JP4752264B2

JP4752264B2 - 溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法及び装置

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Publication number: JP4752264B2
Application number: JP2004369167A
Authority: JP
Inventors: 友彦伊藤; 章生長棟
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP2006176805A

Description

本発明は、溶鉱炉内の溶融物のレベルを計測する方法及び装置に関するものである。

製鉄業においては、高炉が最上流工程に位置するため、その操業の安定化技術が重要視されている。高炉の炉頂部より原料となる鉄鉱石とコークスとが投入され、羽口から圧送される熱風により還元されて溶銑が溶滓とともにできる。溶銑滓は炉底部に貯留され、一定時間間隔毎に出銑口を開孔して排出される。
高炉炉下部の通気性を確保することは高炉の安定操業に対して大変重要である。羽口先に存在するレースウェイ形状は、液面レベルが低いときには、安定した形状を保っているが、液面が上昇すると、その形状が徐々に変化する。その結果、炉心を流れていた熱風は、徐々に外側を流れるようになり、方角によっては送風圧が異なる差圧変動状態となる。このような状態では、均一に造銑ができなくなるなど、炉況に不具合が生じる。このような場合は、複数の出銑口を開孔して溶銑滓を排出し、送風圧を適正に戻して通気性を確保する必要がある。
また、溶銑滓レベルが過度に上昇しすぎると、最悪の場合では羽口溶損トラブルが発生することも懸念される。このようなトラブルが発生した場合は、長時間操業に影響が出るのはもちろんのこと、安全面に関しても問題となっていた。

そこで、従来では、以下の方法により高炉内の溶融物のレベルを把握して、高炉操業が安全かつ安定した状態で行えるようにしていた。例えば、高炉炉底部を構成するカーボンレンガに水平方向に一対の電圧検出用の電極を設置し、この一対の電極の外側にそれぞれ電流検出用の電極を設置したものがある。これは、交流四端子式抵抗測定装置から電流検出用の電極間に交流電流を流して電圧検出用の電極に発生する電圧を検出し、この検出電圧と交流電流とからカーボンレンガの電気抵抗を求めて、カーボンレンガの位置に溶融物が存在するか否かを判別するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の方法として、例えば、高炉炉床内の炉壁レンガ内に、先端を炉壁内に露出させた電極を垂直方向に少なくとも２個配設し、各電極は高炉炉外に設けられた電圧調整機構を介してそれぞれの電極と接続されて、電気回路が形成されたものがある。電圧調整機構からその電気回路に電流を流し、電気回路に流れる電流を計測して、高炉内における溶融物のレベルを把握している（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５９−１４０３０９号公報（第２頁、第３図）特開２０００−１９２１２４号公報（第６頁、図１−図２）

前述した特許文献１に記載の方法では、測定する抵抗値が低いため、電流印加用の電極に印加する電流を大きくしなければ測定が行えない。電流値の大きな交流電流は、交流電流が作り出す磁束の時間変化によって誘導起電力を発生させる。この誘導起電力は、ノイズとして、電圧検出用の電極間に生じる電圧上に現れるので、検出電圧を判別できなくなり、十分な計測精度が得られないことがあった。

また、特許文献２に記載の方法では、電極を炉壁レンガ内部に埋め込まなければならないため、電極の設置は、施工時の安全性等を考慮すると、高炉建設時か耐火レンガ積み替え改修時の何れかに行わなくてはならず、操業中の高炉に適用することは非常に困難であった。また、高炉建設、耐火レンガ積み替え補修は、莫大なコストがかかるため、頻繁に行われることは殆どなく、このため、操業中の高炉で、この方法を用いて新たに高炉内の溶融物レベルを計測できるようにすることは困難を極めていた。

また、特許文献１、２に記載の方法では、高炉内部で発生する起電力や、高炉上の場所の違いによる温度差に起因する熱起電力や、炉体等を通して現れるランダムなノイズ等で溶融物のレベルを精度良く測定できない場合もあった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、溶鉱炉内の溶融物のレベルを精度良く計測でき、かつ、操業中の高炉であっても電極の設置が可能な溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法は、溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極のうち、最上部と最下部の２つの電極に擬似ランダム信号を印加して溶鉱炉に電流を流し、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出し、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を行って相関値を算出し、この相関値のうち最大値の相関値を電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測する。

