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技術 溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置

出願人 日鉄日新製鋼株式会社川惣電機工業株式会社
発明者 温品法明本田裕樹中北済杉本智史
出願日 2017年8月30日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2017-165239
公開日 2019年3月22日 (3ヶ月経過) 公開番号 2019-045173
状態 未査定
技術分野 放射温度計
主要キーワード 温度差異 赤外線放射エネルギー 連続測定装置 赤外放射温度計 アルミナ系耐火物 色温度計 耐ヒートショック性 単管構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年3月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

溶融金属の正確な温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置を提供する。

解決手段

本発明の溶融金属の連続測温プローブ1は、先端部が閉鎖された保護管2の後端部に放射温度計3が配置されている。この連続測温プローブ1において、保護管2は、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成されている。また、本発明の溶融金属の連続測温装置は、連続測温プローブ1を備えている。本発明の溶融金属の連続測温プローブ1及び連続測定装置は、タンディッシュ等の連続鋳造設備内の溶融金属を測温するのに適している。

概要

背景

連続鋳造において、溶融金属の温度は、安定操業品質などを決定付ける重要な因子であることから、溶融金属の温度を常に正確に把握する必要がある。
従来、溶融金属の測温方法として、消耗型熱電対プローブ溶融金属中に浸漬させて測温する方法が一般に知られている。この測温方法は、精度の高い測温を行うことが可能であるものの、熱電対が消耗するまでの僅かな時間に温度を読み取らなければならない。したがって、この測温方法では、連続測温を行うことができない。
そこで、特許文献1は、先端部が閉鎖された保護管後端部に放射温度計が配置された連続測温プローブを用いた測温方法を提案している。また、特許文献2は、先端部が閉鎖され且つ後端部に放射温度計が配置された内管と、先端部が閉鎖され且つ内管を保護する外管とからなる二重管構造を有する連続測温プローブを用いた測温方法を提案している。

概要

溶融金属の正確な温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置を提供する。本発明の溶融金属の連続測温プローブ1は、先端部が閉鎖された保護管2の後端部に放射温度計3が配置されている。この連続測温プローブ1において、保護管2は、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成されている。また、本発明の溶融金属の連続測温装置は、連続測温プローブ1を備えている。本発明の溶融金属の連続測温プローブ1及び連続測定装置は、タンディッシュ等の連続鋳造設備内の溶融金属を測温するのに適している。

目的

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

先端部が閉鎖された保護管後端部に放射温度計が配置された溶融金属の連続測温プローブであって、前記保護管が、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成されていることを特徴とする溶融金属の連続測温プローブ。

請求項2

先端部が閉鎖され且つ後端部に放射温度計が配置された内管と、先端部が閉鎖され且つ前記内管を保護する外管とからなる二重管構造を有する溶融金属の連続測温プローブであって、前記外管が、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成されていることを特徴とする溶融金属の連続測温プローブ。

請求項3

前記炭素含有耐火物がアルミナグラファイトであることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶融金属の連続測温プローブ。

請求項4

前記アルミナグラファイトが、アルミナ、グラファイト及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の溶融金属の連続測温プローブ。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶融金属の連続測温プローブを備えることを特徴とする溶融金属の連続測温装置。

技術分野

0001

本発明は、溶融金属、特に、タンディッシュ等の連続鋳造設備内の溶融金属の温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置に関する。

背景技術

0002

連続鋳造において、溶融金属の温度は、安定操業品質などを決定付ける重要な因子であることから、溶融金属の温度を常に正確に把握する必要がある。
従来、溶融金属の測温方法として、消耗型熱電対プローブを溶融金属中に浸漬させて測温する方法が一般に知られている。この測温方法は、精度の高い測温を行うことが可能であるものの、熱電対が消耗するまでの僅かな時間に温度を読み取らなければならない。したがって、この測温方法では、連続測温を行うことができない。
そこで、特許文献1は、先端部が閉鎖された保護管後端部に放射温度計が配置された連続測温プローブを用いた測温方法を提案している。また、特許文献2は、先端部が閉鎖され且つ後端部に放射温度計が配置された内管と、先端部が閉鎖され且つ内管を保護する外管とからなる二重管構造を有する連続測温プローブを用いた測温方法を提案している。

