JP2002156288A

JP2002156288A - 溶解炉用熱電対及びそれを用いた温度測定方法

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Publication number: JP2002156288A
Application number: JP2000353281A
Authority: JP
Inventors: Takamoto Suzuki; 隆元鈴木; Tetsuya Isshiki; 鉄也一色; Hidenori Kita; 英紀北; Kazuo Osumi; 和生大角; Takafumi Fukada; 隆文深田
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd; Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP4577703B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱電対の先端部のみを交換することが可能
で、かつ、その交換に伴う着脱が容易な溶解炉用熱電
対、及び金属溶湯の溶解完了時期を略正確に検知可能な
溶解炉用熱電対を用いた温度測定方法を提供することに
ある。【解決手段】本発明に係る溶解炉用熱電対１は、耐熱
性材料で形成され、一端が閉じたシース６の閉端内部に
熱電対素線の測温点を臨ませて配置すると共に、シース
６の開端にシース６を閉じる熱電対コネクタ７を設けて
なる熱電対交換部２と、熱電対保持部３で構成され、そ
の熱電対交換部２のシース閉端部を溶解炉７１内の金属
溶湯７４に浸漬して温度測定を行なう溶解炉用熱電対に
おいて、上記熱電対交換部２のシース開端側に、上記熱
電対保持部３として内管１１と外管１２の二重構造の金
属保護管１３を着脱自在に接続し、その金属保護管１３
の他端に冷却空気供給手段２１を接続し、温度測定の
際、冷却空気２２を金属保護管１３の内管１１を通して
熱電対交換部２側に供給すると共に、内管１１と外管１
２の間を通して排出するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶解炉用熱電対及
びそれを用いた温度測定方法に係り、特に、バーナ式溶
解炉、電気炉内の金属溶湯の温度測定を行なう熱電対及
びそれを用いた温度測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属溶湯を溶解精練（以下、溶製
と示す）するための手段として、電気炉やバーナ炉が用
いられている。バーナ炉の一つとして、円筒状の炉体内
に金属塊（金属溶湯原料）を投入した後、炉体内に挿入
したガスバーナを燃焼させると共に、炉体を周方向に回
転させて金属溶湯を溶製するバーナ式回転炉が挙げられ
る。

【０００３】溶製された金属溶湯を出湯する際、金属溶
湯が完全に溶解しているかどうかを判断すべく、金属溶
湯の温度測定を行っており、金属溶湯の温度が所定の温
度以上に達していたら溶解完了とみなしている。この温
度測定には、一般に、熱電対が用いられている。

【０００４】従来のバーナ式回転炉における金属溶湯の
温度測定は、ガスバーナの燃焼を一時停止した後、熱電
対の先端部を金属溶湯に浸漬することで行っている。こ
の時、金属溶湯の測定温度が所定温度に達していたら金
属溶湯の出湯を行い、金属溶湯の測定温度が所定温度未
満であったら再びガスバーナを燃焼させて溶解を続行し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バーナ
式回転炉における従来の金属溶湯の温度測定は、温度測
定の際に、ガスバーナの燃焼を一時停止しなければなら
ないため、一時停止中に、炉体および金属溶湯の温度低
下を招いてしまう。すなわち、金属溶湯の温度測定に伴
って熱損失が生じることから、その分だけ、ガスバーナ
の燃料が無駄になってしまうという問題があった。

【０００６】また、金属溶湯の温度が所定温度に達した
かどうかは、熱電対を、実際に金属溶湯に浸漬してみな
いと分からないため、場合によっては、出湯前に何度も
温度測定を行う羽目になる。ここで、一般的には、使い
捨てタイプの熱電対を使用しているため、金属溶湯の溶
製を１回行うのに、温度測定を何度も行うと、その分、
熱電対の使用本数が多くなることから、溶製コストの上
昇を招いてしまう。

【０００７】さらに、寿命に伴って熱電対の交換を行う
際、熱電対全体を取り替えると、損傷がない部分も交換
することになるため、非効率である。

【０００８】また、ガスバーナの燃焼を一時停止して温
度測定を行うとはいえ、熱電対は高温に晒されるため、
熱電対の本体ケーシングには、高価で、かつ、成形性が
困難な複合セラミックス（例えば、窒化ケイ素系複合セ
ラミックス）を用いていた。

