JP2003302286A

JP2003302286A - 溶融金属の連続測温方法及び測温装置

Info

Publication number: JP2003302286A
Application number: JP2002106385A
Authority: JP
Inventors: Masahito Sugiura; 雅人杉浦; Ryuji Nakao; 隆二中尾; Masaru Kanekawa; 賢兼川; Seiji Nagata; 清二永田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】炉の上部から、溶融金属の温度を正確に、連
続的に計測が可能で、かつ炉内の各部の温度の計測をも
可能とする技術を提供することを目的とする。【解決手段】溶解炉、又は精錬炉の上方から溶融金属に
挿入する耐熱性の測定用筒体４と、測定用筒体内空間を
介し溶融金属２を放射測温するに際し、測定用筒体内に
導入したパージガスを溶融金属内で噴出させ、溶融金属
内でパージガス圧で観察用筒体の先端部の溶融金属内に
ほぼ閉鎖した測定空間部７を形成させ、この測定空間内
壁を連続的に放射測温することを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐火物容器内の高
温溶融金属の温度を測定する方法に関し、電気溶解炉な
ど溶融金属の温度を連続的に測定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼等の溶融金属の測温で広く行われて
いる一般的な方法では、消耗型の熱電対を用い、溶鋼中
に熱電対プローブを浸漬させ、熱電対が溶解断線するわ
ずかな間に温度指示値を読み取る。そして、転炉などの
精錬炉で測温が自動化されているプロセスにおいては、
溶鋼への挿入はサブランスといわれる無電対プローブの
昇降装置を使ったり、或いは棒の先に熱電対プローブを
取付け、人手で溶鋼に挿入する方法が採られていた。

【０００３】また、特開昭５８−１８９５２７号公報に
記載の技術では、溶鋼の上部方向から浸漬管を挿入し、
浸漬管内に不活性ガスを吹き込み、溶鋼を２色温変針で
測温する装置や、同じく特開平１−ｌ６３６３４号公報
に記載の技術の如く、浸漬管でパイプ先端の気泡が最大
になったときに測温を行う方法の技術があった。

【０００４】なお、側壁あるいは底壁のノズルを用いた
方法で連続測温をおこなおうとするものとして、特開昭
６２−５２４２３号公報、特開平１１−１４２２４号公
報６、特表２０００−５０２１８３号の各公報に記載の
技術があり、炉下部の湯溜まり部分の炉壁に貫通した直
管観察ノズルを設け、ノズルに不活性ガスを圧入して溶
鋼の進入を防止して放射測温を行う方法が開示されてい
るが、この技術では、炉の構造上湯溜まり部分にノズル
を設置できない場含もあり、必ずしも全ての精錬炉や溶
解炉に適用できるものではない。また、炉体は耐火物が
損耗するので定期的に交換するが、このたびに測温ノズ
ルを新たに設置する必要があり、ノズル先端に凝固鉄等
が付着して閉塞し測温不能となることがあるが、ノズル
は耐火物に埋めこまれているので、簡単には交換できな
い。更に、ノズルに溶鋼が進入すると炉外に漏れ出し大
事故につながる危険性がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の溶融金属の上部
方向から温度を測定する技術である熱電対プローブを用
いる方法にあっては、精度の良い温度測定が行えるが、
溶融金属温度を連続的に把握できないため、きめ細かい
溶解・昇温制御あるいは精錬制御が行えない。さらに白
金を材質とした熱電対が使われるためコストがかかると
いった問題がある。また、特開昭５８−１８９５２７号
公報に記載の技術では、放射温度計に２色温度計を利用
することで、気泡部分の放射率の影響を受けないように
工夫している。ところが、２色温度計は、２つの異なる
波長で分光放射率が等しい場合にのみ正確な測温が可能
であり、溶鋼の分光放射率には波長依存性があるので誤
差が生じる。

