JPH05273197A - 溶融金属試料採取装置 - Google Patents
溶融金属試料採取装置Info
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- JPH05273197A JPH05273197A JP4101790A JP10179092A JPH05273197A JP H05273197 A JPH05273197 A JP H05273197A JP 4101790 A JP4101790 A JP 4101790A JP 10179092 A JP10179092 A JP 10179092A JP H05273197 A JPH05273197 A JP H05273197A
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Abstract
溶融金属試料採取装置を提供する。 【構成】 溶融金属を流入せしめる流入室と、該流入室
に連通し溶融金属を充填凝固せしめる試料採取室とを形
成するサンプラーであり、前記流入室に脱酸剤を収容し
た構成において、前記流入室と試料採取室の連通部を閉
止部材により閉塞し、溶融金属が流入室に流入し該流入
室に充満した後に閉止部材を溶融せしめ前記連通部を開
口せしめる構成である。
Description
し、採取した凝固試料を分析に供するための溶融金属試
料採取装置に関する。
して採取するための溶融金属試料採取装置は、側方から
溶融金属を流入せしめる流入室と、前記流入室の下部に
連通孔を介して連通され前記溶融金属を充填凝固せしめ
る試料採取室とを形成するカップ形のサンプラーを具備
しており、特に、炭素鋼やステンレス鋼等の溶融金属を
採取するためのサンプラーにおいては、前記流入室内に
脱酸剤を設けることが公知である。
(極薄板状)或いは線状に形成され、前記流入室内に収
容されている。
該溶融金属を採取する際、溶融金属は、前記流入室を経
て試料採取室に充填される。そこで、流入する溶融金属
は、流入室内の脱酸剤により脱酸され、脱酸された後に
試料採取室に充填され凝固する。このように溶融金属を
脱酸せしめる目的は、凝固試料の内部において残存ガス
による巣が発生することを防止するためである。
入室に収容される脱酸剤の量は、試料採取室に充填せし
められる採取試料の量を勘案して、必要且つ十分な量が
定められる。
室に流入するや否や、直ちに脱酸剤を溶融せしめ該溶融
金属中に混入する。そして、流入室は試料採取室にダイ
レクトに連通せしめられているため、流入室に流入した
溶融金属は直ちに試料採取室に進入し、充填せしめられ
凝固する。
取された円柱状の金属試料は、試料底部から約15〜2
0mm程度上位の部分を直径方向に切断すると共に、切断
面を研磨し、この研磨面を発光分光分析に供されるが、
本発明者らの調査によれば、しばしば異常発光による分
析不能や、組成偏析による分析不良を生じることが知見
された。
ころ、概ね次の二つの問題に起因していることが判明し
た。
見られるように、浴を強制攪拌すべく不活性ガス
(Ar 、N2 等)やO2 ガスを炉底部から強制注入する
炉においては、浴中にガス気泡が多量に混在しているた
め、サンプラーにより採取した溶融金属が多量のガスを
含有している。そこで、従来の試料採取装置では、この
ようなガスを含有せしめたまま溶融金属を流入室から試
料採取室に流入せしめ凝固させてしまうため、前記分析
面を含む凝固試料の随所に残存ガスによる巣が見られ、
これが異常発光の原因となっている。
流入室に収容された脱酸剤は、該流入室に最初に流入す
る少量の溶融金属により溶融せしめられ、該溶融金属に
混入した状態で流入室から試料採取室へ移動する。即
ち、脱酸剤は、試料採取室を十分に充填するには至らな
い少量の溶融金属に追従して早期に流入室から試料採取
室に引き込まれてしまうため、引き続き流入室に流入す
る後続の溶融金属は、もはや流入室において脱酸されず
に試料採取室に進入する。このため、試料採取室に充填
凝固された試料は、全体にわたり均質な脱酸が行われ
