JP2012137309A - Control method of immersion depth of molten metal measuring probe, and molten metal measuring probe used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転炉等で好適に使用される溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法、及びこれに用いる溶融金属測定用プローブに関する。 The present invention relates to a method for controlling the immersion depth of a probe for measuring a molten metal that is preferably used in a converter or the like, and a probe for measuring a molten metal used therefor.
転炉等の容器内の溶融金属の温度や凝固温度、サンプル性状などを測定するため、各種センサーやサンプル採取口を備えた溶融金属測定用プローブが使用される。このプローブによる各種測定やサンプル採取を確実に行うためには、溶融金属に当該プローブを浸漬させる深さを所定深さに制御する必要がある。このプローブ浸漬深さを制御するためには、溶融金属層の表面レベルを把握する必要がある。溶融金属測定用プローブを用いて前記溶融金属層表面レベルを測定する方法は、従来から様々な方法が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照。)。
In order to measure the temperature, solidification temperature, sample properties, etc. of the molten metal in a vessel such as a converter, a molten metal measuring probe having various sensors and a sample sampling port is used. In order to reliably perform various measurements and sample collection with this probe, it is necessary to control the depth at which the probe is immersed in the molten metal to a predetermined depth. In order to control the probe immersion depth, it is necessary to grasp the surface level of the molten metal layer. Various methods for measuring the surface level of the molten metal layer using a molten metal measuring probe have been proposed (see, for example,
しかし、従来の測定方法は、いずれも溶融金属測定用プローブを浸漬する過程を利用するものの、得られた表面レベルの情報を次のチャージ(精製処理)で利用するものであった。したがって、次のチャージで溶融金属の量が変動すると、その分だけ浸漬深さも変動してしまい、浸漬深さの精度にはいささかのズレが生じるのは否めなかった。 However, all of the conventional measuring methods use the process of immersing the probe for measuring molten metal, but use the obtained surface level information in the next charge (purification process). Therefore, when the amount of the molten metal fluctuates in the next charge, the immersion depth also changes accordingly, and it is unavoidable that a slight deviation occurs in the accuracy of the immersion depth.
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、溶融金属層への浸漬深さをより正確に制御することで、例えば溶鋼温度や凝固温度、サンプル性状などの測定をより確実に行うことができる溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法、及びこれに用いる溶融金属測定用プローブを提供する点にある。 Therefore, in view of the above-mentioned situation, the present invention intends to solve the problem by measuring the molten steel temperature, the solidification temperature, the sample properties, etc. more reliably by controlling the immersion depth in the molten metal layer more accurately. It is in the point which provides the immersion depth control method of the probe for a molten metal measurement which can be performed to this, and the probe for a molten metal measurement used for this.
本発明は、前述の課題解決のために、溶融金属測定用プローブを浸漬する深さを制御する方法であって、溶融金属測定用プローブの先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設け、前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号に基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することを特徴とする溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法を提供する(請求項1)。 The present invention is a method for controlling the depth at which a molten metal measurement probe is immersed in order to solve the above-mentioned problems, and the probe is immersed in a molten metal container at the tip of the molten metal measurement probe. A detection means for detecting the surface of the molten metal layer is provided in the course of the process, and based on a detection signal of the surface of the molten metal layer output from the detection means in the process of the probe immersion, A method for controlling the immersion depth of a probe for measuring a molten metal is provided, wherein the immersion depth of the probe is controlled.
ここで、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知することが好ましい(請求項2)。 Here, it is preferable that an electrode is provided at the tip of the molten metal measurement probe as the detection means in an externally exposed state, and the surface of the molten metal layer is detected based on a change in electrical characteristics through the electrode. ).
特に、前記溶融金属を収容して導電性を帯びた容器と前記電極との間の電気的特性を監視し、この電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知することが好ましい(請求項3)。 In particular, the electrical characteristics between the electrode containing the molten metal and the conductive container and the electrode are monitored, and the electrical characteristics between the electrode and the container are such that the electrode contacts the surface of the molten metal layer. It is preferable to detect the point of time when the molten metal layer shifts to conductivity due to the inclusion of the molten metal layer.
