(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルゴンガスまたはヘリウムガスである第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料中の前記第１の不活性ガスの量に基づいて前記金属スラブの清浄度を評価する、金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項２】
前記金属スラブが鉄鋼スラブである、請求項１に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項３】
前記第１の不活性ガスがアルゴンガスである、請求項１または２に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項４】
前記スラブ試料を、前記第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスの雰囲気下で加熱することによって、前記スラブ試料から前記第１の不活性ガスを発生させる工程と、
前記スラブ試料から発生する前記第１の不活性ガスを定量する工程と、を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項５】
前記第２の不活性ガスがヘリウムガスまたは窒素ガスである、請求項４に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項６】
前記スラブ試料から発生する前記第１の不活性ガスを定量する際に放電発光法を用いる、請求項４または５に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項７】
前記第１の不活性ガスがアルゴンガスである場合であって、前記放電発光法を用いてアルゴンガスを定量するにあたり、アルゴンガスの発光波長である、７５０ｎｍ、７５１ｎｍ、７６４ｎｍ、７７２ｎｍ、８１２ｎｍ、および、９１２ｎｍからなる群から選ばれる少なくとも１種の波長の発光強度を測定する、請求項６に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項８】
前記スラブ試料の加熱温度が５００℃以上である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項９】
前記スラブ試料から発生する前記第１の不活性ガスを定量する際に質量分析法を用いる、請求項４または５に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項１０】
前記第１の不活性ガスがアルゴンガスである場合であって、前記質量分析法を用いてアルゴンガスを定量するにあたり、質量数４０のアルゴンイオン、質量数４１のアルゴンおよび水素からなる多原子イオン、ならびに、質量数５６のアルゴンおよび酸素からなる多原子イオンからなる群から選ばれる少なくとも１種のイオンの強度を測定する、請求項９に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項１１】
前記スラブ試料の加熱温度が５００℃以上である、請求項９または１０に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
【請求項１２】
アルゴンガスまたはヘリウムガスである第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料を、前記第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスの雰囲気下で加熱して、前記スラブ試料から前記第１の不活性ガスを発生させる加熱炉と、
前記加熱炉に、前記第２の不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記スラブ試料から発生した前記第１の不活性ガスを、前記第２の不活性ガスと共に、放電発光法により発光させるガス放電発光部と、
前記ガス放電発光部からの光の強度を測定することによって前記スラブ試料中の前記第１の不活性ガスを定量する測光分析部と、
を備える金属スラブ清浄度の評価装置。
【請求項１３】
アルゴンガスまたはヘリウムガスである第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料を、前記第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスの雰囲気下で加熱して、前記スラブ試料から前記第１の不活性ガスを発生させる加熱炉と、
前記加熱炉に、前記第２の不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記スラブ試料から発生した前記第１の不活性ガスを、前記第２の不活性ガスと共に、イオン化して、イオンを生成させるイオン化部と、
前記生成したイオンを質量分析することによって前記スラブ試料中の前記第１の不活性ガスを定量する質量分析部と、
を備える金属スラブ清浄度の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属スラブ清浄度の評価方法および金属スラブ清浄度の評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼スラブなどの金属スラブ（以下、単に「スラブ」ともいう）の清浄度は、スラブ中の不純物の少なさを表す指標である。ここで、スラブ中の不純物とは、代表的には、以下に説明するようなアルミナ介在物（以下、単に「介在物」ともいう）である。
