(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナライザとプローブとを含むガス測定システムを使用して溶融金属のガス含有量を測定することによる金属の製造方法であって、
金属を溶融し；
溶融した金属中での浸漬に耐えられる充分な耐熱性のガス-透過性、液体-金属不浸透性材料から構成されるプローブ本体を溶融した金属に挿入し、前記プローブはその内部へのガス入口とそこからのガス出口を備え、前記ガス入口及びガス出口は、入口から出口へ通過する還元性ガスを含むキャリヤガスが、溶融した金属からプローブ本体へ拡散するガスをプローブ本体に連行するためにプローブ本体内部の実質的な部分を横切るように互いに離れて設置されており；
電子測定手段を使用して、連行ガスとキャリヤガスとの混合物と参照値とをアナライザ装置で比較し；次いで
溶融した金属のガス含有量を測定し、該ガス含有値をベースとして金属製造法を制御する、
各段階を含む、前記方法。
【請求項２】
還元性ガスがCOである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
キャリヤガスが実質的にCOである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
キャリヤガス内のCOが炭素含有プローブを使用することにより提供される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
金属が銅である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
溶融した銅が、銅の棒材を製造するために連続鋳造機に供給される銅である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
金属がスチールである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ガス抜き操作時に溶融したスチールをガス含有量に関して測定する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
測定するガスが水素である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アナライザとプローブとを含むガス測定システムを使用して連続的に鋳造することによる銅の製造方法であって、
銅を炉内で溶融し；
溶融した銅を加熱した保持領域へ移動させ；
溶融した銅中での浸漬に耐えられる充分な耐熱性のガス-透過性、液体-金属不浸透性材料から構成されるプローブ本体を溶融した銅に挿入し、前記プローブはその内部へのガス入口とそこからのガス出口を備え、前記ガス入口及びガス出口は、入口から出口へ通過する還元性ガスを含むキャリヤガスが、溶融した金属からプローブ本体に拡散するガスをプローブ本体に連行するためにプローブ本体内部の実質的な部分を横切るように互いに離れて設置されており；
電子測定手段を使用して、連行ガスとキャリヤガスとの混合物と参照値とをアナライザ装置で比較し；
溶融した銅のガス含有量を測定し；
必要により、該ガス含有値をベースとして操作パラメータの一つ以上を調整し；次いで
鋳造操作時に上記段階を繰り返す
各段階を含む、前記方法。
【請求項１１】
還元性ガスがCOである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
キャリヤガスが実質的にCOである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
キャリヤガス内のCOが炭素含有プローブを使用することにより提供される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
溶融した金属中での浸漬に耐えられる充分な耐熱性のガス-透過性、液体-金属不浸透性材料から構成されるプローブ本体であって、前記プローブはその内部へのガス入口とそこからのガス出口を備え、前記ガス入口及びガス出口は、入口から出口へ通過する還元性ガスを含むキャリヤガスが、溶融した金属からプローブ本体に拡散するガスをプローブ本体に連行するためにプローブ本体内部の実質的な部分を横切るように互いに離れて設置されている該プローブ本体；及び
