JPH0875553A - Temperature measuring apparatus for high temperature liquid employing optical fiber - Google Patents
Temperature measuring apparatus for high temperature liquid employing optical fiberInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、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 the temperature of a high temperature liquid, for example, the temperature of molten metal in a furnace 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。2. Description of the Related Art As a method for measuring the temperature of a molten metal in a furnace, a sublance method or a manual thermocouple measuring method has been conventionally used, for example, in a converter.
【0003】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。In the sublance method, temperature measurement is performed from a raw material charging port of a furnace (container) or the like by a temperature measuring element attached to the tip of the lance of a lance-shaped movable body.
【0004】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。 (1)炉(容器)の大きさに比例して測温装置が巨大化
する。 (2)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。 (3)測温毎に消耗式熱電対の取替を要するために、操
業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。Therefore, the sublance system has the following disadvantages. (1) The temperature measuring device grows in size in proportion to the size of the furnace (container). (2) 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. (3) Since it is necessary to replace the consumable thermocouple each time the temperature is measured, the melting temperature during operation must be measured intermittently, 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 with each other, which may cause energy loss, increase in production cost, and hindering productivity.
【0005】サブランス方式においては、上述のように
連続的に測温することが困難であるために、炉内温度を
連続的に測温する方法が従来から種々検討されてきた。In the sublance system, since it is difficult to continuously measure the temperature as described above, various methods for continuously measuring the temperature inside the furnace have been studied.
【0006】炉内の温度を連続的に測定する方法の従来
技術としては、例えば特開昭61−91529号公報に
開示されたものがある。A conventional technique for continuously measuring the temperature in the furnace is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-91529.
【0007】この測温法は、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
測定精度の問題等もある。In this temperature measuring method, the temperature inside the furnace is measured by using an optical fiber. However, since the optical fiber tip is fixed to the tip of the temperature measuring nozzle, the gas layer blown from the tip of the temperature measuring nozzle. Therefore, 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 of measurement accuracy due to aging.
【0008】また、特開昭63−203716号公報に
開示されたものもある。この測温方法においては、溶鋼
温度を連続的に測定して、吹錬中及び終点の温度が目標
値になるようにし、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。There is also one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-203716. In this temperature measurement method, the molten steel temperature is continuously measured so that the temperatures at the end of blowing and at the end point become the target values, and the amount of the component at the end point is estimated from the rate of change of the heating rate. In the control method, "a method can be used in which the optical fiber is immersed in molten steel from the bottom, side wall, or upper portion of a reaction vessel 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.
【0009】本願出願人は、特開平5−248960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、前記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、並びに前記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、前記金属管被覆
光ファイバーの先端部を短時間溶鋼中に挿入し、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測定装置を示した。The applicant of the present invention, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-248960, inserts the tip of a metal tube-coated optical fiber into molten steel as a temperature-measuring element, and measures that the blackbody radiation condition is satisfied at the tip of the optical fiber. Using the principle, a device for measuring temperature by connecting a radiation thermometer to the other end of the optical fiber, and an optical fiber conveying means for sending out and rewinding the metal tube-coated optical fiber are provided, and only the time for measuring the temperature of the molten steel, Insert the tip of the metal tube coated optical fiber into the molten steel for a short time, pull up the tip immediately after the measurement is completed, cut the tip used as this temperature measuring element, and measure with the new tip at the next measurement The temperature measuring device for
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記特開
平5−248960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。However, the temperature measuring device according to the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 5-248960 is an intermittent temperature measuring device, and the tip of the optical fiber used as a temperature measuring element at a constant time or at every temperature measurement. Needed to be cut off. Therefore, this device has a problem that continuous measurement cannot be performed for a long period of time.
【0011】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
による測温装置を得ることを目的としている。The present invention has been made in order to solve such problems, 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 the response is high. The aim is to obtain an optical fiber temperature measuring device that is fast and has high measurement accuracy.
【0012】[0012]
【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、高温液体を保持する容
器の壁を貫通して先端が前記高温液体に接触するように
配置された測温ノズルと、金属管被覆光ファイバーの先
端を前記測温ノズルの後端側から挿通させて前記容器内
の高温液体中に連続的また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
止ガスを供給するガス供給手段と、前記金属管被覆光フ
ァイバーの後端に接続され前記高温液体の温度を計測す
る放射温度計とから構成され、前記測温ノズルは、断面
中央部に前記金属管被覆光ファイバーを通過させる貫通
孔を有し、側壁部がノズル長手方向に配置した強度補強
用の複数の金属線を内蔵した耐火物から構成されるもの
である。A temperature measuring device for a high temperature liquid by means of an optical fiber according to the present invention is a temperature measuring device arranged so that a tip thereof comes into contact with the high temperature liquid through a wall of a container holding the high temperature liquid. A nozzle, an optical fiber supply means for inserting the tip of the optical fiber coated with a metal tube from the rear end side of the temperature measuring nozzle to continuously or intermittently feed the high temperature liquid in the container, and a nozzle for the temperature measuring nozzle. It is composed of a gas supply means for supplying an anti-clogging gas, and a radiation thermometer connected to the rear end of the metal tube coated optical fiber for measuring the temperature of the high temperature liquid, wherein the temperature measuring nozzle has the metal at the center of the cross section. The refractory has a through hole through which the tube-covered optical fiber passes, and the side wall portion is made of a refractory material having a plurality of metal wires for strength reinforcement arranged in the nozzle longitudinal direction.
