JP2822875B2 - 溶融金属温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高炉の溶銑等の溶融
金属の温度を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、炉内に鉄鉱石、コ
ークス、その他石灰石等の副原料を充填し、炉の下部か
ら熱風を吹き込んでコークスを燃焼させ、発生する熱と
還元ガスにより鉄鉱石を還元させて溶銑を得ている。こ
の溶銑は、炉の下部に設けられた出銑口から鉱滓ととも
に取り出され、通常この操作を出銑と呼んでいる。コー
クスの燃焼に伴い炉内の充填物が降下するので、炉の上
部から原料等を装入し適正な充填物レベルを保持してい
る。

【０００３】高炉操業では、このような物質収支、熱収
支等を始め種々のバランスを保ちながら定常操業を行う
ことが重要である。特に高炉の炉内の熱レベルは、炉内
の反応状況等の炉内状況を反映しコークス等の消費量に
影響する。そこで、高炉の熱レベルを正確に把握するこ
とは、炉内状況の変化の早期検知や原料コストの低減の
観点から非常に重要である。

【０００４】高炉の熱レベルは、生成した溶銑の温度に
顕著に現れることから、溶銑温度を正確に測定すること
が望まれている。高炉における溶銑温度の測定には、従
来技術として次のような装置や方法がある。

【０００５】（１）浸漬型熱電対：出銑口から出た溶銑
は、溶銑樋を経てスキンマという鉱滓除去装置に入り、
鉱滓を溶銑上に浮上させて取り除く。このスキンマに溜
まっている溶銑の温度を、使い捨ての浸漬型熱電対で測
定する。 （２）保護管付熱電対：上記と同様にスキンマに溜まっ
た溶銑の温度を、耐火物製の保護管内にセットした熱電
対で測定する。

【０００６】（３）保護管付放射温度計：特開平４−３
４８２３６号公報に記載されている技術で、先端部に小
孔を開けた耐火物製の保護管を、内部を不活性ガスでパ
ージしながら溶融金属に浸漬する。温度測定は、小孔の
部分に見える溶銑の放射温度を放射温度計で測定する。
このように溶融金属の内部の温度を測定しているのは、
溶融金属の表層部は、大気への熱放散異物や表面酸化状
況の不均一による放射率の変動により、溶融金属の内部
とは温度が異なるからである。

【０００７】（４）光ファイバ温度計：特開平４−３２
９３２３号公報に記載されている技術で、溶銑等の高温
融体に熱電対に比べて耐久性がある光ファイバを浸漬
し、光ファイバ内に入った光を他の端に取り付けた放射
温度計で測定する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、いずれも
スキンマ等の溶銑の溜まった箇所で温度測定するための
装置である。しかしながら、スキンマにおける溶銑は、
温度が安定するまで溶銑の出銑を開始してから数十分を
要する。これは、溶銑樋とスキンマが定常状態になるま
での間、溶銑から大量の熱を奪うためである。従って、
従来技術ではいずれの技術も、この期間の溶銑温度がか
なり低めになるという問題点がある。

【０００９】これを解決するには、出銑口から噴出して
いる溶銑の温度を測定すればよい。しかしながら、出銑
口から噴出している溶銑の噴出量は５〜１０Ｔ／分であ
り、流速にすると７〜１４ｍ／秒前後になる。従来技術
は、このように高速で噴出する溶銑の温度測定に適用す
ると、次のような問題点がある。

【００１０】（１）浸漬型熱電対：この技術は、熱電対
の温接点が、溶銑に浸漬することにより短時間（数秒）
で溶損するので、連続的に温度測定することができな
い。また断続的に温度測定する場合も、その都度熱電対
を交換する必要があり、作業性が悪い。

【００１１】（２）保護管付熱電対：この技術は、保護
管を溶銑に浸漬したまま連続的に温度測定することが可
能であるが、耐火物の耐久性が問題で、溶銑への浸漬の
繰り返しにより容易に割れを生じる。特に、溶銑等の溶
融金属の噴流に挿入すると、保護管の損耗が激しく折損
し易くなり、熱電対を損傷する。機械的強度を高めるた
めに保護管の肉厚を厚くすると、保護管の内外に温度差
を生じて、溶銑の温度測定が不可能となる。

