JPH09280960A

JPH09280960A - 光ファイバ用の先端ガイド装置

Info

Publication number: JPH09280960A
Application number: JP11198896A
Authority: JP
Inventors: Tsukuru Wakai; 造若井; Shigeru Wakita; 茂脇田; Zenkichi Yamanaka; 善吉山中; Akira Matsubayashi; 明松林; Akinori Kaibara; 昭典開原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd; Fukuyama Kyodokiko Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp; Fukuyama Kyodokiko Corp
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバを先端ガイド１９でガイドして溶融
金属内に送り出し、溶融金属内の熱放射口が光ファイバ
の先端から取り込まれ放射温度計に導かれて、溶融金属
内の温度が測定される装置に使用される前記先端ガイド
の冷却機能を十分なものにする。【解決手段】この先端ガイド１９は三重構造となってい
る。即ち、光ファイバを通す内筒３１には、ノズル５１
から第一の冷却媒体（例えばエア）が吹き込まれ断熱膨
脹して周囲から熱を奪ったのち、先端開口５７から排出
される。また、内筒３１と同心状に配置される中筒３３
および外筒３５には第二の冷却媒体が送入口４８から送
入され、排出口５０から排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば溶融金属
の温度測定装置などで用いられる光ファイバを溶融金属
内に送り込む際に、光ファイバの先端をガイドする光フ
ァイバ用の先端ガイド装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属内の温度を測定するための溶融
金属温度測定装置では、光ファイバの先端を溶融金属内
に所定の速度で送り込み溶融させながら、光ファイバの
先端から取り込まれた熱放射光を放射温度計に導いて温
度の測定を行う。

【０００３】このような光ファイバを用いた溶融金属温
度測定装置は、例えば高炉から流れ出す溶銑の温度を測
定するためにも用いられる。即ち、高炉操業において
は、炉内に鉄鉱石、コークス、その他石灰石等の副原料
を充填し、炉の下部から熱風を吹き込んでコークスを燃
焼させ、発生する熱と還元ガスにより鉄鉱石を還元させ
て溶銑を得ている。

【０００４】この溶銑は、炉の下部に設けられた出銑口
から鉱滓とともに取り出され、通常この操作を出銑と呼
んでいる。コークスの燃焼に伴い炉内の充填物が降下す
るので、炉の上部から原料等を装入し適性な充填物レベ
ルを保持している。

【０００５】高炉操業では、このような物質収支、熱収
支等を始め種々のバランスを保ちながら定常操業を行う
ことが重要である。特に高炉の炉内の熱レベルは、炉内
の反応状況等の炉内状況を反映し、コークス等の消費量
に影響する。そこで、高炉の熱レベルを正確に把握する
ことは、炉内状況の変化の早期検知や原料コストの低減
の観点から非常に重要である。

【０００６】高炉の熱レベルは、生成した溶銑の温度に
顕著に現れることから、高炉内の溶銑温度を正確に測定
することが重要である。高炉内の溶銑温度を正確に測定
するために、出銑口から噴出している溶銑の温度を正確
に測定する。そこで、光ファイバの先端を所定の速度で
溶銑噴流内に送り込み溶融させながら、光ファイバの先
端からとり込み、光ファイバを通って導かれた溶銑噴流
内の熱放射光を放射温度計で測定する。この時、光ファ
イバが溶銑噴流の動圧によって噴流外に弾き出された
り、折れたりすることがないように、光ファイバの外周
を金属管で被覆する。

【０００７】このような技術は、例えば特開平７−２４
３９１２号公報に記載されている。即ち、図６示すよう
に、ボビン１に巻かれた金属管被覆光ファイバ３が、モ
ータ５によって回転されるピンチロール７などで構成さ
れる送り出し機構９によって送り出され、先端ガイド１
１を通って溶銑噴流内１３に送り込まれる。先端ガイド
１１は駆動装置１４によって駆動され、溶銑噴流１３の
中心に金属管被覆光ファイバ３が正しく送り込まれるよ
うにガイドを行う。

【０００８】そして、前記先端ガイド１１は、光ファイ
バ３をガイドするガイドパイプ１５の先端に耐火物１７
が設けられる。ガイドパイプ１５用には冷却のためのガ
スが通される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先端に
設けられる耐火物１７は、耐熱性があるものの蓄熱して
自らの温度は昇温してしまう。また、ガイドパイプ１５
に単に冷却のためのガスを流すだけでは、十分な冷却が
行われにくいものであった。このため内部を通る光ファ
イバの温度も上昇してしまうものであった。

