JP2006112954A - 溶湯レベル測定装置及び溶湯レベル測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯レベルを正確に測定することができ、かつ、低コストな非接触式の溶湯レベル測定装置を提案する。
【解決手段】一定距離以内にある物体（溶湯４）の存在を検知できる光学式センサ６と、溶湯保持炉１の炉蓋２に設けられ、光学式センサ６から発せられる入射光６ａ、及び、溶湯表面４ａからの反射光６ｂが透過可能なセンサ用窓５と、前記光学式センサ６の高さ位置を調整するためのアクチュエータ７と、前記光学式センサ６の高さ位置を検出するための位置検出センサ８と、前記光学式センサ６及び位置検出センサ８の検出結果に基づいて溶湯レベルを算出するコントローラ９を具備する溶湯レベル測定装置とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、溶湯保持炉内の溶湯レベル（溶湯の量、高さ）を炉外にて非接触で検出するための装置、及び方法に関するものである。

従来、炉内の溶湯レベル（溶湯の量、高さ）を測定する方法には、フロートや導通センサ等を用いた接触式の測定方法や、光学センサ等を用いた非接触の測定方法等があり、これらの方法に関する技術は周知とされている（例えば、特許文献１・２参照）。
特開平９−２４３４３４号公報 特開平９−３３３１９号公報

しかし、接触式の場合、フロートや導通センサ等の部品の劣化が激しく、メンテナンス頻度が高いものとなってしまう。また、溶湯表面の酸化物がフロート・導通センサに付着することにより、溶湯レベルの測定に誤差が生じることがある。
また、炉壁内に測定器の一部（光ファイバー等）を埋設する構成では、故障が発生した場合に、溶湯を全て炉から抜き出し、炉壁の解体、センサ埋設、炉壁復旧、溶湯受入といったように、復旧に多大な手間を要することとなり、メンテナンス性が悪く、費用も高いといった問題がある。
他方、非接触式の場合、炉の外部に設置する光学式距離センサ、カメラなどの測定機器が高価であり、設備投資費が嵩んでしまう。また、これらの機器は熱に弱いため、場合によっては、大規模な冷却装置が別途必要となり、設置スペースの問題や、設備投資費の問題が生じることになる。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、一定距離以内にある物体の存在を検知できる光学式センサと、溶湯保持炉に設けられ、前記光学式センサから発せられる入射光、及び、溶湯表面からの反射光が透過可能なセンサ用窓と、前記光学式センサの高さ位置を調整するためのアクチュエータと、前記光学式センサの高さ位置を検出するための位置検出センサと、前記光学式センサ及び位置検出センサの検出結果に基づいて溶湯レベルを算出するコントローラ、を具備する溶湯レベル測定装置とするものである。
また、請求項４に記載のごとく、溶湯保持炉に設けられたセンサ用窓を介して、炉外の光学式センサから前記溶湯保持炉内の溶湯表面へ入射光を発射するとともに、溶湯表面からの反射光を前記光学式センサにて検出して、一定距離以内にある溶湯表面の存在を光学式センサにて検出する工程と、前記光学式センサの高さ位置を位置検出センサにて検出する工程と、前記光学式センサ及び位置検出センサの検出結果に基づいてコントローラにより溶湯レベルを算出する工程とを具備する溶湯レベル測定方法とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、前記センサ用窓は、耐熱性材で構成されることとするものである。

また、請求項３に記載のごとく、前記センサ用窓は、該センサ用窓が取り付けられる開口部を塞ぐ構成とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、請求項１、４に記載の発明では、溶湯表面と非接触で炉外から溶湯レベルを測定することができ、接触式で構成される場合において生じる部品の劣化や酸化物の付着等による測定誤差の発生の問題がなく、溶湯レベルを正確に測定することができる。
また、光学式センサは、特殊な構成は必要とされず、安価なものを採用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。
また、装置構成が簡易であり、各種機器を溶湯保持炉に直接取り付けることも可能であるため、従来構成と比較してコンパクトに構成でき、設置スペースの縮小化が図られる。

また、請求項２に記載の発明では、炉内の熱が光学式センサへ伝わることがないことから、光学式センサ自体には耐熱性が必要とされず、また、光学式センサのための冷却装置を設ける必要もない。

また、請求項３に記載の発明では、炉内の空間は密閉された状態となり、大気中の酸素が炉内へ侵入し、溶湯の品質が悪化してしまうこともない。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、溶湯レベル測定装置１０の構成について示すものである。
溶湯保持炉１は、上側を開放とする容器形状とされており、その開放が炉蓋２によって閉じられている。また、前記溶湯保持炉１には、鋳鉄やアルミ等の金属が溶解されて、溶湯４となって存在している。

