KR102387067B1 - 레벨 계측 방법 및 레벨 계측 장치 - Google Patents

레벨 계측 방법 및 레벨 계측 장치 Download PDF

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Abstract

마이크로파를 사용하여, 취련 중의 슬래그면을, 종래보다도 정확하게 측정할 수 있는 레벨 계측 방법 및 레벨 계측 장치를 제공한다. 레벨 계측 장치(10)에서는, 노이즈라고 판정된 레벨 측정값을 제거하고(SP9), 제거되지 않고 남은 레벨 측정값만을 기초로, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨을 특정한다(SP8). 이에 의해, 레벨 계측 장치(10)에서는, 지금에 의해 발생하는, 잘못된 레벨 측정값을 기초로 하여, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨이 특정되는 것을 억제할 수 있으므로, 그만큼, 취련 중의 슬래그면(3)을 종래보다도 정확하게 측정할 수 있다.

Description

레벨 계측 방법 및 레벨 계측 장치
본 발명은, 노의 내부에 있어서의 슬래그면의 레벨을 계측하기 위한 레벨 계측 방법 및 레벨 계측 장치에 관한 것이다.
전로제 강 프로세스에 있어서 생산성을 향상시키기 위해서는, 산소 등의 가스를 슬래그면에 분사할 때의 송산 속도를 올려서 전로 취련(이하, 단순히 취련이라고도 칭함)에 요하는 시간을 단축하는 것이 중요해진다. 그러나, 송산 속도를 올리면, 슬래그가 포밍하기 쉬워져, 슬로핑(포밍한 슬래그가 노구로부터 흘러넘치는 현상)이나, 스피팅(분류에 의해 슬래그가 비산하는 현상)이 발생하여 수율의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 노구나 후드 등에 지금이나 슬래그가 부착되어서 조업이 저해되는 등의 문제가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 생산성의 향상을 도모하기 위해서는, 전로의 내용물의 레벨을 측정하고, 슬로핑의 예조로 되는 슬래그의 포밍 거동 등을 정확하게 실시간으로 파악하는 것이 중요해진다.
종래, 슬래그면의 레벨 계측 장치로서는, 특허문헌 1에 도시하는 바와 같이, 마이크로파를 이용한 레벨 계측 장치가 고려되고 있다. 여기서, 전로 취련 중의 노 내에서는 용선이나 슬래그가 다량으로 비산하고 있고, 노구나 노 내의 노벽에는, 용선이나 슬래그가 지금으로서 부착되어 버리는 경우가 있다. 레벨 계측 장치에서는, 노벽에 부착된 지금이 마이크로파의 조사 범위에 존재하면, 슬래그로부터의 반사 신호에 추가하여, 지금으로부터의 반사 신호도 수신하게 된다. 그 때문에, 지금으로부터의 반사 신호 강도가 슬래그로부터의 반사 신호 강도보다도 큰 경우에는, 지금의 위치를 슬래그면 위치(슬래그면의 레벨)로 오검지해 버릴 가능성이 있다.
이러한 지금에 의한 문제를 고려하여, 특허문헌 2에 나타내는 바와 같은 레벨 계측 장치도 고려되고 있다. 특허문헌 2에는, 취련 공정의 개시 시로부터 변화하지 않고 계속하여 존재하는 신호를 노이즈로서 제거한 뒤에 슬래그면까지의 거리를 구하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 소정의 시간 간격을 두고, 반사파의 반사 강도와, 안테나 및 슬래그면의 왕복 전반 시간의 관계를 나타낸 반사파형의 차분을 취하고, 이러한 반사파형의 차분이나, 당해 차분의 절댓값의 가장 큰 신호를, 슬래그면으로부터의 신호로 하여, 거리를 구하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-180126호 공보 일본 특허 공개 제2016-29212호 공보
그러나, 취련 공정의 개시 시로부터 계속하여 존재하는 신호를 노이즈로서 판정하는 방법에서는, 취련 중에 노구 혹은 노벽에 새롭게 부착된 지금에 대해서는 노이즈로서 판정할 수 없고, 새롭게 생성된 지금으로부터의 반사파를 제거할 수는 없다. 또한, 노 내에서 발생하는 더스트의 영향에 의해, 슬래그면으로부터의 반사 신호가 차단되어 버리는 경우도 있다. 이러한 경우, 반사파형의 차분 혹은 그 절댓값의 가장 큰 신호를 슬래그면으로부터의 신호로 하는 방법에서는, 노 내에서 발생하는 더스트의 영향에 의해, 반사파의 강도가 크게 변동하기도 하기 때문에, 지금을 슬래그면으로 오판정해 버리는 경우도 있다. 그 때문에, 특허문헌 2에서는, 취련 중의 슬래그면의 레벨을 정확하게 측정할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에서는, 노 내에서 발생하는 더스트의 영향에 의해, 슬래그면으로부터의 마이크로파의 반사율이 극히 작아지면, 얻어진 반사파형과 1개 전의 반사파형의 차분의 피크도 작아져, 피크 판정이 곤란해진다. 또한, 더스트의 영향에 의한 반사파의 강도의 시간 변동이 큰 경우에는, 반사파형의 차분의 절댓값을 취한 파형에 있어서, 슬래그면에 상당하는 피크가 2개 나타나는 경우도 있고, 그 경우, 어느 쪽의 피크를 선택해야 하는지 애매함이 존재한다. 따라서, 특허문헌 2에서는, 노 내에 더스트가 발생하는 취련 중에, 슬래그면의 레벨을 정확하게 측정할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 마이크로파를 사용하여, 취련 중의 슬래그면을, 종래보다도 정확하게 측정할 수 있는 레벨 계측 방법 및 레벨 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 레벨 계측 방법은, 마이크로파를 사용하여 노 내의 슬래그면의 레벨을 계측하는 레벨 계측 방법이며, 상기 노 내를 향하여 상기 마이크로파를 조사하고, 상기 슬래그면 또는 상기 노 내에 부착된 지금으로부터의 반사 마이크로파를 수신하는 마이크로파 조사 수신 공정과, 상기 마이크로파와 상기 반사 마이크로파에 의해, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를 생성하는 거리 파형 신호 생성 공정과, 상기 거리 파형 신호 내의 메인 피크를, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의 거리의 시간 변화를 나타내는 레벨 측정값으로 하여 추출하는 추출 공정과, 상기 레벨 측정값과, 과거의 축적 레벨 측정값을 비교하여, 상기 레벨 측정값이 노이즈인지의 여부를 판정하는 노이즈 판정 공정과, 상기 노이즈라고 판정된 상기 레벨 측정값을 제거하고, 제거되지 않고 남은 상기 레벨 측정값을 기초로, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면의 레벨을 특정하는 레벨 특정 공정을 구비한다.
