JPH11201826A - 金属溶湯測温用熱電対 - Google Patents
金属溶湯測温用熱電対Info
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は，保護管を繊維を配置した多重構造
に構成し，多数の反復使用を可能にした長寿命の金属温
測温用熱電対を提供する。 【解決手段】 この金属溶湯測温用熱電対は，繊維４を
周方向に埋め込んだ層２と層２の間の境界層３とから成
る積層構造の保護管１，保護管１内に充填された充填
材，及び充填材中に配置された異なる組成の一対のＷ−
Ｒｅ素線から構成されている。保護管１において，層２
は鉄と反応し難いＭｏを母相とするサーメット層から成
り，境界層３は層２の基材より弱い結合力を有する物質
から構成されている。繊維４は，カーボン繊維又はセラ
ミック繊維から成り，保護管内外の温度差で発生する引
張応力に対して耐力をアップしている。
に構成し，多数の反復使用を可能にした長寿命の金属温
測温用熱電対を提供する。 【解決手段】 この金属溶湯測温用熱電対は，繊維４を
周方向に埋め込んだ層２と層２の間の境界層３とから成
る積層構造の保護管１，保護管１内に充填された充填
材，及び充填材中に配置された異なる組成の一対のＷ−
Ｒｅ素線から構成されている。保護管１において，層２
は鉄と反応し難いＭｏを母相とするサーメット層から成
り，境界層３は層２の基材より弱い結合力を有する物質
から構成されている。繊維４は，カーボン繊維又はセラ
ミック繊維から成り，保護管内外の温度差で発生する引
張応力に対して耐力をアップしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，鉄等の金属の溶
湯を測温する保護管を備えた金属溶湯測温用熱電対に関
する。
湯を測温する保護管を備えた金属溶湯測温用熱電対に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来，約１７００℃の製鋼溶湯を測温す
るための熱電対は，材料として比較的に融点が高く，大
気中で安定であるＰｔ−Ｒｈを素線とし，該Ｐｔ−Ｒｈ
素線をアルミナシリカファイバー製のパイプに固定した
構造のものが使用されている。このような熱電対は，製
鋼溶湯の測温を約１〜２回程度行った後に，正確な温度
の測定が不能となり，廃棄しているのが現状であり，熱
電対を多数回にわたって反復利用できずに熱電対そのも
のが極めて高価なものになっている。
るための熱電対は，材料として比較的に融点が高く，大
気中で安定であるＰｔ−Ｒｈを素線とし，該Ｐｔ−Ｒｈ
素線をアルミナシリカファイバー製のパイプに固定した
構造のものが使用されている。このような熱電対は，製
鋼溶湯の測温を約１〜２回程度行った後に，正確な温度
の測定が不能となり，廃棄しているのが現状であり，熱
電対を多数回にわたって反復利用できずに熱電対そのも
のが極めて高価なものになっている。
【０００３】また，シース型熱電対は，Ｗ−Ｒｅを素線
とし，高温で使用される金属シース型部品の保護管とし
て使用され，ステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属で
作製されたものが知られている。ＳＵＳシース型熱電対
は，１０００℃以上の雰囲気で使用されるものがあり，
その場合には，インコネル等の特殊耐熱合金で作製され
ている。或いは，熱電対として，保護管をサーメットで
作製して，保護管の内部にＰｔ−Ｒｈを素線とした構造
のものも知られている。
とし，高温で使用される金属シース型部品の保護管とし
て使用され，ステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属で
作製されたものが知られている。ＳＵＳシース型熱電対
は，１０００℃以上の雰囲気で使用されるものがあり，
その場合には，インコネル等の特殊耐熱合金で作製され
ている。或いは，熱電対として，保護管をサーメットで
作製して，保護管の内部にＰｔ−Ｒｈを素線とした構造
のものも知られている。
【０００４】また，特開平６−１６０２００号公報に
は，気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は，過渡的な温度変化等により，端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり，アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に，相互に絶縁し
て収納し，シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。気密端子部のセラミック端板に取り付けられた
２本のコパール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが
挿入され，各熱電対素線はその内部を通って貫通パイプ
と直接接触せずに外部に引き出されている。
