JP2016197019A - Level gauge, and level measuring method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the absolute level of slag in a blowing converter furnace to be measured on a real time basis unaffected by noise from unnecessary reflected waves from the furnace throat.SOLUTION: A level gauge is equipped with a microwave emitter that sweeps frequencies and emits a microwave; an antenna unit that is arranged in an aperture part positioned on the throat side of a converter furnace, radiates a microwave toward inside of the furnace and receives the microwave reflected by the slag face; a detector that detects the received reflected wave; an antenna drive mechanism that at least adjusts the arranged angle of the antenna unit; and an arithmetic processor that calculates the level of the slag face from the emitted microwave and the detected reflected wave. The arithmetic processor calculates, after performing filtration to pass only higher frequencies than a frequency corresponding to the throat position relative to the difference frequency signal between the transmitted and reflected microwaves, a waveform regarding the distance between the antenna unit and the slag position on the basis of the frequency spectrum obtained from Fourier transform of the difference frequency signal and determines the peak position to be the position of the slag face.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レベル計及びレベル計測方法に関する。   The present invention relates to a level meter and a level measurement method.

転炉製鋼プロセスにおいて生産性を向上させるためには、送酸速度を上げて吹錬に要する時間を短縮することが重要となる。しかしながら、送酸速度を上げるとスロッピングやスピッティングが発生して歩留まりの低下を招くだけでなく、炉口やフード等に地金やスラグが付着して操業が阻害される等の問題が生じる可能性がある。   In order to improve productivity in the converter steelmaking process, it is important to shorten the time required for blowing by increasing the acid feed rate. However, increasing the acid delivery rate not only causes slapping and spitting, leading to a decrease in yield, but also causes problems such as adhesion of bullion and slag to the furnace mouth and hood, etc. there is a possibility.

従って、生産性の向上を図るためには、転炉の内容物のレベルを測定し、スロッピングの予兆となるスラグのフォーミング挙動等を正確にリアルタイムで把握することが重要となる。そのため、従来、転炉に装入された溶融物の浴面レベルを測定する方法が考案されており、例えば、以下の特許文献1〜3に示すような、マイクロ波を用いたレーダ方式のレベル計が提案されている。   Therefore, in order to improve productivity, it is important to measure the level of the contents of the converter and to grasp the slag forming behavior that is a sign of slopping in real time accurately. Therefore, conventionally, a method for measuring the bath surface level of the melt charged in the converter has been devised. For example, as shown in the following Patent Documents 1 to 3, the level of a radar system using a microwave A total has been proposed.

特開平3−281716号公報JP-A-3-281716 特開平3−281717号公報JP-A-3-281717 特開2012−107304号公報JP 2012-107304 A

しかしながら、上記特許文献1及び特許文献2に記載の方法は、サブランス孔を通じてマイクロ波の送受信器を炉内に挿入する必要があるため、サブランスを使用する吹錬後半のレベル計測が行えず、吹錬後半でのスラグフォーミング挙動の測定やスロッピングの予兆検知が行えない。また、距離計を実装した状態で大掛かりな水冷機構あるいはパージ機構や挿入駆動機構を設ける必要があり、空間的・コスト的に問題がある。また、転炉内では溶銑やスラグが多量に飛散しており送受信器(アンテナ)前面にスラグや地鉄が付着するため、メンテナンスの頻度を高くする必要があり、スラグや地鉄の飛散が激しい場合には、1チャージの間のレベルを連続的に計測することが困難な場合も生じうる。   However, in the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is necessary to insert a microwave transmitter / receiver into the furnace through the sublance hole. Measurement of slag forming behavior in the second half of smelting and detection of predicting slopping cannot be performed. Further, it is necessary to provide a large water cooling mechanism, purge mechanism or insertion drive mechanism with the distance meter mounted, which causes a problem in terms of space and cost. In addition, a large amount of hot metal and slag is scattered in the converter and slag and ground iron adhere to the front surface of the transmitter / receiver (antenna). Therefore, it is necessary to increase the frequency of maintenance, and slag and ground iron are scattered heavily. In some cases, it may be difficult to continuously measure the level during one charge.

また、上記特許文献3に記載の方法は、マイクロ波の送受信器をサブランス孔上部に設置するため、サブランスを使用する吹錬後半のレベル計測が行えず、吹錬後半でのスラグフォーミング挙動の測定やスロッピングの予兆検知が行えない。また、転炉操業を数チャージ続けた場合、付着した地金によって炉口が狭くなっていくが、マイクロ波の送受信器を鉛直下方に向けて設置するために、送受信器からマイクロ波を送信すると炉口からの不要な反射波が発生し、スラグの表面からの反射信号のみを正確に計測することが困難となる。   In addition, the method described in the above-mentioned Patent Document 3 installs a microwave transmitter / receiver in the upper part of the sublance hole, so that the level measurement in the latter half of the blowing using the sublance cannot be performed, and the slag forming behavior measurement in the latter half of the blowing Cannot detect signs of slapping or slipping. Also, if the converter operation continues to be charged several times, the furnace mouth becomes narrower due to the attached metal, but when transmitting microwaves from the transceiver to install the microwave transceiver vertically downward Unnecessary reflected waves from the furnace mouth are generated, and it is difficult to accurately measure only the reflected signal from the surface of the slag.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、吹錬中の転炉内におけるスラグの絶対レベルを、リアルタイムで、かつ、炉口に付着し付着量が変動する地金からの不要な反射波によるノイズを低減して計測することが可能な、レベル計及びレベル計測方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to attach the absolute level of slag in the converter during blowing to the furnace port in real time. An object of the present invention is to provide a level meter and a level measurement method capable of reducing and measuring noise due to unnecessary reflected waves from a bare metal whose amount of adhesion varies.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、マイクロ波を用いて転炉内のスラグ面のレベルを計測するレベル計であって、周波数を掃引してマイクロ波を射出するマイクロ波射出部と、前記転炉の炉口側に位置する開口部に配設されており、前記転炉の内部に向けて前記マイクロ波を照射するとともに、前記スラグ面で反射した前記マイクロ波を受信するアンテナ部と、前記アンテナ部が受信した前記マイクロ波の反射波を検出する検出部と、前記アンテナ部の前記開口部における配設角度を少なくとも調整するアンテナ駆動機構と、前記マイクロ波射出部にて射出されるマイクロ波と、前記検出部にて検出されたマイクロ波の反射波とに基づいて前記スラグ面のレベルを算出する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、検出された前記マイクロ波の反射波と、前記転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波の送信波と、の差周波信号に対して周波数フィルタリング処理を施した後に、当該周波数フィルタリング処理後の前記差周波信号をフーリエ変換して周波数に関するスペクトルを生成した上で、前記アンテナ部と前記スラグの位置との間の距離に関する波形を算出して、当該波形におけるピーク位置を前記スラグ面の位置とし、
前記周波数フィルタリング処理は、前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号の周波数よりも高い周波数のみを通過させるハイパスフィルタを、前記差周波信号に対して作用させる処理であり、前記スラグ面の計測に先立って、前記アンテナ部は、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が変化されながら前記マイクロ波の送受信を実施し、前記演算処理部は、前記転炉の炉口の位置に相当する前記差周波信号の周波数の特定を行うレベル計が提供される。
In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a level meter that measures the level of a slag surface in a converter using a microwave, the microwave sweeps the frequency and emits the microwave. The microwave injection unit and the opening located on the furnace port side of the converter are arranged to irradiate the microwave toward the inside of the converter and to reflect the microwave reflected by the slag surface. A receiving antenna unit; a detecting unit that detects a reflected wave of the microwave received by the antenna unit; an antenna driving mechanism that adjusts at least an arrangement angle of the antenna unit in the opening; and the microwave emitting unit An arithmetic processing unit that calculates the level of the slag surface based on the microwave emitted by the detection unit and the reflected wave of the microwave detected by the detection unit, and the arithmetic processing unit After performing the frequency filtering process on the difference frequency signal between the reflected wave of the microwave and the transmission wave of the microwave irradiated toward the inside of the converter, After the Fourier transform of the difference frequency signal to generate a spectrum related to the frequency, a waveform relating to the distance between the antenna unit and the position of the slag is calculated, and the peak position in the waveform is set as the position of the slag surface. ,
The frequency filtering process is a process in which a high-pass filter that passes only a frequency higher than the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter is applied to the difference frequency signal, and the slag surface Prior to the measurement, the antenna unit performs transmission and reception of the microwave while the arrangement angle is changed by the antenna driving mechanism, and the arithmetic processing unit corresponds to the position of the furnace opening of the converter. A level meter is provided for identifying the frequency of the difference frequency signal.

前記演算処理部は、前記周波数フィルタリング処理として、更に、前記転炉の炉底の位置に相当する差周波信号の周波数よりも低い周波数を通過させる処理を行い、前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号の周波数から前記転炉の炉底の位置に相当する差周波信号の周波数で規定される周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタを、前記差周波信号に対して作用させ、前記転炉の内部に溶融物が存在しない状態で、前記アンテナ部は、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が変化されながら前記マイクロ波の送受信を実施し、前記演算処理部は、更に、記転炉の炉底の位置に相当する前記差周波信号の周波数の特定を行ってもよい。   The arithmetic processing unit further performs a process of passing a frequency lower than the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace bottom of the converter as the frequency filtering process, and at the position of the furnace opening of the converter. A band pass filter that allows only a frequency band defined by the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the bottom of the converter from the frequency of the corresponding difference frequency signal to act on the difference frequency signal, The antenna unit performs transmission and reception of the microwave while the arrangement angle is changed by the antenna driving mechanism in a state in which no melt exists in the converter, and the arithmetic processing unit further performs a recording operation. The frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace bottom of the furnace may be specified.

前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、(前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号のピーク周波数+当該ピーク周波数の半値全幅)で表わされる周波数であることが好ましい。   The cut-off frequency of the high-pass filter is preferably a frequency represented by (the peak frequency of the difference frequency signal corresponding to the furnace port position of the converter + the full width at half maximum of the peak frequency).

前記バンドパスフィルタの通過帯域は、(前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号のピーク周波数+当該炉口のピーク周波数の半値全幅)以上、(前記転炉の炉底の位置に相当する差周波信号のピーク周波数−当該炉底のピーク周波数の半値全幅)以下で規定される周波数帯域であることが好ましい。   The pass band of the bandpass filter is equal to or greater than (the peak frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter + the full width at half maximum of the peak frequency of the furnace port), at the position of the bottom of the converter. It is preferable that the frequency band is defined by the peak frequency of the corresponding difference frequency signal minus the full width at half maximum of the peak frequency of the furnace bottom.

前記演算処理部は、前記周波数フィルタリング処理に用いられるフィルタの周波数特性を、前記差周波信号での前記転炉の所定位置に対応するピークの検出に応じて動的に変化させてもよい。   The arithmetic processing unit may dynamically change a frequency characteristic of a filter used for the frequency filtering process according to detection of a peak corresponding to a predetermined position of the converter in the difference frequency signal.

前記転炉の内部に溶融物が存在する状態で、前記アンテナ部は、転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波の照射方向を示す軸線が前記転炉に挿入されるランスの側壁又は前記転炉の炉壁に対して傾斜し、かつ、前記マイクロ波が前記スラグの表面と、前記ランスの側壁又は転炉の炉壁との双方に照射されるように、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が制御されることが好ましい。   In the state where the melt is present inside the converter, the antenna unit has an axis indicating the irradiation direction of the microwave irradiated toward the inside of the converter. Inclined with respect to the furnace wall of the converter, and the microwave is irradiated to both the surface of the slag and the side wall of the lance or the furnace wall of the converter by the antenna driving mechanism. The arrangement angle is preferably controlled.

前記アンテナ部は、前記マイクロ波の前記スラグ面における照射中心から前記ランスの側壁又は転炉の炉壁までの距離dを、前記マイクロ波の照射半径rで除した値(d/r)が、所定の範囲となるように制御されることが好ましい。   The antenna unit has a value (d / r) obtained by dividing a distance d from an irradiation center of the microwave on the slag surface to a side wall of the lance or a furnace wall of the converter by an irradiation radius r of the microwave. It is preferable to control to be within a predetermined range.

前記アンテナ部は、前記マイクロ波の一部が前記ランスの側壁で更に反射するように前記配設角度が制御され、前記(d/r)の値が、−0.66超過0.66未満であってもよい。   The antenna section is controlled in such a manner that a part of the microwave is further reflected by the side wall of the lance, and the value of (d / r) is more than −0.66 and less than 0.66. There may be.

前記アンテナ部は、前記マイクロ波の一部が前記転炉の炉壁で更に反射するように前記配設角度が制御され、前記(d/r)の値が、−1.7超過1.7未満であってもよい。   The arrangement angle of the antenna unit is controlled so that a part of the microwave is further reflected by the furnace wall of the converter, and the value of (d / r) is more than −1.7 and 1.7. It may be less.

前記アンテナ部は、前記転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波のパワーのうち20〜70%が前記ランスの側壁又は転炉の炉壁に供給されるように、前記配設角度が制御されることが好ましい。   The antenna section has an arrangement angle such that 20 to 70% of the microwave power irradiated toward the inside of the converter is supplied to the side wall of the lance or the furnace wall of the converter. Preferably it is controlled.

前記演算処理部は、算出した前記波形を前記距離に沿って空間的に平均化した後に、平均化後の前記波形におけるピーク位置を前記スラグの位置とすることが好ましい。   Preferably, the arithmetic processing unit spatially averages the calculated waveform along the distance, and then sets a peak position in the averaged waveform as the slag position.

前記演算処理部は、決定した前記スラグの位置に関する情報を時間的に平均化した上で、前記スラグの位置と、前記転炉における処理の経過時間と、を関連付けたトレンドチャートを生成してもよい。   The arithmetic processing unit may generate a trend chart in which the information on the determined position of the slag is temporally averaged and the position of the slag is associated with the elapsed time of the process in the converter. Good.

計測の応答速度は、30ミリ秒以下であることが好ましい。   The response speed of measurement is preferably 30 milliseconds or less.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、マイクロ波を用いて転炉内のスラグ面のレベルを計測するレベル計測方法であって、前記スラグ面の計測に先立って、及び/又は、前記転炉の内部に溶融物が存在しない状態で、前記転炉の炉口側に位置する開口部に配設されたアンテナ部から周波数を掃引してマイクロ波を照射して、前記転炉の側からの前記マイクロ波の反射波を前記アンテナ部で受信し、検出された前記マイクロ波の反射波と、照射される前記マイクロ波の送信波と、の差周波信号を利用して、前記転炉の炉口位置に相当する周波数を特定し、転炉内に溶融物が存在する状態で、前記アンテナ部から周波数を掃引してマイクロ波を照射して、前記スラグ面で反射した前記マイクロ波を前記アンテナ部で受信し、検出された前記マイクロ波の反射波と、前記転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波の送信波と、の差周波信号に対して、前記転炉の炉口位置に相当する周波数よりも高い周波数のみを通過させる周波数フィルタリング処理を施し、前記周波数フィルタリング処理後の前記差周波信号をフーリエ変換して周波数に関するスペクトルを生成した上で、前記アンテナ部と前記スラグの位置との間の距離に関する波形を算出して、当該波形におけるピーク位置を前記スラグ面の位置とし、前記周波数フィルタリング処理は、前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号の周波数よりも高い周波数のみを通過させるハイパスフィルタを、前記差周波信号に対して作用させる処理であり、前記スラグ面の計測に先立って、前記アンテナ部は、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が変化されながら前記マイクロ波の送受信を実施し、前記転炉の炉口の位置に相当する前記差周波信号の周波数の特定を行うレベル計測方法が提供される。   In order to solve the above-mentioned problem, according to another aspect of the present invention, there is provided a level measurement method for measuring a level of a slag surface in a converter using a microwave, prior to the measurement of the slag surface. And / or in a state where no melt is present inside the converter, the microwave is radiated by sweeping the frequency from the antenna portion disposed in the opening located on the furnace port side of the converter. Then, the reflected wave of the microwave from the converter side is received by the antenna unit, and a difference frequency signal between the detected reflected wave of the microwave and the transmitted wave of the irradiated microwave is obtained. The frequency corresponding to the furnace port position of the converter is specified, and in the state where the melt exists in the converter, the frequency is swept from the antenna unit and irradiated with microwaves, and the slag surface Receive the microwave reflected by the antenna unit The frequency corresponding to the furnace mouth position of the converter with respect to the difference frequency signal between the detected reflected wave of the microwave and the transmission wave of the microwave irradiated toward the inside of the converter A frequency filtering process that allows only higher frequencies to pass, and a Fourier transform is performed on the difference frequency signal after the frequency filtering process to generate a spectrum related to the frequency, and then between the antenna unit and the position of the slug. A waveform related to the distance is calculated, the peak position in the waveform is set as the position of the slag surface, and the frequency filtering process passes only a frequency higher than the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter. A high-pass filter that acts on the difference frequency signal, and prior to the measurement of the slag surface, the antenna unit, A level measurement method is provided in which the microwave is transmitted and received while the arrangement angle is changed by the antenna driving mechanism, and the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter is specified. .

