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JP2003344142A - マイクロ波レベル計による溶融金属レベル及びスラグ層厚の測定方法及び装置 - Google Patents

マイクロ波レベル計による溶融金属レベル及びスラグ層厚の測定方法及び装置

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JP2003344142A
JP2003344142A JP2002151081A JP2002151081A JP2003344142A JP 2003344142 A JP2003344142 A JP 2003344142A JP 2002151081 A JP2002151081 A JP 2002151081A JP 2002151081 A JP2002151081 A JP 2002151081A JP 2003344142 A JP2003344142 A JP 2003344142A
Authority
JP
Japan
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molten metal
time
microwave
peak
measuring
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002151081A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryuji Tsutsumi
堤  竜二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
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Publication date
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  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 スラグがフォーミングしてスラグ層厚が変動
している場合でも、溶融金属のレベルやスラグ層厚を精
度良く測定する測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】表面にスラグ12が浮遊している溶融金属
の表面11に向けてマイクロ波26を入射し、マイクロ
波の反射波の強度を経時的に記録し、該反射波の強度の
最高値を示すピークAに相当する最高ピーク時と、該最
高ピーク時の後に生じる最初の小ピークBの小ピーク時
とを計測し、マイクロ波の入射時から前記小ピーク時ま
での時間にマイクロ波が進む距離を基に溶融金属の表面
レベルを求め、前記最高ピーク時から前記小ピーク時ま
での時間にマイクロ波が進む距離を基にスラグ層厚を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の溶融金属
の表面レベル及び該溶融金属に浮遊するスラグ層の厚み
を精度良く測定する方法及び装置に係り、特に、高炉鋳
床にて脱珪処理された溶銑を、トーピード車のような輸
送容器に受容する際のように、スラグが泡だって(フォ
ーミングと称する)、スラグ層厚が変動している場合に
も、精度良く溶融金属のレベルやスラグ層厚を測定する
ことが可能な、マイクロ波レベル計による溶融金属レベ
ル及びスラグ層厚の測定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】製錬工場等では、溶融金属を取鍋等の容
器に注入して輸送したり、あるいは、その取鍋中へ脱硫
材等の材料を吹き込んで精錬を行なうといった作業が行
なわれる。このような容器では、溶融金属の表面レベル
を正確に把握しておかないと、容器中への溶融金属の注
入中や輸送中に溶融金属が溢れ出る可能性がある。又、
容器内で精錬を行なう場合には、容器内での表面から口
元までの空間(フリーボードと称する)を確保しておく
ために、容器中の溶融金属の表面レベルを、所定のレベ
ルとしておく必要がある。
【0003】そこで、容器中へ溶融金属を注入している
間に、溶融金属の表面レベルを測定する技術が必要とな
ってくる。
【0004】又、溶融金属の上にスラグが浮遊している
場合においては、溶融金属の表面レベルに加えて、スラ
グ層の厚みを精度良く測定する技術も必要である。例え
ば、高炉の溶銑を鋳床脱珪処理している場合のように、
スラグ層中で脱珪反応に付随して、溶銑中の炭素分が酸
化されていると、スラグ層内で炭酸ガスや一酸化炭素ガ
スが生じることで、スラグ層がフォーミング(泡立ち)
しているときには、容器中の溶融金属のレベルだけでな
く、スラグ層の厚みを測定することで、フォーミングの
状況が安定しているかどうかの判定が容易となり、容器
からのスラグの溢流を防ぐことができるからである。
【0005】容器中の溶融金属の表面レベル測定には、
種々の技術が使われており、例えば図1に示す如く、高
