JP7347889B1 - 電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置及び電気抵抗式溶融炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗式溶融炉において、金属製のガイドパイプが溶け落ちても溶融液面を検出し、炭素電極の電極長をより正確に測定する。【解決手段】複数の金属製のガイドパイプ片を繋いで構成され、炭素電極の下端に達するように挿通されるガイドパイプと、ガイドパイプの上端に装着され、マイクロ波又はミリ波の送受信手段と、導波管とを備える距離計と、を備えるとともに、ガイドパイプの内径は、距離計の導波管の内径よりも大径であり、かつ、ガイドパイプと距離計とが導波管からガイドパイプに向かってテーパー状に広がる空洞を有するテーパー構造体を介して連結されており、ガイドパイプの下端から被溶融物の溶融液面に向けてマイクロ波又はミリ波を送信し、溶融液面で反射されたマイクロ波又はミリ波を受信して距離計と溶融液面との距離を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鉱石等の被溶融物を炉内に投入して溶融処理するために使用される電気抵抗式溶融炉における、炭素電極の電極長を測定するための装置に関する。また、本発明は、電気抵抗式溶融炉の操業方法に関する。

鉄鉱石等の被溶融物を炉内に投入し、堆積した被溶融物に炭素電極を差し入れて通電して、被溶融物を溶融し、溶融物を回収する電気抵抗式溶融炉が使用されている。図１２は、電気抵抗式溶融炉の一例を示す模式図であり、鉄鉱石を溶融する場合を示している。図示されるように、電気抵抗式溶融炉１００では、炉内に堆積している鉄鉱石１０２に炭素電極１０１を差し入れ、炭素電極１０１に電流を流して、電極間に存在する鉄鉱石１０２を抵抗として、ジュール熱により鉄鉱石１０２を溶融する。炭素電極１０１への給電は、電源１１０から炭素電極１０１に装着した電極ホルダー１８０を介して行う。そして、溶融が進むと、炉底には、上から順に未溶融の鉄鉱石１０２、溶融スラグ層１０３、溶融鉄層１０４の３層が形成され、スラグ排出口１０５から溶融スラグを回収し、出鋼口１０６から溶融鉄を回収する。

その際、電極昇降装置１２０を用いて、炭素電極１０１を図中上下方向に昇降させながら炭素電極１０１への通電を行うため、溶融鉄層１０４の溶融液面を検出して炭素電極１０１の電極長を求め、炭素電極１０１の昇降位置を制御する必要がある。

そこで本出願人は、特許文献１において、少なくとも１本の炭素電極の内部に、炭素電極の下端に達する金属製のガイドパイプを挿通し、ガイドパイプの上端にマイクロ波やミリ波の送受信器を装着するとともに、送受信器からのマイクロ波やミリ波をガイドパイプの内部を伝搬させ、ガイドパイプの下端で反射されたマイクロ波やミリ波を受信して溶融鉄層の溶融液面を検出し、送受信器から溶融液面までの距離から炭素電極の電極長を求めている。

特許第５６７１７４４号公報

しかしながら、ガイドパイプは金属製のため、被溶融物が鉄鉱石などの融点が高い金属である場合、その溶融液面からの高熱を受けて下端が溶け落ちていく。そして、ガイドパイプが溶け落ちた部分では炭素電極の内壁が露出し、この露出した炭素によりマイクロ波やミリ波が吸収されて送信電力及び受信電力が大きく減衰する。そのため、溶融液面が正確に検出されておらず、炭素電極の電極長が正確に測定されないことが懸念される。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、電気抵抗式溶融炉において、金属製のガイドパイプが溶け落ちても溶融液面をより正確に検出し、炭素電極の電極長をより正確に測定することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記（１）～（１１）の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置を提供する。

