JP2002168851A - 溶融金属の成分測定方法および溶融金属の成分制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融金属バルク条件にかかわらず常に安定し
た測定面を得ることができ、その測定面を用いて非接触
型の溶融金属成分測定装置により溶融金属の成分測定を
行うことができる溶融金属の成分測定方法およびそれを
用いた溶融金属の成分制御方法を提供すること。 【解決手段】 筒状をなすプローブ本体２内に溶融金属
をサンプリングし、プローブ本体２内にサンプリングさ
れた溶融金属表面に向けて上方から雰囲気圧より高い圧
力の気体を連続的に供給するとともに、プローブ本体２
の側壁から連続的にその気体を排出することにより溶融
金属表面に測定面Ｓを形成し、その測定面Ｓを用いて非
接触型の溶融金属成分測定装置により溶融金属の所定成
分を測定する。また、その測定結果に基づいて溶融金属
の成分制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融状態を保った
ままプローブによりサンプリングして溶融金属の成分を
測定する溶融金属の成分測定方法およびそれに基づいて
溶融金属の成分を制御する溶融金属の成分制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】転炉吹錬においては、上吹きまたは底吹
き酸素によって主として脱炭を目的とした酸化精錬が行
われている。近年、溶銑予備処理プロセスの発達によ
り、転炉吹錬で発生するスラグ量を飛躍的に低減させる
ことが可能となっている。これは、脱燐工程が、多くの
スラグを必要とする転炉吹錬での脱燐工程から、転炉吹
錬前の予備処理段階で実施されるようになったためであ
るが、このようなスラグが少ない転炉吹錬では、例えば
吹錬中のＭｎ鉱石の溶融還元など、大量のスラグ下では
困難であった新たな機能の付加が可能になっている。

【０００３】Ｍｎについては、吹錬終了後に高価なＭｎ
源を添加することで調整されていたが、このような炉内
での溶融還元にてＭｎ濃度を上昇させることができれば
大きな合理化につながることはいうまでもない。

【０００４】しかしながら、炉内還元では吹錬中の高精
度な反応挙動の把握は困難であり、反応の高効率化およ
び終点での成分把握が大きな課題となる。すなわち、反
応中の成分挙動を高精度に把握することが急務となる。

【０００５】従来では、吹錬前の成分や吹錬条件から、
吹錬中成分挙動推定モデルにより大まかな成分推定を行
っている。しかしながら、高精度な成分推定は極めて困
難であるため、最終的には吹錬後の分析などを経て、高
価なＭｎ源による成分調整が不可欠となり、やはり高価
なＭｎ源が相当量必要であり、高価なＭｎ源の大量使用
によるコスト増をもたらすとともに分析などによる製鋼
時間の延長も避けられない。

【０００６】ここで、吹錬中の溶鋼成分を適宜測定する
ことが可能となれば、吹錬終点の成分調整に向けたダイ
ナミック制御が可能となり、成分制御の大幅な高精度化
を図ることができる。そして、吹錬前後での迅速な成分
測定は製鋼時間短縮などのような高効率化にもつなが
る。

【０００７】溶鋼のような溶融金属中の成分を迅速に測
定する方法としてレーザー等を利用した非接触の測定方
法が種々提案されている。中でもレーザーを溶融金属表
面に照射し、その成分を測定するものが主流である。

【０００８】例えば、特開昭６０−４２６４４号公報に
は、ガスの吹き込みを利用した発光分析による溶湯成分
測定法が開示されている。この公報に記載された測定法
は、ガスの吹き込み時に生じるガス、溶湯界面を利用し
測定を行おうとするものであるが、ガスのバブリングに
よる界面の攪乱が大きく、また、羽口近傍の鉄付着によ
る羽口閉塞などの問題点も多々あり、安定した測定面を
容易に得ることができない。また、レーザー測定法の特
性などからレーザー発光・受光部を界面近傍に設置する
必要が生じるため、継続的な使用には課題があり、レー
ザー装置、発光部・受光部の定常的な精錬用器への設置
に対する装置の耐久性などの課題がある。このように、
この技術は、いかにして安定した測定界面を容易に得ら
れるかが重要な点となる。

