JPH09280961A - 光ファイバ先端位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバ３を溶融金属噴流１３内に送り出
し、熱放射光を光ファイバ３を通って放射温度計に導
き、溶融金属噴流１３内の温度を測定する装置におい
て、前記光ファイバ３の送り出し位置を調整する作業
を、作業員によらず自動化する。 【解決手段】 レーザ距離計４１は、駆動装置５５によ
って駆動され計測方向を変えつつ計測を行い、溶融金属
噴流１３までの距離の分布データを得る。この分布デー
タから溶融金属噴流１３の中心位置、およびこの中心位
置における溶融金属噴流までの距離を演算する。そし
て、これら中心位置および距離に基づいて、ガイド駆動
装置３３を制御し先端ガイド２９を駆動して、光ファイ
バ３を溶融金属噴流１３内の所定位置に送り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば溶融金属
温度測定装置などで用いられる光ファイバを溶融金属内
に送り込む際に、ガイドする光ファイバの先端を位置決
めする装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属内の温度を測定するための溶融
金属温度測定装置では、光ファイバの先端を溶融金属内
に所定の速度で送り込み、溶融させながら光ファイバの
先端から取り込まれた熱放射光を放射温度計に導いて温
度の測定を行う。

【０００３】このような光ファイバを用いた溶融金属温
度測定装置は、例えば高炉から流れ出す溶銑の温度を測
定するためにも用いられる。即ち、高炉操業において
は、炉内に鉄鉱石、コークス、その他石灰石等の副原料
を充填し、炉の下部から熱風を吹き込んでコークスを燃
焼させ、発生する熱と還元ガスにより鉄鉱石を還元させ
て溶銑を得ている。

【０００４】この溶銑は、炉の下部に設けられた出銑口
から鉱滓とともに取り出され、通常この操作を出銑と呼
んでいる。コークスの燃焼に伴い炉内の充填物が降下す
るので、炉の上部から原料等を装入し適性な充填物レベ
ルを保持している。

【０００５】高炉操業では、このような物質収支、熱収
支等を始め種々のバランスを保ちながら定常操業を行う
ことが重要である。特に高炉の炉内の熱レベルは、炉内
の反応状況等の炉内状況を反映し、コークス等の消費量
に影響する。そこで、高炉の熱レベルを正確に把握する
ことは、炉内状況の変化の早期検知や原料コストの低減
の観点から非常に重要である。

【０００６】高炉の熱レベルは、生成した溶銑の温度に
顕著に現れることから、高炉内の溶銑温度を正確に測定
することが重要である。高炉内の溶銑温度を正確に測定
するために、出銑口から噴出している溶銑の温度を正確
に測定する必要がある。そこで、光ファイバの先端を所
定の速度で溶銑噴流内に送り込み溶融させながら、光フ
ァイバの先端から取り込まれて導かれた溶銑噴流内の熱
放射光を放射温度計で測定する。この時、光ファイバが
溶銑噴流の動圧により弾き出されたり折れたりすること
がないように、光ファイバの外周を金属管で被覆する。

【０００７】このような技術は、例えば特開平７−２４
３９１２号公報に記載されている。即ち、図６示すよう
に、ボビン１に巻かれた金属管被覆光ファイバ３が、モ
ータ５によって回転されるピンチロール７などで構成さ
れる送り出し機構９によって送り出され、先端ガイド１
１を通って溶銑噴流１３内に送り込まれる。先端ガイド
１１は駆動装置１５によって駆動され、溶銑噴流１３の
中心に金属管被覆光ファイバ３が正しく送り込まれるよ
うにガイドを行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、溶銑噴流の直
径や中心位置は、出銑中に変化する。例えば一般的に言
って、出銑の初期では直径が小さく、末期では直径が大
きくなる。また、出銑を開始する際に開孔機が孔開けを
行う位置の再現精度が十分ではなく、溶銑噴流の中心位
置が開孔毎にずれていた。さらに、開けられた孔の方向
が微妙に異なることから、溶銑噴流の中心位置が出銑の
初期と末期とでは、ずれるものであった。

【０００９】このため、光ファイバを溶銑噴流の中に送
り出す位置を調整してやらなければ、測定された温度に
誤差が生じてしまう。即ち、溶銑噴流の中心部は温度が
高く周辺部は温度が低いので、溶銑噴流の断面に対し常
に一定の位置に光ファイバを送り出すことが望ましい。