本発明に係る溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法は、溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極のうち、最上部と最下部の２つの電極に擬似ランダム信号を印加して溶鉱炉に電流を流し、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出し、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を、参照信号の複数の周期範囲においてそれぞれ周期毎に行って相関値を算出し、この相関値のうち周期毎における最大値の相関値を周期毎の電圧とし、これらの平均値を電圧として算出し、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測する。

本発明に係る溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法は、溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極のうち、最上部と最下部の２つの電極に矩形波信号を印加して溶鉱炉に電流を流し、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出し、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、抽出された信号成分の絶対値の平均値を算出して電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測する。

また、溶鉱炉内の溶融物レベルの計測を、前記電圧と印加電流とから電気抵抗を算出し、この電気抵抗に基づいて行うようにする。

本発明に係る溶鉱炉内の溶融物レベル計測装置は、溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極と、これら電極のうち最上部と最下部の２つの電極に擬似ランダム信号を印加して溶鉱炉に電流を流す擬似ランダム信号発生器と、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出する電圧検出手段と、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出する信号成分抽出手段と、印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を行って相関値を算出する相関演算手段と、相関演算手段によって算出された相関値のうち最大値の相関値を電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを算出するレベル算出手段とを備えたものである。

また、相関演算手段は、印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と信号成分との相関演算を、参照信号の複数の周期範囲においてそれぞれ周期毎に行って相関値を算出し、レベル算出手段は、その相関値のうち周期毎における最大値の相関値を周期毎の電圧とし、これらの平均値を電圧として算出し、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測する。

本発明に係る溶鉱炉内の溶融物レベル計測装置は、溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極と、これら電極のうち最上部と最下部の２つの電極に矩形波信号を印加して溶鉱炉に電流を流す矩形波信号発生器と、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出する電圧検出手段と、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出する信号成分抽出手段と、信号成分抽出手段により抽出された信号成分の絶対値の平均値を算出して電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを算出するレベル算出手段とを備えたものである。

また、レベル算出手段は、前記電圧と印加電流とから電気抵抗を算出し、この電気抵抗に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを算出する。

本発明においては、擬似ランダム信号の印加により溶鉱炉に生じた電圧を検出し、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、擬似ランダム信号と同一の参照信号と信号成分との相関演算を行って相関値を算出し、この相関値のうち最大値の相関値を電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測するようにしているので、溶鉱炉内の溶融物のレベルを精度良く計測でき、安定した操業が行える。

また、溶鉱炉内の溶融物レベルの計測を、相関演算により得られた最大値の相関値を電圧とし、その電圧と印加電流とから電気抵抗を算出し、この電気抵抗に基づいて行うようにしているので、溶鉱炉内の溶融物のレベルを精度良く計測でき、安定した操業が行える。

本発明においては、矩形波信号の印加により溶鉱炉に生じた電圧を検出し、この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、抽出された信号成分の絶対値の平均値を算出して電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測するようにしているので、溶鉱炉内の溶融物のレベルを精度良く計測でき、安定した操業が行える。

また、溶鉱炉内の溶融物レベルの計測を、抽出された信号成分の絶対値の平均値を算出して電圧とし、その電圧と印加電流とから電気抵抗を算出し、その電気抵抗に基づいて行うようにしているので、溶鉱炉内の溶融物のレベルを精度良く計測でき、安定した操業が行える。