ず、試料底部と上部との間に脱酸剤の偏析(例えばアル
ミニウム偏析)を生じ、これが組成偏析の原因となって
いる。
な従来の問題点を解決し、十分なガス抜きを可能とする
ことにより試料中に巣が発生することを防止すると共
に、試料の全体にわたる均質な脱酸を可能とすることに
より試料中に組成偏析が生じることを防止した溶融金属
試料採取装置を提供するものである。
たところは、側方から溶融金属を流入せしめる流入室
と、前記流入室の下部に連通孔を介して連通され前記溶
融金属を充填凝固せしめる試料採取室とを形成するサン
プラーを具備し、前記流入室内に脱酸剤を設けた溶融金
属試料採取装置において、溶融金属が流入室に流入し該
流入室に充填せしめられた後に溶融する閉止部材により
前記流入室と試料採取室の間の連通孔を閉塞して成る点
にある。
ところは、閉止部材が肉厚約0.1ないし1.0mmの金
属薄板から成る点にある。
ところは、閉止部材が突起、凹部、ピンホールの一つ又
は複数から選ばれた溶融制御部を設けて成る点にある。
る。
のプローブ本体1は、紙管から成る複数の保護管2、3
を内外嵌合して形成され、該プローブ本体1の先端に近
傍して内部にサンプラー4を収納している。
めるための流入室5を形成する流入案内容器6と、前記
流入室5に連通し溶融金属を充填凝固せしめるための試
料採取室7を形成する試料採取容器8とを、上下に配置
して構成されている。
の機械的に崩壊容易な耐熱成形物により形成するのが好
ましいが、鋼等の金属により形成しても良い。また、図
例では、流入案内容器6を、円筒状に形成された側壁9
と、該円筒体の頂部を閉塞する蓋材10とにより構成し
ているが、これらの側壁9及び蓋材10を一体に形成し
ても良い。
流入口11を設けている。この流入口11には、セラミ
ックスその他の耐熱材により形成されたノズル部材12
が設けられ、該ノズル部材12の開口はプローブ本体1
の外周に設けられた薄紙等の保護膜13により被覆され
ている。この保護膜13は、装置を溶融金属に浸漬した
際、該装置がスラグ層を通過して溶融金属浴中の所定位
置まで沈下した後に喪失してノズル部材12を開口せし
め、該ノズル部材12を経て流入する溶融金属を流入室
5に流入せしめる。
形成される。この試料採取室7は、円柱状試料を採取す
るようにコップ形状とされており、これによりコップ形
のサンプラーを構成する。
7の内径よりも小径とされた連通孔14により連通され
ている。図例の場合、流入案内容器6と試料採取容器8
の間に環状の仕切部材15を介装せしめ、該仕切部材1
5に連通孔14を形成しているが、このような仕切部材
15を流入案内容器6及び/又は試料採取容器8に一体
に形成しても良い。
クス製の栓体16により閉塞され、溶融金属浴の温度を
測定するための温度測定素子17を設けている。
内には、脱酸剤18が設けられている。この脱酸剤18
は、Al、Ti等により箔状(極薄板状)或いは線状に
形成され、流入室5に収容されているが、その収容方法
は問わない。
通せしめる連通孔14は、閉止部材19により閉塞され
ており、この閉止部材19は、試料分析値に影響を与え
ない材質により薄板状に形成されている。即ち、この閉
止部材19は、後述するように、溶融金属が流入室5に
流入し該流入室5に充填せしめられた後に溶融する。従
って、閉止部材19が溶融するまでの間は連通孔14を
閉塞しており、所定時間が経過して閉止部材19が溶融
した後に連通孔14を開口せしめる。
は、円板状の薄板に形成され、流入案内容器6と仕切部
材15の間に介装され、これにより流入室5側から連通
孔14を閉塞しているが、このような構成に限らず、図
2(A)ないし(C)に示すような変形実施例が可能で
ある。
止部材19は、仕切部材15の一側側に設けた凹部20
に嵌入され、これにより流入室5側から連通孔14を閉
塞している。
切部材15は分割された重合自在な分割片15a、15
bから成り、両分割片の間に閉止部材19を介装するこ
とにより連通孔14を閉塞せしめている。
止部材19は、仕切部材15と試料採取容器8との間に
