JPH11326061A - 炉内溶湯の温度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉内の溶湯の正確な温度を直接にしかも瞬時
に測定できる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 溶鋼炉１の側壁に溶鋼２中に開口した二
重管羽口３を設け、通常の吹錬時には、内管３ａに酸素
ガスと窒素ガス（不活性ガス）との混合ガスを導入する
と共に、外管３ｂに羽口先端冷却用の窒素ガスを導入し
て、吹き込み羽口を維持し、温度測定時には、内管３ａ
に窒素ガス（不活性ガス）のみを導入し、その導入ガス
切り換え（吹錬停止）直後から、マッシュルームが生成
されるまでの間に、羽口先端部をＣＣＤカメラ１２にて
撮像し、得られる画像の中で最高輝度に応じた温度を溶
鋼２の温度として温度算出器１３で算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鋼転炉，溶融還
元炉，スクラップ溶解炉，電気炉等の金属精錬炉の羽口
を介して、炉内溶湯の温度を測定する方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、製鋼転炉における１チャージ当
たり約２０分間の酸素ガス吹錬作業中には、「サブラン
ス」と称する溶鋼の温度測定及び分析試料採取のための
装置が用いられることが一般的である。しかし、この装
置は、元来非連続的な使用を前提としたものであり、し
かも、採取した試料に基づいて溶湯成分の分析結果を得
るまでには最短でも５分間程度の待ち時間が必要であ
る。従って、吹錬途中１点の測温結果及び炭素量のみに
よって目標終点を予測して、製鋼制御を行うしか方法が
なかった。また、このような「サブランス」の装置は大
嵩であり、それを設置するためには背が高い工場家屋と
多額の費用とが必要である。

【０００３】短時間のガス吹錬作業中にダイナミックに
変化していく溶鋼の温度についての連続的な情報の不足
は、更にガス吹錬作業末期における終点温度の的中精度
の向上及び高速連続鋳造とのマッチングによる高能率化
を目指す上で大きな障害となっており、連続的な溶鋼の
温度測定を行える装置の開発が望まれている。

【０００４】特開昭６０−６１６３３号公報等に開示さ
れている連続的な温度測定方法として、羽口状細管の中
に設けた光ファイバを用いる方法等が試みられている。
このような温度の測定手段としては、光学的な計測装置
が適用されることが普通である。従って、これらの計測
装置の機能を完全に発揮させるためには、溶鋼側からの
放射光が常に計測装置の検出側に到達するように、羽口
状細管の炉内側前面を健全な状態に維持しなければなら
ない。よって、この羽口状細管の前面が破損していくと
いうような状態は回避しなければならない。

【０００５】このような羽口状細管としては、種々の材
質の単管、または、元来精錬用羽口として開発された２
重管羽口等が使用される。しかし、この目的の羽口は、
何れも基本的に計測装置の検出部を含む羽口を溶鋼の熱
から保護するための冷却用ガスを主体として流すもので
あるので、羽口の前面には溶鋼から固形物（いわゆるマ
ッシュルーム）が生成され、曲がりくねったガス通路、
ポーラス状のガス通路、または、完全閉塞を生じ易い。
この場合には、いわゆる「視野欠け」となって測定精度
の低下が発生し、著しい場合には溶鋼側から全く情報が
得られなくなるという事態を招来する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】羽口に備えた通常の非
接触温度計によって、金属溶湯の温度を測定する従来の
方法では、羽口前面の先端に自然生成するマッシュルー
ムの形状変化に、その測定精度が大きく影響されるの
で、安定的かつ正確な測定は不可能である。一方、視野
欠けがないマッシュルームを形成させようとする場合に
は、マッシュルームを形成させない方向へのガス吹込み
条件しか選択できないので、羽口及びその周辺の耐火物
が損耗する事態に陥る。従って、マッシュルームの形成
を防止しながら、しかも、羽口での耐火物の損耗を防止
するためには、酸素ガス，冷却ガスの流量を常に変動さ
せなければならず、面倒であるという問題がある。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、視野欠けが生じている羽口においても精度良く
溶湯の温度を測定できる炉内溶湯の温度測定方法及び装
置を提供することを目的とする。

