JP2005504315A - 高温計 - Google Patents

Abstract

本発明は、溶融バスの温度を測定するための装置であって、
ａ）溶融バスと接触する外側面（２）と、内部キャビティー（３）とを有する耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）であって、内部キャビティーが内部表面（４）と外側開口部（６）と内部閉鎖端部（５）とを有する耐熱性取り付けスリーブと、
ｂ）取り付けスリーブに取り付けられ、取り付けスリーブの内部キャビティーの内側で且つ溶融バスのレベルの下に配置される測定領域（１０）から放射される熱放射を測定するように適合された光学式高温計（７）とを有する、溶融バスの温度を測定するための装置を提供する。
内部キャビティーの外側開口部（６）は、光学式高温計（７）を不動に受け入れるように適合される。本装置は、取り付けプレート（８）が、取り付けスリーブ（１、１’）の内部キャビティーの外側開口部（６）に配置される相補的な凹み部に係合するように適合されることを特徴とする。よって、測定の正確性および信頼性が、大いに向上する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融バス（浴槽）の温度を測定するための装置と、該装置に使用するための耐熱性取り付けスリーブと、耐熱性チューブを有する光学式高温計の特定の組立体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば溶融金属バスのような溶融バスは、１８００℃に至る温度またはそれよりも高いの温度を有する可能性があり、適当に制御される溶融バス内における多くの反応または作用のために、厳密で正確に監視されることをしばしば必要とする。通常、このような環境は、熱電対または他の監視タイプの装置にとっては破壊的である。
【０００３】
一般的に光学式高温計と称される放射高温計は、物質から放射される熱放射を測定することにより物質の温度を測定する。熱放射は、絶対零度より高い任意の温度を有する物質の普遍的な特性である。光学式高温計にとって、ほとんどの物質から放射される熱放射の有用な部分は、約０．３μｍから２０μｍのスペクトル域にわたり連続する。このスペクトル域は、０．３８μｍまでの紫外線（ＵＶ）と、０．３８μｍから０．７８μｍまでの可視領域（ＶＩＳ）と、０．７８μｍから２０μｍまでの赤外線（ＩＲ）とを含む。赤外線（ＩＲ）は、さらに、（０．７８μｍから３μｍまでの）近赤外線と、（３μｍから６μｍまでの）中赤外線と、（６μｍより上の）遠赤外線との三つの部分に分割される。スペクトル域にわたる物質の熱放射の分布は、物質の温度および放射率の両方に相関する。温度が高くなると、より短い波長の方へ分布を移行する。放射率が高くなると、所定温度での熱放射を増し、放射率が低くなると、同じ温度での熱放射を減ずる。光学式高温計は、物質の放射特性および伝播特性を利用し、物質から熱的に放射される紫外線（ＵＶ）、可視領域（ＶＩＳ）、または赤外線（ＩＲ）エネルギーの強度を測定することにより物質の温度を探知する。
【０００４】
知られている方法においては、光学式監視装置（光学式高温計）は、バス温度を測定するために溶融バスの上に設置される。しかしながら、通常、断熱スラグ層が溶融バスの上に存在し、光学式監視装置を遮る役割を果たすことが原因で、温度を測定することを困難する可能性がある。さらに、埃が、スラグ層の上の空間にもたらされ、光学式測定装置を部分的に遮る可能性があり、バスの温度の測定を不正確にする。
【０００５】
米国特許第５、３０２、０２７号明細書は、溶融バスの温度を測定するための装置であって、上述の問題の一部を排除する装置を開示している。この装置は、ａ）溶融バスと接触する外側表面と、内部キャビティー（空洞部）とを有する耐熱性取り付けスリーブであって、内部キャビティーが内部表面と外側開口部と内部閉鎖端部とを有する耐熱性取り付けスリーブと、ｂ）取り付けスリーブの頂部に配置される光学式高温計であって、取り付けスリーブの内部キャビティーの内側で且つ溶融バスのレベル（高さ）よりも下に配置される測定領域から放射される熱放射を測定するように適合された光学式高温計とを有する。この装置は、溶融バス内に部分的に浸される。この装置の使用する測定方法の原理は、取り付けスリーブとして使用される耐熱材料から放射される熱放射が、溶融バスの温度に関連付けられるという事実に基づくものである。耐熱性取り付けスリーブは、光学式高温計を熱的に保護するシールド（保護物）としての役割を果たすとともに、断熱スラグ層に下で且つ溶融バスのレベル内へ深く配置される測定領域における測定を可能にする。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５、３０２、０２７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この装置により測定された温度が正確であると言い難いことを、出願者は認識している。それゆえに、溶融バスの温度を正確に且つ厳密に測定するための新しい装置の必要性が存在する。
【０００８】
