JP5263905B2 - 溶融金属の測定システム及び該システムに使用されるプローブ - Google Patents

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Description

本発明は、溶融金属にプローブを浸漬することにより、溶融金属の測定要素を測定するシステムにおいて、特に、プローブを溶融金属の湯面を基準とする所定の深さ位置に浸漬させることができるシステムに関する。
従来、プローブにより溶融金属の測定要素を測定するシステムは、プローブの上端部を下端部に連結するサブランスと、該サブランスを昇降移動する駆動装置と、該駆動装置を制御することによりサブランスの下降・停止・上昇を行わせる制御装置とから構成されている。
プローブは、測温センサー、酸素センサー、ＣＤセンサー、サンプラー等、溶融金属の測定要素を測定するための測定手段を備えており、サブランスの下降により、溶融金属に浸漬される。測温センサーは、溶融金属の温度を測定するために使用される。酸素センサーは、本出願人の日本特許第４０１７２０７号に開示されたものが公知であり、例えば、酸素イオン導電性を有する固体電解質から成る有底チューブ体により形成され、該チューブ体の内部と溶融金属の酸素分圧差により発生する起電力に基づいて溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素を測定するために使用される。ＣＤセンサーは、プローブ内に浸入した溶融金属の凝固温度を測定し、溶融金属に含まれる炭素量を測定するために使用される。そして、これらのセンサーから出力される測定信号は、リアルタイムでコンピュータに送られる。
サンプラーは、溶融金属の試料を採取し、溶融金属からプローブを引き上げた後、凝固した試料をサンプラーから取出し、発光分光分析や、燃焼化学分析等の分析のために供される。
前記サブランスの駆動装置を制御する制御装置は、前記コンピュータに設けられたプログラムにより構成されており、駆動装置に対して下降指令、停止指令、上昇指令を与える。通常、下降指令は、サブランスの下降速度が、最初は高速（例えば１５０ｍ／ｍｉｎ）、その後、中速（例えば２０ｍ／ｍｉｎ）、浸漬位置に近づくと低速（例えば８ｍ／ｍｉｎ）のように減速されるようにプログラムが組まれている。
ところで、例えば、製鋼工程における転炉の溶融金属は、酸素により吹錬され、表面が激しく揺れているため、プローブを浸漬させることが困難である。そこで、吹錬を停止した状態で、プローブを浸漬させるのが通常であるが、溶融金属の湯面の上方には溶融スラグ層が存在する。従って、プローブの浸漬位置（サブランスの下降開始から停止までの距離）を決定するためには、溶融スラグ層の下方に隠れている溶融金属の湯面の位置を確認することが重要となる。これを確認せずにサブランスを下降して停止させた場合、プローブの浸漬位置が浅過ぎたり、反対に、深過ぎたりするおそれがある。
プローブの浸漬位置が浅い場合、測定要素を正しく測定することができず、誤測定の原因となる。例えば、溶融金属の湯面から浅い個所では、温度が不安定であったり、酸素センサーの起電力が不安定となったり、サンプラーによる試料の採取が不良となったりする可能性がある。
その反対に、プローブの浸漬位置が必要以上に深い場合、サブランスが溶融スラグ層に近接して損傷するおそれがある。例えば、飛散するスラグや溶融金属がサブランスに付着したり、熱影響によりサブランスに曲がりが生じたり、プローブを連結したホルダー部分を焼損したりする可能性がある。また、深く浸漬されたプローブが焼損してサンプラーを落下する可能性もある。
このため、従来、プローブの浸漬に先立ち、溶融金属の湯面の位置を検出し、その後、プローブを所定の浸漬深さ位置まで浸漬させることが行われている。溶融金属の湯面測定装置は、一対の電極を設けたものが公知である。
電極式の湯面測定装置は、サブランスにより溶融金属に向けて下降され、溶融金属の湯面に接触すると、一対の電極が通電して該湯面を検知する。しかしながら、溶融金属の湯面の上方に溶融スラグ層が存在する場合は、該装置が溶融スラグ層に接触すると、一対の電極が通電するので、溶融スラグ層の表面位置を検知することはできても、その下方に位置する溶融金属の湯面位置を検知することができない。このため、溶融スラグ層の表面位置を検知した後、経験から溶融スラグ層の層厚を計算し、溶融金属の湯面位置を求めているのが現状である。
特開２００１−５０７９６号公報
従来技術を図面に基づいて説明する。図６（Ａ）に示すように、炉１の内部で、表面に溶融スラグ層２を有する溶融金属３は、吹錬を停止した状態で、先ず、湯面測定装置４により溶融金属３の湯面ＭＬを検出するための作業が行われる。湯面測定装置４は、前述のような一対の電極を備えており、サブランス５により下降させられる。図示のように溶融スラグ層２に接触すると、電極が通電し、溶融スラグ層２の表面ＳＬの位置が検知される。そこで、サブランス５の下降移動距離Ｍ１を記録する。
