JPH0523075U - 高炉の炉下部における測温用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高炉の炉下部の温度を測定するにために、非
水冷式とした断熱構造の下で、安全性、構造の簡素化、
低コスト、製作容易、機械的強度を満足したプローブを
提供する。 【構成】 紙等の断熱材から成る内層管及び外層管の二
重構造による内管と耐熱金属材から成る外管との積層構
造により構成されたチューブ状のプローブ本体と、該プ
ローブ本体の先端に固定の碍子から成る支持体に支持さ
れるＵ形保護管に収納された熱電対から成る測温手段
と、プローブ本体の先端部に着脱自在に取付けられ且つ
前記測温手段を囲繞する保護キャップとから成り、前記
プローブ本体の先端近傍部において、前記内管の内層管
と外管の間に、外層管に代えて断熱性の無機質緩衝材を
充填して成る構成である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、休風時に高炉の炉下部、特にコークスが充填されている炉芯部の測 温を行うためのプローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】

高炉内は、その上部を約１，０００度摂氏以下の比較的低温度としているが、 高炉の炉下部、就中、炉芯部は、休風時においても、１，２００〜１，５００度 摂氏の高温度としている。

【０００３】 そこで、従来、高炉の炉下部、特に炉芯部の測温用プローブとして、実公昭５ ５−３５５３５号公報に示されたものが公知である。このプローブは、水冷式の 三重金属保護管を使用し、プローブ内全域にわたりシース型又は非シース型の白 金熱電対を収納した非消耗型のプローブを羽口より炉芯部に挿入し測温を行って いる。尚、このプローブは、測温手段をプローブの先端に出没自在に設け、プロ ーブの先端を炉芯部に挿入した後、測温手段をプローブの先端から突出せしめる 構成を採用している。

【０００４】 また、実開昭５８−３０８３９号公報に示されたプローブは、金属製の外管と 内管の間に耐火物断熱材を充填し、プローブ内全域にわたり熱電対を収納した非 水冷式の消耗型のプローブであり、プローブを羽口より炉芯部に挿入して測温を 行うものとされている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

前述した実公昭５５−３５５３５号公報のプローブは、水冷式のため、安全性 を確保するためには、全体として高強度の構造とする必要があり、大型化すると 共に高コストであるという問題がある。即ち、羽口から炉芯部に向けてプローブ を挿入するに際しては、コークス粒による大なる抵抗があるため、予め治具によ り予備孔を形成した場合でも、約１．０〜５．０トンに及ぶ挿入推力を必要とし 、万一、挿入中にプローブが破損して冷却水を漏洩せしめると、炉内温度に悪影 響を与えるばかりでなく、水蒸気爆発による人身事故の危険がある。

【０００６】 一方、前述した実開昭５８−３０８３９号公報のプローブによれば、前記水冷 式のものよりも構造が小型化し比較的低コストで提供できるが、プローブ全体に わたり熱電対を収納しているため、炉芯部までの挿入長さ（数メートル）に及ぶ 熱電対を使用しなければならず、しかも、白金熱電対を使用する結果、依然とし て高コストにならざるを得ない。

【０００７】 そこで、本考案者らは、安全性と、構造の簡素化による低コスト化を追究した 結果、冷媒の循環による水冷式は不適当であると判断し、断熱構造としたプロー ブを開発すべきであると決定した。

【０００８】 ところで、プローブの断熱構造を求める場合、種々の構造を採用することが可 能であるが、本考案者らにおいては、低コストであること、プローブ製造時のア センブリが出来るだけ容易であること、炉内への挿入に際して前述したような大 なる挿入推力に耐え得る強度を有すること等の条件を満たすことを主眼として鋭 意研究した結果、前述した実開昭５８−３０８３９号公報のようにプローブの全 長にわたる内管と外管の間の全域に耐火物断熱材を充填することは得策でなく、 紙管のような断熱材による一体型の内管と耐熱金属材から成る外管による積層構 造によりチューブ状のプローブ本体を構成することが最も有利であることを知見 した。