実施の形態１．
以下、本発明に係る溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法及び装置について説明する。図１は本発明の実施の形態１を示す溶融物レベル計測装置の概略構成図、図２は溶鉱炉の炉下部側面に設置された電極の拡大詳細図である。なお、図１に示す符号２ａ及び６ａについては、後述する実施の形態２で説明する。
実施の形態１における溶融物レベル計測装置は、溶鉱炉２１の炉下部側面に高さ方向に設置された電流印加用電極１１，１２と、この電極１１，１２間の炉下部側面に設置された電圧検出用電極１３，１４と、電流印加用電極１１，１２にケーブル１を介して接続され、擬似ランダム信号の電流をその電極１１，１２を通じて溶鉱炉２１に流す擬似ランダム信号発生器２と、電圧検出用電極３ａ，３ｂにケーブル３を介して接続され、擬似ランダム信号の電流により溶鉱炉２１に生じる電圧を電圧検出用電極３ａ，３ｂを通じて検出する電圧検出器４と、ケーブル１に流れる擬似ランダム信号の電流を検出する電流検出器５と、電圧検出器４の検出電圧及び電流検出器５の検出電流を連続的に取り込んで、後述の信号処理を行う信号処理装置６とからなっている。

電流印加用電極１１，１２と電圧検出用電極１３，１４は、例えば図２に示すように、炉下部側面の鉄皮２２及びスタンプ材２３を貫通してなる挿入孔２５に挿入されて固定されている。各電極１１，１２と１３，１４は、先端部がバネ１０ａからなり、その先端が炉下部側面のカーボンレンガ２４に密着されて電気的に接触している。また、バネ１０ａを除く部分は、例えばセラミックス等からなる絶縁カバー１０ｂによって覆われている。これは、鉄皮２２に電流が流れないようにするためである。

前述した挿入孔２５は、炉下部側面の高さ方向の同一直線上に配列されている。最上部に位置する電流印加用電極１１の挿入孔２５は、溶鉱炉２１の羽口２６より１ｍ下の位置に設けられ、その下の中間部に位置する電圧検出用電極１３の挿入孔２５は、さらに１ｍ下の位置に設けられている。また、もう一つの中間部に位置する電圧検出用電極１４の挿入孔２５は、溶鉱炉２１の出銑口２７よりも下の位置に設けられ、最下部に位置する電流印加用電極１２の挿入孔２５は、電圧検出用電極１４の挿入孔２５より１ｍ下の位置に設けられている。

擬似ランダム信号発生器２は、図示せぬ発振器からの制御に基づいて擬似ランダム信号の周波数を決定している。
信号処理装置６は、電圧検出器４により検出された電圧検出用電極１３，１４間の電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器によりデジタル化された電極１３，１４間の検出電圧の時間変化率の値と予め設定された閾値とを比較し、閾値より低い電圧の時間変化率の値となる時間範囲を抽出し、かつ、その時間範囲にある検出電圧を信号成分として抽出する信号成分抽出部と、擬似ランダム信号と同一の参照信号と信号成分との相関演算を行って相関値を算出する相関演算部と、相関演算部７ｂによって算出された相関値のうち最大値となる相関値を電圧とし、その電圧と電流検出器５により検出された擬似ランダム信号の電流とから電気抵抗を算出し、この電気抵抗に基づいて溶鉱炉２１内の溶融物（残銑及び残滓）のレベルを算出するレベル算出部とを有している。
電流検出器５により検出される擬似ランダム信号の電流は、本装置に前記Ａ／Ｄ変換器とは別に設けられたＡ／Ｄ変換器によりデジタル化された電流値である。参照信号は、本装置内に設けられた信号発生器等から発せられる信号で、擬似ランダム信号発生器２の擬似ランダム信号と同じ波形となっている。

信号処理装置６のレベル算出部による溶融物レベルの算出は、後で詳述するが、予め設定された第１抵抗値及び第２抵抗値を基に行っている。算出した電気抵抗が第１抵抗値以下になったとき、溶鉱炉２１内の溶融物レベルが上限値まで達していると判断して、例えば溶鉱炉２１の出銑口２７の開放及び溶鉱炉２１内の送風量低減を行い、また、算出した電気抵抗が第２抵抗値以上になったときは、溶融物が炉底部近傍に設定された下限値まで下がったと判断して、出銑口２７の閉塞及び送風量の復旧を行う。なお、電気抵抗が第１抵抗値以下になったときの処理として、送風量の低減、或いは出銑口２７の開放の何れかであってもよい。