以上説明したように本発明によれば、吹錬中の転炉内におけるスラグの絶対レベルをリアルタイムで、かつ、炉口からの不要な反射波によるノイズを低減して計測することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to measure the absolute level of slag in the converter during blowing in real time and reduce noise caused by unnecessary reflected waves from the furnace port. .

本発明の実施形態に係るレベル計の構成を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the structure of the level meter which concerns on embodiment of this invention. マイクロ波を利用したレベル計の原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of the level meter using a microwave. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットの設置方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the installation method of the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. マイクロ波の照射領域の大きさについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the magnitude | size of the irradiation area | region of a microwave. マイクロ波の照射領域の大きさについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the magnitude | size of the irradiation area | region of a microwave. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るレベル計が備える演算処理ユニットの構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the structure of the arithmetic processing unit with which the level meter which concerns on the same embodiment is provided. 同実施形態に係る演算処理ユニットにおける演算処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arithmetic processing in the arithmetic processing unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る演算処理ユニットにおける演算処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arithmetic processing in the arithmetic processing unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る演算処理ユニットにおける演算処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arithmetic processing in the arithmetic processing unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る演算処理ユニットにおける演算処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arithmetic processing in the arithmetic processing unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る演算処理ユニットにおける演算処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arithmetic processing in the arithmetic processing unit which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るレベル計測方法の流れの一例を示した流れ図である。It is the flowchart which showed an example of the flow of the level measurement method which concerns on the embodiment. 本発明の実施形態に係る演算処理ユニットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the hardware constitutions of the arithmetic processing unit which concerns on embodiment of this invention. 実験例1の結果を示したグラフ図である。10 is a graph showing the results of Experimental Example 1. FIG. 実験例1の結果を示したグラフ図である。10 is a graph showing the results of Experimental Example 1. FIG.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

(レベル計の構成について)
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係るレベル計の構成について説明する。図1は、本実施形態に係るレベル計の構成の一例を模式的に示した説明図である。
(About the structure of the level meter)
First, the configuration of the level meter according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an example of the configuration of the level meter according to the present embodiment.

本実施形態に係るレベル計10は、転炉に存在する溶融物(溶銑や溶鋼やスラグ)のうちスラグを計測対象物Sとし、かかるスラグの表面(スラグ面ともいう。)の位置を、マイクロ波により計測する装置である。ここで、スラグ面の位置を、スラグ面のレベル(:図1における離隔距離D。以下、スラグレベルともいう。)と呼ぶ。このレベル計10は、図1に示したように、マイクロ波照射ユニット100と、アンテナ駆動機構150と、演算処理ユニット200と、を備える。   The level meter 10 according to the present embodiment uses a slag as a measurement object S in a melt (molten metal, molten steel, or slag) existing in a converter, and the position of the surface of the slag (also referred to as a slag surface) is micro. It is a device that measures by waves. Here, the position of the slag surface is referred to as a slag surface level (separation distance D in FIG. 1, hereinafter also referred to as a slag level). As shown in FIG. 1, the level meter 10 includes a microwave irradiation unit 100, an antenna drive mechanism 150, and an arithmetic processing unit 200.

マイクロ波照射ユニット100は、計測対象物Sに対して周波数を掃引してマイクロ波を照射するとともに、計測対象物Sからのマイクロ波の反射波を検出するユニットである。このマイクロ波照射ユニット100の詳細な構成については、以下で詳述する。   The microwave irradiation unit 100 is a unit that sweeps the frequency of the measurement object S and irradiates the measurement object S with microwaves, and detects a reflected wave of the microwave from the measurement object S. The detailed configuration of the microwave irradiation unit 100 will be described in detail below.

アンテナ駆動機構150は、マイクロ波照射ユニット100が有するアンテナの配設角度を少なくとも調整する駆動機構である。かかるアンテナ駆動機構150が動作することで、マイクロ波照射ユニット100におけるアンテナの配設角度が変化し、所望の方向へマイクロ波を照射することが可能となる。かかるアンテナ駆動機構150は、例えばアクチュエータ等の公知の駆動機構を利用することが可能である。   The antenna drive mechanism 150 is a drive mechanism that adjusts at least the antenna arrangement angle of the microwave irradiation unit 100. By operating the antenna driving mechanism 150, the antenna arrangement angle in the microwave irradiation unit 100 changes, and the microwave can be irradiated in a desired direction. The antenna driving mechanism 150 can use a known driving mechanism such as an actuator.

また、アンテナ駆動機構150は、マイクロ波照射ユニット100が有するアンテナの配設角度以外にも、アンテナの配置状態を変化させるために、様々な設置条件を調整することが可能である。   The antenna driving mechanism 150 can adjust various installation conditions in order to change the antenna arrangement state in addition to the antenna arrangement angle of the microwave irradiation unit 100.

なお、アンテナ駆動機構150の配設位置については、特に限定されるものではなく、マイクロ波照射ユニット100が有するアンテナに対して作用を及ぼすことが可能な位置であれば、任意の位置に設置することが可能である。   The arrangement position of the antenna driving mechanism 150 is not particularly limited, and the antenna driving mechanism 150 is installed at an arbitrary position as long as it can act on the antenna of the microwave irradiation unit 100. It is possible.

演算処理ユニット200は、マイクロ波照射ユニット100により検出されたマイクロ波に関する信号データを利用して、計測対象物Sであるスラグの絶対レベルを算出するユニットである。この演算処理ユニット200の詳細についても、以下で詳述する。   The arithmetic processing unit 200 is a unit that calculates the absolute level of the slag, which is the measurement object S, using the signal data related to the microwave detected by the microwave irradiation unit 100. Details of the arithmetic processing unit 200 will also be described in detail below.

<マイクロ波照射ユニットの構成について>
続いて、図1を参照しながら、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100の構成を詳細に説明する。
<Configuration of microwave irradiation unit>
Next, the configuration of the microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.

本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100は、例えば、周波数変調連続波(Frequency Modulated−Continuous Wave:FM−CW)方式を採用したユニットとして実現される。このマイクロ波照射ユニット100は、図1に示したように、マイクロ波射出部の一例である周波数掃引器101及び発振器103と、方向性結合器105と、アンテナ部として機能するアンテナ107と、ミキサ109と、検出部として機能する検出器111と、を備える。   The microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment is realized as a unit adopting, for example, a frequency modulated continuous wave (FM-CW) system. As shown in FIG. 1, the microwave irradiation unit 100 includes a frequency sweeper 101 and an oscillator 103, which are examples of a microwave emitting unit, a directional coupler 105, an antenna 107 that functions as an antenna unit, and a mixer. 109 and a detector 111 functioning as a detection unit.

周波数掃引器101は、後述する発振器103から発振されるマイクロ波の周波数を制御して、連続的かつ直線的に周波数を変化させる機器である。周波数変調の幅と、変調の周期については、事前に調整を行い、マイクロ波が所望の精度で射出・検出できるように設定しておけばよい。また、用いる周波数掃引器101についても特に限定されるものではなく、公知のものを利用すればよい。   The frequency sweeper 101 is a device that changes the frequency continuously and linearly by controlling the frequency of microwaves oscillated from an oscillator 103 described later. The frequency modulation width and the modulation period may be adjusted in advance so that the microwave can be emitted and detected with a desired accuracy. Further, the frequency sweeper 101 to be used is not particularly limited, and a known one may be used.

発振器103は、周波数掃引器101による制御のもとで、周波数掃引器101により指定された周波数のマイクロ波を発振する機器である。かかる発振器103により発振される周波数(中心周波数)については、以下で詳述する。また、発振されるマイクロ波の強度については、特に限定されるものではないが、計測対象物までの大まかな離隔距離の大きさに応じて、適切な強度を選択すればよい。発振器103から発振された周波数を掃引して射出するマイクロ波は、後述する方向性結合器105に出力されるとともに、一部が後述するミキサ109に出力される。なお、用いる発振器103については、公知のものを利用可能であるが、スラグレベルのリアルタイム計測を実現するためには、周波数掃引器101による周波数掃引に容易に追随できる程の応答速度を有する機器を用いることが好ましい。   The oscillator 103 is a device that oscillates a microwave having a frequency specified by the frequency sweeper 101 under the control of the frequency sweeper 101. The frequency (center frequency) oscillated by the oscillator 103 will be described in detail below. Further, the intensity of the oscillated microwave is not particularly limited, but an appropriate intensity may be selected in accordance with the size of the rough separation distance to the measurement object. A microwave that sweeps and emits a frequency oscillated from the oscillator 103 is output to a directional coupler 105 described later, and a part thereof is output to a mixer 109 described later. Note that a known oscillator can be used as the oscillator 103 to be used. However, in order to realize real-time measurement of the slag level, a device having a response speed that can easily follow the frequency sweep by the frequency sweeper 101 is used. It is preferable to use it.

方向性結合器105は、発振器103から発振されたマイクロ波を後述するアンテナ107へと導波するとともに、アンテナ107が受信したマイクロ波(すなわち、計測対象物Sからの反射マイクロ波)を、後述するミキサ109へと導波する機器である。方向性結合器105についても、特に限定されるものではなく、公知のものを利用することが可能である。   The directional coupler 105 guides the microwave oscillated from the oscillator 103 to an antenna 107 described later, and transmits the microwave received by the antenna 107 (that is, the reflected microwave from the measurement object S) described later. This is a device that guides to the mixer 109. The directional coupler 105 is not particularly limited, and a publicly known one can be used.

アンテナ107は、マイクロ波の送受信器として機能するものであり、発振器103から射出されるマイクロ波を計測対象物Sに向けて照射するとともに、計測対象物Sからの反射波を受信する。本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100では、アンテナ107は、後述するように、転炉の炉口の上方に存在する開口部に設置される。従って、アンテナ107の大きさは、かかる開口部に適合可能なような大きさとすることが好ましい。アンテナ107の形状については特に限定されるものではないが、例えば、カセグレン型やホーン型のアンテナを利用することが好ましい。また、アンテナ107から放射されたマイクロ波の指向性を向上させるために、テフロン等の誘電体でできたレンズをアンテナ107の先端等に取り付けてもよい。   The antenna 107 functions as a microwave transceiver, which irradiates the measurement object S with the microwave emitted from the oscillator 103 and receives the reflected wave from the measurement object S. In the microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment, the antenna 107 is installed in an opening existing above the furnace port of the converter, as will be described later. Therefore, the size of the antenna 107 is preferably set so as to be compatible with the opening. The shape of the antenna 107 is not particularly limited. For example, it is preferable to use a Cassegrain type or horn type antenna. In order to improve the directivity of the microwave radiated from the antenna 107, a lens made of a dielectric such as Teflon may be attached to the tip of the antenna 107 or the like.

また、かかるアンテナ107は、アンテナ駆動機構150によって開口部への配設角度が制御されており、任意の方向にマイクロ波を照射し、計測対象物Sの様々な部位からの反射波を受信することが可能となる。   Further, the antenna 107 has an arrangement angle to the opening controlled by the antenna driving mechanism 150, irradiates microwaves in an arbitrary direction, and receives reflected waves from various parts of the measurement object S. It becomes possible.

ミキサ109は、発振器103から射出されるマイクロ波(すなわち、送信波)と、方向性結合器105から導波された、計測対象物Sからの反射マイクロ波(すなわち、受信波)と、を混合して、後段の検出器111へと出力する。   The mixer 109 mixes the microwave (that is, the transmission wave) emitted from the oscillator 103 and the reflected microwave (that is, the reception wave) from the measurement object S that is guided from the directional coupler 105. And it outputs to the detector 111 of a back | latter stage.

検出器111は、ミキサ109によって送信波と受信波とが混合されることで生成した信号と、周波数変調との同期信号を検出する機器である。検出器111によるこのような検出処理により、アンテナ107が受信した反射マイクロ波が検出されることとなる。この検出器111によって検出された検出信号が、演算処理ユニット200へと出力される。かかる検出器111については、計測対象物Sからの反射波の大きさ等を事前に検証しておき、所望の精度・応答速度で信号を検出可能なものを利用することが好ましい。   The detector 111 is a device that detects a synchronization signal between the signal generated by mixing the transmission wave and the reception wave by the mixer 109 and the frequency modulation. By such detection processing by the detector 111, the reflected microwave received by the antenna 107 is detected. A detection signal detected by the detector 111 is output to the arithmetic processing unit 200. As for the detector 111, it is preferable to verify the magnitude of the reflected wave from the measurement object S in advance and use a detector that can detect a signal with desired accuracy and response speed.

[マイクロ波距離計の原理]
このような構成を有するマイクロ波照射ユニット100は、いわゆるマイクロ波距離計として機能するものであるが、以下では、図2を参照しながら、FM−CW方式のマイクロ波距離計の原理を簡単に説明する。
[Principle of microwave rangefinder]
The microwave irradiation unit 100 having such a configuration functions as a so-called microwave rangefinder. Hereinafter, the principle of the FM-CW type microwave rangefinder will be briefly described with reference to FIG. explain.

いま、図2の最上段に示したように、周波数掃引器101によって制御される発振器103の周波数変調の幅がF[Hz]に設定され、変調の周期がT[秒]に設定されたものとする。図2の最上段に示したように、送信波の周波数は、時間の経過とともに連続的かつ直線的に変化する。   Now, as shown in the uppermost part of FIG. 2, the frequency modulation width of the oscillator 103 controlled by the frequency sweeper 101 is set to F [Hz], and the modulation period is set to T [seconds]. And As shown in the uppermost part of FIG. 2, the frequency of the transmission wave changes continuously and linearly with time.

一方、計測対象物Sにより反射されてアンテナ107で受信された受信波は、計測対象物Sまでの離隔距離Dに比例した遅れΔt[秒]を生じることとなる。その結果、ある同時刻における送信波と受信波との間には、離隔距離Dに対応した周波数の差Δf[Hz]が生じる。このような送信波及び受信波がミキサ109によって混合されると、Δfに相当する周波数成分を有する差周波信号(ビート波)となる。   On the other hand, the received wave reflected by the measurement object S and received by the antenna 107 causes a delay Δt [second] proportional to the separation distance D to the measurement object S. As a result, there is a frequency difference Δf [Hz] corresponding to the separation distance D between the transmission wave and the reception wave at the same time. When such a transmission wave and reception wave are mixed by the mixer 109, a difference frequency signal (beat wave) having a frequency component corresponding to Δf is obtained.

いま、送信波と受信波との時間的遅れΔtは、マイクロ波が、アンテナ107と計測対象物Sとの間を往復するために要する時間に相当する。また、マイクロ波の伝播速度は光速cであるため、時間的遅れΔtは、以下の式101で表すことができる。一方、ビート波の周波数Δfと時間的遅れΔtとの間には、以下の式102で表される関係が成立する。従って、式101と式102とを用いることで、離隔距離Dは、以下の式103により算出することができることがわかる。式103から明らかなように、離隔距離Dを算出するという処理は、図2に示したビート波の周波数を算出することと等価である。   Now, the time delay Δt between the transmission wave and the reception wave corresponds to the time required for the microwave to reciprocate between the antenna 107 and the measurement object S. Further, since the propagation speed of the microwave is the speed of light c, the time delay Δt can be expressed by the following expression 101. On the other hand, the relationship represented by the following expression 102 is established between the frequency Δf of the beat wave and the time delay Δt. Therefore, it can be understood that the separation distance D can be calculated by the following equation 103 by using the equations 101 and 102. As is apparent from Equation 103, the process of calculating the separation distance D is equivalent to calculating the frequency of the beat wave shown in FIG.

Figure 2016197019
Figure 2016197019

ここで、現実の計測環境においては、ミキサ109により生成されるビート波が図2に示したような正弦波となる場合はまれであり、いくつもの周波数成分が混じり合った複合波となる場合が多い。従って、このような複数の周波数成分からなるビート波の周波数を求める場合には、後述する演算処理ユニット200によってデジタル信号処理を行うこととなる。   Here, in an actual measurement environment, the beat wave generated by the mixer 109 is rarely a sine wave as shown in FIG. 2, and may be a composite wave in which a number of frequency components are mixed. Many. Therefore, when obtaining the frequency of the beat wave composed of such a plurality of frequency components, digital signal processing is performed by the arithmetic processing unit 200 described later.

具体的には、複数の周波数成分からなるビート波をフーリエ変換して、横軸を周波数[Hz]としたスペクトルを生成した上で、更に上記式103によって横軸を距離[m]に変換し、縦軸を強度とした、図2下段に示したような波形(以下では、「距離波形」ともいう。)を生成する。この距離波形において、メインピークを与える横軸の位置が、求めたい離隔距離Dとなる。   Specifically, a beat wave composed of a plurality of frequency components is Fourier-transformed to generate a spectrum with the horizontal axis as the frequency [Hz], and the horizontal axis is further converted into a distance [m] by the above equation 103. A waveform as shown in the lower part of FIG. 2 (hereinafter also referred to as “distance waveform”) is generated with the vertical axis as the intensity. In this distance waveform, the position of the horizontal axis that gives the main peak is the separation distance D to be obtained.