【０００９】安定した測定面を得ようとする方法として
は、例えば、特開昭６１−１８１９４６号公報のよう
に、サブランスの消耗型プローブを利用した方法を挙げ
ることができる。この公報に開示された技術において
は、プローブ内部に溶融金属を導入し測定表面を得てい
るが、この技術では大気開放状態で溶融金属を導入して
いるため、プローブ内の湯面位置、湯面変動などの湯面
条件は溶融金属バルクの湯面状態に左右される。すなわ
ち、プローブを使用しているため溶融金属表面の攪乱の
影響をある程度防止することができるものの、バルクに
大きな乱れが存在したり湯面位置が大きく変わる場合に
は、安定かつ一定した湯面が得られず、測定には困難性
を伴う。

【００１０】このように、プローブ内に溶融金属をサン
プリングしてその成分測定を行う技術においては、いか
にして十分に安定した測定面を得ることを可能とするか
が重要な点となるが、十分に安定した測定面を得る技術
は未だ確立されていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、溶融金属バルク条件にか
かわらず常に安定した測定面を得ることができ、その測
定面を用いて非接触型の溶融金属成分測定装置により溶
融金属の成分測定を行うことができる溶融金属の成分測
定方法およびそれを用いた溶融金属の成分制御方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を行った結果、溶融金属に浸漬さ
れるプローブ本体に雰囲気圧より高い気体を導入し、溶
融金属の近傍部分でその気体を排出することによって、
強攪拌下の溶融金属または表面に大きな攪乱が存在して
いるような溶融金属においても安定な溶融金属表面を容
易に得ることができ、その溶融金属表面を測定面として
用いることにより高精度かつ迅速な溶融金属の成分測定
を実現可能なことを見出した。

【００１３】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、以下の（１）〜（１５）を提供する。

【００１４】（１）溶融金属サンプリング用のプローブ
の筒状をなすプローブ本体内に溶融金属をサンプリング
し、プローブ本体内にサンプリングされた溶融金属表面
に向けて上方から雰囲気圧より高い圧力の気体を連続的
に供給するとともに、プローブ本体の側壁から連続的に
その気体を排出することにより溶融金属表面に測定面を
形成し、その測定面を用いて非接触型の溶融金属成分測
定装置により溶融金属の所定成分を測定することを特徴
とする溶融金属の成分測定方法。

【００１５】（２）上記（１）において、前記プローブ
はサブランスの先端に取り付けられた状態で溶融金属の
サンプリングに供されることを特徴とする溶融金属の成
分測定方法。

【００１６】（３）上記（１）または（２）において、
前記プローブ本体の溶融金属導入部近傍に温度測定装置
を設け、溶融金属の所定成分測定の際に溶融金属の温度
を測定することを特徴とする溶融金属の成分測定方法。

【００１７】（４）上記（３）において、前記測定面を
用いて前記非接触型の溶融金属成分測定装置により溶融
金属の所定成分を測定する際、前記測定面から放射され
る輻射光を測定し、その強度と溶融金属の温度との関係
から溶融金属の測定面の形成の良否を判定することを特
徴とする成分測定方法。

【００１８】（５）上記（１）から（４）のいずれかに
おいて、前記溶融金属は溶鋼であることを特徴とする溶
融金属の成分測定方法。

【００１９】（６）上記（１）から（５）のいずれかに
おいて、前記溶融金属成分測定装置と前記測定面との間
の一部または全部において、供給ガス流速を１０ｍ／ｓ
以上とすることを特徴とする溶融金属の成分測定方法。

【００２０】（７）上記（５）または（６）において、
前記プローブ本体にサンプリングされた溶鋼の炭素量を
測定する炭素測定装置を設け、溶鋼の所定成分を測定す
る際に溶鋼の炭素濃度を測定することを特徴とする溶融
金属の成分測定方法。

【００２１】（８）上記（１）から（７）のいずれかに
おいて、前記プローブにより間欠的に溶融金属をサンプ
リングして所定の成分を測定することを特徴とする溶融
金属の成分測定方法。

【００２２】（９）筒状をなすプローブ本体内に溶融金
属をサンプリングし、プローブ本体内にサンプリングさ
れた溶融金属の表面に向けて上方から雰囲気圧より高い
圧力の気体を連続的に供給するとともに、プローブ本体
の側壁から連続的にその気体を排出することにより溶融
金属表面に測定面を形成し、その測定面を用いて非接触
型の溶融金属成分測定装置により溶融金属の成分を測定
し、その測定結果に基づいて溶融金属の成分制御を行う
ことを特徴とする溶融金属の成分制御方法。

