JPS61202150A - Method and device for inspecting heterogeneous transformation process of diffusion motion in turbulence of liquid - Google Patents

Method and device for inspecting heterogeneous transformation process of diffusion motion in turbulence of liquid

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JPS61202150A
JPS61202150A JP60041362A JP4136285A JPS61202150A JP S61202150 A JPS61202150 A JP S61202150A JP 60041362 A JP60041362 A JP 60041362A JP 4136285 A JP4136285 A JP 4136285A JP S61202150 A JPS61202150 A JP S61202150A
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liquid
signal
heterogeneous
turbulent
amplifier
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JP60041362A
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Japanese (ja)
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ガボル パル
ガボル エンドレツイ
ジヨルジイ ホロス
ガボル ナジイ
ガボル セニイ
ラスロ ボデイ
ゾルタン バラチ
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BASHIPARI KUTATO S FUEYURESUZU
BASHIPARI KUTATO S FUEYURESUZUTO VALLALAT
Original Assignee
BASHIPARI KUTATO S FUEYURESUZU
BASHIPARI KUTATO S FUEYURESUZUTO VALLALAT
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体の乱流中に発生する拡散運動の不均質変
態(heterogeneoua transform
ation)プロセスを検査する方法及び装置に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to heterogeneous transformation of diffusive motion occurring during turbulent flow of liquid.
The present invention relates to a method and apparatus for inspecting a process.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

様々な技術分野において、液体中で発生する不均質変態
プロセスを形成するプロセスは数多くある。ある種の表
面、たとえば異なる相の境界面(たとえば、液体分散相
と、分散液体、気相又は固体相とから成る系において)
、触媒面、液体中に浸された電極又は液体の入った容器
の壁面において発生する化学的及び物理化学的々変態プ
ロセスは、一般に、不均質変態プロセスとして分類され
る。
There are many processes forming heterogeneous transformation processes occurring in liquids in various technical fields. certain surfaces, such as interfaces between different phases (e.g. in systems consisting of a liquid dispersed phase and a dispersed liquid, gas or solid phase)
Chemical and physicochemical metamorphosis processes that occur at catalytic surfaces, electrodes immersed in liquids, or walls of containers containing liquids are generally classified as heterogeneous transformation processes.

本発明は液体中で起こるそのような不均質変態プロセス
の検査に関するものであり、液体が乱流の状態をとり、
プロセスが拡散運動により特徴づけられるという条件が
満たされているものとする。
The present invention relates to the examination of such heterogeneous transformation processes occurring in liquids, where the liquid is in a state of turbulence and
Assume that the condition that the process is characterized by diffusive motion is satisfied.

この第2の条件は、液体の内部領域から不均質変態の場
所である面まで又はその面から液体の内部領域までの物
質移送の速度によシ変態プロセスの速度が決定されると
いうことを意味する。
This second condition means that the rate of the transformation process is determined by the rate of mass transport from the internal region of the liquid to and from the surface that is the site of heterogeneous transformation. do.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

液体中で起こる不均質変態プロセスを検査するために、
直接的な検査方法が最も広く採用されている。これらの
方法の本質はサンプリングと、サンプルの化学的又は物
理化学的分析にある。これらの方法が実地技術により必
要とされる精度を確実に保証することは明らかであるが
、これに基づいてリアルタイム介入又は制御を実施する
のは実質的に不可能である。急速に変化する工業プロセ
ス条件の中で、直接的方法は、一般に、制御の問題を解
決する手段とはなりえない。場合によってはサンプリン
グを実施するのが困難であシ、特にプロセス全体を停止
する条件の下でなければサンプリングが不可能であるよ
うなプロセスでは難しい。もう1つの特殊な問題は小量
存在する成分の分析において起こる。この場合、1つの
サンプルでは不十分なものとなってしまい、異なるサン
プルについて決定される含有量は正しい値を含む広い範
囲にわたって互いに異なると考えられる。従って、分析
されるサンプルの数が多いほど正しい値を得るのに良い
方法となる平均値を得るためには、多数のサンプルに基
づく分析で々ければ信頼することができない。
To examine the heterogeneous transformation processes that occur in liquids,
Direct testing methods are the most widely used. The essence of these methods lies in sampling and chemical or physicochemical analysis of the sample. Although it is clear that these methods reliably guarantee the accuracy required by practical techniques, it is practically impossible to carry out real-time intervention or control on this basis. In rapidly changing industrial process conditions, direct methods are generally not the solution to control problems. Sampling may be difficult to perform in some cases, especially in processes where sampling is only possible under conditions that shut down the entire process. Another special problem arises in the analysis of components present in small amounts. In this case, one sample will be insufficient and the contents determined for different samples will differ from each other over a wide range including the correct value. Therefore, an analysis based on a large number of samples can only be relied upon to obtain an average value, which is a better way to obtain a correct value the more samples that are analyzed.

他の従来知られている一連の解決方法は間接的方法から
成シ、この場合には、濃度に従って変化する測定パラメ
ータ(圧力、温度、色、音など)に基づいて変態プロセ
スの速度又は進展を検査することかできる。公知の方法
により必要々情報は迅速に得られるが、その精度又は信
頼性は低く、制御又は調整り一グを実現するための所望
のレベルに達しない。鉄鋼の生産について、音響原理に
基づいて酸素変換器ゾロセスへの介入を実施する方法が
知られている( V、1.Baptizmanski他
、■■Z 5Tchornaya M@tallurg
iya s 1982年第2号、34〜38ペーソ)。
Another set of previously known solutions consists of indirect methods, in which the rate or progress of the transformation process is determined based on measured parameters (pressure, temperature, color, sound, etc.) that vary with concentration. Can be inspected. Although the known methods provide the necessary information quickly, their accuracy or reliability is low and does not reach the desired level of control or coordination. For the production of steel, it is known how to carry out interventions in oxygen converters based on acoustic principles (V, 1.Baptizmanski et al., ■■Z 5Thornaya M@tallurg
iyas 1982 No. 2, 34-38 pesos).

