JPH04147021A - 溶鉄用放射温度計 - 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〕 この発明は、溶鉄用放射温度計、特に、溶鉄の温度を高
精度で連続的に測定することができる溶鉄用放射温度計
に関するものである。

〔従来の技術〕

製銑から製鋼に至る工程の自動化、さらには。

ＡＩ制御を達成するためには、溶銑や溶鋼等の溶鉄の温
度を高精度で連続的に測定することが不可欠である。

溶鉄の温度を測定するために放射温度計の使用が考えら
れる６しかしながら、第３図に示すように、放射温度計
により、溶銑１の温度を測定する場合、放射温度計２を
単に出銑樋３のカッ＜−４に取り付けたのでは、次のよ
うな問題が生じる。即ち、出銑樋３内を流れる溶銑１上
のスラグ等の浮遊物５によって、溶銑１の放射率が変動
して、測定温度に誤差が生じる。

そこで、上記問題を解決するための放射温度計が、日本
鉄鋼協会発行の「材料とプロセスＪ　Ｖｏ１２　（１９
８９）−１４４６に開示されている。以下、これを従来
放射温度計という。

従来放射温度計を、図面を参照しながら説明する。

第４図は、従来放射温度計によって、溶銑温度を測定し
ている状況を示す断面図である。第４図に示すように、
従来放射温度計Ａは、溶銑１中に浸漬される先端が閉塞
されている測温管６と、測温管６の先端内面から放射さ
れる放射光を受光部７Ａに受けて、溶銑１の温度を測定
するための放射温度測定器７とからなっている。

測温管６は、後述するように、ステンレス等の接続管８
を介して放射温度測定器７の受光部７Ａに接続されてい
る。測温管６は、高温度の溶銑１に対−して高耐食性を
示す硼化ジルコニウム質セラミックスからなっている。

測温管６の先端は半球状に形成されている。これは、後
述するように、測温管６の先端が半球状に形成されてい
ると、測温管６の先端が、例えば、平面状に形成されて
いる場合に比べて、見掛けの放射率が１に近づき、放射
光による温度測定がより正確に行えるからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来放射温度計は、以下のよう
な問題を有している。即ち、後述するように、硼化ジル
コニウム質セラミックスは、約１５００℃の高温雰囲気
中でＢ２０．ガスを発生するために、温度測定に誤差が
生じる。

従って、この発明の目的は、高温雰囲気でＢ２Ｏ３ガス
が発生することがなく、　高精度で溶鉄の温度を連続的
に測定できる放射温度計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、溶鉄中に浸漬される先端が半球状に閉塞さ
れている測温管と、前記測温管の先端内面から放射され
る放射光を受光部に受けて、前記溶鉱の温度を測定する
ための放射温度測定器とからなる溶鉄用放射温度計にお
いて、前記測温管は、硼化ジルコニウム質セラミックス
の外管と前記外管の内側に設けられたアルミナ質セラミ
ックスの内管とからなっていることに特徴を有するもの
である。

硼化ジルコニウム質セラミックスとしては。

ＺｒＢ、を６６ｗｔ％以上含むものであるのが好ましく
、例えば、ＺｒＢ、　：　７０−９５ｔｚｔ％、　Ｓｉ
Ｃ：１〜１５ｗｔ％、ＢＮ：０〜２９ｗｔ％、嵩比重＝
３〜６、抗折強度：１０ｋｇ／ａｍ”以上、熱膨張率二
６　ｘ　１０−＠／”Ｃ，耐熱衝撃性（ΔＴ）２５０〜
１０００℃のような組成と特性を有するものが使用でき
る。

このうちＳｉＣは硼化ジルコニウム質セラミックスの焼
結を促進する助剤として添加されているものであり、Ｂ
Ｎは硼化ジルコニウム質セラミックスに耐熱衝撃性を付
与するために添加されている。これらの副成分の添加量
が少ないと１０例えば、ＢＮは、４ｗｔ％未満では添加
効果は得られないが、溶鉄やスラグに対する耐食性を確
保するためにはＺｒＢ、成分の多い方が好ましい。

