CN111417734B - 水平计测方法及水平计测装置 - Google Patents

Abstract

目的是提供一种能够使用微波比以往更正确地测量吹炼中的熔渣面的水平计测方法及水平计测装置。在水平计测装置(10)中，将被判定为噪声的水平测量值除去(SP9)，仅基于没有被除去而剩下的水平测量值，确定炉内的熔渣面(3)的水平(SP8)。由此，在水平计测装置(10)中，能够抑制以非精炼金属产生的错误的水平测量值为基础来确定炉内的熔渣面(3)的水平，所以相应地能够比以往更正确地测量吹炼中的熔渣面(3)。

Description

水平计测方法及水平计测装置

技术领域

本发明涉及用来计测炉的内部的熔渣面的水平的水平计测方法及水平计测装置。

背景技术

为了在转炉制钢工艺中使生产性提高，提高将氧等的气体向熔渣面喷吹时的送氧速度、缩短转炉吹炼(以下也简单称作吹炼)所需要的时间是重要的。但是，如果提高送氧速度，则熔渣容易起泡沫，不仅发生溢流(slopping)(起泡沫的熔渣从炉口溢出的现象)或喷溅(spitting)(由于喷流而熔渣飞散的现象)而导致成品率的下降，还有可能发生非精炼金属或熔渣附着到炉口或罩等而妨害作业等的问题。因而，为了实现生产性的提高，测量转炉的内容物的水平、正确地实时掌握作为溢流的预兆的熔渣的起泡沫动态等是重要的。

以往，作为熔渣面的水平计测装置，如专利文献1所示，考虑了利用微波的水平计测装置。这里，在转炉吹炼中的炉内，铁液及熔渣大量地飞散，有铁液或熔渣作为非精炼金属而附着在炉口或炉内的炉壁的情况。对于水平计测装置而言，如果附着于炉壁的非精炼金属存在于微波的照射范围，则除了来自熔渣的反射信号以外，还接收来自非精炼金属的反射信号。因此，在来自非精炼金属的反射信号强度比来自熔渣的反射信号强度大的情况下，有可能将非精炼金属的位置误检测为熔渣面位置(熔渣面的水平)。

考虑这样的由非精炼金属带来的问题，也可以考虑专利文献2所示那样的水平计测装置。在专利文献2中，公开了将从吹炼工序的开始时起就不变化而持续存在的信号作为噪声除去后求出到熔渣面的距离的方法。此外，在专利文献2中，公开了以下的方法：隔开规定的时间间隔，采用表示反射波的反射强度与天线及熔渣面的往复传输时间的关系的反射波形的差，将这样的反射波形的差及该差的绝对值最大的信号作为距熔渣面的信号而求出距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－180126号公报

专利文献2：日本特开2016－29212号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在将从吹炼工序的开始时起持续存在的信号判定为噪声的方法中，对于在吹炼中新附着于炉口或炉壁的非精炼金属不能判定为噪声，不能将来自新生成的非精炼金属的反射波除去。此外，也有由于在炉内产生的粉尘的影响而来自熔渣面的反射信号被遮挡的情况。在这样的情况下，在将反射波形的差或其绝对值最大的信号作为来自熔渣面的信号的方法中，也有由于在炉内产生的粉尘的影响而反射波的强度较大地变动的情况，所以也有将非精炼金属误判定为熔渣面的情况。因此，在专利文献2中，有不能正确地测量吹炼中的熔渣面的水平的问题。

进而，在专利文献2中，当由于在炉内产生的粉尘的影响而来自熔渣面的微波的反射率变得很小，则得到的反射波形与前1个反射波形的差的峰值也变小，峰值判定变得困难。此外，在由粉尘的影响带来的反射波的强度的时间变动较大的情况下，在采取反射波形的差的绝对值的波形中，也有出现相当于熔渣面的两个峰值的情况，在此情况下，存在应选择哪个峰值的不明确性。因而，在专利文献2中，有在炉内产生粉尘的吹炼中不能正确地测量熔渣面的水平的问题。

本发明是鉴于上述那样的问题而做出的，目的是提供一种能够使用微波比以往更正确地测量吹炼中的熔渣面的水平计测方法及水平计测装置。

用来解决课题的手段

本发明的水平计测方法，是使用微波计测炉内的熔渣面的水平的水平计测方法，具备：微波照射接收工序，朝向上述炉内照射上述微波，接收来自上述熔渣面或附着在上述炉内的非精炼金属的反射微波；距离波形信号生成工序，通过上述微波和上述反射微波，生成表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的、距离与信号强度的关系的距离波形信号；提取工序，提取上述距离波形信号内的主峰，作为表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的距离的时间变化的水平测量值；噪声判定工序，将上述水平测量值与过去的储存水平测量值进行比较，判定上述水平测量值是否是噪声；以及水平确定工序，将被判定为上述噪声的上述水平测量值除去，基于没有被除去而剩下的上述水平测量值，确定上述炉内的上述熔渣面的水平。

