であり、他の手段で同時に温度計
測がなされるのであれば、温度センサを燐センサに内蔵
しなくてもよい。更に、溶銑温度が既知であって、且
つ、極めて安定している場合には、燐センサに温度セン
サを内蔵させなくもよい。
In addition, it is necessary to know the temperature of the hot metal to be measured at the same time, but a sensor for this temperature measurement can be built in the above phosphorus sensor, and the temperature can be measured simultaneously by other means. If so, the temperature sensor may not be built in the phosphorus sensor. Further, when the hot metal temperature is known and is extremely stable, the temperature sensor may not be built in the phosphorus sensor.

実施例1 市販の酸化ジルコニウム粉末、炭酸カルシウム粉末およ
び燐酸第二アンモニウム塩粉末を重量比73.6:15.9:10.5
の割合で混合する。この配合は、第1図(モル比表示)
ではZrO275%、CaO20%、P2O55%の点に相当する。こ
の試薬粉末の混合物をアルミナ製保持管2の内部に加圧
充填し1400℃で48時間焼成した後、焼成物をX線回折で
分析したところ、ZrO2、CaO・4ZrO2(立方晶構造のCaO
−ZrO2系固溶体)、3CaO・P2O5が出来ていることが確認
され、他の結晶は存在しなかった。このようにして3相
共存型固体電解質が得られた。
Example 1 A commercially available zirconium oxide powder, a calcium carbonate powder and a diammonium phosphate salt powder were used in a weight ratio of 73.6: 15.9: 10.5.
To mix. This formulation is shown in Fig. 1 (molar ratio display).
Corresponds to ZrO 2 75%, CaO 20%, and P 2 O 5 5%. This mixture of reagent powders was pressure-filled inside an alumina holding tube 2 and baked at 1400 ° C. for 48 hours. When the baked product was analyzed by X-ray diffraction, ZrO 2 , CaO.4ZrO 2 (cubic structure CaO
-ZrO 2 type solid solution) and 3CaO · P 2 O 5 were confirmed, and other crystals did not exist. In this way, a three-phase coexisting solid electrolyte was obtained.

室温まで冷却した後、保持管2の内部に、燐を1重量パ
ーセント含有した銅粉末3を充填する。この銅粉末3の
中へ、モリブデン線4を挿入し、保持管の端を耐火セメ
ント5で固定する。以上でガルバニ電池8の組立を終了
した。
After cooling to room temperature, the inside of the holding tube 2 is filled with copper powder 3 containing 1 weight percent of phosphorus. A molybdenum wire 4 is inserted into the copper powder 3 and the end of the holding tube is fixed with refractory cement 5. This completes the assembly of the galvanic battery 8.

このガルバニ電池8を、耐火セメントを用いて耐火性ホ
ルダー6の中へ埋め込む。一方、溶銑側のリード線とし
ては、モリブデン線7を、ガルバニ電池8と同様に、耐
火性ホルダー6の中へ埋め込む。以上で燐センサの組み
立てを終了した。
The galvanic cell 8 is embedded in the refractory holder 6 using refractory cement. On the other hand, as a lead wire on the hot metal side, a molybdenum wire 7 is embedded in the refractory holder 6 like the galvanic battery 8. This completes the assembly of the phosphorus sensor.

溶銑約5kgをアルミナるつぼに溶解し1500℃の溶銑中へ
上記燐センサ9を浸漬しガルバニ電池8リード線である
モリブデン線4と溶銑側のリード線であるモリブデン線
7の間の起電力を測定した。センサ浸漬後、5ないし10
秒で安定した起電力が得られた。測定した電圧と溶銑中
の燐濃度の関係を第5図に示す。尚、溶銑中の燐濃度は
従来法のカントバック法で測定したものである。これに
より、本発明によって、溶銑中の燐濃度が迅速に測定で
きることがわかる。
About 5 kg of hot metal is dissolved in an alumina crucible, and the phosphorus sensor 9 is immersed in hot metal at 1500 ° C. to measure the electromotive force between the molybdenum wire 4 which is the lead wire of the galvanic battery 8 and the molybdenum wire 7 which is the lead wire on the hot metal side. did. 5 to 10 after sensor immersion
A stable electromotive force was obtained in seconds. The relationship between the measured voltage and the phosphorus concentration in the hot metal is shown in FIG. The phosphorus concentration in the hot metal is measured by the conventional Cantobac method. From this, it is understood that the phosphorus concentration in the hot metal can be rapidly measured by the present invention.

