JP2009204556A - 溶湯温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度計を損なうことなく、簡単な構成で、溶湯の温度を正確にしかも連続的に測定できる溶湯温度測定方法を提供する。
【解決手段】 タンディッシュ４から供給される金属溶湯３の温度を測定する方法において、タンディッシュ４から鋳型５内に落下中の金属溶湯３を、非接触型の放射温度計７を使用して測定し、この測定した落下中の溶湯の温度を予め設定した補正値にて補正して、タンディッシュ４内の溶湯の温度を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば継手等の金属材料を製造する場合に、溶融した金属溶湯の温度の測定方法に関する。

従来、継手等の金属材料の製造方法としては、例えば球状化処理した溶湯を自動注湯装置に入れて鋳型に注入することによって製造する方法が知られている。
この製造法にて製造される継手は、例えば鉄筋継手の場合は、強度、靱性に優れており、建築を始めとして広範囲に用途が拡大されつつある。

上記製造法においては、例えばるつぼ炉等で成分調整を行い、取鍋で球状化処理を行い、次に取鍋からタンディッシュに溶湯を注ぎ込み、タンディシュの底部に設けられた注湯ノズルより溶湯を落下させて、鋳型内に鋳込む方法である。

この製造法においては、製造される継手等の品質を確保する点で、或いはノズル等の耐火物の損傷を低減する点で、溶湯の温度を一定に保つことが望ましいとされている。そのため、従来では、耐熱被覆を施した温度計（連続測温管）を、連続鋳造用のタンディッシュの上方から溶湯上部のスラグを突き抜けて溶湯内部に何度も断続的に挿入して、直接に溶湯の温度を測定していた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−３０５５５０号公報

しかしながら、近年では、湯回り不良等の温度低下に起因した鋳造欠陥を防止してより良質な継手を製造する目的で、タンディッシュは、その上部を蓋で気密する構造であるので、前記の継手等を溶製する場合には、従来の様な開放されたタンディッシュの上部から、簡単な操作で溶湯の温度を連続して測定できないという問題があった。また、仮に温度計を出し入れする機構をドーム等に取り付ける場合には、気密した状態で頻繁な温度計の移動を可能とする構造が複雑になり、しかもその様な構造としても気密が損なわれ易いという問題が生じてしまう。

その結果、蓋付きタンディッシュを使用する場合には、温度の測定が好適にできないので、溶湯温度がバラツキしかも注湯条件も不均一となるため、製造される継手の品質や性状が不安定になり、歩留り低下の一因となっていた。また、前記の様にタンディッシュ内で温度測定を行なう場合には、温度計（連続測温管）の損傷を防止するために、温度計に高価な耐火物（Ｍｏ−ＺｒＯ_２等）からなる保護管を使用するが、コスト高になるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、温度計を損なうことなく、簡単な構成で、溶湯の温度を正確にしかも連続的に測定できる溶湯温度測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、請求項１に記載のように、タンディッシュから供給される金属溶湯の温度を測定する方法において、前記タンディッシュから鋳型内に落下する金属溶湯を非接触型の温度計を使用して測定し、この測定した落下中の金属溶湯の温度を予め設定した補正値にて補正して、溶湯の温度を推定することに特徴を有するものである。

上記構成のように、非接触型の温度計を使用して、タンディッシュから鋳型内に落下する金属溶湯の温度を測定することによって、タンディッシュ内の溶湯上部のスラグに邪魔されることなく、かつ温度計が損傷することなく、落下中の金属溶湯の温度を連続して正確に測定することができる。この金属溶湯の温度は、タンディッシュ内と鋳型内とでは所定の温度差があるので、測定した温度を予め設定した補正値にて補正することにより、タンディッシュ内の金属溶湯の温度を推定することが可能となる。

請求項１記載の溶湯温度測定方法は、請求項２に記載のように、前記金属溶湯の温度を測定する位置が、金属溶湯が鋳型内に入る直前の位置に設定するという構成を採用することができる。この構成によると、タンディッシュ内の蓋等に妨げられることなく、溶湯温度の測定が容易にできる。

請求項１又は２記載の溶湯温度測定方法は、請求項３に記載のように、前記金属溶湯の温度を測定し、この測定温度に基づいて鋳型一枠（いがたひとわく）内の目標温度帯に管理するという構成を採用することができる。この構成によると、鋳型一枠毎の鋳造品の湯回り不良等の品質管理を行うことができる。

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶湯温度測定方法は、請求項４に記載のように、前記非接触型の温度計としては、放射温度計を使用できる。

請求項４記載の溶湯温度測定方法は、請求項５に記載のように、前記放射温度計には測定波長０．５５μｍの放射温度計を使用することができる。これによると、外乱による温度変化を軽減できる。