は，気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は，過渡的な温度変化等により，端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり，アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に，相互に絶縁し
て収納し，シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。気密端子部のセラミック端板に取り付けられた
２本のコパール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが
挿入され，各熱電対素線はその内部を通って貫通パイプ
と直接接触せずに外部に引き出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら．サーメ
ット保護管の耐熱衝撃性はＳｉ3 Ｎ4 保護管の１．５倍
の強度であり，また，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の熱電対を１７
００℃を越える鉄溶湯に直接浸した場合には，比較的に
短時間のうちに保護管に亀裂等が発生し，破損に至る。
また，Ｐｔ−Ｒｈ熱電対は，不活性ガス雰囲気での使用
はできず，大気中での使用可能温度は１５００℃が限界
温度である。また，Ｗ−Ｒｅ熱電対は，大気中及び不活
性ガス雰囲気中での使用が可能であり，大気中での使用
可能温度は４００℃が限界温度であり，不活性ガス雰囲
気中での使用可能温度は２３００℃が限界温度である。
更に，Ｐｔ−Ｒｈ素線を用いたＰＲ熱電対について，Ｐ
Ｒ熱電対の熱起電力は，ＣＡ熱電対の約１／１５であ
り，Ｗ−Ｒｅ熱電対の約１／７と小さいため，それらの
熱電対に比較して測温の精度が劣り，応答性が悪いとい
う問題を有している。そのため，現場においては，溶鉱
炉の溶湯を測温するため，作業者は溶解炉の近傍で温度
が安定するまでの約８秒間，その測定場所に居ることを
余儀なくされる。
ット保護管の耐熱衝撃性はＳｉ3 Ｎ4 保護管の１．５倍
の強度であり，また，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の熱電対を１７
００℃を越える鉄溶湯に直接浸した場合には，比較的に
短時間のうちに保護管に亀裂等が発生し，破損に至る。
また，Ｐｔ−Ｒｈ熱電対は，不活性ガス雰囲気での使用
はできず，大気中での使用可能温度は１５００℃が限界
温度である。また，Ｗ−Ｒｅ熱電対は，大気中及び不活
性ガス雰囲気中での使用が可能であり，大気中での使用
可能温度は４００℃が限界温度であり，不活性ガス雰囲
気中での使用可能温度は２３００℃が限界温度である。
更に，Ｐｔ−Ｒｈ素線を用いたＰＲ熱電対について，Ｐ
Ｒ熱電対の熱起電力は，ＣＡ熱電対の約１／１５であ
り，Ｗ−Ｒｅ熱電対の約１／７と小さいため，それらの
熱電対に比較して測温の精度が劣り，応答性が悪いとい
う問題を有している。そのため，現場においては，溶鉱
炉の溶湯を測温するため，作業者は溶解炉の近傍で温度
が安定するまでの約８秒間，その測定場所に居ることを
余儀なくされる。
【０００６】また，従来の熱電対は，溶湯の測温に際し
て，鉄の溶湯が付着し易く，応答性が悪いという問題を
有している。熱電対のＰｔ−Ｒｈ素線や保護管に，溶湯
の鋳鉄が付着し，それを除去するための工程は煩雑にな
り，しかも現行品は寿命が２回程度の測温であり，熱電
対の交換作業も手間がかかるという問題がある。また，
熱電対におけるＷ−Ｒｅ素線は，大気中では酸化し易
く，鋳鉄溶湯の温度測定には使用できないものである。
しかも，外側の保護管には，鉄溶湯が付着し易いという
問題を有している。
て，鉄の溶湯が付着し易く，応答性が悪いという問題を
有している。熱電対のＰｔ−Ｒｈ素線や保護管に，溶湯
の鋳鉄が付着し，それを除去するための工程は煩雑にな
り，しかも現行品は寿命が２回程度の測温であり，熱電
対の交換作業も手間がかかるという問題がある。また，
熱電対におけるＷ−Ｒｅ素線は，大気中では酸化し易
く，鋳鉄溶湯の温度測定には使用できないものである。
しかも，外側の保護管には，鉄溶湯が付着し易いという
問題を有している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決するため，応答性を良好にし且つ耐熱衝撃
性を向上させ，素線としてタングステン−レニウム線を
使用し，保護管を構成する積層構造の各層に耐熱性繊維
を周方向，言い換えれば，熱応力や引っ張り応力が発生
する方向に配向し，保護管に十分な耐熱衝撃強度を持た
せ，多数回の反復使用を可能にした金属溶湯測温用熱電
対を提供することである。
の課題を解決するため，応答性を良好にし且つ耐熱衝撃
性を向上させ，素線としてタングステン−レニウム線を
使用し，保護管を構成する積層構造の各層に耐熱性繊維
を周方向，言い換えれば，熱応力や引っ張り応力が発生
する方向に配向し，保護管に十分な耐熱衝撃強度を持た
せ，多数回の反復使用を可能にした金属溶湯測温用熱電
対を提供することである。
【０００８】この発明は，一端が閉鎖され且つ他端が開
放した保護管，前記保護管内に充填された充填材，及び
