JPH08303964A - 金属溶融設備における漏洩検知センサー装置 - Google Patents

金属溶融設備における漏洩検知センサー装置

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JPH08303964A
JPH08303964A JP13277195A JP13277195A JPH08303964A JP H08303964 A JPH08303964 A JP H08303964A JP 13277195 A JP13277195 A JP 13277195A JP 13277195 A JP13277195 A JP 13277195A JP H08303964 A JPH08303964 A JP H08303964A
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JP
Japan
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metal
molten metal
insulator
protective cap
detection sensor
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JP13277195A
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English (en)
Inventor
Ikuhei Sakaguchi
育平 阪口
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KAWASOU DENKI KOGYO KK
Original Assignee
KAWASOU DENKI KOGYO KK
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Publication date
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  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属設備において、誤動作を生じない反
面、リアルタイムで溶融金属の漏洩を検知できるように
した漏洩検知センサー装置を提供する。 【構成】 電極を炭素粒子等の塵芥から保護するキャッ
プが、溶解炉の操業温度下では溶融しないが、漏洩した
溶融金属が接触すると合金化されることにより融点を低
下せしめ、前記操業温度の下で溶融せしめられる構成で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属溶融設備における
漏洩検知センサー装置、即ち、黒鉛坩堝等を用いた金属
溶融設備において坩堝からの溶融金属の漏洩を検知する
ためのセンサー装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウムやその合金、或いは
銅やその合金等の金属を溶解するための溶解炉が知られ
ている。このような溶解炉は、金属を溶解すると共に該
溶融金属を収容する黒鉛坩堝を、電気ヒータを装備した
鋼製容器内に隙間をおいて配置している。前記隙間は、
膨張差を吸収すると共に坩堝の交換を容易にするための
ものであり、該隙間内における数個所において黒鉛坩堝
と鋼製容器の両者を支持部材により保持している。
【0003】ところで、前記坩堝は、金属を溶解するた
め、長時間、常に、高温環境下にさらされ、その結果、
寿命が8〜10カ月程度であるといわれている。
【0004】そこで、黒鉛坩堝は、寿命末期になると減
肉し、脆弱化され、亀裂その他の部分的な損傷個所から
溶融金属を漏洩するという問題がある。漏洩した溶融金
属は、前記隙間に流入するため、外部からは漏洩の事実
を肉眼で視認することができない。
【0005】然しながら、溶融金属が漏洩しているにも
拘わらず、そのまま操業を継続すると、前記隙間に滞留
した溶融金属が鋼製容器を損傷せしめ、遂には鋼製容器
を破って溶融金属が外部に流出し、大事故を招来する危
険がある。
【0006】このような事故を防止するためには、リア
ルタイムでの坩堝損傷の検知が不可欠である。蓋し、検
知が遅れると、坩堝だけでなく耐火物や鋼製容器の損傷
が既に進行しており、補修すべき交換個所が広がり過ぎ
ているため、極めて不経済となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一方、リアルタイムで
の漏洩を検知するため、炉壁や炉底部に導電性検知エレ
メントを絶縁性シートに配設して成る検知網を埋め込ん
だものや、或いは、図15及び図16に示すような漏洩
検知センサー1が提案されている。
【0008】前記漏洩検知センサー1は、絶縁体2に挿
通された一対の導線3、3から成るエレメント4を構成
し、該エレメント4の先端に導線3、3を突出せしめた
電極5を備えている。そこで、一対のエレメント4、4
を、黒鉛坩堝6と鋼製容器7の間に形成された隙間8に
挿入し、両エレメント4、4の電極5、5を非接触状態