炉の出銑時に出銑口8から流出する溶銑10をトーピー
ド車20等へ受銑する際には、マイクロ波レベル計24
等が使用される。これは、トーピード車20の上部開口
部22の直上に設置したマイクロ波レベル計24から、
トーピード車20内の液面14にマイクロ波26を照射
し、該液面14からの反射波を受けて、その時間を計測
することで、マイクロ波レベル計24から液面14まで
の距離Lを求め、これに、トーピード車20の寸法、マ
イクロ波レベル計24の設置高さ等を勘案して、トーピ
ード車20内での溶銑10の表面レベルを測定しようと
するものである。これにより、目視でトーピード車20
内の表面レベルを判断していたのに比べて、格段に表面
レベルの測定精度が向上している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たようにトーピード車20で受銑するまでに鋳床におい
て溶銑脱珪等の処理を行なう場合は、トーピード車20
内に脱珪スラグ12が浮遊することになる。脱珪スラグ
の場合は、脱珪スラグと溶銑との反応によるガス発生の
ため、脱珪スラグがフォーミングするために、見掛けの
溶融物の液面レベルが上昇し、トーピード車20内の溶
銑10のレベルは目視においても確認できず、マイクロ
波レベル計24においても、フォーミングしているスラ
グ12の泡の表面を測定してしまい、溶銑10の表面レ
ベルを正確に測定することは、殆ど不可能になってしま
う場合がある。
【0007】一方、溶融金属の表面に浮遊するスラグ等
のレベルでなく、浮遊スラグ12の下にある溶融金属1
0の表面レベルを直接測定する方法として、出願人は特
開平11−281467で、図2に示す如く、見掛け比
重がスラグ12よりも大きく、溶融金属10よりも小さ
い重錘30を、溶融金属10の上から吊り降ろしてい
き、重錘30が溶融金属の表面11、即ち溶融金属10
と浮遊しているスラグ12等の界面に達したときに、重
錘30を吊っているワイヤ32等に係る張力Tが減少す
ることを利用した溶融金属の表面レベル測定装置を提案
している。
【0008】この技術は、溶融金属10の上にスラグ1
2が浮遊している場合でも、溶融金属の表面11のレベ
ルを計測できるという利点を有するが、スラグ12の表
面レベルは測定できないため、目視で確認する必要があ
り、スラグ層厚を確認するにあたって精度が悪い。更
に、重錘30を吊り降ろす時にワイヤ32等の張力Tの
変化を確認する方法であるため、測定がバッチ的になら
ざるを得ず、スラグ12のフォーミングが急激に不安定
になるような場合には、対応できない等の問題点を有し
ていた。
【0009】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、表面にスラグが浮遊している溶融金
属の表面レベルやスラグ層厚を、高精度で連続的に測定
できるようにすることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面にスラグ
が浮遊している溶融金属の表面レベルを測定するための
方法であって、溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向
けてマイクロ波を入射し、該マイクロ波の反射波の強度
を経時的に記録すると共に、該反射波の強度の最高値を
示すピークに相当する最高ピーク時と該最高ピーク時の
後に生じる最初の小ピークの小ピーク時とを計測し、マ
イクロ波の入射時から前記小ピーク時までの時間にマイ
クロ波が進む距離を基に溶融金属の表面レベルを測定す
るようにして、前記課題を解決したものである。
【0011】又、溶融金属の表面に浮遊しているスラグ
層の厚みを測定するための方法であって、溶融金属の上
方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波を入射し、該
マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録すると共に、
該反射波の強度の最高値を示すピークに相当する最高ピ
ーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小ピークの
小ピーク時とを計測し、前記最高ピーク時から前記小ピ
ーク時までの時間にマイクロ波が進む距離を基にスラグ
層厚を測定するようにして、前記課題を解決したもので
ある。
【0012】更に、前記の方法による溶融金属の表面レ
ベルの測定と、前記の方法によるスラグ層厚の測定を同
時に行なうようにして、溶融金属の表面レベルと該溶融
金属の上に浮遊するスラグの層厚を同時に測定できるよ
うにしたものである。
【0013】本発明は、又、表面にスラグが浮遊してい
る溶融金属の表面レベルを測定するための装置であっ
て、溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けてマイク
ロ波を入射する手段と、該マイクロ波の反射波の強度を
経時的に記録すると共に、該反射波の強度の最高値を示
すピークに相当する最高ピーク時と該最高ピーク時の後
