JP4391195B2 - 温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は主に炉内の煉瓦温度を測定する際に、その測温値が冷風の影響により低下するのを防ぎ、正確かつ応答良く温度を測定するための温度測定装置に関する。

従来から、各種炉においては設備管理および炉操業指針の決定を目的として当該測温箇所に熱電対等の測温体を用いて測定を行ない、測定結果より温度下限管理、炉温の把握、炉の蓄熱量推定、操業アクションの決定を行なっている。熱電対等の測温体は、例えば、温度測定箇所の煉瓦を開孔し、該煉瓦に測温体先端部が接触するように外部から設置して温度測定を行なっている。
しかし、前述した煉瓦温度のうち測定対象の煉瓦温度を測定する際に問題となるのは、炉内温度が低温時から高温時に変化した場合、鉄皮と煉瓦の熱膨張率が異なるため測温体が外側に引かれ、測温体が煉瓦から離れてしまい該測温箇所の測定ができなくなる。

このような問題を解決するために耐火物と鉄皮の熱膨張率差により熱電対先端と耐火物との間に空隙が生じても、熱電対にスプリングを介在させ熱電対先端が耐火物に押圧力がかかるように設置し、耐火物に確実に接触させ耐火物の温度を精度良く測定しようとする方法がある（例:特許文献１参照）。
実開平７−４１４３５号

しかしながら、上記技術は煉瓦と測温体の常に接触させた状態に保つ目的からは有効な技術であるが、測定箇所が何らかの理由により冷たい雰囲気に曝される箇所では、煉瓦と測温体が常に接触されていても測温体自身が冷やされてしまうため温度低下が生じてしまい、測定された温度が目的とする真の煉瓦の温度を示していないことになる。
例えば、高炉へ熱風を供給するための熱風炉においては、前記したように外側を鉄皮で構成し、内側は蓄熱煉瓦や耐火・断熱煉瓦など各種の煉瓦を積層し蓄熱室を構成している。そして、燃焼室で燃料ガスを燃焼して発生した高温ガスの熱を該蓄熱室の蓄熱煉瓦に熱伝達させ、熱を蓄える。蓄熱が終了した炉は、送風機からの冷風により、蓄熱室の蓄熱煉瓦から熱を奪い熱風を高炉へ送る。熱風炉内は、高温の燃焼ガスと低温の冷風が交互に通過するため、炉内煉瓦と接する鉄皮はその都度熱影響を受け膨張と収縮を繰り返す。鉄皮は高温時に煉瓦よりも炉半径方向外側へ移動し煉瓦との間に隙間が生じる。

また、炉内煉瓦はブロック煉瓦間をモルタルで充填し複数層に積上げられているため、経年変化により上述のモルタルに亀裂が生じ、煉瓦同士の密着状態が壊れ隙間が生じた状態になる。一度煉瓦間に隙間が生じると煉瓦自体は膨張収縮をほとんど起こさないために隙間は塞がらず、その状態は維持される。隙間に入った空気は外気で冷却された鉄皮により冷却され、内部にある高温空気とは異なった温度になる。熱風炉が上記状態で送風期に入った場合、約０．４ＭＰａの圧力を有する冷風の一部は、煉瓦の隙間を通り鉄皮と内張り煉瓦の間、および断熱煉瓦間の隙間を通過し耐火煉瓦まで達する、また、蓄熱期に移行する際熱風炉内は常圧になるので、上記隙間に残留していた送風期の高圧冷風が低圧側に移行するため、やはり冷風が隙間を流れる。（以上述べた冷風のことを以下裏風と言う）
このような現象は蓄熱−送風が周期毎に繰り返されるたびに発生するため、耐火煉瓦の測定箇所にも測温体の保護管と該保護管を挿入している挿入孔の間を前述の裏風が入り込み正確な温度測定を妨げていた。
また、煉瓦開孔はキリ等の機材を用いて行なうため開孔部の先端はキリ等の先端形状と同じであるため、熱電対等の測温体の先端形状がキリ等の先端形状と同一でなく、測温帯先端部の接触面積が小さい場合は被温度測定物と測温体が接触していない状態が生じ、裏風への放熱が大きくなり煉瓦温度の正確な測定を妨げていた。
本発明はこのような問題に起因する被温度測定物および測温体先端部の放熱を防ぐために開発されたもので、裏風の流れ込みを防ぎより正確かつ応答良く温度を測定することを目的としている。