電圧検出器４によって検出される電圧波形は、擬似ランダム信号の電流波形に相似形をなすと期待されるが、実際には図３に示すように、検出電圧に誘導起電力によるノイズが現れる。このノイズは、図中に示すように、検出電圧の符号（電圧の方向）の切り換り直後に現れ、電圧の時間変化率ΔＶ／Δｔの絶対値は符号が変化した瞬間非常に大きい値となり、徐々に減少して０Ｖに近い値となる。そこで、図４に示すように、検出電圧の時間変化率ΔＶ／Δｔの絶対値に対して閾値を設定し、その閾値以上の絶対値である区間（時間範囲）をノイズ成分の区間とし、閾値よりも低い絶対値である区間（時間範囲）を信号成分の区間として、検出電圧の時間変化率の絶対値が閾値よりも低い区間（時間範囲）に対応する検出電圧を信号成分として抽出するようにしている。この場合、相関演算を容易にするために、ノイズ成分の区間を０Ｖとして、その区間のサンプリングデータ数ｎをカウントして記録する。信号成分の区間にある電圧値はそのままとする（図４参照）。
ここで、Ａ／Ｄ変換器６でサンプリングしたデータ数は、信号成分とノイズ成分の各区間の合計のデータ数であり、これをＮとしたとき、それからノイズ成分のデータ数ｎを減算したＮ−ｎ個のデータが信号成分となる。

参照信号をｆ（ｉ）、信号成分の電圧をｇ（ｉ）とすると、相関演算（自己相関関数）の結果の相関値Ｖ（ｊ）は次式で表される。この式において、ｊは電流の伝播経路に相当する値の場合、最大値となり、それが電圧値に相当する。しかし、電流の伝播経路はいろいろあり、その距離は特定できないので、ｊの値を変化させて相関値がどの値になるか算出する。つまり、整数ｊを０〜Ｎの間で変化させたときの相関値Ｖ（ｊ）の最大値が電気抵抗算出に必要な電圧となる。

その電圧と電流検出器５の検出電流とから得られる電気抵抗は、溶鉱炉２１内の溶融物レベルと密接に関連している。出銑時は溶融物レベルが徐々に低下し、出銑口２７が塞がれているときは溶融物レベルが徐々に増加する。溶鉱炉２１の炉下部を、残銑、残滓、炉内の積層コークス等を含めて導電体の塊とみなした場合、溶融物のレベルが低下すると導電体の体積が小さくなるため電気抵抗が増加する。また、溶融物のレベルが増加すると導電体の体積が大きくなるため電気抵抗が減少する。擬似ランダム信号の電流が一定であれば、溶融物レベルが下がるに従って検出電圧が増加し、溶融物レベルが上昇するにつれて検出電圧が降下する。そこで、溶融物レベルの上昇、下降を計測し、その状態を把握することで溶鉱炉２１の操業を安定に行う。

次に、実施の形態１の溶融物レベル計測装置の動作について、図６を参照しながら説明する。図６は実施の形態１における擬似ランダム信号及び検出電圧の波形と相関演算結果の波形の関係を示す波形図である。なお、本実施の形態においては、例えば、炉容4000ｍ³の大型製鉄用溶鉱炉を計測対象としたもので、擬似ランダム信号の符号長を127、クロック周波数を625Ｈｚ、電流を３Ａとし、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数を12.5ＫＨｚとし、ノイズ成分が含まれる検出電圧の時間変化率の絶対値に対する閾値を１（Ｖ／sec）としている。

符号長127 、クロック周波数625Ｈｚ、電流３Ａとする例えば図６（ａ）に示すような矩形波状の擬似ランダム信号が擬似ランダム信号発生器２から発せられると、その信号の電流が電流印加用電極１１，１２を通じて溶鉱炉２１の炉下部に流れ、電圧検出用電極１３，１４間に電圧が発生する。この電圧を電圧検出器４が検出し、信号処理装置６に送出する。電圧検出器４によって検出された電圧は、図６（ｂ）に示すように誘導起電力によるノイズ成分が含まれた波形となっている。