【0013】また、高温液体を保持する容器の壁を貫通
して先端が前記高温液体に接触するように配置された測
温ノズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温
ノズルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中
に連続的また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供給
するガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後
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
とから構成され、前記測温ノズルは、断面中央部に前記
金属管被覆光ファイバーを通過させる貫通孔を有するセ
ラミックス製の長さ150mm以下の短管を複数本長手
方向に接続させた内管と、この内管を内蔵する金属製の
外管とから構成されるものである。Further, a temperature-measuring nozzle which is arranged so as to penetrate the wall of the container holding the high-temperature liquid so that its tip comes into contact with the high-temperature liquid, and the tip of the metal tube-covered optical fiber is arranged at the rear end side of the temperature-measuring nozzle. Optical fiber supply means for continuously or intermittently feeding the high temperature liquid in the container through the above, gas supply means for supplying a nozzle clogging prevention gas to the temperature measuring nozzle, and the metal tube coated optical fiber And a radiation thermometer connected to an end to measure the temperature of the high-temperature liquid. It is composed of an inner pipe in which a plurality of short pipes are connected in the longitudinal direction, and a metal outer pipe containing the inner pipe.
【0014】また、高温液体を保持する容器の壁を貫通
して先端が前記高温液体に接触するように配置された測
温ノズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温
ノズルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中
に連続的また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供給
するガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後
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
とから構成され、前記測温ノズルは、断面中央部に前記
金属管被覆光ファイバーを通過させる貫通孔を有するセ
ラミックス製の長さ100mm以下の嵌合構造を有する
短管を複数本長手方向に接続させて構成されているもの
である。Further, a temperature-measuring nozzle which is disposed so as to penetrate the wall of the container for holding the high-temperature liquid so that its tip comes into contact with the high-temperature liquid, and the tip of the metal tube-covered optical fiber is connected to the rear end side of the temperature-measuring nozzle. Optical fiber supply means for continuously or intermittently feeding the high temperature liquid in the container through the above, gas supply means for supplying a nozzle clogging prevention gas to the temperature measuring nozzle, and the metal tube coated optical fiber The temperature measuring nozzle is composed of a radiation thermometer which is connected to an end and measures the temperature of the high temperature liquid. It is configured by connecting a plurality of short tubes having a fitting structure in the longitudinal direction.
【0015】[0015]
【作用】本発明においては、光ファイバー供給手段によ
り、金属管被覆光ファイバーの先端を、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後端に接続され
た放射温度計により、容器内の高温液体の温度を計測す
る。In the present invention, the tip of the metal tube-coated optical fiber is continuously or intermittently fed into the high-temperature liquid by inserting the temperature measuring nozzle into the high-temperature liquid by the optical fiber supplying means, and the metal tube-coated optical fiber after the winding is inserted. A radiation thermometer connected to the end measures the temperature of the hot liquid in the container.
【0016】測温中、測温ノズルの先端部は前記容器内
の高温液体に接触し、先端部から測温ノズルの内壁と前
記光ファイバーとの隙間に高温液体が入り込み、測温ノ
ズルを閉塞させようとするので、測温ノズルの容器外に
出ている後端部側から前記隙間に、ノズル詰り防止ガス
を供給して、測温ノズルの先端が高温溶液により閉塞さ
れるのを防止する。During temperature measurement, the tip of the temperature measuring nozzle comes into contact with the high temperature liquid in the container, and the high temperature liquid enters the gap between the inner wall of the temperature measuring nozzle and the optical fiber from the tip to block the temperature measuring nozzle. Therefore, the nozzle clogging prevention gas is supplied from the rear end side of the temperature measuring nozzle, which is outside the container, to the gap to prevent the tip of the temperature measuring nozzle from being blocked by the high temperature solution.
【0017】ところで、測温ノズルを、高温液体を保持
する耐火物の容器にステンレス管等の金属管を埋め込ん
だ構造のものとすると、例えば精錬温度が1600℃を
超えるような鋼の精錬の場合には、ステンレス管等の金
属管は溶融してしまう。By the way, when the temperature measuring nozzle has a structure in which a metal pipe such as a stainless pipe is embedded in a container of refractory holding a high temperature liquid, for example, in the case of refining steel such that refining temperature exceeds 1600 ° C. In this case, a metal tube such as a stainless tube will be melted.
【0018】金属管が溶融すると、金属管被覆光ファイ
バーと溶融した金属管とが溶着してしまい、光ファイバ
ーを継続して供給することができなくなる。When the metal tube is melted, the metal tube-coated optical fiber and the melted metal tube are welded to each other, and the optical fiber cannot be continuously supplied.
【0019】金属管の溶融を防止しようとして、ノズル
詰り防止ガスを増加させると、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
塊)が形成され、このマッシュルームによって測温ノズ
ルが閉塞されるので、この場合も金属管被覆光ファイバ
ーの供給ができなくなる。When the nozzle clogging prevention gas is increased in an attempt to prevent the melting of the metal tube, a mushroom (a sponge-like lump in which the molten metal is partially solidified) is formed at the tip of the temperature measuring nozzle, and this mushroom measures the temperature. Since the hot nozzle is blocked, the metal tube-coated optical fiber cannot be supplied in this case as well.
【0020】従って、本発明では、測温ノズルを断面の
中心に金属管被覆光ファイバーを供給する貫通孔を有す
る耐火物(鋼の精錬の場合にはMgO−Cレンガ等)で
構成することにした。Therefore, in the present invention, the temperature measuring nozzle is made of a refractory material (MgO-C brick or the like in the case of refining steel) having a through hole for supplying the metal tube coated optical fiber at the center of the cross section. .
【0021】また、溶融金属を収容する内張りが耐火物
製の容器においては、耐火物の厚みが1000mm以上
にもなり、このような耐火物に単に穴を開けただけの構
造のノズルでは、熱応力等によりこの穴を起点として耐
火物の破断が起こり、ノズル詰り防止ガスが洩れ、溶湯
が測温ノズルの先端より侵入して、測温ノズルが詰った
り、破断した部分で光ファイバーがひっかかってしま
い、光ファイバーの安定供給ができなくなる。Further, in the case where the refractory lining for containing the molten metal is made of refractory, the refractory has a thickness of 1000 mm or more. The refractory ruptures from this hole as a starting point due to stress, the nozzle clogging prevention gas leaks, the molten metal enters from the tip of the temperature measuring nozzle, the temperature measuring nozzle is clogged, and the optical fiber is caught at the broken part. , The stable supply of optical fiber cannot be achieved.