【００２３】（１０）上記（９）において、前記プロー
ブはサブランスの先端に取り付けられた状態で溶融金属
のサンプリングに供されることを特徴とする溶融金属の
成分制御方法。

【００２４】（１１）上記（９）または（１０）におい
て、前記プローブ本体の溶融金属導入部近傍に温度測定
装置を設け、溶融金属の所定成分測定の際に溶融金属の
温度を測定することを特徴とする溶融金属の成分制御方
法。

【００２５】（１２）上記（９）から（１１）のいずれ
かにおいて、前記溶融金属は溶鋼であり、吹錬における
溶鋼の成分制御を行うことを特徴とする溶融金属の成分
制御方法。

【００２６】（１３）上記（１２）において、前記プロ
ーブ本体にサンプリングされた溶鋼の炭素量を測定する
炭素測定装置を設け、溶鋼の所定成分を測定する際に溶
鋼の炭素濃度を測定することを特徴とする溶融金属の成
分制御方法。

【００２７】（１４）上記（１２）または（１３）にお
いて、前記吹錬における溶鋼の成分制御は、溶鋼に対す
る送酸制御、溶鋼攪拌条件制御、および副原料添加のう
ち少なくとも１種により行われることを特徴とする溶融
金属の成分制御方法。

【００２８】（１５）上記（９）から（１４）のいずれ
かにおいて、前記プローブにより間欠的に溶融金属をサ
ンプリングして所定の成分を測定することを特徴とする
溶融金属の成分制御方法。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の
一実施形態に係る溶融金属の成分測定方法を実施するた
めのプローブを模式的に示す断面図である。

【００３０】この溶融金属の成分測定用プローブ１は、
有底筒状のプローブ本体２を有しており、溶融金属とし
て例えば溶鋼の成分測定に用いられる。プローブ本体２
の下部側面には、溶融金属（溶鋼）をサンプリングする
サンプリング孔３が設けられている。このサンプリング
孔３の上方に気体排出孔４が設けられている。そして、
プローブ本体２の気体排出孔４より下の部分は溶融金属
がサンプリング保持されるサンプリング室５となってい
る。なお、この図では１個のサンプリング孔３と２個の
気体排出孔４が設けられているが、これらの個数はこれ
に限るものではない。また、サンプリング孔と気体排出
孔とを別個に設けているが、サンプリング孔と気体排出
孔を共通としてもよい。

【００３１】このプローブ本体２にサンプリング保持さ
れた溶融金属Ｌは溶融状態で成分測定に供される。した
がって、溶融金属を溶融状態に保つ必要があり、そのた
めにプローブ本体２の溶融金属保持部分は高断熱性材料
で構成されていることが好ましい。このような高断熱性
材料としては耐火物を挙げることができる。また、砂型
で構成されていても高い断熱性を得ることができる。ま
た、プローブ本体２を紙等の消耗材料で形成して消耗型
のプローブとすることも可能である。

【００３２】また、プローブ１は、プローブ本体２内に
雰囲気圧より高い圧力の気体を上方より導入する気体導
入手段（図示せず）を有している。そして、図示のよう
にプローブ本体２を溶融金属Ｌ内に浸漬させた際に、導
入された気体がプローブ本体２内に溶融金属の測定面Ｓ
が形成されるようにプローブ本体２に形成された気体排
出孔４から気体を排出する。すなわち、気体導入手段と
気体排出孔４とで測定面形成手段を構成する。なお、導
入する気体としては、Ａｒ等の不活性ガスや、Ｎ_２等の
溶融金属との反応性が低いものが好ましい。

【００３３】プローブ本体２の先端部７のサンプリング
室５側にはカーボンデターミネータ（ＣＤ）８が設けら
れており、溶融金属の凝固温度から溶融金属（溶鋼）の
炭素濃度を測定するようになっている。また、先端部７
の外側には溶融金属（溶鋼）の温度を測定する温度セン
サー９が設けられている。なお、ここには示していない
が、溶融金属の酸素濃度を測定する酸素センサーを設け
ることもできる。

