JPH02264825A - 筒形溶解炉における湯面レベル検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばスクラップ溶解炉等の筒形溶解炉にお
ける湯面レベルを炉外部から検出する方法である。

〔従来の技術〕

〜般にこの種の溶解炉における湯面レベルの検出は次の
ようにして行われている。第９図は従来の湯面レベルの
検出態様を示す説明図であり、溶解炉内に最初スクラッ
プ、鉄鉱石、コークス等の各種原料層が多層にわたって
破線で示す如く片寄りなく略均−な厚さで装入されたも
のとし、この状態で原料装入口から溶解炉内の固体層表
面迄の高さＨｏをレベル計ＬＳにて検出しておく。各原
料の重量はその装入時に計量されており、また装入され
た各原料の体積、即ち層厚さも、装入量と装入順序をト
ラッキングして、検出しておく。溶解開始後、所定時間
経過したときの溶解炉内における溶湯レベルは、先ず溶
解炉における熱収支を基準にして各原料の溶解量を求め
ると共に、炉口から溶解炉内の固体層表面にレベル計Ｌ
Ｓを降ろして原料装入口から固体層表面迄の高さＨを検
出し、これを補正値として予め定めであるモデル式に基
づいて予測演算を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこのような方法では各原料層■〜０の層厚さの
測定精度が悪く、３次元的な分布を確認することが出来
ず、また伝熱モデルは燃焼を伴う熱流体モデルであるた
め実用的価値が十分でなく、しかもこの計算には大型の
計算機を必要とし、コストが高いという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは溶解炉内の溶湯レベルの測定精度を
高めて炉内燃焼制御の最適化及び装入原料の量２種類の
調節、タイミングの最適化、並びに出銑タイミングの最
適化を図って操業能率。

エネルギ効率の向上を図り、生産コストの低減を図れる
ようにした溶解炉における湯面レベル検出方法を提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る筒形溶解炉における湯面レベル検出方法は
、筒形溶解炉の稼働中、その炉壁外面を高さ方向の複数
個所で叩打し、その音響を測定して周波数を解析し、叩
打位置と対応する溶解炉内が空洞の状態、未溶解原料が
充填されている状態又は溶湯の状態の如何を判別して溶
解炉の外部から湯面レベルを検出する。

〔作用〕 本発明はこれによって、溶解炉内の操業条件の如何にか
かわらず、湯面レベルの正確な検出が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明方法の実施に用いる湯面レベル検出装置
の模式図、第２図は拡大した検出台車と共に示す検出系
のブロック図であり、図中１は溶解炉、２は検出台車、
３はガイドレール、４はガイドレール昇降駆動装置、２
０は湯面レベル検出制御装置、３０は溶解炉制御装置を
示している。

ガイドレール３はＨ型鋼等で構成され、ガイドレール昇
降駆動装置４にて昇降可能に支持されており、第２図に
示すガイドレール昇降制御部２１からの指令信号に基づ
いて溶解炉１の外周壁に近接して下降せしめ、固定台７
上に着脱可能に立設され、また測定作業が終了すると、
ガイドレール３を固定台７から取り外し、検出台車２と
共に上方に引上げられて溶解炉の操業に支障のない位置
に退避せしめられるようになっている。

検出台車２は溶解炉１と対向する側に位置して溶解炉１
の炉壁を叩打するハンマー１１、該ハンマー１１による
溶解炉炉壁の叩打点に臨ませたマイクロフォン１２、及
び検出台車２と溶解炉１の炉壁との間の距離を検出する
超音波距離センサ１３を備えると共に、ガイドレール３
のフランジ部に転接するローラ１４、及びガイドレール
３のリブ部に圧接転動するローラ１５を備えており、こ
れら両ローラ１４、１５にて両側からガイドレール３を
抱持する態様でガイドレール３に対し昇降自在に装着せ
しめられている。

検出台車２は前記ローラ１４．１５の駆動用モータ（図
示せず）を備えており、検出台車走行制御部２２からの
指令信号に基づきガイドレール３に沿って所定位置に昇
降して位置決めされるようになっている。検出台車走行
制御部２２には予め溶解炉ｌの炉壁に対する叩打点が基
準点、例えば炉底からの高さ位置として設定入力せしめ
られており、検出台車２を溶解炉１の炉底側、又は原料
装入口側か、ら順次多聞打点に自動的に移動位置決めす
べく台車駆動用モータに対するシーケンス制御を行うよ
う構成されている。

