JPH0620101Y2

JPH0620101Y2 - 高温流動体の流量計

Info

Publication number: JPH0620101Y2
Application number: JP16084588U
Authority: JP
Inventors: 洵東
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-12-13
Filing date: 1988-12-13
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2003-12-13
Also published as: JPH0281420U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、電気伝導性をもつ溶銑，溶鋼，溶融スラグな
どの高温流動体の流量を計測するための流量計に関す
る。

［従来の技術］一般に、高炉鋳床において出銑中の溶融スラグの改質
（主として塩基度調整）を行なう場合、石灰等の材料が
投入されるが、その量はスラグ量に応じて決定されるの
で、溶鋼スラグの量を計測する必要がある。また、溶融
スラグから水砕スラグを作るプロセスにおいても、溶融
スラグ量に応じた水量を添加する必要があるため、溶鋼
スラグの量を計測する必要がある。

このような溶融スラグの一般的な処理を第３図により説
明すると、高炉１からの出銑時に同時に排出される溶融
スラグは、樋２に沿い主として溶銑の上部を流れてゆ
く。そして、溶融スラグと溶銑とは、樋２内のスキンマ
と呼ばれる板（図示せず）を溢れ流れた部分を溶融スラ
グとして分離される。

分離された溶融スラグを例えばセメント用骨材にするに
は圧壊強度が必要であるため、塩基度を調整する必要が
ある（塩基度が低いと強度が得られない）。このため、
溶融スラグにＣａＯ，ＣａＯ_３等を添加するが、これら
の添加剤をいれすぎると温度低下を生じて溶融スラグが
固化してしまう一方、添加剤が少ないと塩基度調整した
ことにならない。

従って、溶融スラグ量を計測し、それに応じた量の添加
剤をホッパー３から秤量して溶融スラグ中に添加する必
要がある。

また、塩基度を調整された溶融スラグは、シーソー樋な
どの樋落下点８から水砕ピット５内へ送出される。この
水砕ピット５では、スラグの冷却速度を制御するため
に、冷却水供給系４から冷却水が添加される。この冷却
水の量も、製品品質の一つである比重に大きく影響を及
ぼす。冷却水量が溶融スラグ量に体して多過ぎると比重
の大きなものができるが、セメント用骨材としては比重
の小さな方が望ましい。しかし、冷却水量が不足する
と、この水砕ピット５内で溶融スラグが微砕化せずに滞
留し、連続生産プロセスとして成り立たなくなってしま
う。

従って、ここでも溶融スラグ量を計測する必要があり、
溶融スラグの流量を連続的に監視することが望まれる。

水砕ピット５の溶融スラグは、適当量の冷却水を添加さ
れると、水砕ピット６へ送られ、スリューコンベア７等
により貯蔵ホッパーやヤードへ送られる。また、この水
砕製造ラインで処理できない溶融スラグは、樋２から別
のラインでドライピットへ送られ空冷により自然冷却さ
れるが、微砕化されていないため、クラッシャ等による
破砕工程を必要とする。このため、水砕スラグに比べて
製造コストが高くなる。

このような処理プロセスでは、コンベア７のモータＭの
電流を監視し、モータ電流大の時には生成スラグ量が多
いと判定して、前述の添加剤や冷却水の量を調整してい
るが、このような調整法では、極めて不正確で且つ時間
的な遅れも大きく、結局、熟練者等による目視に頼らざ
るを得ず自動化の障害になっている。

いづれにしても、上述のような自動化の障害を解消する
ためには、樋２の中（もしくは落下点８）での高温流動
体の溶融スラグ流量を連続的に測定ことが必要不可欠で
ある。

ところで、第４図は溶融スラグが流動している際の樋２
の断面図であり、溶融スラグ１０は、樋２内を、および
幅500〜600mm，深さ100〜200mm、通常１〜２ｍ／秒程度
の流速で流れる。この溶融スラグ１０の温度は1450℃前
後で、その表面（固化スラグ９）は約１cmほど固化し皮
を張ったようになるが、その固化傾向は熱伝導率が悪い
ために内部まで進まない。なお、樋２の材質としては、
水冷した鉄板もしくは鉄板を耐火物でライニングしたも
のが用いられる。