【００３４】プローブ本体２の上部には、上方からプロ
ーブホルダー１０が嵌め込まれており、プローブホルダ
ー１０内には成分測定装置の一部を構成する先端光学系
１１が設けられいる。先端光学系１１はレンズ１２を有
しており、発振レーザー光をレンズ１２を介してサンプ
リング室５内の溶融金属（溶鋼）Ｌに導く光ファイバー
１３と、サンプリング室５内の溶融金属（溶鋼）の測定
面Ｓで反射したレーザー光を測定器へ導く光ファイバー
１４とが設けられている。光ファイバー１４はレンズ１
２を通過する前に反射光を受光するようにレンズ１２を
突き抜けて設けられている。また、サンプリング室５の
溶融金属（溶鋼）Ｌの表面には溶融金属の蒸気層１５が
存在している。このように先端光学系１１をプローブホ
ルダー１０に保持させ、プローブ本体２と分離可能とす
ることにより、プローブ本体２を容易に消耗型とするこ
とができる。したがって、従来のサブランスプローブと
同様に扱うことができ、実用上有利である。

【００３５】プローブ本体２の気体排出孔４から上の先
端光学系１１までの部分は光路が形成される空間１６と
なっており、プローブ本体２のその空間１６に対応する
部分の内側には管部材１７が嵌め込まれている。管部材
１７は鉄や耐火物等の溶融金属の成分測定に影響を与え
る物質が発生しない材料で形成されており、この管部材
１７の存在により空間１６に測定光に影響を与える物質
が出現することを防止することができる。つまり、この
ような管部材１７を設けることにより、外部から空間１
６に測定光に影響を与える物質が侵入すること、および
管部材１７から空間１６に測定光に影響を与える物質が
供給されることの両方を防止することができる。特に、
プローブ本体２が紙等を用いた消耗型のものである場合
にはプローブ本体２を溶融金属に浸漬させた際に発煙に
より光路が確保されず測定に支障を来すおそれがある
が、このように管部材１７を設けることにより、このよ
うなことを回避することができる。

【００３６】また、溶融金属がプローブ本体２内に急激
に流入する際、または溶鋼の場合には急激な脱炭反応が
生じた際には、溶融金属（溶鋼）が飛散して測定系全体
に大きな悪影響を及ぼす場合があるが、この場合には測
定部（先端光学系１１）と溶融金属表面（測定面Ｓ）と
の間に石英等の溶融金属の成分測定に必要な光の少なく
とも一部は透過させる遮蔽板を設けることが有効であ
る。また、溶鋼の場合には、サンプリング室５等にあら
かじめＡｌ，Ｓｉ等の脱酸材を入れておくことも有効で
ある。さらに、予備実験により、導入するガス流速を部
分的にまたは全体的に１０ｍ／ｓ以上に確保すると脱炭
反応などの際の溶鋼の飛散による測定系への悪影響を著
しく軽減することができた。

【００３７】次に、以上のように構成されるプローブ１
でサンプリングした溶融金属（溶鋼）における成分測定
動作について説明する。まず、上述の気体導入手段（図
示せず）からプローブ本体２内に雰囲気圧よりも高圧の
気体（例えばＡｒ、Ｎ_２）を導入し、気体排出孔４から
排出させる。

【００３８】この状態でプローブ本体２を溶融金属（溶
鋼）Ｌに浸漬する。浸漬は気体排出孔４が完全に浸漬さ
れる深さまで行う。このようにプローブ本体２を浸漬さ
せることにより溶融金属（溶鋼）Ｌはサンプリング孔３
から侵入し、プローブ本体２内のサンプリング室５に充
填されるが、溶融金属の静圧に十分勝る圧力で気体を導
入することによって、気体は気体排出孔４より強制的に
排出・バブリングされる。この作用により、溶融金属バ
ルクの表面にいかなる攪乱が存在しても、また、いかな
る深さでプローブ本体２を浸漬させても、プローブ本体
２の気体排出孔４の直下位置に安定した溶融金属表面が
形成される。したがって、これを測定面Ｓとして使用す
ることにより、非接触型成分測定方法によって常に安定
した成分測定、例えばＭｎの測定を行うことができる。
本実施形態においては、このような安定した測定面にレ
ーザー光を照射して、原子吸光法により成分測定を行
う。すなわち、照射したレーザー光がプローブ本体２の
サンプリング室５内の溶融金属Ｌに照射された際に溶融
金属Ｌ上の蒸気層１５を通過するため、その際の光強度
の変化から特定成分の測定を行うことができる。

