JP2016006419A - Detection method for surface shape of lining refractory of molten metal processing container, and system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出するのに利用して好適な溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a method and a system for detecting the surface shape of a refractory lining a molten metal processing vessel that is suitable for detecting the surface shape of a refractory lining a molten metal processing vessel.
鉄鋼業においては、溶銑、溶鋼を精錬する工程で、混銑車、溶銑鍋、転炉、溶鋼鍋、脱ガス炉、タンディッシュ等の、耐火物が内張りされた溶融金属処理容器が使用される。
溶融金属処理容器の内張り耐火物は、処理回数の増大と共に損耗するが、その度合いは場所によって必ずしも均一ではないことから、溶融金属処理容器を一定の期間安定に使用するために、定期的に点検作業が行われる。従来は、定期的に溶融金属処理容器の使用を中断して冷却した後に、内張り耐火物の損耗量を計測し、損耗が著しく進行している部位のみを補修するという点検作業が行われてきていた。
In the steel industry, molten metal processing vessels with refractories lined, such as kneading wheels, hot metal ladle, converter, molten steel pan, degassing furnace, tundish, etc. are used in the process of refining hot metal and molten steel.
Although the refractory lining the molten metal processing vessel wears with the increase in the number of treatments, the degree is not necessarily uniform depending on the location. Therefore, in order to use the molten metal processing vessel stably for a certain period of time, check it regularly. Work is done. Conventionally, after the use of the molten metal processing vessel is periodically interrupted and cooled, the amount of wear of the lining refractory is measured, and the inspection work of repairing only the portion where wear has progressed remarkably has been performed. It was.
内張り耐火物の損耗量を計測するために、レーザ距離計を用いて溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出することが提案されている。例えば特許文献1や非特許文献1では、時間領域方式のレーザ距離計を用いる構成が開示されている。また、特許文献2では、位相領域方式のレーザ距離計を用いる技術が開示されている。
In order to measure the wear amount of the lining refractory, it has been proposed to detect the surface shape of the lining refractory of the molten metal processing container using a laser distance meter. For example,
耐火物は熱膨張収縮率が大きいために、溶融金属処理容器を冷却する際には、内張り耐火物が大きく収縮する現象が生じる。このような内張り耐火物の収縮は、その内部に亀裂を発生させる原因となる。点検作業のために溶融金属処理容器を冷却することにより、内張り耐火物の内部に亀裂が発生すると、溶融金属処理容器を再使用したときに、この亀裂が起点となって内張り耐火物の損耗を助長させ、溶融金属処理容器の使用期間が短くなってしまう問題があった。
点検作業のために溶融金属処理容器を冷却することによる問題点を解消するために、溶融金属処理容器の使用中、例えば溶融金属処理容器から溶融金属を排出して次に注湯するまでの間に、内張り耐火物の表面形状を検出することが求められる。
Since the refractory has a large thermal expansion / shrinkage rate, a phenomenon that the lining refractory contracts greatly occurs when the molten metal processing vessel is cooled. Such shrinkage of the lining refractory causes cracks in the interior. If a crack occurs in the lining refractory by cooling the molten metal treatment container for inspection work, when the molten metal treatment container is reused, this crack will be the starting point and the refractory will be worn out. There is a problem that the use period of the molten metal processing container is shortened.
In order to eliminate the problems caused by cooling the molten metal processing vessel for inspection work, during the use of the molten metal processing vessel, for example, until the molten metal is discharged from the molten metal processing vessel and then poured In addition, it is required to detect the surface shape of the lining refractory.
ここで、特許文献1や非特許文献1で挙げられている時間領域方式は、目標を往復した反射光の遅延時間から距離を求める方式である。
しかしながら、時間領域方式のレーザ距離計では、レーザ光に短パルス波が使用され、時計回路を構成する電子回路のクロック速度はテラヘルツオーダーであるために、非常に高コストな装置構成となっている。
Here, the time domain method cited in
However, in the time-domain laser rangefinder, a short pulse wave is used for the laser light, and the clock speed of the electronic circuit constituting the clock circuit is on the terahertz order, so that the apparatus configuration is very expensive. .
また、特許文献2で挙げられている位相領域方式は、対象物体の表面で反射する反射光の強度信号と発信波の強度信号の位相差から距離を求める方式である。
位相領域方式のレーザ距離計では、連続波のレーザ光は汎用のレーザ光であり、かつ、レーザの繰り返し発信数がヘルツオーダーであり、位相差検出回路を構成する電子回路のクロック速度もメガヘルツオーダーであるために、廉価な装置構成となっている。
しかしながら、位相領域方式では、高温大気下にある対象物体との距離測定は原理的に不可能となる。対象物体が高温大気下にある場合、高温大気下を通して進行する反射光の強度信号は、高温大気下の屈折率のゆらぎにより変動を受ける。その結果、高温大気下の対象物体の表面で反射される反射光の強度信号は、室温大気下の対象物体の表面で反射する反射光の強度信号と異なることになる。つまり、レーザ距離計からある一定の距離だけ離されて設置されている物体を対象として、位相領域方式のレーザ距離計を用いて距離を測定する場合、対象物体が室温大気下にある場合と高温大気下にある場合とで、同一の距離として測定できなくなる。
The phase region method cited in Patent Document 2 is a method for obtaining a distance from a phase difference between an intensity signal of reflected light reflected from the surface of a target object and an intensity signal of an outgoing wave.
