JP2005509881A5

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Publication number: JP2005509881A5
Application number: JP2003546061A
Authority: JP
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2006-01-05

Description

金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置及び方法

本発明は、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置に関する。

本発明は、また、このような温度を連続して測定する方法に関する。

電気炉の鋼の製造において、炉又は受容器内の溶融鋼浴の温度の検出は特別に重要なことである。

更に、しばしば、製造又は処理プロセスを変えることなしに、溶融金属の連続する温度値を提供する技術を開発することが試みられている。

現在、多くの鋼製造作業においては、化学的に分解してしまうシェルにより保護されている熱電対を、人為的に又はマニピュレータとして一般に知られている自動機械装置を介して、液中に沈めている。

各々の独立する測定のためには、シェルを変えることが必要であることは明らかであり、したがって温度を連続して読取ることができない。

独国特許出願ＤＥ−１４０８８７３は、熱電対を水冷却装置と一緒に耐火物の中に挿入する方法を提案している。このような方法は、高い冷却が熱電対のために必要とされているために、熱電対を持ちこたえる時間の問題及び測定精度の問題を有する。

コンパニーボエストアルペン（the Company Voest Alpine：譲受人）のもつ米国特許００６０７１４６６は、その対象として、溶融鋼浴の温度の測定に関し、この測定は溶融鋼浴の基部により放出される電磁波を読取ることに基づいている。

ホットブラストパイプが溶融鋼浴の基部上に配置され、このパイプからイナートガスが吹付けられる。ガスは溶融鋼浴の基部上にあわを形成し、このあわはメタン及び窒素の流れにより及びその後のクラッキング反応により維持される。

そして、光学器具がこのようなあわを取り囲んでいる液体の温度を読取る。この方法は、しかしながら、ホットブラストパイプが詰まる傾向が多いことから、その実施が妨げられている。

それから、同様にコンパニーボエストアルペンのもつ米国特許６１７２３６７によれば、他の装置が提案されており、この装置も同一の流体力学原理に基づいている。しかしながら、この場合において、ホットブラストパイプは側部に配置されているが、やはり溶融鋼の液体静水頭より下である。

この方法によれば、良好な精度が得られる。なぜなら、溶融鋼により放射された電磁波のビームが光学機器の軸線と平行の方向にもたらされ、斜め波の外乱をなくすからである。

それにもかかわらず、この装置もまたあわを維持することが困難であるために、ホットブラストパイプの詰まりの問題に悩んでいる。実際に、メタン及び窒素のビーム及びその結果としてのクラッキング反応が、しばしば、あわを維持するために十分ではない。

以上述べた最後の２つの装置の問題は、溶融鋼浴が液体静水頭より下であり、この場所の周囲状態がいっそう悪いことにより生じている。

更に、コンパニーテク−プラス（the Company Tech-Plus）により開発されて“エンド−グラス（ENDO-GLAS）”と称されている装置があり、この装置は水冷却式ランスの内部に配置されている光リーダを使用し、ランスからイナートガスを吹付けることができる。この装置は、ランスを炉内に押し入れるマニピュレータを備えている。通常、この装置はランスの入り角度を調節することができるようにして、炉の上方に位置させられている。

この装置は上述した２つの装置と同様に固定されておらず、したがって各々の測定のためにランスが炉内に入るまで待つ必要がある。

この装置の欠点は、熱電対マニピュレータの欠点と同様であり、すなわち、連続測定をすることができない。実際に、ランスは冷却されるけれども、ランスは炉内に常にとどまっていることができない。

本発明の一般的な目的は、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置及び方法であって、溶融金属浴の温度の正確でかつ確実な測定を可能にする装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、非常に簡単でコスト効果があり、かつ特別に機能的な方法で従来技術の上述した欠点を除去することにある。

上述した目的を達成するために、本発明によれば、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置において、イナートガス及び／又は高圧の圧縮空気を前記炉又は受容器の金属スラグの表面に対して吹付けるランスの中の配置した熱分析器と、この熱分析器の正面に取り付けた先細及び末広ノズルとを包含することを特徴とする装置が提供される。

また、本発明によれば、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する方法において、圧縮イナートガスの超音速ジェットを前記炉又は受容器内の金属スラグの表面層上に連続して吹付け、このイナートガスの吹付けにより、前記金属スラグ中に開口を作り、この開口を通して前記溶融金属を遠方からの測定でもって熱分析器に可視化できるようにしたこと特徴とする方法が提供される。

