JP2001522040A

JP2001522040A - 液体温度測定用自己浮揚式デバイス

Info

Publication number: JP2001522040A
Application number: JP2000519278A
Authority: JP
Inventors: クロードアライレ
Original assignee: アールディーシーコントロールエルテ
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2001-11-13
Also published as: WO1999023462A1; CA2309156A1; EP1031015A1; AU1016199A

Abstract

(57)【要約】温度が測定される液体中に浮揚するデバイス内に、温度センサーが支持されている。典型的には、センサーは、熱電子対の高温側要素であり、液体は溶解金属である。デバイスは、液体の上部表面から所望の距離だけ下方に温度センサを位置させた状態で浮揚するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】

本発明は液体内部に温度センサーを支持するデバイス、このようなデバイスを
組み込む温度センサー組立品、および液体の温度を測定する方法に関する。より
詳細には本発明は、温度センサーが溶融金属、溶融塩、または他の高温液体の温
度測定用の液浸高温計であるようなデバイス、センサー組立品、およびその方法
に関する。

【０００２】特に本発明は、デバイスが高温熱電対要素を支持し、およびデバイスが液体中
で浮揚し、それにより高温熱電対要素が液体中で所定の希望するまたは選択され
た位置に配置されるようなデバイス、センサー組立品、およびその方法に関する
。

【０００３】

【発明の背景】

溶融金属、または他の高温液体の温度測定用の液浸高温計は、一般的に不動的
であり液体中の固定場所に位置する。例えば高温計は、液体を保持している容器
の壁を通して液体中に延びている。

【０００４】液浸高温計は高温計を液体から保護するデバイス内に収納され、または支持さ
れる。保護デバイスの例はC.Allaireの米国特許No.5,474,618、Cowallの米国特許No.5,577,841、T.Bollen他の米国特許No.4,692,556、およびM.Auger他の米国特許No.5,456,761に記述されている。

【０００５】液浸高温計は不動的であるから、それが収納されている容器内で液面レベルが
上昇または下降するとき、高温計の異なる部分が液体に曝される。同様に、液体
が溶融金属であり、溶融金属の表面にスラグが形成される場合、溶融金属のレベ
ルの上昇および下降は、高温計の異なる部分がスラグに曝される結果をもたらす
。加えて、液体に浸漬されていない高温計の部分で、液体より上の雰囲気によっ
て起こり得る攻撃に曝される所は、液体の上昇または下降と共に変化する。さら
なる問題は、これらの従来の高温計は、液体レベルの変動だけではなく、液体中
の熱勾配の変動にも曝されることである。

【０００６】

【発明の概要】

本発明の目的は、液体中に浮揚するものであって、熱電対要素のような液体の
温度を測定する温度センサーを支持するデバイスを提供することである。

【０００７】本発明のさらなる目的は、組立品の温度センサーを支持し、温度が検出される
液体中に浮揚するデバイスを採用する温度センサー組立品を提供することである
。

【０００８】本発明のさらに別の目的は、その中で温度センサーを支持するデバイスが浮揚
する液体の温度を、液体の上部表面下に配置された温度センサーによって測定す
る方法を提供することである。

【０００９】本発明によれば、開口端部から閉鎖端部に至る温度センサー受入れ用の内部空
洞を持つシースを有し、液体の内部に温度センサーを支持するデバイスが提供さ
れる。前記デバイスは前記閉鎖端部が液体中に浸漬された状態で液体中で浮揚す
るようになっている。

【００１０】本発明の別の態様によれば、ａ）温度センサーと、ｂ）液体の内部にセンサー
を支持するために、温度センサーを収納するデバイスとを有する液体温度測定用
温度センサー組立品が提供される。前記デバイスは開口端部から閉鎖端部に至る
内部空洞を持つシースを有し、前記温度センサーは前記空洞内に収納され、前記
デバイスは前記閉鎖端部が液体中に浸漬された状態で液体中で浮揚するようにな
っている。

【００１１】本発明の更に別の態様によれば、上部表面を持つ液体の槽を用意し、前記液体
中に温度センサーを支持するデバイスを浮揚させ、前記デバイスは開口端部から
閉鎖端部に伸長する内部空洞を持つシースを有し、前記温度センサーは前記閉鎖
端部で前記空洞内に収納され、そして、前記閉鎖端部は前記液体内に浸漬されて
おり、前記センサーの温度を液体の温度に対応して順応させ、順応した前記セン
サーから液体の温度を測定するステップを有する液体温度測定方法が提供されて
いる。