電子測定手段を使用して、連行ガスとキャリヤガスとの混合物と参照値とをアナライザ装置で比較し溶融した金属のガス含有量を決定するためのアナライザ装置
を含む、溶融した金属のガス含有量を測定するガスアナライザ。
【請求項１５】
還元性ガスがCOである、請求項１４に記載のガスアナライザ。
【請求項１６】
キャリヤガスが実質的にCOである、請求項１５に記載のガスアナライザ。
【請求項１７】
キャリヤガス内のCOが炭素含有プローブを使用することにより提供される、請求項１５に記載のガスアナライザ。
【請求項１８】
プローブ本体が底部で開口になっている、請求項１４に記載のガスアナライザ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、鉱石からの金属抽出などの方法、精製方法及び連続鋳造などの機械的操作法による広範な種類の金属製品の製造、特に、溶融金属中のガスを測定するためのガス測定システムを使用する加工段階を制御することによる金属製品、特に銅の製造方法並びに品質の改良に関する。本発明のシステムは、アナライザ装置とプローブを使用することを含み、該プローブを金属製品製造法の任意の加工段階で溶融金属中に挿入し、アナライザとプローブとの間の回路を循環する特定のキャリヤガスを使用し、アナライザはプローブに閉じこめられたガスとキャリヤガスとの混合物によって得られる値と参照値とを電子的に比較して溶融金属のガス測定読み取り値を与える。
従来の技術
スチールなどの金属を製造するには、鉱石からの鉄抽出から、スチールを形成するために溶融鉄を酸素及び炭素と処理する実際のスチール製造段階までの多くの加工段階がある。スチール製造法や同様の銅製造法または他の金属製造法では、溶融金属を加工して最終的には製品に形成する。
連続鋳造による銅の製造は当業界で公知である。本明細書中、参照として含まれるA.K. Biswas及びW.G. Davenportの"Extractive Metallurgy of Copper"、第1版、17章、336-368頁には、該製造法が詳細にわたって記載されている。
本明細書中、参照として含まれるPhillipsらの米国特許第3,199,977号に記載されているように、基本的には、純粋な銅のカソードまたは他の形態を炉の中で溶融し、溶融した銅を鋳造用の均熱炉に供給する。Asarcoシャフト炉が主として使用されており、銅を炉の上部に入れ、加熱すると、シャフトを降下するに連れて溶融する。熱は、炉の底部付近のバーナーで生成した燃焼ガスを衝突、上昇させることによって供給する。他の金属及び電気炉(バーナーを使用しない)などの他の炉も使用して溶融金属を提供し、さらに加工して金属最終形とすることもできようが、以下の記載は、便宜上、銅及びこのタイプの炉について述べる。
炉は元来、溶融ユニットであり、バーナー及び燃焼ガスは、通常、溶融時に銅が酸化されないようなものである。これは、バーナー中の未消費酸素が炉のシャフト内に入らないように特別設計されたバーナーを使用し、炉内にやや還元性の雰囲気を与えるようにバーナーの燃料/空気比を制御することによって実施する。通常、燃料/空気比は、約3容量%以下、通常1〜3容量%の燃焼燃料の水素含有量を有する還元性火炎を与えるように制御する。
通常、炉底部には保持能力はなく、溶融した銅はすぐに別のバーナーで熱した均熱炉に流れる。銅の温度を維持し、銅の不都合な酸化を最小化させるために、多くの装置では、シャフト炉と均熱炉を接続する樋もバーナーで熱する。
酸素を含む銅は今日、市場での主な製品であり、当業者には他の銅製品(例えば、20ppm未満の酸素を含まないもの)及びスチールなどの他の金属にも本方法を使用できると理解されようが、便宜上、以下の記載では該製品について述べる。一つの形態としては、解放式金型で鋳造した後に滑面(level surface)(フラットセット: flat set)により特徴付けられる精銅がある。銅は約500ppm以下またはそれ以上、好ましくは100〜450ppmの酸素を含有し、溶融銅中では溶解性で固体銅中では酸化銅粒子を形成する酸化銅の形態で含んでいる。通常、均熱炉の溶融した銅の中にくまなく空気を吹き込むことによって酸素レベルを調節する。別の方法では、必要により酸化性火炎または還元性火炎を有する樋または均熱炉内のバーナーを使用する。