【００１２】（３）保護管付放射温度計：この技術は、
耐火物製の保護管内部のパージ用ガスのガス圧の調整が
難しい。ガス圧が少し低下すると保護管先端部の小孔か
ら溶銑が侵入し、逆に少し高くなると、ガスの吹き出し
量が多くなり小孔付近の溶銑の表面が冷却され、表面温
度が溶銑内部の温度より低くなる。溶銑等の溶融金属の
噴流の内部では、溶融金属の流速が常に大きく変動して
いるので、保護管先端部の小孔における圧力も大きく変
動している。従って、保護管内のパージガスの圧力を溶
融金属の圧力変動に追随させるのは困難であり、ガスの
吹き出しと溶銑の侵入が避けられない。

【００１３】（４）光ファイバ温度計：この技術は、動
きが穏やかな溶銑の中に光ファイバを挿入する技術であ
り、溶銑等の溶融金属の噴流に対しては適用できない。
溶銑等の溶融金属の噴流の中に光ファイバを挿入しよう
としても、弾き出され挿入できないのである。そこで、
光ファイバの素線より径の太い石英ガラスの棒を用いる
と、噴流の中に挿入することは可能となるが、今度は噴
流の動圧により折れるという問題点が出てくる。

【００１４】このように、従来技術では溶銑等、高速か
つ多量に噴出する溶融金属の噴流の中に、温度センサを
挿入することは困難であり、溶融金属の噴流の内部の温
度を測定することができない。また、溶融金属の周辺に
は有害ガスやヒューム等を伴うことが多く、近くで温度
測定することは高熱環境であることに加えて、作業環境
や安全性の点でも問題である。本発明は、溶銑等の溶融
金属の噴流の温度を、連続的に測定し、かつ、測定作業
の環境や安全性を改善するための装置を提供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、放射温度
計と、この放射温度計に接続されかつ金属管で被覆され
た光ファイバと、この光ファイバを所定の速度で送り出
す送り出し機構と、送り出された光ファイバをガイドし
溶融金属内に送り出すガイド部と、ガイド部に取り付け
られ、ガイド部の先端部を所定の位置に移動させる駆動
装置とを備えた溶融金属温度測定装置である。

【００１６】第２の発明は、更に、前記駆動装置を制御
する駆動制御装置を備え、この駆動制御装置は、溶融金
属温度の測定位置への他の物体の接近を知らせる信号を
受信すると、前記駆動装置を制御してガイド部を退避さ
せることを特徴とする溶融金属温度測定装置である。

【００１７】

【作用】放射温度計は、通常の光ファイバ温度計に用い
るものを用い、光ファイバにより送られて来る光のエネ
ルギや波長の分布から温度を測定する。この発明で用い
る光ファイバは金属管で被覆されており、送り出し機構
により所定の速度で送り出される。

【００１８】送り出し機構から送り出された光ファイバ
は、ガイド部により測定対象まで導かれる。このガイド
部は、放射温度計や送り出し機構を、温度測定対象から
隔離して溶融金属の熱放射やヒューム等から保護するた
めに必要である。ガイド部には駆動装置が取り付けられ
ており、温度測定の際は、その先端部が溶融金属の噴流
等に接近した位置に移動される。

【００１９】ガイド部の先端部から送り出された光ファ
イバは、金属で被覆されているので剛性があり、噴流か
ら弾き出されずに溶融金属の中に挿入される。光ファイ
バがある程度溶融金属内に挿入されると、光ファイバの
金属被覆が溶損する。金属被覆が溶損すると、溶融金属
の噴流により光ファイバの素線（石英ガラス等）が折損
し、この部分が光ファイバの端部となる。この端部の周
囲の溶融金属からの熱放射の光は、この端部から光ファ
イバに入射し、放射温度計まで導かれて温度測定が行わ
れる。

【００２０】なお、送り出し機構は、送り出し速度を所
定の値あるいはそれ以上に設定できることが必要であ
る。これにより、溶融金属の外部あるいは表層部では光
ファイバの金属管被覆が溶損せず、溶融金属の内部まで
光ファイバが挿入されるので、溶融金属内部の温度が測
定できる。

【００２１】第２の発明では、駆動制御手段が、他の物
体が温度測定位置へ接近することを知らせる信号を受信
すると、駆動装置を制御する制御信号を出力する。駆動
装置は制御信号に従い作動してガイド部を温度測定位置
から退避させる。その結果、ガイド部と他の物体との衝
突が防止される。