In a phase-range laser rangefinder, the continuous-wave laser beam is a general-purpose laser beam, the number of repetitions of the laser is in the Hertz order, and the clock speed of the electronic circuit that constitutes the phase difference detection circuit is also in the Megahertz order. Therefore, the device configuration is inexpensive.
However, in the phase domain method, it is impossible in principle to measure the distance to the target object in the high-temperature atmosphere. When the target object is in a high-temperature atmosphere, the intensity signal of reflected light traveling through the high-temperature atmosphere is subject to fluctuations due to refractive index fluctuations in the high-temperature atmosphere. As a result, the intensity signal of the reflected light reflected from the surface of the target object in the high temperature atmosphere is different from the intensity signal of the reflected light reflected from the surface of the target object in the room temperature atmosphere. In other words, when measuring a distance using a phase range laser distance meter for an object that is set a certain distance away from the laser distance meter, the target object is in a room temperature atmosphere and at a high temperature. It becomes impossible to measure as the same distance when in the atmosphere.
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、高温大気下にある内張り耐火物の表面形状を低コストで正確に検出できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enable accurate detection of the surface shape of a lining refractory in a high-temperature atmosphere at a low cost.
本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法は、溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法であって、前記内張り耐火物の表面温度が700℃以上1400℃以下の状態で、周波数領域方式のレーザ距離計を用いて前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離を測定することにより、前記内張り耐火物の表面形状を検出することを特徴とする。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計は650nm以下の波長のレーザ光を用いる点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を複数台用いて、前記内張り耐火物の表面形状を検出する点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を用いて、一方向に走査し、次に、前記一方向に垂直な方向に位置を変更した後、前記一方向に走査することを繰り返す点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を、前記溶融金属処理容器の円形の開口に向き合うように配置して、前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした渦巻き状に走査する点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を、前記溶融金属処理容器の円形の開口に向き合うように配置して、前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査し、次に該周方向の内側又は外側に位置を変更した後、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査することを繰り返す点にある。
本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムは、溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムであって、前記内張り耐火物の表面温度が700℃以上1400℃以下の状態で、前記内張り耐火物の表面までの距離を測定する周波数領域方式のレーザ距離計と、前記レーザ距離計を用いて測定した前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離に基づいて、前記内張り耐火物の表面形状を検出する形状検出装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの他の特徴とするところは、複数台の前記レーザ距離計を一列に並べ、前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向に対して側方への首振りとを可能にした点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの他の特徴とするところは、複数台の前記レーザ距離計を一列に並べ、前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向上の点を中心とする、前記列方向に対して側方への回転とを可能にした点にある。
The method for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container according to the present invention is a method for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container to detect the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container. In the state where the surface temperature of the lining refractory is 700 ° C. or more and 1400 ° C. or less, the distance to a plurality of points on the surface of the lining refractory is measured by using a frequency range type laser distance meter. It is characterized by detecting the surface shape of an object.
Another feature of the method for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container according to the present invention is that the laser distance meter uses laser light having a wavelength of 650 nm or less.
Another feature of the method for detecting the surface shape of the lining refractory in the molten metal processing vessel of the present invention is that the surface shape of the lining refractory is detected using a plurality of the laser distance meters. is there.
Another feature of the method for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container according to the present invention is that the laser distance meter is used to scan in one direction, and then perpendicular to the one direction. After changing the position in one direction, the scanning in the one direction is repeated.
Another feature of the method for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing vessel of the present invention is that the laser distance meter is arranged so as to face the circular opening of the molten metal processing vessel. The laser distance meter is used to scan in a spiral shape around the center of the circular opening or the vicinity thereof.
Another feature of the method for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing vessel of the present invention is that the laser distance meter is arranged so as to face the circular opening of the molten metal processing vessel. , Using the laser distance meter to scan in the circumferential direction around the center of the circular opening or the vicinity thereof, and then changing the position to the inside or outside of the circumferential direction, and then the center of the circular opening Alternatively, the scanning in the circumferential direction centering on the vicinity thereof is repeated.
The detection system for the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container of the present invention is a system for detecting the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container, which detects the surface shape of the refractory lining the molten metal processing container. In the state where the surface temperature of the lining refractory is 700 ° C. or more and 1400 ° C. or less, the frequency range type laser distance meter for measuring the distance to the surface of the lining refractory, and the measurement using the laser distance meter And a shape detecting device for detecting a surface shape of the lining refractory based on distances to a plurality of points on the surface of the lining refractory.
Another feature of the system for detecting the surface shape of the lining refractory of the molten metal processing container of the present invention is that a plurality of the laser rangefinders are arranged in a row, and a row of laser rangefinders arranged in the row. It is in the point which enabled the swing in the direction and the swing in the side with respect to the row direction.