【０００６】一方、特開平１−１６３６３４号公報に記
載の技術では、不活性ガスで形成される気泡が最大また
はそれに近い状態で測温することにある。これは気泡が
大きいほど見かけの放射率が高くなり、放射率に起因し
た測温誤差が小さくなるためである。しかし、溶鋼中の
気泡を観察することは出来ないので、気泡が最大である
かを判断することは極めて難しい。そして、気泡が最大
であったとしても、見かけの放射率の値を正確に推定す
ることは出来ず、この結果、真温度と測定値との差を見
積もることも出来ない。加えて、実際には対流による湯
流れなどもあり、同一形状の気泡を安定して形成するこ
とはできないので、真温度と測定値との差も一定ではな
いと考えられる。したがって、上記いずれの技術につい
ても熱電対と同等精度の測温は難しい。そこで、本発明
では、炉の上部から、溶融金属の温度を正確にかつ連続
的に計測が可能で、かつ炉内の各部の温度の計測をも可
能とする技術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】本発明は、上記の目的を
達成する方法として、請求項１記載の発明では、溶解
炉、又は精錬炉の上方から溶融金属に挿入する耐熱性の
測定用筒体と、測定用筒体内空間を介し溶融金属を放射
測温するに際し、測定用筒体内に導入したパージガスを
溶融金属内で噴出させ、溶融金属内でパージガス圧で観
察用筒体の先端部の溶融金属内に空洞黒体よりなる測定
空間部を形成させ、この測定空間内壁を連続的に放射測
温することを特徴とする溶融金属の連続測温方法。

【０００８】請求項２に記載の発明では、溶解炉又は精
錬炉の上方から溶融金属に先端を挿入する耐熱性の測定
用筒体と、前記測定用筒体先端部で溶融金属内に空洞黒
体よりなる測定空間部を形成させるパージガスと、測定
用筒体基端部に設け、測定用筒体内空間を介し溶融金属
の空洞黒体よりなる測定空間部を測定する放射温度計と
を備えることを特徴とする溶融金属の測温装置である。

【０００９】本発明は、パージガス圧で観察用筒体の先
端部の溶融金属内に気柱状のほぼ閉鎖した測定空間部を
形成させ、この空間を連続測定するものである。このよ
うに溶融金属内で、ほぼ閉鎖させた状態とすることで、
空間内の熱放射が多重反射を起こす。そして、観察用筒
体から測定空間部を観察すると見かけの放射率が１にな
るいわゆる空洞黒体となり、放射率の影響を受けないほ
ぼ正確な温度計測が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電気溶解炉などに
使用する上吹き浸漬ランスの装置を利用する実施の形態
に基づき説明するが、測温専用の耐熱性の筒体よりなる
浸漬ランスを設け、測温をすることが好ましい。図１は
電気溶解炉等の耐火物容器１内で、図示しない電極等
で、被溶解物を溶解させ溶融金属２及びスラグ３を生成
する。そして、この溶融金属２内に測定用筒体４を耐火
物容器１のランス挿入孔５から溶融金属２に差し込んで
いる。測定用筒体４は、先端が例えば耐熱性を有するセ
ラミックスパイプ４０と、基端部側にステンレスパイプ
４１で形成すると共に、先端側は開口し、後端側は後述
する防塵防熱ボックス６の耐圧窓６０に当接させてい
る。そして基端部側のステンレスパイプ４１の適宜位置
にパージガス導入口４２を設け、測定用筒体４内に図示
しないパージガス供給装置よりＡｒガス等の不活性ガス
のパージガスを導入し、セラミックスパイプ４０の先端
部からパージガスを溶融金属２内に放出し、測定空間部
７を形成させる。

