JPH05264366A - 金属溶融炉の温度センサおよび測温制御方法 - Google Patents

金属溶融炉の温度センサおよび測温制御方法

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JPH05264366A
JPH05264366A JP9338092A JP9338092A JPH05264366A JP H05264366 A JPH05264366 A JP H05264366A JP 9338092 A JP9338092 A JP 9338092A JP 9338092 A JP9338092 A JP 9338092A JP H05264366 A JPH05264366 A JP H05264366A
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JP
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metal
melting furnace
temperature
thermocouple
molten metal
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JP9338092A
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English (en)
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Hirotsugu Takeda
洋次 武田
Yoichi Nishimura
陽一 西村
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融炉中の溶融金属に浸漬しても、該金属等
の高温で溶損することが少なく、熱衝撃により割れるス
ポーリングを生ずることもない温度センサと、該センサ
を使用した測温制御方法とを提供する。 【構成】 白金ロジウムと白金との熱電対素線16,1
8をアルミナ等の非金属保護管20に収納し、この保護
管20を溶融炉中の溶融金属に対し耐溶損性に優れたジ
ルコニア等の耐熱性物質と、溶融金属に接触した際の耐
スポーリング性を有するモリブデン等の高融点金属とか
らなる円筒状保護管22に同心的に挿通して熱電対温度
センサ10を構成する。この温度センサを金属溶融炉の
内部に臨ませ、該溶融炉中の溶融金属の実際温度を連続
測定し、この温度測定値を制御目標値である温度設定値
と比較し、その目標値との差分に相当する修正指令値を
溶融炉加熱源の電気制御系に帰還させる制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、誘導炉のような金属
溶融炉に使用しても溶損やスポーリングを生ずることの
ない温度センサの外装構造と、該センサを使用すること
により、炉中の溶融金属の温度を連続的に測定し得る測
温制御方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】例えば誘導加熱により炉中の金属を溶融さ
せる誘導炉では、その溶融金属の温度測定に熱電対式の
温度センサが使用されている。この熱電対温度センサ
は、2種類の金属素線を接続して閉回路を構成したもの
で、該センサに熱を与えた際に生ずる熱起電力の大きさ
が、前記2つの金属の種類と両接点の温度により定まる
ゼーベック効果を温度検出の原理としている。前記誘導
炉中の溶融金属は極めて高温(例えば1600℃)になる
ので、前記センサを構成する金属素線には、工業用熱電
対中で最も高温使用が可能な白金ロジウム線および白金
線が広く採用されている。この白金ロジウム−白金熱電
対(以下「PR熱電対」という)は、その検出素子およびこ
れに接続する導線を高熱から保護するためシース状の保
護管に収納される。しかし該保護管の材質は、通常の金
属では高温に耐えず、また白金ロジウム線および白金線
の何れも金属蒸気や還元性ガスで劣化することから、純
焼結アルミナ(酸化アルミニウム Al23)や窒化珪素
(Si34)等の非金属材料が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の如くPR熱電対
は、アルミナ等の耐熱材料からなる保護管に収納されて
いるが、炉中の溶融金属に浸漬した状態で長時間に亘り
使用し得るものではなかった。すなわちPR熱電対は、
溶融金属やこれに浮遊するスラグの高温で次第に溶損す
るため消耗型熱電対としてしか使えず、従って頻繁にP
R熱電対を交換する不便があり極めて不経済であった。
このため誘導炉やアーク炉その他ガス炉等のいわゆる金
属溶融炉では、当該炉の稼働期間に亘り炉中にある溶融
金属の現在温度を連続して測定することが不可能であっ
た。このことは炉内温度を予め設定した目標温度値に維
持する細かい制御をなし得ないことを意味し、その溶融
金属より得られる製品の品質にも悪影響を与えている。
【0004】
【発明の目的】この発明は、先に述べた従来技術に内在
している課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案さ
れたものであって、金属溶融炉における溶融金属に長時