本发明的水平计测装置，是使用微波计测炉内的熔渣面的水平的水平计测装置，具备：天线部，朝向上述炉内照射上述微波，接收来自上述熔渣面或附着在上述炉内的非精炼金属的反射微波；距离波形信号生成部，通过上述微波和上述反射微波，生成表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的、距离与信号强度的关系的距离波形信号；提取部，提取上述距离波形信号内的主峰，作为表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的距离的时间变化的水平测量值；噪声判定部，将上述水平测量值与过去的储存水平测量值进行比较，判定上述水平测量值是否是噪声；以及水平确定部，将被判定为上述噪声的上述水平测量值除去，基于没有被除去而剩下的上述水平测量值，确定上述炉内的上述熔渣面的水平。

发明效果

根据本发明，能够抑制以非精炼金属产生的不恰当的水平测量值为基础确定炉内的熔渣面的水平，所以相应地能够比以往更正确地测量吹炼中的熔渣面。

附图说明

图1是表示使用本发明的水平计测装置的转炉的结构的概略图。

图2A是表示发送波及接收波的关系的图，图2B是表示发送波及接收波的波形的图，图2C是表示差拍波的波形的图，图2D是表示呈现有主峰的距离波形信号的图。

图3是表示距离波形信号的一例的图。

图4是表示水平测量值的时间序列变化和基于水平测量值计算出的时间平均曲线的图。

图5是表示水平计算部的电路结构的框图。

图6是将图4所示的历史数据的一部分区域放大的图。

图7A是表示水平测量值的时间序列变化的图，图7B是用于说明被判定为噪声的水平测量值的图，图7C是用于说明将被判定为噪声的水平测量值除去时的图。

图8是表示本发明的水平计测处理次序的流程图。

图9是对于图4所示的历史数据表示将实际被判定为噪声的水平测量值除去时的水平测量值和基于剩下的水平测量值计算出的时间平均曲线的图。

具体实施方式

<关于本发明的水平计测装置>

图1是表示本发明的水平计测装置10和使用本发明的水平计测装置10的转炉制钢工艺中的转炉1的结构的概略图。

在转炉制钢工艺中，通过向转炉1的内部(以下也简单称作炉内)装入铁液2，从吹管4对铁液2吹入氧等的气体，从而进行铁液2的成分调整来生成熔钢。在熔融物的表面，随着处理的进行而生成熔渣。本发明的水平计测装置10实时地计测这样形成在炉内的熔渣面3的水平。在本发明中所述的“熔渣面”，是指在炉内露出到外部的熔融状态的熔渣的表面。熔渣面3的“水平”，是指从炉内底部或规定基准位置看到的、炉内的熔渣面3的高度。

在由转炉1进行的处理中，由于产生蒸气及粉尘等，所以为了不使产生的粉尘等释放到外部环境中，在转炉1上方开口的炉口附近，设有从炉口向上方延伸的排气罩5。在该排气罩5，除了用来将吹管4向转炉1内插入的吹管用开口部以外，还在炉口上方开口有罩开口部6。在罩开口部6的周围，作为配管状的构造物而设有向上方延伸设置的开口形成部7。

水平计测装置10的天线部10a被配置在开口形成部7。在该实施方式的情况下，在开口形成部7，除了设置有天线部10a以外，还在该天线部10a与炉内之间设有隔热板14。隔热板14由例如氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)、二氧化硅(SiO₂)等那样微波能够透过的无机陶瓷形成。隔热板14能够在天线部10a与炉内之间进行微波的收发，并且能够减少来自炉内的热从而防止天线部10a由于热而损伤。

天线部10a具备：发送天线11，从罩开口部6内朝向炉内照射微波；以及接收天线12，与该发送天线11分体地设置，将从炉内的熔渣面3反射并穿过罩开口部6内的反射微波接收。另外，作为被朝向炉内照射的微波的频率，根据炉内较窄、并且熔渣面3的微波的反射率较小的特性，希望是超过10[GHz]且90[GHz]以下，优选的是35[GHz]以上85[GHz]以下。

另外，发送天线11及接收天线12例如是相同直径的圆锥型的喇叭形天线，以开口的扩径的前端朝向炉内的方式配设。发送天线11及接收天线12使扩径的前端相邻地配设在开口形成部7。在本实施方式的情况下，将发送天线11的前端的直径与接收天线12的前端的直径相加的距离与罩开口部6的直径d相同，发送天线11及接收天线12的前端跨罩开口部6的径向的大致全域而配置。