본 발명의 레벨 계측 장치는, 마이크로파를 사용하여 노 내의 슬래그면의 레벨을 계측하는 레벨 계측 장치이며, 상기 노 내를 향하여 상기 마이크로파를 조사하고, 상기 슬래그면 또는 상기 노 내에 부착된 지금으로부터의 반사 마이크로파를 수신하는 안테나부와, 상기 마이크로파와 상기 반사 마이크로파에 의해, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를 생성하는 거리 파형 신호 생성부와, 상기 거리 파형 신호 내의 메인 피크를, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의 거리의 시간 변화를 나타내는 레벨 측정값으로 하여 추출하는 추출부와, 상기 레벨 측정값과, 과거의 축적 레벨 측정값을 비교하여, 상기 레벨 측정값이 노이즈인지의 여부를 판정하는 노이즈 판정부와, 상기 노이즈라고 판정된 상기 레벨 측정값을 제거하고, 제거되지 않고 남은 상기 레벨 측정값을 기초로, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면의 레벨을 특정하는 레벨 특정부를 구비한다.
본 발명에 따르면, 지금에 의해 발생하는, 잘못된 레벨 측정값을 기초로 하여, 노 내에 있어서의 슬래그면의 레벨이 특정되는 것을 억제할 수 있으므로, 그만큼, 취련 중의 슬래그면을 종래보다도 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 레벨 계측 장치를 사용한 전로의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2A는, 송신파 및 수신파의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 2B는, 송신파 및 수신파의 파형을 나타내는 그래프이고, 도 2C는, 비트파의 파형을 나타내는 그래프이고, 도 2D는, 메인 피크가 나타난 거리 파형 신호를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 거리 파형 신호의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 레벨 측정값의 시계열 변화와, 레벨 측정값을 기초로 산출한 시간 평균 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 레벨 산출부의 회로 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은, 도 4에 도시한 이력 데이터의 일부 영역을 확대한 그래프이다.
도 7A는, 레벨 측정값의 시계열 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7B는, 노이즈라고 판정된 레벨 측정값의 설명에 제공하는 그래프이고, 도 7C는, 노이즈라고 판정된 레벨 측정값을 제거한 때의 설명에 제공하는 그래프이다.
도 8은, 본 발명에 의한 레벨 계측 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 9는, 도 4에 도시한 이력 데이터에 대해서, 실제로 노이즈라고 판정된 레벨 측정값을 제거해 간 때의 레벨 측정값과, 남은 레벨 측정값을 기초로 산출한 시간 평균 곡선을 나타낸 그래프이다.
<본 발명의 레벨 계측 장치에 대해서>
도 1은, 본 발명의 레벨 계측 장치(10)와, 본 발명의 레벨 계측 장치(10)가 사용되는 전로제 강 프로세스에 있어서의 전로(1)의 구성을 도시한 개략도이다.
전로제 강 프로세스에서는, 전로(1)의 내부(이하, 단순히 노 내라고도 칭함)에 용선(2)을 장입하고, 용선(2)에 대하여 랜스(4)로부터 산소 등의 가스를 불어 넣음으로써, 용선(2)의 성분 조정을 행하여 용강을 생성한다. 용융물의 표면에는, 처리의 진행에 따라 슬래그가 생성된다. 본 발명에 의한 레벨 계측 장치(10)는, 이와 같이 노 내에 형성되는 슬래그면(3)의 레벨을 실시간으로 계측한다. 본 발명에 있어서, 「슬래그면」이란, 노 내에서 외부에 노출된, 용융 상태의 슬래그의 표면을 말한다. 슬래그면(3)의 「레벨」이란, 노 내 저부나 소정 기준 위치에서 본, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 높이를 말한다.
전로(1)에서 행하여지는 처리에서는, 증기나 더스트 등이 발생하기 때문에, 발생하는 더스트 등을 외부 환경에 방출시키지 않기 위해서, 전로(1) 상방으로 개방한 노구 부근에는, 노구로부터 상방으로 연장하는 배기 후드(5)가 마련되어 있다. 이 배기 후드(5)에는, 랜스(4)를 전로(1) 내에 삽입하기 위한 랜스용 개구부 외에, 노구 상방에 후드 개구부(6)가 개구되어 있다. 후드 개구부(6)의 주위에는 상방으로 연장하여 설치된 개구 형성부(7)가 배관상의 구조물로서 마련되어 있다.
레벨 계측 장치(10)의 안테나부(10a)는, 개구 형성부(7)에 배치된다. 이 실시 형태의 경우, 개구 형성부(7)에는, 안테나부(10a)가 설치되어 있는 것 외에, 당해 안테나부(10a)와 노 내 사이에 단열판(14)이 마련되어 있다. 단열판(14)은, 예를 들어 알루미나(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2) 등과 같이, 마이크로파가 투과 가능한 무기 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 단열판(14)은, 안테나부(10a)와 노 내 사이에서 마이크로파의 송수신을 가능하게 하면서, 노 내에서의 열을 저감하여 열에 의해 안테나부(10a)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
안테나부(10a)는, 후드 개구부(6) 내에서 노 내를 향하여 마이크로파를 조사하는 송신 안테나(11)와, 당해 송신 안테나(11)와는 별개로 마련되고, 노 내의 슬래그면(3)으로부터 반사하여 후드 개구부(6) 내를 통과한 반사 마이크로파를 수신하는 수신 안테나(12)를 구비하고 있다. 또한, 노 내를 향하여 조사되는 마이크로파의 주파수로서는, 노 내가 좁고, 또한 슬래그면(3)에 있어서의 마이크로파의 반사율이 작다는 특성으로부터, 10[GHz] 초과 90[GHz] 이하, 바람직하게는 35[GHz] 이상 85[GHz] 이하인 것이 바람직하다.
또한, 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)는, 예를 들어 동일 직경으로 이루어지는 원추형의 혼 안테나이고, 개구한 확경의 선단이 노 내를 향하도록 배치되어 있다. 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)는, 확경의 선단을 인접시켜서 개구 형성부(7)에 배치되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 송신 안테나(11)에 있어서의 선단의 직경과, 수신 안테나(12)에 있어서의 선단의 직경을 맞춘 거리는, 후드 개구부(6)의 직경 d와 동일하고, 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)의 선단은, 후드 개구부(6)의 직경 방향의 대략 전역에 걸쳐서 배치되어 있다.
송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)에는, 각 선단에, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론(등록 상표))으로 이루어지는 렌즈부(13)가 마련되어 있다. 송신 안테나(11)는, 슬래그면(3)에 조사하는 마이크로파를 렌즈부(13)에 의해 수렴시킴으로써, 송신 안테나(11)의 안테나 이득을 높일 수 있다. 또한, 수신 안테나(12)는, 슬래그면(3)로부터의 반사 마이크로파를 렌즈부(13)에 의해 수렴시킴으로써, 수신 안테나(12)의 안테나 이득을 높일 수 있다.
레벨 계측 장치(10)는, 레벨 산출부(10b)를 갖고 있고, 수신 안테나(12)에 의해 수신한, 노 내에서의 반사 마이크로파를, 레벨 산출부(10b)에 송출한다. 레벨 산출부(10b)는, 송신 안테나(11)로부터 노 내를 향하여 송신한 마이크로파와, 이에 의해 수신 안테나(12)에서 수신한, 노 내에서의 반사 마이크로파에 기초하여, 소정의 연산 처리를 실행함으로써, 슬래그면(3)의 높이(레벨)를 산출하여 슬래그면(3)의 레벨 계측을 행할 수 있다.