【０００９】 然しながら、このような積層構造による断熱性のプローブ本体を構成した場合 、該プローブ本体の先端に測温手段を設けて炉内に挿入することにより実験して みると、炉内挿入時において、プローブ本体には前述したような大きな衝撃や振 動が加わるため、測温手段の破損事故を生じることが判明した。即ち、測温手段 を、プローブ本体の先端に挿入固定した碍子から成る支持体と、該支持体に支持 された石英管から成るＵ形保護管と、該Ｕ形保護管に収納された熱電対とから構 成した場合、前記衝撃及び振動の伝達によりＵ形保護管が折損したり、熱電対の 素線を断線したりすることが判明した。

【００１０】 そこで、本考案者らは、前記衝撃及び振動を緩衝し、測温手段を保護するため には、前記支持体の固定手段に緩衝機能を持たせることが有利であることを知見 したが、そのためにプローブ本体が大径化してはならないことを配慮した。プロ ーブ本体が不必要に大径化する場合は、炉内に対する挿入推力を増大しなければ ならず、しかも、炉内挿入を短時間で行うことが困難になるからである。

【００１１】 このため、本考案者らは、プローブ本体を紙管等の断熱材から成る内層管及び 外層管の二重構造による内管と耐熱金属材から成る外管による積層構造としたチ ューブ状に形成し、これにより断熱性と、低コスト性と、アセンブリの容易性と 、高強度性を満足せしめる一方において、プローブ本体の先端近傍部では、前記 内管の内層管と外管の間に、紙管から成る外層管に代えて、断熱性の無機質緩衝 材を充填することが最も有利であることを知得した。そして、この構造の下で数 多くの実験を繰り返した結果、前述したような測温手段の破損事故が皆無となる ことを確認した。

【００１２】 ところで、前記構造によれば、炉内においてプローブ本体が高熱化すると、紙 管製の内管、就中、内層管が収縮し、副次的な問題を提起する。即ち、後述する ように高温雰囲気中において紙管からはガスが発生するため、プローブ本体の先 端に測温手段を固定する場合、シールを完全なものとしてガスが測温手段の周囲 に噴出しないように配慮しなければならないが、前述のように内層管が収縮する とシール構造を破壊してしまう虞れがある。そこで次に、本考案者らは、プロー ブ本体における前述の構成を前提としつつ、内層管の収縮を防止するために、内 層管を外管に連結する連結材を設けることが有利であることを知得した。

【００１３】

【課題を解決するための手段】 而して、本考案が前記課題を解決するために第一の手段として構成したところ は、紙等の断熱材から成る内層管及び外層管の二重構造による内管と耐熱金属材 から成る外管との積層構造により構成されたチューブ状のプローブ本体と、該プ ローブ本体の先端に固定の碍子から成る支持体に支持されるＵ形保護管に収納さ れた熱電対から成る測温手段と、プローブ本体の先端部に着脱自在に取付けられ 且つ前記測温手段を囲繞する保護キャップとから成り、前記プローブ本体の先端 近傍部において、前記内管の内層管と外管の間に、外層管に代えて断熱性の無機 質緩衝材を充填して成る点にある。

【００１４】 また、本考案が第二の手段として構成したところは、前記構成において、プロ ーブ本体のうち無機質緩衝材を充填した領域には、該無機質緩衝材を貫通して外 管と内層管を連結する連結材を設けた点にある。

【００１５】 本考案の付加的構成において、プローブ本体を構成する内管に液体を含浸せし めることが好ましく、また、プローブ本体の尾端近傍部において、該プローブ本 体の内部に発生するガスを炉外へ排出するためのガス抜き手段を設けることが好 ましい。更に、保護キャップは外周部に該保護キャップの外径よりも大きい外径 のカサ形状の先端部を形成していることが好ましい。