【0022】このため、本発明においては、耐火物製ノ
ズルの貫通孔を形成する外壁内に、ノズルの長手方向に
沿って強度補強用の複数の金属線を内蔵させ、熱応力等
により測温ノズルが破損するのを防ぐようにした。Therefore, in the present invention, a plurality of metal wires for reinforcing the strength are built in the outer wall forming the through holes of the refractory nozzle along the longitudinal direction of the nozzle, and the temperature is measured by thermal stress or the like. Prevents the nozzle from being damaged.
【0023】従って、本発明においては、測温ノズルに
金属管を用いたときに発生する、金属管の溶損に基づく
光ファイバー供給不能や、単に耐火物に穴を開けたとき
の熱応力等による破断に起因する光ファイバー供給不能
という事態が回避でき、光ファイバーを溶融金属中に直
接供給して、長時間安定して連続的に測温することがで
きる。Therefore, in the present invention, due to the inability to supply the optical fiber due to the melting damage of the metal tube, which occurs when the metal tube is used for the temperature measuring nozzle, or the thermal stress when simply making a hole in the refractory, etc. The situation that the optical fiber cannot be supplied due to the breakage can be avoided, and the optical fiber can be directly supplied into the molten metal to stably measure the temperature continuously for a long time.
【0024】また、上述した理由から、前記測温ノズル
を断面中央部に前記金属管被覆光ファイバーを通過させ
る貫通孔を有するセラミックス製の長さ150mm以下
の短管を複数本長手方向に接続させた内管と、この内管
を内蔵する金属製の外管とから構成させてもよい。For the above-mentioned reason, a plurality of ceramic short tubes having a length of 150 mm or less having a through hole for passing the metal tube-covered optical fiber in the central portion of the cross section are connected in the longitudinal direction of the temperature measuring nozzle. You may comprise from an inner pipe and the metal outer pipe which contains this inner pipe.
【0025】このようにすると、金属管被覆ファイバー
は、測温ノズルを構成する金属管と直接接触しないの
で、融着しない。また、内管は長さ150mm以下の短
管を複数本接続したものであるので、長尺単体のものと
異なり熱応力や熱衝撃が分散され、破断しにくいのでノ
ズル詰り防止ガスが洩れることはない。In this case, the metal tube-covered fiber does not directly fuse with the metal tube forming the temperature measuring nozzle, so that it is not fused. In addition, since the inner pipe is made by connecting multiple short pipes with a length of 150 mm or less, unlike the long single pipe, thermal stress and thermal shock are dispersed and it is difficult to break, so the nozzle clogging prevention gas will not leak. Absent.
【0026】ここでセラミックス管の長さを150mm
以下としたのは、これ以上の長さにすると熱応力等によ
り破断される恐れがあるからである。Here, the length of the ceramic tube is 150 mm.
The reason for setting the length below is that there is a risk of breaking due to thermal stress or the like if the length is longer than this.
【0027】この測温ノズルの場合も、光ファイバーを
溶融金属中に直接供給して、長時間安定して連続的に測
温することができる。Also in the case of this temperature measuring nozzle, the optical fiber can be directly supplied into the molten metal to stably measure the temperature continuously for a long time.
【0028】また、同じような理由から、前記測温ノズ
ルを断面中央部に前記金属管被覆光ファイバーを通過さ
せる貫通孔を有するセラミックス製の長さ100mm以
下の嵌合構造を有する短管を複数本長手方向に接続させ
た構造としてもよい。For the same reason, a plurality of ceramic short tubes having a fitting structure with a length of 100 mm or less having a through hole for passing the metal tube-covered optical fiber in the center of the cross section of the temperature measuring nozzle. The structure may be connected in the longitudinal direction.
【0029】このようにすると、金属管被覆ファイバー
は、測温ノズルを構成するセラミックスと溶着すること
もない。また、セラミックス管の長さを100mm以下
とし、嵌合構造としているので、熱応力や熱衝撃を接続
部で緩和し、かつ周囲への通気抵抗が大きくノズル詰り
防止ガスが洩れることはない。In this way, the metal tube-coated fiber will not be welded to the ceramics constituting the temperature measuring nozzle. Further, since the length of the ceramic tube is 100 mm or less and the fitting structure is adopted, thermal stress and thermal shock are relieved at the connection portion, and the ventilation resistance to the surroundings is large, and the nozzle clogging prevention gas does not leak.
【0030】ここでセラミックス管の長さを100mm
以下としたのは、これ以上の長さにすると熱応力の緩和
効果が低減されるからである。Here, the length of the ceramic tube is 100 mm.
The reason for setting the length below is that the effect of relaxing the thermal stress is reduced if the length is longer than this.
【0031】[0031]
【実施例】図1は本発明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、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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing the construction of a temperature measuring device for a high temperature liquid using an optical fiber according to 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 denotes an optical fiber guide that is connected to the temperature measuring nozzle 20. The optical fiber guide 21 allows the metal tube-covered optical fiber 11 to pass therethrough and supplies the nozzle clogging prevention gas. A nozzle clogging prevention gas supply device 30 includes a pressure / flow rate controller 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.
【0032】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、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、直接炉内の溶融金属又はスラグに挿入して、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。The optical fiber temperature measuring device according to the present invention measures the temperature of the high temperature liquid, for example, the temperature of the molten metal in the furnace. It is directly inserted into the molten metal or slag in the furnace together with the gas N 2 ) and the tip portion of the metal tube coated optical fiber 11 is melted and lost due to the high temperature. Therefore, a new optical fiber is constantly sent out by the melted amount and the supply is continued. This enables continuous temperature measurement.
