JPH0815040A - Temperature measuring device with optical fiber for high temperature liquid - Google Patents
Temperature measuring device with optical fiber for high temperature liquidInfo
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- JPH0815040A JPH0815040A JP6147330A JP14733094A JPH0815040A JP H0815040 A JPH0815040 A JP H0815040A JP 6147330 A JP6147330 A JP 6147330A JP 14733094 A JP14733094 A JP 14733094A JP H0815040 A JPH0815040 A JP H0815040A
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring a temperature of a high temperature liquid, for example, a molten metal temperature in a furnace by using an optical fiber, and more particularly to a temperature measuring apparatus capable of continuous temperature measurement.
【0002】[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、例えば鋼の精錬炉である溶銑を脱炭処理する
転炉等においてはサブランス方式又は人力による熱電対
計測法が実施されている。サブランス方式においては、
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。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of measuring the temperature of molten metal in a furnace, for example, in a converter for decarburizing molten pig iron, which is a steel refining furnace, a sublance method or a thermocouple measurement method by human power is used. There is. In the sublance method,
Temperature measurement is performed from a raw material input port of a furnace (container) by a temperature measuring element attached to the tip of the lance of the lance-shaped movable body.
【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
することができない。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、生産性の阻害等が生じた。Therefore, the sublance method has the following disadvantages. First, the temperature measuring device grows in size in proportion to the size of the furnace (container). Further, since the temperature sensing element is a disposable item that can be used only once, it is necessary to replace the temperature sensing element each time the temperature is measured, and the replacement device is additionally required. In addition, since the consumable thermocouple must be replaced every time the temperature is measured, the melting temperature must be measured intermittently during the operation process, and the temperature sensor is frequently used for economical reasons. I can't measure temperature. Therefore, the actual temperature at the processing end point and the target temperature do not always match, causing an energy loss,
Increased production costs, hindered productivity, etc.
【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。この文献において提案され
ている測温法は、光ファイバーを用いて炉内の測温をす
るものであるが、測温ノズルの先端部に光ファイバー先
端が固定されているため、測温ノズルの先端から吹込ん
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。Next, as a known document for a method for continuously measuring the temperature in the furnace, there is, for example, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-91529. The temperature measurement method proposed in this document uses an optical fiber to measure the temperature in the furnace, but since the optical fiber tip is fixed to the tip of the temperature measurement nozzle, Since the temperature is measured through the blowing gas layer, there is a big problem in measurement accuracy. Further, the tip of the optical fiber is exposed to a high temperature for a long time, which causes a problem due to aging.
【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。Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 63-203716, the temperature of molten steel is continuously measured so that the temperatures at the end of blowing and at the end point become the target values, and from the rate of change of the temperature rising rate at the end point. In the method for controlling the refining of molten steel to estimate the amount of the component, "the optical fiber is immersed in the molten steel from the bottom, side wall, or upper part of the reactor such as a converter, and the molten steel temperature is continuously measured by a radiation thermometer connected to the optical fiber. However, there is no specific description and the technical content is unknown.
【0006】本願出願人は、先に出願した特願平4−7
8736号(特開平5−78736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
て高温液体中に挿入し、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、高温液体の温度計
測を行なう時間のみ、金属管被覆光ファイバーの先端部
を短時間高温液体中に挿入し、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
する温度計測装置を提案した。The applicant of the present application filed Japanese Patent Application No. 4-7
In 8736 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-78736),
Insert the tip of the metal tube coated optical fiber into a high temperature liquid as a temperature measuring element, and use the measurement principle that the black body radiation condition is satisfied at the tip of this optical fiber, and connect the radiation thermometer to the other end of the optical fiber to measure the temperature. By providing a device for measuring and an optical fiber conveying means for sending out and rewinding the metal tube coated optical fiber, the tip of the metal tube coated optical fiber is inserted into the high temperature liquid for a short time only for the time to measure the temperature of the high temperature liquid. We proposed a temperature measuring device that pulls up the tip immediately after completion, cuts the tip used as this temperature measuring element, and measures with the new tip during the next measurement.