更に、溶融金属層表面にスラグ層が浮遊しており、前記電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記スラグ層にて電解質として機能する該スラグ層の介在による発電性から、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知することが好ましい(請求項4)。 Furthermore, since the slag layer floats on the surface of the molten metal layer, the electrical characteristics between the electrode and the container are from the power generation property due to the interposition of the slag layer in which the electrode functions as an electrolyte in the slag layer. It is preferable to detect a point in time at which the transition to conductivity due to the presence of the molten metal layer occurs when contacting the surface of the molten metal layer.
具体的には、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けることが好ましい(請求項5)。 Specifically, the electrode is preferably provided along the outer peripheral surface of a paper cap that covers the sensor at the tip of the probe.
また、前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号と、該プローブを下降させる速度情報とに基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することが好ましい(請求項6)。 Further, based on the detection signal of the surface of the molten metal layer outputted from the detection means in the probe immersion process and the speed information for lowering the probe, the probe into the molten metal layer in the subsequent immersion process It is preferable to control the immersion depth.
また本発明は、上記浸漬深さ制御方法に用いる溶融金属測定用プローブであって、先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設けてなることを特徴とする溶融金属測定用プローブをも提供する(請求項7)。 The present invention also provides a probe for measuring a molten metal used in the immersion depth control method, wherein a detection means for detecting the surface of the molten metal layer in the process of immersing the probe in the molten metal container is provided at the tip. There is also provided a probe for measuring a molten metal, which is provided.
更に、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなるものが好ましい(請求項8)。 Further, as the detection means, an electrode is preferably provided at the tip of the molten metal measurement probe in an externally exposed state, and the surface of the molten metal layer is detected based on a change in electrical characteristics through the electrode. 8).
また、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなるものが好ましい(請求項9)。 Further, it is preferable that the electrode is provided along the outer peripheral surface of a paper cap that covers the sensor at the tip of the probe.
請求項1に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、プローブ浸漬の過程で検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号に基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御するので、同一チャージの同一浸漬過程で、レベル測定とともにそれに基づいて浸漬深さがリアルタイムに制御され、従来のように溶融金属の量の変動による浸漬深さのズレが生じず、したがって浸漬深さをより正確に制御でき、溶鋼温度や凝固温度、サンプル性状などの測定をより確実に行うことができる。
According to the method for controlling the immersion depth of the probe for measuring molten metal according to
請求項2に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなるので、電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
According to the method for controlling the immersion depth of the molten metal measurement probe according to
請求項3に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、前記溶融金属を収容して導電性を帯びた容器と前記電極との間の電気的特性を監視し、この電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知してなるので、この検知により溶融金属層表面に達した時点を瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
According to the method for controlling the immersion depth of the probe for measuring a molten metal according to
請求項4に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、溶融金属層表面にスラグ層が浮遊しており、前記電極−容器間の電気的特性が、前記電極が前記スラグ層にて電解質として機能する該スラグ層の介在による発電性から、前記電極が前記溶融金属層表面に接触した際の前記溶融金属層の介在による導電性に移行した時点を検知してなるので、スラグ層が存在しても溶融金属層表面に達した時点を瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
According to the method for controlling the immersion depth of the probe for measuring a molten metal according to
請求項5に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなるので、紙キャップが溶けるまでの時間差がなく、外周面の電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。
According to the method for controlling the immersion depth of the molten metal measurement probe according to
請求項6に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法によれば、前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号と、該プローブを下降させる速度情報とに基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御するので、表面検知後、そこからの浸漬量を速度との関係で演算し、更にどれだけの時間下降させるかをリアルタイムに把握し、下降量を時間で容易に制御できる。
According to the method for controlling the immersion depth of the probe for measuring molten metal according to
請求項7に係る溶融金属測定用プローブによれば、先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設けてなるので、同じく同一チャージの同一浸漬過程で、レベル測定とともにそれに基づいて浸漬深さがリアルタイムに制御され、従来のように溶融金属の量の変動による浸漬深さのズレが生じず、したがって浸漬深さをより正確に制御でき、溶鋼温度や凝固温度、サンプル性状などの測定をより確実に行うことができる。 According to the probe for measuring a molten metal according to the seventh aspect of the invention, since the tip portion is provided with the detecting means for detecting the surface of the molten metal layer in the process of immersing the probe in the molten metal container, In the same immersion process, the immersion depth is controlled in real time based on the level measurement, and there is no deviation of the immersion depth due to fluctuations in the amount of molten metal as before, so the immersion depth is more accurately controlled. It is possible to measure the molten steel temperature, solidification temperature, sample properties, etc. more reliably.
