(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料流入口を備える筒状本体部内に、金属製の溶融金属採取室を設けるとともに、先端測温部が前記溶融金属採取室内に位置され、該溶融金属採取室内に前記試料流入口を通じて流入する溶融金属試料の凝固温度を測定するための熱電対を設けた溶融金属試料採取プローブにおいて、前記溶融金属採取室を、内側の金属製薄型採取容器と、該採取容器に隙間を介して外装される金属製外装体とより構成し、前記金属製外装体を、該薄型採取容器の外径寸法よりも大きな内径寸法を有する両端開放の筒状部材としたことを特徴とする溶融金属試料採取プローブ。
【請求項２】
前記金属製薄型採取容器を、底部から高さ方向に沿って次第に薄肉に形成し、前記熱電対の測温部が位置する高さでの肉厚を２．０〜４．０ｍｍに設定してなる請求項１記載の溶融金属試料採取プローブ。
【請求項３】
前記薄型採取容器と金属製外装体との間に、全周にわたって紙製シート体を介装してなる請求項１又は２記載の溶融金属試料採取プローブ。
【請求項４】
前記薄型採取容器の底部に、外側面が前記金属製外装体の外側面と略面一となる紙製の筒状支持体を取り付け、該筒状支持体の前記薄型採取容器底部より外方に突出しているフランジ部分で前記薄型採取容器に装着した金属製外装体を係止してなる請求項１〜３の何れか１項に記載の溶融金属試料採取プローブ。
【請求項５】
前記薄型採取容器の外側面より底部側に延びる金属製薄板を単又は複数設け、該金属製薄板に対して前記筒状支持体を固定してなる請求項４記載の溶融金属試料採取プローブ。
【請求項６】
前記筒状支持体を、外側面が前記薄型採取容器の外側面と略面一となる筒状の内側支持体と、該内側支持体に外装され、外側面が前記金属製外装体の外側面と略面一となる外側支持体とより二重筒構造に構成し、前記金属製薄板をこれら内側支持体と外側支持体の間に挟み込んで固定してなる請求項５記載の溶融金属試料採取プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属のサンプルを取得して元素分析できるとともにカーボンの凝固温度測定を行うことのできる溶融金属試料採取プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の溶融金属試料採取プローブは、従来、試料流入口を備える筒状本体部内に金属製の溶融金属採取室と該溶融金属採取室内に試料流入口を通じて流入する溶融金属試料の凝固温度を測定するための熱電対を設けたものが種々提供されている（例えば、特許文献１、２参照。）。これら従来からの溶融金属試料採取プローブは、溶融金属が流入する採取室が上端開口した採取容器より構成され、上記凝固温度の測定とともに、該採取容器内で凝固したサンプルが後で取り出され元素分析等される。
【０００３】
このサンプル取り出しに際し、とくに自動サンプル搬送装置が設置されている製鉄所においてはロボットハンドでプローブごと採取容器の位置を把持して固定し、上部を切断してプローブを逆転させることによりサンプルを取り出すが、このプローブ固定の際、採取容器の強度が不足していると採取室が押し潰され、中の凝固サンプルに圧力がかかり取り出せなくなる虞がある。また、採取容器自体、高温に耐える必要がある。よって、採取容器は最低限の厚さ寸法が維持されている。しかしながら、このような採取容器に流入した溶融金属の凝固温度を測定すると、後述する図５（ｂ）のグラフに示すように凝固温度波形のフラット部分が短く不安定であり、測定精度の向上に一定の限界があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１４１２７号公報
【特許文献２】特開２０００−２８４３８号公報
【発明の開示】
【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、測定精度をより向上できる溶融金属試料採取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】
