JP4616456B2 - 溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計及び溶融金属の温度測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は溶融金属の測温装置、詳細には溶解炉等の保持容器内の溶融金属の温度を放射エネルギーを利用して連続的に測温するための装置及びこの装置を用いた溶融金属の測温方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、特開平７−１４０００７号公報に開示された溶融金属温度計測方法及び装置による、転炉における溶鋼温度測定系の構成を示したブロック図である。図４において、溶融金属容器１０には溶融金属１１が入っており、溶融金属容器１０の側壁部にはノズル１２が貫通して設置されている。このノズル１２にはガイドパイプ１３が挿入されており、ガイドパイプ１３には光ファイバ送り装置１４から送り出される金属被覆光ファイバ１５が挿入されると共に、パージガスが吹き込まれる。光ファイバ送り装置１４は、金属被覆光ファイバ１５が巻回された光ファイバドラム１６と、金属被覆光ファイバ１５を送り出すロール機構１９とから構成されている。金属被覆光ファイバ１５の一方の端部はガイドパイプ１２を介して溶融金属容器１０内の溶融金属１１に導かれ、他方の端部は赤外放射温度計１８に接続されている。
【０００３】
また、浸漬型熱電対２０が溶融金属１１に浸漬され、それは熱電対温度変換器２１に接続され、溶融金属１１の温度が計測される。そして、この温度測定値に基いて、金属管被覆光ファイバの長さの減少に伴って生じる誤差を補償し、感度特性の変化を適宜校正する。 したがって、溶鋼中に浸漬する消耗浸漬型熱電対や、溶鋼表面を測温する放射温度計の欠点を解決し、溶鋼温度を連続して正確に測定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によって、炉体を転倒又は揺動させる溶融炉中の溶鋼温度を連続して測定しようとすると、以下のような問題がある。
１） 溶鋼中で金属被覆光ファイバが消耗するため、金属被覆光ファイバを連続して溶鋼中に送りこまなければ測定することができない。
２） また、このために光ファイバ送り装置や金属被覆光ファイバが巻回された光ファイバドラムを装備する必要があり、装置の設置場所が制限される。
【０００５】
３） 特に、溶融炉の炉底外面への設置は困難であり、装置を溶融炉の側壁に設置した場合には、溶融炉が転倒した際または揺動した際に、測温部点が溶融金属の浴面上になるため測温不能となり、連続測温が不可能になる。
４） 通常、炉には未溶解の原料を装入するため、この装入物との機械的な衝突により熱電対保護管が破損し易く、炉の寿命に対して熱電対保護管の寿命が短いことから、数チャージに渡り、繰り返して継続した測温への適用は困難である。
【０００６】
本発明は前記の問題を解決するためになされたもので、溶解炉等の保持容器に保持された溶融金属の温度を必要とされる期間連続的に測定することができる溶融金属の測温装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計及びその測定方法は以下のとおりである。
［１］溶融金属の保持容器の炉底に設置される溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計であって、先端において集光し、該集光した光を後端まで導く光ファイバ芯線および、該光ファイバ芯線を被覆保護するニッケル基耐熱合金製の金属管からなる金属管被覆光ファイバと、前記光ファイバ芯線の後端に接続され、導かれた光の放射エネルギに応じた温度を算出する温度測定部とを有し、前記保持容器に対して、前記金属管被覆光ファイバは、前記保持容器の前記炉底を貫通し、前記金属管被覆光ファイバの先端部は、前記保持容器の前記炉底の内面に形成した凹陥部内に、前記炉底の内面から突出しないように収納されていることを特徴とする、溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計。
［２］前記［１］の放射温度計において、温度測定部を、保持容器外面または保持容器の支持フレームに設置したことを特徴とする、溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計である。
［３］前記［１］または［２］の放射温度計を用いた溶融金属の温度測定方法であって、他の温度測定手段により保持容器内の溶融金属の温度を測定し、該他の温度測定手段による測温結果に基づいて、前記浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて算出された温度を補正することを特徴とする、溶融金属の温度測定方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［参考形態］