請求項8に係る溶融金属測定用プローブによれば、前記検知手段として前記溶融金属測定用プローブの先端部に電極を外部露出状態で設け、前記電極を通じた電気的特性の変化に基づき溶融金属層表面を検知してなるので、電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。 According to the molten metal measuring probe according to claim 8, an electrode is externally exposed at the tip of the molten metal measuring probe as the detection means, and the molten metal layer is formed based on a change in electrical characteristics through the electrode. Since the surface is detected, it can be detected instantaneously when the electrode reaches the surface of the molten metal layer, and the subsequent immersion depth can be controlled in real time based on the detection.
請求項9に係る溶融金属測定用プローブによれば、前記電極を、プローブ先端部のセンサーを覆う紙キャップの外周面に沿って設けてなるので、紙キャップが溶けるまでの時間差がなく、外周面の電極が溶融金属層表面に達した時点で瞬時に検知でき、それに基づきその後の浸漬深さをリアルタイムに制御できる。 According to the molten metal measuring probe according to claim 9, since the electrode is provided along the outer peripheral surface of the paper cap that covers the sensor at the probe tip, there is no time difference until the paper cap melts, and the outer peripheral surface. When the electrode reaches the surface of the molten metal layer, it can be detected instantaneously, and the subsequent immersion depth can be controlled in real time based on this.
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明に係る溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法は、図1に示すように、溶融金属測定用プローブ1の先端部1aに該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層Lの表面Lsを検知する検知手段2を設けたものであり、当該プローブ1の浸漬過程で検知手段2から出力された溶融金属層表面Lsの検知信号に基づき、当該浸漬工程におけるその後の溶融金属層L内への該プローブ1の浸漬深さを制御するものである。これにより、例えば溶融金属容器Cの上方から下方に向けて溶融金属測定用プローブ1を下降させてゆく際、リアルタイムに、すなわち当該チャージにおける溶融金属層L内への浸漬深さを溶融金属層表面Lsに達した時点でそれ以降の下降量(浸漬量)を演算してリアルタイムに制御・設定できるものである。
The method for controlling the immersion depth of the probe for measuring molten metal according to the present invention, as shown in FIG. 1, melts in the process of immersing the probe in the molten metal container at the
従来の検知手段は、電極が紙キャップ等の内容に内装され、溶融金属層で溶けて露出した電極を用いて上昇時に溶融金属層表面の位置を記憶し、次のチャージ時の際におよそ同じ位置であると仮定して、その記憶された情報に基づき浸漬深さを設定するものであるが、本例では、同じチャージにおける浸漬工程の初期、すなわち溶融金属層Lの表面Lsに至った段階で該表面に至ったことを検知するとともにそこから溶融金属層L内部への浸漬量を演算し、プローブ1を更にどれだけ下降させるかをリアルタイムに把握して下降量を制御可能としたものである。したがって、まさにそのチャージにおける溶融金属の状態を正確に反映したプローブ浸漬量を設定でき、溶融金属測定用プローブ1による各種測定、サンプル採取を正確かつ確実に行なうことができるのである。
In the conventional detection means, the electrode is embedded in the contents such as a paper cap, and the position of the surface of the molten metal layer is memorized at the time of ascending by using the electrode melted and exposed by the molten metal layer. The immersion depth is set based on the stored information on the assumption that it is a position. In this example, the initial stage of the immersion process in the same charge, that is, the stage where the surface Ls of the molten metal layer L is reached. In addition to detecting that the surface has been reached, the amount of immersion in the molten metal layer L is calculated from there, and it is possible to grasp in real time how much the
溶融金属容器Cは、溶融金属として溶鋼を収容する転炉や取鍋などに適用できるが、その他の溶融金属用容器に適用することもできる。以下の実施形態では、転炉での吹錬工程に適用した例を示すがこれに限定されるものではない。符号3はプローブを支持するサブランス、4はサブランスを昇降させるサブランス昇降装置、5はサブランス動作制御部、6は先端部から下方の溶鋼へ酸素を吹き出すメインランスを示している。
The molten metal container C can be applied to a converter or ladle that contains molten steel as molten metal, but can also be applied to other molten metal containers. In the following embodiment, although the example applied to the blowing process in a converter is shown, it is not limited to this.