ＢＮを含まない材料は耐熱衝撃性が小さく、充分な予熱
を必要とするが、耐久性は優れている。

測温管の内底（先端内面）を球面状１例えば半球状に形
成すると、測温管の底の見掛は放射率が平らな底を有す
る測温管の場合よりも１に近づくため、放射光による温
度測定がより正確にできる。

例えばＬ＝２００Ｉｎのとき、平らな内底の測温管で見
掛は放射率が０．９４であるのに対し、同じ条件でＬ／
Ｒ＝１０とし、半球状の内底とすることにより見掛は放
射率が０．９’７６に増える。

但し、Ｌは、測温管の浸漬深さ、Ｒは、測温管の内半径
である。

また、測温管の先端部がほぼ均等な肉厚で球面状に形成
されていると、測温管の先端部の加熱や冷却に際して、
測温管の壁の中に応力集中が生じる箇所がなくなり、測
温管が熱応力で破損し難くなるので好ましい。

放射温度測定器と硼化ジルコニウム質セラミックスの測
温管との間に、ステンレス鋼製等の接続管を配置するこ
とにより、高価な硼化ジルコニウム質の測温管を必要か
つ最小限の長さのものにでき、接続管の長さを調節すれ
ば、測温を行なう測温管先端の位置の調節も可能である
。この接続管は測温管との間の接続部分が密封されてお
り、この発明の溶鉄用放射温度計を１例えば、溶銑樋中
を流れる溶銑の温度測定に使用するとき、溶銑樋中に存
在するヒユームなどにより放射光が遮られたり、放射温
度測定器の受光部が汚されたりするのを防ぐ働きをする
。

測温管の内底の見掛は放射率を更に１に近づけるために
は、溶湯中に浸漬する測温管の内底の溶湯面からの深さ
Ｌを、測温管の内半径Ｒの１０倍以上３０倍以下とする
のが好ましい。内底が半球状に形成されて、Ｌ／Ｒが１
０より大きいとき。

見掛は放射率は通常０．９７以上となり、　Ｌ／Ｒを１
５とすれば見掛は放射率は通常殆ど黒体に近い０．９９
９となる。溶湯中に浸漬する測温管の内側の長さしを内
半径Ｒの３０倍以下とするのが好ましいのは、さらに深
く浸漬しても有用な効果が得られないためである。しか
し、溶湯面が上下に変動する場合には、Ｌをこの変動分
を見込んで少し大きくしておくとよい。

測温管の全長は、Ｌ／Ｒを１０以上確保するため、接続
管との接続部に要する長さと、溶湯面が上下する分等を
併せてＲの２ｏ倍以上とするのが好ましい。また、余り
長くしても長くする利点がないので、Ｒの７００倍以下
とすれば充分である。

この発明のように、アルミナ質セラミックスの内管が配
置されているときには、内管についてこのＲとＬの関係
が満足されれば良い。

測温管の内半径Ｒは、例えば放射温度測定器の受光部と
測温管の内底の距離を１０００ｍとするとき、充分な視
野角度を確保し良好な精度で温度を測定するには、３ｍ
ｍ以上あるのが好ましい。しかし、Ｒを余り大きくして
も利点はなく、市販の放射温度測定器を用いる場合、３
０＋ｍ＋あれば充分である。

測温管の壁厚は、測温管の耐久性にも関係するので、２
１ＩＩ１１以上の厚さが必要であり、好ましくは４ＩＩ
Ｉ１１以上とする。しかし、壁厚を余り大きくすると耐
熱衝撃性が低下することもあり、１５ＩＩＩｌ以下とす
るのが好ましい。

測温管の溶損は通常湯面部において激しく、その寿命は
湯面部の溶損速度によって決まる。

測温管、即ち放射温度計の寿命を延ばすためには、この
場面部にリング状のプロテクターを設けることが有効で
ある。プロテクターの材質としＣは、溶鉄用の検体に利
用されている各種の耐火物が使用可能であるが、余り肉
厚としないでも耐久性が得られ、狭い場所でも使えるた
め、硼化ジルコニウム質の耐火物、あるいはセラミック
スのプロテクターを用いるのが有利である。リング状の
プロテクターは測温管に無機質の接着剤などにより固着
しておくこともできるが、湯面が上下に動くような場合
には、湯面上に浮遊した状態で用いるのが好ましい。