（１） 炉内に堆積した被溶融物に、前記炉内に垂下する炭素電極を差し入れ、前記炭素電極に通電して前記被溶融物を溶融する電気抵抗式溶融炉における、前記炭素電極の電極長の測定装置であって、
複数の金属製のガイドパイプ片を繋いで構成され、前記炭素電極の下端に達するように挿通されるガイドパイプと、
前記ガイドパイプの上端に装着され、マイクロ波又はミリ波の送受信手段と、導波管とを備える距離計と、
を備えるとともに、
前記ガイドパイプの内径は、前記距離計の前記導波管の内径よりも大径であり、かつ、
前記ガイドパイプと前記距離計とが、前記導波管から前記ガイドパイプに向かってテーパー状に広がる空洞を有するテーパー構造体を介して連結されており、
前記ガイドパイプの下端から前記被溶融物の溶融液面に向けて前記マイクロ波又は前記ミリ波を送信し、前記溶融液面で反射された前記マイクロ波又は前記ミリ波を受信して前記距離計と前記溶融液面との距離を測定する、電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（２） 前記ガイドパイプ片同士を、ネジ付きソケットで接続する、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（３） 前記ガイドパイプ片同士を、最大径である中央部分から両端に連続して延びる２つのテーパー面が形成されている外形形状のテーパーユニオンで接続する、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（４） 前記テーパー構造体と前記ガイドパイプとの連結部を、前記マイクロ波又は前記ミリ波が透過する材料からなる部材で閉鎖する、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（５） 前記ガイドパイプに不活性ガスを供給して内圧を高めるとともに、内圧が急上昇した時に前記ガイドパイプが閉塞した状態であると判断し、前記不活性ガスの供給量を増やして閉塞部を除去する、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（６） 前記ガイドパイプへの不活性ガスの供給口に、マイクロ波又はミリ波が侵入しない開口径の孔が形成された金属板、又はマイクロ波又はミリ波が侵入しない目開きの金網が装着されている、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（７） 前記マイクロ波又は前記ミリ波を円偏波にして前記溶融液面に向けて送信する、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（８） 前記炭素電極の電極長を複数回測定し、その平均値を求める測定モードを備える、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（９） 前記炭素電極の電極長を複数回測定し、得られた受信ビート波形と前記受信ビート波形をＦＦＴ処理することにより得られる距離スペクトル波形のいずれか一方又は両方を加算平均する測定モードを備える、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（１０） 前記ガイドパイプがＳＵＳ製である、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
（１１） 前記ガイドパイプの等距離毎に現れる反射信号を観察する、（１）に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。

また、上記課題を解決するために本発明は、下記（１２）の操業方法を提供する。

（１２） 炉内に堆積した被溶融物に、前記炉内に垂下する炭素電極を差し入れ、前記炭素電極に通電して前記被溶融物を溶融する電気抵抗式溶融炉の操業方法であって、
（１）～（１１）のいずれか１つに記載の炭素電極の電極長の測定装置により、前記距離計から前記溶融液面までの距離（Ｌ１）を求めるとともに、
前記距離計の上方に第２の距離計を配置し、前記距離計と前記第２の距離計との離間距離（Ｌ２）を計測し、前記離間距離（Ｌ２）と、求めた前記距離（Ｌ１）とを合算して前記第２の距離計から前記溶融液面までの距離（Ｌ３）を求め、
距離（Ｌ３）に基づき炭素電極の垂下位置を制御することを特徴とする電気抵抗式溶融炉の操業方法。

なお、以降の説明において、「電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置」を、単に「測定装置」ともいう。

本発明の測定装置によれば、金属製のガイドパイプが溶け落ちても、溶融液面を検出し、炭素電極の電極長をより正確に測定することができる。

また、本発明の操業方法によれば、金属製のガイドパイプが溶け落ちても、炭素電極の電極長をより正確に測定できるため、炭素電極の昇降をより正確に制御でき、効率的で安定した操業が可能になる。

図１は、本発明の測定装置に係る実施形態の装置構成を、炭素電極の軸線に沿って模式的に示す断面図である。 図２は、ネジ付きソケットを示す拡大図である。 図３は、テーパー構造体及び詮部材を示す拡大図である。 図４（Ａ）は、図１のＡ部分の部分拡大図、図４（Ｂ）は、図１のＢ部分の部分拡大図、図４（Ｃ）は、図１のＣ部分の部分拡大図である。 図５（Ａ）は、テーパーユニオンを示す断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ－Ａ方向から見た平面図である。 図６（Ａ）は、セットスクリューを示す側面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ－Ｂ方向から見た平面図である。 図７は、円偏波したマイクロ波又はミリ波を用いた場合における、送受信で電界の旋回方向を示す模式図である。 図８は、検証結果１の結果を示すチャートである。 図９は、検証結果２の結果を示すチャートである。 図１０は、検証結果３の結果を示すチャートである。 図１１は、本発明の電気抵抗式溶融炉の操業方法を説明するための図である。 図１２は、電気抵抗式溶融炉の一例を示す模式図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１２に示すように、電気抵抗式溶融炉では、複数本の炭素電極を鉄鉱石等の被溶融物に差し込み、炭素電極に通電して被溶融物を溶融する。本発明では、少なくとも１本の炭素電極を「炭素電極の電極長の測定装置」として機能させる。