この方法の本質は、音響効果を追跡し、酸素を溶融鋼浴
に吹込む間の音圧レベルを精密に追跡することによる。
The essence of this method is by tracking the acoustic effects and precisely tracking the sound pressure level while blowing oxygen into the molten steel bath.

著者により示される認識によれば、音圧レベルの急激な
変化は溶融鋼を被覆するスラグが高密度に達したことを
表わし、この密度によ)酸素の供給が停止されるので有
利である。この措置によル有害な二次プロセスの発生を
回避することはできるが、鋼浴の炭素含有量の変化に関
するデータを提供しうるような情報を得ることは不可能
である。
According to the knowledge presented by the authors, a sudden change in the sound pressure level indicates that the slag coating the molten steel has reached a high density, which is advantageous since the oxygen supply is stopped. Although this measure makes it possible to avoid the occurrence of harmful secondary processes, it is not possible to obtain information that could provide data on changes in the carbon content of the steel bath.

〔問題を解決するための手段及び作用〕本発明の目的は
、サンプリングを回避することができ、液体の乱流中で
発生する拡散運動の不均質変態プロセスについて信頼性
の高い濃度データを得ることができ、間接的な測定方法
が適用されるべきであるような方法及び装置を提供する
ことである。
[Means and effects for solving the problem] The aim of the present invention is to avoid sampling and to obtain reliable concentration data for the heterogeneous transformation process of diffusive motion occurring in turbulent flows of liquids. The object of the present invention is to provide such a method and apparatus that indirect measurement methods should be applied.

本発明は、液体の乱流中に常に存在する気泡(蒸気又は
ガスの気泡、キャビテーション気泡)がその振動によっ
て液体前を発生し、その音のスペクトル組成は変態プロ
セスを特徴づける乱流拡散係数と十分に定義された関連
性を持ち続けるという認識に基づいている。乱流発生中
に乱流拡散係数Dturbの値が大きくなると、液体前
の連続スペクトルの特性変化が起こる。スペクトルによ
り現実に含まれる周波数範囲において、所定のレベルよ
り高い周波数値に割当てられるエネルギー内容(有効値
)と、低い周波数範囲のエネルギー内容(有効値)との
比、す々わち、乱流拡散係数Dturbが高くなるほど
、低周波数の成分と比較して液体前のスペクトルの高周
波数の成分の振幅は大きくなる。この認識に従えば、経
時的に変化するス4クトルに関連して決定され、乱流拡
散係数Dturbとの間に単調関数関係を有する時間関
数R(t)が存在する。この認識を利用するとき、液体
の乱流で発生する拡散運動の不均質変態プロセスの場合
に、乱流拡散係数の実際値に基づいて公知技術のように
特性実際濃度値を計算できることは非常に有利である。
In the present invention, bubbles (vapour or gas bubbles, cavitation bubbles) that always exist in a turbulent flow of liquid generate a liquid front by their vibration, and the spectral composition of the sound is determined by the turbulent diffusion coefficient that characterizes the transformation process. It is based on the recognition that it remains of well-defined relevance. When the value of the turbulent diffusion coefficient Dturb increases during turbulent flow generation, a characteristic change of the continuous spectrum in front of the liquid occurs. The ratio of the energy content (effective value) allocated to frequency values above a given level to the energy content (effective value) of the lower frequency range in the frequency range actually covered by the spectrum, i.e. turbulent diffusion The higher the coefficient Dturb, the greater the amplitude of the high frequency components of the pre-liquid spectrum compared to the low frequency components. According to this understanding, there exists a time function R(t) which is determined in relation to the turbulent diffusion coefficient Dturb and which has a monotonous functional relationship with the turbulent diffusion coefficient Dturb. Taking advantage of this recognition, it is very important that in the case of a heterogeneous transformation process of the diffusive motion occurring in a turbulent flow of a liquid, a characteristic actual concentration value can be calculated as in the prior art based on the actual value of the turbulent diffusion coefficient. It's advantageous.

これを実施するためには次のデータがわかっていなけれ
ばならない:すなわち、開始時の濃度、変態の場所とな
る面の大きさと時間、及び/又は、面が安定していガい
場合には濃度との関係、並びに平衡状態を伴なう変態の
場合には平衡濃度に関するデータ、さらに変態の速度式
に現われる定数の数値。
To do this, the following data must be known: the starting concentration, the size and time of the surface where the transformation takes place, and/or the concentration if the surface is stable. and, in the case of a transformation involving an equilibrium state, data on the equilibrium concentration, as well as the numerical values of the constants appearing in the rate equation of the transformation.

