JPH07151608A

JPH07151608A - 光ファイバーによる測温装置

Info

Publication number: JPH07151608A
Application number: JP6130387A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Yamazaki; 三生山崎; Shigeru Inoue; 茂井上; Ichiro Kikuchi; 一郎菊地; Masanori Komatani; 昌紀狛谷; Genji Kanetani; 弦治金谷; Masao Hiroko; 正雄広子; Takabumi Yoshikawa; 高文吉川; Masashi Edahiro; 政士枝広; Masanori Suefusa; 正徳末房; Yoshimi Komatsu; 喜美小松
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 1995-06-16
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JP3166483B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高温液体の温度、例えば炉内の溶湯温度等の
長期間連続測定が可能で、且つ応答性が早く、測定精度
も良い光ファイバーによる測温装置。【構成】モータ１２、送りコントローラ１４、送り速
度検出器１５、光ファイバードラム１６及び放射温度計
１７を含み、金属管被覆光ファイバー１１を送り出す光
ファイバー供給装置１０と、一端が高温液体に接し、他
端が光ファイバーガイド２１と接続され、前記金属管被
覆光ファイバー１１を挿通させる測温ノズル２０と、圧
力／流量調整器３１，３２、供給ガスコントローラ３
３、供給ガス生成部３４及びガス圧力検出器３５を含
み、ノズル詰り防止ガスを前記光ファイバーガイド２１
へ供給するノズル詰り防止ガス供給装置３０とを備えた
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバーを用いて
高温液体の温度、例えば炉内の溶湯温度等を計測する装
置に関し、特に連続的な温度測定が可能な測温装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】炉内の溶湯温度を計測する方法として
は、従来、例えば鋼の精練炉である溶銑を脱炭処理する
転炉等に於いてはサブランス方式または人力による熱電
対計測法が実施されている。サブランス方式では、炉
（容器）の原材料投入口等から、ランス状可動体のラン
ス先端に取付けられた測温体によって温度計測が実施さ
れる。

【０００３】従ってサブランス方式においては、次のよ
うな不都合があった。まず、炉（容器）の大きさに比例
して測温装置が巨大化する。また測温体が１回限り使用
の使い捨てのために、測温毎に測温体の取替をする必要
があり、その取替装置が付属的に必要となる。また、測
温毎に消耗式熱電対の取替を要するために、操業処理時
の溶融温度の測定は間欠的にならざるを得ず、また測温
体を使い捨てる経済的な理由により頻繁に測温すること
が出来ない。従って処理終点の実績温度と目標温度とが
必ずしも一致せず、エネルギーロスの発生、生産コスト
の上昇並びに生産性の阻害等が生じることもあった。

【０００４】次に炉内の温度を連続的に測定する方法の
公知文献としては、例えば特開昭６１−９１５２９号公
報に示されたものがある。この文献による測温法は、光
ファイバーを用いて炉内の測温をするものであるが、ノ
ズル先端部に光ファイバー先端が固定されているため、
ノズル先端から吹込んでいるガス層を通して測温するこ
とになり、測定精度上大きな問題がある。また、光ファ
イバー先端は高温に長時間さらされていることになり経
時変化による問題もある。

【０００５】また、特開昭６３−２０３７１６号公報に
おいては、溶鋼温度を連続的に測定し吹錬中及び終点の
温度が目標値になるように、また昇温速度の変化率から
終点での成分量を推定する溶鋼の精練制御方法におい
て、「転炉等の反応容器の底部、側壁、あるいは上部か
ら光ファイバーを溶鋼中に浸漬し、光ファイバーと接続
する放射温度計により溶鋼温度を連続的に測定する方法
を用いることができる」と記載されているが、その具体
的な記述はなく、技術的内容は不明である。

【０００６】本願出願人は、先に出願した特願平４−７
８７３６号（特開平５−２４８９６号公報）において、
金属管被覆光ファイバーの先端部を測温エレメントとし
て溶鋼中に挿入し、この光ファイバーの先端部では黒体
放射条件が成立するという計測原理を用い、光ファイバ
ーの他端に放射温度計を接続し温度計測を行なう装置、
並びに金属管被覆光ファイバーを送り出すと共に巻戻す
光ファイバー搬送手段を設けて、溶鋼の温度計測を行な
う時間のみ、金属管被覆光ファイバーの先端部を高温液
体中に短時間挿入し、計測完了後直ちにその先端部を引
上げ、この測温エレメントとして使用した先端部は切断
し、次の計測時には新しい先端部を用いて計測する温度
測定装置を提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特願平
４−７８７３６号（特開平５−２４８９６号公報）によ
る温度測定装置は、間欠的な測温装置であり、また、一
定時間又は測温毎に測温エレメントとして使用した光フ
ァイバー先端部の切断を要していた。従って、この装置
では長期間の連続測定ができないという問題点があっ
た。