次に、引き上げたサブランス５にプローブ６を取付け、図６（Ｂ）に示すように、プローブ６の先端部が溶融金属３の湯面ＭＬから所定の浸漬深さＤまで浸漬されるように下降し停止させる。この際、サブランス５の下降移動距離Ｍ２は、先に検知した溶融スラグ層２の表面ＳＬの位置と、経験的に推定される溶融スラグ層２の層厚ｔとに基づいて求められる。
上述の従来技術の場合、湯面測定装置４を取付けたサブランス５を下降・停止・上昇することにより溶融スラグ層２の表面ＳＬの位置を測定した後、引き上げられたサブランス５にプローブ６を取付け、再度、サブランス５を下降・停止・上昇することにより所望の測定要素を測定する。従って、作業の開始から終了まで長時間を必要とする。このような長時間の作業中、吹錬を停止しなければならないので、製鋼の生産性を低下するという問題がある。
そして、プローブ６を浸漬させるためのサブランス５の下降移動距離Ｍ２は、溶融スラグ層２の層厚ｔを経験に基づいて推定した結果であるから、信頼性に乏しい。従って、プローブ６の先端部を湯面ＭＬから所定の浸漬深さＤに浸漬したつもりでも、実際には、所定深さＤよりも深過ぎたり浅過ぎたりする場合を生じる。しかも、所定深さＤを実現できたかどうかを確認できないという問題がある。
更に、湯面測定装置４は、１回使用限りの使い捨てのため、コストの点においても問題がある。
本発明は、上記課題を解決した溶融金属の測定システムを提供するものである。そこで、本発明のシステムは、表面に溶融スラグ層を有する溶融金属の湯面ＭＬから所定深さの所定領域Ｄにおける溶融金属中の測定要素を測定するシステムであり、溶融金属に浸漬されたとき、前記所定領域Ｄに浸漬される浸漬予定部を有する下端部と、前記溶融スラグ層の上方に延びる上端部と、前記浸漬予定部に設けられて溶融金属の測定要素を測定する測定手段と、前記所定領域Ｄの上端Ｕから下方に距離Ｄｘの部位に設けられた金属探知センサーを備えたプローブと、前記プローブの上端部を連結し、該プローブを下降速度Ｖで下降させ停止した後に上昇させるサブランスと、前記サブランスを昇降移動する駆動装置と、前記駆動装置を制御することによりサブランスの下降・停止・上昇を行わせる駆動指令手段を有する制御装置とから成り、前記プローブの下降中に、検知時点Ｔ１を決定すると共に該検知時点Ｔ１から所定の下降継続時間Ｔｘ（Ｔｘ＝Ｄｘ／Ｖ）が経過した停止時点Ｔ２を決定する停止位置決定手段と、前記停止時点Ｔ２と同時に前記駆動指令手段に停止信号ＳＳを入力する停止信号出力手段とを備えた情報作成装置と、前記金属探知センサーの検知信号ＤＳに応じて、前記停止位置決定手段に前記検知時点Ｔ１を決定させる検知決定信号ＪＳを入力する判定手段を設けている。前記金属探知センサーは、前記判定手段に所定電圧を入力すると共に該電圧を金属に反応したとき低下させる電気回路により構成され、溶融スラグ層に反応したとき電圧を低下し、溶融金属に反応したとき更に電圧を低下することにより検知信号ＤＳを形成するように構成され、前記判定手段は、前記金属探知センサーから入力される検知信号ＤＳを検知すると共に所定の閾値と比較し、該検知信号ＤＳが前記閾値を超えると判定したとき、検知決定信号ＪＳを前記停止位置決定手段に入力して前記検知時点Ｔ１を起算させ、前記検知信号ＤＳが前記閾値を超えない限りは前記検知決定信号ＪＳを出力しないように構成され、前記金属探知センサーが溶融スラグ層の表面ＳＬを通過して溶融金属の湯面ＭＬに達するまでは、停止位置決定手段により前記検知時点Ｔ１を起算させないように構成している。
本発明の実施形態は、前記情報作成手段に設定手段を設けている。設定手段は、前記距離Ｄｘを設定し、設定された値を前記停止位置決定手段に入力するように構成される。更に、設定手段は、前記下降継続時間Ｔｘを設定し、設定された値を前記停止位置決定手段に入力するように構成される。
前記情報作成装置は、金属探知センサーの検知信号ＤＳに基づいて、溶融金属の湯面位置に関する情報を作成する湯面位置情報作成手段を備えるのが好ましい。
また、前記情報作成装置は、前記停止時点Ｔ２に基づいて、溶融金属湯面ＭＬから浸漬された測定手段までの距離を求め、該測定手段により測定された測定要素の浸漬深さ位置に関する情報を作成する浸漬位置情報作成手段を備えるのが好ましい。
前記情報作成装置には、前記湯面位置情報作成手段又は浸漬位置情報作成手段に記録された情報をディスプレイパネルに表示する表示手段を設けることができる。
更に、本発明は、上述した溶融金属の測定システムに使用するプローブを提供するものである。そこで、プローブは、浸漬予定部に設けた金属探知センサーをＬＣ発振回路により構成している。ＬＣ発振回路は、所定電圧を出力するが、溶融金属に接近したとき該溶融金属に生じる渦電流に反応することにより電圧を低下するように構成されている。
本発明のプローブにおいて、浸漬予定部に設けられる測定手段は、溶融金属温度を測定する測温センサーと、溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素を測定する酸素センサーと、溶融金属の凝固温度を測定するＣＤセンサーと、サンプラーとから選ばれた１つ又は複数により構成されている。