【００１２】

【好ましい実施例の記述】

本発明は一般的に液体温度を感知するのに適用できるが、常温では固体で昇温
状態では液体である物質の温度の感知に特別の適用を持つ。

【００１３】好ましい実施例において、本発明は溶融金属および塩の温度感知に関連し、お
よび溶融金属の温度が決定されるべき特に重要な実施例を参照して以下により詳
細に記述される。

【００１４】 i）支持デバイス温度センサー、例えば高温熱電対要素を支持する本発明の支持デバイスは、高
温熱電対要素を収納するデバイスの下部を溶融金属に浸漬させた状態で、溶融金
属中で浮揚するような材料で構成され、および／または、そのような設計パラメ
ータを持つ。この仕方で、デバイスの上端部は溶融金属の上部表面の上に伸長し
、およびデバイスの下端部は溶融金属表面の下に伸長する。

【００１５】あるいは、もしデバイスが溶融金属中で浮揚するような材料製ではなく、また
はそのようなパラメータで構成されていないならば、デバイスはデバイスを浮揚
させる分離した構成要素、または部材を採用できる。

【００１６】シースは溶融金属に耐える耐火性材料で適切に形成され、およびその下端部を
溶融金属中に浸漬させた状態で溶融金属中に浮揚する時、その構造的一体性を保
有する。

【００１７】シースは、シースの下端部で閉鎖しおよびシースの上端部で開放する、細長い
穿孔によって規定される内部空洞を持つ。

【００１８】高温熱電対要素およびその接続リードはこうして高温熱電対要素を穿孔の閉鎖
端部に位置するために、空洞に沿って挿入される。

【００１９】耐火性シースはこうして高温熱電対要素およびその接続リードを保護する。耐
火性材料はAl₂O₃、SiO₂、CaO、MgO、ZrO₂、AlN、SiC、Si₃N₄、C等の混合物で良い。選択される構成成分は、それが耐火性シースにその温度が測定されるべき液
体への必要な耐腐食性、および機械的強度と熱衝撃抵抗を含めて、必要な熱機械
的特性を与えるように選択される。

【００２０】デバイスはまた耐火性シースを囲む外側保護シールド、例えば金属シールドを
含み、および特別な言及が以下で金属シールドになされる。この金属シールドは
、それを通して熱電対要素およびそのリードが挿入される（デバイスの底部に向
かう）一つの開口端部および（デバイスの上部に向かう）一つの閉鎖端部を備え
た適切なシリンダーの形式である。この金属シールドの長さは、その温度が測定
されるべき液体中に耐火性シールドが導入された後、少なくとも耐火性シールド
の非浸漬部分の長さに等しい。

【００２１】金属シールドは、その温度が測定される液体上に位置された雰囲気の温度より
もその融点が高い純金属または合金で適切に製作される。もし雰囲気が酸化性で
あれば酸化に対して高い耐性を持つNi-CrまたはNi-Coのような金属または合金の
使用が好ましい。

【００２２】金属シールドの内径は、耐火性シースの外径よりも大きい。このことはシール
ドとシース間の間隙を生み出す。その幅すなわち厚みが好ましくは５ｍｍよりも
小さいこの間隙は、金属シールドの閉鎖端部によって一方の端部が、およびデバ
イスが浸漬される液体によって他方の端部が閉鎖される。

【００２３】金属シールドは下記を含む多数の機能を提供する。すなわち、ａ）それは、液体レベルより上の雰囲気の作用による耐火性シースの劣化を防
止する。

【００２４】ｂ）それは、液体の上側表面にあるスラグまたは浮き滓の作用による耐火性シ
ースの腐食を最小にする。

【００２５】ｃ）それは、液体中へのその挿入時、耐火性シース上への熱衝撃効果を最小に
する。

【００２６】例えば、Al₂O₃/C、MgO/C、またはZrO₂/Cのような金属製の耐火性シースは、溜
堰中の溶融鋼鉄の上部で遭遇する酸化雰囲気からの酸化に対して金属シールドに
より保護される。シールドおよびシース間の密閉された間隙は、耐火性材料内部
に含まれる炭素との反応により当初間隙中に含まれている酸素が一酸化炭素に変
換された後、使用の間、還元ガスで急速に満たされる。この同じ例において、溜
堰中の溶融金属の上部表面に形成される溶融スラグは、スラグによるその溶解に
対する抵抗力が遥かに高い金属シールドの存在により、耐火性シースに到達する
ことを妨げられる。デバイスが溶融鋼鉄中に浸漬される時、浸漬された耐火性シ
ースの下端部は約１５００−１６００℃の温度に急速に曝され、一方非浸漬の上
端部は８００℃未満の最高温度に曝される。耐火性シースと比較して高熱伝導性
である周囲を囲む金属シールドの存在により、金属の上部表面近傍の耐火性シー
ス内の初期熱勾配は、熱がシールドの上部に向かってより急速に伝導されるので
、低減される。

