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JP3022764B2 - 誘導炉用センサ - Google Patents
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JP3022764B2 - 誘導炉用センサ - Google Patents

誘導炉用センサ

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Publication number
JP3022764B2
JP3022764B2 JP8059882A JP5988296A JP3022764B2 JP 3022764 B2 JP3022764 B2 JP 3022764B2 JP 8059882 A JP8059882 A JP 8059882A JP 5988296 A JP5988296 A JP 5988296A JP 3022764 B2 JP3022764 B2 JP 3022764B2
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JP
Japan
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sensor
molten metal
induction furnace
cylindrical tube
antenna
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幸二 小川
洋 鈴木
静男 林
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Fuji Electric Co Ltd
TYK Corp
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Fuji Electric Co Ltd
TYK Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、るつぼ型誘導炉
の湯漏れ検出と溶湯温度の連続測定を行うことのできる
誘導炉用センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、るつぼ型誘導炉の湯漏れ検出を
行うための湯漏れ検出センサと、溶湯温度の連続測定を
行うための温度センサとを別々に備えた従来の誘導炉の
概略構成図を示す。この図3において、1は溶湯、2は
るつぼ形状に成形された耐火物、3は誘導加熱コイル、
4は第1アンテナ、4aは第1アンテナ4の先端、5は
第2アンテナ、6は電源、7は電流計、8は浸漬型の温
度センサを示す。この図3において、耐火物2と、第2
アンテナ5と、誘導加熱コイル3とは判りやすくするた
めに間隔を空けて記載されている。また第2アンテナ5
とマイカシート10とは厚さを拡大して記載されてい
る。
【0003】この図3において、溶湯1はるつぼ形状に
成形された耐火物2の中で誘導加熱コイル3の電磁誘導
作用により固形の金属から溶解され、目標成分になるよ
うに添加物等により成分調整されて、目標温度にまで加
熱されてから出湯される。
【0004】耐火物2の外周部のほぼ全体と誘導加熱コ
イル3との間には第2アンテナ5が装着されている。
又、耐火物2で成形されたるつぼの炉底部には第1アン
テナ4がその先端4aを溶湯1に接触するように埋め込
まれている。
【0005】第2アンテナ5は、るつぼの高さ方向に長
い短冊状のアルミ箔またはステンレス箔を隣り合う箔と
5〜100mmの間隔で配置して、円周方向の一か所で
同じ箔により電気的に短絡されたものをマイカ、テフロ
ンシート等の絶縁物シートでサンドウィッチされた構造
のシートを誘導加熱コイル4の内側に張付けて作られ
る。
【0006】この状態で溶湯1が耐火物2に生じた亀裂
を通して漏出し、第2アンテナ5に接触すると溶湯1を
通して第1アンテナ4と第2アンテナ5とが電気的につ
ながり、第1アンテナ4と第2アンテナ5との間に接続
された電源6及び電流計7を通して電流が流れて電流計