この場合、リング状のプロテクターを測温管にはめ、ワ
イヤーで吊った状態で溶鉄に浸漬したり。

アルミナシリカ質等のセラミックスファイバーからなる
シール材を測温管に巻き付けておき、この外周にリング
状のプロテクターをはめ合わせた状態で溶鉄に浸漬する
と、ワイヤーやシール材が溶損してリング状のプロテク
ターが湯面に浮遊した状態になる。

接続管の内径は、放射温度測定器の受光部から測温管の
内底を見る視野を狭くしないように、測温管の内径と同
等以上にするのが好ましい。また、接続管の長さは、通
常測温管と同等以上の長さのものを使うのが好ましく、
測温管と接続管を連結したときの全長としては、大抵の
場合２５００ｍあれば足りる。

硼化ジルコニウム質セラミックスの表面は、１５００ｍ
程度の高温において、空気中の酸素により酸化され２Ｚ
ｒＢ２＋　５０□−＋　２２ｒＯ２＋　２８２０３　　
の反応によりＢ２Ｏ３のヒユームを発生する。このヒユ
ームは硼化ジルコニウム質セラミックスの測温管の内側
表面がＺｒＯ□で覆われるまでの間１例えば、数時間に
互って漂うことになる。このヒユームが測温管中を漂っ
ていると、放射温度計による温度測定値が２０〜４０℃
低くなる。

この発明は、このＢ２０．のヒユームの影響を排除し、
正確な温度測定値を得るために、測温管を、硼化ジルコ
ニウム質セラミックス製の外管とアルミナ質セラミック
スの内管との二重構造としたものである。

酸化物系セラミックスは酸化性雰囲気に強く、酸化され
てヒユームを発生することがない、酸化物系セラミック
スとしては融点の高いジルコニア質セラミックス、マグ
ネシア質セラミックス、アルミナ質セラミックスなどが
利用できるが、特にアルミナ質セラミックスは保護管用
として市販されている各種の寸法のものがあり、硼化ジ
ルコニウム質セラミックスと使用温度で反応したりしな
いので測温管を構成する内管の材質として好適である。

単色放射光による放射温度測定器は、周囲や雰囲気中の
ガスからの散乱光による影響が小さく。

精度の良い温度測定を行なうのに好都合である。

また、放射温度測定器としては、単波長の放射光の強度
により温度を測定するものの他、二つの波長の放射光の
強度比から温度を測定する二色光温度測定器等の利用も
可能である。

〔実施例〕

以下、この発明の溶鉄用放射温度計を、高炉樋中を流れ
る溶銑の温度を測定した例により、さらに詳しく説明す
る。

第１図は、この発明の溶鉄用放射温度計の一部切欠き断
面図である。

第１図において、溶鉄用放射温度計Ｂは、放射温度測定
器（図示せず）の受光部にステンレス鋼製等の接続管１
２を介して、先端が球面状に閉じられた測温管９が取り
つけられた構成となっている。

測温管９は、後述する硼化ジルコニウム質セラミックス
の外管９Ａと、外管９Ａの内側に９９ｗｔ％以上がＡ１
□Ｏ１であるアルミナ質セラミックスの内管９Ｂが配置
された構成のものである。第１図において、測温管９は
長さ４００ｍｍ、外径４５ｍｍ、内径３５ｍｍのもので
あり、内管９Ｂは全長３９５ｍ。

外径３２ｍ、内径２８ｎｍのものである。測温管９は、
ボルト１０およびセメント等の無機質の接着剤１１を介
してステンレス鋼製の接続管１２と接続され、接続され
た全長は２０００ｏｎである。

