JPH11132858A - 溶融金属の温度測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバーをガイド管を通して溶融金属中
に浸漬させて測温する際に、ガイド管と光ファイバーと
が溶着しても、短時間で修復することを可能とする。 【解決手段】 ガイド管８を少なくとも上下２分割と
し、そして、分割される最下段のガイド管１０が脱着可
能で、その長さを光ファイバー５の溶融金属１８への浸
漬深さＬと同等の長さとする。又、この測温装置１を用
いて測定する際は、光ファイバーの溶融金属への浸漬直
前から引き上げ後の所定時間が経過するまで、ガイド管
内に不活性ガスを吹き込み、且つ、光ファイバーを溶融
金属から引き上げた後にガイド管内で繰り返し上下させ
て冷却することで溶着を防止し、安定して測定すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外周を金属管若
しくは金属管と断熱材とで被覆された光ファイバーを溶
融金属中に浸漬させ、光ファイバーを伝播する放射光に
より、溶融金属の温度を測定する装置及び方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼産業や非鉄金属産業の精錬工程や鋳
造工程において、溶融状態の金属の温度を測定すること
は、精錬能率の向上や製造コストの低減、及び品質保証
等の面から必要なことである。従来、溶融金属の温度測
定には消耗型の熱電対が用いられてきたが、消耗型熱電
対は測定の都度、取り替える必要があり、頻繁に測定す
る方法としては、経済的にも又実用的にも適していな
い。

【０００３】このような問題を解決する技術として、特
開平７−２２９７９１号公報には、金属管で被覆された
光ファイバーを耐火物製のキャップ管に挿通させ、そし
て、キャップ管と共に溶融金属中に浸漬し、光ファイバ
ーを伝播する放射光を放射温度計により検出して溶融金
属の温度を測定する方法が開示されている。しかし、多
数回使用するためにキャップ管をコストの高い高級耐火
物とする必要があること、又、高級耐火物であっても消
耗するのでキャップ管の定期的な交換が必要であること
から、消耗型熱電対に対する優位性は必ずしも高くはな
かった。

【０００４】この問題を解決する技術として、特開平９
−７９９０９号公報が開示された。同号公報では、溶融
金属の上方近傍に溶融金属に浸漬しないようにガイド管
を配置し、このガイド管を通して光ファイバー先端を溶
融金属に浸漬させ、その後、溶融金属から引き上げ、光
ファイバー先端部が溶融金属に浸漬している間に温度測
定するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平９−７９９０９
号公報によれば、ガイド管は浸漬されないのでガイド管
の消耗によるコストアップは無くなったが、新たな問題
点が発生した。即ち、光ファイバー先端部を溶融金属に
所定時間浸漬させた後にガイド管内に引き上げた際、ガ
イド管と光ファイバーとが溶着して光ファイバーの作動
が不可能になることである。溶着した場合は、ガイド管
を外して内壁に付着した光ファイバーを除去しなけれ
ば、再度測定することができない。

【０００６】ガイド管は長く大型であり、取り外しに長
時間を必要とし、その間は本装置による温度測定ができ
ず、又、ガイド管を取り外す際には、光ファイバーを切
断する必要があり、光ファイバーの切断位置を溶着部近
傍とすれば無駄に捨てる部分は少なくなるが、ガイド管
と同等の長さで切らざるを得ず、光ファイバーのコスト
アップの一因となっていた。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、溶着しても短時間で修復する
ことが可能で、且つ、除去される光ファイバーが少ない
温度測定装置と、溶着を防止して安定して測定すること
ができる温度測定方法とを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による溶融金属の
温度測定装置は、放射温度計本体と、その一端を前記放
射温度計本体と連結した金属管若しくは金属管と断熱材
とで被覆された光ファイバーと、この光ファイバーの他
端を溶融金属に浸漬させるピンチロールと、前記光ファ
イバーを通すために溶融金属の上方に配置され、そし
て、少なくとも上下に２分割され、且つ、分割された最
下段のガイド管が脱着可能で、その長さが光ファイバー
の溶融金属への浸漬深さと同等の長さであるガイド管
と、を具備したものである。

