JPH04351930A - 溶融金属用の温度検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、経時的に溶融金属の温
度を検出できる溶融金属用の温度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼産業は多くの鉄鋼プロセスから構成
される。鉄鋼プロセスは鉄鋼プロセスと転炉プロセスと
に分かれる。鉄鋼プロセスでは鉄鉱石，コークス，石灰
石などを高炉に入れ、約１２００℃の熱風を吹き込みコ
ークスを燃焼させることによって鉄鉱石を溶融還元し、
銑鉄をつくる。転炉プロセスでは銑鉄を転炉に運び純酸
素で吹錬脱炭し、用途に応じてＣが０．０３〜１．７％
の溶鋼をつくる。この溶鋼を連続鋳造機を用いることに
よりスラブやブルームという中間製品にする。

【０００３】この転炉プロセスにおける主要な課題は、
吹錬中に複雑に変化する炉内での反応を制御し、吹錬終
了時の溶解成分や溶解温度を目標値に合致させることで
ある。このため、吹錬中の溶鉄溶鋼温度は１３００〜１
７００℃に、そして炉内温度は１０００〜１６００℃に
も達する過酷な条件下で鋼中の炭素濃度，酸素濃度や溶
鋼温度を測定しなければならない。

【０００４】溶鋼温度を計測する場合は、以下に示す条
件を満足しなければならない。

【０００５】（１）溶鋼の温度は１５００〜１７００℃
になるため熱的影響が大きい。

【０００６】（２）表層に溶融スラグが存在するため、
それよりも深層を測定しなければならない。

【０００７】（３）測定に際して溶鋼の温度を低下させ
てはならない。

【０００８】（４）溶鋼に不純物が混入することを極力
避けなければならない。

【０００９】（５）特に、条件の厳しい転炉ではバッチ
処理のため間欠使用に耐えられること。

【００１０】溶鋼温度の測定状態を図６に示す。図中、
１は転炉本体、２，３は水平軸まわりに回動自在に転炉
本体１を支持する軸受、４は駆動手段、５はトラニオン
リング、６は溶鋼、７は吹管、８は外管である。溶鋼６
の温度を測定するには、熱電対を測定用のプローブ９に
装着し、このプローブ９を溶鋼６中に浸漬させて行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、熱電対によ
って測定する温度は１５００〜１７００℃もの高温であ
り瞬時に温度を測定できても同時に熱電対が溶解してし
まう。このため、測定された数値の代表性が保証されな
いだけでなく、長い時間安定して溶鋼の測定ができない
。

【００１２】一方、長期安定して測定するために、耐熱
性の保護材を介在する間接測定方法では、定常化するま
でに時間がかかり、間欠使用すると保護材と溶鋼が反応
して膨張係数の違いから割れを生じ易い。また、放射温
度計を使用する場合には、それ自体温度保障が厳しく冷
却設備が必要になりかなり大がかりなシステムとなる。 その他、超音波測定，レーザー測定等も製品化されてい
るが、上述した（１）〜（５）の問題点を完全にクリア
している測定方法がないのが現状である。

【００１３】そこで本発明は、斯かる課題を解決した溶
融金属用の温度検出装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
めの本発明の構成は、一端が溶融金属に浸漬される高融
点材料からなる熱伝導体を設け、熱伝導体の他端側の特
定位置の温度を検出する温度検出手段を設けたことを特
徴とする。

【００１５】

【作用】熱伝導体の内部を単位時間当たりに伝わる熱量
Ｑを予め求めておき、熱伝導体の熱伝導率α、横断面積
Ａと、浸漬部・特定位置間の距離Ｌと、検出温度Ｔとか
らフーリエの法則を用いて溶融金属の温度Ｔｘを算出す
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００１７】（ａ）実施例１ 本発明による溶融金属用の温度検出装置の実施例１を、
図１〜図２に示す。転炉本体１内の溶融金属としての溶
鋼６に下端を浸漬する熱伝導体１１が設けられる。熱伝
導体１１としてはタングステン，モリブデン等の金属あ
るいはセラミック系材料が用いられる。これらの材料は
融点が１７００℃以上の高融点材料だからである。

【００１８】熱伝導体１１の図中右側には熱伝導体１１
の上端側の特定位置である被検出部Ｐの温度を検出する
ための温度検出手段が具えられる。温度検出手段として
本実施例では被検出部Ｐに接触することなく検出する赤
外線映像装置１２が用いられるが、放射温度計でもよい
。このほか被検出部Ｐの温度測定精度を高めるために熱
伝導体１１に輻射熱防止板１３が取り付けられる。これ
は、被検出部Ｐとその近傍とに温度差をつけるために具
えられる。

