JPH10176955A - 溶融金属の温度測定方法及び装置 - Google Patents

溶融金属の温度測定方法及び装置

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JPH10176955A
JPH10176955A JP33709096A JP33709096A JPH10176955A JP H10176955 A JPH10176955 A JP H10176955A JP 33709096 A JP33709096 A JP 33709096A JP 33709096 A JP33709096 A JP 33709096A JP H10176955 A JPH10176955 A JP H10176955A
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善郎 山田
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造 若井
Teruo Maehara
輝男 前原
Zenkichi Yamanaka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの浸漬状態の良否を判定すること
により、より精度の高い温度測定が可能な溶融金属の温
度測定方法及びその装置を得る。 【解決手段】 光ファイバ1の基端に放射温度計2を接
続し、溶銑流10に光ファイバの先端部を挿入し、光フ
ァイバを通して導かれた光を波長の異なる2つの光に分
割し、各々の光についての指示温度を求め、判定器27
で2つの指示値の差が所定の閾値以下であるかを判定
し、閾値以下であるときの指示値を溶銑温度が真温度を
示していると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の溶銑等の溶
融金属の温度測定方法及び装置に関し、特に高速流の溶
融金属の温度を高精度に測定する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】高炉操業においては、炉内に鉄鉱石、コ
ークス、その他石灰等の副原料を充填し、炉の下部から
熱風を吹き込んでコークスを燃焼させ、発生する熱と還
元ガスにより鉄鉱石を還元させて溶銑を得ている。この
溶銑は、炉の下部に設けられた出銑口から鉱滓とともに
取り出され、通常この操作を出銑と呼んでいる。コーク
スの燃焼に伴い炉内の充填物が降下するので、炉の上部
から原料等を装入し適正な充填物レベルを保持してい
る。
【0003】高炉操業では、このような物質収支、熱収
支等を始め種々のバランスを保ちながら定常操業を行う
ことが重要である。特に高炉の炉内の熱レベルは、炉内
の反応状況等の炉内状況を反映し、コークス等の消費量
に影響するので、高炉の熱レベルを正確に把握すること
が炉内状況の変化の早期検知や原料コストの低減の観点
から非常に重要である。
【0004】高炉の熱レベルは、生成した溶銑の温度に
顕著に現れることから、溶銑温度を正確に測定すること
が望まれている。高炉における溶銑温度の測定技術とし
て、従来から浸漬型熱電対や保護管付熱電対を使用する
ものがあったが、これらはスキンマという鉱滓除去装置
に溜まっている溶銑の中に熱電対を浸漬して温度を測定
するものであるため、測定温度が出銑口付近の溶銑温度
よりもかなり低めになるという問題があった。というの
は、スキンマにおける溶銑は、温度が安定するまで溶銑
の出銑を開始してから数十分を要するため、その間に大
量の熱がスキンマおよび溶銑樋で奪われてしまうからで
ある。
【0005】そこで最近では、本出願人が提案するよう
に光ファイバを用いた放射温度計により出銑口付近の溶
銑温度を直接測定することが試みられている。これらの
技術は、例えば、特開平7−243912号公報、特開
平8−82553号公報に開示するように、出銑口から
噴出している溶銑流の中に光ファイバの先端を挿入し、
その先端から入射した光を他端の放射温度計で検出し、
溶銑温度を測定するものである。そして、この光ファイ
バは、挿入の際高速の溶銑流で弾き出されないようにす
るため、金属管で被覆し剛性を高めている。
【0006】しかしながら、光ファイバの被覆材である
金属管は、融点が溶銑温度より低いため、溶銑流の外面
に接した瞬間に溶損してしまい、光ファイバを十分に溶
銑流の中に挿入することが難しく、浸漬状態が不安定に
なりやすいものであった。光ファイバの浸漬状態が不十
分であると、見掛けの放射率が1より小さくなるため、
放射温度計の指示値は真温度より低い値を示し、かつ、
指示値のばらつきが大きくなるという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、光フ
ァイバの浸漬状態の良否を判定することにより、より精
度の高い温度測定が可能な溶融金属の温度測定方法及び
その装置を得ることを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶融金属の
温度測定方法は、基端に放射温度計を接続した光ファイ
バの先端部を溶融金属に浸漬して、その光ファイバの先
端から入射する光を検出することにより溶融金属の温度
を測定する方法において、前記光ファイバを通して受光
した光を波長の異なる2つの光に分割し、この2つの光
についての指示温度を前記放射温度計によりそれぞれ求
め、この2つの指示温度の差が予め定められた閾値以下
であるときの指示値を真温度とすることを特徴とするも
のである。また、2分された1つの光の実効波長を0.