【０００３】
例えば、溶鋼を鋳型に連続的に吐出してスラブを製造する連続鋳造工程においては、脱酸生成物であるアルミナ介在物が凝固シェルに付着する場合がある。このアルミナ介在物の多くは、数μｍ程度の小型介在物が集合した、約１００μｍ以上の大きさを有する集合体であって、アルミナクラスタとも呼ばれる。
連続鋳造工程の後の圧延工程において、アルミナ介在物が凝固シェルに付着した状態で圧延を行なうと、ヘゲ、スリバー、ブリスター等の表面欠陥が発生するおそれがある。
【０００４】
スラブの清浄度は、得られる鉄鋼製品などの製品の品質に影響を与えるため、正しく評価することが望まれている。
スラブの清浄度の評価方法としては、多数の報告がなされており、大別すると、顕微鏡法（例えば、非特許文献１を参照）と、溶解法（例えば、非特許文献２を参照）とが挙げられる。顕微鏡法は、スラブを鏡面研磨仕上げして表面の介在物を顕微鏡で目視観察する方法である。溶解法は、スラブを溶解してから介在物を抽出する方法である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｇ ０５５５：２００３
【非特許文献２】鎌田仁編、「最新の鉄鋼状態分析」、第１版、アグネ社、１９７９年８月、ｐ．２３
【非特許文献３】ＪＩＳ Ｇ １２３９：２０１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スラブ清浄度の評価を、連続鋳造工程後に行なうことにより、そのスラブを圧延工程に移行できるか否かを判断することが可能となる。
例えば、上述した顕微鏡法または溶解法を用いて、連続鋳造工程後に、定常的に、スラブ清浄度の評価を行なうことが考えられる。しかし、顕微鏡法および溶解法は、いずれも、結果を得るまでに非常に長い時間を要する。このため、連続鋳造工程から圧延工程に移行するまでの時間が長くなるという問題が生じる。
【０００７】
そこで、スラブの清浄度を迅速に評価する方法として、スラブ中の酸素を定量し（例えば、非特許文献３を参照）、得られた酸素量から化学量論的にアルミナ介在物の量を求める方法が提案されている。
しかし、この方法は、アルミナ介在物の酸素以外の酸素（例えば、スラブ試料を作製する際の表面酸化など）による誤差が多いため、清浄度の評価に正確さを欠くことが懸念される。
【０００８】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、金属スラブの清浄度を迅速かつ正確に評価できる、金属スラブ清浄度の評価方法および金属スラブ清浄度の評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討した結果、以下の構成を採用することによって、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［１３］を提供する。
［１］第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料中の上記第１の不活性ガスの量に基づいて上記金属スラブの清浄度を評価する、金属スラブ清浄度の評価方法。
［２］上記金属スラブが鉄鋼スラブである、上記［１］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［３］上記第１の不活性ガスがアルゴンガスである、上記［１］または［２］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［４］上記スラブ試料を、上記第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスの雰囲気下で加熱することによって、上記スラブ試料から上記第１の不活性ガスを発生させる工程と、上記スラブ試料から発生する上記第１の不活性ガスを定量する工程と、を含む、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［５］上記第２の不活性ガスがヘリウムガスまたは窒素ガスである、上記［４］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［６］上記スラブ試料から発生する上記第１の不活性ガスを定量する際に放電発光法を用いる、上記［４］または［５］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［７］上記第１の不活性ガスがアルゴンガスである場合であって、上記放電発光法を用いてアルゴンガスを定量するにあたり、アルゴンガスの発光波長である、７５０ｎｍ、７５１ｎｍ、７６４ｎｍ、７７２ｎｍ、８１２ｎｍ、および、９１２ｎｍからなる群から選ばれる少なくとも１種の波長の発光強度を測定する、上記［６］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［８］上記スラブ試料の加熱温度が５００℃以上である、上記［４］〜［７］のいずれかに記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［９］上記スラブ試料から発生する上記第１の不活性ガスを定量する際に質量分析法を用いる、上記［４］または［５］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［１０］上記第１の不活性ガスがアルゴンガスである場合であって、上記質量分析法を用いてアルゴンガスを定量するにあたり、質量数４０のアルゴンイオン、質量数４１のアルゴンおよび水素からなる多原子イオン、ならびに、質量数５６のアルゴンおよび酸素からなる多原子イオンからなる群から選ばれる少なくとも１種のイオンの強度を測定する、上記［９］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［１１］上記スラブ試料の加熱温度が５００℃以上である、上記［９］または［１０］に記載の金属スラブ清浄度の評価方法。
