JP4181374B2

JP4181374B2 - Method for measuring surface position of molten steel layer and / or thickness of slag layer, apparatus thereof and probe used therefor

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Publication number: JP4181374B2
Application number: JP2002289143A
Authority: JP
Inventors: 健加藤木; 洋志岩村; 敏弘小倉
Original assignee: ヘレウス・エレクトロナイト株式会社
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004125566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転炉内の溶鋼に酸素を吹き付ける吹錬工程において、溶鋼層表面位置または溶鋼層表面に浮遊するスラグ層の厚さ或はその双方の測定方法、その測定装置及びそれに用いられるプローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼プロセスにおいては、高炉から出た銑鉄に含まれる炭素、燐、珪素等の不純物を除去する精錬工程に、転炉が広く使われている。この精錬工程は、転炉内に、溶融している銑鉄と一緒にスクラップや石灰等を入れて、酸素を高速で吹き付ける工程であり、吹錬工程と呼ばれている。この吹錬工程では、溶鋼中の不純物が酸素と結合して熱を発して燃え、溶鋼中から除去されるとともに、溶鋼層表面には浮遊するスラグ層が形成されるが、このスラグ層は、溶鋼が空気と直接接触するのを防ぐという重要な役割を果たしている。この吹錬工程を制御するためには、吹き付ける酸素の量等を制御する必要があり、このため、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧とともに、溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを知ることが重要である。
【０００３】
上記の溶鋼層やスラグ層の酸素分圧を測定するには、一般に、酸素濃淡電池の原理を応用した酸素センサが用いられており、例えば、スラグ層の酸素分圧については、特許文献１に記載された方法等が提案されている。この特許文献１に記載された方法や従来の一般的な方法では、酸素イオン伝導性を有する固体電解質及びその内部に充填された標準電極でなるセンサと、導電性を有する測定用電極（特許文献１における対照電極）とで構成される酸素プローブを溶鋼層等に浸漬させて、標準電極と測定用電極との間に生じる起電力を測定することにより、酸素分圧を測定している。
【０００４】
また、溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを知る方法としては、特願２００１−１５７９５９明細書に記載された方法等が提案されている。また、この他、溶鋼、スラグ、及び大気のインピーダンスの差異を測定することによりスラグ層の厚さ等を求める方法や、電磁コイルの誘導電圧が溶鋼、スラグ、及び大気でそれぞれ異なることを利用してスラグ層の厚さ等を求める方法等が知られている。
【０００５】
上述したように、吹錬工程を制御するためには、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧の測定と溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さの測定とを同時に行なう必要があるが、上記の溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを知る方法は、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧を測定する方法とは全く異なる原理を用いた方法であることから、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧の測定と溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さの測定とを同時に行なうためには、酸素分圧の測定のための装置と、溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さの測定のための装置とを併用しなければならない。そこで、従来は、この２つの装置を併用する方法が用いられていた。
【０００６】
しかしながら、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧を測定する手段を用いて溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを測定することができれば、経済的、且つ、効率的に測定を行なうことができる。このためには、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧を測定する手段を用いて、少なくとも溶鋼層とスラグ層との境界面を検知する必要がある。そこで、試みに、従来、一般的に用いられている酸素プローブとして、酸素イオン伝導性を有する固体電解質及びその内部に充填された標準電極とでなるセンサと、導電性を有する測定用電極とを同一プローブに設けて構成した、図４に示す酸素プローブ４０を用いて、溶鋼層とスラグ層との境界面を検知することが可能か否かを見るための実験を行なった。尚、図４において、４１は固体電解質、４２は標準電極、４３は充填材、４４は標準電極リード線、４５は測定用電極、４６はハウジング、４７はコネクタ部、４８は測定用電極リード線、５０は熱電対、５１は熱電対リード線、５２は耐熱セメント、５３はコーティング、５４はキャップ、そして５５は紙キャップである。この実験は、サブランスに取り付けた上記の酸素プローブ４０を転炉に収容された溶鋼層に８秒間浸漬した後、この溶鋼層からこの溶鋼層表面に浮遊するスラグ層の上層である大気層へ引き上げ、その際の、酸素プローブ４０の位置、及び、標準電極４２と測定用電極４５との間に生じる起電力を測定したものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２１４１２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、上記の実験の結果を示したグラフであり、標準電極−測定用電極間の起電力と、酸素プローブの位置を示しており、横軸は時間（秒）である。図５では、Ｃ点が溶鋼層とスラグ層との境界面の位置であるが、Ｃ点の前後における標準電極−測定用電極間の起電力のカーブには大きな変化はなく、この起電力のカーブから溶鋼層とスラグ層との境界を検知することは困難であることがわかる。しかしながら、上述したように、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧を測定する手段を用いて溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを測定することができれば、大きなメリットがある。そこでこの発明は、溶鋼層やスラグ層の酸素分圧を測定する手段を用いて溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを測定するという課題を解決するためになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、溶鋼が収容される転炉等の容器が導電性を帯びていることに注目して、従来、酸素プローブに、標準電極と固体電解質とでなるセンサと一体化して設けられていた測定用電極の有する役割を、溶鋼が収容される容器である転炉等の側壁に負わせることによって、上記の課題を解決した。即ち、本発明者は、溶鋼層とその表面に浮遊するスラグ層との境界面、及び、スラグ層とスラグ層の上層である大気層との境界面の各前後で、上記センサの標準電極と、転炉に接続したアースとの間に生じる起電力が、大きく変化することを見出した。本発明は、この点に注目してなされたものである。
【００１０】
まず、本発明の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定方法について説明する。この測定方法は、下端が閉じた筒状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、その固体電解質の内部に充填された標準電極とでなる酸素センサを、導電性を帯びた容器に収容した溶鋼層に一定時間浸漬した後、この溶鋼層からこの溶鋼層表面に浮遊するスラグ層の上層である大気層へ移動させ、前記浸漬及び前記移動の間連続して、基準位置から前記酸素センサの位置までの垂直距離を測定すると同時に、その時点における前記標準電極と前記容器に接続したアースとの間に生じる総起電力を測定して、前記垂直距離と前記総起電力との関係から、前記溶鋼層表面の位置、または、前記スラグ層の厚さ、或は、その双方を求めてなることを特徴としている。
【００１１】
上記の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定方法において、前記酸素センサと一体的に移動する温度センサを用いて、前記酸素センサが晒されまたは浸っている前記各層の温度を測定するとともに、その層における前記総起電力と前記温度とを用いて、その層の酸素分圧を求めることができる。
また、この方法において、前記酸素センサの近傍に配設された補正電極を用いて、前記アースとの間に生じるバイアス起電力を測定するとともに、前記総起電力に代えて、前記総起電力から前記バイアス起電力を減じた修正起電力を用いて、前記酸素分圧を求めることが推奨される。
【００１２】
次に、本発明の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置について説明する。この測定装置は、表面にスラグ層が浮遊する溶鋼層を収容した導電性を帯びた容器と、下端が閉じた筒状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、その固体電解質の内部に充填された標準電極とでなる酸素センサと、前記酸素センサを前記溶鋼層に一定時間浸漬した後、この溶鋼層からこの溶鋼層表面に浮遊するスラグ層の上層である大気層へ移動する酸素センサ移動手段と、前記浸漬及び前記移動の間連続して、基準位置から前記酸素センサの位置までの垂直距離を測定する酸素センサ位置測定手段と、前記垂直距離の測定と同時に、その時点における、前記標準電極と前記容器に接続したアースとの間に生じる総起電力を測定する総起電力測定手段と、でなるとともに、前記酸素センサ位置測定手段が測定した前記垂直距離と前記総起電力測定手段が測定した前記総起電力との関係から、前記溶鋼層表面の位置、または、前記スラグ層の厚さ、或は、その双方を求めてなることを特徴としている。
【００１３】
上記の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置において、前記酸素センサと一体的に移動するとともに、前記酸素センサが晒されまたは浸っている前記各層の温度を測定する温度センサを用いた温度測定手段を備えるとともに、その層における前記総起電力と前記温度とを用いて、その層の酸素分圧を求めることができる。
また、この装置において、前記酸素センサの近傍に設けられた補正電極と、この補正電極と前記アースとの間に生じるバイアス起電力を測定するバイアス起電力測定手段と、を備えるとともに、前記総起電力に代えて、前記総起電力から前記バイアス起電力を減じた修正起電力を用いて、前記酸素分圧を求めることが推奨される。