先行技術

0003

特開平4−348236号公報
特開平7−12650号公報

発明が解決しようとする課題

0004

従来の連続測温プローブを用いた測温方法では、実際の溶融金属の温度よりも低い温度が表示されることがあり、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することができないという問題がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明者らは、従来の連続測温プローブを用いた溶融金属の測温方法において、実際の溶融金属の温度よりも低い温度が表示されてしまう原因について鋭意研究した結果、溶融金属と接触する保護管又は外管の内部にガスが発生し、放射温度計又は内管の表面に状の物質が付着することにより、放射温度計への赤外線放射エネルギーが遮られることに起因していることを見出した。そして、放射温度計又は内管の表面に付着する煤状の物質の原因となるガスが、炭化ケイ素熱分解に起因しており、溶融金属と接触する保護官又は外管を、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物を用いて形成することにより、上記の問題を解決し得ることを見出した。

0006

すなわち、本発明は、先端部が閉鎖された保護管の後端部に放射温度計が配置された溶融金属の連続測温プローブであって、前記保護管が、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成されていることを特徴とする溶融金属の連続測温プローブである。
また、本発明は、先端部が閉鎖され且つ後端部に放射温度計が配置された内管と、先端部が閉鎖され且つ前記内管を保護する外管とからなる二重管構造を有する溶融金属の連続測温プローブであって、前記外管が、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成されていることを特徴とする溶融金属の連続測温プローブである。
さらに、本発明は、前記溶融金属の連続測温プローブを備えることを特徴とする溶融金属の連続測温装置である。

発明の効果

0007

本発明によれば、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0008

実施の形態1に係る溶融金属の連続測温プローブの断面図である。
実施の形態2に係る溶融金属の連続測温プローブの断面図である。

0009

以下、本発明の溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

0010

実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブの断面図である。なお、図1の断面図は、発明の理解を容易にするために模式化しており、各部材の大きさ及び形状などの条件は限定されない。また、この連続測温プローブには、必要に応じて各種部材を追加してもよい。

0011

図1において、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ1は、先端部が閉鎖された保護管2と、保護管2の後端部に配置された放射温度計3とを備えている。放射温度計3は、固定手段4によって固定されており、放射温度計3の検出部が保護管2に収容されている。また、保護管2の後端部周辺には、台座部5、及び放射温度計3を包囲するハウジング6が設けられている。放射温度計3には、放射温度計3で計測された信号を外部の信号処理装置(図示していない)に伝達するための光ファイバ7が接続されている。また、ハウジング6には、放射温度計3を冷却するための冷却媒体の供給口8及び排出口9が設けられている。

0012

上記のような構造を有する連続測温プローブ1では、保護管2の先端部を溶融金属に浸漬すると、溶融金属の熱放射による赤外線放射エネルギーが保護管2の内部を介して放射温度計3に伝達されるため、この赤外線放射エネルギーを放射温度計3で計測することにより、信号処理装置において溶融金属の温度を求めることができる。また、放射温度計3は、溶融金属3に接触しておらず、また、冷却媒体によって冷却されるため、長期間にわたって溶融金属の温度を安定して測定することができる。

0013

本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ1では、保護管2が炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成される。このような炭素含有耐火物を用いて保護管2を形成することにより、保護管2の先端部を溶融金属に浸漬した際に、放射温度計3の表面に付着する煤状の物質の原因となるガスの発生を防止することができる。そのため、実際の溶融金属の温度よりも低い温度が表示されることがなく、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することができる。

0014

一般に、炭化ケイ素は、炭素酸化防止及び炭素含有耐火物の機械的強度などを向上させるために炭素含有耐火物に配合されることが多いが、炭化ケイ素を含有する炭素含有耐火物から形成される保護管2の先端部を溶融金属に浸漬した場合、放射温度計3の表面に煤状の物質が付着する。この煤状の物質は、EPMA分析を行った結果、Si、O及びCを成分として含んでおり、保護管2の先端部を溶融金属に浸漬した際に以下のような反応が起こるためであると考えられる。
SiC→Si+C
Si+O2→SiO2
2C+O2→2CO
2CO+O2→2CO2

0015

すなわち、炭化ケイ素を含有する炭素含有耐火物から形成される保護管2の先端部は、溶融金属に浸漬した際に炭化ケイ素が分解してガスとなり、このガスによって放射温度計3の表面にSi、O及びCを含む煤状の物質(例えば、SiO2、SiCなど)が形成されると考えられる。この煤状の物質は、放射温度計3への赤外線放射エネルギーを遮るため、溶融金属の正確な温度を測定することができない原因となる。

