TW201932606A

TW201932606A - 位準計測方法及位準計測裝置

Info

Publication number: TW201932606A
Application number: TW107146400A
Authority: TW
Inventors: 木下貴博; 杉橋敦史
Original assignee: 日商新日鐵住金股份有限公司
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2019-08-16
Also published as: JP6954097B2; CN111417734B; JP2019112675A; KR20200093040A; WO2019124377A1; KR102387067B1; CN111417734A

Abstract

提供一種利用微波而能夠比以往更正確地測定吹煉中的熔渣面之位準計測方法及位準計測裝置。在位準計測裝置中，是去除已判定為雜訊的位準測定值，並且只根據未去除而留下的位準測定值，來特定出爐內的熔渣面的位準。藉此，在位準計測裝置中，由於可以將根據因裸金屬而產生之錯誤的位準測定值，來特定出爐內的熔渣面的位準之情形加以抑制，因此，與其相應地，能夠比以往更正確地測定吹煉中的熔渣面。

Description

位準計測方法及位準計測裝置

發明領域
本發明是有關於一種用於計測爐的內部中之熔渣面的位準之位準計測方法及位準計測裝置。

發明背景
在轉爐煉鋼程序中為了提升生產性，提高將氧氣等之氣體吹送至熔渣面時的送氧速度，以縮短轉爐吹煉(以下，也簡稱為吹煉)所需要的時間一事變得很重要。但是，若提高送氧速度，則熔渣會變得容易成形(Forming)，不只會發生噴濺(已成形的熔渣從爐口溢出的現象)或噴渣(因噴流而使熔渣飛散的現象)而造成成品率的降低，還會有裸金屬或熔渣附著於爐口或罩口(hood)等而阻礙作業等之問題發生的可能性。因此，為了謀求生產性的提升，測定轉爐的內容物的位準，以正確且即時地掌握成為噴濺的預兆之熔渣的成形狀況等一事變得很重要。

以往，作為熔渣面的位準計測裝置，如專利文獻1所示，已設想有一種利用微波的位準計測裝置。在此，有時在轉爐吹煉中的爐內，熔融生鐵或熔渣會大量地飛散，並且在爐口或爐內的爐壁上，熔融生鐵或熔渣會附著而成為裸金屬。在位準計測裝置中，若已附著於爐壁的裸金屬存在於微波的照射範圍中，則會變成除了來自熔渣的反射訊號之外，還會接收到來自裸金屬的反射訊號。因此，在來自裸金屬的反射訊號強度比來自熔渣的反射訊號強度更大的情況下，會有將裸金屬的位置誤檢測成熔渣面位置(熔渣面的位準)的可能性。

考慮到像這樣的裸金屬所造成的問題，也已設想有一種如專利文獻2所示的位準計測裝置。在專利文獻2中，揭示了下述之方法：將從吹煉步驟的開始時即不變化而持續地存在的訊號作為雜訊來去除之後，求出到熔渣面為止的距離。又，在專利文獻2中，揭示了下述之方法：隔著規定的時間間隔，取得顯示出反射波的反射強度、與天線及熔渣面的來回傳播時間的關係之反射波形的差分，並且將像這樣的反射波形的差分、或該差分的絕對值為最大的訊號，作為來自熔渣的訊號，以求出距離。
先前技術文獻
專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2016-180126號公報
專利文獻2：日本專利特開2016-29212號公報

發明概要
發明欲解決之課題
但是，在將從吹煉步驟的開始時即持續地存在的訊號判定為雜訊的方法中，針對吹煉中新附著於爐口或爐壁的裸金屬並無法判定為雜訊，而無法去除來自新生成的裸金屬的反射波。又，因爐內所產生的固雜料(dust)之影響，有時來自熔渣面的反射訊號也會受到遮斷。在像這樣的情況下，在將反射波形的差分或其絕對值為最大的訊號作為來自熔渣面的訊號之手法中，因爐內所產生的固雜料之影響，有時反射波的強度也會較大地變動，因此也會有將裸金屬誤判定成熔渣面的情形。因此，在專利文獻2中，會有無法正確地測定吹煉中的熔渣面的位準之問題。

另外，在專利文獻2中，若因爐內所產生的固雜料之影響，使來自熔渣面的微波的反射率變得極小，則所得到的反射波形與前1個反射波形的差分之峰值也會變小，使峰值判定變得困難。又，在固雜料的影響所造成之反射波的強度之時間變化為較大的情況下，在取反射波形的差分的絕對值之波形中，有時相當於熔渣面的峰值會出現2個，在該情況下，會存在不確定應該選擇哪一個峰值的模糊性。因此，在專利文獻2中，在爐內有產生固雜料的吹煉中，會有無法正確地測定熔渣面的位準之問題。

