JPS6129441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は冶金ルツボ充填物レベル、特に銑鉄の
酸素精錬用ルツボ内の金属浴上の泡立スラグの厚
さを電気音響的に測定するための方法および装置
に関するものである。

酸素製鋼用ルツボによつて鋼を製造する際、金
属浴上には浮遊する泡立スラグが生成される。こ
のスラグの厚さは、手動精錬の場合にも、自動精
錬の場合にも、工程管理上甚だ有用なパラメータ
である。従つてこの厚さをモニタすることが必要
である。この場合、このスラグの厚さを測定する
ために利用する捕音器の信頼性並に測定の再現性
がとくに重要である。

（従来技術） 従来の酸素吹込中における泡立スラグの厚さを
測定する方法では、金属浴中に吹送する酸素噴射
流によつて生ずる雑音の強さを、ルツボの出湯口
で測定していた。従来、雑音測定用マイクロホン
をルツボの頂部の出湯口にできるだけ近付けて配
設し、検出雑音を電気信号に変換し、信号対雑音
比を改善し、かつマイクロホンの歪みを最小とす
ることが提案された。しかしかかる解決手段によ
ると、マイクロホンと、その支持部材とを冷却す
る必要がある。またこの場合に、冷却水を循環せ
しめると、これによつて新たに寄生雑音が発生す
る欠点があり、その調節が厄介であつた。さらに
他の欠点として、極めて大なる熱により冷却水が
沸騰し異常に大きな音が発生することがある。ま
た捕音器に、塵埃を含む熱雰囲気があたつたり、
スラグまたは金属浴の飛沫があたると、捕音器の
寿命が非常に短くなる欠点があつた。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した欠点を除去し、冶金
ルツボ充填物レベル、すなわち金属浴上の泡立ス
ラグの厚さを精密に電気音響的に測定しうる再現
性の高い方法ならびにこの方法を実施するために
用いる装置を提供せんとするにある。

（発明の要旨） 本発明の特徴は特許請求の範囲に記載の如くで
ある。

捕音器はコンデンサ・マイクロホンが好適で、
この捕音器を音響管の冶金ルツボとは反対側の比
較的に冷たい部分に装着する。音響管は、直線形
またはほぼ直線形の銅製管で構成するのが有利で
ある。マイクロホンの出力を濾波して平滑化す
る。これはかかる音響管内に発生する音波の静止
波を補償するためである。共振周波数が音響管内
の空気柱の温度の関数として変化すると満足な測
定結果が得られない。これがため音響管を恒温に
維持する。この恒温を雰囲気温度よりも高い例え
ば100℃とするのが好適である。これによると、
水冷手段を採用しないですみ、水流、場合によつ
ては冷却水の封騰によつて生ずる寄生雑音を除去
し、この温度を基準として、音波の非直線性周波
数レスポンスに対する補償分を算出することがで
きる。

本発明においては、冶金ルツボとその上側にあ
る一般の集煙装置とより成る空胴における音波源
の共振現像を活性する。この場合の共振周波数
は、特に冶金ルツボおよび集煙装置とより成る空
胴の幾何学的寸法と、冶金ルツボ内を満たす金属
浴のレベルと、酸素吹込中の酸化ガスの温度とに
依存して変化すると共に冶金ルツボの耐火裏張り
の損耗によつても僅か変化する。この共振周波数
の周波数帯域は、製鋼所毎に異なるが、一般に
150サイクル／秒ないし250サイクル／秒の範囲内
にある。従つてこの周波数帯域幅は一般に100サ
イクル／秒以下である。

発生する雑音の強度は、金属浴上に浮遊するス
ラグの厚さの直接の関数となる。これはスラグが
可成り大なる音響減衰効果を有しているからであ
る。従つて冶金ルツボとその内容物の周波数特性
を一度適当な手段で求めておけば、当該周波数に
おける雑音の強度はスラグの厚さを良好に表す指
標となり、この指標は精錬工程においてとくに有
用な制御用パラメータとなる。

マイクロホンを具える音響管の周波数レスポン
スは、音響管の製造時に予め測定しておき、使用
時に、充分広い周波数帯域に使用できるようフイ
ルタによつて濾波し平滑化する。補償フイルタに
より平滑化される周波数帯域を、金属浴を満たし
た冶金ルツボおよび集煙装置より成る音響源の特
性周波数帯域、例えば一般に100サイクル／秒な
いし250サイクル／秒の帯域をカバーするように
する。この特性周波数帯域は通常音響管内に生ず
る静止波や共振周波数を数個含んでいる。

