JPH11108736A - 容器内の溶湯の重量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】容器内の溶湯の重量を精度良く容易に計測でき
る安価な方法を提供すること。 【解決手段】浸漬体と、その上部に取り付けられた基準
梁とを備える計測体を、基準梁が基準点に到達するまで
容器の溶湯に向けて降下させ、浸漬体下部を溶湯中に浸
漬した後計測体を上昇させ、基準梁の取り付け位置と浸
漬体の溶湯中に浸漬された上端部との間の距離ｄを測定
し、この測定値を用いて容器内に保有される溶湯の深さ
を算出し、容器使用履歴情報を基に別途求められる容器
内での深さと体積の関係を表す回帰式とを用いて重量を
測定する容器内の溶湯の重量測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鉱炉や転炉など
から溶銑や溶鋼を取り出す際に、取鍋などの容器内にあ
る溶銑や溶鋼などの重量を測定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】容器内の溶銑や溶鋼等（以下単に「溶
湯」と記す）の重量を正確に計測することは、転炉等へ
の溶銑装入量や製鋼後の鋳造量などを決定する上で極め
て重要である。その計測方法には、容器内の溶湯表面の
高さ方向での位置（以下、単に「湯面高さ」と記す）を
求め、湯面高さと溶湯重量との関係を表す回帰式から間
接的に重量を求める方法や、重量計を用いて直接重量を
求める方法が提案されている。

【０００３】特開昭５１−２３４１４号公報には、先端
部に電気接点を設けたランスを容器の上方から降下さ
せ、電気接点がスラグまたは溶鋼に接した時に発する電
気信号を基にランスの送給距離を求め、これを基にし
て、スラグまたは湯面の高さを測定し、回帰式を用いて
溶鋼の重量を求める方法が開示されている。しかしなが
らここに開示されている方法では、ランス先端部分の電
気接点を中心とする検出部の機構が複雑であり、その製
作、保守に要する費用が高価なために経済性に欠けるの
が問題である。

【０００４】特開平１−２１５４５７号公報には、容器
に重量センサを付設すると共に重量センサから出力され
る電気信号をフィルタリングした後、容器重量を差し引
いて溶湯重量を計測する方法が開示されている。しかし
ながらこの方法においては、溶湯と同時に容器内に持ち
込まれるスラグを含めた合計重量が計測されるので、溶
湯の正確な重量が把握できないのが問題である。

【０００５】このように、容器内の溶湯の湯面高さおよ
び重量を精度良く容易かつ安価に計測する方法は実現さ
れていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、容器内の溶湯の重量を精度良く容易に計測
できる安価な方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記に記
載の容器内の溶湯の重量測定方法にある。

【０００８】浸漬体と、その上部に取り付けられた基準
梁とを備える計測体を、基準梁が基準点に到達するま
で、容器の溶湯に向けて降下させ、浸漬体下部を溶湯中
に浸漬した後計測体を上昇させ、基準梁の取り付け位置
と浸漬体の溶湯中に浸漬された上端部との間の距離を測
定し、この測定値を用いて容器内に保有される溶湯の深
さを算出し、容器使用履歴情報を基に別途求められる、
容器内での深さと体積の関係を表す回帰式とを用いて重
量を測定する容器内溶湯の重量測定方法。

【０００９】容器内部の形状や寸法は容器が空の時に計
測できる。従って、容器内に保存される溶湯の湯面高さ
が判明すれば、その重量は計算で求められる。溶湯を溶
鉱炉や転炉から溶銑鍋や取鍋などの容器に移す場合に
は、通常、スラグの混入が避けられない。これは、出銑
流や出鋼流にはスラグが少量混入していること、鉄歩留
まりを高くするために出銑や出鋼の末期には溶銑や溶鋼
とともにスラグも排出すること、空気酸化や溶鋼の脱酸
などが進行して出銑や出鋼途中でスラグが発生すること
などの理由による。

【００１０】スラグは、溶湯よりも比重が小さいので、
溶湯の上面に層状に存在する。湯面高さを正確に求める
には、溶湯の上のスラグ層の厚さを除いた溶湯の湯面位
置を測定する必要がある。しかし、上部にスラグ層があ
る場合には、溶湯表面を直接観察することができないの
で、湯面高さを正確に測定するのは困難である。

