JP3213369U - タンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】予熱中のタンディッシュの表面温度の測定と、鋳造開始から終了までの溶鋼の温度の測定が連続して可能なタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブを提供する。【解決手段】タンディッシュ１１内の温度を測定する熱電対が挿入され、先端が封じられたサーメット製内部保護管１３と、サーメット製内部保護管が挿入され、先端が封じられた耐熱性外部保護管１４とを有し、耐熱性外部保護管の先側はタンディッシュの側壁１５の内表面１６より突出し、中間部は側壁に固定され、基側は側壁の外表面１７から突出している。ここで、耐熱性外部保護管１４は、内表面より突出するセラミックス製キャップ部材２３と、セラミックス製キャップ部材と先部が連接する耐火物製キャップ保持部材２４を有し、耐火物製キャップ保持部材は先端から基端に向けて徐々に拡径している。【選択図】図１

Description

本考案は、タンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブに関する。

例えば、溶鋼の連続鋳造では、空の状態のタンディッシュを予熱してタンディッシュの内張り耐火物の表面温度（以下、単にタンディッシュの表面温度という）を予熱管理温度に到達させた後、取鍋から溶鋼をタンディッシュに注入し、タンディッシュ内の溶鋼量が所定量以上になった時点で鋳造を開始している。このとき、タンディッシュの表面温度が予熱管理温度より低いとタンディッシュに注入した溶鋼の温度が低下し、タンディッシュから鋳型に溶鋼を注入するノズル内で溶鋼が凝固するという問題が発生する。このため、タンディッシュに溶鋼を注入する際はタンディッシュの表面温度が予熱管理温度に到達していることの確認が必要で、鋳造を開始するにはタンディッシュ内に保持されている溶鋼の温度が鋳造条件を満足していることの確認が必要となる。

そこで、溶銑や溶鋼等の溶融金属に浸漬してその温度を測定する溶湯用温度プローブが提案されている。この溶湯用温度プローブは、温度を測定する熱電対がサーメット材で形成された保護管に内蔵され、保護管の外周には炭素含有耐火物の成形体からなる保護スリーブが設けられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−１３９１１０号公報 特開２００３−６５８５８号公報

ここで、特許文献１、２に記載された溶湯用温度プローブを用いて、予熱時のタンディッシュ内の温度を測定する場合、タンディッシュ内は高温酸化雰囲気となるので、熱電対の保護管を形成しているサーメット材中の金属成分であるモリブデンが酸化（昇華）されて保護管が劣化し、鋳造中にタンディッシュ内の溶鋼の温度の測定が不能になるという問題が生じる。
一方、熱電対の保護管をセラミックスや耐火物で作製すると、タンディッシュの予熱中の温度測定は問題ないが、素材強度が小さいため保護管の強度も低く、タンディッシュ内に溶鋼が注入された際の溶鋼流及び溶鋼圧力による変形に保護管が耐えきれない可能性があり、サーメット材で形成された保護管に比べて耐用時間が短くなるという問題がある。

本考案はかかる事情に鑑みてなされたもので、予熱中のタンディッシュ内の高温酸化雰囲気、タンディッシュ内に溶鋼が注入された際に生じる溶鋼流及び溶鋼圧力による変形、及び溶鋼に対する溶損にそれぞれ耐えることができ、予熱中のタンディッシュの表面温度の測定と鋳造開始から終了までの溶鋼の温度の測定が連続して可能なタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本考案に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブは、タンディッシュ内の温度を測定する熱電対が挿入され、先端が封じられたサーメット製内部保護管と、
前記サーメット製内部保護管が挿入され、先端が封じられた耐熱性外部保護管とを有し、前記耐熱性外部保護管の先側は前記タンディッシュの側壁の内表面より突出し、中間部は前記側壁に固定され、基側は該側壁の外表面から突出している。

本考案に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブにおいて、前記耐熱性外部保護管は、前記側壁の内表面より突出するセラミックス製キャップ部材と、該セラミックス製キャップ部材と先部が連接する耐火物製キャップ保持部材とを有し、該耐火物製キャップ保持部材は先端から基端に向けて徐々に拡径する構成とすることができる。