【０００９】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、熱電対の先端部のみを交換することが可能で、
かつ、その交換に伴う着脱が容易な溶解炉用熱電対を提
供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、金属溶湯の溶
解完了時期を略正確に検知可能な溶解炉用熱電対を用い
た温度測定方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る溶解炉用熱電対は、耐熱性材料で形成され、
一端が閉じたシースの閉端内部に熱電対素線の測温点を
臨ませて配置すると共に、シースの開端にシースを閉じ
る熱電対コネクタを設けてなる熱電対交換部と、熱電対
保持部で構成され、その熱電対交換部のシース閉端部を
溶解炉内の金属溶湯に浸漬して温度測定を行なう溶解炉
用熱電対において、上記熱電対交換部のシース開端側
に、上記熱電対保持部として内管と外管の二重構造の金
属保護管を着脱自在に接続し、その金属保護管の他端に
冷却空気供給手段を接続し、温度測定の際、冷却空気を
金属保護管の内管を通して熱電対交換部側に供給すると
共に、内管と外管の間を通して排出するようにしたもの
である。

【００１２】以上の構成によれば、熱電対を、金属溶湯
に浸漬される熱電対交換部と熱電対保持部で構成すると
共に、それらを着脱自在に接続することで、温度測定の
経過に伴って熱電対交換部が劣化した際、熱電対交換部
のみを交換することが可能となる。

【００１３】また、上記シースを、Ｍｏ−ＺｒＯ₂ 系サ
ーメットの単体、窒化ケイ素系セラミックスの単体、又
は窒化ケイ素系セラミックスからなる内部シースとＭｏ
−ＺｒＯ₂ 系サーメットからなる外部シースの複合体で
形成してもよい。

【００１４】また、上記シースと上記熱電対素線との間
の空隙を、窒化ケイ素系セラミックスで充填してもよ
い。

【００１５】また、上記シース表面の溶湯非浸漬部分
に、酸化物系セラミックスの耐酸化被覆層を設けてもよ
い。

【００１６】また、少なくとも上記熱電対交換部と上記
金属保護管の接続部近傍に、アルミナ系セラミックスの
断熱体を配してもよい。

【００１７】また、上記内管の熱電対交換部側端部に、
熱電対交換部を機械的に固定する固定手段と上記熱電対
コネクタと接続する第１コネクタを設けてもよい。

【００１８】一方、本発明に係る溶解炉用熱電対を用い
た温度測定方法は、耐熱性材料で形成され、一端が閉じ
たシースの閉端内部に熱電対素線の測温点を臨ませて配
置すると共に、シースの開端にシースを閉じる熱電対コ
ネクタを設けてなる熱電対交換部と熱電対保持部で構成
され、その熱電対交換部のシース閉端部を溶解炉内の金
属溶湯に浸漬して温度測定を行なう溶解炉用熱電対を用
いた温度測定方法において、上記溶解炉用熱電対のシー
ス先端部を、バーナ式回転炉の排煙・火炎出口近傍に配
置すると共に、金属溶湯原料の溶解中、排煙・火炎出口
近傍の火炎の温度を測定し、その測定温度から上記金属
溶湯の溶解完了時期を検知し、その後、金属溶湯の温度
測定を行うものである。

【００１９】また、他の実施の形態に係る溶解炉用熱電
対を用いた温度測定方法は、耐熱性材料で形成され、一
端が閉じたシースの閉端内部に熱電対素線の測温点を臨
ませて配置すると共に、シースの開端にシースを閉じる
熱電対コネクタを設けてなる熱電対交換部と熱電対保持
部で構成され、その熱電対交換部のシース閉端部を溶解
炉内の金属溶湯に浸漬して温度測定を行なう溶解炉用熱
電対を用いた温度測定方法において、上記溶解炉用熱電
対のシース先端部を、電気炉の溶湯上方に配置すると共
に、金属溶湯原料の溶解中、溶湯上方の雰囲気温度を測
定し、その測定温度から上記金属溶湯の溶解完了時期を
検知し、その後、金属溶湯の温度測定を行うものであ
る。

【００２０】以上の方法によれば、金属溶湯原料の溶解
中、熱電対で、火炎温度又は溶湯上方の雰囲気温度を測
定することで、金属溶湯の溶解完了時期を略正確に検知
することができ、金属溶湯の温度測定回数を最小限に抑
えることができる。

【００２１】また、一定時間内の温度上昇の勾配又は温
度上昇曲線の接線の傾きの微分値から、温度上昇が飽和
に達する時の温度を予測し、その予測温度を測定温度と
して、温度上昇が飽和に達する前に表示するのが好まし
い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。