前記充填材に配置され且つ先端部で結合された測温部を
構成する異なる組成の一対の温度検知用合金素線から成
る金属溶湯測温用熱電対において，前記保護管は複数の
層が中心軸に対して同芯円形状に積層された積層構造を
持ち，前記各層の基材内には繊維が周方向に優先的に配
向し，前記層間の境界部に前記基材より弱い結合力を有
する物質の境界層が介在していることを特徴とする金属
溶湯測温用熱電対に関する。
放した保護管，前記保護管内に充填された充填材，及び
前記充填材に配置され且つ先端部で結合された測温部を
構成する異なる組成の一対の温度検知用合金素線から成
る金属溶湯測温用熱電対において，前記保護管は複数の
層が中心軸に対して同芯円形状に積層された積層構造を
持ち，前記各層の基材内には繊維が周方向に優先的に配
向し，前記層間の境界部に前記基材より弱い結合力を有
する物質の境界層が介在していることを特徴とする金属
溶湯測温用熱電対に関する。
【０００９】また，前記保護管の前記各層の前記基材
は，セラミックス，カーボンとセラミックスから成る複
合材，又はＭｏやＷの金属とセラミックスとから成るサ
ーメットである。
は，セラミックス，カーボンとセラミックスから成る複
合材，又はＭｏやＷの金属とセラミックスとから成るサ
ーメットである。
【００１０】前記各層の基材内に配向された前記繊維
は，カーボン繊維又はセラミック繊維である。
は，カーボン繊維又はセラミック繊維である。
【００１１】前記カーボン繊維の外面には，Ｍｇ，Ｃａ
Ｏ，ＺｒＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも一種の材
料によって被覆されている。
Ｏ，ＺｒＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも一種の材
料によって被覆されている。
【００１２】また，前記境界層は，カーボン又はＢＮか
ら構成されているものである。
ら構成されているものである。
【００１３】この金属溶湯測温用セラミック熱電対は，
上記のように，保護管を複数の層から成る積層構造に構
成し，特に，各層の基材の周方向に繊維が配向されてい
るので，熱衝撃で生じた亀裂が一気に内部まで進展する
ことがなく，また，亀裂はカーボン等の境界層の部分で
偏向し，破壊エネルギが大きくなって損傷し難い構造に
構成され，長寿命に改善することができる。
上記のように，保護管を複数の層から成る積層構造に構
成し，特に，各層の基材の周方向に繊維が配向されてい
るので，熱衝撃で生じた亀裂が一気に内部まで進展する
ことがなく，また，亀裂はカーボン等の境界層の部分で
偏向し，破壊エネルギが大きくなって損傷し難い構造に
構成され，長寿命に改善することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による金属溶湯測温用熱電対の実施例を説明する。図１
はこの金属溶湯測温用熱電対における保護管を示す説明
図，図２は図１の保護管の積層構造部分の長手方向Ａ−
Ａ断面の概念図，図３は金属溶湯測温用熱電対を金属溶
湯に浸漬した状態を示す説明図，図４は図３の金属溶湯
測温用熱電対の保護管のクラック発生原理を説明するた
めのＢ−Ｂ断面を示す断面図，図５はこの発明による金
属溶湯測温用熱電対の保護管に発生するクラックの進展
状態を示す説明図，図６は金属溶湯測温用熱電対のモノ
リシック構造の保護管に発生するクラックの進展状態を
示す説明図，及び図７は金属溶湯測温用熱電対の積層構
造の保護管に発生するクラックの進展状態を示す説明図
である。
による金属溶湯測温用熱電対の実施例を説明する。図１
はこの金属溶湯測温用熱電対における保護管を示す説明
図，図２は図１の保護管の積層構造部分の長手方向Ａ−
Ａ断面の概念図，図３は金属溶湯測温用熱電対を金属溶
湯に浸漬した状態を示す説明図，図４は図３の金属溶湯
測温用熱電対の保護管のクラック発生原理を説明するた
めのＢ−Ｂ断面を示す断面図，図５はこの発明による金
属溶湯測温用熱電対の保護管に発生するクラックの進展
状態を示す説明図，図６は金属溶湯測温用熱電対のモノ
リシック構造の保護管に発生するクラックの進展状態を
示す説明図，及び図７は金属溶湯測温用熱電対の積層構
造の保護管に発生するクラックの進展状態を示す説明図
である。
【００１５】この金属溶湯測温用熱電対は，図４に示す
ように，一端が閉鎖され且つ他端が開放した積層構造の
保護管１，保護管１内に充填された充填材５，及び充填
材５に配置され且つ先端部で結合された測温部を構成す
る異なる組成の一対の温度検知用合金素線６，７から構
成されている。この金属溶湯測温用熱電対において，保
護管１は，Ｍｏを母相とするサーメット層等の複数の層
２から成り，各層２の中心軸に対して同芯円形状に積層
された積層構造に構成されている。保護管１の各層２の
基材内には，繊維４が周方向に優先的に配向されてい
る。また，各層２の間の境界部には，層２の基材より弱
い結合力を有する物質の境界層３が介在している。例え
ば，保護管１の積層構造は，例えば，サーメット層２と
他の境界層３から２０〜５０層に積層されたものであ
る。