【０００８】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、光ファイバーを用いて高温液体の温
度、例えば炉内の溶湯温度等の長期間連続測定が可能
で、且つ応答性が早く、測定精度も良い光ファイバーに
よる測温装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
光ファイバーによる測温装置は、あらかじめドラムに巻
込まれた金属管被覆光ファイバーの一端を測温ノズルを
挿通させて連続的又は断続的に高温液体中に送り出し、
巻込まれた金属管被覆光ファイバーの他端は放射温度計
に接続される光ファイバー供給手段と、その一端は高温
液体に接し、その他端から金属管被覆光ファイバーを挿
通させる測温ノズルであり、測温ノズルの内径と金属管
被覆光ファイバーの外径との間に設けられた空隙がノズ
ル詰り防止ガス供給手段に接続された測温ノズルと、こ
の測温ノズルにノズル詰り防止ガスを吹込み供給するノ
ズル詰り防止ガス供給手段とを備えたものである。

【００１０】本発明の請求項２に係る光ファイバーによ
る測温装置は、前記請求項１に係る光ファイバーによる
測温装置において、光ファイバー供給手段による金属管
被覆光ファイバー送り出しの難易状況に応じて、測温ノ
ズルに吹込むノズル詰り防止ガスとして、不活性ガス、
不活性ガスと酸化性との混合ガス、または酸化性ガスの
いずれかを選択して供給するガス種別選択手段と、測温
ノズルの高温液体に接する先端での吹出ガスの線流速を
５０〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの範囲内の所定速度に制御す
る吹出流速制御手段とを含む前記ノズル詰り防止ガス供
給手段とを備えたものである。

【００１１】本発明の請求項３に係る光ファイバーによ
る測温装置は、前記請求項１又は請求項２に係る光ファ
イバーによる測温装置において、測温ノズルの内径と金
属管被覆光ファイバーの外径との比が１．５〜３．５の
範囲となるようにした測温ノズル及び光ファイバー供給
手段を備えたものである。

【００１２】本発明の請求項４に係る光ファイバーによ
る測温装置は、前記請求項１ないし請求項３のいずれか
に係る光ファイバーにより測温装置において、レンガ又
はセラミックスにより構成された測温ノズル、金属の単
管により構成された測温ノズル、または内側をセラミッ
クスとした金属の単管により構成された測温ノズルのう
ちのいずれかの測温ノズルを備えたものである。

【００１３】本発明の請求項５に係る光ファイバーによ
る測温装置は、前記請求項１ないし請求項４のいずれか
に係る光ファイバーによる測温装置において、金属の単
管または内側をセラミックスとした金属の単管による構
成された測温ノズルの外側に同心に金属管を設け、内側
の測温ノズルの外径と外側の金属管の内径との間に設け
られた空隙がノズル詰り防止ガス供給手段に接続される
二重管構造の測温ノズルを備えたものである。

【００１４】本発明の請求項６に係る光ファイバーによ
る測温装置は、前記請求項１ないし請求項５のいずれか
に係る光ファイバーによる測温装置において、金属管被
覆光ファイバーの送り速度を検出する速度検出手段及び
速度検出手段の出力信号に基づき光ファイバーの送り速
度を制御する送り速度制御手段を含む光ファイバー供給
手段と、測温ノズルに吹込むノズル詰り防止ガスの圧力
を検出する圧力検出手段、並びに圧力検出手段の出力信
号及び前記光ファイバー供給手段内の速度検出手段の出
力信号に応じて、測温ノズルに吹込む３種類のノズル詰
り防止ガスのいずれかを自動的に選択するガス種別自動
選択手段を含むノズル詰り防止ガス供給手段とを備えた
ものである。

【００１５】本発明の請求項７に係るに係る光ファイバ
ーによる測温装置は、前記請求項１に係る光ファイバー
による測温装置において、ノズル詰り防止ガス供給手段
は、ノズル詰り防止ガス流量を下記（１）式を満足する
範囲に設定している。

【００１６】

【数２】

【００１７】ここで、Ｑ：吹き込みガス流量［Ｎl ／
ｍｉｎ］Ｔm ：溶湯温度［Ｋ］Ｔl ：溶湯の凝固温度［Ｋ］Ｔg ：吹き込みガスの温度［Ｋ］Ｃp ：溶湯温度での吹き込みガスの比熱［Ｊ／Ｋｇ・
Ｋ］Ｍ：吹き込みガスの分子量

【００１８】

【作用】本請求項１に係る発明においては、光ファイバ
ー供給手段は、あらかじめドラムに巻込まれた金属管被
覆光ファイバーの一端を測温ノズルを挿通させて連続的
又は断続的に高温液体中に送り出し、巻込まれた金属管
被覆光ファイバーの他端は放射温度計に接続される。測
温ノズルは、その一端が高温液体に接し、その他端から
金属管被覆光ファイバーを挿通させる部材であり、この
測温ノズルの内径と金属管被覆光ファイバーの外径との
間に設けられた空隙がノズル詰り防止ガス供給手段に接
続される。ノズル詰り防止ガス供給手段は、接続された
測温ノズルにノズル詰り防止ガスを吹込み供給する。