本發明是有鑒於如上述的問題而完成的發明，目的在於提供一種利用微波而能夠比以往更正確地測定吹煉中的熔渣面之位準計測方法及位準計測裝置。
用以解決課題之手段

本發明的位準計測方法是利用微波來計測爐內的熔渣面的位準之位準計測方法，具備以下步驟：微波照射接收步驟，朝向前述爐內照射前述微波，並且接收來自前述熔渣面或附著於前述爐內的裸金屬之反射微波；距離波形訊號生成步驟，藉由前述微波與前述反射微波來生成距離波形訊號，前述距離波形訊號顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離與訊號強度的關係；提取步驟，提取前述距離波形訊號內的主要峰值來作為位準測定值，前述位準測定值顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離的時間變化；雜訊判定步驟，將前述位準測定值與過去的累積位準測定值進行比較，以判定前述位準測定值是否為雜訊；及位準特定步驟，去除已判定為前述雜訊的前述位準測定值，並且根據未去除而留下的前述位準測定值，來特定出前述爐內的前述熔渣面的位準。

本發明的位準計測裝置是利用微波來計測爐內的熔渣面的位準之位準計測裝置，具備：天線部，朝向前述爐內照射前述微波，並且接收來自前述熔渣面或附著於前述爐內的裸金屬之反射微波；距離波形訊號生成部，藉由前述微波與前述反射微波來生成距離波形訊號，前述距離波形訊號顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離與訊號強度的關係；提取部，提取前述距離波形訊號內的主要峰值來作為位準測定值，前述位準測定值顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離的時間變化；雜訊判定部，將前述位準測定值與過去的累積位準測定值進行比較，以判定前述位準測定值是否為雜訊；及位準特定部，去除已判定為前述雜訊的前述位準測定值，並且根據未去除而留下的前述位準測定值，來特定出前述爐內的前述熔渣面的位準。
發明效果

根據本發明，由於可以將根據因裸金屬而產生之錯誤的位準測定值，來特定出爐內的熔渣面的位準之情形加以抑制，因此，與其相應地，能夠比以往更正確地測定吹煉中的熔渣面。

用以實施發明之形態
＜針對本發明的位準計測裝置＞
圖1是顯示本發明的位準計測裝置10、以及利用本發明的位準計測裝置10之轉爐煉鋼程序中的轉爐1的構成之概略圖。

在轉爐煉鋼程序中，是將熔融生鐵2裝入至轉爐1的內部(以下，也簡稱為爐內)，並且從吹管4對熔融生鐵2吹入氧氣等之氣體，藉此進行熔融生鐵2的成分調整以生成熔鋼。在熔融物的表面上，會伴隨於處理的進行而生成熔渣。本發明之位準計測裝置10是即時地計測像這樣地形成於爐內的熔渣面3的位準。在本發明中，「熔渣面」是指在爐內露出於外部之熔融狀態的熔渣之表面。熔渣面3的「位準」是指從爐內底部或規定基準位置來觀看之爐內的熔渣面3的高度。

在轉爐1內所進行的處理中，由於會產生蒸氣或固雜料等，因此為了不使所產生的固雜料等釋放至外部環境，在轉爐1上方開口的爐口附近，會設置有從爐口往上方延伸的排氣罩5。在此排氣罩5中，除了用於將吹管4插入至轉爐1內的吹管用開口部之外，還在爐口上方開設有罩開口部6。在罩開口部6的周圍設置有往上方延伸設置的開口形成部7，以作為配管狀的構造物。

位準計測裝置10的天線部10a是配置於開口形成部7。在此實施形態的情況下，在開口形成部7中，除了設置有天線部10a之外，還在該天線部10a與爐內之間設置有隔熱板14。隔熱板14是由例如像是氧化鋁(Al₂ O₃ )、氮化矽(Si₃ N₄ )、二氧化矽(SiO₂ )等，可供微波穿透的無機陶瓷所形成。隔熱板14是在天線部10a與爐內之間使微波的傳送接收變得可行，並且能夠減低來自爐內的熱以防止因熱而使天線部10a損傷的情形。

天線部10a具備：發送天線11，從罩開口部6內朝向爐內照射微波；及接收天線12，設置成有別於該發送天線11的獨立個體，可接收從爐內的熔渣面3反射並通過罩開口部6內的反射微波。再者，作為朝向爐內照射的微波的頻率，從爐內較狹窄，且熔渣面3中的微波的反射率較小之特性來看，理想的是超過10[GHz]且90[GHz]以下，且較佳的是35[GHz]以上85[GHz]以下。

