JP3175510B2

JP3175510B2 - 光ファイバーによる高温液体の測温装置

Info

Publication number: JP3175510B2
Application number: JP31795994A
Authority: JP
Inventors: 昌紀狛谷; 智生井澤; 和哉藪田; 剛村井; 一郎菊地; 秀昭水上; 徹向井; 由紀男石口; 恭資白崎; 喜美小松
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH0875553A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバーを用い
て高温液体の温度、例えば炉内の溶湯温度等を計測する
装置に関し、特に連続的な温度測定が可能な測温装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炉内の溶湯温度を計測する方法として
は、従来、例えば転炉等に於いてはサブランス方式また
は人力による熱電対計測法が実施されている。

【０００３】サブランス方式では、炉（容器）の原材料
投入口等から、ランス状可動体のランス先端に取付けら
れた測温体によって温度計測が実施される。

【０００４】従ってサブランス方式においては、次のよ
うな不都合があった。（１）炉（容器）の大きさに比例して測温装置が巨大化
する。（２）測温体が１回限り使用の使い捨てのために、測温
毎に測温体の取替をする必要があり、その取替装置が付
属的に必要となる。（３）測温毎に消耗式熱電対の取替を要するために、操
業時の溶融温度の測定は間欠的にならざるを得ず、また
測温体を使い捨てる経済的な理由により頻繁に測温する
ことが出来ない。従って処理終点の実績温度と目標温度
とが必ずしも一致せず、エネルギーロスの発生、生産コ
ストの上昇並びに生産性の阻害等が生じることもあっ
た。

【０００５】サブランス方式においては、上述のように
連続的に測温することが困難であるために、炉内温度を
連続的に測温する方法が従来から種々検討されてきた。

【０００６】炉内の温度を連続的に測定する方法の従来
技術としては、例えば特開昭６１−９１５２９号公報に
開示されたものがある。

【０００７】この測温法は、光ファイバーを用いて炉内
の測温をするものであるが、測温ノズル先端部に光ファ
イバー先端が固定されているため、測温ノズル先端から
吹込んでいるガス層を通して測温することになり、測定
精度上大きな問題がある。また、光ファイバー先端は高
温に長時間さらされていることになり、経時変化による
測定精度の問題等もある。

【０００８】また、特開昭６３−２０３７１６号公報に
開示されたものもある。この測温方法においては、溶鋼
温度を連続的に測定して、吹錬中及び終点の温度が目標
値になるようにし、昇温速度の変化率から終点での成分
量を推定する溶鋼の精錬制御方法において、「転炉等の
反応容器の底部、側壁、あるいは上部から光ファイバー
を溶鋼中に浸漬し、光ファイバーと接続する放射温度計
により溶鋼温度を連続的に測定する方法を用いることが
できる」と記載されているが、その具体的な記述はな
く、技術的内容は不明である。

【０００９】本願出願人は、特開平５−２４８９６０号
公報において、金属管被覆光ファイバーの先端部を測温
エレメントとして溶鋼中に挿入し、この光ファイバーの
先端部では黒体放射条件が成立するという計測原理を用
い、前記光ファイバーの他端に放射温度計を接続し温度
計測を行なう装置、並びに前記金属管被覆光ファイバー
を送り出すと共に巻戻す光ファイバー搬送手段を設け
て、溶鋼の温度計測を行なう時間のみ、前記金属管被覆
光ファイバーの先端部を短時間溶鋼中に挿入し、計測完
了後直ちにその先端部を引上げ、この測温エレメントと
して使用した先端部は切断し、次の計測時には新しい先
端部を用いて計測する温度測定装置を示した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記特開
平５−２４８９６０号公報による温度測定装置は、間欠
的な測温装置であり、また一定時間又は測温毎に測温エ
レメントとして使用した光ファイバー先端部の切断を要
していた。