【００１９】本請求項２に係る発明においては、ノズル
詰り防止ガス供給手段にガス種別選択手段及び吹出流速
制御手段が含まれ、ガス種別選択手段は、光ファイバー
供給手段による金属管被覆光ファイバー送り出しの難易
状況に応じて、測温ノズルに吹込むノズル詰り防止ガス
として、不活性ガス、不活性ガスと酸化性との混合ガ
ス、または酸化性ガスのいずれかを選択して供給する。
吹出流速制御手段は、測温ノズルの高温液体に接する先
端での吹出ガスの線流速を５０〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの
範囲内の所定速度に制御する。

【００２０】本請求項３に係る発明においては、測温ノ
ズル及び光ファイバー供給手段の供給する金属管被覆光
ファイバーが、測温ノズルの内径と金属管被覆光ファイ
バーの外径との比が１．５〜３．５の範囲となるように
構成される。

【００２１】本請求項４に係る発明においては、測温ノ
ズルとして、レンガ又はセラミックスにより構成された
測温ノズル、金属の単管により構成された測温ノズル、
または内側をセラミックスとした金属の単管により構成
された測温ノズルのうちのいずれかの測温ノズルを用い
る。

【００２２】本請求項５に係る発明においては、二重管
構造の測温ノズルを用い、この二重管構造は、金属の単
管または内側をセラミックスとした金属の単管により構
成された測温ノズルの外側に同心に金属管を設けてな
り、内側の測温ノズルの外径と外側の金属管の内径との
間に設けられた空隙がノズル詰り防止ガス供給手段に接
続される。

【００２３】本請求項６に係る発明においては、光ファ
イバー供給手段に速度検出手段及び送り速度制御手段が
含まれ、速度検出手段は金属管被覆光ファイバーの送り
速度を検出し、送り速度制御手段は速度検出手段の出力
信号に基づき光ファイバーの送り速度を制御する。また
ノズル詰り防止ガス供給手段に圧力検出手段及びガス種
別自動選択手段が含まれ、圧力検出手段は測温ノズルに
吹込むノズル詰り防止ガスの圧力を検出し、ガス種別自
動選択手段は前記圧力検出手段の出力信号及び光ファイ
バー供給手段内の速度検出手段の出力信号に応じて、測
温ノズルに吹込む３種類のノズル詰り防止ガスのいずれ
かを自動的に選択する。

【００２４】本請求項７に係る発明においては、ノズル
詰り防止ガス供給手段は、測温ノズルにノズル詰り防止
ガスを吹込み供給する。しかし、ノズル詰り防止ガスと
して不活性ガスを流す際に、その流量が多過ぎると、測
温ノズルの先端にマッシュルーム（溶融金属が部分的に
凝固したスポンジ状のかたまり）が生成され、金属管被
覆光ファイバー１１の挿入ができなくなる。マッシュル
ームの生成に対しては、酸素を吹くことによりマッシュ
ルームを溶解してファイバーの供給を可能とすることが
考えられるが、酸素を吹いた場合、ノズル溶損が問題と
なる。また、ノズル出口近傍で金属の酸化反応が生じ
て、測温精度が悪くなる。このノズル先端に形成される
マッシュルームの生成に関して種々実験を重ねられ、そ
の結果、ガスの温度、ガス種類、流量および溶湯温度、
溶湯成分の間の関係を上記（１）式の条件を満足するよ
うにした時に、ノズル先端に測温の障害となるようなマ
ッシュルームが形成されないことが見い出された。従っ
て、（１）式に示す範囲にガス流量を制御することによ
りマッシュルームの生成を防止しながら連続的に測温が
可能になる。このため、酸素を吹く必要がなく、ノズル
溶損や測温精度の低下も防止できる。

【００２５】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例に係る光ファイバー
による測温装置の構成を示すブロック図である。同図に
おいて、１０は光ファイバー供給装置であり、金属管被
覆光ファイバー１１、モータ１２、ローラ１３、送りコ
ントローラ１４、送り速度検出器１５、光ファイバード
ラム１６及び放射温度計１７により構成される。２０は
炉内に金属管被覆光ファイバー１１を挿入するための測
温ノズルであり、測温羽口ともいう。２１は測温ノズル
２０と結合される光ファイバーガイドであり、金属管被
覆光ファイバー１１を挿通させると共に、ノズル詰り防
止ガスが供給される。３０はノズル詰り防止ガス供給装
置であり、圧力／流量調整器３１，３２、供給ガスコン
トローラ３３、供給ガス生成部３４及びガス圧力検出器
３５により構成される。４０は例えば転炉、電気炉等の
炉である。なお、図示の例においては炉４０の側壁に測
温ノズル２０を設けた例について示しているが、測温ノ
ズル２０は炉４０の底部に設けてもよい。

【００２６】本実施例に係る光ファイバーによる測温装
置は、高温液体の温度、例えば炉内の溶湯温度を測定す
る場合に、金属管被覆光ファイバー１１の先端部をノズ
ル詰り防止ガス（例えば窒素ガスＮ₂）と共に、炉内の
溶融金属又はスラグに直接挿入して、この金属管被覆光
ファイバー１１の先端部が高温により溶損するので、こ
の溶損した分だけ新しい光ファイバーを絶えず送り出し
て供給を続けることにより連続的な温度測定を可能とす
るものである。ここで光ファイバーに金属管を被覆した
構造とするのは、光ファイバー供給装置１０により光フ
ァイバーを炉内に送り込む際に、ノズル詰り防止ガスの
圧力が光ファイバーに印加されるので、この加圧に対す
る強度確保と、内部の光ファイバーを保護するためであ
る。