【００２３】本発明に係る溶解炉用熱電対の断面概略図
を図１に、図１の要部Ａの拡大図を図２に、図２のＡ−
Ａ線、Ｂ−Ｂ線、およびＣ−Ｃ線断面図をそれぞれ図４
（ａ），（ｂ），（ｃ）に、図１の要部Ｂの拡大図を図
５に、熱電対と動力部の係合状態を示す平面図を図６に
示す。

【００２４】図１，２に示すように、本発明に係る溶解
炉用熱電対１は、熱電対素線（図示せず）を収容し、一
定回数の温度測定毎に交換を行う熱電対交換部２と、そ
の熱電対交換部２と接続されると共に熱電対交換部２を
保持し、一定のスパン毎（例えば、定期点検時）に交換
を行う熱電対保持部３で構成される。

【００２５】熱電対交換部２は、一端が閉端であり、か
つ、セラミックスからなる内側シース４とサーメットか
らなる外側シース５の二重構造のシース６の閉端内部
に、熱電対素線の測温点を臨ませて配置し、シース６の
開端には、シース６を閉じる熱電対コネクタ７を設けて
なるものである。シース６と熱電対素線との間の空隙Ｓ
は、窒化ケイ素系セラミックス（図示せず）で密封充填
されている。シース６の開端側（図１，２中では右側）
における周面の、後述するフック部１８の先端１８ａと
向かい合う位置には、凹部６ａが形成されている。シー
ス６表面の溶湯に浸漬されない部分（溶湯非浸漬部分）
には、酸化物系セラミックスからなる耐酸化被覆層３２
が形成されている。

【００２６】熱電対交換部２におけるシース６の開端側
には、熱電対保持部３が着脱自在に接続されている。熱
電対保持部３は、内管１１と外管１２の二重構造の金属
保護管１３と、金属保護管１３の外管１２に嵌合される
保持部３１と、少なくとも熱電対交換部２と金属保護管
１３の接続部近傍を覆うアルミナ系セラミックスの断熱
体１４とで構成される。ここで、図４（ｃ）に示すよう
に、内管１１の先端部の両側（図４（ｃ）中では左右
側）には、切欠き部１１ａ，１１ｂが形成されている。
また、内管１１の長さは外管１２よりも十分に長いた
め、内管１１の後端部は外管１２より突出している。さ
らに、図５に示すように、外管１２の後端と内管１１と
の間隙は、リング部材５４により塞がれているが、この
リング部材５４のリング穴内周面５４ａと内管１１の外
周面とは、内管１１の長手軸方向（図５中では左右方
向）に摺動自在である。

【００２７】内管１１の熱電対交換部側（図１，２中で
は左側）の端部（以下、先端部と示す）には、熱電対交
換部２を機械的に固定する固定手段１５と、熱電対コネ
クタ７と接続する第１コネクタ１６が設けられている。
また、第１コネクタ１６には、補償導線２０と接続され
た第２コネクタ１９が接続されており、この補償導線２
０は、内管１１の内部および内管１１の後端近傍に設け
た導線挿通管２３を介して、熱電対１の外部の測定機器
（図示せず）と接続されている。さらに、第２コネクタ
１９は、図４（ｂ）に示すように、コネクタ支持ケース
１９ａとコネクタ本体１９ｂとで構成されており、ケー
ス１９ａは、内管１１の先端部側から前述した切欠き部
１１ａ，１１ｂに嵌め込んで設けられ、このケース１９
ａに本体１９ｂが載置して設けられる。また、金属保護
管１３の内管１１の後端には冷却空気供給手段２１が接
続されている。

【００２８】固定手段１５は、内管１１に嵌合する固定
部１７と、固定部１７とバネ部材３０を介して係合さ
れ、熱電対固定部２を固定するフック部１８で構成され
る。このフック部１８の先端１８ａが、シース６の凹部
６ａに噛み合わされる。

【００２９】保持部３１は、シース保持部材３３と、リ
ング部材３５と、外管嵌合部材３７で構成されている。
円筒状のシース保持部材３３は、一端側（図２中では左
側）にシース６の耐酸化被覆層３２の外径よりやや大径
の小径部３４ａが、他端側（図２中では右側）に大径部
３４ｂが形成されており、小径部３４ａと大径部３４ａ
の段差部３４ｂに、小径部３４ａと同径の穴３５ａを有
するリング部材３５が着座されている。リング部材３５
の周縁に形成された段差部３６には、円筒状の外管嵌合
部材３７が嵌合されている。外管嵌合部材３７の内周部
は、リング部材３５に嵌合する一端側（図２中では左
側）が大径に、他端側（図２中では右側）が小径に形成
されている。この小径部が前述したフック部１８を拘束
する拘束部３８となり、大径部と小径部はテーパ部３９
で接続されている。また、外管嵌合部材３７の他端側外
周部は、段差部４０を介して縮径されており、この縮径
部４１に前述した外管１２が嵌合される。