0016

保護管2の形成に用いられる炭素含有耐火物としては、炭化ケイ素を含有しないものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
炭素含有耐火物としては、アルミナグラファイトなどのアルミナカーボン系耐火物ジルコニアグラファイトなどのジルコニアカーボン系耐火物;スピネルグラファイトなどのスピネルカーボン系耐火物、マグネシアグラファイトなどのマグネシアカーボン系耐火物などが挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。

0017

炭素含有耐火物は、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。例えば、アルミナカーボン系耐火物は、アルミナ原料及び炭素原料を含む原料混合物に、有機バインダーを添加して混練して成形した後、熱処理することによって製造することができる。ここで、原料混合物には、炭素の酸化防止及び炭素含有耐火物の機械的強度などを向上させる点から、炭化ケイ素以外の公知の添加物(例えば、炭化ホウ素、金属Si、金属Alなど)を配合していてもよい。

0018

保護管2に用いるのに特に好ましい炭素含有耐火物は、耐溶損性及び耐ヒートショック性などの観点から、アルミナグラファイトである。その中でも、アルミナグラファイトは、アルミナ、グラファイト及び不可避不純物からなることが好ましい。
アルミナグラファイトにおけるアルミナの含有量は、特に限定されないが、一般に50質量%〜80質量%、好ましくは55質量%〜75質量%、より好ましくは60質量%〜70質量%である。
アルミナグラファイトにおけるグラファイトの含有量は、特に限定されないが、一般に20質量%〜50質量%、好ましくは25質量%〜45質量%、より好ましくは30質量%〜40質量%である。
アルミナグラファイトにおける不可避不純物の含有量は、特に限定されないが、一般に5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。

0019

放射温度計3は、溶融金属から放出される赤外線放射エネルギーを計測することが可能なものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。放射温度計3の例としては、赤外放射温度計、二色温度計などが挙げられる。

0020

本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ1が測温可能な溶融金属としては、特に限定されず、製鋼工程における各種溶鋼が挙げられる。その中でも、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ1は、タンディッシュ等の連続鋳造設備内の溶鋼を測温するのに最適である。

0021

本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ1は、溶融金属の連続測温装置に取り付けて使用することができる。この場合、連続測温プローブ1の光ファイバ7を、溶融金属の連続測温装置の信号処理装置に接続して使用すればよい。溶融金属の連続測温装置としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。

0022

本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ1によれば、放射温度計3の表面に付着する煤状の物質の原因となるガスの発生を防止することができるため、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することができる。

0023

実施の形態2.
図2は、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブの断面図である。
図2において、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ10は、保護管2の代わりに、内管11と内管11を保護する外管12とからなる二重管構造を用いた点で実施の形態1に係る溶融金属の連続測温プローブ1と相違する。すなわち、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ10は、先端部が閉鎖された内管11と、内管11の後端部に配置された放射温度計3と、先端部が閉鎖され且つ内管11を保護する外管12とを備えている。放射温度計3は、固定手段4によって固定されており、放射温度計3の検出部が内管12に収容されている。以下、実施の形態1に係る溶融金属の連続測温プローブ1と相違する点について説明する。

0024

上記のような構造を有する連続測温プローブ10では、連続測温プローブ10の先端部を溶融金属に浸漬すると、溶融金属の熱放射による赤外線放射エネルギーが内管11の内部を介して放射温度計3に伝達されるため、この赤外線放射エネルギーを放射温度計3で計測することにより、信号処理装置において溶融金属の温度を求めることができる。また、放射温度計3は、溶融金属3に接触しておらず、また、冷却媒体によって冷却されるため、長期間にわたって溶融金属の温度を安定して測定することができる。

0025

本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ10では、外管12が炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物から形成される。このような炭素含有耐火物を用いて外管12を形成することにより、外管12の先端部が溶融金属と接触した際に、内管11の表面に付着する煤状の物質の原因となるガスの発生を防止することができる。そのため、実際の溶融金属の温度よりも低い温度が表示されることがなく、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することができる。なお、外管12としては、実施の形態1に係る溶融金属の連続測温プローブ10の保護管2と同様のものを用いることができる。

