JPH0416719A - 溶湯流量の測定方法 - 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］ この発明は、例えば、製錬炉などに供給されあるいは製
錬炉などから排出される金属溶湯の量を検出するための
溶湯流量の測定方法に関する。

［従来の技術］ 製錬炉に供給されあるいは製錬炉から排出される金属溶
湯の流量を測定することは、生産量や品質の制御を行う
ために必要である。

第４図は銅の連続製錬炉の概要を示すもので、この連続
製錬炉は、溶湯を流通させる樋４ａ、４ｂによって連絡
された３つの炉からなっている。原料は溶解炉」で溶解
されて、樋４ａを通って次の分離炉２に送られ、ここで
比重差により上層のカラミと下層の鍍とに分離される。

銅を主成分とする鍍Ｍは炉の出口に構成されたサイフオ
ン６より抜き出され、樋４ｂを通って最後の酸化製練炉
３に送られる。ここで、ランス５より溶剤と酸素富化空
気が供給され、鍍Ｍ中の硫化鉄、次いで硫黄が優先的に
酸化されて除去され、粗銅が得られる。

ここでは、装入された鍍Ｍの量や炉内温度に応じて溶剤
の供給量及び吹き込む空気の量や酸素の含有率愼どを変
え、産出される粗銅の残留Ｓの低下やカラミに逃げる銅
量の低下などを目標として最も効率の良い操業条件とす
るように、コンピュータ制御している。

従って、上記のような連続製錬炉においては、操業を制
御するために、特に酸化製錬炉３に装入される敞Ｍ量を
検知することが望まれる。

ところが、溶湯の流量を検知することは容易ではなく、
簡便な方法として、炉内の溶湯量を目視により判断した
り、棒を昇降装置に取り付けて溶湯中に挿入し、棒への
金属の付着あるし）は棒の溶損の状況により測定してい
た。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような従来の技術においては、い
ずれの場合も、正確な測定が困難であること、及び連続
化あるいは自動化が困難であるという課題があった。

これは、基本的には、溶湯を囲む環境が高温であるとと
もに閉じた空間であり、その上、製錬作業やガスシール
などが行われているため、人間の作業や機械的手段の設
置が非常に困難であることに起因している。

そこで、レーザビームなどを用いた遠隔測定法を連用す
ることが考えられる。

従来、レーザビームの反射によって物体の位置を検出す
るために通常に行われている方法は、第５図に示すよう
な原理に基づいている。すなわち、物体０に対向する位
置に発光器２１と受光器２２を設け、物体Ｏからの反射
光の受光２！２２への入射角度から距離りを算出する。

発光器２１と受光器２２との間隔をＡ、反射光が受光器
２２に入射する角度をγ（入射光線に対する角度に換算
して）とすると、発光器２２から物体０までの距離りは
、Ｌ　＝　Ａ　／ｌａｎγ で与えられる。

上記のような方法においては、物体０の表面の微視的な
凹凸により乱反射する光を受光器２２で検出するようし
ているので、物体０の表面に対するレーザビームの入射
角度は特に限定されない。

しかしながら、上記のような従来の方法を溶湯の表面の
位置を検出するために用いる場合には、溶解した金属で
ある溶湯においては、静止した状態であると表面が完全
な鏡面を形成しており、乱反射が無いので上記のような
原理に基づく方法が不可能と考えられていた。

例えば、第６図に示すように発光器２１と受光＠２２を
溶場Ｍの表面の上方はぼ対称な位置に配置して、表面か
らの正反射光を検知するようにした場合、反射光は常に
同じ角度であるので、溶湯レベルの変動により反射光が
受光器２２に入らなくなってしまう。

一方、炉内の溶湯レベルではなく樋における流速を測定
して流量を算出する方法が考えられるが、溶湯のような
高温でかつ比重の高いものの流速を機械的なあるいは他
の手段で測定することは困難であった。

［課題を解決するための手段］ 上記のような課題を解決するために、この発明は、金属
溶湯を流通させる樋に堰を設けるとともに、この堰の上
流側の上方に発光器及び受光器を設置し、発光器より溶
湯表面に向けて光ビームを照射し、その反射光を受光器
で受けて溶湯の表面の位置を検出するようにしたもので
ある。光ビームとしては、指向性が強く、検知精度が高
いレーザ光が有効である。

［作用］ このような溶湯流量の測定方法においては、溶湯が流通
しているので自然に表面が揺らいでおり、これにより擬
似的な乱反射が起きて溶湯の表面からの反射光が受光器
に導かれ、この反射光の受光器への入射角度から溶湯レ
ベルが算出される。この溶湯レベルと堰の高さとの差を
計算すれば溶湯の流動が得られる。この差の値と溶湯流
量の対応は実験的に求められ、また、実操業で適宜補正
していけばよい。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示すもので、
上述した銅の連続製錬炉の分離炉２と酸化製錬炉３を結
ぶ樋４に適用した例である。