【００１１】従って、この装置では長期間の連続測定が
できないという問題点があった。

【００１２】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、光ファイバーを用いて高温液体
の温度、例えば炉内の溶湯温度等の長期間連続測定が可
能で、且つ応答性が早く、測定精度も良い光ファイバー
による測温装置を得ることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
ーによる高温液体の測温装置は、高温液体を保持する容
器の壁を貫通して先端が前記高温液体に接触するように
配置された測温ノズルと、金属管被覆光ファイバーの先
端を前記測温ノズルの後端側から挿通させて前記容器内
の高温液体中に連続的または断続的に送り出す光ファイ
バー供給手段と、前記測温ノズルに対してノズル詰り防
止ガスを供給するガス供給手段と、前記金属管被覆光フ
ァイバーの後端に接続され前記高温液体の温度を計測す
る放射温度計とから構成され、前記測温ノズルは、断面
中央部に前記金属管被覆光ファイバーを通過させる貫通
孔を有するセラミックス製の長さ１５０ｍｍ以下の短管
を複数本長手方向に接続させた内管と、この内管を内蔵
する金属製の外管とから構成されるものである。

【００１４】また、高温液体を保持する容器の壁を貫通
して先端が前記高温液体に接触するように配置された測
温ノズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温
ノズルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中
に連続的または断続的に送り出す光ファイバー供給手段
と、前記測温ノズルに対してノズル詰り防止ガスを供給
するガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後
端に接続され前記高温液体の温度を計測する放射温度計
とから構成され、前記測温ノズルは、断面中央部に前記
金属管被覆光ファイバーを通過させる貫通孔を有するセ
ラミックス製の長さ１００ｍｍ以下の嵌合構造を有する
短管を複数本長手方向に接続させて構成されるものであ
る。

【００１５】

【作用】本発明においては、光ファイバー供給手段によ
り、金属管被覆光ファイバーの先端を、測温ノズルを挿
通させて連続的又は断続的に高温液体中に送り出し、前
記巻込まれた金属管被覆光ファイバーの後端に接続され
た放射温度計により、容器内の高温液体の温度を計測す
る。

【００１６】測温中、測温ノズルの先端部は前記容器内
の高温液体に接触し、先端部から測温ノズルの内壁と前
記光ファイバーとの隙間に高温液体が入り込み、測温ノ
ズルを閉塞させようとするので、測温ノズルの容器外に
出ている後端部側から前記隙間に、ノズル詰り防止ガス
を供給して、測温ノズルの先端が高温溶液により閉塞さ
れるのを防止する。

【００１７】ところで、測温ノズルを、高温液体を保持
する耐火物の容器にステンレス管等の金属管を埋め込ん
だ構造のものとすると、例えば精錬温度が１６００℃を
超えるような鋼の精錬の場合には、ステンレス管等の金
属管は溶融してしまう。

【００１８】金属管が溶融すると、金属管被覆光ファイ
バーと溶融した金属管とが溶着してしまい、光ファイバ
ーを継続して供給することができなくなる。

【００１９】金属管の溶融を防止しようとして、ノズル
詰り防止ガスを増加させると、測温ノズルの先端にマッ
シュルーム（溶融金属が部分的に凝固したスポンジ状の
塊）が形成され、このマッシュルームによって測温ノズ
ルが閉塞されるので、この場合も金属管被覆光ファイバ
ーの供給ができなくなる。

【００２０】従って、本発明では、測温ノズルを、断面
の中心に金属管被覆光ファイバーを供給するための貫通
孔を有する耐火物（鋼の精錬の場合にはＭｇＯ−Ｃレン
ガ等）で構成することにした。

【００２１】また、溶融金属を収容する内張りが耐火物
製の容器においては、耐火物の厚みが１０００ｍｍ以上
にもなり、このような耐火物に単に穴を開けただけの構
造のノズルでは、熱応力等によりこの穴を起点として耐
火物の破断が起こり、ノズル詰り防止ガスが洩れ、溶湯
が測温ノズルの先端より侵入して、測温ノズルが詰った
り、破断した部分で光ファイバーがひっかかってしま
い、光ファイバーの安定供給ができなくなる。