［測定装置］
図１は、本発明の測定装置の装置構成を、炭素電極の軸線に沿って模式的に示す断面図である。図示されるように、測定装置１は、通常の炭素電極１０に、炭素電極１０の下端に達する金属製のガイドパイプ２０を挿通し、ガイドパイプ２０の上端に距離計３０を装着している。

炭素電極１０は、金属製の円筒体からなる電極ケース（金属カバー）１５の内部に、電極本体１８を収容したものである。炭素電極１０の電極本体１８は、被溶融物の溶融液面２００に近い側から順に、電極焼成部１８ａ、コールタール溶融部１８ｂ、電極材料部１８ｃと、に区分されており、被溶融物の溶融時に、電極焼成部１８ａの溶融液面２００と接触もしくは対向する側（以下、「下端」という。）が消耗する。この消耗分を補償するために、電極ケース１５の上端の開口から電極材料であるカーボン塊とコールタールピッチとの混合物が投入される。また、電極ケース１５は、複数の電極ケース片（金属カバー片）１６を繋いで１本にしたものあり、溶融時に下端が消耗するため、下方の電極ケース片（金属カバー片）１６ａの上に、新たな別の電極ケース片（金属カバー片）１６ｂを継ぎ足すように構成されている。なお、符号１７は、電極ケース片１６の繋ぎ目である。

ガイドパイプ２０は、複数のガイドパイプ片２１を、継手２２を用いて１本に繋いだものであり、炭素電極１０と同様、溶融時に下端が消耗するため、下方のガイドパイプ片２１ａの上に、新たな別のガイドパイプ片２１ｂを、継手２２を用いて継ぎ足すように構成されている。ガイドパイプ片２１を継ぎ足す際に、後述するテーパー構造体４０とガイドパイプ２０とを分離し、再度連結するために、ガイドパイプクランプ２５が使用される。

継手２２（図１参照）は、図２に示すように、ネジ付きソケット７０が好ましい。ネジ付きソケット７０は、その内周面にネジ溝７１が形成されており、それに伴ってガイドパイプ片２１の両端の外周面には、ネジ付きソケット７０のネジ溝７１と係合するようにネジ溝２３が形成されている。ネジ付きソケット７０を用いることにより、ガイドパイプ片２１を確実に接続するとともに、ガイドパイプ片２１を複数本接続したときに直線性を出すことができる。

なお、炭素電極１０の電極ケース片１６、ガイドパイプ２０のガイドパイプ片２１及び継手２２は、より高融点の金属製であることが好ましい。このような金属としては、安価で、加工性及び耐環境性に優れ、錆が発生しないことなどから、例えばＳＵＳ３０４等を好適に用いることができる。ＳＵＳ３０４は材質の品質劣化による伝搬損失の低下を抑え、安定した計測が可能になる。

なお、後述する導波管３５やテーパー構造体４０も、ＳＵＳ３０４製にすることが好ましい。

距離計３０は、マイクロ波やミリ波の送受信手段（図示せず）を備えており、テーパー構造体４０を介してガイドパイプ２０の上端に接続している。図１及び図３に示すように、ガイドパイプ２０の内径は、距離計３０の導波管３５の内径よりも大きくなっており、テーパー構造体４０は、距離計３０の導波管３５の先端からガイドパイプ２０の上端に向かって広がるテーパー状の空洞４１を有する部材である。また、テーパー構造体４０は、例えばネジ付きソケット７０により、ガイドパイプ２０と接続される。