音響管から出る信号を、冶金ルツボおよび集煙
装置より成る音響源の固有特性周波数に一致する
通過帯域を有する帯域フイルタによつて濾過す
る。かくして得られる信号の強さは金属浴中に浮
遊する浮立スラグの厚さの目安であつて、この信
号の強さを測定することによつて泡立スラグの厚
さを知ることができる。

一般に音響管内の共振周波数が、各冶金ルツボ
によつて異なるため、冶金ルツボおよび集煙装置
より成る空胴における音響源の雑音の周波数スペ
クトル分析を行う必要あること明らかである。

本発明測定方法を各種の精錬設備に適用するた
めには、スーパーヘテロダイン方式による周波数
変換を行うことが甚だ好適である。この場合には
帯域フイルタとして小型の固定フイルタを用い、
例えば60サイクル／秒程度の周波数帯域で周波数
変換を行うことができる。これがため本発明測定
装置は甚だ融通性に富み、作業条件が異なる場合
にも、引続き利用することができ、この場合、絶
えず変化する局部発振器の周波数を、新規の特性
周波数に調節すれば充分である。

精錬用酸素の吹込作業中、実際の作業に適合す
るように、本発明装置を任意に調節できるが、局
部発振器の周波数は、新しい特性周波数に対し唯
一度だけ調節すれば足りる。

局部発振器の周波数を頻繁に変えないようにす
るため、固定フイルタの通過帯域を100サイク
ル／秒に選択し、これにより信号対雑音比を充分
良好としたまま、吹込作業中、冶金ルツボおよび
集煙装置より成る音響源の共振周波数の変化によ
る影響を装置に与えないようにすることができ
る。

甚だ選択性に富む固定フイルタ、例えば５サイ
クル／秒の通過帯域幅を有するフイルタを用いれ
ば、装置を周波数分析器として作用させることが
できる。有効雑音または寄生雑音をテープレコー
ダに記録し、信号をスーパーヘテロダインの種々
異なる周波数で記録し、検出した振幅を測定す
る。

（発明の効果） 本発明測定方法および測定装置の主な利点は次
の通りである。

測定が精密で、有効周波数のみを測定すること
ができる。

コンデンサ・マイクロホンのような比較的破損
し易い捕音器を、その寿命を短縮せずに、少なく
とも１ケ年間利用することができる。

装置は融通性に富み、あらゆる種類の冶金ルツ
ボに適用することができる。

操作し易くかつ作動が自動的で、その調節に特
殊手段を必要としない。

測定結果は再現性に富み、その精度を制御する
ための手段を必要としない。

（実施例） 図面について本発明の一実施例を説明する。音
響信号補集装置の構造は第１図に示す如くであ
る。

第１図に示すように銅製音響管１を鋼製套管２
内に装着する。套管２の外形および断面形状は任
意とし、音響管１の冶金ルツボに望む底端口に、
図示を省略した保護遮蔽板を取付け、場合により
起こる金属浴の飛沫が音響管１内に侵入するのを
防止する。套管２内にはガラスウール３を充填
し、肉薄で長い音響管１を機械的に支持すると共
に、外部との間を熱的とくに音響的に分離する。
音響管１の頂部冷端には、軸継手４によつてマイ
クロホン５を装着する。音響管１には加熱ケーブ
ル６を巻くと共に、音響管１に熱電対７を溶接
し、音響管１を恒温ならしめるようにする。

本発明装置で用いる音響信号捕集装置は第３図
で２に示す如く、冶金ルツボＣの出湯口の近く
に、その下側の音響管１の端部を向けて配設す
る。

第３図中、Ｍは溶融金属浴を示し、Ｓはその上
側の泡立スラグを示す。また２２は精錬用酸素
（O₂で示す）の吹送管である。

この冶金ルツボには、図示を省略してあるが、
出湯口の上側をお碗形の天井のように覆う既知の
集煙装置が設けてある。

套管２の冶金ルツボＣの側とは反対の側が第１
図の上側に相当する部分であり、マイクロホン５
が装着してある。

次に第２図により電気信号の検出処理装置を説
明する。

第１図に示すマイクロホン５によつて補足した
冶金ルツボ内の雑音に相当する非直線性電気信号
をフイルタ８によつて濾波し直線化する。かく濾
波し直線化した信号を低域フイルタ９に供給し、
低域フイルタ９によつて、測定すべき周波数帯域
外にある周波数の寄生音に相当する電気信号を減
衰させ、減衰した信号の強さによつて変調器１０
を飽和せしめる。

