JP2786811B2 - 測温方法 - Google Patents

測温方法

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JP2786811B2
JP2786811B2 JP6066141A JP6614194A JP2786811B2 JP 2786811 B2 JP2786811 B2 JP 2786811B2 JP 6066141 A JP6066141 A JP 6066141A JP 6614194 A JP6614194 A JP 6614194A JP 2786811 B2 JP2786811 B2 JP 2786811B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶鉱炉内又は合金鉄の
電気炉の装入物の分布測温、Midrex法における還
元炉或いはDIOS法での予備還元炉における装入物の
分布測温をするための測温方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高炉の炉況は高炉操業の中で最も重要な
情報で、出銑量に直接的に影響する。しかし、高温高圧
の炉内を直接観測できないため、炉頂測温体や炉腹測温
体のように外部より炉内に測定用の測温体を挿入し、炉
内の温度分布やガス成分を計測し、炉内全体のガス温
度、固定温度、反応状況などを推定している。中でも特
に最近はコークス比低減の為に行っているPCI操業で
は炉内のガス流れの把握が炉況判定上極めて重要であ
る。炉内ガス流れを知るにはこれまでの、測温体のよう
に水平方向の温度分布だけでは不十分で垂直方向の温度
分布も同様に計測する必要がある。
【0003】このための従来の測温方法として、図13
に示す垂直、水平測温体51を使用したものがある。こ
の測温体51は、K型熱電対52の集合体の先端側をS
GP40Aのパイプ53内に組み込んで、測温部54を
形成したもので、パイプ53には測温したい箇所に小孔
55があり、パイプ53内に高炉内のガスが通過しやす
くすると共に、その部分に熱電対52の先端部(温接
点)がくるようにしている。熱電対52には直径が5〜
6mm程度のシース熱電対が用いられている。なお、熱
電対52の径が太いのはシャントエラーを低減するため
である。
【0004】そして、測温体51を使用した測温方法
は、図5に示す高炉頂部の小さな開口(例えばガスマン
テルの一部)より、測温体51を測温部54側から高炉
内に挿入し、補償導線を順次送り込みながら、測温部5
4が高炉内の装入物の中に埋まるように(第5図Cの位
置)して、水平部の温度分布を計測するもので長時間の
間には結果として高炉内垂直温度もわかることになる。
【0005】この垂直、水平測温体51は平均的には1
か月に1回程度使用しているが、PCI操業の高炉では
炉内のガス流れの安定性が問題になるため、10日に1
回くらいの割合で使用している。必要性から言えばもう
少し頻繁にやるのが理想であるが、経費や手間の問題か
ら前述のようになっている。この方式で測定できる範囲
は鉱石やコークス等のストックラインから約25m下ま
でが限界である。その理由は用いている熱電対(タイプ
K)の測温限界(〜1200°C)にあり25m下付近
では1200°Cを越えているからである。また測定時
間はこの温度域に達するまでであり、通常4〜5時間か
かっている。
【0006】このようにして測定された炉内温度分布の
情報は炉内ガスの流れの解明、軟化融着帯の位置、形状
の推定などに用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方式に
は幾つかの欠点がある。欠点の1つはデータの同時性
の欠如である。水平方向の温度分布は同時に計測できる
ものの垂直方向については順次、測温体51が下降して
いく間に炉況は時々刻々変化しており、測温体51が上
部にあった時と下部にあった時の間のデータ間には同時
性がない。また、熱電対52は先端の感温部だけが測温
できる部位であるが、測温体51には寸法上の制約から
5〜6本しか熱電対を組み込めず、そのために測定間
隔(空間分解能)が粗くなる。この外、測定点の数だ
け熱電対52、補償導線の本数が必要となり、測温体5
1のコストが高い、或いは太い電線の束を送り込まね
ばならない等取扱に不便等の問題がある。また、測定
時に電線に大きな張力がかかり測定途中の断線が多く測
定の成功率は良くとも70〜80%どまりである。
【0008】本発明は上記問題点に鑑み、曲げや引っ張
り応力が働く高温の空間において分布測温できて、空間
分解能が高く、高炉内をデータの同時性を有しながら測
温でき、取扱が簡単で価格も安価に済むようにしたもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】この技術的課題を解決す
る本発明の技術手段は、引っ張り強度の高い線材2の外
周に光ファイバー3が螺旋状に卷回され、これら線材2
及び光ファイバー3の外周が保護管5で被覆され、線材
2の外周に保護テープ4が線材2と光ファイバ ー3との
間に介在されるように巻き付けられると共に、光ファイ
バー3の外周に保護テープ4が光ファイバー3と保護管
5との間に介在されるように巻き付けられてケーブル本
体6が構成され、ケーブル本体6の先端側が、金属パイ
プ9の中に挿通され、ケーブル本体6の先端部が固定部
材10を介して金属パイプ9に固定され、金属パイプ9