【００２２】

【実施例】図１は、発明の実施例を示す図である。図
中、１は溶融金属の噴流、１０は放射温度計、２０は金
属管で被覆された光ファイバ、２５は回転ドラム、３０
は送り出し機構、３１はピンチロール、３２はモータ、
４０はガイド部、４１はガイド部の先端部、４５はガイ
ドパイプ、４７は支持枠、５０は駆動装置、６０は送り
出し速度制御装置、７０は送り出し速度検出器、８０は
駆動制御装置、９０は物体検出装置をそれぞれ示す。

【００２３】金属管被覆の光ファイバは、通常の光ファ
イバと同様回転ドラム２５に巻かれている。光ファイバ
２０の巻き始めの部分は、回転式光コネクタで固定側の
光ファイバと光学的に接続されており、回転ドラム２５
が回転している最中も温度測定が可能となっている。光
ファイバ２０の素線は石英ガラス製で直径５０μｍ、被
覆管はステンレス製で外径３．２ｍｍ、肉厚０．２ｍｍ
である。ここで、素線径には特に制限はない。被覆管の
径は、あまり太いとガイドパイプ４５の中を通過しにく
くなり、細すぎると座屈し易くなるため送り出しに支障
を来す。

【００２４】送り出し機構３０は、ピンチロール３１、
３１で金属管被覆の光ファイバ２０を挟み、所定の送り
出し速度でピンチロールをモータ３２により回転させ
て、金属管被覆の光ファイバ２０を送り出す。送り出し
速度は、この実施例では０〜６００ｍｍ／秒の範囲で可
変である。送り出し機構３０には、この実施例では送り
出し速度の速度制御装置６０と送り出し速度の検出器７
０が備えられており、送り出し速度を一定に保持してい
る。これらの検出器７０と速度制御装置６０は、適切な
送り出し速度が得られている場合省略してもよい。

【００２５】ガイド部４０は、金属管被覆の光ファイバ
２０を通すためのガイドパイプ４５と支持枠４７からな
り、支持枠４７はガイドパイプ４５の機械的強度を補強
している。ガイドパイプ４５は、この実施例ではステン
レス製で内径は５ｍｍである。

【００２６】ガイドパイプ４５の内部には、冷却も兼ね
てパージ用のガスを流す。ガイドパイプの入口の部分に
は、パージ用のガスの漏れを少なくするために何らかの
シールを設けてもよい。但し、Ｏリング等で完全にシー
ルすると、光ファイバの送り出しの抵抗となるので、シ
ール手段はパージ用ガスの供給量との兼ね合いで決め
る。通常は、金属管被覆の光ファイバ２０が抵抗なく通
過できる程度の孔の開いた口金や、ガイドパイプの内径
をその程度に絞っておくことで、多少の漏れはあるが実
用上十分である。

【００２７】ガイド部４０の先端部４１は、溶融金属の
飛沫等によるガイドパイプ４５の溶損を防ぐため、耐火
物の被覆で保護されている。耐火物にはこの実施例では
マグネシア系の耐火物を用いた。ガイド部の先端部４１
の内径は、小さい方がパージ用のガスが少量で済み、ま
た、その周辺の溶融金属の温度を下げずに済むので温度
測定の精度の点からも望ましい。

【００２８】ガイド部４０に取り付けられた駆動装置５
０は、この実施例ではガイド部４０の支持枠４７に電動
シリンダを取り付けたものである。駆動装置５０の動力
としては、その他、油圧、モータ等、動力を発生するも
のであれば何でもよい。また、この実施例ではガイド部
４０全体が水平軸の回りに傾転動作をするが、これも、
目的に合わせ上下・左右の動作を適宜組み合わせてよい
ことは言うまでもない。実施例では、溶銑温度を測定す
る位置に、別の作業機械（マッドガン）が来て出銑口の
開閉作業を行うので、この作業機械との衝突を避けるた
め上方の位置を退避位置としている。

【００２９】駆動制御装置８０はマイクロコンピュータ
で、ガイド部４０の駆動装置５０を制御し、ガイド部の
先端部４１を測定対象の近くに移動する。また、マッド
ガンの操作盤から作業開始の信号が出されたり、あるい
は、物体検出装置９０からマッドガン等の作業機械の接
近を知らせる信号が出されると、ガイド部４０を退避さ
せるために駆動装置５０を制御する。