【００１０】そして、光ファイバ３は通常ＵＶ（ウルト
ラバイオレット）あるいはＰＩ（ポリイミド）などの被
覆材によって被覆を行い、光の伝達性向上などを図って
いる。これら被覆材の耐熱温度が１００度〜２００度と
低いため、前記したように光ファイバの温度が上昇して
しまうと問題となる。

【００１１】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、十分な冷却効果を有する光ファイバ
先端ガイド装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、以上の目的
を達成するためのものである。即ち、光ファイバを先端
ガイドでガイドして溶融金属内に送り出し、溶融金属内
の熱放射光が光ファイバの先端から取り込まれ光ファイ
バを通って放射温度計に導かれて、溶融金属内の温度が
測定される溶融金属温度測定装置に使用される前記先端
ガイドにおいて、光ファイバを通す内筒と、この内筒に
第一の冷却媒体を吹き込み断熱膨脹させるためのノズル
と、第一の冷却媒体を排出するため光ファイバの径より
大きな径を有する先端開口と、前記内筒の外周に同心状
に配置される中筒および外筒と、前記中筒および外筒に
設けられ第二の冷却媒体を送入する送入口および排出す
る排出口と、を備えたことを特徴とする光ファイバ用の
先端ガイド装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１乃至図５に示す。まず図５において、この実施形態に
係る光ファイバ先端ガイド装置１９を使用する溶融金属
温度測定装置の全体概要を説明する。

【００１４】なお、この発明に係る光ファイバ先端ガイ
ド装置１９は、必ずしも金属管被覆光ファイバ３をガイ
ドするものである必要はなく、金属管で被覆されない単
なる光ファイバをガイドするものであっても良い。しか
し、この実施形態においては溶融金属温度測定装置が溶
銑噴流１３内の温度を測定するものであるため、溶銑噴
流１３によって光ファイバが弾き出されたり折れたりし
ないようにするために金属管被覆光ファイバ３を用いる
ものとする。

【００１５】金属管被覆の光ファイバ３はボビン１に巻
かれている。光ファイバ３の巻き始めの部分すなわち後
端部分はボビン１の外側面に取り付けられた放射温度計
を構成する光／電流変換器（図示せず）に接続されてい
る。この光／電流変換器は、ボビン１の回転軸付近に設
けられた図示しない回転コネクタを介して外部に取り出
される。図示しない回転式光コネクタによって固定側の
光ファイバと光学的に接続されている。この固定側の光
ファイバは更に、図示しない放射温度計に接続されてい
る。

【００１６】光ファイバの素線は石英ガラス製の直径５
０μｍで被覆管はステンレス製で外径３．６ｍｍ、肉厚
０．２ｍｍである。光ファイバ１の巻き出される側は押
さえローラ２３によって押さえられ、巻出し位置が一定
とされる。巻き出された光ファイバ３は送出路２５よっ
て送り出される。

【００１７】この送出路２５は、直線部２７と屈曲部と
からなる。直線部２７はステンレス製のガイド管によっ
て構成される。屈曲部は、可とう式光ファイバガイド管
２１によって構成される。このような直線部２７と屈曲
部があるガイド管２１を組み合わせることで、任意の形
状の送出路２５を設けることが可能となる。

【００１８】送出路２５の先端側にはピンチローラ７か
らなる送り出し機構９が設けられ、金属管被覆の光ファ
イバ３を挟み、図示しないモータにより回転されること
で光ファイバ３を所定の速度で送り出す。

【００１９】ピンチローラ７から送り出された光ファイ
バ３は、更に可とう式光ファイバガイド管２１を経て、
この実施形態に係る光ファイバ先端ガイド装置１９に送
り込まれる。この光ファイバ先端ガイド装置１９が支点
２９回りに回動可能となっており、駆動装置１５により
回動し、首振り動作を行う。この首振り動作により光フ
ァイバ３の先端は正確に溶融金属である溶銑噴流１３内
に送り込まれ得る。次に、この実施形態に係る光ファイ
バ先端ガイド装置１９を図１乃至図３において説明す
る。