本発明の好ましい実施形態において、プローブは、浸漬予定部の上端Ｕから上方に距離ｄｘだけ離れた部位の所定領域ｄに溶融スラグ採取手段を設けており、前記距離ｄｘを溶融スラグ層の層厚ｔに対して、ｄｘ＜ｔとなるように形成している。従って、溶融金属に浸漬された浸漬予定部の上端Ｕを溶融金属湯面に一致させた状態で、溶融スラグ採取手段は、溶融金属湯面ＭＬから上方に距離ｄｘだけ離れると共に溶融スラグ層に浸漬される。
溶融金属中の測定要素を測定するため、サブランス１５の下端部のホルダー２１にプローブ１６の上端部１６ａを取付け、制御装置１８から駆動装置１７に下降指令を与えると、駆動装置１７によりサブランス１５が下降移動され、プローブ１６の下端部１６ｂの所定領域Ｄに設けられた浸漬予定部２３を溶融金属１３に浸漬する。これにより、浸漬予定部２３に設けられた測温手段２４により、溶融金属１３の測定要素が測定される。例えば、測温センサー２４ａ、酸素センサー２４ｂ、ＣＤセンサー、サンプラー２４ｃ、その他により、溶融金属１３の温度の測定や、溶融金属１３に含まれる溶存酸素及び／又は溶質元素の測定や、溶融金属１３の凝固温度が測定される。また、サンプラー２４ｃにより溶融金属１３の試料が採取される。
また、プローブ１６の前記浸漬予定部２３の上端Ｕから距離ｄｘだけ離れた部位の所定領域ｄに設けた溶融スラグ採取手段２５が溶融スラグ層１２に浸漬され、スラグ試料を採取する。
本発明によれば、プローブ１６の浸漬予定部２３の所定位置に金属探知センサー２７が設けられ、該金属探知センサー２７と制御装置１８の間に情報作成装置３０が設けられており、該情報作成装置３０は、停止位置決定手段３１と停止信号出力手段３２を備えている。従って、プローブ１６の浸漬予定部２３が溶融金属１３に浸漬されるとき、金属探知センサー２７は、溶融スラグ層１２を通過した後、溶融金属１３の湯面ＭＬに進入するや否や検知信号ＤＳを出力する。該検知信号ＤＳが出力された検知時点Ｔ１から起算して下降継続時間Ｔｘが経過する停止時点Ｔ２が停止位置決定手段３１により決定され、該停止時点Ｔ２と同時に停止信号出力手段３２から停止信号が制御装置１８に入力され、これにより駆動装置１７を停止させる。前記下降継続時間Ｔｘは、金属探知センサー２７の位置から浸漬予定部２３を構成する所定領域Ｄの上端Ｕまでの距離Ｄｘと、プローブ１６が溶融金属１３に浸漬されるときの下降速度Ｖに基づき、Ｔｘ＝Ｄｘ／Ｖを求めることにより決定される。このため、プローブ１６の浸漬予定部２３の上端Ｕが溶融金属１３の湯面ＭＬに一致する位置でサブランス１５が停止する。
その結果、プローブ１６は、溶融金属１３に対して深過ぎたり浅過ぎたりする位置で停止されることはなく、必ず浸漬予定部２３の上端Ｕが溶融金属１３の湯面ＭＬに一致する位置で停止される。このため、測定手段２４により、湯面ＭＬから所望の深さに位置する溶融金属の測定要素を測定することができる。
しかも、プローブ１６が停止された状態で、溶融スラグ採取手段２５が溶融金属１３の湯面ＭＬから所定の距離ｄｘだけ上方の位置で溶融スラグ層１２に浸漬されるので、該溶融スラグ採取手段２５により採取したスラグ試料に溶融金属が混入するおそれはなく、必要とされるスラグ試料を好適に採取することができる。
その一方で、サブランス１５は、溶融スラグ層１２の表面ＳＬから離れた所望の上方位置で停止させられるので、好ましくない熱影響等からサブランス１５を保護することができる。
そして、上述の従来技術の場合は、プローブによる測定工程の前に溶融金属湯面の検出工程を必要とするのに対して、本発明によれば、プローブの測定工程と同一工程で溶融金属の湯面ＭＬを検知し、所望の正確な浸漬深さ位置にプローブを停止させるので、その間の吹錬停止時間が短くて済み、製鋼の生産性を低下させることはない。つまり、従来技術が溶融金属湯面の検出工程と、その後のプローブによる測定工程とによる２工程を必要するのに対し、本発明では１工程で済む。しかも、従来技術のようにプローブに加えて湯面測定装置を消費することもないので、コストの面でも有利である。
情報作成装置３０には、設定手段３５を設けることができる。設定手段３５は、前記距離Ｄｘの値や前記下降継続時間Ｔｘの値を設定し、設定された値を停止位置決定手段３１に入力する。これにより、本発明のシステムは、全長の長さが異なるプローブや、Ｄｘの寸法が異なる種々のプローブ１６の使用に対応できるものとなる。
特に本発明によれば、金属探知センサー２７は、所定電圧を出力するＬＣ発振回路を備え、溶融金属１３に接近したとき該溶融金属に生じる渦電流に反応することにより前記電圧を低下するように構成され、溶融スラグ層１２に反応したとき電圧を低下し、溶融金属１３に反応したとき更に電圧を低下することにより検知信号ＤＳを形成する。そして、金属探知センサー２７と停止位置決定手段３１の間に判定手段３４を設けている。判定手段３４は、金属探知センサー２７から入力される電圧低下による検知信号ＤＳを検知すると共に所定の閾値と比較し、該検知信号ＤＳが前記閾値を超えると判定したとき、検知決定信号ＪＳを停止位置決定手段３１に入力して前記検知時点Ｔ１を起算させ、前記検知信号ＤＳが前記閾値を超えない限りは前記検知決定信号ＪＳを出力しない。つまり、金属探知センサー２７が溶融スラグ層１２の表面ＳＬを通過して溶融金属１３の湯面ＭＬに達するまでは、停止位置決定手段３１により前記検知時点Ｔ１を起算させない。