本発明の目的は、液体の乱流中で発生する拡散運動の不
均質変態プロセスをリアルタイムで検査する方法及び装
置を提供することであり、その方法及び装置は上述のよ
うな認識、すなわち、乱流と関連する音響効果の分析に
基づいている。開始時の濃度値及び変態プロセスに加え
られる活性介入(たとえば活性材料の供給など)のデー
タを利用して、本発明は、音響効果を検出することによ
シ上述の種類のプロセスのリアルタイム検査を確実に実
施する。
The purpose of the present invention is to provide a method and apparatus for examining in real time the heterogeneous transformation process of diffusive motion occurring in turbulent flows of liquids, which method and apparatus can be used to It is based on an analysis of the flow and associated acoustic effects. Utilizing the data of the starting concentration values and the active interventions added to the metamorphosis process (e.g. feeding of active material), the present invention provides real-time inspection of processes of the above-mentioned type by detecting acoustic effects. Ensure implementation.

設定された目的を達成するために、本発明の方法及び装
置が提供される。本発明の本質は、液体の乱流の中に存
在する蒸気、及び/又は、ガスの気泡の振動により発生
される音響周波数の振動プロセスを検出する過程と、検
出された信号のスペクトル組成を反映する電気信号を発
生する過程と、その電気信号から、変態の間接的リアル
タイム検査のために流れる液体の乱流拡散係数の相対瞬
間値を反映する測定信号を形成する過程とを適用するこ
とにある。
In order to achieve the set objectives, the method and apparatus of the present invention are provided. The essence of the invention is the process of detecting the vibrational process of acoustic frequencies generated by the vibrations of vapor and/or gas bubbles present in a turbulent flow of liquid and reflecting the spectral composition of the detected signal. and forming from that electrical signal a measurement signal reflecting the relative instantaneous value of the turbulent diffusion coefficient of the flowing liquid for indirect real-time testing of the transformation. .

検出のために、マイクロホン又は固体騒音計を使用する
ことができる。直接検出の代わシに、振動、すなわち、
液体前の周波数範囲が可聴音の範囲より広いとへの固体
音゛響効果を測定するのは有利であり、音を決定すム振
動を伝達する気体状雰囲気の不足により、乱流液体を真
空中に維持する場合には必要である。
For detection, a microphone or a solid state sound meter can be used. Instead of direct detection, vibration, i.e.
It is advantageous to measure solid-state acoustic effects on liquids when the frequency range is wider than the range of audible sound, and the lack of a gaseous atmosphere to transmit the vibrations that determine the sound causes turbulent liquids to be vacuumed. It is necessary if you want to maintain it inside.

検出の有効性を決定するS/N比は、付加的プロセスに
おいて発生される気泡により、たとえば、界面活性物質
又は液体の温度で気化する固体の粉末又はガスの液体中
への吹込みにより改善することができる。
The signal-to-noise ratio, which determines the effectiveness of the detection, is improved by bubbles generated in an additional process, for example by blowing into the liquid a surfactant or a solid powder or gas that vaporizes at the temperature of the liquid. be able to.

検出信号から種々の方法により測定信号を発生すること
ができる。測定信号の主な特徴は、これが検出信号のス
ペクトル組成を反映することである。可能な方法の1つ
は、基準周波数を選択し、これによりスにクトルを2つ
の部分に分割するものである。次の過程は、上述の部分
の一方及びスペクトル全体、又は2つの部分の両方に割
当てられる有効値又は平均値を決定することと、2つの
値に関して除算を実行することから成る。一般に、基準
周波数より上方のスペクトル範囲について決定された値
をスペクトル全体又は他方の範囲について決定された値
で割る。前述の認識に従えば、比が大きくなるほど1、
乱流拡散係数Dturbも大きくなる。
The measurement signal can be generated from the detection signal in various ways. The main feature of the measurement signal is that it reflects the spectral composition of the detected signal. One possible method is to choose a reference frequency and thereby divide the vector into two parts. The next step consists in determining the effective value or average value to be assigned to one of the above-mentioned parts and to the whole spectrum, or to both parts, and performing a division on the two values. Generally, the value determined for the spectral range above the reference frequency is divided by the value determined for the entire spectrum or the other range. According to the above understanding, the larger the ratio, the more
The turbulent diffusion coefficient Dturb also increases.

本発明による方法の他の有利な実施例においては、有効
値又は平均値を決定する前に、検出信号はスペクトル変
換される。この動作はフィルタによるノイズ除去を含む
ことができ、その本質は、必要に応じて実質的にスペク
トル範囲のいくつかを抹消することによυ1つ又は複数
のスペクトル範囲において振幅を変更することにある。
In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the detection signal is spectrally transformed before determining the effective value or the average value. This operation may include filtering noise removal, the essence of which consists in changing the amplitude in one or more spectral ranges, if necessary by substantially canceling some of the spectral ranges. .

スペクトル変換は一連の狭帯域フィルタ、スペクトル分
析器又はアナログ/デジタル変換器に接続されるコンピ
ュータなどによシ実施することができる。
Spectral conversion can be performed by a series of narrowband filters, a spectrum analyzer, or a computer connected to an analog-to-digital converter, etc.

設定された目的は、音響原理に基づく検出ユニットと、
増幅器と、信号処理手段と、計算手段とを含む直列構成
要素を具備し、上述の方法を実施することができる装置
によっても達成でき、信号処理手段は、増幅器の出力信
号をスペクトル範囲に分割し、各範囲の有効値又は平均
値と、決定された値の比とを決定する回路を具備する。
The set purpose is to use a detection unit based on acoustic principles,
It can also be achieved by an apparatus capable of implementing the method described above, comprising a series component comprising an amplifier, signal processing means and calculation means, the signal processing means dividing the output signal of the amplifier into spectral ranges. , comprising a circuit for determining a valid value or average value for each range and a ratio of the determined values.