【００２０】この光ファイバガイド装置１９は図３に示
すように全体が棒状をしており、内部に光ファイバ３が
ガイドされる。内部の構造は、図１に示すように、同心
状に配置される内筒３１、中筒３３、及び外筒３５から
なる三重構造となっている。内筒３１は光ファイバ３を
通すと共に、第一の冷却媒体であるエアが吹き込まれ
る。中筒３３および外筒３５は、光ファイバガイド装置
１９の先端の部分で連通しており、第二の冷却媒体であ
るエアが吹き込まれる。

【００２１】光ファイバガイド装置１９の先端部３７
は、先端部３７の外筒３５´に設けられた雄ネジ３９
と、本体部の外筒３５に設けられた雌ネジ４１との螺合
によって着脱自在となっている。また、先端部３７と本
体部とが突き合わされる部分には、純銅からなるパッキ
ン４２が配置される。この先端部３７の内筒３１’は、
本体部の内筒３１が送入され嵌合する形状となってい
る。

【００２２】この嵌合される先端部３７の内筒３１’
は、内周面がテーパー状になっており、送られてくる光
ファイバ３が引っ掛からないようになっている。中筒３
３は、先端部３７と本体部とで共有される。

【００２３】内筒３１、中筒３３、および外筒３５は、
内筒３１の外周面および中筒３３の外周面にそれぞれ取
り付けられるスペーサ４３、４５によって半径方向の距
離を一定に保持した状態となる。

【００２４】光ファイバガイド装置１９のベース部で
は、外筒３５は行き止まりになって中筒３３の外周に溶
接された後、露出した中筒３３と内筒３１がベース部４
７に溶接されている。中筒３３の露出した部分には、第
二の冷却媒体であるエアを送入する送入口４８が形成さ
れている。外筒３５の行き止まりの付近には、第二の冷
却媒体であるエアを排出する排出口５０が形成されてい
る。

【００２５】ベース部には内筒３１が連通し、光ファイ
バ３が通るための孔４９が形成される。さらに、この孔
４９に連通するノズル５１が形成される。ノズル５１の
径は例えば２ｍｍであり、例えば１２個が孔４９を取り
囲んで、円周上に均等に配置される。各ノズル５１の方
向は、孔４９を中心にして螺旋方向である。

【００２６】そして、このノズル５１から、第一の冷却
媒体であるエアを孔４９および内筒３１内に向かって吹
き込み、断熱膨脹させる。この断熱膨脹により、吹き込
まれたエアは周囲の熱を吸収できる。エアは熱を吸収し
つつ螺旋方向に吹き出され、光ファイバ３を冷却する。
ノズル５１は、ベース部４７の外周部分に形成されるポ
ート５３に連通し、更に第一の冷却媒体の送入口５５に
連通する。

【００２７】また、ベース部における内筒３１が連通す
る孔４９の内径は例えば４ｍｍであるが、先端部３７に
おける内筒３１の内径は５ｍｍである。このため例えば
金属管被覆の光ファイバ３の外径が３．６ｍｍとする
と、金属管被覆光ファイバ３と内筒３１あるいは孔４９
の間の隙間は、ベース部よりも先端部３７のほうが大き
いこととなり、吹き込まれた第一の冷却媒体は先端部３
７の先端開口５７から排出されることとなる。

【００２８】先端開口５７において、排出されるエアは
流速が高いため、光ファイバ３はこのエアの動圧に押さ
れて内筒３１’の中心に位置される。このため光ファイ
バ３は内筒３１’との接触抵抗がなく、スムーズに送り
出される。尚、このエアは流量が少ないため、排出後は
拡散し、溶銑噴流１３（図５）を冷却することはない。

【００２９】一方、第二の冷却媒体であるエアは送入口
４８から送入されるが、送入口４８にオリフィス５９が
形成されているため、送入されたエアは断熱膨脹して周
囲から熱を吸収する。そして、エアは中筒３３を通り、
あまり昇温しないまま先端部３７まで到達する。ここで
方向を１８０度変え、外筒３５を通って冷却効果を発揮
して排出口５０から排出される。

【００３０】以上説明したように、この実施形態によれ
ば第一の冷却媒体であエアは内筒３１において光ファイ
バ３を冷却すると同時に、第二の冷却媒体であるエアが
中筒３３と外筒３５自体を冷却する。このように冷却を
別個に行うことにより、冷却機能をより高めることがで
きる。