【００２７】耐火性シースは、収納されている熱電対要素を溶融金属の温度に対応させるよ
うに十分な熱伝導性を持たなければならない。

【００２８】特に好ましい実施例ではデバイスは、閉鎖端部すなわち下端部が、その中にデ
バイスが浮揚している液体、例えば溶融金属の上部表面の下で所定のまたは選択
された距離に配置された状態で、浮揚するように適応される。この仕方で熱電対
要素は、液体内部の希望する位置の温度が決定されるように、液体の上部表面の
下で希望する所定の、または選択された距離に配置される。

【００２９】こうして、本発明の好ましい実施例では、その温度が決定されるべき液体の内
部に熱電対リードを支持するデバイスが提供される。それは、i）上端部および下端部を持ち、熱電対リード受入れ用内部空洞を持つ耐火性ハウジングと、ii）
前記耐火性ハウジングの少なくとも上端部を囲む外側保護シールドと、iii）前記耐火性ハウジングの前記上端部を液体の上に伸長させ、前記耐火性ハウジング
の前記下端部を液体中に浸漬され、前記外側保護シールドが前記耐火性ハウジン
グの前記上端部を液体の上の環境から遮蔽した状態で、前記デバイスを液体中に
浮揚させる手段と、を備え、iv）前記耐火性ハウジングは、熱電対リードを液体
から隔離するようになっている。

【００３０】 ii）温度センサー温度センサー組立品は前記のように、支持デバイスおよび温度センサーを有す
る。特に温度センサーは、シースの穿孔中の閉鎖端部、すなわち下端部近傍に配
置された熱電対の高温熱電対要素、デバイスおよび溶融金属から遠方に位置され
た低温熱電対要素、および熱電対の関連構成要素を有する。

【００３１】良く知られるように、高温熱電対要素は低温熱電対要素と電気的に接続され、
それらの温度差から生じる要素間の電位差が従来の方法で測定される。電位差は
、それから液体の温度が測定されるパラメータを提供する。

【００３２】熱電対は、通常保護セラミック、またはアルミナまたはNi-Cr若しくはNi-Co合
金等のような金属シールドの内側に挿入されるPt/Pt-Rh等のような従来の熱電要
素で製作される。

【００３３】熱電対要素の高温接点は耐火性シースの閉鎖端部と適切に接触する。

【００３４】こうして本発明の特に好ましい実施例では、下記を含む液体温度決定用の熱電
対組立品を提供する。すなわち、ａ）高温熱電対要素、低温熱電対要素、および
前記要素間の電位差を測定る手段を持つ熱電対と、ｂ）温度が測定される液体の
内部に前記高温熱電対要素を支持するデバイスと、を備える。前記デバイスは、
さらに、i）上端部および下端部を持ち、前記高温熱電対要素受入れ用内部空洞を持つ耐火性ハウジングと、ii）前記耐火性ハウジングの少なくとも上端部を囲
む外側保護シールドと、およびiii）前記耐火性ハウジングの前記上端部が液体の上に伸長し、前記耐火性ハウジングの前記下端部が液体中に浸漬され、前記外
側保護シールドが前記耐火性ハウジングの前記上端部を液体上の環境から遮蔽し
た状態で、前記デバイスを液体中に浮揚させる手段とを有し、iv）前記耐火性ハ
ウジングは高温熱電対要素を液体から隔離するようになっている。

【００３５】 iii）温度を決定する方法本発明の方法において、温度センサーを収納する支持デバイスは溶融金属中に
浮揚する。この仕方で、温度センサーは溶融金属槽内の溶融金属の上部表面の下
で、希望する所定のまたは選択された距離に位置する。

【００３６】溶融金属のレベル、およびこうして溶融金属の上部表面の位置が上昇または下
降したとしても、浮揚式デバイスは溶融金属の上部表面の下で同じ距離での温度
を維持する。

【００３７】こうして温度センサーは金属槽内の上昇または下降する金属表面から一定の距
離に維持され、および金属槽内の希望する位置での温度がこうして長期間に亘り
連続的にモニターされる。