【0033】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。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 and protect the optical fiber inside.
【0034】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。A stainless steel tube, for example, is used as the metal tube for coating the optical fiber. Since the melting point of this stainless steel is about 1400 to 1430 ° C., it does not melt immediately even when it is inserted into high temperature molten steel, and protects the optical fiber for several seconds. In this embodiment, the optical fiber is also 160
Since it is made of quartz glass having a softening point of 0 ° C. or higher, it can maintain its shape without melting for a short time.
【0035】この実施例における金属管被覆光ファイバ
ー11は、外径が1.2mmのものが使用されている。The metal tube coated optical fiber 11 in this embodiment has an outer diameter of 1.2 mm.
【0036】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、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。The temperature measuring nozzle 20 includes, for example, one made of brick or ceramics, one made of a single metal tube, or one made of a single metal tube having a ceramic inside, and the like. Between the outer diameter of the inner temperature measuring nozzle and the inner diameter of the outer metal tube, a metal tube is concentrically provided on the outside of the temperature measuring nozzle constituted by the metal single tube or the metal single tube whose inside is ceramics. There is also a double-tube structure in which the void provided in is connected to the nozzle clogging prevention gas supply device 30.
【0037】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。One end of the temperature measuring nozzle 20 is in contact with a high temperature liquid, and the other end is airtightly coupled to the optical fiber guide 21, and the metal tube coated optical fiber 11 is inserted from the optical fiber guide 21 side and inserted into the high temperature liquid. .
【0038】また測温ノズル20の内径と前記金属管被
覆光ファイバー11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。A gap is provided between the inner diameter of the temperature measuring nozzle 20 and the outer diameter of the metal tube coated optical fiber 11.
Nozzle clogging prevention gas is blown into this gap through the optical fiber guide 21.
【0039】図2は本発明の光ファイバーによる高温液
体の測温装置の測温ノズル20の第一の実施例を示す説
明図であり、(a)は測温ノズルの斜視図、(b)は測
温ノズルの縦断面図である。この測温ノズル20は、外
径200mm、長さ1000mmのMgO−C(マグカ
ーボン)の耐火物50の断面中心に、内径3mmの貫通
穴51を開けたものであり、この貫通穴51の周囲に
は、外径1.5mmの強度補強用のステンレス線52
が、多数測温ノズル20の長手方向に沿って埋め込まれ
ている。2A and 2B are explanatory views showing a first embodiment of a temperature measuring nozzle 20 of a temperature measuring device for a high temperature liquid by an optical fiber according to the present invention. FIG. 2A is a perspective view of the temperature measuring nozzle, and FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of a temperature measuring nozzle. The temperature measuring nozzle 20 is formed by forming a through hole 51 having an inner diameter of 3 mm at the center of a cross section of a MgO-C (magcarbon) refractory 50 having an outer diameter of 200 mm and a length of 1000 mm. Is a stainless steel wire 52 with an outer diameter of 1.5 mm for strength reinforcement.
Are embedded along the longitudinal direction of the plurality of temperature measuring nozzles 20.
【0040】また、図3は本発明の光ファイバーによる
高温液体の測温装置の測温ノズル20の第二の実施例を
示す説明図であり、(a)は測温ノズルの縦断面図、
(b)はアルミナ管の接続方法を示す説明図である。こ
の測温ノズル20は、炉を構成する炉壁耐火物41を貫
通して配置され、光ファイバー11を挿通させるための
内径2mm、長さ75mmのアルミナ短管62を複数本
接続した内管61と、この内管61を内蔵する内径4m
mの金属管(SUS304)の外管65とから構成され
ている。FIG. 3 is an explanatory view showing a second embodiment of the temperature measuring nozzle 20 of the temperature measuring device for a high temperature liquid by the optical fiber of the present invention. FIG. 3A is a vertical sectional view of the temperature measuring nozzle.
(B) is explanatory drawing which shows the connection method of an alumina tube. The temperature measuring nozzle 20 is arranged so as to penetrate through a furnace wall refractory material 41 that constitutes a furnace, and an inner tube 61 in which a plurality of alumina short tubes 62 having an inner diameter of 2 mm and a length of 75 mm for inserting the optical fiber 11 are connected. , Inner diameter of this inner tube 61 is 4m
m outer tube 65 of a metal tube (SUS304).
【0041】内管61と外管65の接続状態を説明する
と、外管65も長さ75mmのステンレス短管66を複
数接続したものであり、ステンレス短管66の一端部内
壁に段付部を設け、この段付部とアルミナ短管62の一
端外周面に設けたつば部を嵌合させて複合管とし、この
複合管を溶接で接続するようにしている。The connection between the inner pipe 61 and the outer pipe 65 will be described. The outer pipe 65 is also formed by connecting a plurality of stainless short pipes 66 having a length of 75 mm, and a stepped portion is formed on the inner wall of one end of the stainless short pipe 66. The stepped portion and the collar portion provided on the outer peripheral surface of the alumina short tube 62 at one end are fitted to each other to form a composite tube, and the composite tube is connected by welding.
【0042】なお、セラミックス管は、アルミナの他
に、ジルコニアや窒化ボロン、あるいはSi−Al−O
−N系のセラミックスでもよい。In addition to alumina, the ceramic tube may be zirconia, boron nitride, or Si-Al-O.
-N-based ceramics may be used.