耐熱性外部保護管が、側壁の内表面より突出するセラミックス製キャップ部材と、セラミックス製キャップ部材と先部が連接する耐火物製キャップ保持部材とを有するので、セラミックス製キャップ部材と耐火物製キャップ保持部材の間に存在する接合界面により、セラミックス製キャップ部材から耐火物製キャップ保持部材への熱の移動が抑制され、セラミックス製キャップ部材と耐火物製キャップ保持部材はそれぞれ独立に温度変化できる。このため、セラミックス製キャップ部材の温度は、タンディッシュ内の温度変化に容易に追従することができる。
耐火物製キャップ保持部材が先端から基端に向けて徐々に拡径するので、タンディッシュの側壁に、耐火物製キャップ保持部材の側面と当接し、タンディッシュの内表面から外表面に向けて徐々に拡径する内周面を有する貫通孔を形成することにより、耐火物製キャップ保持部材を貫通孔に挿入する（埋め込む）場合は、耐火物製キャップ保持部材の側面と貫通孔の内周面との間に形成される隙間が消失した時点で耐火物製キャップ保持部材の挿入を停止させることができ、耐火物製キャップ保持部材を貫通孔から引き抜く場合は、耐火物製キャップ保持部材を基側に微小移動するだけで耐火物製キャップ保持部材の側面と貫通孔の内周面との間に隙間が形成されて貫通孔による耐火物製キャップ保持部材の拘束を解除することができ、耐火物製キャップ保持部材のタンディッシュの側壁に対する着脱を容易に行うことができると共に、セラミックス製キャップ部材をタンディッシュの側壁の内表面より確実に突出させることができる。

本考案に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブにおいて、前記耐熱性外部保護管は耐火物製であって、先端から基端に向けて徐々に拡径する構成とすることができる。

耐熱性外部保護管が耐火物製のため、耐熱性外部保護管が急加熱及び急冷却されても破損を防止できる。
耐熱性外部保護管が先端から基端に向けて徐々に拡径するので、タンディッシュの側壁に、耐熱性外部保護管の側面と当接し、タンディッシュの内表面から外表面に向けて徐々に拡径する内周面を有する貫通孔を形成することにより、耐熱性外部保護管を貫通孔に挿入する場合は、耐熱性外部保護管の側面と貫通孔の内周面との間に形成される隙間が消失した時点で耐熱性外部保護管の挿入を停止させることができ、耐熱性外部保護管を貫通孔から引き抜く場合は、耐熱性外部保護管を基側に微小移動するだけで耐熱性外部保護管の側面と貫通孔の内周面との間に隙間が形成されて貫通孔による耐熱性外部保護管の拘束を解除することができ、耐熱性外部保護管の側壁に対する着脱を容易に行うことができると共に、耐熱性外部保護管の先側の一定範囲をタンディッシュの側壁の内表面より確実に突出させることができる。

本考案に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブは、熱電対が挿入されたサーメット製内部保護管が挿入された耐熱性外部保護管の先側がタンディッシュの側壁の内表面より突出し、中間部は側壁に固定され、基側は側壁の外表面から突出しているので、予熱装置の取付け作業や取鍋からの溶鋼の注入作業を支障なく行うことができ、タンディッシュに埋め込んだ状態でタンディッシュの予熱作業からタンディッシュ内への溶鋼の注入作業までを連続して行なうことができる。このため、予熱中のタンディッシュの表面温度が予熱管理温度に到達したことを確認する予熱管理と、タンディッシュに注入され保持されている溶鋼の温度が鋳造条件を満足していることを確認するタンディッシュ内の溶鋼管理を確実に行うことが可能になる。

サーメット製内部保護管が耐熱性外部保護管内に挿入されているので、予熱時にタンディッシュ内が高温酸化雰囲気となってもサーメット製内部保護管の酸化を防止することが可能になる。
また、耐熱性外部保護管内にはサーメット製内部保護管が挿入されているので、耐熱性外部保護管は内側からサーメット製内部保護管で支えられ、タンディッシュ内に溶鋼が注入された際に生じる溶鋼流及び溶鋼圧力による変形にそれぞれ耐えることが可能になる。

本考案の第１の実施の形態に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブの説明図である。 サーメット製内部保護管の構成を示す説明図である。 本考案の第２の実施の形態に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブの構成を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本考案を具体化した実施の形態につき説明し、本考案の理解に供する。
図１に示すように、本考案の第１の実施の形態に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブ１０（以下、単に「埋め込み型連続測温プローブ１０」という）は、タンディッシュ１１内の温度を測定する熱電対１２（図２参照）が基側から挿入され、先端が封じられたサーメット製内部保護管１３と、サーメット製内部保護管１３が基側から挿入され、先端が封じられた耐熱性外部保護管１４とを有している。以下、詳細に説明する。