使用において、この装置は振動および衝撃の影響を受けやすく、光学式高温計により測定が記録される領域（すなわち、目標領域または測定領域）が内部キャビティーの内側に動き、正確で信頼性のある測定を遂行することができないことも、出願者は認識している。この問題点を認識し、出願者は、この問題を解決するために、光学式高温計を不動に受け入れるように適合される新しい耐熱性スリーブを設計した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明においては、
溶融バスの温度を測定するための装置であって、
ａ）溶融バスと接触する外側表面と、内部キャビティーとを有する耐熱性取り付けスリーブであって、内部キャビティーが内部表面と外側開口部と内部閉鎖端部とを有する耐熱性取り付けスリーブと、
ｂ）取り付けスリーブに取り付けられ、取り付けスリーブの内部キャビティーの内側で且つ溶融バスのレベルの下に配置される測定領域から放射される熱放射を測定するように適合された光学式高温計とを有し、
内部キャビティーの外側開口部が、光学式高温計を不動に受け入れるように適合されることを特徴とする、溶融バスの温度計を測定するための装置により、この目的は達成される。
【００１０】
取り付けスリーブおよび光学式高温計は、測定領域が実質的に常に内部キャビティー内の同じ領域に配置され、結果的に測定が更に信頼性を増すように、使用の間における高温計の相対的な動きを妨げための協働手段を有しなければならない。
【００１１】
それゆえに、本発明においては、使用の間において高温計の相対的な動きを妨げる協働手段は、取り付けスリーブの内部キャビティーの外側開口部に配置される相補的な凹み部に係合するように適合される光学式高温計の取り付けプレートを有する。
【００１２】
また、本発明は、溶融バスの温度を測定するための装置に使用する耐熱性取り付けスリーブであって、溶融バスに接触する外側表面と内部キャビティーとを有する耐熱性取り付けスリーブに関し、内部キャビティーは、内部表面と、外側開口部と、溶融バスのレベルの下に配置される内部閉鎖端部とを有し、内部キャビティーの外側開口部は、光学式高温計を不動に受け入れるように適合される。本発明においては、耐熱性取り付けスリーブは、光学式高温計を不動に受け入れるように適合された内部キャビティーの外側開口部に配置される凹み部を有し、光学式高温計の全ての相対的な動きが排除される。結果として、光学式高温計の測定領域を内部キャビティーの内側に動かして正確で信頼性のある測定の遂行を不能にすることをもたらす振動および衝撃に起因する上記問題を、本耐熱性取り付けスリーブは解決する。
【００１３】
本発明の特定の好適な代替物においては、凹み部は切頭円錐台である。
【００１４】
本発明のもう一つの実施例においては、内部キャビティーは直線状とされ、たとえ測定領域が動くとしても、例えば内部キャビティーの肩部上に配置されるような測定領域の有する危険性は排除される。もちろん、この直線状形態は、上述のような凹み部が作られる内部キャビティ−の外側開口部領域に適用されないことは理解されるべきである。
【００１５】
内部キャビティーの内部閉鎖端部は、取り付けスリーブの長手軸線に対して直角な平面内に実質的に含まれることが有利である。この場合には、内部閉鎖端部は、実質的に均一な測定領域を提供することができ、結果として、温度測定は極めて正確で信頼性があるものとなる。
【００１６】
代替の最後の実施例においては、内部閉鎖端部は実質的に球状である。内部閉鎖端部の曲率は、光学式高温計が僅かに位置ずれしていても、測定領域と光学式高温計との間の距離が実質的に一定になるように、好ましくは算出される。
【００１７】
また、測定における不正確さをもたらすもう一つの原因は、耐熱材料が使用温度にされたときの、耐熱材料からの蒸発気または他の揮発性物質の放出によるものである可能性があることを、出願者は認識している。これらの蒸発気または他の揮発性物質は、光学式高温計上（通常、観察チューブ上）で凝縮し、測定性能の全部または一部を妨げる可能性がある。ある場合においては、蒸発気または他の揮発性物質の放出は、光学式高温計に重大な損傷をもたらす。それゆえに、好適な実施例においては、耐熱性取り付けスリーブは、蒸発気または他の揮発性物質の放出を回避または制限するように形成される。
【００１８】
温度測定装置のための保護スリーブの製造に使用される通常の耐熱性材料は、通常、コプレス（ｃｏｐｒｅｓｓｅｄ）され、４５重量％から７０重量％のアルミナと３０重量％から５５重量％の炭素からなる。形作られた材料は、８００℃から１１００℃の間の温度で焼成される。この材料は、優れた耐熱衝撃性、耐化学性および耐食性を有する。
【００１９】
この材料が従来の高温計に一般に使用されるが、使用においては、この材料は、蒸発気または他の揮発性物質の重大な放出をもたらし、光学式高温計においては信頼して使用することはできない。
【００２０】
本発明の特定態様においては、取り付けスリーブを構成する材料は、１２００℃よりも高い温度、好ましくは材料の使用温度付近で焼成され、よって、蒸発気または他の揮発性物質の放出を大幅に減じつつ、材料の優れた耐性を維持する。
【００２１】