<본 발명의 레벨 계측 방법의 개요>
여기에서는 우선 처음에, 마이크로파를 이용한 FM-CW 방식의 레벨 계측 방법에 대하여 설명한다. 도 2A에 도시하는 바와 같이, 마이크로파를 생성할 때, 주파수 소인기에 의해 제어되는 발진기의 주파수 변조의 폭이 F(Hz)로 설정되고, 소인 주기가 T(초)로 설정된 것으로 한다. 노 내를 향하여 조사되는 마이크로파(이하, 단순히 송신파라고도 칭함)의 주파수는, 시간의 경과와 함께 연속적 또한 직선적으로 변화한다.
한편, 계측 대상물이 되는 슬래그면(3)에 의해 반사되어서 수신 안테나(12)로 수신되는 반사 마이크로파(이하, 단순히 수신파라고도 칭함)는, 수신 안테나(12)로부터 슬래그면(3)까지의 거리(이하, 이격 거리 D라고 칭함)에 비례한 딜레이 Δt(초)를 발생하게 된다. 그 결과, 어떤 동시각에 있어서의 송신파와 수신파 사이에는, 이격 거리 D에 대응한 주파수의 차 Δf(Hz)가 발생한다. 도 2B 및 도 2C에 도시하는 바와 같이, 이러한 송신파 및 수신파가 믹서에 의해 혼합되면, Δf에 상당하는 주파수 성분을 가진 차주파 신호(이하, 비트파 또는 비트 신호라고도 칭함)로 된다.
송신파와 수신파의 시간적 딜레이 Δt는, 마이크로파가 송신 안테나(11)로부터 슬래그면(3)을 통해 수신 안테나(12)까지 되돌아가기 위하여 요하는 시간에 상당한다. 이격 거리를 산출한다는 처리는, 비트 신호의 주파수(비트 주파수 Δf)를 산출하는 것과 등가이다. 여기서, 현실의 계측 환경에 있어서는, 믹서에 의해 생성되는 비트 신호(비트파)에는, 여러가지의 주파수 성분이 서로 섞인 복합파로 되는 경우가 많다.
따라서, 이러한 복수의 주파수 성분으로 이루어지는 비트 신호의 주파수를 구하기 위해서, 복수의 주파수 성분으로 이루어지는 비트 신호를 기초로 푸리에 변환 처리를 행하여, 주파수 스펙트럼 신호를 생성한다. 이어서, 주파수 스펙트럼 신호를 기초로, 거리 [m]과 신호 강도의 관계를 나타낸, 도 2D와 같은 파형 신호(이하, 「거리 파형 신호」라고도 칭함)를 생성한다. 거리 파형 신호는, 횡축을 거리[m], 종축을 신호 강도[dB]로 하고, 구하고 싶은 이격 거리가 피크의 위치에서 부여된다.
그런데, 취련 중에는, 랜스(4)로부터의 산소 등의 가스의 분사나, 노저의 송풍구(도 1에서는 도시하지 않음)로부터 아르곤 가스 등이 불어 넣어짐으로써, 노 내에는 용선이나 슬래그가 많이 비산한다. 이들의 비산물이, 노구나 노 내의 노벽에 부착되면, 지금으로 되어서 성장한다. 송신 안테나(11)로부터 조사된 마이크로파는, 일정한 넓이를 가지고 공간 중을 전반해 가기 때문에, 슬래그면(3)뿐만 아니라, 노구나 노벽에 부착된 지금에도 조사되는 경우가 있다. 이에 의해 지금에서 마이크로파가 반사된 경우에는, 슬래그면(3)과 지금의 양쪽으로부터 각각 반사한 반사 마이크로파가 검출된다. 그 결과, 비트파를 푸리에 변환함으로써 얻어지는 거리 파형 신호에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 피크 P1, P2가 나타나 버리는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 예를 들어 거리 파형 신호 내의 메인 피크가, 슬래그면(3)의 레벨에 대응한다고 간주하게 정해 두면, 복수의 피크의 존재에 현혹되는 일없이, 슬래그면(3)의 레벨을 특정할 수 있다.
그러나, 이때, 지금의 성장 정도나, 반사면인 슬래그면(3)의 기울기, 슬래그면(3)의 마이크로파 반사율에 따라서는, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호보다도, 지금으로부터의 반사 신호쪽이 커져 버리는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 지금으로부터의 반사 신호에 의해 거리 파형 신호 내에 생성된 피크를, 슬래그면(3)까지의 거리로 하여 오검지해 버리는 경우가 있다.
도 4는, 거리 파형 신호가 얻어질 때마다, 거리 파형 신호 내에 나타난 메인 피크를 추출해 가고, 이 시간 변화를 시계열로 플롯해 간 이력 데이터를 나타낸다(이하, 「레벨 측정값」이라고도 칭함). 도 4 중의 S1은, 이들 레벨 측정값을 기초로 산출한 시간 평균 곡선을 나타낸다. 도 4에 도시한 바와 같이, 슬래그면(3)까지의 거리를 나타내는 것인 각 레벨 측정값에는, 변동이 발생하고 있다. 이것으로부터, 단순하게 메인 피크가 슬래그면(3)의 레벨을 나타내고 있다고 엄하게 책해버리면, 메인 피크의 위치에는, 슬래그면(3)으로부터의 반사 또는 지금으로부터의 반사가 모두 포함됨으로써, 지금으로부터의 반사에 의한 피크를, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨을 나타내는 레벨 측정값으로 하여 오검지해 버리는 것을 알 수 있다.
또한, 슬래그면(3)까지의 거리의 시간 평균을 나타내는 시간 평균 곡선 S1도, 지금으로부터의 반사 신호에 의해 거리 파형 신호 중에 발생한 메인 피크를 레벨 측정값으로 오검지하고 있는 영향을 받아, 오차를 많이 포함한 것으로 되어 버린다.
그래서, 본 발명자들은, 지금으로부터의 반사 신호와 슬래그면(3)로부터의 반사 신호를, 안테나부(10a)에 의해 모두 수신한 경우에도, 양자의 신호를 구별하고, 지금으로부터의 반사 신호를 제거로 하는 방법에 대하여 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 용강면·슬래그면을 나타내는 레벨 측정값은 고속으로 진동하고, 한편, 지금을 나타내는 레벨 측정값은 거의 동일한 높이 위치에 나타나는 것이 밝혀지고, 이 차이를 이용하여, 양자의 반사 신호를 식별하여, 지금으로부터의 반사 신호를 제거하는 방법에 상도하였다. 이하, 지금으로부터의 반사 신호를 제거하여 정확한 레벨 측정값을 얻는 레벨 계측 방법에 대해서, 도 5에 도시하는 레벨 산출부(10b)를 사용하여 상세하게 설명한다.