【００３０】また、断熱体１４は、アルミナ系セラミッ
クスからなる多孔質体１４ａと、多孔質体１４ａの表面
に被覆形成され、セメント状のアルミナ系セラミックス
からなるコーティング被膜１４ｂとで構成される。コー
ティング被膜１４ｂは、多孔質体１４ａの飛散防止のた
めに形成するものであって、多孔質体１４ａの種類によ
ってはコーティング被膜１４ｂを被覆形成しなくてもよ
い。

【００３１】さらに、内管１１の、外管１２からの突出
部近傍には、図５に示すように、円筒状の被把持部材５
１が嵌め込まれており、この被把持部材５１に、図６に
示す動力部６１の把持部材６２が接続される。被把持部
材５１は、前方側（図５中では左側）に外管１２と嵌合
する大径部５１ａを、後方側（図５中では右側）に内管
１１と略同径の小径部５１ｂを有しており、小径部５１
ｂには拡径部５１ｃが形成されている。この拡径部５１
ｃと内管１１の外周面の間隙にスプリング５２が挿入し
て配置されており、スプリング５２の挿入側端（図５中
では左端）は小径部５１ｂと拡径部５１ｃの段差部５１
ｄに着座されている。また、内管１１の外周面における
スプリング５２の他端（図５中では右端）近傍には、ス
プリング５２を圧縮する押えリング５３が設けられてい
る。

【００３２】動力部６１は、図６に示すように、熱電対
１を収容する収容部６４と、熱電対１の被把持部材５１
を把持する把持部材６２と、把持部材６２と係合し、か
つ、熱電対１の長手方向に沿って設けられたレール部材
６３と、把持部材６２をレール部材６３に沿ってスライ
ドさせる駆動手段（例えば、空気圧（エア）シリンダ、
油圧シリンダなど（図示せず））で構成される。収容部
６４の熱電対先端部側（図６中では左側）には開口６５
が形成されている。

【００３３】内側シース（例えば、外径φ４ｍｍ、内径
φ２ｍｍ）４を構成するセラミックスとしては、例え
ば、窒化ケイ素などが挙げられる。また、外側シース
（例えば、外径φ１３ｍｍ、内径φ７ｍｍ）５を構成す
るサーメットとしては、例えば、Ｍｏ−ＺｒＯ₂ 系サー
メットなどが挙げられる。

【００３４】熱電対素線の合金線としては、Ｗ−Ｒｅ系
合金線又はＰｔ−Ｒｈ系合金線などが挙げられ、例え
ば、Ｗ−５Ｒｅ合金線とＷ−２６Ｒｅ合金線を用いた熱
電対素線が挙げられる。

【００３５】耐酸化被覆層３２を構成する酸化物系セラ
ミックスとしては、特に限定するものではなく、例え
ば、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ 等が挙げられる。

【００３６】次に、本発明の作用を説明する。

【００３７】本発明に係る熱電対における熱電対交換部
と熱電対保持部を接続する際の断面拡大図を図３に示
す。なお、図１，２と同様の部材には同じ符号を付して
いる。

【００３８】図３に示すように、熱電対交換部２と熱電
対保持部３を接続する際は、先ず、フック部１８全体が
内管１１の拘束部３８よりも前方側（図３中では左側）
に位置するまで、内管１１を先端部側に押し込む。この
時、バネ部材３０の付勢により、フック部１８が外側
（図３中では上下側）に開く。また、内管１１を先端部
側に押し込むことで、図５に示した押さえリング５３で
スプリング５２が圧縮される。すなわち、内管１１に対
しては、先端部側への押し込み力と、スプリング５２に
よる後端部側への反発力が作用している。なお、内管１
１の先端部側への押し込みは、内管１１の後端部に接続
した油圧シリンダなどの押込み手段、或いは内管１１を
手で持ち、作業員の手作業（人力）により行う。

【００３９】次に、熱電対交換部２におけるシース６の
開端側を、保持部３１のシース保持部材３３の小径部３
４ａに挿入し、熱電対交換部２の熱電対コネクタ７を、
内管１１の第１コネクタ１６と接続させる。この時、シ
ース６の凹部６ａが、内管１１の固定手段１５における
フック部１８の先端１８ａと向かい合うように、凹部６
ａの形成位置を予め調整しておく。