図１は、参考形態に係る浸漬型光ファイバ放射温度計を示す縦断面図である。図１において、１は耐火物製の炉壁（２ａ）および炉底（２ｂ）を有する溶解炉である。参考形態の浸漬型光ファイバ放射温度計は、先端において集光し、ニッケル基耐熱合金製の金属管からなる金属管被覆光ファイバ４と、この金属管被覆光ファイバ４のう後端に接続され導かれた光の放射エネルギに応じた温度を算出する温度測測定部５とを有する。炉底（２ｂ）にはその壁を貫通して前記金属管被覆光ファイバ４が設置され、この金属管被覆光ファイバ４の先端は炉底の内面から０〜５ｍｍ程度突出している。また、前記金属管被覆光ファイバ４の後端は光コネクタを介して前記温度測定部５に接続され、該温度測定部５は炉体に断熱手段を介して設置されている。なお、金属管被覆光ファイバ４の光ファイバ芯線は、例えば外径０．２５ｍｍ程度のＰＩ被覆ＧＩ光ファイバにより構成され、また、光ファイバの被覆保護用金属管は、例えば外径１．６ｍｍ程度のＮｉ基耐熱合金（インコネル：登録商標）から構成される。但し、これらに限定されるものではなく、そのサイズや、合金の種類は、適宜選択することができるものである。
【０００９】
したがって、Ｎｉ基耐熱合金（インコネル：登録商標）により形成された被覆保護用金属管が溶鋼中で溶損し難く、これが光ファイバ芯線を溶鋼から保護するので、光ファイバ送り装置等が不要となる。このため浸漬型光ファイバ放射温度計は簡便な装置となり、炉体の傾動や揺動の支障になる装置がないので浸漬型光ファイバ放射温度計を炉底に設置することができる。これにより、炉体を傾動や揺動した場合でも測温点が溶融金属の浴面下となり、常時連続してリアルタイムに測温することができる。
［実施形態１］
図２は、本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の実施形態を示す縦断面図である。図２の実施形態の温度計の基本構成は図１の参考形態と同様であり、その説明は省略するが、図２の実施形態では、炉底２の一部に凹陥部６（例えば直径約２５ｍｍ，深さ約２５ｍｍ程度）を設け、この窪み６の内部に金属管被覆光ファイバ４の先端を収納している。したがって、金属管被覆光ファイバ４の先端が炉底２の面より突出しないから、炉体１の内部に固体の原料が投入される際に、損傷を受けることがない。 なお、前記凹陥部６のサイズや、形状は、適宜選択することができるものである。
［実施形態２］
図３は、本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の他の実施形態における構成を説明する縦断面図である。図３における部材は図１におけるものに同じであり、説明は省略するが、図３の実施形態では炉体上部から溶鋼３中に、他の温度測定手段として浸漬型熱電対７が挿入されている。この浸漬型熱電対７は図示しない支持手段により昇降および退避自在に配置されている。そして、単発的または間欠的に浸漬型熱電対７により溶鋼３の温度を測定し、前記熱電対による測温結果に基づいて浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて算出された温度を補正する。このため浸漬型熱電対７で測定された溶鋼温度は温度測定部５に入力され、ここで、前記補正が行われる。
【００１０】
したがって、長時間の使用により、浸漬型光ファイバ放射温度計の光ファイバの先端の透光特性が変化した場合でも、これを補正できるので、連続して長時間使用しても、測温精度が低下することがない。
【００１１】
なお、他の温度測温手段としては、前記浸漬型熱電対に限定するものではなく、消耗型光ファイバ放射温度計や、炉壁埋め込み型センサーであってもよい。
【００１２】
さらに、前記実施の形態は、溶鋼について記載しているが、本発明はこれに限定するものではなく、溶融金属として鋳鉄、銅、銅合金、アルミ金属、アルミ合金、など何れにも適用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べた本発明の浸漬型光ファイバ放射温度計によれば、以下のような顕著な効果が得られる。
（１）Ｎｉ基耐熱合金により形成された被覆保護用金属管が溶鋼中で溶損し難いので、光ファイバが適切に保護され、光ファイバを溶融金属中に連続して供給することなく、溶融金属温度を測定することが可能になる。したがって、光ファイバを溶融金属中に連続して供給する供給装置が不要となり、装置が簡便になるだけでなく炉底に設置することができることから、炉体が傾動や揺動しても常時連続してリアルタイムに測温することができる。