【０００９】又、本発明による溶融金属の測定方法は、
金属管若しくは金属管と断熱材とで被覆された光ファイ
バーを溶融金属中に浸漬させ、光ファイバーを伝播する
放射光から溶融金属の温度を測定するに際し、溶融金属
上方に少なくとも上下に２分割され、且つ、分割された
最下段のガイド管が脱着可能で、その長さが光ファイバ
ーの溶融金属への浸漬深さと同等の長さであるガイド管
を配し、このガイド管を通して前記光ファイバーを溶融
金属中に送り込み浸漬させ、所定時間停止させた後、溶
融金属からガイド管内に引き上げ、光ファイバーが溶融
金属中に浸漬されている間に温度を測定すると共に、少
なくとも光ファイバーの溶融金属への浸漬直前から、溶
融金属からの引き上げ後所定時間が経過するまでは、前
記ガイド管内に不活性ガスを吹き込むことを特徴とする
ものである。その際に、光ファイバーを溶融金属から引
き上げた後、この光ファイバーの先端をガイド管内で繰
り返し上下させて光ファイバーを冷却することが好まし
い。

【００１０】本発明者等は、光ファイバーを溶融金属か
らガイド管内に引き上げた際に、光ファイバーとガイド
管とが溶着する様子を調査した。その結果、図１に示す
ように、溶着範囲は、ガイド管先端から上方側に、光フ
ァイバーの溶融金属への浸漬深さに等しい距離の範囲で
発生していることが判明した。このことから、溶着の原
因を次のように考えた。即ち、光ファイバーを溶融金属
からガイド管内に引き上げた際、光ファイバーを被覆す
る金属管や断熱材は半溶融状態になっており、この半溶
融状態の金属管や断熱材が、ガイド管内壁に接触すると
冷却されて固化し、ガイド管との溶着が発生する。

【００１１】本発明では、ガイド管を少なくとも上下に
２分割し、且つ、分割されたガイド管の内、最下段のガ
イド管を脱着可能とすると共に、その長さを光ファイバ
ーの溶融金属への浸漬深さと同等の長さとするので、仮
に光ファイバーとガイド管とが溶着しても、溶着範囲は
最下段のガイド管の範囲内であり、最下段のガイド管の
みを取り外せば、修復作業を行うことができる。そのた
め、短時間で修復することができる。更に、光ファイバ
ーを最下段のガイド管の長さと同等の長さで切断すれば
良いので、光ファイバーの健全部を無駄に切断すること
が無い。又、ガイド管を通して光ファイバーを溶融金属
に浸漬させるので、溶融金属の表面張力により光ファイ
バーが曲がることが無く、更に、ガイド管は溶融金属に
浸漬されないので、長期間使用することができる。

【００１２】そして、少なくとも光ファイバーの溶融金
属への浸漬直前から、溶融金属からの引き上げ後所定時
間が経過するまでは、ガイド管内に不活性ガスを吹き込
むことにより、光ファイバーの燃焼、酸化を防止し、光
ファイバーの消耗を最低限に抑えると共に、引き上げ後
は光ファイバーを迅速に冷却してガイド管との溶着を防
止する。

【００１３】又、光ファイバーを溶融金属から引き上げ
後、光ファイバーの先端をガイド管内で繰り返し上下さ
せて冷却すると、光ファイバーとガイド管との接触点が
移動するので、光ファイバーとガイド管との溶着が防止
される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づき説明する。
図２は、本発明の実施の形態の１例である温度測定装置
の構成図、図３は、光ファイバーとガイド管とが溶着し
た状態を示す概略図で、（ａ）は溶着状態を、（ｂ）は
修復作業を示す図である。尚、図２は連続鋳造用タンデ
ィッシュ１７内の溶鋼１８の温度を測定する場合を例示
したもので、溶鋼１８は保温剤１９でその表面を覆われ
ている。

【００１５】これらの図において、作業床２０の上を移
動可能に設けられた台車２には、放射温度計本体３と光
ファイバードラム４とが搭載され、そして、光ファイバ
ードラム４には光ファイバー５が巻かれて収納されてお
り、この光ファイバー５の先端は放射温度計本体３と連
結されている。光ファイバー５は外周をステンレス鋼管
等の金属管で被覆され、更に、金属管はポリエチレン樹
脂やポリイミド樹脂を断熱材として被覆される。金属管
のみの被覆でも実用に差し支えないが、樹脂を被覆する
ことで耐熱性が向上する。

