(57)【要約】【課題】チタンやチタン合金などの高融点で且つ高活性の金属溶湯を、溶損などの劣化を生じることなく、正確且つ確実に測温できる測温用プローブ、および該測温用プローブを用いた測温方法を提供する。【解決手段】セラミックを含まず且つカーボンよりなり、軸方向に沿った中空部３を有し且つ先端側２ａが閉じた外部保護管２と、該外部保護管２の中空部３内に配置され、軸方向に沿った中空部４ｃを有し且つ先端側４ａが閉じた耐熱性の絶縁材からなる内部保護管４と、該内部保護管４の中空部５内に挿入され、先端に測温接点８を有する熱電対６と、を含む、高融点・高活性の金属溶湯の測温用プローブ１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックを含まず且つカーボンよりなり、軸方向に沿った中空部を有し且つ先端側が閉じた外部保護管と、
上記保護管の中空部内に配置され、軸方向に沿った中空部を有し且つ先端側が閉じた耐熱性の絶縁材からなる内部保護管と、
上記内部保護管の中空部内に挿入され、先端に測温接点を有する熱電対と、を含む、
ことを特徴とする高融点・高活性の金属溶湯の測温用プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の前記測温用プローブの先端側を、高融点・高活性の金属溶湯中に浸漬する、
ことを特徴とする高融点・高活性の金属溶湯の測温方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、チタンやチタン合金のような高融点で且つ高活性な金属からなる溶湯の測温用プローブ、およびこれを用いる測温方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アルミニウム合金の溶湯よりも高融点である炭素鋼や合金鋼などの金属溶湯を測温した際に、熱衝撃による亀裂の発生を抑制するため、軸方向に沿った中空部を有する有底状の窒化ケイ素保護管と、この窒化ケイ素保護管の中空部内に挿入され且つ先端側に測温接点を有する熱電対と、前記窒化ケイ素保護管の外周側および先端側を被覆し、且つ該窒化ケイ素保護管よりも熱衝撃に対する耐久性が高いセラミックを含有するカーボンからなる保護管を備えた測温プローブが提案されている（例えば、特許文献１参照）。上記保護管は、質量比で、セラミック：カーボンが１対９〜９対１であるため、伝熱性が良好で且つ熱衝撃およびスラグに対する耐久性に優れている。尚、該保護管に含まれるセラミックは、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネルの１種以上である。
【０００３】
しかし、前記測温プローブのように、カーボンとアルミナ（セラミック）との混合物からなる前記保護管を、例えば、チタン合金のように高融点で且つ高活性の金属溶湯中に浸漬して測温した場合、上記アルミナが溶損することによって、例えば、チタン酸化物や、チタンとアルミニウムとの合金を生成したり、あるいは、アルミニウムの溶出によるチタン合金の溶湯に対して不用意な合金組成の変更を生じるおそれがあった。その結果、上記チタン合金の溶湯を正確に測温できないばかりでなく、該溶湯のチタン合金の合金組成が変化したり、上記保護管の劣化に伴って前記測温プローブの寿命が低下する、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４２３２３号公報（第１〜８頁、図１〜４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、チタンやチタン合金などの高融点で且つ高活性の金属溶湯を、溶損などの劣化を生じることなく、正確且つ確実に測温できる測温用プローブ、および該測温用プローブを用いた測温方法を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、高融点および高活性の金属溶湯に直に浸漬される外部保護管を、セラミックを含まないカーボンによって構成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による高融点・高活性金属溶湯の測温用プローブ（請求項１）は、セラミックを含まず且つカーボンよりなり、軸方向に沿った中空部を有し且つ先端側が閉じた外部保護管と、該外部保護管の中空部内に配置され、軸方向に沿った中空部を有し且つ先端側が閉じた耐熱性の絶縁材からなる内部保護管と、該内部保護管の中空部内に挿入され、先端に測温接点を有する熱電対と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
一方、本発明による高融点・高活性金属溶湯の測温方法（請求項２）は、前記測温用プローブの先端側を、高融点・高活性の金属溶湯中に浸漬する、ことを特徴とする。
【０００８】
尚、前記高融点で且つ高活性の金属には、例えば、チタンおよびチタン合金が例示される。上記高融点とは、大凡、１０００℃以上、望ましくは、１２００℃以上、より望ましくは、１５００℃以上である。
また、前記外部保護管は、純度１００ｗｔ％である純カーボンの他、カーボンの純度が９９．９９ｗｔ％以上のカーボンも含む。
更に、前記外部保護管に含まれないセラミックは、例えば、アルミナや窒化アルミニウムなどのように、前記金属溶湯と接触した際に、該溶湯に含まれる金属との間で、不容易な合金や不用意な化合物を生成したり、含有する金属成分が不用意に溶出するものが挙げられる。