发送天线11及接收天线12，在各前端设有例如由聚四氟乙烯(特氟隆(注册商标))构成的透镜部13。发送天线11通过透镜部13使向熔渣面3照射的微波收敛，由此能够提高发送天线11的天线增益。此外，接收天线12通过透镜部13使来自熔渣面3的反射微波收敛，由此能够提高接收天线12的天线增益。

水平计测装置10具有水平计算部10b，将由接收天线12接收到的来自炉内的反射微波向水平计算部10b送出。水平计算部10b基于从发送天线11朝向炉内发送的微波和由此由接收天线12接收到的来自炉内的反射微波执行规定的运算处理，从而能够计算熔渣面3的高度(水平)而进行熔渣面3的水平计测。

<本发明的水平计测方法的概要>

这里，首先对利用微波的FM－CW方式的水平计测方法进行说明。如图2A所示，设当生成微波时，受频率扫掠器控制的振荡器的频率调制的宽度被设定为F(Hz)，扫掠周期被设定为T(秒)。被朝向炉内照射的微波(以下，也简单称作发送波)的频率随着时间的经过而连续地且直线性地变化。

另一方面，被作为计测对象物的熔渣面3反射并被接收天线12接收的反射微波(以下，也简单称作接收波)产生与从接收天线12到熔渣面3的距离(以下，称作离开距离D)成比例的延迟Δt(秒)。结果，在某个同时刻的发送波与接收波之间，产生与离开距离D对应的频率的差Δf(Hz)。如图2B及图2C所示，如果这样的发送波及接收波被混合器混合，则成为具有相当于Δf的频率成分的差频信号(以下，也称作差拍波或差拍信号)。

发送波和接收波的时间的延迟Δt相当于微波从发送天线11经由熔渣面3回到接收天线12所需要的时间。计算离开距离的处理与计算差拍信号的频率(差拍频率△f)是等同的。这里，在现实的计测环境中，成为在由混合器生成的差拍信号(差拍波)中混合有若干频率成分的复合波的情况较多。

因而，为了求出这样的由多个频率成分构成的差拍信号的频率，基于由多个频率成分构成的差拍信号进行傅里叶变换处理，生成频谱信号。接着，基于频谱信号，生成表示距离[m]与信号强度的关系的图2D那样的波形信号(以下，也称作“距离波形信号”)。距离波形信号以横轴为距离[m]、以纵轴为信号强度[dB]，想要求出的离开距离由峰值的位置给出。

此外，在吹炼中，通过来自吹管4的氧等的气体的喷吹或从炉底的风口(在图1中未图示)吹入氩气等，铁液及熔渣较多地飞散在炉内。如果这些飞散物附着在炉口或炉内的炉壁，则成为非精炼金属而成长。从发送天线11照射的微波由于有一定的扩散而在空间中传输，所以有不仅是熔渣面3，附着于炉口或炉壁的非精炼金属也被照射的情况。由此，在由非精炼金属将微波反射的情况下，检测到从熔渣面3和非精炼金属的双方分别反射的反射微波。结果，在通过将差拍波进行傅里叶变换而得到的距离波形信号中，如图3所示，有出现多个峰值P1、P2的情况。在这样的情况下，例如如果将距离波形信号内的主峰决定为看起来与熔渣面3的水平对应，则能够不受多个峰值的存在所迷惑地确定熔渣面3的水平。

但是，此时根据非精炼金属的成长的程度、作为反射面的熔渣面3的倾斜及熔渣面3的微波反射率，有来自非精炼金属的反射信号比来自熔渣面3的反射信号大的情况。在这样的情况下，有将由于来自非精炼金属的反射信号在距离波形信号内生成的峰值误检测为到熔渣面3的距离的情况。

图4表示每当得到距离波形信号就提取在距离波形信号内呈现的主峰、将其时间变化以时间序列标绘的历史数据(以下，也称作“水平测量值”)。图4中的S1表示基于这些水平测量值计算出的时间平均曲线。如图4所示，在应表示到熔渣面3的距离的各水平测量值中发生离差。因此可知，如果简单地决定为主峰表示熔渣面3的水平，则由于在主峰的位置处同时包含来自熔渣面3的反射或来自非精炼金属的反射，从而将来自非精炼金属的反射带来的峰值误检测为表示炉内的熔渣面3的水平的水平测量值。

此外，表示到熔渣面3的距离的时间平均的时间平均曲线S1也受到将来自非精炼金属的反射信号在距离波形信号中产生的主峰误检测为水平测量值的影响而较多地包含误差。

所以，本发明者们对于由天线部10a同时接收到来自非精炼金属的反射信号和来自熔渣面3的反射信号的情况下将两者的信号区别而将来自非精炼金属的反射信号除去的方法进行了专门研究。结果可知，表示熔钢面/熔渣面的水平测量值以高速振动，另一方面，表示非精炼金属的水平测量值大致呈现在相同的高度位置，想到了，利用该差异识别两者的反射信号并将来自非精炼金属的反射信号除去的方法。以下，对于将来自非精炼金属的反射信号除去而得到正确的水平测量值的水平计测方法，使用图5所示的水平计算部10b详细地进行说明。