実施例2 市販の酸化ジルコニウム粉末、炭酸バリウム粉末および
燐酸第二アンモニウム塩を重量比28.3:56.6:15.1の割合
で混合する。この配合は、第2図(モル比表示)ではZr
O240%、BaO50%、P2O510%の点に相当する。この試薬
粉末の混合物をアルミナ製保持管2の内部に加圧充填し
1400℃で48時間焼成した後、焼成物をX線回折で分析し
たところ、ZrO2、BaO・ZrO2、3BaO・P2O5が出来ている
ことが確認され、他の結晶は存在しなかった。このよう
にしての系の3相共存型固体電解質が得られた。
Example 2 Commercially available zirconium oxide powder, barium carbonate powder and diammonium phosphate salt are mixed in a weight ratio of 28.3: 56.6: 15.1. This composition is Zr in Fig. 2 (molar ratio display).
O 2 40%, BaO50%, corresponding to a point P 2 O 5 10%. This mixture of reagent powders was pressure-filled inside the alumina holding tube 2.
After firing at 1400 ° C for 48 hours, the fired product was analyzed by X-ray diffraction, and it was confirmed that ZrO 2 , BaO / ZrO 2 and 3BaO / P 2 O 5 were formed, and other crystals did not exist. It was In this way, a three-phase coexisting solid electrolyte of the system was obtained.

この型固体電解質を用いて実施例1と同様の方法で溶
銑中の燐濃度を測定したところ第5図の結果と殆ど同じ
精度が得られた。およびの系についても同様の実験
を行い良好な結果が得られた。
When this type of solid electrolyte was used to measure the phosphorus concentration in the hot metal in the same manner as in Example 1, almost the same precision as the result of FIG. 5 was obtained. Similar results were obtained for the systems and and good results were obtained.

