JP6208958B2

JP6208958B2 - 湯面監視装置及び湯面監視方法

Info

Publication number: JP6208958B2
Application number: JP2013050226A
Authority: JP
Inventors: 勝郎出島; 俊樹瀧内
Original assignee: Shinko Engineering and Maintenance Co Ltd
Current assignee: Shinko Engineering and Maintenance Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: JP2014174151A

Description

本発明は、真空槽内の溶湯の湯面を監視する湯面監視装置及び湯面監視方法に関する。

真空溶解、真空鋳造等の真空下における熔融金属の処理では、真空槽内の溶湯の湯面レベルを測定することが行われている。例えば、特許文献１には、真空槽内の溶湯の湯面レベルを測定するために、マイクロ波レベル計によってマイクロ波を照射して、真空槽に設けられた窓を透過させ、真空槽内部の湯面によって反射されたマイクロ波を前記マイクロ波レベル計で受信して、湯面高さ（湯面レベル）を測定する鋼浴高さ測定装置が開示されている。

特開２００６−２４９５０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている鋼浴高さ測定装置のようにマイクロ波によって湯面レベルを測定する場合には、湯面の揺れ、波立ち、泡立ち等の湯面の乱れが生じると、当該湯面の乱れによってマイクロ波が吸収され正確に湯面レベルを測定できないという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる湯面監視装置及び湯面監視方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の湯面監視装置は、真空槽内の溶湯の湯面を監視する湯面監視装置であって、真空槽に設けられた、電磁波を透過可能な透過部と、前記真空槽の外部であって前記透過部の近傍に設けられており、可視光線を透過又は反射し、前記可視光線とは異なる特定の波長の電磁波を反射又は透過する部分透過反射部と、前記特定の波長の電磁波を、前記部分透過反射部及び前記透過部を介して前記真空槽の内部の溶湯へ照射し、前記溶湯の湯面を反射した前記電磁波を前記透過部及び前記部分透過反射部を介して受容して、前記湯面のレベルを測定するレベル測定部と、前記湯面から発せられた可視光線を、前記透過部及び前記部分透過反射部を介して受容して、前記湯面を撮像する撮像部と、前記部分透過反射部を収容する立方体の箱状の収容部と、を備え、前記レベル測定部は、前記特定の波長の電磁波を照射及び受容する円錐形の筒状のアンテナ部を有し、前記収容部は、前記レベル測定部の前記アンテナ部の前記円錐形の底面側の開口端と同一の大きさを有する第１開口部と、前記透過部に接続され、前記特定の波長の電磁波及び前記可視光線を通すための第２開口部と、前記撮像部側に設けられ、前記可視光線を通すための第３開口部とを有し、前記アンテナ部は、前記開口端が前記第１開口部を隙間なく塞ぐように前記収容体に接続される。

また、上記態様において、前記収容部は、その内面に電波吸収体を具備していてもよい。

また、上記態様において、前記撮像部は、回動可能に構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記収容部は、前記真空槽の上方に配置されており、前記撮像部は、前記真空槽の外面の前記収容部の側方に配置されており、前記レベル測定部は、前記収容部の上方に配置されており、前記部分透過反射部は、前記湯面から発せられ前記透過部を透過した可視光線を、前記撮像部へ向けて反射し、前記レベル測定部から発せられた前記特定の波長の電磁波を、透過させて前記透過部へ向けて出射し、前記湯面によって反射され前記透過部を透過した前記特定の波長の電磁波を、透過させて前記レベル測定部へ向けて出射するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記湯面監視装置は、前記撮像部によって得られた映像を表示する第１表示部と、前記撮像部を遠隔操作するための遠隔操作部と、前記レベル測定部による測定結果を表示する第２表示部と、をさらに備え、前記第１表示部、前記遠隔操作部、及び前記第２表示部は、前記真空槽から離隔された遠隔監視室に配置されていてもよい。

本発明に係る湯面監視装置及び湯面監視方法によれば、映像で湯面の状態を監視することで、正しく湯面レベルが測定されているかどうかを容易に確認することができる。

実施の形態に係る湯面監視装置の全体構成を模式的に示す正面図。ハウジングの構成を示す拡大断面図。ハウジングの内面によるマイクロ波の反射を説明するための図。実施の形態に係る湯面監視装置の電気回路の構成を示すブロック図。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る湯面監視装置の全体構成を模式的に示す正面図である。