<레벨 산출부의 개요>
도 5는, 레벨 산출부(10b)의 회로 구성을 도시한 블록도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 레벨 산출부(10b)는, 도시하지 않은 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등으로 이루어지는 마이크로 컴퓨터 구성의 제어부(20)를 갖고 있다. 레벨 산출부(10b)는, 각종 정보가 기억된 기억부(21)와, 표시부(22)와, 안테나부(10a)에 접속된 신호 처리부(23)와, 거리 파형 신호 생성부(24)와, 추출부(25)와, 노이즈 판정부(26)와, 레벨 특정부(27)가 버스 B를 통해 제어부(20)에 접속된 구성을 가진다.
제어부(20)는, ROM에 미리 저장되어 있는 기본 프로그램이나, 레벨 계측 처리 프로그램 등의 각종 프로그램을 RAM에 로드하여 기동함으로써, 레벨 산출부(10b)에 있어서의 각종 기능을 통괄적으로 제어하고, 후술하는 레벨 계측 처리를 실행한다. 신호 처리부(23)는, 마이크로파를 송신 안테나(11) 및 거리 파형 신호 생성부(24)에 송출한다. 신호 처리부(23)는, 송신 안테나(11)로부터 노 내를 향하여 마이크로파를 조사시킴과 함께, 수신 안테나(12)로 수신한 반사 마이크로파를 수취하고, 이것을 거리 파형 신호 생성부(24)에 송출한다.
거리 파형 신호 생성부(24)는, 비트 신호 생성부(29) 및 푸리에 변환 처리부(30)를 갖고 있다. 비트 신호 생성부(29)는, 송신파인 마이크로파와 수신파인 반사 마이크로파를 믹서에 의해 혼합하여 비트 신호(차주파 신호)를 생성하고, 이것을 푸리에 변환 처리부(30)에 송출한다. 푸리에 변환 처리부(30)는, 비트 신호에 대하여 푸리에 변환 처리를 행하여, 주파수 스펙트럼 신호를 생성한다. 또한, 푸리에 변환 처리부(30)는, 주파수 스펙트럼 신호를 기초로, 거리[m] 및 신호 강도의 관계를 나타낸, 도 2D와 같은 거리 파형 신호를 생성하고, 이것을 추출부(25)에 송출한다.
거리 파형 신호 생성부(24)는 취련 중, 마이크로파와 반사 마이크로파에 의해, 노 내에 있어서의 슬래그면(3) 또는 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를, 소정 시간 간격으로 생성해 간다. 추출부(25)는, 거리 파형 신호를 수취할 때마다, 거리 파형 신호 내에 나타나 있는 메인 피크를 레벨 측정값으로 하여 추출하고, 이것을 기억부(21), 노이즈 판정부(26) 및 레벨 특정부(27)에 각각 송출한다. 이 경우, 추출부(25)는, 거리 파형 신호에 있어서, 소정의 거리 범위(예를 들어 10 내지 20[m]) 내에 나타나는, 가장 높은 피크를, 메인 피크로서 특정하고, 이것을 레벨 측정값으로 하여 결정한다.
기억부(21)는, 추출부(25)로부터 레벨 측정값을 수취하면, 이것을 과거의 축적 레벨 측정값으로 하여 시계열순으로 기억해 간다(기억 공정). 이에 의해 기억부(21)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 취련 중에 얻어진 모든 레벨 측정값을 과거의 축적 레벨 측정값으로 하여 시계열순으로 나열된 이력 데이터(즉, 거리와 시간의 관계를 나타내는 데이터)가 생성된다.
여기서, 도 6은, 도 4에 도시한 이력 데이터 중, 350초 내지 500초까지의 영역을 확대한 그래프이다. 노벽 등에 부착된 지금은, 랜스(4)로부터 불어 넣어지는 산소나, 노저의 송풍구로부터 불어 넣어지는 아르곤 가스 등의 영향을 받기 어렵다고 추측된다. 따라서, 도 6에 도시하는 영역 ER1, ER2, ER3 내에 있어서, 거의 동일한 높이 위치에 나타나는 플롯(레벨 측정값)은, 지금으로부터의 반사 신호를 오검지하여 산출된 레벨 측정값이라고 추측할 수 있다.
한편, 슬래그면(3)은, 랜스(4)로부터 불어 넣어지는 산소나, 노저의 송풍구로부터 불어 넣어지는 아르곤 등의 가스의 영향을 받아, ±500[mm] 정도의 범위를 단시간에 미세하게 진동하면서, 장주기로 전체적으로 높이가 변동하고 있다. 따라서, 도 6에 도시하는 영역 ER1, ER2, ER3 이외에 있는, 주기가 짧고 미세한 진동을 나타내는 플롯(레벨 측정값)은, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호를 검출하여 산출된 레벨 측정값이라고 추측할 수 있다.
레벨 산출부(10b)는 이러한, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호를 검출하여 산출된 레벨 측정값과, 지금으로부터의 반사 신호를 오검지하여 산출된 레벨 측정값의 차이를 이용하여, 지금으로부터의 반사 신호를 제거한다. 도 5에 도시한 노이즈 판정부(26)는, 추출부(25)로부터 레벨 측정값을 수취할 때마다, 과거의 축적 레벨 측정값을 이용하여, 당해 레벨 측정값이, 지금으로부터의 반사 신호를 오검지하여 산출된 레벨 측정값(이하, 노이즈라고도 칭함)인지의 여부를 판정한다.
이 실시 형태의 경우, 노이즈 판정부(26)는, 비교부(31) 및 판정부(32)를 갖고 있다. 비교부(31)는, 레벨 측정값을 추출부(25)로부터 수취할 때마다, 기억부(21)에 기억된 이력 데이터 중에서 판정 범위 내에 있는 축적 레벨 측정값을 판독한다. 이 실시 형태의 경우, 판정 범위로서는, 예를 들어 취련 개시로부터 n회째의 레벨 측정값을 추출부(25)로부터 수취한 때에는, 기억부(21)에 기억되어 있는 과거의 축적 레벨 측정값 중, n회째의 레벨 측정값의 직전에 기억된, n-1회로부터 n-10회까지의 10개의 축적 레벨 측정값을 판정 범위로 하고 있다.
비교부(31)는, 판정 범위 내의 복수의 축적 레벨 측정값과, 추출부(25)로부터 수취한 바로 근처의 레벨 측정값을 비교한다. 비교부(31)는, 판정 범위 내의 축적 레벨 측정값의 어느 것에, 바로 근처의 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하인 축적 레벨 측정값이 존재하는지의 여부를 나타낸 비교 결과를 생성하고, 이것을 판정부(32)에 송출한다.
이 실시 형태의 경우, 비교부(31)는, 예를 들어 판정 범위 내의 축적 레벨 측정값 중에서, 판정 대상의 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하의 축적 레벨 측정값을 1개라도 검출하면, 비교 처리를 종료하지만, 본 발명은 꼭 그렇지만은 않다. 비교부(31)는, 판정 대상의 레벨 측정값에 대하여 판정 범위 내의 모든 축적 레벨 측정값과 비교하게 해도 된다.