本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨とするところは、下記手段にある。
（１）外側を鉄皮で構成した炉体の外部から測温体を挿入して被温度測定物である炉体の耐火物の温度を測定する炉体温度測定装置において、前記測温体は、シース熱電対を用い、その一方の端部の測温先端部に先端形状が円錐状で、その頂角が前記耐火物に開けた円錐状の測温体取り付け穴の頂角と略同一である良熱伝導性パッドと、該パッドの先端側を除く該パッドの周囲に断熱体とを備えており、バネ、空気圧または油圧によって前記耐火物の測温体取り付け穴の穴底に押圧可能であり、さらに、前記測温体、良熱伝導性パッド及び断熱体の周囲に測温体と略同軸に配置され、先端開放部を有する保護管と、該保護管の先端開放部を前記被温度測定物である耐火物に接触させるために、先端開放部の位置を軸方向に可変とする調整手段と、を有することを特徴とする炉体温度測定装置。

本発明装置によれば、被温度測定物および測温体が裏風の影響を受けること無く、正確な温度の測定が可能となり、炉操業管理を厳密に行なうことができる。例えば熱風炉操業において、従来被温度測定物である煉瓦の温度が真の温度よりも低い温度を示していたため、まだ所定温度の熱風を供給できるのにもかかわらず、早期に熱風炉の切替を行なわざるを得ず、蓄熱のために必要以上の燃料を使用する結果となっていた。本発明ではそのようなことはなくなり、燃料コストを大幅に削減することが可能となった。

前述したように、熱風炉においては操業での温度変化により、外側鉄皮が膨張・収縮を繰り返すことで鉄皮と内張り煉瓦の間に隙間が生じ、この隙間を流れる裏風が測温体の保護管とこれを挿入する挿入孔の間を通じて測温体先端部および被温度測定物を冷却している。そこで本発明者らは送風時に起こる裏風が被温度測定物に影響を及ぼさないような方策につき、さまざまな検討を重ねた。その結果、被温度測定物へ流れこむ裏風の影響を排除し正確に温度を測定するには、被温度測定物近傍へ流れ込む裏風を遮断し、被温度測定物との伝熱面積を大きくするのが最善の方策であるとの見解に達した。これらのことにより金属パッド付けた測温体先端部を断熱体で覆い、またその周囲を保護管で覆うことを発明した。

以下、熱風炉を例に図に基づき本発明の構成を説明する。
図１は被温度測定物に該当する炉体の一部を示したもので、炉体鉄皮１の内壁側から内張り煉瓦２、断熱煉瓦３が積層され、さらにその内側に耐火煉瓦４、蓄熱煉瓦５が積層されている。６は測温体先端部６０を有する測温体である。測温体６は炉体鉄皮１、内張り煉瓦２、断熱煉瓦３に設けた挿入口を貫通して耐火煉瓦４と接触している。また、保護管７は該保護管７の先端位置を調節可能な機構(例えば、ブッシング)１０を有し、測温体先端部６０の周囲を囲み裏風を遮断するためのものである。８は測温体６および保護管７に加わる衝撃を保護するための別の保護管である。

９は測温体６、保護管７、保護管８を取り付けるための治具であり、フランジにより構成されている。１１は測温体先端部６０を確実に被温度測定物（耐火煉瓦４）に接触させ、また押圧量を調節するための測温体長さ調節機構(例えば、ブッシング)である。なお、図示していないが押圧のためのスプリング（バネ）が測温体６の内部に設置されている。押圧手段としてバネに限らず、空気圧または油圧手段を利用することもできる。１２は鉄皮１の膨張により生じた内張り煉瓦２との間に生じた隙間（キャスタブル耐火物の亀裂）である。また、保護管７、保護管８、測温体取り付け治具９などの隙間にはモルタル等の詰め物を圧入して隙間を埋め、極力裏風の侵入を防いでいる。

図２は測温体先端部６０が被温度測定物（耐火煉瓦４）と接触するときの状態を示したものである。測温体先端部６０には熱電対等の測温体６ａに適宜の長さを持った銅などの熱伝導性の良い金属パッド６ｂが備えられ、また、金属パッド６ｂの先端側を除く周囲は適宜の長さを持った断熱体６ｃによって囲まれている。測温体先端部６０の先端形状は円錐状であり、その頂角は耐火煉瓦４に窪みを造るためのキリ等の先端形状とほぼ同一である。
図２（ａ）は保護管７の先端を耐火煉瓦４の窪み内に挿入接触させた状態を示し、図２（ｂ）は保護管７の先端を耐火煉瓦４の窪み内に挿入接触させ、さらに測温体先端部６０を耐火煉瓦４の窪み内に挿入接触させた状態を示したものである。