好適な変形物においては、耐熱性取り付けスリーブは、内部キャビティー内に組み込まれる耐熱性チューブを有する。耐熱性チューブは、好ましくは少なくとも部分的に、蒸発気または他の揮発性物質の放出問題を完全に排除する材料からなる。好ましくは、チューブの壁部を通した揮発性物質または他の蒸発気の進入を回避するために、材料は耐ガス性を有する。適当な材料は、（例えばＶＥＳＵＶＩＵＳ Ｍｃ ＤＡＮＮＥＬ社によるＺＹＡＬＯＸ（商標）チューブのような）コランダム（ｃｏｒｕｎｄｕｍ）またはムライト（ｍｕｌｌｉｔｅ）のようなアルミナ系材料、（例えばＶＥＳＵＶＩＵＳ Ｍｃ ＤＡＮＮＥＬ社によるＺＹＡＺＩＲＣ（商標）チューブのような）ジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｉａ）、純粋なグラファイト、シリカ、モリブデン等を含む。好ましくは、チューブ壁部は、例えば０．５ｍｍから５ｍｍの間のように十分に薄く、温度測定の応答時間の増加を回避する。また、チューブは、取り付けスリーブの内部キャビティーに密接にはめ込まれ、チューブの外側表面と取り付けスリーブの内部表面との間の断熱層の形成を回避することが有利である。変形物においては、熱伝導性セメントが、内部キャビティー内でチューブを固定するために使用されることができる。
【００２２】
耐熱チューブは、取り付けスリーブに挿入またはコプレス（ｃｏｐｒｅｓｓｅｄ）されることができる。チューブの挿入は、チューブの再利用を許可するようにされることが好ましい。
【００２３】
さらにもう一つの態様においては、本発明は、チューブおよび光学式高温計の組立体に関し、光学式高温計は、チューブの内部に配置される測定領域から放射される熱放射を測定するように設置され、チューブは、耐熱性取り付けスリーブの内部キャビティー内へ挿入されるように適合される。このような組立体は、ガスまたは蒸発気の放出の問題に起因する低い信頼性の問題に有利であることに加えて、予備組立てが可能であって耐熱性取り付けスリーブ内へ挿入されることのみを必要とし、現場で必要となる手作業を大幅に低減するので、極めて有利である。さらに、耐熱性取り付けスリーブが摩損される場合、組立体は容易に再利用されることが可能である。
【００２４】
好ましくは、組立体は、チューブの内部環境の制御を可能にする手段を有する。例えば、チューブまたは光学式高温計は、チューブ内部に含まれた雰囲気を除去し、減じ、または交換することを可能にするガス排出出口を有しても良い。
【００２５】
少なくとも測定領域において、温度測定の正確性を向上するように、（極めて純粋なグラファイトのような）使用温度で高い放射率を有する材料が提供されることが有利である。この材料は、内部キャビティーまたはチューブの内部閉鎖端部でパステル（ｐａｓｔｉｌｌｅ）として提供されることができる。
【００２６】
本発明の、より良い理解を容易にもたらすために、本発明の特定の実施例を示す図面を参照して本発明が記載されるが、決して本発明を制限することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１、図２および図４は、例えば溶融金属バスのような溶融バスに接触するように適合された外側表面２と内部キャビティー３とを有する耐熱性取り付けスリーブ１，１’を示す。内部キャビティー３は内部表面４と内部閉鎖端部５と外側開口部６とを有する。外側開口部６は、光学式高温計７を不動に受け入れるように適合される。光学式高温計が図１および図２に概略的に示される。光学式高温計は、内部キャビティー３の外側開口部６にある対応する凹み部内に係合するように形成される取り付けプレート８と、内部キャビティー３内に係合される観察チューブ９とを有する。高温計７は、（不図示の）ワイヤーまたはケーブルにより処理装置に接続されることができる。
【００２８】
図１および図２に示された実施例においては、測定領域１０は、取り付けスリーブの内部閉鎖端部５と実質的に一致する。内部キャビティー３が一直線であることは、観察チューブ９の不整列によりもたらされる可能性がある測定の誤りを防ぐ。
【００２９】
図４において示された実施例においては、アルミナ系材料から作られたチューブ１１が、耐熱性取り付けスリーブ１’内に挿入される。チューブを構成する材料は揮発性材料を含まず、蒸発気の放出が妨げられ、観察チューブの寿命時間は大幅に延ばされる。
【００３０】
また、図３に示されるチューブ１１が、取り付けスリーブ内に挿入されることができる。チューブ１１は、測定領域１０において、例えば極めて高純度のグラファイトのような優れた放射率特性のために選択された材料のパステル（ｐａｓｔｉｌｌｅ）１２を有する。
【００３１】
図５は、光学式高温計７’とチューブ１１との組立体を示す。組立体は、（図５に示されていない）耐熱性取り付けスリーブ１’内に容易に且つ迅速に挿入されることができ、現場での手作業が低減される。示された実施例においては、光学式高温計の観察チューブ９は、チューブ１１内で係合される。図示されていない通常のシール材により、耐ガス性結合を得ることができる。光学式高温計７’は、測定領域１０の温度を測定するように設置される。有利なことに、光学式高温計７’は、耐熱性取り付けスリーブ１’の外側開口部６に配置される対応する凹み部内に係合するように適合された取り付けプレート８’を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施例に基づく耐熱性取り付けスリーブを有する、溶融バスの温度を測定するための装置の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施例に基づく耐熱性取り付けスリーブを有する、溶融バスの温度を測定するための装置の概略図である。