【0043】また、図4は本発明の光ファイバーによる
高温液体の測温装置の測温ノズル20の第三の実施例を
示す縦断面図である。この測温ノズル20は、炉を構成
する炉壁耐火物41を貫通して配置され、光ファイバー
11を挿通させるめの内径3mm(外径7〜10m
m)、長さ52mmのアルミナ短管72を複数本接続し
たアルミナ管71から構成されている。そして、アルミ
ナ短管72の先端部72aと後端部72bとには、隣合
うアルミナ短管72が隙間なく嵌合できるような嵌合部
が形成されている。FIG. 4 is a vertical sectional view showing a third embodiment of the temperature measuring nozzle 20 of the temperature measuring device for a high temperature liquid using the optical fiber of the present invention. The temperature measuring nozzle 20 is disposed so as to penetrate the furnace wall refractory material 41 that constitutes the furnace, and has an inner diameter of 3 mm (outer diameter 7 to 10 m) for inserting the optical fiber 11.
m), an alumina tube 71 in which a plurality of alumina short tubes 72 having a length of 52 mm are connected. A fitting portion is formed on the front end portion 72a and the rear end portion 72b of the alumina short tube 72 so that the adjacent alumina short tubes 72 can be fitted together without a gap.
【0044】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。The optical fiber guide 21 measures the metal tube coated optical fiber 11 continuously fed from the optical fiber supply device 10 together with the nozzle clogging prevention gas supplied from the nozzle clogging prevention gas supply device 30 and the temperature measuring nozzle 20.
It has a function of sending out to the molten metal in the furnace 40 through.
【0045】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。One end of the optical fiber guide 21 is hermetically connected to one end of the temperature measuring nozzle 20 which is not in contact with the high temperature liquid, and the other end thereof can pass the metal tube coated optical fiber 11, but the nozzle clogging prevention gas is used as the optical fiber supply device. 1
In order to prevent leakage to the 0 side, a highly airtight structure is provided with, for example, a double seal. In addition, a pipe from the nozzle clogging prevention gas supply device 30 is coupled to the space provided between the inner diameter of the optical fiber guide 21 and the outer diameter of the metal tube-coated optical fiber 11 to supply the gas.
【0046】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。As described above, the optical fiber guide 21 is composed of a member different from the temperature measuring nozzle 20, but the function of sending 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 is performed. It can be regarded as a member forming a part of the nozzle 20.
【0047】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。From the temperature measuring nozzle 20 which is airtightly connected to the optical fiber guide 21, the metal tube coated optical fiber 11 is fed.
The nozzle clogging prevention gas is blown into the molten metal in the furnace 40 at the same time.
【0048】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30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。In this case, since bubbles are generated in the floating region of the nozzle clogging prevention gas in the molten metal, if the tip of the metal tube-covered optical fiber 11 enters the bubble generation region, the temperature measurement accuracy will deteriorate. Therefore, for example, the temperature measuring nozzle 20 is installed with an inclination angle (for example, about 30 degrees) downward from the horizontal plane, and the metal tube coated optical fiber 11 is installed.
It is desirable not to let the tip of the tip enter into the floating region of the gas.
【0049】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。The optical fiber supply device 10 has a function of feeding the metal tube-coated optical fiber 11 into the furnace 40 continuously or intermittently via the optical fiber guide 21 and the temperature measuring nozzle 20.
【0050】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。For this reason, the feed controller 14 drives the motor 12 to feed out the metal-tube-coated optical fiber 11 which is previously wound in the optical fiber drum 16. In this case, the feed speed detector 15 feeds the optical fiber. The speed is detected, and the detected value is used to control the feed speed to a predetermined value.
【0051】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。In this embodiment, the continuous feeding speed of the optical fiber is 5 mm / sec, and the intermittent feeding speed is 10 mm / sec for 10 seconds and then 20 seconds.
The operation of stopping for a second is repeated.
【0052】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。In the delivery of this optical fiber, the tip of the metal tube-coated optical fiber 11 which is inserted into the furnace 40 together with the nozzle clogging prevention gas is melted away with the passage of time. (Only the amount consumed)
Conducted to constantly supply new optical fiber. And continuous supply of this new optical fiber enables continuous temperature measurement.
【0053】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。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.
【0054】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。Then, depending on whether or not the detection value of the feed rate 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 the drive of the motor 12 when the feed speed falls below the normal range to prevent the device from malfunctioning.
【0055】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。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.
【0056】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。The radiation thermometer 17 includes, for example, a two-color thermometer for determining the temperature by comparing the luminance outputs of two wavelengths and an infrared radiation thermometer for directly determining the temperature from the luminance output of the radiated light. The temperature is calculated from the signal according to each measuring method, and the calculated temperature signal is output as an electric signal and supplied to, for example, a recording meter (not shown) or the like.
【0057】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。Gases supplied by the nozzle clogging prevention gas supply device 30 to the optical fiber guide 21 include an inert gas (nitrogen gas in this example), an oxidizing gas (oxygen gas in this example), an inert gas and an oxidizing gas. Any one of the three kinds of gases (mixing ratio of which can be variably set) is selected and used. Also, the selection of this gas type is
The operation is performed manually or automatically depending on the difficulty of sending out the metal tube coated optical fiber 11 by the optical fiber supply device 10. The embodiment of FIG. 1 shows a case where this gas type is automatically selected.
【0058】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に供給する。The supply gas controller 33 in the nozzle clogging prevention gas supply device 30 detects the detection signal of the gas pressure detector 35 and the feed speed detector 1 in the optical fiber supply device 10.
5 detection signals are input, one of the three types of nozzle clogging prevention gas is automatically selected according to the values of these two detection signals, and the control signals based on the selection results are respectively pressure / flow rate. Supply to the regulator 31.
【0059】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、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。The pressure / flow rate regulator 31 includes a pressure regulator,
A flow rate adjuster, a control valve, and the like are included, and the input nitrogen gas and oxygen gas are supplied to the supply gas generation unit 34 as pressure and flow rate according to the control signal. In the supply gas generation unit 34, either nitrogen gas, oxygen gas or a mixed gas of both is generated at a predetermined pressure and is supplied to the optical fiber guide 21 from here.
【0060】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。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.
【0061】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。The supply gas controller 33 judges 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 automatically selects the gas type.