耐熱性外部保護管１４の先側はタンディッシュ１１の側壁１５の内表面１６（内張り耐火物の内表面）より突出し、中間部は側壁１５に固定され、基側は側壁１５の外表面１７（タンディッシュ鉄皮の外表面）から突出している。ここで、耐熱性外部保護管１４の基側は、側壁１５の外表面１７に取り付け治具１８を介して固定されている。

サーメット製内部保護管１３の基端部には、挿入された熱電対１２の基側を保護チューブ１９内に挿通させた状態で外部に引き出す熱電対取出し部２０が設けられ、保護チューブ１９内を挿通する熱電対１２の基端部にはコネクター（図示せず）を介して補償導線（図示せず）の一端側が接続され、補償導線の他端側は、例えば、データロガー（図示せず）に接続されている。なお、データロガーの代わりに温度の直読が可能な記録計又は熱電対１２から出力される信号を無線搬送する装置に置換えてもよい。

サーメット製内部保護管１３の組成は、例えば、モリブデン６５〜９０質量％、カルシア安定化ジルコニア３５〜１０質量％である。また、サーメット製内部保護管１３は、６５〜９０質量％モリブデンと３５〜１０質量％アルミナからなる組成、又は５〜３０質量％アルミナ、５〜３０質量％カルシア安定化ジルコニア、及び残部がモリブデンからなる組成とすることもできる。ここで、カルシア安定化ジルコニアの代わりにマグネシア安定化ジルコニア又はイットリア安定化ジルコニアを使用することもできる。
金属成分であるモリブデンは５００℃以上で酸化して三酸化モリブデンを生成するが、三酸化モリブデンは１１５０℃で気化するので、溶鋼に接した状態と大気に曝された状態が繰り返される場合、サーメット製内部保護管１３の表面部からモリブデン成分が気化減耗し、機械的強度が極端に低下することが指摘されているが、埋め込み型連続測温プローブ１０では、サーメット製内部保護管１３が耐熱性外部保護管１４に内挿されているため、サーメット製内部保護管１３に溶鋼に接した状態と大気に曝された状態が繰り返されることがなく大気からの酸化を防止できる。

サーメット製内部保護管１３の基端部に熱電対取出し部２０を設けてサーメット製内部保護管１３内をシールした状態でサーメット製内部保護管１３の先側を加熱すると、サーメット製内部保護管１３内は還元性雰囲気になる。このため、図２に示すように、熱電対１２は、例えば、アルミナ製の熱電対保護管２１内に挿入された状態でサーメット製内部保護管１３内に挿入されている。熱電対１２を熱電対保護管２１内に挿入することにより、熱電対１２が、例えば、白金−白金ロジウム等の還元雰囲気中で劣化し易い素線で構成されていても、サーメット製内部保護管１３内での熱電対１２の劣化が防止でき、熱電対１２を長期間に亘って安定して使用することができる。なお、熱電対１２を熱電対保護管２１内に挿入する際、熱電対１２を構成する各素線は、絶縁管２２（例えば、アルミナ質）内を挿通させて絶縁状態とする。

サーメット製内部保護管１３の組成のうちカルシア安定化ジルコニアは、溶鋼中のように高温で低酸素の環境下では還元されて金属のジルコニウムに変化し、サーメット製内部保護管１３の表面部から脱離して、サーメット製内部保護管１３の機械的強度を低下させることが指摘されているが、埋め込み型連続測温プローブ１０では、サーメット製内部保護管１３が耐熱性外部保護管１４に内挿されているため、サーメット製内部保護管１３に溶鋼が直接接することがなくカルシア安定化ジルコニアの還元を防止できる。

図１に示すように、耐熱性外部保護管１４は、側壁１５の内表面１６より突出するセラミックス製キャップ部材２３と、セラミックス製キャップ部材２３の基部と先部が連接し、基側が側壁１５の外表面１７から突出してする耐火物製キャップ保持部材２４とを有している。ここで、セラミックス製キャップ部材２３は、例えば、炭化ケイ素質からなり、セラミックス製キャップ部材２３のタンディッシュ１１の内表面１６に対する突出長は、側壁１５における耐熱性外部保護管１４の取り付け位置とタンディッシュ１１内の測温位置との距離に基づいて決定される。

セラミックス製キャップ部材２３と耐火物製キャップ保持部材２４との間には接合界面が存在するため、セラミックス製キャップ部材２３と耐火物製キャップ保持部材２４との間の熱移動が抑制され、タンディッシュ１１内が急加熱又は急冷却されると、セラミックス製キャップ部材２３の温度もタンディッシュ１１内の温度変化に追従して変化することができる。このため、タンディッシュ１１内の温度変化を敏感に検出することができる。