なお検出台車２の各叩打位置に対する位置決めはそのモ
ータに付設しである回転計（図示せず）の回転数により
検出される位置データに基づき行われる。

検出台車２のハンマー１１、マイクロフォン１２はいず
れも検出台車２に設けた前後移動調節用のアクチュエー
タ１１ａ、Ｉ２ａに夫々装着され、また各アクチュエー
タ１１ａ、１２ａは超音波距離センサＩ３に連結せしめ
られており、超音波距離センサ■３の検出信号に応じ、
夫々のアクチュエータｌｌａ、　１２ａにてハンマー１
１．マイクロフォン１２を炉壁に対して遠近調節し得る
ようになっている。

ハンマー１１は図示しないモータの出力軸に連繋せしめ
られ、モータの正、逆駆動によって前、後方向に揺動す
る叩打動作を行うようになっている。

即ちモータ制御部（図示せず）はハンマー回転速度設定
値に基づきモータに指令信号、を出力すると、モータが
所定の速度で回動し、ハンマー１１に炉壁を叩打すべ、
く前方への揺動動作を行わせる。

ハンマー１１に叩打動作を行わせるときのモータのトル
クはトルク検出器（図示せず）によって検出され、ハン
マー１１が炉壁を叩打してトルクが急激に上昇したとき
、そのトルクの立上り直後にモータを逆転させるべくＩ
Ｌ？ＩＩ信号を出力し、ハンマー１１を炉壁から後退さ
せ、後退限に迄戻ると、その位置で待機し、再び指令信
号が出力されると上述した過程を反復するようになって
いる。

一方マイクロフォン１２は、ハンマー１１による炉壁の
叩打点に向けて設置されており、ハンマー１１により炉
壁を叩打したときの音響を集音してこれを音響内容判別
部２４へ出力するようになっている。

炉壁の所定位置に対する叩打及び集音が終了すると検出
台車走行制御部２２からの指令信号に基づいて検出台車
２がガイドレール３に沿って上昇又は下降し、次の叩打
点に検出台車２を移動せしめてゆくこととなる。

音響内容判別部２３には予め実験的に叩打点に対応する
溶解炉内の位置の状況が■空洞状態である部分、■未溶
解原料の充填状態である部分、■溶湯状態である部分、
夫々と対応する位置で炉壁をハンマー１１で叩打したと
きの音響周波数特性を求めて設定入力してあり、これを
基準としてマイクロフォン１２で集音とした音響が上記
■、■、■のいずれの場合に該当するか否かを判別する
ようになっている。

第３図は溶解炉１内の状態を示す説明図、第４図（イ）
、（ロ）、（ハ）は叩打点と対応する溶解がｌ内の状況
が■、■、■である場合の音響の周波数特性及びパワー
スペクトルを示す説明図であり、第４図（イ）はハンマ
ー１１による叩打点と対応する溶解炉ｌ内の状態が■の
場合、即ち溶解炉１内が装入原料表面よりも高い位置で
あって、空洞となっている部分についての音響の周波数
特性であり、装入原料表面から原料装入口迄の高さＨと
直径りで決まる共鳴周波数ｆ、が長い期間にわたって測
定される特徴を有している。

第４図（ロ）はハンマー１１による叩打点と対応する溶
解炉１内の状態が■の場合、即ち溶解炉１内の装入原料
表面よりも下であるが、未だ未溶解の原料が充填した状
態の部分についての音響であり、最初は■の場合と同様
の共鳴周波数ｆ１が測定されるが、直ぐに減衰してゆく
特徴を有している。

第４図（ハ）はハンマー１１による叩打点と対応する溶
解炉１内の状態が■の場合、即ち溶解炉１内の溶湯レベ
ル以下の部分についての音響であって、鉄皮を叩打して
も小さい音響ｒ２のみが測定される特徴を有している。

このような（イ）、（ロ）、（ハ）の特徴を捉えること
によって叩打点が溶解炉１内における上部空洞に対応す
る位置か、或いは未溶解原料が充填されている位置と対
応する位置か、或いは溶湯と対応する位置かについて判
断することが可能となる。