［１２］第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料を、上記第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスの雰囲気下で加熱して、上記スラブ試料から上記第１の不活性ガスを発生させる加熱炉と、上記加熱炉に、上記第２の不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、上記スラブ試料から発生した上記第１の不活性ガスを、上記第２の不活性ガスと共に、放電発光法により発光させるガス放電発光部と、上記ガス放電発光部からの光の強度を測定することによって上記スラブ試料中の上記第１の不活性ガスを定量する測光分析部と、を備える金属スラブ清浄度の評価装置。
［１３］第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料を、上記第１の不活性ガスとは異なる第２の不活性ガスの雰囲気下で加熱して、上記スラブ試料から上記第１の不活性ガスを発生させる加熱炉と、上記加熱炉に、上記第２の不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、上記スラブ試料から発生した上記第１の不活性ガスを、上記第２の不活性ガスと共に、イオン化して、イオンを生成させるイオン化部と、上記生成したイオンを質量分析することによって上記スラブ試料中の上記第１の不活性ガスを定量する質量分析部と、を備える金属スラブ清浄度の評価装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属スラブの清浄度を迅速かつ正確に評価できる、金属スラブ清浄度の評価方法および金属スラブ清浄度の評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態のスラブ清浄度評価装置を示す模式図である。
【図２】アルゴンガスおよびヘリウムガスの混合ガスの放電発光スペクトルを示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、スラブ試料の採取方法を示す模式図である。
【図４】ヘリウム雰囲気中でスラブ試料を昇温加熱したときの、スラブ試料からのアルゴンガスの発光強度の変化を示すグラフである。
【図５】試験例１、試験例２および本発明例１の試験結果を示すグラフである。
【図６】スラブ試料を急速に加熱したときの、スラブ試料からのアルゴンガスの発光強度の変化を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態のスラブ清浄度評価装置を示す模式図である。
【図８】質量数４０のアルゴンイオンの強度の積算値と、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面欠陥指数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の金属スラブ清浄度の評価方法（以下、単に「本発明の評価方法」ともいう）は、第１の不活性ガスを含有する金属スラブから採取したスラブ試料中の上記第１の不活性ガスの量に基づいて上記金属スラブの清浄度を評価する、金属スラブ清浄度の評価方法である。
本発明の評価方法によれば、金属スラブの清浄度を迅速かつ正確に評価できる。
以下では、まず、本発明の評価方法を完成させるに至った経緯を説明する。
【００１４】
［本発明の評価方法を完成させるに至った経緯］
本発明者は、当初、アルミナ介在物の量そのものに着目して、スラブ清浄度を迅速に評価する方法について詳細に検討したが、迅速に評価できる方法を見出すことはできなかった。そこで、別の指標を用いて、スラブの清浄度を評価することを検討した。
【００１５】
製鋼プロセス（例えば、連続鋳造工程）においては、溶鋼の攪拌促進またはアルミナ介在物の浮上促進などの目的で、溶鋼中にアルゴンガスなどの不活性ガス（第１の不活性ガス）をバブリングしながら吹き込む。溶鋼中に吹き込まれたアルゴンガスは、アルミナ介在物を内部に取り込みながら溶鋼中を浮上するが、アルゴンガスの一部は浮上しきれず凝固した鋼（鉄鋼スラブ）中に気泡として取り残される。このとき、気泡の内部に取り込まれている小型介在物であるアルミナ粒子も鋼中に閉じ込められ、集合体であるアルミナクラスタが形成されると考えられる。
【００１６】
そこで、本発明者は、スラブ中に気泡として存在するアルゴンガスなどの不活性ガス（第１の不活性ガス）を定量することによって、間接的に、スラブ中のアルミナ介在物（アルミナクラスタ）の量を把握し、これにより、スラブの清浄度を迅速かつ正確に評価できることを見出した（後述する本発明例１〜３と試験例１〜２との対比を参照）。
【００１７】
ところで、アルゴンガスなどの不活性ガスは、様々な分析装置においてキャリアガスとして広く用いられているが、それ自体が定量の対象となることはほとんどなく、一般的な定量方法は知られていない。
【００１８】