（２）炉底の一部に凹陥部を設け、該凹陥部内に金属管被覆光ファイバの先端を、炉底の内面から突出しないように収納することができるから、炉体の内部に固体の原料が投入される際に損傷を受けることがないため、数チャージに渡り温度測定を継続することができる。
（３）浸漬型熱電対などにより単発的または間欠的に温度測定し、この測定結果に基づいて、浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて、算出された温度を補正しているので、連続して長時間使用しても温度測定の精度が低下することがない。
【００１４】
前記のように連続した温度測定が可能となるため、原材料の装入、原材料の溶融溶け落ち、溶解初期、出湯完了までの連続した溶湯温度監視が可能になり、このため状況に応じた熱量を適宜コントロールし生産効率および使用エネルギーの低減をはかることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考形態に係る浸漬型光ファイバ放射温度計を示す縦断面図である。
【図２】 本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の実施形態を示す縦断面図である。
【図３】 本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の他の実施形態における構成を説明する縦断面図である。
【図４】 従来の溶融金属温度計測方法及び装置による、転炉における溶鋼温度測定系の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 溶解炉
２ 炉底
３ 溶鋼
４ 金属管被覆光ファイバ
５ 温度測定部
６ 窪み
７ 浸漬型熱電対
【発明の属する技術分野】
この発明は溶融金属の測温装置、詳細には溶解炉等の保持容器内の溶融金属の温度を放射エネルギーを利用して連続的に測温するための装置及びこの装置を用いた溶融金属の測温方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、特開平７−１４０００７号公報に開示された溶融金属温度計測方法及び装置による、転炉における溶鋼温度測定系の構成を示したブロック図である。図４において、溶融金属容器１０には溶融金属１１が入っており、溶融金属容器１０の側壁部にはノズル１２が貫通して設置されている。このノズル１２にはガイドパイプ１３が挿入されており、ガイドパイプ１３には光ファイバ送り装置１４から送り出される金属被覆光ファイバ１５が挿入されると共に、パージガスが吹き込まれる。光ファイバ送り装置１４は、金属被覆光ファイバ１５が巻回された光ファイバドラム１６と、金属被覆光ファイバ１５を送り出すロール機構１９とから構成されている。金属被覆光ファイバ１５の一方の端部はガイドパイプ１２を介して溶融金属容器１０内の溶融金属１１に導かれ、他方の端部は赤外放射温度計１８に接続されている。
【０００３】
また、浸漬型熱電対２０が溶融金属１１に浸漬され、それは熱電対温度変換器２１に接続され、溶融金属１１の温度が計測される。そして、この温度測定値に基いて、金属管被覆光ファイバの長さの減少に伴って生じる誤差を補償し、感度特性の変化を適宜校正する。 したがって、溶鋼中に浸漬する消耗浸漬型熱電対や、溶鋼表面を測温する放射温度計の欠点を解決し、溶鋼温度を連続して正確に測定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によって、炉体を転倒又は揺動させる溶融炉中の溶鋼温度を連続して測定しようとすると、以下のような問題がある。
１） 溶鋼中で金属被覆光ファイバが消耗するため、金属被覆光ファイバを連続して溶鋼中に送りこまなければ測定することができない。
２） また、このために光ファイバ送り装置や金属被覆光ファイバが巻回された光ファイバドラムを装備する必要があり、装置の設置場所が制限される。
【０００５】
３） 特に、溶融炉の炉底外面への設置は困難であり、装置を溶融炉の側壁に設置した場合には、溶融炉が転倒した際または揺動した際に、測温部点が溶融金属の浴面上になるため測温不能となり、連続測温が不可能になる。
４） 通常、炉には未溶解の原料を装入するため、この装入物との機械的な衝突により熱電対保護管が破損し易く、炉の寿命に対して熱電対保護管の寿命が短いことから、数チャージに渡り、繰り返して継続した測温への適用は困難である。
【０００６】
本発明は前記の問題を解決するためになされたもので、溶解炉等の保持容器に保持された溶融金属の温度を必要とされる期間連続的に測定することができる溶融金属の測温装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計及びその測定方法は以下のとおりである。