7の指針が振れるので溶湯1が第2アンテナ5にまで湯
漏れしたことが検出される。
【0007】湯漏れが検出されて数時間から2、3日で
湯漏れが進行して溶湯1が誘導加熱コイル3に到達し、
水冷式の誘導加熱コイル3を溶かして、水に溶湯1が触
れると水が瞬時に気化して水蒸気爆発を起こし炉を破壊
する恐れがあるので、湯漏れが検出された場合は炉の運
転を止めて溶湯1を出湯して炉内を空にして、その後耐
火物2を張り替える。
【0008】一方、溶湯1の温度測定は出湯直前に使い
捨て式の浸漬形温度センサ8を溶湯1の中に浸けて行わ
れる。
【0009】浸漬形温度センサ8の代わりに、耐火物2
の中に保護管付き温度センサを埋め込みした例が特開平
3−207988号公報及び特開平1−167592号
公報、実開平4−64739号公報に示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図3に示されている使
い捨て式浸漬形温度センサは溶湯に浸けられる時間が5
秒から長くて30秒であり、溶湯が目標温度に達する直
前に目視判断してから温度センサを溶湯に浸けるので、
正確な温度に溶湯を昇温するためには少なくとも1回以
上測温する必要があり、さらに測温後は捨てられるため
に、使い捨て式浸漬形温度センサを多数使用しなければ
ならないという問題がある。
【0011】さらに、上記公報に示された埋め込み形保
護管付き温度センサの保護管の材質はアルミナ(Al2
3 )系であり、熱伝導率が金属と比べて一桁低いので
被測定物の温度変化に対し応答性が良くないので昇温能
力の高い炉には使いにくい問題がある。
【0012】又、耐火物中に温度センサを埋め込む場合
は湯漏れ検知センサとしての第1アンテナの埋め込みに
追加される埋め込みとなり、それゆえセンサの埋め込み
個数が増加することは耐火物の円滑な膨張及び収縮を妨
げて、耐火物の寿命を短くすると共に、炉壁のセンサ埋
め込み個所からの湯漏れの危険性を増大させるという問
題がある。
【0013】この発明の目的は、耐火物の寿命に与える
影響が少なくかつるつぼ型誘導炉の湯漏れ検出と溶湯温
度の連続測定とを可能にした誘導炉用センサを提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、耐火
物からなるるつぼの周りにコイルを巻回してなる誘導炉
において、導電性有底円筒管を誘導炉の耐火物中に溶湯
に接するように埋設し、前記導電性有底円筒管を第1ア
ンテナとすると共に、前記るつぼの外周に第2アンテナ
を配置して誘導炉内の溶湯が耐火物を通して湯漏れした
ことを検出するための湯漏れ検知センサを形成し、前記
導電性有底円筒管内に絶縁材料によってこの導電性有底
円筒管から絶縁される溶湯温度を測定するための温度セ
ンサを配設して湯漏れ検知センサを形成し、前記導電性
有底円筒管を湯漏れ検知センサの第1アンテナと温度セ
ンサの保護管とに兼用するものとする。
【0015】請求項2の発明は、請求項1記載の誘導炉
用センサにおいて、前記導電性有底円筒管は、金属、金
属−セラミック複合材料、導電性セラミックの何れかか
ら成るものとする。
【0016】請求項3の発明は、請求項1記載の誘導炉
用センサにおいて、前記導電性有底円筒管はモリブデン
−ジルコニア(Mo−ZrO2)から成るものとする。
【0017】請求項4の発明は、請求項1乃至3のいず
れかに記載の誘導炉用センサにおいて、前記導電性有底
円筒管は、るつぼ型誘導炉の炉底部にその先端が溶湯に
接触するように埋め込まれるものとする。
【0018】
【0019】この発明において、湯漏れ検知センサを形
成する導電性有底円筒管は、溶湯の温度を測定するため
の温度センサの保護管を構成する。それゆえ、この発明
においては、湯漏れ検知センサと温度センサとは一体化
されている。
【0020】その際、温度センサの保護管を構成する湯
漏れ検知センサの導電性有底円筒管の材料(モリブデン
−ジルコニア(Mo−ZrO2 ))は、最高使用温度が
1700℃で、鉄、銅、アルミに対して耐溶損性に優れ
ている。更に、熱伝導率は1400℃において0.23
cal/cm・sec・℃でありアルミとほぼ同等の熱