そこで、本発明者は、アルゴンガスなどの不活性ガスを定量する方法について検討した。その結果、ガス中に放電を発生させることにより固有の発光スペクトルが現れることを利用した放電発光法（気体放電発光法、気体放電発光分析法）を用いることを見出した。
具体的には、本発明者は、まず、スラブから採取したスラブ試料を耐熱容器に入れて一定温度に加熱保持した。スラブ試料から発生したアルゴンガスを、ヘリウムガス（第２の不活性ガス）をキャリアガスとしてガス放電発光部に導き、混合ガスのまま放電発光させ、その発光スペクトルからアルゴンガスを定量することができた。
【００１９】
更に、本発明者は、不活性ガスを定量する方法として、質量分析法を用いることを見出した。具体的には、スラブ試料から発生したアルゴンガスを、イオン化し、そのマススペクトルからアルゴンガスを定量できた。
【００２０】
このとき、スラブ試料を５００℃以上に加熱することによって、スラブ試料からアルゴンガスが発生しやすく、迅速に清浄度を評価できることが分かった。
【００２１】
第１の不活性ガスおよび第２の不活性ガスは、上述した例に限定されない。
例えば、連続鋳造工程において溶鋼中にヘリウムガスを吹き込んだ場合には、スラブ（スラブ試料）中の第１の不活性ガスは、このヘリウムガスとなる。この場合、第２の不活性ガスは、ヘリウムガスである第１の不活性ガスとは異なる不活性ガスであればよく、例えば、窒素ガスを使用できる。
もっとも、第１の不活性ガスは、一般的にはアルゴンガスである場合が多く、その場合、第２の不活性ガスとしては、ヘリウムガスまたは窒素ガスであることが好ましい。
清浄度の評価対象であるスラブ（金属スラブ）も、鉄鋼スラブに限定されない。
【００２２】
［第１の実施形態］
以下、図１〜図２に基づいて、本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。第１の実施形態は、金属スラブ清浄度の評価装置としてのスラブ清浄度評価装置１への適用例である。第１の実施形態では、第１の不活性ガスがアルゴンガスであり、第２の不活性ガスがヘリウムガスである場合を例に説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施形態のスラブ清浄度評価装置１を示す模式図である。
スラブ清浄度評価装置１は、図１中左から順に、不活性ガス供給部としてのヘリウムガス供給部２と、加熱炉３と、ダストフィルタ４と、酸化器６と、カラム部７と、ガス放電発光部８と、測光分析部９とを備える。
【００２４】
概略的には、スラブ清浄度評価装置１においては、まず、ヘリウムガス供給部２が、加熱炉３にヘリウムガスを供給する。
加熱炉３は、ヘリウムガス雰囲気下で、加熱炉３の内部のスラブ試料５を加熱することによって、スラブ試料５からアルゴンガスを発生させる。このとき、スラブ試料５からは、後述するように、水素ガスおよび一酸化炭素ガスも発生する。スラブ試料５からは更にダスト（塵埃）が発生する場合もあるが、ダストフィルタ４によって除去される。
酸化器６は、ダストが除去された混合ガス（より詳細には、スラブ試料５から発生したアルゴンガス等のガスを含有する、ヘリウムガスを主体とした混合ガス）中の水素ガスおよび一酸化炭素ガスを酸化して、それぞれ、水蒸気および二酸化炭素ガスに変える。
カラム部７は、混合ガス中の水蒸気および二酸化炭素ガスを除去する。
ガス放電発光部８は、水蒸気および二酸化炭素ガスが除去された混合ガス（実質的に、アルゴンガスおよびヘリウムガスからなる混合ガス）に放電を与えて発光させる。
測光分析部９は、ガス放電発光部８からの光の強度を測定することによって、スラブ試料５中のアルゴンガスを定量する。
【００２５】
次に、スラブ清浄度評価装置１の各部をより詳細に説明する。
【００２６】
ヘリウムガス供給部２は、ヘリウムガス供給源（図示せず）、ヘリウムガス供給源と加熱炉３とに接続したヘリウムガス供給ライン２１、および、ヘリウムガス供給ライン２１上に設けられた流量調節器２２を備える。
ヘリウムガス供給部２において、ヘリウムガスは、ヘリウムガス供給源から、ヘリウムガス供給ライン２１を流通し、流量調節器２２によって流量を調節されながら、加熱炉３に供給される。
【００２７】
加熱炉３の内部には、スラブ試料５が収容された容器３１が配置される。こうして、加熱炉３にスラブ試料５が挿入される。スラブ試料５は、加熱炉３に挿入される前に、その質量を計量しておくことが好ましい。
【００２８】
加熱炉３では、スラブ試料５が加熱される。このとき、スラブ試料５の加熱温度は、清浄度を迅速に評価するという観点からは、高温であることが好ましく、５００℃以上がより好ましい。
【００２９】
加熱炉３としては、ガス漏れなく５００℃以上に加熱できる加熱炉が好ましく、例えば、電気抵抗炉、高周波加熱炉、インパルス炉などが好適に使用できる。
加熱炉３にスラブ試料５を挿入する際、大気中に含まれるアルゴンガスが加熱炉３の内部に混入する場合がある。このため、加熱炉３の内部を、第２の不活性ガスとしてのヘリウムガスで十分に置換してから、スラブ試料５を加熱することが好ましい。このような点を考慮すると、加熱炉３としては、スラブ試料５を挿入する際に内部が常温である高周波加熱炉またはインパルス炉が好ましい。
【００３０】
容器３１としては、例えば、セラミックス製、石英製または黒鉛製の容器が挙げられる。黒鉛製の容器３１の具体例としては、黒鉛るつぼが挙げられる。
【００３１】
