JPH11281467A

JPH11281467A - 溶融金属の表面レベル測定装置

Info

Publication number: JPH11281467A
Application number: JP8718898A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Nishimura; 望西村; Shigeaki Goto; 滋明後藤; Isao Takashima; 功高嶋; Goro Sato; 五郎佐藤; Takanori Sanjo; 隆則三条; Hiroaki Kozono; 洋明小薗; Koichi Morikawa; 幸一森川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】容器内に保持された溶融金属の表面レベルを、
スラグが溶融金属の上を覆っているような場合でも簡易
な方法で検知する。【解決手段】溶融金属より見掛比重の小さい重錘と、重
錘を吊り下げる吊材と、吊材を巻き掛ける滑車と、吊材
を繰り出す巻取装置と、滑車を支持する弾性材と、弾性
体の弾性力を検出し滑車の変位を検知する検知手段と、
吊材の繰り出し長さから重錘の上下方向位置を検知する
位置検知手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内における溶
融金属の表面レベルを検知するための溶融金属レベル測
定装置に関する。さらに詳しくは、高炉溶銑輸送容器の
ように溶融金属の表面に予備処理スラグなどが覆ってい
る場合でも容易に溶融金属の表面レベルを検知すること
ができる溶融金属の表面レベル測定装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼精錬などの金属精錬作業において
は、溶融金属の容器内における金属表面レベルを正確に
検知することは工程管理における重要な技術である。し
かし通常溶融金属は極めて高温であるため、簡単ではな
い。例えば高炉溶銑の輸送容器である混銑車などでは、
連続して高炉より排出される溶銑を混銑車へ適量投入す
るために混銑車内での溶銑レベルを検知する必要があ
り、従来ではこれをマイクロ波の送受信時間の測定によ
り行う技術が一般的になってきている。この技術は混銑
車内の内容物と大気との界面で反射するマイクロ波を利
用するものでマイクロ波レベル計と呼ばれている。

【０００３】近年高炉鋳床での脱珪などの予備処理が一
般的に行われるようになり、混銑車内に溶銑に加えて脱
珪剤添加による脱珪スラグが投入されるようになってき
た。この場合上記マイクロ波レベル計では脱珪スラグの
表面レベルを計測することになり、混銑車内の溶銑レベ
ルの正確な計測はできない。このため従来は脱珪スラグ
の厚みを一定と見なしてマイクロ波レベル計の計測する
表面レベルに対して一定値を差し引いた値を溶銑レベル
としていた。

【０００４】しかし、溶銑と脱珪剤を反応させる時に脱
珪剤中の酸素と溶銑中の炭素の反応が脱珪と同時に進行
するため、脱珪スラグ中では一酸化炭素ガスが発生し、
これが脱珪スラグを泡立てるフォーミングという現象が
生じてしまう。マイクロ波レベル計による計測値はフォ
ーミングによって泡だった表面を示すので、必ずしも脱
珪スラグの厚みは一定とはならず、前記のようにマイク
ロ波レベル計の計測値から一定値を差し引いた値を溶銑
レベルとすると、実際の溶銑レベルが低く判定され、後
工程である脱硫、脱燐などの工程で支障をきたすケース
があった。

【０００５】上記マイクロ波レベル計以外の溶融金属レ
ベルを検知する技術としては、特開平４−９４８６２号
公報に開示された技術がある。これは溶融物中に物体を
浸漬したときに浮力を受けることを利用して、プローブ
を溶融金属内へ上から浸漬させ、プローブが受ける浮力
をアームを介してロードセルで測定することによって表
面レベルを検知するものである。また特開平７−１４６
１６７号公報では上下方向に延びる棒状体の下部を溶融
物に浸漬させ、棒状体の見かけの重量の変化率を計測す
ることによって、この変化率の値が変化する位置を溶融
物の界面として検出するレベル検出方法である。これは
溶融金属の上方にスラグが覆っているような場合でも溶
融金属とスラグの比重の差により上記見かけの重量の変
化率の値が変化するため溶融金属のレベルを計測できる
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平４
−９４８６２号公報で開示されたレベル計は高温の溶融
金属容器の上方近傍にプローブや、アームといった構造
物を堅固に構築しなければならないという困難さがあ
る。すなわちプローブは溶融金属に浸漬させて損傷ある
いは溶損しない耐火物のような重量物であることが必要
であり、またこれを支持するアームも同様に強固な部材
で構成する必要がある。さらにこれを載置する基礎も強
固なものでないとレベル計全体の上下動により浮力が吸
収されてしまい誤差の大きな原因となる。