<水平计算部的概要>

图5是表示水平计算部10b的电路结构的框图。如图5所示，水平计算部10b具有由未图示的CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及ROM(ReadOnlyMemory)等构成的微型计算机结构的控制部20。水平计算部10b具有存储有各种信息的存储部21、显示部22、连接在天线部10a的信号处理部23、距离波形信号生成部24、提取部25、噪声判定部26和水平确定部27经由总线B被连接在控制部20的结构。

控制部20通过将预先保存在ROM中的基本程序及水平计测处理程序等的各种程序装载到RAM中并启动，综合地控制水平计算部10b的各种功能，执行后述的水平计测处理。信号处理部23将微波向发送天线11及距离波形信号生成部24送出。信号处理部23使微波从发送天线11朝向炉内照射，并且接受由接收天线12接收到的反射微波，将其向距离波形信号生成部24送出。

距离波形信号生成部24具有差拍信号生成部29及傅里叶变换处理部30。差拍信号生成部29将作为发送波的微波与作为接收波的反射微波通过混合器混合而生成差拍信号(差频信号)，将其向傅里叶变换处理部30送出。傅里叶变换处理部30对差拍信号进行傅里叶变换处理，生成频谱信号。此外，傅里叶变换处理部30基于频谱信号，生成表示距离[m]及信号强度的关系的、图2D那样的距离波形信号，将其向提取部25送出。

距离波形信号生成部24在吹炼中，通过微波和反射微波，以规定时间间隔生成表示到炉内的熔渣面3或非精炼金属的距离与信号强度的关系的距离波形信号。提取部25每当接受到距离波形信号，就提取在距离波形信号内呈现的主峰作为水平测量值，将其分别向存储部21、噪声判定部26及水平确定部27送出。在此情况下，提取部25将距离波形信号中在规定的距离范围(例如10～20[m])内出现的最高的峰值确定为主峰，将其决定为水平测量值。

存储部21如果从提取部25接受到水平测量值，则将其作为过去的储存水平测量值，以时间序列顺序存储(存储工序)。由此，在存储部21中，如图4所示，生成将在吹炼中得到的全部的水平测量值作为过去的储存水平测量值而以时间序列顺序排列的历史数据(即，表示距离与时间的关系的数据)。

这里，图6是将图4所示的历史数据中的350秒～500秒的区域放大得到的图。推测附着在炉壁等的非精炼金属难以受到从吹管4吹入的氧及从炉底的风口吹入的氩气等的影响。由此，推测在图6所示的区域ER1、ER2、ER3内，出现在大致相同的高度位置处的标绘点(水平测量值)是误检测到来自非精炼金属的反射信号而计算出的水平测量值。

另一方面，熔渣面3受到从吹管4吹入的氧及从炉底的风口吹入的氩等的气体的影响，一边在±500[mm]左右的范围中以短时间细微地振动，一边以长周期整体地高度变动。由此，推测为处于图6所示的区域ER1、ER2、ER3以外的周期较短且呈现细微的振动的标绘点(水平测量值)是检测到来自熔渣面3的反射信号而计算出的水平测量值。

水平计算部10b利用这样的检测到来自熔渣面3的反射信号而计算出的水平测量值与误检测到来自非精炼金属的反射信号而计算出的水平测量值的差异，将来自非精炼金属的反射信号除去。图5所示的噪声判定部26每当从提取部25接受到水平测量值，就利用过去的储存水平测量值，判定该水平测量值是否是误检测到来自非精炼金属的反射信号而计算出的水平测量值(以下，也称作噪声)。

在该实施方式的情况下，噪声判定部26具有比较部31及判定部32。比较部31每当从提取部25接受到水平测量值，就从存储在存储部21中的历史数据中，将处于判定范围内的储存水平测量值读出。在该实施方式的情况下，作为判定范围，例如从提取部25接受到从吹炼开始起第n次的水平测量值时，将存储在存储部21中的过去的储存水平测量值中的在第n次水平测量值的紧前存储的从第n－1次到第n－10次的10个储存水平测量值作为判定范围。

比较部31将判定范围内的多个储存水平测量值与从提取部25接受到的最近的水平测量值进行比较。比较部31生成表示在判定范围内的储存水平测量值的某个中是否存在与最近的水平测量值的差的绝对值是规定值以下的储存水平测量值的比较结果，将其向判定部32送出。

在该实施方式的情况下，比较部31例如一旦从判定范围内的储存水平测量值之中检测到1个与判定对象的水平测量值的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值，就结束比较处理，但本发明并不限于此。比较部31也可以关于判定对象的水平测量值与判定范围内的全部的储存水平测量值进行比较。

