JP6196907B2 - 測温プローブ - Google Patents

Description

本発明は、金属溶湯の温度を測定する測温プローブに関する。

製鋼工場では、精錬の最終工程として連続鋳造機で溶融状態の鋼(溶鋼)を鋼板や棒鋼に加工する。連続鋳造法では、取鍋の溶鋼をタンディシュに溜め、連続鋳造機に流し込む。このため、タンディシュでの溶鋼温度は製品の品質ばかりでなく、鋳造機の操業条件にも影響を及ぼす。つまり、操業条件の決定を行うために、溶鋼の温度の測定が行われている。溶鋼温度の測定には、例えば、特許文献１に記載の測温プローブを用いることができる。

特許文献１には、熱電対，熱電対を収容する内部保護管，内部保護管を収容する外部保護管を有する測温プローブが記載されている。そして、外部保護管をスピネルカーボンで形成し、内部保護管を炭素を含まない材質で形成することが記載されている。

特許文献１に記載の測温プローブは、外部保護管の破片が鋳片に取り込まれてしまうことを抑えることで、外部保護管の破損による鋳片品質の低下を回避するものとなっている。
測温プローブにおいては、外部保護管からの破片の発生を抑えること、すなわち、破損を抑えることも求められている。

特開２０１０−１９０７９１号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、保護管の破損が抑えられた測温プローブを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は測温プローブの構造について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の測温プローブは、金属溶湯に先端を浸漬させて金属溶湯の温度を測定するための測温プローブであって、熱電対と、熱電対を収容する先端が閉塞された内部保護管と、内部保護管を内部に通過させる中間保護管と、内部保護管を通過させた状態で中間保護管を収容するために先端が閉塞されたセラミックスカーボンよりなる外部保護管と、を備え、中間保護管は、内部保護管との間に隙間を隔てた状態で、外部保護管に接着されていることを特徴とする。

本発明の測温プローブは、熱電対を収容した内部保護管と外部保護管との間に、中間保護管を備えている。この中間保護管は、外部保護管に接着されることで外部保護管に対する位置が固定されている。このため、本発明の測温プローブを使用して金属溶湯の温度を測定したときに、金属溶湯の流れにより測温プローブ（外部保護管）が湾曲しようとしても、その内部に収容された中間保護管が測温プローブ（外部保護管）の湾曲を規制する。この結果、測温プローブ（外部保護管）の湾曲量が過剰に大きくならなくなり、測温プローブ（外部保護管）が破損（折損）することが抑えられる効果を発揮する。
この結果、本発明の測温プローブは、破損（折損）が抑えられたことで、長寿命化するという効果を発揮する。

実施形態例の連続鋳造機の構成を示す概略図である。 実施形態例の測温プローブの側面図である。 実施形態例の測温プローブの分解図である。 実施形態例の測温プローブの先端部近傍の構成を示す断面図である。 比較形態例の測温プローブの先端部近傍の構成を示す断面図である。 測温プローブの先端部近傍の曲げ歪みを示す概略図である。

本発明の測温プローブは、金属溶湯に先端を浸漬させて金属溶湯の温度を測定するための測温プローブであって、熱電対と、内部保護管と、中間保護管と、外部保護管と、を備える。

本発明の測温プローブは、金属溶湯に先端を浸漬させて金属溶湯の温度を測定する部材である。すなわち、本発明の測温プローブは、金属溶湯の温度を測定するものであり、測定される金属溶湯の種類については、何ら限定されるものではない。本発明の測温プローブは、タンディッシュに溶鋼を溜め、この溶鋼をタンディッシュから鋳型へ注湯することで連続鋳造を行うに際し、タンディッシュ内の溶鋼に先端を浸漬させて溶鋼の温度を測定するためのものとすることができる。

熱電対は、実際に温度を測定する素子であり、本発明では金属溶湯の温度域での温度の測定に用いることができる熱電対を適宜選択する。熱電対としては、白金ロジウム型，タングステンレニウム型，イリジウムロジウム型，アルメルクロメル型，ニッケルモリブデン型，ナイクロシル型等の熱電対をあげることができる。