【０００７】また特開平７−１４６１６７号公報の技術
においては、棒状体を順次降下させて溶融金属中に浸漬
していくときの見かけの重量変化率を測定しているた
め、棒状体の形状による誤差の影響を極めて敏感に受け
てしまう。すなわち棒状体が一部損傷などして横断面積
が変わってしまうと、その部位が浸漬したときに見かけ
の重量変化率が一時的に変化するといった現象が発生す
る。また前記した脱珪スラグのようにフォーミングによ
りスラグ自体の厚みや局部的な見かけの比重が変化して
いるような場合では、棒状体の見かけの重量の変化率の
値の変化が溶融スラグ、溶融金属の層厚以外の原因で変
動するのを差別化して検知することができず、測定精度
が低下してしまう。さらに棒状体を浸漬していくときに
棒状体が横方向へ倒れてしまうとレベルの位置検出が不
正確になるという問題もある。

【０００８】このように従来のレベル計では溶融金属の
上方に別種のスラグが覆っているような場合には、簡単
な方法で精度のよいレベル測定ができなかった。本発明
は、溶融金属の上方にスラグが覆っているような場合で
も簡易に溶融金属のレベルを検知できる溶融金属レベル
測定装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
した溶融金属の表面レベル測定装置を提供するものでそ
の技術手段は次の通りである。すなわち本発明は、容器
内に保持された溶融金属の表面レベル検知装置におい
て、溶融金属より見掛比重の小さい重錘と、この重錘を
一端に連結して吊り下げる吊材と、この吊材を巻き掛け
る滑車と、吊材の他端に繋止し吊材を繰り出す巻取装置
と、前記滑車を支持する弾性体と、この弾性体の反力に
よる滑車の変位を検知する検知手段と、吊材の繰り出し
長さから前記重錘の上下方向位置を検知する位置検知手
段とからなることを特徴とする溶融金属の表面レベル測
定装置である。

【００１０】この場合に、前記吊材は金属ワイヤ又は金
属チェーンとすれば、強度、可撓性、重量の正確性等の
観点から好適である。前記重錘は、内部を耐火物とし、
重錘の上面及び、側面に鉄製被覆を冠着すると、重錘全
体の見掛比重を溶融金属の比重より小さくスラグの比重
より大きくすることが容易にでき、耐久性が向上し、繰
り返し使用することができ好ましい。

