(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属測定用プローブを浸漬する深さを制御する方法であって、
溶融金属測定用プローブの先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設け、
該検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなり、
前記電極は、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けられ、
前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号に基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することを特徴とする溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法。
【請求項２】
前記溶融金属を収容して導電性を帯びた容器と前記電極との間の電気的特性を監視し、この電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知してなる請求項１記載の浸漬深さ制御方法。
【請求項３】
溶融金属層表面にスラグ層が浮遊しており、前記電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記スラグ層にて電解質として機能する該スラグ層の介在による発電性から、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知してなる請求項２記載の浸漬深さ制御方法。
【請求項４】
前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号と、該プローブを下降させる速度情報とに基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の浸漬深さ制御方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の浸漬深さ制御方法に用いる溶融金属測定用プローブであって、先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設けてなることを特徴とする溶融金属測定用プローブ。
【請求項６】
前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなる請求項５記載の溶融金属測定用プローブ。
【請求項７】
前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなる請求項６記載の溶融金属測定用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉等で好適に使用される溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法、及びこれに用いる溶融金属測定用プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉等の容器内の溶融金属の温度や凝固温度、サンプル性状などを測定するため、各種センサーやサンプル採取口を備えた溶融金属測定用プローブが使用される。このプローブによる各種測定やサンプル採取を確実に行うためには、溶融金属に当該プローブを浸漬させる深さを所定深さに制御する必要がある。このプローブ浸漬深さを制御するためには、溶融金属層の表面レベルを把握する必要がある。溶融金属測定用プローブを用いて前記溶融金属層表面レベルを測定する方法は、従来から様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００３】
しかし、従来の測定方法は、いずれも溶融金属測定用プローブを浸漬する過程を利用するものの、得られた表面レベルの情報を次のチャージ（精製処理）で利用するものであった。したがって、次のチャージで溶融金属の量が変動すると、その分だけ浸漬深さも変動してしまい、浸漬深さの精度にはいささかのズレが生じるのは否めなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５５６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３５６７０９号公報
【特許文献３】特開平９−１１３３３３号公報
【特許文献４】特開平１０−１２２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、溶融金属層への浸漬深さをより正確に制御することで、例えば溶鋼温度や凝固温度、サンプル性状などの測定をより確実に行うことができる溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法、及びこれに用いる溶融金属測定用プローブを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の課題解決のために、溶融金属測定用プローブを浸漬する深さを制御する方法であって、溶融金属測定用プローブの先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設け、該検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなり、前記電極は、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けられ、前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号に基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することを特徴とする溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法を提供する（請求項１）
【０００８】
特に、前記溶融金属を収容して導電性を帯びた容器と前記電極との間の電気的特性を監視し、この電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知することが好ましい（請求項２）。
【０００９】
更に、溶融金属層表面にスラグ層が浮遊しており、前記電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記スラグ層にて電解質として機能する該スラグ層の介在による発電性から、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知することが好ましい（請求項３）。
【００１１】
また、前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号と、該プローブを下降させる速度情報とに基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することが好ましい（請求項４）。