【００４０】次に、内管１１に対する押込み力を開放す
ると、スプリング５２による後端部側への反発力で、内
管１１が後端部側へ引っ張られる。この時、内管１１の
後端部側への移動に伴い、保持部３１における外管嵌合
部材３７の拘束部３８でフック部１８が拘束されること
によってフック部１８が徐々に内側に閉じ、図４（ａ）
に示すように、フック部１８の先端１８ａが凹部６ａに
噛み合う。その後、スプリング５２が完全に伸長するこ
とで、内管１１は所定の位置に戻り、第１コネクタ１６
と第２コネクタ１９が接続される。また、熱電対交換部
２が外管１２の内部まで引き込まれると共に、シース６
の耐酸化被覆層３２の一部が保持部３１におけるシース
保持部材３３の小径部３４ａ内に収まって保持される。

【００４１】また、熱電対交換部２と熱電対保持部３の
接続を外す際は、上述した手順と逆の手順により行う。
その結果、熱電対交換部２と熱電対保持部３を着脱自在
に接続することが可能となり、熱電対交換部２が寿命に
より使用不可能となった場合、熱電対交換部２のみを容
易に取り替えることができる。

【００４２】次に、熱電対保持部３に熱電対交換部２を
接続してなる熱電対１を用いて温度測定を行う。

【００４３】温度測定開始前の熱電対１は、図６（ａ）
に示すように、収容部６４内に収容されている。よっ
て、動力部６１の駆動手段を駆動させて、把持部材６２
をレール部材６３に沿ってスライド移動（図６中では左
側にスライド移動）させ、図６（ｂ）に示すように、熱
電対１の大部分（図６（ｂ）中では先端から断熱体１４
の後端部）を収容部６４の開口６５から露出させる。

【００４４】その後、温度測定を行うが、この時、冷却
空気供給手段２１を介して、冷却空気２２を内管１１の
内部を通して先端部側（図２，５中では左側）に供給す
る。内管１１内に供給された冷却空気２２の一部は、図
４（ｂ）に示すように、内管１１の先端部側の切欠き部
１１ａ，１１ｂを抜けて内管１１と外管１２の間に抜け
る。また、冷却空気２２の残部は、図４（ｃ）に示すよ
うに、固定部１７と第１コネクタ１６との間の隙間を抜
けて、内管１１と外管１２の間に抜ける。

【００４５】その後、内管１１と外管１２の間に抜けた
冷却空気２２は、内管１１と外管１２の間を通って後端
部側に案内され、外管１２の円周部（図５中では断熱体
１４と被把持部材５１の間における外管１２の円周部）
に貫通形成した排出穴（図５中では２個のみ図示）５５
ａ，５５ｂから排出される。

【００４６】以上、冷却空気２２を、内管１１の内部を
通して先端部側に供給すると共に、内管１１と外管１２
の間を通して後端部側に排出することで、温度測定中、
補償導線２０、熱電対コネクタ７、第１コネクタ１６、
第２コネクタ１９、および外管１２を冷却することがで
きるため、安定して、かつ、正確に温度測定を行うこと
ができる。

【００４７】また、この冷却効果と共に、熱電対交換部
２と金属保護管１３の接続部近傍を断熱体１４で覆うこ
とで、熱電対保持部３の先端部側が、直接、高温雰囲気
（例えば、火炎や高温ガス）に晒されるのを防ぐことが
できる。その結果、本発明に係る熱電対１を用いてバー
ナ式回転炉の金属溶湯の温度測定を行う際、ガスバーナ
を燃焼させたままであっても、金属溶湯の温度測定を行
うことができる。

【００４８】さらに、断熱体１４による断熱効果によ
り、外管１２（従来の熱電対の本体ケーシングに相当）
の形成材として、従来のように、高価で、成形性が困難
な複合セラミックスではなく、通常の耐熱鋼又は耐熱合
金（例えば、ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）等）を使用す
ることが可能となり、従来より、安価に、かつ、成形性
よく外管１２を形成することができる。また、冷却空気
２２による冷却効果により、補償導線２０、コネクタ
７，１６，１９および外管１２の寿命延長を図ることが
できる。

【００４９】次に、本発明に係る熱電対の温度測定方法
を添付図面に基いて説明する。

【００５０】本発明に係る熱電対をバーナ式回転炉に取
り付けた時の側面図を図７に、本発明に係る熱電対を用
いて鋳鉄塊を溶解する際の、溶解開始からの経過時間と
火炎温度との関係を図８に示す。なお、図１〜６と同様
の部材には同じ符号を付している。