好ましい実施例においては、信号処理手段は増幅器の出
力信号をスペクトル変換することができる回路構成を有
する。
In a preferred embodiment, the signal processing means comprises a circuit arrangement capable of spectrally transforming the output signal of the amplifier.

決定動作を実行するための本発明による装置の信号処理
手段においては、一連の狭帯域フィルタ又は低域フィル
タ及び高域フィルタから成るシステムとしての入力フィ
ルタ手段と、必要に応じて1つ又は複数の乗算ユニット
と、合計手段と、2つの直列構成要素として配置される
有効値又は平均値を決定する素子とを使用すると有利で
あり、直列構成要素の出力端子は、時間関数R(t)を
もって識別される測定信号を発生する除算ユニットに接
続される。乗算ユニットがスペクトル変換動作に参加す
ること本可能である。
In the signal processing means of the device according to the invention for carrying out a decision operation, the input filter means as a series of narrowband filters or as a system of low-pass and high-pass filters and optionally one or more It is advantageous to use a multiplication unit, a summing means and an element for determining the effective or average value arranged as two series components, the output terminals of the series components being identified with a time function R(t). is connected to a divider unit which generates a measurement signal to be measured. It is possible that the multiplication unit participates in the spectral conversion operation.

計算手段は定数、校正データ及びリアルタイムデータを
供給するための入力端子を具備していることが有利であ
る。
Advantageously, the calculation means are provided with input terminals for supplying constants, calibration data and real-time data.

本発明による方法及び装置は、直接検査には利用できな
い液体をも含む液体の乱流において発生する拡散運動の
不均質変態プロセスのリアルタイム検査を可能にする。
The method and device according to the invention allows for real-time examination of heterogeneous transformation processes of diffusive motion occurring in turbulent flows of liquids, even containing liquids that are not available for direct examination.

従って、鉄鋼生産に必要とされる調整プロセスに使用さ
れ、原料鉄の硫黄含有量の検出に使用され、また、所定
の範囲の硫黄含有量を達成するための調整・介入動作の
開始に使用されると非常に有利である。    ゛〔実
施例〕 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳
細に説明する。
It is therefore used in the conditioning processes required in steel production, used to detect the sulfur content of raw iron, and used to initiate conditioning and intervention actions to achieve a sulfur content in a predetermined range. It is very advantageous. [Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明による方法は、鋼が誘導ミキサを具備する容器の
中に配置される鋼生産過程において最も有利に利用する
ことができる。設定される対象は、たとえば、最適の鋳
造時点を決定することであり、これに到達するために、
微粉形態の合金材料を鋼を含む容器に溶解する次の過程
として乱流がある。
The method according to the invention can be used most advantageously in steel production processes, where the steel is placed in a vessel equipped with an induction mixer. The target set is, for example, to determine the optimal casting point, and to reach this,
Turbulence is the next step in dissolving the alloy material in fine powder form into a container containing steel.

鋳造作業は約99係の溶解レベルで開始することができ
るので、この問題は重要である。溶解は拡散運動のプロ
セスである。鋼の入った容器のカバー要素の上に配置さ
れる固体騒音計は流れと関連する音響効果を検出する。
This issue is important because casting operations can begin at melt levels of about 99 degrees. Dissolution is a process of diffusional movement. A solid state sound meter placed above the cover element of the steel vessel detects the acoustic effects associated with the flow.

音響効果はOから161d(zまでのスペクトル範囲で
測定される。処理の第1の過程は、50Hzの最大振幅
を有する誘導ミキサの変流器が原因となって発生する高
レベルのノイズをスペクトルから排除することである。
The acoustic effects are measured in the spectral range from O to 161d(z). It is to exclude from

100 Hzまでの周波数をもつそれらのノイズは有用
な信号を減衰する。従って、0から100Hzの周波数
範囲をフィルタにより除去することが有利である。振幅
をyとし、周波数をXとしたとき、所定の時点において
、第1図に示される関数y=y(x)を得ることができ
る。第1図において、f=100 Hzはスペクトル分
析の下限であり、F−16kHzは上限を示し、H= 
5 kHzはその基準周波数を示す。基準周波数H=5
kHzにより、スペクトルは2つの部分子I及びT2に
分割される。
Those noises with frequencies up to 100 Hz attenuate useful signals. It is therefore advantageous to filter out the frequency range from 0 to 100 Hz. When the amplitude is y and the frequency is X, the function y=y(x) shown in FIG. 1 can be obtained at a predetermined time point. In Figure 1, f=100 Hz is the lower limit of spectral analysis, F-16kHz indicates the upper limit, and H=
5 kHz indicates its reference frequency. Reference frequency H=5
kHz divides the spectrum into two submolecules I and T2.

提案される方法の本質は、時点t1において決定される
関数)””7(X、ti)の分析と、分析から得られる
変化の評価とにある。分析のための可能な方法の1つは
、たとえば、100 Hzから5 kHzの周波数範囲
のスペクトル部分子lを反映する有    ・効値11
 と、分析の全周波数範囲、すなわち100Hzから1
6 kl(zのスペクトルを反映する別の有効値I2の
決定である。2つの有効値の比Ir/Isは時間関数R
(t)の瞬時値を表わす測定信号を提供する。伝達関数
は先に予備測定によシ決定されているので、乱流拡散係
数Dturbの瞬時値を計算することができる。この値
と、供給時点と、供給量とに基づいて、溶解プロセスの
進展を示す特性濃度を知ることができる。
The essence of the proposed method lies in the analysis of the function (X, ti) determined at time t1 and the evaluation of the changes resulting from the analysis. One of the possible methods for analysis is, for example, the effective value 11 of the spectral part reflecting the molecule l in the frequency range from 100 Hz to 5 kHz.
and the entire frequency range of analysis, i.e. from 100 Hz to 1
6 kl (determination of another effective value I2 reflecting the spectrum of z. The ratio Ir/Is of the two effective values is the time function R
A measurement signal representing the instantaneous value of (t) is provided. Since the transfer function has been previously determined by preliminary measurements, it is possible to calculate the instantaneous value of the turbulent diffusion coefficient Dturb. Based on this value, the feeding time and the feeding amount, a characteristic concentration indicating the progress of the dissolution process can be determined.