間に亘り浸漬しても、該金属や浮遊スラグの高温により
溶損することが少なく、また熱衝撃により割れるスポー
リングを生ずることもない温度センサと、該センサを使
用することにより溶融金属の温度を長時間に亘って連続
的に測定し得る測温制御方法とを提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を克服し、所期
の目的を達成するため本発明は、白金ロジウム線および
白金線を熱電対素線とし、この素線をアルミナ等の非金
属保護管に収納してなる熱電対温度センサにおいて、誘
導炉等の金属溶融炉中の溶融金属やスラグに対して耐溶
損性に優れたジルコニア等の耐熱性物質と、前記溶融金
属等に接触した際に耐スポーリング性を有するモリブデ
ン等の高融点金属とで円筒状の保護管を構成し、この円
筒状保護管の内部に前記非金属保護管を同心的に挿通し
たことを特徴とする。
【0006】また本願の別の発明に係る金属溶融炉の測
温制御方法は、前記の温度センサを使用する発明に係
り、白金ロジウムと白金との熱電対素線をアルミナ等の
非金属保護管に収納し、誘導炉等の金属溶融炉中の溶融
金属やスラグに対して耐溶損性に優れたジルコニア等の
耐熱性物質と、前記溶融金属等に接触した際の耐スポー
リング性を有するモリブデン等の高融点金属とからなる
円筒状保護管に前記非金属保護管を同心的に挿通して熱
電対温度センサを構成し、この熱電対温度センサを前記
金属溶融炉の内部に臨ませると共に、該センサにより該
溶融炉中の溶融金属の実際温度を連続的に測定し、この
温度測定値を制御目標値である温度設定値と比較し、そ
の目標値との差分に相当する修正指令値を前記溶融炉に
おける加熱源の電気制御系に帰還させる制御を行なうこ
とを特徴とする。
【0007】
【実施例】次に、本発明に係る金属溶融炉の温度センサ
および測温制御方法につき、好適な実施例を挙げて、添
付図面を参照しながら説明する。図2は、実施例に係る
温度センサ10を金属溶融炉12に挿入した状態を示
し、また図1はこの温度センサ10の内部構造を示す縦
断面図である。ここで温度センサ10は前述したPR熱
電対で基本的に構成され、また金属溶融炉12は炉体に
誘導コイル14を埋め込んだ誘導炉として構成される。
【0008】図1に示すPR熱電対10は、熱電対素線
として白金ロジウム線16および白金線18が使用さ
れ、この素線16,18の間に例えばムライト質の電気
的に良好な絶縁管が介装されている。そして両方の熱電
対素線16,18は、アルミナ(Al23)の如き非金属
焼結体を材質とする長尺保護管20の内部に密閉的に収
納されると共に、この非金属保護管20は、例えばモリ
ブデン−ジルコニア(Mo−ZrO2)質の円筒状保護管
22に同心的に挿通されるようになっている。すなわち
円筒状保護管22は、ジルコニア(ZrO2)等の耐熱性
物質を生地とし、この生地中にモリブデン(Mo)等の高
融点金属を所要の割合で分散させた焼結体で構成されて
いる。ここでジルコニアは、誘導炉12における溶融金
属24やこれに浮遊するスラグ26の高温によっても溶
損することが少なく、いわゆる耐溶損性に優れた耐熱性
物質である。またモリブデンは、熱伝導率が極めて良好
な高融点金属であって、円筒状保護管22が前記溶融金
属24やスラグ26に接触しても、温度差を小さく抑え
ることにより熱衝撃を解消し、これにより割れや亀裂、
剥離等のスポーリングを少なくするのに寄与する。
【0009】このように保護管22は、耐溶損性に優れ
たジルコニア等の耐熱性物質と、耐スポーリング性を有
するモリブデン等の高融点金属とから構成され、これら
の耐溶損性と耐スポーリング性との間に良好なバランス
が得られるよう両者の混合比率が決定される。実施例で
は、耐熱性物質としてのジルコニアを60〜80%と
し、高融点金属としてのモリブデンを40〜20%とす
ることにより好適な結果が得られた。またモリブデン
は、その粒子径が数ミクロン〜数100ミクロンの範囲
にあるものを使用するのが適当であった。なお優れた耐
溶損性を有する耐熱性物質としては、ジルコニア以外に
マグネシア(酸化マグネシウム MgO)、ジルコン(Zr
SiO4)、シリカ(SiO2)等が選択的に使用される。
更に優れた耐スポーリング性を有する高融点金属として
は、モリブデン以外にタングステン(W)やニオブ(Nb)
その他タンタル(Ta)等が好適に使用される。
【0010】図2に示す如く、前述の構成に係るPR熱
電対10は、誘導炉12における溶融金属24に浸漬さ
れて、該金属の温度測定に供される。この場合に前記P
R熱電対10は、耐溶損性と耐スポーリング性とに優れ
た円筒状保護管22を外装(シース)として備えているか
ら、溶融金属24の高温により溶損することがなく、従
って該溶融金属中に浸漬した状態で長期間に亘る連続測
温が可能である。また保護管22を溶融金属24やスラ
グ26に接触させても、熱伝率効率が良いためスポーリ
ングを生ずることがなく、安定的に使用し得るものであ
る。
【0011】図2において、溶融金属24中に検出部を
浸漬させたPR熱電対10は、その白金ロジウム線16
および白金線18の間で熱起電力を生じ、これに基づく
温度測定値は比較器28に入力される。また比較器28
には、炉内の金属を何℃の溶融状態に保持するかに関し