【0007】[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5−78736号公報)によ
る温度測定装置は、間欠的な測温装置であり、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
ー先端部の切断を必要としていた。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。However, the temperature measuring device according to Japanese Patent Application No. 4-78736 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-78736) is an intermittent temperature measuring device, and the temperature is measured at a constant time or every temperature measurement. It was necessary to cut the tip of the optical fiber used as a heating element. Therefore, this device has a problem that continuous measurement cannot be performed for a long time.
【0008】本発明は、このような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
ーによる高温液体の測温装置を得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is possible to continuously measure the temperature of a high-temperature liquid, for example, the temperature of molten metal in a furnace using an optical fiber for a long period of time, and to give a response. The purpose of the present invention is to obtain a temperature measuring device for a high-temperature liquid using an optical fiber, which has a high property and a high measurement accuracy.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
ーによる高温液体の測温装置は、金属管からなり、高温
液体を保持する容器に貫通して配置され、一方の端部が
高温液体に接する測温ノズルと、予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の他方の
端部から挿通させて容器内の高温液体中に連続的又は断
続的に送り出す光ファイバー供給手段と、測温ノズルに
対してノズル詰り防止ガスを送給し、そのノズル詰り防
止ガス流量を次の(1)式を満足するように設定したガ
ス供給手段と、金属管被覆光ファイバーの他端に接続さ
れ、高温液体の温度を計測する放射温度計とを備えてい
る。A temperature measuring device for a high temperature liquid using an optical fiber according to the present invention is made of a metal tube and is disposed so as to penetrate a container for holding the high temperature liquid, and one end of the container is in contact with the high temperature liquid. A temperature measuring nozzle, an optical fiber supply means for inserting one end of the metal tube-coated optical fiber previously wound on the drum from the other end of the temperature measuring nozzle and continuously or intermittently feeding the high temperature liquid in the container, Nozzle clogging prevention gas is fed to the warm nozzle, and the gas clogging prevention gas flow rate is set so as to satisfy the following formula (1), and it is connected to the other end of the metal tube coated optical fiber, And a radiation thermometer for measuring the temperature of the high temperature liquid.
【0010】[0010]
【数2】 [Equation 2]
【0011】[0011]
【作用】本発明においては、光ファイバー供給手段は、
予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容器内の高温液体中に連続的
又は断続的に送り出し、金属管被覆光ファイバーの他端
に接続された放射温度計は容器内の高温液体の温度を計
測する。この測温ノズルの内壁と金属管被覆光ファイバ
ーの外周部との間に形成される空隙にはノズル詰り防止
ガスが供給され、測温ノズルの先端側が閉塞されるのを
防止する。In the present invention, the optical fiber supply means is
A radiation thermometer connected to the other end of the metal tube-coated optical fiber is inserted into the high-temperature liquid in the container by inserting one end of the metal tube-coated optical fiber that has been wound in advance into the high-temperature liquid in the container. Measure the temperature of the hot liquid in the container. A nozzle clogging prevention gas is supplied to the gap formed between the inner wall of the temperature measuring nozzle and the outer peripheral portion of the metal tube-covered optical fiber to prevent the tip side of the temperature measuring nozzle from being blocked.
【0012】ところで、測温ノズルに例えばアルミナ等
のセラミックスのパイプや、マグカーボン(MgO−
C)等の耐火物に貫通孔をあけたものを使用すると、そ
の測温ノズルが使用中に熱応力、熱衝撃等により破断し
てしまうことがあり、その場合には溶湯の測温ノズル内
への侵入により測温ノズルが詰って測温不能になる。そ
のため、本発明においてはこの測温ノズルにステンレス
等の金属管を使用する。また、ノズル詰り防止のため
に、この金属管にアルゴン、窒素等の不活性ガスを供給
するが、不活性ガスを流す際に、その量が多すぎると、
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)が形成され、この場
合にも測温ノズルが詰まって金属管被覆光ファイバーの
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
光ファイバーの供給を可能にすることも考えられるが、
酸素を吹いた場合には測温ノズルの溶損が問題になる。
また、測温ノズルの出口近傍で金属の酸化反応が生じ
て、測定精度が悪くなる。従って、ノズル詰り防止用の
ガス流量は、少ない方がよいが、あまり少ないと逆に測
温ノズルの金属管が溶融してしまい、金属管被覆光ファ
イバーと溶着してやはり測温不能になることがある。By the way, for example, a ceramic pipe such as alumina or mag carbon (MgO--
If a refractory such as C) with a through hole is used, the temperature measuring nozzle may be broken during use due to thermal stress, thermal shock, etc. In that case, inside the molten metal temperature measuring nozzle. The temperature measurement nozzle is clogged due to the intrusion into the temperature measurement, making temperature measurement impossible. Therefore, in the present invention, a metal tube such as stainless steel is used for this temperature measuring nozzle. Further, in order to prevent nozzle clogging, an inert gas such as argon or nitrogen is supplied to this metal tube, but when the inert gas is supplied, if the amount is too large,
A mushroom (a sponge-like lump in which molten metal is partially solidified) is formed at the tip of the temperature measuring nozzle, and in this case also, the temperature measuring nozzle is clogged and the metal tube-covered optical fiber cannot be inserted. For the production of mushrooms, it is possible to dissolve the mushrooms and supply the optical fiber by blowing oxygen,
When oxygen is blown, melting of the temperature measuring nozzle becomes a problem.