で隙間8に配置せしめている。尚、図15において、絶
縁体2は長尺の絶縁碍子により構成され、図16におい
て、絶縁体2は列設された多数の短尺の絶縁碍子により
構成されている。
【0009】そこで、黒鉛坩堝6が損傷し、溶融金属9
が漏洩して隙間8に流入すると、電極5、5が漏洩した
溶融金属により電気的に短絡されるので、これを検知器
10により検知することができる。
【0010】然しながら、本発明者らが知見したところ
によると、このような漏洩検知センサー1は、誤動作を
生じる虞れがあり、誤動作を起こすたびに操業を停止
し、点検を行わなければならないという重大な問題があ
る。
【0011】即ち、前述のように、一対の電極5、5
は、隙間8内において操業雰囲気に直接さらされてお
り、これに対して、隙間8の空間には、黒鉛坩堝6から
乖離した炭素粒子が浮遊すると共に、それが酸化された
二酸化炭素或いは一酸化炭素が満たされた状態にある。
このような炭素粒子の乖離は、黒鉛坩堝6が高温環境下
に長期間さらされるに従い顕著となる。このため、溶融
金属の漏洩の事実がなくても、電極5、5に炭素粒子が
付着し堆積すると、電極5、5間における短絡状態を起
こして誤動作を生じることになる。或いは、電極5、5
が黒鉛坩堝6又は鋼製容器7の壁面の近くに配置されて
いる場合には、付着堆積して成長した炭素粒子が該壁面
に接し、該壁面を介して電極5、5が短絡し誤動作を招
来することになる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決した金属溶融設備における漏洩検知センサー装置を提
供するものである。
【0013】そこで、本発明が手段として構成したとこ
ろは、金属(N)を収容する坩堝を外容器に隙間をおい
て配置し、該隙間内の操業温度(Ta)を金属(N)の
融点(mpN)よりも高く維持して成る金属溶融設備に
おいて、前記隙間内に設けた漏洩検知センサーが、絶縁
体と、該絶縁体に挿通されると共に先端に絶縁体から突
出する電極を備えた導線と、前記電極を非接触状態で密
封する金属製の保護キャップとを備えて成り、前記保護
キャップの素材を構成する金属(M)は、該金属(M)
の融点(mpM)を前記操業温度(Ta)よりも高いも
のとするが、該金属(M)に前記溶融金属(N)を接触
せしめて合金化したとき、該合金(M−N)の融点(L
T)を前記操業温度(Ta)よりも低くする金属から選
ばれて成る点にある。
【0014】本発明の第一の実施例において、溶融金属
の主成分がAlであるとき、前記保護キャップの金属素
材を構成する金属主成分は、Ag、Au、Cu、Ni、
Feから選ぶことができる。
【0015】本発明の第二の実施例において、溶融金属
の主成分がCuであるとき、前記保護キャップの金属素
材を構成する金属主成分は、Ni、Ti、Feから選ぶ
ことができる。
【0016】本発明の第三の実施例において、溶融金属
の主成分がZnであるとき、前記保護キャップの金属素
材を構成する金属主成分は、Alから選ぶことができ
る。
【0017】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を
詳述する。
【0018】図1に示すように、金属溶融設備11は、
溶融金属(N)12を収容した坩堝13を外容器14に
隙間15をおいて配置し、該隙間15内の操業温度(T
a)を金属(N)の融点(mpN)よりも高く維持する
ものである。このような金属溶融設備11は、アルミニ
ウムやその合金、銅やその合金、亜鉛やその合金等の金
属を溶解するための溶解炉として公知のものであり、坩
堝13が黒鉛坩堝、外容器14が鋼製容器から成り、図
示しないが、外容器14には電気ヒータが装備されてい
る。尚、前記隙間15内における数個所において、坩堝
13と外容器14を相互に支持部材により保持してい
る。
【0019】本発明の漏洩検知センサー装置16は、前
記隙間15内の1個所又は複数個所に内挿し装着されて
いる。
【0020】(第1実施態様)図1に示す第1実施態様
において、漏洩検知センサー装置16は、絶縁体17
と、該絶縁体17に挿通され先端に絶縁体17から突出
する一対の電極19、19を構成する2本の導線18
a、18bと、前記電極19、19を非接触状態で密封
する金属製の保護キャップ20とを備えている。
【0021】このような漏洩検知センサー装置16は、
例えばシース熱電対やMIケーブル等を基本材料として
構成することが可能であり、先端部において熱電対の場
合の温接点を形成せしめないで、各素線を相互に接触し
ないように且つ絶縁体17の先端から露出するように突
出せしめることにより簡単に形成することができる。し
かも、これにより、隙間15内における溶融金属(N)
12の融点(mpN)を越える操業温度(Ta)に相当
する高温雰囲気と、過酷な炭化還元雰囲気に長期間耐え
ることができる。
【0022】前記保護キャップ20は、隙間15におけ
る雰囲気中の炭素粒子が電極19、19に付着すること
を防止するためのものであり、前記電極19、19に接
触しない状態で包囲するカップ形状に形成され、絶縁体