关于作为水平测量值与储存水平测量值的差的绝对值的判断基准的“规定值以下”的规定及判定范围，只要匹配于炉的大小、根据过去的操作数据得到的误检测到非精炼金属的频度、非精炼金属的成长速度、熔渣面3的反射率、水平计测装置10的距离解析能力等，按照每个炉选择适当的值就可以。在如本实施方式那样例如使用FMCW方式的水平计测装置10的情况下，关于水平测量值与储存水平测量值的差的绝对值，如果设微波的频带宽度为F[Hz]，设光速为c[m/s]，则优选的是设为由c/2F决定的水平计测装置10的解析能力左右。即，优选的是生成水平测量值与储存水平测量值的差的绝对值是否是c/2F以下的比较结果。

此外，例如作为水平测量值与储存水平测量值的差的绝对值是否是规定值以下的比较结果，也可以生成水平测量值与储存水平测量值的距离差的绝对值是否是30[mm]以下的比较结果。

对于这样的水平测量值的判定方法，使用图7A所示那样的历史数据进行以下说明。另外，这里着眼于历史数据中的水平测量值d₁₁。比较部31如果从提取部25接受到第n次的水平测量值d₁₁作为最近的水平测量值，则从存储在存储部21中的历史数据中，依次读出在水平测量值d₁₁的紧前(紧接着之前)存储的从第n－1次到第n－10次的10个储存水平测量值d₁₀～d₁。比较部31将所读出的判定范围内的各储存水平测量值d₁₀～d₁与水平测量值d₁₁依次比较，生成表示在储存水平测量值d₁₀～d₁之中是否存在与水平测量值d₁₁的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值d₁₀～d₁的比较结果。

在此情况下，如图7A所示，由于作为判定对象的水平测量值d₁₁处于与判定范围内的储存水平测量值d₉、d₈、d₇、d₂大致相同的高度位置，所以这些储存水平测量值d₉、d₈、d₇、d₂与水平测量值d₁₁的差的绝对值被判断为规定值以下。比较部31例如生成存在与水平测量值d₁₁的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值d₉的比较结果，将其向判定部32送出。这样，比较部31每当从提取部25接受到水平测量值，就生成在判定范围内是否存在与该水平测量值的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值的比较结果。

对于图7A所示的历史数据，如果比较部31每当从提取部25接受到水平测量值就进行上述那样的判定，则如图7B所示，得到由中空的圆(“○”)表示的水平测量值d₇、d₈、d₉、d₁₀、d₁₁、d₁₆、d₁₇在各判定范围内分别存在与水平测量值d₇、d₈、d₉、d₁₀、d₁₁、d₁₆、d₁₇的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值的比较结果。例如，得到图7B所示的水平测量值d₁₀在判定范围内存在与水平测量值d₁₀的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值d₄、水平测量值d₁₆在判定范围内存在与水平测量值d₁₆的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值d₁₀的比较结果。

判定部32如果从比较部31接受到在判定范围内存在与判定对象的水平测量值d₁₁的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值的比较结果，则认为该水平测量值d₁₁与过去的储存水平测量值d₂、d₇、d₈、d₉同样持续出现在大致相同的高度位置，将水平测量值d₁₁判定是误检测到来自非精炼金属的反射信号而计算出的噪声。判定部32将该判定结果向水平确定部27送出。

另一方面，判定部32如果从比较部31接受到在判定范围内不存在与判定对象的水平测量值的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值的比较结果，则认为该最近的水平测量值是基于以长周期整体地高度变动的熔渣面3的水平测量值，判定是检测到来自熔渣面3的反射信号而计算出的水平测量值。并且，判定部32将该判定结果向水平确定部27送出。

图5所示的水平确定部27具有除去部34和水平输出部35。除去部34从提取部25接受最近的水平测量值，并从判定部32接受对于该最近的水平测量值的判定结果。除去部34如果接受到例如最近的水平测量值是噪声的判定结果，则将被判定为噪声的最近的水平测量值除去。另一方面，除去部34如果接受到最近的水平测量值不是噪声的判定结果，则将没有被判定为噪声的水平测量值向水平输出部35送出。

这里，图7C表示将在图7B的历史数据中被判定为噪声的水平测量值d₇、d₈、d₉、d₁₀、d₁₁、d₁₆、d₁₇由水平确定部27除去后的历史数据。水平输出部35如图7C所示，仅将没有被判定为噪声而没被除去的水平测量值作为表示炉内的熔渣面3的水平的水平计测结果输出。

由此，水平输出部35能够呈现将来自非精炼金属的反射信号的大部分去除的水平测量值，并且能够基于这些水平测量值生成表示到熔渣面3的距离的时间平均的时间平均曲线S2。这样得到的时间平均曲线S2由于来自非精炼金属的反射信号所产生的噪声的大部分被去除，所以相应地成为更正确地表示炉内的熔渣面3的水平的曲线。