【００３０】この実施例では、作業機械の接近の際、駆
動制御装置８０が、電動シリンダのロッドを伸ばす方向
に操作している。この操作は、ガイド部４０の急発進と
急停止を避けるため、駆動の初期と末期は電動シリンダ
の動きが小さくなるようプログラムされている。なお、
ガイド部４０の位置検出には、実施例では簡単のためリ
ミットスイッチを用いたが、エンコーダ等を用いれば更
にきめ細かい制御が実現できる。なお、駆動制御手段８
０は、溶融金属の噴流中への光ファイバの挿入位置の位
置決めにも用いることができるのは、言うまでもない。

【００３１】図２は、図１の実施例の装置を用いて、種
々の光ファイバの送り出し速度に対して、溶銑の温度を
測定した結果を示す図である。図の縦軸は温度測定値、
横軸は測定時間を示す。送り出し速度が４００ｍｍ／秒
では測定値は一定となった。従って、送り出し速度が４
００ｍｍ／秒の場合の測定値が、溶銑の温度を示してい
ると考えられる。それより遅い場合は測定値がやや低め
となり、３００ｍｍ／秒では測定値が１〜２℃低め、１
００ｍｍ／秒では測定値が３〜４℃低めとなっている。

【００３２】これより、化学反応の解析等、±２℃の精
度で溶銑温度を求める場合は、送り出し速度を３００ｍ
ｍ／秒以上とすればよい。また、通常の高炉操業の管理
のためには、±５℃の精度で溶銑温度を求めるので、１
００ｍｍ／秒程度とすればよいことがわかる。なお、高
炉操業の管理とは、例えば、脱硫工程を良好に維持した
り、炉内温度の低下等、高炉操業が非定常状態に至るよ
うな現象や事故を防止したりすることである。

【００３３】図３は、この発明の装置を溶銑の温度測定
に適用した場合の温度測定結果を、従来技術と比較した
結果を示す図である。測定条件は図２の場合と同じで、
送り出し速度を４００ｍｍ／秒とし、パージ用ガスとし
て、窒素ガスを２Ｎｍ³ ／ｈの流量で、ガイド部のガイ
ドパイプ内に供給して測定した。従来技術は前述の
（１）浸漬型熱電対であり、スキンマに溜まった溶銑の
温度を、消耗型熱電対を用いて測定した結果である。

【００３４】従来技術では、出銑初期は、溶銑を出銑口
からスキンマまで導く樋に熱を奪われるため、出銑末期
に比べてかなり溶銑温度が低下している。図で見ると、
出銑開始から２５分経過後でも２０℃低く、１０℃以内
となるのに４０分、５℃以内となるのには１時間かかっ
ている。発明の装置を用いると、溶銑の温度を噴流の中
で測定しているので、出銑開始からの時間にかかわら
ず、一定の値が得られており溶銑温度が随時かつ正確に
測定できることを示している。

【００３５】

【発明の効果】この発明により、溶融金属の噴流の内部
の温度を連続的に測定することが可能となる。溶融金属
の温度測定が、自動化されるので、測定作業の安全性が
向上し省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施例を示す図。

【図２】光ファイバの送り出し速度と温度測定結果の関
係を示す図。

【図３】発明の装置による溶銑の温度測定結果を従来技
術と比較した結果を示す図。

【符号の説明】

１０ 放射温度計 ２０ 金属管で被覆された光ファイバ ３０ 送り出し機構 ４０ ガイド部 ４１ ガイド部の先端部 ５０ 駆動装置 ８０ 駆動制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−248960（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−19727（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 5/02 G01J 5/08 C21B 7/00 312

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射温度計と、この放射温度計に接続さ
   れかつ金属管で被覆された光ファイバと、この光ファイ
   バを所定の速度で送り出す送り出し機構と、送り出され
   た光ファイバをガイドし溶融金属内に送り出すガイド部
   と、ガイド部に取り付けられ、ガイド部の先端部を所定
   の位置に移動させる駆動装置とを備えた溶融金属温度測
   定装置。
2. 【請求項２】 前記駆動装置を制御する駆動制御装置を
   備え、この駆動制御装置は、溶融金属温度の測定位置へ
   の他の物体の接近を知らせる信号を受信すると、前記駆
   動装置を制御してガイド部を退避させることを特徴とす
   る請求項１の溶融金属温度測定装置。