本発明の構造及び機能の特徴、及び従来技術と比較しての本発明の利点は添付図面を参照して述べる下記の説明を精査することにより一層明らかになるであろう。

図面の図２及び図３は本発明のそれ自体の斬新な原則にしたがって実現された、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置を示す。

図２及び図３を参照するに、本発明の対象である、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置は符号１０により総括的に示されている。

ここに例示した例において、本発明によれば、装置１０は冷却又は絶縁装置を備えている管状のランス１２の中に挿入されている。

ランス１２は、炉又は受容器２０の耐火コーティング１３内に挿入されている。

ランス１２の冷却は、例えばヨーロッパ特許出願ＥＰ０９４７５８７により教示されているランスと同様に行われ、上記ヨーロッパ特許出願は液体状態の水の熱容量よりも大きい噴霧水の熱容量を基礎にした型式の冷却を示している。

ランス１２の一方のヘッド端は、炉又は受容器２０の垂直側部に関して約４５°の角度をなして、炉又は受容器２０内に存在する金属スラグ１８の高さ位置に配置されている。

装置１０は、本質的に、安全及びよく冷却された区域に配置されている管状の構体１１を包含し、この構体内には熱分析器１４が支持体１５を介して挿入されている。熱分析器１４は、普通の型式のパイロメータ又は光ヘッドであり、光ファイバー１６を介して外部に接続されている。光ファイバー１６は、例えば、ステンレス鋼から作られているフレキシブルなシースで被覆されているモノファイバーである。

ランス１２は例えばアルゴンのようなイナートガス及び圧縮空気のインジェクターを備えている。更に、ランス１２は、例えばメタン及び酸素のような燃料及び燃焼用媒体のインジェクターを備えることができる。

装置１０の管状構体１１の頂部上であって、かつ熱分析器１４の正面には、先細及び末広ノズル２２が取り付けられている。

本発明による、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置１０の作用は、図面を参照して上述した説明から明らかであるが、簡単に述べれば、次のとおりである。

例えばアルゴンのような高圧のイナートガスのジェットが、ランス１２を通して金属スラグ１８に吹付られ、このジェットは、ノズルの幾何学的形状と、メタン及び酸素を燃焼せしめることにより生成されるカバーリングフレームとのために、圧縮したままである。

例えば金属スラグ１８を貫き及び溶融金属の表面を局部的にさらすために圧縮イナートガスの超音速ジェットを得るために、イナートガスと予想燃料との流量比についての調節を行うことが必要とされる。

本発明の方法においては、熱分析器１４にはクリーン、すなわちでこぼこのない円すいスペ−スが設けられ、このスペースを通して金属浴の表面を観察することが可能である。

パイロメータ又は光ヘッドは、したがって、溶融金属の温度を読取ることができる。

好適な実施例において、パイロメータは二色式であり、すなわち、パイロメータは２つの周波数帯を読取り、したがってパイロメータは外乱に対しての感度は小さい。

熱分析器１４に接続されている光ファイバー１６は、ランス１２の全体長さを横切り、リアルタイムに温度を可視化する装置に信号を送る。上記装置は、色々の種類の材料のために較正することができる。

測定を行うことが望まれないときには、ランス１２は圧縮空気の流れにより一層きれいに維持されて、目詰まりすることを防止され、これにより、いかなる場合でも、ランス１２が金属浴の液体静水頭より下に沈下されないという問題を少なくする。

ランス１２の冷却は、測定装置１０を炉又は受容器の高温から保護することを可能にする。

商用形の光ヘッド及び光ファイバー１６は、約２５０℃の最大温度に耐えることができる。上記光ヘッドは、いかなる場合でも、残りの部品を変える必要なしに、置換することができる。

パイロメータを使用する場合において、コンバータが、また、例えば７５０及び１８００℃間の測定の場でもってかつ約１５００℃で±０．６％（摂氏温度目盛で測定した値）の精度でもって信号を可視化するために用いられる。

いったん較正されると、熱分析器１４は特に一定であるとわかっている（これは、もし熱電対で測定した値が一定である場合には、装置１０で測定した値もまた一定であるからである）温度を検出する。

好適な実施例において、熱分析器１４は１０ミリ秒ごとに温度を読取ることができる。炉又は受容器２０の、パウダー、スプレーなどにより異なる周囲状態がどうして測定に著しく影響しないかを留意すべきである。

