KR100231744B1 - 용융 금속 유동체중의 산소를 연속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전도성 외부 보호용 튜브는 전면 벽 절반에 보호용 튜브 내부를 통해 유입되어 흘러가는 과정에서 잔류하는 용융 금속을 남길 수 있을 정도로 충분한 전면 개구 면적을 갖도록 형성되어 있어서 실질적으로 상기 보호용 튜브 내에 구비된 고체 전해질 튜브를 침지시킴으로써 상기 보호용 튜브와 전해질 튜브 사이에 용융 금속 유동체를 분포시키는 전면 개구부와, 배면 벽의 절반에는 용융 금속이 유입하여 흘러갈 수 있을 정도로 충분한 배면 개구 면적을 갖도록 형성되어 있어서 용융 금속을 보호 튜브 외부로 유출시키는 후면 개구부를 포함한다.

Description

용융 금속 유동체중의 산소를 연속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법

제1도는 통상의 산소 측정용 프로브의 종단면도이다.

제2도는 다른 통상의 산소 측정용 프로브의 일부를 잘라낸 종단면도이다.

제3도는 또 다른 통상의 산소 측정용 프로브의 종단면도이다.

제4도는 또 다른 통상의 산소 측정용 프로브의 종단면도이다.

제5(a)도는 제4도에 도시된 프로브의 정면도이다.

제5(b)도는 제4도에 도시된 프로브의 변형도이다.

제5(c)도는 제4도에 도시된 프로브의 횡단면이다.

제6도는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브를 나타내는 종단면도이다.

제7도는 제6도에 도시된 프로브의 측정부를 나타내는 확대도이다.

제8(a)는 제6도의 일 변형예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타내는 부분 정면도이다.

제8(b)는 제6도의 다른 변형예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타내는 부분 정면도이다.

제9(a)도 내지 제9(e)도는 제6도 변형예들에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타내는 밑면도로서, 이들은 각각 다른 실시예 및 변형예에 적용가능하다.

제10(a)도 및 제10(b)도의 변형예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타내는 부분 사시도이다.

제11도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 장치의 블록도이다.

제12도는 용융 금속중의 산소 농도와 이 용융 금속으로부터 주조된 제품중의 산소 농도에 대한 분석 데이터를 비교하여 나타낸 그래프이다.

제13도는 내부 보호용 튜브가 없는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타낸 종단면도이다.

제14도는 제6도의 변형예에 따른 내부 보호용 튜브를 갖는 산소 측정용 프로브 측정부 프로브의 측정부를 나타내는 종단면도이다.

제15도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브를 나타내는 종단면도이다.

제16도는 제15도에 도시된 프로브의 측정부를 나타내는 확대 부분도이다.

제17(a)도 내지 제17(f)도는 제6도 및 제15도의 변형예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타내는 부분 사시도로서, 이들은 다른 실시예 및 변형예에도 적용가능하다.

제18(a)도 및 제18(b)도는 다양한 변형예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타내는 밑면도이다.

제19도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브의 외부 보호용 튜브를 나타내는 부분 종단면도이다.

제20도는 본 발명의의 다른 실시예에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브를 나타내는 부분 종단면도이다.

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 용융 금속 중의 산소를 연속적으로 측정하기 위한 프로브 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구리와 같은 용융 금속 유동체 중의 산소량을 상당히 장시간의 간격에 걸쳐 연속적으로 측정하기 위한 프로브 장치 및 방법에 관한 것이다.

예를 들어 구리 와이어의 제조와 같이 연속적인 주조 및 롤링 방법을 채용하는 경우에는 연속적으로 주조되는 용융 금속 유동체의 산소 농도가 급격하게 변하는 경향이 있다. 따라서, 주조시 산소 농도를 지속적으로 측정하여 제품의 안전한 품질을 확보하여야 한다. 이런 이후로 인하여 용융 금속 중의 산소 농도를 측정하기 위한 각종 프로브 장치가 제안된 바 있다.

그 예로서, 일본국 실용신안 공보 제 63-11646호에는 고체 전해질 튜브가 그의 밀봉된 말단에 상기 고체 전해질 튜브와 동일한 전해질 물질로 된 온도조절층, 뜨거운 대기 또는 용융 금속의 산소 농도를 나타내는 기전력 (electromotive force, 이하 “emf”라 칭한다)을 검출하는데 사용되는 기준 전극 (reference electrode) 및 상기 기준 전극 내에 장착되어 상기 뜨거운 대기 또는 용융 금속의 온도 변화를 감지하기 위한 열전지를 포함하는, 산소를 연속적으로 측정하는 프로브 장치가 개시되어 있다.

일본국 실용신안 공개공보 제2-40536호에는 고체 전해질 튜브의 말단이 슬래그 침투를 완전히 차단할 수 있을 정도로 충분히 작은 무수한 구멍들로 이루어진 필터에 의해 보호됨으로써 상기 구멍들을 통해 용융 금속을 흡수할 수 있는, 용융 금속 중의 산소 농도를 측정하는 프로브 장치가 개시되어 있다. 필터는 외부의 보호용 튜브와 함께 상기 고체 전해질 튜브를 전체적으로 둘러싸서 보호할 수 있다. 그러나, 전술한 종래 기술 분야에 개시된 것과 같은 이러한 프로브를 장기간 지속적으로 사용하게 되면 슬래그의 결합으로 인하여 막혀버릴 수 있기 때문에 비교적 단시간 동안의 측정에만 제한적으로 사용된다.

또한, 제1도는 용융 금속 중의 산소량을 측정하기 위한 다른 통상의 프로브를 나타낸다. 제1도에 도시된 바와같이, 통상의 프로브는 그의 방사상 중심부에 하부가 밀봉된 고체 전해질 튜브 (73)를 포함한다. 전해질 튜브 (73)의 밀봉된 말단부는 그의 내부에 백금선과 같은 도선 (74)과 연결되어 있다. 튜브 (73)의 벽 둘레에 상기 튜브 (73)을 보호하며 외부 전극으로서 작용하는 외부 보호용 튜브 (71)가 구비되어 있다. 고체 전해질 튜브 (73)의 하부는 외부 보호용 튜브 (71)와의 사이에 채워진 내화성 시멘트와 같은 고착 물질인 결합체 (72)에 의해 상기 외부 보호용 튜브 (71) 내에 고정되어 있다. 볼트메터 (79)는 보호용 튜브 (71)의 상단부와 한쪽 말단이 전해질 튜브 (73)의 하단부와 연결된 도선 (74)의 한쪽 말단 사이에 연결되어 있다.

제1도에 도시된 프로브는 전술한 바와 같이 보호용 튜브 (71)의 하부내부에 채워져 있는 고착 물질로 된 결합체를 포함한다. 이러한 산소 측정용 프로브를 “타잎 A”라 칭하기로 한다.

제1도에 도시된 A 타잎의 산소 측정용 프로브에 있어서, 고체 전해질 튜브 (73)에는 공기나 산소 가스, 또는 산소를 포함하는 가스상 혼합물과 같이 산소 농도가 이미 알려진 기준 가스가 공급된다. 측정부인 프로브 하단부를 용융 금속의 유동체 (75)에 침지시키면, 산소 부분압이 공지된 기준 가스가 기준 전극으로서 작동하는 산소 농축 전지가 이루어지고, 고체 전해질 튜브 (73)의 내면과 외면 상에 발생하는 emf를 도선 (74)과 외부 보호용 튜브 (71) 사이에 연결된 볼트메터 (79)로 측정함으로써 용융 금속 (75)의 산소 농도를 산출하게 된다.

제2도는 일본국 실용신안 공개공보 제57-42947호에 개시된 또 다른 통상의 A 타잎 산소 측정용 프로브를 나타낸다. 제2도에 도시된 통상의 프로브에서, 고체 전해질 튜브 (84)는 그의 벽 안쪽에 채워져 있는 소결 물질 (83) 및 상기 튜브 (84)의 내부에 장착된 절연 튜브 (87)의 하단부를 포함한다. 절연 튜브 (87)는 하단부가 소결된 물질 (83)의 상부면과 접하도록 상기 튜브 (87)를 통해 삽입된 막대 모야의 내부 전극 (86)을 포함한다. 프로브의 측정부를 용융 금속의 유동체 (85)에 침지시키면 emf가 발생하는데, 이 emf는 내부 전극 (86)의 상단과 외부 전극인 보호용 튜브 (81) 사이에 연결된 볼트메터 (89)에 의해 측정된다.

그러나, 전술한 A 타잎의 산소 측정용 프로브는 산소 농도를 측정할 때 고체 전해질 튜브 (73, 84)를 고정시키는데 사용되는 고체 물질로 된 결합체 (72, 82)를 용융 금속 (75, 85) 상에서 반응을 일으켜서 불순물로서 녹아들어가게 됨으로써 생성되는 제품의 품질을 저하시키는 결과를 초래한다. 또한, 고착 물질이 내열성이 충분치 않은 시멘트로 이루어질 경우에는 연속적으로 측정이 진행되는 중에 크랙이 발생하고 이 크랙 내로 용융 금속이 침투함으로써 시스템에 불규칙 회로가 발생된다. 결과적으로, 통상의 A 타잎 프로브는 정확한 emf를 측정하는데 어려움이 있기 때문에 아주 짧은 기간 동안의 측정에만 제한적으로 사용된다. 또한, 고체 전해질 튜브 (73, 84)는 그의 하부가 보호용 튜브 (71, 81)의 하단부 아래로 돌출해 있o서 쉽게 손상될 수 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 수단으로서, 라인을 반복할 때마다 또는 반복한 후에 A 타잎 산소 측정용 프로브의 제조 라인을 표본 검사 하는데, 이때 표본 제품을 제한된 짧은 시간 동안 용융 금속에 침지하여 소정 시간 간격으로 내부의 산소 농도를 측정하므로 산소 농도는 표본 제품이 폐기될 때까지 여러 차례 측정된다. 따라서, 제조 단가가 비싸다. 더구나, 제조 라인이 장시간 사용될 경우에는 거마에 사용된 용융 제품의 산소 농도가 변한다는 어려움이 있다. 또한, 이러한 제조 라인은 어느 정도까지는 산소를 포함하는, 성능이 보증된 제품을 연속적으로 생산하기 위한 긴 생산라인에는 부적합하다.

또한, 이러한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 제3도에 도시된 바와같이, 고착 물질 하부의 한정된 공간에 잔류 가스가 들어있는 산소 측정용 프로브 (이하 “타잎 B”라 칭함)가 제안된 바 있다. 제3도에서, 고체 전해질 튜브 (73)와 보호용 튜브 (71) 사이에 상기 보호용 튜브 (71)의 하단부로부터 소정 부분 이격하여 그 윗쪽에 고착 물질로 된 결합체 (72)가 채워져 있어서, 상기 보호용 튜브 (71) 내에 상기 고체 전해질 튜브 (73)을 고정시키게 되므로, 상기 전해질 튜브 (73)의 하단부 주변에 소정의 공간 (76)이 형성되고 프로브가 용융 금속 (75)에 침지될 때 상기 소정 공간 (76)에 잔류 가스가 남게 된다. 측정시, emf 값이 보호용 튜브 (71)의 상단과 한쪽 끝이 전해질 튜브 (73)의 하단부의 바닥 내면과 연결된 도선 (74)의 다른 쪽 끝사이에 연결된 볼트메터 (79) 상에 나타난다.

이러한 B 타잎의 산소 측정용 프로브에 의하면 전술한 문제점이 극복될 수 있다. 그런, 프로브의 측정부가 용융 금속 (75)에 침지될 경우에 전해질 튜브 (73)가 용융 금속 (75)과 불안정하게 접촉된다는 문제점은 여전히 남는다. 특히, 용융 금속 (75)이 유동하는 경우에는 상기 튜브 (73)가 용융 금속 (75)의 비접촉부 또는 비접촉층과는 거의 접촉하지 않게 되므로 끊임없이 변화하는 용융 금속 (75) 중의 산소 농도를 정확하게 측정할 수 없다.