레벨 측정값과 축적 레벨 측정값과의 차분의 절댓값의 판단 기준으로 되는 「소정값 이하」의 규정이나, 판정 범위에 대해서는, 노의 크기나, 과거의 조업 데이터로부터 얻어진 지금을 오검지하는 빈도, 지금의 성장 속도, 슬래그면(3)의 반사율, 레벨 계측 장치(10)의 거리 분해능 등에 맞춰, 노마다 적절한 값을 선택하면 된다. 본 실시 형태와 같이, 예를 들어 FMCW 방식의 레벨 계측 장치(10)를 사용하는 경우에는, 레벨 측정값과 축적 레벨 측정값과의 차분의 절댓값에 대해서는, 마이크로파의 주파수 대역 폭을 F[Hz], 광속을 c[m/s]로 하면, c/2F로 결정되는 레벨 계측 장치(10)의 분해능 정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, 레벨 측정값과 축적 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 c/2F 이하인지의 여부의 비교 결과를 생성하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어 레벨 측정값과 축적 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하인지의 여부의 비교 결과로서는, 레벨 측정값과 축적 레벨 측정값과의 거리 차분의 절댓값이 30[mm] 이하인지의 여부의 비교 결과를 생성하도록 해도 된다.
이러한 레벨 측정값의 판정 방법에 대해서, 도 7A에 나타내는 바와 같은 이력 데이터를 사용하여 이하 설명한다. 또한, 여기에서는, 이력 데이터 중의 레벨 측정값 d11에 주목한다. 비교부(31)는 바로 근처의 레벨 측정값으로 하여, 추출부(25)로부터 n회째의 레벨 측정값 d11을 수취하면, 기억부(21)에 기억된 이력 데이터 중에서 레벨 측정값 d11의 직전에 기억된 n-1회로부터 n-10회까지의 10개의 축적 레벨 측정값 d10 내지 d1을 순차 판독한다. 비교부(31)는, 판독한 판정 범위 내의 각 축적 레벨 측정값 d10 내지 d1과, 레벨 측정값 d11을 순차 비교해 가, 축적 레벨 측정값 d10 내지 d1 중에, 레벨 측정값 d11과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값 d10 내지 d1이 존재하는지의 여부를 나타낸 비교 결과를 생성한다.
이 경우, 도 7A에 도시하는 바와 같이, 판정 대상으로 한 레벨 측정값 d11은, 판정 범위 내의 축적 레벨 측정값 d9, d8, d7, d2와 거의 동일한 높이 위치에 있기 때문에, 이들 축적 레벨 측정값 d9, d8, d7, d2는, 레벨 측정값 d11과의 차분의 절댓값이 소정값 이하라고 판단된다. 비교부(31)는, 예를 들어 레벨 측정값 d11과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값 d9가 존재한다는 비교 결과를 생성하고, 이것을 판정부(32)에 송출한다. 이렇게 비교부(31)는, 추출부(25)로부터 레벨 측정값을 수취할 때마다, 이 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값이 판정 범위 내에 존재하는지의 여부의 비교 결과를 생성해 간다.
도 7A에 나타낸 이력 데이터에 대해서, 비교부(31)가 레벨 측정값을 추출부(25)로부터 수취할 때마다, 상술한 바와 같은 판정을 행해 가면, 도 7B에 도시하는 바와 같이, 백색 바탕의 동그라미(「○」)로 나타내는 레벨 측정값 d7, d8, d9, d10, d11, d16, d17은, 각 판정 범위 내에, 각각 레벨 측정값 d7, d8, d9, d10, d11, d16, d17과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값이 존재한다는 비교 결과가 얻어진다. 예를 들어, 도 7B에 나타내는 레벨 측정값 d10은, 판정 범위 내에, 레벨 측정값 d10과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값 d4가 존재하고, 레벨 측정값 d16은, 판정 범위 내에, 레벨 측정값 d16과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값 d10이 존재한다라는 비교 결과를 얻는다.
판정부(32)는, 판정 대상의 레벨 측정값 d11과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값이 판정 범위 내에 존재한다는 비교 결과를 비교부(31)로부터 수취하면, 이 레벨 측정값 d11이 과거의 축적 레벨 측정값 d2, d7, d8, d9와 동일하게 계속하여 거의 동일한 높이 위치에 나타나 있는 것으로서, 레벨 측정값 d11을, 지금으로부터의 반사 신호를 오검지하여 산출된 노이즈라고 판정한다. 판정부(32)는, 이 판정 결과를 레벨 특정부(27)에 송출한다.
한편, 판정부(32)는, 판정 대상의 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하로 되는 축적 레벨 측정값이 판정 범위 내에 존재하지 않는다는 비교 결과를 비교부(31)로부터 수취하면, 이 바로 근처의 레벨 측정값이, 장주기로 전체적으로 높이가 변동하는 슬래그면(3)에 기초하는 것이라고 하여, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호를 검출하여 산출된 레벨 측정값이라고 판정한다. 그리고, 판정부(32)는, 이 판정 결과를 레벨 특정부(27)에 송출한다.
도 5에 도시한 레벨 특정부(27)는, 제거부(34)와 레벨 출력부(35)를 가진다. 제거부(34)는, 바로 근처의 레벨 측정값을 추출부(25)로부터 수취함과 함께, 이 바로 근처의 레벨 측정값에 대한 판정 결과를 판정부(32)로부터 수취한다. 제거부(34)는, 예를 들어 바로 근처의 레벨 측정값이 노이즈라는 판정 결과를 수취하면, 노이즈라고 판정된 바로 근처의 레벨 측정값을 제거한다. 한편, 제거부(34)는, 바로 근처의 레벨 측정값이 노이즈가 아니라는 판정 결과를 수취하면, 노이즈라고 판정되지 않은 레벨 측정값을 레벨 출력부(35)에 송출한다.
여기서, 도 7C는, 도 7B의 이력 데이터에 있어서 노이즈라고 판정된 레벨 측정값 d7, d8, d9, d10, d11, d16, d17을, 레벨 특정부(27)에 의해 제거한 후의 이력 데이터를 나타낸다. 레벨 출력부(35)는, 도 7C에 도시하는 바와 같이, 노이즈라고 판정되지 않고 제거되지 않은 레벨 측정값만을, 노 내의 슬래그면(3)의 레벨을 나타내는 레벨 계측 결과로서 출력한다.
이에 의해, 레벨 출력부(35)는, 지금으로부터의 반사 신호의 대부분을 제거한 레벨 측정값을 제시할 수 있음과 함께, 이것들 레벨 측정값을 기초로 슬래그면(3)까지의 거리의 시간 평균을 나타내는 시간 평균 곡선 S2를 생성할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 시간 평균 곡선 S2는, 지금으로부터의 반사 신호에 의해 발생한 노이즈의 대부분이 제거되어 있는 점에서, 그만큼, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨을 한층 더 정확하게 나타내는 것이 된다.