変調器１０には、上述したようにフイルタ８に
よつて濾波し、低域フイルタ９によつて減衰せし
めた信号と、局部発振器１１から出る信号とを供
給する。これら両信号の差周波数を、帯域フイル
タ１２に供給し、その出力を増幅器１３によつて
増幅し、整流器１４によつて整流する。この信号
の直流電圧分は冶金ルツボ内のスラグＳの厚さに
相当し、この直流電圧分を電圧−電流変換器１６
に供給し、直流電圧分を０ないし20ｍＡの範囲内
の電流に変換する。電圧−電流変換器１６には第
１ポテンシオメータ１７を接続し、これによつて
直流電圧分を調節すると共に、第２ポテンシヨメ
ータ１５を接続し、これによつて電圧−電流変換
器１６の利得を調節する。

上述した周波数変換原理は、新設の設備から発
生する音響の特性周波数を求めることによつて新
設の設備に適用することができる。本装置は、最
初は分析器として作用し、特性周波数を見出した
後は、単に変調器／復調器として作用し、この場
合局部発振器１１を阻止状態とする。

予備分析によつて特性周波数を予知した場合に
は、局部発振器１１および変調器１０を省き、帯
域フイルタ１２の通過帯域周波数を特性周波数に
直線一致させ、この場合周波数ずれは考慮に入れ
ない。しかし周波数ずれが甚だ大きい場合には、
帯域フイルタ１２を計算し直す必要がある。

上述した周波数変換装置において、原理上、２
個のフイルタより成るただ１個の帯域フイルタ１
２を用いる。狭い通過帯域型のフイルタを利用し
て周波数スペクトルを分析し、第２フイルタとし
て、中心周波数が同一で、広い通過帯域型のフイ
ルタを用いる。通過帯域型フイルタによれば、周
波数ずれが大きい設備にスーパーヘテロダイン発
振器の周波数を補償する回数を少なくすることが
できる。

第２局部発振器１８を低域フイルタ９の入力側
に接続し、電気回路の作動を迅速に制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は音響管およびマイクロホンを具える本
発明装置を示す縦断面図、第２図は同じくその電
気回路の作動説明用ブロツク図、第３図は本発明
による測定を示す略図である。 １……銅製音響管、２……鋼製套管、３……ガ
ラスウール、４……継手、５……マイクロホン、
６……加熱ケーブル、７……熱電対、８……フイ
ルタ、９……低域フイルタ、１０……変調器、１
１……第１発振器、１２……帯域フイルタ、１３
……増幅器、１４……整流器、１５……第２ポテ
ンシヨメータ、１６……電圧・電流変換器、１７
……第１ポテンシヨメータ、１８……第２発振
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冶金ルツボ内の金属浴上の泡立スラグの厚さ
   の電気音響測定方法において、 ルツボ内のスラグに酸素噴射流を吹送して、金
   属浴の酸素精錬を行うとともに、音波を発生させ
   る工程と、 一端が前記ルツボ内の音波源に指向されてお
   り、他端がこれと反対側を向いており、所定の共
   振周波数を有する音響管に前記音波を通過させる
   工程と、 前記音響管の音源より遠い側の端部において、
   前記音波を検出し、検出音波を電気信号に変換す
   る工程と、 ほぼ前記共振周波数の領域内で前記電気信号を
   平滑化して前記音波の強度を検出する工程と、 前記音響管を電気的に連続加熱し、これを外気
   温度より上の温度に維持する工程と、を具えてな
   ることを特徴とする冶金ルツボ内の金属浴上の泡
   立スラグの厚さの電気音響測定方法。 ２ 酸素精錬を行う冶金ルツボ内の金属浴上の泡
   立スラグの厚さの電気音響測定装置において、 耐火性と機械的強度とを有する套管内に音響遮
   蔽効果を有する断熱材で固定された音響管で、一
   端が冶金ルツボの音波源に臨んでおり他端がこれ
   より遠い側にあり、所定の共振周波数を有する細
   長い音響管と、 前記音響管の音波源より遠い端部に設けたマイ
   クロホンを含み、前記冶金ルツボ内の音波源より
   前記音響管を通過する音波を検出しこれを電気信
   号に変換する装置と、 前記マイクロホンに接続されており、前記電気
   信号を、ほぼ前記共振周波数の領域内で、平滑化
   するフイルタ装置と、 かく処理された電気信号の強度を検出する装置
   と、 前記音響管に組合されており、該音響管を周囲
   温度より上のある温度に連続して維持する電気加
   熱装置とを具えてなることを特徴とする冶金ルツ
   ボ内の金属浴上の泡立スラグの厚さの電気音響測
   定装置。