次いで、均熱炉から溶融銅を、例えば、Properzi若しくはSouthwireホイール鋳造機またはHazelettツインベルト鋳造機などの連続鋳造機に供給する。Hazelett鋳造機では、溶融銅を２つの同時移動スチールベルトの間で鋳造し、通常、棒状鋳造物を棒材-圧延機に直接供給する。この棒材を、通常、酸洗ユニットに排出し、コイル巻し、貯蔵する。
本明細書中、参照として含まれる、J. Dompasに付与された米国特許第4,290,823号は、銅を製造するための基本的な連続鋳造法を開示する。Dompas法は、酸素を含まない銅の長所(延性)と精銅の焼き鈍し性とを有するという酸素含有棒材製品を製造する。該方法では、均熱炉中の溶融銅の酸素含有量を分析するために固体電解質を含有する電気化学電解槽(electrochemical cell)を使用し、所望の酸素レベルに保持するために均熱炉バーナーの燃料/空気比を調節している。
J.M.A. Dompas、J.G. Smets及びJ.R. Schoofsの"Continuous Casting and Rolling of Copper Rod at the M.H. Olen Copper Refiner Uses No Wheel"(Wire Journal, 1979年9月、l18-132頁)なる表題の文献では、典型的な棒材製造法も開示する。
使用される特定の方法及び制御法に拘わらず、主な問題は、最終銅製品の品質を高め、外見(表面品質)、導電性並びに、製造及び使用時の物理的挙動に関する規格に対処することである。
表面品質が悪いというのは、通常、欠陥鋳造を表しており、この問題を調べるために業界では種々の試験を用いている。欠陥鋳造の原因としては既知及び未知の任意の原因があるだろうが、重要な試験の一つでは、厳格性(severity)に基づいて表面欠陥を記録する渦電流デフェクトメーター(defectometer)(Defectomat Instrument)を使用する。金属を鋳造した後(例えば、鋳造機後で圧延機前など)の棒材ラインの任意の場所で表面品質検出器を使用することができ、通常、コイル巻機前で使用し、記録した欠陥の数と製品品質との間には直接的相関関係があると考えられる。通常、表面品質検出器の記録を度々チェックことによって、ロールの摩耗及び他の機械的問題により加工時に欠陥数が増加することが解り、これによってオペレーターは何時ロールを保守及び調整しなければならないかを決定することができる。
表面品質検出器などの種々の自動機械的制御方法を連続鋳造システムで使用するが、これらの方法は表面品質をモニターする比較的簡単なシステムを提供するだけで、直接的または間接的にプロセス内のより重要な変数を制御するものではない。
スチールを含む広範な種類の金属の製造においても同様の問題があり、高級な金属製品を提供するためには操作パラメーターを制御することが大切である。例えば、水素脆化(hydrogen enbrittlement)はスチール製造では重要な問題なので、スチール製造プロセスでは水素制御が非常に重要である。ガス抜き操作は金属製造で重要な工程であり、信頼性が高く効率的なガスアナライザがこの目的には重要である。例えば、ガス抜き、窒素などの不活性ガスを溶融金属に散布したり、H2などの不都合なガスを除去する物質と溶融金属とを反応させる種々のプロセスを使用してガス抜きすることができる。
従来法の問題点及び欠点を考慮して、本発明の目的は、溶融金属のガス含有量、特に水素含有量を測定する方法及び装置を提供することであり、この測定により金属製造法の種々の段階を制御またはモニターすることができる。
本発明の別の目的は、連続金属鋳造法を制御するための新規システムを提供することである。
本発明の別の目的は、連続鋳造によって、銅、特に酸素を含有する銅製品、例えば、棒材、管、シート及び他の形状の金属を製造する改良法を提供する。