【００２２】このため、本発明においては、測温ノズル
を、断面中央部に前記金属管被覆光ファイバーを通過さ
せる貫通孔を有するセラミックス製の長さ１５０ｍｍ以
下の短管を複数本長手方向に接続させた内管と、この内
管を内蔵する金属製の外管とから構成させ、熱応力等に
より測温ノズルが破損するのを防ぐようにした。

【００２３】従って、本発明においては、測温ノズルに
金属管を用いたときに発生する、金属管の溶損に基づく
光ファイバー供給不能や、単に耐火物に穴を開けたとき
の熱応力等による破断に起因する光ファイバー供給不能
という事態が回避でき、光ファイバーを溶融金属中に直
接供給して、長時間安定して連続的に測温することがで
きる。

【００２４】また、このようにすることで、金属管被覆
ファイバーは、測温ノズルを構成する金属管と直接接触
しないので、融着しない。

【００２５】さらに、内管は長さ１５０ｍｍ以下の短管
を複数本接続したものであるので、長尺単体のものと異
なり熱応力や熱衝撃が分散され、破断しにくいのでノズ
ル詰り防止ガスが洩れることはない。

【００２６】ここでセラミックス管の長さを１５０ｍｍ
以下としたのは、これ以上の長さにすると熱応力等によ
り破断される恐れがあるからである。

【００２７】この測温ノズルの場合には、光ファイバー
を溶融金属中に直接供給して、長時間安定して連続的に
測温することができる。

【００２８】また、同じような理由から、前記測温ノズ
ルを断面中央部に前記金属管被覆光ファイバーを通過さ
せる貫通孔を有するセラミックス製の長さ１００ｍｍ以
下の嵌合構造を有する短管を複数本長手方向に接続させ
た構造としてもよい。

【００２９】このようにすると、金属管被覆ファイバー
は、測温ノズルを構成するセラミックスと溶着すること
もない。また、セラミックス管の長さを１００ｍｍ以下
とし、嵌合構造としているので、熱応力や熱衝撃を接続
部で緩和し、かつ周囲への通気抵抗が大きくノズル詰り
防止ガスが洩れることはない。

【００３０】ここでセラミックス管の長さを１００ｍｍ
以下としたのは、これ以上の長さにすると熱応力の緩和
効果が低減されるからである。

【００３１】

【実施例】図１は本発明に係る光ファイバーによる高温
液体の測温装置の構成を示すブロック図である。同図に
おいて、１０は光ファイバー供給装置であり、金属管被
覆光ファイバー１１、モータ１２、ローラ１３、送りコ
ントローラ１４、送り速度検出器１５、光ファイバード
ラム１６及び放射温度計１７により構成される。２０は
炉内に金属管被覆光ファイバー１１を挿入するための測
温ノズルであり、測温羽口ともいう。２１は測温ノズル
２０と結合される光ファイバーガイドであり、金属管被
覆光ファイバー１１を挿通させると共に、ノズル詰り防
止ガスが供給される。３０はノズル詰り防止ガス供給装
置であり、圧力／流量調整器３１、供給ガスコントロー
ラ３３、供給ガス生成部３４及びガス圧力検出器３５に
より構成される。４０は例えば転炉、電気炉等の炉であ
る。

【００３２】本発明に係る光ファイバーによる高温液体
の測温装置は、高温液体の温度、例えば炉内の溶湯温度
を測定する場合に、金属管被覆光ファイバー１１の先端
部をノズル詰り防止ガス（例えば窒素ガスＮ₂ ）と共
に、直接炉内の溶融金属又はスラグに挿入して、この金
属管被覆光ファイバー１１の先端部が高温により溶損す
るので、この溶損した分だけ新しい光ファイバーを絶え
ず送り出して供給を続けることにより連続的な温度測定
を可能とするものである。

【００３３】ここで光ファイバーに金属管を被覆した構
造とするのは、光ファイバー供給装置１０により光ファ
イバーを炉内に送り込む際に、ノズル詰り防止ガスの圧
力が光ファイバーに印加されるので、この加圧に対する
強度確保と、内部の光ファイバーを保護するためであ
る。