介装され、これにより試料採取室7側から連通孔14を
閉塞している。この際、仕切部材15は、同図のように
流入案内容器6と一体に形成しても良いが、図1に示し
たように別体に形成しても良い。
するために装置を溶融金属に浸漬した際、流入室5に流
入した溶融金属は、該流入室5内に十分に充填されるま
では試料採取室7に進入しない。即ち、溶融金属は、攪
拌流を伴って流入室5に流入し、直ちに脱酸剤18を溶
融金属に巻き込みながら溶融し混合せしめるが、閉止部
材19により試料採取室7への進入を妨げられているの
で、流入室5に充満せしめられ、そこで滞留せしめられ
る。
直ちに試料採取室7に進入せしめらることなく該流入室
5で滞留し、その間に該溶融金属中に含有されている多
量のガスを上方へと浮上せしめ、ガス抜きを行われる。
試料採取室7に進入する前に攪拌流により脱酸剤18を
溶融しつつ分散混合せしめると共に、溶融金属との密度
差や濃度差による複合した作用により溶融した脱酸剤を
溶融金属中に均質な分布状態の下に混合せしめ、流入室
5において溶融金属の全体にわたる均質な脱酸処理を行
われる。
閉止部材19が溶融して流入室5と試料採取室7の間に
おける閉塞状態を解き、連通孔14を開口すると、前述
のようにガス抜きと均質脱酸処理を施された溶融金属
は、流入室5から試料採取室7へと一挙に進入し、該試
料採取室7に充填され、そこで凝固される。
挙に流下せしめられる溶融金属は、脱ガス状態のまま試
料採取室7の底部近傍に充填されるので、少なくとも試
料採取室7の底部から所定高さに至るまで充填された溶
融金属の内部には、多量のガスを含有していない。この
ため、試料採取室7に充填され凝固される金属試料のう
ち、少なくとも分析面に相当する部位(通常、試料採取
室7の底部から約15〜20mm上位の部位)には、残存
ガスによる巣を生じない。
室7へと一挙に流下せしめられる溶融金属は、予め均質
脱酸を受けているので、試料採取室7内で採取される凝
固試料のうち、少なくとも前述のような分析面に相当す
る部位において組成偏析を生じることはない。この点に
ついて、仮に、万一、流入室5内における脱酸が不十分
であり溶融金属に未補足の酸素を含有する場合において
も、流入室5から進入する溶融金属は、相対的に小径と
された連通孔14を介して試料採取室7に瞬時に乱流入
するので、その流動現象に基づく脱酸剤の攪拌分散によ
る二次的脱酸を期待され、そこで再度、溶融金属の全体
にわたる完全均一な脱酸を施される。このため、試料採
取室7により採取される凝固試料は、分析面を含んで試
料全体にわたり均質に脱酸され、従来のような脱酸剤の
偏析を生じることはない。
に滞留せしめ、そこでガス抜きと均質脱酸を施した溶融
金属だけを試料採取室7に充填せしめる目的の下におい
ては、本来、流入室5の容積を可及的に大とし、これに
対して試料採取室7の容積を相対的に小とすることが好
ましい。然しながら、試料採取を本旨とするサンプラー
においては、流入室5を単純に大型化するならば、試料
の他に流入室5に後続して進入する不要凝固金属の量を
増加せしめ好ましくないばかりか、装置全体のコンパク
ト化に支障を来すという問題がある。そこで、前記閉止
部材19を設ける本発明の目的の範囲内において、流入
室5の容積を可及的に小とすることが望ましい。前述の
ように、本発明は、採取した凝固試料のうち、少なくと
も分析面に相当する部位において、巣の発生による異常
発光や、脱酸の不均一による組成偏析を防止することが
目的であり、このような分析面から大きく外れた部位に
おいては、仮に、巣や組成偏析が生じたとしても、必ず
しも本発明の目的に反することはないからである。
9を設ける目的と、この閉止部材19による機能は、流
入室5に必要十分な溶融金属を充満せしめ、この充満状
態で必要なガス抜きと均質な脱酸処理を行うまで、流入
室5から試料採取室7への進入を遅らせるという流入タ
イミングコントロールの点にある。従って、閉止部材1
9は溶融金属が流入室5に流入するや否や直ちに溶融す
ることはなく、僅かな時間であっても流入室5が必要十