［１］溶融金属の保持容器の炉底に設置される溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計であって、先端において集光し、該集光した光を後端まで導く光ファイバ芯線および、該光ファイバ芯線を被覆保護するニッケル基耐熱合金製の金属管からなる金属管被覆光ファイバと、前記光ファイバ芯線の後端に接続され、導かれた光の放射エネルギに応じた温度を算出する温度測定部とを有し、前記保持容器に対して、前記金属管被覆光ファイバは、前記保持容器の前記炉底を貫通し、前記金属管被覆光ファイバの先端部は、前記保持容器の前記炉底の内面に形成した凹陥部内に、前記炉底の内面から突出しないように収納されていることを特徴とする、溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計。
［２］前記［１］の放射温度計において、温度測定部を、保持容器外面または保持容器の支持フレームに設置したことを特徴とする、溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計である。
［３］前記［１］または［２］の放射温度計を用いた溶融金属の温度測定方法であって、他の温度測定手段により保持容器内の溶融金属の温度を測定し、該他の温度測定手段による測温結果に基づいて、前記浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて算出された温度を補正することを特徴とする、溶融金属の温度測定方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［参考形態］
図１は、参考形態に係る浸漬型光ファイバ放射温度計を示す縦断面図である。図１において、１は耐火物製の炉壁（２ａ）および炉底（２ｂ）を有する溶解炉である。参考形態の浸漬型光ファイバ放射温度計は、先端において集光し、ニッケル基耐熱合金製の金属管からなる金属管被覆光ファイバ４と、この金属管被覆光ファイバ４のう後端に接続され導かれた光の放射エネルギに応じた温度を算出する温度測測定部５とを有する。炉底（２ｂ）にはその壁を貫通して前記金属管被覆光ファイバ４が設置され、この金属管被覆光ファイバ４の先端は炉底の内面から０〜５ｍｍ程度突出している。また、前記金属管被覆光ファイバ４の後端は光コネクタを介して前記温度測定部５に接続され、該温度測定部５は炉体に断熱手段を介して設置されている。なお、金属管被覆光ファイバ４の光ファイバ芯線は、例えば外径０．２５ｍｍ程度のＰＩ被覆ＧＩ光ファイバにより構成され、また、光ファイバの被覆保護用金属管は、例えば外径１．６ｍｍ程度のＮｉ基耐熱合金（インコネル：登録商標）から構成される。但し、これらに限定されるものではなく、そのサイズや、合金の種類は、適宜選択することができるものである。
【０００９】
したがって、Ｎｉ基耐熱合金（インコネル：登録商標）により形成された被覆保護用金属管が溶鋼中で溶損し難く、これが光ファイバ芯線を溶鋼から保護するので、光ファイバ送り装置等が不要となる。このため浸漬型光ファイバ放射温度計は簡便な装置となり、炉体の傾動や揺動の支障になる装置がないので浸漬型光ファイバ放射温度計を炉底に設置することができる。これにより、炉体を傾動や揺動した場合でも測温点が溶融金属の浴面下となり、常時連続してリアルタイムに測温することができる。
［実施形態１］
図２は、本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の実施形態を示す縦断面図である。図２の実施形態の温度計の基本構成は図１の参考形態と同様であり、その説明は省略するが、図２の実施形態では、炉底２の一部に凹陥部６（例えば直径約２５ｍｍ，深さ約２５ｍｍ程度）を設け、この窪み６の内部に金属管被覆光ファイバ４の先端を収納している。したがって、金属管被覆光ファイバ４の先端が炉底２の面より突出しないから、炉体１の内部に固体の原料が投入される際に、損傷を受けることがない。 なお、前記凹陥部６のサイズや、形状は、適宜選択することができるものである。
［実施形態２］
図３は、本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の他の実施形態における構成を説明する縦断面図である。図３における部材は図１におけるものに同じであり、説明は省略するが、図３の実施形態では炉体上部から溶鋼３中に、他の温度測定手段として浸漬型熱電対７が挿入されている。この浸漬型熱電対７は図示しない支持手段により昇降および退避自在に配置されている。そして、単発的または間欠的に浸漬型熱電対７により溶鋼３の温度を測定し、前記熱電対による測温結果に基づいて浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて算出された温度を補正する。このため浸漬型熱電対７で測定された溶鋼温度は温度測定部５に入力され、ここで、前記補正が行われる。
【００１０】
したがって、長時間の使用により、浸漬型光ファイバ放射温度計の光ファイバの先端の透光特性が変化した場合でも、これを補正できるので、連続して長時間使用しても、測温精度が低下することがない。
【００１１】
なお、他の温度測温手段としては、前記浸漬型熱電対に限定するものではなく、消耗型光ファイバ放射温度計や、炉壁埋め込み型センサーであってもよい。
【００１２】
さらに、前記実施の形態は、溶鋼について記載しているが、本発明はこれに限定するものではなく、溶融金属として鋳鉄、銅、銅合金、アルミ金属、アルミ合金、など何れにも適用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べた本発明の浸漬型光ファイバ放射温度計によれば、以下のような顕著な効果が得られる。
（１）Ｎｉ基耐熱合金により形成された被覆保護用金属管が溶鋼中で溶損し難いので、光ファイバが適切に保護され、光ファイバを溶融金属中に連続して供給することなく、溶融金属温度を測定することが可能になる。したがって、光ファイバを溶融金属中に連続して供給する供給装置が不要となり、装置が簡便になるだけでなく炉底に設置することができることから、炉体が傾動や揺動しても常時連続してリアルタイムに測温することができる。
（２）炉底の一部に凹陥部を設け、該凹陥部内に金属管被覆光ファイバの先端を、炉底の内面から突出しないように収納することができるから、炉体の内部に固体の原料が投入される際に損傷を受けることがないため、数チャージに渡り温度測定を継続することができる。
（３）浸漬型熱電対などにより単発的または間欠的に温度測定し、この測定結果に基づいて、浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて、算出された温度を補正しているので、連続して長時間使用しても温度測定の精度が低下することがない。
【００１４】
前記のように連続した温度測定が可能となるため、原材料の装入、原材料の溶融溶け落ち、溶解初期、出湯完了までの連続した溶湯温度監視が可能になり、このため状況に応じた熱量を適宜コントロールし生産効率および使用エネルギーの低減をはかることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考形態に係る浸漬型光ファイバ放射温度計を示す縦断面図である。
【図２】 本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の実施形態を示す縦断面図である。
【図３】 本発明に係る浸漬型光ファイバ放射温度計の他の実施形態における構成を説明する縦断面図である。
【図４】 従来の溶融金属温度計測方法及び装置による、転炉における溶鋼温度測定系の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 溶解炉
２ 炉底
３ 溶鋼
４ 金属管被覆光ファイバ
５ 温度測定部
６ 窪み
７ 浸漬型熱電対
Claims (3)
- 溶融金属の保持容器の炉底に設置される溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計であって、先端において集光し、該集光した光を後端まで導く光ファイバ芯線および、該光ファイバ芯線を被覆保護するニッケル基耐熱合金製の金属管からなる金属管被覆光ファイバと、前記光ファイバ芯線の後端に接続され、導かれた光の放射エネルギに応じた温度を算出する温度測定部とを有し、前記保持容器に対して、前記金属管被覆光ファイバは、前記保持容器の前記炉底を貫通し、前記金属管被覆光ファイバの先端部は、前記保持容器の前記炉底の内面に形成した凹陥部内に、前記炉底の内面から突出しないように収納されていることを特徴とする、溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計。
- 温度測定部を、保持容器外面または保持容器の支持フレームに設置したことを特徴とする請求項１記載の、溶融金属温度測定用の浸漬型光ファイバ放射温度計。
- 請求項１又は２に記載の浸漬型光ファイバ放射温度計を用いた溶融金属の温度測定方法であって、他の温度測定手段により保持容器内の溶融金属の温度を測定し、該他の温度測定手段による測温結果に基づいて、前記浸漬型光ファイバ放射温度計の温度測定部で光の放射エネルギに応じて算出された温度を補正することを特徴とする、溶融金属の温度測定方法。
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