他の方法は、有効値又は平均値工3に基づいて、比Is
/ItO値を追跡することによシ時間関数R(t)を決
定するものである。有効値又は平均値I!は上述のよう
に与えられ、工3は関数y(x、tt)、z(x)によ
って決定される。ただし、z (x)はスペクトル変換
関数、たとえば変数Xの単調増加関数である。この良い
例は、比x/1000の整数部に1000を掛けた関数
である。この過程は実質的にはスペクトル変換である。
Another method is to calculate the ratio Is based on the effective value or the average value
The time function R(t) is determined by tracking the /ItO value. Effective value or average value I! is given as above, and the function 3 is determined by the functions y(x, tt) and z(x). However, z (x) is a spectral transformation function, for example, a monotonically increasing function of the variable X. A good example of this is the function of multiplying the integer part of the ratio x/1000 by 1000. This process is essentially a spectral transformation.

上述の関数z (x)によシ、1000Hzよシ低い周
波数をもつ振幅の影響を排除することができる。振幅が
大きくなると、影響も大きくなる。
The above-mentioned function z(x) makes it possible to eliminate the influence of amplitudes with frequencies lower than 1000 Hz. The larger the amplitude, the greater the effect.

乱流状態で流れる液体の中に人工的に気泡を発生させる
ことによジ、音響効果の強さを増すことができる。気泡
は液体の温度で気化される微粉固体材料によ如、又は界
面活性材料によシ又は吹込まれる適切なガスにより発生
させることができるが、プロセスに不利な影響を与えな
いような材料を選択すべきであることは自明である。そ
の他の方法を採用することもできる。
The intensity of the acoustic effect can be increased by artificially generating air bubbles in a turbulent flowing liquid. Bubbles can be generated by finely divided solid materials that are vaporized at liquid temperatures, or by suitable gases that are introduced or blown into surface-active materials, but do not adversely affect the process. It is obvious that this should be selected. Other methods can also be adopted.

本発明によシ提案される装置(第2図)は、一般に液体
の乱流において起こる拡散運動の不均質変態プロセスを
リアルタイムで検査する上述の方法を実施することがで
きる。装置は、液体の乱流における音響効果(音効果)
を追跡する音響原理に基づく検出ユニット1と、増幅器
2と、増幅信号を受信する信号処理手段3と、処理され
た信号に基づいて出力信号を発生する計算手段4とを含
む直列構成要素を具備する。計算手段4は、プロセスの
特性定数及びリアルタイムデータと、校正データとを供
給するための入力端子11.12゜13を有することが
できる。
The device proposed according to the invention (FIG. 2) is capable of implementing the above-described method for examining in real time the heterogeneous transformation processes of diffusive motion that generally occur in turbulent flows of liquids. The device produces acoustic effects (sound effects) in turbulent flow of liquids
comprising a detection unit 1 based on acoustic principles for tracking, an amplifier 2, signal processing means 3 for receiving the amplified signal and calculation means 4 for generating an output signal on the basis of the processed signal. do. The calculation means 4 can have input terminals 11, 12, 13 for supplying process characteristic constants and real-time data as well as calibration data.

当然のことながら、信号処理手段3と計算手段4は適切
なプログラムを伴なうコンピュータを形成することがで
き、計算手段4の出力信号は、一般に、検出されるべき
プロセス、たとえば活性材(lfl)ノ 料を供給し、混合の強さを変更するなどのプロセスを制
御、及び/又は、検査する従来知られた構成の特別のユ
ニットに供給される。
Naturally, the signal processing means 3 and the calculation means 4 may form a computer with a suitable program, and the output signal of the calculation means 4 will generally be used to detect the process to be detected, for example active materials (lfl ) to a special unit of conventionally known configuration for controlling and/or inspecting the process, such as supplying the mixture, changing the mixing intensity, etc.

信号処理手段3は、処理が検出ユニット1により検出さ
れるプロセスに関する情報を確保すべきであるという必
要条件に従って増幅器2の出力信号を処理することがで
きる回路を含む。以下、適切な構成を動作にも関連させ
ながら説明する。
The signal processing means 3 include a circuit capable of processing the output signal of the amplifier 2 according to the requirement that the processing should ensure information regarding the process detected by the detection unit 1. In the following, a suitable configuration will be described in relation to operation.