信号処理装置６は、検出電圧が入力されると、12.5ＫＨｚのサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル値に変換し、１（Ｖ／sec）の閾値と比較する。電圧の時間変化率の絶対値が閾値以上となる区間に対応する時間範囲の電圧データをノイズ成分としてその区間を０Ｖとし、かつその数ｎを記録する。一方、電圧の時間変化率の絶対値が閾値よりも低い区間に対応する時間範囲の電圧データを信号成分の区間として抽出する。この抽出された信号成分のデータ数は、前述したように、信号成分とノイズ成分の各区間の合計のデータ数Ｎから０Ｖ区間のデータ数ｎを減算して得られたものである。その後は、信号成分の電圧と参照信号との相関演算を行って、図６（ｃ）に示すような波形の相関結果（横軸はｊとし、縦軸はそのｊに対応した相関値Ｖ（ｊ））を算出する。図６（ｃ）では、前述したように整数ｊを０〜Ｎの間で変化させたときの相関値Ｖ（ｊ）の最大値は、ｊ＝０に近い位置に得られている。そして、その最大値の相関値を電圧とし、電流検出器５の検出電流とから電気抵抗を算出する。

以上のように実施の形態１によれば、電流印加用電極１１，１２を通じて溶鉱炉２１に擬似ランダム信号の電流を印加し、この電流により電圧検出用電極１３，１４間に発生する電圧を検出してデジタル化し、その検出電圧の時間変化率の値と予め設定された閾値とを比較し、閾値より低い電圧の時間変化率の値となる時間範囲の電圧を信号成分として抽出して、参照信号との相関演算を行って相関値を算出し、この相関値のうち最大値となる相関値を電圧とし、その電圧と電流検出器５の検出電流とから溶融物レベルの計測に必要な電気抵抗を算出するようにしたので、溶融物レベルに応じた正確な電気抵抗を得ることが可能になり、このため、溶鉱炉２１内の溶融物レベルを精度良く計測することができ、安定した操業が行えるという効果がある。

また、炉下部側面の鉄皮２２及びスタンプ材２３を貫通してなる挿入孔２５を炉下部側面に高さ方向に４つ設け、各挿入孔２５にそれぞれ電極を挿入して、その先端部がカーボンレンガ２４に電気的に接触するように設置したので、操業中の溶鉱炉２１であっても電極の設置が可能になった。

なお、前記の実施の形態１では、ノイズ成分が含まれている検出電圧から信号成分のみを抽出して、擬似ランダム信号と同一の参照信号との相関演算を行って相関値を算出し、この相関値のうち最大値となる相関値を電気抵抗の算出に必要な電圧としたが、擬似ランダム信号と同一の参照信号と信号成分との相関演算を、参照信号の複数の周期にわたる時間範囲において複数の周期毎に行い、その各周期における相関値が最大となる相関値を各周期の電圧値とし、このようにして算出した複数の周期に対応する複数の電圧値を平均化して平均値の電圧を算出し、これを電気抵抗の算出に用いるようにしてもよい。これにより、溶融物レベルに応じた正確な電気抵抗を得ることが可能になり、このため、溶鉱炉２１内の溶融物レベルを精度良く計測することができ、安定した操業が行えるという効果がある。

また、前述したように、参照信号と信号成分との相関演算から得られた最大値の相関値を電圧とし、その電圧と電流検出器５の検出電流とから電気抵抗を求めて溶融物レベルを判別するようにしたが、その電圧から溶融物レベルを計測するようにしてもよい。