溶融金属測定用プローブ1は、基本的には従来から公知の種々のプローブと同じ基本構造を備えるとともに、更に上記溶融金属層表面を検知する検知手段2を設けたものである。本例のプローブ1は、基本構造として図2に示すように先端部1aに酸素センサ11、補正電極12、及び温度センサ13が耐熱セメントで固定され、これらは紙キャップ10に覆われている。また、プローブ1の胴部にはサンプル採取口14が設けられ、紙製の外装部材で塞がれている。このようなプローブ1は、溶融金属層Lの所定深さ位置まで浸漬されることで高温の溶融金属により上記紙キャップ10や外装部材が溶融消失し、センサーが露出して当該位置にて溶融金属の各種測定を行うとともにサンプル採取口14から溶融金属を取り込み、凝固温度等の測定に利用される。
The molten
溶融金属測定用プローブ1は、図1に示すようにサブランス3によって転炉C内部に浸漬される。具体的には、転炉Cの上側に縦方向に配設されたサブランス3の下端部に溶融金属測定用プローブ1を装着し、このサブランス3をプローブ1とともにサブランス昇降装置4で上下させることにより、転炉Cの内部にプローブ1を昇降させることができる。これによってプローブ1は、大気層Aから溶融金属表面に浮遊するスラグ層Bを通って溶融金属層Lに浸漬させ、所定深さの位置に数秒間停止して各種センサーによる測定やサンプル採取を行った後、溶融金属層Lからスラグ層Bを通って大気層Aへ引き上げられる。サブランス昇降装置4は、サーボモータやパルスモータ等を用いて構成され、サブランス動作制御部5により制御される。更に本例では、サブランス昇降装置4にはロータリーエンコーダが付設され、サブランス3の上下方向の移動距離を把握している。
The molten
転炉Cは、金属製の容器の内側に耐火煉瓦を積み上げて形成されており、容器自体が大地にアースされている。転炉だけでは導電性を有しないが、転炉内に溶鋼を収容することによって、転炉の内面に金属が付着し、転炉の内面と大地との間が導電性を有するようになる。即ち、転炉が大地にアースされたのと等価となる。 The converter C is formed by stacking refractory bricks inside a metal container, and the container itself is grounded to the ground. The converter alone does not have conductivity, but by containing molten steel in the converter, metal adheres to the inner surface of the converter, and the space between the inner surface of the converter and the ground has conductivity. That is, it is equivalent to the converter being grounded to the ground.
溶融金属測定用プローブ1の検知手段2は、プローブ先端部1aの上述したセンサー11、13等を覆っている紙キャップ10の外周面に沿って電極20が外部露出状態で設けられている。この電極20のリード線は、酸素センサ11、補正電極12、及び温度センサ13と同じようにプローブ1に沿って基端側に延ばされ、図示しないコネクタを介してサブランス3内の配線に接続され、該配線はサブランス動作制御部5に接続されている。
The detection means 2 of the
以下、溶融金属測定用プローブ1の浸漬深さを制御方法を説明する。
Hereinafter, a method for controlling the immersion depth of the molten
プローブ1をサブランス3とともに転炉C内部に浸漬してゆく。プローブ1は、まず大気層Aから溶融金属表面に浮遊するスラグ層Bに挿入される。転炉Cはアースに接続されており、プローブ先端の電極20と転炉Cとの間の電気的特性が、大気層Aの絶縁性からスラグ層Bの発電性に移行した時点を捉えて、スラグ層Bの表面位置を検知し、その位置を記憶する。さらにスラグ層Bを下降させて同じく電極20と転炉Cとの間の電気的特性が発電性から溶融金属層Lの導電性に移行した点を捉えて、溶融金属層の表面Lsを検知し、その位置を記憶する。
The
この溶融金属層の表面位置と前記したスラグ層Bの表面位置から、スラグ層Bの厚みを算出できる。尚、スラグ層Bの表面位置の記憶、スラグ層Bの厚みの算出は、プローブ1の下降時に行う必要はなく、各種センサーによる測定やサンプル採取後、プローブを上昇させる際に行ってもよい。また、真空炉の場合のようにスラグ層がない場合は、大気層の絶縁性から溶融金属層の導電性に移行した点を捉えることになる。
From the surface position of the molten metal layer and the surface position of the slag layer B described above, the thickness of the slag layer B can be calculated. The storage of the surface position of the slag layer B and the calculation of the thickness of the slag layer B do not have to be performed when the
電気的特性の変化を捉える検知手法は、特開2002−356709号や特開平8−49024号を参考にすることができる。特開平8−49024号では、プローブ側に2個の電極を設けて導電性を判断している。本願でもこのように2個の電極を設けてその間の導電性を判断してもよい。しかし、この場合は溶融金属層表面に届く前にスプラッシュなどで導通し、誤検知してしまう虞がある。よって、本例のように電極−容器間の電気的特性をみることがより好ましい。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-356709 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-49024 can be referred to as a detection method for capturing a change in electrical characteristics. In JP-A-8-49024, two electrodes are provided on the probe side to determine conductivity. Also in the present application, two electrodes may be provided in this way to determine the conductivity between them. However, in this case, there is a risk of conducting a detection by splash or the like before reaching the surface of the molten metal layer, and erroneous detection. Therefore, it is more preferable to look at the electrical characteristics between the electrode and the container as in this example.