【００１６】台車２は支持アーム７でボックス１１を支
持すると共に、支持アーム７ａでルーパ１５を垂下して
いる。ボックス１１内には、電動モーター１３にて回転
するピンチロール１２と、光ファイバー５の巻き癖を矯
正するための矯正機１４が配置され、そして、ボックス
１１はスライド機構（図示せず）により、支持アーム７
の先端を上下にスライドして移動する構造となってい
る。

【００１７】ボックス１１の底部には植え込みボルト２
３で固定されたガイド管８が設けられ、ガイド管８は上
部ガイド管９と下部ガイド管１０とに上下で２分割さ
れ、下部ガイド管１０はボルト２１とナット２２とで、
上部ガイド管９と着脱可能となっている。尚、下部ガイ
ド管１０と上部ガイド管９との着脱は、ボルト２１、ナ
ット２２に限るものではなく、ピン、ネジ等を用いるこ
ともできる。

【００１８】光ファイバー５は、ルーパ１５を経て、矯
正機１４、ピンチロール１２、ガイド管８を順に通り、
溶鋼１８中に浸漬される。溶鋼１８の放射光は光ファイ
バー５内を伝播して、放射温度計本体３で検出され、放
射温度計本体３で検出された信号は演算機６で処理され
て温度に変換される。このようにして温度測定装置１が
構成される。

【００１９】光ファイバー５とガイド管８との溶着範囲
（Ｚ）は光ファイバー５の溶鋼１８への浸漬深さ（Ｌ）
以下であるので、下部ガイド管１０の長さ（Ｌｏ）を光
ファイバー５の溶鋼１８への浸漬深さ（Ｌ）と同等とす
る。本発明では、浸漬深さ（Ｌ）に対して５０ｍｍ程度
を超える範囲は、浸漬深さ（Ｌ）と実質的に同等と見な
すものとする。上部ガイド管９には、不活性ガス導入管
１６が設けられ、窒素、Ａｒ等の不活性ガスがガイド管
８内に吹き込まれる。

【００２０】測定時には、温度測定装置１をタンディッ
シュ１７の方向に前進させる。測定に先立ち、光ファイ
バー５の先端を下部ガイド管１０の先端から０〜３０ｍ
ｍ突出させた状態とする。その後、下部ガイド管１０の
先端が溶鋼１８の湯面から５０〜１３０ｍｍの位置にな
るようにボックス１１を下降させる。次いで、ピンチロ
ール１２を正転して光ファイバー５を１００〜６００ｍ
ｍ／ｓｅｃの送り込み速度で溶鋼１８中に浸漬させる。
浸漬深さ（Ｌ）は５０〜４００ｍｍ程度とし、浸漬時間
は２秒以内、望ましく１秒程度とする。光ファイバー５
はガイド管８により案内されるので、ほぼ垂直に浸漬さ
れる。

【００２１】その後、ピンチロール１２を逆転させて光
ファイバー５を引き上げ、ガイド管８内に再び収納する
と共に、ボックス１１を上昇させ、温度測定装置１を後
退させる。

【００２２】光ファイバー５を溶鋼１８に送り込む直前
からガイド管８内に窒素等の不活性ガスを吹き込み、そ
して、光ファイバー５を引き上げた後、少なくとも３０
秒程度の時間が経過するまで吹き込みを継続する。又、
光ファイバー５の引き上げ直後からピンチロール１２を
正転−逆転させ、光ファイバー５をガイド管８内で繰り
返し上下させる。上下動の振幅は数ｍｍ〜２０ｍｍ程度
とする。このようにして測定するので、溶着を防止する
ことができる。

【００２３】そして、図３（ａ）に示すように、光ファ
イバー５と下部ガイド管１０とが溶着した場合には、図
３（ｂ）に示すようにボルト２１とナット２２とを外し
て下部ガイド管１０を取り外すと共に、光ファイバー５
を切断位置（Ｋ）にて切断し、次いで、溶着した光ファ
イバー５を下部ガイド管１０から取り除き、再度下部ガ
イド管１０を取り付けて温度測定を再開する。光ファイ
バー５の切断される範囲は下部ガイド管１０の長さ（Ｌ
ｏ）に等しい長さとすることができ、無駄に切断される
光ファイバー５は最小限に抑えられると共に、短時間で
修復作業を終えることができる。