또한, 이력 데이터 중, 레벨 측정값을 노이즈로서 판정하는 판정 기준으로 된, 첫회의 지금으로부터의 반사 신호에 의한 레벨 측정값 d2, d4는 제거되지 않고, 그대로 레벨 출력부(35)로부터 출력되게 된다. 단, 레벨 출력부(35)는, 시간 평균 곡선 S2를 출력함으로써, 노이즈로서 제거되지 않은 레벨 측정값 d2, d4의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 레벨 출력부(35)는, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호에 의한 레벨 측정값이, 잘못하여 노이즈로서 제거되었다고 해도, 시간 평균 곡선 S2를 출력함으로써, 그 영향을 작게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호에 의해 발생한 레벨 측정값도, 잘못하여 노이즈로서 판정되어, 몇점 제거되어 버릴 가능성이 있다. 그러나, 마이크로파의 송수신에 의한 측정 주기는, 일반적으로 100[ms] 이하로 고속이기 때문에, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호에 의해 발생한 레벨 측정값이, 가령 몇점 상실되었다고 해도 문제는 없고, 슬래그면(3)의 정확한 레벨 계측을 행할 수 있다.
여기서, 기억부(21)에는 추출부(25)에 의해 추출된 모든 레벨 측정값이 기억되어 있고, 노이즈 판정부(26)에서는, 이들 모든 레벨 측정값을 과거의 축적 레벨 측정값으로 하여 사용하고, 추출부(25)에서 얻어진 레벨 측정값이, 지금으로부터의 반사 신호에 의해 발생한 노이즈인지의 여부를 판정한다. 즉, 노이즈로서 판정된 레벨 측정값은, 레벨 출력부(35)로부터는 출력되지 않지만, 노이즈 판정부(26)에 의한 판정 처리에 있어서 판정 범위 내에 포함된다. 이와 같이, 노이즈 판정부(26)는, 노이즈로서 판정된 레벨 측정값도 판정 범위 내에 포함하여, 바로 근처의 레벨 측정값이 노이즈인지의 여부를 판정함으로써, 레벨 측정값에 대하여 한층 더 정확하게 노이즈의 판정을 행할 수 있다.
레벨 출력부(35)로부터 출력되는 판정 처리 후의 레벨 측정값이나, 이들 레벨 측정값으로부터 얻어지는 시간 평균 곡선 S2는, 표시부(22)에 송출되어, 표시부(22)에 표시된다. 이에 의해, 작업자는, 표시부(22)에 표시되는 레벨 측정값의 시계열 변화나 시간 평균 곡선 S2를 기초로, 취련 중에 있어서의 노 내의 슬래그면(3)의 레벨을 실시간으로 인식할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호에 대하여 차분을 취하고, 차분 또는 차분의 절댓값의 가장 큰 신호를 검출함으로써 슬래그면(3)의 레벨을 특정하고 있었지만, 슬래그면(3)의 마이크로파 반사율은 극히 작고, 또한, 거리 파형 신호는 노이즈에 의한 변동이 크고, 노 내의 더스트에 의해 강도가 작아진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 차분을 취함으로써 강도가 더 작아지기 때문에, 올바른 슬래그면을 측정하는 것이 곤란했지만, 이상의 본 실시 형태에 의한 구성에 있어서는, 거리 파형 신호 자체를 처리하는 것은 아니고, 슬래그면(3) 또는 지금까지의 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 레벨 측정값으로 변환하여 처리함으로써, 신호 강도에 대한 의존성을 없앨 수 있고, 차분을 취해도, 신호가 작아지거나, 노이즈에 매립된다고 하는 문제를 회피할 수 있다.
<본 발명의 레벨 계측 처리>
이어서, 레벨 계측 장치(10)에서 실행되는, 상술한 레벨 계측 처리에 대해서, 도 8에 도시하는 흐름도를 사용하여 간단하게 설명한다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 레벨 계측 장치(10)는, 스텝 SP1에 있어서, 마이크로파를 신호 처리부(23)에서 생성하고, 이것을 송신 안테나(11)로부터 노 내를 향하여 조사함과 함께, 마이크로파를 송신 신호로 하여 비트 신호 생성부(29)에 송출하고, 다음 스텝 SP2로 옮겨간다.
스텝 SP2에 있어서, 수신 안테나(12)는, 노 내에서 반사 마이크로파를 수신하고, 이것을 수신 신호로서 신호 처리부(23)를 통해 비트 신호 생성부(29)에 송출하고, 다음 스텝 SP3으로 옮겨간다. 스텝 SP3에 있어서, 비트 신호 생성부(29)는, 송신 신호인 마이크로파와 수신 신호인 반사 마이크로파로부터 비트 신호를 생성하고, 이것을 푸리에 변환 처리부(30)에 송출하여 다음 스텝 SP4로 옮겨간다.
스텝 SP4에 있어서, 푸리에 변환 처리부(30)는, 비트 신호에 대하여 푸리에 변환 등을 행함으로써 주파수 스펙트럼 신호를 생성한다. 이어서, 스텝 SP4에 있어서, 푸리에 변환 처리부(30)는, 주파수 스펙트럼 신호를 기초로, 노 내에 있어서의 슬래그면(3) 또는 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를 생성하고, 이것을 추출부(25)에 송출하여, 다음 스텝 SP5로 옮겨간다.
스텝 SP5에 있어서, 추출부(25)는, 거리 파형 신호 내에 발생한 메인 피크를, 슬래그면(3) 또는 지금까지의 거리의 시간 변화를 나타내는 레벨 측정값으로 하여 추출하고, 이것을 기억부(21), 노이즈 판정부(26) 및 레벨 특정부(27)에 송출하여, 다음 스텝 SP6으로 옮겨간다. 스텝 SP6에 있어서, 기억부(21)는, 레벨 측정값을 축적 레벨 측정값으로서 기억해 가고, 과거의 축적 레벨 측정값이 시계열로 나열된 이력 데이터를 생성하고, 다음 스텝 SP7로 옮겨간다.
스텝 SP7에 있어서, 노이즈 판정부(26)는, 미리 설정한 판정 범위 내에 있는 축적 레벨 측정값을 기억부(21)로부터 판독하고, 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하(예를 들어, 거리 차분의 절댓값이 30[mm] 이하, 또는, c/2F 이하)의 축적 레벨 측정값이 판정 범위 내에 존재하는지의 여부(축적 레벨 측정값과 근사한지의 여부)를 판정한다. 스텝 SP7에서 부정 결과가 얻어지면, 이것은 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하인 축적 레벨 측정값이 판정 범위 내에 존재하고 있지 않은 것, 즉, 레벨 측정값이 지금으로부터의 반사 신호에 의해 발생한 노이즈가 아닌 것을 나타내고 있고, 이때 노이즈 판정부(26)는, 이 판정 결과를 레벨 특정부(27)에 송출하여 다음 스텝 SP8로 옮겨간다.
한편, 스텝 SP7에 있어서, 긍정 결과가 얻어지면, 이것은 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하의 축적 레벨 측정값이 판정 범위 내에 존재하고 있는 것, 즉, 레벨 측정값이 지금으로부터의 반사 신호에 의해 발생한 노이즈인 것을 나타내고 있고, 이때 노이즈 판정부(26)는, 이 판정 결과를 레벨 특정부(27)에 송출하여 다음 스텝 SP9로 옮겨간다. 스텝 SP9에 있어서, 레벨 특정부(27)는, 노이즈라고 판정된 레벨 측정값을 제거하고, 다음 스텝 SP8로 옮겨간다.