【００３８】こうして本発明の特別の実施例では、A)高温熱電対要素、低高温熱電対要素、
および前記要素間の電位差を測定する手段を用意し、B)上端部および閉鎖下端部
を持ち、少なくとも前記上端部は外側保護シールドによって囲まれた耐火性ハウ
ジング内部空洞内に前記高温熱電対要素を設けて隔離し、前記耐火性ハウジング
および前記外側保護シールドは浮揚デバイスを形成しており、C) 前記外側保護シールドが前記上端部を液体上の環境から遮蔽するように、前記耐火性ハウジン
グの前記下端部が前記液体中に浸漬され、前記上端部が前記液体上に伸長した状
態で、前記デバイスを前記液体中に浮揚させ、D)高温熱電対要素の温度を周囲の
液体の温度に対応して順応させ、そして、E)リードの低温端部で、前記高温およ
び低温要素間の電位差を測定し、そして液体の温度を決定する液体の温度をモニ
ターする方法が提供されている。

【００３９】

【図面を参照する好ましい実施例の説明】

図１を更に参照し、溶融金属１２中の本発明のデバイス１０が示されている。

【００４０】デバイス１０はブラインドすなわち閉鎖端部１８、および開口端部２０を持つ
内部穿孔または空洞１６を持つ耐火性シース１４を含む。デバイス１０は、上端
部２２および下端部２４を持つ。

【００４１】金属シールド２６は、シース１４の上端部２２を囲む。金属シールド２６は周
縁の、または境界画定の壁２８、および屋根３０を含む。壁２８の内面は上端部
２２の外面から間隙３２だけ離隔している。

【００４２】熱電対（図示せず）のリードまたは伸長ワイヤ３４は、高温熱電対要素（図示
せず）を穿孔１６の閉鎖端部１８に設置するために屋根３０を通して穿孔１６内
に伸長している。

【００４３】溶融金属１２は、上部表面３６を持つ槽を形成する。デバイス１０はこうして
耐火性シース１４の下端部２４を溶融金属中に浸漬し、および耐火性シース１４
の上端部２２を溶融金属１２の上部表面３６の上に伸長した状態で溶融金属中で
浮揚する。

【００４４】金属シールド２６の周縁壁２８は上部表面３６から上方に伸長し、およびその
環境が表面３６上に浮揚するスラグ（図示せず）を含むであろう金属表面３６上
の環境から、および表面３６上の酸化雰囲気から上端部２２を保護する。

【００４５】図１には更に浸漬の結果として溶融金属１２によって溶解された、バッファ４
０を含む金属シールドの下部３８が示されている。

【００４６】特に、金属シールド２６は溶融金属１２に浸漬された時、溶解または溶融する
材料で作られ、およびシース１４は溶融金属１２の上の環境に曝されて劣化を受
ける材料で作られている。

【００４７】表１に説明されている色々なパラメータが、図１に示されている。

【００４８】

【表１】

【００４９】デバイス１０が溶融金属中のその浮揚位置に導入される時、金属シールド２６
の浸漬部分３８は溶融金属中で溶解または溶融する。もしシールド２６の密度が
溶融金属の密度よりも大きければ、デバイス１０に生じる重量損失は溶融金属１
２によって働く上方への力の低下よりも大きいであろう。上方への力は浸漬部分
の容積に等しい容積中の溶融金属１２の重量に等しい（アルキメデスの原理）。
この場合、デバイス１０は、溶融金属１２によって働く上方への力が、デバイス
の（部分３８を除いた）新しい下側重量に等しくなるような値にその浸漬容積が
達するまで、上昇（登上）するであろう。

【００５０】（シールド２６の）バッファ４０は、浸漬部分３８の全体的な密度が溶融金属
１２のそれ以下であるように採用される。バッファ４０は溶融金属１２中で溶解
し易く、またはそれよりも低い融点を持つ材料で作られ、その密度はシールド２
６のそれよりも少ない。

【００５１】 iv）浮揚させること支持デバイスを浮揚させる如何なる手段も、その採用が支持デバイスの意図し
た目的と相反しないならば採用されよう。利用可能な二つの方法は、その温度が
決定されるべき液体の密度に依存する。

【００５２】ケース１：その温度が測定されるべき液体の密度は、図１および表１に掲げたパラメータ
の如何なる組み合わせ（すなわち、L1、L2、L3、L4、LB、R1、R2、R3、R4、WE、
D1、D2、DL、およびDB）もデバイスを必要な浸漬深さ（一般的に１５ｃｍより大
きい）で自己浮揚させることに失敗する、というものである。これは、一般的に
４g/cm³よりも少ない密度を持つ低密度液体の場合である。

【００５３】このような場合、浮揚体がデバイスに固定されるであろう。浮揚体は絶縁ボー
ドのようなセラミックファイバ、または一般的に０．５４g/cm³よりも少ない低密度を持つ絶縁キャスタブルのような多孔質耐火材で作られる。後者の場合が、
例として図２に示されている。