プローブ１６は、溶融金属１３に浸漬させられる前に必ず溶融スラグ層１２を通過するため、溶融スラグ層１２を通過するときに、金属探知センサー２７が該スラグ層１２の電気的影響を受けて出力電圧を低下するという宿命を有しており、これにより溶融金属１３の湯面ＭＬの検知を困難にするという問題があるが、本発明らの知見によれば、ＬＣ発振回路により構成した金属探知センサー２７は、溶融スラグ層１２に反応したとき電圧を低下するが、溶融金属１３に反応したとき更に電圧を急激に低下することが判明した。そこで、本発明は、前述の判定手段３４を設けることにより、金属探知センサー２７の電圧低下が前記閾値を超えない限り、判定手段３４から検知決定信号ＪＳが出力されることはないので、溶融スラグ層１２の内部で湯面ＭＬを誤検知することはない。金属探知センサー２７は、湯面ＭＬに到達したとき、出力電圧が前記閾値を大きく超えるように急激に低下するので、判定手段３４から検知決定信号ＪＳが出力され、湯面ＭＬを正しく検知する。
本発明における情報作成装置３０は、湯面位置情報作成手段３６や浸漬位置情報作成手段３７を設けることができ、これにより、停止位置決定手段３１が決定した位置情報を有効に活用することができる。湯面位置情報作成手段３６は、検知決定信号ＪＳの出力結果を停止位置決定手段３１から取得し、実際の測定時における湯面ＭＬの位置に関する情報、例えば、炉底からの湯面ＭＬの高さや、サブランス１５の下降始点から湯面ＭＬまでの距離等の情報を作成する。また、浸漬位置情報作成手段３７は、停止位置決定手段３１から前記停止時点Ｔ２に関する情報を取得し、実際の測定時における溶融金属１３に対するプローブ１６の浸漬位置に関する情報、例えば、測温センサー２４ａや酸素センサー２４ｂやＣＤセンサーが測定した溶融金属の湯面ＭＬからの距離や、サンプラー２６が採取した試料の湯面ＭＬからの距離等の情報を作成する。
このようにして湯面位置情報作成手段３６及び浸漬位置情報作成手段３７により作成された情報は、情報作成装置３０に設けた表示手段３８によりリアルタイムでディスプレイパネルに表示し、プローブ１６を溶融金属１３に浸漬させたときからモニターできるように構成することができる。
更に、情報作成装置３０は、温度情報作成手段４１や、酸素情報作成手段４２を設けることができる。温度情報作成手段４２は、プローブ１６の測温センサー２４ａの出力信号を受取り、該信号に基づいて溶融金属の温度に関する情報を作成する。また、酸素情報作成手段４２は、プローブ１６の酸素センサー２５の出力信号を受取り、該信号に基づいて溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素に関する情報を作成する。
このようにして温度情報作成手段４１及び酸素情報作成手段４２により作成された情報も、情報作成装置３０に設けた表示手段３８によりリアルタイムでディスプレイパネルに表示し、プローブ１６を溶融金属１３に浸漬させたときからモニターできるように構成することができる。
本発明の測定システムに基づいて溶融金属の測定要素を測定する方法を示す断面図である。 本発明の測定システムに使用されるプローブと、サブランスのホルダーを示す断面図である。 本発明の測定システムに基づいてプローブを溶融金属に浸漬した状態を示す断面図である。 本発明の測定システムに基づいて下降中のプローブを停止させる方法を示しており、（Ａ）はプローブの下降移動と時間の関係を示すダイヤグラム図、（Ｂ）は金属探知センサーの反応と時間の関係を示すダイヤグラム図、（Ｃ）は金属探知センサーの１例を示す回路図である。 本発明の測定システムの全体構成を示すブロック図である。 従来技術を示しており、（Ａ）は湯面測定装置により溶融金属の湯面を測定している状態を示す断面図、（Ｂ）はプローブにより溶融金属の測定要素を測定している状態を示す断面図である。
以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。
図１は、転炉１１により精錬中の溶融金属の測定要素を測定するシステムを例示している。溶融金属１３は、表面に溶融スラグ層１２を有しており、酸素の吹錬により精錬されるが、吹錬を停止した状態で、サブランス１５に取付けられたプローブ１６を転炉１１の上部開口１４から下降移動させ、溶融金属１３の所定深さ位置に浸漬させることにより、溶融金属中の測定要素を測定される。