【００１１】鋼材を溶湯中に浸漬して素早く引き上げる
と、鋼材表面に地金が付着して引き上げられる。溶湯の
上面にスラグ層が有れば、鋼材表面のスラグ層に接した
部分にはスラグが付着して引き上げられる。地金は、浸
漬された鋼材表面に一部溶着しているので、鋼材から剥
離しにくい。スラグは鋼材とは溶着しないうえ、熱膨張
係数が大幅に異なる。このため、スラグは鋼材が引き上
げられて冷却される間に簡単に剥離する。従って、地金
とスラグが付着した鋼材に適度の振動や衝撃を加えれ
ば、スラグのみを十分に剥離脱落させ、地金は脱落させ
ないで鋼材表面に付着したままで残存させることができ
る。この現象を利用すれば、容器内の溶湯の上部にスラ
グが存在する状態であっても、地金のみが付着した鋼材
を得ることができる。この地金付着部の上端は湯面位置
に相当する。

【００１２】浸漬される鋼材の熱容量が小さすぎたり、
溶湯の温度が高く浸漬時間が長すぎるような場合には、
鋼材の温度が浸漬中に上昇してその表面が溶解し、地金
が付着しない場合がある。しかしその場合であっても、
鋼材のスラグ層と接している部分は溶解しないので、溶
湯中に浸漬された部分とスラグ層と接していた部分との
間では鋼材表面に著しい差異が生じる。そのため、付着
したスラグを除去して鋼材表面を観察すれば、鋼材表面
上で湯面相当位置を明瞭に認めることができる。

【００１３】容器の底から湯面上一定の高さの位置に基
準点を設け、この基準点と湯面との間の距離が判明すれ
ば容器内の溶湯の深さが求められる。溶湯に浸漬した鋼
材で言えば、鋼材上の基準点に相当する位置と、地金ま
たは溶解部分の上端との間の距離がこれに相当する。鋼
材上の上述の距離は、光学系を活用した画像処理装置を
用いることにより、高温環境下においても容易かつ迅速
に測定できる。溶湯の深さがわかれば、容器内の溶湯の
重量は容易に求められる。

【００１４】本発明はこれらの知見を基にして完成され
たものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、実施例を
示す図面を基に詳細に説明する。

【００１６】図３は、本発明に係わる計測体の外観を示
す図である。計測体１には、鉛直に配置される棒鋼から
なる浸漬体２と、その上部に設けられ浸漬体２と直交し
て付設された基準梁３が設けられている。同図（ａ）は
浸漬体を溶湯中に浸漬する前の計測体を示す図である。
同図（ｂ）は浸漬体の下部を溶湯に浸漬した後引き上げ
た計測体を示す図であり、浸漬体２の下部には地金１０
とスラグ１１が付着している。同図（ｃ）はスラグ１１
を除去した後の計測体を示す図である。

【００１７】図２は本発明の実施例に係わる、容器側壁
の上端部を基準点とし、基準梁３の取り付け位置Ｐ_s を
計測体側の基準点とした場合の容器と計測体１の位置関
係を示す概念図である。同図は、計測体１の基準梁３が
容器側壁上端部（基準点）に達するまで計測体１を容器
内に降下させた状態を示す。ここで、Ｈw は容器側壁部
の高さ、Ｔは容器底部の厚さを表し、いずれも容器毎に
定まる既知の数値である。基準梁３の取り付け位置Ｐ_s
と地金付着部または溶解部分の上端位置Ｐ_e との距離ｄ
が測定できれば、溶湯の深さＨは、Ｈ＝Ｈw −Ｔ−ｄ
として求められる。

【００１８】計測体１は上下方向に昇降可能になってい
る。昇降させる方法は、図２に示すようにワイヤー４を
介してモータ５の回転を調整するのが簡便である。しか
し、この方法に限定されるわけではなく、その方法は任
意である。アーム１５には水平方向の長さの調節機能や
旋回機能を持たせ、水平方向にも自在に移動できるよう
にするのが望ましい。計測体１は、基準梁３が容器７の
側壁上端部に達するまで、容器７内に降下される。基準
梁３が容器７の側壁上端部に達すると降下が停止され
る。浸漬体２には、降下が停止された際にその下端部が
溶湯８中に浸漬されるだけの十分な長さ（少なくとも図
２のｄを超える長さ）を持たせておく。

【００１９】図１は、本発明の実施例に係わる測定方法
を示す系統図である。浸漬体２の下端部は溶湯８中に浸
漬され、その下端部に地金を付着させた後、直ちに引き
上げられる。引き上げられた状態では、浸漬体２の先端
部の下方には地金１０が、その上方にはスラグ１１が付
着、凝固している。引き上げられた浸漬体２に付着した
スラグ１１は、熱膨張率の差によりおおむね剥離脱落す
るが、浸漬体に振動や衝撃などを加えることによりさら
に十分に剥離、除去される。スラグを除去する方法は任
意であるが、図１に示すように、別途設けられている加
震装置６により浸漬体２に適度の振動を与える方法が好
適である。この際の振動条件は、スラグ１１は浸漬体か
ら剥離脱落するが、地金１０は剥離しない範囲の振動数
と振幅を経験的に選定すればよい。