【００３９】プローブ本体２の浸漬深さは、気体排出孔
４の直上位置までで十分であるが、バルクの溶融金属表
面に大きな攪乱が存在するような場合には、湯面変動が
激しいため、十分余裕を持った深さまで浸漬させること
が必要となる。転炉吹錬の場合には、気体排出孔４の上
部３００〜１０００ｍｍ程度の浸漬が適当である。

【００４０】ただし、バルクの溶融金属表面の攪乱が大
きく湯面変動が激しいため、例えば湯面変動で湯面が上
昇したとき溶融金属がサンプリング室５内へ導入される
が、湯面が下降したとき溶融金属がサンプリング室５へ
導入されない場合など、溶融金属のサンプリング室５へ
の導入が不十分となる場合があるときは、溶融金属表面
から放射される輻射光を測定し、その強度と、温度セン
サー９で測定した温度とを比較して、予め求めておいた
関係式から溶融金属の導入状況の良否を判定することが
できる。溶融金属のサンプリング室５への導入が不完全
な場合は、導入された溶融金属がサンプリング室５で急
激に冷却されるため、正常な湯面形成時の溶融金属の温
度で放射される輻射光強度に対して小さい値となるの
で、予め正常な湯面形成時の溶融金属温度と輻射光強度
との関係を求めておき、測定時に輻射光強度を測定して
予め求めた関係式と比較して溶融金属の導入状況すなわ
ち測定面の良否を判定することができる。

【００４１】なお、非測定時にはプローブ本体２内部へ
の気体導入は不要であるが、溶融金属飛散、粉塵などの
外乱が存在する場合には、プローブ本体２の内部への異
物侵入を防止するために、常時気体をプローブ本体２内
に導入しつつ気体排出孔４等から排出しておくことが望
ましい。

【００４２】また、上述のようにプローブ本体２の先端
部７に、従来のプローブと同様に、ＣＤ８および温度セ
ンサー９が設けられているので、溶融金属（溶鋼）中の
Ｍｎ等の成分を測定する他、従来と同様、溶融金属（溶
鋼）の測温およびカーボン量を測定することができ、酸
素センサーを設ければ溶融金属（溶鋼）の酸素量も測定
することができる。

【００４３】上記実施形態における溶融金属の成分測定
用プローブ１は、図２に示すように、例えば転炉２０に
おける送酸のためのメインランス３０の側方に設けられ
たサブランス４０の先端にプローブホルダー１０を介し
て設けられ、転炉内の溶鋼Ｌに浸漬され、溶鋼Ｌをサン
プリングする。そして、上述したようにプローブ本体２
内に安定した測定面Ｓが形成される。この際のプローブ
本体２への気体供給は、気体供給系１８から気体導入管
１９を介して行われる。そして、レーザー発振器５０か
らレーザー光が上記光ファイバー１３を通ってプローブ
本体２内の溶鋼Ｌの測定面Ｓに照射され、その反射光が
上記光ファイバー１４を通って測定器６０に導かれ、成
分が測定される。レーザー発振器５０および測定器６０
はコントローラ７０により制御されるとともに測定器６
０の測定データがコントローラ７０により処理される。
なお、符号２１は底吹き用の羽口、２２はガス配管であ
る。

【００４４】このようにしてリアルタイムで溶融金属
（溶鋼）の成分測定を行うことができる。このようなプ
ローブによるサンプリングおよび成分測定は間欠的に繰
り返し行うことができ、所定の成分の経時変化を容易に
リアルタイムで把握することができる。