ように，一端が閉鎖され且つ他端が開放した積層構造の
保護管１，保護管１内に充填された充填材５，及び充填
材５に配置され且つ先端部で結合された測温部を構成す
る異なる組成の一対の温度検知用合金素線６，７から構
成されている。この金属溶湯測温用熱電対において，保
護管１は，Ｍｏを母相とするサーメット層等の複数の層
２から成り，各層２の中心軸に対して同芯円形状に積層
された積層構造に構成されている。保護管１の各層２の
基材内には，繊維４が周方向に優先的に配向されてい
る。また，各層２の間の境界部には，層２の基材より弱
い結合力を有する物質の境界層３が介在している。例え
ば，保護管１の積層構造は，例えば，サーメット層２と
他の境界層３から２０〜５０層に積層されたものであ
る。
【００１６】保護管１の各層２の基材は，セラミック
ス，カーボンとセラミックスから成る複合材，又はＭｏ
やＷの金属とセラミックスとから成るサーメットで構成
されている。また，各層２の基材内に配向された繊維４
は，耐熱性のカーボン繊維又はセラミック繊維で構成さ
れている。この場合，カーボン繊維の外面即ちカーボン
線の外面には，Ｍｇ，ＣａＯ，ＺｒＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3
のうち少なくとも一種の材料によって被覆され，カーボ
ンの酸化を防止する構造に構成されている。また，境界
層３は，カーボン又は窒化ホウ素（ＢＮ）から構成され
ている。
ス，カーボンとセラミックスから成る複合材，又はＭｏ
やＷの金属とセラミックスとから成るサーメットで構成
されている。また，各層２の基材内に配向された繊維４
は，耐熱性のカーボン繊維又はセラミック繊維で構成さ
れている。この場合，カーボン繊維の外面即ちカーボン
線の外面には，Ｍｇ，ＣａＯ，ＺｒＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3
のうち少なくとも一種の材料によって被覆され，カーボ
ンの酸化を防止する構造に構成されている。また，境界
層３は，カーボン又は窒化ホウ素（ＢＮ）から構成され
ている。
【００１７】この金属溶湯測温用熱電対は，例えば，サ
ーメット層２とその他の層３との交互の積層構造を有す
ると共に測温領域８を構成する端部が閉鎖され且つ他端
が開放した構造を有する保護管１，保護管１内に充填さ
れた耐熱多孔質セラミックスから成る充填材５，保護管
１内の充填材５に配置された異なる組成の一対の温度検
知用合金素線６，７，保護管１の開口部が緻密な耐熱部
材及びガラスから成る封止部材，並びに保護管１の開放
端部に取り付けられたステンレスパイプから成る封止
管，から構成されている。
ーメット層２とその他の層３との交互の積層構造を有す
ると共に測温領域８を構成する端部が閉鎖され且つ他端
が開放した構造を有する保護管１，保護管１内に充填さ
れた耐熱多孔質セラミックスから成る充填材５，保護管
１内の充填材５に配置された異なる組成の一対の温度検
知用合金素線６，７，保護管１の開口部が緻密な耐熱部
材及びガラスから成る封止部材，並びに保護管１の開放
端部に取り付けられたステンレスパイプから成る封止
管，から構成されている。
【００１８】また，保護管１のサーメット層２は，少な
くとも最外殻層を形成し，熱膨張係数が小さく且つ鉄と
反応し難いＭｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−Ｚｒ
Ｏ2，Ｍｏ−ＺｒＣのうちのいずれか一種或いはそれら
の複合物から構成されている。
くとも最外殻層を形成し，熱膨張係数が小さく且つ鉄と
反応し難いＭｏ−ＺｒＮ，Ｍｏ−ＺｒＢ2 ，Ｍｏ−Ｚｒ
Ｏ2，Ｍｏ−ＺｒＣのうちのいずれか一種或いはそれら
の複合物から構成されている。
【００１９】温度検知用合金素線６，７は，タングステ
ン−レニウム線であり，一方の素線６の組成がＷ−５Ｒ
ｅであり，他方の素線７の組成がＷ−２６Ｒｅである。
Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−２６Ｒｅ素線７は，保護管１内
の充填材５に埋設された状態で隔置して延びるように配
置されている。Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−２６Ｒｅ素線７
の一端部は，それらの先端部の測温領域で互いに結合さ
れて測温部８を構成している。Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−
２６Ｒｅ素線７の他端部は，保護管１の端部の封止部材
（図示せず）から延び出し，保護管１の端部に固定され
た封止管内に充填された固定用セラミックセメント内
で，例えば，コバールチューブ内のリード線（補償導
線）を介して保護管１の端部から延び出した端子にそれ
ぞれ結線されている。封止管は，支持リングを構成する
ものである。
ン−レニウム線であり，一方の素線６の組成がＷ−５Ｒ
ｅであり，他方の素線７の組成がＷ−２６Ｒｅである。
Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−２６Ｒｅ素線７は，保護管１内