このような溶融スラグ（高温流動体）の流量を連続的に
測定するために、従来、第５図(a)〜(d)に示すような流
量測定方式が提案／実験されている。

第５図(a)に示す方式（日本鉄鋼協会第７７回計測部会
資料「高炉溶融スラグ流量計の開発」日本鋼管株式会社
参照）では、固体素子カメラ１１，１４を利用し、ま
ず、樋２内の溶融スラグ１０の表面を、固体素子カメラ
１１により空間フィルタ１２を通して撮像し、流速演算
部１３にて映像のムラの自己相関をとって表面流速を測
定する一方、樋２内の溶融スラグ１０の表面を固体素子
カメラ１４により撮像し、レベル演算部１５にてその映
像位置から溶融スラグ１０のレベルを演算する。そし
て、演算された流速とレベルとを流量演算部１６におい
て乗算することにより、溶融スラグ１０の流量が計測さ
れる。

第５図(b)に示す方式では、耐火物または高融点金属で
作成したドラッグプレート１７を、ロッド１８先端に取
り付けて溶融スラグ１０中に浸漬させ、このドラッグプ
レート１７が溶融スラグ１０から受ける力を、ロッド１
８の歪として歪ゲージ１９により測定し、歪ゲージ１９
の測定結果を流量演算部２０において溶融スラグ１０の
流量に換算する。

第５図(c)に示す方式では、マイクロ波あるいはミリ波
によるドップラレーダ２１を利用して溶融スラグ１０の
流速を測定している。つまり、溶融スラグ１０の表面速
度ｖに対しドップラ周波数ｄは、ｄ＝（２ｖ／λ）
・cosθである（ただし、λはマイクロ波またはミリ波
の波長、θはマイクロ波ビームまたはミリ波ビームと溶
融スラグ１０の表面との成す角度）ことを利用して、流
速演算部２２によりドップラシフトから溶融スラグ１０
の表面速度ｖを測定している。例えば、マイクロ波の波
長λを６mm（周波数５０ＧHz）にした場合、θ＝４５°
で２２〜２３Hz程度のドップラシフトが得られる。そし
て、溶融スラグ１０のレベルを計測するレベル計２３か
らの計測結果と、流速演算部２２からの演算結果とを流
速演算部２４において乗算することで、溶融スラグ１０
の流量が得られる。

第５図(d)に示す方式では、溶融スラグ１０が樋２から
落下する地点で、その落下エネルギのうち水平分力を衝
突板２５および検出器２６により計測し、計測された水
平分力を流量演算部２７にて溶融スラグ１０の流量に換
算している。

また、第５図(a)〜(d)に示した方式の他にも、第６図に
示すような流量計も提案されている（三菱電機技報Vol.
46No.2,1972年参照）。この第６図に示す流量計では、
樋２の周囲に検出コイル２８を配置し、この検出コイル
２８に高周波発振機２９を接続して高周波の電磁界を与
え、検出コイル２８のインピーダンス変化から溶融スラ
グ１０の流量を計測している。

上述した各方式を分類すると以下のようになる。

溶融スラグの表面流速， …第５図(a),(c) レベルを測定するもの一定深さの部分流速より …第５図(b) 全流量を測定するもの全体の流量を直接的に …第５図(d)，第６図測定するもの［考案が解決しようとする課題］しかしながら、従来の各方式では、それぞれ次のような
課題がある。

第５図(a)に示す方式では、溶融スラグ流の表面が固化
し停滞すると流速の測定ができなくなるため、樋２を保
温カバー等で覆って保温するとともに、樋２の断面積を
小さくして流速を２ｍ／秒以上に速めて樋２の周辺に溶
融スラグ１０が固着しないようにするなどの工夫が必要
になる。また、固体素子カメラ１１，１４による光学的
非接触測定のために光路中のダスト等をパージする必要
もある。

第５図(b)に示す方式では、ドラッグプレート１７の浸
漬深さや溶融スラグ１０のの粘度、流速分布により、歪
ゲージ１９により検出されるロッド１８の歪が大きく変
動し、定量的な流量測定にはあまり適さない。