【００４５】このような測定結果を基に、所定の操作を
行うことにより溶融金属の成分を制御することができ
る。例えば、転炉吹錬における成分制御が可能となる。
転炉吹錬においては吹錬中のＭｎ鉱石還元によるＭｎ挙
動が重要である。そのため、本発明は、転炉吹錬中のＭ
ｎ測定に適用することで最大の効果を得ることができ
る。吹錬終点におけるＭｎ値は、吹錬条件、溶銑成分か
ら予め推定されるが、その精度には限界があり、さらな
る高精度化が必要となる。転炉吹錬においては、吹錬末
期にサブランスプローブにより温度測定、酸素量測定、
炭素量測定が実施されるが、その測定の際に本発明の方
法を用いることによりＭｎを高精度で測定することがで
きる。この際の制御の概要を図３に示す。上述したよう
に吹錬終点のＭｎ値は予め推定されるが、本発明の方法
によりＭｎ濃度を測定し、その測定値により再度終点Ｍ
ｎの推定を行い、送酸制御、溶鋼攪拌条件制御、および
Ｍｎ源などの副原料の添加の少なくとも１種を行う。具
体的には、その測定値が目標値よりも低い場合（図中
Ａ）にはＭｎ値を上昇させる必要があるため、さらなる
Ｍｎ鉱石の添加を実施する。または、底吹きガスの増加
もしくは送酸の希釈などの操作により、Ｍｎ還元反応を
促進させて溶鋼中Ｍｎを上昇させることも考えられる。
また、反対にＭｎ値が目標値より高い場合（図中Ｂ）に
は、送酸速度増加など酸素源の増加により溶鋼中Ｍｎの
酸化反応を促進させて目標Ｍｎ値に制御する。しかしな
がら、後者の場合には、不必要なＭｎ酸化制御を施す必
要があるため、歩留りの低下、コスト増となり、低コス
ト・高効率化のためには、前者の制御を行うことが好ま
しい。吹錬の途中にて本発明方法を適用する場合には、
一例として、従来のように溶鋼をサンプリングして凝固
後に化学分析等によるＭｎ分析を施すことなく、本発明
方法による測定値と目標Ｍｎ値から、送酸制御、溶鋼攪
拌条件制御、Ｍｎ合金源などの副原料の添加等により溶
鋼中Ｍｎを制御し、迅速に次工程につなげることが可能
となる。

【００４６】上記実施形態においては、レーザー光を照
射して、原子吸光法により成分測定を行う例を示した。
すなわち、照射したレーザー光がプローブ本体２のサン
プリング室５内の溶融金属Ｌに照射された際に溶融金属
Ｌ上の蒸気層１５を通過するため、その際の光強度の変
化から特定成分の測定を行うことができる。しかし、本
発明は、非接触の測定方法であればこのような方法に限
らず適用することができる。具体的には光源はレーザー
に限らないし、光を照射するのではなく、放射光を用い
て測定するものであってもよい。また、測定対象は溶融
金属であればその種類は問わないし、測定する成分もＭ
ｎに限らずどのようなものであってもよい。

【００４７】

【実施例】（実施例１）容量２５０トンの上底吹き複合
吹錬用転炉内に約２５０トンの溶銑を装入し、主として
脱炭吹錬を行い成分測定試験を行った。溶銑としては転
炉前工程である溶銑予備処理設備にて脱硫処理および脱
りん処理が施された予備処理溶銑を用いた。炉内にはフ
ラックスを添加して少量のスラグを生成させ、ガス供給
管および羽口からは溶湯攪拌を目的としてアルゴンまた
は窒素を毎分１０Ｎｍ^３程度吹き込んだ。また、上方か
ら転炉内に装入されたランス（５孔）からの上吹き送酸
速度は吹錬初期から中期にわたって毎時６００００Ｎｍ
^３、吹錬末期に毎時４００００Ｎｍ^３となるように制御
した。吹錬中はＭｎ鉱石を適宜装入し、鉱石還元による
Ｍｎ濃度上昇を図った。

【００４８】測定用のプローブとしては、転炉精錬にて
従来使用されている消耗型サブランスプローブを改造し
て製作したものを用いた。サンプリング孔（１孔）およ
び気体排出孔（２孔）をいずれも孔径１５ｍｍとし、プ
ローブ本体の内部中空部径を３０ｍｍとした。プローブ
本体内に導入する気体としてＮ_２を用い、流量をプロー
ブ本体の浸漬前後で５０〜１０００ＮＬ／ｍｉｎの範囲
に制御した。

【００４９】成分測定には非接触型のレーザー測定装置
を用い、その先端光学系をプローブホルダー下部に設置
し、Ｍｎ濃度の測定を目的とした調整を施した。成分測
定は、吹錬末期、吹錬後の２回実施した。従来のサブラ
ンスと同様の操業にて浸漬、測定、サブランス交換など
が可能であった。成分測定は、浸漬時間１０秒程度で終
了し、測定値が司令室で確認されるまで、測定、解析、
演算を含めて約３０秒程度であった。

