JPH01288741A - 保護管式測温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は溶融金属などの湯温を計測することのできる熱
電対保護管式の測温計に関するものである。

［従来の技術］ 従来、溶銑、溶鋼等の溶融金属等の溶湯の温度を測定す
る方法として一般に使用されているのは白金ロジウム系
熱電対（以下Ｂ熱電対と称す）の先端を石英管で保護す
る消耗型温度計であり、通常溶銑、溶鋼等にその熱電対
を浸漬すると極めて短時間（１０〜２０秒間）のうちに
感熱部が溶融し使用不能となるので短時間に測温を終了
しなければならずかつ測定１回毎に熱電対を交換してい
た。このため、品質、操業の管理が困難で測温コストが
高いことから長時間連続して測温できる温度計が強く望
まれ、最近では溶融金属に耐食性の高いサイアロン、Ｂ
Ｎ。

＾１２Ｌ−Ｃ，ＺｒＯｘ−Ｍｏなどの熱電対保護管が提
供されている。

［発明の解決しようとする課題］ しかしながら、これらの保護管を用いた温度計の場合、
溶銑や溶鋼での連続的測温では、投入の際の予熱や測温
中での酸化や耐食性が著しく悪く５〜３０チヤージぐら
いで保護管が侵食されるため寿命が短い。

また、溶融金属中に投入する場合、ＺｒＯ□−Ｍｏ。

Ａｌ２０３−Ｃ，ＢＮ等の保護管を使用した熱電対保護
管は熱衝撃性が高いので、予熱は十分にしなくて使用さ
れているが強度が弱いことや酸化しゃずいこと、耐食性
が低いなどの点で十分に長時間の測温に耐えつるものは
少ない。

しかし、最近このような保護管として好ましい材質、即
ち溶融金属に対して優れた耐食性かつ十分な強度、耐熱
性、熱伝導性を有するものとして硼化物系セラミックス
が提案されている。特にＺｒＢ、は前記の材質条件を最
も具備しており、本発明を適用する場合に好ましい材料
といえる。しかるに、この硼化物系セラミックスは一般
の金属に比べ靭性が低く、耐熱衝撃性も劣るため、溶融
金属などの高温度の湯温を断続的に繰り返した場合、保
護管の温度は１４００℃以上、５００℃以下の温度を上
昇下降の繰り返しをすることになり、保護管の内部に微
細な亀裂が発生し全体の割れを引き起こし、長時間連続
して測温する場合に比べて寿命が低下する問題が起こり
、このような断続的測温においても長時間安定して測温
可能な技術が強く望まれていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
、ＺｒＢｚなどの非酸化物系セラミックスを主成分とす
る保護管にて測温センサーを保護しつつ高温の溶融金属
の湯温を断続的に測温するに際し、該保護管の外部にＡ
１□０．−Ｃ，ＺｒＬ−Ｃ等の耐熱衝撃性、高耐食性、
断熱性の耐火物層を配したことを特徴とする熱電対保護
管式測温計を提供するものである。

以下図面を参照して説明する。

第１図は本発明の基本的構成を説明する断面図であり、
本発明熱電対保護式測温計は基本的には非酸化物系セラ
ミックスを主成分とする保護管本体１ａ及・び保護管の
一部に相当するその外面に配した耐火物層１ｂからなっ
ている。熱電対保護管部分ｌと保護管本体ｌａ内にある
測温センサ一部分から構成されている。

このような熱電対保護管を使用した測温計としては、さ
らに一般に管ｌａ内に、熱電対２を内蔵したＡｌＩｎ５
などの絶縁管３を組込んだＡ１□０３などの保護管４を
組込んだセンサーにより構成され、この全体を溶湯の中
に装入して連続的にまたは断続的に溶湯の温度変化を計
測するものである。

以下本体！ａ及びｌｂからなる保護管部分Ｉについてさ
らに説明する。本発明において、本体１ａは、非酸化物
系セラミックス焼結体からなるもので溶湯に対する高温
耐食性の点からＺｒＢｓ（２硼化ジルコニウム）を主成
分とするものが最適である。

適切な焼結体は次のようなものである。

、組成 Ｚｒの硼化物を主成分とするものであり、特には副成分
として、　ＳｉＣやＢＮなどを含むものが好ましく、例
えば重量％でＺｒＢｚ９５〜７０％、ＳｉＣ１〜１５％
、ＢＮ　４〜２９％などのものがそれである。