また、前記内部保護管を構成する材料には、耐熱性と磁気遮蔽性を併有する絶縁材からなり、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サイアロンなどのセラミックが例示される。
【０００９】
更に、前記内部保護管における半球形状の先端部は、前記外部保護管の中空部における半球形状の先端面（底面）に接触している。
また、前記外部保護管と内部保護管との間における円筒形状の隙間は、最小限のクリアランスであるが、該隙間内に前記セラミックなどの絶縁材からなる微粒子を充填しても良い。
加えて、前記熱電対は、一対の金属線の先端側に前記測温接点を有すると共に、前記一対の金属線同士間の短絡を防ぐため、該一対の金属線を前記同様の絶縁材からなる絶縁管で個別に被覆した形態、あるいは、全体が円柱形状で且つ前記同様の絶縁材からなり、上記一対の金属線を個別に貫通させる一対の平行な貫通孔を軸方向に沿って有する棒状の上記絶縁部材を有する形態からなる。
【発明の効果】
【００１０】
前記高融点・高活性金属溶湯の測温用プローブ（請求項１）によれば、以下の効果（１）乃至（３）を得ることができる。
（１）前記測温用プローブを、例えば、チタンやチタン合金などの高融点および高活性の金属溶湯中に浸漬しても、該金属溶湯と直に接する前記外部保護管がセラミックを含まないカーボンからなるので、当該外部保護管の接触部分が溶損しないことにより、不用意な酸化物などの化合物や別の新たな合金を生成しなくなる。従って、測温すべき金属の組成や合金組成を確実に維持することができる。
（２）前記熱電対が、耐熱性の絶縁材からなる内部保護管に包囲されているので、測温すべき金属溶湯が誘導加熱炉内にある場合でも、発生する誘導電流によって励起される磁界が前記炉内の金属溶湯を貫通する際にも、その電磁気的な影響を遮断できる。
（３）前記外部保護管がチタンなどの溶湯に溶損しないので、該外部保護管を含む前記測温用プローブの寿命を高めることが可能となる。
【００１１】
一方、前記高融点・高活性金属溶湯の測温方法（請求項２）によれば、以下の効果（４）および（５）を得ることができる。
（４）測温すべきチタンなどの高融点・高活性の金属溶湯の温度を、正確且つ確実に測温できる。
（５）上記効果（４）に伴って、チタンなどの高融点・高活性の金属溶湯を、所要の温度によって、例えば、精密鋳造やインゴット鋳造などの金属加工を精度良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は、本発明による一形態の測温用プローブを示す垂直断面図、（Ｂ）は、前記（Ａ）中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った水平断面図。
【図２】（Ａ）は、前記とは異なる形態の測温用プローブを示す垂直断面図、（Ｂ）は、前記（Ａ）中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った水平断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１（Ａ）は、本発明による一形態の測温用プローブ１を示す垂直断面図、（Ｂ）は、前記（Ａ）中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った水平断面図である。
上記測温用プローブ１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、全体が円筒形状で先端側２ａが半球形状に閉じており、且つ軸方向に沿って円柱形の中空部３を内側に有する外部保護管２と、該外部保護管２の前記中空部３内に挿入され、全体が円筒形状で先端側４ａが半球形状に閉じており、且つ軸方向に沿って円柱形の中空部５を内側に有する内部保護管４と、該内部保護管４の前記中空部５内に挿入され、且つ先端に測温接点８を有する熱電対６と、を備えている。
尚、上述の先端や先端側は、図１（Ａ）で下方側を指し、基端側と称する際は、図１（Ａ）で上方側を指している。この点は、後述する図２（Ａ）についても同じである。
【００１４】
前記外部保護管２は、カーボンからなり且つセラミック（例えば、アルミナや窒化アルミニウムなど）を含んでいない。前記カーボンは、純度１００質量％であることが望ましいが、少なくとも９９．９９ｗｔ％以上であれば良い。後者の場合、粘土などのバインダ成分の残滓や不純物の含有が１００ｐｐｍ以下で許容される。
因みに、上記外部保護管２は、外径が約１２ｍｍで、内径が約６．４ｍｍであり、且つ厚みが全ての位置で２ｍｍ以上である。
【００１５】
また、前記内部保護管４は、耐熱性と電磁気（磁界および電界）遮蔽性とを併有する絶縁材であるセラミック（例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サイアロンなど）からなる。
因みに、上記内部保護管４は、外径が約６ｍｍ、内径が約４ｍｍであり、且つ厚みが全ての位置で１ｍｍ以上である。
尚、前記外部保護管２の内周面２ｂと上記内部保護管４の外周面４ｂとの間には、図１（Ａ）中で水平方向の幅が約０．２ｍｍの中空部（隙間）３が位置している。係る中空部３内には、例えば、アルミナなどのセラミックからなる微粉末（図示せず）を更に充填しても良い。
また、上記内部保護管４における半球形状の先端側４ａは、前記外部保護管２の内周面２ｂにおける先端側（最深部）２ｃと接触している。
【００１６】