전술한 바와 같은 A-타잎 프로브 및 B-타잎 프로브의 단점들을 극복하기 위하여, 제4도 및 제5(a)도-제5(c)도에 도시된 바와 같이, 외부 보호용 튜브 (71)의 하단부에 슬릿 또는 쓰루홀이 형성된 또 다른 통상의 산소 측정용 프로브 (이하, “타잎 C”라 칭함)가 일본국 특허출원 공개공보 제55-98351호에 개시된 바 있다. 도시된 바와 같은 C-타잎의 산소 측정용 프로브에 있어서, 고체 전해질 튜브 (73)는 하단부가 외부 보호용 튜브 (71)의 하부 가장자리 아래로 돌출되지 않는 위치에 고정되어 있다. 또한, 보호용 튜브 (71)는 그의 하단부 내부에 잔류 가스가 남아있을 수 있는 작은 공간 (76)을 포함한다. 또한, 제5(a)도-제5(c)에 도시된 바와 같이, 튜브 (71)의 하단부에는 용융 금속 (75)이 전해질 튜브 (73)의 하단부와 안정하게 접촉하는데 필요한 좁고 짧은 슬릿 (77) 또는 뾰족한 쓰루홀 (78)이 형성되어 있다. 측정은 보호용 튜브 (71)의 상단부와 한쪽 끝이 전해질 튜브 (73)의 하단부의 바닥 내면에 연결된 도선 (74)의 다른 쪽 끝 사이에 연결된 볼트메터 (79) 상에서 emf값을 판독함으로써 이루어진다.

통상의 C-타잎 프로브에 있어서, 전해질 튜브 (73)의 위치 안전성이 개선됨으로써 상기 전해질 튜브 (73)와 용융 금속 (75)의 접촉성이 개선된다.

그러나, 점성이 있고 무거운 고온의 용융 금속 (75)이 연속적 주조 및 롤링 섹션을 향해 소정의 속도로 유동하는 러너 (runner)에 실질적으로 적용되는 경우, C-타잎 프로브는 보호용 튜브 (71) 안에 정체되어 있는 용융 금속 부분으로 이한 문제점을 갖는데, 용융 금속의 정체가 빈번하게 발생하여 상기 두 개의 튜브 971, 73)의 측벽을 따라 부유하는 슬래그의 코어로 점진적으로 성장하여 emf 측정에 역효과를 초래하고 슬릿 (77) 또는 쓰루홀 (78) 부근에 응집함으로써 슬릿 또는 쓰루홀을 부분적으로 폐쇄하게 되며, 용융 금속의 정체 현상이 증가하게 되면 다량의 응집이 발생함으로써 유효한 측정이 불가능하게 되어 장기간 동안 지속적으로 사용할 수 없다.

슬래그나 잠재적인 슬래그 코어 또는 외래성 물질은 어느 것도 보호용 튜브에 유입되어서는 안되는데, 당업자들은 이미 이러한 사실을 인식하고 잇다. 따라서, 전면 슬릿이나 전면 쓰루홀은 작을수록 좋다.

또한, 보호용 튜브 (71)의 하단부는 상대적으로 짧기 때문에 소정의 공간 (76)에 남아있는 잔류 가스는 통상의 조건 하에서 한정된 용적과 한정된 수직 두께를 갖는다. 프로브의 하단부가 더 깊게 잠길수록 상기 수직 두께는 점점 얇아진다. 바람직한 깊이에서는 가끔씩 발생하는 흘러내리는 용융 금속의 표면 돌출부와 같이 무겁고 불규칙한 작용에 의해 잔류 가스의 편평성이 쉽게 깨질 수 있으므로 용융 금속은 때때로 고착 물질 (72)에 침투할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 통상의 각 프로브에 있어서, 외부 보호용 튜브는 장기간의 지속적 사용시에는 끊임없이 출렁이는 무거운 용융 금속의 기류에 의해 전면 벽 전체에 걸쳐 가해지는 동압과 보호용 튜브의 침지 부분이 점차로 유연해지거나 유연하게 될 정도로 매우 높은 용융 금속의 온도를 충분히 견딜 수 있을 정도로단단해야 한다. 그런데 벽을 만드는데 사용되는 물질이 고가이기 때문에 벽 두께가 증가하게 되면 제품 가격이 상승하게 된다.

또한, 통상의 산소 측정용 프로브 각각에 대하여 전술한 바와 같이, 침지된 부재를 재사용할 수 있는 없는데, 이는 더 연구해야 할 분야이다.

발명은 이러한 점을 염두에 두고 완성된 것이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 제1목적은 용융 금속의 본래 또는 편향된 흐름이 외부 보호용 부재를 통과함으로써 바람직하지 않는 정체 부분이 없이 슬래그 또는 외래성 물질을 쉽게 수용함으로써 작은 벽 면적으로도 용융 금속의 동압을 지탱하여 고가 물질의 사용량을 효과적으로 감소시킬 수 있는, 유동하는 용융 금속중의 산소를 지속적으로 측정하기 위한 프로브 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 프로브가 러너나 바닥면일 수도 있는 바람직한 깊이까지 침지되는 경우에도 고착 물질이 용융 금속과 바람직하지 않게 접촉하지 않는, 유동하는 용융 금속중의 산소를 지속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3목적은 외부 보호 부재의 경도를 바람직한 정도로 증가시켜서 장시간 동안 지속적으로 사용할 수 있는, 유동하는 용융 금속중의 산소를 지속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4목적은 외부 보호 부재를 부분적으로 재사용할 수 있게 됨에 따라 단가가 낮아진, 유동하는 용융 금속중의 산소를 지속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제5목적은 외부 보호 부재가 절대 면적을 갖는 이상적인 형태를 가지고 있어서 장시간 동안 정확하고 안정하게 측정을 실시할 수 있는, 유동하는 용융 금속중의 산소를 지속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제6목적은 외부 보호 부재가 면적비가 안정적인 이상적인 형태를 가지고 있어서 장시간 동안 정확하고 안정하게 측정을 실시할 수 있는, 유동하는 용융 금속중의 산소를 지속적으로 측정하는 프로브 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

[발명의 구성 및 작용]

상기 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 1에 따르면, 유동하는 용융 금속 주의 산소를 지속적으로 측정하기 위한 프로브 장치로서, 고체 전해질 물질로 만들어져 있고 그의 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재; 상기 제1튜브 부재의 내면에 접촉되어 있는 기준 전극; 기존 전극에 연결된 제1노드와 제2노드 사이의 전위차를 검출하기 위한 검출수단; 제2노드에 연결된 도전성 제2튜브 부재로서, 외부 보호용 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속 유동체에 침지될 때 용융 금속의 유동 방향 쪽과 마주하고 있는 면에 설치된 제1벽과 다른 면에 설치된 제2벽을 갖는 도전성 제2튜브 부재; 제2튜브 부재 내부를 통해 유입되어 흘러가는 동안 용융 금속 유동체가 일부가 잔류할 수 있을 정도로 충분한 제1면적 크기로 제1개구부로서, 실질적으로 상기 제1튜브 부재의 침지부를 통과하여 상기 제1 및 제2튜브 부재 사이에 분산되는 제1개구부; 및 상기 제1개구부의 면적과 동일한 면적을 갖도록 상기 제2벽에 형성되어 있어서 용융 금속의 유입부가 잔류하여 있다가 용융 금속의 흐름에 따라 제2튜브 부재의 외부로 유출되도록 하는 제2개구부를 포함하여 된 프로브 장치가 제공된다.

실시예 1에 따르면, 제2튜브 부재로 둘러싸여 효과적으로 보호되는 제1튜브 부재를 제1튜브 부재가 잠기게 되는 통상적인 측정 길이만큼의 깊이로 유동하는 용융 금속 중에 침지시키면, 기준 전극에 연결된 제1노드와 전도성인 제2튜브 부재에 연결된 제2노드 사이에 검출가능한 전위차로서 상기 제1노드와 제2노드 사이에서 발생하는 상응하는 emf를 갖는 산소 농축 전극이 상기 기준 전국과 제2튜브 부재 내부로 흘러드는 용융 금속의 일부 사이에서 제1튜브 부재의 벽을 갈로질러 형성된다.

유입되는 용융 금속은 소정의 속도로 유동하는데, “제1벽”이라 불리우는 제2튜브 부재의 하면에 있는 벽에 형성된 제1개구부를 통해 제2튜브 부재 내부로 흘러들어가서 실질적으로는, 제1튜브 부재의 침지부를 통과함으로써 제1 및 제2튜브 부재 사이에 분산되고, “제2벽”이라 불리우는 제2튜브 부재의 다른 면에 있는 벽에 형성된 제2개구부를 통과하는 중에는 제2튜브 부재 외부로 흘러간다.

슬래그 또는 외래성 물질의 일부는 신속하게 유입되었다가 쉽게 유출될 수 있다.

제1개구부는 충분히 큰 개구 면적을 가지면 제2개구부 역시 마찬가지로 충분히 큰 개구 면적을 갖는다. 그러한 면적은 단순하게는 비어있는 공간이다. 그러나바람직하게는 그에 작용하는 동압 및 정압을 흡수한다. 또한, 각격이 싸다.

본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 2에 따르면, 유동하는 용융 금속의 흐름은 자발적 흐름을 포함한다.

실시예 2에 따르면, 제1벽은 바람직하게는 용융 금속 유동체의 자발적 흐름고 방향이 반대인 제1벽을 포함한다.

본 발명의 실시예 1과 관련이 있는 본 발명의 실시예 3에 따르면, 용융 금속 유동체의 흐름은 편향된 흐름을 포함한다.

실시예 3에 따르면, 제1벽은 바람직하게는 용융 금속 유동체의 편향된 흐름에 접하는 바닥 또는 측벽을 포함한다. 편류기는 제1벽에 형성된 벌지 (bulge)나 리세스 (recess), 또는 러너에 구비된 코너, 커어브 또는 표면을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예 1과 관련이 있는 본 발명 실시예 4에 따르면, 제1및 제2개구부중 하나가 원형, 직사가형 및 종 모양중 하나의 형태로 성형된다.

이점에 있어서, 개구부는 특성, 평균 및/또는 부분 속도, 평균 및 또는 부분 온도, 및/또는 용탸의 흐름 또는 편향 방향, 용융 금속 러너 깊이 및/또는 넓이, 있을 수 있는 슬래그 또는 외래성 물질의 평균 크기, 및/또는 제1 및/또는 제2튜브 부재의 정도 및/또는 강도를 고려하여 설계될 수 있다.

본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 5에 따르면, 제1 및 제2개구부중 하나는 그의 하단부에 개방되어 있다.

본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 6에 따르면, 제1벽은 내부에 형성된 다수개의 제1개구부를 갖는다.

본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 7에 따르면, 다수개의 제1개구부가 수직하게 배열되어 있다.

본 발명의 실시예 6와 관련이 있는 본 발명의 실시예 8에 따르면, 다수개의 제1개구부가 수평하게 배열되어 있다.

본 발명의 실시예 1 또는 6과 관련이 있는 본 발명의 실시예 9와 관련이 있는 본 발명의 실시예 10에 따르면, 제2튜브 부재에 직접 또는 간접으로 고정된 단단한 절연성 부재; 및 제1튜브 부재의 상단에서 상기 단단한 절연성 부재에 고정시키기 위한 고착 물질로 된 결합체를 더 포함하는 프로브 장치가 제공된다.

실시예 10에 따르면, 고착 물질을 용융 금속의 표면으로부터 소정 간격이 격하여 윗쪽에 놓아서 고착 물질이 용융 금속에 의해 잠식당하지 않도록 한다.

본 발명의 실시예 10와 관련이 있는 본 발명의 실시예 11에 따르면, 상기 단단한 절연성 부재는 내부를 관통하여 삽입되어 있고 그의 하단부는 기준 전극에 연결되어 있고 상단부는 제1노드에 연결된 전도성 피복 부재를 포함하며, 상기 피복 부재는 내부에 삽입되어 있고 상기 피복 부재와의 사이에 절연 물질로 채워져 있는 열전지를 포함한다.

본 발명의 실시예 11와 관련이 있는 본 발명의 실시예 12에 따르면, 상기열전지는 하단부에 기준 전극이, 상단부에 제3노드와 제4노드가 연결된 한쌍의 와이이; 및 제3 및 제4노드 사이의 전위차를 검출하는 검출 수단을 포함한다.

본 발명의 실시예 12와 관련이 있는 본 발명 실시예 13에 다르면, 제1 및 제2노드 사이의 전위차는 기준 전극 및 용융 금속 유입부 사이의 산소 농축 전지의 emf를 나타낸다.

본 발명의 실시예 13과 관련이 있는 본 발명의 실시예 14에 따르면, 제3 및 제4노드 사이의 전위차는 용융 금속 유입부의 온도를 나타낸다.

또한, 전술한 제3목적을 달성하기 위하여, 실시예 1와 관련이 있는 실시예 15에 따르면, 상기 프로브 장치는 제2튜브 부재를 보강하기 위한 단단한 부재를 더 포함한다.

본 발명의 실시예 15와 관련이 있는 본 발명 실시예 16에 따르면, 상기 단단한 부재는 제2튜브 부재의 하단부의 구비된 평판 부재를 포함한다.