【００３４】この光ファイバーを被覆する金属管には例
えばステンレス管を使用する。このステンレスの融点は
１４００〜１４３０℃程度であるから、高温の溶鋼中に
挿入しても直ちに溶けず、数秒間は光ファイバーを保護
している。またこの実施例では、光ファイバーも１６０
０℃以上の軟化点を有する石英系ガラスで形成されてい
るから、短時間は溶融せずにその形状を保持することが
できる。

【００３５】この実施例における金属管被覆光ファイバ
ー１１は、外径が１．２ｍｍのものが使用されている。

【００３６】測温ノズル２０は、例えばレンガ又はセラ
ミックスにより構成されたもの、または内側をセラミッ
クスとした金属の単管により構成されたもの等があり、
さらに、前記の内側をセラミックスとした金属の単管に
より構成された測温ノズルの外側に同芯に金属管を設
け、内側の測温ノズルの外径と外側の金属管の内径との
間に設けられた空隙がノズル詰り防止ガス供給装置３０
に接続される二重管構造のものもある。

【００３７】測温ノズル２０は、その一端が高温液体に
接し、その他端は光ファイバーガイド２１と気密に結合
され、この光ファイバーガイド２１側から金属管被覆光
ファイバー１１が挿通され、高温液体に挿入される。

【００３８】また測温ノズル２０の内径と前記金属管被
覆光ファイバー１１の外径との間には空隙が設けられ、
この空隙には光ファイバーガイド２１を介してノズル詰
り防止ガスが吹込まれる。

【００３９】図２は本発明の光ファイバーによる高温液
体の測温装置の測温ノズル２０の第一の実施例を示す説
明図であり、（ａ）は測温ノズルの縦断面図、（ｂ）は
アルミナ管の接続方法を示す説明図である。

【００４０】この測温ノズル２０は、炉を構成する炉壁
耐火物４１を貫通して配置され、光ファイバー１１を挿
通させるための内径２ｍｍ、長さ７５ｍｍのアルミナ短
管６２を複数本接続した内管６１と、この内管６１を内
蔵する内径４ｍｍの金属管（ＳＵＳ３０４）の外管６５
とから構成されている。

【００４１】内管６１と外管６５の接続状態を説明する
と、外管６５も長さ７５ｍｍのステンレス短管６６を複
数接続したものであり、ステンレス短管６６の一端部内
壁に段付部を設け、この段付部とアルミナ短管６２の一
端外周面に設けたつば部を嵌合させて複合管とし、この
複合管を溶接で接続するようにしている。

【００４２】なお、セラミックス管は、アルミナの他
に、ジルコニアや窒化ボロン、あるいはＳｉ−Ａｌ−Ｏ
−Ｎ系のセラミックスでもよい。

【００４３】また、図３は本発明の光ファイバーによる
高温液体の測温装置の測温ノズル２０の第二の実施例を
示す縦断面図である。この測温ノズル２０は、炉を構成
する炉壁耐火物４１を貫通して配置され、光ファイバー
１１を挿通させるための内径３ｍｍ（外径７〜１０ｍ
ｍ）、長さ５２ｍｍのアルミナ短管７２を複数本接続し
たアルミナ管７１から構成されている。そして、アルミ
ナ短管７２の先端部７２ａと後端部７２ｂとには、隣合
うアルミナ短管７２が隙間なく嵌合できるような嵌合部
が形成されている。

【００４４】光ファイバーガイド２１は、光ファイバー
供給装置１０から連続的に送り出される金属管被覆光フ
ァイバー１１を、ノズル詰り防止ガス供給装置３０から
供給されるノズル詰り防止ガスと共に、測温ノズル２０
を通して炉４０内の溶湯に送り出す機能を有する。