另外，历史数据中的、作为将水平测量值判定为噪声的判定基准的、由初次的来自非精炼金属的反射信号带来的水平测量值d₂、d₄没有被除去，而原样地被从水平输出部35输出。但是，水平输出部35通过输出时间平均曲线S2，能够减小作为噪声没有被除去的水平测量值d₂、d₄的影响。此外，水平输出部35即使由来自熔渣面3的反射信号带来的水平测量值误被作为噪声除去，通过输出时间平均曲线S2，也能够减小其影响。

如上述那样，来自熔渣面3的反射信号产生的水平测量值也有可能被误判定为噪声而被除去几点。但是，由于通过微波的收发进行的测量周期通常为100[ms]以下是高速的，所以来自熔渣面3的反射信号产生的水平测量值即使丢失了几点也没有问题，也能够进行熔渣面3的正确的水平计测。

这里，在存储部21中存储有提取部25提取的全部的水平测量值，在噪声判定部26中，使用这些全部的水平测量值作为过去的储存水平测量值，判定由提取部25得到的水平测量值是否是来自非精炼金属的反射信号所产生的噪声。即，被判定为噪声的水平测量值虽然没有被从水平输出部35输出，但在由噪声判定部26进行的判定处理中被包含在判定范围内。这样，噪声判定部26通过将被判定为噪声的水平测量值也包含在判定范围内来判定最近的水平测量值是否是噪声，从而能够对于水平测量值更正确地进行噪声的判定。

从水平输出部35输出的判定处理后的水平测量值及根据这些水平测量值得到的时间平均曲线S2被向显示部22送出并显示在显示部22上。由此，作业者能够基于显示在显示部22上的水平测量值的时间序列变化及时间平均曲线S2，实时地识别出吹炼中的炉内的熔渣面3的水平。

此外，在专利文献2中，对表示距离与信号强度的关系的距离波形信号取差，通过检测差或差的绝对值的最大的信号来确定熔渣面3的水平，但是有熔渣面3的微波反射率很小、此外距离波形信号由噪声带来的变动较大、由于炉内的粉尘而强度变小的问题。此外，由于通过取差而强度变得更小，所以难以测量正确的熔渣面，但在以上的本实施方式的结构中，不是处理距离波形信号本身，而是变换为表示到熔渣面3或非精炼金属的距离与信号强度的关系的水平测量值并进行处理，从而能够将对于信号强度的依存性消除，即使取差，也能够避免信号变小或被噪声埋没的不良状况。

<本发明的水平计测处理>

接着，对于由水平计测装置10执行的上述水平计测处理，使用图8所示的流程图简单地说明。如图8所示，水平计测装置10在步骤SP1中，由信号处理部23生成微波，将其从发送天线11朝向炉内照射，并将微波作为发送信号向差拍信号生成部29送出，向下一步骤SP2转移。

在步骤SP2中，接收天线12从炉内接收反射微波，将其作为接收信号经由信号处理部23向差拍信号生成部29送出，转移到下一步骤SP3。在步骤SP3中，差拍信号生成部29根据作为发送信号的微波和作为接收信号的反射微波来生成差拍信号，将其向傅里叶变换处理部30送出，转移到下一步骤SP4。

在步骤SP4中，傅里叶变换处理部30对差拍信号进行傅里叶变换等从而生成频谱信号。接着，在步骤SP4中，傅里叶变换处理部30基于频谱信号，生成表示到炉内的熔渣面3或非精炼金属的距离与信号强度的关系的距离波形信号，将其向提取部25送出，转移到下一步骤SP5。

在步骤SP5中，提取部25提取在距离波形信号内产生的主峰作为表示到熔渣面3或非精炼金属的距离的时间变化的水平测量值，将其向存储部21、噪声判定部26及水平确定部27送出，转移到下一步骤SP6。在步骤SP6中，存储部21将水平测量值作为储存水平测量值存储，生成过去的储存水平测量值以时间序列排列的历史数据，转移到下一步骤SP7。

在步骤SP7中，噪声判定部26将处于预先设定的判定范围内的储存水平测量值从存储部21读出，判定在判定范围内是否存在与水平测量值的差的绝对值是规定值以下(例如，距离差的绝对值是30[mm]以下或c/2F以下)的储存水平测量值(是否与储存水平测量值近似)。如果在步骤SP7中得到否定结果，则这表示在判定范围内不存在与水平测量值的差的绝对值为规定值以下的储存水平测量值、即水平测量值不是来自非精炼金属的反射信号所产生的噪声，此时，噪声判定部26将该判定结果向水平确定部27送出并转移到下一步骤SP8。