本発明者は、前述の課題解決のために鋭意検討した結果、溶融金属採取室を構成している採取容器を薄型化することで、流入した溶融金属試料が冷め難くなり凝固温度波形のフラット部分を長く安定化させることが可能になるとともに、薄型化による採取容器の強度の低下については該容器を隙間を介した二重構造とすることで冷め難くさを維持しつつ強度を補強できる点を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、試料流入口を備える筒状本体部内に、金属製の溶融金属採取室を設けるとともに、先端測温部が前記溶融金属採取室内に位置され、該溶融金属採取室内に前記試料流入口を通じて流入する溶融金属試料の凝固温度を測定するための熱電対を設けた溶融金属試料採取プローブにおいて、前記溶融金属採取室を、内側の金属製薄型採取容器と、該採取容器に隙間を介して外装される金属製外装体とより構成したことを特徴とする溶融金属試料採取プローブである。
【０００８】
ここで、前記金属製薄型採取容器を、底部から高さ方向に沿って次第に薄肉に形成し、前記熱電対の測温部が位置する高さでの肉厚を２．０〜４．０ｍｍに設定することが好ましい。
【０００９】
また、前記薄型採取容器と金属製外装体との間に、全周にわたって紙製シート体を介装したものが好ましい。
【００１０】
また、前記金属製外装体を、該薄型採取容器の外径寸法よりも大きな内径寸法を有する両端開放の筒状部材としたものが好ましい。
【００１１】
また、前記薄型採取容器の底部に、外側面が前記金属製外装体の外側面と略面一となる紙製の筒状支持体を取り付け、該筒状支持体の前記薄型採取容器底部より外方に突出しているフランジ部分で前記薄型採取容器に装着した金属製外装体を係止するものが好ましい。
【００１２】
特に、前記薄型採取容器の外側面より底部側に延びる金属製薄板を単又は複数設け、該金属製薄板に対して前記筒状支持体を固定したものが好ましい。
【００１３】
更に、前記筒状支持体を、外側面が前記薄型採取容器の外側面と略面一となる筒状の内側支持体と、該内側支持体に外装され、外側面が前記金属製外装体の外側面と略面一となる外側支持体とより二重筒構造に構成し、前記金属製薄板をこれら内側支持体と外側支持体の間に挟み込んで固定したものが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上にしてなる本願発明に係る溶融金属試料採取プローブは、内側の金属製薄型採取容器と該採取容器に隙間を介して外装される金属製外装体とで溶融金属採取室を構成したので、薄型の採取容器内に流入した溶融金属を冷め難くし、カーボン凝固温度のフラット部分（波形平衡部）が長く安定するようにして測定精度を著しく向上させることができると同時に、その外側に金属製外装体を設けているので、薄型化した溶融金属採取室の機械的強度を確実に補強し、ロボットハンドで把持しても変形せずに凝固したサンプルをスムーズに取り出すことができる。また、両者間には隙間が存在するため薄型採取容器から金属製外装体への熱伝導を防止でき、上記溶融金属の冷め難くい現象をそのまま維持でき、金属製外装体の伝熱による変形も防止できる。
【００１５】
また、金属製薄型採取容器を底部から高さ方向に沿って次第に薄肉に形成し、前記熱電対の測温部が位置する高さでの肉厚を２．０〜４．０ｍｍに設定したので、最低限の強度を維持しつつ少なくとも熱電対の測温部付近の溶融金属が冷め難くなる。
【００１６】
また、薄型採取容器と金属製外装体との間に全周にわたって紙製シート体を介装したので、薄型採取容器と金属製外装体の直接接触が避けられ、接触による熱伝導によって溶融金属が冷めてしまうことを防止できるとともに、薄型採取容器及び金属製外装体が熱変形することも防止できる。
【００１７】
また、金属製外装体を薄型採取容器の外径寸法よりも大きな内径寸法を有する両端開放の筒状部材としたので、隙間を維持して熱伝導や金属製外装体の変形を回避できるとともに装着容易であり、試料採取後の取り外しも容易である。また、筒状部材で構成したので薄型採取容器を全周にわたり確実に補強することができる。
【００１８】
また、薄型採取容器の底部に外側面が前記金属製外装体の外側面と略面一となる紙製の筒状支持体を取り付け、該筒状支持体の前記薄型採取容器底部より外方に突出しているフランジ部分で前記薄型採取容器に装着した金属製外装体を係止したので、薄型採取容器底部からの伝熱が遮断でき、先端測温センサのリード線に伝熱してその測定を乱すことを防止できるとともに、金属製外装体を係止し、軸方向へのズレ落ちを防止できる。