再者，發送天線11及接收天線12為例如以相同直徑形成的圓錐型之號角天線(horn antenna)，且已開口之擴徑的前端是配設成朝向爐內。發送天線11及接收天線12是使擴徑的前端相鄰而配設於開口形成部7。在本實施形態的情況下，將發送天線11中的前端之直徑與接收天線12中的前端之直徑加以合計後的距離，是和罩開口部6的直徑d相同，發送天線11及接收天線12的前端是涵蓋罩開口部6的徑方向的大致整個區域來配置。

在發送天線11及接收天線12中，於各前端設置有由例如聚四氟乙烯(鐵氟龍(註冊商標))所形成的透鏡部13。發送天線11是藉由透鏡部13使照射於熔渣面3的微波收斂，藉此即可以提高發送天線11的天線增益。又，接收天線12是藉由透鏡部13使來自熔渣面3的反射微波收斂，藉此即可以提高接收天線12的天線增益。

位準計測裝置10具有位準算出部10b，並且將藉由接收天線12所接收之來自爐內的反射微波送出至位準算出部10b。位準算出部10b是根據從發送天線11朝向爐內發送的微波、以及因此而由接收天線12所接收之來自爐內的反射微波，執行規定的演算處理，藉此能夠算出熔渣面3的高度(位準)以進行熔渣面3的位準計測。

＜本發明的位準計測方法之概要＞
在此首先針對利用微波之FM-CW方式的位準計測方法進行說明。如圖2A所示，在生成微波時，將頻率掃頻器所控制之振盪器的頻率調變的寬度設定為F(Hz)，並且將掃頻週期設定為T(秒)。朝向爐內照射的微波(以下，也簡稱為發送波)的頻率是隨著時間的經過而連續且直線地變化。

另一方面，由成為計測對象物的熔渣面3所反射且由接收天線12所接收的反射微波(以下，也簡稱為接收波)變成會產生與從接收天線12到熔渣面3的距離(以下，稱為分離距離D)成比例的延遲Δt(秒)。其結果，在某個同時刻下的發送波與接收波之間，會產生與分離距離D相對應之頻率的差Δf(Hz)。如圖2B及圖2C所示，藉由混頻器將像這樣的發送波及接收波混合後，即成為具有相當於Δf的頻率成分之差頻訊號(以下，也稱為拍波或拍波訊號)。

發送波與接收波之時間上的延遲Δt，是相當於微波從發送天線11透過熔渣面3而回到接收天線12所需要的時間。所謂算出分離距離的處理，是等同於算出拍波訊號的頻率(拍波頻率△f)。在此，在現實的計測環境中，由混頻器所生成的拍波訊號(拍波)中，成為許多頻率成分混合的複合波的情況較多。

因此，為了求出由像這樣的複數個頻率成分所形成的拍波訊號的頻率，是根據由複數個頻率成分所形成的拍波訊號來進行傅立葉轉換處理，以生成頻譜訊號。接著，根據頻譜訊號，生成顯示出距離[m]與訊號強度的關係之如圖2D的波形訊號(以下，也稱為「距離波形訊號」)。距離波形訊號是將橫軸設為距離[m]，且將縱軸設為訊號強度[dB]，以峰值的位置來給出欲求出的分離距離。

然而，在吹煉中，由於來自吹管4的氧氣等之氣體的吹送、或從爐底的風口(在圖1中未圖示)吹入氬氣等，熔融生鐵或熔渣會大量地飛散於爐內。當這些飛散物附著於爐口或爐內的爐壁後，即成為裸金屬並成長。由於從發送天線11照射的微波是以一定的擴散而在空間中傳播，因此有時不只是熔渣面3，也會照射到附著於爐口或爐壁的裸金屬。藉此以裸金屬反射了微波的情況下，是從熔渣面3與裸金屬之雙方分別檢測出所反射的反射微波。其結果，在藉由對拍波進行傅立葉轉換而得到的距離波形訊號中，如圖3所示，會有出現複數個峰值P1、P2的情形。在像這樣的情況下，只要事先決定例如將距離波形訊號內的主要峰值視為對應於熔渣面3的位準，就不會被複數個峰值的存在所誤導，而可以特定出熔渣面3的位準。