第５図(c)に示す方式では、第５図(a)と同様の課題があ
るほか、溶融スラグ１０のレベルを計測する手段（レベ
ル計２３）が別途必要になる。第５図(a),(c)に示すい
ずれの方式も、溶融スラグ流の表面流速ｖから平均流速
を得る必要があるが、理論的にはｖ／＝1.５が確か
められており、この関係を用いて平均流速を得てい
る。しかし、実際にはたとえ表層部が固化しなくても樋
２の側壁等への付着により上記関係は成立せず、その比
率は変動してしまう。

第５図(d)に示す方式では、衝突板２５が摩耗しやす
く、また溶融スラグ流が飛散して危険であるほか、建屋
その他の振動の影響により正確に水平分力を測定できな
い。

第６図に示す方式では、電子回路としてかなり高精度で
安定なものが必要で装置が高価なものとなるほか、傾斜
樋のような特殊なものが必要である。また、実際の検出
コイル２８は耐熱設計の点から樋２よりもかなり大きい
直径にせざるを得ず、（溶融スラグ流断面積）／（検出
コイル面積）＝充填率は、たかだか３０％程度にしかな
らない。このことは検出力の弱さを意味し結果として測
定精度が低くなる。

そこで、第７図や第８図に示すような電磁流量計も提案
されている。溶融スラグ１０は、高炉スラグの場合、Ca
O-SiO₂またはCaO-Al₂O₃-SiO₂などの珪酸塩系で1450℃近
辺の温度でも1.５〜１２poise程度の幅広い粘度分布を
示し、密度も2.５〜3.５ｇ／cm²と大きい変化を示して
おり、また、比電導度も1400〜1500℃で0.05〜0.7mho/c
mと変化している。電磁流量計の場合、流体の比電導度
（電気伝導度）が少しでもあれば検出起電力ｅはほぼ溶
融スラグの流速ｖに比例する。即ち、ｅ＝Ｂｌｖで比電
導度に関係ない（ここで、Ｂは磁束密度、ｌは後述する
電極間の距離）。このことは、電磁流量計を用いた場
合、組成，粘性，温度および導電率にも影響されず、局
部的な流速の測定が可能であることを示している。

一般的な電磁流量計では、第７図に示すように、流動体
（水等）が矢印ａ方向へ流れる密閉管路３０には、一対
の電極３１，３１が管壁から差し込まれ間隔ｌをあけ相
対向して配置され、所定の磁束密度Ｂを矢印ｂ方向へ作
用させた際に電極３１，３１間に生じる起電力ｅを起電
力検出部３２により検出する。前述したように、検出さ
れた起電力ｅは、流動体の流速ｖに比例しているので、
この起電力ｅから流速ｖを求めることができる。第７図
に示した電磁流量計は、水などの流量を計測する際に用
いられ、通常、0.３〜１０ｍ／秒の流速範囲が最も精度
よく測定される。しかし、第７図に示す電磁流量計のよ
うに、溶融スラグを密閉された管路３０を流すと、溶融
スラグが固化付着して流れなくなるため、溶融スラグの
流量測定に際してこの方式は使用できない。

また、磁界についても樋２断面方向（第８図の矢印ｂ方
向；溶融スラグ１０の流れ方向に直交し且つ樋２の底面
に平行な方向）に対して作用させる際には、第８図に示
すごとく、大型の電磁石３３をそなえなければならず、
かなり大掛かりな装置になってしまう。また、樋２の耐
火物の厚さ(250〜300mm)を考えると、磁気回路の抵抗も
大きく励磁コイル３３ａに流す電流も大きくしなければ
ならない。

実際には、溶融スラグ１０の局部的な流速が測定されれ
ば十分であるから、局部的に均一な磁束密度分布が得ら
れるのであれば、励磁回路は、第８図に示すような大型
のものでなくてもよく、小型のものでよいはずである。
また、励磁源としては永久磁石も考えられるが、永久磁
石は−0.8％／℃という大きな温度係数を有しており、
溶融スラグ１０の上で磁石温度が100℃も上昇すれば、
磁力が８割も減衰することになり実用的ではない。