【００５４】図２を更に参照して、支持デバイス１１０はシースまたは耐火性シース１１４
、金属シールド１２６、およびシールド１２６の外壁と係合する浮揚体１４２を
含む。

【００５５】一般的に図２に示されたデバイス１１０は図１に示されたデバイス１０と同じ
であり、ただ浮揚体１４２が追加されている。図１の部分と同じであるデバイス
１１０の部分は、１００を加えた同じ識別数字を持つ。

【００５６】浮揚体１４２に使用される材料は、それが部分的にその中に浸漬される液体に
よる腐食に耐えなければならない。浮揚体１４２の寸法は、浮揚体１４２がシー
ス１１４の下端部１２４の希望する浸漬深さを与えるというものである。

【００５７】ケース２：この好ましい実施例では、その温度が測定されるべき液体の密度は、それによ
ってデバイスが下端部２４の希望する浸漬深さ（一般的に１５ｃｍより大きい）
で自己浮揚させられる、図１および表１に掲げたパラメータの組み合わせ（すな
わち、L1、L2、L3、L4、LB、R1、R2、R3、R4、WE、D1、D2、DL、およびDB）が存
在する、というものである。このことは一般的に４g/cm³よりも大きい高密度を持つ液体の場合である。

【００５８】このような場合、上記パラメータ間の関係は次式で与えられる（表１参照）。

【００５９】 P=WT=W1+W2+W3+WE （１）ここで、 P=(DL)π(R2)²(L2) （２） W1=(D1)π[(R2)²(L1)-(R1)²(L1)+(R1)²(L4)] (３) W2=(D2)π[ (L1)-(L2)][(R4)²-(R3)²] (４) W3=(D2)π(R4)²(L3) (５) Ｐはアルキメデスの隆起力である。 WTは浮揚位置への部分的浸漬後のデバイスの総重量である。

【００６０】もし金属シールド２６が、それがその中に浸漬されている液体中で溶解または
溶融するならば、図１に示されたようなバッファ４０はその最初の浸漬後にデバ
イス１０の上昇を防止するために使用されるものである。このような場合、バッ
ファ４０の必要な長さ（LB）は次式で与えられる（表１参照）。

【００６１】

【数１】

【００６２】そのようにしなければ、表面３６上のデバイスの上昇または隆起は、二つの問
題を引き起こすであろう。

【００６３】１）表面３６より下の所定位置での液体温度測定の不可能性。

【００６４】２）液体上部付近の耐火性シース１４の、雰囲気および存在するであろうスラ
グまたは浮き滓、すなわち表面３６より上の環境への露出。

【００６５】上の条件でのバッファの必要性はまた、上記の“ケース１”にも当て嵌まる。

【００６６】更に図３を参照して、溶融金属１２中に浮揚する図１のデバイスが示されてい
る。デバイス１０は溶融金属１２を収納する容器（図示せず）のカバー４８にあ
る開口分４６を通して伸長する管状ガイド４４によって垂直に維持される。

【００６７】管状ガイド４４はそれが容器から引き抜かれる時、デバイス１０からのスラグ
の除去を容易にする、内側に先細りの下端部５０を持つ。

【００６８】例１：この例は、液体金属の上部から１６インチ（４０．６４ｃｍ）の所で、溜堰中
の溶融鋼鉄の温度を測定する自己浮揚式デバイスを達成させる、図１の各構成要
素の寸法を計算するために、式（１）から（６）が如何に使用されるかを示すも
のである。

【００６９】次の数値を考慮する。 R2=3.175cm(1¹/₄インチ) R3=3.275cm(すなわち、(R3)-(R2)=1mm) W1=4.761Kg WE=0(すなわち、伸長ワイヤなし) DL=7g/cm³（すなわち、溶融鋼鉄の密度に対する下限） D2=8.08 g/cm³（すなわち、“HR-160”合金^*の密度） DB=2.7 g/cm³（すなわち、アルミニウムの密度） L1=76cm（~30インチ） L2=40.64cm（16インチ） L3=0.635cm（1/4インチ）（^*：米国インディアナ州ココモ市Haynes International Inc.で販売される“Ni
-Co”合金）式（１）乃至（５）から、

【００７０】

【数２】

【００７１】こうして金属シールドの必要な厚み（T）は、 T=(R4)−(R3)=0.625cm（0.25インチ）最後にバッファの長さは式（６）で与えられ、 LB≧8.16cm である。