検出ユニット1により発生された信号に対応する増幅器
2の出力信号は、並列に配置される狭帯域フィルタ6(
第3図)又は低域フィルタ15と、高域フィルタ14と
から成るシステム(第4図)に供給される。フィルタの
出力端子は合計手段8に直接(第4図)又は乗算ユニッ
ト7(第3図)を介して加算手段8に接続され、さらに
、有効値又は平均値を決定する素子9に接続される。こ
れらの素子は2つの直列構成要素として配置され、その
出力端子は、時間関数R(t)を提供する瞬時レベルか
ら構成される測定信号を出力端子から発生する除算ユニ
ット10に接続される。狭帯域フィルタ6により、必要
に応じて特定の周波数のノイズを除去することができる
The output signal of the amplifier 2 corresponding to the signal generated by the detection unit 1 is passed through a narrow band filter 6 (
3) or a system consisting of a low-pass filter 15 and a high-pass filter 14 (FIG. 4). The output terminals of the filters are connected to summing means 8 either directly (FIG. 4) or via a multiplication unit 7 (FIG. 3) and further to an element 9 for determining the effective or average value. . These elements are arranged as two series components whose output terminals are connected to a division unit 10 which generates from the output a measurement signal consisting of instantaneous levels providing a time function R(t). The narrowband filter 6 can remove noise at a specific frequency as needed.

検出ユニット1はマイクロホン又は固体騒音計であれば
良く、その出力信号は、増幅された後、信号処理手段3
に供給されるべき入力信号となる。
The detection unit 1 may be a microphone or a solid-state sound level meter, and its output signal is amplified and then sent to the signal processing means 3.
This is the input signal that should be supplied to the

計算手段4は、所望のデータを表示するため、及び/又
は、調整プロセス又は制御プロセスを開始するために必
要な出力信号を発生すべきである。
The calculation means 4 should generate the necessary output signals for displaying the desired data and/or for starting the adjustment or control process.

下記の実施例に基づいて本発明をさらに良く理解しうる
ように説明する。
The present invention will be explained in order to be better understood on the basis of the following examples.

容器内において64トンの溶融鋼が排出され、この量の
金属は脱硫されるべきである。すなわち、鋼の硫黄含有
量は所定の範囲に達していなければならない。設定され
る目的は、液体中に浸されたランスを介して活性材料を
不活性ガスキャリアの流れに吹込むことにより達成され
る。
64 tons of molten steel are discharged in the vessel and this amount of metal is to be desulphurized. That is, the sulfur content of the steel must reach a predetermined range. The objective set is achieved by blowing the active material into a stream of an inert gas carrier through a lance immersed in the liquid.

溶融鋼は乱流状態にあり、キャビテーション気泡及びガ
スキャリアの気泡をも含む。拡散運動の不均質変態は、
吹込まれる活性材料と溶融金属との反応により現われる
分散粒子の表面において起こる反応である。この変態プ
ロセスの中で、溶融鋼に溶解していた硫黄は分散粒子に
侵入し、粒子は溶融浴の内部空間から連続的に離れて行
く。この硫黄受入れ反応の間、粒子の表面の大きさはほ
ぼ変わらない。
The molten steel is in a turbulent state and also contains cavitation bubbles and gas carrier bubbles. The heterogeneous transformation of the diffusion movement is
It is a reaction that occurs on the surface of dispersed particles that appears due to the reaction between the injected active material and the molten metal. During this transformation process, the sulfur dissolved in the molten steel enters the dispersed particles, which continuously leave the interior space of the molten bath. During this sulfur acceptance reaction, the surface size of the particles remains almost unchanged.

時間関数R(t)の瞬時値を含む測定信号を発生するた
めに、方向検出マイクロホンが使用された。
A direction-sensing microphone was used to generate a measurement signal containing the instantaneous value of the time function R(t).

マイクロホンの増幅信号は、増幅器2の出力信号として
、低周波数限界が7 kHzの高域フィルタ14と、1
00Hzよ)低い周波数の信号部分を通過し彦い別の高
域フィルタとに入力された。第2の高域フィルタは、溶
融鋼の入った容器に隣接して配置される変流器の動作に
よって発生する低周波数の、特に50 kHzの範囲の
ノイズを確実に除去する。フィルタの出力端子は有効値
を決定する素子9に直接接続され、それらを介してアナ
ログ信号を発生する除算ユニット10に接続される。
The amplified signal of the microphone is passed through a high-pass filter 14 with a low frequency limit of 7 kHz and a high-pass filter 14 as an output signal of the amplifier 2.
00Hz) is passed through and input to another high-pass filter. The second high-pass filter reliably eliminates noise of low frequencies, in particular in the range of 50 kHz, generated by the operation of a current transformer located adjacent to the vessel containing molten steel. The output terminals of the filter are directly connected to an element 9 which determines the effective value and via them to a division unit 10 which generates an analog signal.

すなわち、装置は、第1図に示されるように範囲T2に
割当てられるエネルギー内容及び範囲T1十T、の全ス
ペクトルを反映する値の信号を発生する。これらの値の
比は、時間関数R(t)の瞬時値をもつ測定信号を形成
する。
That is, the device generates a signal whose value reflects the energy content assigned to range T2 and the entire spectrum of range T1+T, as shown in FIG. The ratio of these values forms a measurement signal with the instantaneous value of the time function R(t).

検査プロセスの準備のために、時間関数R(t)を乱流
拡散係数Dturbに関連づける関数、すなわち測定の
伝達関数に現われる定数が決定された。決定には、いく
つかの場合における脱硫プロセスの検査が必要であった
。このために、処理前(鋳造前に炉から取出されたサン
プルを利用)と、処理後(型へ流れる鋼の流れの中で実
施)に、測光火炎検出器(photometric f
lame detector)によシ鋼の硫黄含有量が
測定された。装置により発生される時間関数R(t)の
指示値と、測光分析のデータとから、時間関数R(t)
の値の範囲0.05〜0.80において実際の硫黄濃度
5(t)を実際の運動式 により表わすことができるという結論が得られた。
In preparation for the testing process, the function relating the time function R(t) to the turbulent diffusion coefficient Dturb, ie the constant appearing in the transfer function of the measurement, was determined. The decision required examination of the desulfurization process in several cases. For this purpose, a photometric flame detector is used before the treatment (using the sample taken from the furnace before casting) and after the treatment (carried out in the stream of steel flowing into the mold).
The sulfur content of the steel was measured using a lame detector. The time function R(t) is calculated from the indicated value of the time function R(t) generated by the device and the photometric analysis data.
It was concluded that the actual sulfur concentration 5(t) can be expressed by the actual kinetic equation in the value range of 0.05 to 0.80.