本発明の測温プローブにおいて、溶鋼の温度の測定には、白金ロジウム型の熱電対を用いることが好ましい。白金ロジウム型の熱電対とは、熱電対の＋側が白金ロジウム合金であり、−側が白金ロジウム合金又は白金である熱電対を示す。白金ロジウム型の熱電対の具体的な組成は、従来公知の組成とすることができる。

内部保護管は、熱電対を収容する先端が閉塞された部材である。内部保護管が熱電対を収容した構成となることで、熱電対と外部保護管からの反応性物質との反応が抑えられ、熱電対の長寿命化の効果が得られる。

内部保護管を形成する材質は、外部保護管からの反応性物質が熱電対と反応することを抑えることができる材質であればよく、炭素を含まない材質であることが好ましい。内部保護管が炭素を含まない材質よりなることで、外部保護管からの炭素の浸入を防止することができる。内部保護管を形成する材質は、アルミナ，マグネシア、ムライト等のセラミックスをあげることができ、アルミナであることがより好ましい。

中間保護管は、内部保護管を内部に通過させる部材である。中間保護管は、外部保護管の変位を内部から規制する部材であり、この中間保護管を備えることで、測温プローブ（外部保護管）が湾曲しようとしても、その内部に収容された中間保護管が測温プローブ（外部保護管）の湾曲を規制し、測温プローブ（外部保護管）の湾曲量が過剰に大きくならなくなり、測温プローブ（外部保護管）が破損（折損）することが抑えられる。

中間保護管は、内部保護管を内部に通過させることから、管状（パイプ状）を有している。この結果、内部に通過した内部保護管の先端が、閉塞されなくなり、熱電対による測温を行うときに、誤差の発生が抑えられる。

中間保護管は、外部保護管の変位を内部から規制することができる材質であれば特に限定されるものではなく、窒化ケイ素，アルミナ，炭化ケイ素，サイアロン等のセラミックスや、ステンレス，合金鋼等の耐熱性金属をあげることができる。

中間保護管は、窒化ケイ素よりなる部材であることが好ましい。窒化ケイ素は、高温での靭性、耐熱衝撃性に優れていることが知られており、測温プローブで金属溶湯の温度を測定したときに、先端部が金属溶湯に浸漬しても、損傷を生じない。さらに、高い強度を有しており、測温プローブが湾曲を生じたときに、外部保護管の内部で、外部保護管の過剰な変位を規制することができる。

このように、窒化ケイ素よりなる中間保護管は、高い高温強度とヤング率を有しており、湾曲を抑制すると共に折損を防止することができる。なお、例えば、中間保護管の厚みを３ｍｍとする場合、ヤング率と強度は、実施例の窒化ケイ素程度、すなわちヤング率２１７以上、高温曲げ強度６１０ＭＰａ以上が好ましい。

中間保護管は、その先端が、後述の固定金具よりも測温プローブの先端側に位置することができる。中間保護管の先端が、固定金具よりも先端方向に位置することで、外部保護管の変位の規制をより確実に行うことができる。中間保護管の先端は、測温プローブの先端を金属の溶湯に浸漬したときに、金属溶湯の液面より下方に位置することができる。

外部保護管は、内部保護管を通過させた状態で中間保護管を収容するために先端が閉塞されたセラミックスカーボンよりなる部材である。外部保護管は、測温プローブの先端が金属溶湯に浸漬したときに、金属溶湯が当接する部材である。

本発明の測温プローブは、外部保護管の材料としてセラミックスカーボンを用いている。従来の測温プローブにおいては、熱伝導率の極めて高いＭｏ−ＺｒＯ_２系複合材を用いることが知られている。そして、セラミックスカーボンは、熱伝導率が若干劣ることが知られている。しかしながら、セラミックスカーボンは、万が一、外部保護管が破損した場合でも、この外部保護管の破片は、セラミックスカーボンが溶鋼より比重が小さいため、金属溶湯（タンディッシュ）の底に沈むことがない。従って、外部保護管の破片が鋳片に取り込まれてしまうことがないので、外部保護管の破損による鋳片品質の低下を回避できる。