【００７２】例２：この例は金属シールドが、それが浸漬されている液体中に溶解、または溶融す
る時、バッファが事実上必要であることを示すものである。

【００７３】バッファが使用されない時、このような液体中へのその最初の浸漬後、デバイ
スの登上、または上昇（δ）は次式で与えられる。

【００７４】

【数３】

【００７５】ここで、 x=(D2)/(DL) および WT=デバイス浸漬前のデバイスの初期全重量 A1=耐火性シールドの外部断面 A2=金属シールドの側部の断面 D2=金属シールドの密度 DL=溶融金属の密度。

【００７６】例１と同じ値を考慮して、 δ=2.84cm 式（８）によればデバイスの浸漬レベルは、その密度（D2）が液体の密度に等
しい時のみ、金属シールドの溶解または溶融の間、一定に保たれる。

【００７７】例３：この例は、その温度が測定されるべき液体の上部に位置する耐火性シースを雰
囲気の作用に対して保護するために、金属シールドの使用が必要であることを示
すものである。

【００７８】図１による第一デバイスが製作されたが、金属シールドは使用していなかった
。耐火性シースはMg/O耐火性材料で作られた。このデバイスは約１５００℃で動
作する誘導炉内部に含まれる溶融鋳鉄に一定のレベルで浸漬された。得られた結
果は、耐火性シースが試験中金属境界線より上で酸化を苛酷に受け、およびこの
ような状態でのその期待寿命は僅か約１２時間である、ということを示した。

【００７９】図１の第二デバイスは、上記と同じ耐火性材料を使用して作られたが、厚み1/
4インチを持つ“HR-160”合金の金属シースを使用していた。このデバイスは第一デバイスと同じように試験された。試験は、デバイスを一定の浸漬深さで１２
時間に亘り溶融金属中に挿入することから開始された。次いで、デバイスは取り
出され、および冷却させられた。冷却後、デバイスは再び溶融金属中に１インチ
、より深く挿入された。新しい位置は１８時間に亘って一定に保たれた。その期
間後デバイスは溶融金属から取り出され、室温で冷却させられた。冷却後、金属
シールドは取り出され、および耐火性シールドが目視検査された。この３０時間
に亘って溶融金属上に位置した耐火性シールドの部分に、酸化の徴しは観察され
なかった。

【００８０】上記試験の間、溶融スラグもまた金属境界線の位置に存在していた、というこ
とに注目すべきである。耐火性シールドの腐食の徴しは、第二デバイスの後者の
試験の間、金属境界線レベルの位置で観察されなかった。

【００８１】例４：図４に図示されたデバイス１０は、溜堰中の溶融金属の中に２６２分間ガイド
４４の助けを借りて垂直に挿入された。耐火性シース１４はアルミニウムおよび
炭素の混合物から製造された（シース１４はVesuvius Crucibleから商業的に利用可能である）。試験の間、溜堰中の溶融鋼鉄の高さは２３から３１インチに変
化し、および対応する溜堰中の溶融鋼鉄の重量変化は１４．７５から１６．５０
トンであった。溶融鋼鉄は約１５６５℃の温度にあり、約５インチの厚みを持つ
スラグの層で覆われていた。デバイスは溶融鋼鉄中に浮揚し、および約１５イン
チの浸漬深さに維持され、この値は計算値１３．７５インチに近かった。

【００８２】試験の完了時デバイス１０は検査され、次の結果が達成された。 i）予期されたように、金属シールド２６の非溶融部分はデバイス１０の非浸漬部分と一致した。 ii）予期されたように、デバイス１０の非浸漬部分において耐火性シース１４は
酸化していなかった。および、 iii）スラグ層と接触した耐火性シース１４の溶解は、同じ耐火性シースを固定式、非浮揚式の位置に採用した通常観察されるものよりも約４倍少なかった。

【００８３】このことは、浮揚式デバイスが液体境界線上の耐火性シース１４の耐酸化性を
強化するばかりでなく、スラグによる耐火性シース１４の腐食をも低減する、と
いうことを証明する。

【００８４】この腐食保護は、液体境界線における耐火性シース１４の酸化のないことがシ
ース１４から炭素の損失を防止し、従って細孔の発生を防止し、それによってシ
ース１４へのスラグの浸透を低減する、という事実によって説明されるであろう
。更に、シース１４は比較的一定の浸漬深さで浮揚して、大幅なシース１４の浸
漬深さの変化のないことは、液体境界線の領域においてシース１４が曝される熱
的サイクルを低減する（一般的に溜堰内の液体境界線またはレベル上の雰囲気は
１０００℃未満である）。この仕方で、シース１４は固定式、非浮揚式デバイス
と比較して低減された熱的衝撃を経験し、それによってシース１４の表面におけ
る微細亀裂の形成が低減され、その結果スラグの浸透が低減される。