[アンテナ107の設置方法について]
さて、以上のような原理に基づくマイクロ波照射ユニット100の計測対象物Sへの設置方法(より詳細には、アンテナ107の設置方法)について、図3を参照しながら詳細に説明する。図3は、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニットの設置方法について説明するための説明図である。
[How to install antenna 107]
Now, a method of installing the microwave irradiation unit 100 on the measurement object S (more specifically, a method of installing the antenna 107) based on the above principle will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method of installing the microwave irradiation unit according to the present embodiment.

本実施形態に係るレベル計10の計測対象物Sは、図3左側の図に示したように、製鋼プロセスで用いられる転炉の内部に存在するスラグ表面である。転炉製鋼プロセスでは、図3に示したような転炉の内部に溶銑を装入し、かかる溶銑に対してメインランスから酸素を吹き込むことによって、溶銑の成分調整を行って溶鋼を生成する。かかる溶融物の表面には、処理の進行に伴ってスラグが生成される。   The measurement object S of the level meter 10 according to the present embodiment is a slag surface existing inside a converter used in a steelmaking process, as shown in the left side of FIG. In the converter steelmaking process, hot metal is charged into the converter as shown in FIG. 3 and oxygen is blown into the hot metal from the main lance to adjust the hot metal components to produce molten steel. Slag is generated on the surface of the melt as the treatment proceeds.

また、転炉で行われる処理では、蒸気やダストなどが発生するため、発生するダスト等を外部環境に出さないためのフードが、転炉の炉口付近に設けられている。このフードには、メインランスを転炉内に挿入するための開口部や、サブランスを転炉内に挿入するための開口部(すなわち、サブランス孔)が設けられている。   Further, in the process performed in the converter, steam, dust, and the like are generated. Therefore, a hood for preventing the generated dust and the like from being exposed to the external environment is provided near the furnace port of the converter. The hood is provided with an opening for inserting the main lance into the converter and an opening (ie, a sub lance hole) for inserting the sub lance into the converter.

本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100のアンテナ107は、図3右側の図に示したように、転炉の炉口側に位置するサブランス孔のような開口部に設置される。また、先だって説明したように、アンテナ107の近傍には、アンテナ駆動機構150が配設されており、アンテナ駆動機構150が稼働することでアンテナ107の配設角度を変更できるようになっている。   The antenna 107 of the microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment is installed in an opening such as a sublance hole located on the furnace port side of the converter as shown in the right side of FIG. As described above, the antenna drive mechanism 150 is disposed in the vicinity of the antenna 107, and the antenna 107 can be disposed at a different angle by operating the antenna drive mechanism 150.

本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100では、転炉の内部に鉄の溶融物が存在しており、スラグ表面の計測を行う場合に、図3に示したように、転炉の内部に向けて照射されるマイクロ波の照射方向を示す軸線(アンテナの中心とスラグ表面における照射領域の中心とを結ぶ軸線)が、転炉に挿入されるランスの側壁に対して傾斜して、マイクロ波がスラグの表面とランスの側壁との双方に対して照射されるように、アンテナ107の配設角度が制御されていてもよい。また、アンテナ107は、マイクロ波の照射方向を示す軸線が、ランスの側壁ではなく転炉の炉壁に対して傾斜して、マイクロ波がスラグの表面と転炉の炉壁との双方に対して照射されるように、配設角度が制御されていてもよい。   In the microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment, when an iron melt exists in the converter and the slag surface is measured, as shown in FIG. The axis (the axis connecting the center of the antenna and the center of the irradiation area on the slag surface) indicating the direction of microwave irradiation is inclined with respect to the side wall of the lance inserted into the converter. The arrangement angle of the antenna 107 may be controlled so that both the surface of the slag and the side wall of the lance are irradiated. The antenna 107 has an axis indicating the microwave irradiation direction inclined with respect to the furnace wall of the converter, not the lance side wall, and the microwave is applied to both the surface of the slag and the furnace wall of the converter. The arrangement angle may be controlled so as to be irradiated.

なお、本実施形態において、スラグ表面の計測を行う場合のアンテナ107の配設角度は、スラグの表面とランスの側壁の双方、又は、スラグの表面と転炉の炉壁の双方に対してマイクロ波が照射される方向に限定されるわけではなく、スラグの表面のみにマイクロ波が照射される方向に、アンテナ107の配設角度が制御されていてもよい。   In this embodiment, the angle of the antenna 107 when measuring the surface of the slag is microscopic with respect to both the surface of the slag and the sidewall of the lance, or both the surface of the slag and the furnace wall of the converter. The arrangement angle of the antenna 107 may be controlled in the direction in which the microwave is irradiated only on the surface of the slag, without being limited to the direction in which the wave is irradiated.

また、本実施形態において、アンテナ107の設置箇所は、サブランス孔に限定されるわけではなく、転炉の内部(スラグ表面)を臨むことが可能なフードの位置に新たに専用の開口部を設け、かかる新たな開口部にアンテナ107を設置してもよい。   Further, in the present embodiment, the installation location of the antenna 107 is not limited to the sub lance hole, and a dedicated opening is newly provided at the position of the hood capable of facing the inside of the converter (slag surface). The antenna 107 may be installed in the new opening.

次に、図4A及び図4Bを参照しながら、アンテナ107の特性について、簡単に説明する。図4A及び図4Bは、マイクロ波の照射領域の大きさについて説明するための説明図である。   Next, the characteristics of the antenna 107 will be briefly described with reference to FIGS. 4A and 4B. 4A and 4B are explanatory diagrams for explaining the size of the microwave irradiation region.

図4Aに模式的に示したように、アンテナ107から照射されるマイクロ波は、アンテナ107の特性の一つである拡散角αで規定される範囲に拡散しながら、計測対象物Sに対して照射される。ここで、アンテナ107の直径(アンテナ径)をφ1とし、一般的な転炉において、スラグ表面までの一般的な距離である8〜22mを離隔距離Dとした場合に、最大の離隔距離であるD=22mの位置でのマイクロ波の照射領域の大きさ(照射領域の径)φ2の大きさがどのように変化するかを考える。   As schematically shown in FIG. 4A, the microwave irradiated from the antenna 107 is diffused in a range defined by the diffusion angle α, which is one of the characteristics of the antenna 107, while being measured with respect to the measurement object S. Irradiated. Here, when the diameter of the antenna 107 (antenna diameter) is φ1, and a general distance to the slag surface is 8 to 22 m in a general converter, the separation distance D is the maximum separation distance. Consider how the size of the microwave irradiation region (diameter of irradiation region) φ2 at the position of D = 22 m changes.

アンテナから照射されるマイクロ波の最小拡散角は、アンテナの径φ1とマイクロ波の周波数とで規定される。ここで、本実施形態に係るアンテナ107は、開口部という大きさの限られた場所に設置されているため、アンテナ径φ1は制限されることとなる。例えば、ダスト等が外部に漏出することを防止するためにフードに大きな開口を設けることができないという制約上、開口部の大きさは、せいぜい300〜400mm程度に制限される。従って、アンテナ107の径も、開口部の大きさが300mmの場合は例えば250〜275mm程度となる。   The minimum diffusion angle of the microwave irradiated from the antenna is defined by the diameter φ1 of the antenna and the frequency of the microwave. Here, since the antenna 107 according to the present embodiment is installed in a place having a limited size such as an opening, the antenna diameter φ1 is limited. For example, the size of the opening is limited to about 300 to 400 mm at most because of the restriction that a large opening cannot be provided in the hood in order to prevent dust and the like from leaking outside. Therefore, the diameter of the antenna 107 is, for example, about 250 to 275 mm when the size of the opening is 300 mm.

この場合に、照射されるマイクロ波の周波数が10GHzであり、アンテナ径φ1が250mmであった場合、図4Bに示したように、最大の離隔距離であるD=22mの位置での照射領域の径φ2は、3m程度の大きさとなる。照射領域の径φ2は、用いるマイクロ波の周波数を大きくするほど小さな値となり、24GHzのマイクロ波を用いた場合で1.5m程度となり、39GHzのマイクロ波を用いた場合で0.9mとなり、48GHzのマイクロ波を用いた場合で0.7mとなり、94GHzのマイクロ波を用いた場合で0.3mとなる。   In this case, when the frequency of the irradiated microwave is 10 GHz and the antenna diameter φ1 is 250 mm, as shown in FIG. 4B, the irradiation region at the position of D = 22 m which is the maximum separation distance. The diameter φ2 is about 3 m. The diameter φ2 of the irradiation region becomes smaller as the frequency of the microwave used is increased, and is about 1.5 m when using a 24 GHz microwave, 0.9 m when using a 39 GHz microwave, and 48 GHz. Is 0.7 m when using a microwave of 0.3 mm and 0.3 m when using a 94 GHz microwave.

ここで、照射領域の径φ2が大きくなりすぎると、アンテナ107から照射されるマイクロ波の強度も分散することとなり、十分な反射波の強度が得られないこととなる。また、マイクロ波が広く拡散する(換言すれば、拡散角αが大きい)場合には、アンテナ107から7m程度に位置する炉口やフードなどからの反射波がノイズ成分となって計測感度を著しく低下させる上、ノイズ成分の増加に伴って転炉内に侵入するマイクロ波の強度も低下してしまう。また、転炉の使用回数が増加すると、炉口に地金やスラグ等が付着して炉口の径が狭くなり、拡散角αが大きい場合には、マイクロ波の一部が炉口で遮蔽されてしまうということも生じうる。以上のような理由から、照射領域に供給されるマイクロ波の強度を好ましい範囲に維持するためには、照射領域の径φ2の大きさを1.5mより小さくできる、24GHz以上の周波数を用いることが好ましい。   Here, if the diameter φ2 of the irradiation region becomes too large, the intensity of the microwave irradiated from the antenna 107 is also dispersed, and a sufficient intensity of the reflected wave cannot be obtained. In addition, when microwaves diffuse widely (in other words, when the diffusion angle α is large), the reflected wave from the furnace mouth or hood located about 7 m from the antenna 107 becomes a noise component, and the measurement sensitivity is remarkably increased. In addition to the reduction, the intensity of the microwave that enters the converter also decreases as the noise component increases. In addition, if the number of times the converter is used increases, the diameter of the furnace port becomes narrow due to adhesion of metal or slag to the furnace port, and when the diffusion angle α is large, a part of the microwave is shielded by the furnace port. It can also happen. For the reasons described above, in order to maintain the intensity of the microwave supplied to the irradiation region within a preferable range, a frequency of 24 GHz or more that can reduce the diameter φ2 of the irradiation region to less than 1.5 m is used. Is preferred.

また、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100を、転炉の内部に鉄の溶融物が存在しない状態で使用することで、転炉の様々な部位までの距離を計測することも可能である。以下では、図5を参照しながら、転炉の内部に鉄の溶融物が存在しない状態で実施される、アンテナの設置状態の制御について、具体的に説明する。図5は、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。   In addition, by using the microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment in a state where there is no iron melt inside the converter, it is also possible to measure the distance to various parts of the converter. . Hereinafter, with reference to FIG. 5, control of the antenna installation state, which is performed in a state where no iron melt exists in the converter, will be described in detail. FIG. 5 is an explanatory diagram for describing a microwave irradiation method in the microwave irradiation unit according to the present embodiment.

図5左図に模式的に示したように、吹錬の前後等のスラグ表面の計測に先立って、アンテナ駆動機構150を稼働させて、マイクロ波が炉口に向かって照射されるようにアンテナ107の配設角度を制御することで、炉口又は炉口に付着した地金やスラグまでの離隔距離を計測することが可能となる。また、図5右図に模式的に示したように、転炉の内部に鉄の溶融物が存在しない状態で、アンテナ駆動機構150を稼働させて、マイクロ波が炉底に向かって照射されるようにアンテナ107の配設角度を制御することで、炉底までの離隔距離を計測することが可能となる。   As schematically shown in the left diagram of FIG. 5, prior to measurement of the slag surface, such as before and after blowing, the antenna driving mechanism 150 is operated so that the microwave is irradiated toward the furnace port. By controlling the disposition angle of 107, it is possible to measure the separation distance to the furnace mouth or the slag attached to the furnace mouth. Further, as schematically shown in the right diagram of FIG. 5, the antenna drive mechanism 150 is operated in a state where there is no iron melt inside the converter, and microwaves are irradiated toward the furnace bottom. Thus, by controlling the arrangement angle of the antenna 107, it is possible to measure the separation distance to the furnace bottom.

かかる炉口や炉底までの離隔距離の計測は、アンテナ駆動機構150を連続的に稼働させて、アンテナ107の設置角度をある角度範囲で連続的に変化させることで、実施することが可能である。   The measurement of the separation distance to the furnace opening and the bottom of the furnace can be performed by continuously operating the antenna driving mechanism 150 and continuously changing the installation angle of the antenna 107 within a certain angle range. is there.

なお、炉口又は炉口に付着した地金までの離隔距離の計測は、転炉のチャージ毎に、上記のように吹錬の前後等に行うことが可能であるが、転炉の内部に鉄の溶融物が存在する状態で実施しても良いことは言うまでもない。また、炉口に付着する地金の付着量は、時々刻々変化するので、頻繁に行うことが好ましい。   Note that the measurement of the separation distance to the furnace mouth or the metal bar attached to the furnace mouth can be performed before and after blowing as described above for each charge of the converter. Needless to say, the present invention may be carried out in the presence of an iron melt. Moreover, since the adhesion amount of the metal which adheres to a furnace port changes every moment, it is preferable to carry out frequently.

このように、アンテナ駆動機構150を稼働させて、アンテナ107の配設角度を制御することで、任意の方向に向かってマイクロ波を照射し、計測対象物Sの様々な部位からの反射波を受信することが可能となる。   Thus, by operating the antenna drive mechanism 150 and controlling the arrangement angle of the antenna 107, microwaves are irradiated in an arbitrary direction, and reflected waves from various parts of the measurement object S are emitted. It becomes possible to receive.

なお、このようにして得られた、炉口や炉底までの離隔距離の計測結果の利用方法については、以下で改めて詳細に説明する。   In addition, the utilization method of the measurement result of the separation distance to the furnace opening and the furnace bottom obtained in this way will be described again in detail below.

続いて、図6〜図8を参照しながら、スラグ表面までの離隔距離を計測する際に、マイクロ波照射ユニット100のアンテナ107を傾斜させるように制御する理由について、具体的に説明する。図6〜図8は、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。   Next, the reason for controlling the antenna 107 of the microwave irradiation unit 100 to be tilted when measuring the separation distance to the slag surface will be specifically described with reference to FIGS. 6-8 is explanatory drawing for demonstrating the microwave irradiation method in the microwave irradiation unit which concerns on this embodiment.

図6の左側の図に示したように、マイクロ波を鉛直方向下方に向かって照射することで、スラグ表面の位置を計測できる。ここで、吹錬処理中はメインランスから酸素ガスが激しく供給されるため、スラグ表面は、メインランス付近を中心にして窪んだ状態となり、かつ、表面が激しく変動することとなる。従って、図6の左側の図に示したようにマイクロ波を鉛直方向下向きに照射した場合には、マイクロ波の反射波の進行方向は絶えず変化し、マイクロ波の反射波がアンテナ107へと戻ってくる割合が低下する場合がある。   As shown in the diagram on the left side of FIG. 6, the position of the slag surface can be measured by irradiating the microwave downward in the vertical direction. Here, since oxygen gas is vigorously supplied from the main lance during the blowing process, the surface of the slag is depressed around the vicinity of the main lance, and the surface fluctuates violently. Therefore, when the microwave is irradiated downward in the vertical direction as shown in the left diagram of FIG. 6, the traveling direction of the reflected wave of the microwave constantly changes, and the reflected wave of the microwave returns to the antenna 107. The rate of coming may be reduced.

また、単にアンテナ107を傾斜させただけの状態とした場合、例えばメインランス付近は統計的に水平レベルの表面が多くなるものの、集波することなくマイクロ波をスラグ表面に照射した場合には、マイクロ波の反射波がアンテナ107へと戻ってくる割合が低下する場合がある。   Also, when the antenna 107 is simply tilted, for example, the surface of the main lance is statistically increased in horizontal level, but when the microwave is irradiated to the slag surface without collecting, There is a case where the rate at which the reflected wave of the microwave returns to the antenna 107 may decrease.