【００１２】
また本発明は、上記浸漬深さ制御方法に用いる溶融金属測定用プローブであって、先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設けてなることを特徴とする溶融金属測定用プローブをも提供する（請求項５）。
【００１３】
更に、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなるものが好ましい（請求項６）。
【００１４】
また、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなるものが好ましい（請求項７）。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、プローブ浸漬の過程で検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号に基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御するので、同一チャージの同一浸漬過程で、レベル測定とともにそれに基づいて浸漬深さがリアルタイムに制御され、従来のように溶融金属の量の変動による浸漬深さのズレが生じず、したがって浸漬深さをより正確に制御でき、溶鋼温度や凝固温度、サンプル性状などの測定をより確実に行うことができる。また、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなるので、電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。更に、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなるので、紙キャップが溶けるまでの時間差がなく、外周面の電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
【００１７】
請求項２に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、前記溶融金属を収容して導電性を帯びた容器と前記電極との間の電気的特性を監視し、この電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知してなるので、この検知により溶融金属層表面に達した時点を瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
【００１８】
請求項３に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、溶融金属層表面にスラグ層が浮遊しており、前記電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記スラグ層にて電解質として機能する該スラグ層の介在による発電性から、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知してなるので、スラグ層が存在しても溶融金属層表面に達した時点を瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
【００２０】
請求項４に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号と、該プローブを下降させる速度情報とに基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御するので、表面検知後、そこからの浸漬量を速度との関係で演算し、更にどれだけの時間下降させるかをリアルタイムに把握し、下降量を時間で容易に制御できる。
【００２１】
請求項５に係る溶融金属測定用プローブによれば、先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設けてなるので、同じく同一チャージの同一浸漬過程で、レベル測定とともにそれに基づいて浸漬深さがリアルタイムに制御され、従来のように溶融金属の量の変動による浸漬深さのズレが生じず、したがって浸漬深さをより正確に制御でき、溶鋼温度や凝固温度、サンプル性状などの測定をより確実に行うことができる。
【００２２】
請求項６に係る溶融金属測定用プローブによれば、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなるので、電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
【００２３】
請求項７に係る溶融金属測定用プローブによれば、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなるので、紙キャップが溶けるまでの時間差がなく、外周面の電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の代表的実施形態に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法を示す説明図。
【図２】同じく溶融金属測定用プローブの先端部分を示す説明図。
【図３】溶融金属測定用プローブの変形例を示す説明図。
【図４】溶融金属測定用プローブの他の変形例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法は、図１に示すように、溶融金属測定用プローブ１の先端部１ａに該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層Ｌの表面Ｌｓを検知する検知手段２を設けたものであり、当該プローブ１の浸漬過程で検知手段２から出力された溶融金属層表面Ｌｓの検知信号に基づき、当該浸漬工程におけるその後の溶融金属層Ｌ内への該プローブ１の浸漬深さを制御するものである。これにより、例えば溶融金属容器Ｃの上方から下方に向けて溶融金属測定用プローブ１を下降させてゆく際、リアルタイムに、すなわち当該チャージにおける溶融金属層Ｌ内への浸漬深さを溶融金属層表面Ｌｓに達した時点でそれ以降の下降量（浸漬量）を演算してリアルタイムに制御・設定できるものである。
【００２７】
従来の検知手段は、電極が紙キャップ等の内容に内装され、溶融金属層で溶けて露出した電極を用いて上昇時に溶融金属層表面の位置を記憶し、次のチャージ時の際におよそ同じ位置であると仮定して、その記憶された情報に基づき浸漬深さを設定するものであるが、本例では、同じチャージにおける浸漬工程の初期、すなわち溶融金属層Ｌの表面Ｌｓに至った段階で該表面に至ったことを検知するとともにそこから溶融金属層Ｌ内部への浸漬量を演算し、プローブ１を更にどれだけ下降させるかをリアルタイムに把握して下降量を制御可能としたものである。したがって、まさにそのチャージにおける溶融金属の状態を正確に反映したプローブ浸漬量を設定でき、溶融金属測定用プローブ１による各種測定、サンプル採取を正確かつ確実に行なうことができるのである。