【０００８】本発明の他の目的は、測定視野が完全に消
失した場合においても、再び測定視野を確保でき、例え
ば製鋼転炉の吹錬末期で微妙に変化する温度も精度良く
測定できる炉内溶湯の温度測定方法及び装置を提供する
ことにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、炉内溶湯の正確
な温度を測定できるので、終点温度の的中率の向上に寄
与できる炉内溶湯の温度測定方法及び装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る炉内溶湯
の温度測定方法は、精錬炉内の溶湯の温度を測定する方
法において、前記精錬炉に溶湯中に開口して設けられた
二重管羽口を用い、前記二重管羽口の一方の管に不活性
ガスを導入するかまたは不活性ガスと該不活性ガスに対
する濃度比が所定値以下である酸素ガスとの混合ガスを
導入すると共に、前記二重管羽口の他方の管に羽口冷却
用のガスを導入し、前記二重管羽口の溶湯側の画像を取
得し、取得した画像に基づいて前記溶湯の温度を測定す
ることを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る炉内溶湯の温度測定方法
は、請求項１において、酸素吹錬時には、前記一方の管
に不活性ガスと該不活性ガスに対する濃度比が所定値以
上である酸素ガスとの混合ガスを導入すると共に、前記
他方の管に羽口冷却用のガスを導入することを特徴とす
る。

【００１２】請求項３に係る炉内溶湯の温度測定方法
は、請求項１または２において、前記取得した画像内に
おいて最も高い輝度に応じた温度を、前記溶湯の温度と
して測定することを特徴とする。

【００１３】請求項４に係る炉内溶湯の温度測定装置
は、精錬炉内の溶湯の温度を測定する装置において、前
記精錬炉に溶湯中に開口して設けられており、第１の管
及び第２の管を有する二重管羽口と、前記第１の管に、
不活性ガスを導入するかまたは不活性ガスと該不活性ガ
スに対する濃度比が所定値以下である酸素ガスとの混合
ガスを導入するかの状態、及び、前記第１の管に、不活
性ガスと該不活性ガスに対する濃度比が所定値以上であ
る酸素ガスとの混合ガスを導入する状態を切り換え制御
する制御手段と、前記第２の管に、羽口冷却用のガスを
導入する手段と、前記二重管羽口の溶湯側の画像を撮影
する撮影手段と、該撮影手段での撮影画像における最大
輝度に応じた温度を前記溶湯の温度として算出する算出
手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】請求項５に係る炉内溶湯の温度測定装置
は、請求項４において、前記撮影手段はＣＣＤカメラで
あり、前記算出手段は、該ＣＣＤカメラで黒体炉を撮影
した画像における輝度と温度との関係を示す情報を有し
ていることを特徴とする。

【００１５】酸素吹錬時の羽口先端部においては、酸化
反応によって高温であるので、直接溶湯温度を測定する
ことは不可能であるが、マッシュルームは存在していな
いことに着目した。酸素吹錬を中止した直後はマッシュ
ルームが無く、羽口先端部が冷却するに伴ってマッシュ
ルームが生成して視野が狭くなっていくが、この間は部
分的ではあるが溶湯を直接観測することが可能である。
よって、視野が除々に狭くなっていく中で、２次元温度
分布測定器を用いて炉内の温度を測定し、得られる温度
分布の中の最高温度を採用すれば、マッシュルームの温
度は溶湯温度に比べて低いので、その最高温度が溶湯温
度である。