なお、上記したガイドパイプ２０、導波管３５及びテーパー構造体４０も、断面が円形の他、正方形とすることができる。

マイクロ波やミリ波が、ガイドパイプ２０、更にはガイドパイプ２０が溶け落ちた部分（後述する露出面１２）を良好に伝搬して、炭素電極１０の電極長をより正確に測定することができる。ただし、ガイドパイプ２０の内径は、導波管３５の内径よりも大きいほど好ましいが、ガイドパイプ２０が太くなりすぎてコスト増を招くおそれがある。具体的には、７９ＧＨｚのミリ波を用い、導波管３５の内径がφ２．８ｍｍの場合、ガイドパイプ２０の内径は十数倍のφ３５．０～３８．０ｍｍが好ましい。
なお、自焼式（ｓｅｌｆ－ｂａｋｉｎｇ）でない炭素電極の場合は、炭素電極の下端まで直接あけた円孔状の穴を本ガイドパイプ２０の代替として電極長を測定する。

また、図３に示すように、テーパー構造体４０とガイドパイプ２０との連結部を、検出波を透過する材料、例えばフッ素樹脂からなる詮部材５０で閉鎖することが好ましい。ガイドパイプ２０を通じて溶融液面２００からの高熱を受けたり、炉内の粉塵などが侵入するため、詮部材５０により送受信手段等の距離計３０の内部部材を保護する。

検出波は、マイクロ波やミリ波であるが、周波数が高い方が好ましく、ミリ波がより好適である。

このように構成される測定装置１においては、炭素電極１０の下端が消耗するとともに、ガイドパイプ２０の下端部分では、溶融液面２００からの高熱を受けてガイドパイプ２０の一部並びに継手２２が溶け落ちて、炭素電極１０との境界面が露出する。
例えば、図４（Ａ）に図１のＡ部分の拡大図、図４（Ｂ）に図１のＢ部分の拡大図、図４（Ｃ）に図１のＣ部分の拡大図をそれぞれ示すが、図４（Ａ）は、ガイドパイプ２０が溶け落ち始め、炭素電極１０との境界が現れ始めている部分であり、図４（Ｂ）は、継手２２が溶け落ちた部分であり、図４（Ｃ）は、ガイドパイプ２０が溶け落ちた部分である。

図４（Ａ）に示すように、ガイドパイプ２０の溶け落ち始めの部分では、断面形状が変わるが、ガイドパイプ２０の肉厚よりもガイドパイプ２０の内径が十分に大きいため、計測に影響されることは実質的に無いといえる。
なお、図４（Ａ）において、ガイドパイプ２０が溶け落ちて、断面形状が変わる部分が段状になっているが、内径の全周にわたって段差が同じ水平位置に無くてもよく、図中の上下方向に異なっていてもよい。図示されるように、Ａ部分の下半分よりも溶融液面２００に近い部分では、ガイドパイプ２０及び継手２２が溶け落ちて、符号１２で示すように、炭素電極１０との境界面が露出している。

なお、以降の説明では、ガイドパイプ２０や継手２２が溶け落ちて炭素電極１０が露出している部分を「露出面１２」と呼ぶ。

通常は、マイクロ波やミリ波が炭素の管の中を伝搬すると、壁面の導電率が低いため伝搬損失が大きくなり、送受信信号が吸収されてしまう。露出面１２は炭素であるため、露出面１２を伝搬する間にマイクロ波やミリ波が著しく減衰する。しかし、上述のようにガイドパイプ２０の内径を導波管３５の内径よりも大きくし、かつ、円偏波を構成する円形ＴＥ１１モード以外の不要高次モードの励振を極力抑え、主に円形ＴＥ１１モードの伝搬を保持することにより、伝搬損失や距離の測定精度の劣化を低減する。

したがって、距離計３０の送受信手段からのマイクロ波やミリ波は、図１に符号Ｍで示すように、導波管３５、テーパー構造体４０の空洞４１、ガイドパイプ２０を伝搬し、更に露出面１２も大きく減衰することなく良好に伝搬して、ガイドパイプ２０の下端から溶融液面２００に送信される。そして、溶融液面２００で反射されて、逆の経路を辿って距離計３０の送受信手段で受信され、溶融液面２００が検出される。そして、送受信の時間差から、距離計３０から溶融液面２００までの距離、すなわち炭素電極１０の電極長が求められる。従来は、マイクロ波やミリ波が露出面１２で大きく減衰していたが、本発明の測定装置１では、露出面１２での減衰が抑えられるため、より正確に溶融液面２００を検出し、炭素電極１０の電極長を求めることができる。