【００２８】
溶融金属容器Ｃは、溶融金属として溶鋼を収容する転炉や取鍋などに適用できるが、その他の溶融金属用容器に適用することもできる。以下の実施形態では、転炉での吹錬工程に適用した例を示すがこれに限定されるものではない。符号３はプローブを支持するサブランス、４はサブランスを昇降させるサブランス昇降装置、５はサブランス動作制御部、６は先端部から下方の溶鋼へ酸素を吹き出すメインランスを示している。
【００２９】
溶融金属測定用プローブ１は、基本的には従来から公知の種々のプローブと同じ基本構造を備えるとともに、更に上記溶融金属層表面を検知する検知手段２を設けたものである。本例のプローブ１は、基本構造として図２に示すように先端部１ａに酸素センサ１１、補正電極１２、及び温度センサ１３が耐熱セメントで固定され、これらは紙キャップ１０に覆われている。また、プローブ１の胴部にはサンプル採取口１４が設けられ、紙製の外装部材で塞がれている。このようなプローブ１は、溶融金属層Ｌの所定深さ位置まで浸漬されることで高温の溶融金属により上記紙キャップ１０や外装部材が溶融消失し、センサーが露出して当該位置にて溶融金属の各種測定を行うとともにサンプル採取口１４から溶融金属を取り込み、凝固温度等の測定に利用される。
【００３０】
溶融金属測定用プローブ１は、図１に示すようにサブランス３によって転炉Ｃ内部に浸漬される。具体的には、転炉Ｃの上側に縦方向に配設されたサブランス３の下端部に溶融金属測定用プローブ１を装着し、このサブランス３をプローブ１とともにサブランス昇降装置４で上下させることにより、転炉Ｃの内部にプローブ１を昇降させることができる。これによってプローブ１は、大気層Ａから溶融金属表面に浮遊するスラグ層Ｂを通って溶融金属層Ｌに浸漬させ、所定深さの位置に数秒間停止して各種センサーによる測定やサンプル採取を行った後、溶融金属層Ｌからスラグ層Ｂを通って大気層Ａへ引き上げられる。サブランス昇降装置４は、サーボモータやパルスモータ等を用いて構成され、サブランス動作制御部５により制御される。更に本例では、サブランス昇降装置４にはロータリーエンコーダが付設され、サブランス３の上下方向の移動距離を把握している。
【００３１】
転炉Ｃは、金属製の容器の内側に耐火煉瓦を積み上げて形成されており、容器自体が大地にアースされている。転炉だけでは導電性を有しないが、転炉内に溶鋼を収容することによって、転炉の内面に金属が付着し、転炉の内面と大地との間が導電性を有するようになる。即ち、転炉が大地にアースされたのと等価となる。
【００３２】
溶融金属測定用プローブ１の検知手段２は、プローブ先端部１ａの上述したセンサー１１、１３等を覆っている紙キャップ１０の外周面に沿って電極２０が外部露出状態で設けられている。この電極２０のリード線は、酸素センサ１１、補正電極１２、及び温度センサ１３と同じようにプローブ１に沿って基端側に延ばされ、図示しないコネクタを介してサブランス３内の配線に接続され、該配線はサブランス動作制御部５に接続されている。
【００３３】
以下、溶融金属測定用プローブ１の浸漬深さを制御方法を説明する。
【００３４】
プローブ１をサブランス３とともに転炉Ｃ内部に浸漬してゆく。プローブ１は、まず大気層Ａから溶融金属表面に浮遊するスラグ層Ｂに挿入される。転炉Ｃはアースに接続されており、プローブ先端の電極２０と転炉Ｃとの間の電気的特性が、大気層Ａの絶縁性からスラグ層Ｂの発電性に移行した時点を捉えて、スラグ層Ｂの表面位置を検知し、その位置を記憶する。さらにスラグ層Ｂを下降させて同じく電極２０と転炉Ｃとの間の電気的特性が発電性から溶融金属層Ｌの導電性に移行した点を捉えて、溶融金属層の表面Ｌｓを検知し、その位置を記憶する。
【００３５】
この溶融金属層の表面位置と前記したスラグ層Ｂの表面位置から、スラグ層Ｂの厚みを算出できる。尚、スラグ層Ｂの表面位置の記憶、スラグ層Ｂの厚みの算出は、プローブ１の下降時に行う必要はなく、各種センサーによる測定やサンプル採取後、プローブを上昇させる際に行ってもよい。また、真空炉の場合のようにスラグ層がない場合は、大気層の絶縁性から溶融金属層の導電性に移行した点を捉えることになる。
【００３６】
電気的特性の変化を捉える検知手法は、特開２００２−３５６７０９号や特開平８−４９０２４号を参考にすることができる。特開平８−４９０２４号では、プローブ側に２個の電極を設けて導電性を判断している。本願でもこのように２個の電極を設けてその間の導電性を判断してもよい。しかし、この場合は溶融金属層表面に届く前にスプラッシュなどで導通し、誤検知してしまう虞がある。よって、本例のように電極−容器間の電気的特性をみることがより好ましい。
【００３７】
溶融金属層の表面Ｌｓを検知した情報に基づき、サブランス動作制御部５がサブランスの降下速度から浸漬深さを割り出し、サブランスのその後の降下動作を制御する。つまり、溶融金属表面からの浸漬量を速度との関係で演算し、更にどれだけの時間下降させるかをリアルタイムに把握し、下降量を時間で制御可能としたものである。尚、このように下降速度から下降量を制御する方法以外に、エンコーダの回転数でその後の下降距離（浸漬深さ）を制御することもできる。
【００３８】
溶融金属層Ｌ内の所定深さまで浸漬されたプローブ１は、上述した通り、該深さ位置で停止し、各種センサー（符号１１〜１３）による酸素分圧や温度等の測定やサンプル採取口１４からのサンプル採取を行った後、溶融金属層Ｌからスラグ層Ｂを通って大気層Ａへ引き上げられる。
【００３９】
図３は、溶融金属測定用プローブ１の先端部１ａの紙キャップ１０に、更に内部に非接触で溶融金属層表面レベルを測定できるコイル式レベル計２１を設けた例である。これは溶融金属層表面が近づくことによる磁界変動を捉えることで該表面レベルを検知するものであり、非接触で検知できることから紙キャップ１０内に装着でき、上記した露出電極２０による検知が万が一ご検知であっても、このレベル計２１と併用することで正常動作か否か検証することができ、誤検知を防止できる。図４は、図３で説明したコイル式レベル計２１のみで検知手段２を構成した例であり、これも可能である。更に、他の従来から提案されている公知の検知手段２を利用することもできる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１  溶融金属測定用プローブ
１ａ  先端部
２  検知手段
３  サブランス
４  サブランス昇降装置
５  サブランス動作制御部
６  メインランス
１０  紙キャップ
１１  酸素センサ
１２  補正電極
１３  温度センサ
１４  サンプル採取口
２０  電極
２１  コイル式レベル計
Ａ  大気層
Ｂ  スラグ層
Ｃ  容器（転炉）
Ｌ  溶融金属層（溶鋼層）
Ｌｓ  表面
【図１】
0005375815.tif 000002
【図２】
0005375815.tif 000003
【図３】
0005375815.tif 000004
【図４】
0005375815.tif 000005