JPH01314928A - 溶鋼温度測定法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶鋼など溶融金属の温度測定法とその装置に
関する。更に詳細には、本発明は羽目に設置した温度測
定用プローブ（以下、「測温プローブ」という）を有す
る放射温度計を用いて溶鋼の温度を測定する方法とその
装置に関する。

（従来の技術） 転炉における吹錬中の溶鋼等のように非常に高温である
溶鋼の温度を測定する方法としては、従来、サブランス
先端に消耗型の熱電対を取り付けて測定する方法が一般
的に採用されている。

転炉を利用した溶銑の吹錬の場合を挙げて詳細に説明す
ると出鋼時の溶鋼成分（主にＣ，Ｐ、Ｓ）と溶鋼温度を
管理する事が主要な課題であり、従来特に炭素量と溶ｔ
ｍＬ度についてはサブランスを用い、吹錬の中期時およ
び末期時に各−度溶鋼中に測温プローブを挿入し測定す
る事が広く行なわれている。

この測温プローブは、サブランス先端に熱電対を設置し
たものであるが、溶鋼に挿入すると数秒で溶解し連続使
用はもとより再使用も不可能となってしまう。

従って、従来は吹錬の中期および末期というように時期
を選んで短時間で間欠的に測温を行っていた。しかしこ
の従来技術による間欠的な溶鋼温度の測定方法では溶鋼
成分および温度の高精度の制御には不十分であり、また
測定の度に測温プローブを消耗するのでランニングコス
トが非常に高くなる等の問題がある。

また、近年の上底吹複合吹錬が採用されるに従い吹錬の
各段階における溶鋼温度を制御することが必要となり、
溶鋼温度を連続的に測定することが要望されている。

このような背景の下で、第５図のように、集光レンズを
その先端部４２に備えた光ファイバー４１と、これら集
光レンズおよび光ファイバーを内臓してこれら集光レン
ズおよび光ファイバーの周囲にガスを吹込む機構とを備
えた測温プローブを！！鋼炉４３の温習り部に相当する
炉壁に設けられた羽口４４に設置する方法が提案された
。集光レンズで集光した溶鋼４５の放射エネルギーを光
ファイバー４１に接続した放射温度計４６で測定し温度
に換算するものである。

ところが、この方法では、吹込んだガスにより溶鋼４５
が冷却されるため、マツシュルーム状の凝固鋼４７が羽
口４４付近に生成してしまう。この凝固ｉ４７は吹錬中
に成長し、吹錬末期には羽口４４の全面をほぼ全て覆う
ようになる。従って、凝固鋼４７の成長により、集光レ
ンズの視野が一部凝固鋼４７で遮られ、ン容畑面が一部
分しか見えなくなって正確な温度測定ができなくなり、
最後には測定自体が不可能となる。

（発明が解決しようとする課題） そこで、吹込みガス中に酸素を付加することによって通
常マツシュルーム状に堆積する凝固鋼の形成を防止し、
溶鋼の放射エネルギーを連続的に測定する方法が特開昭
６０−１２１６２８号に提案された。

しかしながら、この提案では吹込みガス中への酸素の混
合度によって、吹込みガスと溶鋼との界面温度が大きく
変化してしまい、またガスの混合割合の微調整が難しい
ので、精度の高い溶鋼温度測定を行うことが困難であっ
た。

さらに、界面温度の上昇を防止するため不活性ガスのみ
を羽口から吹込む方法として特開昭６２−５２４２３号
や特開昭６０−６１６３３号が提案された。ところが、
これらの方法では前にも述べたようにガス吹込みによる
冷却効果によって羽目の前部にマツシュルーム状の凝固
鋼が形成し、その結果集光レンズの視野欠は等が発生し
て高精度の測定を行うことができなかった。

ここに、本発明の目的は、上記従来の技術の問題点を解
決し、溶鋼温度を高精度に測定する方法および装置を提
供することにあり、測定コストを低減しかつ測定精度を
向上せしめようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記課題を解決するため種々検討を行９た
結果 １）測温プローブ前方に生成する凝固鋼の生成を防止す
るには、測温プローブ近傍すなわち測温孔から噴出する
ガス中に適当な量の酸素を混合させることが有効である
が、酸素をガス中に常時混合させると羽目前の溶鋼が常
に酸化し燃焼されるため正確に溶鋼の温度測定をするこ
とができなくなる。したがって酸素を′ガスに間欠的に
混合し酸素を混合しないときに溶鋼の温度測定を行う ２）酸素を間欠的に混合したガスを流す測温孔の内壁を
酸化物系耐火物で保護することにより、酸素ガスと耐火
レンガとの反応により発生する羽口の異常溶損を防ぎ凝
固鋼の生成を確実に防ぐことができる ことを知見し本発明を完成した。

