JP7085057B2 - 精錬装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、精錬装置及び方法に係り、さらに詳しくは、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程の最中に裸湯の大きさを正確に算出して、これに基づいて、ガスの流量を適切に調節することのできる精錬装置及び方法に関する。

転炉の精錬工程において生産された溶鋼は、成分の調整、温度の制御及び介在物の除去などのためにとりべ炉（ＬＦ；Ｌａｄｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）精錬工程に搬送される。次いで、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程において溶鋼に合金鉄や炭材などを投入して溶鋼成分を調整し、アーク（ａｒｃ）を生成したり、強いバブリングを行って温度を調節したりする。このような過程は、工程の初期と中期に行われる。
とりべ炉（ＬＦ）精錬工程の末期には、溶鋼に弱いバブリング（「清浄バブリング」とも呼ぶ。）を行って溶鋼に混入された介在物を浮上させて分離する。弱いバブリングに用いられるアルゴンガスの流量の範囲は、溶鋼の鋼種及びとりべ炉（ＬＦ）精錬設備の構造的な特性に合うように適正な基準が存在し、操業者の主観的な判断に従い、適正な基準内においてアルゴンガスの流量がきめ細かく調節される。

溶鋼に注入されたガスは、溶鋼の湯面を介して溶鋼から抜け出る。このとき、ガスにより湯面を覆っていたスラグ（鉱滓）が一部拡開されることがある。スラグが拡開されることにより、当該部分において溶鋼の湯面が外気に露出され、この部分を裸湯と称する。
溶鋼にガスをバブリングするに当たって、溶鋼の全体を満遍なく攪拌するためには、ある程度の裸湯の発生は避けられない。

一方、溶鋼にアルゴンガスを注入する耐熱性プラグが損傷されて耐熱性プラグにひび割れが生じると、ひび割れからアルゴンガスが漏出され、漏出されたアルゴンガスは湯面の所定の領域に集中して所定の領域の裸湯の大きさを必要以上に増大させる虞がある。すなわち、アルゴンガスの漏出により裸湯が必要以上に大きくなる虞がある。このとき、裸湯を介して多量の外気が溶鋼に流れ込む。溶鋼に流れ込んだ多量の外気は、外来性介在物の生成の原因となる。
また、耐熱性プラグが閉塞されれば、溶鋼に注入されるアルゴンガスの流量が必要以上に少なくなる虞があり、裸湯が適正な大きさよりも小さくなる虞がある。この場合、介在物が浮上して分離されないという不都合がある。

このため、介在物の浮上分離作用を最大化させながら、外気の流れ込みを極力抑えるためには、スラグの状態を考慮して適正な大きさの裸湯を保つ必要がある。このために、耐熱性プラグの状態を考慮してアルゴンガスの流量を制御する必要がある。
本発明の背景となる技術は、下記の特許文献に掲載されている。

韓国公開特許第ＫＲ１０－１７７９１５０Ｂ１号公報 韓国公開特許第ＫＲ１０－２０１５－００５０８２２号公報

本発明は、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程の最中に湯面の裸湯の大きさを正確に算出して、これに基づいてガスの流量を適切に調節することのできる精錬装置及び方法を提供する。

本発明の実施形態に係る精錬装置は、上部が開かれ、内部に溶融物を精錬可能な空間が形成される容器部と、ガスを吹き込めるように形成され、前記容器部に配設されるノズル部と、前記容器部の上側に配設され、前記溶融物の湯面を撮影するカメラ部と、前記カメラ部から取得した湯面画像と、前記カメラ部の配設情報及び前記カメラ部の性能情報を用いて、前記湯面中の裸湯の大きさを算出する制御部と、を備えることを特徴とする。

前記精錬装置は、前記容器部の開かれた上部を覆うように取り付けられるカバー部をさらに備え、前記カバー部は、一方の側に貫通孔が形成され、一台の前記カメラ部が前記貫通孔の上側に位置することが好ましい。
前記精錬装置は、前記カバー部を貫通するように取り付けられる電極棒をさらに備え、前記カバー部は、中心部に前記電極棒が位置し、周縁部に前記貫通孔が位置し、前記カメラ部は、斜めに傾くように配設されることがよい。

前記精錬装置は、前記貫通孔と前記カメラ部との間に配置され、互いに積層され、それぞれ水平に移動可能なゲート部をさらに備え、前記ゲート部のうちのいずれか一つは、前記貫通孔よりも小さな開口が形成され、前記カメラ部は、前記開口の上側に位置し、前記開口が形成されたゲート部の上部に固定されることができる。
前記カメラ部は、前記湯面を撮影して湯面画像を生成するカメラと、前記カメラが収められるハウジングと、前記ハウジングと前記カメラとの間にパージガスを注入するパージ流路と、前記ハウジングの内部に冷媒を循環させる冷却流路と、を備えることが好ましい。

前記湯面画像は、単視点の湯面画像であり、前記配設情報は、前記カメラ部の配設高さ及び配設角度を含み、前記性能情報は、前記カメラ部の画角及び解像度を含むことができる。
前記制御部は、前記湯面への前記配設高さを導出する導出器と、前記配設高さ、前記配設角度、前記画角及び前記解像度を用いて、前記カメラの撮影領域のピクセルサイズを算出する第１の算出器と、前記湯面画像に含まれている裸湯領域のピクセル数を分析する分析器と、前記ピクセル数及び前記ピクセルサイズを用いて、裸湯の大きさを計算する第２の算出器と、を備えることがよい。
前記制御部は、前記裸湯の大きさに応じて、前記ノズル部に供給されるガスの流量を調節する流量制御器をさらに備えることが好ましい。

本発明の実施形態に係る精錬方法は、溶融物が入れられた容器部を設ける過程と、前記溶融物にガスを吹き込みながらバブリングする過程と、カメラで前記溶融物の湯面を撮影して湯面画像を生成する過程と、前記湯面画像と、前記カメラの配設情報及び前記カメラの性能情報を用いて、前記湯面中の裸湯の大きさを算出する過程と、を含むことを特徴とする。

前記配設情報は、前記カメラの配設高さ及び配設角度を含み、前記性能情報は、前記カメラの画角及び解像度を含み、前記湯面画像を生成する過程は、一台の前記カメラで前記湯面を撮影して、前記湯面の単視点の湯面画像を生成する過程であることがよい。
前記湯面画像を生成する過程は、前記カメラが上下方向に対して斜めに傾くようにして、前記カメラが斜めに傾いた状態で前記湯面を撮影して湯面画像を生成する過程を含むことが好ましい。

前記精錬方法は、前記湯面画像を生成する過程の最中に、前記カメラが収められたハウジングの内部に冷媒を循環させる過程と、前記ハウジングと前記カメラとの間にパージガスを注入する過程と、をさらに含むことができる。
前記裸湯の大きさを算出する過程は、前記湯面への前記配設高さを導出する過程と、前記配設高さ、前記配設角度、前記画角及び前記解像度を用いて、前記カメラの撮影領域のピクセルサイズを算出する過程と、前記湯面画像に含まれている裸湯領域のピクセル数を分析する過程と、前記ピクセル数及び前記ピクセルサイズを用いて、裸湯の大きさを計算する過程と、を含むことがよい。

前記配設高さを導出する過程は、前記配設高さを導出する過程は、前記カメラの配設位置を用いて、前記カメラから前記容器部の上端部までの第１の高さを求める過程と、前記容器部内の溶融物の量を用いて、前記容器部の上端部から前記湯面までの第２の高さを求める過程と、前記第１の高さ及び前記第２の高さを合算して、前記配設高さを算出する過程と、を含むことが好ましい。
前記第２の高さを求める過程は、既知の溶融物の量と湯面の高さ情報を用いて、溶融物の量と湯面の高さとの間の比例関係を確立し、前記比例関係を用いて、前記容器部内の溶融物の量に対する湯面の高さを推定して第２の高さを求める過程を含むことができる。

前記ピクセルサイズを算出する過程は、前記配設高さ、前記配設角度及び前記画角を用いて、前記撮影領域の斜めに傾いた方向の第１の長さを求める過程と、前記配設高さ及び前記画角を用いて、前記撮影領域の斜めに傾いていない方向の第２の長さを求める過程と、前記第１の長さと前記第２の長さを用いて、前記撮影領域の大きさを求める過程と、前記撮影領域の大きさと前記解像度を用いて、前記ピクセルサイズを求める過程と、を含むことがよい。
前記ピクセル数を分析する過程は、前記湯面画像を明るい部分と暗い部分とに二進化処理して、明るい部分と暗い部分との間の境界に閉曲線を描く過程と、前記閉曲線内のピクセル数を数える過程と、を含むことが好ましい。