【００１６】

【実施例】

以下図面に基づいて本考案の実施例を詳述する。

【００１７】 図４に示すように、本考案の測温用プローブ１は、休風時において、高炉２の 羽口３から融着帯３０の下方に位置する炉芯表層部３０を通過して炉芯部４を含 む炉下部へ挿入され、炉芯部４又はその近傍の温度を測定する。挿入に際しては 、予めロッド又はパイプ等から成る治具を羽口３から挿入することにより、該羽 口３から炉芯表層部３１を通過して炉芯部４を含む炉下部に向けて予備孔が形成 され、この予備孔を介してプローブ１が挿入される。このプローブの押込みは、 例えば、エアモーターを駆動源とする挿入装置５により行われ、挿入中のプロー ブ１には、約２４０ｂｐｍの打撃が加えられる。羽口３から炉芯表層部までの距 離は通常２〜３ｍ程度であり、このため、プローブ１の全長は約５ｍ程度である 。炉芯部４の温度は、休風時でも１，２００〜１，５００度摂氏であるため、プ ローブの挿入、挿入後の停止は、短時間（約２分以内）のうちに行うことが肝要 である。

【００１８】 図１及び２に示すように、プローブ本体６は、内管７と外管８との積層構造に より構成されたチューブ状のものであり、前記内管７は、内層管７ａ及び外層管 ７ｂの二重構造とされている。内管７は、紙等の断熱材から成り、好ましくは、 内層管７ａ及び外層管７ｂの何れも紙管により構成されている。一方、外管８は 、ステンレス等の耐熱金属材により構成されている。

【００１９】 前記プローブ本体６の先端には、測温手段９が突出して固定されており、この 測温手段９は、保護キャップ１０により囲繞されている。プローブ本体６の尾端 には、前記挿入装置５に取付け自在とされるネジ式のカップリング１１が設けら れている。

【００２０】 前記測温手段９は、石英管から成るＵ形保護管１２に収納された白金−白金ロ ジウム合金系の熱電対１３と、Ｕ形保護管１２と共に該熱電対１３を支持する碍 子から成る支持体１４とから構成され、該支持体１４の筒部１４ａをプローブ本 体６の先端から内層管７ａに嵌入固定している。前記熱電対１３の素線使用量を 低減せしめ安価な構成とするため、前記筒部１４ａから挿出された熱電対１３の 素線はリード線１５に接続され、該リード線１５は、プローブ本体６の内部に沿 って導かれる。プローブ本体６の尾端近傍部、即ち、測温時に炉外に位置する部 分は、外管８のみから構成され、該外管８には、リード線案内孔１６を介してガ イド筒１７が突設され、該ガイド筒１７には連結具１８を介してコネクタ１９が 連結されている。従って、図示省略しているが、前記リード線１５は、前記案内 孔１６を経てコネクタ１９に接続され、該コネクタ１９を介して熱電対１３の起 電力を外部に出力する。尚、熱電対１３を収納したＵ形保護管１２は、アルミニ ウム等の金属薄板から成るカップ状の補助キャップ２０により囲繞され、該補助 キャップ２０は、前記支持体１４のフランジ１４ｂに支持せしめられている。

【００２１】 プローブ本体６の先端近傍部において、前記内管７の内層管７ａと外管８との 間には、前記外層管７ｂに代えて、断熱性の無機質緩衝材２１が充填される。即 ち、前記紙管から成る外層管７ｂは、プローブ本体６の先端近傍部に至らない位 置で終わり、これにより形成される内層管７ａと外管８の間の空隙部に無機質緩 衝材２１が充填される。この無機質緩衝材２１は、例えば、セラミックスファイ バー等から成り、弾性を保有しており、内層管７ａの先端面を被覆するように延 長された内向きフランジ部２１ａを形成し、この内向きフランジ部２１ａにより 支持体１４の筒部１４ａの外周を保持する。これにより、プローブ１を炉内に挿 入する際に生じる衝撃や振動が外管８から外層管７ｂを経て支持体１４に伝達さ れることを防止し、Ｕ形保護管１２及び／又は熱電対１３が破損されることを防 止する。