Another feature of the system for detecting the surface shape of the lining refractory of the molten metal processing container of the present invention is that a plurality of the laser rangefinders are arranged in a row, and a row of laser rangefinders arranged in the row. It is in a point enabling swinging in the direction and lateral rotation with respect to the column direction around the point in the column direction.
本発明によれば、周波数領域方式のレーザ距離計を用いて内張り耐火物の表面までの距離を測定するようにしたので、700℃以上1400℃以下という高温大気下にある内張り耐火物の表面形状を低コストで正確に検出できる。 According to the present invention, since the distance to the surface of the lining refractory is measured using a frequency domain type laser distance meter, the surface shape of the lining refractory in a high-temperature atmosphere of 700 ° C. to 1400 ° C. Can be accurately detected at low cost.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1に、本実施形態に係る溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの概略構成を示す。
1は周波数領域方式のレーザ距離計であり、溶融金属処理容器の内張り耐火物3の表面温度が700℃以上1400℃以下の状態で、内張り耐火物3の表面までの距離を測定する。
2は形状検出装置であり、レーザ距離計1を用いて測定した内張り耐火物3の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物3の表面形状を検出する。形状検出装置2は、例えばCPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータ装置により実現される。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1, schematic structure of the detection system of the surface shape of the lining refractory of the molten metal processing container which concerns on this embodiment is shown.
Reference numeral 2 denotes a shape detection device, which detects the surface shape of the
内張り耐火物3の表面温度を700℃以上1400℃以下の範囲とするのは、内張り耐火物3の表面温度が700℃未満とならないように溶融金属処理容器を使用するからである。すなわち、内張り耐火物3の表面温度が700℃未満となると、再使用時に、内張り耐火物3が溶銑、又は溶鋼と接触した際に大きな熱衝撃を受け、剥離損耗を生じるおそれがあるからである。一方、内張り耐火物3の表面温度が1400℃を超えるというのは、溶融金属の処理直後から時間が経過していない状態で、処理中に発生するガスが溶融金属処理容器内に充満しており、レーザ光を発信しても、レーザ光がガスを構成する気体分子に散乱され、内張り耐火物3の表面に到達できず、内張り耐火物3の表面との正確な距離を測定できないからである。
The reason why the surface temperature of the
ここで、周波数領域方式の原理を示す。レーザ距離計1において、101は発信器、102は半導体レーザ、103はビームスプリッタ、104は参照ミラー、105は受光器、106はビート周波数解析回路である。
周波数領域方式は、レーザ光の周波数を三角波状或いはのこぎり波状に変化させ、対象物体(内張り耐火物3)の表面で反射する反射光と、ビームスプリッタ103及び参照ミラー104で生成した参照光とを干渉させてビート信号(異なる周波数信号を混合して生じるうなり信号)を生じさせ、ビート周波数解析回路106でビート信号の周波数から距離を求める方式である。周波数領域方式のレーザ距離計1では、連続波のレーザ光は汎用のレーザ光であり、かつ、レーザの繰り返し発信数がヘルツオーダーであり、ビート周波数解析回路を構成する電子回路のクロック速度もメガヘルツオーダーであるために、廉価な装置構成となっている。
Here, the principle of the frequency domain method is shown. In the
In the frequency domain method, the frequency of the laser light is changed to a triangular wave shape or a sawtooth wave shape, and the reflected light reflected by the surface of the target object (lined refractory 3) and the reference light generated by the
周波数領域方式では、その原理から高温大気下にある対象物体との距離を正確に測定できると考えられる。その根拠は、周波数領域方式は、反射光と参照光とを干渉させて生じるビート信号の周波数から距離を測定することに着眼しており、反射光の周波数は、高温大気下の屈折率のゆらぎにより変動を受けないからである。 In the frequency domain method, it is considered that the distance from the target object in the high-temperature atmosphere can be accurately measured from the principle. The basis for this is that the frequency domain method focuses on measuring the distance from the frequency of the beat signal generated by interference between the reflected light and the reference light. The frequency of the reflected light is a fluctuation of the refractive index in a high-temperature atmosphere. This is because it is not subject to fluctuations.
また、高温に加熱されている物体の表面からは、種々の波長を有する光が放射される。その物体が黒体であるとした場合、絶対温度t(K)における黒体表面からの放射光の中で波長λのスペクトル強度は、プランクの法則より、(1)式より求めることができる。
Iは絶対温度t(K)における黒体表面からの放射光の中で波長λのスペクトル強度である。hはプランク定数であり、その値は6.260755×10-34(Js)である。cは光速であり、その値は2.99792458×108(m/s)である。kはボルツマン定数であり、その値は1.380658×10-23(J/K)である。
Further, light having various wavelengths is emitted from the surface of the object heated to a high temperature. Assuming that the object is a black body, the spectral intensity of the wavelength λ in the radiated light from the surface of the black body at the absolute temperature t (K) can be obtained from Equation (1) from Planck's law.
I is the spectral intensity of the wavelength λ in the emitted light from the black body surface at the absolute temperature t (K). h is a Planck's constant, and its value is 6.260755 × 10 −34 (Js). c is the speed of light, and its value is 2.9792458 × 10 8 (m / s). k is a Boltzmann constant, and its value is 1.380658 × 10 −23 (J / K).