上記のように、露出面１２を検出波が低い減衰で、良好に伝搬するが、伝搬をより良好にするために、継手２２として図５に示すテーパーユニオン８０を用いることも好ましい。なお、図５（Ａ）は、テーパーユニオン８０の断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ－Ａ方向から見た平面図である。図５（Ａ）に示すように、テーパーユニオン８０は、中央部分８１が最大外径で、所定の幅にて筒状に形成されているとともに、中央部分８１から両端に連続して延びる２つのテーパー面８２が形成されており、その全体がほぼ樽状の外形形状を呈する。

また、テーパーユニオン８０の長手方向の中心部の内周面には、ガイドパイプ片２１の肉厚と同じ幅の段状のストッパー８３が円環状に突出しており、ガイドパイプ片２１は、その端部がストッパー８３に当接するように挿通される。ここで、ストッパー８３はガイドパイプ片２１の肉厚と同じであるから、マイクロ波やミリ波の伝搬に支障をきたすことがない。

また、テーパーユニオン８０の中央部分８１及びテーパー面８２におけるそれぞれの長手方向の寸法Ｈ１及びＨ２は、それぞれマイクロ波やミリ波の波長以上とすることが好ましい。なお、２つのテーパー面８２の長さＨ２は、同一でも、それぞれ異なっていてもよい。

テーパーユニオン８０の最大外径Ｄは、マイクロ波やミリ波の高次モードを発生させない寸法とすることが好ましい。

さらに、図５（Ｂ）に示すように、テーパーユニオン８０の中央部分８１には、周方向に沿って等間隔で複数個所に、図６に示すセットスクリュー９０を装着するためのネジ孔８５が、内周面まで貫通して形成されている。なお、図６（Ａ）は、セットスクリュー９０を示す側面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ－Ｂ方向から見た平面図である。

セットスクリュー９０は、長手方向の長さＬが、テーパーユニオン８０の中央部分８１の肉厚よりも長く、外周面にテーパーユニオン８０のネジ孔８５のネジ山と係合するネジ９１が形成されている。また、一方の端面には、六角穴９５が形成されている。なお、セットスクリュー９０の材質は、テーパーユニオン８０及びガイドパイプ片２１と同材質である。

このようなテーパーユニオン８０とセットスクリュー９０により、ガイドパイプ片２１を連結するには、ガイドパイプ片２１をテーパーユニオン８０のストッパー８３に当接するまで挿入した後、テーパーユニオン８０のネジ孔８５にセットスクリュー９０を装着し、セットスクリュー９０の端面がガイドパイプ片２１の外周面に達するまでネジ入れて、ガイドパイプ片２１を固定する。その後、セットスクリュー９０のテーパーユニオン８０のネジ孔８５から突出している部分を、サンダー等で切り落とし、テーパーユニオン８０の外周面に凹凸ができないように加工する。

継手２２としてテーパーユニオン８０を用いることにより、図４（Ｂ）に示す露出面１２において段差部分１２ａが無くなり、マイクロ波やミリ波の段差部分１２ａによる反射が無くなる。

測定装置１は上記のように構成されるが、種々の変更が可能であり、例えば、図１に示すように、ガイドパイプ２０のテーパー構造体４０と距離計３０との間に、窒素ガス（Ｎ_２）や不活性ガスを供給してガイドパイプ２０の内圧を高めることが好ましい。ガイドパイプ２０の下端は開口しているため、溶融金属が流入することがあり、ガイドパイプ２０の内圧を高めることにより、溶融金属の流入を防止する。また、ガイドパイプ２０の下端が溶けてガイドパイプ２０を閉塞し、ガイドパイプ２０の内圧が急上昇することがある。内圧が急上昇したことを検出した際に、窒素ガスや不活性ガスの供給量を増して、ガイドパイプ２０に詰まった物（閉塞物）を除去することもできる。なお、内圧の調整は圧力調整器６０で行う。なお、符号６１は圧力計である。

また、図３に示すように、ガイドパイプ２０への窒素ガスや不活性ガスの取り入れ口６２に、細孔６３が多数形成された金属製の不活性ガス取り入れ部材６５を装着してもよい。また、図示は省略するが、不活性ガス取り入れ部材６５は、金網であってもよい。細孔６３の開口径は、マイクロ波やミリ波が侵入せず、かつ不活性ガスの流通が容易になる口径、例えば、７９ＧＨｚのミリ波の場合は、φ１．５ｍｍ程度とする。また、金網の目開きも、同様の寸法とする。不活性ガス取り入れ部材６５により、取り入れ口６２からマイクロ波やミリ波が漏洩するのを防止することができる。