の充填材５に埋設された状態で隔置して延びるように配
置されている。Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−２６Ｒｅ素線７
の一端部は，それらの先端部の測温領域で互いに結合さ
れて測温部８を構成している。Ｗ−５Ｒｅ素線６とＷ−
２６Ｒｅ素線７の他端部は，保護管１の端部の封止部材
（図示せず）から延び出し，保護管１の端部に固定され
た封止管内に充填された固定用セラミックセメント内
で，例えば，コバールチューブ内のリード線（補償導
線）を介して保護管１の端部から延び出した端子にそれ
ぞれ結線されている。封止管は，支持リングを構成する
ものである。
【００２０】充填材５の耐熱多孔質セラミックスは，Ｔ
ｉが添加された反応焼結窒化ケイ素，或いは，Ｓｉ3 Ｎ
4 粉末を含む有機ケイ素ポリマーから転化した無機物と
耐熱セラミック粉末との混合物で構成されている。充填
材５が無機物と耐熱セラミック粉末との混合物から成る
場合には，混合物中にカーボン又はＢＮの少なくとも１
種が含まれている。また，充填材５の耐熱多孔質セラミ
ックスは，Ｚｒ，Ｏ，Ａｌ，Ｐを含んでいるものであ
る。また，保護管１内に充填された充填材５は，Ｓｉ3
Ｎ4 系反応焼結セラミックス等の材料から構成された多
孔質構造に構成され，その熱伝導率が小さく構成されて
いる。また，積層構造の保護管１は，耐熱性，耐溶損性
に優れ，しかも，多重構造であるので熱衝撃で最外殻層
に亀裂が発生しても内部層へは緩やかに破壊するので，
例えば，従来のセラミックスから成る外殻のような壊滅
的な破壊に至ることがない。しかも，保護管１の最外殻
層がＭｏを母相とするサーメット層２であるので，鉄の
溶湯が付着することがなく，反復使用を可能にする。
ｉが添加された反応焼結窒化ケイ素，或いは，Ｓｉ3 Ｎ
4 粉末を含む有機ケイ素ポリマーから転化した無機物と
耐熱セラミック粉末との混合物で構成されている。充填
材５が無機物と耐熱セラミック粉末との混合物から成る
場合には，混合物中にカーボン又はＢＮの少なくとも１
種が含まれている。また，充填材５の耐熱多孔質セラミ
ックスは，Ｚｒ，Ｏ，Ａｌ，Ｐを含んでいるものであ
る。また，保護管１内に充填された充填材５は，Ｓｉ3
Ｎ4 系反応焼結セラミックス等の材料から構成された多
孔質構造に構成され，その熱伝導率が小さく構成されて
いる。また，積層構造の保護管１は，耐熱性，耐溶損性
に優れ，しかも，多重構造であるので熱衝撃で最外殻層
に亀裂が発生しても内部層へは緩やかに破壊するので，
例えば，従来のセラミックスから成る外殻のような壊滅
的な破壊に至ることがない。しかも，保護管１の最外殻
層がＭｏを母相とするサーメット層２であるので，鉄の
溶湯が付着することがなく，反復使用を可能にする。
【００２１】次に，この発明による金属溶湯測温用熱電
対の製造方法の一実施例を説明する。まず，グリーンテ
ープを作製するドクターブレード法によって，Ｍｏを母
相とするサーメットであるＭｏ−ＺｒＯ2 及びＭｏ−Ｚ
ｒＯ2 をシートにそれぞれ作製した。また，カーボン繊
維には，その外面にＭｇ，ＣａＯ，ＺｒＯ2 及びＡｌ2
Ｏ3 のうち少なくとも一種の材料によって被覆し，カー
ボン繊維の酸化を防止するように構成した。次いで，Ｍ
ｏ−ＺｒＯ2 のシートにカーボン繊維を一方向に配向さ
せて配置した。Ｍｏ−ＺｒＯ2 のシートに更にＭｏ−Ｚ
ｒＯ2 のシートを重ね合わせ，グラファイト粉末を内側
に吹き付けながら，重ね合わせたシートをステンススチ
ール製心棒に巻き取り，積層構造のチューブを作製し
た。心棒に巻き付けて一端を閉鎖状態にした上，これを
ゴム型内に入れてＣＩＰ法により圧密化に二次成形する
と共に，一体化した成形体を作製し，該成形体を脱脂し
た後に，これを水素雰囲気内で１８００℃にて焼成を行
い，多重層の積層構造から成る一端が閉鎖し且つ他端が
開放した保護管１を作製した。上記のようにして作製し
た保護管１の一部を図１及び図２に示す。
対の製造方法の一実施例を説明する。まず，グリーンテ
ープを作製するドクターブレード法によって，Ｍｏを母
相とするサーメットであるＭｏ−ＺｒＯ2 及びＭｏ−Ｚ
ｒＯ2 をシートにそれぞれ作製した。また，カーボン繊
維には，その外面にＭｇ，ＣａＯ，ＺｒＯ2 及びＡｌ2
Ｏ3 のうち少なくとも一種の材料によって被覆し，カー
ボン繊維の酸化を防止するように構成した。次いで，Ｍ
ｏ−ＺｒＯ2 のシートにカーボン繊維を一方向に配向さ
せて配置した。Ｍｏ−ＺｒＯ2 のシートに更にＭｏ−Ｚ
ｒＯ2 のシートを重ね合わせ，グラファイト粉末を内側
に吹き付けながら，重ね合わせたシートをステンススチ
ール製心棒に巻き取り，積層構造のチューブを作製し
た。心棒に巻き付けて一端を閉鎖状態にした上，これを
ゴム型内に入れてＣＩＰ法により圧密化に二次成形する
と共に，一体化した成形体を作製し，該成形体を脱脂し
た後に，これを水素雰囲気内で１８００℃にて焼成を行
い，多重層の積層構造から成る一端が閉鎖し且つ他端が
開放した保護管１を作製した。上記のようにして作製し
た保護管１の一部を図１及び図２に示す。
【００２２】一方，線径が０．２ｍｍで且つ長さが２２