図2に700℃に加熱された黒体表面からの放射光のスペクトル強度を、図3に1400℃に加熱された黒体表面からの放射光のスペクトル強度を示す。各図の横軸には波長が、縦軸にはスペクトル強度の規格値(最大値を1にして正規化した値)が示されている。 FIG. 2 shows the spectral intensity of the emitted light from the black body surface heated to 700 ° C., and FIG. 3 shows the spectral intensity of the emitted light from the black body surface heated to 1400 ° C. In each figure, the horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the spectrum intensity standard value (a value normalized by setting the maximum value to 1).
レーザ光を利用して高温大気下にある対象物体との距離を測定する場合、レーザ光の波長としては、対象物体からの放射光の波長の影響を受けにくい範囲の波長を選択する必要がある。レーザ光の波長として、対象物体から放射される光の波長を選択した場合、対象物体からの放射光も反射波として検出するために、ノイズが増して正確な距離が測定できなくなるからである。 When measuring the distance to a target object in a high-temperature atmosphere using laser light, it is necessary to select a wavelength within a range that is not easily affected by the wavelength of radiation light from the target object. . This is because when the wavelength of the light emitted from the target object is selected as the wavelength of the laser light, since the emitted light from the target object is also detected as a reflected wave, noise increases and an accurate distance cannot be measured.
周波数領域方式のレーザ距離計を用いて高温下にある対象物体との距離を測定する場合に、対象物体からの放射光の影響を受けないレーザ光の波長を実験にて求めた。
実験は次のようにして行った。大気解放された電気炉内に静置された対象物体とレーザ距離計とを一定の距離だけ離して設置した。その距離としては、室温にて周波数領域方式のレーザ距離計にて測定した値を用いた。なお、電気炉には対象物体と同一材質が内張りされている。電気炉により、その中に静置された対象物体を700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、及び1400℃の各温度に加熱し、電気炉を大気解放した後に、それぞれの温度で電気炉内の対象物体とレーザ距離計との距離を、レーザ光の波長を種々に変えて測定した。レーザ光のクラスは波長700nm以下のものはクラス2を、波長700nm超のものはクラス1Mのものを使用した。そして、室温で測定された対象物体との距離と、各温度で測定された対象物体との距離の差異が±5mmの範囲内に収まるレーザ光の波長の最大値を上限値とした。
When measuring the distance to the target object under high temperature using a frequency domain laser rangefinder, the wavelength of the laser beam that is not affected by the radiated light from the target object was experimentally determined.
The experiment was performed as follows. The target object placed in an electric furnace released to the atmosphere and the laser rangefinder were set apart by a certain distance. As the distance, a value measured with a frequency domain laser rangefinder at room temperature was used. The electric furnace is lined with the same material as the target object. The target object placed in the electric furnace is heated to 700 ° C, 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C, 1100 ° C, 1200 ° C, 1300 ° C, and 1400 ° C to release the electric furnace to the atmosphere. After that, at each temperature, the distance between the target object in the electric furnace and the laser distance meter was measured by changing the wavelength of the laser beam in various ways. As the laser light class, those having a wavelength of 700 nm or less were class 2, and those having a wavelength of more than 700 nm were class 1M. Then, the maximum value of the wavelength of the laser beam within which the difference between the distance from the target object measured at room temperature and the distance from the target object measured at each temperature falls within a range of ± 5 mm was set as the upper limit value.
実験の結果、対象物体の表面温度が700℃であればレーザ光の波長は1100nm、800℃であれば1000nm、900℃であれば900nm、1000℃であれば850nm、1100℃であれば750nm、1200℃であれば700nm、1300℃であれば650nm、1400℃であれば650nmが上限値であることを見出した。
以上のことから、周波数領域方式のレーザ距離計で650nm以下の波長のレーザ光を用いることにより、表面温度が700℃以上1400℃以下の状態にある内張り耐火物3までの距離を測定して、その表面形状を検出できることを実証することができた。
As a result of the experiment, if the surface temperature of the target object is 700 ° C., the wavelength of the laser beam is 1100 nm, 1000 nm if 800 ° C., 900 nm if 900 ° C., 850 nm if 1000 ° C., 750 nm if 1100 ° C., It was found that the upper limit is 700 nm at 1200 ° C., 650 nm at 1300 ° C., and 650 nm at 1400 ° C.
From the above, by using a laser beam having a wavelength of 650 nm or less with a frequency domain laser distance meter, the distance to the lining refractory 3 in a state where the surface temperature is 700 ° C. or more and 1400 ° C. or less is measured. It was proved that the surface shape can be detected.