例えば、加熱炉３としてインパルス炉を、容器３１として黒鉛るつぼを使用する場合について説明する。この場合、インパルス炉である加熱炉３においては、ヘリウムガス供給部２から供給されるヘリウムガスの雰囲気下、電極に例えば７００Ａの交流電流を印加する。これにより、黒鉛るつぼである容器３１の中のスラブ試料５が加熱されて迅速に溶融すると共に、スラブ試料５に含まれていたアルゴン成分、水素成分および酸素成分がガス化して、アルゴンガス、水素ガスおよび一酸化炭素ガスが生成する。
こうして、加熱炉３からは、スラブ試料５から発生したアルゴンガス、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含有する、ヘリウムガスを主体とした混合ガス（以下、単に「混合ガス」ともいう）が排出される。
【００３２】
ダストフィルタ４は、加熱炉３から排出された混合ガス中のダストを捕捉して除去する。ダストは、スラブ試料５または容器３１に起因する。こうして、後述するガス放電発光部８がダストから保護される。
ダストフィルタ４としては、特に限定されないが、例えば、シリカ繊維またはポリテトラフルオロエチレンからなる通気性の優れたフィルタを好適に使用できる。
【００３３】
酸化器６は、ダストが除去された混合ガス中の、スラブ試料５から発生した水素ガスおよび一酸化炭素ガスを酸化して、それぞれ、水蒸気および二酸化炭素ガスに変える。
酸化器６には、例えば、酸化銅（ＩＩ）などの酸化剤を用いることができる。
【００３４】
カラム部７は、脱ＣＯ２器７１および脱水器７２からなる。脱ＣＯ２器７１は、水酸化ナトリウムなどを用いて、混合ガス中の二酸化炭素ガスを除去する。脱水器７２は、過塩素酸マグネシウムなどを用いて、混合ガス中の水蒸気を除去する。
カラム部７を経た混合ガスは、実質的に、アルゴンガスおよびヘリウムガスからなる混合ガスとなる。
【００３５】
ガス放電発光部８は、カラム部７を経た混合ガス（アルゴンガスおよびヘリウムガス）中に放電を発生させる。この放電によって、混合ガスは励起状態となり、その後、基底状態に戻るが、その際に光を放出（発光）する。
ガス放電発光部８においては、例えば、構造体に配置された一対の電極の間に、カラム部７を経た混合ガスを流しつつ、交流電圧を印加することによって、放電を発生させる。
ガス放電発光部８の構造体としては、例えば、石英ガラスなどの光の透過性の高い物質が挙げられ、電極としては、例えば、電解液または金属が挙げられる。ガス放電発光部８としては、このような構造をもつ公知のガス放電装置または無声放電式のオゾン生成装置を使用できる。
【００３６】
測光分析部９は、分光部９２、測光部９３および演算部９４を有し、分光部９２は、光ファイバ９１によってガス放電発光部８に接続している。
ガス放電発光部８での放電により励起状態となったアルゴンガスおよびヘリウムガスが基底状態に戻る際に放出する光（発光）は、光ファイバ９１により分光部９２に導かれ、分光部９２は、これをアルゴンガスの発光波長とヘリウムガスの発光波長とに分光する。
【００３７】
図２は、アルゴンガスおよびヘリウムガスの混合ガスの放電発光スペクトルを示す図である。図２には、ヘリウムガスのみの放電発光スペクトルも併せて示している。
図２に示すように、ヘリウムガスの発光波長と区別されるアルゴンガスの発光波長としては、例えば、７５０ｎｍ、７５１ｎｍ、７６４ｎｍ、７７２ｎｍ、８１２ｎｍ、および、９１２ｎｍなどが挙げられる。
【００３８】
光ファイバ９１を使用せずに、ガス放電発光部８の光を直接的に分光部９２に導いてもよい。分光部９２としては、例えば、バンドパスフィルタなどの光学フィルタ；回折格子を用いた分光装置；等を使用できる。
【００３９】
測光部９３は、分光部９２で分けられた光の強度（発光強度）を測定する。
このとき、測光部９３は、アルゴンガスの発光波長（図２参照）の発光強度を測定するが、このとき、７５０ｎｍ、７５１ｎｍ、７６４ｎｍ、７７２ｎｍ、８１２ｎｍ、および、９１２ｎｍからなる群から選ばれる少なくとも１種の波長の発光強度を測定することが好ましい。
測光部９３としては、例えば、光電子増倍管、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ、フォトダイオードなどの受光部を使用できる。
【００４０】
演算部９４は、例えば、測光部９３で測定された発光強度の積算値と、あらかじめ計量されたスラブ試料５の質量とから、スラブ試料５中のアルゴンガス量を計算する。
より具体的には、例えば、１ｇのスラブ試料５の発光強度がＸのとき、アルゴンガス量がＹであるというデータをあらかじめ持っておき、同じ１ｇのスラブ試料５の発光強度が１．２Ｘであるときは、アルゴンガス量として１．２Ｙの数値を算出できる。
【００４１】
このような構成において、スラブ清浄度評価装置１を用いて、例えば、次のようにして、スラブ試料５中のアルゴンガスを定量できる。
【００４２】
まず、スラブからスラブ試料５を採取し、質量を計量してから容器３１に入れ、加熱炉３に挿入する。次に、ヘリウムガス供給部２からヘリウムガスを加熱炉３に連続的に供給する。加熱炉３の内部がヘリウムガスで十分に置換されたならば、ヘリウムガス雰囲気下の加熱炉３において、スラブ試料５を加熱する。この加熱によって、スラブ試料５はアルゴンガスを発生させる。
スラブ試料５から発生したアルゴンガスを含む、ヘリウムガスを主体とする混合ガスは、ダストフィルタ４によってダストが除去され、酸化器６およびカラム部７を通過する過程で妨害となるガスが除去された後、ガス放電発光部８において放電発光される。この発光から、測光分析部９においてスラブ試料５中のアルゴンガス量が測定される。
【００４３】
［第２の実施形態］