また、セラミックスカーボンは、弱塩基性であるので、一般に塩基性であるスラグに対して溶解し難い。また、セラミックスカーボンの炭素は昇温時に酸素と反応して消失されるが、セラミックスカーボンが含有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）から、失われた炭素が補充される関係が成立している。この点、本発明の外部保護管は、溶鋼に対して解け難い。端的に言えば、本発明に係る測温プローブは、外部保護管にスピネルカーボンを使用しているので、スラグや溶鋼に対する溶け難さが確保され、その分、長寿命となる。

セラミックスカーボンは、外部保護管として利用できる材質であれば特に限定されるものではなく、スピネルカーボン，アルミナカーボン，ジルコニアカーボン等のセラミックスカーボンをあげることができる。

ここで、セラミックスカーボンの代表例であるスピネルカーボンは、アルミナスピネル（Ａｌ_２Ｏ_３）、マグネシアスピネル（ＭｇＯ）、カーボン（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の粉末（粒子）を粘結剤（合成樹脂）と共に配合、混練して生成した混合物の系より形成できる。

本発明の測温プローブは、外部保護管と中間保護管との位置を固定する耐熱性金属よりなる固定金具を有するものとすることができる。固定金具が外部保護管と中間保護管との位置を固定することで、中間保護管が外部保護管の湾曲を規制することができる。

固定金具は、耐熱性金属よりなる。耐熱性金属は、外部保護管を形成するセラミックスカーボンよりも硬度が高い材質であり、中間保護管の外部保護管に対する位置を固定することができる。この中間保護管の位置（相対位置）を固定することで、外部保護管の内部で中間保護管が固定され、外部保護管の過剰な変位を規制することができる。
固定金具を構成する耐熱性金属は、その材質が限定されるものではなく、ステンレス，合金鋼をあげることができる。

中間保護管は、３ミリ以上の厚みを有するものとすることができる。ここで、中間保護管の厚みとは、管状の中間保護管の径方向の厚さである。また、中間保護管の厚さの最も薄い部分が３ミリ以上である。中間保護管の厚みが３ミリ以上となることで、中間保護管が、外部保護管の変位（湾曲）を規制できる。中間保護管の厚みが３ミリ未満では、厚さが薄くなり、外部保護管が変位（湾曲）が生じたときに、外部保護管と同様に湾曲を生じたり、折損を生じる。

中間保護管３は、その厚さが厚くなるほど強度が増加し、外部保護管の変移を規制する効果をより発揮できる。中間保護管３は、５ミリ以上であることがより好ましい。
中間保護管は、その外径は限定されるものではない。たとえば、２８ミリ以上の外径とすることができる。

外部保護管の厚さは、限定されるものではないが、２２ミリ以下であることが好ましい。ここで、外部保護管の厚さは、中間保護管と場合と同様に、管状の外部保護管の径方向の厚さである。

外部保護管の厚さが２２ミリを超えても本発明の測温プローブとしての効果は発揮できるが、２２ミリを超えると、外部保護管の厚みが厚くなることで熱電対による測定結果の精度が低下する可能性が生じるようになる。

内部保護管は、１ミリを超える厚みを有するものとすることができる。内部保護管の厚みが１ミリ以下では、外部保護管から熱電対への炭素の侵入が生じやすくなり、熱電対が断線しやすくなる。

本発明の測温プローブでは、中間保護管は、外部保護管に接着されている。中間保護管が、外部保護管に接着されることで、中間保護管の外部保護管に対する位置をより確実に固定することができる。また、中間保護管が外部保護管に接着することで、中間保護管と外部保護管とが当接した状態で固定され、中間保護管による外部保護管の変位をより規制できる。

中間保護管と外部保護管との接着は、接着剤により行うことができる。両保護管を接着する接着剤は、両保護管を接着できるものであれば限定されるものではなく、たとえば、無機系接着剤であるアルミナ系の接着剤をあげることができる。

中間保護管と外部保護管との間には、充填材を充填してもよい。両保護管の間に充填材を充填することで、中間保護管に対する外部保護管の変移量をより小さくすることができ、中間保護管による外部保護管の変位をより規制できる。