すなわち本発明の要旨とするところは、製鋼炉の湯留り
部に相当する炉底または炉壁に羽口を設け、先端部に集
光機構を設けた光ファイバーを内蔵する温度測定用プロ
ーブを設置した測温孔とガス吹き込み孔とを該羽口内に
設置し、前記光ファイバーと接続した放射温度計により
炉内の溶鋼の温度測定を行う溶鋼温度測定法において、
酸素を間欠的に混合するガスを前記測温孔より炉内に噴
出させるとともに酸素を混合していないガスの噴出時に
溶鋼の温度測定を行うことを特徴とする溶鋼温度測定法
である。

また別の面からは、先端部に集光機構を設けた光ファイ
バーを内臓する温度測定用、プローブを設置した測温孔
とガス吹き込み孔とを備え製鋼炉の湯留り部に相当する
炉底または炉壁に設けた羽目と、該ガス吹き込み孔にガ
スを吹き込む第１のガス供給装置と、前記光ファイバー
と接続した放射温度計とを有する溶鋼温度測定装置であ
って、前記測温孔を溶鋼およびノロとのぬれ性の悪い酸
化物系耐火物で内部を構成するとともに該測温孔内にあ
って前記温度測定用プローブの周囲および／または内部
に設置したガス流路と、該ガス流路にガスを吹き込む第
２のガス供給装置と前記ガス流路に酸素ガスを間欠的に
供給する酸素ガス供給装置とを有する溶鋼温度測定装置
である。

酸化物系耐火物で内部を構成した測温孔はノロおよび溶
鋼とのぬれ性が悪いため酸素と耐火しｌガとの反応を防
止することが可能であり、そのための具体的な酸化物系
耐火物の材質としては、安定化ジルコニア質が例示され
る。

温度測定法の原理自体は、公知である従来方法と変わる
所はない。すなわち光ファイバーの先端部に設けた集光
機構より集光した溶鋼からの放射エネルギーを光ファイ
バーを介して放射温度計に伝送し溶鋼の温度に換算する
のである。

また羽口構造は測温孔の周囲にガス吹き孔を多数配置し
た多孔ノズル羽目がガス吹き込みの観点から適当である
が、ガス流路としての機能、すなわち炉内へガスを吹き
込むことができる機能を有していれば特に制限するもの
ではなく、例えば３重管羽口（すなわち中心管が測温孔
で外周がガス吹き孔）であっても構わないことは言うま
でもない。

さらに酸素と混合して測温孔より炉内へ供給するガスま
たは単独でガス吹き込み孔から炉内に供給するガスはＡ
ｒ、Ｎｚ等の不活性ガスがよいが必ずしも不活性ガスに
限定される必要はなく、たとえばＣＯ□等のガスの使用
も可能である。但し酸素と混合して炉内に供給するガス
の場合は羽口の異常溶損を防ぎ、確実に凝固鋼が除去で
きる酸素とガスとの混合比は、酸素が混合される相手の
ガスの種類により変化する事は言うまでもなく、またＣ
Ｏ２等を使用すれば溶銑の精錬の初期では羽口前では主
として不活性ガスとして、また末期では弱酸化性ガスと
して働く事から、酸素混合比は当然吹錬期間中に変化さ
せる必要がある事がわかる。またＡｒガスを用いた場合
、混合ガス吹込みによる温度低下を防ぐために酸素は最
低でも１０体積％以上必要である。

（作用） まず本発明にかかる測定法をその実施例である測定装置
とともに具体的に説明する。なお、こればあ（までも本
発明の１実施例でありで、これにより本発明が不当に制
限されるものではない。

本実施例においては羽口として多孔ノズルを使用してい
るが、その使用は前述したように多孔ノズルに限定され
るものではなくガス流路としての機能を有しているもの
であればよく、３重管羽口等であってももちろん使用可
能である。