分な溶融金属により充満されるまで溶融しないことが必
要である。然しながら、その反面、閉止部材19は、流
入室5における溶融金属の必要なガス抜きと均質な脱酸
を行わしめた後は、遅滞なく溶融することが必要であ
る。蓋し、閉止部材19の溶融が遅滞すると、流入室5
において溶融金属の凝固傾向が進行してしまい、その結
果、流入室5から試料採取室7への溶融金属の進入がス
ムースでなく、試料採取室7における試料の十分な充填
を確保できなくなるからである。
7を含むサンプラー4、4aの内法寸法が、直径30な
いし40mm程度、長さ110ないし130mm程度のもの
であれば、閉止部材19の肉厚は、その材質の融点によ
り条件を異にするが、総じて0.1ないし1.0mm程度
であることが好ましい。これにより、流入室5に対する
溶融金属の流入開始から、0.5ないし3.0秒程度後
に閉止部材19が溶融され、前述の目的が達せられるか
らである。
の肉厚が薄く溶融金属が流入室5に流入を開始してから
0.5秒未満で溶融するときは、流入室5における溶融
金属のガス抜きと均質脱酸を行うための十分な時間が確
保されない。従って、閉止部材19の溶融時間は0.5
秒以上でなければならない。
間を要する場合は、溶融金属の凝固傾向が現れてしま
う。例えば、流入室5を鋼製の容器により形成している
場合は、閉止部材19の肉厚が厚くて溶融までに2.0
秒を越えると、溶融金属の凝固傾向が現れる。従って、
この場合、閉止部材19の溶融時間は2.0秒以内であ
ることを要する。一方、流入室5を前述したシェルモー
ルドやセラミックスのような保温材から成る容器により
形成している場合は、3.0秒を越えると、溶融金属の
凝固傾向が現れる。従って、この場合、閉止部材19の
溶融時間は3.0秒以内でなければならない。
止部材19は、肉厚を前記0.1ないし1.0mmの範囲
内としつつも、前記溶融時間をコントロールできる種々
の構成を採用することが可能である。
入室5に向けて突出する一つ又は複数の突起19aを設
け、これにより溶融制御部を構成している。この実施例
によれば、溶融金属Mが流入室5側から閉止部材19に
注がれると、前記突起19aが最初に溶融して孔を生
じ、該孔を徐々に拡大する方向に閉止部材19を溶融せ
しめる。従って、突起19aを有しない場合に比して、
突起19aを設けることにより閉止部材19の溶融時間
を短時間化することが可能になる。また、突起19aの
個数を増やすことにより、更に溶融時間を促進すること
ができる。
臨む一つ又は複数の小さな凹部19bを閉止部材19に
設け、これにより溶融制御部を構成している。この実施
例においても、溶融金属Mが流入室5側から閉止部材1
9に注がれると、前記凹部19bが最初に溶融して孔を
生じ、該孔を徐々に拡大する方向に閉止部材19を溶融
せしめる。従って、前記突起19aと同様の効果が得ら
れる。
つ又は複数のピンホール19cを設けこれにより溶融制
御部を構成している。この実施例によれば、溶融金属M
が流入室5側から閉止部材19に注がれると、ピンホー
ル19cの部分から該ピンホールを徐々に拡大する方向
に閉止部材19が溶融される。従って、前記突起19a
と同様の効果が得られる。
19cは、適宜選択することにより何れか一態様のみ又
は複数態様の組合せが可能であり、これにより閉止部材
19の溶融時間を設計上コントロールすることができ
る。
以上であり試料分析値に影響を与えない材質により薄板
状に形成される。このため、閉止部材19は、例えば、
脱酸剤18がAlの場合、Tiから形成された薄板を用
いることが好ましい。蓋し、Alの融点(約660度摂
氏)に対してTiの融点(約1680度摂氏)は高く前
述した本発明の目的に沿う他、試料分析値に影響を与え
ることもない。この点に関し、Tiは、融点が1680
度摂氏であるため、この融点以上に高温とされた溶融金
属に接すると所望の時間で溶融し、前述した閉止部材1
9としての機能を果たすから、このような高温の溶融金
属を採取する場合に適している。然しながら、このよう
なTiの薄板により構成した閉止部材19は、その融点