【図３】図２に示されたような取り付けスリーブ内に挿入されることができるチューブの概略図である。
【図４】挿入されたチューブを有する取り付けスリーブの概略図である。
【図５】光学式高温計とチューブとの組立体を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…耐熱性取り付けスリーブ
２…外側表面
３…内部キャビティー
４…内部表面
５…内部閉鎖端部
６…外側開口部
７…高温計
８…取り付けプレート
９…観察チューブ
１０…測定領域
１１…チューブ
１２…パステル（ｐａｓｔｉｌｌｅ）

Claims (10)

1. 溶融バスの温度を測定するための装置おいて、
   ａ）前記溶融バスと接触する外側表面（２）と、内部キャビティー（３）とを有する耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）であって、前記内部キャビティーが、内部表面（４）と、光学式高温計（７）を不動に受け入れるように適合された外側開口部（６）と、内部閉鎖端部（５）とを有する耐熱性取り付けスリーブと、
   ｂ）前記耐熱性取り付けスリーブ（１，１’）に取り付けられ且つ取り付けプレート（８）を有し、前記耐熱性取り付けスリーブの前記内部キャビティー（３）の内側で且つ前記溶融バスのレベルの下に配置される測定領域（１０）から放射される熱放射を測定するように適合された光学式高温計であって、前記取り付けプレート（８）が、前記耐熱性取り付けスリーブ（１，１’）の前記内部キャビティーの前記外側開口部（６）に配置された相補的な凹み部に係合するように適合されることを特徴とする光学式高温計とを有する、溶融バスの温度を測定するための装置。
2. 溶融バスの温度を測定するための装置に使用する耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）であって、前記溶融バスと接触する外側表面（２）と、内部キャビティー（３）と有し、前記内部キャビティーが内部表面（４）と、光学式高温計（７）を不動に受け入れるように適合された外側開口部（６）と、前記溶融バスのレベルの下に配置される内部閉鎖端部（５）とを有する耐熱性取り付けスリーブにおいて、
   前記内部キャビティーの前記外側開口部（６）が、前記光学式高温計（７）を不動に受け入れるように適合された前記内部キャビティー（３）の前記外側開口部（６）に配置された凹み部を有することを特徴とする、耐熱性取り付けスリーブ。
3. 前記凹み部は切頭円錐台である、請求項２に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１’）。
4. 前記内部キャビティー（３）は直線状であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）。
5. 前記耐熱性取り付けスリーブは、蒸発気または他の揮発性物質の放出を回避または低減するために十分な温度、好ましくは１４００℃より高い温度で焼成された材料からなることを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか一つの請求項に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）。
6. チューブ（１１）は、前記耐熱性スリーブの前記内部キャビティー（３）内に挿入されることを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれか一つの請求項に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）。
7. 前記チューブ（１１）は、蒸発気または揮発性物質の放出を妨げるかまたは回避する材料からなることを特徴とする、請求項６に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）。
8. チューブ（１１）は、アルミナ系材料からなることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）。
9. 測定領域（１０）に一致する、前記内部キャビティー（３）または前記チューブ（１１）の少なくとも一部分（１２）は、高放射率を有する材料からなることを特徴とする、請求項２から請求項８のいずれか一つの請求項に記載の耐熱性取り付けスリーブ（１、１’）。
10. チューブと光学式高温計との組立体であって、
    前記光学式高温計は前記チューブの内部に配置された測定領域から放射される熱放射を測定するように設置され、前記チューブは、耐熱性取り付けスリーブの内部キャビティー内に挿入されるように適合される、チューブと光学式高温計との組立体。