このような構成になる炉内煉瓦温度測定装置においては、裏風が鉄皮１と内張り煉瓦２との隙間１２を通り、または断熱煉瓦３の目地部１３の亀裂部を通過するようなことがあっても、測温体先端部６０は保護管７で覆われているため裏風は遮断され、被測定部に達することなく、正確な温度を測定することが可能となる。
さらに、測温体先端部６０の測温体６ａおよび金属パッド６ｂは断熱体６ｃで覆われており、また、断熱体６ｃは断熱性の優れた耐火物で作製されているので、万が一保護管７の先端側の設置状態が悪く測温体先端部６０付近に裏風が流れたとしても、その温度影響が測温体６ａおよび測温体先端部の金属パッド６ｂにまで伝わる恐れは無く、正確な温度を測定することが可能となる。

なお、前記図２（ｂ）に示したように測温体先端部６０を被温度測定物の耐火煉瓦４に接触させる場合、該被温度測定物である耐火煉瓦４の被測温部に窪みを開け、測温体先端部６０の金属パッド６ｂと断熱体６ｃ先端、保護管７を共に、被測温部に埋設するように設置するのは測温にあたっては好ましい実施態様である。

温度測定装置は応答性の良いＫシース熱電対を使用し、断線を防止するために外径φ８のものを使用した。パッドは熱伝導率の高い銅製とした。但し、温度領域が９００℃前後となるところは銅より融点の高いＳＵＳ３１０Ｓを使用した。
パッドはシース熱電対にカシメて固定し、パッドおよび温度計背面に使用した断熱材は加工性の良い断熱セメントを使用した。先端部の形状は煉瓦開孔用キリの先端角度に合わせ確実に煉瓦に接触させるようにした。保護管は煉瓦に当るまで挿入しブッシングで固定した。バネの有効稼動距離を３０ｍｍとし、１５ｍｍ押勝手にしてブッシングで固定したが本発明はこれに限定されるものではない。

本発明者らが本発明装置と従来装置との比較のため、熱風炉内の耐火煉瓦について同一箇所の温度測定を行なったところ、本発明では裏風による低温の影響を受けることが無く、正確に耐火煉瓦の温度を測定し得ることが判明した。具体的数値としては、本発明時の測定結果下限値と、従来装置による測温結果下限値と比較して約７０度の高温の値を示していた。これにより、従来装置では被温度測定物が裏風のため冷却され低温になっており、正確な温度測定ができなかったが、本実施例の測温装置を使用することで正確な温度測定を行なう事ができ燃料コスト低減につながった。

本発明の温度測定装置は熱風炉に限らず、外壁が鉄皮でその内側が煉瓦で構成され、鉄皮の熱膨張に起因する鉄皮と煉瓦との隙間に気体が流通する、例えば高炉炉床部やコークス炉などに使用してもその効果が期待できる。

本発明の温度測定装置を熱風炉に設置した概略図である。 （ａ）は、本発明の温度測定装置先端部を測温部に接触させる前の概略図であり、（ｂ）は、本発明の温度測定装置先端部を測温部に接触させた後の概略図である。

符号の説明

１ 鉄皮 ２ 断熱煉瓦
３ 断熱煉瓦 ４ 耐火煉瓦
５ チェッカー煉瓦 ６ａ 測温体
６ｂ パッド ６ｃ 断熱材
６０ 温度測定装置先端部 ７ 保護管
８ 保護管 ９ 取付フランジ
１０ ブッシング １１ ブッシング
１２ 空隙 １３ 煉瓦目地部

Claims (1)

1. 外側を鉄皮で構成した炉体の外部から測温体を挿入して被温度測定物である炉体の耐火物の温度を測定する炉体温度測定装置において、
   前記測温体は、シース熱電対を用い、その一方の端部の測温先端部に先端形状が円錐状で、その頂角が前記耐火物に開けた円錐状の測温体取り付け穴の頂角と略同一である良熱伝導性パッドと、該パッドの先端側を除く該パッドの周囲に断熱体とを備えており、
   バネ、空気圧または油圧によって前記耐火物の測温体取り付け穴の穴底に押圧可能であり、さらに、
   前記測温体、良熱伝導性パッド及び断熱体の周囲に測温体と略同軸に配置され、先端開放部を有する保護管と、
   該保護管の先端開放部を前記被温度測定物である耐火物に接触させるために、先端開放部の位置を軸方向に可変とする調整手段と、
   を有することを特徴とする炉体温度測定装置。

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