また、前記炉蓋２には、ロッド７ａを上下に移動させるアクチュエータ７が設けられており、前記ロッド７ａより横方向へ突設されたアーム７ｂには、一定距離以内にある物体（溶湯４）の存在を検知できる光学式センサ６が固定されている。このアクチュエータ７は、サーボモータ等を具備し、後述するコントローラ９によって駆動制御される。
また、前記炉蓋２には、前記光学式センサ６の下方となる位置に、上下方向に貫通孔２ａが設けられており、該貫通孔２ａの上側開口部２ｂの上方には、センサ用窓５が設けられている。

前記センサ用窓５は、前記光学式センサ６から発せられる入射光６ａ、及び、溶湯表面４ａからの反射光６ｂが透過可能なように、耐熱ガラスや耐熱樹脂等の耐熱性材で構成されている。
そして、前記光学式センサ６は、センサ用窓５を透過した反射光６ｂを検出することで、溶湯４の有無、つまりは、溶湯表面４ａの存在を検出するようにしている。

また、該センサ用窓５は、前記上側開口部２ｂの周囲を囲んで立設される筒体５ａの上部に設けられ、これにより、前記貫通孔２ａがセンサ用窓５によって塞がれ、溶湯保持炉１内の熱が炉外に開放されたり、大気中の酸素が炉内へ侵入したりしないようになっている。これにより、炉内の空間は密閉された状態となり、大気中の酸素が炉内へ侵入し、溶湯４の品質が悪化してしまうこともない。尚、筒体５ａを省略し、前記上側開口部２ｂに直接センサ用窓５を取り付ける構成としてもよい。

また、前記炉蓋２には、前記光学式センサ６の高さ位置を検出するための位置検出センサ８が設けられている。
この位置検出センサ８は、コントローラ９と接続されており、該コントローラ９は、位置検出センサ８からの信号を演算することにより、光学式センサ６の位置を算出するようにしている。
本実施例では、ロッド７ａのストローク（移動量）をエンコーダ等により検知して、そのストロークから、前記光学式センサ６の位置を間接的に算出することとしている。また、ストロークは、ロッド７ａをいっぱいに伸長させて、光学式センサ６が最も高い位置にセットされたとの状態を基準として計測されることとしている。
尚、光学式センサ６の位置の検知については、上記の他、光学式センサ６の絶対位置（炉蓋２からの高さ等）を非接触により検知できる構成とすることや、前記アーム７ｂを被検出体として、該アーム７ｂの位置に基づき光学式センサ６の位置を算出する構成としてもよい。

また、前記コントローラ９は、前記アクチュエータ７と接続されており、コントローラ９の指令により、前記ロッド７ａを進退させて光学式センサ６を上下方向に移動させ、光学式センサ６の高さ位置を調整することとしている。
また、前記コントローラ９は、前記光学式センサ６と接続されており、該光学式センサ６による溶湯表面４ａの検出結果から、溶湯表面４ａが検出されたことを認識できるようにしている。
また、前記コントローラ９は、上述のように、前記位置検出センサ８と接続されており、該位置検出センサ８による光学式センサ６の検出結果から、光学式センサ６の上下方向の位置を算出できるようにしている。
そして、前記コントローラ９は、前記アクチュエータ７を駆動させるとともに、光学式センサ６にて溶湯表面４ａが検出されたときの光学式センサ６の位置から、溶湯表面４ａの溶湯レベル（溶湯の量、高さ）を算出するようにしている。
また、前記コントローラ９には、表示装置１１が接続されており、算出された溶湯レベルを、該表示装置１１に表示することとしている。

次に、以上の構成を用いた溶湯レベルの検出方法について説明する。
図２に示すごとく、光学式センサ６が最も高い位置にセットされた待機状態において（ステップ２０）、コントローラ９に溶湯レベル測定開始の指令がなされると（ステップ２１）、コントローラ９は、アクチュエータ７を駆動させて、光学式センサ６を下降させる（ステップ２２）。
コントローラ９は、光学式センサ６が溶湯表面４ａを検出するまでアクチュエータ７を駆動し（ステップ２３）、光学式センサ６と溶湯表面４ａとの距離が、光学式センサ６が検出可能な一定距離にまで縮まって、光学式センサ６が溶湯表面４ａを検出すると、アクチュエータ７の駆動を停止させる（ステップ２４）。
そして、コントローラ９は、アクチュエータ７の駆動開始から停止までの間における前記ロッド７ａのストローク（移動量）を計算し、該ストロークを基に溶湯レベルを演算する（ステップ２５）。このストロークに基づく溶湯レベルの計算は、予め定められた計算式により行われるものであり、ストロークが大きいときは、溶湯レベルは低いものとされ（溶湯表面４ａが低い）、ストロークが小さいときは、溶湯レベルは高いものとされる（溶湯表面４ａが高い）。
そして、この溶湯レベルの演算結果は、表示装置１１に表示される（ステップ２６）。溶湯レベルの表示形態は、数値を用いることとする他、高・中・低などの段階表示としてもよい。