中間保護管と外部保護管との間に充填される充填材は、両保護管の間に充填可能な充填材であれば限定されるものではなく、無機系充填材であるアルミナ系の充填材をあげることができる。

本発明の測温プローブは、中間保護管を配していること以外の構成は、特に限定されるものではなく、従来公知の構成，材質，使用方法とすることができる。
本発明の測温プローブは、先端を金属溶湯に浸漬して金属溶湯の測温を行ったときに生じる曲げ歪みが０．０５％以下であることが好ましい。

本発明の測温プローブは、金属溶湯の温度の測定に用いることができる。金属溶湯の測温は、先端を金属溶湯に浸漬させて行われる。このとき、測温プローブには、金属溶湯自身の高温だけでなく、金属溶湯の流れに起因する力を受ける。また、測温プローブ自身が完全に固定されていない場合には、測温プローブの軸が傾斜した状態となり、重力及び浮力が加わる。

これらの要因から、測温プローブは、金属溶湯の測温時に、略二次曲線形状をなすように湾曲する。この湾曲が生じたときの測温プローブの先端のズレの割合を曲げ歪み（ε）とした。

具体的には、金属溶湯の測温時に、測温プローブは、先端ほど変形量（径方向の変位量）が大きな変形を生じる。この湾曲が生じたときの湾曲の開始点を中心とし、湾曲した状態としていない状態の二つの状態の測温プローブの固定端の引張り歪みを、曲げ歪み（ε）とした。

曲げ歪み（ε）が小さいほど、金属溶湯の温度の測定時の測温プローブの湾曲が抑えられることを示す。つまり、測温プローブ（外部保護管）の湾曲量が過剰に大きくならなくなり、測温プローブ（外部保護管）が破損（折損）することが抑えられる。
曲げ歪み（ε）は、その値が小さいほど好ましいものであり、０．０５％以下が好ましく、０．０３％以下がより好ましい。

曲げ歪みが大きくなると、測温プローブの先端の変形量が大きくなる。そうすると、湾曲の開始点には、より大きな力が加わる。そして、過剰に大きな力が加わると、この湾曲の開始点が破損の開始点となり、測温プローブ（外部保護管）が破損（折損）する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
（実施形態例）
図１は、本発明の測温プローブを金属の溶湯（溶鋼）の温度を測定するために用いる連続鋳造機１００の概略図である。図２は、測温プローブ２２の概略図（側面図）である。図３は、測温プローブ２２の分解図である。図４は、図２中のＡ−Ａ断面における要部概略図である。なお、図１に示す連続鋳造機１００は、スラブ鋳造、ブルーム鋳造、ビレット鋳造の何れかを対象とするものである。

（連続鋳造機）
連続鋳造機１００は、図１に示したように、所定量の溶鋼が溜められるタンディッシュ２１と、タンディッシュ２１内に溜められた溶鋼を保温するためのタンディッシュ蓋２６と、タンディッシュ２１の下方に設けられ、注湯された溶鋼を冷却して所定形状の凝固シェルを形成するための鋳型２３と、タンディッシュ２１内の溶鋼を上記鋳型２３へ所定の流量で滑らかに注湯するための浸漬ノズル２４と、鋳型２３の直下から鋳造経路に沿って複数で並設されるロール対２５と、を備えて構成される。

連続鋳造機１００により鋳造を開始するには、先ず、浸漬ノズル２４内の流路を閉塞させた状態で、取鍋２０によって転炉設備から搬送してきた溶鋼をタンディッシュ２１内へ注湯し、タンディッシュ２１内に溶鋼を溜める。そして、タンディッシュ２１内の溶鋼が所定量を上回ったら、浸漬ノズル２４内の流路の閉塞状態を解除（溶鋼が流れるように制御）して、タンディッシュ２１内の溶鋼を鋳型２３へ注湯し始める。上記の鋳造経路には鋳造開始前に予めダミーバー（図示せず）が装入された状態としておき、このダミーバーを鋳造経路の下流側へ引き抜くことによって、鋳型２３内で形成された凝固シェルを鋳造経路の下流側へと引き抜く。このとき、ダミーバーの引き抜き速度は漸増させる。やがて、ダミーバーが鋳造経路の所定位置に至ると、このダミーバーは回収手段（図示せず）によって回収されると共に、凝固シェルの引き抜き速度、即ち、鋳造速度が所望の鋳造速度へ至る。