본 발명의 실시예 16과 관련이 있는 본 발명 실시예 17에 따르면, 상기 제2튜브 부재는 단면이 원형이며, 상기 평판 부재는 제2튜브 부재의 하단에서 원 둘에에 고정된 디스크형 평판을 포함한다.

본 발명의 실시예 17과 관련이 있는 본 발명의 실시예 18에 따르면, 상기 디스크형 평판의 외부 직경은 상기 원둘래와 동일하다.

본 발명의 실시예 17과 관련이 있는 본 발명의 실시예 19에 따르면, 상기 디스크형 평판은 원둘에에 장착된다.

본 발명의 실시예 17과 관련이 있는 본 발명의 실시예 20에 따르면, 상기 디스크형 평판의 중심에 개구부가 형성된다.

본 발명의 실시예 17과 관련이 있는 본 발명의 실시예 21에 따르면, 평판 부재는 제1 및 제2개구부중 하나를 부분적으로 한정하는 가장자리부를 포함한다.

본 발명의 실시예 15과 관련이 있는 본 발명의 실시예 22에 따르면, 상기 단단한 부재는 제2튜브 부재의 하단부에 고정된 길쭉한 형태의 부재 (elngate member)를 포함한다.

본 발명의 실시예 22과 관련이 있는 본 발명의 실시예 23에 따르면, 상기 기쭉한 형태의 부재는 제1 및 제2개구부 중 하나에 실질적으로 평행하게 뻗어있다.

본 발명의 실시예 22와 관련이 있는 본 발명의 실시예 24에 따르면, 상기 길쭉한 형태의 부재는 제1 및 제2개구부중 하나에 실질적으로 직각방향으로 뻗어있다.

본 발명의 실시예 15과 관련이 있는 본 발명의 실시예 25에 따르면, 상기 단단한 부재는 Y자 형태로 성형된다.

본 발명의 실시예 15과 관련이 있는 본 발명의 실시예 26에 따르면, 상기 단단한 부재는 십자형태로 성형된다.

본 발명의 실시예 15과 관련이 있는 본 발명의 실시예 27에 따르면, 상기 단단한 부재는 지그재그 형태로 성형된다.

또한, 전술한 제4목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 28에 따르면, 상기 프로브 장치는 제1튜브 부재에 대하여 미끄럼 가능하게 고정된 경질 부재; 및 수직 방향의 중간 부분이 상기 경질 부재에 나사 결합되어 있는 제2튜브 부재를 더 포함한다.

실시예 28에 따르면, 제2튜브 부재는 중간 부분이 분리가능하여 침지된 하부를 새것으로 교체할 수 있다.

또한, 전술한 제4목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 29에 따르면, 상기 제1튜브 부재는 재사용을 위해 절단될 수 있을 정도로 충분하게 길다.

실시예 29에 따르면, 기사용된 부분 또는 변형된 부분을 절단하여 버리고 나머지 부분을 후속의 측정에 사용할 수 있다.

또한, 전술한 제5목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 1와 관련이 있는 본 발명의 실시예 30에 따르면, 프로브 장치는 내부 전극으로서 제1튜브 부재에 삽입된 피복 열전지, 및 상기 제2튜브 부재의 하단부에 부착된 보장 부재를 더 포함하며; 상기 기준 전극은 금속과 금속의 산화물로 된 기준 물질을 제1튜브 부재에 채워넣어 된 기준 물질체를 포함하고; 상기 제1 및 제2튜브 부재는 외부 전극으로서 작용하며, 제1 및 제2개구부는 각각 슬롯 및 쓰루홀중 하나를 포함한다.

실시예 30에 따르면, 산소의 연속적 측정을 위해서, 말단부에 적당한 형태(예를 들어, 원형, 타운 등)를 갖는 다수개의 슬롯 또는 쓰루홀이 형성되어 있으며 보강 부재가 구비된 보호용 튜브를 갖는 프로브 장치가 제공되는데, 상기 프로브 장치는 보호용 튜브의 변형으로 인한 슬롯 크기의 바람직하지 않은 감소에 대하여, 또는 보호용 튜브 또는 고체 전해질 튜브의 변형 또는 파괴에 대하여 비교적 장시간에 걸쳐 안전하게 연속적 측정을 실시할 수 있을 뿐 아니라, 보호용 튜브 내부에 존재하는 용융 금속의 일부를 하류로 유입되는 부분으로 치환하여 전해질이 항상 비처리된 용융 금속에 접촉하도록 함으로써 산소 농도를 매우 정확하게 측정한다.

용융 금속의 정체를 방지하고 용융 금속의 치환성을 개선하기 위해서는 한쌍의 스롯 또는 쓰루홀이 보호용 튜브의 중심을 통과하는 수직 평면에 대하여 경상 방식 (morror-imaged manner) 또는 대칭형으로 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 용융 금속의 흐름이 매우 급격하여 지나친 대칭이 과다할 경우도 있다.

본 발명의 실시예 30과 관련이 있는 본 발명의 실시예 31에 따르면, 상기 스롯은 제2튜브 부재의 외각선을 따라서 형성된, 폭이 2mm 이상인 아치형이며; 이들 슬록 전체에서 각 아치형 폭을 합한 값은 외각선 길이의 70% 이하이다; 스루홀은 외각선을 따라서 형성된, 직경이 2mm 이상인 아치형이며; 이들 쓰루홀 전체의 각 아치형 직경을 합한 값은 외각선 길이의 70% 이하이다.

본 발명의 실시예 31에 따르면, 실험적 데이터를 기준으로 하여 개구부의 바람직한 크기 범위가 제시된다.

본 발명의 실시예 30 또는 31과 관련이 있는 본 발명의 실시예 32에 따르면, 상기 프로브 장치는 제2튜브 부재 내부에 구비되어 있고 제1튜브 부재와 제2튜브 부재가 접촉하지 않도록 제1튜브 부재의 상단부에서 절연체로서 작용하는 내부 보호용 튜브를 더 포함한다.

본 발명의 실시예 32에 있어서, 절연성 내부 보호용 튜브가 고체 전해질 튜브의 상단부에 구비됨으로써 상기 내부 보호용 튜브를 외부 보호용 튜브와 대하여 간접적으로 고정시킬 뿐 아니라 손상 또는 파괴를 효과적으로 방지한다.

본 발명의 실시예 30 또는 31과 관련이 있는 본 발명 실시예 33에 따르면, 제1튜브 부재의 하단부는 슬롯과 쓰루홀중 하나의 상단부보다 낮은 위치에 있다.

본 발명의 실시예 33에 따르면, 상기 고체 전해질 튜브는 유동하는 용융 금속의 비측정 부분과 접촉하려는 경향이 강한 노출부를 포함한다.

또한, 전술한 제6목적을 달성하기 위하여, 본 발명 실시예 1과 관련이 있는 본 발명의 실시예 34에 따르면, 상기 프로브 장치는 내부 전극으로서 제1튜브 부재에 삽입된 피복 열전지를 더 포함하며; 상기 기준 전극은 상기 제1튜브 부재에 채워져 있는, 금속 및 그 산화물로 된 기준 물질을 포함하며; 상기 제2튜브 부재는 외부 전극으로서 작용하며; 제1 및 제2개구부는 각각 폭이 제1튜브 부재 외경의 ¼내지 제2튜브 부재 외경의 ⅓사이인 슬롯, 직경이 상기 범위와 같은 쓰루홀중 하나를 포함한다.

실시예 34에 따르면, 산소의 연속적 측정을 위해서는 말단부에 적당한 크기를 갖는 다수개의 슬롯 또는 쓰루홀이 형성되어 있는 보호용 튜브가 측정부에 구비되어 있어서, 보호용 튜브 내의 용융 금속 부분을 외부로부터 유입디는 부분으로 자발적으로 치환시킴으로써 전해질이 항상 비처리된 용융 금속에 접촉되도록 하여 산소 농도를 매우 정확하게 측정할 수 있는 프로브를 제공한다.

또한, 전술한 제6목적을 달성하기 위하여, 본 발명 실시예 1과 관련이 있는 본 발명의 실시예 35에 따르면, 상기 프로브 장치는 내부 전극으로서 제1튜브 부재에 삽입된 피복 열전지 및 제2튜브 부재의 하단부에 부착된 보강 부재를 더 포함하며; 상기 기준 전극은 상기 제1튜브 부재에 채워져 있는 기준 물질을 포함하고; 상기 제2튜브 부재는 외부 전극으로서 작용하며; 상기 제1 및 제2개구부는 각각 폭이 제1튜브 부재 외경의 ¼ 내지 제2튜브 부재 외경의 ⅓ 사이인 슬롯, 직경이 상기 범위와 같은 쓰루홀중 하나를 포함한다.

실시예 35에 따르면, 외부 보호용 튜브에는 그의 하단부에 부착된 보강재가 구비되어 있어서 내부에 더 큰 슬롯 또는 쓰루홀을 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예 34 또는 35와 관련이 있는 본 발명의 실시예 36에 따르면, 제1튜브 부재는 슬롯 내에 일부가 노출되어 있는데; 슬롯의 길이 대 노출된 제1튜브 부재의 길이의 비율은 7:1 내지 7:6의 범위에 있다.

실시예 36에 따르면, 노출된 고체 전해질 튜브의 길이에 대한 슬롯의 높이의 비로 환산된 바람직한 슬롯 크기 범위가 제시된다.

본 발명의 실시예 34 및 35와 관련이 있는 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 프로브 장치는 제1튜브 부재의 외부에 있는 피복된 열전지 부분을 보호하기 위해 제2튜브 부재 내부에 마련된 보호용 튜브를 더 포함하는데, 상기 내부 보호용 튜브는 그의 하단부가 제1튜브 부재의 상단부에 장착, 고정되어 있다.

실시예 37에 따르면, 고체 전해질 튜브는 외부 보호용 튜브에 간접적으로 고정되어 있다.

본 발명의 실시예와 관련이 있는 본 발명의 실시예 38에 따르면, 보강 부재는 각각의 슬롯 사이에서 제2튜브 부재의 하단부의 몇 지점을 연결하는 막대형 부재 및 평판형 부재중 하나를 포함한다.

실시예 38에 따르면, 외부 보호용 튜브는 응력 산출에 용이한 방법으로 효과적으로 보강될 수 있다.

본 발명의 실시예 35와 관련이 있는 본 발명의 실시예 39에 따르면, 상기 프로브 장치는 기전력으로 표시되는 전위차 및 용융 금속의 산소 활성과 온도를 결정하기 위한 온도 신호에 대한 데이터를 처리하기 위한 처리 수단; 및 산소 활성을 시간에 따라 표시하기 위한 제1표시수단 및 산소 활성을 표시하기 위한 제2표시 수단중 하나를 더 포함한다.

실시예 39에 따르면, 산술적 조작을 위한 처리는 프로브 장치의 측정 부분을 침지하였을 때 얻을 수 있는 용융 금속 온도 신호와 emf 데이터를 처리하는데 사용되어 사용중인 용융 금속의 온도와 산소 활성을 산출한다. 산출된 값을 필요에 따라서는 표시장치에 표시한다. 측정은 용융 금속 러너를 따라서 하나 또는 그 이상의 위치에서 실시되며, 하나 또는 그 이상의 표시장치를 주조 및 롤링 섹션을 포함하는 제조 라인을 따라 배치함으로써 고품질 제품의 제조에 필요한 데이터를 실시간 방식으로 제공하여 품질이 매우 우수한 제품을 제조한다.

또한, 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 40에 따르면, 유동하는 용융 금속 중의 산소를 연속적으로 측정하기 위한 프로브 장치로서, 고체 전해질 물질로 만들어져 있으며 그의 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재; 상기 제1튜브 부재의 내면에 접촉되어 있는 기준 전극; 기준 전극에 연결된 제1노드와 제2노드 사이의 전위차를 검출하기 위한 검출 수단; 상기 제2노드에 연결된 도전성 제2튜브 부재로서, 제1튜브 부재를 보호하기 위해 상기 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속 유동체에 침지될 때 용융 금속의 유동 방향 쪽과 마주하고 있는 면에 설치된 제1벽과 다른 면에 설치된 제2벽을 갖는 도전성 제2튜브 부재; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부로 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부가 잔류할 수 있을 정도로 충분한 제1면적 크기로 제1벽에 형성된 제1개구 수단으로서, 상기 제1튜브 부재 및 제2튜브 부재 사이에 분포되어 있는 제1개구 수단; 및 상기 제1개구 수단의 면적 이상의 크기를 갖도록 형성되어 있어서, 용융 금속의 유입부가 잔류하여 있다가 용융 금속의 흐름에 따라 제2튜브 부재의 외부로 유출되도록 하는 제2개구 수단을 포함하는 프로브 장치가 제공된다.