【００１４】
次に、上記の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置に用いられるプローブについて説明する。このプローブは、下端が閉じた筒状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、その固体電解質の内部に充填された標準電極とでなる前記酸素センサと、この酸素センサの近傍に設けられた前記補正電極と、前記酸素センサが晒されまたは浸る部分の周辺の温度を測定するように、前記酸素センサの近傍に配設された前記温度測定手段としての温度センサと、を備えてなることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態につき、図面に基づき詳しく説明する。図１は、本発明の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置を、具体的に構成する場合の構成例を模式的に示した説明図である。図１において、１は転炉、２はアース、３は溶鋼層、４はスラグ層、５は大気層、６は溶鋼層とスラグ層との境界面、７はスラグ層と大気層との境界面、８はサブランス、９は酸素プローブ、１０はサブランス移動機構、１１はロータリーエンコーダ、１２はサブランス移動制御部、１３はサブランス移動距離測定部、１４は温度測定部、そして１５は総起電力及びバイアス起電力測定部である。また、図２は、酸素プローブ９の詳細を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２（ａ）、（ｂ）において、２１は固体電解質、２２は標準電極、２３は充填材、２４は標準電極リード線、２５は補正電極、２６はハウジング、２７はコネクタ部、２８は補正電極リード線、２９はＵ字管、３０は熱電対素線、３１は熱電対リード線、３２は耐熱セメント、３３はコーティング、３４はキャップ、そして３５は紙キャップである。上記の構成例では、溶鋼を収容する容器として転炉１を用いているが、取鍋を使用するようにしてもよい。
【００１６】
図１において、この構成例では、転炉１の上方に垂直に配設された棒状のサブランス８の先端に、酸素プローブ９を装着し、このサブランス８をサブランス移動機構１０により上下に移動させることにより、酸素プローブ９を転炉１に収容された溶鋼層３に浸漬するとともに、溶鋼層３の表面に浮遊するスラグ層４を通ってスラグ層４の上層である大気層５へ引き上げる操作を行なう。サブランス移動機構１０は、サーボモータやパルスモータ等を用いて構成され、サブランス移動制御部１２により制御される。また、サブランス移動機構１０には、サーボモータやパルスモータ等と連動したロータリーエンコーダ１１が付設されており、サブランス８の上下方向の移動距離を測定することができる。この測定により、予め設定した基準位置とサブランス８の先端に装着された酸素プローブ９との距離、即ち、酸素プローブ９の位置を求めることができる。
【００１７】
サブランス８の先端に装着される酸素プローブ９は、図２（ａ）、（ｂ）に示す構造をしている。即ち、ハウジング２６に、酸素センサ１９、補正電極２５、及び、温度センサ２０が設けられ、耐熱セメント３２で固定されている。酸素センサ１９は、下端が閉じた筒状の固体電解質２１と、その固体電解質２１の内部に充填されている標準電極２２とで構成され、標準電極２２は固体電解質２１の軸に沿って設けられた標準電極リード線２４に接続されている。固体電解質２１は、酸素イオン伝導性を有する物質を、所定量（数モル程度）固溶して部分安定化させた焼結体で形成されており、例えば、酸化ジルコニウム（ジルコニア）や酸化イットリウムを主体とし、必要に応じて、二酸化珪素、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄等を付加した物質が用いられる。特に部分安定化したジルコニアは、優れた耐熱衝撃性を有すると共に酸素濃度に対する応答速度が早いことから、固体電解質２１として好ましい。標準電極２２は、酸素分圧が既知の物質で構成される。この物質としては、例えば、クロムと酸化クロム、モリブデンと酸化モリブデン、ニッケルと酸化ニッケルとの混合物等が用いられる。充填材２３は、混合物でなる標準電極２２を固体電解質２１の内部空間の下端に保持させるために用いられる。また、標準電極リード線２４には、耐熱性に優れたモリブデン（Mo）が用いられる。補正電極２５はリング状をしており、ハウジング２６に周設されているが、リング状とすることにより、単なる棒状とする場合に比べて、溶鋼との接触面積を広くでき、電気抵抗が小さくなって流れる電流が安定化するという利点がある。この補正電極２５には、標準電極リード線２４と同様、耐熱性に優れたモリブデン（Mo）を用いるのが望ましいが、安価で加工が容易な鉄（Fe）を用いるようにしてもよい。また、この補正電極２５には、補正電極リード線２８が接続されている。温度センサ２０は、Ｕ字管２９とその内部に挿入された熱電対素線３０とで構成され、Ｕ字管２９の頂点付近に２種類の熱電対素線３０の測温接点を有した感温部を備えている。この熱電対素線３０には、熱電対リード線３１が接続されている。
【００１８】
酸素プローブ９に設けられた酸素センサ１９、補正電極２５、及び、温度センサ２０に接続されている標準電極リード線２４、補正電極リード線２８、及び、熱電対リード線３１は、酸素プローブ９がサブランス８の先端に装着されると、コネクタ部２７を介してサブランス８内の配線に接続され、標準電極リード線２４、及び、補正電極リード線２８は、総起電力及びバイアス起電力測定部１５へ接続され、熱電対リード線３１は温度測定部１４へ接続される。また、溶鋼を収容する容器である転炉１は、トラニオンを介してアース２に接続されている。また、総起電力及びバイアス起電力測定部１５もアース２に接続されている。尚、キャップ３４及び紙キャップ３５は、酸素センサ１９や温度センサ２０を保護するためのものであり、酸素プローブ９を転炉１に収容された高温の溶鋼に浸漬した際には、溶融消失することで、酸素センサ１９や温度センサ２０が露出するようになっている。
【００１９】
次に、上記の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置を用いて、溶鋼層表面位置、スラグ層厚さ、溶鋼層における酸素分圧、及びスラグ層における酸素分圧を求めるために必要な要素の測定の方法について説明する。先ず、サブランス移動機構１０によりサブランス８を下方へ移動させて、サブランス８の先端に装着した酸素プローブ９を、スラグ層４中に貫通させて溶鋼層３中に浸漬させ、溶鋼層３の所定深さ位置に数秒間停止させる。その後、サブランス移動機構１０によりサブランス８を上方へ移動させ、酸素プローブ９を、溶鋼層３の表面に浮遊するスラグ層４を通ってスラグ層４の上層である大気層５へ引き上げる。この間連続して、予め設定した基準位置と酸素プローブ９の位置との間の垂直距離を、上述したようにサブランス移動距離測定部１３で測定する。これと同時に、総起電力及びバイアス起電力測定部１５で、その時点における標準電極２２と転炉１に接続したアース２との間に生じる総起電力、及び、補正電極２５とアース２との間に生じるバイアス起電力を測定するとともに、温度センサ２０と温度測定部１４とを用いて、酸素センサ１９が浸っているか、または、晒されている部分の周辺の温度、即ち、溶鋼層３、スラグ層４、または、大気層５の温度を測定する。
【００２０】
標準電極２２と転炉１に接続したアース２との間に起電力が生じるのは、一般的な酸素センサにおける起電力の発生と、同じ原理に基づくものと考えられる。即ち、溶鋼中に浸漬した酸素センサでは、例えば、固体電解質にジルコニア(ZrO₂)と酸化マグネシウム(MgO)を用いた場合の標準電極と測定電極との間に、次の電池式で表される濃淡電池が形成される。
Mo１／Ｐo₁／ZrO₂＋MgO／Ｐo₂／Mo２ (１)
ここで、Mo１は標準電極に接続されたモリブデン(Mo)製のリード線、Ｐo₁は標準電極を構成する物質の酸素分圧、Ｐo₂は溶鋼中の酸素分圧、そして、Mo２はモリブデン(Mo)製の測定電極である。また、上述したように、標準電極を構成する物質の酸素分圧は既知である。上記の構成例では、溶鋼と接している容器である転炉１の側壁が、測定電極に相当することになる。
【００２１】
上記(１)式の濃淡電池では、Mo１とMo２との間、即ち、標準電極と測定電極との間に、次の式で表される起電力Ｅが発生することが知られている。
Ｅ＝(Ｒ・Ｔ)／(４Ｆ) ln(Ｐo₂／Ｐo₁) (２)
ここで、Ｒはガス定数、Ｔは溶鋼の温度（絶対温度）、Ｆはファラディ定数、Ｐo₁は標準電極を構成する物質の酸素分圧、そして、Ｐo₂は溶鋼中の酸素分圧である。標準電極を構成する物質の酸素分圧Ｐo₁は既知であるから、上記(２)式によれば、起電力Ｅと温度Ｔを測定することにより、溶鋼中の酸素分圧Ｐo₂を求めることができる。上記の構成例では、標準電極２２と転炉１に接続したアース２との間に上記の起電力Ｅが発生することになるが、この起電力Ｅをここでは総起電力と称している。
【００２２】
但し、上記の構成例による場合、その発生のメカニズムは解明されていないものの、酸素プローブ９が浸漬された位置の付近の溶鋼と、溶鋼が接している容器である転炉１に接続されたアース２との間にバイアス起電力が発生するので、より正確な酸素分圧の測定には、上記の総起電力に代えて、この総起電力からバイアス起電力を減じた修正起電力を用いることが推奨される。ちなみに、上記の構成例では、バイアス起電力は、温度が１６００℃で−２４ｍＶであった。また、補正電極２５として鉄（Fe）を用いる場合は、モリブデン(Mo)製の標準電極リード線２４との間に熱起電力を生じるため、この観点からも、上記の総起電力に代えて、総起電力からバイアス起電力を減じた修正起電力を用いることが推奨される。
【００２３】
上述したように、上記の構成例の装置を用いて、溶鋼層３やスラグ層４等における酸素分圧を求めることができる。しかし、上記の構成例の装置を用いて溶鋼層表面位置やスラグ層厚さを求めるためには、溶鋼層とスラグ層との境界面６、及びスラグ層と大気層との境界面７を検知する必要がある。そこで、これらの検知が可能か否かを見るために、次の実験を行なった。即ち、上述の測定方法を説明した所で述べた、基準位置と酸素プローブ９の位置との間の垂直距離と、標準電極２２とアース２との間の総起電力、及び、酸素センサ１９が浸っているか、または、晒されている部分の温度を測定して、これらのグラフを描くとともに、溶鋼層とスラグ層との境界面６、及び、スラグ層と大気層との境界面７の位置を、目視により確認して、上記のグラフ上に記入した。この実験では、酸素プローブ９を、溶鋼層３中に浸漬させ、溶鋼層３の所定深さ位置に約８秒間停止させた後、酸素プローブ９を大気層５へ引き上げている。また、この実験では、補正電極としては、酸素プローブ９に備えられている補正電極２５に代えて、酸素プローブ９の近傍に配設した、モリブデン(Mo)製の直径３ｍｍの棒状の電極を用いている。
【００２４】
図３は、上記の実験の結果を示したグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は時間（秒）である。また、Ａ点が溶鋼層とスラグ層との境界面の位置であり、Ｂ点がスラグ層と大気層との境界面の位置である。図３のグラフからわかるとおり、いずれの点においてもその前後で、総起電力が大きく変化しており、この大きな変化を捉えることで、溶鋼層とスラグ層との境界面６、及びスラグ層と大気層との境界面７を検知することが可能であることがわかる。即ち、総起電力が安定した後急激に立ち上がる時点の酸素プローブの位置（Ａ点）が溶鋼層とスラグ層との境界面６の位置であり、総起電力がピークに達した後急激に立ち下がる時点の酸素プローブの位置（Ｂ点）がスラグ層と大気層との境界面７の位置である。従って、基準位置と酸素プローブ９の位置との間の垂直距離、および、標準電極２２とアース２との間に生じる総起電力を測定することにより、溶鋼層とスラグ層との境界面６、及びスラグ層と大気層との境界面７の位置を求めることができ、また、溶鋼層とスラグ層との境界面６の位置と、スラグ層と大気層との境界面７の位置との差から、スラグ層４の厚さを求めることができる。即ち、上記の構成例の装置によれば、溶鋼層表面位置及びスラグ層厚さを求めることができる。