本実施形態では、タンディッシュ２１に溶鋼を溜め、この溶鋼をタンディッシュ２１から鋳型２３へ注湯することで連続鋳造を行うときに、特殊な構造の本発明の測温プローブ２２を用いて、タンディッシュ２１内の溶鋼に先端を浸漬させて、溶鋼の温度を測定する。測温プローブ２２は、鋳型２３へ注湯される溶鋼の温度を極力感度良く測定することを目的として、浸漬ノズル２４の真上（上方）に配置される。
詳しくは、測温プローブ２２の測温部１１がタンディッシュ２１の底に穿設し、上記の浸漬ノズル２４が接続される溶鋼排出孔２１ａの真上に配置される。

測温プローブ２２によって測定された溶鋼温度データは、鋳型２３内の溶鋼のメニスカスの意図しない凝固（所謂皮張り）を防止したり、凝固シェルの再溶解を抑制していわゆる凝固遅れを抑制したり、するのに有効活用される。

本実施形態において測温プローブ２２は、タンディッシュ蓋２６から先端が下方にのびて垂下するように配され、この測温プローブ２２の測温部１１は、鋳造開始時点で初めてタンディッシュ２１内の溶鋼に浸漬されるようになっている。すなわち、タンディッシュ２１内に溜められる溶鋼の「所定量」とは、タンディッシュ蓋２６から垂下した測温プローブ２２の下端に位置する測温部１１に、タンディッシュ２１内の溶鋼が届くときの溶鋼の量を意味する。

（測温プローブ）
図１の測温プローブ２２の先端（下端）は、各図においては、紙面の左端に相当する。図３に示したように、本実施形態に係る測温プローブ２２は、先端部１ａに測温部１１を有する白金ロジウム型の熱電対１と、熱電対１を収容するために先端部２ａ（先端側）が閉塞された筒形状のアルミナよりなる内部保護管２と、内部保護管２を内部に通過させる窒化ケイ素よりなる中間保護管３と、内部保護管２を通過させた状態で中間保護管３を収容するために先端部４ａ（先端側）が閉塞された筒形状のスピネルカーボンよりなる外部保護管４と、外部保護管４と中間保護管３との位置を固定するステンレスよりなる固定金具５と、を備えている。

熱電対１は、白金ロジウム型の熱電対であり、その測温部１１が内部保護管２の先端部２ａの内面に当接して組み付けられている。熱電対１の基端部１ｂは、メタルコネクタ１２を介して指示計（図示せず）に接続されている。

内部保護管２は、厚さが１ミリ以上の先端が閉じた円筒状であり、先端部２ａが滑らかな湾曲形状をなしている断面円形の筒状の部材である。内部保護管２は、内部に熱電対１を収容したときに、内面に熱電対１が先端部１ａ以外が当接しない状態でもうけられている。

中間保護管３は、厚さが３ミリ以上の窒化ケイ素よりなる筒状の部材である。また、中間保護管３は、中空の軸心に内部保護管２を挿通する。中空の軸心に内部保護管２を挿通した状態では、中間保護管３の内面と内部保護管２の外面とは、接触しない状態で組み付けられる。

中間保護管３は、先端部３ａが、固定金具５の先端部５ａよりも、測温プローブ２２の先端側に位置している。中間保護管３の先端部３ａは、測温プローブ２２を用いて溶鋼の温度を測定するときに、溶鋼の液面よりも下方に位置するように形成されている。

外部保護管４は、厚さが２２ミリ以下の先端が閉じた円筒状であり、先端部４ａが滑らかな湾曲形状をなしている断面円形の筒状の部材である。外部保護管４は、内部に中間保護管３を収容したときに、その内面が中間保護管３の外周面と当接（外周面の全面が当接）するように設けられている。