실시예 40에 따르면, 상기 제1개구 수단은 면적이 충분히 넓은 하나 또는 그 이상의 제1개구부를 포함할 수 있으며, 제2개구 수단은 면적이 충분히 넓은 하나 또는 그 이상의 제2개구부를 포함할 수 있다. “수단”이라는 용어는 용융 금속이 모서리가 둥글게 깎인 개구부, 끝이 뾰족한 절단면, 벌지 또는 리세스, 벽 둘에 또는 벽을 통과하는 추가의 경로, 편류기 등과 같이 외부 보호용 튜브를 통해 정상적으로 및/또는 원활하게 흘러갈 수 있는 부수적 장치 또는 보조 장치를 포함한다.

또한, 전술한 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 41에 따르면, 유동하는 용융 금속 중의 산소를 지속적으로 측정하는 방법으로서 고체 전해질 물질로 되어 있고 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재를 만드는 단계; 상기 제1튜브 부재의 내면의 기준 전극을 접촉시키는 단계; 상기 제1튜브 부재를 보호하기 위해 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속에 침지시에 유동하는 용융 금속의 흐름과 마주하는 면에 제1벽과, 다른 면에 제2벽을 가지고 있는 제2튜브 부재를 제1노드에 연결하는 단계; 상기 제1벽에 제1개구 면적을 갖는 제1개구부를 형성하는 단계; 상기 제2벽에 상기 제1개구부 면적만한 면적을 갖는 제2개구부를 형성하는 단계; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부의 제1개구부를 통해 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부를 남겨서 제1튜브 부재와 제2튜브 부재 사이에 분포시키는 단계; 제2개구부를 통하여 유입되는 용융 금속을 제2튜브 부재의 외부로 유출시키는 단계; 및 제1노드와 기준 전극에 연결된 제2노드 사이의 전위차를 검출하는 단계를 포함한다.

또한, 전술한 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 42에 따르면, 유동하는 용융 금속 중의 산소를 지속적으로 측정하는 방법으로서, 고체 전해질 물질로, 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재를 만드는 단계; 기준 전극을 상기 제1튜브 부재의 내면에 접촉시키는 단계; 상기 제1튜브 부재를 보호하기 위해 상기 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속에 침지시에 유동하는 용융 금속의 흐름과 마주하는 면에 제1벽과 다른쪽면에 제2벽을 가지고 있는 제2튜브 부재를 제1노드에 연결하는 단계; 상기 제1벽에 제1개구 면적 이상의 면적을 갖는 제2개구부를 형성하는 단계; 상기 제2벽에 상기 제1개구부 면적 이상의 면적을 갖는 제2개 수단을 형성하는 단계; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부의 제1개구 수단을 통해 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부를 남겨서 제1튜브 부재와 제2튜브 부재 사이에 분포시키는 단계; 제2개구 수단을 통과하는 유입되는 용융 금속을 제2튜브 부재의 외부로 유출시키는 단계; 및 제1노드와, 기준 전극에 연결된 제2노드 사이의 전위차를 검출하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예 43에 따르면, 유동하는 용융 금속 중의 산소를 지속적으로 측정하기 위한 프로브 장치로서, 고체 전해질 물질로 만들어져 있고 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재; 상기 제1튜브 부재의 내면에 접해 있는 기준 전극; 상기 기준 전극에 연결된 제1노드와 제2노드 사이의 전위차를 검출하기 위한 검출 장치; 상기 제2노드에 연결된 도전성 제2튜브 부재로서, 상기 제1튜브 부재를 보호하기 위해 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속 유동체에 침지될 때 용융 금속의 흐름 방향과 마주하고 있는 제1벽과, 다른면에 설치된 제2벽이 갖는 전도성 제2튜브 부재; 용융 금속이 제2튜브 부재로 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고; 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부가 잔류할 수 있는 정도로 충분한 제1면적 크기로 제1벽에 형성된 제1개구 수단으로서, 상기 제1튜브 부재와 제2튜브 부재 사이에 분포되어 있는 제1개구 수단; 및 용융 금속의 유입부가 잔류할 수 있을 정도로 큰 면적을 갖도록 상기 제2벽에 형성되어 있어서, 용융 금속의 흐름에 따라 제2튜브 부재의 외부로 유출되도록 하는 제2개 수단를 프로브 장치가 제공된다.

실시예 40 및 43에 따르면, 상기 실시예 1과 유사한 효과가 나타난다.

또한, 실시예 31 및 실시예 34-36은 각각 개구부의 바람직한 크기에 관한 것이다. 용융 금속의 비처리부가 고체 전해질 튜브와 접촉하게 되는 개구부의 크기에 따라 측정의 정확도는 어느 정도 달라진다. 이는 정확도가 용융 금속의 접촉부의 신선도에 의해 좌우되기 때문이다.

이하, 슬롯과 쓰루홀에 대하여 언급할 것인데, 이와 관련된 데이터가 하기에 나타나있다. 바람직한 측정 정확도를 얻으려면, 개구부는 결합성 슬래그 조각에 의해 개구부의 일부가 막혀버릴 것을 감안하여 상기 결합성 슬래그 조각보다 폭 또는 직경이 훨씬 커야 한다. 따라서, 슬롯과 쓰루홀의 실시예 34에 개시된 전해질 튜브의 OD (outside diameter; 외부 직경)의 ¼을 초가하는 폭 또는 직경을 갖는 것이 바람직하다.

개구부 크기는 외부 보호용 튜브의 강도에 영향을 미친다. 바람직한 작동을 위해서는 개구부의 크기를 제한하여 튜브의 나머지가 심각하게 변형되지 않을 정도의 충분한 강도를 가지고 있어야 한다. 슬롯과 쓰루홀은 각각 실시예 34에 개시된 보호용 튜브의 OD값의 ⅓보다 작은 폭 또는 직경을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 크기의 제한은 보강 부재의 사용에 의해 완화될 수 있는데, 슬롯 및 쓰루홀은 각각 실시예 35에 개시된 전해질 튜브 OD의 1/5 내지 보호용 튜브 OD의 3/5 범위 정도의 폭과 직경을 가지거나, 실시예 31에서 2mm를 초과하는 아치형 폭 또는 아치형 직경을 갖는 것이 바람직한데, 이때 상기 아치형 폭 또는 아치형 직경은 전체 합이 보호용 튜브 OD의 70% 이하로 제한된다.

보호용 튜브에 개구부가 형성되면 정면에서 볼 때 전해질 튜브가 부분적으로 노출된다. 노출된 부분이 너무 짧으면 용융 금속과 안전하게 접촉하지 못하게 된다. 반대로 노출된 부분이 너무 길면 보호용 튜브의 하단 바로 아래에 돌출부가 생길 수 있다. 따라서, 노출된 부분의 길이가 슬롯의 길이에 대한 비율로서 1:7 내지 6:7 범위에 있는 것이 바람직하다.

[발명의 상세한 설명]

이하, 첨부된 도면을 들어 본 발명의 실시예를 하기에 상술하기로 한다. 유사한 참조부호들은 유사한 특성을 나타내는 부재들을 지정하는 것이다.

제6도는 본 발명의의 실시예에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브를 나타내며, 제7도는 상기 프로브의 센서부분으로서 측정부를 나타낸다.

제6도에 있어서, 참조 부호 1은 프로브이고 11은 측정부이다. 프로브 (1)는 측정부 (11)와 “단자부 (terminal portion)”라 통칭되는 나머지 부분을 포함한다.

제6도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 측정부 (11)는 그의 중심 부분에 배열되어 있으며 그의 둥근 하단부가 밀봉된 고체 전해질 튜브를 포함하는데, 이 튜브 (4)는 후술하는 방법에서 내부 전극으로서 작용하는 피복 열전지 (2)의 말단부 내에 삽입되어 있다. 튜브 (4)와 피복 열전지 (2) 상이에는 Mo와 MoO₂와 같은 기준물질 (3)이 채워져 있어서 기준 전극을 형성한다.

피복 열전지 (2)는 튜브 (4)의 말달부 윗쪽으로 뻗어 있어서 연장용 도선을 가지며, 이 연장용 도선은 하단부가 전해질 튜브 (4)의 상단부에 고정되어 있고, 내화성 시멘트와 같은 고착 물질 (5a)로 결합체로 고정된 절연용 내부 보호용 튜브 (5) 안에 느슨하게 형성되어 있다.

전해질 튜브 (4)뿐 아니라 내부 보호용 튜브 (5)는 그의 하단부에 한쌍의 전면 및 배면 축의 슬롯 (7a, 7b)가 형성되어 있고 그의 바닥면에 보강 부재 (31)가 부착되어 있는 도전성 외부 보호용 튜브 (6)로 둘러싸여 있다.

프로브 (1)의 단자부에 있어서, 단자 케이스 (10)는 외부 출력 단자 (9a), 콘택 (9b) 등을 장착하기 위해 설치된, 후술하는 노드 (N1 내지 N4; 도면에서는 요소 연결로 표시됨)를 포함하는 비전도성 단자 블록 (9)을 포함한다. 케이스 (10)는 절연성 상부 케이스 (10a), 및 모자(hat) 모양의 소켓 (8)이 헤드 부분에 나사 결합된 도전성 하부 케이스 (10b)를 포함한다. 소켓 (8)은 아랫쪽으로 뻗어있는 돌기부 (boss part)를 포함하는데, 여기서 절연성 내부 보호용 튜브 (5)의 상단부는 내화성 시멘트와 같은 고착 물질로 고정되며 도전성 외부 보호용 튜브 (6)의 상단부는 나사 결합되어 있어서, 필요에 따라서는 상기 도전성 외부 보호용 튜브 (6)를 새것으로 교체할 수 있다.

피복 열전지 (2)는 소켓 (8)의 중심부에 형성된 수직의 개구부를 통해 뻗어 있는데, 상단부는 단자 블록 (9)에 고정되어 있거나 그에 의해 지지된다. 피복 열전지 (2)의 그의 하단부에 기준 전극 (3)이 연결되어 있고 그의 상단부에는 노드 (N1, 제6도 참조)이 연결된 도전성 피복재 (2a, 제7도 참조); 열전지 온도 감지 금속으로서 그의 하단부에서 결합하여 벽의 내면 부근에 있는 기준 전극이 전해질 튜브 (4)의 최저단부와 접촉하고 그의 상단부에 노드 (N3, N4; 제6도 참조)가 각각 연결된 한쌍의 와이어 (2b, 2??; 제7도 참조); 및 피복재 (2a)와 한쌍의 와이어 (2b, 2c) 사이에 절연성 물질이 채워져서 형성된 절연체 (2d; 제7도 참조)를 포함한다. 제벡 효과 (Seebeck effect)로 인하여 와이어 (2b, 2c)는 그들 사이의 긱전력이 노드 (N3, N4) 사이의 전위차로서 감지되는데, 이를 온도 신호라 칭한다.

한편, 프로브 (1)의 측정부 (11)는 러너를 따라서 용융 금속 유동체에 부분적으로 침지되기 때문에 그의 기준 전극으로서 열전지 (2)의 피복재 (2a)와 기준 물질 (3)의 조합물을, 그의 외부 감지 전극으로서는 침지된 길이만큼의 전해질 튜브 (4) 둘레에서 이동하는 용융 금속 일부와 외부 보호용 튜브 (6)의 조합물을 포함하는 산소 농축 전지가 제공되는데, 이때 emf는 기준 물질에 대해서는 내부에, 그리고 용융 금속에 대해서는 외부에 접촉된 전해질 튜브 (4)의 벽을 통하여 발생한다. 발생된 emf는 피복재 (2a)에 연결된 노드 (N1)와 콘택 (9b), 하부 케이스 (10b) 및 소켓 (8)을 통해 보호용 튜브 (6)에 연결된 노드 (N2) 사이의 전위차로서 검출된다.