耐火物製キャップ保持部材２４は先端から基端に向けて徐々に拡径している。このため、タンディッシュ１１の側壁１５に、耐火物製キャップ保持部材２４の側面と当接し、タンディッシュ１１の内表面１６から外表面１７に向けて徐々に拡径する内周面２５を有する貫通孔２６を形成すると、耐火物製キャップ保持部材２４を貫通孔２６に挿入する場合は、耐火物製キャップ保持部材２４の側面と貫通孔２６の内周面２５との間に形成される隙間が消失した時点で耐火物製キャップ保持部材２４の挿入を停止させることができ、耐火物製キャップ保持部材２４を貫通孔２６から引き抜く場合は、耐火物製キャップ保持部材２４を基側に微小移動するだけで耐火物製キャップ保持部材２４の側面と貫通孔２６の内周面２５との間に隙間が形成されて貫通孔２６による耐火物製キャップ保持部材２４の拘束を解除することができる。これにより、耐火物製キャップ保持部材２４のタンディッシュ１１の側壁１５に対する着脱を容易に行うことができると共に、セラミックス製キャップ部材２３をタンディッシュ１１の側壁１５の内表面１６より確実に突出させることができる。

耐火物製キャップ保持部材２４は、金属酸化物とカーボンの混合組成又はアルミナ質の単独組成とすることができる。ここで、金属酸化物の含有率は６０〜９５質量％であり、カーボンの含有率は４０〜５質量％である。なお、金属酸化物は、例えば、アルミナ、ジルコニア、スピネル、及びマグネシアのいずれか１又は２以上の組合せからなる。更に、カーボンの一部（０を超え５質量％以下）を炭化ケイ素で置き換えることもできる。
ここで、耐火物製キャップ保持部材２４の気孔率は５〜３０％である。耐火物製キャップ保持部材２４中に５〜３０％の気孔を存在させることにより、機械的な衝撃により耐火物製キャップ保持部材２４に発生したクラックの伝搬を気孔で止めることができると共に、耐火物製キャップ保持部材２４中に発生した温度差による熱衝撃を緩和することができる。

サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管１４（セラミックス製キャップ部材２３と耐火物製キャップ保持部材２４）の間隙には、サーメット製内部保護管１３を耐熱性外部保護管１４に挿入する際、空気と酸化鉄粉やシリカ等の酸化物が混入する。このため、測温時に埋め込み型連続測温プローブ１０が高温にさらされると酸化物から酸素が離脱し、空気中の酸素と酸化物から離脱した酸素によりサーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管１４の間隙は酸化性雰囲気となるが、耐火物製キャップ保持部材２４が金属酸化物とカーボンの混合組成からなる場合は、間隙中の酸素はセラミックス製キャップ部材２３を形成している炭化ケイ素及び耐火物製キャップ保持部材２４中のカーボンとそれぞれ反応して消費されるため、耐火物製キャップ保持部材２４がアルミナ質からなる場合は、間隙中の酸素がセラミックス製キャップ部材２３を形成している炭化ケイ素と反応して消費されるため、サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管１４の間隙を高温下で還元性雰囲気にすることができる。その結果、サーメット製内部保護管１３中のモリブデンの酸化を防止できる。

図１に示すように、サーメット製内部保護管１３とセラミックス製キャップ部材２３の基側の間隙、及びサーメット製内部保護管１３と耐火物製キャップ保持部材２４の間隙には、高温下で酸化性雰囲気を生成しない耐火セメント等の耐熱充填材２７を充填してもよい。これにより、サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管１４の間に形成される間隙内の空気量を減少させることができる。

図３に示すように、本考案の第２の実施の形態に係るタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブ２８（以下、単に「埋め込み型連続測温プローブ２８」という）は、埋め込み型連続測温プローブ１０と比較して、タンディッシュ１１内の温度を測定する熱電対１２が挿入されたサーメット製内部保護管１３が基側から挿入され、先端が封じられた耐熱性外部保護管２９が耐火物製であって、先端から基端に向けて徐々に拡径していることが特徴となっている。このため、埋め込み型連続測温プローブ１０と同一の構成部材には同一の符号を付して説明を省略し、耐熱性外部保護管２９についてのみ説明する。