前記閉曲線が複数本であれば、各閉曲線別にピクセル数を数えて最も大きな値を選択することができる。
前記裸湯の大きさを計算する過程は、前記ピクセル数と前記ピクセルサイズとを乗算して裸湯の大きさを算出する過程と、前記裸湯の大きさと同じ大きさを有する円形状に前記裸湯の形状を切り換える過程と、前記円形状に切り換えられた裸湯の形状の直径を求めて裸湯の変換大きさを求める過程と、を含むことが好ましい。
前記精錬方法は、前記裸湯の大きさを算出する過程後に、前記裸湯の大きさを用いて前記ガスの流量を調節する過程をさらに含むことがよい。

本発明の実施形態によれば、一台のカメラで取得した一枚の単視点の湯面画像（「１チャンネル単視点湯面画像」とも称する。）と、当該カメラの配設情報と、当該カメラの画角及び解像度を用いて、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程の最中に裸湯の大きさを正確に算出することができる。
すなわち、裸湯の大きさの算出にカメラの配設情報と画角及び解像度を用いることにより、一台のカメラで取得した一枚の単視点の湯面画像のみをもって裸湯の大きさを正確に算出することができる。したがって、裸湯の大きさの算出のために複数台のカメラを用いる必要がないので、裸湯の大きさの算出のためのカメラの台数を一台に減らすことができる。このため、装置の構造を単純化させることができ、その分のコストを節減することができ、溶鋼のスプラッシュなどの劣悪な工程環境によるカメラの損傷の可能性を最小化させることができる。
また、正確な値として算出された裸湯の大きさに基づいて、溶鋼に注入されるアルゴンガスの流量を適切に調節することができる。したがって、溶鋼の清浄バブリングを行う間に、裸湯の大きさを最適な大きさに制御することができ、その結果、精錬工程の効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る精錬装置の第１の作動図である。 本発明の実施形態に係る精錬装置の第２の作動図である。 本発明の実施形態に係る精錬装置の第３の作動図である。 本発明の実施形態に係る精錬装置の部分拡大図である。 本発明の実施形態に係る撮影領域のピクセルサイズを算出する方式を説明するための図であり、（ａ）はｘ軸方向に延びた辺から見た図であり、（ｂ）はｙ軸方向に延びた辺から見た図である。 本発明の実施形態に係る湯面画像から裸湯領域のピクセル数を分析する過程を説明するための図であり、（ａ）は、撮影された湯面画像を示す写真であり、（ｂ）は、裸湯領域を表示した湯面画像を示す写真であり、（ｃ）は、二進化処理を施した湯面画像を示す写真である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態についてより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具現化される筈である。単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全なるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明の実施形態について説明するに当たって、図面は誇張されることがあり、図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。

図１、図２及び図３は、それぞれ本発明の実施形態に係る精錬装置の第１、第２及び第３の作動図である。そして図４は、本発明の実施形態に係る精錬装置の部分拡大図である。
以下、本発明の実施形態に係る精錬装置について説明する。以下では、精錬装置としてとりべ炉（ＬＦ）精錬装置を例示する。いうまでもなく、精錬装置は、各種の処理物の処理工程を行う多種多様な処理装置にも適用可能である。

図１から図３に示したとおり、本発明の実施形態に係る精錬装置は、上部が開かれ、内部に溶融物Ｍを精錬可能な空間が形成される容器部１０と、ガスｇを吹き込めるように形成され、容器部１０に配設されるノズル部１１と、容器部１０の上側に配設され、溶融物Ｍの湯面を撮影するカメラ部７０と、カメラ部７０から取得した湯面画像と、カメラ部７０の配設情報及びカメラ部７０の性能情報を用いて湯面中の裸湯の大きさを算出する制御部（図示せず）と、を備える。
また、本発明の実施形態に係る精錬装置は、容器部１０の開かれた上部を覆うように取り付けられ、一方の側に貫通孔２２が形成され、他方の側に投入口２１が形成されるカバー部２０と、カバー部２０を貫通するように取り付けられる電極棒３０と、貫通孔２２を覆えるようにカバー部２０に取り付けられ、互いに積層され、それぞれ水平に移動可能なゲート部６２、６３と、投入口２１の上側に配設される投入部４０と、投入口２１と投入部４０との間に配置され、水平に移動可能な開閉部６１と、貫通孔２２の上側に配置されるサンプリング部５０と、をさらに備えることができる。

また、本発明の実施形態によれば、カメラ部７０は、貫通孔２２の上側に位置し、ゲート部６２、６３は、カメラ部７０と貫通孔２２との間に配置され、サンプリング部５０は、カメラ部７０の上側に位置することがよい。電極棒３０は、カバー部２０の中心部に位置することが好ましい。そして、電極棒３０との干渉を避けるために、投入部４０と、サンプリング部５０及びカメラ部７０は、電極棒３０から離れてカバー部２０の周縁部にそれぞれ位置することがよい。制御部は、算出された裸湯の大きさを用いて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節する。
容器部１０は、とりべ（Ｌａｄｌｅ）を備えることができる。とりべは、底面板及び側壁を備える。底面板は、水平方向に延び、所定の面積を有している。底面板は、例えば、円板状であってもよい。側壁は、底面板の周りに沿って延び、上側に所定の高さだけ突き出ることがよい。側壁は、例えば、中空の円筒状であってもよい。

容器部１０は、上部が開かれ、底面板と側壁により溶融物Ｍを精錬可能な空間が限定されることがよい。溶融物Ｍは、転炉精錬工程において生産される溶鋼を含む。いうまでもなく、溶融物Ｍは、溶鋼の他に様々であってもよい。溶融物Ｍは、容器部１０に収められることがよい。
ノズル部１１は、多孔質の耐熱性プラグ（「ポーラスプラグ」とも称する。）を備える。ノズル部１１は、溶融物Ｍにガスｇを吹き込むことがよい。ノズル部１１の本数は、一本または複数本であることができる。ノズル部１１は、容器部１０の底面板を貫通するように配設されることがよい。

ノズル部１１は、ガス管に接続されることがよく、ガス管は、ガス供給源（図示せず）に接続される。ガス管を流れるガスｇの流量を制御するために、ガス管には、制御弁（図示せず）が取り付けられることが好ましい。制御弁は、上述した制御部（図示せず）により開き度が制御される。
ノズル部１１は、ガスｇ、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを溶融物Ｍに相対的に強く吹き込みながらバブリングすることができる。ガスｇの強いバブリングにより溶融物Ｍが満遍なく攪拌されることが可能になり、溶融物Ｍの温度が下がる。また、ノズル部１１は、ガスｇを溶融物Ｍに相対的に弱く吹き込んでバブリングしてもよい。ガスｇの弱いバブリングにより溶融物Ｍ中の介在物が浮上して分離することが可能になる。

溶融物Ｍの湯面にスラグＳの層が存在する。このとき、ガスｇのバブリングの最中に湯面を抜け出るガスｇによりスラグＳが拡開されながら溶融物Ｍの湯面が上側に露出されることがある。すなわち、ガスｇのバブリングの最中に溶融物Ｍの湯面に裸湯Ｎが形成される虞がある。
一方、溶融物Ｍを全体的に円滑に攪拌するためには、裸湯Ｎの発生が不可避である。もし、裸湯Ｎが生じない程度にガスｇの吹き込み量を減らせば、容器部１０の内部に溶融物Ｍの渋滞領域が生じる。

ノズル部１１が正常に作動するとき、溶融物Ｍの攪拌のために溶融物Ｍに吹き込まれる所定の量のガスｇにより湯面に不可避的に生じる裸湯Ｎの大きさを基準の大きさとする。基準の大きさよりも裸湯Ｎの大きさの方が大きければ、裸湯Ｎを介して流れ込む外気による外来性介在物が増加して、溶融物Ｍ中の介在物がむしろ増加する虞もある。基準の大きさよりも裸湯Ｎの大きさの方が小さければ、溶融物Ｍの攪拌が弱くなり、介在物の浮上分離が鈍化する。基準の大きさは、溶融物Ｍの種類、例えば、鋼種、容器部１０の容積、ノズル部１１の気孔率などに応じてそれぞれ異なる。
基準の大きさは、溶融物Ｍと、ガスｇ及びスラグＳの物性をもって理論的に定めてもよく、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程の縮小模型実験を通じて実験的に定めてもよい。あるいは、基準の大きさは、以前のとりべ炉（ＬＦ）精錬工程において取得した裸湯の大きさ情報と溶鋼サンプリング実績などを取りまとめた結果から経験的に導出してもよい。
いうまでもなく、基準の大きさを定める方式は様々であってよい。基準の大きさは、制御部に予め入力されてもよい。基準の大きさを正常大きさと称することもある。

ガスｇは、アルゴンガスの他に様々であってもよい。例えば、ガスｇは、バブリングのための各種の不活性ガスを含む。あるいは、ガスｇは、溶融物Ｍの精錬のための様々なガスを含んでいてもよい。ガスｇをバブリングする最中に溶融物ＭとスラグＳが飛散されるが、このとき、カバー部２０により溶融物ＭとスラグＳの外部への流出を遮断することが可能である。
カバー部２０は、容器部１０の上側に配設されることがよい。カバー部２０は、クレーン（図示せず）に支持されてもよく、あるいは、その他の各種の昇降手段（図示せず）に支持されてもよい。カバー部２０は、クレーンもしくは各種の昇降手段により上下方向に高さが調節される。このとき、各種の昇降手段は、油圧シリンダーや空圧シリンダーなど様々であってもよい。