すなわち、酸化製錬炉３に装入された鍍Ｍの量を推定す
るために、樋４に溶湯流量測定装置を設けている。この
流量測定装置は、樋４の所定位置に設けられた堰７と、
この堰７の上流側の上方に設けられたレベル検出器８と
、この溶湯のレベルを流量に換算する演算装置（図示略
）とから構成される装置 上記レベル検出器８は、レーザビームを発生させる発光
器９と、反射したレーザビームをレンズ【０を介してイ
メージセンサ１１に導き、その受光位置から入射角度を
判定する受光器１２からなっており、両者はその軸線を
同じ鉛直面内において鉛直線に対して同し角度θ傾斜す
るように対向して設定されている。そして、この両者の
軸線の交点の位置は、操業における溶湯レベルの平均的
な位置に設定されている。

なお、このレベル検出器は、樋４ｂを覆うａｔ３の上方
に設けられ、蓋１３の耐熱ガラスなどで覆われた窓孔を
通してレーザビームを授受するようにしている。これに
より、レベル検出器８を内部の高熱から保護するととも
に、溶湯Ｍが外気により酸化されたり冷却されたりする
のを防止している。また、受光器１２のＥ面には、正反
射光の強度を弱めるたぬのフィルタ１４が取り付けられ
ている。

レベル検出器８の出力端子は図示しない演算装置に接続
されており、この演算装置においてレベル検出器８の出
力をもとに溶湯レベル及び溶湯流量か算出されている。

この算出値は表示パネルなどの装置に表示され、あるい
は連続製錬炉の制御装置に入力されて炉を制御するため
のデータとされる。

次に、上記のように構成されたレベル検出器により溶湯
のレベルを検出する方法を説明する。

溶湯のレベルが平均値にあるとき（第２図にａで示す）
には、発光器９からのレーザビームは溶湯面で反射して
同じ入射角度で、すなわち鉛直線に対してθ傾斜して受
光器に入射する。ただし、溶湯は流動しているので表面
が波立っており、反射の方向はそれに伴って振れるので
、入射点で溶湯面か波の山あるいは谷のほぼ平坦な状態
であるときの反射光が受光器１２に入射する。そして、
イメージセンサ１１に入力されるデータも波の揺らぎに
応じて幅を持っている。

溶湯Ｍのレベルが平均的レベルよりも高いときく図にｂ
で示す）には、発光器９の側に山が、受光器１２の側に
谷がある場合の適当な角度の傾斜面において反射した光
のみが受光器に入射する。

溶湯Ｍのレベルが平均的レベルよりも低いとき（図にＣ
で示す）には、受光器１２の側に山が、発光器９側に谷
がある場合の適当な角度の傾斜面において反射した光の
みが受光器１２に入射する。

いずれの場合でも、溶湯Ｍか揺らいていることは同じで
あるのて、受光器１２から出力されるデータは変動して
おり、この揺らぎの中心の値を演算装置において判定す
るようにしている。

このようにして、反射光の受光器１２への入射角度が検
知され、これをもとに反射光の鉛直線に対する角度δが
計算される。溶湯表面の発光器９または受光器１２まで
の垂直距離りは、発光器９と受光器１２との間隔をＡと
すると次の式により算出される。

Ｌ　＝　Ａ／（ｔａｎθ＋ｔａｎδ） この発明においては、溶湯表面の揺動を利用しているの
で、受光器１２への入射角度が振れ、イメージセンサ１
１におけるデータに幅が出ることが避けられない。従っ
て、溶湯表面の揺動の状況に応じてデータのサンプリン
グ周期や感度を調整し、あるいは異常値を除くなどのデ
ータ処理を行い、最も誤差が小さくなるようにすること
が望ましい。

演算装置においては、溶ｆｉＭのレベルの値から流量を
算出する。

上記実施例により、同じ操業条件で数時間操業を行い、
この時の流量を物撒バランスから計算し、この結果とレ
ーザ測定による平均の鍍厚（堰の上面から湯面まての距
離）との関係を調べた。第３図に示されるとおり、両者
の間には高い相関関係が見られ、この関係式を演算装置
にインプットすることにより、鍍量の算出が自動的にな
される。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、樋に堰を設け
、この上流側の溶湯面のレベルを、流動する溶湯の揺ら
ぎによる擬似的に乱反射を利用して遠隔距離測定を行う
ことにより検知し、堰の高さとの差を求めて溶湯流量を
推定することにより、従来不可能であった、高温でかつ
通常密閉された空間を流れる溶湯の流量の測定を、自動
的に、正確にかつ連続的に行うことができる。従って、
この測定データをもとに生産や品質の管理が行えるとと
もに、データをコンピュータに入力することにより、オ
ンタイムで製錬の厳密な制御を行うことができるなどの
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図はその測
定原理を示す図、第３図は本方法による測定値と物量バ
ランスからの算出値の対応関係を示すグラフ、第４図は
連続製錬炉を示す図、第５図及び第６図はそれぞれ従来
の方法の原理を示す図である。 ４ｂ・・・・・・樋、７・・・・・・堰、９・・・・・
発光器、１２・・・・・受光器、Ｍ・・・・・溶湯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属溶湯を流通させる樋に堰を設けるとともに、この堰
   の上方に発光器及び受光器を設置し、発光器より溶湯表
   面に向けて光ビームを照射し、その反射光を受光器で受
   けて溶湯の表面の位置を検出することを特徴とする溶湯
   流量の測定方法。