【００１６】このような知見に基づいて、本発明では、
溶鋼炉等の金属精錬炉の側壁または底部に、溶湯中に開
口する２重管羽口を設け、通常時には、その一方の管
（内管）に酸素ガスを混入し、その他方の管（外管）に
羽口先端冷却用ガスを導入して吹込み羽口を維持し、温
度測定時には、その一方の管（内管）に不活性ガスを導
入し、その不活性ガス導入直後からマッシュルームが生
成されるまでの間、羽口先端部を２次元温度分布測定器
で観測し、得られる２次元温度分布中で最も高い温度を
溶湯温度として測定する。なお、温度測定時に一方の管
（内管）に導入するガスは、不活性ガスと測定に影響が
ない濃度比まで絞った低濃度の酸素ガスとの混合ガスで
あっても良い。

【００１７】また、予め温度校正された可視光でのＣＣ
Ｄカメラを温度分布測定器として用いる場合には、赤外
線領域で一般に広く使用されている温度分布測定器に比
べて、溶湯放射率の影響を受けにくく、測定精度が高
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。

【００１９】図１は、本発明の溶湯温度測定方法の実施
状態、言い換えると、本発明の溶湯温度測定装置の構成
を示す模式図である。図において、１は本発明による温
度測定を適用する溶鋼炉である。溶鋼炉１は、耐火煉瓦
製の炉壁１ａと、その外側の鉄皮１ｂとを有し、その内
部に溶鋼２を収納している。

【００２０】溶鋼炉１の側壁には、炉壁１ａ及び鉄皮１
ｂを貫通して二重管羽口３が設けられている。二重管羽
口３の内管３ａは、内径φ８ｍｍのステンレス鋼製であ
り、二重管羽口３の外管３ｂは、内径φ１２ｍｍのステ
ンレス鋼製であり、内管３ａ，外管３ｂの長さは何れも
７００ｍｍである。

【００２１】内管３ａは、導入ガスの種類を切り換える
切換器４を介して、酸素ガス源５と窒素ガス源６とに連
通されている。切換器４と酸素ガス源５との間には、導
入する酸素ガスの流量を制御するガス制御器７が設けら
れ、同様に、切換器４と窒素ガス源６との間には、導入
する窒素ガスの流量を制御するガス制御器８が設けられ
ている。切換器４の切り換え動作によって、内管３ａへ
導入されるガスを、酸素ガス，窒素ガスの混合ガスと窒
素ガスのみとに変えられるようになっている。一方、外
管３ｂは、導入するガス流量を制御するガス制御器９を
介して、窒素ガス源１０に連通されている。このような
構成により、内管３ａには酸素ガス，窒素ガスの混合ガ
スまたは窒素ガスのみが導入され、外管３ｂには羽口冷
却用の窒素ガスが常時導入されるようになっている。

【００２２】また、内管３ａには、その炉外の開口端に
撮影用の観測窓１１ａを備えた観測箱１１が連結されて
いる。観測箱１１内には、２次元温度分布測定器として
のモノクロのＣＣＤカメラ１２が設けられている。ＣＣ
Ｄカメラ１２は、二重管羽口３の先端部における溶鋼炉
１内の溶鋼２から放射される光を、二重管羽口３（内管
３ａ），観測窓１０ａを介して取り込んで、溶鋼２の２
次元画像を取得し、取得した画像を温度算出器１３へ出
力する。

【００２３】温度算出器１３は、黒体炉内をＣＣＤカメ
ラ１２にて撮影して得られる画像における輝度と温度と
の関係を示す輝度／温度換算テーブルを有している。そ
して、温度算出器１３は、入力された画像の中の最大輝
度を検出し、輝度／温度換算テーブルを参照して、検出
した最大輝度に対応する温度を算出し、その算出結果を
表示器１４へ出力する。表示器１４は、この算出された
温度を表示する。