０ｍｍの互いに異なった組成を有する一対のＷ−Ｒｅ５
素線６とＷ−Ｒｅ２６素線７を測温部を形成するため一
端を溶接で結合した。
０ｍｍの互いに異なった組成を有する一対のＷ−Ｒｅ５
素線６とＷ−Ｒｅ２６素線７を測温部を形成するため一
端を溶接で結合した。
【００２３】次に，保護管１内にＳｉ3 Ｎ4 粉末を含む
有機ケイ素ポリマー（ＰＣＳ）溶液を充填した後，保護
管１内に一端を結合したＷ−Ｒｅ素線６，７をその結合
部が保護管１の閉鎖端部にほぼ接するまで挿入した。更
に，保護管１の開放した他端部に緻密質ガラス（Ｂ2 Ｏ
3 −ＺｎＯ）の封止部材で封止した。更に，保護管１の
端部には，コレットチャック等を用いてステンレス製の
支持パイプ即ち封止管を固定し，熱電対を作製した。
有機ケイ素ポリマー（ＰＣＳ）溶液を充填した後，保護
管１内に一端を結合したＷ−Ｒｅ素線６，７をその結合
部が保護管１の閉鎖端部にほぼ接するまで挿入した。更
に，保護管１の開放した他端部に緻密質ガラス（Ｂ2 Ｏ
3 −ＺｎＯ）の封止部材で封止した。更に，保護管１の
端部には，コレットチャック等を用いてステンレス製の
支持パイプ即ち封止管を固定し，熱電対を作製した。
【００２４】この熱電対の製造工程において，保護管１
内に充填材５を充填するのに先立って，充填材５中にカ
ーボン及びＢＮをそれぞれ５％添加し，充填材５をＷ−
Ｒｅ素線６，７の酸化を防止する組成にし，上記と同様
の製造工程によって熱電対を作製した。即ち，充填材５
にカーボン及びＢＮを添加すると，充填材５中に酸素が
含まれていても，該酸素はカーボン及びＢＮと化合し，
Ｗ−Ｒｅ素線６，７の酸化が防止され，Ｗ−Ｒｅ素線
６，７の耐久性を向上させることができる。
内に充填材５を充填するのに先立って，充填材５中にカ
ーボン及びＢＮをそれぞれ５％添加し，充填材５をＷ−
Ｒｅ素線６，７の酸化を防止する組成にし，上記と同様
の製造工程によって熱電対を作製した。即ち，充填材５
にカーボン及びＢＮを添加すると，充填材５中に酸素が
含まれていても，該酸素はカーボン及びＢＮと化合し，
Ｗ−Ｒｅ素線６，７の酸化が防止され，Ｗ−Ｒｅ素線
６，７の耐久性を向上させることができる。
【００２５】本発明と比較するため，比較品１として，
図６に示すように，積層構造でなく，Ｍｏ−ＺｒＯ2 の
一層から成るモノリシック構造の保護管１１を作製し
た。更に，本発明と比較するため，比較品２として，図
７に示すように，Ｍｏ−ＺｒＯ2 の各層２２とその境界
層２３とから成る積層構造の保護管２１を作製した。
図６に示すように，積層構造でなく，Ｍｏ−ＺｒＯ2 の
一層から成るモノリシック構造の保護管１１を作製し
た。更に，本発明と比較するため，比較品２として，図
７に示すように，Ｍｏ−ＺｒＯ2 の各層２２とその境界
層２３とから成る積層構造の保護管２１を作製した。
【００２６】本発明品，比較品１及び比較品２の熱電対
を用いて，約１７５０℃の製鋼溶湯の測温を行なったと
ころ，各熱電対の測温試験結果は次のとおりであった。
を用いて，約１７５０℃の製鋼溶湯の測温を行なったと
ころ，各熱電対の測温試験結果は次のとおりであった。
【００２７】比較品１の熱電対の保護管１１は，２０回
程度で破損した。保護管１１を観察したところ，保護管
１１の断面がモノリシック構造であるため，図６に矢印
で示すように，クラックは一気に内部まで進展している
ことが分かった。
程度で破損した。保護管１１を観察したところ，保護管
１１の断面がモノリシック構造であるため，図６に矢印
で示すように，クラックは一気に内部まで進展している
ことが分かった。
【００２８】また，比較品２の熱電対の保護管２１は，
３００回程度で破損した。保護管２１を観察したとこ
ろ，保護管２１の断面が積層構造であるため，図７に示
すように，クラックは境界層２３で偏向して内部へと進
展しており，それによって，クラックの発生が抑制さ
れ，比較品１に比較して測温回数が大幅に延びて耐久性
が向上していることが分かった。
３００回程度で破損した。保護管２１を観察したとこ
ろ，保護管２１の断面が積層構造であるため，図７に示
すように，クラックは境界層２３で偏向して内部へと進
展しており，それによって，クラックの発生が抑制さ
れ，比較品１に比較して測温回数が大幅に延びて耐久性
が向上していることが分かった。
【００２９】本発明品の熱電対の保護管１は，８００回
程度まで測温可能であった。保護管１を観察したとこ
ろ，保護管１の断面が積層構造である上に繊維で巻き上
げられているため，図５に示すように，クラックはカー
ボン繊維４で偏向し，更に境界層３で偏向して内部へと
進展しており，それによって，クラックの発生が抑制さ
れ，下記の比較品１及び比較品２に比較して測温回数が
大幅に延びて耐久性が向上していることが分かった。
程度まで測温可能であった。保護管１を観察したとこ
ろ，保護管１の断面が積層構造である上に繊維で巻き上
げられているため，図５に示すように，クラックはカー
ボン繊維４で偏向し，更に境界層３で偏向して内部へと
進展しており，それによって，クラックの発生が抑制さ
れ，下記の比較品１及び比較品２に比較して測温回数が