発明の効果 本発明によれば、溶銑中の燐濃度を迅速に測定できる。Effects of the Invention According to the present invention, the phosphorus concentration in hot metal can be measured quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、酸化ジルコニウム粉末、炭酸カルシウム粉末
および燐酸第二アンモニウム塩粉末を出発原料として焼
成することにより、P2O5の活量が温度のみによって定ま
る3相共存型固体電解質を形成する物質の組成を示す
図、濃度はモルパーセントで表示してある。 第2図は、酸化ジルコニウム粉末、炭酸バリウム、およ
び燐酸第二アンモニウム塩粉末を出発原料として焼成す
ることにより、P2O5の活量が温度のみによって定まる3
相共存型固体電解質を形成する物質の組成を示す図、濃
度はモルパーセントで表示してある。 第3図(イ)、(ロ)は燐センサの主要部分であるガル
バニ電池の一形態を示す断面図である。 第4図は、燐センサの一実施様例を示す断面図である。 第5図は、温度1500℃の様銑中の燐濃度と燐センサの起
電力の関係を示す図である。 1……3相共存型固体電解質、3……基準電極、4……
基準電極のリード線、5……耐火セメント、6……耐火
性ホルダー、7……溶銑側のリード線、8……ガルバニ
電池、9……溶銑用燐センサ。
FIG. 1 shows a substance that forms a three-phase coexisting solid electrolyte in which the activity of P 2 O 5 is determined only by the temperature by firing zirconium oxide powder, calcium carbonate powder and diammonium phosphate salt powder as starting materials. The composition of the above is shown, and the concentration is shown in mole percent. FIG. 2 shows that the activity of P 2 O 5 is determined only by the temperature by firing zirconium oxide powder, barium carbonate, and diammonium phosphate phosphate powder as starting materials.
The figure which shows the composition of the substance which forms a phase coexistence type solid electrolyte, and the density | concentration is displayed by the mol percentage. FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing one form of a galvanic cell which is a main part of the phosphorus sensor. FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the phosphorus sensor. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the phosphorus concentration in the pig iron at a temperature of 1500 ° C. and the electromotive force of the phosphorus sensor. 1 ... 3-phase coexisting solid electrolyte, 3 ... reference electrode, 4 ...
Reference electrode lead wire, 5 ... refractory cement, 6 ... refractory holder, 7 ... hot metal side lead wire, 8 ... galvanic battery, 9 ... hot metal phosphorus sensor.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体のZrO2、固体のCaO・4ZrO2(立方晶構
造のCaO−ZrO2系固溶体)、および固体の3CaO・P2O5
共存するものであって、P2O5の活量が温度のみによって
定まるようにした電解質を用い、この電解質の一方の電
極には燐または酸素の化学ポテンシャルが既知の物質を
使用し、他方の電極は燐濃度未知の溶銑として燐濃淡電
池を形成し、上記電極間の電位差を測定することにより
溶銑中の燐濃度を測定することを特徴とする溶銑の燐濃
度測定方法。
1. A solid ZrO 2 , CaO.4ZrO 2 solid (CaO-ZrO 2 solid solution having a cubic structure), and solid 3CaO P 2 O 5 coexist, and P 2 O 5 An electrolyte whose activity is determined only by the temperature is used, one electrode of this electrolyte is a substance with a known chemical potential of phosphorus or oxygen, and the other electrode is a phosphorus-concentrated battery as hot metal with an unknown phosphorus concentration. And measuring the potential difference between the electrodes to measure the phosphorus concentration in the hot metal, the method for measuring the phosphorus concentration in hot metal.
【請求項2】固体のCaO・ZrO2、固体のCaO・4ZrO2(立
方晶構造のCaO−ZrO2系固溶体)、および固体の3CaO・P
2O5が共存するものであって、P2O5の活量が温度のみに
よって定まるようにした電解質を用い、この電解質の一
方の電極には燐または酸素の化学ポテンシャルが既知の
物質を使用し、他方の電極は燐濃度未知の溶銑として燐
濃淡電池を形成し、上記電極間の電位差を測定すること
により溶銑中の燐濃度を測定することを特徴とする溶銑
の燐濃度測定方法。
2. A CaO · ZrO 2 solid, solid CaO · 4ZrO 2 (cubic CaO-ZrO 2 solid solution structure), and solid 3CaO · P
2 O 5 coexists, an electrolyte whose P 2 O 5 activity is determined only by temperature is used, and one electrode of this electrolyte uses a substance with a known chemical potential of phosphorus or oxygen. Then, the other electrode forms a phosphorus concentration battery as hot metal having an unknown phosphorus concentration, and the phosphorus concentration in the hot metal is measured by measuring the potential difference between the electrodes, thereby measuring the phosphorus concentration in the hot metal.
【請求項3】固体のCaO・ZrO2、固体の4CaO・P2O5、お
よび固体の3CaO・P2O5が共存するものであって、P2O5
活量が温度のみによって定まるようにした電解質を用
い、この電解質の一方の電極には燐または酸素の化学ポ
テンシャルが既知の物質を使用し、他方の電極は燐濃度
未知の溶銑として燐濃淡電池を形成し、上記電極間の電
位差を測定することにより溶銑中の燐濃度を測定するこ
とを特徴とする溶銑の燐濃度測定方法。
3. A solid CaO · ZrO 2, be those solid 4CaO · P 2 O 5, and solid 3CaO · P 2 O 5 of coexisting determined by activity of P 2 O 5 is a temperature only The electrolyte thus prepared is used, and one electrode of this electrolyte is made of a substance whose chemical potential of phosphorus or oxygen is known, and the other electrode is formed of a phosphorus concentration cell as molten pig iron having an unknown phosphorus concentration. A method for measuring the phosphorus concentration in hot metal, which comprises measuring the phosphorus concentration in the hot metal by measuring the potential difference.
【請求項4】固体のZrO2、固体のBaO・ZrO2、および固
体の3BaO・P2O5が共存するものであって、P2O5の活量が
温度のみによって定まるようにした電解質を用い、この
電解質の一方の電極には燐または酸素の化学ポテンシャ
ルが既知の物質を使用し、他方の電極は燐濃度未知の溶
銑として燐濃淡電池を形成し、上記電極間の電位差を測
定することにより溶銑中の燐濃度を測定することを特徴
とする溶銑の燐濃度測定方法。
4. A solid ZrO 2, be those BaO · ZrO 2 solid, and the solid 3BaO · P 2 O 5 of coexist, electrolyte activity of P 2 O 5 is so determined by the temperature only A substance with a known chemical potential of phosphorus or oxygen is used for one electrode of this electrolyte, and the other electrode forms a phosphorus concentration battery as hot metal whose phosphorus concentration is unknown, and the potential difference between the electrodes is measured. A method for measuring phosphorus concentration in hot metal, which comprises measuring the phosphorus concentration in the hot metal.
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