一方、本発明者らは、図6の右側の図に示したように、アンテナ107から斜め方向に、一部がランスの側壁に照射されるようにマイクロ波をスラグ表面に照射すると、アンテナ107に戻ってくる反射波の割合が著しく増加することに想到した。本発明者らは、その理由について検討を行った結果、図7Aに示したように、スラグ表面とランス側壁とで、いわゆるコーナーキューブミラーが擬似的に実現されるためであるとの結論に至った。   On the other hand, as shown in the diagram on the right side of FIG. 6, the inventors irradiate the antenna 107 with microwaves obliquely from the antenna 107 so that a part of the microwave is irradiated on the side wall of the lance. It was thought that the ratio of the reflected wave returning to would increase significantly. As a result of studying the reason, the present inventors have come to the conclusion that, as shown in FIG. 7A, a so-called corner cube mirror is artificially realized on the slag surface and the lance side wall. It was.

コーナーキューブミラーとは、2次元の場合を考えると、図7Bに示したように2枚のミラー(鏡)を直角に組み合わせたものである。いま、図7Bに示したように、P1方向から進行してきたマイクロ波が、入射角θで下部のミラーのP2に入射したものとする。その場合、マイクロ波は、反射角θでP2からP3に向かって反射する。ここで、2つのミラーは直角に組み合わされているため、P2での反射波は、入射角(90−θ)でもう一方のミラーにP3で入射し、反射角(90−θ)で反射する。図7Bに示した幾何学的な位置関係から明らかなように、直線P1−P2と、直線P3−P4とは、互いに平行となるため、結局、P1から進行してきた入射波は、P4から入射方向に向かって戻っていくこととなる。   The corner cube mirror is a combination of two mirrors (mirrors) at a right angle as shown in FIG. Now, as shown in FIG. 7B, it is assumed that the microwave traveling from the P1 direction is incident on the lower mirror P2 at an incident angle θ. In that case, the microwave is reflected from P2 toward P3 at a reflection angle θ. Here, since the two mirrors are combined at right angles, the reflected wave at P2 is incident on the other mirror at P3 at the incident angle (90-θ) and reflected at the reflection angle (90-θ). . As is clear from the geometric positional relationship shown in FIG. 7B, the straight line P1-P2 and the straight line P3-P4 are parallel to each other, so that the incident wave traveling from P1 eventually enters from P4. It will return in the direction.

同様に、P4方向から進行してきたマイクロ波が、入射角(90−θ)で側方のミラーのP3に入射したものとする。その場合、マイクロ波は、反射角(90−θ)でP3からP2に向かって反射する。ここで、2つのミラーは直角に組み合わされているため、P3での反射波は、入射角θでもう一方のミラーにP2で入射し、反射角θで反射する。その結果、P4から進行してきた入射波は、P1から入射方向に向かって戻っていくこととなる。   Similarly, it is assumed that the microwave traveling from the P4 direction is incident on the side mirror P3 at an incident angle (90-θ). In that case, the microwave is reflected from P3 toward P2 at a reflection angle (90-θ). Here, since the two mirrors are combined at a right angle, the reflected wave at P3 is incident on the other mirror at the incident angle θ at P2, and is reflected at the reflection angle θ. As a result, the incident wave traveling from P4 returns from P1 toward the incident direction.

このとき、入射波と反射波とは、図7Bに示したように、大きさDoffだけ位置ズレが生じることとなる。 At this time, as shown in FIG. 7B, the incident wave and the reflected wave are misaligned by the magnitude D off .

なお、幾何学的な位置関係から明らかなように、上記のような入射波−反射波の関係は、いずれの方向から波が入射した場合であっても同様であり、入射角θには依存しない。   As is clear from the geometric positional relationship, the relationship between the incident wave and the reflected wave as described above is the same regardless of whether the wave is incident from any direction, and depends on the incident angle θ. do not do.

従って、図7Aに示したように、マイクロ波をスラグ表面とランス側壁の双方に照射されるように、斜め方向に向かって照射することで、スラグ表面に入射したマイクロ波はコーナーキューブミラーによってランス側壁で反射してアンテナ107の方向(すなわち、開口部方向)に戻り、ランス側壁に入射したマイクロ波はスラグ表面で反射してアンテナ107の方向に戻ることとなる。   Therefore, as shown in FIG. 7A, the microwave incident on the slag surface is irradiated by the corner cube mirror by irradiating the microwave in an oblique direction so that both the slag surface and the lance sidewall are irradiated. The microwave reflected by the side wall returns to the direction of the antenna 107 (that is, the direction of the opening), and the microwave incident on the lance side wall is reflected by the slag surface and returns to the direction of the antenna 107.

なお、図7Bに示したようなコーナーキューブミラーは、2つのミラーを直角に組み合わせることで実現可能である。従って、図8に示したように、スラグ表面と転炉の炉壁とを利用することでも、コーナーキューブミラーは実現できる。そのため、アンテナ107の設置位置に対して転炉の炉口が大きく、マイクロ波の照射方向を比較的自由に変更することが可能である場合、図8に示したように、転炉の炉壁とスラグ表面との双方にマイクロ波を照射することで、上記と同様の効果を得ることが可能となる。   The corner cube mirror as shown in FIG. 7B can be realized by combining two mirrors at right angles. Therefore, as shown in FIG. 8, a corner cube mirror can also be realized by using the slag surface and the furnace wall of the converter. Therefore, when the furnace opening of the converter is large with respect to the installation position of the antenna 107 and the microwave irradiation direction can be changed relatively freely, as shown in FIG. By irradiating both the slag surface and the microwave, the same effect as described above can be obtained.

ここで、マイクロ波をスラグ表面とランス側壁との双方に照射する場合には、メインランス近傍におけるスラグの位置を、転炉全体におけるスラグ位置とみなすことに対応する。また、マイクロ波をスラグ表面と転炉の炉壁との双方に照射する場合には、転炉の炉壁近傍におけるスラグの位置を、転炉全体におけるスラグ位置とみなすことに対応する。   Here, when irradiating both the slag surface and the lance side wall with the microwave, it corresponds to considering the slag position in the vicinity of the main lance as the slag position in the entire converter. Moreover, when irradiating both the slag surface and the furnace wall of a converter with a microwave, it corresponds to considering the position of the slag in the vicinity of the furnace wall of a converter as the slag position in the whole converter.

さて、図7Bに示したように、P1−P2で表される波の進行方向と、P3−P4で表される波の進行方向とは、大きさDoffだけ位置ズレが生じている。従って、このオフセット分Doffが存在したとしても、アンテナ107でオフセット分を含めて受信できるように、アンテナ107の傾き度合いを決めることが好ましい。 Now, as shown in FIG. 7B, the traveling direction of the wave represented by P1-P2, and the traveling direction of the wave represented by P3-P4, which occurs positional displacement by an amount D off. Therefore, it is preferable to determine the degree of inclination of the antenna 107 so that the antenna 107 can receive the offset even if the offset D off exists.

そこで、以下では、図9A〜図10を参照しながら、アンテナ107の傾き度合いと反射波の受信度合いとの関係について、詳細に説明する。図9A〜図10は、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニットにおけるマイクロ波の照射方法について説明するための説明図である。   Therefore, in the following, the relationship between the degree of inclination of the antenna 107 and the degree of reception of the reflected wave will be described in detail with reference to FIGS. 9A to 10. 9A to 10 are explanatory diagrams for explaining a microwave irradiation method in the microwave irradiation unit according to the present embodiment.

アンテナ107の傾き度合いと反射波の受信度合いとの関係は、実機を利用して実際に測定することで検証することも可能であるし、公知の有限要素法による電磁場解析等のシミュレーションを利用して理論的に求めることも可能である。シミュレーションを利用して上記の関係を求める場合、アンテナ107からガウスビーム形状の入射波がスラグ表面に向かって拡散しながら進行していくものとし、アンテナ107に戻ってくる反射波の強度を算出すればよい。   The relationship between the degree of inclination of the antenna 107 and the degree of reception of the reflected wave can be verified by actually measuring using an actual machine, or using a simulation such as electromagnetic field analysis by a known finite element method. It is also possible to obtain it theoretically. When obtaining the above relationship using simulation, it is assumed that an incident wave having a Gaussian beam shape proceeds from the antenna 107 while diffusing toward the slag surface, and the intensity of the reflected wave returning to the antenna 107 is calculated. That's fine.

この場合に、マイクロ波を反射させる反射体(すなわち、ランス側壁や炉壁)が存在しないと仮定した場合には、図7Bに示したようなコーナーキューブミラーが実現せず、入射波は、スラグ表面の正反射方向へと進行していき、アンテナ107に戻ってくる反射波の強度が小さくなる。また、ランス側壁や炉壁等のような反射体が存在すると仮定した場合には、図7Bに示したようなコーナーキューブミラーが実現し、入射波は、アンテナ107の方向へと戻っていくこととなる。更に、アンテナ107に対応する位置を固定し、かつ、反射体の存在を仮定した上で、入射波のスラグ表面への入射位置を変化させることで、入射角θに応じた反射波の受信強度の変化を把握できる。反射波の受信強度が小さい場合には、マイクロ波照射ユニット100の検出器111で検出されるビート波の強度は小さくなり、計測が正常に終了する割合が低下する。   In this case, if it is assumed that there is no reflector that reflects microwaves (that is, a lance side wall or a furnace wall), the corner cube mirror as shown in FIG. The intensity of the reflected wave that travels in the regular reflection direction on the surface and returns to the antenna 107 decreases. Also, assuming that there is a reflector such as a lance side wall or furnace wall, a corner cube mirror as shown in FIG. 7B is realized, and the incident wave returns toward the antenna 107. It becomes. Furthermore, the reception intensity of the reflected wave corresponding to the incident angle θ is changed by fixing the position corresponding to the antenna 107 and changing the incident position of the incident wave on the slag surface, assuming the presence of the reflector. Can understand changes in When the received intensity of the reflected wave is small, the intensity of the beat wave detected by the detector 111 of the microwave irradiation unit 100 becomes small, and the rate at which the measurement ends normally decreases.

ここで、本発明者らは、入射角θに応じた反射波の受信強度の変化を把握するために、図9A〜図9Cに示したような、スラグ表面におけるマイクロ波の照射領域の大きさ(半径r)と、マイクロ波の照射量記の中心から反射体までの離隔距離dと、の関係に着目し、離隔距離dを照射半径rで除した(d/r)というパラメータを考えた。ここで、離隔距離dは、照射領域の中心をゼロとし、図9A及び図9B中右方向を正の値とする。すなわち、図9A及び図9Bに示したように、照射マイクロ波の半分以上がスラグに照射される場合は、d≧0となり、図9Cにおいて、照射領域の中心が反射体よりも右側に位置し、照射マイクロ波の半分超がランス側壁又は炉壁に照射される場合は、d<0となる。   Here, in order to grasp the change in the reception intensity of the reflected wave according to the incident angle θ, the inventors of the present invention have the size of the microwave irradiation region on the slag surface as shown in FIGS. 9A to 9C. Focusing on the relationship between (radius r) and the separation distance d from the center of the microwave dose description to the reflector, a parameter (d / r) obtained by dividing the separation distance d by the irradiation radius r was considered. . Here, the separation distance d is zero at the center of the irradiation region, and the right direction in FIGS. 9A and 9B is a positive value. That is, as shown in FIGS. 9A and 9B, when more than half of the irradiation microwave is applied to the slag, d ≧ 0, and in FIG. 9C, the center of the irradiation region is located on the right side of the reflector. In the case where more than half of the irradiation microwave is irradiated to the lance side wall or the furnace wall, d <0.

ここで、図9A及び図9Cに示したように、離隔距離dの絶対値が照射半径rよりも小さくなる場合も考えられるし、図9Bに示したように、離隔距離dの絶対値が照射半径rよりも大きくなる場合も考えられる。   9A and 9C, the absolute value of the separation distance d may be smaller than the irradiation radius r. As shown in FIG. 9B, the absolute value of the separation distance d is the irradiation value. A case where the radius is larger than the radius r is also conceivable.

アンテナ107を設置する開口部の位置は固定されているため、この(d/r)の値が変化することでマイクロ波の進行方向は変化し、アンテナ107に戻ってくる反射波(戻り波)の位置がシフトすることとなる。従って、アンテナ107の特性に応じて、アンテナ107が受信できる範囲に戻ったマイクロ波の強度を、実測したり、シミュレートしたりすればよい。   Since the position of the opening where the antenna 107 is installed is fixed, the traveling direction of the microwave is changed by changing the value of (d / r), and the reflected wave (return wave) returning to the antenna 107 is returned. Will be shifted. Therefore, according to the characteristics of the antenna 107, the intensity of the microwave returned to the range that the antenna 107 can receive may be measured or simulated.

いま、実際の転炉を用い、サブランス孔の近傍に設けた開口部に250mmのアンテナ径のカセグレン型アンテナ(拡散角α=1度)を設置し、中心周波数45GHz(変調幅±1GHz、変調周期50Hz)のマイクロ波(発振出力100mW以上のある一定値に固定)を用いて、上記d/rの値を変化させながらビート波の信号強度を測定する実験を行った。ここで、評価基準として、50Hzの測定レートにおいて、ビート波が正常に測定された割合を測定率と称することとし、測定率の変化を検証した。なお、本検証で導入した測定率とは、以下の式110に示したように、1秒あたり1回以上ビート波が正常に測定できた時間を、全測定時間で除することで得られる割合である。   Now, using an actual converter, a Cassegrain type antenna (diffusion angle α = 1 degree) with an antenna diameter of 250 mm is installed in the opening provided near the sublance hole, and the center frequency is 45 GHz (modulation width ± 1 GHz, modulation period) An experiment was conducted to measure the signal intensity of the beat wave while changing the value of d / r using a microwave of 50 Hz) (fixed to a certain value with an oscillation output of 100 mW or more). Here, as an evaluation standard, the rate at which beat waves were normally measured at a measurement rate of 50 Hz was referred to as a measurement rate, and changes in the measurement rate were verified. The measurement rate introduced in this verification is a ratio obtained by dividing the time during which a beat wave can be normally measured at least once per second by the total measurement time, as shown in the following formula 110. It is.

測定率[%]
=(1回/秒以上正常に測定できた時間:[秒]/全測定時間[秒])×100
・・・(式110)
Measurement rate [%]
= (Time at which normal measurement was performed at least once / second: [second] / total measurement time [second]) × 100
... (Formula 110)

得られた結果を、図10に示した。図10において、横軸が(d/r)の値であり、縦軸が上記式110に基づき算出した測定率である。図10から明らかなように、−0.66<d/r<0.66の範囲において、測定率90%以上という優れた計測結果が得られたことがわかる。また、この(d/r)の範囲においてアンテナ107に戻ってくる反射波の強度を、上記のようなシミュレーション(有限要素法による電磁場解析)で算出した。なお、上記(d/r)の範囲では、ランス側壁に対して、アンテナから照射したマイクロ波の照射面積の20〜70%が照射されていることが明らかとなった。この数値範囲は、擬似的に構成されたコーナーキューブミラーが効果を発揮する範囲である。例えば、ランス径を0.4mとしたときに本条件が満足されるには、(ランスの断面積/マイクロ波の照射面積)≧20%となる照射面積であることが求められ、かかる場合(0.2/0.45)が凡そ0.2となることから、マイクロ波の周波数を照射エリアの直径が0.9mとなる39GHz以上とすることが好ましいことが分かった。なお、上限値が70%と対称性を有していないのは、ランスが円筒形であり、擬似的に凸面ミラーとして作用することに起因する。 The obtained results are shown in FIG. In FIG. 10, the horizontal axis is the value of (d / r), and the vertical axis is the measurement rate calculated based on the above formula 110. As is apparent from FIG. 10, it can be seen that an excellent measurement result of a measurement rate of 90% or more was obtained in the range of −0.66 <d / r <0.66. Further, the intensity of the reflected wave returning to the antenna 107 in the range of (d / r) was calculated by the above simulation (electromagnetic field analysis by the finite element method). In the range of (d / r), it was revealed that 20 to 70% of the irradiation area of the microwave irradiated from the antenna was irradiated to the lance side wall. This numerical range is a range in which the pseudo corner cube mirror is effective. For example, in order to satisfy this condition when the lance diameter is 0.4 m, it is required that the irradiation area is (cross-sectional area of the lance / irradiation area of the microwave) ≧ 20%. 0.2 / 0.45) Since 2 is approximately 0.2, it was found that the frequency of the microwave is preferably 39 GHz or more at which the diameter of the irradiation area becomes 0.9 m. The upper limit is not symmetrical with 70% because the lance is cylindrical and acts as a convex convex mirror.