式中、E(t)は平衡硫黄濃度である。理論的研究によ
れば、平衡硫黄濃度は式 によシ表わせることがわかっている。式中、Soは処理
(鋳造)前の硫黄濃度であシ、m(t)は電子はかりに
より測定される処理の時点(t)iでに鋼に吹込まれる
活性材料の質量である。
where E(t) is the equilibrium sulfur concentration. Theoretical studies have shown that the equilibrium sulfur concentration can be expressed by the equation: where So is the sulfur concentration before treatment (casting) and m(t) is the mass of active material injected into the steel at time (t)i of treatment as measured by an electronic balance.

変態のリアルタイム検査は次のようにして実施される:
本発明による装置の時間関数R(t)を表わす信号と、
はかυを含む装置の信嶋とは、運動式の実際の形態を記
憶するマイクロコンピュータにより処理される。短い時
間シーケンスに従って、硫黄一度S。の(サンプルの分
析から)既知の値に基づいて実際の硫黄濃度S(りが計
゛算される。サンプルの分析は約20〜30分にわたっ
て実施され、従って、鋼浴の処理は炉からサンプルを取
出した後にこの時間をもって開始されるべきである。
Real-time testing for metamorphosis is performed as follows:
a signal representing the time function R(t) of the device according to the invention;
Nobushima of the device containing Haka υ is processed by a microcomputer that stores the actual form of the motion formula. Sulfur once according to a short time sequence. The actual sulfur concentration S is calculated based on the known value (from sample analysis) of It should be started at this time after removal.

検査されるプロセスの持続時間は相対的に短かく、3〜
10分であるが、この時間は必要な硫黄含有量に達する
速度によって異なる。
The duration of the inspected process is relatively short, between 3 and
10 minutes, but this time will vary depending on the rate at which the required sulfur content is reached.

検査の目的は、許容しうるレベルの硫黄含有量を有する
鋼を生産することである。しかしながら、大量の活性材
料を使用しなくても済むようにするためには、硫黄濃度
が黴<でも有害であるので、規定の下限レベルを下回ら
ないことが大切である。
The purpose of the test is to produce steel with an acceptable level of sulfur content. However, in order to avoid having to use large amounts of active material, it is important that the sulfur concentration does not fall below the specified lower limit level, since even mildew is harmful.

強さが増すにつれ、硫黄□除去後に空気から相対的に高
い強さの窒素を溶解する二次ノロセスが開始される。
As the intensity increases, a secondary norocess is initiated which dissolves a relatively high intensity of nitrogen from the air after sulfur □ removal.

処理後に取出されるサンプルの測光火炎分析によ)得ら
れたデータは、本発明の方法の正しさを十分に□証明し
た。予備測定によりあらかじめ決定された時間関数R(
t)の値で取出されたサンプルの硫黄含有量は、先に火
炎測光により分析されたサンプルに基づいて予測された
硫黄含有量と等しかった。結果は、本発明の方法及び装
置によ〕実施された21回の測定と、先行技術に従った
(サンプリングによる)検査との比較によ〕証明された
The data obtained (by photometric flame analysis of the samples removed after treatment) fully validated the method of the invention. The time function R(
The sulfur content of the sample taken at the value of t) was equal to the sulfur content predicted on the basis of the sample previously analyzed by flame photometry. The results were verified by comparison of 21 measurements carried out with the method and device of the invention with tests according to the prior art (by sampling).

本発明による方法及d装置によって、多数のプロセスを
比較的簡単な方法でサンプリング々しにリアルタイムで
検査することができる。いくつかの条件(レイノルズ相
似法の条件)に適合する場合、乱流拡散係数に基づいて
乱流粘度係数の値及び乱流熱導電率数を決定できること
は特に有利である。
The method and device according to the invention make it possible to test a large number of processes in a relatively simple manner in real time, sample by sample. It is particularly advantageous to be able to determine the value of the turbulent viscosity coefficient and the turbulent thermal conductivity number on the basis of the turbulent diffusion coefficient if certain conditions (reynolds similarity conditions) are met.

測定及び計算の検査を実施する条件においてのみ測定の
正しい結果を達成することができ、場合によっては測定
中に検査が必要であるが、提案される方法及び装置はリ
アルタイムプロセスにおいて必要とされる信頼しうるデ
ータを発生することができ、それにより、従来は達成さ
れなかった目的を達成することができる。
Correct results of measurements can only be achieved under conditions of carrying out tests of measurements and calculations, and in some cases tests are necessary during the measurements, but the proposed method and device can achieve the reliability required in real-time processes. It is possible to generate data that can be used to achieve goals that were previously unattainable.