【００２０】付着しているスラグ１１を十分に除去した
後、浸漬体上での基準梁３の取り付け位置Ｐ_s と地金ま
たは溶解部分の上端位置Ｐ_e との間の距離ｄを測定す
る。この距離を測定する方法は任意であるが、浸漬体を
テレビカメラで撮影し、これを画像処理して両者間の距
離を求める方法が、高温環境下でも容易におこなえるの
で、好ましい方法である。図１においては、テレビカメ
ラ１２で浸漬体２を撮影し、計算機１３に内蔵されてい
る画像処理ロジックによって、計測体１の形状特徴であ
る浸漬体２への基準梁３の取り付け位置Ｐ_s と、浸漬体
２の地金付着による形状変化の上端部の位置Ｐ_e とを決
定させ、さらに、計算機１３に内蔵されている計測ロジ
ックによってテレビカメラと浸漬体間の距離補正処理を
おこなって距離ｄが計算される。

【００２１】浸漬体の熱容量が小さすぎたり浸漬時間が
長すぎて、浸漬中に浸漬体の表面が一部溶解し、地金が
付着せず、逆に溶損して浸漬体が痩せて引き上げられる
ような場合であっても、浸漬体表面では溶解部分を明瞭
に観察することができる。

【００２２】地金を確実に付着させるには、浸漬体の厚
み（または直径）を８ｍｍ以上とするのが良い。浸漬体
を過度に厚くすると、経済性や取扱い性を損なうので、
その上限は２０ｍｍ以下とするのが好ましい。

【００２３】容器の内壁は耐火煉瓦で覆われており、使
用回数が増すにつれて耐火煉瓦の溶損が進展し、その内
容積は使用回数に応じて大きくなる。しかし、この容積
の変化は容器の使用回数などの使用履歴とよい相関関係
がある。容器の内部寸法を容器が空の時点で計測し、こ
れと過去の使用実績から、容器の使用履歴情報と容器内
の溶湯の深さＨとを独立変数として容器内の溶湯の重量
を求める回帰式をあらかじめ容器毎に作成する。この回
帰式を計算機１３内の計算回路に組み込んでおく。図１
に示されているように、計算機内に記憶されている容器
使用履歴情報と、上述の計測ロジックから得られる基準
点相当位置から湯面までの距離ｄと、上記回帰式とによ
って溶湯の重量が計算される。この結果は、出力ポート
として重量表示器や他の計算機などに出力される。

【００２４】浸漬体の降下を停止させる基準点は、図
１、図２に示すように、容器の側壁上端部とするのが簡
便であるので好ましい。しかし、基準点の設定方法はこ
の方法に限定される必要はなく、容器底面を基準にして
浸漬体の鉛直方向の位置が定量的に把握できる方法で方
法であればよい。

【００２５】計測体の降下方向は鉛直方向が好ましい
が、鉛直方向のみに限定する必要はない。例えば、容器
上端部から斜めに溶湯中に浸漬させても良い。この場合
は、計測体の挿入角度から鉛直方向の高さを求める。

【００２６】浸漬体は、融点が１５００℃前後、あるい
はそれよりも高い鋼であればよく、炭素鋼、特殊鋼ある
いはステンレス鋼などいずれでも構わない。その形状は
画像処理時の計測精度を高めるために輪郭形状が直線的
なものであれば特に問題はないが、棒状のものが好まし
い。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）直径１２ｍｍの、ＪＩＳ−Ｇ−４０５１に
規定されるみがき機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ製の棒鋼を
浸漬体として用い、先端から１２００ｍｍの位置に基準
梁を備えた計測体１を、図１に示すように、モータ５を
操作してワイヤー４を介して、転炉から出鋼され、４３
回目の使用になる取鍋に保有されている溶鋼中に降下し
た。溶鋼の化学組成は、重量％表示で、Ｃ：０．６７
％、Ｓｉ：０．１７％、Ｍｎ：０．４５％、残部Ｆｅお
よび不可避的不純物であり、溶鋼の温度は１４８０℃で
あった。溶鋼の上面にはスラグが浮遊しており、溶鋼表
面は外部からは視認できなかった。計測体は、基準梁が
取鍋上端部に達した後直ちに引き上げた。浸漬体下端部
にはスラグと地金が付着していた。加振装置６を用い
て、浸漬体に、振動数３０Ｈｚの振動を１０秒間付加
し、付着していたスラグ１１を剥離除去した。その後、
浸漬体の画像をテレビカメラ１２で撮影して計算機１３
に取り込み、画像処理ロジックを用いて計測対象部の画
像切り出し処理をおこない、計測ロジックを用いて距離
補正して取鍋上端部から湯面までの距離Ｄを計算し、溶
鋼の深さＨを求めた。事前に求めておいた、この取鍋の
溶鋼の深さＨから重量を求める回帰式を用いて、容器内
に保有されている溶鋼の重量を求めた結果、７４．７ｔ
（トン）との結果を得た。