図4を参照して、形状検出装置2による処理、すなわちレーザ距離計1を用いて測定した内張り耐火物3の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物3の表面形状を検出する処理について説明する。
3次元空間座標の原点にレーザ距離計1を配置した場合における内張り耐火物3の表面の任意の点Pの座標を(x,y,z)とする。原点にあるレーザ距離計1に対する内張り耐火物3の表面の任意の点Pの位置情報θ,φと、レーザ距離計1から内張り耐火物3の表面の任意の点Pまでの距離Lとを測定することにより、任意の点Pの座標(x,y,z)は、θ,φ,Lを用いて(2)式〜(4)式のように表記できる。
x=Lcosφsinθ・・・(2)
y=Lsinφ・・・(3)
z=Lcosφcosθ・・・(4)
このように、内張り耐火物3の表面の複数点について、原点にあるレーザ距離計1に対する内張り耐火物3の表面の点の位置情報θ,φと、レーザ距離計1から内張り耐火物3の表面の該点までの距離Lとを測定することにより、内張り耐火物3の表面形状を3次元空間に描写することができる。
そして、例えば使用前の溶融金属処理容器の内張り耐火物3の表面形状と、最新に検出した溶融金属処理容器の内張り耐火物3の表面形状との差分を求めることで、内張り耐火物3の損耗量を連続的に計測できる。これにより、使用中に著しく損耗が進行している部位を特定することができ、その部位のみを使用中に補修することが可能となる。
With reference to FIG. 4, the surface shape of the lining refractory 3 is detected based on the processing by the shape detection device 2, that is, the distance to a plurality of points on the surface of the lining refractory 3 measured using the
Let (x, y, z) be the coordinates of an arbitrary point P on the surface of the lining refractory 3 when the
x = L cos φ sin θ (2)
y = Lsinφ (3)
z = L cos φ cos θ (4)
Thus, for a plurality of points on the surface of the lining refractory 3, the position information θ, φ of the surface of the lining refractory 3 relative to the
For example, the wear of the lining refractory 3 is obtained by obtaining a difference between the surface shape of the lining refractory 3 of the molten metal processing container before use and the surface shape of the lining refractory 3 of the latest detected molten metal processing container. The amount can be measured continuously. As a result, it is possible to identify a part where wear has remarkably progressed during use, and it is possible to repair only that part during use.
内張り耐火物3の表面形状の検出は、レーザ距離計1を単独、若しくは複数台用いて行うことができる。
溶融金属処理容器のうち、外部から内張り耐火物3の全表面を視認できる溶銑鍋、転炉、溶鋼鍋、タンディッシュ等の場合、レーザ距離計1を溶融金属処理容器の外部の固定点に設置することにより、内張り耐火物3の表面形状を検出できる。外部からでは内張り耐火物3の全表面を視認できない混銑車や脱ガス炉等の場合、レーザ距離計1を溶融金属処理容器の内部の出し入れできるようにして内部の固定点に設置することにより、内張り耐火物3の表面形状を検出できる。
Detection of the surface shape of the lining refractory 3 can be performed by using a single
In the case of hot metal ladle, converter, molten steel pan, tundish, etc. that can visually recognize the entire surface of the refractory 3 lining from the outside among the molten metal processing containers, the
以下では、レーザ距離計1を備えた距離測定装置、及び走査方式の例を説明する。
図5に、複数台のレーザ距離計1を備えた距離測定装置の構成例を示す。図5に示すように、筐体4内に、複数台のレーザ距離計1を鉛直方向に一列に並べた装置構成としている。筐体4の前面には各レーザ距離計1に対応する出射窓5が形成されている。
筐体4内において複数台のレーザ距離計1が自動ゴニオステージ6で支持され、鉛直方向に一列に並べたレーザ距離計1の上下方向への首振りが可能、すなわちチルト角(仰角及び俯角)を可変としている。
また、筐体4の下部が自動回転ステージ7で支持され、鉛直方向に一列に並べたレーザ距離計1の左右側方(水平方向)への首振りが可能、すなわちパン角に可変としている。
Below, the distance measuring device provided with the
In FIG. 5, the structural example of the distance measuring apparatus provided with the several
A plurality of
Further, the lower part of the
例えば横置きにした溶融金属処理容器50の開口51に向き合うように複数台のレーザ距離計1を配置する(後述する図7を参照のこと)。
そして、図6で矢印に示すように、まず自動回転ステージ7でパン角を変えてレーザ距離計1により水平方向のうちの一方の方向に走査し、次に、自動ゴニオステージ6でチルト角を変えて高さ位置を変更した後、自動回転ステージ7でパン角を変えてレーザ距離計1により水平方向のうちの他方の方向(一方の方向と逆向きで平行な方向)に走査することを繰り返す。
For example, a plurality of
Then, as indicated by an arrow in FIG. 6, the pan angle is first changed by the automatic rotation stage 7 and scanned in one of the horizontal directions by the