另一方面，在步骤SP7中，如果得到肯定结果，则这表示在判定范围内存在与水平测量值的差的绝对值是规定值以下的储存水平测量值、即水平测量值是来自非精炼金属的反射信号所产生的噪声，此时，噪声判定部26将该判定结果向水平确定部27送出，转移到下一步骤SP9。在步骤SP9中，水平确定部27将被判定为噪声的水平测量值除去，向下一步骤SP8转移。

在步骤SP8中，水平确定部27将除去了被除去的水平测量值以外的其余的水平测量值及根据这些其余的水平测量值计算出的时间平均曲线S2作为能够确定炉内的熔渣面3的水平的水平计测结果显示在显示部22，结束上述的水平计测处理次序。

<作用及效果>

在以上的结构中，对于水平计测装置10而言，朝向炉内照射微波，接收来自熔渣面3的反射微波(微波照射接收工序)，通过这些微波及反射微波，生成表示到炉内的熔渣面3或非精炼金属的、距离与信号强度的关系的距离波形信号(距离波形信号生成工序)。对于水平计测装置10而言，每当得到距离波形信号，就提取该距离波形信号内的主峰，作为表示到熔渣面3或非精炼金属的、距离与信号强度的关系的水平测量值(提取工序)。对于水平计测装置10而言，将最近的水平测量值与作为判定范围内的过去的储存水平测量值进行比较，判定水平测量值是否是噪声(噪声判定工序)。

这里，根据来自附着于炉口或炉壁的非精炼金属的反射信号得到的水平测量值每单位时间的距离变动较小，另一方面，根据来自熔渣面3的反射信号得到的水平测量值其距离周期性地变化，并且距离变动的周期是高速的。因此，在作为判定范围的过去的储存水平测量值之中存在与判定对象的水平测量值的差的绝对值是规定值以下的储存水平测量值的情况下，关于该水平测量值可以说每单位时间的距离变动较小，所以将该水平测量值判定为噪声。

对于水平计测装置10而言，将被判定为噪声的水平测量值除去，仅基于没有被除去而剩下的水平测量值，确定炉内的熔渣面3的水平(水平确定工序)。由此，对于水平计测装置10而言，能够抑制以非精炼金属产生的错误的水平测量值为基础而确定炉内的熔渣面3的水平，所以相应地能够比以往更正确地测量吹炼中的熔渣面3。

此外，在专利文献2中，对于表示距离与信号强度的关系的距离波形信号取差，通过检测差或差的绝对值最大的信号来确定熔渣面3的水平，但是有熔渣面3的微波反射率极小、此外距离波形信号由噪声带来的变动较大、由于炉内的粉尘而强度变小的问题。此外，由于取差而强度进一步变小，所以难以测量正确的熔渣面，但在以上的本实施方式的结构中，不是处理距离波形信号自身，而是变换为表示到熔渣面3或非精炼金属的距离与信号强度的关系的水平测量值来进行处理，从而能够消除对于信号强度的依存性，即使取差，也能够避免信号变小或被噪声埋没等的不良状况。

在本实施方式中，使用发送天线11及接收天线12的2个天线，将这些发送天线11及接收天线12配置在由罩开口部6形成的开口内。这样，在将发送天线11及接收天线12的2个天线配置在罩开口部6内的情况下，罩开口部6的中心与发送天线11的中心偏差。因此，来自发送天线11的微波容易照在熔渣面3以外的非精炼金属等上，相应地容易发生噪声。

此外，如上述那样，在将发送天线11及接收天线12的2个天线配置在罩开口部6内的情况下，与使用单一的收发天线时相比，相应于设有接收天线12而发送天线11的发送区域变小。因此，希望增大来自发送天线11的输出功率或降低电路内部的本底噪声等而使感度提高，但相应于提高感度，也容易发生由熔渣面3以外的非精炼金属等带来的噪声。

但是，对于水平计测装置10而言，即使将发送天线11及接收天线12的2个天线配置在罩开口部6内，也能够抑制根据非精炼金属等产生的错误的水平测量值确定熔渣面3的水平，所以相应地能够正确地测量吹炼中的熔渣面3。

<其他实施方式>

另外，在上述的实施方式中，作为与最近的第n次的水平测量值比较的储存水平测量值的判定范围，将到判定对象的第n次的水平测量值的紧前(紧接着之前)为止存储的从第n－1次到第n－10次的10个储存水平测量值设为判定范围，但本发明并不限于此。例如，也可以将到判定对象的第n次的水平测量值的紧前(紧接着之前)为止存储的从第n－m₁次到第n－m₂次(m₁、m₂是0以外的整数，m₁<m₂)的储存水平测量值设为判定范围。