【0062】図1の実施例において、供給ガスコントロ
ーラ33は、前記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。In the embodiment of FIG. 1, the supply gas controller 33 determines that the temperature measuring nozzle 20 is in the case where the optical fiber feed speed detection value and the supply gas pressure detection value are within the normal range.
And the metal tube coated optical fiber 11 inserted in the furnace 40
In order to protect the nozzles, an inert gas (nitrogen gas in FIG. 1) having a cooling effect is selected as the nozzle clogging prevention gas.
【0063】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。However, when the flow rate of the inert gas is too large, mushrooms (spongy mass in which the molten metal is partially solidified) are formed at the tip of the temperature measuring nozzle 20.
Is generated and the insertion of the metal tube-covered optical fiber 11 becomes impossible.
【0064】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こむ。On the other hand, if the flow rate of the inert gas is too low, the molten metal is inserted into the tip of the temperature measuring nozzle 20.
【0065】図1の例においては、圧力/流量調理器3
1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/s
ec)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。In the example of FIG. 1, the pressure / flow rate cooker 3
The amount of nitrogen gas blown into the optical fiber guide 21 adjusted by 1 is 5.0 Nm3 / Hr (1389 cc / s)
ec), the linear flow velocity of the gas at the tip of the temperature measuring nozzle 20 is adjusted to an optimum value within the range of 50 to 500 Nm / sec. Further, in order to secure this linear flow velocity, it is most preferable that the ratio of the inner diameter of the temperature measuring nozzle 20 to the outer diameter of the metal tube coated optical fiber 11 is in the range of approximately 1.5 to 3.5.
【0066】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。Even if the temperature is measured by blowing nitrogen gas as described above, the feed rate of the optical fiber is decreased and the supply gas pressure is increased due to the formation of mushrooms at the tip of the temperature measuring nozzle 20 in the furnace 40. Sometimes.
【0067】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。In this case, the supply gas controller 33
As the nozzle clogging prevention gas, a mixed gas in which oxygen gas is mixed with nitrogen gas at a predetermined ratio is selected. Although the mixing ratio of the mixed gas can be variably set, normally, from the viewpoint of protection of the temperature measuring nozzle 20, it is preferable that the mixing ratio of the oxygen gas is limited to 50% at the maximum.
【0068】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。The supply gas controller 33 controls the pressure / flow rate regulator 31 based on the selection result to generate a mixed gas having the predetermined mixing ratio, and blows the mixed gas into the optical fiber guide 21 to dissolve mushrooms or the like. Therefore, the adhesion can be prevented.
【0069】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。However, when the mixed gas is blown out, the feed rate of the optical fiber and the supply gas pressure may not return to the normal range due to strong mushroom adhesion or the like. In this case, therefore, the supply gas controller 33 prevents the nozzle clogging. As the gas, select oxygen gas for a short time,
This oxygen gas is used for dissolution.
【0070】図5はあ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+Si3 N4 (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) 図5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。FIG. 5 is a diagram showing an example of a temperature measurement result using an optical fiber under the following measurement conditions in a converter. (1) Temperature measuring nozzle, model: Composite single tube nozzle Inner diameter / outer diameter: 4.0 mm / 8.0 mm Material: SUS304 + Si3 N4 (2) Optical fiber, structure: Stainless steel tube outer diameter: 1.2 mm (3) Gas injection, type: Nitrogen gas injection rate: 5.0 Nm3 / Hr Injection flow rate: 121 Nm / sec (4) Optical fiber feed rate: 5 mm / sec (continuous) or 10 mm / sec (intermittent) In Fig. 5, it fluctuates up and down. The waveform measured 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 indicated by a black circle.
【0071】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。The difference between the peak value measured by the optical fiber and the value measured by the thermocouple was 4 ° C. on average. The error of 4 ° C. with respect to the measurement temperature of 1600 ° C. was a measurement accuracy of 0.25%, which was a fairly good accuracy.
【0072】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。The feeding speed of the optical fiber is 5 m continuously.
Approximately the same measurement results were obtained in the case of m / sec and the case of intermittent delivery of 10 mm / sec for 10 seconds and then stopping for 20 seconds.
【0073】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。As a nozzle clogging gas, a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas was blown in if necessary, so that the trouble of stopping the optical fiber insertion did not occur.
【0074】図6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4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. 6 is a diagram showing a comparison between the thermocouple indicated value (Ts) and the optical fiber thermometer indicated value (Tf). Ts is shown on the horizontal axis and Tf is shown on the vertical axis. It is indicated by a mark. The □ mark in FIG. 4 is approximately Ts = Tf.
Is distributed on a straight line, indicating that the measurement result is good.
【0075】図7は、ノズル本体を耐火物とし、これを
ステンレス線で補強した測温ノズルを使用した(実施例
一)本発明の測温装置により高温液体を連続して測温し
たときのノズル詰まりまでの連続測温時間を、測温ノズ
ルにステンレス線で補強しない耐火物(MgO−Cレン
ガ)を使用したとき、およびステンレス管(SUS、内
径3mm、外径5mm)を使用したときと比較して示し
たグラフである。このグラフから明らかなように、従来
のものと比較して本発明の測温装置により測温するほう
が、連続測温時間を長くできることが分かる。FIG. 7 shows a case in which the temperature of a high temperature liquid is continuously measured by the temperature measuring device of the present invention, which uses a temperature measuring nozzle in which the nozzle body is made of refractory and is reinforced with stainless wire (Example 1). The continuous temperature measurement time until nozzle clogging is the same when using a refractory (MgO-C brick) that is not reinforced with stainless wire for the temperature measurement nozzle, and when using a stainless pipe (SUS, inner diameter 3 mm, outer diameter 5 mm). It is the graph shown in comparison. As is clear from this graph, it is understood that the continuous temperature measurement time can be lengthened by the temperature measurement device of the present invention as compared with the conventional one.