溶湯レベル検出制御装置２０は前述したガイドレール昇
降制御部２１、検出台車走行制御部２２、音響内容判別
部２３に対して夫々必要な指令を出力すると共に、ガイ
ドレール昇降制御部２１からはガイドレール３の位置決
め終了、退避終了の信号を、また検出台車走行制御部２
２からは検出台車２の位置信号を、更に音響内容判別部
２３からは叩打点と対応する溶解炉１内の状況を示す信
号を夫々取り込むようになっている。

また溶湯レベル検出制御装置２０と溶解炉制御装置３０
との間においては、溶湯レベル検出制御装置２０は溶解
炉の吹錬、原料装入等のデータ及び溶解炉ｌ内における
装入原料重量、層厚さ等のデータを溶解炉制御装置３０
から取り込み、また溶解炉制御装置３０は検出された溶
湯レベルを溶湯レベル検出制御装置２０から取り込む外
、溶湯レベル検出制御装置２０は検出した溶湯レベルを
表示器２５に、また溶解炉制御装置３０は入力された溶
湯レベルと共に各種装入原料の層厚さを表示器３５に表
示するようになっている。

次にこのような本発明方法の具体的手順について、第５
図に示すタイミングチャート、第６図に示すフローチャ
ートに従って順を追って説明する。

先ず測定開始に先立って溶湯レベル検出制御装置２０は
溶解炉制御装置３０から操業状況、装入原料のＮ厚さ情
報を読み込み、測定準備処理を行う。

即ちガイドレール昇降駆動装置４のモータにガイドレー
ル下降指令を出力しくステップＳ、）、ガイドレール３
を下降し、その下端を溶解炉１下端の固定台７上に挿入
して直立固定する。

次いで第５図（イ）に示す如く検出台車２の昇降用モー
タを起動し、叩打点と対向する位置にノλンマー１１が
臨むよう検出台車２を移動位置決めしくステ・ノブＳ２
）、第５図（ロ）に示を如＜／＼ンマー１１を起動する
。マイクロフォン１２にて音響を集音し、第５図（ハ）
に示す如く信号処理を行い、第５図（ニ）に示す如くそ
の叩打点が■、■、■のいずれの位置に該当するかを判
別しくステップＳ４）、その判別内容に基づいて第５図
（ホ）に示す如く次の叩打点への検出台車２の移動速度
、昇降移動を設定する。

第７図は叩打点が空洞と対応する位置、未溶解原料の充
填部と対応する位置、溶湯と対応する位置のいずれの位
置かを判断する過程を示すフローチャートであり、ハン
マー１１にて炉壁を叩打し、マイクロフォン１２で集音
し、その波形をサンプリングし、その対比を行う　（ス
テップＳｚ）。その結果、先ず第４図（ハ）に示す如く
小さい音響ｆ！のみか否かを判断しくステップＳ＋ｚ）
、ｆ２のみであるときは叩打点は第３図において■に相
当する位置であると判断する（ステップ５１３）。

次に小さい音響ｆ２のみでないとき、即ちトランジェン
トの初期波形に共鳴周波数の波形ｆ１が存在するか否か
を判断しくステップ５Ｉ４）、存在するときは叩打点は
第３図において■に相当する位置と判定しくステップＳ
＋ｓ）、またｒｌが初期波形として存在する場合は叩打
点は第３図において■に相当する位置であると判定する
（ステップＳ　＋ｉ）。

湯面レベルの検出を、例えば溶解炉１の炉壁上部から下
方に向けて開始したとして、ステ、７ブＳＩ３で叩打点
が■に相当する位置と判断したときは、叩打点から湯面
レベルに至る迄の間には未溶解原料層が存在し、湯面レ
ベル迄の距離は遠いことが推測されるから、湯面レベル
検出制御装置２０．検出台車走行制御部２２から検出台
車２のモータに対し高速下降指令が出力され（ステップ
５１７）、ステップＳ目に戻ってステップＳ１１からＳ
ｉ２迄の過程を反復する。