また、擬似ランダム信号と同一の参照信号と信号成分との相関演算を、参照信号の複数の周期にわたる時間範囲において複数の周期毎に行い、その各周期における相関値が最大となる相関値を各周期の電圧値とし、この算出した複数の周期に対応する複数の電圧値を平均化して平均値の電圧を算出して、これを溶融物レベルの計測に用いるようにしてもよい。この場合も、前記と同様に溶鉱炉２１内の溶融物レベルを精度良く計測することができ、安定した操業が行えるという効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では電流印加用電極１１，１２に擬似ランダム信号を印加するようにしたが、実施の形態２は、矩形波信号を電流印加用電極１１，１２に印加して溶鉱炉２１内の溶融物レベルを計測するようにしたものである。本実施の形態においては、溶融物レベル計測装置の構成が図１と略同じであるため、図１を用いて説明する。

実施の形態２の溶融物レベル計測装置は、実施の形態１と同様に溶鉱炉２１の炉下部側面に高さ方向に設置された電流印加用電極１１，１２及び電圧検出用電極１３，１４と、パルスの繰り返し周期が一定の矩形波パルス信号をケーブル１を介して電流印加用電極１１，１２に印加する矩形波パルス信号発生器２ａと、矩形波パルス信号の印加により電圧検出用電極１３，１４間に発生する電圧をケーブル３を通じて検出する電圧検出器４と、矩形波パルス信号の電流を検出する電流検出器５と、電圧検出器４の検出電圧及び電流検出器５の検出電流を連続的に取り込んで信号処理を行う信号処理装置６ａとからなっている。なお、電流印加用電極１１，１２及び電圧検出用電極１３，１４の構造、炉下部への設置及び相互の位置関係については、実施の形態１と同じである。

前記の信号処理装置６ａは、電圧検出器４により検出された電圧検出用電極１３，１４間の電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器によりデジタル化された電極１３，１４間の検出電圧からその時間変化率の値を算出し、その絶対値と予め設定された閾値とを比較し、閾値より低い絶対値となる区間の電圧を信号成分として抽出する信号成分抽出部と、信号成分抽出部により抽出された信号成分の絶対値を算出し、その絶対値から平均値の電圧を算出し、かつ、その平均値の電圧と矩形波パルス信号の電流とから電気抵抗を算出し、その電気抵抗に基づいて溶鉱炉２１内の溶融物（残銑及び残滓）のレベルを算出するレベル算出部とを有している。なお、印加される電流と同等の信号を擬似ランダム発生器等から入力して、平均値の電圧とから電気抵抗を求めるようにしてもよい。

前記のように構成された実施の形態２の溶融物レベル計測装置においては、矩形波パルス信号発生器２ａから電流印加用電極１１，１２に矩形波パルス信号が印加される。この矩形波パルス信号の印加により溶鉱炉２１の炉下部に電流が流れ、電圧検出用電極１３，１４間に誘導起電力によるノイズが含まれた電圧が発生する。この電圧を電圧検出器４が検出し、信号処理装置６に送出する。信号処理装置６ａは、検出電圧が入力されると、所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル値に変換し、そして、デジタル化した検出電圧からその電圧の時間変化率の絶対値を算出し、その絶対値と予め設定された閾値と比較する。電圧の時間変化率の絶対値が閾値以上となる区間（時間範囲）にあるデータの電圧をノイズ成分として除去し、閾値よりも低い区間（時間範囲）にあるデータの電圧を信号成分として抽出する。その後は、抽出した信号成分の電圧を絶対値に変換して平均値の電圧を算出し、その平均値の電圧と電流検出器５により検出された矩形波パルス信号の電流とから電気抵抗を算出する。

以上のように実施の形態２によれば、電流印加用電極１１，１２に矩形波パルス信号を印加して溶鉱炉２１に電流を流し、この電流の流れにより電圧検出用電極１３，１４間に生じる電圧をデジタル化し、このデジタル化された検出電圧からその電圧の時間変化率の絶対値を算出し、その時間変化率の絶対値を予め設定された閾値と比較し、閾値より低い区間にあるデータの電圧を信号成分として抽出して、その電圧の絶対値から平均値の電圧を算出し、かつ、その平均値の電圧と矩形波パルス信号の電流とから溶融物レベルの計測に必要な電気抵抗を求めるようにしたので、溶融物レベルに応じた正確な電気抵抗を得ることが可能になり、このため、溶鉱炉２１内の溶融物レベルを精度良く計測することができ、安定した操業が行えるという効果がある。