【００２５】
また、図３からは、酸素プローブ９が溶鋼層３及び、スラグ層４に浸っているときの、総起電力と温度がわかり、上記のバイアス起電力を用いて修正起電力を求めることにより、溶鋼層３及びスラグ層４における酸素分圧を求めることができる。また、図３からは、大気層５における総起電力と温度を読み取ることができるので、理論的解明はなされていないものの、上記と同様にして大気層５における酸素分圧を求めることができると考えられる。
また、溶鋼の酸素分圧と、スラグ層の酸素分圧との差から、スラグの塩基度や導電度等のスラグの特性を知ることもできる。
【００２６】
また、溶鋼層３においては、総起電力が速やかに２〜３秒で安定するとともに、一定の値を保持している。従って、この方法によれば、安定した測定を行なうことができるので、測定の精度を高めることができ、ひいては、製鋼の品質を高めることができる。
また、上記の方法によれば、酸素プローブ９を、溶鋼層３中に浸漬させる時間を３〜４秒に短縮することができ、従来５〜８秒かかった測定時間を短縮することができる。また、溶鋼層３中に浸漬させる時間が短くなるので、サブランスへの溶鋼やスラグ等の付着を少なくできるとともに、酸素プローブ９の耐久時間を短くすることができるので、酸素プローブ９に用いられている部材の厚みを薄くすることができ、酸素プローブ９のコストを削減することができる。
【００２７】
上記の構成において、コンピュータを用いた演算部を設けて、サブランス移動距離測定部１３や温度測定部１４と、総起電力及びバイアス起電力測定部１５からの出力信号をこの演算部が受信することにより、溶鋼層表面位置及びスラグ層厚さ並びに酸素分圧を、自動的に求めて表示或は出力することもできる。即ち、この演算部が、総起電力及びバイアス起電力測定部１５からの出力信号を受信して記憶するとともに、これらの信号の監視を行なう。そして、上述したような方法で溶鋼層とスラグ層との境界面６、及びスラグ層と大気層との境界面７の検知時点を検知することにより、それらの検知時点の前後に受信した、溶鋼層３、スラグ層４、及び、大気層５における総起電力とバイアス起電力を、記憶した受信信号の中から取り出して、演算により各層の酸素分圧を求めて表示、或は出力する。同時に、上記の検知時点における基準位置と酸素プローブ９の位置との間の垂直距離を、記憶した受信信号の中から取り出して、この中から溶鋼層表面位置を表示、或は出力するとともに、スラグ層厚さを演算により求めて表示、或は出力する。あるいは、この演算部に制御部を追加することにより、上記の機能のほか、サブランス移動制御部１２に対して、サブランス８の移動、停止等を指示する機能を持たせるようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１または４記載の発明によれば、従来、酸素プローブに、標準電極と固体電解質とでなるセンサと一体化して設けられていた測定用電極の有する役割を、溶鋼が収容される容器に負わせることによって、上述したように、溶鋼層やスラグ層等の酸素分圧を測定する手段を用いて、溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さを測定することができる。また、溶鋼層においては、総起電力が速やかに２〜３秒で安定するとともに、一定の値を保持しているので、安定した測定を行なうことができ、測定の精度を高めることができるとともに、ひいては、製鋼の品質を高めることができる。また、酸素プローブを、溶鋼層中に浸漬させる時間を３〜４秒に短縮することができ、従来５〜８秒かかった測定時間を短縮することができるとともに、溶鋼層中に浸漬させる時間が短くなるので、サブランスへの溶鋼やスラグ等の付着を少なくでき、また、酸素プローブに用いられている部材の厚みを薄くすることができるので、酸素プローブのコストを削減することができる。
【００２９】
請求項２または５記載の発明によれば、溶鋼層表面位置やスラグ層の厚さの測定のみならず、溶鋼層やスラグ層等の酸素分圧を測定することができる。
【００３０】
請求項３または６記載の発明によれば、溶鋼層やスラグ層等の酸素分圧の測定において、総起電力に代えて、総起電力からバイアス起電力を減じた修正起電力を用いるので、精度の高い測定をすることができる。
【００３１】
請求項７記載の発明の酸素プローブを用いることにより、上述した各発明が有するのと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置の構成例を模式的に示した説明図である。
【図２】本発明の測定装置の構成例に用いられる酸素プローブの構造を示した図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】本発明の測定装置の構成例を用いた実験結果を示したグラフである。
【図４】従来例の酸素プローブの構造を示した図である。
【図５】従来例の酸素プローブを用いた実験結果を示したグラフである。
【符号の説明】
１転炉
２アース
３溶鋼層
４スラグ層
５大気層
６溶鋼層とスラグ層との境界面
７スラグ層と大気層との境界面
８サブランス
９酸素プローブ
１０サブランス移動機構
１１ロータリーエンコーダ
１２サブランス移動制御部
１３サブランス移動距離測定部
１４温度測定部
１５総起電力及びバイアス起電力測定部
１９酸素センサ
２０温度センサ
２１固体電解質
２２標準電極
２３充填材
２４標準電極リード線
２５補正電極
２６ハウジング
２７コネクタ部
２８補正電極リード線
２９Ｕ字管
３０熱電対素線
３１熱電対リード線
３２耐熱セメント
３３コーティング
３４キャップ
３５紙キャップ
４０酸素プローブ
４１固体電解質
４２標準電極
４３充填材
４４標準電極リード線
４５測定用電極
４６ハウジング
４７コネクタ部
４８測定用電極リード線
５０熱電対
５１熱電対リード線
５２耐熱セメント
５３コーティング
５４キャップ
５５紙キャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the position of a molten steel layer and / or the thickness of a slag layer floating on the surface of a molten steel, a measuring device therefor, and a probe used therefor in a blowing step of blowing oxygen to molten steel in a converter It is about.
[0002]
[Prior art]
In steelmaking processes, converters are widely used in refining processes that remove impurities such as carbon, phosphorus, and silicon contained in pig iron from a blast furnace. This refining process is a process in which scrap, lime, etc. are put together with molten pig iron in a converter and oxygen is blown at a high speed, which is called a blowing process. In this blowing process, impurities in the molten steel combine with oxygen to generate heat and burn, and are removed from the molten steel, and a floating slag layer is formed on the surface of the molten steel. It plays an important role in preventing molten steel from coming into direct contact with air. In order to control this blowing process, it is necessary to control the amount of oxygen to be blown, etc. Therefore, know the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer as well as the oxygen partial pressure of the molten steel layer and slag layer. is important.
[0003]
In order to measure the oxygen partial pressure of the molten steel layer or the slag layer, generally, an oxygen sensor that applies the principle of an oxygen concentration cell is used. For example, Patent Document 1 discloses the oxygen partial pressure of the slag layer. The described method has been proposed. In the method described in Patent Document 1 and the conventional general method, a sensor composed of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity and a standard electrode filled therein, and a measuring electrode having conductivity (Patent Document) The oxygen partial pressure is measured by immersing an oxygen probe composed of the reference electrode in Fig. 1 in a molten steel layer or the like and measuring an electromotive force generated between the standard electrode and the measurement electrode.
[0004]