【００２４】次に、動作について説明する。脱炭素反応
を起こすべく酸素吹錬を行う通常時には、切換器４を酸
素ガス源５と連通する側に切り換えて、内管３ａに酸素
ガス及び窒素ガスの混合ガスを導入すると共に、外管３
ｂに羽口冷却用の窒素ガスを導入して、ガス吹き込みを
行う。この際、ガス制御器７，８，９により、例えば、
内管３ａへの酸素ガスの流量が３０Ｎｍ³ ／Ｈ，窒素ガ
スの流量が３０Ｎｍ³／Ｈ、外管３ｂへの窒素ガスの流
量が１５Ｎｍ³ ／Ｈに夫々制御される。この酸素吹錬中
は、酸化反応によって二重管羽口３の先端部は高温状態
となっているので、溶鋼２の温度を直接測定することは
できない。

【００２５】そして、酸素吹錬を中止した後に、溶鋼２
の温度測定を実施する。この酸素吹錬の中止直後は、二
重管羽口３の先端部にマッシュルームは生成されていな
い。まず、切換器４を酸素ガス源５と連通しない側に切
り換えて、内管３ａに窒素ガスのみを導入できるように
する。そして、内管３ａに窒素ガスを導入すると共に、
外管３ｂに羽口冷却用の窒素ガスを導入する。この際、
ガス制御器８，９により、例えば、内管３ａへの窒素ガ
スの流量が３０Ｎｍ³ ／Ｈ、外管３ｂへの窒素ガスの流
量が１５Ｎｍ³ ／Ｈに夫々制御される。

【００２６】二重管羽口３の先端部における溶鋼２から
放射された光は、二重管羽口３（内管３ａ），観測窓１
１ａを介して、観測箱１１内に設けられたＣＣＤカメラ
１２に入射され、ＣＣＤカメラ１２にて溶鋼２が撮像さ
れる。取得された２次元の画像データはディジタルデー
タとして、温度算出器１３へ出力される。

【００２７】温度算出器１３では、入力された画像デー
タにおける最大の輝度レベルが検出され、予め準備して
おいた輝度／温度換算テーブルを参照することにより、
検出された輝度レベルに対応する温度が算出される。マ
ッシュルームの温度は溶鋼２の温度に比べて低いので、
得られる２次元温度分布の中の最高温度が溶鋼２の温度
に相当する。

【００２８】このようにして算出された温度は、表示器
１４へ出力され、表示器１４にその結果が表示される。
以上のようにして、溶鋼２の温度を、直接的にしかも瞬
時に測定することが可能である。

【００２９】なお、上記例では、二重管羽口３を溶鋼炉
１の側壁に設けることとしたが、溶鋼炉１の底壁に二重
管羽口３を形成するようにしても良い。

【００３０】また、上記例では、温度測定時に内管３ａ
に窒素ガスを導入するような構成にしたが、溶鋼２と反
応しないＡｒガス等の他の不活性ガスを内管３ａに導入
するようにしても良い。また、温度測定時に、温度測定
に影響を及ぼさない濃度比まで酸素ガスの濃度を低減さ
せる場合には、窒素ガス等の不活性ガスと酸素ガスとの
混合ガスを内管３ａに導入するようにしても、溶鋼２の
温度を測定することは可能である。

【００３１】以下、本発明の測定結果について説明す
る。図２は、本発明にて溶鋼２の温度を連続して測定し
た場合の測定値変化を示すグラフである。また、図３
は、比較例としての従来例（羽口に設けた通常の単色放
射温度計にて温度測定）にて溶鋼２の温度を連続して測
定した場合の測定値変化を示すグラフである。

【００３２】本発明による測定方法では、酸素吹錬時は
酸化反応によって２０００℃以上であり、溶鋼２の温度
を反映した測定値とはなっていないが、酸素吹錬停止後
の数十秒間のマッシュルーム生成期間中は、サンプリン
グ測温値と一致した測定値が得られている。同様の温度
測定試験を２０回行った場合、サンプリング測温値との
誤差は±１０℃以内であることが分かった。