に生じる最初の小ピークの小ピーク時とを計測する手段
と、マイクロ波の入射時から前記小ピーク時までの時間
にマイクロ波が進む距離を基に溶融金属の表面レベルを
測定する手段とを備えたことを特徴とする、マイクロ波
レベル計による溶融金属の表面レベル測定装置を提供す
るものである。
【0014】又、溶融金属の表面に浮遊しているスラグ
層の厚みを測定するための装置であって、溶融金属の上
方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波を入射する手
段と、該マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録する
と共に、該反射波の強度の最高値を示すピークに相当す
る最高ピーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小
ピークの小ピーク時とを計測する手段と、前記最高ピー
ク時から前記小ピーク時までの時間にマイクロ波が進む
距離を基にスラグ層厚を測定する手段とを備えたことを
特徴とする、マイクロ波レベル計によるスラグ層厚測定
装置を提供するものである。
【0015】又、表面にスラグが浮遊している溶融金属
の表面レベル及びスラグ層の厚みを測定するための装置
であって、溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けて
マイクロ波を入射する手段と、該マイクロ波の反射波の
強度を経時的に記録すると共に、該反射波の強度の最高
値を示すピークに相当する最高ピーク時と該最高ピーク
時の後に生じる最初の小ピークの小ピーク時とを計測す
る手段と、マイクロ波の入射時から前記小ピーク時まで
の時間にマイクロ波が進む距離、及び、前記最高ピーク
時から前記小ピーク時までの時間にマイクロ波が進む距
離を基に溶融金属の表面レベル及びスラグ層厚を測定す
る手段を備えたことを特徴とする、マイクロ波レベル計
による溶融金属の表面レベル及びスラグ層厚測定装置を
提供するものである。
【0016】マイクロ波レベル計の測定波形は、図3に
示す如く、強度が最大の点Aを湯面としているが、実際
に測定した波形を詳しく見ると、この点よりも数百mm
ほど下に、小さいピークBが検知されている。従って、
この点を真の溶融金属レベルとして、スラグフォームの
層厚Cをほぼ連続的に測定することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0018】本発明で使用するマイクロ波レベル計は、
従来から高炉鋳床等でトーピード車内の溶銑レベルの計
測に使用されているものを使用できる。このマイクロ波
レベル計24では、図4に示す如く、溶融金属10の表
面11の上方に設置したマイクロ波発信機25から、溶
融金属面11へ向けてマイクロ波26を入射し、これに
対する反射波を受信機27で受けて、発信から受信まで
の時間を計測することができる。
【0019】溶融金属の表面11にスラグが浮遊してい
る浴へマイクロ波26を入射し、マイクロ波レベル計2
4での受信波の変化を測定すると、図3に示したように
なる。ここで、最大のピークAとして観測される受信波
は、スラグ表面における反射波であるので、従来のマイ
クロ波の入射時刻に対して、この最大ピーク時までの時
間を計測して、マイクロ波の受信機27からスラグ表面
までの距離を換算し、浴のレベルとして測定する。
【0020】更に、このとき、図3に示されるように、
最大ピークAよりも後に、小さいピークBが存在するこ
とが分かった。この小ピークBは、溶融金属の表面にス
ラグが殆ど浮遊していないときには検知されないもので
あるため、スラグ層12の下の溶融金属10の表面を検
知できるのではないかと推定し、確認の試験を行なっ
た。
【0021】図5に、試験で使用した設備の概略を示
す。高炉鋳床に設置されているマイクロ波レベル計24
により、受銑完了後のトーピード車20内の溶銑10及
びスラグ12の液面のレベルを計測した。マイクロ波レ
ベル計24からマイクロ波26の入射信号と反射信号を
解析用パソコン(PC)40に入力し、入射後の反射波
の強度を経時的にデータをとって、マイクロ波レベル計
24からの距離に換算した。使用したマイクロ波レベル
計24では、図4に示した如く、マイクロ波26の発信
機25と受信機27が水平に並設されているため、発信
から受信までの時間で、マイクロ波が進む距離の半値
が、マイクロ波レベル計24と浴面との距離Lと計算で
きる。マイクロ波の速度は光速として換算した。
【0022】比較のために、マイクロ波によるレベル測
定直後に、トーピード車20内の浴面へ、図2に示した
ように、溶銑10とスラグ12の比重の中間の見掛け比
重となるように重量を調整した重錘30をチェーン32
で吊り降ろし、目視で浴面に到達したときのレベルと、
重錘30が浴内へ降下してチェーン32へかかる重量が
低減するとき、即ち、重錘30が溶銑10の表面に到達
したと推定できるときのレベルを、それぞれ記録した。
【0023】図6は、マイクロ波レベル計24の最大ピ