カバー部２０は、下部が開かれていることがよい。カバー部２０は、容器部１０の開かれた上部を覆える面積を有することがよい。カバー部２０は、容器部１０の開かれた上部を覆うように取り付けられる。カバー部２０は、冷却流路（図示せず）を備えていてもよい。冷却流路は、内部に冷媒（冷却水）を循環させてもよい。すなわち、カバー部２０は、水冷却カバー部であってもよい。冷却流路は、カバー部２０に組み込まれてもよく、カバー部２０に連結されてもよい。カバー部２０は、下部が開かれた円錐台の形状であることがよい。いうまでもなく、これらの他にも、カバー部２０は、様々な形状であることができる。カバー部２０は、周縁部に貫通孔２２と投入口２１が位置することがよい。
投入口２１と貫通孔２２は、カバー部２０の周縁部の両側にそれぞれ形成され、水平方向に互いに離れていることがよい。このとき、貫通孔２２は、カバー部２０の周縁部の一方の側を上下方向に貫通するように形成される。また、投入口２１は、カバー部２０の周縁部の他方の側を上下方向に貫通するように形成される。

一方、カバー部２０は、中心部に電極棒３０の嵌合のための嵌合口が形成される。電極棒３０は、カバー部２０の中心部の嵌合口をそれぞれ上下方向に貫通して取り付けられる。電極棒３０は、少なくとも下部がカバー部２０の下部に位置することがよい。電極棒３０は、例えば、クレーン（図示せず）もしくは各種の昇降手段（図示せず）に支持されることがよい。電極棒３０は、クレーンもしくは各種の昇降手段により高さが調節される。電極棒３０は、上昇の際に溶融物Ｍ及びスラグＳから離れ、下降の際にスラグＳもしくは溶融物Ｍに浸漬される。電極棒３０の本数は、複数本、例えば、３本である。
電極棒３０は、電源供給器（図示せず）に接続され、例えば、３相電流を供給される。電極棒３０は、アーク（ａｒｃ）を生成してもよい。このとき、アーク熱により溶融物Ｍが昇温される。溶融物Ｍが昇温される間に、容器部１０とカバー部２０との間にスプラッシュ（ｓｐｌａｓｈ）ｓ’が生じてもよい。このとき、スプラッシュｓ’は、カバー部２０により外部への流出が極力抑えられたり防がれたりすることがよい。また、高温のアーク熱もまたカバー部２０により外部への放射が遮断されることがよい。

投入部４０は、溶融物Ｍに合金鉄や炭材などを投入して溶融物Ｍの成分を調節する。投入部４０は、投入口２１の上側に配置されて上下方向に動くことができる。投入部４０は、合金鉄や炭材などの投入物が収められるホッパー４１及びホッパー４１に取り付けられる投入管４２を備える。投入管４２は、投入口２１に嵌合可能な直径に形成される。投入管４２は、一方の端がホッパー４１の下部に取り付けられ、他方の端が投入口２１に向かって上下方向に延びていることがよい。投入物Ｃが溶融物Ｍに投入されれば、溶融物Ｍの成分を調整することが可能になる。
開閉部６１は、投入口２１を開閉可能なようにカバー部２０に配設される。開閉部６１は、油圧シリンダー、空圧シリンダーもしくはリニアモーターなどの駆動器（図示せず）に接続されることがよい。開閉部６１は、駆動器により水平方向に動くことができる。このような動きにより投入口２１の開閉が可能である。

サンプリング部５０は、貫通孔２２の上側に上下方向に移動可能に配備される。サンプリング部５０は、下降の際に貫通孔２２を通過して溶融物Ｍに浸漬されることがよく、溶融物Ｍの一部を採取することができる。サンプリング部５０は、溶融物Ｍを採取可能なプローブを備えていてもよい。サンプリング部５０が採取した溶融物Ｍの試料から溶融物Ｍの成分を分析することができる。サンプリング部５０は、溶融物Ｍの温度の測定のための温度測定器をさらに備えていてもよい。温度測定器は、プローブの所定の位置に配備されることがよい。サンプリング部５０は、油圧シリンダー、空圧シリンダーもしくはリニアモーターなどの駆動器（図示せず）に支持されることがよい。サンプリング部５０は、カメラ部７０との衝突を避けるために、上昇の際にカメラ部７０の上側に高く離れてもよい。

ゲート部６２、６３は、下ゲート部６２と上ゲート部７３を備えていることがよい。このとき、下ゲート部６２は、貫通孔２２を覆えるようにカバー部２０の一方の側に配設されることがよい。また、上ゲート部６３は、下ゲート部６２の上部に配設される。下ゲート部６２と上ゲート部６３は、駆動器（図示せず）に接続され、一緒に動いてもよく、それぞれ別々に動いてもよい。
サンプリング部５０の下降の際に、下ゲート部６２と上ゲート部６３が両方とも水平方向に動いて貫通孔２２の開閉を調節しすることがよい。また、カメラ部７０の作動の際に、下ゲート部６２のみを動かして貫通孔２２の外側に移動させ、上ゲート部６３に形成された開口６４を介してカメラ部７０が溶融物Ｍと向かい合ってもよい。このとき、開口６４の内径は、貫通孔２２の内径よりも小さくてもよい。

以下、まず、カメラ部７０と制御部が精錬装置に必要である理由について説明する。
ノズル部１１を用いて、溶融物Ｍにガスｇを吹き込んてバブリングする最中に、ノズル部１１にひび割れが生じたり、ノズル部１１が閉塞されたりすることがある。このため、ガスｇが溶融物Ｍに過剰に多く吹き込まれたり、過剰に少なく吹き込まれたりする虞がある。
ここで、ガスｇが溶融物Ｍに過剰に多く吹き込まれるということは、例えば、溶融物Ｍの全体の領域に吹き込まれるガスｇの流量が過剰に多くなる、あるいは、ひび割れと隣り合う溶融物Ｍの所定の領域にガスｇが偏って吹き込まれることを意味する。

ガスｇが溶融物Ｍに過剰に多く（過多に）吹き込まれると、裸湯Ｎが大幅に増加する。このため、裸湯Ｎを介して多量の外気が溶融物Ｍに流れ込んで介在物が生じることにより、全体の介在物の量が増加したり、もしくは、介在物を溶融物Ｍから取り除く速度が遅くなったりする。ガスｇが溶融物Ｍに過剰に少なく（過少に）吹き込まれると、溶融物Ｍが所望の強さよりも弱く攪拌されて介在物が十分に浮上して分離されない。一方、ガスｇが溶融物Ｍに過剰に少なく吹き込まれると、裸湯Ｎの大きさは基準の大きさよりも小さくなる。
したがって、溶融物Ｍにガスｇを吹き込む間に、介在物の発生を減らしながら、溶融物Ｍの均一な攪拌のために、裸湯Ｎの大きさが基準の大きさを保つかどうかを確認する必要がある。また、裸湯Ｎの大きさが基準の大きさから外れると、裸湯Ｎの大きさが基準の大きさになるようにノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節する必要がある。

一方、裸湯Ｎの大きさの変化を追跡することにより、溶融物Ｍに実際に吹き込まれるガスｇの吹き込み量が適量であるか否かを推察することができる。
本発明の実施形態においては、カメラ部７０を用いて溶融物Ｍの湯面画像を取得してもよい。また、制御部（図示せず）を用いて裸湯の大きさを正確に算出することができ、ガスｇの流量を調節することができ、裸湯の大きさを適正な大きさに保つことができる。

以下、カメラ部７０が本発明の実施形態に係る構造に精錬装置に配備される理由について説明する。そして、カメラ部７０及び制御部（図示せず）について説明する。
例えば、溶融物Ｍの湯面画像から裸湯の大きさを正確に算出するために、できる限り、湯面の中心部を垂直に見下ろす位置にカメラ部７０を配置し、カメラ部７０を用いて湯面画像を撮影し、撮影された湯面画像を分析して裸湯の大きさを算出してもよい。
しかしながら、溶融物Ｍの精錬工程、例えば、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程のために電極棒３０を湯面の中心部に置かなければならない。したがって、湯面の中心部を垂直に見下ろす位置（湯面の中心部の直ぐ上部）においてカメラ部７０を用いて湯面を撮影することが困難である。