溶融金属層の表面Lsを検知した情報に基づき、サブランス動作制御部5がサブランスの降下速度から浸漬深さを割り出し、サブランスのその後の降下動作を制御する。つまり、溶融金属表面からの浸漬量を速度との関係で演算し、更にどれだけの時間下降させるかをリアルタイムに把握し、下降量を時間で制御可能としたものである。尚、このように下降速度から下降量を制御する方法以外に、エンコーダの回転数でその後の下降距離(浸漬深さ)を制御することもできる。
Based on the detected information on the surface Ls of the molten metal layer, the sub lance
溶融金属層L内の所定深さまで浸漬されたプローブ1は、上述した通り、該深さ位置で停止し、各種センサー(符号11〜13)による酸素分圧や温度等の測定やサンプル採取口14からのサンプル採取を行った後、溶融金属層Lからスラグ層Bを通って大気層Aへ引き上げられる。
As described above, the
図3は、溶融金属測定用プローブ1の先端部1aの紙キャップ10に、更に内部に非接触で溶融金属層表面レベルを測定できるコイル式レベル計21を設けた例である。これは溶融金属層表面が近づくことによる磁界変動を捉えることで該表面レベルを検知するものであり、非接触で検知できることから紙キャップ10内に装着でき、上記した露出電極20による検知が万が一ご検知であっても、このレベル計21と併用することで正常動作か否か検証することができ、誤検知を防止できる。図4は、図3で説明したコイル式レベル計21のみで検知手段2を構成した例であり、これも可能である。更に、他の従来から提案されている公知の検知手段2を利用することもできる。
FIG. 3 shows an example in which a coil-
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention.
1 溶融金属測定用プローブ
1a 先端部
2 検知手段
3 サブランス
4 サブランス昇降装置
5 サブランス動作制御部
6 メインランス
10 紙キャップ
11 酸素センサ
12 補正電極
13 温度センサ
14 サンプル採取口
20 電極
21 コイル式レベル計
A 大気層
B スラグ層
C 容器(転炉)
L 溶融金属層(溶鋼層)
Ls 表面
DESCRIPTION OF
L Molten metal layer (molten steel layer)
Ls surface
Claims (9)
溶融金属測定用プローブの先端部に、該プローブを溶融金属容器内に浸漬させてゆく過程で溶融金属層表面を検知する検知手段を設け、
前記プローブ浸漬の過程で前記検知手段から出力された溶融金属層表面の検知信号に基づき、当該浸漬の工程におけるその後の溶融金属層内への該プローブの浸漬深さを制御することを特徴とする溶融金属測定用プローブの浸漬深さ制御方法。 A method for controlling the depth at which a probe for measuring a molten metal is immersed,
A detection means for detecting the surface of the molten metal layer in the process of immersing the probe in the molten metal container is provided at the tip of the probe for measuring the molten metal,
Based on the detection signal of the surface of the molten metal layer output from the detection means during the probe immersion process, the immersion depth of the probe in the molten metal layer in the subsequent immersion process is controlled. A method for controlling the immersion depth of a probe for measuring molten metal.
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