【００１９】
また、薄型採取容器の外側面より底部側に延びる金属製薄板を単又は複数設け、該金属製薄板に対して前記筒状支持体を固定したので、筒状支持体を簡単な構造で確実に固定でき、熱伝導も金属製薄板を介した最小限の伝熱となる。
【００２０】
また、筒状支持体を外側面が前記薄型採取容器の外側面と略面一となる筒状の内側支持体と、該内側支持体に外装され、外側面が前記金属製外装体の外側面と略面一となる外側支持体とより二重筒構造に構成し、前記金属製薄板をこれら内側支持体と外側支持体の間に挟み込んで固定したので、筒状支持体を容易且つ確実に固定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明に係る溶融金属試料採取プローブ１の概略構成を示す要部断面図であり、図１〜４は代表的実施形態を示し、図中符号１は溶融金属試料採取プローブ、２は筒状本体部、３はサブスリーブ、４は中軸管、５はカーボンセンサ、６は溶融金属採取室をそれぞれ示している。
【００２３】
溶融金属試料採取プローブ１は、図１に示すように、筒状本体部２の先端側にセラミックヘッド１０を介して測温センサ１１のカバー部材１３が突設され、基端側に中軸管４が内嵌接合されるとともに、この中軸管４に外嵌接合し且つ後方の図示しないホルダーに連結するサブスリーブ３が設けられている。筒状本体部２の紙製外管２０の内部には、熱電対８よりなるカーボンセンサ５、溶融金属採取室６、アルミニウム等のキル材７０を有する脱酸室７などが設けられており、外管２０の脱酸室７に対応する位置には流入口２１が開設されている。流入口２１から流入した溶融金属は、脱酸室７内のキル材７０で脱酸された後、溶融金属採取室６内に流入し、カーボンセンサ５により凝固温度が測定されるとともに凝固したサンプルが元素分析されることとなる。
【００２４】
本発明では特に、溶融金属採取室６が内側の金属製薄型採取容器６０と該採取容器６０に隙間を介して外装される金属製外装体６１とで構成され、溶融金属採取室の溶融金属を冷め難くして熱電対８で測定されるカーボン凝固温度の波形平衡部を安定化させることができると同時に、薄型採取容器６０の機械的強度を確実に補強してロボットハンドによる把持でも採取室が変形せずにサンプルの取り出しを可能とし、隙間を介したことで金属製外装体への熱伝導及びそれによる外装体の変形も防止できることを特徴としている。
【００２５】
測温センサ１１は、鉄製のカバー部材１３で覆われた内部に、図示しないアーチ状の石英保護管付き熱電対を配設したものであり、その頂点付近に熱電対の測温接点を有した測温部を備えている。またカバー部材１３はさらに紙キャップ１２で覆われている。熱電対によって測定される測温値は、溶融金属の温度変化をリアルタイムに測温する為の手段として利用される。
【００２６】
またカーボンセンサ５は、先端の測温部８１が溶融金属採取室６内の深さ方向略中央に位置される熱電対８より構成されており、この熱電対８は脱酸室７でサポータ８０により固定されている。溶融金属採取室６内に溶融金属が流入すると、熱電対８によりその凝固温度が測定され、後方に位置する測定器により溶鋼中の炭素濃度が算出される。
【００２７】
溶融金属採取室６を構成している薄型採取容器６０は、図２に示すように底部から高さ方向に沿って次第に薄肉となるテーパー状に構成されており、具体的には熱電対８の測温部８１が位置する高さでの肉厚ｔは２．０〜４．０ｍｍとなるように設定され、少なくとも測温部８１にて溶融金属の冷却速度が遅くなるようにされている。２．０ｍｍよりも薄いと強度が不足し、４．０ｍｍよりも厚いと冷却速度が速くなり凝固温度波形に安定した平衡部が得られなくなる。肉厚ｔは、より好ましくは２．５〜３．０ｍｍ、更に好ましくは２．７〜２．８ｍｍに設定される。
【００２８】
ただし、溶融金属採取室の全体の容量は従来と同じに設定され、側壁が薄くなった分、底壁の厚みは従来より厚く設定されている。このように底壁が厚くなると底壁に接する底部分から先に冷却され、サンプル切断分析位置に引け巣（サンプル分析不良の原因となる）が生じにくくなるメリットがある。尚、側壁を上記のようなテーパー状とせず、高さ方向に沿って均一な肉薄構造とすることも可能である。