本発明によれば、タンディッシュから落下する溶湯の温度を非接触型の温度計を用いて連続して正確に測定でき、しかも、測定した温度に基づいて好適にタンディッシュ内の溶湯の温度を推定できるという効果がある。また、溶湯温度の測定の際に、温度計が損傷することもないという利点がある。

以下、本発明の溶湯温度測定方法の実施例を、図１に示すような、継手の製造に使用されるレーザー検知式の自動注湯機に適用する場合について説明する。

図１に示すように、自動注湯機１は、サーボ機構により制御されるストッパーロッド２が設けられたものであり、例えばダクタイルの溶湯３が入れられたタンディッシュ４の上部を覆って気密用の蓋（図示しない）がかぶせられている。タンディッシュ４の炉底の中央部には、溶湯３を下方の鋳型５内に供給するための注湯ノズル６が設けられている。図１中、１０はオプトケーターを示す。

注湯ノズル６から落下する溶湯３から離れた位置には、放射温度計７が配置されており、この放射温度計７は、図２に示すように周知のシグナルプロセッサー８を経由して信号処理装置に接続されている。

この放射温度計７は金属の溶湯温度を測定するように特別設計・開発されたもので、この放射温度計７はディテクタにシリコンセルを使用し、非常に短い測定波長（０．５５μｍ）で溶湯温度を測定するため、溶湯金属表面の放射率変動や測定視路中に依存する水蒸気や炭酸ガスの吸収による温度測定誤差が小さいこと、また応答が早いことが特長である。放射温度計７のセンサ部は熱電対のように溶湯に浸漬しないので長期間にわたり安定かつ信頼性に優れた温度測定が行われる。

ここで、溶融金属の放射温度計による測定原理について説明する。
溶融状態の金属の表面状態は酸化されておらず、表面放射率は一般的に低く、測定する温度計の波長が短いほど放射率は高くなる。
一般的に清浄な金属表面の放射率は、ε＝α／（λ）^１／２
α：金属の種類による値
λ：波長（使用する温度計による）
ε：放射率

放射温度計は温度を直接測定するのではなく、測定対象物からの放射エネルギー量を測定し、放射率補正を行った後、温度目盛に変換して出力する。
式で表すと、
ε・ｆ（ｔ）＝Ｖ 測定するエネルギー Ｖ
ε：測定対象物の放射率
ｆ（ｔ）：温度計機種による温度とエネルギーの関数
ｔ：測定対象物の温度
Ｖ／εｓ＝ε・ｆ（ｔ）／εｓ 放射率補正
εｓ：プロセッサで設定した放射率
（εｓ＝ｔのとき、放射率補正後の値はｆ（ｔ））
ｆ（ｔ）^−１＝ｔ 温度目盛に変換
放射率が変化したとき、放射温度計が受け取るエネルギーは放射率が変化した割合で変化する。
また温度計機種（測定波長）によって受け取ったエネルギーと温度目盛の関係は異なる。これは温度計機種によって測定対象物の放射率変化が起こったときに測定温度値の変化量が変わることになる。

下記の表１は温度計二種（測定波長０．５５μｍの放射温度計と測定波長１μｍの放射温度計）によって測定するエネルギーが１％変化した時に変化する温度値である。

測定波長が短い方が受け取るエネルギーが１％変化したときに変化する温度値が小さくなる。
実際の現場で測定した時に、ノロ（スラグ）が混在した場合の測定温度に与える影響を計算する。
[条件]
溶融金属温度 ： １４００°Ｃ
（ノロ温度も１４００°Ｃと仮定）
測定する温度計 ： 本発明の方法に使用する放射温度計（測定波長０．５５
μｍ）と比較例の放射温度計（測定波長１μｍ）
溶融金属放射率 ： 放射温度計（測定波長０．５５）は０．４７（※１）、放射
温度計（測定波長１μｍ）は０．３５
※１；０．４７は１μｍで０．３５の値をε＝α／（λ）^１／２
式にて計算
測定波長０．５５μｍの放射温度計によるノロ測定時の温度
０．８５／０．４７≒１．８１（受け取るエネルギーが８１％増加）
８１×１．０２≒８３ ８３°Ｃの変化
測定波長１μｍの放射温度計によるノロ測定時の温度
０．８５／０．３５≒２．４３（受け取るエネルギーが１４３％増加）
１４３×１．８０≒２５７ ２５７°Ｃの変化