Moreover, as a method of knowing the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer, a method described in the specification of Japanese Patent Application No. 2001-157959 has been proposed. In addition, a method for obtaining the thickness of the slag layer by measuring the difference in impedance between the molten steel, slag, and the atmosphere, and the fact that the induced voltage of the electromagnetic coil is different between the molten steel, slag, and the atmosphere are used. There are known methods for determining the thickness of the slag layer.
[0005]
As described above, in order to control the blowing process, it is necessary to simultaneously measure the oxygen partial pressure of the molten steel layer and the slag layer and the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer. The method of knowing the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer is a method that uses a completely different principle from the method of measuring the oxygen partial pressure of the molten steel layer or slag layer. In order to measure the pressure and the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer at the same time, a device for measuring the partial pressure of oxygen and the position of the molten steel layer surface and the thickness of the slag layer are measured. Must be used with the device. Therefore, conventionally, a method using these two devices in combination has been used.
[0006]
However, if the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer can be measured using means for measuring the oxygen partial pressure of the molten steel layer or slag layer, the measurement can be performed economically and efficiently. For this purpose, it is necessary to detect at least the boundary surface between the molten steel layer and the slag layer using a means for measuring the oxygen partial pressure of the molten steel layer or the slag layer. Therefore, as a conventional oxygen probe that is generally used, a sensor comprising a solid electrolyte having oxygen ion conductivity and a standard electrode filled therein, and a measurement electrode having conductivity are provided. An experiment was conducted to see whether or not the boundary surface between the molten steel layer and the slag layer can be detected using the oxygen probe 40 shown in FIG. In FIG. 4, 41 is a solid electrolyte, 42 is a standard electrode, 43 is a filler, 44 is a standard electrode lead wire, 45 is a measurement electrode, 46 is a housing, 47 is a connector portion, 48 is a measurement electrode lead wire. , 50 is a thermocouple, 51 is a thermocouple lead, 52 is a heat resistant cement, 53 is a coating, 54 is a cap, and 55 is a paper cap. In this experiment, the oxygen probe 40 attached to the sub lance was immersed in a molten steel layer accommodated in a converter for 8 seconds, and then pulled from the molten steel layer to the atmospheric layer, which is the upper layer of the slag layer floating on the surface of the molten steel layer. In this case, the position of the oxygen probe 40 and the electromotive force generated between the standard electrode 42 and the measurement electrode 45 are measured.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-214127 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 5 is a graph showing the results of the above experiment, showing the electromotive force between the standard electrode and the measurement electrode and the position of the oxygen probe, and the horizontal axis is time (seconds). In FIG. 5, the point C is the position of the boundary surface between the molten steel layer and the slag layer, but there is no significant change in the electromotive force curve between the standard electrode and the measurement electrode before and after the point C. It can be seen from the curve that it is difficult to detect the boundary between the molten steel layer and the slag layer. However, as described above, there is a great advantage if the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer can be measured using means for measuring the oxygen partial pressure of the molten steel layer or slag layer. Therefore, the present invention has been made to solve the problem of measuring the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer using means for measuring the oxygen partial pressure of the molten steel layer and slag layer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor noticed that a vessel such as a converter in which molten steel is accommodated has conductivity, and conventionally, an oxygen probe is provided integrally with a sensor composed of a standard electrode and a solid electrolyte. The above-mentioned problems have been solved by imparting the role of the measuring electrode to the side wall of a converter or the like that is a container in which molten steel is accommodated. That is, the present inventor has the standard electrode of the sensor before and after the boundary surface between the molten steel layer and the slag layer floating on the surface thereof, and the boundary surface between the slag layer and the upper atmosphere layer of the slag layer. It was found that the electromotive force generated between the converter and the ground connected to the converter greatly changes. The present invention has been made paying attention to this point.