・物　性 嵩比重　　　３，０〜６，０ 抗折強度　　１０Ｋｇ／ｍｍ”以上 熱膨張率　　０．６％以下（１０００℃）比抵抗　　　
１０す０ｃｍ以上（１５００℃）耐熱衝撃性（△Ｔ）２
５０〜１０００℃なお、耐熱衝撃性とは電気炉中で各温
度に５分間急熱し水中に急冷した試料の曲げ強度を測定
し、強度が急激に低下した試料の処理温度を示すもので
（ΔＴ’Ｃ）で表わす。

比抵抗は、４端子法で高温で測定した値を示す。（Ωｃ
ｍ、　１５００℃） 本発明における非酸化物系セラミックス焼結体としては
、この１ｒＢｚ系のほか、ＴｉＢ１系、サイアロン系な
ども使用可能であるが、ＺｒＢｘに比べ高温でのスラグ
や溶湯に対する耐食性が低く、ＴｉＢ２では耐酸化性が
悪くなるなどの点で劣るものであることは否めない。

次に保護管本体の外面に配置されている耐火物層１ｂに
ついて説明する。前述のごとく、ＺｒＢｓ質などの非酸
化物系セラミックス本体１ａに起因して溶湯に投入し、
温度上昇、下降を繰り返す場合特に高温域からの温度降
下時しばしば５００〜６００℃の領域で本体１ａのセラ
ミックス内部の組織に微細な亀裂が発生しそれが顕著な
場合にはセラミックス全体の割れに至ることがある。こ
の原因は明らかでないが、熱膨張率、酸化特性、ヤング
率などの急激な変化や熱応力によるものと思われる。し
かるに高炉や連続鋳造設備において溶銑、溶鋼の測温を
する場合、ｌタップの出銑毎ｌキャストの鋳造毎に測温
を中断することになり、硼化物系セラミックスを用いた
保護管の場合その侵食量より早い時期に保護管が割損す
る場合が多い。

本発明はこれを防止するために該保護管１ａの外部にＡ
ｌｘ０ｓ−Ｃ，ＺｒＢｇ−Ｃなどの耐熱衝撃性、高耐食
性、断熱性及び機械的強度のある耐火物層１ｂを配し、
断続的な温度上昇下降を繰り返しても保護管本体１ａが
割損することなく安定して測温できるようにしたもので
ある。

この耐火物層ｉｂの本体！ａへの配し方についてはどの
ような手段を用いてもよいが、図面では本体１ａを取付
けている固定金具５に取付けられており本体１ａとは接
触していない構造となっている。この保護管ｌが溶湯の
中に投入された場合、また高温から取り出された場合（
ｌタップの出銑毎またはｌキャストの鋳造毎）この耐火
物層１ｂが熱衝撃性の緩和となり、冷却時に本体１ａが
急冷されることなく耐火物層１ｂが保存し割損を防止す
る。又、耐火物層１ｂは本体１ａと接触していないため
に投入時引出時の機械的衝撃のクツション材にもなり本
体＋ａを保護される。さらにこの耐火物層１ｂは溶湯中
に投入された場合ある程度の耐食性を保持しつつ、溶鋼
やスラグを付着しやすくこの付着層が本体１ａの保護コ
ートを形成することになり断続的に使用される場合の熱
衝撃の緩和層となる。

そしてこの耐火物層１ｂは煉瓦的組織を有するカーボン
を配合した耐熱衝撃性、耐食性、機械的強度、断熱性の
あるＡ１．０．−ＣやＺｒ０ａ−Ｃ質の耐火物が好まし
い。適切な耐火物の例は次のようなものである。

、組成 Ｚｒ０ｉやＡ１ｍ０＊を主成分とし、耐熱衝撃性、耐食
性付与のためにカーボンを含むもの例えばＡＩａＯｓ又
はＺｒＬ６０〜９５％、０４０〜５％等のもの。

・物　性 嵩比重　２．５〜３．５ｇ／ｃが 曲げ強度　　８０　〜２５０ｋｇ／ｃｍ”（ａｔ、１４
００℃）熱伝導率　　Ｉｎ　　〜１５にｃａｌ／ｍ、　
ｈ、　’Ｃ耐熱衝撃性　△Ｔ≧１０００℃ 熱膨張率　　０．５〜０．８％（ａｔ、　１０００℃）
また、耐火物層１ｂは、厚みとして５〜５０ｍｍ程度が
適当であり、さらに保護管本体１ａの外表面への配し方
については、好ましくは保護管本体の長さ方向はぼ全長
とすることであるが、先端部の一部は熱電対２の応答速
度、精度の点で影響のない範囲でなくてもかまわない。