【００４５】光ファイバーガイド２１の一端は測温ノズ
ル２０の高温液体に接しない方の一端と気密に接続さ
れ、その他端は、金属管被覆光ファイバー１１は通過で
きるが、ノズル詰り防止ガスは光ファイバー供給装置１
０側に漏洩しないように、例えば二重シール等が設けら
れた高度の気密構造になっている。また光ファイバーガ
イド２１の内径と金属管被覆光ファイバー１１の外径と
の間に設けられた空隙には、ノズル詰り防止ガス供給装
置３０からの配管が結合され、前記ガスが供給されてい
る。

【００４６】このように光ファイバーガイド２１は、測
温ノズル２０と別の部材で構成されてはいるが、光ファ
イバーをノズル詰り防止ガスと共に炉４０内に送り出す
機能は全く同一であり、広義では測温ノズル２０の一部
を構成する部材であるとみなすことができる。

【００４７】光ファイバーガイド２１と気密に接続され
た測温ノズル２０からは、金属管被覆光ファイバー１１
の送り出しと共に、ノズル詰り防止ガスが炉４０内の溶
湯に吹出される。

【００４８】この場合に、溶湯中におけるノズル詰り防
止ガスの浮上領域内では気泡が生成されるので、この気
泡生成領域内に金属管被覆光ファイバー１１の先端が入
ると、温度測定精度が低下する。従って、例えば測温ノ
ズル２０を水平面より下向にある傾斜角（例えば３０度
程度）をもたせて設置し、金属管被覆光ファイバー１１
の先端がガスの浮上領域内に入らないようにするのが望
ましい。

【００４９】光ファイバー供給装置１０は、光ファイバ
ーガイド２１及び測温ノズル２０を介して、金属管被覆
光ファイバー１１を連続的又は断続的に炉４０内に送り
出す機能を有する。

【００５０】このため、送りコントローラ１４は、モー
タ１２を駆動し、光ファイバードラム１６内にあらかじ
め巻込されている金属管被覆光ファイバー１１を送り出
すが、この場合に、送り速度検出器１５により光ファイ
バーの送り速度を検出し、この検出値により送り速度が
所定の値になるように制御を行なっている。

【００５１】この実施例では、光ファイバーの連続的な
送り速度は５ｍｍ／ｓｅｃとして、断続的な送り速度
は、１０ｍｍ／ｓｅｃで１０秒間送り出し、その後２０
秒停止する動作を繰返すようにしている。

【００５２】この光ファイバーの送り出しは、ノズル詰
り防止ガスと共に炉４０内に挿入される金属管被覆光フ
ァイバー１１の先端部が、時間の経過と共に、溶損して
ゆくので、この溶損した分だけ（即ち消耗した分だけ）
新しい光ファイバーを絶えず供給するために行なわれ
る。そしてこの新しい光ファイバーを絶えず供給するこ
とによって、連続的な温度計測が可能となる。

【００５３】送り速度検出器１５は、例えば単位時間内
におけるセンサ用ローラの回転角度から送り速度を求め
ることができ、この検出信号は送りコントローラ１４及
びノズル詰り防止ガス供給装置３０内の供給ガスコント
ローラ３３へ供給される。

【００５４】そしてこの送り速度検出器１５の検出値が
正常の範囲内であるか否かにより、光ファイバー送り出
しの難易状態を判別することができる。例えば測温ノズ
ル２０の先端が詰ってくると送り速度は低下してくる。
送りコントローラ１４は、送り速度が正常の範囲より低
下するとモータ１２の駆動を停止させ、装置の故障を防
止している。

【００５５】本発明においては、黒体放射条件が成立す
れば、その放射スペクトル分布から絶対温度が算出でき
るという計測原理を利用している。このため、炉４０内
に挿入された金属管被覆光ファイバー１１の先端より溶
湯が放射するスペクトル光を入力し、このスペクトル光
が光ファイバー内を伝播して放射温度計１７へ入力す
る。

【００５６】放射温度計１７には、例えば２波長の輝度
出力の比較から温度を求める２色温度計や放射光の輝度
出力から直接温度を求める赤外放射温度計等があり、入
力する光スペクトル信号からそれぞれの測定方式に従っ
て温度を算出し、この算出された温度信号は電気信号と
して出力され、例えば図示されない計録計等へ供給され
る。