従って、測定システムは、プローブ１６と、該プローブ１６の上端部を下端部に連結するサブランス１５と、該サブランス１５を昇降移動する駆動装置１７と、該駆動装置１７を制御することによりサブランス１５の下降・停止・上昇を行わせる制御装置１８により構成されている。制御装置１８は、図５に示すように、メインコンピュータ１９に設けられたプログラムにより構成されており、駆動装置１７に対して下降指令、停止指令、上昇指令を与える駆動指令手段２０を設けている。通常、サブランス１５の下降速度は、最初は高速（例えば１５０ｍ／ｍｉｎ）で下降するが、その後、中速（例えば２０ｍ／ｍｉｎ）に減速され、スラグ層１２に近づくと低速（例えば８ｍ／ｍｉｎ）に減速され、所定の下降位置でサブランス１５を数秒間、停止させた後、高速で上昇させるようにプログラムが組まれている。
プローブ１６による測定を目的とする溶融金属の測定要素は、溶融金属の温度や、溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素や、溶融金属中の炭素であり、更に、プローブ１６により溶融金属の試料採取を目的としている。
このように溶融金属の測定要素を測定する目的に加えて、図示のプローブ１６は、スラグの採取を目的としている。採取したスラグ試料は、燃焼化学分析等で分析することにより、製鋼プロセスのための重要な情報を提供することが可能である。このため、スラグ試料を採取することは、製鋼現場からの強いニーズがある。しかしながら、スラグ試料は、分析可能な十分な量を採取する必要があり、しかも、採取したスラグ試料に溶融金属が混入していると、分析が困難又は不能となる。このため、スラグの採取に際しては、十分な量の試料が採取できること、採取した試料に溶融金属を混入していないことが肝要である。
図２に示すように、プローブ１６は、紙管により形成され、太い上端部１６ａと下端部１６ｂを、これらよりも細い延長管１６ｃにより連結した構成とされ、プローブ１６の上端部１６ａをサブランス１５の下端部のホルダー２１に着脱自在に取付けられる。
図３に示すように、プローブ１６の下端部１６ｂは、先端に設けられた金属製の保護キャップ２２を含む下端Ｂから上端Ｕまでの所定領域Ｄを溶融金属中に浸漬される浸漬予定部２３としており、該浸漬予定部２３に、溶融金属１３の測定要素を測定するための測定手段２４を内装している。測定手段２４は、例えば、溶融金属温度を測定する測温センサー２４ａ、溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素を測定する酸素センサー２４ｂ、溶融金属の凝固温度を測定するＣＤセンサー（図示せず）、サンプラー２４ｃ、その他から選ばれた１つ又は複数により構成されている。図例の場合、測温センサー２４ａ及び酸素センサー２４ｂは、前記所定領域Ｄの上端Ｕから下方に距離Ｄｙ１の位置に配置されている。また、サンプラー２４ｃは、溶融金属の採取口を前記所定領域Ｄの上端Ｕから下方に距離Ｄｙ２の位置に配置している。
また、プローブ１６は、前記浸漬予定部２３の上端Ｕから上方に距離ｄｘだけ離れた所定領域ｄに、溶融スラグ採取手段２５を設けている。図例の場合、溶融スラグ採取手段２５は、下端部１６ｂの直上に位置する延長管１６ｃの所定領域ｄの外周に所定ピッチで巻回された金属コイル２５ａにより構成され、該コイル２５ａの巻回された線条間に螺旋溝を形成し、該コイル２５ａの上端部に臨んで延長管１６ｃに固定リング２６を外挿し固着している。
浸漬予定部２３が溶融金属１３の所定深さに浸漬されたとき、測温センサー２４ａは、溶融金属の温度を測定する。酸素センサー２４ｂは、例えば本出願人が提案した日本特許第４０１７２０７号と同様のものを使用することができ、酸素イオン導電性を有する固体電解質から成る有底チューブ体と、外部電極を備えており、該チューブ体の内部と溶融金属の酸素分圧差により発生する起電力に基づいて、溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素を測定する。図示省略したＣＤセンサーは、プローブ内に設けた容器に浸入した溶融金属の凝固温度を測定し、溶融金属に含まれる炭素量を測定する。
サンプラー２４ｃは、溶融金属１３の試料を採取し、溶融金属１３からプローブ１６を引き上げた後、凝固した試料をサンプラー２４ｃから取出される。この試料は、発光分光分析や、燃焼化学分析等の分析のために供される。
溶融スラグ採取手段２５は、溶融スラグ層１２に浸漬することにより、コイル２５ａの螺旋溝に溶融スラグを浸入させると共に、コイル２５ａの外周に溶融スラグを付着させることにより、スラグ１２の試料を採取する。採取されたスラグは、プローブ１６を引き上げた後、凝固したスラグ試料として燃焼化学分析等により分析される。上述の通り、スラグ試料は、溶融金属を混入させていないことが必要である。
本発明において、プローブ１６の浸漬予定部２３の内部には、前記下端Ｂから距離Ｌの位置に、金属探知センサー２７が設けられている。この金属探知センサー２７は、図４（Ｃ）に示すように、所定電圧を安定した状態で出力するＬＣ発振回路により構成され、図例の場合、ＬＣ並列発振回路が使用されている。