図7に、複数台のレーザ距離計1を備えた距離測定装置の他の構成例を示す。なお、図5に示す装置構成と同様の構成には同じ符号を付して説明する。図7に示すように、筐体4内に、複数台のレーザ距離計1を一列に並べた装置構成としている。筐体4の前面には各レーザ距離計1に対応する出射窓5が形成されている。
レーザ距離計1の列方向に対して左右で、筐体4がアーム8により軸支される。これにより、矢印R1に示すように、不図示のモータ等を駆動源として、一列に並べたレーザ距離計1の列方向への首振りが可能になっている。なお、筐体4の左右の側部を軸支する構成を説明したが、図5と同様、筐体4内において複数台のレーザ距離計1が自動ゴニオステージ6で支持される構成としてもよい。
また、レーザ距離計1の背面側に回転軸9が配設されている。回転軸9はアーム8を回転可能に支持し、矢印R2に示すように、不図示のモータ等を駆動源として、アーム8を介して筐体4が回転可能となる。回転軸9による回転中心は、レーザ距離計1の列方向上の点、例えば一列に並べたレーザ距離計1のうち中間位置のレーザ距離計1の位置となるように配置される。これにより、レーザ距離計1の列方向に対して左右側方への回転が可能になっている。
FIG. 7 shows another configuration example of a distance measuring device including a plurality of
The
A
図7に示すように、横置きにした溶融金属処理容器50の開口51に向き合うように複数台のレーザ距離計1を配置する。このとき、回転軸9による回転中心は、円形の開口51の中心と同軸上に配置するのが好ましいが、厳密に同軸上である必要はなく、複数台のレーザ距離計1と溶融金属処理容器50との位置関係が明確であれば、同軸上からずれていてもよい。但し、回転中心と円形の開口51の中心とのずれの距離としては、図7に示した複数台のレーザ距離計1を鉛直方向に並べたその長さの2倍程度以下であることが望ましい。
そして、図8で矢印に示すように、回転軸9によりレーザ距離計1を回転させながら(回転R2)、レーザ距離計1の列方向への首振り(回転R1)を加えてレーザ距離計1の俯角を徐々に変えることにより、円形の開口51の中心又はその近傍を中心とした渦巻き状に走査する。なお、図8では、外周側から中心に向けて走査する例を描いたが、回転軸9によりレーザ距離計1を回転させながら(回転R2)、レーザ距離計1の列方向への首振り(回転R1)を加えてレーザ距離計1の仰角を徐々に変えることにより、中心側から外周に向けて走査するようにしてもよい。
As shown in FIG. 7, a plurality of
Then, as indicated by the arrow in FIG. 8, while the
ここで、図5、図6で説明したラスタスキャン式の走査方式の場合、円形の開口51に対して水平方向及び垂直方向に走査するため、走査領域に溶融金属処理容器50外の領域52が含まれることになる。領域52は、内張り耐火物3の表面形状の検出に必要でない領域であり、その領域を走査する分、距離測定に時間がかかってしまう。
また、パン角を変えて、走査位置(レーザ距離計1により距離を測定する位置)が溶融金属処理容器50の開口縁部53から内側へと移るときに(図6に示す箇所54等)、距離変化量が大きくなることがある。同様に、チルト角を変えるときにも、距離変化量が大きくなることがある。レーザ距離計では較正機能を有するものがあり、走査量に対して測定する距離が著しく変化する場合、他の要因によるものとして、測定データとして採用しないようにするものがある。この場合、箇所54等で測定データの欠落が生じ、測定データが少なくなる分、内張り耐火物3の表面形状の検出性能が劣ってしまうおそれがある。パン角やチルト角の変化を小さいものとすれば測定データの欠落を抑えることができるが、走査速度が低下してしまい、距離測定に時間を要することになる。
Here, in the case of the raster scan type scanning method described with reference to FIGS. 5 and 6, since the
Further, when the pan angle is changed and the scanning position (position at which the distance is measured by the laser rangefinder 1) moves inward from the opening
それに対して、図7、図8で説明したスパイラル式の走査方式の場合、円形の開口部51に沿うように外周側から中心に向かって、或いはその逆で走査するので、走査領域に溶融金属処理容器50外の領域52が含まれないようにすることができる。したがって、距離測定を短時間に行うことができる。同一の対象について比較したところ、ラスタスキャン式では距離測定に10分程度かかっていたところを、スパイラル式では3分程度で済むという結果も得られている。
また、走査位置が開口縁部53から内側へと移るときにも、徐々に溶融金属処理容器50の深い位置に移っていくので、距離変化量が大きくなるのを防ぐことができる。これにより、データの欠落が生じず、内張り耐火物3の表面形状の検出性能が劣るのを避けることができる。
On the other hand, in the case of the spiral scanning method described with reference to FIGS. 7 and 8, since scanning is performed from the outer peripheral side to the center along the
In addition, when the scanning position moves from the opening
また、図7に示す距離測定装置を用いて、スパイラル式の走査方式でなく、図9に示すように、回転式の走査方式とすることも可能である。
図7に示すように、横置きにした溶融金属処理容器50の開口51に向き合うように複数台のレーザ距離計1を配置する。このとき、回転軸9による回転中心は、円形の開口51の中心と同軸上に配置するのが好ましいが、厳密に同軸上である必要はなく、複数台のレーザ距離計1と溶融金属処理容器50との位置関係が明確であれば、同軸上からずれていてもよい。但し、回転中心と円形の開口51の中心とのずれの距離としては、図7に示した複数台のレーザ距離計1を鉛直方向に並べたその長さの2倍程度以下であることが望ましい。
そして、図9に示すように、回転軸9によりレーザ距離計1を回転させて(回転R2)、円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査し、次に、レーザ距離計1の列方向への首振り(回転R1)を加えてレーザ距離計1の俯角を変えることにより、該周方向の内側に位置を変更した後、回転軸9によりレーザ距離計1を回転させて(回転R2)、周方向に走査することを繰り返す。なお、図9では、外周側から中心に向けて走査する例を描いたが、周方向に走査した後、レーザ距離計1の仰角を変えることにより、中心側から外周に向けて走査するようにしてもよい。
Further, by using the distance measuring device shown in FIG. 7, it is possible to adopt a rotational scanning method as shown in FIG. 9 instead of the spiral scanning method.