17の先端部に装着され、これにより電極19、19を
保護キャップ20内に密封する。保護キャップ20は、
隙間15内における操業温度(Ta)の下では溶融せず
電極19、19を密封せしめた状態にある。即ち、保護
キャップ20の素材を構成する金属(M)は、該金属
(M)の融点(mpM)を前記操業温度(Ta)よりも
高いものとしている。然しながら、坩堝13から溶融金
属(N)12が漏洩して保護キャップ20を構成する金
属(M)に接すると、そこで合金化することにより生成
される合金(M−N)の融点(LT)を前記操業温度
(Ta)よりも低くする結果、保護キャップ20が溶融
し、電極19、19を短絡せしめるものである。
【0023】第1実施態様に基づく第1具体例は、図4
(A)に示すように、基本的にはシース熱電対と同様の
構成であり、一対の挿通孔21、21を設けた磁器製シ
ース22により絶縁体17を構成し、前記挿通孔21、
21に挿通された導線18a、18bの先端部を相互に
離間せしめた状態でシース22から突出せしめることに
より電極19、19を構成し、保護キャップ20をシー
ス22の先端に装着している。
【0024】第1実施態様に基づく第2具体例は、図4
(B)に示すように、耐熱性を有する金属製或いは磁器
製のパイプ材23に導線18a、18bを挿通せしめる
と共に、該パイプ材23の内部に絶縁性を有する粉末等
の充填剤24を充填したものであり、導線18a、18
bを埋入せしめた充填剤24により絶縁体17を構成し
ている。尚、パイプ材23に挿通された導線18a、1
8bの先端部は、相互に離間せしめた状態でパイプ材2
3から突出され、これにより電極19、19を構成し、
保護キャップ20をパイプ材23の先端に装着してい
る。
【0025】第1実施態様に基づく第3具体例は、図4
(C)に示すように、耐熱性を有する金属製の有底パイ
プ材25に導線18a、18bを挿通せしめると共に、
該パイプ材25の底部26の近傍を除いて絶縁性を有す
る粉末等の充填剤27を充填したものであり、導線18
a、18bを埋入せしめた充填剤27により絶縁体17
を構成している。導線18a、18bの先端部は、相互
に離間せしめた状態で前記絶縁体17から突出され前記
底部26の内部に非接触状態で配置される。従って、こ
の第3具体例の場合、パイプ材25に一体に形成された
底部26が保護キャップ20を構成する。
【0026】上記第1実施態様において、溶融金属12
の漏洩は、一対の電極19、19が短絡したときに検知
される。従って、図1に示すように、一対の導線18
a、18bは、容器11の外部において短絡を検知する
ための検知器28に電気的に接続される。
【0027】(第2実施態様)図2に示す第2実施態様
において、漏洩検知センサー装置16は、絶縁体17
と、該絶縁体17に挿通され先端に絶縁体17から突出
する1本の電極19を構成する1本の導線18と、前記
電極19を非接触状態で密封する金属製の保護キャップ
20とを備えている。
【0028】このような第2実施態様の具体例は、図4
(D)に示すように、耐熱性を有する金属製或いは磁器
製のパイプ材29に導線18を挿通せしめると共に、該
パイプ材29の内部に絶縁性を有する粉末等の充填剤3
0を充填したものであり、導線18を埋入せしめた充填
剤30により絶縁体17を構成している。パイプ材29
に挿通された導線18の先端部は、パイプ材29から突
出されており、これにより電極19を構成する。尚、保
護キャップ20はパイプ材29の先端に装着されてい
る。
【0029】第2実施態様においても、第1実施態様の
具体例として説明した図4(A)や図4(C)と同様の
構成を採用できることは勿論であり、2本の導線18
a、18bを1本の導線18に置換し、それに伴う設計
変更を適宜行えば良い。
【0030】ところで、第2実施態様を実施するに際し
ては、図2に示すように、少なくとも2本以上の複数の
漏洩検知センサー装置16が隙間15に装備される。こ
れにより、溶融金属12が漏洩したとき、各保護キャッ
プ20が溶融し、複数のセンサー装置16、16間にお
いて電極19、19を短絡せしめることにより、漏洩を
検知することができる。このため、複数の漏洩検知セン
サー装置16、16から延びる導線18、18は、容器
11の外部において短絡を検知するための検知器28に
電気的に接続される。
【0031】(第3実施態様)図3に示す第3実施態様
において、漏洩検知センサー装置16は、絶縁体17
と、該絶縁体17に挿通され先端に絶縁体17から突出
する1本の電極19を構成する1本の導線18と、前記
電極19を非接触状態で密封する金属製の保護キャップ
20とを備えており、前記第2実施態様と同様である。
【0032】この第3実施態様を実施するに際しては、
図3に示すように、漏洩検知センサー装置16を隙間1
5に挿入する。該漏洩検知センサー装置16から延びる
導線18が容器11の外部において検知器28に電気的
に接続されると共に、外容器14に接する短絡用導線3
0が前記検知器28に電気的に接続されている。これに
より、溶融金属12が漏洩したとき、保護キャップ20
が溶融してセンサー装置16の電極19を外容器14に