【００５０】図４に本発明の方法によるＭｎの測定値
と、化学分析による分析値とを比較した結果を示す。図
４は、横軸にＭｎの化学分析値をとり、縦軸に本発明方
法によるＭｎの測定値をとり、これらの間の関係を示す
グラフである。図４から明らかなように、本発明方法に
よるＭｎの測定値は、化学分析値とほぼ同様の結果が得
られることが確認された。

【００５１】また、Ｍｎ測定時に同時に測定面からの輻
射光を測定した際の溶鋼温度と輻射光強度との関係を図
５に示す。予め求めた溶融金属温度と輻射光強度との関
係式より、輻射光強度が９０％を測定面の形成異常の判
定値としたところ、プローブの浸漬深さを浅くした場合
には、輻射光の低い異常値が測定され、このときのＭｎ
測定値も異常値となることが判明し、輻射光による測定
面の形成の良否判定に有効であった。

【００５２】吹錬末期のＭｎ測定値と目標Ｍｎ値から、
送酸制御、溶鋼攪拌条件制御、Ｍｎ源などの添加等によ
り溶鋼中Ｍｎを制御した結果、吹錬後のＭｎ値はほぼ目
標値であった。

【００５３】（実施例２）プローブのサンプリング孔、
気体排出孔、ガス流量について実施例１と同様に試験を
実施し、最適化を図った。その結果、サンプリング孔に
ついては、小径では内部に導入された溶鋼が凝固傾向に
あり、大径では測定値の乱れが大きく孔径は７−２０ｍ
ｍであれば安定した測定値が得られることがわかった。
また、気体排出孔の孔数については、多いほど安定する
傾向であったが、プローブ構造、強度の観点から２、３
孔が好ましい。ガス流量については、５０〜１０００Ｎ
Ｌ／ｍｉｎの範囲ではいずれも測定値が得られたが、４
５０ＮＬ／ｍｉｎ以上で測定系への鉄飛散による測定不
良がほとんどなかった。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒状をなすプローブ本体内に溶融金属をサンプリング
し、プローブ本体内にサンプリングされた溶融金属表面
に向けて上方から雰囲気圧より高い圧力の気体を連続的
に供給するとともに、プローブ本体の側壁から連続的に
その気体を排出することにより溶融金属表面に測定面を
形成し、その測定面を用いて非接触型の溶融金属成分測
定装置により溶融金属の所定成分を測定するので、強攪
拌下の溶融金属、または表面に大きな攪乱が存在してい
るような溶融金属であっても安定な溶融金属測定面を容
易に得ることができ、その測定面を非接触測定方法によ
り高精度かつ迅速な溶融金属の成分測定を実施すること
ができる。また、その測定結果に基づいて溶融金属の成
分制御を行うことにより、高精度で目標値とすることが
可能となる。特に、本発明の方法を転炉のサブランスシ
ステムに適用することにより、溶鋼中のＭｎ等の濃度を
高精度で測定および制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る溶融金属の成分測定
用プローブを模式的に示す断面図。

【図２】図１のプローブを転炉のサブランスに適用した
状態を示す模式図。

【図３】本発明の方法を用いた転炉吹錬における成分制
御の一例を示す図。

【図４】本発明の実施例に係るプローブを用いて非接触
測定法によりＭｎを測定した際の測定値と化学分析値と
を比較して示すグラフ。

【図５】溶鋼温度と輻射光強度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１……溶融金属の成分測定用プローブ ２……プローブ本体 ３……サンプリング孔 ４……気体排出孔 ５……サンプリング室 ７……先端部 ８……カーボンデターミネータ（ＣＤ） ９……温度センサー １０……プローブホルダー １１……先端光学系 １５……蒸気層 １６……光路が形成される空間 １７……管部材 Ｌ……溶融金属（溶鋼） Ｓ……測定面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川畑 涼 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小平 悟史 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 吉田 和巨 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 石田 智治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 千野 淳 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 高岡 利夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2G052 AA12 AC24 AD06 BA13 BA21 CA38 GA11 HC25 JA08 2G055 AA22 BA01 CA09 CA22 CA25 DA04 DA17 DA22 DA24 DA36 EA10 FA02 2G059 AA01 BB04 BB08 CC03 CC07 CC20 DD12 DD13 DD15 DD16 EE02 GG01 JJ17 KK01