の基端側に可撓体15が接続され、ケーブル本体6の先
端側中途部が、金属パイプ9の可撓体15側に設けたコ
ンプレッションフィッティング17により止められてい
る測温ケーブル1を使用した測温方法であって、測温ケ
ーブル1をその測温部11側から高炉21の炉頂部の小
孔より順次高炉21内に挿入して、測温部11を鉱石や
コークスの装入物と共に降下させながら、光ファイバー
3へパルス光を外部より印加し、光ファイバー3中で発
生したラマン散乱光を検出して、高炉21内の装入物断
面の水平、垂直の同時測温する点にある。
【0010】
【作用】測温ケーブル1に大きな引っ張り力や曲げが働
いても、線材2の引っ張り強度や光ファイバー3の卷回
構造により光ファイバー3自体に力は働かず安全であ
る。更に、光ファイバー3を螺旋状に卷回しているた
め、測温ケーブル1の長手方向に対して実質的に空間分
解能が上がる。分解能を上げるには密に巻けばよいだけ
で、券回数を変えることにより分解能を調整することが
可能である。また、測温ケーブル1を構成する資材が光
ファイバー3を除いては金属製であるため、熱伝導性が
よく測温時の応答性もよくなる。このようにして光ファ
イバー3によるOTDR測温の欠点をすべて解決するこ
とができ、また、測温ケーブル1のあらゆる点を測温点
とすることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1及び図2において、1は高炉炉内を測温する
ための測温ケーブルで、直径27mmのより線ワイヤ等
で構成した引っ張り強度が高くかつ可撓性のある線材2
の外周に、2条の光ファイバー3(1条は断線に対する
予備)が螺旋状に卷回され、これら線材2及び光ファイ
バー3の外周に、製造時に光ファイバー3を傷つけない
ように保護するため薄いアルミ箔や編組ガラス繊維等の
保護テープ4が巻き付けられ、更にその外周に光ファイ
バー3を保護する薄肉の保護管5が被覆されてケーブル
本体6が形成されている。この場合、長尺物を保護管5
に挿入することは困難であるため、保護管5は気密性に
欠けるがコルゲート状のパイプを巻き付ける方式とされ
ている。ケーブル本体6の外径は36mm程度になって
いる。
【0012】前記ケーブル本体6の先端側は、図3及び
図4に示すように金属パイプ9の中に通されその先端部
が固定部材10を介して金属パイプ9に固定され、これ
により測温ケーブル1の先端側に直線状態を保持する測
温部11が形成されている。金属パイプ9は、SGP6
5A、sch80の肉厚の材料で構成され、長さは34
00mm程度である。この金属パイプ9には炉内装入時
にガスの通気性を良くするために適当な間隔で孔12が
開けられている。
【0013】ケーブル本体6の他端側は、金属パイプ9
に接続された可撓体15を経て図7に示すように温度測
定器16に接続されている。また、ケーブル本体6は、
金属パイプ9の可撓体15側に設けたコンプレッション
フィッティング17によりずれないように強固に止めら
れている。温度測定器16は、図8に示すようにレーザ
18とビームスプリッタ19とコントーラ20とを有
し、レーザ18から光パルスをビームスプリッタ19を
通して測温ケーブル1の光ファイバー3に入射する。光
パルスが光ファイバー3を伝搬するに従い光ファイバー
3内の各部でラマン散乱光が発生し、そのラマン散乱光
がビームスプリッタ19に戻るので、これを光観測器及
び信号処理器で処理して温度、位置を特定して温度分布
を測定する。
【0014】なお、ここで温度分布測定の原理を簡単に
説明すると、光ファイバー3中で発生するラマン散乱光
の強度を検出することにより温度の情報を、又、光パル
スを入射してからラマン散乱光が検出されるまでの遅れ
時間を測定することにより、光ファイバー3に沿った方
向の距離情報を得る。この距離の値は、次の式から求ま
る。
【0015】 距離=(C/2n)×Δt C ; 真空中の光速度 n ; 光ファイバー屈折率 Δt; 光パルス入射からラマン散乱光検出までの遅れ
時間 一方、温度の値はラマン散乱光中のストークス成分と反
ストークス成分の強度比を求めることにより得られる。
【0016】そして、測温ケーブル1を、図5及び図6
に示すように高炉21外から高炉21内の鉱石やコーク
ス等の装入物のストックライン上に置くことにより、測
温部11は高炉21内の装入物断面の水平部分の温度を
測定する。高炉21内の装入物断面の垂直部分は、測温
部11の時系列的変化でも知ることができるが、高炉2
1内に入っているケーブル本体6は、いずれの部分も測
温可能であるため、同一時点において垂直部分の温度測
定が可能である。光ファイバー3が石英系のものであれ
ば、従来法のK熱電対と略同じ1200°C位まで短時
間測定は可能である。この場合の測温データは図9に示
すようになる。高炉21の測温としての理想は、CTス
キャナのように高炉21内の3次元的な温度分布の把握
であるが、図6に示すようにこの測温ケーブル1を高炉
21の周囲から挿入することにより軟化融着帯22の形
状をかなり良い精度で知ることも可能である。
【0017】なお、測温ケーブル1は消耗型であり、こ
の点では従来方法と同様に測定終了後、高炉21内に廃
棄する。なお、前記実施例では、ケーブル本体6の先端
側は、金属パイプ9の中に通されて、測温ケーブル1の
先端側に直線状態を保持する測温部11が形成されてい
るが、測温ケーブル1に金属パイプ9乃至直線状態を保
持する測温部11を設けず、図10に示すように引っ張