また、(d/r)の値を変化させながら炉壁に向かってマイクロ波を照射する実機での実験は行うことが出来なかったため、炉壁に対してマイクロ波を照射した場合についての検証は、以下のようなシミュレーションにて行うこととした。ここで、上記のランス側壁への照射実験で得られた反射波の強度と測定率との関係は、炉壁に対してマイクロ波を照射した場合でも同様であると考え、測定率が90%以上となる反射波の強度を与える(d/r)の範囲を、シミュレーションにより算出した。その結果、炉壁とスラグ表面との双方に対してマイクロ波を照射する場合には、−1.7<d/r<1.7とすることで、測定率が90%以上となることが明らかとなった。   Moreover, since the experiment with the actual machine which irradiates the microwave toward the furnace wall while changing the value of (d / r) could not be performed, the verification when the microwave is irradiated to the furnace wall is The following simulation was performed. Here, the relationship between the intensity of the reflected wave obtained in the irradiation experiment on the lance side wall and the measurement rate is considered to be the same even when the furnace wall is irradiated with microwaves, and the measurement rate is 90%. The range of (d / r) giving the intensity of the reflected wave as described above was calculated by simulation. As a result, when microwaves are applied to both the furnace wall and the slag surface, the measurement rate may be 90% or more by setting −1.7 <d / r <1.7. It became clear.

また、上記の(d/r)の値に関する範囲は、マイクロ波の周波数を変えた場合においても、同様の数値範囲となった。   The range related to the value of (d / r) is the same numerical range even when the microwave frequency is changed.

なお、炉壁に向けてマイクロ波を照射する場合と、ランス側壁に向けてマイクロ波を照射する場合とで、(d/r)の値の範囲が異なる理由については、炉壁が平面ミラーあるいは凹面ミラーとしてみなすことができるのに対し、ランスはその形状により凸面ミラーとして機能すると考えられるためであると考えられる。   Note that the reason why the range of the value of (d / r) differs between the case of irradiating the microwave toward the furnace wall and the case of irradiating the microwave toward the lance side wall is as follows. This can be considered as a concave mirror, whereas the lance is considered to function as a convex mirror due to its shape.

以上、図3〜図10を参照しながら、マイクロ波照射ユニット100におけるアンテナ107の設置方法について、詳細に説明した。   The method for installing the antenna 107 in the microwave irradiation unit 100 has been described in detail above with reference to FIGS.

なお、転炉製鋼プロセスにおいて、吹錬前は底吹きのみの状態であることから、計測対象物であるスラグ表面は比較的穏やかであるが、吹錬が開始されるとメインランスから大量の酸素が噴射されるため、表面は激しく変動する上、スラグの酸化反応によって激しく気泡が発生する状態となる。かかる状態では、スラグ表面からのマイクロ波の反射率が小さくなり、吹錬前の溶銑レベル計測に比べて高い測定感度が求められることとなる。従って、吹錬中であってもより精度よくスラグ表面の位置の計測を行うために、マイクロ波照射ユニット100全体として、電力比が40dB以上であることが好ましい。   In the converter steelmaking process, only the bottom blowing is performed before blowing, so the surface of the slag, which is the measurement target, is relatively gentle, but when the blowing is started, a large amount of oxygen is released from the main lance. As a result, the surface fluctuates violently and bubbles are violently generated by the slag oxidation reaction. In such a state, the reflectance of the microwave from the slag surface is reduced, and a higher measurement sensitivity is required as compared with hot metal level measurement before blowing. Therefore, in order to more accurately measure the position of the slag surface even during blowing, it is preferable that the power ratio of the microwave irradiation unit 100 as a whole is 40 dB or more.

また、吹錬中のスラグ表面は、上述のように激しく上下動を繰り返しており、0.5秒で±1m程度変動する場合もある。そのため、平均的な表面レベルを計測するためには、時定数を短くして瞬時値を計測してから、得られた計測結果を平均化することが重要である。この際、精度50mm以下でスラグ表面のレベルを計測するためには、30ミリ秒程度以下の応答速度を有することが好ましい。これ以上の計測時間では、表面の変動分が検出信号のピーク強度の低下及び幅の増大につながり、感度を低下させる可能性がある。なお、上記応答速度の下限は特に限定するものではなく、応答速度が早ければ早いほど、実際のスラグの表面レベルの変化に追随した計測結果を得ることが可能となる。   Moreover, the slag surface during blowing swells up and down violently as described above, and may fluctuate by about ± 1 m in 0.5 seconds. Therefore, in order to measure the average surface level, it is important to average the measured results after measuring the instantaneous value by shortening the time constant. At this time, in order to measure the level of the slag surface with an accuracy of 50 mm or less, it is preferable to have a response speed of about 30 milliseconds or less. If the measurement time is longer than this, the fluctuation of the surface leads to a decrease in the peak intensity and an increase in the width of the detection signal, which may reduce the sensitivity. The lower limit of the response speed is not particularly limited, and the faster the response speed, the more the measurement result that follows the actual change in the surface level of the slag can be obtained.

以上、図1〜図10を参照しながら、本実施形態に係るレベル計10が備えるマイクロ波照射ユニット100の構成について、詳細に説明した。   The configuration of the microwave irradiation unit 100 included in the level meter 10 according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS.

<演算処理ユニットの構成について>
続いて、図11を参照しながら、本実施形態に係る演算処理ユニット200の構成を詳細に説明する。図11は、演算処理ユニット200の構成の一例を示したブロック図である。
<About the configuration of the arithmetic processing unit>
Next, the configuration of the arithmetic processing unit 200 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the arithmetic processing unit 200.

本実施形態に係るレベル計10が備える演算処理ユニット200は、マイクロ波照射ユニット100の発振器103にて射出されるマイクロ波と、検出部111にて検出された反射マイクロ波とに基づいて、スラグのレベルを算出する処理ユニットである。より詳細には、演算処理ユニット200は、マイクロ波照射ユニット100によって検出されたビート波の検出信号に対してデジタル信号処理を施し、スラグ表面の位置を算出するユニットである。この演算処理ユニット200は、マイクロ波照射ユニット100に設けられた演算処理用のチップとして実装されていてもよく、マイクロ波照射ユニット100の外部に設けられ、マイクロ波照射ユニット100からデータの取得が可能な、各種コンピュータやサーバ等の情報処理装置として実現されていてもよい。   The arithmetic processing unit 200 provided in the level meter 10 according to the present embodiment is based on the microwave emitted from the oscillator 103 of the microwave irradiation unit 100 and the reflected microwave detected by the detection unit 111. It is a processing unit that calculates the level of. More specifically, the arithmetic processing unit 200 is a unit that performs digital signal processing on the beat wave detection signal detected by the microwave irradiation unit 100 and calculates the position of the slag surface. The arithmetic processing unit 200 may be mounted as an arithmetic processing chip provided in the microwave irradiation unit 100, provided outside the microwave irradiation unit 100, and acquiring data from the microwave irradiation unit 100. It may be realized as an information processing apparatus such as various computers or servers.

この演算処理ユニット200は、図11に示したように、計測制御部201と、演算処理部203と、表示制御部205と、記憶部207と、を主に備える。   As shown in FIG. 11, the arithmetic processing unit 200 mainly includes a measurement control unit 201, an arithmetic processing unit 203, a display control unit 205, and a storage unit 207.

計測制御部201は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。計測制御部201は、本実施形態に係るマイクロ波照射ユニット100による計測対象物Sの計測処理、及び、アンテナ駆動機構150によるアンテナ107の調整処理を、それぞれ統括して制御する。   The measurement control unit 201 is realized by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like. The measurement control unit 201 controls the measurement process of the measurement object S by the microwave irradiation unit 100 according to the present embodiment and the adjustment process of the antenna 107 by the antenna drive mechanism 150, respectively.

より詳細には、計測制御部201は、マイクロ波照射ユニット100によって計測対象物Sのレベル位置の計測を開始する場合に、マイクロ波照射ユニット100の動作を開始させるための制御信号を出力する。   More specifically, the measurement control unit 201 outputs a control signal for starting the operation of the microwave irradiation unit 100 when the microwave irradiation unit 100 starts measuring the level position of the measurement object S.

また、計測制御部201は、ユーザ操作等に応じて、マイクロ波照射ユニット100のアンテナ107の配設角度(例えば、図3右側の図における紙面に平行な面内での配設角度や、紙面に垂直な面内での配設角度)を調整するために、アンテナ107の近傍に設けられたアンテナ駆動機構150に対して、配設角度を変化させるための制御信号を出力することも可能である。これにより、本実施形態に係るレベル計10の使用者は、マイクロ波照射ユニット100で計測されるビート波の出力の具合(例えば、信号強度やS/N比等)を実際に見ながら、炉口や炉底までの離隔距離を計測したり、着目している操業における最も適したアンテナ107の配設角度(換言すれば、d/rの値)を調整したりすることが可能となる。   In addition, the measurement control unit 201 determines the arrangement angle of the antenna 107 of the microwave irradiation unit 100 (for example, the arrangement angle in a plane parallel to the paper surface in the drawing on the right side of FIG. In order to adjust the arrangement angle in a plane perpendicular to the antenna 107, it is also possible to output a control signal for changing the arrangement angle to the antenna driving mechanism 150 provided in the vicinity of the antenna 107. is there. As a result, the user of the level meter 10 according to the present embodiment can confirm the state of the output of the beat wave measured by the microwave irradiation unit 100 (for example, signal intensity, S / N ratio, etc.) The separation distance to the mouth and the bottom of the furnace can be measured, and the most suitable arrangement angle (in other words, the value of d / r) of the antenna 107 in the operation of interest can be adjusted.

演算処理部203は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。演算処理部203は、マイクロ波照射ユニット100から出力されたビート波の検出信号を利用してデジタル信号処理を行うことにより、転炉内におけるスラグ表面の位置を算出する演算処理を実施する。また、演算処理部203は、算出したスラグ表面の位置を、転炉における吹錬処理の経過時間毎に記録したトレンドチャートを生成することも可能である。   The arithmetic processing unit 203 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The arithmetic processing unit 203 performs arithmetic processing for calculating the position of the slag surface in the converter by performing digital signal processing using the beat wave detection signal output from the microwave irradiation unit 100. The arithmetic processing unit 203 can also generate a trend chart in which the calculated position of the slag surface is recorded for each elapsed time of the blowing process in the converter.

演算処理部203は、算出したスラグ表面の位置やトレンドチャートといった、マイクロ波照射ユニット100による計測結果を表す各種の情報を算出すると、得られた結果を表す情報を、表示制御部205に出力する。また、演算処理部203は、得られた結果を表す情報を、プリンタ等の出力装置を介して、例えば帳票のようなかたちで出力したり、転炉による操業を管理する操業管理コンピュータ等などに、得られた結果を表すデータそのものを出力したりすることも可能である。   When the arithmetic processing unit 203 calculates various types of information representing the measurement result by the microwave irradiation unit 100 such as the calculated position of the slag surface and the trend chart, the arithmetic processing unit 203 outputs information representing the obtained result to the display control unit 205. . In addition, the arithmetic processing unit 203 outputs information representing the obtained result to an operation management computer or the like for managing the operation by the converter, for example, in the form of a form via an output device such as a printer. It is also possible to output data representing the obtained result.

かかる演算処理部203における演算処理の詳細については、以下で改めて説明する。   Details of the arithmetic processing in the arithmetic processing unit 203 will be described later.

表示制御部205は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置等により実現される。表示制御部205は、演算処理部203から伝送された、計測対象物Sである転炉内のスラグ表面の位置に関する計測結果を、演算処理ユニット200が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理ユニット200の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、レベル計10の利用者は、転炉内のスラグ表面の位置に関する計測結果を、その場で把握することが可能となる。   The display control unit 205 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, and the like. The display control unit 205 outputs the measurement result related to the position of the slag surface in the converter, which is the measurement object S, transmitted from the arithmetic processing unit 203, an output device such as a display provided in the arithmetic processing unit 200, or the arithmetic processing unit 200. Display control when displaying on an output device or the like provided outside. Thereby, the user of the level meter 10 can grasp the measurement result regarding the position of the slag surface in the converter on the spot.

記憶部207は、例えば本実施形態に係る演算処理ユニット200が備えるRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部207には、本実施形態に係る演算処理ユニット200が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部207は、計測制御部201、演算処理部203、表示制御部205等が、自由に読み書きを行うことが可能である。   The storage unit 207 is realized by, for example, a RAM or a storage device included in the arithmetic processing unit 200 according to the present embodiment. In the storage unit 207, various parameters, intermediate progress of processing, or various databases or programs that need to be saved when the arithmetic processing unit 200 according to the present embodiment performs some processing, or various databases and programs are appropriately stored. To be recorded. The storage unit 207 can be freely read and written by the measurement control unit 201, the arithmetic processing unit 203, the display control unit 205, and the like.

[演算処理部における演算処理について]
次に、図12〜図16を参照しながら、演算処理ユニット200が備える演算処理部203における演算処理について、詳細に説明する。図12〜図16は、本実施形態に係る演算処理部における演算処理を説明するための説明図である。
[Operation processing in the processing unit]
Next, the arithmetic processing in the arithmetic processing unit 203 included in the arithmetic processing unit 200 will be described in detail with reference to FIGS. 12-16 is explanatory drawing for demonstrating the arithmetic processing in the arithmetic processing part which concerns on this embodiment.

○実施される演算処理の大まかな流れについて
本実施形態に係る演算処理部203では、マイクロ波照射ユニット100から、図12の最上段に示したようなビート波の検出結果を示す信号が出力されると、まず、得られた信号をA/D変換して、デジタルデータとする。その上で、演算処理部203は、得られたビート波のデジタルデータをフーリエ変換(より詳細には、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT))し、図12の2段目に示したようなスペクトルを生成する。より詳細には、演算処理部203は、高速フーリエ変換によって得られたデジタルデータ(図12の2段目に示した、横軸がビート周波数であるスペクトル)に対して、マイクロ波照射ユニット100の設定値に基づいて決定される距離係数(上記式103の最右辺において、(cT/2F)で表される係数)を乗じ、図12の3段目に示したような距離波形を生成する。かかるフーリエ変換によって得られるスペクトルの横軸を距離に変換した距離波形は、横軸が、アンテナ107とスラグ表面の位置との間の距離に対応し、縦軸が信号強度に対応する。
○ Rough Flow of Arithmetic Processing Performed In the arithmetic processing unit 203 according to this embodiment, a signal indicating the detection result of the beat wave as shown in the uppermost stage of FIG. 12 is output from the microwave irradiation unit 100. First, the obtained signal is A / D converted into digital data. Then, the arithmetic processing unit 203 performs Fourier transform (more specifically, Fast Fourier Transform (FFT)) on the obtained beat wave digital data, as shown in the second row of FIG. A simple spectrum. More specifically, the arithmetic processing unit 203 applies the digital irradiation data of the microwave irradiation unit 100 to the digital data obtained by the fast Fourier transform (the spectrum whose horizontal axis is the beat frequency shown in the second stage of FIG. 12). A distance waveform determined on the basis of the set value (a coefficient represented by (cT / 2F) in the rightmost side of the above-described formula 103) is multiplied to generate a distance waveform as shown in the third row of FIG. In the distance waveform obtained by converting the horizontal axis of the spectrum obtained by the Fourier transform into a distance, the horizontal axis corresponds to the distance between the antenna 107 and the position of the slag surface, and the vertical axis corresponds to the signal intensity.

ここで、マイクロ波照射ユニット100により検出されるビート波は、スラグの表面変動に由来する多くの凹凸が存在するため、図12の最上段に示したように、微小なピークの集合体として観測される。従って、演算処理部203は、距離方向の所定の長さの移動平均処理を行って、得られた距離波形を空間的に平均化する。これにより、平均化前の距離波形における局所的なピークが平坦化されて、有意なピークが強調されることとなる。図12に示した例では、図12の3段目に示したような距離波形が空間的に平均化されて、図12の最下段に示したような、平均化後の距離波形が算出される。   Here, since the beat wave detected by the microwave irradiation unit 100 has many irregularities derived from the surface variation of the slag, it is observed as an aggregate of minute peaks as shown in the uppermost stage of FIG. Is done. Therefore, the arithmetic processing unit 203 performs a moving average process of a predetermined length in the distance direction, and spatially averages the obtained distance waveform. As a result, local peaks in the distance waveform before averaging are flattened, and significant peaks are emphasized. In the example shown in FIG. 12, the distance waveform as shown in the third stage of FIG. 12 is spatially averaged, and the averaged distance waveform as shown in the lowermost stage of FIG. 12 is calculated. The

なお、移動平均処理を実施する距離方向の長さについては、特に限定されるものではなく、過去の操業データ等を解析するなどして適宜設定すればよいが、例えば、300〜500mm程度とすることができる。   The length in the distance direction at which the moving average process is performed is not particularly limited, and may be set as appropriate by analyzing past operation data or the like, for example, about 300 to 500 mm. be able to.