大幅に延びて耐久性が向上していることが分かった。
【００３０】熱電対については，図４に示すように，製
鋼溶湯に熱電対の保護管１，１１，２１を浸漬した時，
保護管１，１１，２１の外側の温度Ｔ1 と内側の温度Ｔ
2 とでは温度差ΔＴ（＝Ｔ1 −Ｔ2 ）が大きくなり，そ
の影響によって保護管１，１１，２１の円周方向に引張
応力Ｓが発生し，クラックが生じる原因となっている。
しかしながら，本発明品は，図２又は図５に示すよう
に，層２内にカーボン繊維４が埋め込まれており，しか
も，引張応力Ｓの発生する周方向にカーボン繊維４が配
向されているので，温度差で生じる引張応力Ｓに対する
耐力が高くなり，更に，上記のように，カーボン繊維４
と境界層３との二種の部材でそれぞれ偏向しているの
で，クラックの内部への進展が有効に阻害され，保護管
１の長寿命化が達成できたものであることが分かった。
鋼溶湯に熱電対の保護管１，１１，２１を浸漬した時，
保護管１，１１，２１の外側の温度Ｔ1 と内側の温度Ｔ
2 とでは温度差ΔＴ（＝Ｔ1 −Ｔ2 ）が大きくなり，そ
の影響によって保護管１，１１，２１の円周方向に引張
応力Ｓが発生し，クラックが生じる原因となっている。
しかしながら，本発明品は，図２又は図５に示すよう
に，層２内にカーボン繊維４が埋め込まれており，しか
も，引張応力Ｓの発生する周方向にカーボン繊維４が配
向されているので，温度差で生じる引張応力Ｓに対する
耐力が高くなり，更に，上記のように，カーボン繊維４
と境界層３との二種の部材でそれぞれ偏向しているの
で，クラックの内部への進展が有効に阻害され，保護管
１の長寿命化が達成できたものであることが分かった。
【００３１】
【発明の効果】この発明による金属溶湯測温用熱電対
は，上記のように，保護管を複数の層から成る積層構造
に構成し，前記各層の基材に耐熱性繊維が周方向に優先
的に配向し，前記層間の境界部に前記基材より弱い結合
力を有する物質の境界層が介在しているので，金属溶湯
の測温において耐熱衝撃性が向上し，繊維と境界層でク
ラックの発生軌跡が偏向し，充填材が存在する心部まで
の亀裂の進展が抑制され，金属溶湯の８００回以上の繰
り返しの測温が高精度に且つ迅速に測温でき，耐久性を
向上でき，長寿命の熱電対を提供できる。また，保護管
の各基材は，熱膨張係数が小さく且つ鉄と反応し難いＺ
ｒＯ2 等を分散したＭｏをベースにした材料（Ｍｏ−Ｚ
ｒＯ2 ）から構成されているので，鉄溶湯の付着を防止
し，繰り返しの反復使用を可能にし，測温性能をアップ
できる。
は，上記のように，保護管を複数の層から成る積層構造
に構成し，前記各層の基材に耐熱性繊維が周方向に優先
的に配向し，前記層間の境界部に前記基材より弱い結合
力を有する物質の境界層が介在しているので，金属溶湯
の測温において耐熱衝撃性が向上し，繊維と境界層でク
ラックの発生軌跡が偏向し，充填材が存在する心部まで
の亀裂の進展が抑制され，金属溶湯の８００回以上の繰
り返しの測温が高精度に且つ迅速に測温でき，耐久性を
向上でき，長寿命の熱電対を提供できる。また，保護管
の各基材は，熱膨張係数が小さく且つ鉄と反応し難いＺ
ｒＯ2 等を分散したＭｏをベースにした材料（Ｍｏ−Ｚ
ｒＯ2 ）から構成されているので，鉄溶湯の付着を防止
し，繰り返しの反復使用を可能にし，測温性能をアップ
できる。
【図１】この金属溶湯測温用熱電対における保護管を示
す説明図である。
す説明図である。
【図２】図１の保護管の積層構造部分の長手方向Ａ−Ａ
断面の概念図である。
断面の概念図である。
【図３】金属溶湯測温用熱電対を金属溶湯に浸漬した状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
【図４】図３の金属溶湯測温用熱電対の保護管のクラッ
ク発生原理を説明するためのＢ−Ｂ断面を示す断面図で
ある。
ク発生原理を説明するためのＢ−Ｂ断面を示す断面図で
ある。
【図５】この発明による金属溶湯測温用熱電対の保護管
に発生するクラックの進展状態を示す説明図である。
に発生するクラックの進展状態を示す説明図である。
【図６】金属溶湯測温用熱電対のモノリシック構造の保
護管に発生するクラックの進展状態を示す説明図であ
る。
護管に発生するクラックの進展状態を示す説明図であ
る。
【図７】金属溶湯測温用熱電対の積層構造の保護管に発
生するクラックの進展状態を示す説明図である。
生するクラックの進展状態を示す説明図である。
１ 保護管 ２ 層 ３ 境界層 ４ 繊維 ５ 充填材 ６，７ Ｗ−Ｒｅ素線 ８ 測温部
Claims (5)
- 【請求項１】 一端が閉鎖され且つ他端が開放した保護
管，前記保護管内に充填された充填材，及び前記充填材
に配置され且つ先端部で結合された測温部を構成する異
なる組成の一対の温度検知用合金素線から成る金属溶湯
測温用熱電対において，前記保護管は複数の層が中心軸
に対して同芯円形状に積層された積層構造を持ち，前記
各層の基材内には繊維が周方向に優先的に配向し，前記
層間の境界部に前記基材より弱い結合力を有する物質の
境界層が介在していることを特徴とする金属溶湯測温用
熱電対。 - 【請求項２】 前記保護管の前記各層の前記基材はセラ