【００１１】次に、防塵防熱ボックス６は、前記した測
定用筒体４の後端を当接した耐熱窓４０を透し、測定用
筒体４先端の空間から観察することが出来る溶融金属２
の状態を測定する放射温度計６１を収納するものであ
る。なお、上述の測定用筒体４及び放射温度計６１を内
蔵した防塵防熱ボックス６を、例えば従来より使用して
いる、上吹き装置の上吹きランスの代わりに取り付け使
用することが出来るが、独自の装置を別途設けて使用し
ても良い。

【００１２】本発明は上述のように構成し、パージガス
導入口４２より、パージガスを測定用筒体４内に導入す
る。そして、この状態で、測定用筒体４を溶融金属２内
に挿入させる。この時、測定用筒体４の先端の開口部か
らは、パージガスが噴出しておりスラグ３が測定用筒体
４内に浸入することを防止する。そして、測定用筒体４
を溶融金属２内に挿入後は、パージガスは、溶融金属２
を押しのけて測定用筒体４から噴出することになる。と
ころが噴出されたパージガスは、パージガスの流量（噴
出速度）や溶融金属２の流れ場などの様々な条件で気泡
となったり気柱形状となったりする。この気泡、或いは
気柱形状により、放射率も変動すると推定され、この空
間を単純に測定するのでは、正確な溶融金属２の温度測
定は出来ない。一方、溶融金属２内にパージガスの圧力
或いは流量を増加させると、測定用筒体４の先端の開口
部の先に、気泡形状から気柱形状に変化させることが出
来る。本発明は、この気柱形状となった空間部を測定空
間部７とするものである。

【００１３】図２に示すように、領域ａでは、ガス流量
の増加に伴い、溶融金属の流れ場などの様々な条件で気
泡、あるいは小さい気柱形状が変わり、放射率も変動
し、またその時の放射率を外部から出来ないので、真温
度と指示温度の差が生じ、正確な測温は不可能である。
一方、流量をある程度多くすると、測定用筒体４の先端
開口部から噴出するガスの速度が速くなるので、測定用
筒体４の内径に比較して長い安定した気柱が形成され
る。このように細長い気柱内部では溶融金属２表面から
の熱放射光が多重反射を起こすので、測定用筒体４内か
ら観察すると空間表面部分が擬似的に空洞の黒体と見な
すことが出来るようになり、ほぼ正確な温度測定が行
え、領域ｂの如くほぼ真温度を測定できる。

【００１４】また、さらに流量を増大させると、気柱は
より長くなり、いわゆる黒体条件を満たすが、パージガ
スによる抜熱が熱じょう乱を引き起こす。即ち、常温の
パージガスが測定用筒体４先端近傍の溶融金属、特に測
定空間部７の内部空間表面を冷却することになり、指示
温度が実際より低くなる誤差を生じてくる（領域ｃ）。
そして、この領域では、パージガスによる冷却で溶融金
属２が凝固し、観察用筒体４のパイプ先端に付着して閉
そくする問題が生じてくるので、連続測定を行う場合に
は、この領域での測定は好ましくはない。

【００１５】このように、本発明では上述の領域ｂの状
態で連続的に溶融金属２の測定を行うものである。そし
て、前記測定用筒体４を溶融金属２に挿入する深さ、位
置を種々変更しても、前記領域ｂとなるパージガス圧、
或いはパージガスの流量を適正に保つことで、測定空間
部７を形成することが出来、溶融金属２の耐火物容器１
内の各部の温度を正確に知ることが出来、高品質な溶融
金属等の製造をすることが出来る。

【００１６】なお、領域ｂの領域となるパージガス流量
の判定方法は、溶融金属の加熱等を一時的に停止して温
度を一定に保持した状態とし、パージガス流量をごく低
流量から徐々に増加させて、このときの流量に対する放
射温度計における指示温度変化の様子を観察する。する
と、図２に示すような関係が得られるので、領域ｂを知
ることが出来る。ガスの種類や測定用筒体４の形状、挿
入角度などの観察条件が変わらなければ上記の予備調査
を一度実施すれば良い。或いは、溶融金属モデル実験等
から空洞黒体条件を推定する方法でパージガス圧、或い
は流量を決定しても良い。