サブランス１５のホルダー２１は、図２に示すように、コネクティングロッド２８を有しており、該コネクティングロッド２８をプローブ１６の内部に挿着した状態で、前記測定手段２４を構成するセンサー（測温センサー２４ａ、酸素センサー２４ｂ、ＣＤセンサー）及び金属探知センサー２７が電気的に接続されるコネクター２９を設けている。このコネクター２９は、サブランス１５の内部を通じる配線に接続され、更に、外部に設けられた別の配線により、図５に示す情報作成装置３０に接続されている。尚、情報作成装置３０は、インターフェイスを介してメインコンピュータ１９に接続されている。
本発明の金属探知センサー２７は、プローブ１６を取付けたサブランス１５を駆動装置１７により下降移動させたとき、プローブ１６の浸漬予定部２３がスラグ層１２を通過して溶融金属１３に浸漬されるとき、図３に示すように、浸漬予定部２３の上端Ｕが溶融金属１３の湯面ＭＬに一致する位置でサブランス１５を停止させることを目的としている。
そして、浸漬予定部２３の上端Ｕを湯面ＭＬに一致させたとき、該湯面ＭＬから上方に距離ｄｘだけ離れた位置で、溶融スラグ採取手段２５が溶融スラグ層１２に浸漬させられる。前記距離ｄｘは、溶融金属湯面ＭＬから十分に離れる距離とされるが、溶融スラグ層１２の層厚ｔに対して、ｄｘ＜ｔとなるように形成されている。また、図例の場合は、溶融スラグ採取手段２５を設けた所定領域ｄは、ｄ≧ｔ−ｄｘとなるように形成されている。従って、前述のように浸漬予定部２３の上端Ｕを溶融金属１３の湯面ＭＬに一致させてプローブ１６を停止したとき、溶融スラグ採取手段２５は、上端ｕを溶融スラグ層１２の表面ＳＬよりも上方に位置させるが、下端ｂを湯面ＭＬから距離ｄｘだけ離れた位置で溶融スラグ層１２に浸漬する。この際、例えば、距離ｄｘをｄｘ＜ｔ／２又はｄｘ＜ｔ／３となるように形成すれば、溶融スラグ採取手段２５を溶融スラグ層１２の層厚ｔの１／２又は２／３にわたり浸漬させることができる。
サブランス１５と共にプローブ１６を下降させたとき、プローブ１６は、スラグ層１２を通過した後、溶融金属１３に進入する。このとき、ＬＣ並列発振回路を構成する金属探知センサー２７は、所定電圧を出力しているので、溶融金属１３の湯面ＭＬに進入するや否や該溶融金属１３に渦電流を発生させる。この渦電流に反応して、金属探知センサー２７の出力電圧が急激に低下する。そこで、この電圧低下を湯面ＭＬの検知信号とする。
図例の場合、浸漬予定部２３の領域Ｄ（下端Ｂから上端Ｕまでの長さ）と、金属探知センサー２７が設けられた位置Ｌ（下端Ｂからの距離）は、Ｄ≧Ｌとされ、従って、金属探知センサー２７から上端Ｕまでの距離は、Ｄ−Ｌ＝Ｄｘとされているので、金属探知センサー２７が湯面ＭＬを検知した後、プローブ１６の下降を深さＤｘだけ継続させた後に停止させれば、浸漬予定部２３の上端Ｕが湯面ＭＬに一致した状態で停止されることになる。
これを時間で示すと、図４（Ａ）に示すように、速度Ｖで下降するプローブ１６の金属探知センサー２７が溶融金属１３の湯面ＭＬを検知して検知信号を出力したときを検知時点Ｔ１とすると、その検知時点Ｔ１から起算して下降継続時間Ｔｘ（Ｔｘ＝Ｄｘ／Ｖ）が経過した停止時点Ｔ２を決定し、その停止時点Ｔ２に下降を停止させれば、プローブ１６は、金属探知センサー２７が湯面ＭＬから深さＤｘだけ浸漬された位置、つまり浸漬予定部２３の上端Ｕが湯面ＭＬに一致した位置で停止される。
このため、図５に示すように、情報作成装置３０は、前記下降継続時間Ｔｘを決定する停止位置決定手段３１と、制御装置１８の駆動指令手段２０に対して停止信号を出力する停止信号出力手段３２を設けている。停止位置決定手段３１には、制御装置１８の駆動情報提供手段３３から前記速度Ｖ等に関する情報が与えられる。
好ましくは、前記金属探知センサー２７と前記停止位置決定手段３１の間に判定手段３４が設けられている。この判定手段３４は、金属探知センサー２７から入力される電圧低下による検知信号ＤＳを所定の閾値と比較し、電圧低下が閾値を越えると判定したときに、検知決定信号ＪＳを停止位置決定手段３１に対して出力する。従って、図４（Ｂ）に示すように、金属探知センサー２７が溶融スラグ層１２を通過するとき、該スラグ層１２により何らかの電気的影響を受けて出力電圧を低下することがあっても、閾値を超えない限り、判定手段３４から検知決定信号ＪＳが出力されることはない。これに対して、金属探知センサー２７が湯面ＭＬに到達したときは、出力電圧が前記閾値を大きく超えるように急激に低下するので、判定手段３４から検知決定信号ＪＳが出力される。
従って、金属探知センサー２７が溶融金属１３の湯面ＭＬに進入して検知信号ＤＳを出力すると、判定手段３４から検知決定信号ＪＳを受けることにより、停止位置決定手段３１は、検知時点Ｔ１から下降継続時間Ｔｘ（Ｔｘ＝Ｄｘ／Ｖ）を求めて停止時点Ｔ２を決定し、停止時点Ｔ２の到来と同時に、停止信号出力手段３２から駆動指令手段２０に停止信号ＳＳを出力する。駆動指令手段２０は、停止指令を出力することにより駆動装置１７を停止させる。尚、図例とは異なり、金属探知センサー２７が上端Ｕに一致して設けられている場合は、Ｄｘ＝０、従ってＴｘ＝０とされ、検知決定信号ＪＳの出力と同時に停止信号が出力される。