試験に供した硼化ジルコニウム質セラミックス測温管９
の材質は、ＺｒＢ２９６ｗｔ％、ＳｉＣ４ｗｔ％の組成
からなっている。放射温度測定器としては。

株式会社チノー製のｍｏｄｅｌ　ＩＲ−Ｒ５Ｔ　−６５
５を用いた。

この放射温度測定器は、５ｉｌｉｃｏｎ　ｃｅｌｌの５
ｅｎｓｏｒと干渉膜フィルタを用いており、０．６５μ
ｍの波長の単色放射光の強度により、１０００〜１６０
０℃の温度範囲の温度を１０００℃で１℃以内の分解能
で測定できるものである。

放射温度計Ｂを温度の高い溶鉄に対しても使用するため
、放射温度測定器は空気を供給して冷却を施した冷却箱
内に収納して保護した。この溶鉄用放射温度計Ｂによっ
て、出銑樋内を流れる溶銑の温度を測定するには、出銑
樋カバーに設けられた穴に溶鉄用放射温度計Ｂの測温管
９を差し込み、測温管９の先端を溶銑上に保持した状態
で測温管９を約４０分間予備加熱する。この予熱方法で
、測温管９の先端部の温度は約１０００℃になり、次い
で、測温管９を溶銑中に浸漬するときの熱衝撃を緩和す
るとともに、溶銑上に浮遊しているスラグが浸漬する測
温管９に接触し、冷却されて管壁に付着する現象を軽減
できる。放射温度計Ｂを下降させ測温管９の先端を約２
１０１１ＩＩｌ溶銑中に浸漬した状態とし、放射温度計
Ｂを出銑樋カバーに固定する。かくして、放射温度測定
器の受光部には。

溶銑と同じ温度になった測温管９の内底から放射される
放射光が、溶銑上に浮遊するスラブによる妨害や、溶銑
から発生するヒユームなどの影響を受けることなく到達
する。

この溶鉄用放射温度計Ｂにより、溶銑樋を流れる溶銑の
温度を９回のＴａｐρｉｎｇに亙って測定した。

この間、同時に使い捨て式熱電対温度計により溶銑の温
度を８４回測定し、この発明の溶鉄用放射温度計の温度
測定値との間の相関関係を第２図に示した。第２図にお
いて、各点は、使い捨て式の熱電対温度計を用いて測定
した温度と、この発明による溶鉄用放射温度計を用いて
測定した温度の対応を示し１図中、実線は、その回帰線
である。

この結果から、この発明の溶鉄用放射温度計を用いる場
合、標準偏差約２℃という良好な精度で温度測定ができ
ることを確認した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、溶銑や溶鋼等
の溶鉄上に浮遊するスラグ等の測定値に及ぼす影響を排
除し、高精度で安定した温度測定が連続的に行えるよう
になった。その結果、製銑から製鋼に至る工程の自動化
、さらにはＡＩ制御に不可欠な数値である溶鉄温度の、
正確で連続的な測定値が安定して得られるようになった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の溶鉄用放射温度計の一部切欠き断
面図、第２図は、使い捨て成熱電対温度計およびこの発
明の放射温度計によ、す、溶銑樋を流れる溶銑の温度を
測定した結果を示すグラフ、第３図は、測温管を有さな
い放射温度計による溶銑温度の測定状況を示す断面図、
第４図は、従来の放射温度計による溶銑温度の測定状況
を示す断面図である。図面において、 Ａ−・−従来放射温度計、 Ｂ−・・この発明の放射温度計、 １・−・・溶銑、　　　　　２・−・放射温度計、３−
・・出銑樋、 ５・−浮遊物、 ７・−・−放射温度測定器、 ９−・・−測温管、 １１・−接着剤、 ４−・・カバー ６・−・・測温管、 ８−接続管、 １０・−・・ボルト、 １２−接続管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鉄中に浸漬される先端が半球状に閉塞されてい
   る測温管と、前記測温管の先端内面から放射される放射
   光を受光部に受けて、前記溶鉄の温度を測定するための
   放射温度測定器とからなる溶鉄用放射温度計において、 前記測温管は、硼化ジルコニウム質セラミックスの外管
   と前記外管の内側に設けられたアルミナ質セラミックス
   の内管とからなっていることを特徴とする溶鉄用放射温
   度計。