本発明の別の目的は、溶融金属ガス抜き操作で本発明のガスアナライザを使用することである。
本発明のさらなる目的は、溶融金属のガス含有量を測定するためのガスアナライザを提供することである。
本発明の他の目的及び有利な点は、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
発明の開示
鉱石または他の源からの金属の分離段階から、連続鋳造段階または他の手段により製造した最終製品への金属、特にスチール及び銅の製造法は、特に、アナライザ装置及びプローブを含むガス測定システムを用いることにより改良され、該システムでは、好ましくは中空の該プローブを溶融金属中に挿入し、還元性キャリヤガス、好ましくは一酸化炭素をプローブとアナライザユニットとの間の回路内を循環させ、特定の参照値と、キャリヤガス内に取り込まれているプローブ内のガスと還元性のキャリヤガスとの混合物によって得られた値との間から比較読み取り値を得る。プローブ中のガスは溶融金属中に含まれていたり、及び／またはプローブ中またはプローブ界面で形成される。ガス読み取り値を使用して、金属製造法のパラメーター、例えば、溶融金属のガス含有量を分析できるガス抜き操作及び他の金属製造段階での溶融炉、樋及び／または均熱炉で使用する燃料/空気比を制御することができる。特にこのシステムは、実質的に一部または全キャリヤガスとして、還元性ガス、例えば、一酸化炭素を使用することにより、及び／または溶融金属中に挿入する際に反応して連行COを形成する炭素含有プローブを使用することによって利用される。このシステム読み取り値は、銅を製造するための鋳造製品の表面品質と相関することが判明した。
好ましいガス測定システムは、ALSCANの商品名でBomem Inc.より市販されており、その操作及び使用法は、本明細書中、参照として含まれる米国特許第4,907,440号に充分に記載されている。この装置は２つのユニット、アナライザとプローブとから構成されており、液体アルミニウム及び関連合金の水素含有量を測定するために開発されたものである。他の好適なプローブ及びアナライザとしては、本明細書中、参照として含まれるRansleyらに付与された米国特許第2,861,450号に記載された"Telegas"法で使用するものを用いることができる。このプローブは底部が開口になっており(例えば、逆さベル形)、キャリヤガスはプローブの開口領域に供給されてその上部から出る。当業者には公知の如く他の同様の装置を使用することもできるが、便宜上、以下の記載では、ALSCAN装置の使用について述べる。
また、他の溶融金属システム、特にスチールを本発明の測定システムを使用してうまく試験することができるが、便宜上、以下の記載では、銅の鋳造について述べる。概して、アナライザ及びプローブを含むガス測定システムを使用する連続鋳造による銅の製造法は、
(a)銅を炉内で溶解させ；
(b)好ましくは加熱した保持領域へ溶融した銅を移動させ；
(c)溶融した銅の中での浸漬に耐えるように充分な耐熱性の好ましくはガス-透過性の液体-金属-不浸透性の材料から構成される好ましくは中空のプローブ本体を溶融した銅の中に挿入し、前記プローブはその内部へのガス入口とそこからのガス出口とを有し、ガス入口及びガス出口は、入口から出口へ通過する還元性キャリヤガスが、プローブ界面またはその中に形成し、及び／又は、溶融金属から本体内部に拡散するガスを連行(entrainment)するためにプローブ本体内部の実質的な部分を横切るように互いに離して設置され、還元性キャリヤガスは、反応してCOを形成する、例えば、炭素含有プローブを使用することによりキャリヤガスとしてまたはその中で形成されるCOなどの還元性ガスを一部または好ましくは全体として含有し；
(d)例えば、電子的測定手段によってアナライザ装置で、連行ガスとキャリヤガスとの混合物と参照値とを比較し、例えば、連行ガスとキャリヤガスとの混合物と参照値の抵抗性における差異を測定して；
(e)必要により、１つ以上のバーナーの燃料/空気比、溶融した銅の酸素含有量またはアナライザの結果をベースとして他の操作パラメーターを調節し；