ここで、中間保護管３の外周面と外部保護管４の内周面とは、アルミナ系の無機系接着剤を介して接着されている。本実施形態では、中間保護管３の外周面の全面に無機系接着剤が配されている。
外部保護管４は、基端部４ｂが、外径が縮径して形成されている。

固定金具５は、外部保護管４の基端部４ｂに外装される先端部５ａと、中間保護管３の基端部３ｂに外装される基端部５ｂと、先端部５ａと基端部５ｂとを接続する接続部５ｃと、を一体に備えている。

固定金具５の先端部５ａは、外部保護管４の基端部４ｂに外装される部材であり、外部保護管４の基端部４ｂの外周形状と略一致する内周形状を有している。本実施形態では、外部保護管４の基端部４ｂの外周形状と略一致する断面円形の円管状に形成されている。固定金具５の先端部５ａは、外部保護管４の基端部４ｂに（略密着した状態で）外装された状態で、固定される。固定方法は限定されるものではないが、本実施形態では、ビス留めにより固定される。

固定金具５の基端部５ｂは、中間保護管３の基端部３ｂに外装される部材であり、中間保護管３の基端部３ｂの外周形状と略一致する内周形状を有している。本実施形態では、中間保護管３の基端部３ｂの外周形状と略一致する断面円形の円管状に形成されている。固定金具５の基端部５ｂは、中間保護管３の基端部３ｂに（略密着した状態で）外装された状態で、固定される。固定方法は限定されるものではないが、本実施形態では、ビス留めにより固定される。

固定金具５の接続部５ｃは、先端部５ａと基端部５ｂとを接続する部材であり、測温プローブ２２ののびる方向に垂直に配されるドーナツ状の板状の円盤である。接続部５ｃは、一方の表面（先端側の表面）の外周部に先端部５ａが接続され、他方の表面（基端側の表面）の軸心の開口部に基端部５ｂが接続された状態で形成されている。
固定金具５を外部保護管４に組み付けた状態では、外部保護管４の基端部４ｂの端面４ｃに、固定金具５の接続部５ｃが当接した状態で組み付けられる。

測温プローブ２２は、ネジ穴６０が設けられ熱電対１を外部に導出させるターミナル金具６と、中央に孔７０が設けられるフランジ７と、円筒状に形成される部材であって、その一端にネジ部８０が設けられた固定金具８とを備える。そして、固定金具８の一端に設けられたネジ部８０をフランジ７の孔７０に挿通し、ネジ部８０とターミナル金具６のネジ穴６０が螺合され、固定金具８の他端と外部保護管４が着脱可能に連結されている。

測温プローブ２２をタンディッシュ蓋２６に垂下させて固定するには、タンディッシュ蓋２６に穿設された取り付け孔（図示せず）に測温プローブ２２を上方から挿入し、上記のターミナル金具６と、フランジ７と、固定金具８と、の協動によって測温プローブ２２をタンディッシュ蓋２６に対して固定する。

外部保護管４及び固定金具５の外周には、外部保護管４及び固定金具８を溶鋼の熱から保護するための厚肉筒形状をなす成形断熱材９０が設けられている。尚、成形断熱材９０の下端部は、外部保護管４の先端側に到達していないので、外部保護管４の先端４ａ側は露出している。また、フランジ７をタンディッシュ蓋２６から熱的に絶縁するために、固定金具８とフランジ７の間には成形断熱材９１が設けられている。

（比較形態例）
本形態例は、中間保護管３を用いていないこと以外は、実施形態例と同様な測温プローブ（及び連続鋳造機）である。

本形態例の構成を図５に示した。なお、この図５は、実施形態例の図４に対応した図であり、特に限定しない構成以外は、上記の実施形態例と同様な構成を備えている。

本形態例では、図５に示したように、中間保護管３を有していないため、内部保護管２が外部保護管４の内面から間隔を隔てた状態（すき間を有する状態）で配置されている。

（評価）
実施形態例及び比較形態例の連続鋳造機を用いて、連続鋳造を行った。
実施形態例の測温プローブは、３０時間の連続鋳造を行っても、外部保護管４に損傷は生じなかった。
対して、比較形態例の測温プローブでは、１時間で外部保護管４に折損が生じたことが確認できた。