7μmから1.0μmの範囲とし、他の1つの光の実効
波長を1.5μmから1.6μmの範囲とするものであ
る。
【0009】本発明の温度測定方法では、光ファイバの
先端部を被測定物である溶融金属に浸漬し、光ファイバ
の先端から入射する放射光を異なった波長の光に2分
し、この波長の異なる2つの光についての指示温度を放
射温度計によりそれぞれ求める。このとき、光ファイバ
先端部の浸漬状態が良好なときは見掛けの放射率が1と
なるため、2つの指示値はいずれも真値を示し、一致す
る。一方、光ファイバ先端部の浸漬状態が不良なときに
は見掛けの放射率が1より小さくなるため、2つの指示
値は真温度より低い値を示し、しかも2つの指示値は一
致しない。このことは以下のように導かれる。放射輝度
Lと真温度T0 (K)、見掛けの温度Tの関係は良く知
られた以下のウィーンの式で良い近似で示される。 L=ε(c1 /λ5 )exp (−C2 /(λT0 )) =(c1 /λ5 )exp (−C2 /(λT)) ここで、c1 ,c2 :定数、ε:放射率、λ:波長であ
る。これより、放射率誤差dεがもたらす温度誤差dT
の関係は dε/ε=−c2 dT/(λT2 ) で与えられる。すなわち、見掛けの放射率誤差が2つの
異なる波長で同じであっても、温度指示値誤差は波長に
比例して大きくなる。このことから、2つの指示値が一
致したときには光ファイバ先端部の浸漬状態が良好で、
一致しないときには不良であるとの判定をすることが可
能となり、2つの指示値が一致したときの指示値のみを
採用することで温度測定の高精度化が実現される。な
お、本発明において、2つの指示値が一致するというの
は、2つの指示値の差が所定の閾値以下で一致していれ
ばよいということである。
【0010】上記のような温度測定方法に使用する本発
明の温度測定装置は、基端に放射温度計を接続した光フ
ァイバの先端部を溶融金属に浸漬して、その光ファイバ
の先端から入射する光を検出することにより溶融金属の
温度を測定する装置において、前記光ファイバを通して
受光した光を波長の異なる2つの光に分割する手段と、
前記2つの光による2つの温度指示値の差に基づいて前
記光ファイバの浸漬状態の良否を判定する手段とを備え
たものである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の温度測定装置のブ
ロック図である。図1において、1は光ファイバで、素
線は石英ガラス等からなり、さらにこの光ファイバ1の
外周はステンレス等の金属管で被覆されている。2は光
ファイバ1の基端に接続される放射温度計で、その内部
構成は、光ファイバ1により導かれる光を2つの光に分
割するビームスプリッタ21と、透過波長帯域の異なる
(一方は0.7〜1.0μm、他方は1.5〜1.6μ
m)2つの光学フィルタ22a、22bと、光の照射に
よって起電力を発生するフォトダイオード(例えば、S
iフォトダイオードとInGaAsフォトダイオード)
23a、23bと、光量信号を温度信号に変換する温度
変換器24a、24bと、温度信号波形のピークホール
ド処理をするピークホールド器25a、25bと、光フ
ァイバ1の消耗量に伴う長さを補正する長さ補正器26
a、26bと、2つの温度指示値の差に基づいて光ファ
イバ1の浸漬状態の良否を判定する浸漬状態良否判定器
27とからなっている。図中、3はメジャリングロール
で、光ファイバ1の供給量からファイバ消耗量を検出
し、その信号がそれぞれ長さ補正器26a、26bに入
力される。10は高炉の出銑口から噴出する溶銑流をあ
らわしている。
【0012】金属管被覆の光ファイバ1はピンチロール
(図示せず)により溶銑流10の流れ方向に垂直に挿入
される。この浸漬状態において、溶融金属の熱放射によ
る光は光ファイバ1の先端から入射し、放射温度計2に
導かれる。この光ファイバ1を導波してきた放射光はビ
ームスプリッタ21で2つの光に分割され、その1つの
光は透過波長帯域が0.7μmから1.0μmの光学フ
ィルタ22aを透過した後、Siフォトダイオード23
aに入射し、他の1つの光は透過波長帯域が1.5μm
から1.6μmの光学フィルタ22bを透過した後、I
nGaAsフォトダイオード23bに入射する。そして
それぞれ温度変換器24a、24bで光量信号から温度
信号に変換された後、ピークホールド処理をして温度指
示値Ta、Tb を読み取り、さらにファイバ消耗量に応
じたファイバ長さの補正を行った後、浸漬状態良否判定