但是，此時，根據裸金屬的成長程度、或反射面即熔渣面3的傾斜、熔渣面3的微波反射率，會有來自裸金屬的反射訊號變得比來自熔渣面3的反射訊號更大的情形。在像這樣的情況下，有時會將藉由來自裸金屬的反射訊號而生成於距離波形訊號內的峰值，誤檢測成到熔渣面3為止的距離。

圖4是顯示每次得到距離波形訊號時，提取距離波形訊號內所出現的主要峰值，並且將此時間變化依時間序列來繪製的履歷資料(以下，也稱為「位準測定值」)。圖4中的S1是顯示根據這些位準測定值所算出的時間平均曲線。如圖4所示，在應該顯示到熔渣面3為止的距離之各位準測定值中，產生有偏差。由此情形可知，若單純地決定成主要峰值是顯示熔渣面3的位準，則由於在主要峰值的位置中同時包含來自熔渣面3的反射或來自裸金屬的反射，因此會將來自裸金屬的反射所造成的峰值誤檢測成顯示爐內的熔渣面3的位準之位準測定值。

又，顯示到熔渣面3為止的距離的時間平均之時間平均曲線S1，也會受到將藉由來自裸金屬的反射訊號而在距離波形訊號中產生的主要峰值誤檢測成位準測定值的影響，變成包含較多的誤差。

於是，本發明者們針對即使藉由天線部10a一起接收到來自裸金屬的反射訊號與來自熔渣面3的反射訊號，仍可區別兩者的訊號，並且去除來自裸金屬的反射訊號的手法，進行了仔細檢討。其結果，可清楚得知顯示熔鋼面、熔渣面的位準測定值是以高速進行振動，另一方面，顯示裸金屬的位準測定值是出現在幾乎相同的高度位置，而構想出利用此差異，來識別兩者的反射訊號，並且去除來自裸金屬的反射訊號之方法。以下，針對去除來自裸金屬的反射訊號以得到正確的位準測定值之位準計測方法，利用圖5所示的位準算出部10b來詳細地說明。

＜位準算出部之概要＞
圖5是顯示位準算出部10b的電路架構之方塊圖。如圖5所示，位準算出部10b具有由未圖示的CPU(中央處理單元，Central Processing Unit)、RAM(隨機存取記憶體，Random Access Memory)、及ROM(唯讀記憶體，Read Only Memory)等所形成的微電腦構成之控制部20。位準算出部10b具有下述之構成：儲存各種資訊的儲存部21、顯示部22、連接於天線部10a的訊號處理部23、距離波形訊號生成部24、提取部25、雜訊判定部26、及位準特定部27是透過匯流排B而連接於控制部20的構成。

控制部20是將事先保存於ROM的基本程式、或位準計測處理程式等之各種程式載入於RAM並啟動，藉此統合地控制位準算出部10b中的各種功能，並且執行後述的位準計測處理。訊號處理部23是將微波送出至發送天線11及距離波形訊號生成部24。訊號處理部23是從發送天線11朝向爐內照射微波，且接收由接收天線12所接收的反射微波，並且將此送出至距離波形訊號生成部24。

距離波形訊號生成部24具有拍波訊號生成部29及傅立葉轉換處理部30。拍波訊號生成部29是藉由混頻器將發送波即微波與接收波即反射微波混合以生成拍波訊號(差頻訊號)，並且將此送出至傅立葉轉換處理部30。傅立葉轉換處理部30是對拍波訊號進行傅立葉轉換處理，以生成頻譜訊號。又，傅立葉轉換處理部30是根據頻譜訊號，生成顯示出距離[m]及訊號強度的關係之如圖2D的距離波形訊號，並且將此送出至提取部25。

距離波形訊號生成部24是在吹煉中藉由微波與反射微波，以規定時間間隔來生成距離波形訊號，前述距離波形訊號顯示出到爐內的熔渣面3或裸金屬為止的距離與訊號強度的關係。提取部25是在每次接收到距離波形訊號時，提取距離波形訊號內所出現的主要峰值來作為位準測定值，並且將此分別送出至儲存部21、雜訊判定部26、及位準特定部27。在此情況下，提取部25是在距離波形訊號中，特定出規定的距離範圍(例如10~20[m])內所出現的最高峰值來作為主要峰值，並且將此決定為位準測定值。

儲存部21是在從提取部25接收到位準測定值後，將此作為過去的累積位準測定值，並依時間序列來儲存(儲存步驟)。藉此，在儲存部21中生成履歷資料(亦即，顯示出距離與時間的關係之資料)，前述履歷資料是如圖4所示，將吹煉中所得到的全部位準測定值作為過去的累積位準測定值並依時間序列來排列的資料。