接触せしめることになるので、電極19は短絡用導線3
0との間で短絡する。
【0033】(保護キャップの構成)本発明において、
保護キャップ20は、操業雰囲気中では長期間の耐久性
を満足する一方、漏洩した溶融金属12が該保護キャッ
プ20に接すると、迅速に溶解するものでなければなら
ない。従って、溶融金属12に対して選ばれた材質でな
ければならない。
【0034】この点について、溶融金属12の融点より
も高い融点を有する金属素材(保護キャップ20)を該
溶融金属12で溶かすことは、特定の金属の組合せを条
件とするならば可能である。即ち、冶金学的に考察する
と、ある溶融金属にその溶融温度よりも高い融点を有す
る金属が接触すると、その界面において溶融金属が拡散
浸透され融点を低下せしめる金属の組合せが存在してい
る。これはいわゆる金属が合金化されるときの原理と同
様であり、合金化された部分の融点が低下する金属の組
合せがある。
【0035】そこで、上述のように金属溶融設備11の
隙間15に漏洩検知センサー16を内挿した第1〜3実
施態様のような構成の場合、保護キャップ20は、次の
条件を満たす金属により形成される。
【0036】即ち、保護キャップ20の素材を構成する
金属(M)は、それ自体の融点(mpM)を隙間15内
の操業温度(Ta)よりも高いものとするが、該金属
(M)に溶融金属(N)を接触せしめて合金化したと
き、該合金(M−N)の融点(LT)を前記操業温度
(Ta)よりも低くする金属から選ばれている。
【0037】従って、mpM>Taであるから、保護キ
ャップ20は、隙間15内で常時は溶融されることなく
電極19を被い保護している。然しながら、坩堝13か
ら溶融金属12が漏洩すると、漏洩した溶融金属12は
保護キャップ20に接し、そこで保護キャップ20を構
成する金属Mを合金化することにより合金(M−N)を
生成するが、合金の融点LTは低下し、Ta>LTとな
るから、保護キャップ20は、隙間15内の操業温度
(Ta)の下で溶融される。
【0038】(溶融金属と保護キャップの組合せ実施
例)以下、前記金属の組合せ実施例について説明する。
【0039】(溶融金属がアルミニウムの場合)溶融金
属12の主成分(N)がAlである場合、Alの融点
(mpN)は660度Cであるから、例えば溶解炉の操
業温度(Ta)を約800度Cとしたとき、保護キャッ
プ20の金属素材を構成する金属主成分(M)は、A
g、Au、Cu、Ni、Feの一つ又は複数から選ぶこ
とができる。
【0040】即ち、このような金属(M)であれば、下
記の表1及び図5ないし9に示す通り、溶融アルミニウ
ムの漏洩を検知するに際し、本発明の目的を達する保護
キャップ20を提供できる。
【0041】
【表1】
【0042】(溶融金属が銅の場合)溶融金属12の主
成分(N)がCuである場合、Cuの融点(mpN)は
1083度Cであるから、例えば溶解炉の操業温度(T
a)を約1300度Cとしたとき、保護キャップ20の
金属素材を構成する金属主成分(M)は、Ni、Ti、
Feの一つ又は複数から選ぶことができる。
【0043】即ち、このような金属(M)であれば、下
記の表2及び図10ないし13に示す通り、溶融銅の漏
洩を検知するに際し、本発明の目的を達する保護キャッ
プ20を提供できる。
【0044】
【表2】
【0045】(溶融金属が亜鉛の場合)溶融金属12の
主成分(N)がZnである場合、Znの融点(mpN)
は419度Cであるから、例えば溶解炉の操業温度(T
a)を約500度Cとしたとき、保護キャップ20の金
属素材を構成する金属主成分(M)は、Alから選ぶこ
とができる。
【0046】即ち、このような金属(M)であれば、下
記の表3及び図14に示す通り、溶融亜鉛の漏洩を検知
するに際し、本発明の目的を達する保護キャップ20を
提供できる。
【0047】
【表3】
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、電極19が保護キャッ
プ20に密封され保護されているので、黒鉛坩堝等に見
られるような炭素粒子やその他の塵芥が電極19に付着
堆積して短絡せしめ、溶融金属の漏洩の事実がないのに
警報を発する等の誤動作を生じることはない。
【0049】特に、本発明によれば、保護キャップ20
は、溶融金属(N)12との間において特定の選ばれた
金属(M)から成り、該金属(M)は、それ自体の融点
(mpM)を操業温度(Ta)よりも高いものとする
が、該金属(M)に漏洩した溶融金属(N)が接して合
金化すると、該合金(M−N)の融点(LT)を前記操
業温度(Ta)よりも低くする金属から選ばれている。
このため、保護キャップ20は、溶解炉の操業中には溶
融されることなく電極19を保護する反面、漏洩した溶
融金属12との接触を受けると操業温度の下で迅速に溶
融し、電極19を作動せしめるものであるから、安定し
た操業とリアルタイムな漏洩の検知を実現し得るものと
して極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施態様を示す縦断面図である。
【図2】本発明の第2実施態様を示す縦断面図である。