【００１０】よって、従来は、作業員が目視により溶銑
噴流の変化を見て取り、駆動装置を手動により操作して
先端ガイドを駆動し、光ファイバの送り出し位置を調整
していた。

【００１１】しかしながら、このように作業員が目視に
より調整を行う場合には、作業員は溶銑噴流を目視でき
る位置までに溶銑噴流に接近しなければならず、従って
作業員は高温で、且つ一酸化炭素濃度の高い雰囲気にさ
らされていた。

【００１２】また、一般的に言って、溶銑噴流を目視で
きる場所は種々の設備が設けられているために狭く、何
らかの異常が発生した際に退避することが困難であっ
た。このように作業員の作業環境が悪く、作業員は危険
にさらされる可能性があった。また、作業員の目視によ
る調整作業は不正確とならざるを得ず、温度測定の精度
不良の原因となるものであった。

【００１３】また、以上のように作業員が溶銑噴流を目
視できる場所に接近せずに、ＩＴＶなどを現場に設置し
てモニタを見ながら、先端ガイドの駆動装置を遠隔手動
して前記調整を行うこともできる。しかし、先端ガイド
と溶銑噴流までの距離、および溶銑噴流の中心位置をモ
ニタを通して認識するためには、複数個のＩＴＶなどが
必要であり、保守点検が大変である。

【００１４】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、作業員を危険にさらさずに済み、作
業員が目視を行うためのＩＴＶなどの装置が必要でな
く、光ファイバの送り出し位置を調整する調整作業を正
確に行って温度測定の精度を高めることができる光ファ
イバ先端位置決め装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め下記の発明をするに至った。即ち、光ファイバを先端
ガイドでガイドして溶融金属噴流内へ送り込み、溶融金
属噴流内の熱放射光を光ファイバの先端から取り込み、
光ファイバを通って放射温度計に導き、溶融金属噴流内
の温度を測定する溶融金属温度測定装置に使用する前記
先端ガイドを駆動して光ファイバの先端の位置決めを行
う装置において、前記先端ガイドを駆動するガイド駆動
装置と、前記溶融金属噴流までの距離を計測するレーザ
距離計と、前記レーザ距離計を駆動し計測方向を変える
ためのレーザ駆動装置と、前記計測方向を変えつつ計測
した距離の分布データから前記溶融金属噴流の中心位置
および該中心位置における前記溶融金属噴流までの距離
を演算する演算手段と、前記中心位置および前記溶融金
属噴流までの距離に基づいて、前記ガイド駆動装置を制
御して前記先端ガイドを駆動し前記光ファイバを前記溶
融金属噴流内へ送り込む位置を調整する制御装置と、を
備えたことを特徴とする光ファイバ先端位置決め装置で
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１乃至図５に示す。まず図５において、この実施形態に
係る光ファイバ先端位置決め装置１９が使用される溶融
金属温度測定装置の全体概要を説明する。なお、この発
明に係る光ファイバ先端位置決め装置１９は、必ずしも
金属管被覆光ファイバ３を位置決めするものである必要
はなく、金属管で被覆されない単なる光ファイバを位置
決めするものであっても良い。

【００１７】しかし、この実施形態においては溶融金属
温度測定装置が溶銑噴流１３内の温度を測定するもので
あるため、溶銑噴流１３によって光ファイバが弾き出さ
れたり、折れたりしないようにするために金属管被覆光
ファイバ３を用いるものとする。

【００１８】金属管被覆の光ファイバ３はボビン１に巻
かれている。光ファイバ３の巻き始めの部分すなわち後
端部分は、ボビン１の外側に取り付けられた放射温度計
を構成する光／電流変換器（図示しない）に接続されて
いる。光／電流変換器により変換された電流は、ボビン
１の回転軸付近に設けられた図示しない回転コネクタを
介して外部に取り出される。

【００１９】光ファイバ３の素線は石英ガラス製の直径
５０μｍで被覆管はステンレス鋼製で外径３．２ｍｍ、
肉厚０．２ｍｍである。光ファイバ３の巻き出される側
は押さえローラ２１によって押さえられ、巻出し位置が
一定とされる。巻き出された光ファイバ３は送出路２３
よって送り出される。

【００２０】この送出路２３は、直線部２５と屈曲部２
７とからなる。直線部２５はステンレス製のガイド管に
よって構成される。屈曲部２７は、コイルバネを利用し
た可とう式光ファイバガイド管によって構成される。こ
のような直線部２５と屈曲部２７を組み合わせて、任意
の形状の送出路２３を設けることが可能となる。