【００２９】
薄型採取容器６０の外側に装着される金属製外装体６１は、薄型採取容器６０の外径寸法よりも大きな内径寸法を有する両端開放の筒状部材で構成されており、内部の溶融金属が冷め難くい薄型の採取容器を採用しつつ金属製外装体６１を断熱性の高い空気層の隙間を介して外周に配置することで、断熱効果を維持するとともに金属製外装体６１自体の熱変形も防止し、薄型採取容器６０の機械的強度を確実に補強している。この隙間は、例えば１ｍｍ以下とされ、本例では０．７５ｍｍ程度の隙間が維持されている。このように外側の金属製外装体６１はロボットハンドによる把持によっても採取室が変形しないように補強するための部材であり、金属製の構造用強化パイプが用いられ、内側の薄型採取容器６０と略同じ高さに設定されている。符号６５は上端部において両者の隙間を封止するシール材である。
【００３０】
本例では金属製外装体６１を構造用強化パイプを切断した一体の筒状体で構成されているが、本発明はこのような外装体の構造に何ら限定されず、例えば図４（ａ）に示すように半割状等の分割部材６１Ａ，６１Ｂを組み合わせて構成したものや、図中（ｂ）に示すように長手方向に亘るスリット６１ｄを設けて断面視略Ｃ字状に構成したもの、或いは図中（ｃ）に示すように長手方向に延びるスリット６１ｄを周方向に複数設けたもの等、補強目的に適うものであれば種々の構造を採用できる。
【００３１】
薄型採取容器６０と金属製外装体６１との間には、図２に示すように全周にわたって紙製シート体６２が介装され、両者間の直接接触による熱伝導を回避している。紙製シート体６２は、図３に示すように薄型採取容器６０の外周部分に紙製テープを巻回したものであり、その巻回厚みは薄型採取容器６０と金属製外装体６１の隙間よりも薄く、且つ少なくとも後述の金属製薄板６３よりも厚く設定され、金属製薄板６３が金属製外装体６１の内周面に直接接触して該薄板を介して熱伝導が生じないようにされている。本例では薄型採取容器６０と金属製外装体６１との間の隙間（約０．７５ｍｍ）に対して紙製シート体６２の厚みを１／４〜１／３程度（約０．２ｍｍ）とし、接触を回避しつつ十分な空気層の厚みが維持されている。
【００３２】
紙製シート体６２としては、このように紙製テープを巻回すること以外に、紙製筒体を薄型採取容器６０の外周面に装着するものや、その他の構成でもよい。また、紙製シート体６２は必ずしも必須の部材ではなく、例えば薄型採取容器６０の外周面上に突起部を周方向に複数設け、金属製外装体６１との接触を該突起部のみで最小限に抑える構造も好ましい。
【００３３】
薄型採取容器６０の底部６０ｂには紙製の筒状支持体９が同軸状に取り付けられ、該筒状支持体９の薄型採取容器底部６０ｂよりも外方に突出しているフランジ部分９ｃで該薄型採取容器底部６０ｂに外装される金属製外装体６１の下端部が係止されている。筒状支持体９の外側面９ａは係止している金属製外装体６１の外側面６１ａと略面一となるように設定されているが、これはプローブ内に装着しやすいように考慮されたものであり、特に限定されるものではない。
【００３４】
筒状支持体９は、筒状の内側支持体９０とこれに外装される同じく筒状の外側支持体９１とよりなる二重筒構造とされており、内側支持体９０の外側面は薄型採取容器６０の外側面と略面一に設定され、外側支持体９１の外側面は上述のとおり金属製外装体６１の外側面と略面一に設定されている。そして、薄型採取容器６０の外側面上の１８０°対向する位置に溶接等でそれぞれ底部側に向けて金属製薄板６３，６３が延設され、該金属製薄板６３，６３をこれら内側支持体９０と外側支持体９１の間に挟み込み、外側支持体９１の外側方から打ち込んだステープル６４を介して内側支持体９０及び外側支持体９１が金属製薄板６３，６３に対して一体的に固定されている。
【００３５】
尚、筒状支持体９はこのように二重筒構造とすることなく金属製薄板６３を差し込む等により薄型採取容器６０の底部に固定することも可能である。また、金属製薄板６３を介することなく直接接着等により固定してもよい。更に、ステープル以外にネジやリベット、釘等を用いて固定することも可能である。
【００３６】