0026

また、炭化ケイ素を含有しない炭素含有耐火物として、アルミナグラファイトなどのアルミナカーボン系耐火物を用いて外管12を形成する場合、COガス又はCO2ガスが外管12の内部に発生することがある。これらのガスは、放射温度計3に用いられる波長帯域(500nm〜1500nm)の波長を吸収する作用があるため、溶融金属の測温に影響を与える可能性がある。
そこで、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ10では、内管11を設けることによって二重管構造を形成することにより、放射温度計3への赤外線放射エネルギーの伝達経路にCOガス又はCO2ガスを存在し難くし、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することを可能にしている。

0027

内管11としては、特に限定されず、二重管構造を有する従来の連続測温プローブ1に用いられているものを採用することができる。例えば、内管11は、再結晶アルミナなどのアルミナ系耐火物を用いて形成することができる。

0028

本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ10によれば、内管11の表面に付着する煤状の物質の原因となるガスの発生を防止することができると共に、放射温度計3への赤外線放射エネルギーの伝達経路にCOガス又はCO2ガスを存在させ難くすることができるため、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することができる。さらに、本実施の形態に係る溶融金属の連続測温プローブ10によれば、二重管構造とすることにより、外管12が溶損した際に外管12のみを交換することで再利用が可能であるため、単管構造の連続測温プローブ1に比べて連続測温時のコストを低減することができる。

0029

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例及び比較例に限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示す構造を有する連続測温プローブ10を作製した。ここで、保護管2は、64.1質量%のアルミナ、34.7質量%のグラファイト、及び不可避不純物(残部)からなるアルミナグラファイトを用いて形成した。
(実施例2)
図2に示す二重管構造を有する連続測温プローブ10を作製した。ここで、内管11は、再結晶アルミナから形成し、外管12は、64.1質量%のアルミナ、34.7質量%のグラファイト、及び不可避不純物(残部)からなるアルミナグラファイトを用いて形成した。

0030

(比較例1)
図1に示す構造を有する連続測温プローブ10を作製した。ここで、保護管2は、62.0質量%のアルミナ、33.2質量%のグラファイト、4.4質量%の炭化ケイ素、及び不可避不純物(残部)からなるアルミナグラファイトを用いて形成した。
(比較例2)
図2に示す二重管構造を有する連続測温プローブ10を作製した。ここで、内管11は、再結晶アルミナから形成し、外管12は、62.0質量%のアルミナ、33.2質量%のグラファイト、4.4質量%の炭化ケイ素、及び不可避不純物(残部)からなるアルミナグラファイトを用いて形成した。

0031

上記の実施例及び比較例で作製した連続測温プローブ1,10を用いて、タンディッシュ内の溶融金属の温度測定を行った。この測定において、対照として、ヘレウスエレクトロイト社製のバッチ式測温装置を用いて溶融金属の温度測定を行った。
その結果、実施例1及び2の連続測温プローブ1,10を用いた場合は、ヘレウス・エレクトロナイト社製のバッチ式測温装置を用いた場合と比較して、温度差異が5℃未満であった。これに対して比較例1及び2の連続測温プローブ1,10を用いた場合は、測定を開始してから約30分を経過した際に温度の低下を示し、ヘレウス・エレクトロナイト社製のバッチ式測温装置を用いた場合と比較して温度差異が100℃を超えた。そのため、比較例1及び2の連続測温プローブ1,10を分解して観察を行った結果、比較例1では放射温度計3、比較例2では内管11の表面に煤状の物質が付着していることを確認した。この煤状の物質をEPMA分析にて評価した結果、Si、O、Cが成分として含まれていた。つまり、比較例1及び2の連続測温プローブ1,10では、炭化ケイ素を含有するアルミナグラファイトを用いて保護管2及び外管12を形成したため、炭化ケイ素が分解してガスとなり、このガスによって放射温度計3又は内管11の表面にSi、O、Cを含む煤状の物質が形成され、溶融金属の正確な温度ができなかったと考えられる。

実施例

0032

以上の結果からわかるように、本発明によれば、溶融金属の正確な温度を連続的に測定することが可能な溶融金属の連続測温プローブ及び連続測温装置を提供することができる。

0033

1、10 連続測温プローブ、2保護管、3放射温度計、4 固定手段、5台座部、6ハウジング、7光ファイバ、8 供給口、9 排出口、11内管、12外管。

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