ークAから換算したレベルと、重錘30で計測した浴面
表面のレベルとの関係を示す散布図、図7は、マイクロ
波レベル計24で最大ピークAの後に見られる小ピーク
Bから換算したレベルと、重錘30で計測して推定した
溶銑表面レベルとの関係を示す散布図である。
【0024】いずれも、ほぼ一致しており、マイクロ波
レベル計24で、スラグ12の下層にある溶銑表面11
のレベルを計測できることが分かった。
【0025】以上の結果から、マイクロ波レベル計によ
り、上部にスラグが浮遊している溶融金属浴において、
スラグ表面レベルと、その下層の溶融金属表面レベルと
を同時に計測できるので、その表面レベルの差から、ス
ラグ層厚を測定できることが判明した。
【0026】図8は、トーピード車へ受銑中に、マイク
ロ波レベル計によりスラグ表面レベル及び溶融金属表面
レベルを計測して、スラグ層厚を求めた経時変化を示
す。図8の縦軸は、マイクロ波レベル計の設置レベルを
基準に、下方への距離を表わしているため、トーピード
車へ溶銑を受銑するに従い、距離は小さくなっていく。
受銑開始直後は、トーピード車内で溶銑が飛散するため
に、レベル測定が不安定となるので、受銑開始2分後か
らのデータを示している。最大ピークレベルは、トーピ
ード車内のスラグレベルを示すが、鋳床にて溶銑へ脱珪
処理を行なっているため、トーピード車内でスラグがフ
ォーミングしており、表面レベルはやや変動が大きい。
しかし、最大ピークレベルの下方に見られる小ピークレ
ベル(溶融金属表面レベル)は、かなり安定しており、
受銑量の増加に従って、レベルが上昇しているのが分か
る。
【0027】スラグ表面レベルの測定においては、途中
で2度レベルの急上昇が見られたが、図8中に矢印で示
したタイミングt1、t2でトーピード車内へスラグフ
ォーミング防止剤を投入したところ、フォーミングの減
少が見られ、スラグ層厚を減少できた。
【0028】このようにして、スラグ層厚を直接計測す
ることができるため、スラグフォーミングをスラグ層厚
の上昇として検知でき、スラグフォーミング剤を適正に
投入することが可能となる。
【0029】なお、前記実施形態においては、本発明
が、トーピード車への溶銑の注入に適用されていたが、
本発明の適用対象はこれに限定されず、トーピード車以
外の容器への溶銑以外の溶融金属の注入時にも同様に適
用できることは明らかである。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、溶融金属にスラグが浮
遊している状態であっても、溶融金属の表面レベルを連
続的に精度良く測定することができ、容器中に受容する
溶融金属の量を精度良く所定値に合わせることができ
る。
【0031】又、スラグ層厚を直接計測できるため、ス
ラグがフォーミングする場合であっても、フォーミング
による液面の上昇か、あるいはスラグの受容量が変化し
たための液面の上昇か、を適正に評価することができ
る。従って、スラグのフォーミング等の現象を迅速に感
知して、フォーミング防止剤の投入や投入中止、増/減
量等の予備処理の制御を極めて迅速且つ適正に行なうこ
とができ、無駄が無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用対象の一例である、高炉の出銑口
から流出する溶鋼をトーピード車で受銑している状況を
示す、トーピード車の縦断面図
【図2】出願人が特開平11−281467で提案した
溶融金属の表面レベル測定装置の原理を示す正面図
【図3】本発明の原理を説明するための、マイクロ波レ
ベル計による出力波形の例を示す線図
【図4】マイクロ波レベル計の構成の一例を示す正面図
【図5】本発明の原理を確認するために行なった試験設
備の概略を示す、トーピード車の横断面図
【図6】図5の試験設備により得られた、マイクロ波レ
ベル計の最大ピークから換算したレベルと、重錘で計測
した浴面表面レベルとの関係の例を示す散布図
【図7】同じく、マイクロ波レベル計で最大ピークの後
に見られた小ピークから換算したレベルと、重錘で計測
して推定した溶銑表面レベルとの関係を示す散布図
【図8】同じく、トーピード車へ受銑中にマイクロ波レ
ベル計により計測したスラグ表面レベルと溶融金属表面
レベルを示す線図
【符号の説明】
8…出銑口 10…溶銑(溶融金属) 11…表面 12…脱珪スラグ 20…トーピード車 24…マイクロ波レベル計 25…発信機 26…マイクロ波 27…受信機 40…解析用パソコン
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C21C 1/06 C21C 5/52 4K015 5/52 7/00 R 4K070 7/00 C22B 9/16 C22B 9/16 G01F 23/28 D Fターム(参考) 2F014 AC06 FC01 4K001 DA05 GA03 GA06 GA16 GA18 GB11 4K012 CA09 CA10 4K013 FA00 4K014 AD01 AD17 AD21 4K015 KA00 4K070 BE20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面にスラグが浮遊している溶融金属の表