【００１１】また、前記重錘の水平面への投影の平均径
Ｄに対して重錘下端から該重錘の重心までの高さＨがＤ≧Ｈ≧０．２Ｄであるように構成すると、吊具の損傷がほとんど皆無と
なり、効果的である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。本発明は、高炉から出銑された溶銑
を溶銑鍋内へ注入する際のフォーミングスラグと溶銑と
の界面を測定するものである。図１に本発明の原理説明
図を示した。重錘１はワイヤ又はチエーンからなる吊材
２に吊下されている。ワイヤ又はチェーンからなる吊材
２は滑車３を経て巻取装置９によって繰り出されるよう
になっている。巻取装置９は固定床１３上に載置された
モータ１６によって巻取ドラムを駆動し吊材２を巻取
る。セルシンモータ１７はドラムの回転の角度を検出し
電気信号として遠方に伝達する。滑車３の腕４は、弾性
体５によって固定軸６に支持されており、重錘１とワイ
ヤ又はチェーンからなる吊材２の合計重量に応じて、弾
性体５が変位し、滑車３ａ、腕４ａ、弾性体５ａのよう
に変位する。７はストッパである。腕４の動きはストラ
イカ１８によりオンオフするリミットスイッチ１９によ
り把えられる。巻取装置９は吊材２の長さを測定しなが
ら重錘１を昇降させることができる。重錘１は見掛け比
重がスラグの比重より大きく溶融金属の比重より小さ
い。重錘１の見掛け比重とは重錘１の重量（ｇ）を重錘
１全体の体積（ｃｍ³ ）で割った数値である。重錘１の
見掛け比重をフォーミングスラグの比重２．０ｇ／ｃｍ
³ より大きくし、溶融金属（溶銑）１０の比重７．０ｇ
／ｃｍ³ より小さくする構造にすることによって、重錘
１は、フォーミングスラグ層中で浮力を受けた後でも沈
降し、フォーミングスラグと溶銑との界面に達すると、
溶融金属１０からさらに大きな浮力を受ける。

【００１３】このとき、弾性体５の反力の値が（重錘重
量＋吊材重量−スラグ中の重錘の浮力）より小さい値に
なったときの吊材２の長さから溶融金属表面の位置を判
定することができる。この時、重錘を引き上げる構造に
することによってフォーミングスラグと溶銑との界面を
測定することができ、この測定を一定時間間隔毎にくり
返し、所定のレベルになるまで溶銑を注入することによ
り、予備処理の可能なレベルに溶銑のレベルを精度良く
合わせることができる。

【００１４】本発明の原理は次の通りである。弾性体５
の反力Ａは、弾性体のばね常数をｋ、弾性体の変位をｘ
とすれば、Ａ＝ｋｘで求められる。重錘１と吊材２の重
量との合計重量２１をＢとし、重錘の受ける浮力２２を
Ｃとすれば、Ａ＝Ｂ−Ｃの時、溶融金属表面に重錘が一
定の深さ浸漬したことを検知する。

【００１５】例えば、重錘を半径ｒ、高さｍの円柱と
し、その見掛け比重をρとし、溶銑の比重を７．０ｇ／
ｃｍ³ 、スラグの比重を２．０ｇ／ｃｍ³ とし、ワイヤ
等の重量を無視する。ばねの張力（又は圧縮力）をＡ、
重錘重量をＢ、溶銑及びスラグによる浮力をＣ₁ 、溶銑
の滞留による浮力をＣ₂ とすると、スラグの厚さが０す
なわちスラグのない時、溶融金属表面の検知点ｍ₁ （円
柱の底面からの高さ）は、Ｃ₁ ＝πｒ² ｍ₁ ×７．０Ｂ−Ｃ₁ −Ｃ₂ ＝Ａ従って、ｍ₁ ＝（Ｂ−Ａ−Ｃ₂ ）／７．０πｒ² 同様にスラグ厚さが無限大である時、溶融金属表面の検
知点ｍ₂ （円柱の底面からの高さ）は、Ｃ₁ ＝πｒ² ｍ₁ ×７．０＋πｒ² （ｍ−ｍ₂ ）×
２．０であるから、ｍ₂ ＝（Ｂ−Ａ−Ｃ₂ −２．０πｒ² ｍ）／（７．０−
２．０）πｒ² である。ｍ₁ とｍ₂ との差が小さいほどスラグ層厚の影
響を受けない設計となる。つまり重錘の重心が低い位置
にある方がよい。このような観点から、重錘の形状とし
て角錐形や円錐形が好適である。

【００１６】図２は本発明の実施例の模式図で、溶銑１
０、フォーミングスラグ１１を収納している溶銑鍋１２
内の溶銑レベルを測定するシステムを示している。重錘
１は滑車３を介して吊材２に吊下され、吊材２の他端に
はサウンジング装置９が設けられている。サウンジング
装置（巻取装置）９は吊材２の繰出し長さを検出する。