本考案は、上述のような課題に鑑みてなされたので、溶
融スラグ，溶鋼，溶銑などの高温流動体の流量を精度よ
く且つ安全に測定できる安価な流量計を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本考案の高温流動体の流量
計は、高温流動体にその表面上方から所定のレベルに浸
漬されて上記高温流動体のレベルを一定に保持しうる浸
漬ケースと、同浸漬ケース内に収納され上記高温流動体
の流動方向に対して直交する方向の磁界を上記高温流動
体中に発生させる電磁石と、上記浸漬ケースの底面から
上記高温流動体中に突出・浸漬され上記磁界中において
上記高温流動体の流動方向および上記磁界の方向に直交
する方向に所定の間隔をあけて配置される一対の電極と
をそなえ、上記一対の電極間に生じる起電力を検出する
起電力検出部と、検出された起電力に基づき上記高温流
動体の流速を演算する流速演算部と、演算された流速お
よび上記所定のレベルに基づき上記高温流動体の流量を
演算する流量演算部とをそなえたことを特徴としてい
る。

［作用］上述した本考案の高温流動体の流量計では、電磁石によ
り、浸漬ケースを介して高温流動体中にその流動方向に
直交する磁界が作られ、一対の電極および起動力検出部
により、流動方向および磁界の方向に直交する方向に生
じる起電力ｅが検出される。この起電力ｅは、前述した
ようにｅ＝Ｂｌｖ（Ｂは磁界の磁束密度、ｌは一対の電
極間距離、ｖは高温流動体の流速）なる関係をもつの
で、この関係に基づき流速演算部において起電力ｅから
高温流動体の流速ｖが演算される。また、浸漬ケースに
より、高温流動体のレベルは一定のレベルに保持されて
いるので、このレベルから高温流動体の断面積が得られ
る。従って、高温流動体のレベルと演算された流速ｖと
に基づき高温流動体の流量が流量演算部により演算され
る。

［考案の実施例］以下、本考案の一実施例としての高温流動体の流量計に
ついて説明すると、第１図はその全体構成図である。本
実施例でも、従来の場合と同様に、高温流動体としての
溶融スラグの流量（樋２内を流れる溶融スラグ１０の流
量）を計測する場合について説明する。

第１図において、４０は樋２内を流れる溶融スラグ１０
にその表面上方から浸漬される浸漬ケースで、この浸漬
ケース４０は、高温の溶融スラグ１０に耐えうるように
例えば耐火物セラミックスにより形成されている。ま
た、浸漬ケース４０は、樋２の幅方向についてほぼいっ
ぱいとなるように、溶融スラグ１０の表面から所定のレ
ベルで浸漬されており、この浸漬ケース４０の底面４０
ａにより、溶融レベル１０のレベルが、ほぼ一定のｈ
（浸漬ケース４０の底面４０ａと樋２の底面２ａとの間
隔）に保持されるようになっている。

また、４１は浸漬ケース４０内に収納され溶融スラグ１
０の流動方向に対して直交する方向の磁界（磁束密度
Ｂ）を溶融スラグ１０中に発生させる電磁石で、鉄心４
１ａと、この鉄心４１ａの外周に巻回されたコイル４１
ｂと、このコイル４１ｂに電圧を印加する電源４１ｃと
から構成されており、浸漬ケース４０内に収納可能な小
型のものとなっている。このような電磁石４１を、浸漬
ケース４０を介して溶融スラグ１０の表面近傍に設置す
るだけで、磁極間の中央付近の溶融スラグ１０中には、
溶融スラグ１０の流動方向に対して直交し且つ樋２の底
面２ａに平行な磁束密度分布（第１図の細線Ａ参照）が
得られる。