本実施の形態に係る湯面監視装置１は、真空槽２の内部に収容された溶鋼１０の湯面レベルを測定するためのものである。真空槽２は、上部に蓋２１を有する真空容器である。真空槽２の内部には、溶鋼鍋２２が設けられており、この溶鋼鍋２２に溶鋼１０が収容される。

溶鋼鍋２２の上方には、加熱用電極２３が配置されている。加熱用電極２３は、真空槽２の上方から垂下されており、蓋２１を上下に貫通して、その下端が溶鋼１０の近傍に位置している。この加熱用電極２３と溶鋼１０との間にアークが生じることで、溶鋼１０が加熱される。

また、溶鋼鍋２２の上方には、原料を溶鋼鍋２２に投入するための原料投入部２４が設けられている。原料投入部２４もまた、真空槽２の上方から垂下されており、蓋２１を上下に貫通して、その投入口が溶鋼鍋２２の上方に位置している。

原料投入部２４からは、溶鋼鍋２２に原料が投入される。これが加熱用電極２３によって加熱され、熔融して溶鋼１０となる。溶鋼１０の上部には、熔融された金属成分から分離されたスラグ１１が生じる。

蓋２１には、耐熱ガラスによって構成された透過窓３が設けられている。透過窓３の上方には、部分透過反射板４が設けられており、この部分透過反射板４がハウジング４１に収容されている。ハウジング４１は、蓋２１の上面に取り付けられている。

ハウジング４１の上方には、マイクロ波レベル計５が設けられている。マイクロ波レベル計５は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、対象物によって反射されたマイクロ波を受信するアンテナ部とを備えており、マイクロ波発生部によってマイクロ波を対象物へ向けて照射し、対象物での反射波を受信することで対象物までの距離を測定することが可能である。

また、ハウジング４１の側方には、カメラ６が設けられている。カメラ６は可視光線を受光することで、対象物を撮像することが可能である。

図２は、ハウジングの構成を示す拡大断面図である。ハウジング４１は、立方体形状をなす箱体である。蓋２１の透過窓３の周囲は上方に突出した筒状部となっている。他方、ハウジング４１の下面には開口が設けられている。当該開口の周囲が前記筒状部と接続されており、これによってハウジング４１の内部と透過窓３とが連通している。

ハウジング４１は、その上部にも開口が設けられている。他方、マイクロ波レベル計５には、円錐形の筒状をなすアンテナ部５１が設けられており、このアンテナ部５１の下端（大きい方の開口端）が接続されている。

部分透過反射板４は、ハウジング４１の内部に４５°側方に傾斜して取り付けられている。かかる部分透過反射板４は、誘電体多層膜の層を表面に有しており、マイクロ波、即ち、波長１ｍｍ乃至１ｍの電磁波を透過し、可視光、即ち、波長３８０ｎｍ乃至７８０ｎｍの電磁波を反射する。

マイクロ波レベル計５から下方へ照射されたマイクロ波は、部分透過反射板４を透過して、さらに下方の透過窓３を透過する。さらに下方に進行したマイクロ波は、溶鋼１０の湯面で反射し、上方へと進行して透過窓３及び部分透過反射板４を透過して、マイクロ波レベル計５のアンテナ部５１で受信される。マイクロ波レベル計５は、マイクロ波を照射してから受信するまでの時間に基づいて、湯面レベルを測定する。マイクロ波レベル計５は、遠隔監視室１００に設けられた第１表示部７に接続されており（図１参照）、マイクロ波レベル計５の測定結果が第１表示部７において表示される。

ハウジング４１の内面には、電波吸収体４２が貼布されている。図３は、ハウジング４１の内面によるマイクロ波の反射を説明するための図である。図３では、ハウジング４１の内面に電波吸収体４２が設けられていない状態で、マイクロ波がどのようにハウジング４１の内面で反射されるかを示している。マイクロ波レベル計５からは、円錐状に拡散するようにマイクロ波が照射される。つまり、マイクロ波レベル計５から照射されたマイクロ波のうちの一部のみが、部分透過反射板４及び透過窓３を透過して、溶鋼１０の湯面に到達する。他のマイクロ波は、溶鋼１０の湯面に到達することなく、ハウジング４１の内面、部分透過反射板４、及び透過窓３において多重反射して、その強度が減衰され、やがてアンテナ部５１によって受信される。これらのマイクロ波は湯面から反射されたものではないため、正確な測定を阻害するノイズとなる。