第１図は本発明の１実施例にかかる溶鋼温度測定装置の
断面図である。製鋼炉の炉壁の耐火レンガ３に設けられ
た羽口４の壁と多孔ノズル１との間隙には、耐火性充填
物５が充填されている。そして、多孔ノズル１の後部に
は、金属バイブロが気密状態に結合され、その金属バイ
ブロば、耐火レンガ３を覆う鉄皮７に設けられた貫通穴
を通って外部に延びており、金属バイブロと耐火レンガ
３との間隙には、別の耐火性充填物８が充填されている
。

更に、多孔ノズル１の中央には、測温孔１５が貫通して
おり、その測温孔１５には、第２図に示したように先端
部に集光機構２２を設けた光ファイバー１１を内臓する
測温プローブ１０が挿入されている。

そして、その測温プローブ１０に内臓された光ファイバ
ー１１の他端は炉外に導かれ炉外で放射温度計２に接続
されている。さらに、その測温プローブ１０と、金属バ
イブロとには、測温プローブ用ガス吹込みダク目２およ
び多孔ノズル用ガス吹込みダクト１３をそれぞれ介して
、ガスｔｉｔを所望の値に設定することができる酸素ガ
ス供給装置（図示していない）および測温プローブ用ガ
ス供給装置（図示していない）さらに多孔ノズル用ガス
供給装置（図示していない）が接続されている。酸素ガ
ス供給装置から供給される酸素は測温プローブ用ガス供
給装置から供給されるガスに間欠的に混合されて炉内に
供給される構造になっている。たとえばガス供給管の途
中に三方弁を設は該三方弁に酸素ガス供給管を接続すれ
ばよいがかかる構造は既に公知であるからこれ以上の説
明は省略する。

製鋼炉の炉壁と同様に、多孔ノズル１は、例えば本実施
例ではＭｇ０−Ｃ質の耐火レンガ１４から構成されてお
り、上記した測温プローブ１０が挿入されている測温孔
１５は、図示の実施例にあっては、羽口４の中心線上に
設けられた直径５ｍｍの貫通孔であり、第２図に示すよ
うにその内壁を安定化ジルコニアの外管２３で保護され
た構造となっており、その測温孔１５の中心部に光ファ
イバー１１を内臓する光フアイバーサポート２１が光フ
アイバーサポート２１と外管２３とを支持する固定部材
２４により固定され配置されている。固定部材２４は光
フアイバーサポート２１の周囲の空間を完全に覆ってい
るのではなく、その円周方向の数箇所で部分的に両者を
接合し当該空間のガスの流通を可能ならしめている。

光フアイバーサポート２１は測温プローブ１０の外皮を
構成しており、その先端部に集光機構２２を有している
。酸素を混合するガスを測温プローブ用ガス吹き込みダ
クト１２より圧送されて光フアイバーサポート２１と外
管２３との間の空間を通り測温孔１５より噴出されて炉
内に供給されて羽口４の前に生成される凝固鋼４７を酸
素により除去するのである。本実施例においては酸素を
混合するガスの流路として光フアイバーサポート２１と
外管２３との間の空間を利用したが特に該空間に限定さ
れるものではなく、たとえば光フアイバーサポート２１
に適当な通気孔を設は光フアイバーサポート２１内も酸
素を混合するガスの流路として用いても良いし、あるい
は特開昭６０−６１６３３号に開示されているように光
フアイバーサポート２１の先端から酸素を混合するガス
を噴出させてもよい。いずれにしても本発明にかかる測
定法において大切なことは、酸素を間欠的に混合するガ
スを測温孔から炉内に供給することである。

酸素を混合したガスを吹込む時期は、凝固鋼の生成を完
全に防止するためリンス期の開始時と終了時の２回に分
けて行うことが有効である。また酸素の混合割合は前に
も述べたように使用ガスの種類により変化するので、具
体的な条件は実際の転炉で確認を行い適宜設定すればよ
いが、吹込みガスが常温から溶鋼温度まで温度上昇する
顕熱よりも多い反応熱が得られる量でなければならない
。

一方あまり酸素を混ぜすぎるとノズル前温度が上昇しす
ぎ羽口が異常溶損する。

また、測温手段は、溶鋼表面よりの放射エネルギーを測
定する放射温度計２が用いられる。

更に、羽口４からば測温プローブ１０およびその周囲の
多孔ノズルを通じて羽目先端が詰まらないよう十分な流
量のガスを吹込むことにより、測温プローブ１０が溶鋼
に接触するのを防止し、或いは溶鋼からの放射熱で溶解
しないように冷却し、更に溶鋼の流入を防止する。