(f)鋳造操作時に段階(c)〜(e)を繰り返す、
該段階を含む。
本発明の別の態様では、プローブを溶融した金属、例えば、スチールに挿入し、COなどの還元性キャリヤガスを使用し、ガス含有量、主にH2量を測定し、この値を使用してガス抜き操作を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴は新規であると考えられ、本発明の特徴的な要素は付記請求の範囲に特に記載する。図面は単なる説明のためであり、縮小して描いたものではない。しかしながら、構造及び操作方法のいずれに関しても、付記図面と一緒に詳細な説明を参照することにより本発明をよく理解することができよう。
図１は、本発明を一部として含む銅棒材連続鋳造製造法の典型的なプロセスフローチャートを示す図である。
図２は、種々のキャリヤガスを使用する溶融した銅及び溶融したアルミニウムを測定するためにガス測定システムを使用する際の典型的なアナライザ装置読み取り値対時間を比較するグラフである。
発明の実施態様
本発明の好ましい態様を記載するに当たり、数字で本発明の特徴を参照する図１及び２の図面を参照する。
通常、ALSCAN装置は、参照値とキャリヤガス-連行ガス混合物との間の電子測定の差異を溶融した金属中のガス濃度に結びつけ、この値をアナライザの読み取り値として出力する。米国特許第4,907,440号に記載の如く、溶融アルミニウムで使用する際に、アナライザはブリッジ回路の抵抗性における差異を測定し、この差異は溶融アルミニウム中の水素量と相関する(図２参照)。該特許に記載の如く、抵抗ワイヤの抵抗性の差異は、実際、連行キャリヤガス混合物と参照ガスとの熱伝導性の差異により発生する。水素がアルミニウムに含まれている場合、キャリヤガス(窒素)-連行ガス混合物は水素を含有し、熱伝導性はキャリヤガス単独の場合よりも高く、ワイヤがどんどん冷却され、この差異は電子的に測定されて相関することになる。該特許に記載の如く、キャリヤガスが窒素であるとき、アルミニウムシステムでは空気が好ましい参照ガスであるため、アナライザ(カサロメーター：catharometer)の比較槽(comparison cell)は大気に開放されている。この装置は、参照ガスの代わりに参照値を使用することにより比較槽を使用せずに操作することもでき、この参照値は参照ガスが比較槽で使用されているかの如く同一値である。
しかしながらこの装置を銅システムで使用すると、キャリヤガスとして窒素を使用して得られた曲線はアルミニウム浴の曲線とは似ていない。このことは本発明の譲受人へ譲渡された米国特許第5,293,924号の主題である。図２を参照すると、水素を測定するためにアルミニウムシステムで図１の炭素含有プローブ15と一緒にキャリヤガスとして窒素を使用することは、酸素及び水素のいずれもが溶液内に存在するが、特に変数が絶えず変化する連続鋳造法で互いに平衡である必要ではない、より複雑な銅冶金システムで窒素を使用することとは全く異なることが明らかである。プロセスで発生した他のガス及び酸化銅も溶融物中に存在する。かくして、図２及び米国特許第4,907,440号に示されているように、アナライザの読み取り値はピークに達し、プローブが浸漬している間及び溶融したアルミニウム内で装置を操作している間はそのピークは(平衡に)保持される。このピークはアルミニウムシステム中の溶融物の水素レベルの測定値と相関する。
しかしながら、銅システム中のガスはプローブまたは溶融物-プローブ界面で混合して溶融物中に存在するのとは異なるガス混合物を生成し、その混合物は溶融物中に存在する個々のガスとは熱伝導率が異なるため、多くの他のガス、特に酸素を含有する銅システムでは、おそらく水素を表すピークが通常初期に得られるが、読み取り値は低い平衡値(A点)に低下するものと仮定される。プローブ設計、プローブ周辺の金属流、装置の操作などに依存して、ピークを得ることができなかったり、むしろ平衡値に達する読み取り値だったりすることがある。しかしながらキャリヤガスに還元性ガスを使用するALSCANガスアナライザシステムを変形することによって、アルミニウムシステムで窒素ガスを使用したのと同様の金属中のガス含有量を測定する挙動が得られる。これは以下詳細に記載する図２の曲線B及びCにより示される。