上記のようにして、プローブ１６は、サブランス１５により下降移動され、溶融スラグ層１２を通過して溶融金属１３に浸漬された後、浸漬予定部２３の上端Ｕを湯面ＭＬに一致した位置で停止され、停止中に、溶融金属１３の測定要素を測定手段２４により測定する。従って、所望の深さに正しく位置させた状態で、測温センサー２４ａが溶融金属の温度を測定し、酸素センサー２４ｂが溶融金属の溶存酸素及び／又は溶質元素を測定し、ＣＤセンサーが溶融金属の凝固温度を測定し、サンプラー２４ｃが溶融金属の試料を採取する。
しかも、溶融金属１３に対してプローブ１６が深過ぎる位置まで浸漬されることはなく、浸漬予定部２３の上端Ｕを湯面ＭＬに一致させた位置で停止されるので、サブランス１５の下端（例えばコネクティングロッド２８の下端）が溶融スラグ層１２の表面ＳＬから十分に上方に離れており、サブランス１５の熱的影響による損傷が防止される。
そして、溶融スラグ採取手段２５に関しても、プローブ１６の浸漬位置が深過ぎると、該溶融スラグ採取手段２５により採取されたスラグ試料に溶融金属が混入するおそれがあるのに対して、サブランス１５を停止させたとき、溶融スラグ採取手段２５の下端ｂが溶融金属１３の湯面ＭＬから上方に適切な距離ｄｘだけ離れた位置で溶融スラグ層１２に浸漬されるので、スラグ採取を好適に行うことができる。
ところで、全長の長さが異なるプローブや、前記Ｄｘの寸法が異なる種々のプローブ１６の使用に対応させるためは、図５に示すように、設定手段３５を設けることができる。例えば、設定手段３５は、前記Ｄｘの値を設定し、又は前記下降継続時間Ｔｘを設定し、設定された値を停止位置決定手段３１に入力するように構成することができる。
また、情報作成装置３０は、湯面位置情報作成手段３６や浸漬位置情報作成手段３７を設けることが好ましく、これにより前記停止位置決定手段３１により決定されたプローブ１６の停止位置に関する情報を有効に活用することができる。
湯面位置情報作成手段３６は、金属探知センサー２７の検知信号に基づく検知決定信号ＪＳの出力結果を停止位置決定手段３１から取得し、実際の測定時における湯面ＭＬの位置に関するデータ、例えば、炉底からの湯面ＭＬの高さや、サブランス１５の下降開始点から湯面ＭＬまでの距離等に関する情報を作成する。
浸漬位置情報作成手段３７は、停止位置決定手段３１から前記停止時点Ｔ２に関する情報を取得し、実際の測定時における溶融金属１３に対するプローブ１６の浸漬位置に関する情報、例えば、測温センサー２４ａや、酸素センサー２４ｂや、ＣＤセンサーが測定した部位の湯面ＭＬからの深さ距離Ｄｙ１や、サンプラー２６が採取した試料の湯面ＭＬからの距離Ｄｙ２等の情報を作成する。
湯面位置情報作成手段３６及び浸漬位置情報作成手段３７により作成された情報は、情報作成装置３０に設けた表示手段３８によりディスプレイパネルに表示し、プローブ１６を溶融金属１３に浸漬させたときからリアルタイムでモニターできるようにするのが好ましい。尚、これらの情報は、メインコンピュータ１９のデータ格納手段３９に格納され、メインコンピュータ１９においてもデータ表示手段４０によりディスプレイパネルに表示し、プリンターで印刷できるようにするのが好ましい。
更に、情報作成装置３０は、温度情報作成手段４１や、酸素情報作成手段４２を設けることが好ましい。
温度情報作成手段４０は、プローブ１６の測温センサー２４ａの出力信号を受取り、該信号に基づいて溶融金属の温度に関する情報を作成する。また、酸素情報作成手段４２は、プローブ１６の酸素センサー２５の出力信号を受取り、該信号に基づいて溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素に関する情報を作成する。
温度情報作成手段４１及び酸素情報作成手段４２により作成された情報も、情報作成装置３０に設けた表示手段３８によりディスプレイパネルに表示し、プローブ１６を溶融金属１３に浸漬させたときからリアルタイムでモニターできるようにするのが好ましい。また、これらの情報も、メインコンピュータ１９のデータ格納手段３９に格納され、メインコンピュータ１９においてデータ表示手段４０によりディスプレイパネルに表示し、プリンターで印刷できるようにするのが好ましい。
１１ 転炉
１２ 溶融スラグ層
１３ 溶融金属
１５ サブランス
１６ プローブ
１７ 駆動装置
１８ 制御装置
１９ メインコンピュータ
２０ 駆動指令手段
２１ ホルダー
２３ 浸漬予定部
２４ 測定手段
２４ａ 測温センサー
２４ｂ 酸素センサー
２４ｃ サンプラー
２５ 溶融スラグ採取手段
２７ 金属探知センサー
３０ 情報作成装置
３１ 停止位置決定手段
３２ 停止信号出力手段
３３ 駆動情報提供手段
３４ 判定手段
３５ 設定手段
３６ 湯面位置情報作成手段
３７ 浸漬位置情報作成手段
３８ 表示手段
４１ 温度情報作成手段
４２ 酸素情報作成手段

Claims (8)

  1. 表面に溶融スラグ層(12)を有する溶融金属(13)の湯面ＭＬから所定深さの所定領域Ｄにおける溶融金属中の測定要素を測定するシステムであり、