以上のことから測定波長の短い放射温度計が外乱による温度変化を軽減できることがわかる。

本発明の方法に使用する上記放射温度計７について更に詳しく説明すると、放射温度計７は、図２、図３に示すように、シグナルプロセッサ８と組み合わせて使用するように設計されており、放射温度計７に必要なＤＣ電源はシグナルプロセッサ８から供給される。放射温度計７は光学システムを持ち、測定物体表面から放射する放射エネルギーを放射温度計７のディテクタ上に集光し、ディテクタはこの放射エネルギーを電気信号に変換する。この電気信号は放射温度計７の内部でリニアライズ処理され、高レベルのリニア出力が得られる。放射温度計７からのリニア出力はシグナルプロセッサ８で各種タイムファンクション処理を行う。次に、信号処理器（シーケンサ）９にて、測定温度が設定値を超え上昇した後、(注湯口の栓の開後)安定するまでの時間（１〜５秒程度）をタイマー１（図３参照）で設定し、タイムアップ後データを１０ｍｓｅｃごとにストアする。測定温度が設定値より下降したとき(注湯口の栓の閉後)ストアを止めタイマー２（図３参照）の時間分のデータを廃棄し残りのデータを平均し、表示器の入力形態に一致した出力をし次の演算終了まで出力を保持する。

本発明方法では、タンディッシュ４内の溶湯３の推定した温度が、目標温度帯からずれないように、溶湯の補給を適宜行なって、溶湯３の温度管理を行なうものである。上記実施例では、注湯流３Ａより離れた位置に設置した非接触型のセンサである放射温度計７によって、注湯流３Ａの温度を測定しているので、放射温度計７を損傷することなく、容易にかつ連続的に溶湯３の温度を測定できる。

また、この放射温度計７は、従来のように頻繁に移動させる必要がなく、注湯流３Ａから離れた位置に固定させているので、その構造が簡単であり、しかも温度環境に優れているという利点がある。更に、上記実施例では、放射温度計７によって測定した注湯流３Ａの温度に基づいて、正確にタンディッシュ４内の温度を推定できるので、自動注湯機１の蓋に温度測定用の装置を設ける必要がなく、自動注湯機１の上部構造が簡単で気密性が高いという特長がある。

図４（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の放射温度計７を用いたシステムと従来の浸漬温度計との温度比較を行ったところ、図４（ａ）のようにアンプの放射率設定を０．４５０とした場合、最大２８°Ｃの温度差があった。そこで、放射率の設定を徐々に変化させ、図４（ｂ）のように０．５００設定で比較したところ、最大でも７°Ｃという結果を得ることができた。尚、浸漬温度計は、ストッパーロッド（出湯口）周辺で温度測定実施した。

上記実施例の方法によれば、溶湯の温度の正確な測定及び推定ができるとともに、この推定した溶湯温度に基づいて、鋳型一枠内の溶湯温度を容易に最適な目標温度帯に管理できるので、湯回り不良等の温度低下に起因した鋳造欠陥を防止してより良質な継手を製造するという利点がある。

本発明は上記実施例に何等限定されるものではなく、この要旨を逸脱しない範囲内に於いて種々なる態様で実施し得ることは勿論である。本発明では、特に、タンディッシュの底部から溶湯が落下するレーザー検知式の自動注湯機に適用されると好適であるが、それ以外にも、取鍋傾動式自動注湯機にも適用できる。

本発明の溶湯温度測定方法を適用するレーザー検知式自動注湯機を模式的に示す説明図である。 本発明の溶湯温度測定方法に使用する放射温度計による信号処理システムの構成図である。 本発明の溶湯温度測定方法に使用する放射温度計による信号模式図である。 （ａ）,（ｂ）は本発明の溶湯温度測定方法に使用する放射温度計による温度測定データを示す図である。

符号の説明

１ 自動注湯機
３ 溶湯
４ タンディッシュ
５ 鋳型
７ 放射温度計

Claims (5)

1. タンディッシュから供給される金属溶湯の温度を測定する方法において、前記タンディッシュから鋳型内に落下する溶湯を非接触型の温度計を使用して測定し、この測定した落下中の金属溶湯の温度を予め設定した補正値にて補正して、前記タンディッシュ内の金属溶湯の温度を推定することを特徴とする溶湯温度測定方法。
2. 前記金属溶湯の温度を測定する位置は、金属溶湯が鋳型内に入る直前の位置に設定していることを特徴とする請求項１記載の溶湯温度測定方法。
3. 前記金属溶湯の温度を測定し、この測定温度に基づいて鋳型一枠内の目標温度帯に管理することを特徴とする請求項１又は２記載の溶湯温度測定方法。
4. 前記非接触型の温度計は放射温度計である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶湯温度測定方法。
5. 前記放射温度計は測定波長０．５５μｍの放射温度計である、請求項４記載の溶湯温度測定方法。

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