(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が閉塞され、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に設置される測温センサであって、打設される耐熱性金属筒と、この耐熱性金属筒内に装入され、絶縁管に保持されたセンサ本体を収納した保護管とから構成されてなることを特徴とする高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ。
【請求項２】
先端が閉塞され、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に設置される測温センサであって、打設される耐熱性金属筒と、この耐熱性金属筒内に装入され、絶縁管に保持されたセンサ本体を収納した第２保護管が収納されてなる保護管とから構成されてなることを特徴とする高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ。
【請求項３】
先端が閉塞され、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に設置される測温センサであって、打設される耐熱性金属筒と、この耐熱性金属筒内に装入され、絶縁管に保持された長さが相違するセンサ本体をそれぞれ収納した複数の第２保護管が収納されてなる保護管とから構成されてなることを特徴とする高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ。
【請求項４】
前記保護管は、複数の径が相違する耐火物管からなり、耐火物管内に順次小径の耐火物管を嵌挿して、耐火物管同士の間の隙間に耐火セメントを介装した２重または３重構成であることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ。
【請求項５】
前記耐熱性金属筒と前記保護管との間に、耐熱性熱衝撃緩衝材が介装されてなることを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ。
【請求項６】
高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に、先端が閉塞されてなる耐熱性金属筒を打設し、次いで絶縁管に保持されたセンサ本体を収納した保護管を、前記耐熱性金属筒内に装入することを特徴とする高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ設置方法。
【請求項７】
前記保護管を前記耐熱性金属筒内に装入するにあたり、前記保護管の外周に耐熱性熱衝撃緩衝材を外装することを特徴とする請求項６に記載の高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ及びその測温センサ設置方法に係り、特に、高炉コークス層内の温度測定に好適な高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ及びその測温センサ設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、高温状態では高腐食性ガス、つまり高炉ガスを発生する高炉の充填層であるコークス層では、休風時における抜熱情報は極めて重要である。
即ち、休風時における抜熱情報から、休風立ち上げ時に必要な補償熱量を定量化し、それに応じて立ち上げ時のコークス比や送風温度を調整することにより、高炉の定常操業へ効率良く移行させることが可能になるからである。高炉の休風中の抜熱は、その炉芯の温度分布を長時間測定し、測定される炉芯の温度分布の変化から知ることができる。
【０００３】
高炉の炉芯温度は、休風時でも１５００℃〜１７００℃の高温であることが予想されるが、従来は、羽口におけるコークスをサンプリングし、その組織構造から過去最高履歴温度を推定していた。しかし、このような推定方法では、最高温度を想定することができても、リアルタイムで温度を知ることができないし、また温度の経時変化を把握することができないという本質的な欠点があった。
【０００４】
ところで、高炉操業中において、コークス燃焼帯(以下、レースウェイという)の温度を測定する技術が、例えば特開昭６１−２５７４０５号公報、特開平５−２８８４８０号公報、及び特開平７−３０５１０５号公報等に開示されている。以下、これら各従来例に係るレースウェイの温度を測定する技術の概要を説明する。
【０００５】
前記特開昭６１−２５７４０５号公報に開示されてなるものは、グラスファイバーを内装した、冷却機能を有するプローブを、羽口の先端から高炉の炉芯体に挿入する技術である。
前記特開平５−２８８４８０号公報に開示されてなるものは、コークス充填型溶融還元炉の羽口部に光ファイバを使用した炉内監視装置を設ける。そして、モニタ、画像処理装置によりレースウェイ内の広範囲の状況を自動的に監視する技術である。