【００２７】この光ファイバーを被覆する金属管には例
えばステンレス管を使用する。このステンレスの融点は
１４００〜１４３０℃程度であるから、高温の溶鋼中に
挿入しても直ちに溶けず、数秒間は光ファイバーを保護
している。またこの実施例では、光ファイバーも１６０
０℃以上の軟化点を有する石英系ガラスで形成されてい
るから、短時間は溶融せずにその形状を保持することが
できる。この実施例における金属管被覆光ファイバー１
１は、外径が１．２ｍｍのものが使用されている。

【００２８】測温ノズル２０は、例えばレンガ又はセラ
ミックスにより構成されたもの、金属の単管により構成
されたもの、または内側をセラミックスとした金属の単
管により構成されたもの等があり、さらに、金属の単管
または内側をセラミックスとした金属の単管により構成
された測温ノズルの外側に同心に金属管を設け、内側の
測温ノズルの外径と外側の金属管の内径との間に設けら
れた空隙がノズル詰り防止ガス供給装置３０に接続され
る二重管構造のものもある。

【００２９】測温ノズル２０は、その一端が高温液体に
接し、その他端は光ファイバーガイド２１と気密に結合
され、この光ファイバーガイド２１側から金属管被覆光
ファイバー１１が挿通され、高温液体に挿入される。ま
た、測温ノズル２０の内径と金属管被覆光ファイバー１
１の外径との間には空隙が設けられ、この空隙には光フ
ァイバーガイド２１を介してノズル詰り防止ガスが吹込
まれる。

【００３０】図２は本実施例において内側をセラミック
スとした金属の単管により構成された測温ノズルの一例
を示す図である。図２の測温ノズル２０は、ステンレス
管２０ａの内側にセラミックス管２０ｂを配置した構造
になっている。この例では、ステンレス管２０ａの素材
にはＳＵＳ３０４を使用し、セラミックス管２０ｂの素
材として窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）を使用したが、セ
ラミックスはこれに限定されるものではなく、窒化ほう
素（ＢＮ）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等を用いて
もよい。またセラミックス管の代りに、金属管の内面に
セラミックスコーティングを施したものでもよい。

【００３１】ここでステンレス管２０ａの内側にセラミ
ックス管２０ｂを配置した理由を説明する。測温ノズル
２０がステンレス管２０ａのみの場合には、温度の測定
中に光ファイバーの被覆管（ステンレス管）と測温ノズ
ル２０とが融着して、金属管被覆光ファイバー１１の送
りが停止され、温度の連続的な測定ができなくなること
がある。この不具合を回避するため、内側にセラミック
ス管２０ｂを配置した構造とすることにより、測温ノズ
ル２０と光ファイバーの被覆管とは融着しないようにな
る。

【００３２】図２の実施例における前記ステンレス管２
０ａとセラミックス管２０ｂとで構成された測温ノズル
２０は、内径が４．０ｍｍ、外径が８．０ｍｍ、長さは
約１０００ｍｍのものを使用した。また、ステンレス
（例えば前記ＳＵＳ３０４）の単管ノズルの場合は、内
径が２．０ｍｍ、外径が４．０ｍｍ程度のものを使用し
た。

【００３３】光ファイバーガイド２１は、光ファイバー
供給装置１０から連続的に送り出される金属管被覆光フ
ァイバー１１を、ノズル詰り防止ガス供給装置３０から
供給されるノズル詰り防止ガスと共に、測温ノズル２０
を通して炉４０内の溶湯に送り出す機能を有する。

【００３４】光ファイバーガイド２１の一端は測温ノズ
ル２０の高温液体に接しない方の一端と気密に接続さ
れ、その他端は、金属管被覆光ファイバー１１は通過で
きるが、ノズル詰り防止ガスは光ファイバー供給装置１
０側に漏洩しないように、例えば二重シール等が設けら
れた高度の気密構造になっている。また光ファイバーガ
イド２１の内径と金属管被覆光ファイバー１１の外径と
の間に設けられた空隙２０ｄには、ノズル詰り防止ガス
供給装置３０からの配管が結合され、前記ガスが供給さ
れている。このように光ファイバーガイド２１は、測温
ノズル２０と別の部材で構成されてはいるが、光ファイ
バーをノズル詰り防止ガスと共に炉４０内に送り出す機
能は全く同一であり、広義では測温ノズル２０の一部を
構成する部材であるとみなすことができる。

