(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対，絶縁材，シースよりなる温度測定用センサーであって、前記温度測定用センサーは、測定温度が１０００℃を超える反応炉の炉内温度測定用に用いられるものであり、前記シースは、フェライト系耐熱鋼またはフェライト系ステンレス鋼の鋼材と、前記鋼材の表面の一部又は全部を被覆するＡｌとからなることを特徴とする温度測定用センサー。
【請求項２】
前記鋼材は、Ｃｒを１０％以上含有し、且つＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓを含むものである請求項１に記載の温度測定用センサー。
【請求項３】
前記鋼材は、更にＮｉを０．６％以下含有する請求項２に記載の温度測定用センサー。
【請求項４】
前記Ａｌは、めっき法または溶射法によって被覆されたものである請求項１〜３のいずれかに記載の温度測定用センサー。
【請求項５】
前記熱電対としてナイクロシル−ナイシル熱電対または白金−白金ロジウム熱電対を用いる請求項１〜４のいずれかに記載の温度測定用センサー。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の温度測定用センサーの使用方法であって、前記温度測定用センサーを、１０００℃以上の反応炉の炉内温度測定に用いることを特徴とする温度測定用センサーの使用方法。
【請求項７】
前記温度測定用センサーが５ｍ以上の長尺物である請求項６に記載の温度測定用センサーの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度測定用センサーに関し、詳細には高炉などの反応炉の炉内状況を温度の実測によって推定・把握する上で好適な温度測定用センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は高炉内の温度状況を模式的に示す説明図であり、高炉１でのコークス比を低減し、高炉機能をさらに向上させる上で、炉下部の状態、特に軟化融着帯２（斜線部）の形状を把握することが重要である。従来、高炉内の温度分布の計測には、クロメル−アルメル（ＣＡ）シース熱電対が採用されており、ＣＡ熱電対の耐熱温度が約１２００℃であることから１２００℃温度域（図１の軟化融着帯２の外部上面２ａの形状に相当）の計測に留まっていた。但し、上記熱電対としてナイクロシル−ナイシル熱電対を用いれば１３５０℃までの測温が可能であり、さらに白金−白金ロジウム熱電対を採用すれば１４００℃までの測温ができることから、軟化融着帯２の下面２ｂを把握することができ、軟化融着帯を全体的に捉えることが可能である。
【０００３】
１２００℃を超える温度域でのシース型熱電対のシース材としては、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉを主成分とするオーステナイト系ステンレス鋼材が代表例として挙げられるが、高温・硫化腐食及び浸炭・窒化雰囲気という高炉内の条件下では、Ｎｉ−Ｎｉ2Ｓ共晶化（共晶温度６４５℃）が起こり融点が大幅に下がってしまう。即ち、高温・硫化腐食及び浸炭・窒化雰囲気という条件下では、オーステナイト系シース材を用いた温度測定用センサーの測定可能温度域が低くなり、高炉などでは利用することができなかった。
【０００４】
また、１３００℃までの高温環境で使用できる鉄鋼材料として、Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌを主成分とするカンタル合金が知られており、例えば特開平８−７５５６３号公報にはＣｒを含むフェライト系ステンレス鋼材をシース材として用い、このシース材に熱処理を施すことで表面にＡｌ拡散層を形成してなるシース型熱電対が提案されている。しかしながら、カンタル合金系材料を熱電対のシース材として用いると、硬度が高くて加工性が悪いことから、１ｍ前後の短尺物には好適であるが、長さが要求される熱電対（例えば５ｍ以上）には適用することができなかった。特に高炉では、図２に示すように、温度測定用センサーが測定プローブ３と接続線４から構成され、上記接続線は、ドラム状のフィーダー５に巻き取られた状態から、測定プローブ３の下降に従って徐々に送り出されるため、接続線４のシース材に可撓性が要求されるものであるが、長尺物の温度測定用センサーには上記カンタル合金系シース材を用いることができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に着目してなされたものであって、１２００℃以上の高温・硫化腐食および浸炭・窒化雰囲気下であっても使用することのでき、しかも長さ５ｍ以上の長尺物としても可撓性に優れた温度測定用センサーを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明とは、熱電対素線，絶縁材，シースよりなる温度測定用センサーであって、シース材としてＦｅ及びＣｒを主体とするフェライト系鋼材を用いると共に、上記シースの一部又は全部がＡｌにより被覆されていることを要旨とするものである。特に、測定温度が１０００℃を超える部位のシース材表面がＡｌで被覆されてなることが望ましく、前記熱電対としてはナイクロシル−ナイシル熱電対または白金−白金ロジウム熱電対を用いることが推奨される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、１２００℃以上の高温・硫化腐食および浸炭・窒化雰囲気下であっても使用可能な温度測定用センサーのシース材を開発することを目的として鋭意研究を重ねた。その結果、上記シース材として、Ｎｉ含有鋼の様に硫化腐食をおこすことのないＦｅ−Ｃｒフェライト系鋼材を用いた上で、Ａｌをシース材の表面に被覆することにより、高温・酸化雰囲気下ではＡｌ2Ｏ3を生成させ、また高温・還元雰囲気下ではＡｌＮを生成させ、浸炭・窒化を防止し、１２００℃以上の高温域での測定が可能な温度測定用センサーを得ることに成功した。