前記特開平７−３０５１０５号公報に開示されてなるものは、高炉羽口覗孔部に放射温度カメラを設置し、レースウェイの輝度を非接触で測定し、測定した輝度を画像解析装置により温度に変換する。そして、変換した温度の時系列データのスペクトル解析に基づいて、パワー密度スペクトルが最大となる周波数の逆数から高炉レースウェイの崩壊周期θR,0を算定する。一方、羽口風速、微粉炭化、羽口径、及び微粉炭の元素分析値に基づくレースウェイ周りの物質収支からレースウェイの崩壊周期の関係式と崩壊周期θR,0とを用いて微粉炭の燃焼率ηPCを評価する技術である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記各従来技術によれば、レースウェイの温度をリアルタイムに測定することができるのに加えて、温度の経時変化も知ることができるから、極めて有用であると考えられる。しかしながら、これらの何れによっても、レースウェイよりさらに奥の炉芯温度の測定を目的としたものではない。従って、このような従来技術では、高炉の休風時における抜熱情報を把握することができない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、休風時におけるレースウェイよりさらに奥の炉芯温度を長時間安定して測定することを可能ならしめるようにした、高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ及びその測温センサ設置方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記各従来技術の欠点を解決するために、高炉の炉芯に測温センサを挿入することを考えた。高炉の炉芯に測温センサを挿入するには、数トンの推力が必要であるため、例えばフォークリフト、油圧打撃装置等を用いて測温センサを打ち込む必要がある。その場合、通常の熱電対で使用する金属保護管だけでは、高炉の炉心温度が金属保護管の融点を超えているため、耐熱の観点からこのような金属保護管を使用することができない。また、セラミックスからなる保護管では、装入時の打撃による衝撃で破損するので使用することができない。
【０００９】
そこで、熱電対を組込んだセラミックスからなる保護管を装入してなる金属保護管を打撃したところ、この金属保護管をコークス層に打ち込むことができた。しかしながら、高炉のコークス層内温度測定の場合には、十数時間〜数十時間継続して測温する必要があるのに対して、実際の測温時間は１．５時間程度であり、実用に供し得なかった。
【００１０】
コークス層から引き抜いて調査したところ、打ち込み時の衝撃でセラミックスからなる保護管が破損し、破損個所から進入した炉内ガスにより熱電対が炭化したことに起因することが判明した。そこで、発明者らは、先ず高強度金属筒をコークス層に打設する。そして、打設した高強度金属筒内に、熱電対を組込んだセラミックスからなる保護管を装入する。さすれば、この保護管に衝撃力が作用することがないから、この保護管の破損を防止することが可能になると考えて、本発明をなしたものである。
【００１１】
従って、上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサが採用した手段は、先端が閉塞され、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に設置される測温センサであって、打設される耐熱性金属筒と、この耐熱性金属筒内に装入され、絶縁管に保持されたセンサ本体を収納した保護管とから構成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサが採用した手段は、先端が閉塞され、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に設置される測温センサであって、打設される耐熱性金属筒と、この耐熱性金属筒内に装入され、絶縁管に保持されたセンサ本体を収納した第２保護管が収納されてなる保護管とから構成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサが採用した手段は、先端が閉塞され、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に設置される測温センサであって、打設される耐熱性金属筒と、この耐熱性金属筒内に装入され、絶縁管に保持された長さが相違するセンサ本体をそれぞれ収納した複数の第２保護管が収納されてなる保護管とから構成されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサが採用した手段は、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサにおいて、前記保護管は、複数の径が相違する耐火物管からなり、耐