As shown in FIG. 7, a plurality of
Then, as shown in FIG. 9, the
図7、図9で説明した回転式の走査方式の場合も、スパイラル式の走査方式と同様、走査領域に溶融金属処理容器50外の領域52が含まれないようにして、距離測定を短時間に行うことができる。また、距離変化量が大きくなるのを防いで、データの欠落が生じず、内張り耐火物3の表面形状の検出性能が劣るのを避けることができる。
さらに、回転方式では、レーザ距離計1の回転制御と首振り制御の各制御が比較的簡便になるという利点がある。
なお、スパイラル式及び回転式の走査方式において、回転軸9による回転(矢印R2)は一方向とするだけでなく、例えば360°ごとに反転動作させるような形態としてもよい。
In the case of the rotary scanning method described with reference to FIGS. 7 and 9, the distance measurement is performed for a short time so that the
Further, the rotation method has an advantage that the rotation control and the swing control of the
In the spiral scanning method and the rotational scanning method, the rotation by the rotation shaft 9 (arrow R 2 ) is not limited to one direction, but may be reversed every 360 °, for example.
(実施例)
実施例として、複数台のレーザ距離計1を用いて内張り耐火物3の表面形状を検出する例を説明する。周波数領域方式のレーザ距離計1は廉価な装置構成で済むので、現実的に複数台のレーザ距離計1を用いることが可能である。そして、複数台のレーザ距離計1で測定した距離を形状検出装置2で並列処理することにより、内張り耐火物3の表面形状の検出の高速化を図ることができる。
(Example)
As an embodiment, an example in which the surface shape of the lining refractory 3 is detected using a plurality of
本実施例では、図5に示すように、筐体4内に、レーザ距離計1を鉛直方向に50mmの等間隔で10台並べた装置構成としている。レーザ距離計1に採用されているレーザ光はクラス2で、波長が650nmである。
溶融金属処理容器の一つである溶鋼鍋を対象に、該装置を溶鋼鍋の外部に固定し、溶鋼鍋の内張り耐火物3の表面の点を50mmの等しい間隔で、各点とレーザ距離計1との距離を測定し、内張り耐火物3の表面形状を検出する。
最下段のレーザ距離計1が、3次元空間座標の原点となるように溶鋼鍋の外部に固定した。
また、50mmの等しい間隔で走査するために、複数台のレーザ距離計1が自動ゴニオステージ6で支持され、筐体4が自動回転ステージ7で支持されている。自動ゴニオステージ6はレーザ距離計1により垂直方向に走査するためのものであり、自動回転ステージ7はレーザ距離計1により水平方向に走査するためのものである。上述したように、例えばまず自動回転ステージ7でパン角を変えてレーザ距離計1により水平方向のうちの一方の方向に走査し、次に、自動ゴニオステージ6でチルト角を変えて高さ位置を変更した後、自動回転ステージ7でパン角を変えてレーザ距離計1により水平方向のうちの他方の方向(一方の方向と逆向きで平行な方向)に走査することを繰り返す。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the apparatus has a configuration in which 10
Targeting a molten steel pan which is one of the molten metal processing containers, the apparatus is fixed to the outside of the molten steel pan, and the points on the surface of the refractory 3 of the lining of the molten steel pan are spaced at equal intervals of 50 mm and laser distance meters. 1 is measured, and the surface shape of the lining refractory 3 is detected.