프로브 1에서, 도전성인 고체 전해질 튜브 (4)는 도전성 외부 보호용 튜브 (6)에 간접적으로 연결되는데, 다시 말하면 상기 튜브 (4)는 절연성 내부 보호용 튜브 (5)와 단자 부분의 도전성 소켓 (8)을 통해 상기 도전성 외부 보호용 튜브 (6)에 고정된다. 보다 구체적으로는, 전해질 튜브 (4)의 상단부와 절연성 튜브 (5)의 하단부 사이에 도포된 고착 물질 (5a)에 의해 전해질 튜브 (4)의 상단부가 절연성 튜브 (5)의 하단부에 장착, 고정된다. 튜브 (4)는 고정된 상단부에서부터 아랫쪽으로 길게 뻗어있으며, 외부 보호용 튜브 (6)의 실리더형 벽에 둘러싸여 있는데, 그 사이에는 환상의 공간이 마련되어 있어서 상기 튜브 (4)와 외부 보호용 튜브 (6)가 직접 접촉되지는 않는다. 따라서, 내화성 시멘트일 수 있는 고착 물질 (5a)은 용융 금속과 접촉하는 경우가 없으므로 용융 금속과 혼합되는 바람직하지 못한 결과가 초래될 염려가 없다. 긴 형태의 튜브 (4)는 원하는 정도의 깊이까지 침지됨으로써 튜브 벽과 용융 금속이 충분히 접촉하여 용융 금속 중의 산소 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 튜브 (4) 둘레에는 고리 모양의 공간이 있어서 장시간 동안의 지속적인 산소 농도 측정 중에 뜨거운 용융 금속의 유동 흐름에 의해 발생하는 동압을 견딜 수 있으며 시간이 경과함에 따라서는 변형되거나 파괴되거나 구부러질 수 있는 금속성 외부 튜브 (6)와 바람직하지 않은 상호 반응을 일어나지 못하게 하는 역할을 한다. 측정을 실시함에 있어 튜브 (4)는 외부 튜브 (6)의 변형과 같은 외압에 의해 파괴되거나 손상되지 않는다. 그러므로, 피복 열전지 (2)도 역시 전해질 튜브 (4)의 왜곡에 의해 와이어의 연결 해제와 같은 문제점을 수반하지 않는다.

제7도에 잘 도시된 바와 같이, 용융 금속 (M)은 제7도의 우측에서 좌측으로 자발적으로 유동하기 때문에 외부 보호용 튜브 (6)는 그의 하단부 (61)의 정면 및 배면벽 영역 (7a, 7b)에 형성된 슬롯 (7a, 7b)를 갖는다. 폭은 보호용 튜브 (6)의 외각선을 따라 형성된 슬롯 (7a, 7b) 각각의 폭은 2mm 이상이며, 상기 슬롯 폭의 총합은 외각선의 70%를 초과하지 않는다. 전면에 형성된 스롯 (7a)의 개구 면적은 배면 형성된 슬롯 (7b)와 동일하거나, 작거나 클 수도 있다.

어떠한 경우에도 용융 금속 (M)은 약간 경사진 러너 (R)를 따라서 유동하므로, 용융 금속 (M)의 부분은 통상의 흐름을 나타내는 화살표 (S1)처럼 전면 슬롯 (7a)을 통해 보호용 튜브의 내부로 흘러들어가서 실질적으로 전해질 튜브 (4)를 침지시키고 튜브 (4, 6) 사이에 분포된다.

용융 금속 (M)의 유입부분은 계속 흘러가서 배면 슬롯 (7b)를 통해 유출됨으로써 흐름 (S2)을 나타내는 화살표에서처럼 보호용 튜브 (6)의 외부로 흘러간다.

슬래그 또는 외래성 물질은 용융 금속 (M)과 함께 쉽게 방출된다. 보호용 튜브 (6)에서 이동하거나 전면으로 이동하는 용융 금속 (M) 부분은 거의 정체되지 않으므로 전해질 튜브 (4)는 항상 침지된 길이에 걸쳐서 벽을 적시는 새로운 용융 금속의 흐름과 접촉한다.

이러한 점으로 볼 때, 전면 및 배면 슬롯 (7a, 7b)는 전방으로 펼쳐지는 각 도에서 4면의 끝이 뾰족해질 수 있으며, 각각의 면은 그의 모서리 길이에 걸쳐서 둥글게 깎여져 있다. 또한, 4면 또는 수직하는 두면을 따라서 부풀어오르고/거나 그를 따라서 안쪽으로 파여들어간다.

전면 및 배면 슬롯 (7a, 7b)의 면적을 변화시켜 보호용 튜브의 안쪽과 바깥쪽 사이의 동압 차이를 이용함으로써 용융 금속이 쉽게 유입되도록 하는 것이 바람직하다.

용융 금속이 쉽게 이동하도록 또는 그의 이동 속도를 제어하기 위해서는 러너 (R)는 코너, 편류기 및/또는 기울기가 서로 다른 슬로프를 갖는다. 또한, 프로브 (1)의 지지체 구조를 사용하여 전면 슬롯 (7a)를 향하는 용융 금속의 흐름 및/또는 배면 슬롯 (7b)의 밖으로 빠져나오는 흐름을 활성화하고/거나 충층이 쌍는다.

제8(a)도 및 제8(b)는 실시예 1의 각각의 변형예에 따른 산소 측정용 프로브의 측정부를 나타낸다.

제8(a)도의 측정부에서, 외부 보호용 튜브 (6)는 전면 슬롯 (7a), 및 이와 유사하게 그의 상단부를 따라서 아치형을 가지며 그의 하단부는 밀봉되어 있는 배면 슬롯로 형성되고, 디스크형의 보강 부재 (31)는 보호용 튜브 (6)의 하단부의 하단면에 고정되어 있어서, 고체 전해질 튜브 (4)의 노출부는 그의 하단부가 보강 부재 (31)로부터 윗쪽으로 일정의 공간을 두고 이격되어 있음으로써 용융 금속이 쉽게 대체될 수 있다.

제8(b)도의 측정부 (11)에 있어서, 유사한 보호용 튜브 (6)는 보호용 튜브 (6)의 하단부의 하단 가장자리 부근의 위치에서 그의 상단에 환형 또는 스트립형의 보강 부재가 장착되어 있거나 감겨있다. 보강 부재 (32)는 소정의 높이를 가지고 있어서 부분적으로 노출된 전해질 튜브 (4)의 최저부를 마스킹함으로써 튜브 (4)의 노출 부위에 부가된 동압을 감소시킨다. 이러한 보강 부재 여러개를 보호용 튜브 (6)의 하단부에 고정시키거나 감는 것이 바람직하다.

제9(a)도 내지 제9(e)도는 변형된 외부 보호용 튜브와 변형된 바닥 보강 부재의 조합물들의 예를 나타낸 것이다.

제9(a)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (6)는 하방으로 개방된 전면 슬롯 (7a)와 그의 하단부에 형성된 유사한 배면 슬롯 (7b)를 가지며, 길쭉한 형태의 보강 평판 (31)은 그의 양단부에 고정되어 있어서 튜브 (6)의 하단부의 하단 모서리에 대칭적으로 선택된 두점을 연결하는 아치를 형성함으로써 경도를 증가시켜서 슬롯의 폭을 넓힐 수 있게 한다.

제9(b)도에 나타낸 실시예에 있어서, 유사한 보호용 튜브 (6)는 그의 하단부가 상기 튜브 (6)의 하단 모서리 상의 대칭적인 점을 연결한 지그재그 형태의 보강 부재 (31)로 보강됨으로써 측면으로 확장 변형할 수 있도록 경도를 보강하고 연성을 제어한다.

제9(c)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (6)는 그의 하단부에 형성된, 대칭적으로 배열되고 하방으로 개방된 슬롯 (7a)의 트라이프 (tripe)를 가지며, 별모양 또는 Y자 형태의 보강 평판 (31)이 세갈래 스템 (stem)의 말단에 고정시켜서 튜브 (6)의 하단부의 하단 모서리의 대칭적인 점을 연결하여 아치를 형성함으로서 경도를 개선한다. 각각의 슬롯 (7a)와 각각의 스템은 용융 금속이 흘러가는 방향과 반대이다.

제9(d)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (6)는 그의 하단부에 형성된, 대칭적으로 배열되고 하방으로 개방된 4개의 슬롯 (7a)을 가지며, 십자형의 보강 평판 (31)을 4갈래의 스템의 각 끝에 고정시켜서 튜브 (6)의 하단부의 하단 모서리가 대칭점에 의해 연결된 아치를 형성함으로써 경도를 증가시킨다. 또한, 이 실시예에서, 각각의 슬롯 (7a) 또는 각각의 스템은 용융 금속이 흘러가는 방향에 대하여 반대일 수 있다.

제9(e)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (6)는 용융 금속이 흘러가는 방향에 평행한 가상의 평면 (P)에 대하여 서로 대칭적인, 하방으로 개방된 한쌍의 측면 슬롯 (lateral slot; 7a)를 가지며, Y자형 보강 평판 (31)은 그의 전면 스템에 고정되어 대칭점을 연결하는 전면 벽 (6a)의 아치형 모서리를 형성하고, 배면 스템의 끝에 고정되어 상기와 같의 대칭점을 연결하는 배면 벽 (6b)의 아치형 모서리를 형성함으로써 경도를 증가시킬 수 있다. 각각의 슬롯 (7a)는 앞쪽 끝이 뾰족하고 그의 내부 및 외부 가장자리를 깎아낸 전면 (front side; 7c), 및 앞쪽으로는 뾰족하고 바깥쪽으로는 부풀려져 있으며 그의 내면 모서리를 전체적으로 깎아낸 배면 (rear side; 7d)을 갖는다. 용융 금속은 각각의 슬롯 (7a)의 배면 (7d)의 외부 모서리에 의해 편류되고 보호용 튜브 (6)의 내면에 있는 각각의 슬롯 (7a)를 통해 유입되며, 하방쪽으로 흘러가서 보강 부재 (31) 및 튜브 (6)의 하면 모서리 사이에 한정된 개구부를 통과한다.

제10(a)도 및 제10(b)도는 외부 보호용 튜브와 바닥 보강 부재를 조합한 예를 나타낸다.

제10(a)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (6)는 그의 하단부에 형성되어 있고 하방으로 개방된 2mm 폭의 한쌍의 슬롯 (7a)를 가지며 튜브 (6)의 하단부의 가장자리에 고정된 상당한 얇은 디스크형 평판 (33)에 의해 보강된다.

제10(b)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (6)는 그의 하단부에 각각의 폭의 합이 외각선의 70%가 되도록 형성된 하방으로 개방된 한쌍의 슬롯 (7a)를 가지며, 그의 양단부에 상기 튜브 (6)의 하단부 가장자리 넓이로 고정된 상당히 얇은 길쭉한 칩 형태의 평판 (34)에 보강된다.

이러한 보강 부재는 외부 보호용 튜브의 하단부에 장착될 수 있다.

제11도는 본 발명의 실시예 2에 따른 프로브 장치의 전체시스템을 나타내는 블록도이다.

이 실시예에 있어서, 용융 금속 유동체 (44)는 구리 와이어를 연속적으로 주조 및 롤링하는 섹션에 연결된 사방이 밀봉된 직사각형의 러너 (runner; 43) 및 양쪽으로 벌어지도록 설치되어 있는 프로브 지지체 프레임 (42)내에서 유동한다. 지지체 프레임 (42)의 헤드 부재는 실시예 1의 프로브 (1)와 유사한 산소 측정용 프로브 (41)을 고정시키는데, 이 프로브 (41)는 러너 (43)의 커버 부재를 통해 삽입되어 유동하는 용융 구리 (44) 속으로 용융 구리의 표면이 튜브 (41)이 외부 보호용 튜브의 하단부에 형성된 전면 슬롯의 상단부 근처까지 뻗어갈 수 있을 정도의 깊이까지 침지된 측정부를 갖는다.

프로브 (41)을 작동시켜서 전해질 튜브의 한쪽 벽을 관통하며 emf로 표시되는 포텐션 차이와 전해질 튜브와 접하여 용융 구리 (44) 흐름체의 온도로 표시되는 온도 신호인 다른 전위차를 측정하는데, 이를 전위차를 데이터로서 취하여 데이터 처리 수단 (45)에 입력하고 대수적 조각에 의해 데이터를 처리하여 용융 구리 (44)중의 산소의 전류 활성값 (aθ)과 용융 구리 (44)의 구리 온도를 실시간으로 산출해낸다.

E를 표본 emf로 하고 T를 온도 신호에 상응하는 절대 온도로 할 때, 용융 구리 (44)의 산소 활성 (aθ)을 하기와 같이 산출한다:

식중, R은 기체 상수이고, F는 패러디 상수이며, P_θ는 전자 전도도와 등가인 이온 전도도의 산소 부분압이고, P_ref는 사용되는 기준 물질에 대한 산소의 평형 부분압이며, ΔG^θ는 응용 구리에 대한 산소 용해와 관련된 깁스 자유 에너지 편차이다.