Further, an oxidation reaction of the metal occurs near the outlet of the temperature measuring nozzle, which deteriorates the measurement accuracy. Therefore, the gas flow rate for preventing nozzle clogging should be as small as possible, but if it is too small, the metal tube of the temperature measuring nozzle will be melted, and the metal tube-coated optical fiber will be melted and the temperature cannot be measured. is there.
【0013】本発明者らは金属管からなる測温ノズルを
用いて光ファイバーを供給する際の測温ノズルの先端の
溶融に関して種々実験を重ね、ガスの温度、ガスの種
類、流量及び溶湯温度、溶湯成分及びノズル径の間の関
係を上記の(1)式の条件を満足するようにした時に、
測温ノズルの先端の溶融がない状態で安定して連続的に
光ファイバーを供給することができることを見出だし
た。従って、(1)式に示す範囲にガス流量を調整する
ことにより、金属管(測温ノズル)の溶融を防止しなが
ら長時間安定して連続的に測温できる。The inventors of the present invention have conducted various experiments on melting of the tip of the temperature measuring nozzle when supplying an optical fiber using the temperature measuring nozzle made of a metal tube, and have investigated gas temperature, gas type, flow rate and molten metal temperature, When the relationship between the molten metal component and the nozzle diameter satisfies the condition of the above formula (1),
It has been found that the optical fiber can be stably and continuously supplied without melting at the tip of the temperature measuring nozzle. Therefore, by adjusting the gas flow rate within the range shown in the formula (1), it is possible to stably measure the temperature continuously for a long time while preventing the metal tube (temperature measuring nozzle) from melting.
【0014】[0014]
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る光ファイバー
による高温液体の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から構成され
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、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から構成される。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を設けた例を示しているが、測温ノズ
ル20は炉40の底部に設けてもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a temperature measuring device for a high temperature liquid using an optical fiber according to an embodiment of the present invention. In the figure, 10 is an optical fiber supply device, which comprises a metal tube coated optical fiber 11, a motor 12, a roller 13, a feed controller 14, a feed speed detector 15, an optical fiber drum 16 and a radiation thermometer 17. Reference numeral 20 denotes a temperature measuring nozzle for inserting the metal tube coated optical fiber 11 into the furnace, which is also called a temperature measuring tuyere. Reference numeral 21 is an optical fiber guide that is connected to the temperature measuring nozzle 20, and allows the metal tube coated optical fiber 11 to be inserted therethrough.
Nozzle clogging prevention gas is supplied. A nozzle clogging prevention gas supply device 30 is composed of a pressure / flow rate regulator 31, a supply gas controller 33, a supply gas generation unit 34, and a gas pressure detector 35. Reference numeral 40 is a furnace such as a converter or an electric furnace. In the illustrated example, the temperature measuring nozzle 20 is provided on the side wall of the furnace 40, but the temperature measuring nozzle 20 may be provided at the bottom of the furnace 40.
【0015】本実施例において、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は、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、アルゴン)と共に、炉40内の溶融金属又はス
ラグに直接挿入する。このとき、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にしている。In this embodiment, when measuring the temperature of the high temperature liquid, for example, the temperature of the molten metal in the furnace, the tip of the metal tube coated optical fiber 11 is used together with a nozzle clogging prevention gas (eg nitrogen gas, argon) in the furnace 40. Insert directly into the molten metal or slag inside. At this time, the tip of the metal-tube-coated optical fiber 11 is melted and lost due to high temperature. Therefore, continuous temperature measurement is possible by continuously sending out new optical fiber by the melted amount and continuing the supply.