【００２２】 プローブ本体６の前記無機質緩衝材２１を充填された領域には、釘等から成る 連結材２２が設けられている。この連結材２２は、測温手段９側に極近い位置に 周方向に間隔をおいて複数個設けられ、外管８から無機質緩衝材２１を貫通して 内層管７ａに刺突され、これにより外管８と内層管７ａが相互に軸方向に位置を 偏位しないように連結固定する。換言すれば、仮に、この連結材２２を有しない とすれば、プローブ１の炉内挿入時に、高温雰囲気下において高熱化する紙管製 の内層管７ａが収縮し、これにより測温手段９の支持体１４と内層管７ａとの間 に隙間を発生してしまい、プローブ本体６の内部において紙管から発生したガス が、この隙間を介してプローブ本体６の先端から熱電対１３の周囲に噴出してし まう虞れがある。これに対して、前記連結材２２を設けた構成によれば、測温手 段９側において内層管７ａの収縮が阻止され、前述したような隙間の発生を防止 できる。

【００２３】 プローブ本体６の先端部において、外管８は、外周部から先端に至り削成され た溝２３を有し、該溝２３にシール材２４を充填している。このシール材２４は 、耐火セメント等の断熱材から成り、前記溝２３に充填され外周面を外管８の外 周面とほぼ面一に形成すると共に、外管８の先端から前記無機質緩衝材２１の内 向きフランジ部２１ａの外周を覆い、更に支持体１４のフランジ１４の外周を被 うシール部２４ａを構成する。これにより、プローブ本体６の先端部は、外管８ の外周面から支持体１４に至り気密的にシールされ、該プローブ本体６の内部に おいて紙管から発生するガスが該プローブ本体６の先端に噴出することを防止す る。

【００２４】 前記保護キャップ１０を外嵌せしめるために、プローブ本体６の先端部、即ち 、外管８からシール材２４の先端に至る外周を包囲する座管２５が設けられてい る。この座管２５は、ステンレス等の耐熱金属材から成り、外管８に溶接等によ り固着されている。従って、この座管２５に対して保護キャップ１０を着脱自在 に外嵌せしめることができる。尚、外嵌された保護キャップ１０のストッパーを 構成するため、座管２５の外周にはステンレス等の耐熱金属材から成るストッパ ー管２６が外挿され且つ溶接等により固着されている。これらの座管２５及びス トッパー管２６は、保護キャップ１０を挿着する点に主目的を有するが、これに より熱電対１３とリード線１５の補償接点部１３ａを外周囲から保護し、該補償 接点部１３ａの昇温を可及的防止する機能を兼備する。換言すれば、これにより 、前記補償接点部１３ａは、内側から順に内層管７ａ、無機質緩衝材２１、外管 ８、シール材２４、座管２５、ストッパー管２６の六層による多層構造により保 護される。

【００２５】 保護キャップ１０は、鋼等の耐熱金属材から成り、カップ状に形成され、図例 のように先端部に球面状又はコニカル状の流線型部１０ａを形成することが好ま しいが、先端部を平坦面に形成しても良い。前述のように、保護キャップ１０は 、筒状部１０ｂを座管２５に外嵌されると共に、該筒状部１０ｂの端縁をストッ パー管２６の端部に接当せしめられ、この状態で測温手段９を囲繞する。尚、プ ローブ１を炉内に挿入中、保護キャップ１０は、ストッパー管２６に支承され所 定位置に定置するが、挿入後にプローブ１を後退せしめると、炉芯部４のコーク ス塊の抵抗により、保護キャップ１０からプローブ本体６の先端部が抜き出され る、即ち、保護キャップ１０が脱落して測温手段９を露出せしめる構成とされて いる。そこで、この保護キャップ１０の脱落を確実ならしめるためには、図３に 示すように、保護キャップ１０の外周部に該保護キャップ１０の外径よりも大き い外径のカサ形状とした先端部２７を設けておくことが好ましく、この先端部２ ７は、図例のようなカサ形状の他、種々の形状を採用することができる。