その後、演算処理部203は、空間的に平均した後の距離波形において、予め設定した閾値以上の強度を有するピークのうち最大強度を与える距離を、スラグ表面までの距離として決定する。ここで、演算処理部203は、得られたスラグ表面までの距離を、スラグ表面の絶対レベルとしてもよいし、例えば、転炉の炉底からの高さなどのように、他の基準へと変換してもよい。なお、かかる処理に用いられる閾値についても特に限定されるものではなく、過去の操業データ等を解析するなどして適宜設定すればよい。   Thereafter, the arithmetic processing unit 203 determines, as the distance to the slag surface, the distance that gives the maximum intensity among the peaks having the intensity equal to or higher than a preset threshold in the distance waveform after spatially averaging. Here, the arithmetic processing unit 203 may use the obtained distance to the slag surface as an absolute level of the slag surface, for example, to another reference such as the height from the bottom of the converter. It may be converted. The threshold value used for such processing is not particularly limited, and may be set as appropriate by analyzing past operation data or the like.

また、演算処理部203は、得られたスラグ表面までの距離を利用し、スラグ表面の位置と転炉における吹錬処理の経過時間とを関連付けた、いわゆるトレンドチャートを生成してもよい。かかるトレンドチャートは、例えば横軸に吹錬処理の経過時間をとり、縦軸に得られたスラグ表面のレベルをとったような、時系列経過を示したグラフ図となる。   In addition, the arithmetic processing unit 203 may generate a so-called trend chart in which the obtained distance to the slag surface is associated with the position of the slag surface and the elapsed time of the blowing process in the converter. Such a trend chart is, for example, a graph showing a time-series progress with the elapsed time of the blowing process on the horizontal axis and the level of the obtained slag surface on the vertical axis.

この際、計測レベルの表面変動に起因する変動に対応するために、演算処理部203は、ピークの経時変化を一定時間幅で時間的に移動平均処理し、大局的なレベルの推移を表すトレンドチャートとすることが可能である。かかる時間的な移動平均処理の大きさについても特に限定されるものではないが、例えば、200ミリ秒程度に設定することが可能である。   At this time, in order to cope with the fluctuation caused by the surface fluctuation of the measurement level, the arithmetic processing unit 203 performs a moving average process on the temporal change of the peak with a certain time width, and shows a trend indicating a global level transition. It can be a chart. The size of the temporal moving average process is not particularly limited, but can be set to about 200 milliseconds, for example.

更に、演算処理部203は、得られたトレンドチャート等に基づいて、スラグ表面の平均的な高さや、スラグ表面の高さの最大値や、スラグ表面の高さの最小値などといった各種の統計量を算出して、吹錬処理を特徴づける特徴量としてもよい。   Furthermore, the arithmetic processing unit 203 performs various statistics such as an average height of the slag surface, a maximum value of the slag surface height, and a minimum value of the slag surface height based on the obtained trend chart. It is good also as a feature-value which calculates quantity and characterizes blowing process.

○フィルタリング処理について
ところで、実際の操業においては、吹錬によって生じる炉内の飛散物によって、炉口に地金が付着していき、徐々に大きくなっていく。その結果、炉口の大きさ、高さ、形状等が変化して、マイクロ波による計測範囲が狭くなり、図13に模式的に示したように、スラグ表面からの反射波以外にも、地金の付着した炉口からの余分な反射波が検出されてしまう。その結果、演算処理部203によって生成される距離波形には、スラグ表面に関するピークに加えて、炉口からの反射波に伴うピークが重畳してしまう。炉口からの反射波に伴うピークが重畳している距離波形を用いて上記のような演算処理を行うと、計測誤差を生む原因となってしまう。
○ Filtering process By the way, in actual operation, the metal in the furnace becomes attached to the furnace mouth due to the scattered material in the furnace generated by blowing and gradually increases. As a result, the size, height, shape, etc. of the furnace port change, and the measurement range by the microwave becomes narrower. As shown schematically in FIG. 13, in addition to the reflected wave from the slag surface, An excessive reflected wave from the furnace port with gold is detected. As a result, the distance waveform generated by the arithmetic processing unit 203 is superimposed with a peak associated with the reflected wave from the furnace port in addition to the peak related to the slag surface. If the above calculation process is performed using a distance waveform in which a peak due to a reflected wave from the furnace port is superimposed, a measurement error is caused.

また、転炉の炉底に設置されている耐火レンガが溶損することにより、炉内に同じ量の溶融物を装入したとしても、アンテナ107からの離隔距離が変化することになる。従って、かかる状態のまま演算処理が行われると、スラグ表面の位置が低下したような結果が得られてしまう。   Further, the refractory bricks installed at the bottom of the converter melt down, so that the separation distance from the antenna 107 changes even if the same amount of molten material is charged into the furnace. Therefore, if the arithmetic processing is performed in such a state, a result that the position of the slag surface is lowered is obtained.

そこで、本実施形態に係る演算処理部203では、アンテナ107から炉口までの離隔距離や、アンテナ107から炉底までの離隔距離に関する情報を利用して、炉口からの反射波による計測精度の低下や、炉底位置の変化に伴う計測精度の低下を防止する。   Therefore, the arithmetic processing unit 203 according to the present embodiment uses the information on the separation distance from the antenna 107 to the furnace mouth and the separation distance from the antenna 107 to the furnace bottom to improve the measurement accuracy due to the reflected wave from the furnace mouth. This prevents a decrease in measurement accuracy due to a decrease in the furnace bottom position.

ここで、上記式103に示したように、離隔距離Dは、照射したマイクロ波とマイクロ波の反射波との差周波信号(すなわち、ビート波)の周波数Δfと等価な関係にある。従って、本実施形態に係る演算処理部203では、アンテナ107から炉口までの離隔距離Dに相当するビート波の周波数Δfと、アンテナ107から炉底までの離隔距離Dに相当するビート波の周波数Δfと、を利用して、計測精度の低下を防止する処理を実施する。 Here, as shown in the above equation 103, the separation distance D is equivalent to the frequency Δf of the difference frequency signal (that is, beat wave) between the irradiated microwave and the reflected wave of the microwave. Therefore, in the arithmetic processing unit 203 according to the present embodiment, the beat wave frequency Δf 1 corresponding to the separation distance D 1 from the antenna 107 to the furnace opening and the beat corresponding to the separation distance D 2 from the antenna 107 to the furnace bottom. Using the wave frequency Δf 2 , processing for preventing a decrease in measurement accuracy is performed.

すなわち、アンテナ107からスラグ表面までの離隔距離Dは、炉口までの離隔距離Dよりも大きく、炉底までの離隔距離Dよりも小さいはずである。従って、上記式103によれば、スラグ表面の位置に相当するビート波の周波数Δfは、図14に模式的に示したように、炉口までの離隔距離Dに相当する周波数Δfよりも大きく、炉底までの離隔距離Dに相当する周波数Δfよりも小さくなる。 In other words, distance D from the antenna 107 to the surface of the slag is greater than distance D 1 of the up furnace opening, which should be less than the distance D 2 to the furnace bottom. Therefore, according to the above equation 103, the beat wave frequency Δf corresponding to the position of the slag surface is higher than the frequency Δf 1 corresponding to the separation distance D 1 to the furnace port, as schematically shown in FIG. Larger and smaller than the frequency Δf 2 corresponding to the separation distance D 2 to the furnace bottom.

そこで、本実施形態に係る演算処理部203では、図15に模式的に示したように、マイクロ波照射ユニット100から出力されたビート波の検出結果を取得すると、かかるビート波に対してフーリエ変換を実施するに先立って、上記のような周波数に基づくフィルタリング処理を実施する。その後、演算処理部203は、フィルタリング処理後のビート波を利用して、フーリエ変換及びスラグ表面のレベル特定という処理を実施していく。   Therefore, in the arithmetic processing unit 203 according to the present embodiment, when the detection result of the beat wave output from the microwave irradiation unit 100 is acquired as illustrated schematically in FIG. 15, Fourier transform is performed on the beat wave. Prior to performing the above, filtering processing based on the frequency as described above is performed. Thereafter, the arithmetic processing unit 203 performs processing such as Fourier transform and slag surface level specification by using the beat wave after the filtering process.

ここで、離隔距離Dに相当するビート波の周波数Δfは、先だって説明したように、アンテナ駆動機構150を稼働させて吹錬前に炉口までの離隔距離Dを計測することで、特定することができる。また、離隔距離Dに相当するビート波の周波数Δfは、アンテナ駆動機構150を稼働させて、転炉内に溶融物が装入されていない状態で炉底までの離隔距離Dを計測することで、特定することができる。離隔距離DとDは、時々刻々と変化するため、機会のある毎に測定しておくことが好ましい。なるべく精確な離隔距離DとDを求めておくことにより、適切なフィルタリング処理を行うことが可能となる。 Here, the frequency Δf 1 of the beat wave corresponding to the separation distance D 1 is determined by operating the antenna drive mechanism 150 and measuring the separation distance D 1 to the furnace port before blowing, as described above. Can be identified. The frequency Delta] f 2 of the beat wave corresponding to the separation distance D 2 may not operate the antenna driving mechanism 150, measure the distance D 2 in a state where the melt on the rolling furnace has not been charged to the furnace bottom By doing so, it can be specified. Since the separation distances D 1 and D 2 change every moment, it is preferable to measure each time there is an opportunity. By obtaining as accurate separation distances D 1 and D 2 as possible, appropriate filtering processing can be performed.

演算処理部203は、上記のようにして予め特定しておいたビート波の周波数ΔfやΔfを利用して、図14及び図15に示したようなフィルタリング処理を実施する。 The arithmetic processing unit 203 performs the filtering process as shown in FIGS. 14 and 15 by using the beat wave frequencies Δf 1 and Δf 2 specified in advance as described above.

具体的には、演算処理部203は、マイクロ波照射ユニット100から出力されたビート波に対して、Δfよりも高い周波数成分のみを通過させるハイパスフィルタを作用させることで、Δf以下の低い周波数をもつ余分な反射波の影響を、低減することができる。 Specifically, the arithmetic processing unit 203 applies a high-pass filter that passes only a frequency component higher than Δf 1 to the beat wave output from the microwave irradiation unit 100, thereby lowering Δf 1 or less. The influence of the extra reflected wave having the frequency can be reduced.

また、演算処理部203は、上記のようなハイパスフィルタに代えて、Δfよりも高い周波数を通過させ、かつ、Δfよりも低い周波数を通過させるバンドパスフィルタをビート波に対して作用させてもよい。これにより、Δf以下の低い周波数をもつ余分な反射波の影響だけでなく、吹錬前に発生していた炉底の耐火レンガの溶損に伴う影響を、ビート波から取り除くことができる。 Further, the arithmetic processing unit 203 acts on a beat wave with a bandpass filter that passes a frequency higher than Δf 1 and passes a frequency lower than Δf 2 instead of the above-described high-pass filter. May be. Thereby, not only the influence of the extra reflected wave having a low frequency of Δf 1 or less, but also the influence caused by the melting of the refractory brick at the bottom of the furnace that has occurred before blowing can be removed from the beat wave.

ところで、上記ビート波のような周波数スペクトル上に、図16に示したような互いに近接する2つのピークA、ピークBが存在する場合を考える。この際に、ピークAとピークBとを分離できるか否かは、ピークA及びピークBのピーク周波数と、ピークAの半値全幅(Full Width at Half Maximum:FWHM)とがどのような関係となっているかに基づいて判断することができる。すなわち、図16に模式的に示したように、ピークAのピーク周波数をf、ピークAの半値全幅をFWHM、ピークBのピーク周波数をfと表わした場合に、f≧f+FWHMという関係を満たしていれば、ピークAとピークBとを分離することが可能となる。そこで、本実施形態に係るフィルタリング処理で利用されるハイパスフィルタやバンドパスフィルタにおいても、上記のようなスペクトル分解能に着目して、ハイパスフィルタのカットオフ周波数や、バンドパスフィルタの通過帯域を決定することが好ましい。 Now, consider a case where two peaks A and B that are close to each other as shown in FIG. 16 exist on the frequency spectrum such as the beat wave. At this time, whether peak A and peak B can be separated depends on the relationship between the peak frequency of peak A and peak B and the full width at half maximum (FWHM) of peak A. Judgment can be made based on whether or not That is, as schematically shown in FIG. 16, the peak frequency of the peak A f a, the full width at half maximum of the peak A FWHM, the peak frequency of the peak B when expressed as f b, f b ≧ f a + FWHM If the relationship is satisfied, peak A and peak B can be separated. Therefore, also in the high-pass filter and the band-pass filter used in the filtering processing according to the present embodiment, the cutoff frequency of the high-pass filter and the pass band of the band-pass filter are determined by paying attention to the spectral resolution as described above. It is preferable.

すなわち、本実施形態に係るハイパスフィルタのカットオフ周波数は、上記のようなスペクトル分解能に基づき、(転炉の炉口の位置Dに相当する差周波信号のピーク周波数Δf+ピーク周波数Δfの半値全幅)で表わされる周波数とすることが好ましい。また、本実施形態に係るバンドパスフィルタの通過帯域は、(転炉の炉口の位置Dに相当する差周波信号のピーク周波数Δf+炉口のピーク周波数Δfの半値全幅)以上、(転炉の炉底の位置Dに相当する差周波信号のピーク周波数Δf−炉底のピーク周波数Δfの半値全幅)以下で規定される周波数帯域とすることが好ましい。 That is, the cutoff frequency of the high-pass filter according to the present embodiment, based on the spectral resolution as described above, (peak frequency Delta] f 1 + peak frequency of the difference frequency signal corresponding to the position D 1 of the furnace opening of the converter Delta] f 1 The full width at half maximum) is preferable. Further, the pass band of the band-pass filter according to the present embodiment, (full width at half maximum of the peak frequency Delta] f 1 of the peak frequency Delta] f 1 + furnace opening of the difference frequency signal corresponding to the position D 1 of the furnace opening of the converter) or more, it is preferable that the frequency band defined by the following - (furnace bottom of the full width at half maximum of the peak frequency Delta] f 2 hearth difference frequency signal corresponding to the position D 2 of the peak frequency Delta] f 2 of the converter).

また、本実施形態に係る演算処理部203では、上記のようなフィルタリング処理におけるフィルタの周波数特性を、1チャージ又は数チャージの間の吹錬処理において静的なものとして扱っても良いし、吹錬中に動的に変化させてもよい。   Further, the arithmetic processing unit 203 according to the present embodiment may treat the frequency characteristics of the filter in the filtering process as described above as static in the blowing process between one charge or several charges, It may be changed dynamically during smelting.

すなわち、本実施形態に係る演算処理部203では、吹錬中のある時点から上記差周波数Δf又はΔfに対応するピークが検出されるようになった場合には、炉口での地金の付着や、炉底での耐火レンガの溶損が顕著になったと判断し、フィルタの周波数特性を動的に変更してもよい。ただし、差周波数Δf又はΔfに対応するピークが突発的なノイズとして検出される場合も考えられる。そこで、演算処理部203は、上記のような周波数を有するピークがある瞬間から連続的に検出されるようになった場合には、炉口での地金の付着や、炉底での耐火レンガの溶損が顕著になったと判断し、フィルタの周波数特性を、炉口や炉底に相当する差周波数を通過させないように変更すればよい。一方、上記のような周波数を有するピークがある瞬間のみ検出され、その後は検出されなかった場合には、ノイズが重畳したと判断し、フィルタの周波数特性を変更しないようにすればよい。 That is, in the arithmetic processing unit 203 according to the present embodiment, when a peak corresponding to the difference frequency Δf 1 or Δf 2 is detected from a certain point during blowing, the metal at the furnace port is detected. The frequency characteristics of the filter may be dynamically changed by determining that the adhesion of the refractory or the refractory bricks at the bottom of the furnace has become noticeable. However, there may be a case where a peak corresponding to the difference frequency Δf 1 or Δf 2 is detected as sudden noise. Therefore, when the arithmetic processing unit 203 is continuously detected from the moment when there is a peak having the frequency as described above, the adhesion of the metal at the furnace mouth or the refractory brick at the furnace bottom. Therefore, the frequency characteristic of the filter may be changed so as not to pass the difference frequency corresponding to the furnace opening or the furnace bottom. On the other hand, when a peak having a frequency as described above is detected only at a certain moment and is not detected thereafter, it is determined that noise is superimposed and the frequency characteristics of the filter are not changed.

以上、図12〜図16を参照しながら、演算処理部203における演算処理について説明した。   The arithmetic processing in the arithmetic processing unit 203 has been described above with reference to FIGS.

以上、本実施形態に係る演算処理ユニット200の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the function of the arithmetic processing unit 200 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. In addition, the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理ユニットの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。   Note that a computer program for realizing each function of the arithmetic processing unit according to the present embodiment as described above can be produced and installed in a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.