り強度の高い線材2の外周に1条の光ファイバー3が螺
旋状に卷回され、これら線材2及び光ファイバー3の外
周が保護管5で被覆されたのみの測温ケーブル1を使用
して測温するようにしてもよい。この測温ケーブル1
は、例えば、瞬時にかつ広い範囲の温度分布をデータの
同時性を保ちつつ測定する場合の燒結機(DL式)上の
温度分布を測定する場合にも使用することができる。即
ち、図11に示すように鉱ホッパ26からパレット27
上に鉱石28を供給し、パレット27で矢印a方向に搬
送する間に、点火炉29で鉱石28を加熱して、燒結鉱
30を得る燒結機31に本発明を適用し、線材2及び光
ファイバー3の外周が保護管5で被覆されたのみの測温
ケーブル1を、鉱石28と共にパレット27上に送出し
て被測温物である鉱石28側に配置し、測温ケーブル1
の光ファイバー3へパルス光を印加し、光ファイバー3
中で発生したラマン散乱光を検出して、被測温物である
鉱石を測温することができ、図12に示すような測定デ
ータを得る。
【0018】また、応用例として、石炭ヤードのように
貯炭時の蓄熱による自然発火の心配のある所でも石炭の
山の中に測温ケーブル1を挿入しておくことにより空間
的に密な分布測温が可能となる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、空間分解能が高く、曲
げや引っ張り応力が働く高温の空間において分布測温が
でき、しかも高炉内をデータの同時性を有しながら確実
に測温できる。また、測温ケーブル1が従来法の測温体
に比べシンプルな形状で済むため、取扱が簡単で機密性
を必要とする場所にも適用しやすいし、価格も安価にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す測温ケーブルの側断面
図である。
【図2】測温ケーブルの斜視図である。
【図3】測温ケーブル先端側の斜視図である。
【図4】測温ケーブル先端側の断面図である。
【図5】測温ケーブルを使用した測温方法を示す断面図
である。
【図6】測温ケーブルを使用した測温方法を示す概略図
である。
【図7】測定系統図を示す構成図である。
【図8】測定器のブロック図である。
【図9】測温データを示すグラフである。
【図10】他の実施例を示す測温ケーブルの側断面図で
ある。
【図11】他の実施例を示す測温方法を示す概略図であ
る。
【図12】同測温データを示すグラフである。
【図13】同測温データを示すグラフである。
【符号の説明】
1 測温ケーブル 2 線材 3 光ファイバー 5 保護管 11 測温部 21 高炉
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−52011(JP,A) 特開 昭64−32132(JP,A) 特開 平3−84102(JP,A) 特開 平3−102231(JP,A) 特開 平7−146183(JP,A) 実開 平5−33039(JP,U) 実開 昭59−144602(JP,U) 実開 平3−8734(JP,U) 実開 平4−56741(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01K 11/12 C21B 7/00 311

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】引っ張り強度の高い線材(2)の外周に光
    ファイバー(3)が螺旋状に卷回され、これら線材
    (2)及び光ファイバー(3)の外周が保護管(5)で
    被覆され、線材(2)の外周に保護テープ(4)が線材
    (2)と光ファイバー(3)との間に介在されるように
    巻き付けられると共に、光ファイバー(3)の外周に保
    護テープ(4)が光ファイバー(3)と保護管(5)と
    の間に介在されるように巻き付けられてケーブル本体
    (6)が構成され、ケーブル本体(6)の先端側が、金
    属パイプ(9)の中に挿通され、ケーブル本体(6)の
    先端部が固定部材(10)を介して金属パイプ(9)に
    固定され、金属パイプ(9)の基端側に可撓体(15)
    が接続され、ケーブル本体(6)の先端側中途部が、金
    属パイプ(9)の可撓体(15)側に設けたコンプレッ
    ションフィッティング(17)により止められている測
    温ケーブル(1)を使用した測温方法であって、測温ケ
    ーブル(1)をその測温部(11)側から高炉(21)
    の炉頂部の小孔より順次高炉(21)内に挿入して、測
    温部(11)を鉱石やコークスの装入物と共に降下させ
    ながら、光ファイバー(3)へパルス光を外部より印加
    し、光ファイバー(3)中で発生したラマン散乱光を検
    出して、高炉(21)内の装入物断面の水平、垂直の同
    時測温することを特徴とする測温方法。
  2. 【請求項2】 前記引っ張り強度の高い線材(2)の外
    周に前記光ファイバー(3)が2条螺旋状に卷回され、
    一方の光ファイバー(3)が断線に対する予備用とされ
    ていることを特徴とする請求項1に記載の測温方法。
  3. 【請求項3】 前記保護管(5)がコルゲート状のパイ
    プにより構成されていることを特徴とする請求項1に記
    載の測温方法。
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