【００３５】光ファイバーガイド２１と気密に接続され
た測温ノズル２０からは、金属管被覆光ファイバー１１
の送り出しと共に、ノズル詰り防止ガスが炉４０内の溶
湯に吹出される。この場合に、溶湯中におけるノズル詰
り防止ガスの浮上領域内では気泡が生成されるので、こ
の気泡生成領域内に金属管被覆光ファイバー１１の先端
が入ると、温度測定精度が低下する。従って、例えば測
温ノズル２０を水平面より下向にある傾斜角（例えば３
０度程度）をもたせて設置し、金属管被覆光ファイバー
１１の先端がガスの浮上領域内に入らないようにするの
が望ましい。

【００３６】光ファイバー供給装置１０は、光ファイバ
ーガイド２１及び測温ノズル２０を介して、金属管被覆
光ファイバー１１を連続的又は断続的に炉４０内に送り
出す機能を有する。このため、送りコントローラ１４
は、モータ１２を駆動し、光ファイバードラム１６内に
あらかじめ巻込されている金属管被覆光ファイバー１１
を送り出すが、この場合に、送り速度検出器１５により
光ファイバーの送り速度を検出し、この検出値により送
り速度が所定の値になるように制御を行なっている。

【００３７】この実施例では、光ファイバーの連続的な
送り速度は５ｍｍ／ｓｅｃとして、断続的な送り速度
は、１０ｍｍ／ｓｅｃで１０秒間送り出し、その後２０
秒停止する動作を繰返すようにしている。この光ファイ
バーの送り出しは、ノズル詰り防止ガスと共に炉４０内
に挿入される金属管被覆光ファイバー１１の先端部が、
時間の経過と共に、溶損してゆくので、この溶損した分
だけ（即ち消耗した分だけ）新しい光ファイバーを絶え
ず供給するために行なわれる。そしてこの新しい光ファ
イバーを絶えず供給することによって、連続的な温度計
測が可能となる。

【００３８】送り速度検出器１５は、例えば単位時間内
におけるセンサ用ローラの回転角度から送り速度を求め
ることができ、この検出信号は送りコントローラ１４及
びノズル詰り防止ガス供給装置３０内の供給ガスコント
ローラ３３へ供給される。そしてこの送り速度検出器１
５の検出値が正常の範囲内であるか否かにより、光ファ
イバー送り出しの難易状態を判別することかできる。例
えば測温ノズル２０の先端が詰ってくると送り速度は低
下してくる。送りコントローラ１４は、送り速度が正常
の範囲より低下するとモータ１２の駆動を停止させ、装
置の故障を防止している。

【００３９】本発明においては、黒体放射条件が成立す
れば、その放射スペクトル分布から絶対温度が算出でき
るという計測原理を利用している。このため、炉４０内
に挿入された金属管被覆光ファイバー１１の先端より溶
湯が放射するスペクトル光を入力し、このスペクトル光
が光ファイバー内を伝播して放射温度計１７へ入力す
る。

【００４０】放射温度計１７には、例えば２波長の輝度
出力の比較から温度を求める２色温度計や放射光の輝度
出力から直接温度を求める赤外放射温度計等があり、入
力する光スペクトル信号からそれぞれの測定方式に従っ
て温度を算出し、この算出された温度信号は電気信号と
して出力され、例えば図示されない計録計等へ供給され
る。

【００４１】ノズル詰り防止ガス供給装置３０が光ファ
イバーガイド２１に供給するガスとしては、不活性ガス
（この例では窒素ガス）、酸化性ガス（この例では酸素
ガス）及び不活性ガスと酸化性ガスとの混合ガス（この
混合比は可変設定が可能である）の３種類のガスのいず
れかを選択して使用する。またこのガス種別の選択は、
光ファイバー供給装置１０による金属管被覆光ファイバ
ー１１の送り出しの難易状況に応じて、手動又は自動に
より行なわれる。なお、図１の実施例は、このガス種別
が自動選択される場合を示している。

【００４２】ノズル詰り防止ガス供給装置３０内の供給
ガスコントローラ３３は、ガス圧力検出器３５の検出信
号及び光ファイバー供給装置１０内の送り速度検出器１
５の検出信号を入力し、この２つの検出信号の値に応じ
て、前記３種類のノズル詰り防止ガスのいずれかを自動
的に選択し、この選択結果に基づく制御信号を、それぞ
れ圧力／流量調整器３１及び３２に供給する。

【００４３】圧力／流量調整器３１，３２には、圧力調
整器、流量調整器、制御バルブ等が含まれており、それ
ぞれ入力される窒素ガス、酸素ガスを制御信号に従った
圧力及び流量として供給ガス生成部３４へ供給する。供
給ガス生成部３４では、窒素ガス、酸素ガスまたは両者
の混合ガスのいずれかが所定の圧力で生成され、ここか
ら光ファイバーガイド２１へ供給される。

【００４４】ガス圧力検出器３５は、供給ガス生成部３
４が光ファイバーガイド２１へ供給するガス圧力を検出
し、この検出値を供給ガスコントローラ３３へ供給す
る。これは、測温ノズル２０の先端が詰ってくると、供
給するガスの吹出し量が減少し、ガス圧力の検出値が上
昇するので、この検出値が正常の範囲内であるか否かに
より測温ノズル２０の先端の詰り状態を判別できるから
である。供給ガスコントローラ３３は、この供給ガス圧
力検出値と前記光ファイバー送り速度検出値とにより測
温ノズル２０の先端の詰り状態を判断して、ガス種別の
自動選択を行なう。