【００２６】 プローブ本体６の尾端近傍部、即ち、測温時に炉外に位置する部分は、前述の ように外管８のみから構成され、該外管８には、プローブ本体６の内部において 紙管から発生するガスを炉外へ排出するためのガス抜き手段２８が設けられてい る。図１において、ガス抜き手段２８は、外管８に開設したガス抜き孔２９を示 しているが、該ガス抜き孔２９に連結される蒸気エジェクター又は吸引ポンプ等 から成る吸引手段を構成することが好ましい。

【００２７】 尚、図示していないが、内管７を構成する紙管製の内層管７ａ及び／又は外層 管７ｂには、液体を含浸せしめ、昇温防止に寄与せしめることが好ましい。液体 は、水でも良いが、例えば、沸点が約１５０度摂氏程度のオイルから選択するこ とが好ましい。

【００２８】 以上の実施例によれば、高炉２の休風時に、プローブ１を挿入装置５により羽 口３から炉芯部４を含む炉下部に挿入することにより、炉芯部４を含む炉下部の 温度を測定することができる。前述のように、挿入時においてプローブ本体６に は大きな衝撃や振動が加えられるが、測温手段９に対する衝撃及び振動は、無機 質緩衝材２１により好適に緩衝されるので、Ｕ形保護管１２の折損や、熱電対１ ３又はリード線１５の断線等を生じることはない。この挿入時、保護キャップ１ ０は、プローブ本体６の先端部に取付けられ且つストッパー管２６により支承さ れており、測温手段９を保護している。

【００２９】 プローブ１の先端が炉内の所定位置に進入すると、挿入を停止した後、プロー ブ１を若干後退せしめる。これにより保護キャップ１０をコークス粒内に置いた ままプローブ本体６を保護キャップ１０から抜き取るので、プローブ本体６の先 端には測温手段９が露出される。このとき、測温手段９は、補助キャップ２０を 有するので、保護キャップ１０を脱落せしめた直後に崩落するコークスから熱電 対１３を保護できる。その後、補助キャップ２０は、溶失せしめられるが、熱電 対１３は、数十秒程度で応答して起電力を安定せしめ、所定の測温結果を得るこ とができる。この際、測温手段９は、プローブ本体６の先端から突出せしめられ ているので、応答性に優れる。また、前述の通り、ガスの影響を受けないように 構成されているので、測温精度を保証できる。

【００３０】 測温中、プローブ本体６は、全体的に昇温せしめられるが、前述のように、紙 管に液体を含浸せしめておくことにより、昇温速度を可及的抑制することができ る。高熱化に伴い、内管７を構成する紙管から燃焼ガス或いは水蒸気等のガスが 発生するが、このようなガスは、ガス抜き手段２８を介して好適に炉外へ排出さ れる。しかも、プローブ本体６の先端部において、外管８と支持体１４の間は、 シール材２４により気密的にシールされているので、このようなガスが熱電対１ ３に向けて漏洩することはない。また、内管７を構成する紙管製の内層管７ａは 、高熱化に伴い収縮しようとするが、少なくともプローブ本体６の先端近傍部に おいて、連結材２２により外管８に連結固定されているので、収縮方向に偏位す ることはなく、前記シール材２４によるシール性を損なうことはない。

【００３１】 測温が終了すると、挿入装置５によりプローブ１を炉から引出し、これにより 作業は完了する。

【００３２】

【考案の効果】

請求項１に記載の本考案によれば、紙等の断熱材から成る内層管及び外層管の 二重構造による内管と耐熱金属材から成る外管との積層構造により構成されたチ ューブ状のプローブ本体に基づくものであるから、非水冷式とした断熱構造の下 で、安全性と、構造の簡素化による低コストの要求をともに満足し、しかも、プ ローブ製造時のアセンブリが比較的容易であり、炉内挿入時の推力に耐えるプロ ーブを提供することができる。