器27において2つの指示値Ta 、Tb を比較し、誤差
が例えば2℃以内の場合だけその指示値T0 を採用す
る。誤差が2℃を越える場合には再測定する。
【0013】
【実施例】上記の温度測定装置を使用して測定した結果
を以下に示す。図2は出銑口からの高速噴出溶銑流の中
に約1秒間光ファイバを挿入し測定したときの温度波形
の例を示しており、(a)図は浸漬状態が良好な場合、
(b)図は浸漬状態が不良な場合である。(a)図では
温度波形のピークで両波形が一致しており(P点)、良
好な浸漬状態が実現されていることがわかる。一方、
(b)図では両波形が一致するところがなく、浸漬状態
が良くなかったことがわかる。
【0014】さらに図3に溶銑温度の測定結果を示す。
これからわかるように、2つの温度指示値の誤差が2℃
以内で良好な浸漬状態が実現されたと判定されたもの
(○印)に関しては、ばらつきが幅で約8℃と少なく、
十分な精度が得られている。一方、2つの温度指示値の
誤差が2℃を越えて浸漬状態不良と判定されたもの(×
印)に関しては全体に指示値が低めで、ばらつきも大き
い。また、▲印のものはスキンマ熱電対測定結果を示す
ものであり、出銑口より数10m下流での測定のため、
本発明方法の測定結果に比べて約15℃も低めの温度を
示している。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光ファイ
バを通して導かれた光を波長の異なる2つの光に分割
し、各々の光についての温度指示値の誤差に基づいて光
ファイバの浸漬状態の良否を判定し、その誤差が所定の
閾値以下であるときの指示値を真温度とすることによ
り、高速流の溶融金属の温度を高精度に測定することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度測定装置のブロック図である。
【図2】光ファイバの浸漬状態が良及び不良のときの溶
銑温度の波形図である。
【図3】溶銑温度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 放射温度計 10 溶銑流 21 ビームスプリッタ 22a、22b 光学フィルタ 23a、23b フォトダイオード 24a、24b 温度変換器 25a、25b ピークホールド器 26a、26b 長さ補正器 27 浸漬状態良否判定器
フロントページの続き (72)発明者 山中 善吉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基端に放射温度計を接続した光ファイバ
    の先端部を溶融金属に浸漬して、その光ファイバの先端
    から入射する光を検出することにより溶融金属の温度を
    測定する方法において、 前記光ファイバを通して受光した光を波長の異なる2つ
    の光に分割し、 この2つの光についての指示温度を前記放射温度計によ
    りそれぞれ求め、 この2つの指示温度の差が予め定められた閾値以下であ
    るときの指示値を真温度とすることを特徴とする溶融金
    属の温度測定方法。
  2. 【請求項2】 1つの光の実効波長を0.7μmから
    1.0μmの範囲とすることを特徴とする請求項1記載
    の溶融金属の温度測定方法。
  3. 【請求項3】 他の1つの光の実効波長を1.5μmか
    ら1.6μmの範囲とすることを特徴とする請求項2記
    載の溶融金属の温度測定方法。
  4. 【請求項4】 基端に放射温度計を接続した光ファイバ
    の先端部を溶融金属に浸漬して、その光ファイバの先端
    から入射する光を検出することにより溶融金属の温度を
    測定する装置において、 前記光ファイバを通して受光した光を波長の異なる2つ
    の光に分割する手段と、 前記2つの光による2つの温度指示値の差に基づいて前
    記光ファイバの浸漬状態の良否を判定する手段と、を備
    えたことを特徴とする溶融金属の温度測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102455222A (zh) * 2010-10-21 2012-05-16 甘志银 金属有机物化学气相沉积设备中实时测量薄膜温度的方法及测量装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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