【００５７】ノズル詰り防止ガス供給装置３０が光ファ
イバーガイド２１に供給するガスとしては、不活性ガス
（この例では窒素ガス）、酸化性ガス（この例では酸素
ガス）及び不活性ガスと酸化性ガスとの混合ガス（この
混合比は可変設定が可能である）の３種類のガスのいず
れかを選択して使用する。またこのガス種別の選択は、
光ファイバー供給装置１０による金属管被覆光ファイバ
ー１１の送り出しの難易状況に応じて、手動又は自動に
より行なわれる。なお、図１の実施例は、このガス種別
が自動選択される場合を示している。

【００５８】ノズル詰り防止ガス供給装置３０内の供給
ガスコントローラ３３は、ガス圧力検出器３５の検出信
号及び光ファイバー供給装置１０内の送り速度検出器１
５の検出信号を入力し、この２つの検出信号の値に応じ
て、前記３種類のノズル詰り防止ガスのいずれかを自動
的に選択し、この選択結果に基づく制御信号を、それぞ
れ圧力／流量調整器３１に供給する。

【００５９】圧力／流量調整器３１には、圧力調整器、
流量調整器、制御バルブ等が含まれており、それぞれ入
力される窒素ガス、酸素ガスを制御信号に従った圧力及
び流量として供給ガス生成部３４へ供給する。供給ガス
生成部３４では、窒素ガス、酸素ガスまたは両者の混合
ガスのいずれかが所定の圧力で生成され、ここから光フ
ァイバーガイド２１へ供給される。

【００６０】ガス圧力検出器３５は、供給ガス生成部３
４が光ファイバーガイド２１へ供給するガス圧力を検出
し、この検出値を供給ガスコントローラ３３へ供給す
る。これは、測温ノズル２０の先端が詰ってくると、供
給するガスの吹出し量が減少し、ガス圧力の検出値が上
昇するので、この検出値が正常の範囲内であるか否かに
より測温ノズル２０の先端の詰り状態を判別できるから
である。

【００６１】供給ガスコントローラ３３は、この供給ガ
ス圧力検出値と前記光ファイバー送り速度検出値とによ
り測温ノズル２０の先端の詰り状態を判断して、ガス種
別の自動選択を行なう。

【００６２】図１の実施例において、供給ガスコントロ
ーラ３３は、前記光ファイバー送り速度検出値及び供給
ガス圧力検出値が正常範囲の場合には、測温ノズル２０
及び炉４０内に挿入された金属管被覆光ファイバー１１
を保護するために、ノズル詰り防止ガスとして、冷却効
果のある不活性ガス（図１では窒素ガス）を選択してい
る。

【００６３】しかし不活性ガスを流す際に、その流量が
多過ぎると、測温ノズル２０の先端にマッシュルーム
（溶融金属が部分的に凝固したスポンジ状のかたまり）
が生成され、金属管被覆光ファイバー１１の挿入ができ
なくなる。

【００６４】また反対に不活性ガスの流量が少な過ぎる
と、測温ノズル２０の先端に溶湯が差しこむ。

【００６５】図１の例においては、圧力／流量調理器３
１により調整された光ファイバーガイド２１への窒素ガ
スの吹込量は、５．０Ｎｍ³ ／Ｈｒ（１３８９ｃｃ／ｓ
ｅｃ）とし、測温ノズル２０の先端でのガスの線流速
は、５０〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの範囲内で最適な値とな
るように調節している。またこの線流速を確保するため
には、測温ノズル２０の内径と、金属管被覆光ファイバ
ー１１の外径との比は、ほぼ１．５〜３．５の範囲とす
るのが最も好ましい。

【００６６】上記のように窒素ガスを吹込んで温度計測
を行なっても、炉４０内の測温ノズル２０の先端でのマ
ッシュルームの生成等により光ファイバーの送り速度が
低下し、供給ガス圧力が上昇することがある。