【0016】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。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、高温液体中に挿入しても
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、本実施例では、光ファイバーも1600℃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。本
実施例の金属管被覆光ファイバー11は、外径が1.2
mmのものが使用されている。Here, the structure in which the optical fiber is covered with a metal tube is because the pressure of the nozzle clogging prevention gas is applied to the optical fiber when the optical fiber is fed into the furnace by the optical fiber supply device 10. This is to secure the strength against and protect the internal optical fiber. A stainless steel tube, for example, is used for the metal tube that covers the optical fiber. The melting point of this stainless steel is 1400
Since the temperature is about 1430 ° C, it does not melt immediately when inserted into a high temperature liquid, and protects the optical fiber for several seconds.
Further, in this embodiment, since the optical fiber is also made of silica glass having a softening point of 1600 ° C. or higher, it can maintain its shape without melting for a short time. The outer diameter of the metal tube-coated optical fiber 11 of this embodiment is 1.2.
mm is used.
【0017】測温ノズル20は、例えばステンレス等の
金属の単管から構成されている。この測温ノズル20
は、その一端が炉40の側壁を貫通して高温液体に接
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の内壁と金属管被覆光ファイバー1
1の外周部との間には空隙が形成され、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。なお、測温ノズル20をステンレス(例えば
SUS304)の単管ノズルによって構成した場合に
は、内径が2.0mm、外径が4.0mm程度ののもの
を使用する。The temperature measuring nozzle 20 is composed of a single tube made of metal such as stainless steel. This temperature measuring nozzle 20
Has one end that penetrates the side wall of the furnace 40 and is in contact with the high temperature liquid, and the other end that is hermetically coupled to the optical fiber guide 21. The metal tube coated optical fiber 11 is inserted from this optical fiber guide 21 side and inserted into the high temperature liquid. It In addition, the inner wall of the temperature measuring nozzle 20 and the metal tube coated optical fiber 1
A gap is formed between the outer peripheral portion of the nozzle 1 and the outer periphery of the nozzle 1, and the nozzle clogging prevention gas is blown into the gap through the optical fiber guide 21. When the temperature measuring nozzle 20 is composed of a stainless steel (for example, SUS304) single tube nozzle, a nozzle having an inner diameter of 2.0 mm and an outer diameter of about 4.0 mm is used.
【0018】光ファイバーガイド21は、光ファイバー
供給装置10から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の測温孔
41を通して炉40内の溶湯に送り出す機能を有する。
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10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、前述の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とは別の部材で構成
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、広義に
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。以上のように、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。The optical fiber guide 21 causes the metal tube-covered optical fiber 11 delivered from the optical fiber supply device 10 and the nozzle blockage prevention gas supplied from the nozzle blockage prevention gas supply device 30 to pass through the temperature measurement hole 41 of the temperature measurement nozzle 20 to the furnace. It has a function of sending out to the molten metal in 40.
One end of the optical fiber guide 21 is hermetically connected to one end of the temperature measuring nozzle 20 that does not come into contact with the high temperature liquid, and the other end can pass the metal tube-coated optical fiber 11, but the nozzle clogging prevention gas is directed to the optical fiber supply device 10 side. In order to prevent leakage, it has a highly airtight structure provided with, for example, a double seal. Further, a pipe from the nozzle clogging prevention gas supply device 30 is connected to the optical fiber guide 21 to supply the above-mentioned gas. Thus, although the optical fiber guide 21 is composed of a member different from the temperature measuring nozzle 20, the function of feeding the optical fiber into the furnace 40 together with the nozzle clogging prevention gas is exactly the same, and in a broad sense, the temperature measuring nozzle is used. It can be regarded as a member forming a part of 20. As described above, the optical fiber guide 21
From the temperature-measuring nozzle 20 which is airtightly connected, the nozzle blockage prevention gas is blown into the molten metal in the furnace 40 together with the delivery of the metal tube-coated optical fiber 11.