    溶融金属(13)に浸漬されたとき、前記所定領域Ｄに浸漬される浸漬予定部(23)を有する下端部(16b)と、前記溶融スラグ層(12)の上方に延びる上端部(16a)と、前記浸漬予定部(23)に設けられて溶融金属の測定要素を測定する測定手段(24)と、前記所定領域Ｄの上端Ｕから下方に距離Ｄｘの部位に設けられた金属探知センサー(27)を備えたプローブ(16)と、
    前記プローブ(16)の上端部(16a)を連結し、該プローブ(16)を下降速度Ｖで下降させ停止した後に上昇させるサブランス(15)と、
    前記サブランス(15)を昇降移動する駆動装置(17)と、
    前記駆動装置を制御することによりサブランスの下降・停止・上昇を行わせる駆動指令手段(20)を有する制御装置(18)とから成る構成において：
    前記プローブ(16)の下降中に、検知時点Ｔ１を決定すると共に該検知時点Ｔ１から所定の下降継続時間Ｔｘ（Ｔｘ＝Ｄｘ／Ｖ）が経過した停止時点Ｔ２を決定する停止位置決定手段(31)と、前記停止時点Ｔ２と同時に前記駆動指令手段(20)に停止信号ＳＳを入力する停止信号出力手段(32)とを備えた情報作成装置(30)と、
    前記金属探知センサー(27)の検知信号ＤＳに応じて、前記停止位置決定手段(31)に前記検知時点Ｔ１を決定させる検知決定信号ＪＳを入力する判定手段(34)を設けており;
    前記金属探知センサー(27)は、前記判定手段(34)に所定電圧を入力すると共に該電圧を金属に反応したとき低下させる電気回路により構成され、溶融スラグ層(12)に反応したとき電圧を低下し、溶融金属(13)に反応したとき更に電圧を低下することにより検知信号ＤＳを形成するように構成され、
    前記判定手段(34)は、前記金属探知センサー(27)から入力される検知信号ＤＳを検知すると共に所定の閾値と比較し、該検知信号ＤＳが前記閾値を超えると判定したとき、検知決定信号ＪＳを前記停止位置決定手段(31)に入力して前記検知時点Ｔ１を起算させ、前記検知信号ＤＳが前記閾値を超えない限りは前記検知決定信号ＪＳを出力しないように構成され、
    前記金属探知センサー(27)が溶融スラグ層(12)の表面ＳＬを通過して溶融金属(13)の湯面ＭＬに達するまでは、停止位置決定手段(31)により前記検知時点Ｔ１を起算させないように構成して成ることを特徴とする溶融金属の測定システム。
  2. 前記情報作成手段(30)に設定手段(35)が設けられており、該設定手段(35)は、前記距離Ｄｘと下降継続時間Ｔｘを設定し、設定された値を前記停止位置決定手段(31)に入力するように構成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の測定システム。
  3. 前記情報作成装置(30)は、金属探知センサー(27)の検知信号ＤＳに基づいて、溶融金属の湯面位置に関する情報を作成する湯面位置情報作成手段(36)を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属の測定システム。
  4. 前記情報作成装置(30)は、前記停止時点Ｔ２に基づいて、溶融金属湯面から浸漬された測定手段までの距離を求め、該測定手段により測定された測定要素の浸漬深さ位置に関する情報を作成する浸漬位置情報作成手段(37)を備えて成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の溶融金属の測定システム。
  5. 前記情報作成装置(30)は、前記湯面位置情報作成手段(36)又は浸漬位置情報作成手段(37)に記録された情報をディスプレイパネルに表示する表示手段(38)を設けて成ることを特徴とする請求項３又は４に記載の溶融金属の測定システム。
  6. 請求項１に記載の溶融金属の測定システムに使用されるプローブであり、
    浸漬予定部(23)に設けた金属探知センサー(27)は、所定電圧を出力するＬＣ発振回路を備え、溶融金属に接近したとき該溶融金属に生じる渦電流に反応することにより前記電圧を低下するように構成されて成ることを特徴とするプローブ。
  7. 浸漬予定部(23)に設けられる測定手段(24)は、溶融金属温度を測定する測温センサー(24a)と、溶融金属中の溶存酸素及び／又は溶質元素を測定する酸素センサー(24b)と、溶融金属の凝固温度を測定するＣＤセンサーと、サンプラー(24c)とから選ばれた１つ又は複数により構成されて成ることを特徴とする請求項６に記載のプローブ。
  8. 浸漬予定部(23)の上端Ｕから上方に距離ｄｘだけ離れた部位の所定領域ｄに溶融スラグ採取手段(25)が設けられており、前記距離ｄｘを溶融スラグ層(13)の層厚ｔに対して、ｄｘ＜ｔとなるように形成することにより、溶融金属に浸漬されたプローブの浸漬予定部(23)の上端Ｕを溶融金属湯面ＭＬに一致させた状態で、溶融スラグ採取手段(25)が溶融金属湯面ＭＬから上方に距離ｄｘだけ離れると共に溶融スラグ層(13)に浸漬されるように構成して成ることを特徴とする請求項６又は７に記載のプローブ。
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