これに対して、本実施の形態に係る湯面監視装置１は、ハウジング４１の内面に電波吸収体４２が貼布されているので、ハウジング４１の内面においてマイクロ波が吸収される。これにより、上記のようなマイクロ波の多重反射が防止され、ノイズが低減されるので、正確な湯面レベル測定が可能となる。

また、ハウジング４１の側面にも開口が設けられている。この開口の先にはカメラ６が配置されている。溶鋼１０の湯面からの可視光線は、透過窓３を透過し、部分透過反射板４で反射され、カメラ６に入射される。このため、カメラ６は、溶鋼１０の湯面の撮像が可能となっている。カメラ６は、遠隔監視室１００に設けられた第２表示部８に接続されており（図１参照）、カメラ６により撮像された映像が第２表示部８において表示される。また、カメラ６は、遠隔監視室１００に設けられた遠隔操作部９に接続されており、ユーザが遠隔操作部９によってカメラ６を遠隔操作することが可能である。

図１に示すように、カメラ６は、真空層２の蓋２１の上面に取り付けられている。また、カメラ６は、上下及び左右に回動可能となっている。図４は、本実施の形態に係る湯面監視装置１の電気回路の構成を示すブロック図である。カメラ６には、２つのモータを有する駆動部６１が設けられている。かかる駆動部６１は、遠隔操作部９に接続されている。ユーザは遠隔操作部９を用いてカメラ６を遠隔操作して、上下及び左右にカメラ６を回動させることが可能である。

また、上述したようにカメラ６は第２表示部８に接続されている。カメラ６によって撮像された動画は、第２表示部８においてリアルタイム表示される。ユーザは、カメラ６の出力映像をリアルタイムで確認し、湯面の状態、雰囲気の状態、メニスカスの位置等を監視する。ユーザは、第２表示部８の映像を確認しながら、遠隔操作部９を操作して、溶鋼１０の全てのメニスカスを観察したり、異常が生じている湯面の箇所を観察したりすることができる。

また、マイクロ波レベル計５は、信号処理回路５２を具備しており、当該信号処理回路５２においてノイズ低減等の信号処理が行われる。かかる信号処理回路５２は、遠隔監視室１００に設けられたデータ処理装置７１に接続されており、このデータ処理装置７１において湯面レベルの出力データが生成される。データ処理装置７１は、第１表示部７に接続されており、第１表示部７によって湯面レベルの測定結果が表示される。

第１表示部７、第２表示部８、及び遠隔操作部９は、遠隔監視室１００に設置されている。測定対象の湯面が大きく揺れていたり、波立っていたり、泡立っていたりすると、湯面レベルの測定結果が異常と認められることがある。このような湯面の状況の確認には、目視観察が適している。本実施の形態においては、第１表示部７と第２表示部８との両方が遠隔監視室１００に設置されているため、ユーザは、第１表示部７において湯面レベルの測定結果を確認し、溶鋼１０の湯面状態を確認する必要がある場合に、即座に第２表示部８によって溶鋼１０の湯面状態を確認することができる。また、このときユーザは遠隔操作部９を操作することで、観察したい湯面の箇所に撮像箇所を移動させることができる。

上述の如く、ハウジング４１によって部分透過反射板４を覆う構成としたことにより、部分透過反射板４に粉塵、汚れ等が付着することが防止され、部分透過反射板４の透過率及び反射率が低減することによる湯面レベルの測定精度の低下、及びカメラ６の映像の視認性低下を防止することが可能となる。

また、ハウジング４１を真空槽２の蓋２１の上面に配置したので、簡易な構成でハウジング４１及び部分透過反射板４を真空槽２に取り付けることが可能となる。さらに、カメラ６を真空槽２の蓋２１の上面に配置したので、真空槽２とは異なる部分にカメラ６を設置するための構成を設ける必要がなく、簡易な構成でカメラ６の回動機構を真空槽２に取り付けることができる。

（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態においては、マイクロ波レベル計５によって溶鋼１０の湯面レベルを測定する構成について述べたが、これに限定されるものではなく、他のレベル計によって溶鋼１０の湯面レベルを測定する構成とすることも可能である。しかし、真空槽２に収容された溶鋼１０の湯面レベルを測定する必要があることから、真空中も伝播可能な電磁波を利用した非接触式のレベル測定が可能な構成であることが必要である。つまり、レーザー式レベル計のような、マイクロ波以外の電磁波を使用したレベル計によって、溶鋼１０の湯面レベルを測定する構成とすることが可能である。この場合、部分透過反射板４は、湯面レベル測定に使用される波長の電磁波を透過し、可視光線を反射する構成とすることが必要である。