【００２１】送出路２３の先端側にはピンチローラ７か
らなる送り出し機構９が設けられ、金属管被覆の光ファ
イバ３を挟み、図示しないモータにより回転されること
で光ファイバ３を所定の速度で送り出す。

【００２２】ピンチローラ７から送り出された光ファイ
バ３は、先端ガイド２９に送り込まれる。この先端ガイ
ド２９はガイドベース３０の上に設けられ、このガイド
ベース３０は回動支点３１回りに回動可能となってお
り、電動シリンダからなるガイド駆動装置３３により回
動し、首振り動作を行う。この首振り動作により光ファ
イバ３の先端は正確に溶融金属である溶銑噴流１３内に
送り込まれ得る。

【００２３】次に、ガイド駆動装置３３を用いて先端ガ
イド２９を駆動し光ファイバ３の先端を正確に溶銑噴流
１３内へ位置決めするための光ファイバ先端位置決め装
置１９の説明を行う。

【００２４】すなわち、溶銑噴流１３を受ける樋３５に
は樋カバー３７がかぶせられている。この樋カバー３７
に形成された窓３９から、光ファイバ３をガイドする先
端ガイド２９が挿入されている。また、この樋カバー３
７には、後述するレーザ距離計４１が距離の計測を行う
ために発振するレーザ光４０が通る窓４３も形成されて
いる。

【００２５】先端ガイド２９やレーザ距離計４１は台車
４５の上に設けられる。この台車４５は台車駆動モータ
４７によって回転される車輪４９を有し、溶銑噴流１３
に向かって前進後退可能な構成となっている。また、レ
ーザ距離計４１はレーザベース５１の上に設けられ、レ
ーザベース５１は回動中心５３回りに回動可能に支持さ
れ、電動シリンダからなるレーザ駆動装置５５によって
自在に回動できる構成となっている。

【００２６】レーザ距離計４１は計測した距離データを
距離データ処理装置５７へ送る。この距離データ処理装
置５７は、レーザ距離計４１が回動して計測方向を変化
させつつ計測した距離データを基に、距離の分布データ
（図２）を作成する。そして、この分布データから、前
記溶銑噴流１３の中心位置を演算する。この中心位置と
は、この場合、レーザ距離計４１が回動する回動方向位
置、あるいは更にレーザ距離計４１から溶銑噴流までの
距離を考慮に入れて溶銑噴流の直角断面の中心位置を意
味する。

【００２７】また分布データから、更に、前記中心位置
における溶銑噴流１３の表面までの距離を演算する。こ
の表面までの距離に、更に溶銑噴流１３の半径を加算し
て、正確な銑噴流１３の中心までの距離を知ることがで
きる。溶銑噴流１３の直径は、前記分布データから知る
ことができる。レーザ駆動装置５５はレーザ距離計４１
を間欠的に回動し、その都度、新たに分布データを得
て、溶銑噴流１３の中心位置および中心までの距離を新
たに演算する。

【００２８】これらにより溶銑噴流１３の断面における
所定位置に、光ファイバ３を常に正確に送り込むことが
可能となる（図３）。すなわち、出銑初期と出銑後期と
では、溶銑噴流１３の断面の大きさや位置が異なり、例
えば溶銑噴流１３の直径は初期で５０ｍｍ程度、末期で
１５０ｍｍ程度である。しかし、常に溶銑噴流１３の中
心位置および中心までの距離を知ることで、溶銑噴流の
断面形状（略円形状）において、光ファイバ３を送り込
むべき位置を、知ることができる。

【００２９】これら演算された中心位置および距離に基
づいて、距離データ処理装置５７から制御装置５９、６
１に制御信号が送出され、これら制御装置５９、６１か
ら台車駆動モータ４７や先端ガイド駆動装置３３へ駆動
信号が送出される。なお、レーザ距離計４１が使用する
レーザ光の波長は、溶銑噴流１３の発する波長を避けた
ものを使用する。台車駆動モータ４７および先端ガイド
駆動装置３３が、先端ガイド２９を駆動するためのガイ
ド駆動装置を構成する。

【００３０】よって、溶銑噴流１３の断面の大きさや位
置が時間とともに異なるにもかかわらず、溶銑噴流１３
の断面形状（略円形状）の中心位置に、光ファイバ３を
常に正確に送り込むことができる。