이러한 물리화학적 값은 공지의 것이거나 공식 보고된 값이다. 산호 활성 (aθ)은 필요에 따라서는 용융 금속의 조성 및/또는 원료 물질의 종류에 따라 보상될 수 있는, 용융 금속 중의 함유 몰비로 환산된 산소 농도를 나타낸다. 평형 산소 부분압 (P_ref)으로는 쿠바쉐스키값 (Kubaschewski′s value)을 사용하여 종축이 측정된 산소 농도이고 횡축이 분석 결과인 제12도의 그래프에 나타낸 바와 같이, 용융 구리의 유동체에 대한 프로브 측정값과 용융 구리로부터 만들어진 구리 와이어의 가스 크로마토그래피 분석값 사이의 산소 농도를 매치시키는 것이 바람직하다.

데이터 처리수단 (45)는 산소 활성을 나타내는 제1표시 수단 (46), 산소 활성을 표시하는 제2표시 수단 (47) 및/또는 산소 농도와 용융 구리 온도를 표시하는 제3표시 수단 (48)에 처리된 결과를 출력한다. 샘플링된 산소 측정값 및/또는 데이터는 연속적이거나 간헐적일 수 있다.

러너 (43)를 따라서 프로브 (41)를 여러 곳의 측정 지점에 설치할 수 있으며, 표시 수단 (46/47/48)를 조합하여 연속적 주조 및 롤링 라인을 따라 여러 곳에 설치함으로써 실시간 체크 및 안정한 조작을 실시할 수 있으며, 산소 농도 및 용융 구리 온도에 대한 정확한 정보를 바탕으로 하여 품질이 우수하고 정밀도가 우수한 제품을 생산할 수 있다.

용융 구리 유동체 (44)의 깊이와 폭을 모두 커버할 수 있도록 측정하기 위해서는 러너 (43)를 예를 들면 150mm의 폭으로 좁히고 유동하는 용융 구리에 충분한 깊이, 예를 들면 100mm 깊이로 침지시킨 곳에 프로브 (41)를 설치할 수 있다.

바람직하게는, 예를 들어 100mm의 길이를 갖는 고체 전해질 튜브를 10mm를 초과하는 깊이로 침지시켜서 현저한 산소 활성을 측정할 수 있다. 바람직한 평균값으로서 침지 깊이를 25-80mm의 범위로 한정하여 고착 물질로 된 고정체가 용융 금속과 접촉하는 일이 없도록 한다.

이하, 두 개의 관련된 실험과 그의 결과를 제13 및 제14도를 들어 설명하기도 한다.

[실험예 1]

제13도에 도시된 바와 같이 내부 보호용 튜브가 구비되지 않은 9개의 산소 측정용 프로브를 사용하여 실험예 1을 실시하였다. 9개의 프로브에서 측정부는 지르코니아로 만들어져 있으며 한쪽 말단이 밀봉된 중앙 고체 전해질 튜브 (54), 및 그의 말단부가 상기 튜브 (54)에 삽입되어 있으며 상기 튜브 (54)와의 사이에 기준 물질로 된 비교체 (53)이 채워진, 피복 열전지 (52)를 포함하고 있었다. 기준 물질은 Mo와 MoO₂를 함유하는데, 이 물질은 다른 조성일 수도 있다. 전해질 튜브 (54)는 외부 보호용 튜브 (56) 안에 고정되어 있는데, 고착 물질로 된 고정체 (58)가 상기 전해질 튜브 (54)와 외부 보호용 튜브 (56) 사이에 충전될 수 있다. 고착 물질은 내화성 시멘트인데, 이것은 임의로 적당한 물질로 대체될 수 있다. 보호용 튜브 (56)은 그의 하단부에 형성된 높이가 L인 총 2개, 3개, 4개 또는 6개의 하방으로 개방된 슬롯 (57)를 포함하였다. 9개의 프로브 중에서 총 6개의 프로브가 튜브 (56)의 하단부의 하단 모서리에 고정된 디스크형의 보강재 (51)을 가지고 있었다.

전해질 튜브 (54)는 내부 직경 (inside diameter; ID)이 6mm, 외부 직경 (OD)이 10mm, 벽 두께가 2mm였다. 보호용 튜브 (56)는 ID가 21mm, OD가 25mm인데, 여기서 외각선 길이의 70%는 54.98mm였다. 고착 물질 (58)은 높은 위치에 설치되어 있어서 보호용 튜브 (56)의 하단 가장자리는 고착 물질 (58)의 아랫면으로부터 아래족으로 30mm의 거리 (T)만큼 떨어져 있다. 전해질 튜브 (54)의 슬롯 (57)을 통해 그의 바닥면이 노출될 정도로 충분히 길기 때문에 튜브 (54)의 최저단부는 튜브 (56)의 하단 가장자리로부터의 수직 거리 (S)가 5mm이다. 튜브 (54)의 바닥부의 노출 길이가 하나의 프로브에서는 5mm이고, 다른 8개의 프로브에서는 10mm이다.

슬롯 (57)는 하기의 표 1에 열거된 바와 같이 폭이 2mm, 2.5mm, 5mm, 8mm, 9mm 또는 10mm이다.

9개의 프로브에 번호를 붙여서 구분하고 약 1m/분 속도로 유동하는 용융 구리 중에 침지하여 하나씩 지속적으로 측정한다.

용융 금속은 러너 (43)을 따라 흘러가서 와이어 제조 라인으로 들어가 주조 및 롤링되어 직경이 8mm인 절단되지 않은 구리 와이어로 인출되는데, 이 구리 와이어를 소정의 길이 간격으로 절단한 다음 폭이 2.5mm이고 두께가 5mm인 와이어 코일 형태 감는다. 이렇게 만들어진 구리 와이어 코일로부터 샘플을 취하여 진공 샘플 (V.S.)을 준비하였다.

V.S. 분석 데이터를 통계적으로 처리하여 프로브에 의한 비교값으로 제공하고, 각각의 프로브를 관련된 비교값에 대하여 표시된 값인 분산도 (σ%)로서 평가하고 이를 다음과 같이 분류하였다:

│σ%│ ≤ 3.0 범위인 경우: V (매우 양호);

3.0 〈 │σ%│ ≤ 4 범위인 경우: G (양호);

4 〈 │σ%│ ≤ 5 범위인 경우: C (적합);

│σ%│〉 5 범위인 경우: N (부적합).

또한, 각각의 프로브를 실제 측정시의 저항 시간 (withstanding time: tw)로써 평가 (표 1 참조)하여 하기와 같이 분류하였다:

tw ≥ 30시간 : G (양호);

30시간 〉 tw ≥ 10시간 : C (적합);

tw 〈 10시간 : N (부적합).

[표 1]

표 1로부터 알 수 있듯이. 5번에서 7번까지의 프로브는 σ%와 tw 모두 양호하였고, 4번에서 9번까지의 프로브는 σ%와 tw 모두가 양호하거나 적합하였다. 1번에서 3번까지의 프로브는 보강되지 않았다. 그러나, 노출 길이 (P)가 더 짧은 2번 프로브는 tw에 대하여 적합한 것으로 나타났는데, 이로부터 용융 구리의 영역이 얕으면 슬래그와 같은 부유물의 평형과 현저한 주기를 얻을 수 있을 정도의 높은 산소 농도와 긴 시간을 갖는 경향이 증가하는 것을 알 수 있다. 1번과 4번 프로브는 슬롯의 폭이 좁아서 정확도가 떨어졌다. 8번과 9번 프로브는 다른 것보다 슬롯 개수가 많아서 내구성이 떨어졌다.

[실험예 2]

제14도에 도시된 바와 같은 내부 보호용 튜브 (65)를 갖는 총 15개의 산소 측정용 프로브를 사용하여 실험예 2를 실시하였다. 15개에서 그의 측정부는 하단부가 밀폐된 중앙 고체 전해질 튜브 (64), 및 그의 하단부가 삽입되어 있고 상기 고체 전해질 튜브 (64)와의 사이에 기준 물질의 비교체 (63)가 채워진 피복 열전지 (62)를 포함하고 있다. 기준 물질은 Mo와 MoO₂를 함유하였는데, 이 물질은 다른 조성을 가질 수도 있다. 상방으로 뻗어있는, 피복 열전지 (62)의 나머지 부분은 내부 보호용 튜브 (65)에 의해 둘러싸여 있었다. 전해질 튜브 (64)의 상단부는 내부 보호용 튜브 (65)의 하단부에 고정되어 있는데, 그 사이에는 미도시된 고착 물질이 채워져 있다. 내부 보호용 튜브 (65)와 전해질 튜브 (64)는 외부 보호용 튜브 (66)에 의해 둘러싸여 있으며, 실시예 1에서와 같이 상기 외부 보호용 튜브 (66)에 고정되어 있었다. 외부 보호용 튜브 (66)은 그의 하단부에 형성된 높이가 L인 총 2개, 3개, 4개 또는 6개의 하방으로 개방된 슬롯 (57)를 포함하였다. 15개의 프로브 중에서 총 12개의 프로브가 튜브 (66) 하단부의 하단 모서리에 고정된 디스크형의 보강재 (61)을 가지고 있었다.

전해질 튜브 (64)는 ID가 6mm, OD가 8mm, 벽 두께가 1mm였다. 외부 보호용 튜브 (66)는 ID가 16mm, OD가 21.7mm인데, 여기서 외각선 길이의 70%는 47.72mm였다. 전해질 튜브 (64)의 슬롯 (67)을 통해 그의 바닥면이 노출될 정도로 충분히 길기 때문에 튜브 (64)의 최저단부는 튜브 (656)의 하단 가장자리로부터의 수직 거리 (S)가 8mm이다. 튜브 (64)의 바닥부의 노출 길이 (P)가 하나의 프로브에서는 5mm이고, 4개의 프로브에서는 10mm이며, 하나의 프로브에서는 12mm이고, 3개의 프로브에서는 30mm이며, 4개의 프로브에서는 40mm이며, 하나의 프로브에서는 50mm이거나 하나의 프로브에서는 60mm이고, 슬롯 (67)는 하기의 표 2에 열거된 바와 같이 폭이 1mm, 3mm, 9mm, 10mm, 11mm 또는 13mm이다.

15개의 프로브에 번호를 붙여서 구분하는데, 10번부터 시작하여 번호를 붙인 다음, 약 1m/분 속도로 유동하는 용융 구리 중에 침지하여 하나씩 지속적으로 측정한여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

러너, 침지 방법, 측정 방법, 구리 제조 라인, 샘플링 방법, V.S. 분석 데이터 조작법, 프로브 평가 및 성능 평가는 실험예 1에서와 동일하게 실시하였다.

[표 2]

[표 2a]

표 2로부터 결과로부터 알 수 있듯이. 15번에서 20번까지의 프로브, 22번 및 24번째 프로브는 σ%와 tw 모두 양호하였고, 21번 및 23번째 프로브는 σ%와 tw 모두가 양호하거나 적합하며, 10번째부터 24번째까지의 프로브는 σ%와 tw 중 어느 하나가 매우 양호 또는 양호하거나 적합하였다. 10번째부터 12째까지의 프로브는 보강되지 않았다. 그러나, 실험예 1의 2번 프로브와 마찬가지로 노출 길이 (P)가 더 짧은 11번 프로브는 tw에 대하여 적합 평가를 받았다. 14번, 21번 및 23번째 프로브는 외부 보호용 튜브 (66)의 외각선에 대한 폭의 비 (%) 값이 커서 경도가 떨어졌다. 13번 프로브는 슬롯 폭이 좁아서 측정 정확도가 떨어졌다.

결과적으로, 실시예 31에서 얻은 잇점을 다시 확인한 것이었다.

제15도는 본 발명의 실시예 3에 따른 산소 측정용 프로브의 단면도이고, 제16도는 제15도의 프로브의 측정부를 나타내는 부분 확대도이다.

제15도에서,참조 부호 101로 표시된 것이 프로브이고, 111은 측정부이다. 프로브 101은 슬롯 (107a, 107b)가 적당한 폭으로 형성됨에 따라 보강재 (31)이 없다는 점이 실시예 1의 프로브 (1)과는 다르다. 제16도 및 16에 도시된 바와 같이, 측정부 (111)는 그의 둥근 하면이 밀봉된 중앙 고체 전해질 튜브 (104), 및 상기 튜브 (104)내에 삽입되어 있고 상기 튜브 (104)와의 사이에 기준 물질로 된 비교체 (103)가 채워져 있는, 피복 열전지 (102)를 포함하고 있었다.