あるいは、溶融物Ｍの湯面画像から裸湯の大きさを正確に算出するために、湯面の周縁部を見下ろす複数の位置においてそれぞれ異なる視点から複数枚の湯面画像を撮影し、撮影された複数枚の湯面画像をもって裸湯の大きさを算出してもよい。
しかしながら、カバー部２０に電極棒３０、開閉部６１及びゲート部６２、６３がそれぞれ配設され、かつ、カバー部２０の上側に投入部４０及びサンプリング部５０が配設される。すなわち、電極棒３０、開閉部６１及びゲート部６２、６３とカメラ部７０の間の干渉を防ぐことを考慮すれば、カメラ部７０の配設位置は制限的である。このように、カバー部２０の構造的な特性によりカバー部２０にカメラ部７０の配設のための余裕空間を設けにくい。したがって、カバー部２０に複数のカメラ部７０を配設しにくい。このことから、湯面の周縁部を見下ろす複数の位置においてそれぞれ異なる視点から湯面を撮影することが困難である。

また、カバー部２０に多数のカメラ部７０を配設する場合、スプラッシュｓ’及び各種の飛散物により、その数に見合う分だけカメラ部７０が損傷される頻度数が増加する。したがって、カバー部２０に複数のカメラ部７０を配設すれば、メンテナンスの負担が大幅に増加する。また、このように劣悪な環境下では、カメラ部７０の損傷を減らすために、カメラ部７０の形状は細いピンもしくは丸棒状に近ければよく、直径もしくは大きさは小さければ小さいほどよい。
したがって、本発明の実施形態においては、カメラ部７０の配設とメンテナンスが行われやすいように、一つのカメラ部７０が上ゲート部６３の上部に斜めに傾くように配設されることがよい。また、溶融物Ｍへのカメラ部７０の露出を極力抑えるように、カメラ部７０の形状は、丸棒状であることがよい。

以下、図１から図４に基づいて、本発明の実施形態に係るカメラ部７０について説明する。
カメラ部７０は、容器部１０の上側に配設されることがよい。このとき、一つのカメラ部７０が貫通孔２２の上部に位置することがよい。カメラ部７０は、後述する中心軸Ｌ２が上下方向の軸Ｌ１から所定の角度θをもって斜めに傾くように配設されることがよい。すなわち、カメラ部７０は、湯面に対して斜めに配設され、湯面の中心部の上側ではなく、周縁部の上側に位置することがよい。カメラ部７０は、ピン状であってもよい。カメラ部７０は、溶融物Ｍの湯面を撮影し、湯面画像を生成する。

カメラ部７０は、第１の方向１、例えば、ｘ軸方向に斜めに傾くように配設され、第２の方向２、例えば、ｙ軸方向に斜めに傾かないように配設されてもよい。第３の方向３は、ｚ軸方向もしくは上下方向と称してもよい。このとき、第１の方向１と第２の方向２は、水平方向と並ぶような方向であり、第３の方向３は、水平方向と交わる方向であってもよい。
カメラ部７０と貫通孔２２との間に上ゲート部６３及び下ゲート部６２が配置されてもよい。上ゲート部６３と下ゲート部６２は、互いに積層されてもよく、それぞれ水平移動してもよい。

カメラ部７０が溶融物Ｍに露出される面積は、小さければ小さいほどよい。したがって、カメラ部７０は、貫通孔２２を介して溶融物Ｍに露出されず、ゲート部６２、６３のうちどちらか一方に貫通孔２２よりも小さな大きさに形成される開口６４を介して溶融物Ｍに露出されてもよい。カメラ部７０は、開口６４の上側に位置し、開口６４が形成されたゲート部の上面に固定されてもよい。
貫通孔２２は、サンプリング部５０の通過のための所定の大きさに形成されるが、この大きさは、カメラ部７０にとって必要以上に大きい。このため、上ゲート部６３に貫通孔２２よりも小さな大きさの開口６４を設け、開口６４を介して湯面にカメラ部７０を露出させることにより、カメラ部７０が溶融物Ｍの高温に露出される面積をかなり減らすことができる。

具体的に、上ゲート部６３の中心部に開口６４が上下方向に貫通されるように形成されてもよい。また、カメラ部７０は、開口６４の上側に位置してもよい。さらに、上ゲート部６３の上部に所定のブラケット（図示せず）により固定されてもよい。
下ゲート部６２が水平方向に移動して貫通孔２２を開くと、カメラ部７０が溶融物Ｍの湯面を撮影してもよい。より具体的に、カメラ部７０は、上ゲート部６３に形成された開口６４と開口６４の下側に位置する貫通孔２２を介して溶融物Ｍの湯面画像を円滑に撮影してもよい。

カメラ部７０の撮影が終わると、下ゲート部６２が元の位置に戻って貫通孔２２と開口６４との間を閉じてもよい。一方、サンプリング部５０の下降の際には、上ゲート部６３と下ゲート部６２とカメラ部７０とが一緒に水平方向に移動して貫通孔２２から遠ざかってもよい。
カメラ部７０は、湯面画像を生成するカメラ７２と、カメラ７２が収められるハウジング７１と、ハウジング７１とカメラ７２との間にパージガスを注入するパージ流路７４及びハウジング７１の内部に冷媒を循環させる冷却流路７３を備えていてもよい。カメラ７２は、ピン状であってもよく、カメラ７２の中心軸Ｌ２が上下方向の軸Ｌ１に対して所定の角度θにて斜めに傾いてもよい。すなわち、カメラ７２は、上下方向（「鉛直方向」とも称する。）に対して斜めに配設されていることがよい。ハウジング７１は、中空状の丸棒状であってもよく、内部にカメラ７２が挿入される。冷却流路７３は、冷媒供給源（図示せず）に連結され、冷媒として、例えば、水を供給されてもよい。

ハウジング７１の下端部は、カメラ７２の下側に突き出てリング状に形成される突出部を備えてもよい。ハウジング７１の下端部とカメラ７２との間の空間にパージガスを吹き込むと、カメラ７２を各種の飛散物とスプラッシュｓ’から保護することができる。
このために、パージ流路７４が突出部を貫通するように形成されることがよい。また、パージ流路７４の端部（出口）が突出部の内周面に位置することがよい。パージ流路７４は、パージガス供給源（図示せず）に連結され、パージガスを供給することがよい。パージガスは、例えば、アルゴンガス、窒素ガス及び空気のうちから選ばれる少なくとも一種以上のガスであってもよい。

湯面画像は、単視点の湯面画像であってもよい。すなわち、カメラ７２は、湯面を撮影して単視点の湯面画像を生成する。このとき、単視点とは、視点（ｖｉｅｗ ｐｏｉｎｔ）が単一であることを意味する。単視点の画像とは、一つの視点から一つの位置において撮影された画像を意味する。単視点の画像とは反対となる概念としては、ステレオ画像または多視点画像が挙げられる。
湯面画像が一台のカメラ７２により撮影されるという点で、湯面画像を１チャンネル単視点の湯面画像と称することができる。

図５の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る撮影領域のピクセルサイズを算出する方式を説明するための図である。撮影領域とは、カメラ７２の撮影領域を意味する。図６は、本発明の実施形態に係る湯面画像から裸湯領域のピクセル数を分析する過程を説明するための図である。
図１から図６に基づいて、本発明の実施形態に係る制御部について説明する。

制御部（図示せず）は、カメラ部７０から取得した湯面画像と、カメラ部７０の配設情報及びカメラ部７０の性能情報を用いて、裸湯の大きさを算出し、算出された裸湯の大きさを用いて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節する。
カメラ部７０の配設情報を、簡単にカメラの配設情報もしくは配設情報と称する。配設情報は、具体的に、カメラ７２の配設高さ及び配設角度を含んでもよい。カメラ部７０の性能情報を、簡単にカメラ性能情報もしくは性能情報と称する。性能情報は、具体的に、カメラ７２の画角及び解像度を含んでもよい。カメラ７２の配設高さを、簡単に配設高さと称し、カメラ７２の配設角度を、簡単に配設角度と称する。また、カメラ７２の画角を、簡単に画角と称し、カメラ７２の解像度を、簡単に解像度と称する。

配設角度は、カメラ７２の配設構造から測定されてもよく、画角及び解像度は、カメラ７２の製造社もしくは流通社から提供されたデータシートから確認してもよい。配設角度、画角及び解像度は、制御部に予め入力されてもよい。
画角は、カメラ７２が撮影可能な被写体の範囲を光学系、例えば、レンズを基準点として角度で表わしたものである。解像度とは、撮影された画像を構成するピクセルの数を意味する。ピクセルとは、撮影された画像を構成する最小単位の画素を意味する。

制御部は、予め入力された配設情報と性能情報を用いて、カメラ部７０において撮影される一枚の単視点の湯面画像だけでも裸湯の大きさを正確に算出することができる。すなわち、本発明の実施形態においては、多視点画像、深さ画像もしくは複数枚の単視点の画像を用いず、一枚の単視点の湯面画像から正確に裸湯の大きさを算出することができる。すなわち、制御部により一つのカメラ部７０だけでも正確に裸湯Ｎの大きさを算出することができる。ここで、裸湯Ｎの大きさとは、具体的に裸湯Ｎの面積を意味する。