【００５１】図７に示すように、バーナ式回転炉７１
は、円筒状の炉体７２の排煙・火炎出口７３側（図７中
では右側）にダクト７５を接続したものであり、炉体７
２は回転自在となっている。また、ダクト７５における
炉体接続口７５ａの近傍には、熱電対１を挿通させるた
めの挿通部材７６が設けられている。さらに、熱電対１
をその内部に収容する動力部６１が、固定部材７７によ
り、炉体７２の回転軸８１の軸方向に対して傾いた状態
で、ダクト７５に固定されており、動力部６１における
収容部６４の開口６５に、挿通部材７６が嵌合されてい
る。

【００５２】先ず、炉体７２の内部に溶製を行う金属塊
（例えば、鋳鉄塊（図示せず））を投入した後、ガスバ
ーナ（図示せず）の先端を炉体７２の内部に挿入すると
共に、ガスバーナを燃焼（燃焼温度は、例えば約１７０
０℃）させ、炉体７２を周方向に回転させながら金属塊
の溶解を行う。ここで、ガスバーナの燃焼に先立って、
動力部６１の駆動手段を駆動させて、熱電対１を収容部
６４の開口６５から露出させると共に、熱電対１の熱電
対交換部の先端を排煙・火炎出口７３の略中心に予め位
置させておき、排煙・火炎出口７３から排出される排煙
・火炎８０の温度を熱電対１で測定する。

【００５３】この時、図８に示すように、溶解初期（図
８中では０〜約３０分）においては、金属塊を加熱する
ためにガスバーナの火炎の熱量が奪われるため、排煙・
火炎出口７３における火炎温度は比較的低い温度を示
す。その後、溶解が進行するにつれて火炎温度は徐々に
上昇していき、溶解後期（図８中では温度測定開始から
約７５〜８０分後）には、飽和量以上に添加されたＣの
燃焼により、火炎温度が最高温度Ｔ₁ に達する。

【００５４】その後、しばらくの間（約５〜１５分間）
溶解を続けると、火炎温度が急激に低下するのが検知さ
れる（図８中では温度測定開始から約８０分以降）。こ
の火炎温度の急激な低下時期は、溶解完了時期と略一致
することから、この低下時期の検知をもって、出湯前の
金属溶湯７４の温度測定を開始する。この火炎温度の急
激な低下の理由を調べた結果、溶解完了に伴って金属溶
湯中の余剰なＣの燃焼が無くなることから起こること、
及び火炎温度の急激な低下時期と溶解完了時期とは略一
致していることが判明した。すなわち、金属塊溶解中の
排煙・火炎８０の温度を測定し、火炎温度が急激に低下
する時期を検知することで、金属溶湯の溶解完了時期を
略正確に知ることができる。

【００５５】金属溶湯７４の温度測定は、動力部６１の
駆動手段を再び駆動させて、熱電対１を収容部６４の開
口６５から露出させると共に、熱電対１の熱電対交換部
の先端部（耐酸化被覆層３２よりも先の部分（例えば、
先端からの長さが６００ｍｍの部分））を炉体７２の内
部の金属溶湯７４に浸漬することによって開始する。

【００５６】この時、金属溶湯７４の温度の確定・表示
は、温度測定中における一定時間内の温度上昇の勾配
（又は温度上昇曲線の接線の傾きの微分値）から、温度
上昇が飽和に達する時の温度を予測し、その予測温度を
測定温度として確定し、温度上昇が飽和に達する前に測
定機器の表示手段（図示せず）に表示するようにしてい
る。

【００５７】この表示された温度が、予め決めておいた
所定温度に達していたら、ガスバーナによる溶解を停止
し、金属溶湯７４を出湯する。また、この表示された温
度が、予め決めておいた所定温度未満であったら、表示
温度が所定温度に達するまでガスバーナによる溶解を続
行する。

【００５８】金属溶湯７４の具体的な温度測定経過を、
図９に示すように、浸漬開始から約１００秒の間におい
ては温度が徐々に上昇していく。その後、浸漬開始から
約１００〜１２０秒で温度上昇は略飽和（図９中では約
１５００℃弱）に達すると共に、浸漬開始から約１２０
秒で温度上昇は完全に飽和し、この飽和温度Ｔ₂ （図９
中では約１５００℃）を測定温度として確定する。この
飽和温度Ｔ₂ が、前述の“予め決めておいた所定温度”
に達していたら（図９中では浸漬開始から約１２０〜１
５０秒後）、熱電対１を金属溶湯７４から引き上げる。
この引上げによって熱電対１の温度は徐々に下がり始
め、引上げ後約３０秒（図９中では浸漬開始から約１８
０秒後）で表示温度は約１０００℃となる。ここで、熱
電対１を引上げた後、熱電対１の表示温度が予め決めて
おいた所定温度（例えば、１０００℃）に下がった時点
で１回の温度測定の終了とし、この温度測定の終了をも
って測定回数がカウントされる。