【００６７】この場合には、供給ガスコントローラ３３
は、ノズル詰り防止ガスとして、窒素ガスに酸素ガスを
所定の比率で混合した混合ガスを選択する。この混合ガ
スの混合比は可変設定が可能であるが、通常は測温ノズ
ル２０の保護の観点から、酸素ガスの混合比は最大でも
５０％までにとどめるのが良い。

【００６８】供給ガスコントローラ３３は、前記選択結
果に基づき圧力／流量調整器３１を制御し、前記所定の
混合比の混合ガスを生成させ、これを光ファイバーガイ
ド２１に吹込み、マッシュルーム等を溶解させて、その
付着を防止することができる。

【００６９】しかしながら強固なマッシュルーム付着等
により、混合ガスの吹出しでは、光ファイバーの送り速
度及び供給ガス圧力が正常範囲に戻らない場合があるの
で、この場合には、供給ガスコントローラ３３は、ノズ
ル詰り防止ガスとして、短時間だけ酸素ガスを選択し、
この酸素ガスによる溶解を行なうようにしている。

【００７０】図４はある転炉での下記の測定条件におけ
る光ファイバーを用いた温度測定結果の一例を示す図で
ある。（１）測温ノズル；型式：複合単管ノズル，ノズルの内
径／外径：４．０ｍｍ／８．０ｍｍ，材質：ＳＵＳ３０
４＋Ｓｉ₃ Ｎ₄ （２）光ファイバー；構造：ステンレス管被覆，外径：
１．２ｍｍ（３）ガス吹込み；種類：窒素ガス，吹込量：５．０Ｎ
ｍ³ ／Ｈｒ，吹出流速：１２１Ｎｍ／ｓｅｃ（４）光ファイバー送り速度；５ｍｍ／ｓｅｃ（連続）
又は１０ｍｍ／ｓｅｃ（断続）

【００７１】図４において、上下に変動している波形が
光ファイバーによる測定温度であり、精度確認のための
サブランス測定を間欠的に行ない、この際の熱電対によ
る測定温度を黒丸で示してある。光ファイバーによる測
定ピーク値と熱電対による測定値との差は、平均で４℃
であった。ここで測定温度１６００℃に対する誤差４℃
は、０．２５％の測定精度であり、かなりよい精度であ
った。

【００７２】また光ファイバーの送り速度が、連続で５
ｍｍ／ｓｅｃの場合と、１０ｍｍ／ｓｅｃで１０秒間送
出し、その後２０秒間停止の断続的の場合とで、ほぼ同
一の測定結果が得られた。

【００７３】またノズル詰りガスとして、必要に応じ
て、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスの吹込みを実施す
ることにより、光ファイバー挿入停止のトラブルは発生
しなかった。

【００７４】図５は、熱電対指示値（Ｔs ）と光ファイ
バー温度計指示値（Ｔf ）との対比を示す図であり、横
軸にＴs を縦軸にＴf を示し、光ファイバーによる測定
値を□印で示している。図５の□印は、ほぼＴs ＝Ｔf
の直線上に分布しており、良好の測定結果であることを
示している。

【００７５】図６は、測温ノズルとして、内管はセラミ
ックス製短管を接続したものとし、外管は金属管とした
複合管を使用した（実施例一）本発明の測温装置により
高温液体を連続して測温したときのノズル詰まりまでの
連続測温時間を、測温ノズルにアルミナ単管を使用した
とき、およびステンレス単管（内径３ｍｍ、外径５ｍ
ｍ）を使用したときと比較して示したグラフである。こ
のグラフから明らかなように、従来のものと比較して本
発明の測温装置により測温するほうが、連続測温時間を
長くできることが分かる。