피복 열전지 (102)는 내부 보호용 튜브 (105)에 의해 둘러싸여 있으며, 그의 말단부는 전해질 튜브 (104)의 상단부에서 고정되도록 설치되어 있다. 내부 보호용 튜브 (105)의 상단부는 소켓 (108)의 돌기부에 고정, 장착되어 있는데, 그의 헤드 부분은 단자 블록 (109) 내에 수용된 단자 케이스 (110)의 하부 케이스에 나사로 조여져 있다. 재부 보호용 튜브(105)와 전해질 튜브 (104)는 외부 보호용 튜브 (106)로 둘러싸여 있는데, 이 외부 보호용 튜브 (106)는 그의 상단부가 소켓 (108)의돌기부에 나사로 조여져 있고 그의 하면부에는 하방으로 개방된 형태를 갖는 슬롯 (107a, 107b)가 구비되어 있다. 슬롯 (107a, 107b)의 폭은 실시예 34 및 35에 따라서 결정되며, 전해질 튜브 (104)는 실시예 36에 따라 노출 길이가 결정된다.

실시예 2와 마찬가지로 두 개의 관련된 실험을 실시하여 이를 확인해보기로 한다.

[실험예 3]

내부 보호용 튜브 (105)가 구비되어 있지 않은, 제13도에 도시된 바와 같은 총 11개의 산소 측정용 프로브를 이용하여 실험예 1에서와 유사한 방법으로 실험예 3을 실시하였다.

전해질 튜브 (54)는 ID가 6mm, OD가 10mm인데, OD의 ¼은 2.5mm이고, 1/5은 2.0mm이다. 외부 보호용 튜브 (56)는 ID가 21mm, OD가 25mm인데, OD의 ⅓은 8.33mm이고, 3/5은 15.00mm이다. 고착 물질의 고정체 (58)는 보호용 튜브(56)의 하단부가 고착 물질 (58)의 밑면으로부터 아랫쪽으로 30mm 떨어지도록 설치되었다.

전해질 튜브 (54)는 슬롯 (57)을 통해 그의 바닥부가 노출되어 있으므로, 튜브 (54)의 최저부는 튜브 (56)의 하단 가장자리로부터의 수직 거리 (S)가 5mm 떨어져 있었다. 튜브 (54)의 바닥부는 노출 길이 (P)가 5mm이다. 용융 구리로 침지된 깊이는 11-20mm 범위였다.

슬롯 (57)의 높이 (L)는 10mm이고, 그의 폭은 하기 표 3에 열거된 바와 같이 폭이 1mm, 3mm, 5mm, 6mm, 8mm, 10mm, 11mm, 14mm 또는 16mm이다.

[표 3]

[표 3a]

표 3에 나타낸 바와 같이, 104번 및 108번에서 110번까지의 프로브는 σ%와 tw 모두가 양호하였고, 103번, 105번 및 111번 프로브는 σ%와 tw 모두에서 양호하거나 적합하였으며, 101번부터 111번까지는 σ%와 tw 모두가 양호하거나 적합하였다. 101번에서 105번까지는 보강되지 않았다. 103번에서 105번까지와 108번에서 111번까지는 언급된 실시예에 관한 것인 반면에 103번 프로브는 상당히 좁으며, 105번 프로브와 110번 프로브는 상당히 넓어서 프로브를 이용한 측정의 정확성과 내구성이 떨어졌다.

[실험예 4]

내부 보호용 튜브 (65)가 구비된, 제14도에 도시된 바와 같은 총 13개의 산소 측정용 프로브를 이용하여 실험예 2에서와 유사한 방법으로 실험예 4를 실시하였다.

전해질 튜브 (64)는 ID가 6mm, OD가 8mm인데, OD의 ¼은 2.5mm이고, 1/5은 1.6mm이다. 외부 보호용 튜브 (66)는 ID가 16mm, OD가 21.7mm인데, OD의 ⅓은 7.23mm이고, 3/5은 13.02mm이다. 전해질 튜브 (64)는 슬롯 (67)를 통해 바닥부가 노출될 수 있을 정도로 충분히 길기 때문에 튜브 (64)의 최저부는 튜브 (66)의 하단부로부터 수직 거리 (S)가 8mm 떨어져 있다. 튜브 (64)의 바닥부는 42mm의 노출 길이 (P)를 갖는다. 용융 구리에 침지된 깊이는 51-80mm 범위였다.

슬롯 (67)의 높이 (L)는 50mm이고, 그의 폭은 하기 표 4에 열거된 바와 같이 1mm, 3mm, 4mm, 5mm, 8mm, 10mm, 13mm 또는 15mm이다.

하기 표 4에 도시된 바와 같이, 115번 및 116번 및 119번에서 124번까지의 프로브는 σ%와 tw 모두가 매우 양호하였거나 양호하였으며, 114번 프로브는 σ%와 tw 모두가 양호하였고, 112번 및 114번에서 124번까지의 프로브는 σ%와 tw 중 하나가 양호 또는 적합하였다.

114번 프로브를 포함하여 112번에서 116번까지의 프로브는 보강되지 않았다. 또한, 112번 프로브는 슬롯 폭이 상당히 좁았으며, 114번 프로브의 경우에는 슬롯 (67)가 밀봉 방향에서 변형되었다. 113번 프로브는 그의 하단부가 변형되어 용융 구리의 흐름을 교란시킴으로써 전해질 튜브 (64)를 파괴시켰다. 117번 프로브는 슬롯 폭이 매우 좁아서 정확성이 떨어졌다. 118번 프로브는 슬롯가 상당히 커서 경도가 떨어졌다.

결과적으로, 실시예 34 내지 36에 의해 나타날 수 있는 잇점들을 확인할 수 있었다.

[표 4]

[표 4a]

제17(a)도-제17(f)도는 변형된 전면 슬롯과 각각의 보강재가 조합된 예들을 나타낸다. 상응하는 배면 슬롯가 구비될 수 있음을 알 수 있다.

제17(a)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (206)는 전해질 튜브 (204)가 폐쇄된 직사각형의 전면 슬롯 (207a)를 갖는다. 보강 부재는 없다.

제17(b)도에 도시된 실시예에 있어서, 유사한 보호용 튜브 (26)는 유동하는 용융 구리에 평행하게 뻗어있는 부재 (231)에 의해 보강된다.

제17(c)도에 도시된 실시예에 있어서, 유사한 보호용 튜브 (206)는 유동하는 용융 구리과 십자 방향으로 뻗어있는 부재 (231)에 의해 보강된다.

제17(d)도에 도시된 실시예에 있어서, 유사한 보호용 튜브 (206)는 전해질 튜브 (204)가 폐쇄된 원형의 전면 슬롯 (207a)를 갖는다. 보강 부재는 없다.

제17(e)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (206)는 수직하게 배열된 한 쌍의 원형 슬롯 (207a)로 형성되어 있으며, 유동하는 용융 구리과 십자 방향으로 뻗어있는 부재 (231)에 의해 보강된다.

제17(f)도에 도시된 실시예에 있어서, 보호용 튜브 (206)는 비스듬하게 배열된 한쌍의 원형 슬롯 (207a)로 형성되며, 유동하는 용융 금속과 십자 방향으로 뻗어있는 부재 (231)에 의해 보강된다.

제18(a) 및 베18(b)도는 변형된 보강 부재와 각각의 외부 보호용 튜브가 조합된 예를 나타낸다.

제18(a)도에 도시된 실시예에서, 디스크형의 보강 부재 (331)는 그의 배면 절반에 걸쳐 형성된, 용융 구리가 내부를 통해 빠져나갈 수 있는 한쌍의 원형 구멍 (308)을 가지며, 한쌍의 전면 및 배면 슬롯 (307a, 307b)를 갖는 외부 보호용 튜브 (306)의 하단부에 고정되어 있다.

제18(b)도에 도시된 실시예에서, 중심부의 원형 보강 부재 (431)는 내부에 형성된, 용융 구리가 내부를 통해 빠져나갈 수 있는 한쌍의 원형 구멍 (432)을 가지며, 한쌍의 전면 및 배면 슬롯 (407a, 047b)를 갖는 외부 보호용 튜브 (406)의 하단부에 고정되어 있다.

제19도는 본 발명의 실시예 4에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브의 외부 보호용 튜브의 부분 종단면도이다.

이 실시예에서, 외부 보호용 튜브는 상부 튜브 (504)와 분리가능한 하부 튜브 (501)을 포함한다. 상부 튜브 (504)는 내부에 설치된 가이드 부재 (503), 및 내부를 관통하여 형성되어 있으며 그의 말단부에 미도시된 고체 전해질 튜브가 고정되어 있는 활주성 내부 보호용 튜브 (505)를 포함한다. 하부 튜브 (501)는 내부에 측면방향으로 삽입된 돌기 부재 (502)에 의하여 그의 상단부에서 상부 튜브 (504)의 하단부에 분리가능하도록 부착되어 있는데, 여기서 상기 부재 (502)는 미도시된 스크류를 스토퍼로서 적용하기 위하여 내부를 절단하는 나선줄 (T1)을 갖는다. 마찬가지로, 나선줄 (T2)은 하부 튜브 (501)의 상부에서 절단될 수 있다.

하부 튜브 (501)는 상당히 길며 여러쌍의 다단계 전면 및 배면 슬롯 (507a, 507b)를 가지므로, 적당한 위치에서 절단하여 재사용하거나 길이를 조절할 수 있다.

제20도는 본 발명의 실시예 5에 따른 프로브 장치의 산소 측정용 프로브의 부분 종단면도이다.

이 실시예에서, 외부 보호용 튜브 (606)의 하부 튜브 부재 (605)의 하단부에는 보강 부재로서 내부에 장착된 디스크형 평판 (631)을 갖는다. 상기 디스크형 평판 (631)은 그의 하부면에 고정된 아치형의 편류기 (632)를 가지는데, 이 편류기는 유동하는 용융 금속의 가이드 부분을 위한 가이드 그루브로서 반원통 표면 (633)을 한정하도록 성형되어 있다. 상기 디스크형 평판 (631)은 용융 금속의 가이드부의 흐름을 내부로 통과시키는 중심 개구부 (607a)로 형성된다. 용융 금속의 유입 흐름은 튜브 부재 (605)의 하단부에 형성된 배면 슬롯 (607b)를 통해 흘러나가도록 방치한다.

하부 튜브 부재 (605)는 고체 전해질 튜브 (602)가 구비되어 있고 상기 튜브 (602)와의 사이에 고리 형태의 공간이 남아있는 하부 내부 보호용 튜브 (604) 내부에 장착된다. 전해질 튜브 (602)는 내부에 삽입되어 있고 사이에 기준 물질체가 채워져 있는, 피복 열전지 (601)의 하단부를 갖는다.

전술한 실시예를 적용함에 있어서는, 내부에 피복 열전지가 삽입된 고체 전해질 튜브에 기준 물질로 된 기준체가 간단하게 채워지지 않는 경우가 많이 발생한다.

보다 구체적으로는, 제7도에 도시된 바와 같이, 기준 전극 (3)은 바람직한 고체 전해질 튜브 침지 깊이를 초과하는 높이까지 채운 기준 물질로 된 기준체 (3a), 알루미나 분말 또는 기타 산화방지물질을 전해질 튜브의 상부 가장자리 부근의 높이까지 채워놓은 산화방지체 (3b), 및 전면에 걸쳐 도포되어 있으며 고착 물질 (5a)의 일부일 수 있는 밀봉 물질로 된 밀봉체 (3c)를 포함한다. 채워넣어진 산화방지체 (3b)는 기준 물질 (3a)보다 낮은 산소 평형 부분압을 갖는다.

이와 관련하여, 몇몇 종류의 내화성 시멘트는 400℃를 초과하는 온도에서는 급격한 절연성 감소를 나타내며, 600℃를 초과하는 온도에서는 반도체성을 띈다.

그러나, 알루미나 분말은 매우 높은 온도에서도 절연 물질로서 작용한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 기재하였으나, 이러한 기술 내용은 발명에 대한 설명을 목적으로 할 뿐이며, 후술하는 청구범위의 범위를 벗어나지 않는다면 어떠한 변형예도 가능하다.