また、実施の形態１と同様に、炉下部側面の鉄皮２２及びスタンプ材２３を貫通してなる挿入孔２５を炉下部側面に高さ方向に４つ設け、各挿入孔２５にそれぞれ電極を挿入して、その先端部がカーボンレンガ２４に電気的に接触するように設置したので、操業中の溶鉱炉２１であっても電極の設置が可能になった。

なお、実施の形態２では、矩形波パルス信号の印加により溶鉱炉２１に生じる電圧をデジタル化し、このデジタル化された検出電圧からその電圧の時間変化率の絶対値を算出して、その時間変化率の絶対値を予め設定された閾値と比較し、閾値より低い区間にあるデータの電圧を信号成分として抽出して、その電圧の絶対値から平均値の電圧を算出し、かつ、その平均値の電圧と矩形波パルス信号の電流とから溶融物レベルの計測に必要な電気抵抗を求めるようにしたが、信号成分として抽出した電圧の絶対値から平均値の電圧を算出して、これを溶融物レベルの計測に用いるようにしてもよい。このようにした場合、信号処理装置６ａに溶融物の排出タイミングを判別するための第１電圧値及び出銑口２７の閉塞タイミングを判別するための第２電圧値をそれぞれ設定しておき、絶対値から算出した平均値の電圧が第１電圧値以下になったとき、溶鉱炉２１内の溶融物レベルが上限値まで達していると判断して、前記と同様に溶鉱炉２１の出銑口２７の開放及び溶鉱炉２１内の送風量低減を行い、また、絶対値から算出した平均値の電圧が第１電圧値よりも大きい第２電圧値以上になったときは、溶融物が炉底部近傍まで下がったと判断して、出銑口２７の閉塞及び送風量の復旧を行う。このように、信号成分として抽出した電圧の絶対値から算出した平均値の電圧を溶融物レベルの計測に用いるようにしたので、溶鉱炉２１内の溶融物レベルを精度良く計測することができ、安定した操業が行えるという効果がある。

また、実施の形態２では、パルスの繰り返し周期が一定の矩形波パルス信号を印加する場合を例として説明したが、擬似ランダム信号のようなパルス幅の繰り返し周期が一定でない矩形波パルス信号にも適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。

実施の形態１、２では、炉下部側面の高さ方向の同一直線上に４つの電極を配置したことを述べたが、この４つの電極を一組として炉下部の周方向に複数設置してもよい。このように配置することにより、溶鉱炉２１内の溶融物のレベルが異なっていた場合でも、そのレベルを計測することができる。

また、実施の形態１、２では、溶鉱炉２１の炉下部側面に高さ方向に電流印加用電極１１，１２及び電圧検出用電極１３，１４をそれぞれ設置したことを述べたが、例えば図７に示すように、羽口２６と出銑口２７との間の炉下部側面に高さ方向に電流印加用電極１１及び電圧検出用電極１３を設置し、各電極１１，１３にそれぞれ対向するように炉下部側面に電流印加用電極１２及び電圧検出用電極１４を設置して、電気抵抗或いは電圧を計測して溶鉱炉２１内の溶融物レベルを計測するようにしてもよい。

また、実施の形態１、２では、各電極の先端部のバネ１０ａを炉下部のカーボンレンガ２４に電気的に接触させていることを述べたが、その先端部のバネ１０ａをカーボンレンガ２４の外周面に設けられたスタンプ材２３に電気的に接触させて、電気抵抗或いは電圧を計測して溶鉱炉２１内の溶融物レベルを計測するようにしてもよい。

また、実施の形態１、２では、溶融物レベル計測装置を製鉄用溶鉱炉である高炉に適用したことを述べたが、これに代えて、導電性を有するレンガ等の材料で構成された、銅や鉛等を精錬する溶鉱炉に適用してもよい。