以下、制御部の構成と作動方式について説明する。制御部は、導出器、第１の算出器、分析器、第２の算出器及び流量制御器を備えていてもよい。一方、以下において提示される数値は、本発明の実施形態を説明するための一つの例示にすぎず、本発明を限定するためのものではない。
制御部が湯面画像から裸湯の大きさを正確に算出するためには、裸湯領域のピクセル数を分析し、ピクセル数に応じた裸湯Ｎの大きさを計算しなければならない。このとき、ピクセル数に応じた裸湯の大きさを計算するためには、撮影領域のピクセルサイズが必要である。また、撮影領域のピクセルサイズを計算するためには、溶融物Ｍの湯面への配設高さが必要である。

導出器は、溶融物Ｍの湯面への配設高さを導出してもよい。さらに詳しくは、導出器は、カメラ部７０の配設位置と容器部１０内の溶融物の量を用いて、溶融物Ｍの湯面への配設高さを算出もしくは測定してもよい。ここで、カメラ部７０の配設位置は、詳しくは、カメラ７２の配設位置であり、溶融物の量は、溶融物の重量である。導出器が溶融物Ｍの湯面への配設高さを算出する方式について説明する。
図３を参照すると、湯面への配設高さＨは、容器部１０の上端部からカメラ７２までの高さである第１の高さＨａと、容器部１０の上端部から湯面までの高さである第２の高さＨｂと、を含む。第１の高さＨａは、容器部１０及びカバー部２０の形状と、配設構造及びカメラ部７０の配設位置から計算もしくは測定される。第１の高さＨａは、導出器に予め入力されてもよい。

第２の高さＨｂは、容器部１０内の溶融物の量、既知の溶融物Ｍの重量と湯面の高さ情報及び比例式を用いて算出してもよい。
既知の溶融物Ｍの重量と湯面の高さ情報は、表１の通りである。

ここで、溶融物の重量と湯面の高さは、反比例の関係である。その理由は、溶融物の重量が小さければ小さいほど、湯面の高さが低く、このため、湯面が容器部１０の上端部から遠ざかるからである。予め与えられた溶融物Ｍの重量と湯面の高さ情報は、例えば、縮小模型実験結果から取得してもよく、あるいは、以前の溶融物Ｍの精錬工程を複数回行いながら溶融物Ｍの湯面の高さを実測して取得してもよい。これらの値は、導出器に予め入力されてもよい。

比例式は、数式１の通りである。
［数１］
Ｈｂｔ＝［（Ｈｂ２－Ｈｂ１）÷（ｗ１－ｗ２）］×（ｗ１－ｗｔ）＋Ｈｂ１
ここで、ｗ１とは、予め与えられた溶融物の重量の最初の値を意味し、ｗ２とは、予め与えられた溶融物の重量の二番目の値を意味し、Ｈｂ１とは、予め与えられた湯面の高さの最初の値を意味し、Ｈｂ２とは、予め与えられた湯面の高さの二番目の値を意味する。ｗｔとは、容器部１０に収められた溶融物Ｍの重量を意味する。Ｈｂｔは、容器部１０に収められた溶融物Ｍに対する第２の高さ値である。

例えば、今回の容器部１０に収められた溶融物Ｍの重量が３２０トンであれば、第２の高さＨｂは、数式１に基づいて、５５８ｍｍとなる（小数点以下は四捨五入する。）。第１の高さＨａが１，４３４ｍｍであれば、湯面への配設高さＨは、１，９９２ｍｍとして求められる。
ここで、上述した数値は、導出器の説明のための一つの例示にすぎない。
いうまでもなく、容器部１０の内部空間の形状及び大きさと溶融物Ｍの体積を用いて第２の高さＨｂを求めてもよい。

導出器が溶融物Ｍの湯面への配設高さを測定する場合、導出器は、物理的な手段を備えていてもよい。例えば、赤外線距離測定器が導出部に配備されてもよい。この場合、赤外線距離測定器は、例えば、サンプリング部５０に取り付けられてもよく、カメラ部７０と溶融物Ｍの湯面との間の距離を測定してもよい。
図５を参照すると、第１の算出器は、配設高さＨと、配設角度と、画角及び解像度を用いて、カメラ７２の撮影領域のピクセルサイズを算出してもよい。このとき、数式２と数式３が用いられてもよい。一方、上述した配設角度とは、上下方向に対するカメラ７２の中心軸Ｌ２の勾配（傾斜）を意味する。

ここで、第１の算出器が、ピクセルサイズの算出に、配設高さと、配設角度と、画角及び解像度をいずれも用いるので、一台のカメラ７２がカバー部２０の周縁部側に斜めに傾くように配設された構造を反映してカメラ７２の撮影領域のピクセルサイズを正確に算出することができる。いわば、第１の算出器は、カメラ７２の観察範囲と配設情報に基づいて、カメラ７２の配設角度が反映された撮影領域のピクセルサイズを正確に求めることができる。
予め入力された解像度が６４０×４８０ピクセルであり、配設角度θ１が１５°であり、画角θ１が５５°であり、カメラ部７０がカメラ部７０の撮影領域の横辺と縦辺のうち横辺に対して斜めに傾くように配設されることを基準として、第１の算出器において撮影領域のピクセルサイズを算出する方式について具体的に説明する。以下において、説明のしやすさのために、カメラ部７０の撮影領域を、簡単に撮影領域と称する。このとき、撮影領域の横辺は、ｘ軸方向に延びた辺であってもよく、撮影領域の縦辺は、Ｙ軸方向に延びた辺であってもよい。

［数２］
［数２－１］
Ｘ１＝ｔａｎ（（０．５×θ２）－θ１）×Ｈ
［数２－２］
Ｘ２＝ｔａｎ（（０．５×θ２）＋θ１）×Ｈ
［数２－３］
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２
［数２－４］
Ｙ＝２×ｔａｎ（０．５×θ２）×Ｈ

ここで、θ１は、配設角度であり、θ２は、画角である。Ｈは、湯面への配設高さである。まず、撮影領域の横辺Ｘの長さを求める。撮影領域の横辺Ｘは、カメラ部７０が斜めに傾いた方向の辺である。計算し易いように、撮影領域の横辺Ｘを第１の線分Ｘ１及び第２の線分Ｘ２で分ける。第１の線分Ｘ１は、カメラ部７０が配設された個所Ｐ１から撮影領域の横辺Ｘに下ろした第１の垂線Ｌ１Ｘの足を撮影領域の横辺Ｘの一方の終端につないだ線分である。また、第２の線分は、第１の垂線Ｌ１Ｘの足を撮影領域の横辺Ｘの他方の終端につないだ線分である。一方、Ｌ２は、カメラ部７０の中心軸を示す。Ｐ２は、撮影領域が位置する個所、すなわち、湯面のレベルを示す。
第１の線分Ｘ１の長さは、数式２－１を用いて求めてもよい。第１の斜辺Ｌ３と第１の垂線Ｌ１Ｘとの夾角を求め、タンジェントの定義を用いて、数式２－１のように第１の線分Ｘ１の長さを計算してもよい。このとき、第１の斜辺Ｌ３は、カメラ部７０が配設された個所Ｐ１と撮影領域の横辺Ｘの一方の終端とをつないだ線分である。

第２の線分Ｘ２の長さは、数式２－２を用いて求めてもよい。第２の斜辺Ｌ４と第１の垂線Ｌ１Ｘとの夾角を求め、タンジェントの定義を用いて、数式２－２のように第２の線分Ｘ２の長さを計算してもよい。このとき、第２の斜辺Ｌ４は、カメラ部７０が配設された個所Ｐ１と撮影領域の横辺Ｘの他方の終端とをつないだ線分である。
数式２－３を用いて、第１の線分Ｘ１と第２の線分Ｘ２を合算して撮影領域の横辺Ｘの長さを計算する。溶融物Ｍの重量が３２０トンであり、配設高さＨが１，９９２ｍｍであり、解像度が６４０×４８０ピクセルであり、配設角度θ１が１５°であり、画角θ１が５５°であるとき、撮影領域の横辺Ｘの長さを計算して、２，２６７ｍｍの値を得た。このとき、計算の際に小数点以下を四捨五入した。

撮影領域の縦辺Ｙの長さを求める。数式２－４を用いて、撮影領域の縦辺Ｙの長さを求めてもよい。撮影領域の縦辺Ｙは、カメラ部７０が斜めに傾いていない方向の辺であるため、カメラ部７０が配設された個所Ｐ１から撮影領域の縦辺Ｙに下ろした第２の垂線Ｌ１Ｙが撮影領域の縦辺Ｙと直角をなす。したがって、第３の斜辺Ｌ５と第２の垂線Ｌ１Ｙとの夾角を求めるか、あるいは、第４の斜辺Ｌ６と第２の垂線Ｌ１Ｙとの夾角を求め、タンジェントの定義を用いて、数式２－４のように撮影領域の縦辺Ｙの大きさを計算してもよい。
第３の斜辺Ｌ５は、撮影領域の縦辺Ｙの一方の終端とカメラ部７０が配設された個所Ｐ１とをつないだ線分であり、第４の斜辺Ｌ６は、撮影領域の縦辺Ｙの他方の終端とカメラ部７０が配設された個所Ｐ１とをつないだ線分である。一方、第３の斜辺Ｌ５と第４の斜辺Ｌ６は、第２の垂線Ｌ１Ｙに対して対称をなしてもよい。