【００３１】以上の実施形態により、光ファイバ３を溶
銑噴流１３内へ送り込む位置を調整する作業が、作業員
の目視によらず、レーザ距離計４１によって自動的に行
われる。また、調整は常時行うことができるので、時間
とともに変化する溶銑噴流１３に対応し続けることがで
き、ひいては溶銑噴流１３の温度測定を連続して行うこ
とが可能となる。また、温度測定の精度を向上すること
ができる。

【００３２】即ち、図４に示すように、従来（改善前）
は作業員の目視により手動によって位置の調整を行って
いたため１回の温度測定において＋３℃−１０℃のバラ
つきが存在していた。しかしながら、この実施形態によ
れば目視によらずレーザ距離計４１により自動的に距離
の計測等が行われ、光ファイバ３の位置調整が自動的に
行われるため、バラつきは±１℃程度におさまる。

【００３３】（他の実施形態）以上の実施形態において
は先端ガイド駆動装置３３やレーザ駆動装置５５は電動
シリンダを使用しているが、他の実施形態においては他
の駆動源を使用しても良い。

【００３４】また、レーザ距離計４１の駆動は主に回動
運動（首振り運動）のみでも良く、回動運動と台車４５
の前進後退運動（スライド運動）を合成して作り出す動
きであっても良い。望ましくは溶銑噴流１３に対し直角
方向に駆動し移動させるのが望ましい。同様に、先端ガ
イド２９の駆動は先端ガイド駆動装置３３である電動シ
リンダによる回動であっても良いし、あるいは、この回
動と台車４５の前進後退とを合成したものであっても良
い。更には他の駆動構成、例えば先端ガイド２９の一部
を伸縮自在な支持装置としておき、伸縮によって駆動す
る構成としても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光ファ
イバ先端位置決め装置によれば、作業員が溶融金属噴流
の径や中心位置の変化を目視する必要がない。したがっ
て溶融金属噴流を目視できる場所に近付く必要がないの
で、安全である。また、目視を遠くから行うことができ
るＩＴＶなどの装置を設ける必要がない。更に、作業員
を介さずに、レーザ距離計により正確に溶融金属噴流の
中心位置および溶融金属噴流までの距離を計測でき、こ
れら中心位置や距離に基づいて光フィバの送り出し位置
を調整することができるので、温度測定の精度を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る光ファイバ先端位
置決め装置の全体の概略図である。

【図２】図１のレーザ距離計により溶銑噴流の表面まで
の距離の分布データを示す図である。

【図３】時間によって異なる溶銑噴流内へ光ファイバを
送り込む位置を調整する状態を示す図である。

【図４】この実施形態により光ファイバを送り込む位置
を調整しつつ温度測定を行った結果を示す図である。

【図５】この実施形態に係る光ファイバ先端位置決め装
置を備えた溶融金属温度測定装置全体の概略図である。

【図６】従来の溶融金属温度測定装置を示す全体の概略
図である。

【符号の説明】

２９ 先端ガイド ３３ 先端ガイド駆動装置 ４１ レーザ距離計 ５５ レーザ駆動装置 ５７ 距離データ処理装置（演算手段） ５９、６１ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 善吉 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松林 明 広島県福山市鋼管町１番地 福山共同機工 株式会社内 (72)発明者 開原 昭典 広島県福山市鋼管町１番地 福山共同機工 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバを先端ガイドでガイドして溶
   融金属噴流内へ送り込み、溶融金属噴流内の熱放射光を
   光ファイバの先端から取り込み、光ファイバを通って放
   射温度計に導き、溶融金属噴流内の温度を測定する溶融
   金属温度測定装置に使用する前記先端ガイド（２９）を
   駆動して、光ファイバの先端の位置決めを行う装置にお
   いて、 前記先端ガイド（２９）を駆動するガイド駆動装置（３
   ３）と、前記溶融金属噴流までの距離を計測するレーザ
   距離計（４１）と、前記レーザ距離計を駆動し計測方向
   を変えるためのレーザ駆動装置（５５）と、前記計測方
   向を変えつつ計測した距離の分布データから前記溶融金
   属噴流の中心位置および該中心位置における前記溶融金
   属噴流までの距離を演算する演算手段（５７）と、前記
   中心位置および前記溶融金属噴流までの距離に基づい
   て、前記ガイド駆動装置（３３）を制御して前記先端ガ
   イド（２９）を駆動し前記光ファイバを前記溶融金属噴
   流内へ送り込む位置を調整する制御装置（５９、６１）
   と、を備えたことを特徴とする光ファイバ先端位置決め
   装置。