【００１７】（実施例）本発明をスクラップ電気溶解炉
で実施した。溶解炉に装入されたスクラップは、バーナ
ーで予熱された後に電気溶解され、所定温度まで昇温さ
れる。溶解が完了した時点で測温用パイプを溶鋼に挿入
し、出鋼直前まで連続的に測温した。測温パイプは、昇
降機構を備えた台車に搭載されており、オペレータの遠
隔操作で挿入、退避が行われる。測温用パイプの新品パ
イプは、放射温度計からパイプ先端の溶鋼までの距離が
約４ｍである。そして、パイプは繰り返し使用すると徐
々に損耗するので、所定の長さまで短くなったらセラミ
ック部分を交換する。測定空間部が空洞黒体となる流量
を見極めるため、溶鋼温度をほぼ―定にした状態で不活
性がス流量を変化させ、この時の指示温度を熱電対と比
較した。ノズルを通過する不活性ガスが線速度（０℃、
大気圧での換算値）が、１ｍ／ｓ以下の流量では、放射
温度計の指示温度は熱電対に対してｌ０℃程度低い値で
あった。流量を増やし、線速度が５０ｍ／ｓを超えると
熱電対と一致した温度となった。線速度が１００ｍ／ｓ
でも同様に熱電対と一致していた。さらに流量を増や
し、線速度が３００ｍ／ｓでは熱電対より約２０〜３０
℃低い温度を示した。従って、少なくとも線速度５０〜
１００ｍ／ｓの範囲では、図２の領域ｂに相当部分こと
が分かり、本実施例ではこの不活性ガス流量条件で測湿
を実施することが出来ることが判った。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上のように、炉の上部から、
溶解炉では、昇温中の溶鋼温度推移を連続的に測定して
プロセス制御を行えるようになり、温度はずれによる品
質低下を防止し、かつエネルギーコストの削減が可能と
なる。また、溶融金属の温度を正確にかつ連続的に計測
が可能で、かつ炉内の各部の温度の計測をも可能とする
もので、溶融金属精錬時のより正確な品質制御が行える
ようになる。さらに、連続測温の利点を生かして精錬を
高速化し、生産性を向上させることができるといった効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様を示す概略説明図である。

【図２】パージガス流量と測温誤差の関係を示す説明図
である。

【符号の説明】

１耐火物容器２溶融金属３スラグ４測定用筒体４０セラミックスパイプ４１ステンレスパイプ４２パージガス導入口５ランス挿入孔６防塵防熱ボックス６０耐圧窓６１放射温度計７測定空間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者兼川賢山口県光市大字島田3434番地新日本製鐵株式会社光製鐵所内 (72)発明者永田清二山口県光市大字島田3434番地新日本製鐵株式会社光製鐵所内Ｆターム(参考） 2G066 AA13 AC01 AC11 BA60 BB01 BB15 CA20 4K056 AA02 AA05 FA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解炉、又は精錬炉の上方から溶融金属に
挿入する耐熱性の測定用筒体と、測定用筒体内空間を介
し溶融金属を放射測温するに際し、測定用筒体内に導入
したパージガスを溶融金属内で噴出させ、溶融金属内で
パージガス圧で観察用筒体の先端部の溶融金属内に空洞
黒体よりなる測定空間部を形成させ、この測定空間内壁
を連続的に放射測温することを特徴とする溶融金属の連
続測温方法。
【請求項２】溶解炉又は精錬炉の上方から溶融金属に先
端を挿入する耐熱性の測定用筒体と、前記測定用筒体先端部で溶融金属内に空洞黒体よりなる
測定空間部を形成させるパージガスと、測定用筒体基端部に設け、測定用筒体内空間を介し溶融
金属の測定空間部を測定する放射温度計とを備えること
を特徴とする溶融金属の測温装置。