溶融物Ｍの重量が３２０トンであり、配設高さＨが１，９９２ｍｍであり、解像度が６４０×４８０ピクセルであり、配設角度θ１が１５°であり、画角θ１が５５°であるとき、撮影領域の縦辺Ｙの長さを計算して、２，０７４ｍｍの値を得た。このとき、計算の際に小数点以下を四捨五入した。
すなわち、カメラ部７０は、溶融物Ｍの湯面と同じ高さの所定の平面上において斜めに傾いた方向、例えば、ｘ軸方向に２，２６７ｍｍの大きさ、斜めに傾いていない方向、例えば、ｙ軸方向に２，０７４ｍｍの大きさに相当する撮影領域を撮影して湯面画像を生成してもよい。

［数３］
［数３－１］
ｄＸ＝Ｘ÷横解像度
［数３－２］
ｄＹ＝Ｙ÷縦解像度
［数３－３］
ｄＡ＝ｄＸ×ｄＹ
ここで、横解像度は６４０ピクセルであり、縦解像度は４８０ピクセルである。Ｘは撮影領域の横辺の長さであって、その値は２，２６７ｍｍである。また、Ｙは撮影領域の縦辺の長さであって、その値は２，０７４ｍｍである。いうまでもなく、このような数値は、第１の算出器において撮影領域のピクセルサイズを算出する方式について具体的に説明するための一つの例示である。ここで、ピクセルサイズは、１ピクセルサイズである。

次いで、撮影領域の横辺ピクセルの長さ（ｄＸ）を求める。数式３－１を用いると、撮影領域の横辺ピクセルの長さ（ｄＸ）は、３．５４ｍｍとして計算されることができる。撮影領域の縦辺ピクセルの長さ（ｄＹ）を求める。数式３－２を用いると、撮影領域の縦辺ピクセルの長さ（ｄＹ）は、４．３２ｍｍとして計算されることができる。計算の際に小数点以下の３桁目を四捨五入した。

次いで、撮影領域の横辺ピクセルの長さ（ｄＸ）と撮影領域の縦辺ピクセルの長さ（ｄＹ）を用いて、撮影領域のピクセルサイズ（ｄＡ）を計算する。このとき、数式３－３を用いて、撮影領域の横辺ピクセルの長さ（ｄＸ）と撮影領域の縦辺ピクセルの長さ（ｄＹ）を乗算して、撮影領域のピクセルサイズ（ｄＡ）を１５．２９２８ｍｍ^２として計算してもよい。
このように、第１の算出器は、配設角度、画角及び配設高さが既知であれば、撮影領域の横辺の長さと縦辺の長さを求めることができ、撮影領域の横辺の長さと縦辺の長さを求めた後、解像度を用いて撮影領域のピクセルサイズを求めることができる。

一方、カメラ７２は、横解像度と縦解像度がいつでも互いに変わることがある。例えば、カメラ７２がハウジング７１内に配設されるとき、カメラ７２の中心軸に対して常に同じ角度にて固定されるわけではないため、カメラ７２の横解像度と縦解像度が互いに変わることがある。このように、たとえカメラ７２の横解像度の値と縦解像度の値が互いに変わるとしても、撮影領域のピクセルサイズ（ｄＡ）を同様に求めることができる。
例えば、横解像度を４８０ピクセルとし、縦解像度を６４０ピクセルとして、撮影領域の横辺のピクセルの長さを求め、撮影領域の縦辺のピクセルの長さを求め、撮影領域のピクセルサイズ（ｄＡ）を計算すれば、その結果が１５．２９２８ｍｍ^２と同様に計算されることができる。すなわち、上述した一連の計算を介して撮影領域のピクセルサイズ（ｄＡ）を同様に求めることができる。

図６は、本発明の実施形態に係る湯面画像から裸湯領域のピクセル数を分析する過程を説明するための図である。図６の（ａ）は、撮影された湯面画像を示す写真であり、図６の（ｂ）は、裸湯領域を表示した湯面画像を示す写真であり、図６の（ｃ）は、二進化処理を施した湯面画像を示す写真である。
図６を参照すると、分析器は、湯面画像に含まれている裸湯領域のピクセル数を分析してもよい。具体的に、分析器は、湯面画像の解像度に応じた明るさを用いて、裸湯領域のピクセル数を分析する。分析器は、撮影された湯面画像を入力される。このとき、湯面画像には、裸湯ＮとスラグＳがそれぞれ所定の領域をなしている。分析器は、予め入力された基準明るさを用いて裸湯領域とスラグ領域を仕分けする。分析器は、湯面画像を二進化処理し、二進化処理された湯面画像のピクセルのうち、基準明るさよりも明るいピクセルを裸湯領域のピクセルとして仕分けし、基準明るさよりも暗いピクセルをスラグ領域のピクセルとして仕分けする。分析器は、裸湯領域のピクセルとスラグ領域のピクセルとの間の境界に閉曲線を描いた後、閉曲線内のピクセル数を数えて数えられたピクセル数を裸湯領域のピクセル数として導出してもよい。ここで、閉曲線が複数本であれば、それぞれの閉曲線別にピクセル数を導出した後、最も大きな値を裸湯領域のピクセル数として選択してもよい。

基準明るさは、湯面画像において裸湯とスラグを仕分けできる程度の明るさであれば、いかなる明るさを基準明るさとしても構わない。
第２の算出器は、裸湯領域のピクセル数と算出された撮影領域のピクセルサイズを用いて、裸湯の大きさを計算してもよい。例えば、第２の算出器は、分析器において導出したピクセル数を第２の算出器において算出したピクセルサイズに乗算して裸湯の大きさを計算してもよい。

流量制御器は、第２の算出器において計算された裸湯の大きさに応じて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節することがよい。すなわち、流量制御器は、裸湯の大きさを予め入力された基準の大きさと対比し、対比結果に基づいて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節する。流量制御器は、計算された裸湯の大きさが基準の大きさよりも小さければ、ガスｇの流量を増加させ、基準の大きさよりも大きければ、ガスｇの流量を減少させる。このような制御により、裸湯の大きさが基準の大きさに追従することができる。流量制御器のこのような制御を、例えば、裸湯Ｎの面積を用いた制御とも称してもよい。
これに対し、流量制御器は、裸湯の大きさを変換して変換大きさを求め、変換大きさを予め入力された基準変換大きさと対比して、対比結果に基づいて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節してもよい。

［数４］
Ｄｅｑ＝ｓｑｒｔ（裸湯の大きさ×４／π）
ここで、ｓｑｒｔとは、ルート、Ｄｅｑは変換大きさを意味する。変換大きさ（Ｄｅｑ）は、長さの次元を有する値であってもよい。これに対し、裸湯の大きさは、広さの次元を有する値であってもよい。
変換大きさ（Ｄｅｑ）は、裸湯の大きさ（面積）と同じ大きさ（面積）の円を想定し、当該円の直径を求めて、求めた直径を変換大きさ（Ｄｅｑ）と定めたものである。流量制御器は、数式４を用いて、変換大きさ（Ｄｅｑ）を求めてもよい。すなわち、２次元値を有する裸湯の大きさを１次元値を有する変換大きさに変換して次元を低めてもよい。

そして、流量制御器は、変換大きさ（Ｄｅｑ）に応じて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節してもよい。すなわち、流量制御器は、変換大きさ（Ｄｅｑ）を予め入力された基準変換大きさと対比し、対比結果に基づいて、ノズル部１１に供給されるガスｇの流量を調節してもよい。流量制御器は、変換大きさ（Ｄｅｑ）が基準変換大きさよりも小さければ、ガスｇの流量を増加させ、基準変換大きさよりも大きければ、ガスｇの流量を減少させる。これにより、裸湯の変換大きさ（Ｄｅｑ）が基準変換大きさに追従することができる。流量制御器のこのような制御を変換大きさ（Ｄｅｑ）を用いた制御と称してもよい。
湯面に形成される裸湯の形状は、例えば、直方形や円形といったような一定した形状ではなく、図６に示すように、不規則的な形状を有する。基準の大きさが湯面の実際の形状を反映し難いため、基準の大きさを定めるとき、湯面形状を円形と仮定すれば、基準の大きさを容易に定めることができる。ここで、基準の大きさと同じ面積を有する円形と仮定した湯面形状の直径を基準変換大きさとする。したがって、流量制御器は、変換大きさを用いてより手軽に制御可能である。