【図3】本発明の第3実施態様を示す縦断面図である。
【図4】漏洩検知センサー装置の具体例を示しており、
(A)は第1実施態様に基づく第1具体例の縦断面図、
(B)同態様に基づく第2具体例の縦断面図、(C)は
同態様に基づく第3具体例の縦断面図、(D)は第2実
施態様に基づく具体例の縦断面図である。
【図5】Ag−Al合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図6】Al−Au合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図7】Al−Cu合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図8】Al−Ni合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図9】Al−Fe合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図10】Cu−Ni合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図11】Cu−Ti合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図12】Cu−Fe合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図13】Al−Zn合金の液相線を示すグラフ図であ
る。
【図14】従来の漏洩検知センサー装置を示す縦断面図
である。
【図15】従来の漏洩検知センサー装置を示す縦断面図
である。
【符号の説明】
11 金属溶融装置 12 溶融金属 13 坩堝(黒鉛坩堝) 14 外容器(鋼製容器) 15 隙間 16 漏洩検知センサー装置 17 絶縁体 18、18a、18b 導線 19 電極 20 保護キャップ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年5月11日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【発明が解決しようとする課題】 一方、リアルタイム
での漏洩を検知するため、炉壁や炉底部に導電性検知エ
レメントを絶縁性シートに配設して成る検知網を埋め込
んだものや、或いは、図14及び図15に示すような漏
洩検知センサー1が提案されている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】 前記漏洩検知センサー1は、絶縁体2に
挿通された一対の導線3、3から成るエレメント4を構
成し、該エレメント4の先端に導線3、3を突出せしめ
た電極5を備えている。そこで、一対のエレメント4、
4を、黒鉛坩堝6と鋼製容器7の間に形成された隙間8
に挿入し、両エレメント4、4の電極5、5を非接触状
態で隙間8に配置せしめている。尚、図14において、
絶縁体2は長尺の絶縁碍子により構成され、図15にお
いて、絶縁体2は列設された多数の短尺の絶縁碍子によ
り構成されている。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属(N)を収容する坩堝を外容器に隙
    間をおいて配置し、該隙間内の操業温度(Ta)を金属
    (N)の融点(mpN)よりも高く維持して成る金属溶
    融設備において、 前記隙間内に設けた漏洩検知センサーが、絶縁体と、該
    絶縁体に挿通されると共に先端に絶縁体から突出する電
    極を備えた導線と、前記電極を非接触状態で密封する金
    属製の保護キャップとを備えて成り、 前記保護キャップの素材を構成する金属(M)は、該金
    属(M)の融点(mpM)を前記操業温度(Ta)より
    も高いものとするが、該金属(M)に前記溶融金属
    (N)を接触せしめて合金化したとき、該合金(M−
    N)の融点(LT)を前記操業温度(Ta)よりも低く
    する金属から選ばれて成ることを特徴とする金属溶融設
    備における漏洩検知センサー装置。
  2. 【請求項2】 前記溶融金属の主成分がAlとされ、前
    記保護キャップの金属素材を構成する金属主成分が、A
    g、Au、Cu、Ni、Feから選ばれて成ることを特
    徴とする請求項1に記載の金属溶融設備における漏洩検
    知センサー装置。
  3. 【請求項3】 前記溶融金属の主成分がCuとされ、前
    記保護キャップの金属素材を構成する金属主成分が、N
    i、Ti、Feから選ばれて成ることを特徴とする請求
    項1に記載の金属溶融設備における漏洩検知センサー装
    置。
  4. 【請求項4】 前記溶融金属の主成分がZnとされ、前
    記保護キャップの金属素材を構成する金属主成分がAl
    から成ることを特徴とする請求項1に記載の金属溶融設
    備における漏洩検知センサー装置。
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