【００４５】図１の実施例において、供給ガスコントロ
ーラ３３は、光ファイバー送り速度検出値及び供給ガス
圧力検出値が正常範囲の場合には、測温ノズル２０及び
炉４０内に挿入された金属管被覆光ファイバー１１を保
護するために、ノズル詰り防止ガスとして、冷却効果の
ある不活性ガス（図１では窒素ガス）を選択している。
しかし、不活性ガスを流す際に、その流量が多過ぎる
と、測温ノズル２０の先端にマッシュルーム（溶融金属
が部分的に凝固したスポンジ状のかたまり）が生成さ
れ、金属管被覆光ファイバー１１の挿入ができなくな
る。また反対に不活性ガスの流量が少な過ぎると、測温
ノズル２０の先端に溶湯が差し込む。

【００４６】図１の実施例においては、圧力／流量調理
器３１により調整された光ファイバーガイド２１への窒
素ガスの吹込量は、５．０Ｎｍ³／Ｈｒ（１３８９ｃｃ
／ｓｅｃ）とし、測温ノズル２０の先端でのガスの線流
速は、５０〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの範囲内で最適な値と
なるように調節している。またこの線流速を確保するた
めには、測温ノズル２０の内径と、金属管被覆光ファイ
バー１１の外径との比は、ほぼ１．５〜３．５の範囲と
するのが最も好ましい。

【００４７】上記のように窒素ガスを吹込んで温度計測
を行なっても、炉４０内の測温ノズル２０の先端でのマ
ッシュルームの生成等により光ファイバーの送り速度が
低下し、供給ガス圧力が上昇することがある。この場合
には、供給ガスコントローラ３３は、ノズル詰り防止ガ
スとして、窒素ガスに酸素ガスを所定の比率で混合した
混合ガスを選択する。この混合ガスの混合比は可変設定
が可能であるが、通常は測温ノズル２０の保護の観点か
ら、酸素ガスの混合比は最大でも５０％までにとどめる
のが良い。

【００４８】供給ガスコントローラ３３は、前記選択結
果に基づき圧力／流量調整器３１及び３２を制御し、前
記所定の混合比の混合ガスを生成させ、これを光ファイ
バーガイド２１に吹込み、マッシュルーム等を溶解させ
て、その付着を防止することができる。しかしながら、
強固なマッシュルーム付着等により、混合ガスの吹出し
では、光ファイバーの送り速度及び供給ガス圧力が正常
範囲に戻らない場合があるので、この場合には、供給ガ
スコントローラ３３は、ノズル詰り防止ガスとして、短
時間だけ酸素ガスを選択し、この酸素ガスによる溶解を
行なうようにしている。

【００４９】図３は或る転炉での下記の測定条件におけ
る光ファイバーを用いた温度測定結果の一例を示す図で
ある。（１）測温ノズル、型式：複合単管ノズルノズルの内径／外径：４．０ｍｍ／８．０ｍｍ材質：ＳＵＳ３０４＋Ｓｉ₃Ｎ₄ （２）光ファイバー、構造：ステンレス管被覆外径：１．２ｍｍ（３）ガス吹込み、種類：窒素ガス吹込量：５．０Ｎｍ³／Ｈｒ吹出流速：１２１Ｎｍ／ｓｅｃ（４）光ファイバー送り速度：５ｍｍ／ｓｅｃ（連
続）、又は１０ｍｍ／ｓｅｃ（断続）

【００５０】図３において、上下に変動している波形が
光ファイバーによる測定温度であり、精度確認のための
サブランス測定を間欠的に行ない、この際の熱電対によ
る測定温度を黒丸で示してある。光ファイバーによる測
定ピーク値と熱電対による測定値との差は、平均で４℃
であった。ここで測定温度１６００℃に対する誤差４℃
は、０．２５％の測定精度であり、かなりよい精度であ
った。

【００５１】また光ファイバーの送り速度は連続で５ｍ
ｍ／ｓｅｃの場合と、１０ｍｍ／ｓｅｃで１０秒間送出
し、その後２０秒間停止の断続的の場合とで、ほぼ同一
の測定結果が得られた。また、ノズル詰りガスとして、
必要に応じて、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスの吹込
みを実施することにより、光ファイバー挿入停止のトラ
ブルは発生しなかった。

【００５２】図４は熱電対指示値（Ｔ_s）と光ファイバ
ー温度計指示値（Ｔ_f）との対比を示す図であり、横軸
にＴ_sを縦軸にＴ_fを示し、光ファイバーによる測定値
を□印で示している。図４の□印は、ほぼＴ_s＝Ｔ_fの
直線上に分布しており、良好の測定結果であることを示
している。

【００５３】実施例２．図５は本発明の一実施例に係る
光ファイバーによる測温装置の構成を示すブロック図で
ある。本実施例は、図１の実施例との対比では、酸素ガ
スの圧力／流量を調整する圧力／流量調整装置３２が省
略されており、酸素ガスは供給されない。その代わり
に、後述するように、圧力／流量調整装置３１は窒素ガ
スの流量を或る範囲内になるように調整している。