【0076】図8は、測温ノズルを内管はセラミック製
短管を接続したものとし、外管は金属管とした複合管使
用(実施例二)の本発明の測温装置により高温液体を連
続して測温したときのノズル詰まりまでの連続測温時間
を、測温ノズルにアルミナ単管を使用したとき、および
ステンレス単管(内径3mm、外径5mm)を使用した
ときと比較して示したグラフである。この場合も、この
グラフから明らかなように、従来のものと比較して本発
明の測温装置により測温するほうが、連続測温時間を長
くできることが分かる。In FIG. 8, a temperature measuring nozzle of the present invention is one in which a ceramic short tube is connected to the inner tube, and a metal tube is used as the outer tube. Compare the continuous temperature measurement time until nozzle clogging when continuously measuring the temperature, compared with the case where an alumina single tube was used for the temperature measurement nozzle and the case where a stainless single tube (inner diameter 3 mm, outer diameter 5 mm) was used. It is the graph shown. Also in this case, as is apparent from this graph, it is understood that the continuous temperature measurement time can be lengthened by the temperature measurement device of the present invention as compared with the conventional one.
【0077】図9は、セラミック製の嵌合構造を有する
短管を複数本接続したもの(実施例三)を測温ノズルに
使用した本発明の測温装置により高温液体を連続して測
温したときのノズル詰まりまでの連続測温時間を、測温
ノズルにアルミナ単管を使用したとき、およびステンレ
ス単管(内径3mm、外径5mm)を使用したときと比
較して示したグラフである。この場合も、このグラフか
ら明らかなように、従来のものと比較して本発明の測温
装置により測温するほうが、連続測温時間を長くできる
ことが分かる。FIG. 9 shows that a high temperature liquid is continuously measured by the temperature measuring device of the present invention in which a plurality of short tubes having a ceramic fitting structure are connected (Example 3) is used as a temperature measuring nozzle. 7 is a graph showing the continuous temperature measurement time until clogging of the nozzle when compared with the case where an alumina single tube was used for the temperature measurement nozzle and the case where a stainless single tube (inner diameter 3 mm, outer diameter 5 mm) was used. . Also in this case, as is apparent from this graph, it is understood that the continuous temperature measurement time can be lengthened by the temperature measurement device of the present invention as compared with the conventional one.
【0078】[0078]
【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。According to the present invention, when measuring the temperature of a high temperature liquid, the tip of the optical fiber coated with metal tube is directly inserted into the high temperature liquid through the temperature measuring nozzle together with the nozzle clogging prevention gas, and the tip of the optical fiber is inserted. Since a new optical fiber is constantly sent out and supplied as much as the part is melted by high temperature, long-term continuous measurement is possible.
In addition, it is possible to obtain a temperature measuring device using an optical fiber, which has fast response and good measurement accuracy.
【0079】また本発明によれば、測温ノズルを強度補
強用の金属線内蔵耐火物製とし、またセラミックスの短
管をつなげた内管と金属製の外管からなる複合管とし、
さらには、セラミック製の嵌合構造を有する短管を複数
本接続したものとしたので、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、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。Further, according to the present invention, the temperature measuring nozzle is made of a refractory with a built-in metal wire for strength reinforcement, and is a composite pipe consisting of an inner pipe connected with ceramic short pipes and a metal outer pipe,
Furthermore, since a plurality of short tubes having a ceramic fitting structure are connected, it is possible to avoid an accident in which the optical fiber coating tube and the temperature measuring nozzle are fused and the feeding of the optical fiber is stopped, The durability of the temperature measuring nozzle has been improved and it has become possible to use it for a long time.
【図1】本発明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。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a temperature measuring device using an optical fiber according to the present invention.
【図2】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置の測温ノズルの第一の実施例を示す説明図であり、
(a)は測温ノズルの斜視図、(b)は測温ノズルの縦
断面図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a temperature measuring nozzle of a temperature measuring device for a high temperature liquid using an optical fiber according to the present invention,
(A) is a perspective view of a temperature measuring nozzle, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the temperature measuring nozzle.
【図3】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置の測温ノズルの第二の実施例を示す説明図であり、
(a)は測温ノズルの縦断面図、(b)はアルミナ管の
接続方法を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a second embodiment of the temperature measuring nozzle of the temperature measuring device for a high temperature liquid by the optical fiber of the present invention,
(A) is a longitudinal sectional view of the temperature measuring nozzle, and (b) is an explanatory view showing a method of connecting the alumina tube.
【図4】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置の測温ノズルの第三の実施例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a third embodiment of the temperature measuring nozzle of the temperature measuring device for a high temperature liquid using the optical fiber of the present invention.
【図5】本発明に係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。FIG. 5 is a diagram showing an example of a temperature measurement result using the optical fiber according to the present invention.
【図6】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。FIG. 6 is a diagram showing a comparison between a thermocouple command value and an optical fiber thermometer command value.
【図7】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置に強度補強用の金属線内蔵耐火物製測温ノズルを使用
したときの連続測温時間を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing continuous temperature measurement time when a refractory temperature measuring nozzle with a built-in metal wire for strength reinforcement is used in the temperature measuring device for high temperature liquid by the optical fiber of the present invention.
【図8】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置にセラミックスの短管をつなげた内管と金属製の外管
からなる複合管の測温ノズルを使用したときの連続測温
時間を示すグラフである。FIG. 8 shows a continuous temperature measurement time when a temperature measurement device for a high temperature liquid using an optical fiber of the present invention uses a temperature measurement nozzle of a composite pipe consisting of an inner pipe connected to a ceramic short pipe and a metal outer pipe. It is a graph.
【図9】本発明の光ファイバーによる高温液体の測温装
置にセラミック製の嵌合構造を有する短管を複数本接続
した測温ノズルを使用したときの連続測温時間を示すグ
ラフである。FIG. 9 is a graph showing a continuous temperature measurement time when a temperature measurement nozzle in which a plurality of short tubes having a fitting structure made of ceramics are connected to the temperature measurement device for a high temperature liquid by the optical fiber of the present invention.