【００１７】滑車３には重錘１とサウンジング装置９か
ら重錘１までの吊材の重量が鉛直方向に掛かる。正確に
は滑車３から重錘１までの吊材の重量にサウンジング装
置９又は吊材受けローラ等から滑車３までの吊材の重量
の半分を加えたものが滑車に鉛直荷重として掛かる。実
技的には後者の値は通常、吊材２の鉛直長さに比して小
さい値となるから、無視してもよい。上記滑車の受ける
鉛直荷重を弾性体５の変位により生じる反力とストッパ
７との接触により生ずる反力によって支えている。重錘
１が降下して溶銑１０の表面に達すると、重錘１にはス
ラグ及び溶銑へ浸漬した容積に相当する浮力が働くた
め、滑車３に掛かる鉛直方向の荷重は重錘１と吊材２と
の合計重量から、重錘１がスラグ１１及び溶銑１０へ浸
漬した容積に相当する浮力を差し引いたものになる。そ
こで、上記弾性体５の変位による反力が、重錘１と吊材
２の重量から、重錘１がスラグ１１及び溶銑１０へ浸漬
した容積に相当する浮力を差し引いた力と同等になるよ
うに調整しておくことによって、重錘を巻下ろしていっ
たときに、溶銑表面に重錘１が達した時点でストッパ７
からの反力がなくなり、滑車３は上方へ動くことにな
る。サウンジング装置９はこの滑車３が動いた瞬間の吊
材の繰り出し長さを検出する。その結果、溶銑表面のレ
ベルを検知することができる。弾性体５としては図示で
はつるまきばねの例を示しているが、板バネ、竹の子バ
ネ等を適宜使用することができる。

【００１８】図３〜図５は本発明を用いた溶銑鍋１２の
操業例を示す説明図である。図３は高炉から受銑時の溶
銑鍋１２の受銑レベル測定状況を示す模式図である。図
３には従来のマイクロ波レベル計４０によってフォーミ
ングスラグ１１の表面からの反射波４１を測定している
状態を併記してある。図４は予備処理前に行うフォーミ
ングスラグ１１の除去作業（いわゆるノロ返し）であ
り、この後図５に示すようにランス１５を挿入して溶銑
の予備処理を行う。現在主流となっているマイクロ波レ
ベル計４０はフォーミングスラグ１１の上面の測定結果
であるため、予備処理での溶銑レベルを基準値にあわせ
るために、フォーミングスラグ１１の層厚をあらかじめ
考慮した値によって、マイクロ波レベル計４０による受
銑量調整を行っている。しかし鋳床脱硅剤の量の変化に
より、フォーミング量が大きく変化するため、溶銑ｌ０
のレベルは大きく変動している。このため、図５に示す
溶銑の予備処理を行う時点で、ランス１５が溶銑内部へ
届かない場合が生じるのである。

【００１９】図６は本発明の別の実施例の重錘１を示す
もので、角錐形に形成した耐火物３１の側面を鉄３２で
覆う構造とした例である。溶銑容器内のフォーミングス
ラグと溶銑の界面まで重錘１が垂下した際に、溶銑は底
面の耐火物と接触する。従って、重錘１が溶けて重量が
軽くなることはない。また、耐火物３１と鉄３２の重量
割合を調整できるから、重錘全体の見掛け比重を溶銑の
比重より小さくし、スラグの比重より大きくすることが
容易にできる。この重錘１を溶銑容器内へ垂下した際、
重錘１は溶銑表面のフォーミングスラグに到達した後、
スラグ中で浮遊することなしに、フォーミングスラグと
溶銑の界面まで沈降しつづけ、溶銑面に達した時の重錘
１の荷重変化により、溶銑レベルを検知することができ
る。また重錘１の重心の底面からの距離ＨをＤ≧Ｈ≧
０．２Ｄとなるような形状とする。ここでＨは重錘の底
面から重心までの距離３４、Ｄは重錘の水平面への投影
の平均直径３５である。このような形状にすると、重錘
１がフォーミングスラグと溶銑の界面に到達したのち
に、重錘が傾いて吊金３３が溶銑面にふれることによる
ワイヤあるいはチェーンなどの吊材が溶融切断するおそ
れがなくなる。