さらに、４２ａ，４２ｂは浸漬ケース４０の底面４０ａ
から溶融スラグ１０中に突出・浸漬される一対の電極
で、これらの電極４２ａ，４２ｂは、前述した磁界中に
おいて、溶融スラグ１０の流動方向および磁界の方向に
直交する方向に所定の間隔ｌをあけて配置されている。
また、溶融スラグ１０は前述のごとく高温では比較的高
い導電率をもつため、溶融スラグ１０中の例えば符号Ｂ
で示す電極４２ａ，４２ｂ間で短絡して所定の起電力が
得られなくなるおそれがあるので、電極４２ａ，４２ｂ
は、溶融スラグ１０中の先端部のみが導通可能でその他
の部分では絶縁状態にする必要があるほか、1400〜1500
℃の溶融スラグ１０中において容易に軟化・溶融しない
材質であることも重要である。これらの条件に適合する
電極４２ａ，４２ｂとしては、例えば、Ｍｏ（モリブデ
ン）−サーメットの棒を先端部以外アルミナでコーティ
ングしたものを用いる。このような電極４２ａ，４２ｂ
であれば1400〜1500℃での比抵抗は３０〜４０μΩ-cm
であり溶融スラグ１０の比抵抗２０μΩ-cmに比べれば
十分に小さいほか、その熱膨張係数は５〜６×１０^-6／
℃でありアルミナの熱膨張係数に近くコーティングを施
す上でも都合がよく、さらに、融点が2620℃であり溶融
スラグ１０中においても軟化・溶融などの問題は生じな
い。

一方、４３は一対の電極４２ａ，４２ｂ間に生じる起電
力ｅを検出する起電力検出部、４４は起電力検出部４３
からの起電力ｅ，電極４２ａと４２ｂとの間隔ｌおよび
電磁石４１により生じる磁束密度Ｂに基づき溶融スラグ
１０の流速ｖを演算する流速演算部、４５は浸漬ケース
４０が設定された所定のレベルつまり浸漬ケース４０の
底面４０ａと樋２の底面２ａとの間隔ｈを入力するため
の設定レベル入力部、４６は流速演算部４４からの流速
ｖおよび所定のレベルｈに基づき溶融スラグ１０の流量
を演算する流速演算部である。

なお、第２図に示すように、溶融スラグ１０の表面と電
磁石４１の磁極端との距離つまりリフトオフ量ｘの大き
さに応じて、起電力ｅは変化するが、リフトオフ量ｘ
は、特に起電力ｅが最大になるx₀付近に設定される。

また、電磁石４１は溶融スラグ１０の高温下に曝される
が、第１図の矢印Ｃで示すように、冷却空気を浸漬ケー
ス４０内に送り込んで冷却することにより、磁性の特性
変化を防止する。

本考案の一実施例としての高温流動体の流量計は上述の
ごとく構成されているので、電磁石４１により、浸漬ケ
ース４０を介して溶融スラグ１０中にその流動方向に直
交する磁界が、局部的に均一な磁束密度分布(B)を有し
て作られる。

このような磁界が形成されると、一対の電極４２ａ，４
２ｂ間には、これらの電極４２ａ，４２ｂ近傍の溶融ス
ラグ１０の流速ｖと、磁界の磁束密度Ｂとのそれぞれに
比例した起電力ｅが得られる。この起電力ｅは、前述し
たようにｅ＝Ｂｌｖなる関係をもつ。この起電力ｅは、
起電力検出部４３により検出されて流速演算部４４へ送
られる。流速演算部４４においては、ｅ＝Ｂｌｖの関係
に基づき、検出された起電力ｅから溶融スラグ１０の流
速ｖを演算する。このようにして、電極４２ａ，４２ｂ
間の局部的な流速が測定される。

また、浸漬ケース４０の底面４０ａにより、溶融スラグ
１０のレベルは、樋２の幅方向について一定のレベルｈ
に保持されているので、このレベルｈから溶融レベル１
０の流動断面積が得られる。従って、流量演算部４６に
おいて、設定レベル入力部４５からの溶融スラグ１０の
レベルｈと演算された流速ｖとに基づき、溶融スラグ１
０の流量が演算される。