【００５４】図６は或る転炉での下記の測定条件におけ
る光ファイバーを用いた温度測定結果の一例を示す図で
ある。（１）測温ノズル、型式：複合単管ノズルノズルの内径／外径：３．０ｍｍ／７．０ｍｍ材質：ＳＵＳ３０４＋Ｓｉ₃Ｎ₄ （２）光ファイバー、構造：ステンレス管被覆外径：１．２ｍｍ（３）ガス吹込み、種類：窒素ガス吹込量：２〜２０．９Ｎｍ³／Ｈｒ（４）光ファイバー送り速度：５ｍｍ／ｓｅｃ（連
続）、又は１０ｍｍ／ｓｅｃ（断続）（５）溶融［Ｃ］：４．２％〜０．０２％温度：１２５０〜１６５０゜Ｃ

【００５５】図６において、上下に変動している波形が
光ファイバーによる測定温度であり、精度確認のための
サブランス測定を間欠的に行ない、この際の熱電対によ
る測定温度を黒丸で示してある。光ファイバーによる測
定ピーク値と熱電対による測定値との差は、平均で４℃
であった。ここで測定温度１６００℃に対する誤差４℃
は、０．２５％の測定精度であり、図３の例と同様に、
かなりよい精度であった。また、光ファイバーの送り速
度は連続で５ｍｍ／ｓｅｃの場合と、１０ｍｍ／ｓｅｃ
で１０秒間送出し、その後２０秒間停止の断続的の場合
とで、ほぼ同一の測定結果が得られた。

【００５６】図７は熱電対指示値（Ｔ_s）と光ファイバ
ー温度計指示値（Ｔ_f）との対比を示す図であり、横軸
にＴ_sを縦軸にＴ_fを示し、光ファイバーによる測定値
を□印で示している。図７の□印は、ほぼＴ_s＝Ｔ_fの
直線上に分布しており、良好の測定結果であることを示
している。

【００５７】図８は図５の実施例において吹込みガス流
量を（１）式の条件に保った場合と、それ以外の場合
（窒素ガスのみを供給し（１）式の条件に保持しなかっ
た場合）のファイバーの送りが停止した頻度を比較して
示した図である。同図より本発明によれば安定した測定
が可能であることが分かる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、高温液体の温度を測定
する場合に、金属管被覆光ファイバーの先端部をノズル
詰り防止ガスと共に、測温ノズルを通して直接高温液体
に挿入し、前記光ファイバーの先端部が高温により溶損
した分だけ新しい光ファイバーを絶えず送り出して供給
を続けるようにしたので、長期間の連続測定が可能で、
且つ応答性が早く、測定精度も良い光ファイバーによる
測温装置を得ることができる。

【００５９】また本発明によれば、前記ノズル詰り防止
ガスとして、冷却効果のある不活性ガス、マッシュルー
ム等の溶解効果のある不活性ガスと酸化性ガスとの混合
ガスまたは酸化性ガスのいずれかを選択して供給できる
ようにしたので、測定中に測温ノズルの先端がマッシュ
ルーム等の付着で詰り、光ファイバーの送りが困難にな
ることがなくなった。

【００６０】また本発明によれば、測温ノズルの内径と
金属管被覆光ファイバーの外径との比が１．５〜３．５
の範囲となるようにしたので、測温ノズルでの先端での
吹出ガスの線流速を５０〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの範囲内
で所定速度に制御できるようになった。

【００６１】また本発明によれば、レンガ又はセラミッ
クスにより構成された測温ノズルや内側をセラミックス
とした金属の単管により構成された測温ノズルを使用で
きるようにしたので、光ファイバーの被覆管と測温ノズ
ルとが融着して、光ファイバーの送りが停止される事故
が回避できるようになった。

【００６２】また本発明によれば、金属の単管または内
側をセラミックスとした金属の単管により構成された測
温のノズルの外側にさらに金属管を設けた二重管構造の
測温ノズルとして、内側の測温ノズルと外側の金属管と
の間の空隙からもノズル詰り防止ガスを吹出すようにし
たので、測温ノズルの耐久性が向上し、長期間の使用が
可能となった。

【００６３】また本発明によれば、光ファイバーの送り
速度を検出する速度検出手段の出力信号及び測温ノズル
に吹込むノズル詰り防止ガスの圧力を検出する圧力検出
器の出力信号に応じて、測温ノズルに吹込む前記３種類
のノズル詰り防止ガスのいずれかを自動的に選択して供
給するようにしたので、長期間の連続測定の場合に、測
定作業の省力化が進み、自動的な測定が可能となった。

【００６４】本発明によれば、高温液体の温度を測定す
る場合に、ノズル詰り防止ガス流量を適正にコントロー
ルすることにより、ノズル先端でのマッシュルームの生
成を防止することができるので、長期間の連続測定が可
能で、且つ応答性が早く、測定精度も良い光ファイバー
による高温液体の測温が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ファイバーによる測
温装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例において内側をセラミックスとし
た金属の単管により構成された測温ノズルの一例を示す
図である。