【0019】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
予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。また、光
ファイバー供給装置10は、停止時の光ファイバーに振
動を与える機能も有している。本実施例では、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。The optical fiber supply device 10 has a function of continuously or intermittently feeding the metal tube-coated optical fiber 11 into the furnace 40 via the optical fiber guide 21 and the temperature measuring nozzle 20. Therefore, the feed controller 14
Drives the motor 12 to send out the metal-tube-coated optical fiber 11 which is preliminarily wound in the optical fiber drum 16. In this case, the sending speed of the optical fiber is detected by the sending speed detector 15, and the detected value is used. The control is performed so that the feed rate becomes a predetermined value. The optical fiber supply device 10 also has a function of giving vibration to the optical fiber when stopped. In this embodiment, the continuous feeding speed of the optical fiber is 5 mm / sec, the intermittent feeding speed is 10 mm / sec, the feeding is performed for 10 seconds, and then the operation of stopping for 20 seconds is repeated.
【0020】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になっている。When the optical fiber is sent out, the tip portion of the metal tube-coated optical fiber 11 which is inserted into the furnace 40 together with the nozzle clogging preventing gas is melted and lost with the passage of time. (Only the amount consumed)
Conducted to constantly supply new optical fiber. The continuous supply of this new optical fiber enables continuous temperature measurement.
【0021】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
15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ができる。
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。The feed rate detector 15 can obtain the feed rate from the rotation angle of the sensor roller within a unit time, for example, and this detection signal is used as a feed gas controller in the feed controller 14 and the nozzle clogging prevention gas supply device 30. 33. Then, depending on whether or not the detection value of the feed speed detector 15 is within the normal range, it is possible to determine the difficulty state of the optical fiber delivery.
For example, if the tip of the temperature measuring nozzle 20 becomes clogged, the feed rate will decrease. The feed controller 14 stops driving the motor 12 when the feed speed falls below the normal range,
Prevents equipment failure.
【0022】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。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。In the present invention, the measurement principle that the absolute temperature can be calculated from the radiation spectrum distribution if the blackbody radiation condition is satisfied is utilized. Therefore, the spectrum light emitted from the molten metal is input from the tip of the metal tube-coated optical fiber 11 inserted in the furnace 40, and this spectrum light propagates in the optical fiber and is input to the radiation thermometer 17. The radiation thermometer 17 includes, for example, a two-color thermometer that determines the temperature by comparing the luminance outputs of two wavelengths and an infrared radiation thermometer that directly determines the temperature from the luminance output of the radiated light. The temperature is calculated in accordance with the measuring method described above, and the calculated temperature signal is output as an electric signal and supplied to, for example, a recording instrument (not shown).
【0023】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
(本実施例ではアルゴン)を使用する。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15の検出信号を入力し、この
2つの検出信号の値に応じて、圧力/流量調整器31に
供給する。圧力/流量調整器31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、入力されるア
ルゴン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、アル
ゴン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。As the gas supplied from the nozzle clogging prevention gas supply device 30 to the optical fiber guide 21, an inert gas (argon in this embodiment) is used. The supply gas controller 33 in the nozzle clogging prevention gas supply device 30 inputs the detection signal of the gas pressure detector 35 and the detection signal of the feed speed detector 15 in the optical fiber supply device 10, and outputs the values of these two detection signals. Accordingly, the pressure / flow rate regulator 31 is supplied. The pressure / flow rate regulator 31 includes a pressure regulator, a flow rate regulator, a control valve, etc., and supplies the input argon to the supply gas generation unit 34 as a pressure and a flow rate according to a control signal. In the supply gas generator 34, argon is generated at a predetermined pressure and is supplied to the optical fiber guide 21 from here.
【0024】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、ガス流量を調整
する。その場合には上記の(1)式を満たすように圧力
/流量調整器31に制御信号を送る。The gas pressure detector 35 includes the supply gas generator 3
4 detects the gas pressure supplied to the optical fiber guide 21, and supplies this detected value to the supply gas controller 33. This is because when the tip of the temperature measuring nozzle 20 is clogged, the amount of gas supplied is reduced and the detected value of gas pressure rises. Therefore, it is necessary to measure whether the detected value is within the normal range or not. This is because the clogging state of the tip of the warm nozzle 20 can be determined. The supply gas controller 33 determines the clogging state of the tip of the temperature measuring nozzle 20 based on the detection value of the supply gas pressure and the detection value of the optical fiber feeding speed, and adjusts the gas flow rate. In that case, a control signal is sent to the pressure / flow rate regulator 31 so as to satisfy the above expression (1).