本発明の実施の形態１を示す溶融物レベル計測装置の概略構成図である。溶鉱炉の炉下部側面に設置された電極の拡大詳細図である。誘導起電力によるノイズが重乗された検出電圧の一例を示す波形図である。絶対値の検出電圧に対するノイズ成分の除去方法を示す波形図である。ノイズ成分を除去した後の信号成分の電圧を示す波形図である。実施の形態１における擬似ランダム信号及び検出電圧の波形と相関演算結果の波形の関係を示す波形図である。電極の他の設置例を示す図である。

符号の説明

１，３ケーブル、２擬似ランダム信号発生器、２ａ矩形波パルス信号発生器、４電圧検出器、５電流検出器、６，６ａ信号処理装置、１０ａ電極のバネ、１０ｂ絶縁カバー、１１，１２電流印加用電極、１３，１４電圧検出用電極、２１溶鉱炉、２２鉄皮、２３スタンプ材、２４カーボンレンガ、２５電極の挿入孔、２６羽口、２７出銑口。

Claims

溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極のうち、最上部と最下部の２つの電極に擬似ランダム信号を印加して溶鉱炉に電流を流し、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出し、
この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、
印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を行って相関値を算出し、
この相関値のうち最大値の相関値を電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法。
溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極のうち、最上部と最下部の２つの電極に擬似ランダム信号を印加して溶鉱炉に電流を流し、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出し、
この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、
印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を、参照信号の複数の周期範囲においてそれぞれ周期毎に行って相関値を算出し、
この相関値のうち周期毎における最大値の相関値を周期毎の電圧とし、これらの平均値を電圧として算出し、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法。
溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極のうち、最上部と最下部の２つの電極に矩形波信号を印加して溶鉱炉に電流を流し、この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出し、
この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出し、抽出された信号成分の絶対値の平均値を算出して電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法。
溶鉱炉内の溶融物レベルの計測を、前記電圧と印加電流とから電気抵抗を算出し、この電気抵抗に基づいて行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の溶鉱炉内の溶融物レベル計測方法。
溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極と、
これら電極のうち最上部と最下部の２つの電極に擬似ランダム信号を印加して溶鉱炉に電流を流す擬似ランダム信号発生器と、
この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出する電圧検出手段と、
この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出する信号成分抽出手段と、
印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を行って相関値を算出する相関演算手段と、
前記相関演算手段によって算出された相関値のうち最大値の相関値を電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを算出するレベル算出手段と
を備えたことを特徴とする溶鉱炉内の溶融物レベル計測装置。
前記相関演算手段は、印加された擬似ランダム信号と同一の参照信号と前記信号成分との相関演算を、参照信号の複数の周期範囲においてそれぞれ周期毎に行って相関値を算出し、
前記レベル算出手段は、その相関値のうち周期毎における最大値の相関値を周期毎の電圧とし、これらの平均値を電圧として算出し、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする請求項５記載の溶鉱炉内の溶融物レベル計測装置。
溶鉱炉の炉下部側面のカーボンレンガに密着して鉛直方向に並べて設置された４つの電極と、
これら電極のうち最上部と最下部の２つの電極に矩形波信号を印加して溶鉱炉に電流を流す矩形波信号発生器と、
この電流により溶鉱炉に生じる電圧を前記電極を除く２つの電極を通じて検出する電圧検出手段と、
この検出電圧に生じるノイズ成分と信号成分のうち、前記検出電圧の時間変化率の絶対値が予め設定された閾値より小さい時間範囲内の検出電圧を有効な信号成分として抽出する信号成分抽出手段と、
前記信号成分抽出手段により抽出された信号成分の絶対値の平均値を算出して電圧とし、その電圧に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを算出するレベル算出手段と
を備えたことを特徴とする溶鉱炉内の溶融物レベル計測装置。
前記レベル算出手段は、前記電圧と印加電流とから電気抵抗を算出し、この電気抵抗に基づいて溶鉱炉内の溶融物レベルを算出することを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の溶鉱炉内の溶融物レベル計測装置。