【図３】図１の実施例による温度測定結果の一例を示す
図である。

【図４】図１の実施例による熱電対指令値と光ファイバ
ー温度計指令値との対比を示す図である。

【図５】本発明の一実施例に係る光ファイバーによる測
温装置の構成を示すブロック図である。

【図６】図５の実施例による温度測定結果の一例を示す
図である。

【図７】図５の実施例による熱電対指令値と光ファイバ
ー温度計指令値との対比を示す図である。

【図８】図５の実施例によるノズル詰り防止効果を示す
図である。

【符号の説明】

１０光ファイバー送り装置１１金属管被覆光ファイバー１２モータ１３ローラ１４送りコントローラ１５送り速度検出器１６光ファイバードラム１７放射温度計２０測温ノズル２１光ファイバーガイド３０ノズル詰り防止ガス供給装置３１，３２圧力／流量調整器３３供給ガスコントローラ３４供給ガス生成部３５ガス圧力検出器４０炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者狛谷昌紀東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者金谷弦治東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者広子正雄東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者吉川高文東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者枝広政士東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者末房正徳東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者小松喜美東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者井上明彦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者水上秀昭東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者村井剛東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】あらかじめドラムに巻込まれた金属管被
覆光ファイバーの一端を測温ノズルを挿通させて連続的
又は断続的に高温液体中に送り出し、前記巻込まれた金
属管被覆光ファイバーの他端は放射温度計に接続される
光ファイバー供給手段と、その一端は前記高温液体に接し、その他端から前記金属
管被覆光ファイバーを挿通させる測温ノズルであり、該
測温ノズルの内径と前記金属管被覆光ファイバーの外径
との間に設けられた空隙がノズル詰り防止ガス供給手段
に接続された測温ノズルと、前記接続された測温ノズルに前記ノズル詰り防止ガスを
吹込み供給するノズル詰り防止ガス供給手段とを備えた
ことを特徴とする光ファイバーによる測温装置。
【請求項２】前記光ファイバー供給手段による金属管
被覆光ファイバー送り出しの難易状況に応じて、前記測
温ノズルに吹込むノズル詰り防止ガスとして、不活性ガ
ス、不活性ガスと酸化性との混合ガス、または酸化性ガ
スのいずれかを選択して供給するガス種別選択手段と、前記測温ノズルの高温液体に接する先端での吹出ガスの
線流速を５０〜５００Ｎｍ／ｓｅｃの範囲内の所定速度
に制御する吹出流速制御手段とを含む前記ノズル詰り防
止ガス供給手段を備えた請求項１記載の光ファイバーに
よる測温装置。
【請求項３】前記測温ノズルの内径と金属管被覆光フ
ァイバーの外径との比が１．５〜３．５の範囲となるよ
うにした前記測温ノズル及び光ファイバー供給手段を備
えた請求項１または請求項２記載の光ファイバーによる
測温装置。
【請求項４】レンガ又はセラミックスにより構成され
た測温ノズル、金属の単管により構成された測温ノズ
ル、または内側をセラミックスとした金属の単管により
構成された測温ノズルのうちのいずれかの測温ノズルを
備えた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光フ
ァイバーによる測温装置。
【請求項５】前記金属の単管または内側をセラミック
スとした金属の単管により構成された測温ノズルの外側
に同心に金属管を設け、内側の測温ノズルの外径と外側
の金属管の内径との間に設けられた空隙が前記ノズル詰
り防止ガス供給手段に接続される二重管構造の測温ノズ
ルを備えた請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
光ファイバーによる測温装置。
【請求項６】前記金属管被覆光ファイバーの送り速度
を検出する速度検出手段及び該速度検出手段の出力信号
に基づき光ファイバーの送り速度を制御する送り速度制
御手段を含む前記光ファイバー供給手段と、前記測温ノズルに吹込むノズル詰り防止ガスの圧力を検
出する圧力検出手段、並びに該圧力検出手段の出力信号
及び前記光ファイバー供給手段内の速度検出手段の出力
信号に応じて、前記測温ノズルに吹込む３種類のノズル
詰り防止ガスのいずれかを自動的に選択するガス種別自
動選択手段を含む前記ノズル詰り防止ガス供給手段とを
備えた請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光フ
ァイバーによる測温装置。
【請求項７】前記ノズル詰り防止ガス供給手段は、ノ
ズル詰り防止ガス流量を下記（１）式を満足する範囲に
設定したとすることを特徴とする請求項１記載の光ファ
イバーによる測温装置。【数１】ここで、Ｑ：吹き込みガス流量［Ｎl ／ｍｉｎ］Ｔm ：溶湯温度［Ｋ］Ｔl ：溶湯の凝固温度［Ｋ］Ｔg ：吹き込みガスの温度［Ｋ］Ｃp ：溶湯温度での吹き込みガスの比熱［Ｊ／Ｋｇ・
Ｋ］Ｍ：吹き込みガスの分子量