耐熱性外部保護管２９は、金属酸化物とカーボンの混合組成とすることができる。金属酸化物は、例えば、アルミナ、ジルコニア、スピネル、及びマグネシアのいずれか１又は２以上の組合せからなる。ここで、金属酸化物の含有率は６０〜９５質量％であり、カーボンの含有率は４０〜５質量％であり、カーボンの一部（０を超え５質量％以下）を炭化ケイ素で置き換えてもよい。なお、耐熱性外部保護管２９の組成は、タンディッシュ１１に注入される溶鋼１１の鋼種、スラグの組成等を考慮して決定される。
耐熱性外部保護管２９の気孔率は５〜３０％である。耐熱性外部保護管２９中に５〜３０％の気孔を存在させることにより、機械的な衝撃により耐火物製キャップ保持部材２９に発生したクラックの伝搬を気孔で止めることができると共に、耐熱性外部保護管２９中に発生した温度差による熱衝撃を緩和することができる。

耐熱性外部保護管２９は先端から基端に向けて徐々に拡径しているので、タンディッシュ１１の側壁１５に、耐熱性外部保護管２９の側面と当接し、タンディッシュ１１の内表面１６から外表面１７に向けて徐々に拡径する内周面３０を有する貫通孔３１を形成すると、耐熱性外部保護管２９を貫通孔３１に挿入する場合は、耐熱性外部保護管２９の側面と貫通孔３１の内周面３０との間に形成される隙間が消失した時点で耐熱性外部保護管２９の挿入を停止させることができ、耐熱性外部保護管２９を貫通孔３１から引き抜く場合は、耐熱性外部保護管２９を基側に微小移動するだけで耐熱性外部保護管２９の側面と貫通孔３１の内周面３０との間に隙間が形成されて貫通孔３１による耐熱性外部保護管２９の拘束を解除することができる。これにより、耐熱性外部保護管２９の側壁１５に対する着脱を容易に行うことができると共に、耐熱性外部保護管２９の先側の一定範囲をタンディッシュ１１の側壁１５の内表面１６より確実に突出させることができる。

サーメット製内部保護管１３を耐熱性外部保護管２９に挿入する際、サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管２９の間隙には空気と酸化鉄粉やシリカ等の酸化物が混入する。このため、測温時に埋め込み型連続測温プローブ２８が高温にさらされると酸化物から酸素が離脱し、空気中の酸素と酸化物から離脱した酸素によりサーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管２９の間隙は酸化性雰囲気となるが、間隙中の酸素は耐熱性外部保護管２９中のカーボンと反応して消費されるため、サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管２９の間隙を高温下で還元性雰囲気にすることができる。その結果、サーメット製内部保護管１３中のモリブデンの酸化を防止できる。

サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管２９との間に長手方向に沿って形成される間隙には、高温下で酸化性雰囲気を生成しない耐火セメント等の耐熱充填材を充填してもよい。これにより、サーメット製内部保護管１３と耐熱性外部保護管２９の間に形成される間隙内の空気量を減少させることができる。

以上、本考案を、実施の形態を参照して説明してきたが、本考案は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

１０：埋め込み型連続測温プローブ、１１：タンディッシュ、１２：熱電対、１３：サーメット製内部保護管、１４：耐熱性外部保護管、１５：側壁、１６：内表面、１７：外表面、１８：取り付け治具、１９：保護チューブ、２０：熱電対取出し部、２１：熱電対保護管、２２：絶縁管、２３：セラミックス製キャップ部材、２４：耐火物製キャップ保持部材、２５：内周面、２６：貫通孔、２７：耐熱充填材、２８：埋め込み型連続測温プローブ、２９：耐熱性外部保護管、３０：内周面、３１：貫通孔

Claims (3)

1. タンディッシュ内の温度を測定する熱電対が挿入され、先端が封じられたサーメット製内部保護管と、
   前記サーメット製内部保護管が挿入され、先端が封じられた耐熱性外部保護管とを有し、
   前記耐熱性外部保護管の先側は前記タンディッシュの側壁の内表面より突出し、中間部は前記側壁に固定され、基側は該側壁の外表面から突出していることを特徴とするタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブ。
2. 請求項１記載のタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブにおいて、前記耐熱性外部保護管は、前記側壁の内表面より突出するセラミックス製キャップ部材と、該セラミックス製キャップ部材と先部が連接する耐火物製キャップ保持部材とを有し、該耐火物製キャップ保持部材は先端から基端に向けて徐々に拡径していることを特徴とするタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブ。
3. 請求項１記載のタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブにおいて、前記耐熱性外部保護管は耐火物製であって、先端から基端に向けて徐々に拡径していることを特徴とするタンディッシュに埋め込んで使用する埋め込み型連続測温プローブ。

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