図１には、本発明のプローブ(アナライザ)及び方法を使用する典型的な銅連続鋳造プロセスが示されている。銅カソードまたは他の銅の形態でシャフト炉10に添加し、バーナー11a及び11bを使用して溶融する。溶融した銅は炉から均熱炉13に流れる。溶融した銅は、シャフト炉10から均熱炉13への移動時にはバーナー12により加熱し、均熱炉ではバーナー14により加熱することができる。プローブ15を溶融した銅16の中に挿入し、プローブからの連行ガス混合物は制御ユニット22に中継される。プローブは、例えば、シャフト炉10と均熱炉16とを接続する樋内に挿入することができ、樋は均熱炉16を鋳造機17にまたは鋳造機17の溜堰に接続する。別のアナライザ装置を使用して、プローブ内の連行ガスと制御ユニット22に入力された結果とを電子的に比較することができる。図１では、制御ユニット22はその一体部分としてアナライザ装置も含み、これはプローブ内の連行ガス-キャリヤガス混合物と参照値とを測定し比較し、制御ユニットで使用すべきアナライザ読み取り値を提供する。溶融した銅16は鋳造機17に流れ、鋳造物は圧延機18に供給されて銅棒材製品21を製造する。コイル巻き機20を通常使用して貯蔵用に棒材を巻き取る。表面品質検出器19を使用して棒材の表面品質を測定し、出力を制御ユニット22に中継する。検出器19及びプローブ(アナライザ)15により制御ユニット22に中継された信号をベースとして、必要により燃料/空気比を調節するためにバーナーに制御信号を中継する。
制御信号はプロセスを制御するための他のプロセス変数を調節するのにも使用することができる。例えば、酸素レベル、システムの特定のバーナーの調整、他の還元性または酸化剤への銅の暴露、銅の中性物質(窒素)によるパージ、温度レベル、ガスを除去するための溶融物の撹拌などが挙げられる。一つの態様では、アナライザ結果をベースとする酸素レベルの制御は、溶融した銅の中の酸素量を測定する酸素プローブを使用して実施することができる。
典型的な実施では、銅の酸素レベルは、銅の中またはその表面にわたって空気を導入することにより、約100〜450ppm、好ましくは140〜400ppm、最も好ましくは240〜280ppmのレベルに制御する。
操作時、プローブ15を溶融した銅16に挿入し、溶融した金属中のガスをベースとしてアナライザからの信号を制御ユニット22に送る。
基本的に、好ましいプローブ15は、所望の多孔度及び孔径を有するガス透過性の、液体-金属-不浸透性物質の一体物(monolithic body)からなる。多孔度は、本体の全容積に対する空隙容積の割合として定義し、好適な範囲は約5%〜約80%またはそれ以上である。孔径は、通常、約0.5マイクロメートル〜2,000マイクロメートルまたはそれ以上の広範囲を変動することができる。通常、複数の管はプローブ本体15内に伸長し、管の一つはキャリヤガスを導入するためのものであり、他の管はキャリヤガスを移動させるためのものであり、溶融した銅の中に浸漬させた後、溶融した金属から連行したガス(及びプローブ本体内で形成した全てのガス)を、アナライザーへ循環させ、これを電子的に測定し、キャリヤガスと連行ガスとの混合物と参照値とを比較する。アナライザは出力を計算し、これはプロセスを制御するために制御ユニット22で使用する。温度、プローブ内でガスが近接(proximity)していること、プローブ-溶融界面反応などのため、「連行ガス(ent rained gases)」なる用語は、溶融した金属中のそれぞれのガスが混合(例えば、化学反応)することによりプローブ内またはプローブ-溶融金属界面で形成するガスを含むものとする。一酸化炭素などの還元性ガスがキャリヤガス内に存在したり、キャリヤガス全体として使用することができるのが、本発明の重要な特徴である。これは、窒素若しくはアルゴンなどのもう一つのキャリヤガスとの混合物としてまたは全キャリヤガスとしてCOを使用することにより達成することができる。例えば、還元性ガス、例えば、COを約1〜99容積%、好ましくは10容積%を超え、最も好ましくは50または75容積%を超える量で使用することができる。別の方法では、キャリヤガス内に連行されるCOを形成するように銅製造法の条件下で反応する炭素含有プローブを使用する。しかしながら、図２の線Aにより示されているように、平衡になるまでの時間が比較的長い(例えば、600秒)ので、この方法は好ましくない。