そして溶鋼の温度の測定は、ガスに酸素を混合していな
い時に行うのである。これは前述したようにガスに酸素
を混合している時は羽口前の溶鋼が酸化され燃焼するた
めに正確に溶鋼の温度測定を行うことができないからで
ある。

すなわち測温孔より酸素を間欠的に混合するガスを炉内
に噴出させるとともに酸素を混合していない時に溶鋼の
温度測定を行う方法により、凝固鋼の生成を防ぎ極めて
正確に溶鋼の温度測定を行うことができるのである。

次ぎに本発明にかかる装置の説明を前述した装置の説明
と併せて詳述する。

外管２３に酸化物系耐火物としてマグネシア安定化ジル
コニアを採用したのはノロおよび！！［とともにぬれ性
が悪くまたサーマルショックにも強いため、長期間使用
しても外管２３だけが異状溶損または欠損する事がなく
、また本実施例における羽口基材であるＭｇＯＣ系耐火
レンガ１４と酸素との直接接触を防ぎ羽口の異状溶損を
防止するためである。このため測温孔１５は安定したパ
イプ形状を酸素を間欠的に混合したガスを吹込むにもか
かわらず維持できることとなり、羽口４の前に生成する
凝固鋼４７を酸素により効果的に除去することが可能と
なるのである。なお本実施例においては測温孔１５の内
径と同一の外径を有するジルコニア管をスリーブ構造と
して用いたがこれに限定されるものではなく、酸化物系
耐火物で測温孔の内壁を保護する構造であればよい。

第３図は第１図のＡ−Ａ’方向から見た多孔ノズル１の
正面図である。中央に上記の測温孔１５が設けられてお
り、その周囲に１辺１０ｍｍの網目状にそれぞれ直径２
ｍｓの正方形状のガス吹き込み孔３１が多数設けられて
いる。多数のガス吹き込み孔３１はそれぞれ耐火レンガ
１４内を通り、炉外側の端部でダクト１３に接続してお
り、多孔ノズル用ガス吹込み装置によってダクト１３を
介してガスを流通し、炉内に吹出すように構成されてい
る。

本実施例において吹込んだガスは、直径１００ｍｍの多
孔ノズルを使用した場合、測温プローブ用として流１５
０１　／ｍｉｎのＡｒガス、多孔ノズル用として流量６
００　ｊ！　／ｍｉｎのＡｒガスを用いた。

このようにして、測温プローブ用吹込みガスを流すこと
により、光ファイバー１１を冷却すると同時に、吹錬中
に羽口４の先端から溶鋼が侵入するのを防止し、多孔ノ
ズル用吹込みガスを流すことにより、溶鋼の攪拌を促進
する。

さて、溶鋼面からの放射エネルギーは測温プローブ１０
の内部に存する集光機構２２で集光され、光ファイバー
１１を介して放射温度計２に導かれる。

ここで用いる集光機構としては、凸レンズ等を用いれば
よく、その焦点距離は測定する溶鋼とレンズ間の距離に
合わせて設定しておけばよいがとくに凸レンズに制限さ
れるものではない。かかる集光機構はすでに公知である
のでこれ以上の説明は省略する。

放射温度計２としては溶鋼からの熱放射のみが観測され
るような波長域を使用し、放射エネルギーを測定するの
が望ましいので、ここでは吹込みガスによる吸収がない
０．９μｍに主波長を設定した。

放射温度計２に導かれた放射エネルギーはそこで光電変
換され、光量に応じた電気エネルギーに変換された後、
温度値に換算される。

測温プローブ用として流４］５０ｊ！／ｗｉｎのＡｒガ
ス、多孔ノズル用とし流量５ＱＱ　１２　／ｍｉｎのＡ
ｒガスを供給する条件下において、本実施例に基づく温
度測定方法により吹錬中の溶鋼温度を測定した一例を第
４図に破線で示す。第４図には併せて浸漬型温度計にて
測定した溶鋼温度も白丸で示しである。この第４図を見
ると、両者の測定値は常にほぼ対応しているものの、両
側定値間にはある偏差が存在し、本実施例による測定値
が従来の浸漬型温度計による測定値より低くなっている
ことがわかる。