また、円偏波のマイクロ波やミリ波Ｍ′を用いることが好ましい。図７に示すように、距離計３０は受信回路３１と、送信回路３２と、円偏波発生器３３とを備えている。受信回路３１は、送信回路３２から送信される直線偏波とは異なる電界の向きとなる直線偏波を受信する。この特性を利用して、受信回路３１と送信回路３２とを分離し、導波管３５との間に、円偏波発生器３３を介在させることにより、信号処理の精度を高めることができる。

図７の右側に、測定装置１の各部における検出波Ｍ′の電界の向きを矢印で示す。受信回路３１及び送信回路３２はともに、電界の向きがある一方向を向く直線偏波を、受信又は送信する。電界の向きが逆旋回となる円偏波の受信信号は、円偏波発生器３３を通過するときに、円偏波発生器３３の効果により、送信波とは異なる電界の向きとなる直線偏波となる。

そして、円偏波発生器３３により、送信回路３２からは、電界の向きがある一方向に旋回（図では右旋回）したマイクロ波やミリ波Ｍ_Ｏ′が導波管３５を通じてテーパー構造体４０に送られ、右旋回の電界のままガイドパイプ２０、更には炭素電極１０の露出面１２を伝搬して溶融液面２００に向けて送信される。

伝搬方向に対して電界の向きが右旋回する円偏波（右旋円偏波又は正円偏波）のマイクロ波やミリ波Ｍ_Ｏ′は、溶融液面２００で反射されると、電界の回転方向はマイクロ波やミリ波の伝搬方向に対して左旋回の電界となる左旋円偏波（負円偏波）のマイクロ波やミリ波Ｍ_ｒ′となる。そして、左旋回の電界のまま炭素電極１０の露出面１２、ガイドパイプ２０、テーパー構造体４０、導波管３５を経て距離計３０に送られ、円偏波発生器３３を逆進する。その際、円偏波発生器３３により、送信された直線偏波とは異なる電界の向きの直線偏波となるため受信回路３１で受信される。

このように、円偏波したマイクロ波やミリ波Ｍ′を用いることにより、受信回路３１では送信回路３２からのマイクロ波やミリ波Ｍ_Ｏ′とは異なる電界のマイクロ波やミリ波Ｍ_ｒ′のみを受信するので、送信波と受信波とをほぼ完全に分離できるため、測定精度を大幅に高めることができる。

また、ノイズレベルを下げてＳＮ比を高めるために、複数回（Ｎ回）繰り返して測定を行い、その平均値を求めることにより、フロアノイズ電力を１／Ｎだけ下げることもできる。

あるいは、複数回の測定を行い、得られた受信ビート波形と、受信ビート波形をＦＦＴ処理することにより得られる距離スペクトル波形のいずれか一方又は両方を加算平均することにより、フロアノイズ電力を１／Ｎだけ下げることもできる。

（検証結果１）
図１の測定装置１を模して、ガイドパイプ片として全長２ｍのＳＵＳ３０４製パイプ６本を連結して、全長１２ｍのＳＵＳ３０４製ガイドパイプを作製した。そして、溶融鉄層の溶融液面に見立てた鉄板をＳＵＳ３０４製ガイドパイプの一方の端部の開口を覆い、他端に装着した距離計の導波管からミリ波を送信して距離ごとの信号強度を測定した。結果を図８に示す。

図示されるチャートにおいて、信号強度のピークは、ＳＵＳ３０４製パイプの継ぎ目での微小な反射によるものである。そして、このピークが２ｍ毎に規則的に現れており、距離１２ｍの位置にも同等のピークが現れており、ミリ波がＳＵＳ３０４製ガイドパイプ中を全長にわたって伝搬していることがわかる。

また、ガイドパイプ片の継ぎ目に相当する２ｍ毎のピークを検出できることから、等距離毎に現れるピークや、その遠方に出現する固定反射を観察することにより、ガイドパイプ内での詰まり箇所や、ガイドパイプ片が外れている箇所を推定することができる。