更に、前記熱電対６は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記内部保護管４の中空部５内に挿入され、例えば、白金ロジウム型の熱電対であって、＋極側の金属線７が白金−３０％ロジウム合金からなり、且つ−極側の金属線７が白金−６％ロジウム合金からなると共に、これらが互いに接近する先端側７ａ同士間は、測温接点８によって接続されている。上記一対の平行な金属線７は、例えば、それぞれアルミナからなる細長い絶縁管９を個別に被覆され、不用意な相互間の短絡を予防している。
尚、上記熱電対６は、タングステンレニウム型や、イリジウムロジウム型としても良い。
また、上記熱電対６の測温接点８は、前記内部保護管４の内周面４ｃにおける先端側（最深部）５ａと接触するか、あるいは、接近した位置に配置されている。
更に、前記内部保護管４の内周面４ｃと、上記熱電対６との隙間内にも、アルミナなどのセラミックからなる微粉末を充填しても良い。
【００１７】
前記のような測温用プローブ１は、図１（Ａ）に示すほぼ垂直姿勢に保持された状態で、例えば、図示しない電磁誘導加熱炉内で溶解されたチタン合金の溶湯内に、前記外部保護管２の先端側２ａを浸漬することによって、前記チタン合金の溶湯の溶解温度を測定するのに用いられる。
その際、上記チタン合金の溶湯と直に接する前記外部保護管２がセラミックを含まないカーボンからなるので、当該外部保護管２の接触部分が溶損しないことによって、不用意な酸化物などの化合物や別の新たな合金を生成しなくなる。その結果、測温すべき金属溶湯の組成や合金組成を確実に維持することができる。
また、前記熱電対６が、耐熱性で且つ電磁気遮蔽性の絶縁材であるアルミナからなる前記内部保護管４に包囲されているので、例えば、前記溶湯が電磁誘導加熱炉内にあり、誘導電流によって励起される無数の磁界が前記誘導炉内の金属溶湯を貫通している場合（所謂レビテーション溶解）であっても、熱電対６に対する上記磁界群による電磁気的な影響を遮断することができる。
【００１８】
更に、前記外部保護管２がチタン合金の溶湯によって溶損しないので、該外部保護管２を含む前記測温用プローブ１の寿命を高めることが可能となる。
従って、測温用プローブ１によれば、前述した効果（１）〜（３）を得ることができる。
一方、前記測温用プローブ１を用いた金属溶湯の測温方法によれば、測温すべきチタン合金の溶湯の温度を、正確且つ確実に測温できると共に、これに伴って、チタンなどの高融点・高活性の金属溶湯を、所要の温度によって、例えば、精密鋳造やインゴット鋳造などの金属加工を精度良く行うことも可能となる。
従って、上記測温方法によれば、前述した効果（４），（５）を得ることが可能となる。
【００１９】
図２（Ａ）は、前記形態とは異なる形態の測温用プローブ１ａを示す垂直断面図、（Ｂ）は、前記（Ａ）中のＢ−Ｂ線の矢視に沿った水平断面図である。
上記測温用プローブ１ａは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記同様の外部保護管２および内部保護管４と、該内部保護管４の中空部５内に挿入したユニット形態の熱電対６ａとを備えている。
上記熱電対６ａは、前記同様である一対の金属線７および先端側の測温接点８を有し、前記一対の金属線７を、アルミナなどのセラミックからなり、全体が円柱形状（棒状）である絶縁部材９ａの軸方向に沿って平行に設けた一対の貫通孔１０内に個別に貫通させ、該絶縁部材９ａの先端面から各金属線７の先端側７ａと測温接点８とを、前記内部保護管４の内周面４ｃにおける先端側５ａに向かって突出させたものである。
【００２０】
尚、前記内部保護管４の内周面４ｃと、前記熱電対６ａの絶縁部材９ａとの隙間内にも、アルミナなどのセラミックからなる微粉末を充填しても良い。
前記のような形態を有する測温用プローブ１ａによっても、前記効果（１）〜（３）を得ることが可能であると共に、該測温用プローブ１ａを用いたチタン合金などの測温方法によれば、前記効果（４），（５）を得ることが可能となる。
【００２１】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、測温すべき金属溶湯は、前記チタンやチタン合金に限らず、比較的高温で且つ高活性である金属および該金属をベースとする合金からなる溶湯を測温すべき対象としても良い。
また、前記外部保護管および内部保護管の外形およびこれらの内側に位置する中空部は、それぞれの軸方向と直交する断面が正方形以上の正多角形を呈し、且つ互いに相似形となる形態としても良い。
【００２２】
更に、前記外部保護管および内部保護管の各先端側の外形状は、それぞれ、頂部付近が軸方向と直交する丸い平面で、且つのその周囲に円錐形状を呈する面取り状の傾斜面とした形態、あるいは、頂部の長さ（高さ）が比較的短い四角錐以上の正多角錐を呈する形態としても良い。
加えて、前記測温用プローブ１，１ａは、高活性であるアルミニウムおよびアルミニウム合金の測温方法に用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、チタンやチタン合金などの高融点で且つ高活性の金属溶湯を、溶損などの劣化を生じることなく、正確且つ確実に測温できる測温用プローブ、および該測温用プローブを用いた測温方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１，１ａ…測温用プローブ
２…………外部保護管
３，５……中空部
４…………内部保護管
６，６ａ…熱電対
８…………測温接点
【図１】
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【図２】
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