【００７６】図７は、セラミックス製の嵌合構造を有す
る短管を複数本接続したもの（実施例二）を測温ノズル
に使用した本発明の測温装置により高温液体を連続して
測温したときのノズル詰まりまでの連続測温時間を、測
温ノズルにアルミナ単管を使用したとき、およびステン
レス単管（内径３ｍｍ、外径５ｍｍ）を使用したときと
比較して示したグラフである。この場合も、このグラフ
から明らかなように、従来のものと比較して本発明の測
温装置により測温するほうが、連続測温時間を長くでき
ることが分かる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、高温液体の温度を測定
する場合に、金属管被覆光ファイバーの先端部をノズル
詰り防止ガスと共に、測温ノズルを通して直接高温液体
に挿入し、前記光ファイバーの先端部が高温により溶損
した分だけ新しい光ファイバーを絶えず送り出して供給
を続けるようにしたので、長期間の連続測定が可能で、
且つ応答性が早く、測定精度も良い光ファイバーによる
測温装置を得ることができる。

【００７８】また本発明によれば、測温ノズルを、セラ
ミックスの短管をつなげた内管と金属製の外管からなる
複合管とし、また、セラミックス製の嵌合構造を有する
短管を複数本接続したものとしたので、光ファイバーの
被覆管と測温ノズルとが融着して、光ファイバーの送り
が停止される事故が回避でき、測温ノズルの耐久性が向
上し、長期間の使用が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバーによる測温装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置の測温ノズルの第一の実施例を示す説明図であり、
（ａ）は測温ノズルの縦断面図、（ｂ）はアルミナ管の
接続方法を示す説明図である。

【図３】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置の測温ノズルの第二の実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明に係る光ファイバーを用いた温度測定結
果の一例を示す図である。

【図５】熱電対指令値と光ファイバー温度計指令値との
対比を示す図である。

【図６】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置にセラミックスの短管をつなげた内管と金属製の外管
からなる複合管の測温ノズルを使用したときの連続測温
時間を示すグラフである。

【図７】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置にセラミックス製の嵌合構造を有する短管を複数本接
続した測温ノズルを使用したときの連続測温時間を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０光ファイバー送り装置１１金属管被覆光ファイバー１２モータ１３ローラ１４送りコントローラ１５送り速度検出器１６光ファイバードラム１７放射温度計２０測温ノズル２１光ファイバーガイド３０ノズル詰り防止ガス供給装置３１圧力／流量調整器３３供給ガスコントローラ３４供給ガス生成部３５ガス圧力検出器４０炉４１耐火物５０耐火物５１貫通穴６１内管６２アルミナ製短管６５外管６６ステンレス短管７１アルミナ管７２アルミナ製短管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村井剛東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者菊地一郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者水上秀昭東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者向井徹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者石口由紀男東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者白崎恭資東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者小松喜美東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭63−230815（ＪＰ，Ａ) 特開平５−248960（ＪＰ，Ａ) 特開平２−263912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/62 C21C 5/00 C21C 5/28 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高温液体を保持する容器の壁を貫通して
先端が前記高温液体に接触するように配置された測温ノ
ズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温ノズ
ルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中に連
続的または断続的に送り出す光ファイバー供給手段と、
前記測温ノズルに対してノズル詰り防止ガスを供給する
ガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後端に
接続され前記高温液体の温度を計測する放射温度計とか
ら構成され、前記測温ノズルは、断面中央部に前記金属
管被覆光ファイバーを通過させる貫通孔を有するセラミ
ックス製の長さ１５０ｍｍ以下の短管を複数本長手方向
に接続させた内管と、この内管を内蔵する金属製の外管
とから構成されることを特徴とする光ファイバーによる
高温液体の測温装置。
【請求項２】高温液体を保持する容器の壁を貫通して
先端が前記高温液体に接触するように配置された測温ノ
ズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温ノズ
ルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中に連
続的または断続的に送り出す光ファイバー供給手段と、
前記測温ノズルに対してノズル詰り防止ガスを供給する
ガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後端に
接続され前記高温液体の温度を計測する放射温度計とか
ら構成され、前記測温ノズルは、断面中央部に前記金属
管被覆光ファイバーを通過させる貫通孔を有するセラミ
ックス製の長さ１００ｍｍ以下の嵌合構造を有する短管
を複数本長手方向に接続させて構成されることを特徴と
する光ファイバーによる高温液体の測温装置。