[0010]
First, the method for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the thickness of the slag layer according to the present invention will be described. This measuring method is a molten steel in which an oxygen sensor comprising a cylindrical solid electrolyte having oxygen ion conductivity and a standard electrode filled in the solid electrolyte is housed in a conductive container. After being immersed in the layer for a certain time, the molten steel layer is moved to the atmosphere layer, which is the upper layer of the slag layer floating on the surface of the molten steel layer, and continuously from the reference position to the position of the oxygen sensor during the immersion and the movement. At the same time, the total electromotive force generated between the standard electrode and the ground connected to the container at that time is measured, and the relationship between the vertical distance and the total electromotive force, the molten steel It is characterized in that the position of the layer surface and / or the thickness of the slag layer are obtained.
[0011]
In the method for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the thickness of the slag layer, the temperature of each layer to which the oxygen sensor is exposed or immersed is measured using a temperature sensor that moves integrally with the oxygen sensor. In addition, the oxygen partial pressure of the layer can be obtained using the total electromotive force and the temperature in the layer.
In this method, a bias electromotive force generated between the ground and the ground is measured using a correction electrode disposed in the vicinity of the oxygen sensor, and the total electromotive force is used instead of the total electromotive force. It is recommended to determine the oxygen partial pressure using a modified electromotive force obtained by reducing the bias electromotive force.
[0012]
Next, the apparatus for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the slag layer thickness according to the present invention will be described. This measuring device has a conductive container containing a molten steel layer with a slag layer floating on its surface, a cylindrical solid electrolyte with oxygen ion conductivity closed at the lower end, and the interior of the solid electrolyte. An oxygen sensor composed of a standard electrode and oxygen sensor moving means for immersing the oxygen sensor in the molten steel layer for a certain period of time and then moving from the molten steel layer to an atmospheric layer that is an upper layer of a slag layer floating on the surface of the molten steel layer And an oxygen sensor position measuring means for measuring a vertical distance from a reference position to the position of the oxygen sensor continuously during the immersion and the movement, and the standard electrode at the same time as the measurement of the vertical distance. And a total electromotive force measuring means for measuring a total electromotive force generated between the container and the ground connected to the container, and the vertical distance measured by the oxygen sensor position measuring means and the total electromotive force From the relationship between the total electromotive force force measuring means has measured the position of the molten steel layer surface, or the thickness of the slag layer, or is characterized by comprising seeking both.
[0013]
In the apparatus for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the thickness of the slag layer, a temperature sensor that moves integrally with the oxygen sensor and measures the temperature of each layer to which the oxygen sensor is exposed or immersed is provided. While using the temperature measuring means used, the partial pressure of oxygen in the layer can be obtained using the total electromotive force and the temperature in the layer.
The apparatus further includes a correction electrode provided in the vicinity of the oxygen sensor, and bias electromotive force measuring means for measuring a bias electromotive force generated between the correction electrode and the ground, and the total electromotive force. It is recommended that the oxygen partial pressure be obtained using a modified electromotive force obtained by subtracting the bias electromotive force from the total electromotive force instead of electric power.
[0014]
Next, the molten steel layer surface position and / or slag layer thickness measuring device A probe used in the above will be described. This probe consists of a solid electrolyte with a closed bottom and oxygen ion conductivity, and a standard electrode filled inside the solid electrolyte. Above Oxygen sensor and provided in the vicinity of this oxygen sensor Above A correction electrode is disposed in the vicinity of the oxygen sensor so as to measure the temperature around the portion where the oxygen sensor is exposed or immersed. As the temperature measuring means A temperature sensor; With It is characterized by becoming.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration example in the case of specifically configuring the apparatus for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the slag layer thickness according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a converter, 2 is ground, 3 is a molten steel layer, 4 is a slag layer, 5 is an atmospheric layer, 6 is a boundary surface between the molten steel layer and the slag layer, and 7 is a boundary between the slag layer and the atmospheric layer. 8 is a sub lance, 9 is an oxygen probe, 10 is a sub lance movement mechanism, 11 is a rotary encoder, 12 is a sub lance movement control unit, 13 is a sub lance movement distance measurement unit, 14 is a temperature measurement unit, and 15 is a total electromotive force and It is a bias electromotive force measuring unit. FIG. 2 shows details of the oxygen probe 9, wherein (a) is a front view and (b) is a side view. 2A and 2B, 21 is a solid electrolyte, 22 is a standard electrode, 23 is a filler, 24 is a standard electrode lead wire, 25 is a correction electrode, 26 is a housing, 27 is a connector portion, and 28 is a correction. An electrode lead wire, 29 is a U-shaped tube, 30 is a thermocouple wire, 31 is a thermocouple lead wire, 32 is a heat-resistant cement, 33 is a coating, 34 is a cap, and 35 is a paper cap. In the above configuration example, the converter 1 is used as a container for containing molten steel, but a ladle may be used.
[0016]
In FIG. 1, in this configuration example, an oxygen probe 9 is attached to the tip of a rod-like sub lance 8 disposed vertically above the converter 1, and the sub lance 8 is moved up and down by a sub lance moving mechanism 10. Thus, the oxygen probe 9 is immersed in the molten steel layer 3 accommodated in the converter 1, and the operation of pulling up the oxygen layer 9 through the slag layer 4 floating on the surface of the molten steel layer 3 to the upper atmosphere layer 5 of the slag layer 4 is performed. . The sub lance movement mechanism 10 is configured using a servo motor, a pulse motor, or the like, and is controlled by the sub lance movement control unit 12. Further, the sub lance moving mechanism 10 is provided with a rotary encoder 11 linked with a servo motor, a pulse motor or the like, so that the vertical moving distance of the sub lance 8 can be measured. By this measurement, the distance between the preset reference position and the oxygen probe 9 attached to the tip of the sublance 8, that is, the position of the oxygen probe 9 can be obtained.