また、上述した実施の形態においては、部分透過反射板４がマイクロ波を透過し、可視光線を反射する構成について述べたが、これに限定されるものではない。部分透過反射板４が、マイクロ波を反射し、可視光線を透過する構成とすることも可能である。この場合、カメラ６を部分透過反射板４の上方に配置し、マイクロ波レベル計５を部分透過反射板４の側方に配置することが必要となる。

また、上述した実施の形態においては、ハウジング４１の内面に電波吸収体４２が貼布された構成について述べたが、これに限定されるものではない。ハウジング４１の内面に電波吸収体４２が塗布された構成としてもよいし、ハウジング４１の全部を電波吸収体４２で構成してもよい。

また、ハウジング４１の内面に電波吸収体４２を設けない構成とすることも可能である。この場合、ハウジングの形状を、上方から照射されたマイクロ波が内面で反射しにくい形状としたり、反射したマイクロ波が上方のマイクロ波レベル計へと帰りにくい形状としたりすることが好ましい。これにより、多重反射によるノイズの影響を実用上十分に低減することが可能となる。

また、上述した実施の形態においては、溶鋼１０の湯面を監視（湯面レベルの測定及び湯面の撮像）する構成について述べたが、これに限定されるものではない。真空槽内のチタン、アルミ等の他の金属の溶湯の湯面を監視する構成とすることも可能である。

本発明の湯面監視装置及び湯面監視方法は、真空槽内の溶湯の湯面を監視する湯面監視装置及び湯面監視方法として有用である。

１湯面監視装置
２真空槽
２１蓋
３透過窓
４部分透過反射板
４１ハウジング
５マイクロ波レベル計
６カメラ
７第１表示部
８第２表示部
９遠隔操作部
１００遠隔監視室

Claims

真空槽内の溶湯の湯面を監視する湯面監視装置であって、
真空槽に設けられた、電磁波を透過可能な透過部と、
前記真空槽の外部であって前記透過部の近傍に設けられており、可視光線を透過又は反射し、前記可視光線とは異なる特定の波長の電磁波を反射又は透過する部分透過反射部と、
前記特定の波長の電磁波を、前記部分透過反射部及び前記透過部を介して前記真空槽の内部の溶湯へ照射し、前記溶湯の湯面を反射した前記電磁波を前記透過部及び前記部分透過反射部を介して受容して、前記湯面のレベルを測定するレベル測定部と、
前記湯面から発せられた可視光線を、前記透過部及び前記部分透過反射部を介して受容して、前記湯面を撮像する撮像部と、
前記部分透過反射部を収容する立方体の箱状の収容部と、
を備え、
前記レベル測定部は、前記特定の波長の電磁波を照射及び受容する円錐形の筒状のアンテナ部を有し、
前記収容部は、前記レベル測定部の前記アンテナ部の前記円錐形の底面側の開口端と同一の大きさを有する第１開口部と、前記透過部に接続され、前記特定の波長の電磁波及び前記可視光線を通すための第２開口部と、前記撮像部側に設けられ、前記可視光線を通すための第３開口部とを有し、
前記アンテナ部は、前記開口端が前記第１開口部を隙間なく塞ぐように前記収容部に接続される、
湯面監視装置。
前記収容部は、その内面に電波吸収体を具備する、
請求項１に記載の湯面監視装置。
前記撮像部は、回動可能に構成されている、
請求項１又は２に記載の湯面監視装置。
前記収容部は、前記真空槽の上方に配置されており、
前記撮像部は、前記真空槽の外面の前記収容部の側方に配置されており、
前記レベル測定部は、前記収容部の上方に配置されており、
前記部分透過反射部は、前記湯面から発せられ前記透過部を透過した可視光線を、前記撮像部へ向けて反射し、前記レベル測定部から発せられた前記特定の波長の電磁波を、透過させて前記透過部へ向けて出射し、前記湯面によって反射され前記透過部を透過した前記特定の波長の電磁波を、透過させて前記レベル測定部へ向けて出射するように構成されている、
請求項１乃至３の何れかに記載の湯面監視装置。
前記撮像部によって得られた映像を表示する第１表示部と、
前記撮像部を遠隔操作するための遠隔操作部と、
前記レベル測定部による測定結果を表示する第２表示部と、
をさらに備え、
前記第１表示部、前記遠隔操作部、及び前記第２表示部は、前記真空槽から離隔された遠隔監視室に配置されている、
請求項１乃至４の何れかに記載の湯面監視装置。