筒状支持体９の内部には、溶融金属採取室６の熱が底部６０ｂから測温センサ１１側に伝わることを遮断するセラミック製のフィルタ９２（綿状の部材）が設置されており、これにより測温センサ１１のリード線に伝熱してその測定を乱すことが防止される。
【００３７】
中軸管４は、測温センサ１１及びカーボンセンサ５から導出されるリード線を接続したコネクタ４０が内部に設けられており、サブスリーブ３の図示しない電気接点と接続して各センサからの信号を外部に伝送するように構成されている。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、例えば測温センサがないものや他のセンサを併設したものなど、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。
【実施例】
【００３９】
図１に示した溶融金属試料採取プローブのサンプル（実施例１）、該プローブの薄型採取容器及び金属製外装体の代わりに、従来からの厚肉の採取容器を装着したサンプル（比較例１）を作製し、これらサンプル（実施例１、比較例１）を用いて同一条件下で転炉内の溶鋼温度および凝固温度を測定した。なお、カーボンセンサの温接点位置は、実施例１が採取室底面より３１．５ｍｍの位置、比較例１が採取室底面より３４ｍｍの位置にあり、各位置での採取容器の側壁厚みは、実施例１が２．７７ｍｍ、比較例１が４．９５ｍｍであった。
【００４０】
測定結果の一例を図５のグラフに示す。図中（ａ）のグラフは実施例１、図中（ｂ）のグラフは比較例１のサンプルによる測定結果を示し、横軸は経過時間（秒；sec）を示している。図５の測定結果より、実施例１では比較例１に比べて溶鋼温度が高くないのに、凝固温度波形の波形平衡部ｓがより高温域で現われ、且つ２倍程度の長く安定したものとなり、測定精度を著しく向上できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の代表的実施形態に係る溶融金属試料採取プローブの概略構成を示す要部断面図。
【図２】同じく溶融金属試料採取プローブの溶融金属採取室を構成する各部材を示す断面図。
【図３】薄型採取容器、金属製外装体及び筒状支持体の分解斜視図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は金属製外装体の変形例を示す斜視図。
【図５】転炉内の溶鋼温度および凝固温度を測定した結果のグラフであり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１のグラフ。
【符号の説明】
【００４２】
１  溶融金属試料採取プローブ      ２  筒状本体部
３  サブスリーブ                  ４  中軸管
５  カーボンセンサ                ６  溶融金属採取室
７  脱酸室                        ８  熱電対
９  筒状支持体                    ９ａ  外側面
９ｃ  フランジ部分                １０  セラミックヘッド
１１  測温センサ                  １２  紙キャップ
１３  カバー部材                  ２０  紙製外管
２１  流入口                      ４０  コネクタ
６０  薄型採取容器                ６０ｂ  底部
６１  金属製外装体                ６１ａ  外側面
６１ｄ  スリット                  ６１Ａ，６１Ｂ  分割部材
６２  紙製シート体                ６３  金属製薄板
６４  ステープル                  ６５  シール材
７０  キル材                      ８０  サポータ
８１  測温部                      ９０  内側支持体
９１  外側支持体                  ９２  フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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