[0017]
The oxygen probe 9 attached to the tip of the sub lance 8 has a structure shown in FIGS. That is, the oxygen sensor 19, the correction electrode 25, and the temperature sensor 20 are provided in the housing 26 and are fixed by the heat resistant cement 32. The oxygen sensor 19 includes a cylindrical solid electrolyte 21 having a closed lower end and a standard electrode 22 filled in the solid electrolyte 21, and the standard electrode 22 is provided along the axis of the solid electrolyte 21. The standard electrode lead wire 24 is connected. The solid electrolyte 21 is formed of a sintered body in which a substance having oxygen ion conductivity is dissolved in a predetermined amount (several moles) and partially stabilized. For example, zirconium oxide (zirconia) or yttrium oxide is used. A substance mainly containing silicon dioxide, alumina, titanium oxide, magnesium oxide, iron oxide or the like is used as necessary. In particular, partially stabilized zirconia is preferable as the solid electrolyte 21 because it has excellent thermal shock resistance and a high response speed to oxygen concentration. The standard electrode 22 is made of a material whose oxygen partial pressure is known. As this substance, for example, chromium and chromium oxide, molybdenum and molybdenum oxide, a mixture of nickel and nickel oxide, or the like is used. The filler 23 is used to hold the standard electrode 22 made of a mixture at the lower end of the internal space of the solid electrolyte 21. For the standard electrode lead wire 24, molybdenum (Mo) having excellent heat resistance is used. The correction electrode 25 has a ring shape and is provided around the housing 26. However, by making the ring shape, the contact area with the molten steel can be widened and the electric resistance is small as compared with the case of a simple rod shape. There is an advantage that the flowing current is stabilized. As with the standard electrode lead wire 24, it is desirable to use molybdenum (Mo) excellent in heat resistance for the correction electrode 25, but iron (Fe) that is inexpensive and easy to process may be used. The correction electrode lead wire 28 is connected to the correction electrode 25. The temperature sensor 20 is composed of a U-shaped tube 29 and a thermocouple wire 30 inserted in the U-shaped tube 29. The temperature sensor 20 has a sense of having temperature measuring contacts of two types of thermocouple wires 30 near the apex of the U-shaped tube 29. It has a warm section. A thermocouple lead wire 31 is connected to the thermocouple wire 30.
[0018]
The oxygen probe 19 provided on the oxygen probe 9, the correction electrode 25, and the standard electrode lead 24, the correction electrode lead 28, and the thermocouple lead 31 connected to the temperature sensor 20 When attached to the tip of the sub lance 8, it is connected to the wiring in the sub lance 8 via the connector portion 27, and the standard electrode lead wire 24 and the correction electrode lead wire 28 are connected to the total electromotive force and bias electromotive force measuring portion 15. The thermocouple lead wire 31 is connected to the temperature measurement unit 14. Moreover, the converter 1 which is a container which accommodates molten steel is connected to the earth | ground 2 via the trunnion. The total electromotive force and bias electromotive force measurement unit 15 is also connected to the ground 2. The cap 34 and the paper cap 35 are for protecting the oxygen sensor 19 and the temperature sensor 20, and melt and disappear when the oxygen probe 9 is immersed in high-temperature molten steel accommodated in the converter 1. Thus, the oxygen sensor 19 and the temperature sensor 20 are exposed.
[0019]
Next, the molten steel layer surface position and / or slag layer thickness or both of them are used to determine the molten steel layer surface position, slag layer thickness, oxygen partial pressure in the molten steel layer, and oxygen partial pressure in the slag layer. A method for measuring the necessary elements will be described. First, the sublance 8 is moved downward by the sublance moving mechanism 10, and the oxygen probe 9 attached to the tip of the sublance 8 is penetrated into the slag layer 4 and immersed in the molten steel layer 3. Stop in position for a few seconds. Thereafter, the sublance 8 is moved upward by the sublance moving mechanism 10, and the oxygen probe 9 is pulled up to the atmosphere layer 5 that is the upper layer of the slag layer 4 through the slag layer 4 floating on the surface of the molten steel layer 3. During this time, the vertical distance between the preset reference position and the position of the oxygen probe 9 is continuously measured by the sublance movement distance measuring unit 13 as described above. At the same time, the total electromotive force and bias electromotive force measuring unit 15 generates the total electromotive force generated between the standard electrode 22 and the ground 2 connected to the converter 1 at that time, and the correction electrode 25 and the ground 2. In addition to measuring the bias electromotive force generated between them, the temperature around the portion where the oxygen sensor 19 is immersed or exposed using the temperature sensor 20 and the temperature measuring unit 14, that is, the molten steel layer 3, The temperature of the slag layer 4 or the atmospheric layer 5 is measured.
[0020]
The generation of an electromotive force between the standard electrode 22 and the ground 2 connected to the converter 1 is considered to be based on the same principle as the generation of an electromotive force in a general oxygen sensor. That is, in an oxygen sensor immersed in molten steel, for example, zirconia (ZrO ₂ ) And magnesium oxide (MgO), a density cell represented by the following battery type is formed between the standard electrode and the measurement electrode.
Mo1 / Po ₁ / ZrO ₂ + MgO / Po ₂ / Mo2 (1)
Here, Mo1 is a lead wire made of molybdenum (Mo) connected to the standard electrode, Po ₁ Is the partial pressure of oxygen of the material constituting the standard electrode, Po ₂ Is the oxygen partial pressure in the molten steel, and Mo2 is a measuring electrode made of molybdenum (Mo). Further, as described above, the oxygen partial pressure of the material constituting the standard electrode is known. In said structural example, the side wall of the converter 1 which is a container which is in contact with molten steel will correspond to a measurement electrode.
[0021]
In the concentration cell of the above formula (1), it is known that an electromotive force E represented by the following formula is generated between Mo1 and Mo2, that is, between a standard electrode and a measurement electrode.
E = (R · T) / (4F) ln (Po ₂ / Po ₁ (2)
Where R is the gas constant, T is the temperature of the molten steel (absolute temperature), F is the Faraday constant, Po ₁ Is the oxygen partial pressure of the material constituting the standard electrode and Po ₂ Is the oxygen partial pressure in the molten steel. Oxygen partial pressure Po of the material constituting the standard electrode ₁ Therefore, according to the above equation (2), by measuring the electromotive force E and the temperature T, the oxygen partial pressure Po in the molten steel ₂ Can be requested. In the above configuration example, the electromotive force E is generated between the standard electrode 22 and the ground 2 connected to the converter 1, and this electromotive force E is referred to as a total electromotive force here.
[0022]
However, in the case of the above configuration example, although the mechanism of the occurrence is not clarified, the molten steel near the position where the oxygen probe 9 is immersed and the ground connected to the converter 1 which is a container in contact with the molten steel. 2 is used, instead of the total electromotive force, a modified electromotive force obtained by subtracting the bias electromotive force is used for more accurate measurement of the oxygen partial pressure. Is recommended. Incidentally, in the above configuration example, the bias electromotive force was −24 mV at a temperature of 1600 ° C. Further, when iron (Fe) is used as the correction electrode 25, a thermoelectromotive force is generated between the correction electrode 25 and the standard electrode lead wire 24 made of molybdenum (Mo). From this viewpoint, instead of the above total electromotive force. It is recommended to use a modified electromotive force obtained by subtracting the bias electromotive force from the total electromotive force.
[0023]
As described above, the oxygen partial pressure in the molten steel layer 3, the slag layer 4 and the like can be obtained using the apparatus of the above configuration example. However, in order to obtain the molten steel layer surface position and slag layer thickness using the apparatus of the above configuration example, the boundary surface 6 between the molten steel layer and the slag layer and the boundary surface 7 between the slag layer and the atmospheric layer are detected. There is a need to. Therefore, the following experiment was performed to see whether these detections were possible. That is, the vertical distance between the reference position and the position of the oxygen probe 9, the total electromotive force between the standard electrode 22 and the ground 2, and the oxygen sensor 19 described in the above description of the measurement method are as follows. The temperature of the immersed or exposed portion is measured to draw these graphs, and the position of the boundary surface 6 between the molten steel layer and the slag layer and the boundary surface 7 between the slag layer and the atmospheric layer Was visually confirmed and entered on the above graph. In this experiment, the oxygen probe 9 is immersed in the molten steel layer 3 and stopped at a predetermined depth position of the molten steel layer 3 for about 8 seconds, and then the oxygen probe 9 is pulled up to the atmosphere layer 5. Further, in this experiment, a rod-shaped electrode made of molybdenum (Mo) and having a diameter of 3 mm, which is disposed in the vicinity of the oxygen probe 9, is used as the correction electrode instead of the correction electrode 25 provided in the oxygen probe 9. ing.