【００３１】また、このように光ファイバ３と先端ガイ
ドとの冷却を別個に行うことで、光ファイバ３を冷却す
る第一の冷却媒体の流量を押えつつ、流速を十分に確保
することができる。流量を押えることで溶銑噴流１３を
冷却してしまうという弊害が抑えられる。また、流速を
十分に確保することで断熱膨脹による冷却効果を十分に
得られる。

【００３２】また、第二の冷却媒体は送入が中筒３３に
対して行われることで、あまり昇温しないまま先端部３
７へ到達するので、先端部３７における熱交換が積極的
に行われ、全体として冷却効果を高められる。

【００３３】このようにこの実施形態では十分な冷却効
果を得ることができるので、図４に示すような優れた実
験結果を得られた。即ち、図６に示す従来の先端ガイド
１１によれば溶銑噴流３に近付いて２０分測定を行う
と、送り出されつつある光ファイバ３の温度が１００度
の限界に達するので、その後、先端ガイド１１を退避さ
せ約１０分間冷却させる必要があった。

【００３４】これを繰り返すことで断続的な温度測定し
か行えないものであった。これに対し、この実施形態に
よれば十分な冷却効果を得るため、光ファイバ３の温度
上昇は約７０度に押えられ、連続した温度測定が可能と
なった。

【００３５】また、光ファイバガイド装置１９の先端部
３７は本体部に対し着脱自在であることから、自由に交
換でき、溶銑粒の付着、成長により内筒３１’が閉塞し
た場合には、先端部３７のみを交換することで、その他
の部分は再使用することが可能となった。

【００３６】上記において冷却媒体としてエアーを使用
しているが、エアーは安価であり望ましい冷却媒体であ
る。しかし、窒素でもアルゴンガスでもよいことは言う
までもない。エアー等のガスを使用する場合にはガスの
断熱膨張を利用して冷却効果を得るために、ガスの圧力
は、５ｋｇｆ／ｃｍ²以上が望ましい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光ファイバが通る内筒を第一の冷却媒体で冷却し、
中筒と外筒を第二の冷却媒体で冷却することにより、言
わば光ファイバと先端ガイドとを別個に冷却する構造と
なっているため、冷却機能を向上できる。また、第一の
冷却媒体はノズルを介して吹き込まれ断熱膨脹すること
で周囲から熱を奪い、冷却効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る光ファイバ先端ガイ
ド装置の全体縦断面図であり、（Ａ）は先端部分の縦断
面図、（Ｂ）はベース部付近の縦断面図である。

【図２】図１の要部を示すもので（Ａ）は純銅からなる
パッキンの断面図、（Ｂ）は先端部の着脱自在となる構
造を示す外観図、（Ｃ）は横断面図である。

【図３】図１の先端ガイド全体の外観図である。

【図４】この実施形態の効果を示すグラフである。

【図５】この実施形態の光ファイバ先端ガイド装置が使
用される溶融金属温度測定装置の全体概略図である。

【図６】従来の溶融金属温度測定装置の全体概略図であ
る。

【符号の説明】

１ボビン３金属管被覆
の光ファイバ５モータ７ピンチロー
ラ１１先端ガイド１３溶銑噴流
（溶融金属）１９光ファイバ先端ガイド装置３１内筒３３中筒３５外筒３７先端部３９雄ネジ４１雌ネジ４８、５５送
入口５０排出口５１ノズル５７先端開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山中善吉東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者松林明広島県福山市鋼管町１番地福山共同機工株式会社内 (72)発明者開原昭典広島県福山市鋼管町１番地福山共同機工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバを先端ガイドでガイドして溶
融金属内に送り出し溶融させながら、溶融金属内の熱放
射光を光ファイバの先端から取り込み、光ファイバを通
って放射温度計に導き、溶融金属内の温度を測定する溶
融金属温度測定装置に使用される前記先端ガイドにおい
て、光ファイバを通す内筒と、この内筒に第一の冷却媒体を
吹き込み断熱膨脹させるためのノズルと、第一の冷却媒
体を排出するため光ファイバの径より大きな径を有する
先端開口と、前記内筒の外周に同心状に配置される中筒
および外筒と、前記中筒および外筒に設けられ第二の冷
却媒体を送入する送入口および排出する排出口と、を備
えたことを特徴とする光ファイバ用の先端ガイド装置。