次に、図７に基づいて、本発明の第２の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態と同一の部分は同一の符号で示し、説明を省略する。第２の実施形態は、金属スラブ清浄度の評価装置としてのスラブ清浄度評価装置１０への適用例である。
【００４４】
図７は、第２の実施形態のスラブ清浄度評価装置１０を示す模式図である。
スラブ清浄度評価装置１０は、図７中左から順に、不活性ガス供給部としてのヘリウムガス供給部２と、加熱炉３と、ダストフィルタ４と、酸化器６と、カラム部７と、イオン化部１０１と、質量分析部１０２とを備える。
すなわち、スラブ清浄度評価装置１０は、ガス放電発光部８および測光分析部９（図１参照）に代えて、イオン化部１０１および質量分析部１０２を備える。
スラブ清浄度評価装置１０において、酸化器６およびカラム部７は、必須の構成ではないが、妨害イオンの生成が少なくなるという理由から、設置することが好ましい。
【００４５】
イオン化部１０１は、カラム部７を経た混合ガス（アルゴンガスおよびヘリウムガス）を、例えばヘリウムマイクロ波プラズマまたはコロナ放電などによってイオン化し、イオンを生成させる。生成したイオンは、質量分析部１０２に導かれる。
【００４６】
質量分析部１０２は、イオン化部１０１で生成したイオンを質量分析することによって、スラブ試料５中のアルゴンガスを定量する。
【００４７】
質量分析部１０２は、従来公知の質量分析装置の構成と変わらないため、詳細な説明は省略するが、概略的には、イオン化部１０１で生成したイオンを質量（質量数）ごとに分離して、そのイオンの強度を測定し、更に、測定結果に基づく各種データ処理を行ない、マススペクトルを作成する。イオンの分離手法としては、例えば、磁場偏向型、四重極型、イオントラップ型、飛行時間型、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型などが挙げられ、特に限定されない。
【００４８】
質量分析部１０２は、アルゴンガスを定量する際、例えば、質量数４０のアルゴンイオン、質量数４１のアルゴンおよび水素からなる多原子イオン、ならびに、質量数５６のアルゴンおよび酸素からなる多原子イオンからなる群から選ばれる少なくとも１種のイオンの強度を測定することが好ましい。
こうして、カラム部７を経た混合ガス（アルゴンガスおよびヘリウムガス）から、アルゴンイオンまたはアルゴン多原子イオンの強度の積算値データ等を取得し、検量線などを用いて、アルゴンガス（スラブ試料５中のアルゴンガス）を定量できる。
【００４９】
定量されたアルゴンガス量から、スラブ試料５を採取したスラブの清浄度を評価する方法は特に限定されない。
例えば、複数の清浄度水準のスラブサンプルを準備し、スラブ清浄度評価装置１を用いて、それぞれのアルゴンガス量を測定し、アルゴンガス量と清浄度との関係式を求める。次に、その関係式から、清浄度が良好と判断される（例えば、圧延後に表面欠陥が発生しない）閾値としてのアルゴンガス量Ａを定めておく。その後、清浄度を評価したいスラブについて、スラブ試料５を採取し、スラブ清浄度評価装置１を用いてアルゴンガス量Ｂを測定する。そして、アルゴンガス量Ｂが、アルゴンガス量Ａ以下である場合は清浄度が良好であると判定し、アルゴンガス量Ａを超える場合は清浄度が良好ではないと判定できる。この評価方法は、あくまで一例である。
【００５０】
このような清浄度の評価を行なう主体は、特に限定されない。例えば、第１の実施形態の場合は、演算部９４が行なってもよいし、演算部９４とは異なる別の演算部が行なってもよい。第２の実施形態の場合は、質量分析部１０２が行なってもよいし、別の部位が行なってもよい。スラブ清浄度評価装置１またはスラブ清浄度評価装置１０の使用者を含む作業者が行なってもよい。
【００５１】
本発明の実施形態は、上述した第１の実施形態および第２の実施形態に限定されることなく、適宜変更できる。具体的には、例えば、加熱炉３として電気抵抗炉を用いた昇温測定をすることができる。その場合、容器３１としてはセラミックス製または石英製の容器を使用できる。
【実施例】
【００５２】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
【００５３】
＜スラブ試料の採取＞
表面の酸化スケールを機械研磨（グラインダ）を用いて除去したスラブ（Ｃ：０．０４質量％、Ｓｉ：０．０１質量％、Ｍｎ：０．２４質量％、Ｐ：０．０１質量％、Ｓ：０．００７質量％、Ｎ：０．００４質量％）から、スラブ試料を採取した。
【００５４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、スラブ試料の採取方法を示す模式図である。
具体的には、まず、図３（ａ）に示すように、一方向に長い厚板状のスラブＳの端部（端面）を切断し、スラブＳの板幅をＷとした場合に１／４Ｗとなる位置から、棒状（四角柱形状）のスラブ試料Ｓａを採取した。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように、棒状のスラブ試料Ｓａを切断して、複数枚の板状のスラブ試料Ｓｂを採取した。より詳細には、棒状のスラブ試料Ｓａの表層から板状のスラブ試料Ｓｂ１を採取したほか、棒状のスラブ試料Ｓａの長手方向の距離である厚さをＴとした場合に、１／８Ｔとなる位置からスラブ試料Ｓｂ２を、１／４Ｔとなる位置からスラブ試料Ｓｂ３を、１／２Ｔとなる位置からスラブ試料Ｓｂ４を、３／４Ｔとなる位置からスラブ試料Ｓｂ５を採取した。
各々のスラブ試料Ｓｂは、一辺が５０ｍｍ、厚さが５ｍｍの薄板形状とした。
【００５６】