[0024]
FIG. 3 is a graph showing the results of the above experiment. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents time (seconds). Further, point A is the position of the boundary surface between the molten steel layer and the slag layer, and point B is the position of the boundary surface between the slag layer and the atmospheric layer. As can be seen from the graph of FIG. 3, the total electromotive force changes greatly before and after each point. By capturing this large change, the boundary surface 6 between the molten steel layer and the slag layer, and the slag layer and It can be seen that the boundary surface 7 with the atmospheric layer can be detected. In other words, the position (point A) of the oxygen probe at the time when the total electromotive force stabilizes and suddenly rises is the position of the boundary surface 6 between the molten steel layer and the slag layer, and after the total electromotive force reaches the peak, it stands up rapidly. The position (point B) of the oxygen probe at the time of lowering is the position of the boundary surface 7 between the slag layer and the atmospheric layer. Therefore, by measuring the vertical distance between the reference position and the position of the oxygen probe 9 and the total electromotive force generated between the standard electrode 22 and the ground 2, the boundary surface 6 between the molten steel layer and the slag layer, And the position of the boundary surface 7 between the slag layer and the atmospheric layer, and the difference between the position of the boundary surface 6 between the molten steel layer and the slag layer and the position of the boundary surface 7 between the slag layer and the atmospheric layer From this, the thickness of the slag layer 4 can be obtained. That is, according to the apparatus of said structural example, the molten steel layer surface position and slag layer thickness can be calculated | required.
[0025]
Further, from FIG. 3, the total electromotive force and temperature when the oxygen probe 9 is immersed in the molten steel layer 3 and the slag layer 4 are known, and by obtaining the corrected electromotive force using the bias electromotive force, The oxygen partial pressure in the molten steel layer 3 and the slag layer 4 can be obtained. Further, from FIG. 3, since the total electromotive force and temperature in the atmospheric layer 5 can be read, the theoretical partial clarification has not been made, but the oxygen partial pressure in the atmospheric layer 5 can be obtained in the same manner as described above. Conceivable.
Further, slag characteristics such as basicity and conductivity of the slag can be known from the difference between the oxygen partial pressure of the molten steel and the oxygen partial pressure of the slag layer.
[0026]
Further, in the molten steel layer 3, the total electromotive force is quickly stabilized in 2 to 3 seconds, and a constant value is maintained. Therefore, according to this method, since stable measurement can be performed, the accuracy of measurement can be increased, and as a result, the quality of steelmaking can be improved.
Moreover, according to said method, the time which the oxygen probe 9 is immersed in the molten steel layer 3 can be shortened to 3 to 4 second, and the measurement time which conventionally took 5 to 8 second can be shortened. In addition, since the time for immersion in the molten steel layer 3 is shortened, adhesion of molten steel, slag, etc. to the sublance can be reduced, and the durability time of the oxygen probe 9 can be shortened. Therefore, the thickness of the member can be reduced, and the cost of the oxygen probe 9 can be reduced.
[0027]
In the above configuration, a calculation unit using a computer is provided, and this calculation unit receives the output signal from the sub lance movement distance measurement unit 13, the temperature measurement unit 14, and the total electromotive force and bias electromotive force measurement unit 15. Accordingly, the molten steel layer surface position, the slag layer thickness, and the oxygen partial pressure can be automatically obtained and displayed or output. That is, this calculation unit receives and stores the output signals from the total electromotive force and bias electromotive force measurement unit 15 and monitors these signals. And by detecting the detection time of the boundary surface 6 of the molten steel layer and the slag layer and the boundary surface 7 of the slag layer and the atmospheric layer by the method as described above, the molten steel received before and after those detection time points. The total electromotive force and the bias electromotive force in the layer 3, the slag layer 4, and the atmospheric layer 5 are extracted from the stored received signals, and the oxygen partial pressure of each layer is obtained by calculation and displayed or output. At the same time, the vertical distance between the reference position at the time of detection and the position of the oxygen probe 9 is taken out from the stored received signal, and the surface position of the molten steel layer is displayed or output from this, and the slag is also displayed. The layer thickness is obtained by calculation and displayed or output. Alternatively, by adding a control unit to the calculation unit, in addition to the above function, the sublance movement control unit 12 may have a function of instructing the movement, stop, etc. of the sublance 8.
[0028]
【The invention's effect】
According to the first or fourth aspect of the present invention, the role of the measurement electrode, which has been conventionally provided in the oxygen probe and integrated with the sensor made of the standard electrode and the solid electrolyte, in the container in which the molten steel is accommodated. By making it negative, as described above, the surface position of the molten steel layer and the thickness of the slag layer can be measured using means for measuring the oxygen partial pressure such as the molten steel layer and the slag layer. In the molten steel layer, the total electromotive force quickly stabilizes in 2 to 3 seconds and maintains a constant value, so that stable measurement can be performed and measurement accuracy can be improved. In turn, the quality of steelmaking can be improved. In addition, the time for immersing the oxygen probe in the molten steel layer can be shortened to 3 to 4 seconds, the measurement time conventionally required for 5 to 8 seconds can be shortened, and the time for immersing in the molten steel layer can be shortened. Since it becomes shorter, adhesion of molten steel, slag, etc. to the sublance can be reduced, and the thickness of the member used for the oxygen probe can be reduced, so that the cost of the oxygen probe can be reduced.
[0029]
According to invention of Claim 2 or 5, not only the measurement of the molten steel layer surface position and the thickness of a slag layer but oxygen partial pressures, such as a molten steel layer and a slag layer, can be measured.
[0030]
According to the invention of claim 3 or 6, in the measurement of the oxygen partial pressure of the molten steel layer, the slag layer, etc., instead of the total electromotive force, a modified electromotive force obtained by subtracting the bias electromotive force from the total electromotive force is used. Highly accurate measurement can be performed.
[0031]
By using the oxygen probe according to the seventh aspect of the invention, the same effects as those of the above-described inventions can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration example of a measuring apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a structure of an oxygen probe used in a configuration example of a measuring apparatus according to the present invention, in which FIG. 2A is a front view thereof, and FIG.
FIG. 3 is a graph showing experimental results using a configuration example of the measuring apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a conventional oxygen probe.
FIG. 5 is a graph showing experimental results using a conventional oxygen probe.