【００２０】図７は、底面が耐火物で、側面が鉄製の実
施例の重錘と、すべて鉄製からなる従来の重錘の測定回
数毎の重錘の重量変化を示したグラフである。重量測定
は重錘に付着したスラグを除去した後に行ったものであ
る。本発明の重錘はほとんど容量に変化がなく、重錘を
交換する必要がない。図８は、底面径Ｄと底面から重錘
の重心Ｇまでの高さＨをＤ≧Ｈ≧０．２の条件範囲とし
た本発明の実施例の重錘と、本発明の条件範囲外のＨ＞
Ｄとした重錘及び、０．２Ｄ＞Ｈとした重錘とを比較し
て、垂下回数当りのワイヤあるいはチェーンなどの吊材
の切れの回数を示すグラフである。本発明の重錘は測定
回数内ではチェーンあるいはワイヤなどの吊材切れが皆
無で、チェーンあるいはワイヤの交換および重錘の交換
の必要がない。

【００２１】図９にマイクロ波レベル計による受銑量調
整と、本発明の重錘式レベル計による受銑量調整の予備
処理における溶銑レベルの基準範囲内合格率の分布を示
した。図９に示すように本発明の実施例では大幅に合格
率が向上している。また、図１１に示すような、比重
７．０ｇ／ｃｍ³ の溶銑上に比重２．７ｇ／ｃｍ³ の溶
融スラグが乗った状態で、見掛け比重を６．０ｇ／ｃｍ
³ に調整した重錘と見掛け比重を２．７ｇ／ｃｍ³ に調
整した重錘を用いて溶銑のレベル測定を行った。図１０
はその結果の比較を示す。図１０のＸ、Ｙはそれぞれ図
１１に図示したＸ、Ｙに相当する。Ｘは本発明の溶融金
属の表面レベル測定方法で検知した溶銑の表面レベルの
値であり、Ｙはその状態からスラグを除去した後に溶銑
の表面レベルと溶銑容器の口元レベルの差を、鋼製チェ
ーンを直接口元から溶銑表面へ垂直に垂らすことにより
真の溶銑レベルを測定した値である。溶銑の予備処理に
当ってはこのＹのレベルが一定の範囲にないと予備処理
剤を送給するランスが溶銑表面に届かないという問題
や、また予備処理により溶銑表面が波打ったときに溶銑
容器の口元から溶銑が飛び出るといった問題が生じる。

【００２２】図１０からわかるようにスラグの比重と近
似する見掛比重の重錘では、真のフォーミングスラグと
溶銑の界面のレベルより高いレベルで検知してしまうこ
とが多い。これに対して重錘の見掛け比重を溶銑の比重
より小さくスラグの比重より大きくした重錘において
は、測定精度がより高く、ほぼ真の溶銑レベルと対応す
るので好ましい。