（検証結果２）
検証結果１と同等のＳＵＳ３０４製ガイドパイプの一方の端部に、同径で、全長２ｍの炭素製パイプを接続し、炭素製パイプの開口を鉄板で遮った。炭素製パイプは、図１の測定装置１における炭素電極１０の露出面１２に相当する。そして、ＳＵＳ製ガイドパイプの他端に装着した距離計の導波管からミリ波を送信して距離ごとの信号強度を測定した。結果を図９に示す。

図示されるチャートにおいて、検証結果１と同様に、ＳＵＳ３０４製ガイドパイプに相当して２ｍごとにピークが現れている。また、ＳＵＳ３０４製ガイドパイプと炭素製パイプとの接続部である距離１２ｍにも継ぎ目によるピークが現れている。更には、炭素製パイプを遮った鉄板による距離１４ｍの位置にもピークが現れており、ミリ波が炭素製パイプも伝搬していることがわかる。

（検証結果３）
検証結果２と同様に、ＳＵＳ３０４製ガイドパイプに炭素製パイプを接続し、更に炭素製パイプの開口から１ｍ離して鉄板を配置した。そして、ＳＵＳ３０４製ガイドパイプの他端に装着した距離計の導波管からミリ波を送信して距離ごとの信号強度を測定した。結果を図１０に示す。

図示されるチャートにおいて、検証結果２と同様に、ＳＵＳ３０４製ガイドパイプ及び炭素製パイプに相当して２ｍごとにピークが現れている。また、炭素製パイプから１ｍ離れた距離１５ｍの位置にもピークが現れており、ミリ波が炭素製パイプ、更には空中を伝搬していることがわかる。これは、ガイドパイプ２０が溶け落ちた下端からも、露出面１２を伝搬して安定して測定できることを示している。

上記の検証結果において、ＳＵＳ３０４製ガイドパイプ片の継ぎ目によるピークが観測されるため、測定装置１においても、ピークの数を数えればガイドパイプ片２１の本数と、ガイドパイプ２０の全体の長さが分かる。また、２ｍおきに反射波のピークが現れていることから、継ぎ目の位置を補正無しで測定できている。これは、円形ТＥ１１モードの信号速度（群速度）が光速（平面波の速度）にほぼ等しい。すなわち、ガイドパイプ２０の内径が導波管３５の内径に対して十分大きいということを示している。

［操業方法］
本発明はまた、上記の測定装置１を用いて電気抵抗式溶融炉を操業する方法に関する。まず、図１１に示すように、測定装置１を用いて距離計３０からガイドパイプ２０、すなわち炭素電極１０の電極長である距離（Ｌ１）を求める。

また、距離計３０に、例えば板状の位置測定用部材３８を装着するともに、距離計３０の上方に第２の距離計２１０を設置し、第２の距離計２１０と距離計３０との離間距離（Ｌ２）を測定する。第２の距離計２１０としては、一般的なマイクロ波やミリ波の距離計を用いることができ、アンテナ２２０からマイクロ波やミリ波を位置測定用部材３８に向けてマイクロ波を送信し、位置測定用部材３８で反射されたマイクロ波やミリ波を受信し、その時間差から離間距離（Ｌ２）を求める。

そして、距離（Ｌ１）と離間距離（Ｌ２）とを合算して距離（Ｌ３）を求め、距離（Ｌ３）の距離信号に基づいて炭素電極１０の垂下位置を制御する。

炭素電極１０は溶融により消耗して徐々に短くなるため、それに合わせて炭素電極１０を徐々に降下させる必要がある。そこで、上記したように、炉設備の天井のように高さが変わらない場所に第２の距離計２１０を固定して基準位置とし、この基準位置からの炭素電極１０の下端までの距離（Ｌ３）を知ることにより、炭素電極１０の垂下位置を制御することができる。