스텝 SP8에 있어서, 레벨 특정부(27)는, 제거된 레벨 측정값을 제외한 나머지의 레벨 측정값이나, 이들 나머지의 레벨 측정값으로부터 산출된 시간 평균 곡선 S2를, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨을 특정할 수 있는 레벨 계측 결과로서 표시부(22)에 표시하고, 상술한 레벨 계측 처리 수순을 종료한다.
<작용 및 효과>
이상의 구성에 있어서, 레벨 계측 장치(10)에서는, 노 내를 향하여 마이크로파를 조사하고, 슬래그면(3)으로부터의 반사 마이크로파를 수신하고(마이크로파 조사 수신 공정), 이들 마이크로파 및 반사 마이크로파에 의해, 노 내에 있어서의 슬래그면(3) 또는 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를 생성한다(거리 파형 신호 생성 공정). 레벨 계측 장치(10)에서는, 거리 파형 신호가 얻어질 때마다, 당해 거리 파형 신호 내의 메인 피크를, 슬래그면(3) 또는 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 레벨 측정값으로 하여 추출한다(추출 공정). 레벨 계측 장치(10)에서는, 바로 근처의 레벨 측정값과, 판정 범위 내로 된 과거의 축적 레벨 측정값을 비교하여, 레벨 측정값이 노이즈인지의 여부를 판정한다(노이즈 판정 공정).
여기서, 노구나 노벽에 부착된 지금으로부터의 반사 신호로부터 얻어진 레벨 측정값은, 단위 시간당의 거리 변동이 작고, 한편, 슬래그면(3)으로부터의 반사 신호로부터 얻어진 레벨 측정값은, 거리가 주기적으로 변하고, 또한 거리 변동의 주기가 고속이다. 이것으로부터, 판정 범위로 한 과거의 축적 레벨 측정값 중에, 판정 대상의 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 소정값 이하인 축적 레벨 측정값이 존재하는 경우에는, 당해 레벨 측정값에 대해서는 단위 시간당의 거리 변동이 작다고 할 수 있기 때문에, 당해 레벨 측정값을 노이즈로서 판정한다.
레벨 계측 장치(10)에서는, 노이즈라고 판정된 레벨 측정값을 제거하고, 제거되지 않고 남은 레벨 측정값만을 기초로, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨을 특정한다(레벨 특정 공정). 이에 의해, 레벨 계측 장치(10)에서는, 지금에 의해 발생하는, 잘못된 레벨 측정값을 기초로 하여, 노 내에 있어서의 슬래그면(3)의 레벨이 특정되는 것을 억제할 수 있으므로, 그만큼, 취련 중의 슬래그면(3)을 종래보다도 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호에 대해서, 차분을 취하고, 차분 또는 차분의 절댓값의 가장 큰 신호를 검출함으로써 슬래그면(3)의 레벨을 특정하고 있었지만, 슬래그면(3)의 마이크로파 반사율은 극히 작고, 또한, 거리 파형 신호는 노이즈에 의한 변동이 크고, 노 내의 더스트에 의해 강도가 작아진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 차분을 취함으로써 강도가 더 작아지기 때문에, 올바른 슬래그면을 측정하는 것이 곤란했지만, 이상의 본 실시 형태에 의한 구성에 있어서는, 거리 파형 신호 자체를 처리하는 것은 아니고, 슬래그면(3) 또는 지금까지의 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 레벨 측정값으로 변환하여 처리함으로써, 신호 강도에 대한 의존성을 없앨 수 있고, 차분을 취해도, 신호가 작아지거나, 노이즈에 매립된다고 하는 문제를 회피할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)의 2개의 안테나를 사용하여, 후드 개구부(6)에 의해 형성된 개구 내에, 이들 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)를 배치하고 있다. 이와 같이, 후드 개구부(6) 내에 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)의 2개의 안테나를 배치한 경우에는, 후드 개구부(6)의 중심과 송신 안테나(11)의 중심이 어긋나 버린다. 이 때문에, 송신 안테나(11)로부터의 마이크로파가, 슬래그면(3) 이외의 지금 등에 닿기 쉬워져 버리는 만큼, 노이즈가 발생하기 쉬워진다.
또한, 상술한 바와 같이, 후드 개구부(6) 내에 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)의 2개의 안테나를 배치한 경우에는, 단일의 송수신 안테나를 사용할 때보다도, 수신 안테나(12)를 마련한 만큼 송신 안테나(11)의 송신 영역이 작아져 버린다. 그 때문에, 송신 안테나(11)로부터의 출력을 크게 하거나, 회로 내부의 노이즈 플로어를 내리는 하거나 하여 감도를 향상시키는 것이 바람직하지만, 감도를 올린 만큼, 슬래그면(3) 이외의 지금 등에 의한 노이즈도 발생하기 쉬워진다.
그러나, 레벨 계측 장치(10)에서는, 후드 개구부(6) 내에 송신 안테나(11) 및 수신 안테나(12)의 2개의 안테나를 배치해도, 지금 등에 의해 발생하는 잘못된 레벨 측정값으로부터, 슬래그면(3)의 레벨이 특정되는 것을 억제할 수 있으므로, 그만큼, 취련 중의 슬래그면(3)을 정확하게 측정할 수 있다.
<다른 실시 형태>
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 바로 근처의 n회째의 레벨 측정값과 비교하는 축적 레벨 측정값의 판정 범위로서, 판정 대상의 n회째의 레벨 측정값의 직전까지 기억된, n-1회로부터 n-10회까지의 10개의 축적 레벨 측정값을 판정 범위로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 판정 대상의 n회째의 레벨 측정값의 직전까지 기억된 n-m1회로부터 n-m2회(m1, m2는, 0 이외의 정수이고, m1<m2)까지의 축적 레벨 측정값을 판정 범위로 해도 된다.
또한, 바로 근처의 레벨 측정값과 비교하는 축적 레벨 측정값의 판정 범위로서는, 판정 대상으로 하는 레벨 측정값을 취득한 타이밍으로부터 소정 시간 전까지 관측된 복수의 축적 레벨 측정값을 판정 범위로 해도 된다. 이 경우, 예를 들어 레벨 측정값을 취득한 1초 전 이내에 취득된 축적 레벨 측정값을 사용하여, 레벨 측정값이 노이즈인지의 여부를 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 1개의 송신 안테나(11)와 1개의 수신 안테나(12)를 구비한 안테나부(10a)를 사용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 송신 안테나 및 수신 안테나가 일체적으로 형성된 송수신 안테나를 사용하게 해도 된다. 또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 노로서, 전로제 강 프로세스에 사용하는 전로(1)를 적용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 용융 환원로 외에, 비철 금속 정련 프로세스에 사용하는 노 등 그 밖의 여러가지 노에도 적용할 수 있다. 비철 금속 정련 프로세스로서는 예를 들어 구리 용련 프로세스를 들 수 있다.