実施形態例の測温プローブ２２においては、熱電対１を収容した内部保護管２と外部保護管４との間に、中間保護管３を備えている。この中間保護管３は、外部保護管４との位置が、外部保護管４の内面に密着した状態で固定されている。このため、測温プローブ２２の先端を金属溶湯に浸漬しても、金属溶湯の流れにより測温プローブ２２（外部保護管４）が湾曲しようとしても、その内部に収容された中間保護管３が測温プローブ２２（外部保護管４）の湾曲を規制する。この結果、実施形態例の測温プローブ２２（外部保護管４）では、湾曲量が過剰に大きくならなくなり、測温プローブ２２（外部保護管４）が破損（折損）することが抑えられた。

対して、比較形態例では、中間保護管３を備えておらず、金属溶湯の流れにより測温プローブ２２（外部保護管４）に湾曲しようとする力が加わると、その力が測温プローブ２２（外部保護管４）に加わり、湾曲が過剰に進行して、破損（折損）が生じる。

このように、実施形態例の連続鋳造機の測温プローブは、中間保護管３を有することで、外部保護管４の損傷（折損）を抑えることが出来ることが確認できた。すなわち、実施形態例の連続鋳造機の測温プローブ２２は、外部保護管４の損傷が生じないことから、外部保護管４の設計寿命どおりに使用することができた。

（実施形態例の変形形態）
本形態は、上記の実施形態例の測温プローブ２２の中間保護管３の厚さ，外部保護管４の材質及び厚さを変更した構成（変形形態例）である。

具体的には、中間保護管３の厚さを２，３，５，１１ミリで変更し、外部保護管４の材質をスピネルカーボン，アルミナカーボン，ジルコニアカーボンで変更し、外部保護管４の厚さを５，２２，３０ミリとしたそれぞれの形態例である。なお、中間保護管３は、外径が２８ミリとした。

表１にそれぞれの形態例の耐折損性を示した。表１においては、中間保護管３の厚さが２ミリの場合を基準とし（表中では○で示した）、それよりも耐折損性に優れた場合を◎で示した。なお、比較の基準とした２ミリの場合でも、中間保護管３が測温プローブ２２（外部保護管４）の湾曲を十分に規制することができる。

表１に示したように、中間保護管３の厚さが３，５，１１ミリのいずれの場合においても、外部保護管４の形態によることなく、より高い耐折損性を有している。
そして、中間保護管３の厚さが３ミリ以上となることで、外部保護管４の損傷（折損）をより抑えることが出来ることがわかる。

（曲げ歪み）
実施形態例及び比較形態例の測温プローブ２２で溶鋼の測温を行うときに生じる、測温プローブ２２の曲げ歪みを求めた（算出した）。

具体的には、図１に示した連続鋳造機１００を用いて溶鋼の測温を行うと、測温プローブ２２には、溶鋼の熱及び溶鋼の流れに起因する力が加わり、変形（曲げ歪み）が生じる。この変形の変形量及び曲げ歪み（ε）を算出した。

より具体的には、測温プローブ２２を用いて溶鋼の温度を測定するときには、図６に示したように、部分的な伸縮により先端部が弓状の略二次曲線形状をなすように湾曲する。この湾曲した測温プローブ２２の先端部の変位量（Ｙｍａｘ）及び曲げ歪み（ε）を算出した。
なお、図６においては、曲げ歪み（ε）を生じさせる部分的な伸縮の方向を矢印で示したが、この矢印は、伸縮の絶対値であっても、伸縮の相対値であってもよい。つまり、図６は、部分的な収縮を生じている場合だけでなく、熱膨張により全体が膨脹している（伸びている）状態の中で、所定の膨脹量（伸びた長さ）以上，以下で矢印（ベクトル量）を示した場合も含む。