火物管内に順次小径の耐火物管を嵌挿して、耐火物管同士の間の隙間に耐火セメントを介装した２重または３重構成であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサが採用した手段は、請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサにおいて、前記耐熱性金属筒と前記保護管との間に、耐熱性熱衝撃緩衝材が介装されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項６に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ設置方法が採用した手段は、高腐食性ガスを発生する高温の充填層内に、先端が閉塞されてなる耐熱性金属筒を打設し、次いで絶縁管に保持されたセンサ本体を収納した保護管を、前記耐熱性金属筒内に装入することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項７に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ設置方法が採用した手段は、請求項６に記載の高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサ設置方法において、前記保護管を前記耐熱性金属筒内に装入するにあたり、前記保護管の外周に耐熱性熱衝撃緩衝材を外装することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態１に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサを、添付図面を参照しながら、高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層が高炉内のコークス層である場合を例として説明する。図１は、高炉への測温センサの設置状態説明図であり、図２(ａ)は、その先端部の模式的断面図であり、図２(ｂ)は図２(ａ)のＡ−Ａ線断面図である。
【００１９】
図１に示す符号１は、後述する構成になる測温センサである。この測温センサ１は高炉１００の鉄皮１０１に付設されてなる羽口１０２から、この高炉１００内の充填層であるコークス層１０３に打設されている。前記測温センサ１は、図１に示すように、羽口１０２から高炉１００内のコークス層１０３に打ち込まれるＳＵＳ３０４からなる耐熱性金属筒２を備えている。この耐熱性金属筒２の先端部は、コークス層１０３内に容易に進入し得るよう円錐状体により閉塞されて先鋭になっている。ところで、羽口１０２の内周と測温センサ１の外周との間に積め込まれてなるものは、綿塊状のアルミナ繊維(商品名；カオウール)６であって、高炉１００内への空気の流入を防止するためのものである。
【００２０】
次いで、コークス層１０３に打ち込まれた耐熱性金属筒２内に、後述する構成になる保護管３が装入される。この保護管３は、径が相違する３種類の耐火物管３１，３２，３３から構成されている。より詳しくは、耐火物管内に順次小径の耐火物管が嵌挿されて、図２(ａ)，(ｂ)に示すように、３重構成になっている。これら３種類の耐火物管３１，３２，３３は、何れも再結晶アルミナ(融点２０１５℃)から形成されている。この保護管３を構成する３種類の耐火物管３１，３２，３３のそれぞれは、何れも耐熱セメント８により接続された複数の管から構成されている。そして、これら管の接続部は、図２(ａ)に示すように、互いに重なることがないようにオーバーラップしている。
【００２１】
さらに、耐火物管３１と耐火物管３２との間、および耐火物管３２と耐火物管３３との間の隙間は、管の接続部と同様に、耐熱セメント８で埋められている。このような保護管３の構成により、耐熱性金属筒２が溶損しても、熱電対５の位置まで炉内ガスが侵入するのに要する時間を大幅に延長させることができ、長時間の安定測温が可能になる。
【００２２】
再結晶アルミナ以外の耐火物としては、例えば、シリコンカーバイト、ジルコニア、サーメットセルモサーム等も、保護管３用に採用することができる。
ところで、保護管の材質としては、気密性があり、熱衝撃に強く、還元性雰囲気に対して耐性がある耐火物であれば良い。なお、再結晶アルミナからなる保護管３を採用したのは、上記特性を備えると共に、コストが安価で、しかも入手が容易であるからである。
【００２３】
前記保護管３内には、再結晶アルミナからなる絶縁管４の２つの平行な線通し孔に通されて保持されたセンサ本体である３つの熱電対５が装入されている。これら３つの熱電対５の長さはそれぞれ相違しており、この保護管３の長手方向に所定距離ずれた３箇所の温度を個別に測温し得るように構成されている。これら熱電対５は何れもＢ熱電対、つまり白金・３０％ロジウム／白金・１０％ロジウム熱電対であって、これらは何れも予め校正されている。ところで、この場合、保護管３内に３対の熱電対５が装入されているが、熱電対は１対であっても、２対であっても、また４対以上であっても良い。換言すれば、羽口１０２に挿入し得る耐熱性金属筒２に挿入し得る保護管３の内径によって、熱電対５の装入対数が決定されるものである。なお、白金・ロジウム系の熱電対以外に、例えばタングステン・レニウム系の熱電対を用いることができる。