典型的な好ましい銅棒材製造操作では、回路内にCOのみが確実に残存するような長さの時間、キャリヤガスとしてCOで通常は炭素材料であるプローブ15をフラッシュする(COの熱伝導性を使用して参照値とする)。次いでフラッシュを停止し、プローブ15を溶融した銅16の中に浸漬し、回路内のキャリヤガスの容積はプローブ及びアナライザ電気測定手段を通して絶えず循環させる。浸漬時、溶融した銅16の中のガスは多孔質プローブ本体15内に入るか、その中に形成され、キャリヤガスと連行ガスとの混合物は、実質的に平衡に到達するまで−約1分間(図２の点C)循環し続ける。図２に示されている時間の終了時、またはその時間を超えて継続的に、アナライザは連行ガスとキャリヤガスとの混合物と参照値との間を電子的に比較した差異を測定し、この差異をアナライザの読み取り値に転換する。
任意のスケールをベースとした読み取り値を出すために装置を標準化または相関させながら、キャリヤガスはCOであり、読み取り値は上昇し、平衡状態を示す停滞状態に達する以外には、図２は、プローブとアナライザを米国特許第4,907,440号に記載のように使用した場合を示す。図２に示すように、COがキャリヤガスの場合は実質的に早く平衡に達する。A、B及びC点を比較されたい。この平衡はプローブ特性(孔径など)により影響され、市販の装置(ALSCAN装置(HMA0100D)Bomem Inc.製)を使用して約１分間の浸漬(このときCOが全キャリヤガスである)後に平衡に達することが知見され、得られた読み取り値は、棒材製造プロセスでの異常または操作パラメーターの変化がない限り、この後殆ど一定のままである。還元性ガス、例えば、COが溶融した銅に含まれるガスと反応して連行ガス-キャリヤガス混合物となり、そのため早く平衡に達するものと仮定されるが、これも銅製造プロセスを制御するために正確に測定できる。一つの還元性反応は、銅の中の水がH2とCO2に転換することであろう。他の同様の還元性反応も恐らく平衡混合物中で同時に起きるだろうが、これもプロセスを制御するために正確に測定できる。
読み取り値は棒材の表面品質と相関することが知見されていたので、アナライザの読み取り値を使用して制御ユニット22を使用するプロセスを制御することは本発明の重要な特徴である。
典型的な操作では、プローブ15を活性化し、読み取り値を得る。もしも平衡後の読み取り値が所望の設定点にある場合、プロセスは変更しない。読み取り値が高かったら、燃料/空気比を下げて所望の読み取り値にする。かくして、銅のO2含有量が高い場合、シャフト炉バーナーの燃料/空気比は通常増加する。酸素レベルは通常変動せず、継続してモニターされ、所望の操作レベルに保持される。本発明の方法を使用して市販のシャフト炉及び鋳造機及び圧延機を操作することにより、ガス分析プローブを使用しないで操作した場合よりも表面欠陥の少ない棒材が制御化プロセスで得られた。
スチール製造プロセスでのガス抜き操作などの他の金属製造操作では、ガスアナライザシステム内のキャリヤガスとしてCOまたは他の還元性ガスを使用してプローブを溶融したスチール(金属)内に挿入する。読み取り値が得られ、これは溶融したスチール中の水素及び他のガス含有量と相関させることができ、この値に基づいてガス抜き操作を制御する。真空、散布または化学反応を使用して、上記の如くガス値をベースとしてプロセスを制御することができる。
特定の好ましい態様に関連して本発明を記載してきたが、当業者には上記記載を参照して種々の変更及び変形が可能であろう。従って、付記特許請求の範囲は、これらの全ての変更及び変形を本発明の趣旨及び範囲内に含むものと考えられる。
【図１】
0003981157.tif 000002
【図２】
0003981157.tif 000003