【００５９】本発明に係る熱電対を用いた温度測定方法
においては、熱電対１をバーナ式回転炉７１に取り付け
た場合について説明を行ったが、温度測定可能な炉はバ
ーナ式回転炉７１に限定されるものではなく、電気炉で
あってもよい。この場合、熱電対１における熱電対交換
部２の先端部を電気炉の金属溶湯上方に位置させる以外
は、バーナ式回転炉７１の場合と同様に、金属溶湯上方
の雰囲気温度が急激に低下する時期から金属溶湯の溶解
完了時期を検知し、その後、金属溶湯７４の温度測定を
行い、金属溶湯７４の温度の確定・表示を行う。

【００６０】本発明に係る熱電対１の温度測定方法にお
いては、熱電対保持部３の金属保護管１３を冷却空気２
２で冷却しながら金属溶湯７４の温度測定を行っている
ため、温度測定を繰り返し行っても正確な温度測定がで
き、金属溶湯７４中に浸漬される熱電対交換部２のシー
ス６が破損するまで数百回（実験では３００回）以上の
測定が可能であった。

【００６１】これに対して、本発明に係る熱電対１を用
いるものの冷却空気２２による冷却を行わなかった場合
の温度測定結果は、最初の測定から数回の間は正確な温
度測定を行うことができたが、温度測定回数を重ねるご
とに測定誤差が拡大し、ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）製
の外管１２が曲がってしまうという不具合が生じた。こ
れは、温度測定を繰り返し行うことで、外管１２内部の
温度が上昇し、補償導線２０およびコネクタ７，１６，
１９が補償温度以上に晒されて異常値を示すために生じ
ると共に、外管１２が高温になることで高温強度が低下
し、外管１２の自重に耐えられなくなったために生じる
ものである。

【００６２】また、この冷却空気２２による冷却効果と
共に、熱電対交換部２と金属保護管１３の接続部近傍を
断熱体１４で覆うことで、熱電対保持部３の先端部側が
高温になるのを防ぐことができ、ガスバーナを燃焼させ
たまま、金属溶湯の温度測定を行うことができる。その
結果、ガスバーナの燃料コストの低減を図ることができ
る。

【００６３】さらに、金属塊溶解中のガスバーナの火炎
温度を測定し、火炎温度の急激な低下時期の検知をもっ
て、金属溶湯の溶解完了時期とすることで、出湯前の金
属溶湯７４の温度を何度も測定する必要がなくなる（又
は出湯前の金属溶湯７４の温度測定回数が１回で済む）
ため、熱電対１の寿命延長を図ることができる。

【００６４】以上、本発明の実施の形態は、上述した実
施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のもの
が想定されることは言うまでもない。

【００６５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。（１）本発明に係る溶解炉用熱電対によれば、熱電対
の先端部が交換可能であり、また、その交換に伴う先端
部の着脱が容易である。（２）本発明に係る溶解炉用熱電対の温度測定方法に
よれば、金属溶湯原料を溶解中の溶解炉における火炎温
度又は金属溶湯近傍の雰囲気温度を測定し、その温度を
モニタリングすることで、金属溶湯の溶解完了時期を略
正確に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶解炉用熱電対の断面概略図であ
る。

【図２】図１の要部Ａの拡大図である。

【図３】本発明に係る熱電対における熱電対交換部と熱
電対保持部を接続する際の断面拡大図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、およびＣ−Ｃ線の
各断面図である。