【００２４】
さらに、前記耐熱性金属筒２の内面と前記保護管３の外面との間には、耐熱性熱衝撃緩衝材７が介装されている。この耐熱性熱衝撃緩衝材７は、アルミナスリーブ、またはアルミナ繊維(商品名；カオウール)からなっている。この耐熱性熱衝撃緩衝材７は、保護管３を耐熱性金属筒２内に装入するに際して、この保護管３の外周に外装される。このように、保護管３の外周に耐熱性熱衝撃緩衝材７を外装するのは、耐熱性金属筒２の内壁面が高温になっている関係上、装入時の熱衝撃により破損する恐れがあるからである。
【００２５】
以下、上記構成になる測温センサ１の作用態様を説明する。この測温センサ１を高炉１００の羽口１０２からコークス層１０３に打設するに際しては、先ず耐熱性金属筒２が所定深さの炉芯に到達するまでコークス層１０３に打ち込む。
次いで、熱電対５が装入されてなる保護管３の外周に耐熱性緩衝材７を外装した後に、この耐熱性緩衝材７と共に保護管３を押し込んで耐熱性金属筒２内に装入するという手順で測温センサ１が構成される。
【００２６】
このような手順によれば、保護管３に対して打撃による衝撃が作用することもなく、また熱衝撃が作用することもないので、保護管３を損傷させることなく耐熱性金属筒２内に装入して、測温センサ１を構成することができる。
【００２７】
コークス層１０３に打設された耐熱性金属筒２は、このコークス層１０３内の温度が高温であるために、ある所定時間経過すると溶損する。しかしながら、この温度センサ１では、上記のとおり、下記のように構成されている。
（１）保護管３の３種類の耐火物管３１，３２，３３の接続部は、耐熱セメント８により接続されている。
（２）保護管３の３種類の耐火物管３１，３２，３３の接続部は、互いに重なることがないようにオーバーラップしている。
（３）保護管３の耐火物管３１と耐火物管３２との間、および耐火物管３２と耐火物管３３との間の隙間は、耐熱セメント８により埋められている。
【００２８】
従って、本実施の形態１に係る測温センサ１によれば、熱電対５の位置まで炉内ガスが侵入するのに長時間を要するから、長時間にわたりコークス層１０３内の温度を測温し続けることができる。そして、測温終了後には、この測温センサ１を引き抜いて羽口１０２から取り外すことにより、何の支障もなく高炉操業を継続することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態２に係る高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層用の測温センサを、その先端部の模式的断面図の図３を参照しながらする。但し、本実施の形態２に係る測温センサは上記実施の形態１に係る測温センサと類似であるから、上記実施の形態１と同一のものならびに同一機能を有するものに同一符号を付し、かつ同一名称を以って説明する。
【００３０】
本実施の形態２に係る測温センサ１の保護管３は、再結晶アルミナからなる耐火物管３１と耐火物管３２との２重構成になっている。そして、この保護管３に、絶縁管４に保持された長さが相違する熱電対５が装入された、長さが相違する３本の第２保護管３４，３４，３４が装入されている。
【００３１】
つまり、本実施の形態２に係る測温センサ１も、上記実施の形態１に係る測温センサ１の場合と同様に、保護管３の長手方向に所定距離ずれた３箇所の温度を個別に測温し得るようになっている。そして、保護管３の２種類の耐火物管３１，３２の接続部が耐熱セメント８で接続されると共に、互いに重ならないようにオーバーラップしている。さらに、保護管３の耐火物管３１と耐火物管３２との間の隙間が耐熱セメント８で埋められている。
【００３２】
従って、本実施の形態２に係る測温センサ１によれば、熱電対５の位置まで炉内ガスが侵入するのに長時間を要するから、上記実施の形態１に係る測温センサ１と同等の効果がある。但し、本実施の形態２に係る測温センサ１では、上記のとおり、熱電対５が、長さが相違する第２保護管３４に装入されているから、下記の点で上記実施の形態１に係る測温センサ１よりも優れている。
【００３３】
例えば、保護管３が損傷した場合、上記実施の形態１に係る測温センサ１では全ての熱電対５の位置まで炉内ガスが侵入し、炭化白金(低融点である)となって熱電対５の素線が溶融するため、同時に測温不能になる。これに対して、本実施の形態２に係る測温センサ１では、３本の第２保護管３４が同時に損傷する確率が少ない。つまり、たとえ１本の第２保護管３４が損傷しても、残りの第２保護管３４内の熱電対５で測温を継続することができるから、測温時間延長効果があるという点で、上記実施の形態１に係る測温センサ１よりも優れている。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る測温センサを説明する。この測温センサを構成する各部品の仕様等は、下記に示すとおりである。