以下、即ち1680度摂氏以下の溶融金属を採取する場
合においても、流入室5に流入する溶融金属中のFe及
びその他の含有成分との反応により、TiFe2 又はT
iFeの化合物となり表面から次第に低融点化し、所定
時間経過後は溶融するので上述の所期目的を達すること
ができる。
た場合、Tiそれ自体が脱酸機能と脱窒機能を有するの
で、これを有利に利用できる利点がある。即ち、本発明
によれば、前述のように、流入室5に流入した溶融金属
は、脱酸剤18により均質な脱酸処理を行われるが、閉
止部材19をTiとしておけば、溶融金属中の酸素はチ
タンと化合して、O+Ti=TiO2 となり、この点か
らも脱酸を促進することができる。また、チタンは溶融
金属中の窒素と化合して、N+Ti=TiNとなるか
ら、溶融金属を脱窒し、試料採取後の試料分析を容易な
らしめる。
ては、脱酸剤18としてAlを用いることが一般的であ
るが、サンプリング鋼種の中には、溶融金属中のAl元
素を分析するものがあり、この場合は、脱酸剤18とし
てAlを使用することができない。そこで、このような
場合においては、脱酸剤18としてTiの箔又は細線を
使用することになるが、本発明の閉止部材19は、この
場合でも同様にTiの薄板により構成することが可能で
ある。蓋し、脱酸剤18の箔厚を極薄(例えば0.05
mm)にする等、溶融し易い構成にする一方、閉止部材1
9の肉厚を前述のような0.1ないし1.0mmに形成す
ることにより、本発明の目的を達することができるから
である。
質を特に限定するものではない。例えば、精錬温度が低
い溶鋼を採取する場合は、Fe又はCuから選ばれた薄
板を用いることが可能であり、また、極低炭素鋼精錬の
場合は該採取金属と同材の鋼製の薄板を用いても良い。
更に、閉止部材19としてNiの薄板を使用することも
可能である。
ー4は、流入案内容器6の蓋部10に固定された筒部2
1を一体又は別体に垂下し、該筒部21により測温素子
22を流入溶融金属から保護すると共に、該測温素子2
2を閉止部材19を貫通して連通孔14に挿通せしめ、
先端の測温端22aを試料採取室7のほぼ中央、即ち、
試料採取室7内の溶融金属試料が最後に凝固する区域に
臨ましめている。従って、これによりサンプラー4は、
溶融金属の試料採取に際し、測温素子22を手段として
試料凝固温度を測定することにより試料中のC量を測定
するダイナミックコントロールシステム用の装置として
用いられる。
9は、測温素子22の中途部を挿通せしめるための開口
部23を有し、該開口部23により測温素子22の外周
面を拘束している。これにより測温素子22の長手方向
中途部を前記開口部23により支持している。従って、
仮に測温素子22が脆弱な構成とされる場合でも、この
ような支持により、流入口11から勢い良く流入する溶
融金属により測温素子22が折損することを好適に防止
し、閉止部材19により、前述したような流入タイミン
グコントロールの他、測温素子22の支持機能を兼備し
ている。その他の構成は、上記実施例と同様であり、同
じ符号で示している。
めに行った実験の結果を図5に示している。
装置を使用し、閉止部材19を有しないもの(以下従来
例という)と、閉止部材19を有するもの(以下本件実
施例という)の二つを準備して行い、それぞれにより採
取した溶鋼の試料を発光分光分析することにより、試料
中における脱酸剤の偏析状況を測定した。
及び本件実施例の何れについても、試料重量(試料採取
室7内で凝固する試料)は700gで、試料採取室7の
容積Xに対する流入室5の容積YはY/X=1.0であ
り、流入室5に脱酸剤18としてAl箔の1.05gを
収容した。尚、本件実施例に使用した閉止部材19は、
肉厚0.5mmのチタン薄板である。
のそれぞれを用いて、ステンレス鋼精錬炉の酸化末期に
おいて、溶鋼を採取し、それぞれにより採取された凝固
試料中のアルミニウム(脱酸剤)の分布を観察した。こ
のアルミニウムの測定個所は、図5(A)に示すよう
に、試料Sをほぼ中心に沿って軸方向に切断し、その切
断面のうち、試料底部から10mmの個所S1を三点、2