【００１９】次に、温度検出装置の作用を説明する。溶
鋼６の温度をＴｘ、赤外線映像装置１２の検出した温度
をＴ、熱伝導体１１の下端Ｒから被検出部Ｐまでの距離
をＬ（ｍ）、熱伝導体１１の横断面積をＡ（ｍ２）、熱
伝導体１１の熱伝導率をα（Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・ｄｅｇ
）とすると、単位時間当たりに熱伝導体１１内を伝わる
熱量Ｑ（Ｋｃａｌ／ｈ）は、フーリエの法則により熱伝
導体１１の横断面積Ａと熱の流れ方向の単位長さ当たり
の温度勾配ΔＴ／Ｌ＝（Ｔｘ−Ｔ）／Ｌに比例する。 従って、以下の関係が成立する。

【００２０】Ｑ＝α・Ａ・ΔＴ／Ｌ……（イ）この式よ
りＴｘを求めるためにΔＴ＝Ｔｘ−Ｔとおくと、上式は
次のようになる。

【００２１】Ｔｘ＝（ＱＬ／αＡ）＋Ｔ……（ロ）一方
、熱伝導体１１の下端を溶鋼６内に浸漬した直後からの
時間に対するＰ点の温度指示値を図２に示すようにグラ
フに描き、図中に示す時間ｔ１〜ｔ２間におけるＰ点で
の温度上昇の値ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を前記（イ）式に代入
すると単位時間内に熱伝導体１１内を伝わる熱量Ｑが求
まる。

【００２２】従って、このようにして求めたＱの値と赤
外線映像装置１２が検出したＰ点の温度Ｔの値とを（ロ
）式に代入すると溶鋼６の温度Ｔｘが求まる。

【００２３】本実施例では輻射熱防止板１３が溶鋼６か
らの輻射熱を遮るので、被検出部Ｐ点の近傍の温度を保
持できて検出精度が向上する。

【００２４】（ｂ）実施例２ 次に、実施例２を図３に示す。この実施例は、タングス
テンやタンタル等の高融点材料からなる柱状の熱伝導体
１４を耐熱セラミックス等からなる断熱材１５で被って
測温体１６を構成し、熱伝導体１４の上端近傍の特定位
置である被検出部Ｐａ，Ｐｂ点に熱電対１７ａ，１７ｂ
を配置するとともに熱電対１７ａ，１７ｂを温度変換器
１８ａ，１８ｂを介して演算器１９に接続したものであ
る。この実施例では、温度検出手段として熱電対が使用
できるように、熱伝導体１４の上端の温度を十分に低い
値（例えば常温等）に保つ必要がある。

【００２５】このような温度検出装置において、熱伝導
体１４におけるＰａ，Ｐｂ，Ｒ間の距離をＬａ，Ｌｂと
し、Ｐａ，Ｐｂでの温度をＴａ，Ｔｂとすると、単位時
間当たりに熱伝導体１４のＰａ，Ｐｂ間を流れる熱量Ｑ
は、 Ｑ／ｔ＝α・Ａ・（Ｔｂ−Ｔａ）／Ｌａ……（ハ）とな
り、ＰｂＲ間を流れる熱量Ｑも同様にしてＱ／ｔ＝α・
Ａ・（Ｔｘ−Ｔｂ）／Ｌｂ……（ニ）と表すことができ
る。ここで、単位時間当たりに熱伝導体１４を流れる熱
量Ｑ／ｔはＰａＰｂ間とＰｂＲ間で等しいから、（ハ）
，（ニ）式より （Ｔｂ−Ｔａ）／Ｌａ＝（Ｔｘ−Ｔｂ）／Ｌｂ∴Ｔｘ＝
Ｌｂ（Ｔｂ−Ｔａ）／Ｌａ＋Ｔｂ……（ホ）（ホ）式に
Ｐａ，Ｐｂの温度Ｔａ，Ｔｂを代入すれば溶鋼６の温度
Ｔｘを求めることができ、図３中の温度変換器１８ａ，
１８ｂから得られたＰａ，Ｐｂの温度Ｔａ，Ｔｂに基づ
いて演算器１９がＴｘを算出する。

【００２６】以上は熱伝導率αが温度の値に拘わらず一
定とした場合であるが、熱伝導率αが温度の関数α（Ｔ
）であっても

【００２７】

【数１】

【００２８】と置き換えることにより、Ｔｘを同様にし
て求めることができる。

【００２９】このほか、測温体１６の寿命を考慮して短
時間で溶鋼６の温度Ｔｘを求めるため、熱伝導体１４を
溶鋼６に浸漬してからＴｘの値が安定するまでの過渡的
な時間内にサンプリング時間間隔ｔでＴｘ１，Ｔｘ２，
Ｔｘ３……を読み取り、このデータＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔ
ｘ３……又は変化量ΔＴｘ１，ΔＴｘ２，ΔＴｘ３……
（ΔＴｘ１＝Ｔｘ２−Ｔｘ１、ΔＴｘ２＝Ｔｘ３−Ｔｘ
２、ΔＴｘ３＝Ｔｘ４−Ｔｘ３、……）のデータを例え
ば一様な単調関数で近似することにより安定値Ｔｘを求
めることができる。