て、予め制御目標値となる温度設定値が入力されてい
る。従って該比較器28では、PR熱電対10から得ら
れる現実の温度測定値と制御目標値である温度設定値と
の比較がなされ、その目標値との差分に相当する修正指
令値が、前記誘導コイル14に高周波電源を供給する電
源装置(インバーター)30に帰還される。すなわち比較
器28での比較結果が、制御目標としての温度設定値よ
りもマイナスになっていれば、電源装置30から誘導コ
イル14に与えられる励振電圧を、その差分だけ上げて
溶融温度を上昇させる。また比較器28での比較結果
が、制御目標値よりプラスになっていれる場合は、前記
励振電圧をその差分だけ下げて溶融温度を降下させるも
のであって、これにより誘導炉12における溶融金属2
4の温度を常に適切な設定値に保持することができる。
【0012】図示例では金属溶融炉として誘導炉12を
挙げたが、溶融炉における加熱源を電気的な制御系によ
り温度調節し得るものであれば、何れの型式の炉にも本
発明を実施することができる。例えば、アーク電極を炉
中に挿入するアーク炉や、アルミ合金等をガスバーナの
炎により溶融させるガス炉は、何れも電極への印加電圧
やバーナ弁体の開閉を電気的に制御しるものであるか
ら、これらにも好適に応用することができる。
【0013】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る金属溶
融炉の温度センサによれば、誘導炉等の金属溶融炉にお
ける溶融金属に長時間に亘り浸漬しても、該金属や浮遊
スラグの高温により溶損することが少なく、また熱衝撃
によるスポーリングも生ずることがなく、安定的に使用
し得るものである。また、この温度センサを使用する本
願の別の発明に係る測温制御方法によれば、従来は不可
能であった金属溶融炉中の溶融金属における温度測定を
連続的に長時間に亘り測定することができ、きめの細か
い温度管理がなされる結果として、品質の安定した製品
を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係るPR熱電対の内部構造を示す縦断
面図である。
【図2】実施例に係る温度センサを金属溶融炉に挿入し
た状態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
10 熱電対温度センサ(PR熱電対) 12 金属溶融炉 14 加熱源(誘導コイル) 16 白金ロジウム線 18 白金線 20 非金属保護管 22 保護管 24 溶融金属 26 スラグ 30 電気制御系

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 白金ロジウム線(16)および白金線(18)を
    熱電対素線とし、この素線(16,18)をアルミナ等の非金
    属保護管(20)に収納してなる熱電対温度センサ(10)にお
    いて、 誘導炉等の金属溶融炉(12)中の溶融金属(24)やスラグ(2
    6)に対して耐溶損性に優れたジルコニア等の耐熱性物質
    と、前記溶融金属等に接触した際に耐スポーリング性を
    有するモリブデン等の高融点金属とで円筒状の保護管(2
    2)を構成し、 この円筒状保護管(22)の内部に前記非金属保護管(20)を
    同心的に挿通するよう構成したことを特徴とする殊に金
    属溶融炉に使用される熱電対温度センサ。
  2. 【請求項2】 白金ロジウムと白金との熱電対素線(16,
    18)をアルミナ等の非金属保護管(20)に収納し、誘導炉
    等の金属溶融炉(12)中の溶融金属(24)やスラグ(26)に対
    して耐溶損性に優れたジルコニア等の耐熱性物質と、前
    記溶融金属等に接触した際の耐スポーリング性を有する
    モリブデン等の高融点金属とからなる円筒状保護管(22)
    に前記非金属保護管(20)を同心的に挿通して熱電対温度
    センサ(10)を構成し、 この熱電対温度センサ(10)を前記金属溶融炉(12)の内部
    に臨ませると共に、該センサ(10)により該溶融炉(12)中
    の溶融金属(24)の実際温度を連続的に測定し、 この温度測定値を制御目標値である温度設定値と比較
    し、その目標値との差分に相当する修正指令値を前記溶
    融炉(12)における加熱源(14)の電気制御系(30)に帰還さ
    せる制御を行なうことを特徴とする金属溶融炉の測温制
    御方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0939292A1 (fr) * 1998-02-27 1999-09-01 Sollac Dispositif et procédé de mesure en continu de l'usure d'une paroi de récipient métallurgique
KR101398485B1 (ko) * 2005-11-30 2014-05-26 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 온도 측정 튜브

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