次に、図３（ｃ）に示すように、各々のスラブ試料Ｓｂ（Ｓｂ１〜Ｓｂ５）を切断して、四角柱状のスラブ試料５を採取した。板状のスラブ試料Ｓｂからは、更に、スラブ試料５よりも短い四角柱状のスラブ試料５ａおよび薄板形状のスラブ試料５ｂも採取した。スラブ試料５ａは後述する試験例１に使用し、スラブ試料５ｂは後述する試験例２に使用した。
【００５７】
＜試験例１＞
非特許文献３を参照して、スラブ試料５ａの酸素を定量した。
具体的には、スラブ試料５ａ（１ｇ）を、表面を電解研磨した後、助燃剤のスズと共に黒鉛るつぼに入れ、酸素・窒素分析装置ＥＭＧＡ６２０Ｗ（堀場製作所社製）を用いて、酸素量を測定した。
試験の所要時間は、約３分間であった。
【００５８】
＜試験例２＞
酸溶解法（非特許文献２）を用いて、スラブ試料５ｂのアルミナ介在物を定量した。
まず、（１＋３）ＨＮＯ３水溶液１８００ｍＬと濃Ｈ２ＳＯ４７ｍＬとを混合して得られた酸溶解液に、表面を電解研磨したスラブ試料５ｂ（１４０ｇ）を入れ、８０℃に加熱して全量溶解した。溶解反応が終了した後、未溶解残渣をニュークリポアフィルタ上に回収した。回収した残渣中には、アルミナ介在物のほか、窒化物または炭化物なども含まれているので、アルミナ介在物のみを抽出するために、次の操作を行なった。
回収した残渣を、（１＋６）Ｈ２ＳＯ４水溶液５０ｍＬにフィルタごと投入し、８０℃で６０分間加熱することによって溶解した。次に、飽和ＫＭｎＯ４溶液を５０ｍＬ添加してから、８０℃で６０分間加熱した。その後、十分に放冷してから、生成したＭｎＯ２および余剰のＫＭｎＯ４が完全に分解するまで、３１％Ｈ２Ｏ２を加えた。次に、濾過を行なって、残渣をニュークリポアフィルタ上に回収した。次に、（１＋６）ＨＮＯ3水溶液５０ｍＬに、残渣をフィルタごと投入し、８０℃で６０分間加熱することによって、窒化物および炭化物を完全に除去した。
最後に、水およびメタノールをこの順で用いて洗浄し、得られた残渣を十分に乾燥した後、秤量して、これを、アルミナ介在物の量とした。
試験の所要時間は、約６０時間であった。
【００５９】
＜本発明例１＞
図１に基づいて説明したスラブ清浄度評価装置１を用いて、スラブ試料５のアルゴンガスを定量した。
このとき、ヘリウムガス供給部２においては、ヘリウムガス供給源として、市販の高純度ヘリウムガスボンベを用い、これに流量調節器２２を取り付けた。加熱炉３、ダストフィルタ４、酸化器６およびカラム部７は、炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ８１０Ｗ（堀場製作所社製）から必要部分だけを使用することによって構成した。ガス放電発光部８としては、オゾン発生器 ＥＤ−ＯＧ−Ｒ６（エコデザイン社製）を用いた。測光分析部９は、イメージングスペクトロメータｉＨＲ３２０（堀場製作所社製）に、ＩＣＣＤ検出器ＤＨ−５２０（アンドール・テクノロジー社製）を取り付けることによって構成した。
【００６０】
このような構成において、本発明例１では、スラブ試料５（１０ｇ）を、磁製ボートである容器３１に収容してから、常温の加熱炉３の内部に挿入し、その後、加熱炉３の内部をヘリウムガスで置換してから、１℃／秒の昇温速度で９００℃まで加熱した。測光分析部９で用いたアルゴンガスの測定波長は７５０ｎｍとし、この波長の発光強度の積算値から、スラブ試料５中のアルゴンガス量を測定した。
試験の所要時間は、約１５分間であった。
【００６１】
図４は、ヘリウム雰囲気中でスラブ試料を昇温加熱したときの、スラブ試料からのアルゴンガスの発光強度の変化を示すグラフである。図４にはブランクの結果も併せて示している。
図４のグラフから、加熱温度が約５００℃を超えると、スラブ試料からアルゴンガスが発生していることが確認できる。そこで、本発明例１においては、加熱温度が４００〜８００℃の範囲における発光強度の積算値を、アルゴンガスの量とし、これを清浄度の指数とした。
【００６２】
＜試験例１、試験例２および本発明例１の対比＞
図５は、試験例１、試験例２および本発明例１の試験結果を示すグラフである。図５には、左から順に、棒状のスラブ試料Ｓａから採取した、表層のスラブ試料Ｓｂ１、１／８Ｔのスラブ試料Ｓｂ２、１／４Ｔのスラブ試料Ｓｂ３、および、３／４Ｔのスラブ試料Ｓｂ５についての結果を示している。
【００６３】
図５中の棒グラフは、試験例２の試験結果であり、左側の縦軸に、アルミナ介在物の量（単位：ｐｐｍ）を示している。
図５中の菱型プロットの折れ線グラフは、試験例１の試験結果であり、右側の縦軸に、酸素量の相対値を示している。このとき、表層のスラブ試料Ｓｂ１（から採取したスラブ試料５ａ）の酸素量を「１」としている。
図５中の四角プロットの折れ線グラフは、本発明例１の試験結果であり、右側の縦軸に、アルゴンガス量の相対値を示している。このとき、表層のスラブ試料Ｓｂ１（から採取したスラブ試料５）のアルゴンガス量を「１」としている。
【００６４】
ここで、試験例１、試験例２および本発明例１を対比すると、まず、図５の棒グラフで示す試験例２は、スラブ試料５ｂ中のアルミナ介在物の量を直接的に測定していることから、アルミナ介在物の量を最も正確に示していると解される。しかし、試験例２は、所要時間が約６０時間と最も長い。
【００６５】
一方、酸素量を測定した試験例１は、所要時間が約３分と極めて短いが、図５の菱型プロットの折れ線グラフを見ると、比較的平坦なグラフであり、最も正確にアルミナ介在物の量を示している試験例２のグラフとの一致度が少ない。このため、酸素量から間接的に、アルミナ介在物の量、すなわち、スラブＳの清浄度を評価する場合は、評価の正確性に劣る。