このように、本実施形態に係るレベル計10は、吹錬中のスラグ面の計測処理において、従来、サブランス孔から鉛直下方に向けて照射していたマイクロ波を、レベル測定用の孔から照射する。また、アンテナ駆動機構150によりアンテナ107を任意の角度に調整し、かつ、炉口から炉底までの離隔位置に対応するビート波のみをフィルタリング処理により抽出する。本実施形態に係るレベル計10では、これらの処理を実施することにより、吹錬全般にわたって、炉口形状の変化や炉口上への飛散物の影響を低減しつつ、スラグ面のレベルを計測することが可能となる。その結果、適切なタイミングで鎮静剤を投入し、かつ、投入した鎮静剤の効果を把握することが可能となり、スロッピングを効果的に予防できるようになる。また、本実施形態に係るレベル計10を用いることで、フォーミング状態を一定高さに制御することができ、歩留まりを向上させることも可能となる。また、本実施形態に係るレベル計10では、マイクロ波照射ユニット100は転炉の内部へと挿入されず、転炉の炉口上方に設けられた開口部にアンテナが設置されるものであるため、メンテナンスも極めて容易である。   As described above, the level meter 10 according to the present embodiment irradiates the microwave, which has been conventionally irradiated vertically downward from the sublance hole, from the level measurement hole in the measurement process of the slag surface during blowing. To do. Further, the antenna drive mechanism 150 adjusts the antenna 107 to an arbitrary angle, and only the beat wave corresponding to the separation position from the furnace port to the furnace bottom is extracted by the filtering process. In the level meter 10 according to the present embodiment, by performing these processes, the level of the slag surface is measured over the entire blowing while reducing the change in the shape of the furnace port and the influence of the scattered matter on the furnace port. It becomes possible. As a result, it becomes possible to add a sedative agent at an appropriate timing and to grasp the effect of the added sedative agent, and to effectively prevent slopping. Further, by using the level meter 10 according to the present embodiment, the forming state can be controlled to a certain height, and the yield can be improved. Moreover, in the level meter 10 according to the present embodiment, the microwave irradiation unit 100 is not inserted into the converter, and an antenna is installed in an opening provided above the furnace port of the converter. Maintenance is also extremely easy.

以上、図1〜図16を参照しながら、本実施形態に係るレベル計10について、詳細に説明した。   The level meter 10 according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS.

(レベル計測方法について)
続いて、図17を参照しながら、本実施形態に係るレベル計10で実施されるレベルの計測方法の流れについて、簡単に説明する。図17は、本実施形態に係るレベル計測方法の流れの一例を示した流れ図である。
(About level measurement method)
Next, a flow of a level measurement method performed by the level meter 10 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart showing an example of the flow of the level measurement method according to the present embodiment.

本実施形態に係るレベル計10では、まず、マイクロ波照射ユニット100及びアンテナ駆動機構150が稼働されて、炉口・炉底へマイクロ波が照射される(ステップS101)。これにより、炉口からのマイクロ波の反射波と照射したマイクロ波との差周波信号(すなわち、ビート波)や、炉底からのマイクロ波の反射波と照射したマイクロ波との差周波信号(ビート波)が検出される(ステップS103)。マイクロ波照射ユニット100は、得られたビート波に対応する信号を、演算処理ユニット200に出力する。   In the level meter 10 according to the present embodiment, first, the microwave irradiation unit 100 and the antenna drive mechanism 150 are operated to irradiate microwaves to the furnace port and the furnace bottom (step S101). As a result, the difference frequency signal between the microwave reflected from the furnace mouth and the irradiated microwave (ie, beat wave), or the difference frequency signal between the microwave reflected from the furnace bottom and the irradiated microwave ( A beat wave is detected (step S103). The microwave irradiation unit 100 outputs a signal corresponding to the obtained beat wave to the arithmetic processing unit 200.

演算処理ユニット200の演算処理部203は、マイクロ波照射ユニット100から出力されたビート波に対応する信号に対して、A/D変換を実施し(ステップS105)、ビート波のデジタルデータを生成する。その後、演算処理部203は、ビート波のデジタルデータをフーリエ変換し、炉口・炉底に相当するピークを与える差周波数Δf,Δfをそれぞれ特定する(ステップS107)。 The arithmetic processing unit 203 of the arithmetic processing unit 200 performs A / D conversion on the signal corresponding to the beat wave output from the microwave irradiation unit 100 (step S105), and generates digital data of the beat wave. . Thereafter, the arithmetic processing unit 203 performs Fourier transform on the digital data of the beat wave, and specifies the difference frequencies Δf 1 and Δf 2 that give peaks corresponding to the furnace opening and the furnace bottom (step S107).

次に、マイクロ波照射ユニット100及びアンテナ駆動機構150が稼働されて、転炉内部へマイクロ波が照射され(ステップS109)、計測対象物であるスラグ表面からのマイクロ波の反射波と、照射したマイクロ波との差周波信号(ビート波)が検出される(ステップS111)。マイクロ波照射ユニット100は、得られたビート波に対応する信号を、演算処理ユニット200に出力する。   Next, the microwave irradiation unit 100 and the antenna drive mechanism 150 are operated, and the microwave is irradiated to the inside of the converter (step S109), and the reflected wave of the microwave from the surface of the slag that is the measurement object is irradiated. A difference frequency signal (beat wave) from the microwave is detected (step S111). The microwave irradiation unit 100 outputs a signal corresponding to the obtained beat wave to the arithmetic processing unit 200.

演算処理ユニット200の演算処理部203は、マイクロ波照射ユニット100から出力されたビート波に対応する信号に対して、先だって特定した差周波数ΔfやΔfに基づくフィルタリング処理を実施する(ステップS113)。その後、演算処理部203は、フィルタリング処理後のビート波に対して、A/D変換を実施し(ステップS115)、ビート波のデジタルデータを生成する。続いて、演算処理部203は、ビート波のデジタルデータをフーリエ変換して周波数に関するスペクトルを生成し、得られた変換結果に距離係数を乗じることで距離波形を算出する(ステップS117)。 The arithmetic processing unit 203 of the arithmetic processing unit 200 performs a filtering process on the signal corresponding to the beat wave output from the microwave irradiation unit 100 based on the previously determined difference frequencies Δf 1 and Δf 2 (step S113). ). Thereafter, the arithmetic processing unit 203 performs A / D conversion on the beat wave after the filtering process (step S115), and generates digital data of the beat wave. Subsequently, the arithmetic processing unit 203 generates a spectrum related to frequency by Fourier transforming the digital data of the beat wave, and calculates a distance waveform by multiplying the obtained conversion result by a distance coefficient (step S117).

続いて、演算処理部203は、得られた距離波形を空間的に平均化した後(ステップS119)、所定の閾値以上の強度を有するピークのうち、最大ピークを与える距離を、スラグ表面までの距離として特定する(ステップS121)。   Subsequently, the arithmetic processing unit 203 spatially averages the obtained distance waveform (step S119), and then calculates a distance that gives the maximum peak among peaks having an intensity equal to or greater than a predetermined threshold to the slag surface. The distance is specified (step S121).

また、演算処理部203は、得られたスラグ表面までの距離を一定時間幅で移動平均処理することで時間平均化した後(ステップS123)、トレンドチャートを生成する(ステップS125)。次に、演算処理部203は、得られたトレンドチャート等を利用して、スラグ表面の平均レベル、最大レベル、最小レベル等といった各種の特徴量を算出する(ステップS127)。その後、演算処理部203は、得られた結果を出力する(ステップS129)。   In addition, the arithmetic processing unit 203 performs time averaging on the obtained distance to the slag surface by moving average processing with a certain time width (step S123), and then generates a trend chart (step S125). Next, the arithmetic processing unit 203 calculates various feature amounts such as an average level, a maximum level, a minimum level, and the like of the slag surface using the obtained trend chart (step S127). Thereafter, the arithmetic processing unit 203 outputs the obtained result (step S129).

以上、図17を参照しながら、本実施形態に係るレベル計測方法の流れの一例を簡単に説明した。   The example of the flow of the level measurement method according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIG.

(ハードウェア構成について)
次に、図18を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理ユニット200のハードウェア構成について、詳細に説明する。図18は、本発明の実施形態に係る演算処理ユニット200のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(About hardware configuration)
Next, the hardware configuration of the arithmetic processing unit 200 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 18 is a block diagram for explaining a hardware configuration of the arithmetic processing unit 200 according to the embodiment of the present invention.

演算処理ユニット200は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、演算処理ユニット200は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。   The arithmetic processing unit 200 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The arithmetic processing unit 200 further includes a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.

CPU901は、演算処理装置および制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、またはリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、演算処理ユニット200内の動作全般またはその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。   The CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls all or a part of the operation in the arithmetic processing unit 200 according to various programs recorded in the ROM 903, RAM 905, storage device 913, or removable recording medium 921. The ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like. The RAM 905 primarily stores programs used by the CPU 901, parameters that change as appropriate during execution of the programs, and the like. These are connected to each other by a bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.

バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。   The bus 907 is connected to an external bus such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge.

入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、演算処理ユニット200の操作に対応したPDA等の外部接続機器923であってもよい。さらに、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理ユニット200のユーザは、この入力装置909を操作することにより、演算処理ユニット200に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。   The input device 909 is an operation unit operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever. The input device 909 may be, for example, remote control means (so-called remote controller) using infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the arithmetic processing unit 200. May be. Furthermore, the input device 909 includes, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a user using the operation unit and outputs the input signal to the CPU 901. The user of the arithmetic processing unit 200 can input various data and instruct processing operations to the arithmetic processing unit 200 by operating the input device 909.

出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、演算処理ユニット200が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理ユニット200が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。   The output device 911 is configured by a device that can notify the user of the acquired information visually or audibly. Examples of such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles. The output device 911 outputs results obtained by various processes performed by the arithmetic processing unit 200, for example. Specifically, the display device displays the results obtained by various processes performed by the arithmetic processing unit 200 as text or images. On the other hand, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, and the like into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置913は、演算処理ユニット200の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。   The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the arithmetic processing unit 200. The storage device 913 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. The storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理ユニット200に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu−ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、または、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)または電子機器等であってもよい。   The drive 915 is a recording medium reader / writer, and is built in or externally attached to the arithmetic processing unit 200. The drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905. The drive 915 can also write a record on a removable recording medium 921 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory. The removable recording medium 921 is, for example, a CD medium, a DVD medium, a Blu-ray (registered trademark) medium, or the like. The removable recording medium 921 may be a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Further, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.

接続ポート917は、機器を演算処理ユニット200に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS−232Cポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、演算処理ユニット200は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。   The connection port 917 is a port for directly connecting a device to the arithmetic processing unit 200. Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and an RS-232C port. By connecting the external connection device 923 to the connection port 917, the arithmetic processing unit 200 acquires various data directly from the external connection device 923 or provides various data to the external connection device 923.

通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線または無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、またはWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。   The communication device 919 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 925. The communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). The communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication. The communication device 919 can transmit and receive signals and the like according to a predetermined protocol such as TCP / IP, for example, with the Internet and other communication devices. The communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. .

以上、本発明の実施形態に係る演算処理ユニット200の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the hardware configuration capable of realizing the function of the arithmetic processing unit 200 according to the embodiment of the present invention has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate according to the technical level at the time of carrying out this embodiment.

以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係るレベル計及びレベル計測方法について、具体的に説明する。なお、以下で示す実施例は、本発明の実施形態に係るレベル計及びレベル計測方法のあくまでも一例であって、本発明の実施形態に係るレベル計及びレベル計測方法が、以下に示す例に限定されるものではない。   Hereinafter, the level meter and the level measurement method according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to examples. The examples shown below are merely examples of the level meter and the level measurement method according to the embodiment of the present invention, and the level meter and the level measurement method according to the embodiment of the present invention are limited to the examples shown below. Is not to be done.

本実施例では、マイクロ波照射ユニット100として、中心周波数45GHz、変調幅±1GHz以上のマイクロ波を用いた、FM−CW方式のユニットを利用し、転炉にて実施された実際の操業の様子を計測した。なお、アンテナ107は、250mmφのアンテナ径を有するカセグレン型又はホーン型のものを利用した。かかるアンテナ107において、拡散角は1度以下である。また、発振器103は、7.5GHzの周波数を持つ発振回路を6逓倍したものを利用した。かかるマイクロ波照射ユニット100から照射されるマイクロ波の発振出力は100mW以上であり、変調周期は50Hzである。   In the present embodiment, an actual operation performed in a converter using an FM-CW unit using a microwave with a center frequency of 45 GHz and a modulation width of ± 1 GHz as the microwave irradiation unit 100. Was measured. The antenna 107 was a Cassegrain type or horn type antenna having an antenna diameter of 250 mmφ. In such an antenna 107, the diffusion angle is 1 degree or less. As the oscillator 103, an oscillation circuit having a frequency of 7.5 GHz multiplied by 6 was used. The oscillation output of the microwave irradiated from the microwave irradiation unit 100 is 100 mW or more, and the modulation period is 50 Hz.

吹錬前に、アンテナ駆動機構150として設けたアクチュエータを稼働させて、炉口と炉底に対してマイクロ波を照射した。   Prior to blowing, the actuator provided as the antenna drive mechanism 150 was operated to irradiate the furnace opening and the furnace bottom with microwaves.

発振したマイクロ波は、方向性結合器(又は分配器)105によって検出器111側に一部分配され、残りは、アンテナ107から大気中に放射された。計測対象で反射されたマイクロ波のうち、マイクロ波照射ユニット100に向かう方向の成分のみがアンテナ107で集波され、方向性結合器105を通った後、ミキサ109により分岐波とミキシングされ、検出器111で検波された。混合された信号の差周波成分(ビート信号)と周波数変調との同期信号を、マイクロ波照射ユニット100の外部に設けられたコンピュータのA/D変換ボードに入力し、デジタルデータとしてコンピュータに取り込ませた。   The oscillated microwave was partly distributed to the detector 111 side by the directional coupler (or distributor) 105, and the rest was radiated from the antenna 107 to the atmosphere. Of the microwaves reflected by the measurement object, only the component in the direction toward the microwave irradiation unit 100 is collected by the antenna 107, passes through the directional coupler 105, and then mixed with the branched wave by the mixer 109 to be detected. The wave was detected by the device 111. A synchronization signal of the difference frequency component (beat signal) of the mixed signal and the frequency modulation is input to an A / D conversion board of a computer provided outside the microwave irradiation unit 100, and is taken into the computer as digital data. It was.

コンピュータに入力されたビート信号に対してFFT処理を施して、炉口や炉底の位置に相当する差周波数ΔfやΔfを特定した。得られた差周波数に基づいて、差周波数ΔfとΔfとの間の周波数をもつ成分のみを通過させるバンドパスフィルタのフィルタ特性を決定した。 The beat signal input to the computer was subjected to FFT processing, and the difference frequencies Δf 1 and Δf 2 corresponding to the positions of the furnace port and the furnace bottom were specified. Based on the obtained difference frequency, the filter characteristic of the band-pass filter that passes only the component having the frequency between the difference frequencies Δf 1 and Δf 2 was determined.

その後、吹錬が開始されると同時にアンテナ駆動機構150として設けたアクチュエータを稼働させて、転炉の内部へマイクロ波を照射した。   Thereafter, simultaneously with the start of blowing, the actuator provided as the antenna drive mechanism 150 was operated to irradiate the inside of the converter with microwaves.

発振したマイクロ波は、上記と同様にして、方向性結合器(又は分配器)105によって検出器111側に一部分配され、残りは、アンテナ107から大気中に放射された。計測対象で反射されたマイクロ波のうち、マイクロ波照射ユニット100に向かう方向の成分のみがアンテナ107で集波され、方向性結合器105を通った後、ミキサ109により分岐波とミキシングされ、検出器111で検波された。混合された信号の差周波成分(ビート信号)と周波数変調との同期信号に対し、特定した上記周波数に基づく周波数フィルタリング処理(より詳細には、バンドパスフィルタを用いたフィルタリング処理)を行った。その後、得られたフィルタリング処理後の同期信号を、マイクロ波照射ユニット100の外部に設けられたコンピュータのA/D変換ボードに入力し、デジタルデータとしてコンピュータに取り込ませた。   The oscillated microwave was partly distributed to the detector 111 side by the directional coupler (or distributor) 105 in the same manner as described above, and the rest was radiated from the antenna 107 to the atmosphere. Of the microwaves reflected by the measurement object, only the component in the direction toward the microwave irradiation unit 100 is collected by the antenna 107, passes through the directional coupler 105, and then mixed with the branched wave by the mixer 109 to be detected. The wave was detected by the device 111. A frequency filtering process based on the identified frequency (more specifically, a filtering process using a bandpass filter) was performed on the difference signal component (beat signal) of the mixed signal and the synchronization signal of the frequency modulation. Thereafter, the obtained synchronization signal after the filtering process was input to an A / D conversion board of a computer provided outside the microwave irradiation unit 100, and taken into the computer as digital data.