此外，作为与最近的水平测量值比较的储存水平测量值的判定范围，也可以将从取得了作为判定对象的水平测量值的定时(时点)到规定时间前所观测到的多个储存水平测量值设为判定范围。在此情况下，例如优选使用在取得了水平测量值的1秒前以内所取得的储存水平测量值来判定水平测量值是否是噪声。

此外，在上述的实施方式中，对使用具备1个发送天线11和1个接收天线12的天线部10a的情况进行了叙述，但本发明并不限于此，也可以使用发送天线及接收天线被一体地形成的收发天线。此外，在上述的实施方式中，对应用了在转炉制钢工艺中使用的转炉1作为炉的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，例如除了熔融还原炉以外，对于在非铁金属精炼工艺中使用的炉等其他各种炉也能够应用。作为非铁金属精炼工艺，例如可以举出铜熔炼工艺。

实施例

这里，对于图4所示的测量结果，在到1秒前的储存水平测量值的某个与此次的水平测量值的差的绝对值是0.03[m]以内的情况下，认为此次的水平测量值是基于来自非精炼金属的反射信号的水平测量值，将进行噪声除去后的结果表示在图9中。在图4中在200～800秒恒常地出现的10.6[m]附近的水平测量值、在0～400秒出现的11.6[m]及12[m]附近的水平测量值、在500～600秒出现的12[m]及12.5[m]附近的水平测量值在图9中能够分别作为噪声除去。随之，能够确认基于这些水平测量值求出的时间平均曲线S2也是根据到本来的熔渣面3的水平得到了时间平均值。

标号说明

1转炉(炉)

3熔渣面

10水平计测装置

10a天线部

10b水平计算部

11发送天线

12接收天线

24距离波形信号生成部

25提取部

26噪声判定部

27水平确定部

Claims (7)

1.一种水平计测方法，使用微波计测炉内的熔渣面的水平，

该水平计测方法具备：

微波照射接收工序，朝向上述炉内照射上述微波，接收来自上述熔渣面或附着在上述炉内的非精炼金属的反射微波；

距离波形信号生成工序，根据上述微波和上述反射微波，生成表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的、距离与信号强度的关系的距离波形信号；

提取工序，提取上述距离波形信号内的主峰，作为表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的距离的时间变化的水平测量值；

噪声判定工序，将上述水平测量值与过去的储存水平测量值比较，判定上述水平测量值是否是噪声；以及

水平确定工序，将被判定为上述噪声的上述水平测量值除去，基于没有被除去而剩下的上述水平测量值，计算表示到上述熔渣面的距离的时间平均的时间平均曲线，基于计算出的上述时间平均曲线，确定上述炉内的上述熔渣面的水平。

2.如权利要求1所述的水平计测方法，

还具备：将通过上述提取工序而提取的上述水平测量值作为过去的储存水平测量值、以时间序列顺序存储在存储部、从而生成表示上述水平测量值的时间序列变化的历史数据的存储工序，

上述噪声判定工序中，在上述水平测量值与上述储存水平测量值的差的绝对值是规定值以下的情况下，将上述水平测量值判定为上述噪声。

3.如权利要求1所述的水平计测方法，

上述噪声判定工序中，在上述水平测量值与上述储存水平测量值的差的绝对值是c/2F以下的情况下，将上述水平测量值判定为上述噪声，

其中，c表示光速[m/s]，F表示上述微波的频带宽度[Hz]。

4.如权利要求1所述的水平计测方法，

上述噪声判定工序中，在上述水平测量值与上述储存水平测量值的距离差的绝对值是30[mm]以下的情况下，将上述水平测量值判定为上述噪声。

5.如权利要求1所述的水平计测方法，

上述噪声判定工序中，使用在取得上述水平测量值的1秒前以内所取得的上述储存水平测量值，判定上述水平测量值是否是上述噪声。

6.如权利要求1～5中任一项所述的水平计测方法，

具备：将在上述噪声判定工序中被判定为上述噪声的上述水平测量值也作为上述储存水平测量值向存储部存储的存储工序。

7.一种水平计测装置，使用微波计测炉内的熔渣面的水平，

该水平计测装置具备：

天线部，朝向上述炉内照射上述微波，接收来自上述熔渣面或附着在上述炉内的非精炼金属的反射微波；

距离波形信号生成部，根据上述微波和上述反射微波，生成表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的、距离与信号强度的关系的距离波形信号；

提取部，提取上述距离波形信号内的主峰，作为表示到上述炉内的上述熔渣面或上述非精炼金属的距离的时间变化的水平测量值；

噪声判定部，将上述水平测量值与过去的储存水平测量值比较，判定上述水平测量值是否是噪声；以及

水平确定部，将被判定为上述噪声的上述水平测量值除去，基于没有被除去而剩下的上述水平测量值，计算表示到上述熔渣面的距离的时间平均的时间平均曲线，基于计算出的上述时间平均曲线，确定上述炉内的上述熔渣面的水平。

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