【００６６】
これに対して、本発明例１は、図５の四角プロットの折れ線グラフを見ると、試験例２のグラフとの一致度が多い。このため、アルゴンガス量から間接的に、アルミナ介在物の量、すなわち、スラブＳの清浄度を評価する場合、評価の正確性は、試験例２と同等であると言える。
本発明例１の所要時間は約１５分間であり、試験例１ほど短時間ではないが、試験例２よりも大幅に短時間である。
したがって、本発明例１は、スラブＳの清浄度を迅速かつ正確に評価できたと言える。
【００６７】
＜本発明例２＞
本発明例２では、本発明例１と同様にスラブ清浄度評価装置１を用いて、スラブ試料５のアルゴンガスを定量した。ただし、本発明例２では、本発明例１よりもスラブ試料５を高速に加熱できるようした。本発明例２では、本発明例１と異なる点として、加熱炉３としてシリコニット電気炉（シリコニット高熱工業社製）を用いた。
まず、容器３１に入れたスラブ試料５（約１０ｇ）を、加熱炉３の石英ガラス管の入口部に置いた状態で、石英ガラス管の内部を流量３Ｌ／分のヘリウムガスで６０秒間パージした。ヘリウムガスでパージした後、押し出し棒を用いてスラブ試料５を容器３１ごと１２００℃に保持した加熱炉３の高温部に挿入した。これにより、スラブ試料５は急速に加熱された。
【００６８】
図６は、スラブ試料を急速に加熱したときの、スラブ試料からのアルゴンガスの発光強度の変化を示すグラフである。
図６のグラフに示すように、本発明例２では、スラブ試料５を加熱炉３に挿入してから約５０秒程度でスラブ試料５に含まれるアルゴンガスを定量できることが分かる。
試験の所要時間は、約３分間であった。
したがって、本発明例２は、本発明例１よりも迅速に（試験例１と同等の所要時間で）、スラブＳの清浄度を評価できることが分かった。
【００６９】
＜本発明例３＞
本発明例３では、スラブ清浄度評価装置１０のイオン化部１０１および質量分析部１０２として、日立東京エレクトロニクス社製の大気圧イオン化質量分析装置（ＵＧ−４００Ｐ）を用いた。その他の装置構成等は、本発明例２と同じとした。
【００７０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、表面の酸化スケールを機械研磨によって除去したスラブＳの表層から、板状のスラブ試料Ｓｂ１を採取し、このスラブ試料Ｓｂ１を、四角柱形状に切断し、表面を電解研磨して、スラブ試料５を得た。
容器３１に入れたスラブ試料５（約１０ｇ）を、加熱炉３の石英ガラス管の入口部に置いた状態で、石英ガラス管の内部を流量３Ｌ／分のヘリウムガスで６０秒間パージした。ヘリウムガスでパージした後、押し出し棒を用いてスラブ試料５を容器３１ごと９００℃に保持した加熱炉３の高温部に挿入した。これにより、スラブ試料５は、急速に加熱され、アルゴンガスを発生させた。
【００７１】
スラブ試料５から発生したアルゴンガスを含む混合ガスは、ダストフィルタ４、酸化器６およびカラム部７を経由して、イオン化部１０１においてコロナ放電によってイオン化され、質量分析部１０２で質量分析が行なわれた。質量分析部１０２では、質量数４０のアルゴンイオンの強度を測定した。
【００７２】
更に、スラブ試料を採取したスラブに熱間圧延および冷間圧延を施して鋼板とし、この鋼板に合金化溶融亜鉛めっき処理を施して、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、オンライン表面欠陥計を用いて、表面欠陥を連続的に測定した。測定した表面欠陥の中から、欠陥外観、および、ＳＥＭ分析、ＩＣＰ分析等により製鋼性欠陥を判別し、コイル長さ１００ｍ当たりにおける、これら欠陥の個数を、表面欠陥指数とした。
【００７３】
上記試験を、５０のスラブに対して行なった。
図８は、質量数４０のアルゴンイオンの強度の積算値と、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面欠陥指数との関係を示すグラフである。ここでは、質量数４０のアルゴンイオンの強度の積算値を、アルゴンガスの量とした。図８のグラフから、表面欠陥指数と、スラブ試料中のアルゴンガス量との間に相関があることが明確である。
したがって、本発明の評価方法によって、スラブの段階において、その後に得られる鋼板の表面欠陥を予測できるため、製品不良の発生を未然に防ぐことが可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１  ：スラブ清浄度評価装置（金属スラブ清浄度の評価装置）
１０：スラブ清浄度評価装置（金属スラブ清浄度の評価装置）
２  ：ヘリウムガス供給部（不活性ガス供給部）
２１：ヘリウムガス供給ライン
２２：流量調節器
３  ：加熱炉
３１：容器
４  ：ダストフィルタ
５，５ａ，５ｂ：スラブ試料
６  ：酸化器
７  ：カラム部
７１：脱ＣＯ２器
７２：脱水器
８  ：ガス放電発光部
９  ：測光分析部
９１：光ファイバ
９２：分光部
９３：測光部
９４：演算部
１０１：イオン化部
１０２：質量分析部
Ｓ  ：スラブ
Ｓａ，Ｓｂ（Ｓｂ１〜Ｓｂ５）：スラブ試料
【図１】
0006493379.tif 000002
【図２】
0006493379.tif 000003
【図３】
0006493379.tif 000004
【図４】
0006493379.tif 000005
【図５】
0006493379.tif 000006
【図６】
0006493379.tif 000007
【図７】
0006493379.tif 000008
【図８】
0006493379.tif 000009