具体的には上記の組成、物性を有する耐火物ｌｂを本体
１ａの取付は金具にネジ止めして固定し、本体１ａと耐
火物層１ｂとの間は一体化せずゆるい接触又は間隙を設
けておくことが望ましい態様である。なぜならこの間隙
が断熱層となり、また一体化している場合、両者の熱膨
張に起因する熱応力の発生もないためである。

本発明の方法を用いれば、断続的な測温においても保護
管の早期損傷が発生せず、侵食により保護管の寿命が尽
きるまで長時間にわたり測温することが可能となる。

［実施例］ ＺｒＢａ粉末（１μ以下純度９９％以上）にＢＮ粉末（
１μ以下純度９９％以上）を重量％で１０％添加し、Ｓ
ｉＣボールでボットミルを用いエタノール溶媒で３日間
粉砕し取出し後、有機バインダーを添加しスプレィドラ
イヤーで造粒した。又、同様にＺｒＢ、粉末をＳｉＣボ
ールを用い粉砕し造粒して粉末を得た。この粉末を用い
ラバープレスにより２０００ｋｇ／ｃｍ”で成形し、Ａ
「雰囲気下Ｔ２１００”ＣＸ３ｈｒ焼成し、内径１５φ
、外径２５φ、長さ８５０　ｍ＋ｎｊ２の保護管本体を
製作した。それぞれの焼結体の分析値は重量％でＺｒＢ
ｇ　８５％、ＢＮ　１０％。

ＳｉＣ５％およびＺｒ８ｇ９５％、　ＳｉＣ５％であっ
た。

この保護管を取付は金具に装着し保護管の外側にはＡ１
．０．〜Ｃ質ロングストッパーの使用済み廃材を先端の
み切断し、取付は金具にネジ固定した。この人１□０３
−Ｃ質耐火物層の寸法は外径１４０φ、内径５０φ、長
さ６５０　ｍｍβのものを用いた。ネジはロングストッ
パーとしてもともとネジ切りしであるためそのネジ寸法
に合わせて金具を作った。この保護管の内部に熱電対Ｊ
ＩＳ−Ｂ（ＰＬ／　Ｒｈ　６〜３０％）に絶縁管を配し
ＡＩＪｓ保護管に内装したものを組込み保護管式測温計
を製作した。なお、Ａ１□０３−Ｃの分析値は重量％で
＾１ｚＬ　５５％、Ｃ３０％、ＳｉＣ１０％であった。

この組合せの保護管式測温計を用い４０ｔｏｎのタンデ
イツシュ鍋で１５５０℃の溶鋼中に浸漬し、測温を行な
った。測温は各２５回鋳造時毎、保護管は温度上昇下降
を繰り返し行なわれ。各々合計８５時間の間正常に測温
ができた。測温８５時間終了後取り出して保護管を調べ
たが、ＺｒＢｓ保護管にはスラグ地金の付着したコート
で覆われていた。

この保護管を半分に切断して断面や内面な謂べたが亀裂
は認められずＺｒＢ＊の保護管の外表面の侵食量も１．
５〜２ｍｍ程度の軽微であった。

これに対しＺｒＢｚ質保護管の外部にＡｌ２Ｏ，−Ｃ質
耐火物層を配しなかった保護管を同様に使用し断続的測
温を行なったところ、１回の温度上昇下降における測温
で約３〜４時間の測温終了授与１くも保護管に損傷を来
し、測温不能となった。取出して調査した結果、保護管
の外表面に発生した亀裂を通じて溶鋼が侵入していた。

又半分に切断して、断面を調べたところ微細な亀裂が無
数認められた。

［発明の効果］ 本発明の方法によれば長時間安定して溶融金属の断続的
測温か可能となるため測温コストが低減でき、温度計の
信頼性が大幅に向上する。

これを使用することによって自動化ラインによる省力化
や操業・品質の管理精度向上による操業安定化、品質向
上、生産向上等に役立ちその工業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本的構造を説明する一部切り欠い
た縦断面説明図である。 図面にて ｌ：熱電対保護管部分 Ｉａ：保護管本体 １ｂ＝耐火物層 ２　：熱電対 ３　：＾１□０．絶縁管 ４：Ａ１□０．保護管 ５　：固定金具 殆　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）非酸化物を主成分とするセラミックスからなる保護
   管にて測温センサーを保護するとともに該保護管の外部
   に耐火物層を配したことを特徴とする熱電対保護管式測
   温計。