【００２３】いろいろな見掛け比重の重錘を用いて図１
１に示す実験を行った。重錘の見掛け比重をｗ、溶融ス
ラグ、溶融金属の比重をそれぞれｗｓ，ｗｍとしてｗを
変えることでＲ＝（ｗ−ｗｓ）／（ｗｍ−ｗｓ）で定義されるＲをいろいろ変化させた結果を図１２に示
す。図１２の縦軸は実験における真の溶銑レベル（Ｙ＋
６．２）（ｍ）に対する本発明の溶融金属の表面レベル
測定方法で測定した溶銑レベルＸ（ｍ）の誤差の絶対値
の平均を示したものである。重錘の見掛け比重が溶融金
属の比重より小さく、溶融スラグの比重よりも大きい場
合には本発明の測定値の真の溶銑レベルとの誤差は０．
１ｍ以内であり、十分使用に足りる結果である。またＲ
を０．５〜０．９程度にすれば、誤差は０．０５ｍ以下
となり、より好適である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、フォーミングス
ラグ層と溶銑の界面を正確に測定できるので、予備処理
比率の向上を図ることができる。これにより予備処理不
能時に発生するトンあたり数百円のデメリットを大幅に
削減することができる。また、測定精度が高いことか
ら予備処理時の基準範囲内の上限付近まで受銑量をアッ
プすることによりトピード処理台数低減や製鋼着溶銑温
度低下ロスの削減によるメリットを得ることもできる。

【００２５】また、本発明は、重錘が溶銑により溶融す
ることがなくなったので、重錘を交換する必要がなくな
った。また重錘の底面径Ｄと底面から重心までの高さＨ
をＤ≧Ｈ≧０．２Ｄとするようにしたので、重錘とレベ
ル計本体を接続するワイヤあるいはチェーンが溶銑によ
り溶融切断することがなくなったので、ワイヤあるいは
チェーンの交換する必要がなくなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】実施例のシステム図である。

【図３】本発明による受銑の模式図と予備処理工程を示
す説明図である。

【図４】本発明による受銑の模式図と予備処理工程を示
す説明図である。

【図５】本発明による受銑の模式図と予備処理工程を示
す説明図である。

【図６】本発明の重錘の構造を示す断面図である。

【図７】重錘の重量変化を示すチャートである。

【図８】チェーン、ワイヤ切れを示すグラフである。

【図９】本発明レベル計とマイクロ波式レベル計による
予備処理時溶銑レベル測定結果を示す分布図である。

【図１０】レベル計指示値と実測値との比較を示すグラ
フである。

【図１１】図１０の測定を示す説明図である。

【図１２】重錘の見掛け比重をいろいろ変えた時の測定
誤差を示すグラフである。

【符号の説明】

１重錘２吊材（チェーン又はワイヤ）３，３ａ滑車４，４ａ腕５，５ａ弾性体６固定軸７ストッパ８重量計９サウンジング装置１０溶銑（巻取装置）１１フォーミングスラグ１２溶銑鍋１３固定床１５ランス１６モータ１７セルシンモータ１８ストライカ１９リミットスイッチ２１重量２２浮力３１耐火物３２鉄３３吊金３４重心までの距離３５平均直径４０マイクロ波レベル計４１反射波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高嶋功千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者佐藤五郎千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者三条隆則千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者小薗洋明千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者森川幸一千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に保持された溶融金属の表面レベ
ル検知装置において、溶融金属より見掛比重の小さい重
錘と、該重錘を一端に連結して吊り下げる吊材と、該吊
材を巻き掛ける滑車と、該吊材の他端に繋止し吊材を繰
り出す巻取装置と、前記滑車を支持する弾性体と、該弾
性体の反力による該滑車の変位を検知する検知手段と、
該吊材の繰り出し長さから前記重錘の上下方向位置を検
知する位置検知手段とからなることを特徴とする溶融金
属の表面レベル測定装置。
【請求項２】前記吊材は金属ワイヤ又は金属チェーン
であることを特徴とする請求項２記載の溶融金属の表面
レベル測定装置。
【請求項３】前記重錘の内部を耐火物とし、該重錘の
上面及び側面に鉄製被覆を冠着し、重錘全体の見掛比重
を溶融金属の比重より小さくスラグの比重より大きくし
たことを特徴とする請求項２又は３記載の溶融金属の表
面レベル測定装置。
【請求項４】前記重錘の水平面への投影の平均径Ｄに
対して重錘下端から該重錘の重心までの高さＨがＤ≧Ｈ≧０．２Ｄであることを特徴とする請求項４記載の溶融金属の表面
レベル測定装置。