そして叩打点がステップＳ、で■と判断されたときは叩
打点から湯面レベル迄の距離は、■と判断されたときよ
りも近いから、溶湯レベル検出制御装置２０．検出台車
走行制御部２２から検出台車２のモータに対しいままで
よりも速度の低い中速下降指令が出力され（ステップ５
１８）、ステップＳ１１に戻ってステップＳｌｌからＳ
ｉ２迄の過程を反復する。

次に叩打点がステップＳＩ６で■に相当すると判断され
たときは、叩打点が溶湯レベルよりも低く、下降し過ぎ
となるから、検出台車２のモータに対し停止指令が出力
され（ステップＳ１．）、以後湯面ｆｌｌ＋定のための
収束処理を行う（ステップＳ２゜）。

第８図は収束判定処理の過程を示すフローチャートであ
り、先ず検出台車２のモータに低速上昇指令を出力する
と共に、測定周期はいま迄の測定周期の２に短縮する（
ステップＳｚ＋）。同様にしてハンマー１１を起動し、
音響を測定し、そのサンプリングを行って、対比処理（
ＦＦＴ）を行い（ステップＳ２□）、トランジェントの
初期波形に共鳴周波数の波形ｆ１が存在するか否かを判
断しくステップ５２３）、存在しないときは叩打点が■
と判定しくステップ５ｚ４）、更に検出台車２のモータ
に低速上昇指令を与える（ステップ５ｚｓ）、また波形
ｆ、が存在するときは叩打点が■と判定しくステップＳ
２．）、叩打点が■から溶湯レベルを通過して■の状態
となったことから、検出台車２のモータに対し、再び低
速下降指令を出力する（ステップＳ２．）。

次に前回の叩打点と今回の叩打点とで溶解炉１内の状態
が■から■へ（又は■から■へ）変化したか否かを判断
しくステップ５ｚｌｌ）、変化していないときはステッ
プ３２ｇに戻って上述の過程を反復し、また変化してい
るときは測定周期を更に２に短縮しくステップ５ｚｑ）
、この測定周期が一定以下に達したか否かを判断しくス
テップＳ３゜）、達していないときはステップｓ２□に
戻って上述した過程を反復する。

このような過程を反復して検出台車２の上昇下降サイク
ルが一定以上小さくなると収束と判断。

し、ハンマー１１による今回の叩打点を湯面位置と判断
する　（ステップＳ、１）。検出された湯面レベルハ溶
湯レベル検出制御装置２０において表示器２５に表示し
、また溶解炉制御装置３０に出力し、溶解炉制御装置３
０はこれを未溶解原料層厚さと共に表示器３５に表示す
る。

〔効果〕

以上の如く本発明方法にあっては、筒形溶解炉の炉壁を
外周からその高さ方向の複数個所を叩打してその音響を
検出し、その音響の周波数成分に基づき溶解炉内溶湯レ
ベル、更には未溶解原料層レベル等を判定することとし
ているから、炉内状況の把握を正確に行い得て炉内の燃
焼制御、或いは炉内への原料投入のタイミング、或いは
出銑タイミングの最適化を図れることとなり、操業能率
の向上、エネルギ効率の向上を図れるなど本発明は優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する検出装置の模式的側面図
、第２図は音響信号の検出系を示すブロック図、第３図
は溶解炉内の状況を示す説明図、第４図は音響の波形及
びパワースペクトルを示す説明図、第５図は検出過程の
タイミングチャート、第６図は同じくそのフローチャー
１・、第７図は測定処理のフローチャート、第８図は収
束処理の過程を示すフローチャート、第９図は従来の湯
面レベル検出方法の説明図である。 １・・・溶解炉　２・・・検出台車　３・・・ガイドレ
ール４・・・ガイドレール昇降駆動装置　１１・・・ハ
ンマー１２・・・マイクロフォン　１３・・・超音波距
離センナ２０・・・溶湯レベル検出制御装置　３０・・
・溶解炉制御装置 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　火弟 図 第 図 第 図 図 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、筒形溶解炉の稼働中、その炉壁外面を高さ方向の複
   数個所で叩打し、その音響を測定して周波数を解析し、
   叩打位置と対応する溶解炉内が空洞の状態、未溶解原料
   が充填されている状態又は溶湯の状態の如何を判別し、
   溶解炉の外部から湯面レベルを検出することを特徴とす
   る筒形溶解炉における湯面レベル検出方法。