伝導特性を持ち、体積固有抵抗が10〜100×10-6
Ω−cmであり鉄とほぼ同等の体積固有抵抗を持ってい
る。この熱伝導率が高いことは温度センサの保護管とし
て使用した場合、被測定物の温度変化を温度センサに伝
達する誤差を少なくし、応答性を良くする。また、体積
固有抵抗が小さいことは、溶湯と、湯漏れ検知センサ
と、電流計と、電源とから成る湯漏れ検出回路の調整抵
抗以外の抵抗値を殆ど零にできるので、湯漏れの有無に
おける検出電流差を顕著にする。
【0021】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の形態の主
要部の構成図を示し、図2はその使用状態の概略図を示
す。この図1及び図2において、従来例と同一の符号を
付けた部材はおおよそ同一の機能を有するのでその説明
は省略する。
【0022】先ず、図2において、1は溶湯、2はるつ
ぼ形状に成形された耐火物、3は耐火物2の外周側に配
置された誘導加熱コイル、5は耐火物2の外周部の殆ど
と誘導加熱コイル3との間に装着された第2アンテナ、
6は電源、7は電流計、9はこの発明による誘導炉用セ
ンサである。
【0023】この誘導炉用センサ9は、図1に示されて
いるように、導電性有底円筒管(例えばモリブデン−ジ
ルコニヤ製、試験管形)から構成された湯漏れ検出セン
サ9aと、この湯漏れ検知センサ9aを形成する導電性
有底円筒管内に絶縁材料9cによってその導電性有底円
筒管から絶縁されて装着され溶湯温度を測定するための
熱電対式温度センサ(例えば白金−白金ロジュム熱電
対)9bとから構成されている。その際、湯漏れ検知セ
ンサ9aを形成する導電性有底円筒管は、溶湯温度を測
定するための熱電対式温度センサ9bの保護管を構成し
ている。
【0024】第2アンテナ5と、電流計7と、電源6
と、誘導炉用センサ9の湯漏れ検知センサ9aを構成す
る導電性有底円筒管とは電気的に接続されている。湯漏
れ検知センサ9aを構成する導電性有底円筒管は、図3
において説明した第1アンテナの機能を果たすべく、先
端が溶湯1に接触するように耐火物2で成形されたるつ
ぼ底部に埋め込まれている。
【0025】殆どの誘導炉の誘導加熱コイル3は水冷式
であり、誘導加熱コイル3は図示されていない水回路を
通して高抵抗接地されており、湯漏れ検出回路を接地し
て使用している場合に湯漏れ検出回路の調整抵抗以外の
抵抗値が水回路の接地抵抗に近いか、それ以上であれ
ば、湯漏れ検出による電流計7の指示値と水回路接地に
よる電流計7の指示値に差が無くなり湯漏れを検出でき
なくなる。このために、湯漏れ検知センサの材料には体
積固有抵抗が小さいことが望まれる。また、るつぼ型誘
導炉においては、溶湯の浮遊電位をアースに落とすため
に第1アンテナを通して溶湯を接地するのが一般的であ
る。
【0026】この発明による誘導炉用センサ9が設置さ
れたるつぼ型誘導炉において、溶湯1はるつぼ形状に成
形された耐火物2の中で誘導加熱コイル3の電磁誘導作
用により固形の金属から溶解され、目標成分になるよう
に添加物等により成分調整されて、目標温度にまで加熱
されてから出湯される。
【0027】第2アンテナ5はるつぼの高さ方向に長い
短冊状のアルミ箔またはステンレス箔を隣り合う箔とが
数十mmの間隔で配置されて、円周方向の一か所で同じ
箔により電気的に短絡されたものをマイカ、テフロンシ
ート等の絶縁物シートでサンドウィッチされた構造のシ
ートを誘導加熱コイル4の内側に張りつけて作られてい
る。
【0028】この状態で溶湯1が耐火物2に生じた亀裂
を通して浸透し、第2アンテナ5に接触すると、溶湯1
を通して誘導炉用センサ9の湯漏れセンサ(第1アンテ
ナ)9aと第2アンテナ5とが電気的につながり、湯漏
れセンサ9aと第2アンテナ5との間に接続された電源
6と電流計7を通して電流が流れて電流計7の指針が振
れるので、溶湯1が第2アンテナ5にまで湯漏れしたこ
とが検出される。
【0029】湯漏れが検出されて数時間から2、3日で
湯漏れが進行して溶湯1が誘導加熱コイル3に到達し、
水冷式の誘導加熱コイル3を溶かして、水に溶湯1が触
れると水が瞬時に気化して水蒸気爆発を起こし炉を破壊