（１）耐熱性金属筒
材    質  ；ＳＵＳ３０４
全    長  ；６０００ｍｍ(先鋭部を除く)
外径／内径；３４ｍｍ／２８ｍｍ(肉厚；３ｍｍ)
（２）保護管(３重構成)
材    質  ；再結晶アルミナ
外径／内径；２０ｍｍ／１６ｍｍ、１５ｍｍ／１１ｍｍ、１０ｍｍ／６ｍｍ
（３）絶縁管
材    質  ；再結晶アルミナ
線通し孔数；２
使用本数  ；１
（４）熱電対
材    質  ；白金・３０％ロジウム／白金・１０％ロジウム
線    径  ；０．５ｍｍ
使用数    ；１対
【００３５】
このような仕様の各部品からなる測温センサ１を羽口からコークス層内に打設して、羽口の先端から４０００ｍｍ深さの炉芯の温度を測定した。その結果、休風中の炉芯の温度分布を約１６時間継続して測定することができた。なお、本実施例に係る測温センサ１では、耐熱性熱衝撃緩衝材として、上述のカオウールを採用した。
【００３６】
以上の実施例においては、絶縁管に支持されてなる熱電対を直に３重構成の保護管に収納した場合を説明した。これに対して、例えば上記実施の形態２に係る測温センサで説明したように、絶縁管に支持されてなる熱電対を第２保護管に収納し、この熱電対を収納した第２保護管を３重構成の保護管に収容する構成にしても良い。このような構成にすると、熱電対の位置に炉内ガスが到達するのに、さらに長時間を要するから、より一層長時間にわたって測温することが可能になるという効果がある。
【００３７】
また、以上の実施の形態および実施例においては、何れも測温センサにより高炉内のコークス層の温度を測温する場合の例を説明した。しかしながら、本発明に係る測温センサを、例えば、直接還元炉や合金鉄製造炉等の充填層内の温度測定に適用することができる。従って、本発明に係る測温センサは、高炉内のコークス層の温度測定用に限定されるものではない。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至５に係る測温センサ、または本発明の請求項６，７に係る測温センサ設置方法では、耐熱性金属筒が所定深さに到達するまで高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層に打ち込む。次いで、センサ本体が装入されてなる保護管に耐熱性熱緩衝材を外装した後に、この耐熱性熱緩衝材と共に保護管を押し込んで、充填層に打ち込まれた耐熱性金属筒内に装入する。そのため、耐熱性金属筒内への装入時に、保護管に対して打撃による衝撃が作用するようなこともなく、また熱衝撃が作用するようなことがない。
【００３９】
従って、本発明の請求項１乃至５に係る測温センサ、または本発明の請求項６，７に係る測温センサ設置方法によれば、保護管を損傷させることなく耐熱性金属筒内に装入して、測温センサを構成することができる。そして、耐熱性金属筒は溶損するが、センサ本体は保護管に装入されていて、このセンサ本体の位置まで高温、かつ高腐食性雰囲気が侵入するのに長時間を要する。そのため、長時間にわたり充填層内の温度を測温し続けることができる。
【００４０】
また、本発明の請求項３に係る測温センサでは、保護管内に長さが相違するセンサ本体をそれぞれ収納した複数の第２保護管が収納されていて、これら第２保護管が同時に破損するようなことがない。そのため、たとえ保護管が破損しても、他の第２保護管に収納されているセンサ本体で測温を継続することができる。従って、本発明の請求項３に係る測温センサによれば、保護管内にセンサ本体が直に収納されている場合に比較して、高温、かつ高腐食性雰囲気の充填層内の温度を、より長時間測温することができるという測温時間の延長効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係り、高炉への測温センサ設置状態説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係り、図２(ａ)は、測温センサの先端部の模式的断面図であり、図２(ｂ)は、図２(ａ)のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る測温センサの先端部の模式的断面図である。
【符号の説明】
１…測温センサ、２…耐熱性金属筒、３…保護管、３１，３２，３３…耐火物管、３４…第２保護管、４…絶縁管、５…熱電対、６…アルミナ繊維、７…耐熱性熱衝撃緩衝材、８…耐熱セメント
１００…高炉、１０１…鉄皮、１０２…羽口、１０３…コークス層
【図１】
0004113703.tif 000002
【図２】
0004113703.tif 000003
【図３】
0004113703.tif 000004