The
Further, in order to scan at an equal interval of 50 mm, a plurality of
複数台のレーザ距離計1を用いて測定した内張り耐火物3の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物3の表面形状を検出する処理について説明する。
最下段のレーザ距離計1を3次元空間座標の原点に配置することで、自動ゴニオステージ6と自動回転ステージ7とにより、内張り耐火物3の表面の任意の点の位置情報θ,φを測定することができる。
自動回転ステージ7を水平方向に角度θ、自動ゴニオステージ6を垂直方向に角度φだけ移動させ、最下段(原点)をN=1とするN番目(Nは最下段から遠ざかる順に2から10までの自然数)のレーザ距離計1を用いて、距離Lmmにある内張り耐火物3の表面の点を測定するとする。その点の座標(x,y,z)は、θ,φ,L並びにレーザ距離計1の設置間隔50mmを用いて(5)〜(7)式のように表記できる。
x=Lcosφsinθ−50(N−1)sinφsinθ・・・(5)
y=Lsinφ+50(N―1)cosφ・・・(6)
z=Lcosφcosθ−50(N−1)sinφsinθ・・・(7)
このように、内張り耐火物3の表面の複数点について、原点にあるレーザ距離計1に対する内張り耐火物3の表面の点の位置情報θ,φと、レーザ距離計1から内張り耐火物3の表面の該点までの距離Lとを測定することにより、内張り耐火物3の表面形状を3次元空間に描写することができる。
A process for detecting the surface shape of the lining refractory 3 based on the distance to a plurality of points on the surface of the lining refractory 3 measured using a plurality of
By positioning the
The automatic rotation stage 7 is moved in the horizontal direction by an angle θ, and the
x = L cos φ sin θ-50 (N−1) sin φ sin θ (5)
y = Lsinφ + 50 (N−1) cosφ (6)
z = L cos φ cos θ-50 (N−1) sin φ sin θ (7)
Thus, for a plurality of points on the surface of the lining refractory 3, the position information θ, φ of the surface of the lining refractory 3 relative to the
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
例えば図5、図7に示す装置構成は一例であり、図6で説明したラスタスキャン式の走査方式や図8で説明したスパイラル式の走査を可能とするものであれば、その具体的構造は限定されるものではない。例えば図5、図7の装置構成において、仰角及び俯角の両方向に首振りできるようにする必要はなく、いずれか一方向だけに首振りする構成としてもよい。
Although the present invention has been described together with the embodiments, the above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is interpreted in a limited manner by these. It must not be. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
For example, the configuration of the apparatus shown in FIGS. 5 and 7 is an example, and if the raster scan type scanning method described in FIG. 6 or the spiral type scan described in FIG. It is not limited. For example, in the apparatus configuration shown in FIGS. 5 and 7, it is not necessary to be able to swing in both the elevation angle and depression directions, and it may be configured to swing in only one direction.
1:周波数領域方式のレーザ距離計、2:形状検出装置、3:溶融金属処理容器の内張り耐火物、4:筐体、5:出射窓、6:自動ゴニオステージ、7:自動回転ステージ、8アーム、9:回転軸 1: frequency range type laser rangefinder, 2: shape detector, 3: refractory lining of molten metal processing vessel, 4: housing, 5: exit window, 6: automatic gonio stage, 7: automatic rotating stage, 8 Arm, 9: Rotating shaft
Claims (9)
前記内張り耐火物の表面温度が700℃以上1400℃以下の状態で、周波数領域方式のレーザ距離計を用いて前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離を測定することにより、前記内張り耐火物の表面形状を検出することを特徴とする溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。 A method for detecting a surface shape of a lining refractory of a molten metal processing container, which detects a surface shape of a lining refractory of a molten metal processing container,
In the state where the surface temperature of the lining refractory is 700 ° C. or more and 1400 ° C. or less, the distance to a plurality of points on the surface of the lining refractory is measured by using a frequency range type laser distance meter. A method for detecting a surface shape of a lining refractory of a molten metal processing container, characterized by detecting a surface shape of the molten metal.
前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした渦巻き状に走査することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。 The laser distance meter is disposed so as to face the circular opening of the molten metal processing vessel,
The lining of the molten metal processing container according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser distance meter is used to scan in a spiral shape around the center of the circular opening or the vicinity thereof. Refractory surface shape detection method.
前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査し、次に該周方向の内側又は外側に位置を変更した後、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査することを繰り返すことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。 The laser distance meter is disposed so as to face the circular opening of the molten metal processing vessel,
The laser distance meter is used to scan in the circumferential direction around the center of the circular opening or the vicinity thereof, and then change the position to the inside or outside of the circumferential direction, and then the center of the circular opening or The method for detecting the surface shape of the lining refractory of a molten metal processing container according to any one of claims 1 to 3, wherein scanning in the circumferential direction centering on the vicinity thereof is repeated.
前記内張り耐火物の表面温度が700℃以上1400℃以下の状態で、前記内張り耐火物の表面までの距離を測定する周波数領域方式のレーザ距離計と、
前記レーザ距離計を用いて測定した前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離に基づいて、前記内張り耐火物の表面形状を検出する形状検出装置とを備えたことを特徴とする溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システム。 A detection system for detecting the surface shape of a refractory lining a molten metal processing vessel, the surface shape of a refractory lining a molten metal processing vessel,
A frequency range type laser rangefinder that measures the distance to the surface of the lining refractory in a state where the surface temperature of the lining refractory is 700 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower;
A molten metal treatment comprising: a shape detection device that detects a surface shape of the lining refractory based on a distance to a plurality of points on the surface of the lining refractory measured using the laser distance meter Detection system for surface shape of refractories lining containers.
前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向に対して側方への首振りとを可能にしたことを特徴とする請求項7に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システム。 Arrange multiple laser rangefinders in a row,
The molten metal processing container according to claim 7, wherein the laser rangefinders arranged in a row can swing in a row direction and swing in a lateral direction with respect to the row direction. Detection system for surface shape of lining refractories.
前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向上の点を中心とする、前記列方向に対して側方への回転とを可能にしたことを特徴とする請求項7に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システム。 Arrange multiple laser rangefinders in a row,
The laser rangefinders arranged in a row can be swung in a row direction and rotated in a lateral direction with respect to the row direction around a point on the row direction. Item 8. A system for detecting a surface shape of a lining refractory of a molten metal processing container according to Item 7.
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