【００２４】尚、ガイド管８を３つ以上に分割すると共
に、分割した各ガイド管をそれぞれ容易に着脱可能とし
ておき、光ファイバー５の浸漬深さ（Ｌ）が変更され且
つ溶着が発生した場合は、ガイド管８の先端からの距離
が浸漬深さ（Ｌ）と等しい位置でガイド管を取り外すこ
とで、修復作業を短時間で行うことができる。但し、容
器内の溶鋼１８等の溶融金属の温度は測定する位置、即
ち浸漬深さ（Ｌ）で変化するので、常に同一条件で測定
することが好ましい。

【００２５】

【実施例】図２に示す構成の温度測定装置における実施
例を説明する。光ファイバーはステンレス鋼を被覆し、
更にその外周をポリエチレン樹脂で被覆したものであ
る。光ファイバーの浸漬深さ（Ｌ）は３００ｍｍの一定
値とし、下部ガイド管の長さ（Ｌｏ）を３２０ｍｍとし
た。そして、窒素を不活性ガス導入管より３０Ｎｌ／ｍ
ｉｎの流量で、光ファイバーの溶鋼への浸漬直前から引
き上げ後２分経過するまで吹き込んだ。また、光ファイ
バーの引き上げ後２分間は上下に１５ｍｍの振幅で光フ
ァイバーを振動させた。溶鋼への浸漬時間は１秒間であ
る。

【００２６】ガイド管に窒素を吹き込むことで従来に比
較して溶着の発生率は約半分になり、更に光ファイバー
を振動させることで１／１０となった。又、溶着の発生
した場合にも、６分間程度の短時間の内に、１人で修復
作業を行うことができた。

【００２７】

【発明の効果】本発明ではガイド管を上下に少なくとも
２分割すると共に、最下段のガイド管を容易に着脱可能
としたので、光ファイバーがガイド管と溶着しても短時
間で修復可能となり、且つ、修復時に無駄に切断される
光ファイバーを最小限とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバーとガイド管とが溶着する範囲を示
した図である。

【図２】本発明の実施の形態の１例である温度測定装置
の構成図である。

【図３】光ファイバーとガイド管とが溶着した状態を示
す概略図で、（ａ）は溶着状態を、（ｂ）は修復作業を
示す図である。

【符号の説明】

１ 温度測定装置 ２ 台車 ３ 放射温度計本体 ４ 光ファイバードラム ５ 光ファイバー ６ 演算機 ７ 支持アーム ８ ガイド管 ９ 上部ガイド管 １０ 下部ガイド管 １２ ピンチロール １４ 矯正機 １５ ルーパ １６ 不活性ガス導入管 １７ タンディッシュ １８ 溶鋼

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射温度計本体と、その一端を前記放射
   温度計本体と連結した金属管若しくは金属管と断熱材と
   で被覆された光ファイバーと、この光ファイバーの他端
   を溶融金属に浸漬させるピンチロールと、前記光ファイ
   バーを通すために溶融金属の上方に配置され、そして、
   少なくとも上下に２分割され、且つ、分割された最下段
   のガイド管が脱着可能で、その長さが光ファイバーの溶
   融金属への浸漬深さと同等の長さであるガイド管と、を
   具備した溶融金属の温度測定装置。
2. 【請求項２】 金属管若しくは金属管と断熱材とで被覆
   された光ファイバーを溶融金属中に浸漬させ、光ファイ
   バーを伝播する放射光から溶融金属の温度を測定するに
   際し、溶融金属上方に少なくとも上下に２分割され、且
   つ、分割された最下段のガイド管が脱着可能で、その長
   さが光ファイバーの溶融金属への浸漬深さと同等の長さ
   であるガイド管を配し、このガイド管を通して前記光フ
   ァイバーを溶融金属中に送り込み浸漬させ、所定時間停
   止させた後、溶融金属からガイド管内に引き上げ、光フ
   ァイバーが溶融金属中に浸漬されている間に温度を測定
   すると共に、少なくとも光ファイバーの溶融金属への浸
   漬直前から、溶融金属からの引き上げ後所定時間が経過
   するまでは、前記ガイド管内に不活性ガスを吹き込むこ
   とを特徴とする溶融金属の温度測定方法。
3. 【請求項３】 光ファイバーを溶融金属から引き上げた
   後、この光ファイバーの先端をガイド管内で繰り返し上
   下させて冷却することを特徴とする請求項２に記載の溶
   融金属の温度測定方法。