【００３３】これに反して、従来例による測定方法で
は、酸素吹錬停止後にその測定値は下がっていき、溶鋼
２の温度を反映するような測定値が得られていない。こ
れは、羽口先端部の冷却に伴って羽口の周辺部からマッ
シュルームが成長し、視野欠けが発生して、溶鋼２から
の放射光の一部しか単色放射温度計に届いていないこと
が原因である。

【００３４】また、ある試験炉を用いて、本発明による
温度測定値と実際のサンプリング測温値との関係を調べ
た。その結果を、図４に示す。吹錬停止直前に試験的に
実施したサンプリング測温値と比較しても、その誤差は
±１０℃以内に留まり、また、ばらつきも少ない。これ
は、本発明による方法が、溶鋼２からの放射光の視野面
積変化に影響されずに温度測定が可能であることを示し
ている。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明では、炉内の溶湯の
正確な温度を直接にしかも瞬時に測定することができ
る。よって、安定的な吹錬の実施と終点温度の的中率向
上とが可能となり、精錬コストの低下にも寄与できる
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶湯温度測定方法の実施状態（本発明
の溶湯温度測定装置の構成）を示す模式図である。

【図２】本発明にて連続測定した溶鋼の温度測定値変化
を示すグラフである。

【図３】従来例にて連続測定した溶鋼の温度測定値変化
を示すグラフである。

【図４】本発明の測定精度を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 溶鋼炉 ２ 溶鋼 ３ 二重管羽口 ３ａ 内管 ３ｂ 外管 ４ 切換器 ５ 酸素ガス源 ６，１０ 窒素ガス源 １２ ＣＣＤカメラ １３ 温度算出器 １４ 表示器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精錬炉内の溶湯の温度を測定する方法に
   おいて、前記精錬炉に溶湯中に開口して設けられた二重
   管羽口を用い、前記二重管羽口の一方の管に不活性ガス
   を導入するかまたは不活性ガスと該不活性ガスに対する
   濃度比が所定値以下である酸素ガスとの混合ガスを導入
   すると共に、前記二重管羽口の他方の管に羽口冷却用の
   ガスを導入し、前記二重管羽口の溶湯側の画像を取得
   し、取得した画像に基づいて前記溶湯の温度を測定する
   ことを特徴とする炉内溶湯の温度測定方法。
2. 【請求項２】 酸素吹錬時には、前記一方の管に不活性
   ガスと該不活性ガスに対する濃度比が所定値以上である
   酸素ガスとの混合ガスを導入すると共に、前記他方の管
   に羽口冷却用のガスを導入する請求項１記載の炉内溶湯
   の温度測定方法。
3. 【請求項３】 前記取得した画像内において最も高い輝
   度に応じた温度を、前記溶湯の温度として測定する請求
   項１または２記載の炉内溶湯の温度測定方法。
4. 【請求項４】 精錬炉内の溶湯の温度を測定する装置に
   おいて、前記精錬炉に溶湯中に開口して設けられてお
   り、第１の管及び第２の管を有する二重管羽口と、前記
   第１の管に、不活性ガスを導入するかまたは不活性ガス
   と該不活性ガスに対する濃度比が所定値以下である酸素
   ガスとの混合ガスを導入するかの状態、及び、前記第１
   の管に、不活性ガスと該不活性ガスに対する濃度比が所
   定値以上である酸素ガスとの混合ガスを導入する状態を
   切り換え制御する制御手段と、前記第２の管に、羽口冷
   却用のガスを導入する手段と、前記二重管羽口の溶湯側
   の画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段での撮影画像
   における最大輝度に応じた温度を前記溶湯の温度として
   算出する算出手段とを備えることを特徴とする炉内溶湯
   の温度測定装置。
5. 【請求項５】 前記撮影手段はＣＣＤカメラであり、前
   記算出手段は、該ＣＣＤカメラで黒体炉を撮影した画像
   における輝度と温度との関係を示す情報を有している請
   求項４記載の炉内溶湯の温度測定装置。