以下、本発明の実施形態に係る精錬方法について詳しく説明する。本発明の実施形態に係る精錬方法は、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程に適用されてもよい。すなわち、精錬方法は、とりべ炉（ＬＦ）精錬方法であってもよい。
本発明の実施形態に係る精錬方法は、溶融物Ｍが入れられた容器部１０を設ける過程と、溶融物Ｍにガスｇを吹き込みながらバブリングする過程と、カメラ７２で溶融物Ｍの湯面を撮影して湯面画像を生成する過程と、湯面画像と、カメラ７２の配設情報及びカメラ７２の性能情報を用いて湯面中の裸湯の大きさを算出する過程と、を含む。

また、本発明の実施形態に係る精錬方法は、容器部１０を設ける過程とバブリングする過程との間に、電極棒３０を用いて溶融物Ｍの上部にアークを生成する過程をさらに含むことがよい。また、アークを生成する過程とバブリングする過程との間に、溶融物Ｍに投入物を投入して溶融物Ｍの成分を調整する過程をさらに含んでもよい。成分を調整する過程と、アークを生成する過程及びバブリングする過程をまとめてとりべ炉（ＬＦ）精錬過程と称する。
さらに、本発明の実施形態に係る精錬方法は、裸湯の大きさを算出する過程の後に、裸湯の大きさを用いてガスの流量を調節する過程をさらに含むことができる。

一方、配設情報は、前記カメラの配設高さ及び配設角度を含み、性能情報は、カメラの画角及び解像度を含んでもよい。湯面画像を生成する過程は、一台のカメラ７２で湯面を撮影して湯面の単視点の湯面画像を生成する過程であることができる。
まず、溶融物Ｍが入れられた容器部１０を設ける。例えば、溶融物Ｍは、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程を行うために用意された溶鋼である。すなわち、転炉精錬工程において生産された溶鋼を容器部１０に出鋼する。次いで、容器部１０を搬送して、カバー部２０の下に位置させる。そして、カバー部２０を下降させて容器部１０の開かれた上部にカバー部２０を取り付ける。

次いで、投入部４０を下降させ、投入口２１を開き、投入口２１を介して投入部４０に収められた投入物を溶融物Ｍに投入する。このため、溶融物Ｍの成分組成を調整することができる。このとき、ノズル部１１を用いて溶融物Ｍにガスｇの強いバブリングを行う（図１参照）。このとき、上ゲート部６３と下ゲート部６２により貫通孔２２は閉じられた状態である。溶融物Ｍの成分の調整が終わると、ガスｇの強いバブリングを終了し、投入口２１を閉じる。
次いで、電極棒３０を下降させてスラグＳに浸漬し、電極棒３０を用いて溶融物Ｍの上部にアークを生じさせる。この過程を介して溶融物Ｍの温度を昇温させる（図２参照）。溶融物Ｍの昇温が終わると、電極棒３０を上昇させる。

次いで、下ゲート部６２を水平移動させて貫通孔２２の外側に移動させ、上ゲート部６３に形成された開口６４を介してカメラ７２に湯面を露出させる。次いで、ノズル部１１を用いて溶融物Ｍのガスｇを吹き込みながら、弱いバブリングを行う（図３参照）。これとともに、カメラ７２で溶融物の湯面を撮影して湯面画像を生成する。より具体的に、カメラ７２が上下方向に所定の角度にて斜めに傾くようにして、カメラ７２が斜めに傾いた状態で湯面を撮影して湯面画像を生成してもよい。すなわち、湯面に対して斜めに配設されたカメラ７２で湯面を撮影して湯面画像を生成する。
一方、カメラ７２で湯面を撮影して湯面画像を生成する過程の最中に、カメラが収められたハウジング７１の内部に冷媒を循環させ、ハウジング７１とカメラ７２との間にパージガスを注入する。このため、カメラ７２が湯面を撮影する間にカメラ７２が高温の熱気と飛散物から保護されることが可能になる。

次いで、弱いバブリング過程を行い続けながら、湯面画像と、カメラの配設情報及びカメラの性能情報を用いて湯面中の裸湯の大きさを算出する。
すなわち、制御部の導出器を用いて湯面への配設高さを導出し、制御部の第１の算出器を用いて、かつ、配設高さと、配設角度と、画角及び解像度を用いて、撮影領域のピクセルサイズを算出する。次いで、制御部の分析器を用いて、湯面画像に含まれている裸湯領域のピクセル数を分析する。次いで、制御部の第２の算出器を用いて、かつ、ピクセル数及びピクセルサイズを用いて裸湯の大きさを計算する。湯面への配設高さを導出する過程と、ピクセルサイズを算出する過程と、ピクセル数を分析する過程及び裸湯の大きさを計算する過程の詳細については、上述した精錬装置の制御部について説明しながら詳しく説明したため、以下では簡略に説明する。

まず、配設高さを導出する過程は、次の通りである。カメラ７２の配設位置を用いて、カメラ７２から容器部１０の上端部までの第１の高さＨａを求める。そして、容器部１０内の溶融物の量を用いて、容器部１０の上端部から湯面までの第２の高さＨｂを求める。次いで、第１の高さ及び第２の高さを合算して配設高さＨを算出してもよい。
ここで、第２の高さＨｂを求める過程は、次の通りである。既知の溶融物の量と湯面の高さ情報を用いて、溶融物の量と湯面の高さとの間の比例関係を上述した数式１のように確立し、数式１を用いて、容器部内の溶融物の量に対する湯面の高さを推定して推定された高さを第２の高さとして求めてもよい。

ピクセルサイズを算出する過程は、次の通りである。配設高さＨと、配設角度θ１及び画角θ２を用いて、撮影領域の傾いた方向の第１の長さ、例えば、撮影領域の横辺Ｘの長さを求め、配設高さ及び画角を用いて、撮影領域の斜めに傾いていない方向の第２の長さ、例えば、撮影領域の縦辺Ｙの長さを求めた後、第１の長さと第２の長さを用いて、撮影領域の大きさ（Ａ）を求める。次いで、撮影領域の大きさと解像度を用いて、ピクセルサイズ（ｄＡ）を求める。この過程において、上述した数式２と数式３が用いられる。
ピクセル数を分析する過程は、次の通りである。湯面画像を明るい部分と暗い部分とに二進化処理して、明るい部分と暗い部分との間の境界に閉曲線を描く。次いで、閉曲線内のピクセル数を数えてピクセル数として導出してもよい。このとき、閉曲線が複数本であれば、各閉曲線別にピクセル数を数えて最も大きな値を選択してピクセル数として導出してもよい。

裸湯の大きさを計算する過程は、次の通りである。ピクセル数とピクセルサイズを乗算して裸湯の大きさを算出する。次いで、上述した数式４を用いて、裸湯面積と同じ面積を有する円形状に裸湯の形状を切り換え、円形状に切り換えられた裸湯の形状の直径を求めて裸湯の変換大きさを求めてもよい。
次いで、制御部の流量制御器を用いて、裸湯の大きさに応じてガスの流量を調節する。すなわち、流量制御器は、裸湯の大きさを予め入力された基準の大きさと対比し、裸湯の大きさが基準の大きさに含まれれば、ガスの流量を保つ。あるいは、流量制御器は、裸湯の大きさが基準の大きさよりも小さければ、ノズル部１１に供給されるガスの流量を増加させる。あるいは、流量制御器は、裸湯の大きさが基準の大きさよりも大きければ、ノズル部１１に供給されるガスの流量を減少させる。

あるいは、流量制御器は、裸湯の変換大きさを用いて、ガスの流量を調節してもよい。このとき、上述した裸湯の変換大きさは、直径、すなわち、長さ次元（１次元）の値を有する。これに対し、裸湯の大きさは、面積、すなわち、広さ次元（２次元）の値を有する。裸湯の変換大きさを用いた制御は、直観的なモニターリングが可能であるため工程を容易に行うことができる。
流量制御器が変換大きさを用いて、ガスの流量を制御する過程の詳細については、上述した精錬装置の制御部について説明しながら詳しく説明したため、ここでは説明を省略する。

ガスｇを溶融物Ｍに弱く吹き込みながら弱いバブリングを行う過程において介在物が溶融物Ｍの湯面から浮上して分離されてスラグＳに捕集されるが、裸湯が不可避的に生じる。このとき、流量制御器が第２の算出器において算出された裸湯の大きさを流量制御器に予め入力された基準の大きさと対比して、その結果に基づいて、ノズル部１１へのガスの供給量を上述したように調節することにより、弱いバブリングの最中に裸湯Ｎの大きさが基準の大きさに保つことが可能である。したがって、溶融物Ｍの攪拌が最大化され、かつ、外来性介在物の生成が最小化されるか、もしくは抑えられる。
ガスｇの弱いバブリングが終わると、ノズル部１１へのガスｇの供給を中断し、カバー部２０を上昇させた後、後続工程に容器部１０を搬送する。後続工程は、例えば、真空脱ガス工程もしくは連続鋳造工程であってもよい。