【０００８】
しかも、本発明の温度測定用センサーでは、比較的軟らかなＦｅ−Ｃｒフェライト系鋼材をシース材として用いることにより、長尺物の熱電対に用いてもフィーダーに巻き取ることができ、フィーダーから送給した後に、１０００℃以上の反応炉内でＦｅ−Ｃｒフェライト系鋼材とＡｌを反応させてシース材表面にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌのカンタル合金系鋼材とするものであるので１２００℃以上の高温域における測温が可能である。尚、カンタル合金とは、Ｃｒ：２０〜３０％，Ｃｏ：２．５％，Ａｌ：１．５〜５．０％，残部Ｆｅの耐熱合金であるが、本発明に係るシース材には必ずしもＣｏを含有させる必要はない。
【０００９】
本発明に用いるＦｅ−Ｃｒフェライト系鋼材としては、例えば、ＳＵＨ４０９，ＳＵＨ４４６等の耐熱鋼や，ＳＵＳ４０５，ＳＵＳ４２９，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４３４等のステンレス鋼が例示できる。換言すれば、Ｃｒを１０％以上、望ましくは２０％以上含有し、残部がＦｅを主体とするフェライト系鋼材を用いれば良く、その他の元素として、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓなどの許容元素を含有するものであるが、Ｎｉは硫化腐食を招くので少ない方が望ましく、０．６％以下とすることが推奨される。また、硬度が高くなりすぎない範囲であればＡｌを含有していてもよく、その他ＣｏやＴｉを含有していてもよい。
【００１０】
上記シース材を被覆するＡｌ材料は、純ＡｌまたはＡｌ合金を用いれば良く、被覆するにあたっては、湿式または乾式のめっき法や溶射法など公知の被覆方法を採用すればよい。
【００１１】
本発明の温度測定用センサーに用いる熱電対としては、１２００℃以上で使用可能な熱電対であればよく、１３５０℃まで使用可能なナイクロシル−ナイシル熱電対や、１４００℃まで使用可能な白金−白金ロジウム熱電対等が例示できる。この様な熱電対を選択することにより、高炉内での高温かつ還元性雰囲気下で１３５０℃温度域（融着帯下面レベル）まで温度測定が可能である。
【００１２】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
【００１３】
【実施例】
本発明に係る温度測定用センサーと従来の温度測定用センサーを用いて、高炉内での高温かつ還元性雰囲気下で１３５０℃温度域（融着帯下面レベル：図１の２ｂ）までの実炉実証試験を行った。
【００１４】
図３は本発明に係る温度測定用センサーの断面説明図である。１１は熱電対であり、高温起電力がＫ熱電対より安定しているＮ熱電対（ナイクロシル・ナイシル合金）をシングルエレメントで用いた。１２は、シース材であり、耐熱鋼であるＳＵＨ４４６（２８％Ｃｒ−Ｆｅ）を母材に採用した。
【００１５】
図４は高炉装入テストにおける周辺部の測定結果である。ここで、計測温度は、起電力の時間変化とシース送り出し量からシャント・エラーを補正した後の計測結果を示す。なお、シース熱電対の絶縁抵抗の低下により生ずるシャント・エラーの評価には３線式モデルによって校正を行った。温度変化は、熱保存帯通過後、単調に上昇し、最高１３４５℃までの計測ができており、ほぼ１３５０℃のＮ熱電対の測定限界まで計測可能であることが判明した。この測定から周辺部の融着帯形成状況を推定すると、１２００℃と１３５０℃の炉高距離は、たかだか０．８ｍ程度であることから、解体調査結果と同様に、逆Ｖ型の融着帯形状の場合、周辺領域では、一気に温度が上がり、融着帯上面と下面の距離は短いと判断される。
【００１６】
この様にして、本発明に係る温度測定用センサーが、高炉内の軟化融着帯下面レベルまで測温可能なセンサーであることが、実炉試験にて実証できた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されているので、１２００℃以上の高温・硫化腐食および浸炭・窒化雰囲気下であっても使用することができ、しかも長さ５ｍ以上の長尺物としても可撓性に優れた温度測定用センサーが提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉内の温度状況を模式的に示す説明図である。
【図２】温度測定用センサーの代表的な使用状況を示す説明図である。
【図３】温度測定用センサーの断面説明図である。
【図４】高炉装入試験における測温結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  高炉
２  軟化融着帯
３  測温プローブ
４  接続線
５  フィーダー
６  ベル
７  検出装置
１１  熱電対
１２  シース
１３  充填物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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