ミックス，カーボンとセラミックスから成る複合材，又
はＭｏやＷの金属とセラミックスとから成るサーメット
であることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯測温
用熱電対。 - 【請求項３】 前記各層の基材内に配向された前記繊維
は，カーボン繊維又はセラミック繊維であることを特徴
とする請求項１又は２に記載の金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項４】 前記カーボン繊維は，Ｍｇ，ＣａＯ，Ｚ
ｒＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 のうち少なくとも一種の材料によ
って被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の
金属溶湯測温用熱電対。 - 【請求項５】 前記境界層は，カーボン又はＢＮから構
成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属溶
湯測温用熱電対。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02013498A JP3603582B2 (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 金属溶湯測温用熱電対 |
| KR1019980056015A KR19990066851A (ko) | 1998-01-12 | 1998-12-18 | 금속용탕 온도측정용 열전대 |
| US09/222,708 US6190038B1 (en) | 1998-01-12 | 1998-12-29 | Thermocouple lance with alternating molybdenum layered sheath for measuring temperature in molten metal bath |
| CN99100067A CN1229189A (zh) | 1998-01-12 | 1999-01-06 | 测量金属熔液温度用的热电偶 |
| EP99300099A EP0928958A3 (en) | 1998-01-12 | 1999-01-06 | Sheathed thermocouple lance for measuring temperature in molten metal bath |
| US09/750,626 US6280083B2 (en) | 1998-01-12 | 2000-12-28 | Thermocouple lance with layered sheath for measuring temperature in molten metal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02013498A JP3603582B2 (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 金属溶湯測温用熱電対 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201826A true JPH11201826A (ja) | 1999-07-30 |
| JP3603582B2 JP3603582B2 (ja) | 2004-12-22 |
Family
ID=12018674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02013498A Expired - Fee Related JP3603582B2 (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-19 | 金属溶湯測温用熱電対 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3603582B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003511689A (ja) * | 1999-10-13 | 2003-03-25 | テキサコ デベロプメント コーポレーション | サファイア強化型熱電対保護チューブ |
-
1998
- 1998-01-19 JP JP02013498A patent/JP3603582B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003511689A (ja) * | 1999-10-13 | 2003-03-25 | テキサコ デベロプメント コーポレーション | サファイア強化型熱電対保護チューブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3603582B2 (ja) | 2004-12-22 |
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