【００３３】 そして、プローブ本体の先端近傍部において、前記内管の内層管と外管の間に 、外層管に代えて、断熱性の無機質緩衝材を充填することにより、炉内挿入時の 大なる衝撃や振動を無機質緩衝材により好適に緩衝しつつ測温手段に伝達するこ とを防止できるので、プローブ本体を特に大径化する必要なくして上述したよう なＵ形保護管の折損や熱電対素線の断線を生じることがなく、所期目的を達する ことができる。

【００３４】 請求項２に記載の本考案によれば、前述の効果に加えて、炉内においてプロー ブ本体が高熱化したとき、内層管が収縮することを連結材により好適に防止し、 その結果、プローブ本体の先端にシール構造を採用した場合において、そのシー ル性を良好に確保できるという効果がある。

【００３５】 請求項３に記載の本考案によれば、プローブ本体の昇温速度を可及的抑制し、 断熱性に優れたプローブを提供することができる。

【００３６】 請求項４に記載の本考案によれば、プローブ本体の内部において紙材料から発 生するガスを炉外に排出せしめるので、ガスが測温手段の周囲に噴出されて測温 誤差の原因を生成するようなことがなく、測温精度を保証することができる。

【００３７】 請求項５に記載の本考案によれば、炉内挿入の後におけるプローブ本体からの 保護キャップの脱落を確実容易ならしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例に係る測温用プローブを示す
縦断面図である。

【図２】保護キャップを脱落せしめた状態におけるプロ
ーブ本体の先端部を示す縦断面図である。

【図３】保護キャップの変形実施例を示す縦断面図であ
る。

【図４】測温用プローブを高炉における羽口から炉芯部
に挿入した状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ プローブ ２ 高炉 ３ 羽口 ４ 炉芯部 ５ 挿入装置 ６ プローブ本体 ７ 内管 ７ａ 内層管 ７ｂ 外層管 ８ 外管 ９ 測温手段 １０ 保護キャップ １２ Ｕ形保護管 １３ 熱電対 １４ 支持体 １５ リード線 ２０ 補助キャップ ２１ 無機質緩衝材 ２２ 連結材 ２４ シール材 ２８ ガス抜き手段 ３０ 融着帯 ３１ 炉芯表層部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 山根 健司 愛知県東海市東海５丁目３番地新日本製鐵 株式会社名古屋製鐵所内 (72)考案者 吉満 秀則 愛知県東海市東海５丁目３番地新日本製鐵 株式会社名古屋製鐵所内 (72)考案者 阪口 育平 大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川 惣電機工業株式会社内 (72)考案者 繁田 喜輝 大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川 惣電機工業株式会社内 (72)考案者 北浦 俊幸 大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川 惣電機工業株式会社内

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 紙等の断熱材から成る内層管及び外層管
   の二重構造による内管と耐熱金属材から成る外管との積
   層構造により構成されたチューブ状のプローブ本体と、
   該プローブ本体の先端に固定の碍子から成る支持体に支
   持されるＵ形保護管に収納された熱電対から成る測温手
   段と、プローブ本体の先端部に着脱自在に取付けられ且
   つ前記測温手段を囲繞する保護キャップとから成り、前
   記プローブ本体の先端近傍部において、前記内管の内層
   管と外管の間に、外層管に代えて断熱性の無機質緩衝材
   を充填して成ることを特徴とする高炉の炉下部における
   測温用プローブ。
2. 【請求項２】 プローブ本体の無機質緩衝材を充填した
   領域において、該無機質緩衝材を貫通して外管と内層管
   を連結する連結材を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の高炉の炉下部における測温用プローブ。
3. 【請求項３】 プローブ本体を構成する内管に液体を含
   浸せしめて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の高炉の炉下部における測温用プローブ。
4. 【請求項４】 プローブ本体の尾端近傍部において、該
   プローブ本体の内部に発生するガスを炉外へ排出するた
   めのガス抜き手段を設けて成ることを特徴とする請求項
   １、２又は３に記載の高炉の炉下部における測温用プロ
   ーブ。
5. 【請求項５】 保護キャップが外周部に該保護キャップ
   の外径よりも大きい外径のカサ形状の先端部を形成して
   成ることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の
   高炉の炉下部における測温用プローブ。