【００８５】更に図４に関して同じ部分が図３に現れている限り、同じ数字が使用されてい
る。

【００８６】こうしてデバイス１０は、溜堰のカバー４８に載置された管状ガイド４４によ
って溜堰内の溶融鋼鉄１２中に垂直に配置されて維持される。

【００８７】アルミナモルタル５２が耐火性シース１４と金属シールド２６間の上部領域の
間隙に配置される。

【００８８】鋼鉄延長部３４は熱電対要素５４を支持する。延長部３４は鋼鉄ストッパー５
６から伸長する。

【００８９】金属シールド２６は鋼鉄３１６製であり、内径７ｃｍおよび厚み０．３１７５
ｃｍである。ガイド４４もまた鋼鉄３１６製で、内径８．０３ｃｍおよび厚み０
．６５３ｃｍであり、バッファ４０は長さ１７．７８ｃｍである。耐火性シース
１４は長さ７６．２ｃｍ、および外径６．８ｃｍである。

【００９０】ガイド４４は、カバー４８の下に垂直長さ１５．２４ｃｍを持つ。

【００９１】デバイス１０は、溶融金属レベルの下に３５ｃｍの浸漬深さを持つ。間隙３２
は幅１ｍｍであり、屋根３０は鋼鉄３１６製で、鋼鉄ストッパー５６の下で１２
．７ｃｍであり、厚み０．６３５ｃｍおよび直径９．３ｃｍである。

【００９２】２ｍｍの間隙が、ガイド４４と金属シールド２６間に規定されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の浮揚式支持デバイスの略式図である。

【図２】図２は、本発明の別の実施例の浮揚式支持デバイスの略式図である。

【図３】図３は、ガイド部材を備えた、使用中の本発明のデバイスの略式図である。

【図４】図４は、溜堰中に試験的に採用された図３に示す本発明のデバイスの略式図で
ある。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１０月１９日（１９９９．１０．１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】

【表１】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７５】ここで、 x=(D2)/(DL) および WT=デバイス浸漬前のデバイスの初期全重量 A1=耐火性シースの外部断面 A2=金属シールドの側部の断面 D2=金属シールドの密度 DL=溶融金属の密度。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７８】図１による第一デバイスが製作されたが、金属シールドは使用していなかった
。耐火性シースはMg/O耐火性材料で作られた。このデバイスは約１５００℃で動
作する誘導炉内部に含まれる溶融鋳鉄に一定のレベルで浸漬された。得られた結
果は、耐火性シースが試験中金属境界線より上で苛酷な酸化を受け、およびこの
ような状態でのその期待寿命は僅か約１２時間である、ということを示した。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７９】図１の第二デバイスは、上記と同じ耐火性材料を使用して作られたが、厚み1/
4インチを持つ“HR-160”合金の金属シースを使用していた。このデバイスは第一デバイスと同じように試験された。試験は、デバイスを一定の浸漬深さで１２
時間に亘り溶融金属中に挿入することから開始された。次いで、デバイスは取り
出され、および冷却させられた。冷却後、デバイスは再び溶融金属中に１インチ
、より深く挿入された。新しい位置は１８時間に亘って一定に保たれた。その期
間後デバイスは溶融金属から取り出され、室温で冷却させられた。冷却後、金属
シールドは取り出され、および耐火性シールドが目視検査された。この３０時間
に亘って溶融金属上に位置した耐火性シースの部分に、酸化の徴しは観察されな
かった。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１０月２５日（１９９９．１０．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１５