以上の説明から理解されるように、上述の例として示さ
れるものと同等の方法及び装置は特許請求の範囲に記載
される本発明の範囲内にあり、このよう々方法及び装置
は適用分野及び与えられる環境によって様々に異なる条
件で動作する。
As will be appreciated from the foregoing description, methods and apparatus equivalent to those shown by way of example above are within the scope of the claimed invention, and such methods and apparatus are suitable for different fields of application and It operates under various conditions depending on the given environment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ザンゾリングを回避することができ、
液体の乱流中で発生する拡散運動の不均質変態プロセス
について信頼性の高い濃度データをリアルタイムで得る
ことができる方法及び装置が提供される。
According to the present invention, it is possible to avoid zanzo ring,
A method and apparatus are provided that allow reliable concentration data to be obtained in real time for diffusive heterogeneous transformation processes occurring in turbulent flows of liquids.

捷だ本発明によれば、直接検査には利用できない液体を
も含む液体の乱流において発生する拡散運動の不均質変
態プロセスのリアルタイム検査が可能となる。
The present invention enables real-time inspection of heterogeneous transformation processes of diffusional motion occurring in turbulent flows of liquids, including liquids that are not available for direct inspection.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明によるノロセスを実現する中で処理さ
れる信号の考えられる形態を示す図、第2図は、本発明
による装置のブロック線図、第3図は、本発明による装
置の信号処理手段に使用される回路の好ましい実施例を
示す図、及び第4図は、本発明による装置の信号処理手
段に使用される回路の別の好ましい実施例を示す図であ
る。 (符号の説明) 1・・・検出ユニット、2・・・増幅器、3・・・信号
処理手段、4・・・計算手段、6・・・狭帯域フィルタ
、7・・・乗算ユニット、8・・・合計手段、9・・・
素子、10・・・除算ユニット、15・・・低域フィル
タ。
1 shows a possible form of a signal to be processed in the realization of a norocess according to the invention; FIG. 2 is a block diagram of an apparatus according to the invention; and FIG. FIG. 4 shows a preferred embodiment of the circuit used in the signal processing means of the device according to the invention; FIG. (Explanation of symbols) 1... Detection unit, 2... Amplifier, 3... Signal processing means, 4... Calculation means, 6... Narrowband filter, 7... Multiplying unit, 8... ...Total means, 9...
Element, 10... Division unit, 15... Low pass filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、液体の乱流中に存在する気泡の振動により発生する
音響周波数の振動を検出する過程と、前記検出された信
号のスペクトル要素を反映する電気信号を発生する過程
と、 前記電気信号から、不均質変態の間接的リアルタイム検
査のために前記流れる液体の乱流拡散係数の相対瞬間値
を反映する測定信号を形成する過程 とから成る、液体の乱流に発生する拡散運動の不均質変
態プロセスを検査する方法。 2、前記方法は、前記液体に人工的に気泡を発生させる
過程を含む特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3、前記方法は、前記検出された信号を2つのスペクト
ル範囲に分割し、スペクトル要素を反映する前記電気信
号を発生し、前記スペクトル範囲の有効値又は平均値の
比を決定する過程を含む特許請求の範囲第1項又は第2
項に記載の方法。 4、前記方法は、前記電気信号を発生する前に前記検出
された信号をスペクトル変換する過程を含む特許請求の
範囲第1項から第3項のいずれかに記載の方法。 5、音響原理に基づく検出ユニット(1)と、増幅器(
2)と、 信号処理手段(3)と、 計算手段(4) とを含む直列構成要素を具備し、 前記信号処理手段(3)は、前記増幅器(2)の出力信
号をスペクトル範囲に分割し、各範囲の有効値及び平均
値と、それらの値の比とから成るグループから選択され
る特性値を決定する回路を具備する、 特に液体の乱流に発生する拡散運動の不均質変態プロセ
スの検査を実施するための、 液体の乱流に発生する拡散運動の不均質変態プロセスを
検査する装置。 6、前記信号処理手段(3)は、前記増幅器(2)の前
記出力信号をスペクトル形成する回路を具備する特許請
求の範囲第5項記載の装置。 7、前記計算手段(4)は、リアルタイムデータ、定数
及び校正データを供給するための入力端子(11、12
、13)を具備する特許請求の範囲第5項又は第6項に
記載の装置。
[Scope of Claims] 1. A process of detecting vibrations at an acoustic frequency generated by vibrations of bubbles present in a turbulent flow of a liquid; and a process of generating an electrical signal reflecting the spectral components of the detected signal. , forming from said electrical signal a measurement signal reflecting the relative instantaneous value of the turbulent diffusion coefficient of said flowing liquid for indirect real-time testing of heterogeneous transformations occurring in the turbulent flow of the liquid. A method to examine the heterogeneous metamorphosis process of movement. 2. The method according to claim 1, wherein the method includes a step of artificially generating bubbles in the liquid. 3. The method comprises the steps of dividing the detected signal into two spectral ranges, generating the electrical signal reflecting the spectral components, and determining the ratio of the effective or average values of the spectral ranges. Claim 1 or 2
The method described in section. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the method includes the step of spectrally converting the detected signal before generating the electrical signal. 5. Detection unit (1) based on acoustic principle and amplifier (
2), a signal processing means (3), and a calculation means (4), said signal processing means (3) dividing the output signal of said amplifier (2) into spectral ranges. , comprising a circuit for determining characteristic values selected from a group consisting of effective values and average values of each range and the ratio of these values, especially for heterogeneous transformation processes of diffusive motion occurring in turbulent flows of liquids. Equipment for testing the heterogeneous transformation process of diffusional motion that occurs in turbulent flow of liquid. 6. The device according to claim 5, wherein the signal processing means (3) comprises a circuit for forming a spectrum of the output signal of the amplifier (2). 7. The calculation means (4) has input terminals (11, 12) for supplying real-time data, constants and calibration data.
, 13).
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