コンピュータに入力されたビート信号は、FFT処理を施されて周波数スペクトルが生成され、上記の距離係数が乗じられた上で、横軸が距離である波形に変換され、距離波形が得られた。この際、距離方向に300〜500mm程度の移動平均処理を行って、局所的なピークを平坦化し、予め設定した閾値以上のピークのうち最大強度のものをスラグの表面レベルとして検出した。その上で、ピークの継時変化を200ミリ秒程度の時間幅で移動平均処理し、図19Aに示したトレンドチャートを得た。また、比較のため、周波数フィルタリング処理を行わない場合のトレンドチャートを生成させて、図19Bに示した。なお、図19A及び図19Bにおいて、黒線は、移動平均処理を行っていない距離波形のピーク位置を表わしており、白線は、移動平均処理後の距離波形のピーク位置を表わしている。   The beat signal input to the computer is subjected to FFT processing to generate a frequency spectrum, multiplied by the distance coefficient, and then converted into a waveform whose distance is plotted on the horizontal axis to obtain a distance waveform. At this time, a moving average process of about 300 to 500 mm in the distance direction was performed to flatten the local peak, and the peak having the maximum intensity among the peaks equal to or higher than a preset threshold was detected as the surface level of the slag. After that, the peak change over time was subjected to a moving average process with a time width of about 200 milliseconds to obtain the trend chart shown in FIG. 19A. For comparison, a trend chart when no frequency filtering processing is performed is generated and shown in FIG. 19B. In FIG. 19A and FIG. 19B, the black line represents the peak position of the distance waveform that is not subjected to the moving average process, and the white line represents the peak position of the distance waveform after the moving average process.

図19Aから明らかなように、得られたトレンドチャートでは、転炉内におけるスラグレベルの推移がリアルタイムで把握可能である。かかるトレンドチャートを利用することで、吹錬操業において、吹錬初期では送酸量を増やしてフォーミングを促進し、レベルが一定値になると鎮静剤を投入するアクションを取ることが可能となった。また、かかるトレンドチャートを利用することで、短時間の表面変動も含めてリアルタイムにスラグの表面レベルを把握できるため、ランス高さや送酸量のきめ細かな制御ができ、スピッティングを抑制することによる歩留まり向上やスロッピング予防が可能になった。   As is clear from FIG. 19A, in the obtained trend chart, the transition of the slag level in the converter can be grasped in real time. By using such a trend chart, in the blowing operation, it was possible to increase the amount of acid sent at the initial stage of blowing to promote forming and to take an action of adding a sedative when the level reached a certain value. In addition, by using such a trend chart, the surface level of the slag can be grasped in real time, including surface fluctuations in a short time, so fine control of the lance height and the amount of oxygen can be controlled, and spitting is suppressed. Yield improvement and slipping prevention are now possible.

一方、フィルタリング処理を行っていない図19Bでは、炉口に付着した地金の影響で、炉口からの反射波を多く検出してしまい、計測値が大きく変動していることがわかる。図19Aにおいて、吹錬開始から280秒程度経過後にスラグレベルが9m程度まで上昇しているが、図19Bにおいて、吹錬開始から280秒程度経過後のスラグレベルは10m程度となっており、約1m程度の計測誤差が生じていることがわかる。   On the other hand, in FIG. 19B in which the filtering process is not performed, it is understood that a large number of reflected waves from the furnace port are detected due to the influence of the metal that has adhered to the furnace port, and the measured value varies greatly. In FIG. 19A, the slag level is increased to about 9 m after about 280 seconds from the start of blowing, but in FIG. 19B, the slag level after about 280 seconds from the start of blowing is about 10 m, It can be seen that a measurement error of about 1 m has occurred.

図19Aと図19Bとの比較から明らかなように、検出されたビート波に対して適切なフィルタリング処理を実施することによって、計測誤差を低減したスラグ表面のレベル計測が可能となることがわかった。   As is clear from a comparison between FIG. 19A and FIG. 19B, it was found that the level measurement of the slag surface with reduced measurement error can be performed by performing an appropriate filtering process on the detected beat wave. .

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 レベル計
100 マイクロ波照射ユニット
101 周波数掃引器
103 発振器
105 方向性結合器
107 アンテナ
109 ミキサ
111 検出器
150 アンテナ駆動機構
200 演算処理ユニット
201 計測制御部
203 演算処理部
205 表示制御部
207 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Level meter 100 Microwave irradiation unit 101 Frequency sweeper 103 Oscillator 105 Directional coupler 107 Antenna 109 Mixer 111 Detector 150 Antenna drive mechanism 200 Arithmetic processing unit 201 Measurement control unit 203 Arithmetic processing unit 205 Display control unit 207 Storage unit

Claims (14)

マイクロ波を用いて転炉内のスラグ面のレベルを計測するレベル計であって、
周波数を掃引してマイクロ波を射出するマイクロ波射出部と、
前記転炉の炉口側に位置する開口部に配設されており、前記転炉の内部に向けて前記マイクロ波を照射するとともに、前記スラグ面で反射した前記マイクロ波を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部が受信した前記マイクロ波の反射波を検出する検出部と、
前記アンテナ部の前記開口部における配設角度を少なくとも調整するアンテナ駆動機構と、
前記マイクロ波射出部にて射出されるマイクロ波と、前記検出部にて検出されたマイクロ波の反射波とに基づいて前記スラグ面のレベルを算出する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
検出された前記マイクロ波の反射波と、前記転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波の送信波と、の差周波信号に対して周波数フィルタリング処理を施した後に、当該周波数フィルタリング処理後の前記差周波信号をフーリエ変換して周波数に関するスペクトルを生成した上で、前記アンテナ部と前記スラグの位置との間の距離に関する波形を算出して、当該波形におけるピーク位置を前記スラグ面の位置とし、
前記周波数フィルタリング処理は、前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号の周波数よりも高い周波数のみを通過させるハイパスフィルタを、前記差周波信号に対して作用させる処理であり、
前記スラグ面の計測に先立って、前記アンテナ部は、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が変化されながら前記マイクロ波の送受信を実施し、前記演算処理部は、前記転炉の炉口の位置に相当する前記差周波信号の周波数の特定を行う、レベル計。
A level meter that measures the level of the slag surface in the converter using microwaves,
A microwave emission unit that sweeps the frequency and emits the microwave;
An antenna unit that is disposed in an opening located on the furnace port side of the converter, irradiates the microwave toward the inside of the converter, and receives the microwave reflected by the slag surface; ,
A detection unit for detecting a reflected wave of the microwave received by the antenna unit;
An antenna driving mechanism for adjusting at least an arrangement angle in the opening of the antenna unit;
An arithmetic processing unit that calculates a level of the slag surface based on a microwave emitted by the microwave emitting unit and a reflected wave of the microwave detected by the detection unit;
With
The arithmetic processing unit includes:
After performing the frequency filtering process on the difference frequency signal between the detected reflected wave of the microwave and the transmission wave of the microwave irradiated toward the inside of the converter, after the frequency filtering process A frequency-related spectrum is generated by performing a Fourier transform on the difference frequency signal, a waveform relating to a distance between the antenna unit and the slag position is calculated, and a peak position in the waveform is determined as a position of the slag surface. age,
The frequency filtering process is a process in which a high-pass filter that allows only a frequency higher than the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter to act on the difference frequency signal,
Prior to the measurement of the slag surface, the antenna unit performs transmission and reception of the microwave while the arrangement angle is changed by the antenna driving mechanism, and the arithmetic processing unit is positioned at a furnace port of the converter. A level meter that identifies the frequency of the difference frequency signal corresponding to.
前記演算処理部は、前記周波数フィルタリング処理として、更に、前記転炉の炉底の位置に相当する差周波信号の周波数よりも低い周波数を通過させる処理を行い、前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号の周波数から前記転炉の炉底の位置に相当する差周波信号の周波数で規定される周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタを、前記差周波信号に対して作用させ、
前記転炉の内部に溶融物が存在しない状態で、前記アンテナ部は、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が変化されながら前記マイクロ波の送受信を実施し、前記演算処理部は、更に、記転炉の炉底の位置に相当する前記差周波信号の周波数の特定を行う、請求項1に記載のレベル計。
The arithmetic processing unit further performs a process of passing a frequency lower than the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace bottom of the converter as the frequency filtering process, and at the position of the furnace opening of the converter. A band pass filter that passes only the frequency band defined by the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the bottom of the converter from the frequency of the corresponding difference frequency signal, acts on the difference frequency signal;
In a state where there is no melt in the converter, the antenna unit performs transmission and reception of the microwave while the arrangement angle is changed by the antenna driving mechanism, and the arithmetic processing unit further includes: The level meter according to claim 1, wherein a frequency of the difference frequency signal corresponding to a position of a bottom of a converter is specified.
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、(前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号のピーク周波数+当該ピーク周波数の半値全幅)で表わされる周波数である、請求項1又は2に記載のレベル計。   The cut-off frequency of the high-pass filter is a frequency represented by (a peak frequency of a difference frequency signal corresponding to a furnace port position of the converter + a full width at half maximum of the peak frequency). Level meter. 前記バンドパスフィルタの通過帯域は、(前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号のピーク周波数+当該炉口のピーク周波数の半値全幅)以上、(前記転炉の炉底の位置に相当する差周波信号のピーク周波数−当該炉底のピーク周波数の半値全幅)以下で規定される周波数帯域である、請求項2又は3に記載のレベル計。   The pass band of the bandpass filter is equal to or greater than (the peak frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter + the full width at half maximum of the peak frequency of the furnace port), at the position of the bottom of the converter. 4. The level meter according to claim 2, wherein the level meter is a frequency band defined by a peak frequency of a corresponding difference frequency signal−a full width at half maximum of a peak frequency of the furnace bottom). 前記演算処理部は、前記周波数フィルタリング処理に用いられるフィルタの周波数特性を、前記差周波信号での前記転炉の所定位置に対応するピークの検出に応じて動的に変化させる、請求項1〜4の何れか1項に記載のレベル計。   The said arithmetic processing part changes dynamically the frequency characteristic of the filter used for the said frequency filtering process according to the detection of the peak corresponding to the predetermined position of the said converter in the said difference frequency signal. 5. The level meter according to any one of 4 above. 前記転炉の内部に溶融物が存在する状態で、
前記アンテナ部は、転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波の照射方向を示す軸線が前記転炉に挿入されるランスの側壁又は前記転炉の炉壁に対して傾斜し、かつ、前記マイクロ波が前記スラグの表面と、前記ランスの側壁又は転炉の炉壁との双方に照射されるように、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が制御される、請求項1〜5の何れか1項に記載のレベル計。
In the state where the melt exists in the converter,
The antenna section is inclined with respect to the side wall of the lance inserted into the converter or the furnace wall of the converter, and the axis indicating the irradiation direction of the microwave irradiated toward the inside of the converter, and The arrangement angle is controlled by the antenna driving mechanism so that the microwave is irradiated to both the surface of the slag and the side wall of the lance or the furnace wall of the converter. The level meter according to any one of the items.
前記アンテナ部は、前記マイクロ波の前記スラグ面における照射中心から前記ランスの側壁又は転炉の炉壁までの距離dを、前記マイクロ波の照射半径rで除した値(d/r)が、所定の範囲となるように制御される、請求項6に記載のレベル計。   The antenna unit has a value (d / r) obtained by dividing a distance d from an irradiation center of the microwave on the slag surface to a side wall of the lance or a furnace wall of the converter by an irradiation radius r of the microwave. The level meter according to claim 6, wherein the level meter is controlled to be within a predetermined range. 前記アンテナ部は、前記マイクロ波の一部が前記ランスの側壁で更に反射するように前記配設角度が制御され、前記(d/r)の値が、−0.66超過0.66未満である、請求項7に記載のレベル計。   The antenna section is controlled in such a manner that a part of the microwave is further reflected by the side wall of the lance, and the value of (d / r) is more than −0.66 and less than 0.66. The level meter according to claim 7. 前記アンテナ部は、前記マイクロ波の一部が前記転炉の炉壁で更に反射するように前記配設角度が制御され、前記(d/r)の値が、−1.7超過1.7未満である、請求項7に記載のレベル計。   The arrangement angle of the antenna unit is controlled so that a part of the microwave is further reflected by the furnace wall of the converter, and the value of (d / r) is more than −1.7 and 1.7. The level meter according to claim 7, which is less than 10. 前記アンテナ部は、前記転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波のパワーのうち20〜70%が前記ランスの側壁又は転炉の炉壁に供給されるように、前記配設角度が制御される、請求項6〜9の何れか1項に記載のレベル計。   The antenna section has an arrangement angle such that 20 to 70% of the microwave power irradiated toward the inside of the converter is supplied to the side wall of the lance or the furnace wall of the converter. The level meter according to any one of claims 6 to 9, which is controlled. 前記演算処理部は、
算出した前記波形を前記距離に沿って空間的に平均化した後に、平均化後の前記波形におけるピーク位置を前記スラグの位置とする、請求項1〜10の何れか1項に記載のレベル計。
The arithmetic processing unit includes:
The level meter according to any one of claims 1 to 10, wherein after the calculated waveform is spatially averaged along the distance, a peak position in the waveform after averaging is set as the position of the slag. .
前記演算処理部は、決定した前記スラグの位置に関する情報を時間的に平均化した上で、前記スラグの位置と、前記転炉における処理の経過時間と、を関連付けたトレンドチャートを生成する、請求項11に記載のレベル計。   The arithmetic processing unit generates a trend chart in which the information on the determined position of the slag is temporally averaged, and associates the position of the slag with the elapsed time of processing in the converter. Item 12. The level meter according to Item 11. 計測の応答速度が、30ミリ秒以下である、請求項1〜12の何れか1項に記載のレベル計。   The level meter according to any one of claims 1 to 12, wherein a response speed of measurement is 30 milliseconds or less. マイクロ波を用いて転炉内のスラグ面のレベルを計測するレベル計測方法であって、
前記スラグ面の計測に先立って、及び/又は、前記転炉の内部に溶融物が存在しない状態で、前記転炉の炉口側に位置する開口部に配設されたアンテナ部から周波数を掃引してマイクロ波を照射して、前記転炉の側からの前記マイクロ波の反射波を前記アンテナ部で受信し、
検出された前記マイクロ波の反射波と、照射される前記マイクロ波の送信波と、の差周波信号を利用して、前記転炉の炉口位置に相当する周波数を特定し、
転炉内に溶融物が存在する状態で、前記アンテナ部から周波数を掃引してマイクロ波を照射して、前記スラグ面で反射した前記マイクロ波を前記アンテナ部で受信し、
検出された前記マイクロ波の反射波と、前記転炉の内部に向けて照射される前記マイクロ波の送信波と、の差周波信号に対して、前記転炉の炉口位置に相当する周波数よりも高い周波数のみを通過させる周波数フィルタリング処理を施し、
前記周波数フィルタリング処理後の前記差周波信号をフーリエ変換して周波数に関するスペクトルを生成した上で、前記アンテナ部と前記スラグの位置との間の距離に関する波形を算出して、当該波形におけるピーク位置を前記スラグ面の位置とし、
前記周波数フィルタリング処理は、前記転炉の炉口の位置に相当する差周波信号の周波数よりも高い周波数のみを通過させるハイパスフィルタを、前記差周波信号に対して作用させる処理であり、
前記スラグ面の計測に先立って、前記アンテナ部は、前記アンテナ駆動機構によって前記配設角度が変化されながら前記マイクロ波の送受信を実施し、前記転炉の炉口の位置に相当する前記差周波信号の周波数の特定を行う、レベル計測方法。
A level measurement method for measuring the level of a slag surface in a converter using a microwave,
Prior to the measurement of the slag surface and / or in the absence of a melt in the converter, the frequency is swept from the antenna unit disposed in the opening located on the furnace port side of the converter. Then, the microwave is irradiated, and the reflected wave of the microwave from the converter side is received by the antenna unit,
Using the difference frequency signal between the detected reflected wave of the detected microwave and the transmitted wave of the irradiated microwave, the frequency corresponding to the furnace mouth position of the converter is identified,
In the state where the melt is present in the converter, the microwave is swept from the antenna unit and irradiated with the microwave, and the microwave reflected by the slag surface is received by the antenna unit,
For the difference frequency signal between the detected reflected wave of the microwave and the transmitted wave of the microwave irradiated toward the inside of the converter, the frequency corresponding to the furnace port position of the converter Apply frequency filtering to pass only high frequencies,
The Fourier transform is performed on the difference frequency signal after the frequency filtering process to generate a spectrum relating to the frequency, and then a waveform relating to the distance between the antenna unit and the slag position is calculated, and a peak position in the waveform is calculated. The position of the slag surface;
The frequency filtering process is a process in which a high-pass filter that allows only a frequency higher than the frequency of the difference frequency signal corresponding to the position of the furnace port of the converter to act on the difference frequency signal,
Prior to the measurement of the slag surface, the antenna unit transmits and receives the microwave while the arrangement angle is changed by the antenna driving mechanism, and the difference frequency corresponding to the position of the furnace port of the converter. A level measurement method that identifies the frequency of a signal.
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