[Explanation of symbols]
1 Converter
2 Earth
3 Molten steel layer
4 Slag layer
5 Atmosphere
6 Interface between molten steel layer and slag layer
7 Interface between slag layer and atmospheric layer
8 Sublance
9 Oxygen probe
10 Sublance movement mechanism
11 Rotary encoder
12 Sublance movement controller
13 Sublance movement distance measurement unit
14 Temperature measurement unit
15 Total electromotive force and bias electromotive force measurement unit
19 Oxygen sensor
20 Temperature sensor
21 Solid electrolyte
22 Standard electrode
23 Filler
24 Standard electrode lead wire
25 Correction electrode
26 Housing
27 Connector section
28 Correction electrode lead wire
29 U-shaped tube
30 Thermocouple wire
31 Thermocouple lead wire
32 heat resistant cement
33 Coating
34 cap
35 Paper cap
40 Oxygen probe
41 Solid electrolyte
42 Standard electrode
43 Filler
44 Standard electrode lead wire
45 Measuring electrode
46 Housing
47 Connector part
48 Electrode lead wire for measurement
50 Thermocouple
51 Thermocouple lead wire
52 Heat resistant cement
53 Coating
54 cap
55 Paper cap

Claims

下端が閉じた筒状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、その固体電解質の内部に充填された標準電極とでなる酸素センサを、導電性を帯びた容器に収容した溶鋼層に一定時間浸漬した後、この溶鋼層からこの溶鋼層表面に浮遊するスラグ層の上層である大気層へ移動させ、前記浸漬及び前記移動の間連続して、基準位置から前記酸素センサの位置までの垂直距離を測定すると同時に、その時点における前記標準電極と前記容器に接続したアースとの間に生じる総起電力を測定して、前記垂直距離と前記総起電力との関係から、前記溶鋼層表面の位置、または、前記スラグ層の厚さ、或は、その双方を求めてなることを特徴とする溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定方法。 An oxygen sensor consisting of a solid electrolyte with a closed bottom and oxygen ion conductivity and a standard electrode filled in the solid electrolyte is immersed in a molten steel layer contained in a conductive container for a certain period of time. After this, the molten steel layer is moved to the atmospheric layer that is the upper layer of the slag layer floating on the surface of the molten steel layer, and the vertical distance from the reference position to the oxygen sensor position is continuously obtained during the immersion and the movement. At the same time as measuring the total electromotive force generated between the standard electrode and the ground connected to the container at that time, from the relationship between the vertical distance and the total electromotive force, the position of the surface of the molten steel layer, Alternatively, the method for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the thickness of the slag layer, wherein the thickness of the slag layer, or both of them is determined.

前記酸素センサと一体的に移動する温度センサを用いて、前記酸素センサが晒されまたは浸っている前記各層の温度を測定するとともに、その層における前記総起電力と前記温度とを用いて、その層の酸素分圧を求めてなる請求項１記載の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定方法。 The temperature sensor that moves integrally with the oxygen sensor is used to measure the temperature of each layer to which the oxygen sensor is exposed or immersed, and using the total electromotive force and the temperature in the layer, The method for measuring a surface position of a molten steel layer and / or a slag layer thickness according to claim 1, wherein the oxygen partial pressure of the layer is obtained.

前記酸素センサの近傍に配設された補正電極を用いて、前記アースとの間に生じるバイアス起電力を測定するとともに、前記総起電力に代えて、前記総起電力から前記バイアス起電力を減じた修正起電力を用いて、前記酸素分圧を求めてなる請求項２記載の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定方法。 Using a correction electrode disposed in the vicinity of the oxygen sensor, a bias electromotive force generated between the sensor and the ground is measured, and the bias electromotive force is subtracted from the total electromotive force instead of the total electromotive force. The method for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the thickness of the slag layer according to claim 2, wherein the partial pressure of oxygen is obtained using the corrected electromotive force.

表面にスラグ層が浮遊する溶鋼層を収容した導電性を帯びた容器と、
下端が閉じた筒状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、その固体電解質の内部に充填された標準電極とでなる酸素センサと、
前記酸素センサを前記溶鋼層に一定時間浸漬した後、この溶鋼層からこの溶鋼層表面に浮遊するスラグ層の上層である大気層へ移動する酸素センサ移動手段と、
前記浸漬及び前記移動の間連続して、基準位置から前記酸素センサの位置までの垂直距離を測定する酸素センサ位置測定手段と、
前記垂直距離の測定と同時に、その時点における、前記標準電極と前記容器に接続したアースとの間に生じる総起電力を測定する総起電力測定手段と、でなるとともに、
前記酸素センサ位置測定手段が測定した前記垂直距離と前記総起電力測定手段が測定した前記総起電力との関係から、前記溶鋼層表面の位置、または、前記スラグ層の厚さ、或は、その双方を求めてなることを特徴とする溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置。A conductive container containing a molten steel layer with a slag layer floating on its surface;
An oxygen sensor comprising a solid electrolyte having oxygen ion conductivity in a cylindrical shape with a closed lower end, and a standard electrode filled in the solid electrolyte;
After immersing the oxygen sensor in the molten steel layer for a certain period of time, oxygen sensor moving means for moving from the molten steel layer to the upper atmosphere layer of the slag layer floating on the surface of the molten steel layer,
Oxygen sensor position measuring means for measuring a vertical distance from a reference position to the position of the oxygen sensor continuously during the immersion and the movement;
Simultaneously with the measurement of the vertical distance, a total electromotive force measuring means for measuring the total electromotive force generated between the standard electrode and the ground connected to the container at that time, and
From the relationship between the vertical distance measured by the oxygen sensor position measuring means and the total electromotive force measured by the total electromotive force measuring means, the position of the surface of the molten steel layer, or the thickness of the slag layer, or An apparatus for measuring the surface position of a molten steel layer and / or the thickness of a slag layer, or both of them, characterized in that both are obtained.

前記酸素センサと一体的に移動するとともに、前記酸素センサが晒されまたは浸っている前記各層の温度を測定する温度センサを用いた温度測定手段を備えるとともに、
その層における前記総起電力と前記温度とを用いて、その層の酸素分圧を求めてなる請求項４記載の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置。A temperature measuring means using a temperature sensor that moves integrally with the oxygen sensor and measures the temperature of each layer to which the oxygen sensor is exposed or immersed, and
The apparatus for measuring a surface position of a molten steel layer and / or a thickness of a slag layer according to claim 4, wherein an oxygen partial pressure of the layer is obtained using the total electromotive force and the temperature in the layer.

前記酸素センサの近傍に設けられた補正電極と、
この補正電極と前記アースとの間に生じるバイアス起電力を測定するバイアス起電力測定手段と、を備えるとともに、
前記総起電力に代えて、前記総起電力から前記バイアス起電力を減じた修正起電力を用いて、前記酸素分圧を求めてなる請求項５記載の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置。A correction electrode provided in the vicinity of the oxygen sensor;
A bias electromotive force measuring means for measuring a bias electromotive force generated between the correction electrode and the ground, and
The molten steel layer surface position or slag layer thickness according to claim 5, wherein the oxygen partial pressure is obtained using a modified electromotive force obtained by subtracting the bias electromotive force from the total electromotive force instead of the total electromotive force. Is a both-side measuring device.

請求項６記載の溶鋼層表面位置またはスラグ層厚さ或はその双方測定装置に用いる酸素プローブであって、
下端が閉じた筒状で酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、その固体電解質の内部に充填された標準電極とでなる前記酸素センサと、
この酸素センサの近傍に設けられた前記補正電極と、
前記酸素センサが晒されまたは浸る部分の周辺の温度を測定するように、前記酸素センサの近傍に配設された前記温度測定手段としての温度センサと、
を備えてなることを特徴とする酸素プローブ。 An oxygen probe for use in a measuring device for measuring the surface position of the molten steel layer and / or the slag layer thickness according to claim 6,
The oxygen sensor comprising a solid electrolyte having oxygen ion conductivity in a cylindrical shape with a closed lower end, and a standard electrode filled in the solid electrolyte,
Wherein the correcting electrode provided in the vicinity of the oxygen sensor,
A temperature sensor as the temperature measuring means disposed in the vicinity of the oxygen sensor so as to measure a temperature around a portion where the oxygen sensor is exposed or immersed;
An oxygen probe comprising: