JPH11118607A - 溶融金属の温度測定装置及び温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の溶融金属の温度測定装置は、ボビン１
に巻かれた光ファイバ３が溶融金属１３内に送り込み、
先端から放射光が取り込み、ボビン側の放射温度計によ
り温度を測定する。しかし、ボビンの回転により、放射
温度計に振動等によりノイズが発生し、温度測定の精度
不良の原因となっていた。 【解決手段】 ボビン１を回転させ、送り出された光フ
ァイバ３をファイバのルーパ２７に蓄えて準備を行い、
次に、ボビンを停止させ、ルーパに蓄えられた光ファイ
バを溶融金属１３内に送り込み、温度測定を行う。この
温度測定の際には、ボビン１は停止しているので、従来
の問題は解消する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば溶融金属
の温度測定に用いられる光ファイバをボビンから巻き出
して溶融金属内に送り込んで温度測定を行うため溶融金
属の温度測定装置及び温度測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属の温度を測定においては、光フ
ァイバの先端を溶融金属内に送り込み溶融させながら、
光ファイバの先端部から取り込まれた放射光を放射温度
計に導いて温度の測定を行う。

【０００３】このような光ファイバを用いた溶融金属の
温度測定は、例えば高炉から流れ出す溶銑の温度を測定
するためにも用いられる。この溶銑は、炉の下部に設け
られた出銑口から鉱滓とともに取り出され、通常この操
作を出銑と呼んでいる。高炉においては鉱石の還元に伴
い炉内の充填物が降下するので、炉の上部から原料等を
装入し適正な充填物レベルを保持している。

【０００４】高炉操業では、高炉の炉内の熱レベルは、
炉内の反応状況等の炉内状況を反映し、コークス等の消
費量に影響する。そこで、高炉の熱レベルを正確に把握
することは、炉内状況の変化の早期検知や原料コストの
低減の観点から非常に重要である。

【０００５】高炉の熱レベルは、生成した溶銑の温度に
顕著に現れることから、高炉内の溶銑温度を正確に測定
することが重要である。高炉内の溶銑温度を正確に測定
するために、出銑口から噴出している溶銑の温度を正確
に測定する必要がある。そこで、光ファイバの先端を所
定の速度で溶銑噴流内に送り込み溶融させながら、その
先端部から取り込まれ、光ファイバを通って導かれた溶
銑噴流内の放射光を放射温度計で測定する。この光ファ
イバは溶銑噴流の動圧によって弾き出されたり折れたり
することがないように、光ファイバの外周は金属管で被
覆されている。

【０００６】このような技術は、例えば特開平７−２４
３９１２号公報に記載されている。即ち、図４に示すよ
うに、ボビン１に巻かれた金属管被覆光ファイバ３が、
モータ５によって回転されるピンチロール７などで構成
される送り出し機構９によって送り出され、ガイド１１
を通って溶銑噴流１３内に送り込まれる。ガイド１１は
駆動装置１５によって駆動され、溶銑噴流１３の中心に
金属管被覆光ファイバ３が正しく送り込まれるようにガ
イドを行う。

【０００７】そして、光ファイバ３がボビン１に巻かれ
る巻き初めの部分、即ち光ファイバ３の後端部分には、
光／電流変換器が接続され、光ファイバ３を通ってきた
放射光が電流に変換される。この変換された電流は、回
転継手を通って外部に取り出される。この光／電流変換
器は放射温度計の一部を構成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術ではボビン１を回転させて光ファイバ３を溶融
金属（溶銑噴流１３）内に送り込みつつ温度測定が行わ
れるため、温度測定にともない放射光が電流に変換され
つつある状態で、ボビン１の回転により光／電流変換器
に遠心力や振動が伝わり悪影響を及ぼしていた。

【０００９】また、ボビン１が回転する際に回転継手に
はノイズが発生する。これら遠心力や振動の悪影響とノ
イズの発生とにより、温度測定の精度が向上されなかっ
た。この発明は、以上の問題点を解決するためになされ
たもので、ボビンの回転に伴う遠心力や振動、更にはノ
イズ発生を防止することができる光ファイバのルーパを
備えた溶融金属の温度測定装置および温度測定方法を提
供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、下記の発明を提供する。第１の発明は、下記の部
材を備えた溶融金属の温度測定装置である。 （ａ）放射温度計に接続された光ファイバ（３）が巻か
れたボビン（１）と、（ｂ）前記ボビンから送り出され
た前記光ファイバを一時的に蓄え、送り出すことができ
る光ファイバのルーパ（２７）と、（ｃ）前記光ファイ
バのルーパ（２７）から光ファイバを送出路（３３）を
介して送り出すフィーダ（４５）と、（ｄ）前記フィー
ダ（４５）から送り出された光ファイバを溶融金属内に
送り出す先端ガイド（５０）。

【００１１】第２の発明は、前記光ファイバのルーパ
（２７）が、ファイバ（３）を一時的に蓄え且つ側面方
向にはみ出ないように側面を閉じている側板（２７ｃ，
２７ｄ）と、外側ガイド（２７ａ）と内側ガイド（２７
ｂ）とから構成されていることを特徴とする溶融金属の
温度測定装置である。

【００１２】第３の発明は、前記光ファイバのルーパ
（２７）が、ファイバ（３）を一時的に蓄え且つ側面方
向にはみ出ないように側面を閉じている側板（２７ｃ，
２７ｄ）と、外側ガイド（２７ａ）と内側ガイド（２７
ｂ）とからなるルーパ本体と、外側ガイド（２７ａ）の
内側と内側ガイド（２７ｂ）の外側にそれぞれ光ファイ
バの送り長さを制御するためのリミットスイッチ（２７
ｘ、２７ｙ）とを備えたものであることを特徴とする溶
融金属の温度測定装置である。

【００１３】第４の発明は、下記の工程を備えたことを
特徴とする溶融金属の温度測定方法である。 （ａ）ボビンに巻かれている光ファイバをボビンの回転
によって送り出す工程と、（ｂ）送り出された前記光フ
ァイバを光ファイバのルーパに蓄える工程と、（ｃ）前
記ボビンの回転を停止させ、前記光ファイバのルーパに
蓄えられた前記光ファイバを再び送り出し、前記溶融金
属内に送り込む工程と、（ｄ）前記溶融金属内に送り込
まれた光ファイバの先端から得られた放射光から温度測
定を行う工程。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を温度
測定装置全体を示す図１およびルーパの詳細を示す図２
において説明する。本発明は、光ファイバのルーパ２７
を備えた溶融金属温度測定装置であり、放射温度計に接
続された光ファイバ３が巻かれたボビン１と、光ファイ
バを送りだす送出路３３と、この送出路から送りだされ
た光ファイバを更にガイドするスライドガイド３９と、
この光ファイバを溶融金属内に送りだすフィーダ４５
と、光ファイバを溶融金属に送り込むガイド５０とを備
えた溶融金属の温度測定装置である。

【００１５】上記光ファイバのルーパ２７は、光ファイ
バを一時的に蓄え再び前記送出路を通過させ送り出すこ
とができる光ファイバのルーパを備えていることを特徴
とする。光ファイバ３が巻かれるボビン１の外側面に
は、放射温度計を構成する光／電流変換器（図示せず）
が取り付けられる。巻かれた光ファイバ３の後端部は、
この光／電流変換器に接続される。

【００１６】光／電流変換器によって変換された電流
は、ボビン１の回転軸付近に設けられた図示しない回転
継手を介して、外部に取り出される構成となっている。
外部に取り出された電流に基づいて温度を測定し、測定
された温度の変化を記録する装置（図示せず）などが据
え付けられる。

【００１７】また、ボビン１には、光ファイバ３を巻き
出す際に、光ファイバ３が乱れないようにブレーキ２１
が設けられている。ボビン１から送り出される光ファイ
バ３の下流側（即ち送り出される側）にはメジヤーロー
ル２３が設けられる。

【００１８】このメジャーロール２３はボビン１に巻か
れた光ファイバ３の送り出し長さを測定し、長さによる
温度誤差を補正し、また、光ファイバ３の消費量（光フ
ァイバ３は溶融金属である溶銑噴流１３に送り込まれる
ごとに消費されている）を検出するものである。また、
消費量が限界に近付くと、ボビン１の交換時期を知らせ
る働きもする。

【００１９】メジャーロール２３の更に下流側には、ピ
ンチロール２５が設けられる。このピンチロール２５
は、１回の温度測定に必要な長さの光ファイバを送り出
すため間欠的に動作する。また、新しいボビン１に交換
した後に、最初に光ファイバ３を通して、後述するベル
トフィーダ４５まで光ファイバ３を送り出す作用も備え
ている。

【００２０】ピンチロール２５の下流側には、光ファイ
バのルーパ２７が設けられる。このルーパの詳細を図２
に示す。ルーパ２７は外側ガイド２７ａと内側ガイド２
７ｂを側板２７ｃと２７ｄで囲み、また、望ましくは上
下方向は底板２７ｆと天板２７ｅとで囲まれているの
で、光ファイバ３を一時的に蓄えることができる。外側
ガイド２７ａと内側ガイド２７ｂは、光ファイバが湾曲
するので、矩形状でもよいが、望ましくは円弧状であ
る。また、内側ガイドの外側には内側リミットスイッチ
２７ｙ、外側ガイドの内側には外側リミットスイッチ２
７ｘが設けられている。

【００２１】外側リミットスイッチ２７ｘは、まず光フ
ァイバ３の先端を溶銑噴流１３に接近させるために必要
な長さの光ファイバをピンチロール２５が送り込むとピ
ンチロール２５を停止させる。光ファイバ３の先端を溶
銑噴流１３に接近させるためには台車５７が図中左方向
に移動すると、光ファイバは内側リミットスイッチ２７
ｙに接触するので台車５７は停止する。次に、ピンチロ
ール２５は光ファイバを１回の測定に必要な長さを再度
送り出し、ルーパ２７に貯める。

【００２２】光ファイバのルーパ２７の下流側には、送
り出された光ファイバ３を通す送出路３３が設けられ
る。この送出路３３は、直線部３５と屈曲部３７とから
なる。直線部３５は、例えばステンレス製のガイド管に
よって構成されることが望ましい。

【００２３】屈曲部３７は、コイルスプリングを利用し
た可とう式光ファイバガイド管によって構成される。こ
のような直線部３５と屈曲部３７を組み合わせること
で、任意の形状の送出路３３を設けることが可能とな
る。

【００２４】ベルトフィーダ４５は、ルーパ２７に蓄え
られた光ファイバ３を再び送り出す動作を行う。このベ
ルトフィーバ４５は、望ましくは一対のエンドレスベル
ト４７が用いられる。これらエンドレスベルト４７は、
それぞれ駆動ローラ４９と従動ローラ５１によって駆動
される。

【００２５】そして、一対のエンドレスベルト４７の間
に光ファイバ３が挟まれることにより、十分な摩擦力を
伴って光ファイバ３を送り出すことができる。ベルトフ
ィーダ４５から送り出された光ファイバ３は、さらに屈
曲部３７を経て、先端ガイド５０に送り込まれる。この
先端ガイド５０は支点５３回りに回動可能となってお
り、駆動装置５５により回動し、首振り動作を行う。

【００２６】この首振り動作により光ファイバ３の先端
は正確に溶融金属である溶銑噴流１３内に送り込まれ得
る。なお、ベルトフィーダ４５、先端ガイド５０、支点
５３、駆動装置５５は、台車５７に搭載され、台車５７
の駆動輪５９によって前進後退が可能である。

【００２７】この前進後退は、スライドガイド３９によ
り可能である。即ち、このスライドガイド３９は二重管
構造で、直線部分３５を構成する二重に配置された管４
１、４３が軸方向に長い範囲で重なっていることによ
り、台車５７が前進後退しても固定された送出路３３の
伸縮が可能となり、また、光ファイバは台車５７の前進
後退に連動して調節される。

【００２８】以下、この実施形態の動作について説明す
る。まず、この動作は光ファイバ３を光ファイバのルー
パ２７に蓄える準備工程と、光ファイバ３を溶融金属で
ある溶銑噴流１３内に実際に送り込む送り込み行程とか
らなる。

【００２９】準備行程においては、まずピンチロール２
５を駆動して光ファイバ３を引っ張りボビン１を回転さ
せる、溶銑噴流１３に光ファイバ３の先端が接するため
に必要な所定長さの光ファイバ３を送り出すとリミット
スイッチ２７ｘが作用して光ファイバの送りを停止させ
る。送り出された光ファイバ３はル−パ２７内に蓄えら
れ、緩み等の変形を防止する。所定の長さの光ファイバ
３を送り出した後は、ボビン１用のブレーキ２１によっ
て、ボビン１の回転が停止される。

【００３０】送り出された光ファイバ３はルーパ２７に
蓄えられる。次に台車５７を図中右方向に移動させ、光
ファイバの先端を溶銑噴流１３に接触させると、光ファ
イバがリミットスイッチ２７ｙに接触し、台車を停止さ
せる。その後再びピンチロール２５を回転させ１回の測
定に必要な長さの光ファイバを送り出す。この場合には
リミットスイッチ２７ｘを作動させても、また作動させ
なくともよい。この準備行程では、ベルトフィーダ４５
は停止しており、光ファイバのルーパ２７よりも下流側
の光ファイバ３は停止している。

【００３１】次に、送り込み行程では、前記したように
ボビン１が停止した状態で、ベルトフィーダ４５が所定
の速度で光ファイバ３を溶銑噴流１３内に、例えば３０
０ｍｍを送り込む。この時、ルーパ２７よりも上流側の
光ファイバ３は動かず、勿論ボビン１の回転の停止は維
持される。

【００３２】このようにして送り込み行程では、光ファ
イバのルーパ２７に蓄えられていた所定の長さの光ファ
イバ３が溶銑噴流１３内に送り込まれている間に、光フ
ァイバ３の先端から取り込まれた溶銑噴流１３内の放射
光は、光ファイバ３を通って放射温度計（図示せず）に
導かれる。

【００３３】そして放射温度計を構成する光／電流変換
器によって電流に変換される。変換された電流は、ボビ
ン１の回転継手（図示せず）を介して外部に取り出され
る。取り出された電流により溶銑噴流１３内の温度が測
定され、記録される。

【００３４】以上説明したように、溶銑噴流１３内の温
度を測定している際に、ボビン１の回転は停止されてい
るので、従来のようにボビン１の回転に伴う遠心力や振
動が光／電流変換器に悪影響を及ぼしてしまうというこ
とを防止できる。また、温度測定の際に、ボビン１の回
転によって回転継手にノイズが発生するという問題も解
消される。

【００３５】図３は、実際に行った実験結果を示すもの
である。この実験では、変動する温度信号のピ−ク値を
溶銑温度とした。また、実際の温度測定は数秒しか測定
しないが、この実験では、１０分間連続して測定した。
１０分間に得られた温度信号のピ−ク値の最大値と最小
のバラツキは、従来のようにボビン１を回転しつつ温度
測定を行った場合には、約３℃のバラつきが発生する
（同図（Ａ））が、ボビン１の回転を停止して温度測定
を行うこの実施形態によれば、バラツキは約１℃程度に
減少している（同図（Ｂ））。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ボビンを回転させずに光ファイバを溶融金属に送り
込みつつ温度測定を行うことができるので、温度測定に
ともない熱放射光が電流に変換されつつある状態で、ボ
ビンが回転することはない。よって、ボビンの回転によ
る遠心力や振動が光／電流変換器に伝わり悪影響を及ぼ
すことがない。また、ボビンの回転により回転継手にノ
イズが発生することもない。したがって、これら遠心力
や振動の悪影響とノイズの発生が防止でき、温度測定の
精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る溶融金属温度測定
装置の全体概略図である。

【図２】この発明の一実施形態に係る光ファイバのルー
パの詳細を示す図である。

【図３】図１の溶融金属温度測定装置によって行われた
温度測定の結果を従来の結果と比較する図である。

【図４】従来の溶融金属温度測定装置の全体の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ ボビン ３ 光ファイバ １３ 溶銑噴流（溶融金属） ２１ ブレーキ ２３ メジャーロール ２５ ピンチロール ２７ 光ファイバのルーパ ２７ａ ルーパの外側ガイド ２７ｂ ルーパの内側ガイド ２７ｃ ルーパの側板 ２７ｄ ルーパの側板 ２７ｅ ルーパの天板 ２７ｆ ルーパの底板 ２７ｘ 外側リミットスイッチ ２７ｙ 内側リミットスイッチ ４５ ベルトフィーダ ５０ 先端ガイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇田 茂 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 若井 造 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松林 明 広島県福山市鋼管町１番地 福山共同機工 株式会社内 (72)発明者 開原 昭典 広島県福山市鋼管町１番地 福山共同機工 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の部材を備えた溶融金属の温度測定
   装置。 （ａ）放射温度計に接続された光ファイバ（３）が巻か
   れたボビン（１）と、（ｂ）前記ボビンから送り出され
   た前記光ファイバを一時的に蓄え、送り出すことができ
   る光ファイバのルーパ（２７）と、（ｃ）前記光ファイ
   バのルーパ（２７）からの光ファイバを送出路（３３）
   を介して送り出すフィーダ（４５）と、（ｄ）前記フィ
   ーダ（４５）から送り出された光ファイバを溶融金属内
   に送り出す先端ガイド（５０）。
2. 【請求項２】 前記光ファイバのルーパ（２７）が、フ
   ァイバ（３）を一時的に蓄え且つ側面方向にはみ出ない
   ように側面を閉じている側板（２７ｃ，２７ｄ）と、外
   側ガイド（２７ａ）と内側ガイド（２７ｂ）とから構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の溶融金属の
   温度測定装置。
3. 【請求項３】 前記光ファイバのルーパ（２７）が、フ
   ァイバ（３）を一時的に蓄え且つ側面方向にはみ出ない
   ように側面を閉じている側板（２７ｃ，２７ｄ）と、外
   側ガイド（２７ａ）と内側ガイド（２７ｂ）とからなる
   ルーパ本体と、外側ガイド（２７ａ）の内側と内側ガイ
   ド（２７ｂ）の外側にそれぞれ光ファイバの送り長さを
   制御するためのリミットスイッチ（２７ｘ、２７ｙ）と
   を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の溶
   融金属の温度測定装置。
4. 【請求項４】 下記の工程を備えたことを特徴とする溶
   融金属の温度測定方法。 （ａ）ボビンに巻かれている光ファイバをボビンの回転
   によって送り出す工程と、（ｂ）送り出された前記光フ
   ァイバを光ファイバのルーパに蓄える工程と、（ｃ）前
   記ボビンの回転を停止させ、前記光ファイバのルーパに
   蓄えられた前記光ファイバを再び送り出し、前記溶融金
   属内に送り込む工程と、（ｄ）前記溶融金属内に送り込
   まれた光ファイバの先端から得られた放射光から温度測
   定を行う工程。