【0025】図2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:金属単管ノズル ノズルの内径/外径:2.0mm/4.0mm 材質:SUS304 (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:アルゴン 温度:常温 吹込量:0.5〜5.0 Nm3 /Hr (4)光ファイバー送り速度:5mm/sec(連続)、又は 10mm/sec(断続) (5)溶湯、 [C]:4.2%〜0.02% 温度:1250〜1650℃FIG. 2 is a diagram showing an example of the temperature measurement results using an optical fiber under the following measurement conditions in a converter. (1) Temperature measurement nozzle, model: Metal single tube nozzle Inner diameter / outer diameter: 2.0 mm / 4.0 mm Material: SUS304 (2) Optical fiber, structure: Stainless steel tube outer diameter: 1.2 mm (3) Gas Blow, type: Argon Temperature: Normal temperature Blow rate: 0.5-5.0 Nm 3 / Hr (4) Optical fiber feed rate: 5 mm / sec (continuous) or 10 mm / sec (intermittent) (5) Molten metal, [ C]: 4.2% to 0.02% Temperature: 1250 to 1650 ° C
【0026】図2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。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。In FIG. 2, the waveform that fluctuates up and down is the temperature measured by the optical fiber, and the sublance measurement for confirming the accuracy is performed intermittently. The temperature measured by the thermocouple at this time is shown by a black circle. The difference between the peak value measured by the optical fiber and the value measured by the thermocouple is 4 ° C on average.
Met. Here, the error 4 for the measurement temperature of 1600 ° C
The measurement accuracy of 0.25% was 0.25%, which was a fairly good accuracy. In addition, the feeding speed of the optical fiber is 5 mm continuously.
The same measurement results were obtained in the case of / sec and in the case of intermittent delivery of 10 mm / sec for 10 seconds and then stopping for 20 seconds.
【0027】図3は熱電対指示値(Ts)と光ファイバ
ー温度計指示値(Tf)との対比を示す図であり、横軸
にTsを縦軸にTfを示し、光ファイバーによる測定値
を□印で示している。図3の□印は、ほぼTs=Tf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。FIG. 3 is a diagram showing a comparison between the thermocouple indicated value (Ts) and the optical fiber thermometer indicated value (Tf), where Ts is shown on the horizontal axis and Tf is shown on the vertical axis. It shows with. The □ marks in FIG. 3 are distributed almost on the straight line of Ts = Tf, indicating that the measurement results are good.
【0028】図4は上記の実施例を実施した時即ちガス
流量を(1)式に保った場合と、それ以外の場合とで、
ノズル詰りにより光ファイバーが供給できなくなるまで
連続して測定できた時間を比較して示した図である。図
より本発明により安定して長時間測定可能であることが
分かる。FIG. 4 shows when the above-described embodiment is carried out, that is, when the gas flow rate is maintained in the equation (1) and in other cases.
It is the figure which compared and showed the time which could be measured continuously until it became impossible to supply an optical fiber due to nozzle clogging. From the figure, it can be seen that the present invention enables stable long-term measurement.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、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、
金属管からなる測温ノズルを通して高温液体に直接挿入
し、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送り出して供給を続けることによ
り高温液体の温度を連続的又は断続的に計測し、そし
て、ノズル詰り防止ガスの流量を適性に調整するように
したので、測温ノズルの先端の溶融を防止することがで
き、従って、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。As described above, according to the present invention, the tip portion of the metal tube-covered optical fiber together with the nozzle clogging prevention gas,
The temperature of the high-temperature liquid is measured continuously or intermittently by inserting it directly into the high-temperature liquid through a temperature-measuring nozzle consisting of a metal tube, and sending out new optical fiber as much as the tip of the optical fiber is melted by the high temperature and continuing the supply. And, since the flow rate of the nozzle clogging prevention gas is adjusted appropriately, it is possible to prevent melting of the tip of the temperature measuring nozzle, and therefore, continuous measurement for a long period of time and quick response, It is possible to measure the temperature of a high temperature liquid with an optical fiber that also has good measurement accuracy.