Claims (43)

1. 용융 금속 유동체 중의 산소를 지속적으로 측정하기 위한 프로브 장치로서, 고체 전해질 물질로 만들어져 있고 그의 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재; 상기 제1튜브 부재의 내면에 접촉되어 있는 기준 전극; 기준 전극에 연결된 제1노드와 제2노드 사이의 전위차를 검출하기 위한 검출 수단; 제2노드에 연결된 도전성 제2튜브 부재로서, 제1튜브 부재를 보호하기 위해 상기 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속 유동체에 침지될 때 용융 금속의 유동 방향 쪽과 마주하고 있는 면에 설치된 제1벽과 다른 면에 설치된 제2벽을 갖는 도전성 제2튜브 부재; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부로 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속 유동체의 일부가 잔류할 수 있을 정도로 충분한 제1면적 크기로 제1벽에 형성된 제1개구부로서, 상기 제1튜브 부재 및 제2튜브 부재 사이에 분포되어 있는 제1개구부; 및 상기 제1개구부의 면적과 동일한 면적을 갖도록 상기 제2벽에 형성되어 있어서, 용융 금속의 유입부가 잔류하여 있다가 용융 금속의 흐름에 따라 통과하였다가 제2튜브 부재의 외부로 유출되도록 하는 제2개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용융 금속 유동체의 흐름이 자발적인 흐름 그대로인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 용융 금속 유동체의 흐름이 편향된 흐름인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
4. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 개구부중 하나가 원형, 직사각형 및 종 모양 (bell form)중 하나인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 개구부중 하나의 하단부가 개방된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1벽의 내부에 다수개의 제1개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 다수개의 제1개구부가 수직으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 다수개의 제1개구부가 수평하게 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
9. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2벽의 내부에 다수개의 제2개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 제2튜브 부재에 고정된 경질의 절연성 부재; 및 상기 제1튜브 부재를 상기 경질의 절연성 부재에 고정시키기 위한 고착물질로 된 고착체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 경질의 절연성 부재의 내부에는 도전성 피복 부재가 삽입되어 있고, 그의 하단부에는 기준 전극이, 상단부에는 제1노드가 각각 연결되어 있으며; 상기 피복 부재의 내부에는 열전지가 삽입되어 있고 상기 피복 부재와 열전지 사이에는 절연성 물질로 된 절연체가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 열전지는 그의 하단부에는 기준 전극이, 그의 상단부에는 제3 및 제4노드가 연결되어 있는 한쌍의 와이어를 포함하며; 검출 수단에 제3 및 제4노드 사이의 전위차를 검출하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2노드 사이의 전위차가 기준 전극과 용융 금속의 유입부 사이의 산소 농염 전지의 기전력을 표시하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 제3 및 제4노드 사이의 전위차가 용융 금속의 유입부 의 온도를 표시하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
15. 제1항에 있어서, 제2튜브 부재를 보강하기 위한 경질의 보강 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 경질의 보강 부재가 상기 제2튜브 부재를 하단부에 구비된 평판 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 제2튜브 부재의 단면이 원형이고, 상기 평판 부재는 상기 제2튜브 부재의 하단부에서 원 둘레에 고정된 디스크형 평판을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 디스크형 평판의 외부 직경이 상기 원둘레와 동일한 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
19. 제17항에 있어서, 상기 디스크형 평판이 원둘레에 장착된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 디스크형 평판의 중앙에 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
21. 제16항에 있어서, 상기 평판 부재가 상기 제1 및 제2개구부를 부분적으로 한정하는 가장자리 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
22. 제15항에 있어서, 상기 경질의 보강 부재가 제2튜브 부재의 하단부에 고정된 길쭉한 형태의 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 길쭉한 형태의 부재가 실질적으로는 상기 제1 및 제2개구부 중 하나에 평행하게 뻗어있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
24. 제22항에 있어서, 상기 길쭉한 형태의 부재가 실질적으로는 상기 제1 및 제2개구부 중 하나에 수직하게 뻗어있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
25. 제15항에 있어서, 상기 경질의 보강 부재가 Y자 형태로 성형된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
26. 제15항에 있어서, 상기 경질의 보강 부재가 십자 형태로 성형된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
27. 제15항에 있어서, 상기 경질의 보강 부재가 지그재그 형태로 성형된 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
28. 제1항에 있어서, 상기 제1튜브 부재에 대하여 미끄럼 가능하게 고정되어 있는 경질 부재; 및 수직방향의 중간 부분이 상기 경질 부재에 나사 결합되어 있는 제2튜브 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
29. 제1항에 있어서, 상기 제2튜브 부재가 재사용을 위해 절단될 수 있을 정도로 충분히 긴 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
30. 제1항에 있어서, 내부 전극으로서 상기 제1튜브 부재에 삽입된 피복 열전지 , 및 상기 제2튜브 부재의 하단부에 부착된 보강 부재를 더 포함하며; 상기 기준 전극은 상기 제1튜브 부재에 채워져 있는, 금속과 금속의 산화물로 이루어진 기준 물질 포함하며; 상기 제2튜브 부재는 외부 전극으로서 작용하고; 상기 제1 및 제2개구부 각각은 슬롯과 쓰루홀중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 슬롯은 상기 제2튜브 부재의 외부 원주를 따라서 형성된 폭 2mm 이상의 아치형이고; 상기 슬롯 각각의 아치형 폭의 합이 상기 외부 원주 길이의 70%를 초과하지 않으며; 상기 쓰루홀은 외부 원주를 따라서 형성된 폭 2mm 이상의 아치형이고; 상기 쓰루홀 각각의 아치형 직경의 합이 상기 원주 길이의 70%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
32. 제30항 또는 31항에 있어서, 제2튜브 부재내부에 구비되어 제1튜브 부재의 상단부에서 상기 제1튜브 부재와 상기 제2튜브 부재가 서로 접촉하지 않도록 격리시키지 위한 절연체로서 작용하는 내부 보호용 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
33. 제30항 또는 31항에 있어서, 상기 제1튜브 부재의 하단부가 슬롯과 쓰루홀 중 어느 하나의 상단부보다 낮은 위치에 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
34. 제1항에 있어서, 프로브 장치가 내부 전국으로서 상기 제1튜브 부재 내에 삽입된 피복 열전지를 더 포함하고; 상기 기준 전극은 제1튜브 부재내에 채워져 있는, 금속과 금속의 산화물로 이루어진 기준 물질을 포함하며; 상기 제2튜브 부재는 외부 전극으로서 작용하고; 상기 제1 및 제2개구부는 각각 슬롯과 쓰루홀중 하나를 포함하는데, 상기 슬롯의 폭이 제1튜브 부재 외경의 ½ 내지 제2튜브 부재 외경의 ⅓ 범위이며, 상기 쓰루홀의 직경도 상기 범위에 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
35. 제1항에 있어서, 프로브 장치는 내부 전극으로서 제1튜브 부재내에 삽입된, 피복 열전지, 및 상기 제2튜브 부재의 하단부에 부착된 보강 부재를 더 포함하며; 기준 전극은 상기 제1튜브 부재 내에 채워져 있는 비교물질을 포함하며; 상기 제2튜브 부재는 외부 전극으로서 작용하고; 상기 제1 및 제2개구부는 각각 슬롯과 쓰루홀중 하나를 포함하는데, 상기 슬롯의 폭이 제1튜브 부재 외경의 1/4 내지 제2튜브 부재 외경의 1/3 범위이며, 상기 쓰루홀의 직경도 상기 범위에 있는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
36. 제34항 또는 35항에 있어서, 상기 제1튜브 부재는 슬롯에 일부가 노출되어 있으며; 슬롯의 길이 대 노출된 제1튜브 부재 길이의 비율이 7:1 내지 7:6의 범위인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
37. 제34항 또는 35항에 있어서, 제1튜브 부재의 밖으로 나와있는, 피복 열전지의 일부를 보호하기 위해 제2튜브 부재 내에 마련되어 있으며, 그의 하단부에 제1튜브 부재의 상단부가 고정되어 있는 내부 보호용 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
38. 제35항에 있어서, 상기 보강 부재가 상기 각 슬롯들 사이의 제2튜브 부재 하단부의 각 점을 연결하는 로드형 부재 및 평판형 부재중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
39. 제35항에 있어서, 기전력과 온도 신호를 표시하는 전위차에 대한 데이터를 처리하여 용융 금속의 산소 활성과 온도를 측정하기 위한 처리 수단; 및 용융 금속의 산소 활성과 온도를 시간에 따라 표시하기 위한 제1표시 수단 및 산소 활성을 표시하기 위한 제2표시 수단중 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
40. 용융 금속의 유동체중의 산소를 지속적으로 측정하기 위한 프로브 장치로서, 고체 전해질 물질로 만들어져 있으며 그의 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재; 상기 제1튜브 부재의 내면에 접촉되어 있는 기준 전극; 기준 전극에 연결된 제1노드와 제2노드 사이의 전위차를 검출하기 위한 검출 수단; 상기 제2노드에 연결된 도전성 제2튜브 부재로서, 제1튜브 부재를 보호하기 위해 상기 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속 유동체에 침지될 때 용융 금속의 유동 방향 쪽과 마주하고 있는 면에 설치된 제1벽과 다른 면에 설치된 제2벽을 갖는 도전성 제2튜브 부재; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부로 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부가 잔류할 수 있을 정도로 충분한 제1면적 크기로 제1벽에 형성된 제1개구 수단으로서, 상기 제1튜브 부재 및 제2튜브 부재 사이에 분포되어 있는 제1개구 수단; 및 상기 제1개구 수단의 면적 이상의 크기를 갖도록 형성되어 있어서, 용융 금속의 유입부가 잔류하여 있다가 용융 금속의 흐름에 따라 제2튜브 부재의 외부로 유출되도록 하는 제2개구 수단을 포함하는 프로브 장치.
41. 용융 금속 유동체중의 산소를 지속적으로 측정하는 방법으로서, 고체 전해질 물질로 되어 있고 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재를 만드는 단계; 상기 제1튜브 부재의 내면에 기준 전극을 접촉시키는 단계; 상기 제1튜브 부재를 보호하기 위해 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속에 침지시에 용융 금속의 흐름과 마주하는 면에 제1벽과, 다른 면에 제2벽을 가지고 있는 제2튜브 부재를 제1노드에 연결하는 단계; 상기 제1벽에 제1개구 면적을 갖는 제1개구부를 형성하는 단계; 상기 제2벽에 상기 제1개구 면적만한 면적을 갖는 제2개구부를 형성하는 단계; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부의 제1개구부를 통해 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부를 남겨서 제1튜브 부재와 제2튜브 부재 사이에 분포시키는 단계; 제2개구부를 통하여 유입되는 용융 금속을 제2튜브 부재의 외부로 유출시키는 단계; 및 제1노드와, 기준 전극에 연결된 제2노드 사이의 전위차를 검출하는 단계를 포함하는 산소 측정 방법.
42. 용융 금속 유동체 중의 산소를 지속적으로 측정하는 방법으로서, 고체 전해질 물질로, 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재를 만드는 단계; 기준 전극을 상기 제1튜브 부재 내면에 접촉시키는 단계; 상기 제1튜브 부재를 보호하기 위하여 상기 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속에 침지시에 유동하는 용융 금속의 흐름과 마주하는 면에 제1벽과 다른 쪽면에 제2벽을 가지고 있는 제2튜브 부재를 제1노드에 연결하는 단계; 상기 제1벽에 제1개구 면적을 갖는 제1개구 수단을 형성하는 단계; 상기 제2벽에 상기 제1개구 면적 이상의 면적을 갖는 제2개구 수단을 형성하는 단계; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부의 제1개구 수단을 통해 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부를 남겨서 제1튜브 부재와 제2튜브 부재 사이에 분포시키는 단계; 제2개구 수단을 통과하는 유입되는 용융 금속을 제2튜브 부재의 외부로 유출시키는 단계; 및 제1노드와, 기준 전극에 연결된 제2노드 사이의 전위차를 검출하는 단계를 포함하는 산소 측정방법.
43. 용융 금속 유동체 중의 산소를 지속적으로 측정하기 위한 프로브 장치로서, 고체 전해질 물질로 만들어져 있고 하단부가 밀봉된 제1튜브 부재; 상기 제1튜브 부재의 내면에 접해 있는 기준 전극; 상기 기준 전극에 연결된 제1노드와 제2노드 사이의 전위차를 검출하기 위한 검출 장치; 상기 제2노드에 연결된 도전성 제2튜브 부재로서, 상기 제1튜브 부재를 보호하기 위해 제1튜브 부재를 둘러싸고 있으며 용융 금속 유동체에 침지될 때 용융 금속의 흐름 방향과 마주하는 있는 제1벽과, 다른면에 제2벽이 갖는 전도성 제2튜브 부재; 용융 금속이 제2튜브 부재 내부로 유입되어 실질적으로 제1튜브 부재를 침지시키고, 흘러가는 과정에서 용융 금속의 일부가 잔류할 수 있을 정도로 충분한 제1면적 크기로 제1벽에 형성된 제1개구 수단으로서, 상기 제1튜브 부재와 제2튜브 부재 사이에 분포되어 있는 제1개구 수단; 및 용융 금속의 유입부가 잔류할 수 있을 정도로 큰 면적을 갖도록 상기 제2벽에 형성되어 있어서, 용융 금속의 흐름에 따라 제2튜브 부재의 외부로 유출되도록 하는 제2개구부를 포함하는 프로브 장치.

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