실시예
여기서, 도 4에 도시한 측정 결과에 대하여, 1초 전까지의 축적 레벨 측정값의 어느 것과, 금회의 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 0.03[m] 이내인 경우, 금회의 레벨 측정값은, 지금으로부터의 반사 신호에 기초하는 것으로 하고, 노이즈 제거를 행한 결과를 도 9에 나타낸다. 도 4에 있어서, 200 내지 800초에 정상적으로 나타나 있었던 10.6[m] 부근의 레벨 측정값이나, 0 내지 400초에 나타나 있었던 11.6[m] 및 12[m] 부근의 레벨 측정값, 500 내지 600초에 나타나 있었던 12[m] 및 12.5[m] 부근의 레벨 측정값이, 도 9에서는, 각각 노이즈로서 제거할 수 있었다. 이에 따라, 이들 레벨 측정값을 기초로 구한 시간 평균 곡선 S2도, 본래의 슬래그면(3)까지의 레벨로부터 시간 평균값이 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있었다.
1: 전로(노)
3: 슬래그면
10: 레벨 계측 장치
10a: 안테나부
10b: 레벨 산출부
11: 송신 안테나
12: 수신 안테나
24: 거리 파형 신호 생성부
25: 추출부
26: 노이즈 판정부
27: 레벨 특정부

Claims (7)

  1. 마이크로파를 사용하여 노 내의 슬래그면의 레벨을 계측하는 레벨 계측 방법이며,
    상기 노 내를 향하여 상기 마이크로파를 조사하고, 상기 슬래그면 또는 상기 노 내에 부착된 지금으로부터의 반사 마이크로파를 수신하는 마이크로파 조사 수신 공정과,
    상기 마이크로파와 상기 반사 마이크로파에 의해, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를 생성하는 거리 파형 신호 생성 공정과,
    상기 거리 파형 신호 내의 메인 피크를, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의 거리의 시간 변화를 나타내는 레벨 측정값으로 하여 추출하는 추출 공정과,
    상기 추출 공정에서 추출된 상기 레벨 측정값을 과거의 축적 레벨 측정값으로서 시계열순으로 기억부에 기억함으로써, 상기 레벨 측정값의 시계열 변화를 나타내는 이력 데이터를 생성하는 기억 공정과,
    상기 기억 공정에 의해 기억된 상기 이력 데이터 중에서, 상기 추출 공정에 의해 추출된 판정 대상의 상기 레벨 측정값의 직전에 기억된 판정 범위 내에 있는 복수의 축적 레벨 측정값을 순차 판독하고, 상기 복수의 축적 레벨 측정값과 판정 대상의 상기 레벨 측정값을 순차 비교하고, 상기 복수의 축적 레벨 측정값 중에, 상기 레벨 측정값과의 차분의 절대값이 소정값 이하가 되는 축적 레벨 측정값이 존재하는지 여부를 나타내는 비교 결과를 생성하는 비교 공정과,
    상기 레벨 측정값과의 차분의 절대값이 소정값 이하가 되는 축적 레벨 측정값이 존재하는 경우에, 상기 레벨 측정값을 노이즈로 판정하는 노이즈 판정 공정과,
    상기 노이즈라고 판정된 상기 레벨 측정값을 제거하고, 제거되지 않고 남은 상기 레벨 측정값을 기초로, 상기 슬래그면까지의 거리의 시간 평균을 나타내는 시간 평균 곡선을 산출하고, 산출된 상기 시간 평균 곡선을 기초로, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면의 레벨을 특정하는 레벨 특정 공정을 구비하는, 레벨 계측 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 판정 공정은,
    상기 레벨 측정값과 상기 축적 레벨 측정값과의 차분의 절댓값이 c/2F 이하일 때에 상기 레벨 측정값을 상기 노이즈라고 판정하는, 레벨 계측 방법.
    단, c는, 광속[m/s]을 나타내고, F는, 상기 마이크로파의 주파수 대역 폭[Hz]을 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 판정 공정은,
    상기 레벨 측정값과 상기 축적 레벨 측정값과의 거리 차분의 절댓값이 30[mm] 이하일 때에 상기 레벨 측정값을 상기 노이즈라고 판정하는, 레벨 계측 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 판정 공정은,
    상기 레벨 측정값을 취득한 1초 전 이내에 취득된 상기 축적 레벨 측정값을 사용하여, 상기 레벨 측정값이 상기 노이즈인지의 여부를 판정하는, 레벨 계측 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노이즈 판정 공정에서 상기 노이즈라고 판정된 상기 레벨 측정값도, 상기 축적 레벨 측정값으로서 기억부에 기억하는 기억 공정을 구비하는, 레벨 계측 방법.
  6. 마이크로파를 사용하여 노 내의 슬래그면의 레벨을 계측하는 레벨 계측 장치이며,
    상기 노 내를 향하여 상기 마이크로파를 조사하고, 상기 슬래그면 또는 상기 노 내에 부착된 지금으로부터의 반사 마이크로파를 수신하는 안테나부와,
    상기 마이크로파와 상기 반사 마이크로파에 의해, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의, 거리와 신호 강도의 관계를 나타내는 거리 파형 신호를 생성하는 거리 파형 신호 생성부와,
    상기 거리 파형 신호 내의 메인 피크를, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면 또는 상기 지금까지의 거리의 시간 변화를 나타내는 레벨 측정값으로 하여 추출하는 추출부와,
    상기 추출부에서 추출된 상기 레벨 측정값을 과거의 축적 레벨 측정값으로서 시계열순으로 기억함으로써, 상기 레벨 측정값의 시계열 변화를 나타내는 이력 데이터를 생성하는 기억부와,
    상기 기억부에 기억된 상기 이력 데이터 중에서, 상기 추출부에서 추출된 판정 대상의 상기 레벨 측정값의 직전에 기억된 판정 범위 내에 있는 복수의 축적 레벨 측정값을 순차 판독하고, 상기 복수의 축적 레벨 측정값과 판정 대상의 상기 레벨 측정값을 순차 비교하고, 상기 복수의 축적 레벨 측정값 중에, 상기 레벨 측정값과의 차분의 절대값이 소정값 이하가 되는 축적 레벨 측정값이 존재하는지 여부를 나타내는 비교 결과를 생성하는 비교부와,
    상기 레벨 측정값과의 차분의 절대값이 소정값 이하가 되는 축적 레벨 측정값이 존재하는 경우에, 상기 레벨 측정값을 노이즈로 판정하는 노이즈 판정부와,
    상기 노이즈라고 판정된 상기 레벨 측정값을 제거하고, 제거되지 않고 남은 상기 레벨 측정값을 기초로, 상기 슬래그면까지의 거리의 시간 평균을 나타내는 시간 평균 곡선을 산출하고, 산출된 상기 시간 평균 곡선을 기초로, 상기 노 내에 있어서의 상기 슬래그면의 레벨을 특정하는 레벨 특정부를 구비하는, 레벨 계측 장치.
  7. 삭제
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