【図1】本発明の一実施例に係る光ファイバーによる高
温液体の測温装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a temperature measuring device for a high temperature liquid using an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の実施例における温度測定結果の一例を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a temperature measurement result in the embodiment of FIG.
【図3】図1の実施例における熱電対指令値と光ファイ
バー温度計指示値との対比を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a comparison between a thermocouple command value and an optical fiber thermometer command value in the embodiment of FIG.
【図4】図1の実施例によるノズル詰まり防止効果を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing a nozzle clogging prevention effect according to the embodiment of FIG.
10 光ファイバー供給装置 11 金属管被覆光ファイバー 12 モータ 13 ロータ 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 圧力/流量調整器 33 供給ガスコントローラ 35 ガス圧力検出器 37 圧力/流量調整器 40 炉 10 Optical Fiber Supply Device 11 Metal Tube Coated Optical Fiber 12 Motor 13 Rotor 14 Feed Controller 15 Feed Speed Detector 16 Optical Fiber Drum 17 Radiation Thermometer 20 Temperature Measuring Nozzle 21 Optical Fiber Guide 30 Nozzle Clogging Prevention Gas Supply Device 31 Pressure / Flow Rate Regulator 33 Supply Gas controller 35 Gas pressure detector 37 Pressure / flow rate regulator 40 Furnace
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 一郎 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ichiro Kikuchi 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Steel Pipe Co., Ltd. (72) Inventor Yoshimi Komatsu 1-2-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Main Steel Pipe Co., Ltd.
Claims (1)
器に貫通して配置され、一方の端部が前記高温液体に接
する測温ノズルと、 予めドラムに巻込まれた金属管被覆光ファイバーの一端
を前記測温ノズルの他方の端部から挿通させて前記容器
内の高温液体中に連続的又は断続的に送り出す光ファイ
バー供給手段と、 前記測温ノズルに対してノズル詰り防止ガスを送給し、
そのノズル詰り防止ガス流量を次式を満足するように設
定したガス供給手段と、 【数1】 前記金属管被覆光ファイバーの他端に接続され、前記高
温液体の温度を計測する放射温度計とを備えたことを特
徴とする光ファイバーによる高温液体の測温装置。1. A temperature-measuring nozzle, which is made of a metal tube and penetrates through a container that holds a high-temperature liquid, and one end of which is in contact with the high-temperature liquid, and one end of a metal-tube-coated optical fiber that is wound in advance on a drum. An optical fiber supply means for continuously or intermittently feeding into the high temperature liquid in the container by inserting it from the other end of the temperature measuring nozzle, and feeding a nozzle clogging prevention gas to the temperature measuring nozzle,
A gas supply means having a nozzle clogging prevention gas flow rate set to satisfy the following equation: A temperature measuring device for a high-temperature liquid using an optical fiber, comprising: a radiation thermometer connected to the other end of the metal tube-covered optical fiber to measure the temperature of the high-temperature liquid.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6147330A JPH0815040A (en) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | Temperature measuring device with optical fiber for high temperature liquid |
KR1019940025240A KR0134654B1 (en) | 1993-10-05 | 1994-10-01 | Apparatus and method for measuring a temperature using optical fiber |
US08/317,376 US5585914A (en) | 1993-10-05 | 1994-10-04 | Apparatus and method for measuring a temperature of a high temperature liquid contained in a furnace |
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JP6147330A JPH0815040A (en) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | Temperature measuring device with optical fiber for high temperature liquid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0815040A true JPH0815040A (en) | 1996-01-19 |
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ID=15427748
Family Applications (1)
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JP6147330A Pending JPH0815040A (en) | 1993-10-05 | 1994-06-29 | Temperature measuring device with optical fiber for high temperature liquid |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH0815040A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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EP2940441A1 (en) | 2014-04-30 | 2015-11-04 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Device for measuring the temperature of a molten metal |
US10203463B2 (en) | 2015-10-14 | 2019-02-12 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Cored wire, method and device for the production of the same |
US10295411B2 (en) | 2015-10-14 | 2019-05-21 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Consumable optical fiber for measuring a temperature of a molten steel bath |
-
1994
- 1994-06-29 JP JP6147330A patent/JPH0815040A/en active Pending
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US10359589B2 (en) | 2015-10-14 | 2019-07-23 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Cored wire, method and device for the production of the same |
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