これは、測温プローブｌＯから吹込むガスｉｔにより、
羽口４の先端の溶鋼界面が冷却されているためと考えら
れる。

またリンス期に凝固鋼が生成し測定値が急速に下がって
きたため、酸素を２５体積％Ａｒガス中にまぜて７秒間
吹込んだ効果を第４図には破線で併せて示しであるが、
酸素吹き込みの効果で測温プローブ前面の温度が急上昇
し凝固鋼がとけ測温値が妥当となった事もわかる。

また吹込みガスによる溶鋼の温度低下量を測温プローブ
用ガスの流量の関数として測定温度を補正することは可
能である。

本実施例における測温プローブ用Ａｒガスの流量５０β
／ｍｉｎに対応する温度低下量を補正量として予め放射
温度計に測定し、溶鋼温度を測定して結果を第４回に一
点鎖線で示す。補正後の測定値は浸漬型温度計の測定値
と極めてよく一致しており、本発明の方法および装置に
よる溶鋼温度の測定が十分な精度を達成していることが
わかる。

かくして、本発明による溶鋼温度測定装置により、極め
て正確に溶鋼の温度の測定を実施することができるので
ある。

なお、本実施例では網目状に細孔を配した多孔ノズルを
用いたが、細孔の配置は必ずしも網目状である必要はな
く、同心円状の配置や全く不規則な配置等でもよい。

また、本実施例では溶鋼が凝固しにくいように、ガス吹
込み羽口としてＭｇ０−Ｃ系の耐火レンガを使用したが
これに限定されるものではなく酸素と反応しない材質の
ものであればよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、従来の熱電
対を用いた測温方法のようにその部品を消耗することも
なく、また精度の高い温度測定を行うことができる。

従って、本発明の溶鋼温度測定方法および装置は極めて
有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における溶鋼温度測定装置の
断面図； 第２図は、本発明の実施例におけるプローブの断面図； 第３図は、本発明の実施例における多孔ノズル先端の正
面図； 第４図は、本発明にかかる測定方法による、溶ｗ４温度
の測定結果を表わすグラフ；および第５図は、従来例に
おける製鋼炉の断面図である。 １：多孔ノズル　　　２．４６７放射温度計３、１４　
：耐火レンガ　　　４．４４　：羽口５．８＝　　耐火
性充填物　　　６：金属パイプ７：　鉄皮　　　　　　
１０：測温プローブＩＬ　４１：　　光ファイバー １２：測温プローブ用ガス吹込みダクト１３；多孔ノズ
ル用ガス吹込みダクト １５：測温孔　　　２１：光フアイバーサポート２２：
集光機構　　２３：外管（ジルコニア管）２４：固定部
材　　３１：ガス吹き込み孔４２：先端部　　　４３：
製鋼炉 ４５：溶Ｈ４７：　４［［

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）製鋼炉の湯留り部に相当する炉底または炉壁に羽
   口を設け、先端部に集光機構を設けた光ファイバーを内
   蔵する温度測定用プローブを設置した測温孔とガス吹き
   込み孔とを該羽口内に設置し、前記光ファイバーと接続
   した放射温度計により炉内の溶鋼の温度測定を行う溶鋼
   温度測定法において、酸素を間欠的に混合するガスを前
   記測温孔より炉内に噴出させるとともに酸素を混合して
   いないガスの噴出時に溶鋼の温度測定を行うことを特徴
   とする溶鋼温度測定法。
2. （２）先端部に集光機構を設けた光ファイバーを内臓す
   る温度測定用プローブを設置した測温孔とガス吹き込み
   孔とを備え、製鋼炉の湯留り部に相当する炉底または炉
   壁に設けた羽口と、該ガス吹き込み孔にガスを吹き込む
   第１のガス供給装置と、前記光ファイバーと接続した放
   射温度計とを有する溶鋼温度測定装置であって、前記測
   温孔を溶鋼およびノロとのぬれ性の悪い酸化物系耐火物
   で内部を構成するとともに該測温孔内にあって前記温度
   測定用プローブの周囲および／または内部に設置したガ
   ス流路と、該ガス流路にガスを吹き込む第２のガス供給
   装置と前記ガス流路に酸素ガスを間欠的に供給する酸素
   ガス供給装置とを有する溶鋼温度測定装置。