する恐れがあるので、湯漏れが検出された場合は炉の運
転を止めて溶湯1を出湯して炉内を空にして、その後耐
火物2を張り替える。
【0030】溶湯1の温度測定は湯漏れ検知センサ9a
を形成する有底円筒管内に装着された熱電対式温度セン
サ9bによって連続的に行われる。
【0031】なお、湯漏れ検知センサ9aを形成する導
電性有底円筒管は金属、金属−セラミック複合材料、導
電性セラミックの何れかから構成することができる。
【0032】
【発明の効果】この発明によれば、湯漏れ検知センサを
構成する導電性有底円筒管の内部に、溶湯温度を測定す
る温度センサを挿入して、湯漏れ検知センサと溶湯温度
センサとを一体化したので、耐火物からなるるつぼの炉
壁への埋め込み個所を少なくすることができる。その
際、この発明によれば、湯漏れ検知センサを構成する導
電性有底円筒管にモリブデン−ジルコニア(Mo−Zr
2 )を使用すると、湯漏れ検出回路の調整抵抗以外の
抵抗値を殆ど零にできるので、その導電性有底円筒管を
溶湯の接地極(第1アンテナ)と兼用できる効果があ
り、寿命の方ではモリブデン−ジルコニア(Mo−Zr
2)の導電性有底円筒管の肉厚が3mmの場合300
時間以上の使用が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態の主要部分を示す概略構
成図
【図2】この発明の誘導炉用センサが設置されたるつぼ
型誘導炉を示す概略構成図
【図3】従来のるつぼ型誘導炉を示す概略構成図
【符号の説明】
1…溶湯、2…耐火物、3…誘導加熱コイル、5…第2
アンテナ、6…電源、7…電流計、9…誘導炉用セン
サ、9a…湯漏れ検知センサ、9b…熱電対式温度セン
サ、9c…絶縁材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 静男 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 審査官 山本 一正 (56)参考文献 特開 昭53−8833(JP,A) 特開 平1−196493(JP,A) 特開 平6−82171(JP,A) 実開 昭63−101792(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F27B 14/20 F27D 21/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】耐火物からなるるつぼの周りにコイルを巻
    回してなる誘導炉において、 導電性有底円筒管を誘導炉の耐火物中に溶湯に接するよ
    うに埋設し、 前記導電性有底円筒管を第1アンテナとすると共に、前
    記るつぼの外周に第2アンテナを配置して誘導炉内の溶
    湯が耐火物を通して湯漏れしたことを検出するための湯
    漏れ検知センサを形成し、 前記導電性有底円筒管内に絶縁材料によってこの導電性
    有底円筒管から絶縁される溶湯温度を測定するための温
    度センサを配設して湯漏れ検知センサを形成し、 前記導電性有底円筒管を湯漏れ検知センサの第1アンテ
    ナと温度センサの保護管とに兼用することを特徴とする
    誘導炉用センサ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の誘導炉用センサにおいて、
    前記導電性有底円筒管は、金属、金属−セラミック複合
    材料、導電性セラミックの何れかから成ることを特徴と
    する誘導炉用センサ。
  3. 【請求項3】請求項1記載の誘導炉用センサにおいて、
    前記導電性有底円筒管はモリブデン−ジルコニア(Mo
    −ZrO2)から成ることを特徴とする誘導炉用セン
    サ。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の誘導炉
    用センサにおいて、前記導電性有底円筒管は、るつぼ型
    誘導炉の炉底部にその先端が溶湯に接触するように埋め
    込まれることを特徴とする誘導炉用センサ。
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