また、この溶湯レベルの演算・表示が完了すると、コントローラ９は、アクチュエータ７を駆動して光学式センサ６を上昇させ（ステップ２７）、光学式センサ６が最も高い位置まで上昇したら（ステップ２８）、アクチュエータ７の駆動を停止し（ステップ２９）、再び、待機状態とする（ステップ２０に戻る）。

以上のようにして、溶湯レベルの測定が行われる。
そして、上記の装置構成は、一定距離以内にある物体（溶湯４）の存在を検知できる光学式センサ６と、溶湯保持炉１の炉蓋２に設けられ、前記光学式センサ６から発せられる入射光６ａ、及び、溶湯表面４ａからの反射光６ｂが透過可能なセンサ用窓５と、前記光学式センサ６の高さ位置を調整するためのアクチュエータ７と、前記光学式センサ６の高さ位置を検出するための位置検出センサ８と、前記光学式センサ６及び位置検出センサ８の検出結果に基づいて溶湯レベルを算出するコントローラ９と、算出された溶湯レベルを表示する表示装置１１を具備する構成としている。
また、前記センサ用窓５は、耐熱性材で構成されることとしている。
また、前記センサ用窓５は、該センサ用窓５が取り付けられる開口部、即ち、前記溶湯保持炉１の炉蓋２の上側開口部２ｂを塞ぐ構成としている。

そして、以上の構成によれば、溶湯表面４ａと非接触で炉外から溶湯レベルを測定することができ、接触式で構成される場合において生じる部品の劣化や酸化物の付着等による測定誤差の発生の問題がなく、溶湯レベルを正確に測定することができる。
また、光学式センサ６は、特殊な構成は必要とされず、安価なものを採用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。
また、装置構成が簡易であり、図１に示すごとく、各種機器を溶湯保持炉１に直接取り付けることも可能であるため、従来構成と比較してコンパクトに構成でき、設置スペースの縮小化が図られる。
また、光学式センサ６は、炉外に配置され、さらに、前記センサ用窓５の構成によって炉内の熱が光学式センサ６へ伝わることがないことから、光学式センサ６自体には耐熱性が必要とされず、また、光学式センサ６のための冷却装置を設ける必要もない。
また、該センサ用窓５の構成により、炉内の空間は密閉された状態となり、大気中の酸素が炉内へ侵入し、溶湯の品質が悪化してしまうこともない。

以上の装置構成は、鋳鉄、アルミ等材質を問わず、金属溶湯を取り扱う製造業・研究機関において、その溶湯を保持する炉内の溶湯レベルを測定することが必要な装置・プロセスに適用可能である。

溶湯レベル測定装置の構成について示す図。 溶湯レベルの測定フローについて示す図。

符号の説明

１ 溶湯保持炉
２ 炉蓋
４ 溶湯
５ センサ用窓
６ 光学式センサ
７ アクチュエータ
８ 位置検出センサ
９ コントローラ
１０ 溶湯レベル測定装置

Claims (4)

1. 一定距離以内にある物体の存在を検知できる光学式センサと、
   溶湯保持炉に設けられ、前記光学式センサから発せられる入射光、及び、溶湯表面からの反射光が透過可能なセンサ用窓と、
   前記光学式センサの高さ位置を調整するためのアクチュエータと、
   前記光学式センサの高さ位置を検出するための位置検出センサと、
   前記光学式センサ及び位置検出センサの検出結果に基づいて溶湯レベルを算出するコントローラ、を具備する溶湯レベル測定装置。
2. 前記センサ用窓は、耐熱性材で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の溶湯レベル測定装置。
3. 前記センサ用窓は、該センサ用窓が取り付けられる開口部を塞ぐ構成とする、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶湯レベル測定装置。
4. 溶湯保持炉に設けられたセンサ用窓を介して、炉外の光学式センサから前記溶湯保持炉内の溶湯表面へ入射光を発射するとともに、溶湯表面からの反射光を前記光学式センサにて検出して、一定距離以内にある溶湯表面の存在を前記光学式センサにて検出する工程と、
   前記光学式センサの高さ位置を位置検出センサにて検出する工程と、
   前記光学式センサ及び位置検出センサの検出結果に基づいてコントローラにより溶湯レベルを算出する工程とを具備する溶湯レベル測定方法。

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