装置１０は、共通の電子プロセッサーに接続することができる。この電子プロセッサーは、適当なプログラムを備えていて、リアルタイムに測定の進行、及び例えば所定の時間周期における最大ピーク及び平均のような他の情報を示す。

ノズル２２は、アルゴン又は圧縮空気の適当な流れが熱分析器１４を塵埃から保護することを可能にする。

ランス１２は電気炉の任意の場所に設けることができ、これは熱電対が従来技術において通常挿入されている場所と同じ区域でポイント測定を行うことができることを可能にする。このようにすることにより、同一のリファレンスポイントが熱電対を使用することを現在知っているオペレータに与えられる。

装置１０は、連続して測定を行うことができ、これにより炉又は受容器の自動化の開発を容易にする。とりわけ、連続ローディングを行う場合においては、そのローディング速度は金属浴の温度の進行を参照することにより調節することができる。

以上述べたように、本発明による、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する方法は、イナートガスの吹付けにより金属スラグの表面中に開口を作り、これにより、溶融金属を遠方からの測定でもって熱分析器に可視化できるようにする。

図面を参照して上述した説明から、本発明による、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置及び方法がどうして特別に有益であって利点を有するか明らかになったであろう。以上述べた本発明の目的は、したがって、達成された。

勿論、本発明による、金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置の構成は、図面に非限定的な例として示されている構成と異ならせることができるものである。

米国特許００６０７１４６６により教示されている技術による、溶融鋼の温度を連続して測定する装置を備えている炉又は受容器の断面図である。ヨーロッパ特許出願ＥＰ０９４７５８７により教示されている技術によるランスを備えている炉又は受容器の断面図であり、本発明による、溶融金属の温度を連続して測定する装置がランス内に挿入されている。図２の測定装置の構成部品の分解不等角投影断面図である。

Claims

金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する装置（１０）において、イナートガス及び／又は高圧の圧縮空気を前記炉又は受容器（２０）の金属スラグ（１８）の表面に対して吹付けるランス（１２）の中の配置した熱分析器（１４）と、この熱分析器（１４）の正面に取り付けた先細及び末広ノズル（２２）とを包含することを特徴とする装置。
請求項１記載の装置（１０）において、前記イナートガス及び／又は圧縮空気の流れが前記ランス（１２）により吹付けられた燃料及び燃焼用媒体により生成されたカバーリングフレームにより保護されることを特徴とする装置。
請求項１記載の装置（１０）において、前記イナートガスがアルゴンであることを特徴とする装置。
請求項１記載の装置（１０）において、前記熱分析器（１４）が光ヘッド又はパイロメータであることを特徴とする装置。
請求項１記載の装置（１０）において、前記ランス（１２）が前記炉又は受容器（２０）の耐火コーティング（１３）の中に挿入され、前記ランス（１２）の一方のヘッド端が、前記炉又は受容器（２０）のそれ自体の垂直側部に関して４５°の角度をなして、前記炉又は受容器（２０）内に存在する前記金属スラグ（１８）の高さ位置に配置されていることを特徴とする装置。
請求項１記載の装置（１０）において、管状構体（１１）を包含し、この管状構体の中に前記熱分析器（１４）が支持体（１５）を介して挿入されていることを特徴とする装置。
請求項１記載の装置（１０）において、前記熱分析器（１４）が光ファイバー（１６）を介して外部に接続されていることを特徴とする装置。
請求項７記載の装置（１０）において、前記光ファイバー（１６）がステンレス鋼から作られたフレキシブルなシースで被覆されているモノファイバーであることを特徴とする装置。
請求項２記載の装置（１０）において、前記燃料がメタンであると共に、前記燃焼用媒体が酸素であることを特徴とする装置。
請求項４記載の装置（１０）において、前記パイロメータが二色式であることを特徴とする装置。
請求項７記載の装置（１０）において、前記光ファイバー（１６）が前記ランス（１２）の全体長さを横切り、リアルタイムに温度を可視化する装置に信号を送ることを特徴とする装置。
金属製造又は処理用の炉又は受容器内の溶融金属の温度を連続して測定する方法において、圧縮イナートガスの超音速ジェットを前記炉又は受容器内の金属スラグの表面層上に連続して吹付け、このイナートガスの吹付けにより、前記金属スラグ中に開口を作り、この開口を通して前記溶融金属を遠方からの測定でもって熱分析器に可視化できるようにしたこと特徴とする方法。