本発明の実施形態によれば、制御部が裸湯の大きさを定量化することができ、このようにして定量化された裸湯の大きさを用いて、裸湯の大きさが基準の大きさに追従するようにガスの供給を制御することができる。このため、ダイナミックなガスの流量の制御が可能であり、精錬工程、例えば、とりべ炉（ＬＦ）精錬工程の品質を最適な品質まで向上させることができる。

本発明の前記実施形態は、本発明の説明のためのものであり、本発明の制限のためのものではない。本発明の前記実施形態に開示されている構成と方式は、互いに結合したり交差したりして種々の形態に変形される筈であり、これらの変形例もまた、本発明の範囲に収まるものとみなせるということに留意すべきである。すなわち、本発明は、特許請求の範囲及びこれと均等な技術的思想の範囲内において互いに異なる種々の形態に具体化される筈であり、本発明が該当する技術分野における業者は、本発明の技術的思想の範囲内において種々の実施例が可能であるということが理解できる筈である。

１ 第１の方向
２ 第２の方向
３ 第３の方向
１０ 容器部
１１ ノズル部
２０ カバー部
２１ 投入口
２２ 貫通孔
３０ 電極棒
４０ 投入部
４１ ホッパー
４２ 投入管
５０ サンプリング部
６１ 開閉部
６２ 下ゲート部
６３ 上ゲート部
６４ 開口
７０ カメラ部
７１ ハウジング
７２ （湯面画像を生成する）カメラ
７３ 冷却流路
７４ パージ流路
Ｃ 投入物
ｇ ガス
Ｈ 湯面への配設高さ
Ｈａ 第１の高さ（容器部の上端部からカメラまでの高さ）
Ｈｂ 第２の高さ（容器部の上端部から湯面までの高さ）
Ｌ１ 上下方向の軸
Ｌ２ 中心軸
ＬＦ とりべ炉
Ｍ 溶融物
Ｎ 裸湯
Ｓ スラグ
ｓ’ スプラッシュ（ｓｐｌａｓｈ）
θ Ｌ１からの角度

Claims (18)

1. 上部が開かれ、内部に溶融物を精錬可能な空間が形成される容器部と、
   ガスを吹き込めるように形成され、前記容器部に配設されるノズル部と、
   前記容器部の上側に配設され、前記溶融物の湯面を撮影するカメラ部と、
   前記カメラ部から取得した湯面画像と、前記カメラ部の配設情報及び前記カメラ部の性能情報を用いて、前記湯面中の裸湯の大きさを算出する制御部と、
   を備え、
   前記配設情報は、前記カメラ部のカメラの配設高さ及び配設角度であり、
   前記性能情報は、前記カメラ部のカメラの画角及び解像度であり、
   前記制御部は、
   前記配設高さ、配設角度、画角及び解像度を用いて、前記カメラ部の撮影領域のピクセルサイズを算出する第１の算出器と、
   前記湯面画像に含まれている裸湯領域のピクセル数を分析する分析器と、
   前記ピクセル数及びピクセルサイズを用いて、２次元値の裸湯の大きさを計算する第２の算出器と、
   前記２次元値の裸湯の大きさを１次元値の変換大きさに変換し、前記変換大きさに応じて、前記ノズル部に供給されるガスの流量を調節する流量制御器と、
   を備えることを特徴とする精錬装置。
2. 前記容器部の開かれた上部を覆うように取り付けられるカバー部をさらに備え、
   前記カバー部は、一方の側に貫通孔が形成され、
   一台の前記カメラ部が前記貫通孔の上側に位置することを特徴とする請求項１に記載の精錬装置。
3. 前記カバー部を貫通するように取り付けられる電極棒をさらに備え、
   前記カバー部は、中心部に前記電極棒が位置し、周縁部に前記貫通孔が位置し、
   前記カメラ部は、斜めに傾くように配設されることを特徴とする請求項２に記載の精錬装置。
4. 前記貫通孔と前記カメラ部との間に配置され、互いに積層され、それぞれ水平に移動可能なゲート部をさらに備え、
   前記ゲート部のうちのいずれか一つは、前記貫通孔よりも小さな開口が形成され、
   前記カメラ部は、前記開口の上側に位置し、前記開口が形成されたゲート部の上部に固定されることを特徴とする請求項３に記載の精錬装置。
5. 前記カメラ部は、
   前記湯面を撮影して湯面画像を生成するカメラと、
   前記カメラが収められるハウジングと、
   前記ハウジングと前記カメラとの間にパージガスを注入するパージ流路と、
   前記ハウジングの内部に冷媒を循環させる冷却流路と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の精錬装置。
6. 前記湯面画像は、単視点の湯面画像であることを特徴とする請求項１に記載の精錬装置。
7. 前記制御部は、
   前記湯面への前記配設高さを導出する導出器を備えることを特徴とする請求項６に記載の精錬装置。
8. 溶融物が入れられた容器部を設ける過程と、
   前記溶融物にガスを吹き込みながらバブリングする過程と、
   カメラで前記溶融物の湯面を撮影して湯面画像を生成する過程と、
   前記湯面画像と、前記カメラの配設情報及び前記カメラの性能情報を用いて、前記湯面中の裸湯の大きさを算出する過程と、
   を含み、
   前記配設情報は、前記カメラの配設高さ及び配設角度であり、
   前記性能情報は、前記カメラの画角及び解像度であり、
   前記裸湯の大きさを算出する過程は、
   前記カメラの配設高さ、配設角度、画角及び解像度を用いて、前記カメラの撮影領域のピクセルサイズを算出する過程と、
   前記湯面画像に含まれている裸湯領域のピクセル数を分析する過程と、
   前記ピクセル数及び前記ピクセルサイズを用いて、２次元値の裸湯の大きさを計算し、前記２次元値の裸湯の大きさを１次元値の変換大きさに変換する過程と、
   を含み、
   前記２次元値の裸湯の大きさを１次元値の変換大きさに変換する過程後に、
   前記変換大きさに応じて、前記容器部に配設されるノズル部に供給されるガスの流量を調節する過程を含むことを特徴とする精錬方法。
9. 前記湯面画像を生成する過程は、
   一台の前記カメラで前記湯面を撮影して、前記湯面の単視点の湯面画像を生成する過程であることを特徴とする請求項８に記載の精錬方法。
10. 前記湯面画像を生成する過程は、
    前記カメラが上下方向に対して斜めに傾くようにして、前記カメラが斜めに傾いた状態で前記湯面を撮影して湯面画像を生成する過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の精錬方法。
11. 前記湯面画像を生成する過程の最中に、
    前記カメラが収められたハウジングの内部に冷媒を循環させる過程と、
    前記ハウジングと前記カメラとの間にパージガスを注入する過程と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の精錬方法。
12. 前記裸湯の大きさを算出する過程は、
    前記湯面への前記配設高さを導出する過程と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の精錬方法。
13. 前記配設高さを導出する過程は、
    前記カメラの配設位置を用いて、前記カメラから前記容器部の上端部までの第１の高さを求める過程と、
    前記容器部内の溶融物の量を用いて、前記容器部の上端部から前記湯面までの第２の高さを求める過程と、
    前記第１の高さ及び前記第２の高さを合算して、前記配設高さを算出する過程と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の精錬方法。
14. 前記第２の高さを求める過程は、
    既知の溶融物の量と湯面の高さ情報を用いて、溶融物の量と湯面の高さとの間の比例関係を確立し、前記比例関係を用いて、前記容器部内の溶融物の量に対する湯面の高さを推定して第２の高さを求める過程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の精錬方法。
15. 前記ピクセルサイズを算出する過程は、
    前記配設高さ、前記配設角度及び前記画角を用いて、前記撮影領域の斜めに傾いた方向の第１の長さを求める過程と、
    前記配設高さ及び前記画角を用いて、前記撮影領域の斜めに傾いていない方向の第２の長さを求める過程と、
    前記第１の長さと前記第２の長さを用いて、前記撮影領域の大きさを求める過程と、
    前記撮影領域の大きさと前記解像度を用いて、前記ピクセルサイズを求める過程と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の精錬方法。
16. 前記ピクセル数を分析する過程は、
    前記湯面画像を明るい部分と暗い部分とに２値化処理して、明るい部分と暗い部分との間の境界に閉曲線を描く過程と、
    前記閉曲線内のピクセル数を数える過程と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の精錬方法。
17. 前記閉曲線が複数本であれば、各閉曲線別にピクセル数を数えて最も大きな値を選択することを特徴とする請求項１６に記載の精錬方法。
18. 前記裸湯の大きさを計算する過程は、
    前記２次元値の裸湯の大きさを計算し、前記２次元値の裸湯の大きさを１次元値の変換大きさに変換する過程と、
    前記ピクセル数と前記ピクセルサイズとを乗算して裸湯の大きさを算出する過程と、
    前記裸湯の大きさと同じ大きさを有する円形状に前記裸湯の形状を切り換える過程と、
    前記円形状に切り換えられた裸湯の形状の直径を求めて裸湯の前記変換大きさを求める過程と、
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載の精錬方法。

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