【００２８】別途、ロードセルを用いた重量直接測定方
法により、この取鍋内のスラグを除去し、溶鋼の重量を
実測した結果、溶鋼の重量は７５．３ｔであった。この
結果、本発明の測定方法が良好な精度を持っていること
が確認された。

【００２９】（実施例２）直径９ｍｍの、ＪＩＳ−Ｇ−
４０５１に規定されるみがき機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ
製の棒鋼を浸漬体として用い、先端から１０００ｍｍの
位置に基準梁を備えた計測体１を、図１に示すように、
モータ５を操作してワイヤー４を介して、転炉から出鋼
され、７９回目の使用になる取鍋に保有されている溶鋼
中に降下させた。溶鋼の化学組成は、重量％表示で、
Ｃ：０．０５８％、Ｓｉ：０．００５％、Ｍｎ：１．２
７％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、溶鋼の温
度は１５６０℃であった。溶鋼の上面にはスラグが浮遊
しており、溶鋼表面は外部からは視認できなかった。計
測体は、基準梁が取鍋の側壁上端部に達した後直ちに引
き上げた。浸漬体下端部にはスラグと地金が付着してい
た。加振装置６を用いて、浸漬体に、振動数２０Ｈｚの
振動を７秒間付加し、付着していたスラグ１１を剥離除
去した。その後、浸漬体の画像をテレビカメラ１２で撮
影して計算機１３に取り込み、画像処理ロジックを用い
て計測対象部の画像切り出し処理をおこない、計測ロジ
ックを用いて距離補正して取鍋上端部から湯面までの距
離Ｄを計算し、溶鋼の深さＨを求めた。事前に求めてお
いた、この取鍋の溶鋼の深さＨから重量を求める回帰式
を用いて、容器内に保有されている溶鋼の重量を求めた
結果、７４．５ｔ（トン）との結果を得た。

【００３０】別途、ロードセルを用いた重量直接測定方
法により、この取鍋内のスラグを除去し、溶鋼の重量を
実測した結果、溶鋼の重量は７５．２ｔであった。この
結果、本発明の測定方法が良好な精度を持っていること
が確認された。

【００３１】

【発明の効果】本発明の方法によれば、容器内の溶湯の
上面にスラグが浮遊している状態であっても、溶鋼の重
量を精度良く、簡便にしかも容易に測定できる。この方
法を用いると製鋼工程など、溶湯を取り扱う工程の作業
精度を効率的に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる、測定方法の概要を示
す系統図である。

【図２】本発明の実施例に係わる、容器と計測体の位置
関係を示す概念図である。

【図３】本発明に係わる計測体の状態を模式的に示す図
である。

【符号の説明】

１：計測体、２：浸漬体、３：基準梁、６：加震装置、
８：溶湯、９：スラグ、１０：地金、１１：スラグ付着
物、１２：テレビカメラ、１３：計算機、Ｐ_s：基準梁
取り付け位置、Ｐ_e ：地金付着または一部溶解による浸
漬体の形状変化部分の上端位置、Ｈ：容器内の溶湯の深
さ、Ｈw ：容器側壁上端部の高さ、ｄ：基準点相当位置
から湯面までの距離、Ｔ：容器底の厚さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｇ 17/04 Ｇ０１Ｇ 17/04 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浸漬体と、その上部に取り付けられた基準
   梁とを備える計測体を、基準梁が基準点に到達するまで
   容器の溶湯に向けて降下させ、浸漬体下部を溶湯中に浸
   漬した後計測体を上昇させ、基準梁の取り付け位置と浸
   漬体の溶湯中に浸漬された上端部との間の距離を測定
   し、この測定値を用いて容器内に保有される溶湯の深さ
   を算出し、容器使用履歴情報を基に別途求められる、容
   器内での深さと体積の関係を表す回帰式とを用いて重量
   を測定する容器内の溶湯の重量測定方法。