ここで、検出される起電力ｅの具体的な数値を示すと、
電磁石４１の磁極先端部の磁束密度を400〜500Gauss、
電磁石４１の磁極先端部と溶融スラグ１０の表面（浸漬
ケース４０の底面４０ａ）との距離を６０mm、溶融スラ
グ１０の流速が１ｍ／秒である場合、起電力ｅとしては
0.8〜1.２ｍＶのが値が起電力検出部４３により検出さ
れる。ただし、電極４２ａ，４２ｂ間距離ｌを１０mm、
電極４２ａ，４２ｂの直径を６mmとする。

このように、本実施例の流量計によれば、溶融スラグ１
０の表面が固化したとしてもその影響を受けることなく
流量の計測できるほか、小型の電磁石４１により溶融ス
ラグ１０の局部的な流速ｖを、溶融スラグ１０の組成，
粘性，温度，導電率に影響されることなく確実に且つ高
精度で測定できる。また、電磁石４１等を収納する浸漬
ケース４０を用いて溶融スラグ１０のレベルを一定に保
持することができるので、溶融スラグ１０の流動断面を
一定に保持でき、前述のごとく高精度で測定され流速ｖ
を用いて、高温の溶融スラグ１０の流量が、高い精度で
且つ安全に測定されるのである。

なお、上記実施例では、高温流動体が、溶融スラグであ
る場合について説明したが、これ以外にも、導電率の大
きいウッドメタル（融点６０〜８０℃）や、溶鋼（例え
ば電磁攪拌時の溶鋼流），溶銑などの流量も上述と同様
にして行なわれる。

［考案の効果］以上詳述したように、電磁石により浸漬ケースを介して
高温流動体中に流動方向に直交する磁界を作り、一対の
電極および起電力検出部により、流動方向および磁界の
方向に直交する方向に生じる起電力を検出し、この起電
力に基づき高温流動体の流速を演算するとともに、演算
された流速と浸漬ケースにより一定に保持された高温流
動体のレベルとから高温流動体の流量を演算するように
構成することにより、小型の電磁石により高温流動体の
局部的な流速が、高温流動体の組成，粘性，温度，導電
率等に影響されることなく確実に且つ高精度で測定され
るとともに、浸漬ケースにて高温流動体のレベルが一定
に保持されているので、高温流動体の流動断面を一定に
保持でき、その流動断面と高温流動体の流速とから、高
温流動体の流量を高い精度で且つ安全に測定できる安価
な流量計が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例としての高温流動体の流量計
を示す全体構成図、第２図は電磁石の電極端部と溶融ス
ラグ面とのオフセット量と起電力との関係を示すグラ
フ、第３図は一般的な溶融スラグの処理手順を示す模式
図、第４図は溶融スラグを案内する樋の断面図、第５図
(a)〜(d)および第６図はそれぞれ従来の高温流動体の流
量測定方式説明するための図、第７，８図は従来の電磁
流量計を説明するための図である。図において、２…樋、２ａ…樋の底面、１０…溶融スラ
グ（高温流動体）、４０…浸漬ケース、４０ａ…浸漬ケ
ースの底面、４１…電磁石、４１ａ…鉄心、４１ｂ…コ
イル、４１ｃ…電源、４２ａ，４２ｂ…電極、４３…起
電力検出部、４４…流速演算部、４５…設定レベル入力
部、４６…流量演算部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】高温流動体にその表面上方から所定のレベ
ルに浸漬されて上記高温流動体のレベルを一定に保持し
うる浸漬ケースと、同浸漬ケース内に収納され上記高温
流動体の流動方向に対して直交する方向の磁界を上記高
温流動体中に発生させる電磁石と、上記浸漬ケースの底
面から上記高温流動体中に突出・浸漬され上記磁界中に
おいて上記高温流動体の流動方向および上記磁界の方向
に直交する方向に所定の間隔をあけて配置される一対の
電極とがそなえられるとともに、上記一対の電極間に生
じる起電力を検出する起電力検出部と、同起電力検出部
により検出された起電力に基づき上記高温流動体の流速
を演算する流速演算部と、同流速演算部により演算され
た流速および上記所定のレベルに基づき上記高温流動体
の流量を演算する流量演算部とがそなえられたことを特
徴とする高温流動体の流量計。