値の算出は、次のように行われた。まず、溶鋼の流速に起因する単位長当りの抗力と浸漬管が傾斜した場合に働く単位長あたりの（浮力−重力）が等分布に荷重されるとして、長さの片持梁の自由端における変位量、すなわち先端部の変位量（Ｙｍａｘ）を算出する。そして、自由端における変位量から、梁の変位を２次曲線で近似し、固定端での曲率半径を算出し、曲げ歪み（ε）を算出する。

算出された先端部の変位量（Ｙｍａｘ）及び曲げ歪み（ε）を、表２に示した。なお、算出に用いられた測温プローブ２２は、中間保護管３が窒化ケイ素よりなり、外部保護管４が１５ミリの厚さのスピネルカーボンよりなる。そして、中間保護管３の厚さが３，５，７ミリのそれぞれの場合で算出した。
なお、表２は、外部保護管４の材質としてスピネルカーボンを使用した場合の先端部の変位量（Ｙｍａｘ）及び曲げ歪み（ε）を示したが、スピネルカーボン以外の従来公知の材質の場合も同等の評価結果となる。外部保護管４に適用可能な従来公知の他の材質としては、アルミナカーボンやジルコニアカーボンを例示できる。そして、これら三つの材質は、中間保護管３と比較して強度が大幅に低い（いずれもごく僅かな強度であり）。この結果、外部保護管４の材質が変化しても評価結果に影響が及ばなくなる。

表２に示したように、中間保護管３を備えていない比較形態例では、先端部の変位量（Ｙｍａｘ）及び曲げ歪み（ε）のいずれの値も大きな値となっていた。

これに対し、中間保護管３を有する各実施形態例では、先端部の変位量（Ｙｍａｘ）及び曲げ歪み（ε）のいずれの値も小さな値となっている。このことからも、中間保護管３の厚さが３ミリ以上となることで、外部保護管４の損傷（折損）をより抑えることが出来ることがわかる。

そして、実施形態例の測温プローブ２２において、内部保護管３の厚さが厚くなるほど、先端部の変位量（Ｙｍａｘ）及び曲げ歪み（ε）のいずれの値も小さな値となることが確認できる。このことから、中間保護管３の厚さが３ミリ以上で厚くなるほど、外部保護管４の損傷（折損）をより抑えることが出来ることがわかる。

上記から、本形態例の連続鋳造機は、測温プローブ２２の外部保護管４の損傷が生じないことから、外部保護管４の設計寿命どおりに使用することができる。

（実施形態例のその他の形態）
上記の実施形態例では、金属溶湯として鋼（溶鋼）を使用した場合を示しているが、測温プローブ２２を使用できる金属溶湯は、この溶鋼に限定されるものではない。
たとえば、「溶鋼（金属溶湯）の流速が遅い場合」や「溶湯の比重が軽い場合」等の場合は、上記の実施形態例と比較してより緩い条件であることが明らかであり、上記と同様の効果を発揮できることも明らかである。
また、「溶鋼（金属溶湯）の流速が速い場合」や「溶湯の比重が重い場合」等の場合であっても、同様に長寿命となる効果を発揮できる。このような厳しい使用条件の場合には、内部保護管３の厚さを厚くすることで、さらに優れた効果を発揮できる。

１００：連続鋳造機
２１：タンディッシュ
２２：測温プローブ
２３：鋳型
２４：浸漬ノズル
２５：ロール対
２６：タンディッシュ蓋
１：熱電対
２：内部保護管
３：中間保護管
４：外部保護管
５：固定金具
６：ターミナル金具
７：フランジ
８：固定金具
９０，９１：成形断熱材

Claims (1)

1. 金属溶湯に先端を浸漬させて該金属溶湯の温度を測定するための測温プローブであって、
   熱電対と、
   該熱電対を収容する先端が閉塞された内部保護管と、
   前記内部保護管を内部に通過させる中間保護管と、
   該内部保護管を通過させた状態で該中間保護管を収容するために先端が閉塞されたセラミックスカーボンよりなる外部保護管と、
   を備え、
   該中間保護管は、該内部保護管との間に隙間を隔てた状態で、該外部保護管に接着されていることを特徴とする測温プローブ。

Images