【００３０】（ｃ）実施例３ 本発明の実施例３を図４に示す。これは、実施例２にお
ける熱伝導体１４の被検出部を３ケ所以上にしたもので
ある。

【００３１】本実施例では、ＴａとＴｂから求めたＴｘ
ａ、ＴｂとＴｃから求めたＴｘｂ、ＴｃとＴｄから求め
たＴｘｃ、……の傾向からＴｘの値を補正し、より正確
な溶鋼６の温度Ｔｘを求めることができる。Ｔｘａ，Ｔ
ｘｂ，Ｔｘｃ，……の傾向は熱伝導体１４の材質，構造
等で異なり、ランダムな単調増加あるいは単調減少にな
る場合等がある。Ｔｘの補正方法は測温体１６の機種ご
とに決定する。

【００３２】Ｔｘの算出のための演算や短時間測定にお
ける安定点予測や補正のための演算等はマイクロコンピ
ュータ等を用いて行う。被検出部を適正に決定すれば熱
伝導体１４はひとつの材質ではなく２種以上の材質のも
のを組み合わせて製作することもできる。

【００３３】このように被検出部を３点以上にして複数
の測定結果の傾向から溶鋼の温度Ｔｘの算出値を補正す
ると、伝熱量の漏れ等による測定誤差を取り除くことが
でき、検出精度を向上させることができる。

【００３４】実施例１〜３において、必要に応じて以下
の構成を付加することができる。図５（ａ）は測温体１
６の上部に冷却器２０を具えるとともに冷却媒体として
の空気，水等を供給するための恒温流体供給装置２１を
図示しないパイプを介して接続したものである。このよ
うにすることで、熱伝導体１４の上端部の温度を低温か
つ安定に保つことができ、測定精度を向上させることが
できる。一方、図５（ｂ）は断熱材１５の内周面にその
長さ方向へ複数の溝１５ａを形成するとともにエア抜き
孔１５ｂを介して各溝１５ａ内と断熱材１５の外部とを
連通させたものである。これにより、熱伝導体１４と断
熱層１５との間に空気層が形成されることになって上下
方向の対流が防止され、その結果、熱伝導体１４の断熱
保護が図られる。また、熱の漏れを防ぐことにもなる。 このほか、熱伝導体１１，１４における消耗部分である
下端部のみを着脱自在に構成すれば、消耗部分のみを取
り換えることによりその他の部分は繰り返し使用できる
。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明からわかるように、本発明に
よる溶融金属用の温度検出装置によれば溶融金属に浸漬
する熱伝導体に高融点材料を用いるため溶融金属の温度
検出が長時間に亘って行えかつ繰り返し使用でき、しか
も消耗や溶融金属への不純物の混入が避けられる。そし
て、熱伝導体を溶融金属の深い位置まで浸漬することに
より溶融スラグの影響を受けなくすることができる。ま
た、熱伝導体における浸漬端とは反対側の温度を検出す
るため溶融金属の輻射熱の影響が少なく、熱電対等の既
存の温度検出手段を用いることができる。また更に、検
出値が安定するまでの過渡的時間内に検出データから安
定値を予測測定する機能を付加することにより、温度検
出が短時間で行え、熱伝導体の寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温度検出装置の実施例１を示す構
成図。

【図２】熱伝導体の特定点の温度変化を示すグラフ。

【図３】本発明による温度検出装置の実施例２を示す構
成図。

【図４】本発明による温度検出装置の実施例３を示す構
成図。

【図５】その他の実施例に係り、図５（ａ）は冷却手段
を示す要部説明図、図５（ｂ）は断熱用の空気層の部分
を示す要部説明図。

【図６】従来の転炉の構成図。

【符号の説明】

６…溶鋼 １１，１４…熱伝導体 １２…赤外線映像装置 １７ａ〜１７ｄ…熱電対 １８ａ〜１８ｄ…温度変換器 １９…演算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一端が溶融金属に浸漬されるとともに
   高融点材料からなる熱伝導体と、当該熱伝導体の他端側
   の特定位置の温度を検出する温度検出手段とで構成し、
   他端側の特定位置の温度から溶融金属の温度を算出する
   ようにしたことを特徴とする溶融金属用の温度検出装置
   。