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属サンプリング用のプローブの筒
   状をなすプローブ本体内に溶融金属をサンプリングし、 プローブ本体内にサンプリングされた溶融金属表面に向
   けて上方から雰囲気圧より高い圧力の気体を連続的に供
   給するとともに、プローブ本体の側壁から連続的にその
   気体を排出することにより溶融金属表面に測定面を形成
   し、 その測定面を用いて非接触型の溶融金属成分測定装置に
   より溶融金属の所定成分を測定することを特徴とする溶
   融金属の成分測定方法。
2. 【請求項２】 前記プローブはサブランスの先端に取り
   付けられた状態で溶融金属のサンプリングに供されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の成分測定方
   法。
3. 【請求項３】 前記プローブ本体の溶融金属導入部近傍
   に温度測定装置を設け、溶融金属の所定成分測定の際に
   溶融金属の温度を測定することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の溶融金属の成分測定方法。
4. 【請求項４】 前記測定面を用いて前記非接触型の溶融
   金属成分測定装置により溶融金属の所定成分を測定する
   際、前記測定面から放射される輻射光を測定し、その強
   度と溶融金属の温度との関係から溶融金属の測定面の形
   成の良否を判定することを特徴とする請求項３に記載の
   成分測定方法。
5. 【請求項５】 前記溶融金属は溶鋼であることを特徴と
   する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の溶融
   金属の成分測定方法。
6. 【請求項６】 前記溶融金属成分測定装置と前記測定面
   との間の一部または全部において、供給ガス流速を１０
   ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項
   ５のいずれか１項に記載の溶融金属の成分測定方法。
7. 【請求項７】 前記プローブ本体にサンプリングされた
   溶鋼の炭素量を測定する炭素測定装置を設け、溶鋼の所
   定成分を測定する際に溶鋼の炭素濃度を測定することを
   特徴とする請求項５または請求項６に記載の溶融金属の
   成分測定方法。
8. 【請求項８】 前記プローブにより間欠的に溶融金属を
   サンプリングして所定の成分を測定することを特徴とす
   る請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の溶融金
   属の成分測定方法。
9. 【請求項９】 筒状をなすプローブ本体内に溶融金属を
   サンプリングし、 プローブ本体内にサンプリングされた溶融金属の表面に
   向けて上方から雰囲気圧より高い圧力の気体を連続的に
   供給するとともに、プローブ本体の側壁から連続的にそ
   の気体を排出することにより溶融金属表面に測定面を形
   成し、 その測定面を用いて非接触型の溶融金属成分測定装置に
   より溶融金属の成分を測定し、 その測定結果に基づいて溶融金属の成分制御を行うこと
   を特徴とする溶融金属の成分制御方法。
10. 【請求項１０】 前記プローブはサブランスの先端に取
    り付けられた状態で溶融金属のサンプリングに供される
    ことを特徴とする請求項９に記載の溶融金属の成分制御
    方法。
11. 【請求項１１】 前記プローブ本体の溶融金属導入部近
    傍に温度測定装置を設け、溶融金属の所定成分測定の際
    に溶融金属の温度を測定することを特徴とする請求項９
    または請求項１０に記載の溶融金属の成分制御方法。
12. 【請求項１２】 前記溶融金属は溶鋼であり、吹錬にお
    ける溶鋼の成分制御を行うことを特徴とする請求項９か
    ら請求項１１のいずれか１項に記載の溶融金属の成分制
    御方法。
13. 【請求項１３】 前記プローブ本体にサンプリングされ
    た溶鋼の炭素量を測定する炭素測定装置を設け、溶鋼の
    所定成分を測定する際に溶鋼の炭素濃度を測定すること
    を特徴とする請求項１２に記載の溶融金属の成分制御方
    法。
14. 【請求項１４】 前記吹錬における溶鋼の成分制御は、
    溶鋼に対する送酸制御、溶鋼攪拌条件制御、および副原
    料添加のうち少なくとも１種により行われることを特徴
    とする請求項１２または請求項１３に記載の溶融金属の
    成分制御方法。
15. 【請求項１５】 前記プローブにより間欠的に溶融金属
    をサンプリングして所定の成分を測定することを特徴と
    する請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の溶
    融金属の成分制御方法。