【図５】図１の要部Ｂの拡大図である。

【図６】熱電対と動力部の係合状態を示す平面図を図６
である。

【図７】本発明に係る熱電対をバーナ式回転炉に取り付
けた時の側面図である。

【図８】本発明に係る熱電対を用いてバーナ式回転炉の
火炎温度を測温する際の、鋳鉄塊の溶解開始からの経過
時間と熱電対モニター温度との関係を示す図である。

【図９】本発明に係る熱電対を用いて金属溶湯を測温す
る際の、熱電対を金属溶湯に浸漬してから測温が完了し
て熱電対を引き上げるまでの経過時間と熱電対測定温度
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１熱電対（溶解炉用熱電対）２熱電対交換部３熱電対保持部４内部シース５外部シース６シース７熱電対コネクタ１１内管１２外管１３金属保護管１４断熱体１５固定手段１６第１コネクタ２１冷却空気供給手段２２冷却空気３２耐酸化被覆層７１バーナ式回転炉（溶解炉）７３排煙・火炎出口７４金属溶湯８０排煙・火炎（火炎）Ｓ空隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一色鉄也神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内 (72)発明者北英紀神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内 (72)発明者大角和生神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内 (72)発明者深田隆文神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミックス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性材料で形成され、一端が閉じたシ
ースの閉端内部に熱電対素線の測温点を臨ませて配置す
ると共に、シースの開端にシースを閉じる熱電対コネク
タを設けてなる熱電対交換部と、熱電対保持部で構成さ
れ、その熱電対交換部のシース閉端部を溶解炉内の金属
溶湯に浸漬して温度測定を行なう溶解炉用熱電対におい
て、上記熱電対交換部のシース開端側に、上記熱電対保
持部として内管と外管の二重構造の金属保護管を着脱自
在に接続し、その金属保護管の他端に冷却空気供給手段
を接続し、温度測定の際、冷却空気を金属保護管の内管
を通して熱電対交換部側に供給すると共に、内管と外管
の間を通して排出するようにしたことを特徴とする溶解
炉用熱電対。
【請求項２】上記シースを、Ｍｏ−ＺｒＯ₂ 系サーメ
ットの単体、窒化ケイ素系セラミックスの単体、又は窒
化ケイ素系セラミックスからなる内部シースとＭｏ−Ｚ
ｒＯ₂ 系サーメットからなる外部シースの複合体で形成
した請求項１記載の溶解炉用熱電対。
【請求項３】上記シースと上記熱電対素線との間の空
隙を、窒化ケイ素系セラミックスで充填した請求項１又
は２に記載の溶解炉用熱電対。
【請求項４】上記シース表面の溶湯非浸漬部分に、酸
化物系セラミックスの耐酸化被覆層を設けた請求項１か
ら３いずれかに記載の溶解炉用熱電対。
【請求項５】少なくとも上記熱電対交換部と上記金属
保護管の接続部近傍に、アルミナ系セラミックスの断熱
体を配した請求項１から４いずれかに記載の溶解炉用熱
電対。
【請求項６】上記内管の熱電対交換部側端部に、熱電
対交換部を機械的に固定する固定手段と上記熱電対コネ
クタと接続する第１コネクタを設けた請求項１から５い
ずれかに記載の溶解炉用熱電対。
【請求項７】耐熱性材料で形成され、一端が閉じたシ
ースの閉端内部に熱電対素線の測温点を臨ませて配置す
ると共に、シースの開端にシースを閉じる熱電対コネク
タを設けてなる熱電対交換部と熱電対保持部で構成さ
れ、その熱電対交換部のシース閉端部を溶解炉内の金属
溶湯に浸漬して温度測定を行なう溶解炉用熱電対を用い
た温度測定方法において、上記溶解炉用熱電対のシース
先端部を、バーナ式回転炉の排煙・火炎出口近傍に配置
すると共に、金属溶湯原料の溶解中、排煙・火炎出口近
傍の火炎の温度を測定し、その測定温度から上記金属溶
湯の溶解完了時期を検知し、その後、金属溶湯の温度測
定を行うことを特徴とする溶解炉用熱電対を用いた温度
測定方法。
【請求項８】耐熱性材料で形成され、一端が閉じたシ
ースの閉端内部に熱電対素線の測温点を臨ませて配置す
ると共に、シースの開端にシースを閉じる熱電対コネク
タを設けてなる熱電対交換部と熱電対保持部で構成さ
れ、その熱電対交換部のシース閉端部を溶解炉内の金属
溶湯に浸漬して温度測定を行なう溶解炉用熱電対を用い
た温度測定方法において、上記溶解炉用熱電対のシース
先端部を、電気炉の溶湯上方に配置すると共に、金属溶
湯原料の溶解中、溶湯上方の雰囲気温度を測定し、その
測定温度から上記金属溶湯の溶解完了時期を検知し、そ
の後、金属溶湯の温度測定を行うことを特徴とする溶解
炉用熱電対を用いた温度測定方法。
【請求項９】一定時間内の温度上昇の勾配又は温度上
昇曲線の接線の傾きの微分値から、温度上昇が飽和に達
する時の温度を予測し、その予測温度を測定温度とし
て、温度上昇が飽和に達する前に表示する請求項７又は
８記載の溶解炉用熱電対を用いた温度測定方法。