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体の内部に温度センサーを支持するデバイスであって、開口端部から閉鎖端部に至る温度センサー受入れ用の内部空洞を持つシースを
備え、前記デバイスは前記閉鎖端部が液体中に浸漬された状態で液体中で浮揚するよ
うになっている、ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】請求項１に記載のデバイスにおいて、前記デバイスは、デバ
イスが浮揚する液体の上部表面から予め設定された距離だけ下方に前記閉鎖端部
が配置された状態で、浮揚するようになっている、ことを特徴とするデバイス。
【請求項３】温度が測定される液体の内部に熱電対リードを支持するデバ
イスであって、 i）熱電対リード受入れ用の内部空洞を持ち、上端部および下端部を持つ耐火性ハウジングと、 ii）前記耐火性ハウジングの少なくとも上端部を囲む外側保護シールドと、 iii）前記耐火性ハウジングの前記上端部を液体の上に伸長し、前記耐火性ハウジングの前記下端部を液体中に浸漬され、および前記外側保護シールドが前記
耐火性ハウジングの前記上端部を液体上の環境から遮蔽した状態で、前記デバイ
スを液体中に浮揚させる手段とを備え、さらに、 iv）前記耐火性ハウジングは、熱電対リードを液体から隔離するようになって
いる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項４】請求項３に記載のデバイスであって、前記シールドは液体中
に浸漬された時に溶解または溶融する金属シールドであり、前記耐火性ハウジン
グは、液体上での環境への露出で劣化を受ける材料製である、ことを特徴とする
デバイス。
【請求項５】請求項４に記載のデバイスであって、前記デバイスは、デバ
イスが浮揚する液体の上部表面から予め設定された距離だけ下方に前記下端部が
配置された状態で、浮揚するようになっている、ことを特徴とするデバイス。
【請求項６】液体の温度を測定する温度センサー組立品であって、ａ）温度センサーと、ｂ）液体の内部にセンサーを支持するために、温度センサーを収納するデバイ
スとを備え、前記デバイスは開口端部から閉鎖端部に至る内部空洞を持つシースを有し、前
記温度センサーは前記空洞内に収納され、前記デバイスは前記閉鎖端部が液体中
に浸漬された状態で液体中で浮揚するようになっている、ことを特徴とする組立
品。
【請求項７】請求項６に記載の組立品であって、前記デバイスは、デバイ
スが浮揚する液体の上部表面から予め設定された距離だけ下方に前記閉鎖端部が
配置された状態で、浮揚するようになっており、それによってセンサーが液体の
上部表面から希望する距離だけ下方に配置されている、ことを特徴とする組立品
。
【請求項８】液体の温度を測定する熱電対組立品であって、ａ）高温熱電対要素および低温熱電対要素、および前記要素間の電位差を測定
する手段を持つ熱電対と、ｂ）温度が測定される液体の内部に前記高温熱電対要素を支持するデバイスと
を備え、前記デバイスは、 i）前記高温熱電対要素受入れ用の内部空洞を持ち、上端部および下端部を持つ耐火性ハウジングと、 ii）前記耐火性ハウジングの少なくとも上端部を囲む外側保護シールドと、 iii）前記耐火性ハウジングの前記上端部は液体の上に伸長し、前記耐火性ハウジングの前記下端部は液体中に浸漬され、および前記外側保護シールドは前
記耐火性ハウジングの前記上端部を液体上の環境から遮蔽した状態で、前記デバ
イスを液体中に浮揚させる手段と、を備え、 iv）前記耐火性ハウジングは、高温熱電対要素を液体から隔離するようにな
っている、ことを特徴とする組立品。
【請求項９】請求項８に記載の組立品であって、前記外側保護シールドは
金属シールドである、ことを特徴とする組立品。
【請求項１０】液体の温度を測定する方法であって、上部表面を持つ液体の槽を用意し、前記液体中に温度センサーを支持するデバイスを浮揚させ、前記デバイスは開口端部から閉鎖端部に至る内部空洞を持つシースを有し、前記温度センサーは前記閉鎖端部で前記空洞内に収納され、前記閉鎖端部は前
記液体内に浸漬されており、前記センサーの温度を液体の温度に対応して順応させ、そして、順応した前記センサーから液体の温度を測定する、各ステップを有することを
特徴とする方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の方法であって、前記デバイスは、前記
上部表面から選択された距離だけ下方に前記閉鎖端部が配置されるように、浮揚
され、それによって前記上部表面から選択された距離だけ下方において、温度が
測定される、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の方法であって、前記液体は溶融金属で
ある、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】液体の温度をモニターする方法であって、 A) 高温熱電対要素、低温熱電対要素、および前記要素間の電位差を測定する
手段を持つ熱電対組立品を用意し、 B) 上端部および閉鎖下端部を持ち、少なくとも前記上端部は外側保護シール
ドによって囲まれた耐火性ハウジングの内部空洞内に前記高温熱電対要素を設け
て隔離し、前記耐火性ハウジングおよび前記外側保護シールドは浮揚デバイスを
形成しており、 C) 前記外側保護シールドが前記上端部を液体上の環境から遮蔽するように、
前記耐火性ハウジングの前記下端部が前記液体中に浸漬され、前記上端部が前記
液体上に伸長した状態で、前記デバイスを前記液体中に浮揚させ、 D) 高温熱電対要素の温度が周囲の液体の温度に対応して順応させ、そして、 E) リードの低温端部で、前記高温および低温要素間の電位差を測定し、そし
て、液体の温度を測定する、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】請求項１３に記載の方法であって、前記液体は溶融金属で
ある、ことを特徴とする方法。