    面レベルを測定するための方法であって、 溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波
    を入射し、 該マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録すると共
    に、該反射波の強度の最高値を示すピークに相当する最
    高ピーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小ピー
    クの小ピーク時とを計測し、 マイクロ波の入射時から前記小ピーク時までの時間にマ
    イクロ波が進む距離を基に溶融金属の表面レベルを測定
    することを特徴とする、マイクロ波レベル計による溶融
    金属の表面レベル測定方法。
  2. 【請求項2】溶融金属の表面に浮遊しているスラグ層の
    厚みを測定するための方法であって、 溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波
    を入射し、 該マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録すると共
    に、該反射波の強度の最高値を示すピークに相当する最
    高ピーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小ピー
    クの小ピーク時とを計測し、 前記最高ピーク時から前記小ピーク時までの時間にマイ
    クロ波が進む距離を基にスラグ層厚を測定することを特
    徴とする、マイクロ波レベル計によるスラグ層厚測定方
    法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の方法による溶融金属の表
    面レベルの測定と、 請求項2に記載の方法によるスラグ層厚の測定を同時に
    行なうことを特徴とする、マイクロ波レベル計による溶
    融金属レベル及びスラグ層厚の測定方法。
  4. 【請求項4】表面にスラグが浮遊している溶融金属の表
    面レベルを測定するための装置であって、 溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波
    を入射する手段と、 該マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録すると共
    に、該反射波の強度の最高値を示すピークに相当する最
    高ピーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小ピー
    クの小ピーク時とを計測する手段と、 マイクロ波の入射時から前記小ピーク時までの時間にマ
    イクロ波が進む距離を基に溶融金属の表面レベルを測定
    する手段と、 を備えたことを特徴とする、マイクロ波レベル計による
    溶融金属の表面レベル測定装置。
  5. 【請求項5】溶融金属の表面に浮遊しているスラグ層の
    厚みを測定するための装置であって、 溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波
    を入射する手段と、 該マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録すると共
    に、該反射波の強度の最高値を示すピークに相当する最
    高ピーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小ピー
    クの小ピーク時とを計測する手段と、 前記最高ピーク時から前記小ピーク時までの時間にマイ
    クロ波が進む距離を基にスラグ層厚を測定する手段と、 を備えたことを特徴とする、マイクロ波レベル計による
    スラグ層厚測定装置。
  6. 【請求項6】表面にスラグが浮遊している溶融金属の表
    面レベル及びスラグ層の厚みを測定するための装置であ
    って、 溶融金属の上方より溶融金属の表面へ向けてマイクロ波
    を入射する手段と、 該マイクロ波の反射波の強度を経時的に記録すると共
    に、該反射波の強度の最高値を示すピークに相当する最
    高ピーク時と該最高ピーク時の後に生じる最初の小ピー
    クの小ピーク時とを計測する手段と、 マイクロ波の入射時から前記小ピーク時までの時間にマ
    イクロ波が進む距離、及び、前記最高ピーク時から前記
    小ピーク時までの時間にマイクロ波が進む距離を基に溶
    融金属の表面レベル及びスラグ層厚を測定する手段と、 を備えたことを特徴とする、マイクロ波レベル計による
    溶融金属の表面レベル及びスラグ層厚測定装置。
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