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 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 41 耐火物 50 耐火物 51 貫通穴 52 ステンレス線 61 内管 62 アルミナ製短管 65 外管65 66 ステンレス短管 71 アルミナ管 72 アルミナ製短管 10 Optical Fiber Feeding Device 11 Metal Tube Covered Optical Fiber 12 Motor 13 Roller 14 Feeding Controller 15 Feeding Speed Detector 16 Optical Fiber Drum 17 Radiation Thermometer 20 Temperature Measuring Nozzle 21 Optical Fiber Guide 30 Nozzle Clogging Prevention Gas Supply 31 Pressure / Flow Regulator 33 Supply Gas controller 34 Supply gas generator 35 Gas pressure detector 40 Furnace 41 Refractory 50 Refractory 51 Through hole 52 Stainless wire 61 Inner tube 62 Alumina short tube 65 Outer tube 65 66 Stainless short tube 71 Alumina tube 72 Alumina short tube
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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 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 向井 徹 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 石口 由紀男 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 白崎 恭資 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 Tsuyoshi Murai 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Steel Pipe Co., Ltd. (72) Ichiro Kikuchi 1-2-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Date Inside the Steel Pipe Co., Ltd. (72) Inventor Hideaki Mizukami 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Steel Pipe Inside Co., Ltd. (72) Toru Mukai 1-2-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Steel Pipe Co., Ltd. (72) Inventor Yukio Ishiguchi 1-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Kokan Co., Ltd. (72) Kyosuke Shirasaki 1-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Kokan KK Stock In-house (72) Inventor Kimi Komatsu 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Steel Tube Co., Ltd.
Claims (3)
先端が前記高温液体に接触するように配置された測温ノ
ズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温ノズ
ルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中に連
続的また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供給する
ガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後端に
接続され前記高温液体の温度を計測する放射温度計とか
ら構成され、 前記測温ノズルは、断面中央部に前記金属管被覆光ファ
イバーを通過させる貫通孔を有し、側壁部がノズル長手
方向に配置した強度補強用の複数の金属線を内蔵した耐
火物から構成され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 disposed so as to penetrate a wall of a container holding a high-temperature liquid so that its tip comes into contact with the high-temperature liquid, and a tip of a metal tube-coated optical fiber is connected to a rear end side of the temperature-measuring nozzle. An optical fiber supply means for continuously or intermittently feeding the high temperature liquid in the container through
The temperature measuring nozzle comprises a gas supply means for supplying a nozzle clogging preventing gas to the temperature measuring nozzle, and a radiation thermometer connected to the rear end of the metal tube coated optical fiber for measuring the temperature of the high temperature liquid. Has a through hole through which the metal tube-coated optical fiber passes in the central portion of the cross section, and the side wall portion is made of a refractory material containing a plurality of metal wires for strength reinforcement arranged in the nozzle longitudinal direction. Temperature measuring device for high temperature liquids using optical fiber.
先端が前記高温液体に接触するように配置された測温ノ
ズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温ノズ
ルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中に連
続的また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供給する
ガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後端に
接続され前記高温液体の温度を計測する放射温度計とか
ら構成され、 前記測温ノズルは、断面中央部に前記金属管被覆光ファ
イバーを通過させる貫通孔を有するセラミックス製の長
さ150mm以下の短管を複数本長手方向に接続させた
内管と、この内管を内蔵する金属製の外管とから構成さ
れることを特徴とする光ファイバーによる高温液体の測
温定装置。2. A temperature-measuring nozzle which is arranged so as to penetrate the wall of a container holding a high-temperature liquid so that its tip comes into contact with the high-temperature liquid; An optical fiber supply means for continuously or intermittently feeding the high temperature liquid in the container through
The temperature measuring nozzle comprises a gas supply means for supplying a nozzle clogging preventing gas to the temperature measuring nozzle, and a radiation thermometer connected to the rear end of the metal tube coated optical fiber for measuring the temperature of the high temperature liquid. Is an inner tube in which a plurality of ceramic short tubes having a length of 150 mm or less having a through hole for passing the metal tube-coated optical fiber in the center of the cross section are connected in the longitudinal direction, and a metal tube containing the inner tube. An apparatus for measuring the temperature of a high-temperature liquid using an optical fiber, which is composed of an outer tube.
先端が前記高温液体に接触するように配置された測温ノ
ズルと、金属管被覆光ファイバーの先端を前記測温ノズ
ルの後端側から挿通させて前記容器内の高温液体中に連
続的また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供給する
ガス供給手段と、前記金属管被覆光ファイバーの後端に
接続され前記高温液体の温度を計測する放射温度計とか
ら構成され、 前記測温ノズルは、断面中央部に前記金属管被覆光ファ
イバーを通過させる貫通孔を有するセラミックス製の長
さ100mm以下の嵌合構造を有する短管を複数本長手
方向に接続させて構成されている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。3. A temperature-measuring nozzle which is arranged so as to penetrate a wall of a container holding a high-temperature liquid so that its tip comes into contact with the high-temperature liquid, and a tip of a metal tube-covered optical fiber is connected to a rear end side of the temperature-measuring nozzle. An optical fiber supply means for continuously or intermittently feeding the high temperature liquid in the container through
The temperature measuring nozzle comprises a gas supply means for supplying a nozzle clogging preventing gas to the temperature measuring nozzle, and a radiation thermometer connected to the rear end of the metal tube coated optical fiber for measuring the temperature of the high temperature liquid. Is characterized in that a plurality of short tubes made of ceramics having a fitting structure with a length of 100 mm or less having a through hole for passing the metal tube-covered optical fiber at the center of the cross section are connected in the longitudinal direction. Temperature measuring device for high temperature liquids using optical fiber.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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