JPH0572048A - 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突出して固定さ
れた測温手段と、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、前記測温手段は、Ｕ形保護管に収納された熱電
対と、該熱電対を支持する碍子から成る支持体とから構
成され、該支持体を前記プローブ本体に挿入して成り、
プローブ本体の先端部は、外管の外周面から、プローブ
本体の先端面を経て、前記支持体に至り、シール材によ
り気密的にシールされて成り、前記保護キャップは、プ
ローブ本体の先端外周域に着脱自在に外嵌されて成る構
成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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、１，２００〜１，５
００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５５−３５５３５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】

【発明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、本発明者らは、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、本発明
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、このように内管を紙管により
構成した場合、前述のような利点がある反面、これを現
場において炉内に挿入することにより実験してみると、
高温雰囲気中において、紙管から燃焼ガスや、水蒸気等
のガスが発生するという新たな問題に対面した。この問
題は、特に、プローブの測温手段を熱電対により構成し
た場合、前記ガスが熱電対の周囲において、起電力発生
に悪影響を与え、測温結果に誤差を生じてしまうからで
ある。

【００１０】このため、ガスによる問題を解決するため
には、紙管からのガス発生領域と測温手段との間を隔絶
するシール手段を設ける必要がある。この点について、
本発明者らは、チューブ状のプローブ本体の先端部にお
いて、前述した実公昭５５−３５５３５号公報のように
測温部を出没自在に構成することは、摺動部分を必要と
することから前記シール性を確保するためには好ましく
なく、従って、チューブ状のプローブ本体の先端に設け
る測温手段を、該本体から突出せしめると共に固定せし
め、この構成の下にプローブ本体の先端部におけるシー
ルを行う構成が最も有利であることを知得した。

【００１１】ところで、測温手段を先端に突出せしめた
構成においては、プローブ本体を炉内に挿入するに際
し、該測温手段が破損されることを防止するための保護
手段が必要となる。この点について、本発明者らは、測
温手段を保護するための保護キャップをプローブ本体の
先端部に着脱自在に取付け、プローブ本体を炉内に挿入
中は、保護手段が保護キャップにより保護される一方、
炉内挿入の後、プローブ本体を炉内で若干だけ後退せし
めてやることにより保護キャップをプローブ本体から脱
落せしめ、これにより測温手段を露出せしめる構成が最
も好ましいことを知得した。そして、前述のように測温
手段を先端に突出せしめた構成においては、保護キャッ
プを中空のカップ状に形成し、該保護キャップをプロー
ブ本体の先端外周域に着脱自在に外嵌する構成が最も有
利であることを知得した。

【００１２】

【課題を解決するための手段】而して、本発明が前記課
題を解決するために構成したところは、紙等の断熱材か
ら成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
本体の先端に突出して固定された測温手段と、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、前記測温手段は、
Ｕ形保護管に収納された熱電対と、該熱電対を支持する
碍子から成る支持体とから構成され、該支持体を前記プ
ローブ本体に挿入して成り、プローブ本体の先端部は、
外管の外周面から、プローブ本体の先端面を経て、前記
支持体に至り、シール材により気密的にシールされて成
り、前記保護キャップは、プローブ本体の先端外周域に
着脱自在に外嵌されて成る点にある。

【００１３】本発明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。

【００１４】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳述す
る。

【００１５】図４に示すように、本発明の測温用プロー
ブ１は、休風時において、高炉２の羽口３から融着帯３
０の下方に位置する炉芯表層部３１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。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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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１
４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。

【００１９】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１
４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。

【００２０】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２
２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。

【００２１】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２
４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１４ｂ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。

【００２２】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２
６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１
３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１
３ａ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。

【００２３】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の先端部２７を設けておくことが好
ましく、この先端部２７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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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１３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１０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。

【００２７】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。

【００２８】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１３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。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、紙等
の断熱材から成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。

【００３１】そして、プローブ本体の先端においては、
測温手段を突出せしめることにより、測温手段の応答性
を良好ならしめるだけでなく、シール材により気密的に
シールすることにより、プローブ本体を構成する紙材料
が高熱化することに伴い発生するガスから測温手段を保
護し、測温精度を保証することができる。

【００３２】この点は、保護キャップをプローブ本体の
先端外周域に着脱自在に外嵌する構成としたので、前記
シール材による完全シールと、測温手段の突出構成を可
能ならしめることができたものであり、しかも、保護キ
ャップによる炉内挿入中の測温手段の保護と、炉内挿入
後の保護キャップの脱落を簡単な構成で実現することが
できたものである。

【００３３】請求項２に記載の本発明によれば、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。

【００３４】請求項３に記載の本発明によれば、プロー
ブ本体の内部に発生するガスを炉外に排出せしめること
により、測温手段をガスから保護するという目的を一層
確実に達成することができる。

【００３５】請求項４に記載の本発明によれば、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】本発明の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)発明者 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)発明者 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)発明者 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)発明者 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)発明者 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紙等の断熱材から成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突出して固
   定された測温手段と、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、前記測温手段は、Ｕ形保護管に収納された
   熱電対と、該熱電対を支持する碍子から成る支持体とか
   ら構成され、該支持体を前記プローブ本体に挿入して成
   り、プローブ本体の先端部は、外管の外周面から、プロ
   ーブ本体の先端面を経て、前記支持体に至り、シール材
   により気密的にシールされて成り、前記保護キャップ
   は、プローブ本体の先端外周域に着脱自在に外嵌されて
   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】 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又は３に記載の高炉
   の炉下部における測温用プローブ。