0mmの個所S2を三点、30mmの個所S3を三点、40
mmの個所S4を三点、50mmの個所S5を三点、それぞ
れ抽出して行った。
り、従来例により採取した試料においては、試料の底部
近傍(測定個所S1)から試料の上部(測定個所S5)
に至るにつれてアルミニウムの析出値が急激に低下して
いることが確認された。これに対して、本件実施例によ
り採取した試料においては、試料の全体にわたりアルミ
ニウムが均質に分布しており、閉止部材19の存在によ
り脱酸剤18を試料中に均質に混合せしめていることが
実証された。
金属を採取するに際し、流入室5に流入した溶融金属
は、閉止部材19により試料採取室7に直ちに進入する
ことを妨げられ、一旦、流入室5内に充満され滞留せし
められるので、この流入室5における滞留中に溶融金属
内のAr、CO2 等のガスを浮上せしめ、ガス抜きを施
される。また、同時に、流入室5に充満された溶融金属
は、滞留中に脱酸剤18により全体にわたり均一な脱酸
処理を施される。そして、この短い滞留時間を経て閉止
部材19が溶融し連通孔14が開放されると、予め流入
室5内でガス抜きと均一脱酸を施された溶融金属が一挙
に流下し、脱ガス状態のまま試料採取室7の底部から分
析面上位まで瞬時に充填される。このため、試料採取室
7に充填され採取される凝固試料は、少なくとも分析面
を含む分析予定部分の近傍において、巣を有しないため
発光分光分析に際し従来のような異常発光を生じること
はなく、しかも、脱酸剤を均質に分布せしめているので
従来のような組成偏析を生じることがなく、発光分光分
析等の試料分析に良好な結果をもたらすことができると
いう効果がある。
脱酸剤の添加量を適正に定めると、上述のように試料の
脱酸不良を招来する反面、脱酸剤を増量すると、試料中
に脱酸剤の著しい偏析が現れると共に、過剰添加のため
に試料の機器分析を困難ならしめるという宿命的問題を
含んでいたのに対して、本発明によれば、試料重量に対
する脱酸剤の添加量を適正値に基づいて実施すれば良
く、これにより均質脱酸を行えるという優れた効果を奏
する。
材19が、流入室5内における溶融金属のガス抜きと均
質脱酸に必要十分な過不足のない所要時間に応じて溶融
せしめられるので、溶融金属のガス抜きと均質脱酸に必
要な時間の間は流入室5と試料採取室7の連通部を閉塞
する一方、流入室5内において溶融金属に凝固傾向が現
れる前には溶融して前記連通部を開口し、該溶融金属を
試料採取室7に進入せしめ充填できるという効果があ
る。
属の鋼種及び温度に応じて、閉止部材19の溶融時間を
設計上コントロールすることが可能になり、本発明の目
的達成に最適条件としたサンプラーを容易に提供できる
という効果がある。
す縦断面拡大図である。
に基づくサンプラーのそれぞれにより採取した試料の分
析結果を示しており、(A)は試料の分析個所を示す説
明図、(B)は分析結果を対比したダイアグラムであ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 側方から溶融金属を流入せしめる流入室
と、前記流入室の下部に連通孔を介して連通され前記溶
融金属を充填凝固せしめる試料採取室とを形成するサン
プラーを具備し、前記流入室内に脱酸剤を設けた溶融金
属試料採取装置において、溶融金属が流入室に流入し該
流入室に充填せしめられた後に溶融する閉止部材により
前記流入室と試料採取室の間の連通孔を閉塞して成るこ
とを特徴とする溶融金属試料採取装置。 - 【請求項2】 閉止部材が肉厚約0.1ないし1.0mm
の金属薄板から成ることを特徴とする請求項1に記載の
溶融金属試料採取装置。 - 【請求項3】 閉止部材が突起、凹部、ピンホールの一
つ又は複数から選ばれた溶融制御部を設けて成ることを
特徴とする請求項2に記載の溶融金属試料採取装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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