これにより、より安定した操業が可能になる。

１ 測定装置
１０ 炭素電極
１２ 露出面
１２ａ 段差部分
１５ 電極ケース（金属カバー）
１６，１６ａ，１６ｂ 電極ケース片（金属カバー片）
１８ 電極本体
１８ａ 電極焼成部
１８ｂ コールタール溶融部
１８ｃ 電極材料部
２０ ガイドパイプ
２１，２１ａ，２１ｂ ガイドパイプ片
２２ 継手（継ぎ手）
２３，７１ ネジ溝
２５ ガイドパイプクランプ
３０ 距離計
３１ 受信回路
３２ 送信回路
３３ 円偏波発生器
３５ 導波管
３８ 位置測定用部材
４０ テーパー構造体
４１ 空洞
５０ 詮部材
６０ 圧力調整器
６２ 取り入れ口
６３ 細孔
６５ 不活性ガス取り入れ部材
７０ ネジ付きソケット
８０ テーパーユニオン
８１ 中央部分
８２ テーパー面
８３ ストッパー
８５ ネジ孔
９０ セットスクリュー
９１ ネジ
９５ 六角穴
１２０ 電極昇降装置
２００ 溶融液面
２１０ 第２の距離計
２２０ アンテナ

Claims (12)

1. 炉内に堆積した被溶融物に、前記炉内に垂下する炭素電極を差し入れ、前記炭素電極に通電して前記被溶融物を溶融する電気抵抗式溶融炉における、前記炭素電極の電極長の測定装置であって、
   複数の金属製のガイドパイプ片を繋いで構成され、前記炭素電極の下端に達するように挿通されるガイドパイプと、
   前記ガイドパイプの上端に装着され、マイクロ波又はミリ波の送受信手段と、導波管とを備える距離計と、
   を備えるとともに、
   前記ガイドパイプの内径は、前記距離計の前記導波管の内径よりも大径であり、かつ、
   前記ガイドパイプと前記距離計とが、前記導波管から前記ガイドパイプに向かってテーパー状に広がる空洞を有するテーパー構造体を介して連結されており、
   前記ガイドパイプの下端から前記被溶融物の溶融液面に向けて前記マイクロ波又は前記ミリ波を送信し、前記溶融液面で反射された前記マイクロ波又は前記ミリ波を受信して前記距離計と前記溶融液面との距離を測定する、電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
2. 前記ガイドパイプ片同士を、ネジ付きソケットで接続する、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
3. 前記ガイドパイプ片同士を、最大径である中央部分から両端に連続して延びる２つのテーパー面が形成されている外形形状のテーパーユニオンで接続する、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
4. 前記テーパー構造体と前記ガイドパイプとの連結部を、前記マイクロ波又は前記ミリ波が透過する材料からなる部材で閉鎖する、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
5. 前記ガイドパイプに不活性ガスを供給して内圧を高めるとともに、内圧が急上昇した時に前記ガイドパイプが閉塞した状態であると判断し、前記不活性ガスの供給量を増やして
   閉塞部を除去する、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
6. 前記ガイドパイプへの不活性ガスの供給口に、マイクロ波又はミリ波が侵入しない開口径の孔が形成された金属板、又はマイクロ波又はミリ波が侵入しない目開きの金網が装着されている、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
7. 前記マイクロ波又は前記ミリ波を円偏波にして前記溶融液面に向けて送信する、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
8. 前記炭素電極の電極長を複数回測定し、その平均値を求める測定モードを備える、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
9. 前記炭素電極の電極長を複数回測定し、得られた受信ビート波形と前記受信ビート波形をＦＦＴ処理することにより得られる距離スペクトル波形のいずれか一方又は両方を加算平均する測定モードを備える、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
10. 前記ガイドパイプがＳＵＳ製である、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
11. 前記ガイドパイプの等距離毎に現れる反射信号を観察する、請求項１に記載の電気抵抗式溶融炉における炭素電極の電極長の測定装置。
12. 炉内に堆積した被溶融物に、前記炉内に垂下する炭素電極を差し入れ、前記炭素電極に通電して前記被溶融物を溶融する電気抵抗式溶融炉の操業方法であって、
    請求項１～１１のいずれか１項に記載の炭素電極の電極長の測定装置により、前記距離計から前記溶融液面までの距離（Ｌ１）を求めるとともに、
    前記距離計の上方に第２の距離計を配置し、前記距離計と前記第２の距離計との離間距離（Ｌ２）を計測し、前記離間距離（Ｌ２）と、求めた前記距離（Ｌ１）とを合算して前記第２の距離計から前記溶融液面までの距離（Ｌ３）を求め、
    距離（Ｌ３）に基づき炭素電極の垂下位置を制御することを特徴とする電気抵抗式溶融炉の操業方法。

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