在此，圖6是在圖4所示的履歷資料當中，將350秒~500秒的區域放大之圖表。附著於爐壁等的裸金屬是推測為不容易受到從吹管4吹入的氧氣、或從爐底的風口吹入的氬氣等之影響。因此，在圖6所示的區域ER1、ER2、ER3內，可以將出現在幾乎相同的高度位置的繪製點(位準測定值)推測為誤檢測來自裸金屬的反射訊號而算出的位準測定值。

另一方面，熔渣面3是受到從吹管4吹入的氧氣、或從爐底的風口吹入的氬氣等氣體之影響，而在±500[mm]左右的範圍中於短時間內細微地振動，並且在較長週期中整體性地變動高度。因此，可以將圖6所示的區域ER1、ER2、ER3以外之顯示週期較短且細微的振動之繪製點(位準測定值)推測為檢測來自熔渣面3的反射訊號而算出的位準測定值。

位準算出部10b是利用像這樣的檢測來自熔渣面3的反射訊號而算出的位準測定值、與誤檢測來自裸金屬的反射訊號而算出的位準測定值之差異，以去除來自裸金屬的反射訊號。圖5所示的雜訊判定部26是在每次從提取部25接收到位準測定值時，利用過去的累積位準測定值，來判定該位準測定值是否為誤檢測來自裸金屬的反射訊號而算出的位準測定值(以下，也稱為雜訊)。

在此實施形態的情況下，雜訊判定部26具有比較部31及判定部32。比較部31是在每次從提取部25接收到位準測定值時，從儲存部21所儲存的履歷資料之中，讀出位於判定範圍內的累積位準測定值。在此實施形態的情況下，作為判定範圍，例如，從提取部25接收到吹煉開始後第n次的位準測定值時，在儲存部21所儲存的過去的累積位準測定值當中，將第n次的位準測定值的最近之前所儲存之第n-1次到第n-10次的10個累積位準測定值設為判定範圍。

比較部31是將判定範圍內的複數個累積位準測定值、以及從提取部25接收之最近的位準測定值進行比較。比較部31是生成比較結果，並且將此送出至判定部32，前述比較結果是顯示在判定範圍內的累積位準測定值之任一者中，是否有存在與最近的位準測定值之差分的絕對值為規定值以下的累積位準測定值。

雖然在此實施形態的情況下，比較部31只要例如在判定範圍內的累積位準測定值之中，檢測到1個與判定對象的位準測定值之差分的絕對值為規定值以下的累積位準測定值，即結束比較處理，但是本發明並不限定於此。比較部31也可以設成針對判定對象的位準測定值，與判定範圍內的全部累積位準測定值進行比較。

針對成為位準測定值與累積位準測定值之差分的絕對值的判斷基準之「規定值以下」的規定或判定範圍，只要配合爐的大小、或由過去的作業資料所得到之誤檢測裸金屬的頻率、裸金屬的成長速度、熔渣面3的反射率、位準計測裝置10的距離解析度等，按照每個爐來選擇適當的值即可。如本實施形態所述，例如，在利用FMCW方式的位準計測裝置10的情況下，針對位準測定值與累積位準測定值之差分的絕對值，較佳的是將微波的頻帶寬度設為F[Hz]，將光速設為c[m/s]，而設成以c/2F來決定之位準計測裝置10的解析度程度。亦即，理想的是生成位準測定值與累積位準測定值之差分的絕對值是否為c/2F以下的比較結果。

又，例如，作為位準測定值與累積位準測定值之差分的絕對值是否為規定值以下的比較結果，也可以設為生成位準測定值與累積位準測定值之距離差分的絕對值是否為30[mm]以下的比較結果。

針對像這樣的位準測定值的判定手法，利用如圖7A所示的履歷資料而在以下說明。再者，在此是著眼於履歷資料中的位準測定值d₁₁ 。比較部31從提取部25接收到第n次的位準測定值d₁₁ 後，是從儲存部21所儲存的履歷資料之中，依序讀出位準測定值d₁₁ 的最近之前所儲存的第n-1次到第n-10次的10個累積位準測定值d₁₀ ~d₁ 來作為最近的位準測定值。比較部31是將已讀出之判定範圍內的各累積位準測定值d₁₀ ~d₁ 、與位準測定值d₁₁ 依序進行比較，以生成比較結果，前述比較結果是顯示在累積位準測定值d₁₀ ~d₁ 之中，是否有存在與位準測定值d₁₁ 之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值d₁₀ ~d₁ 。

在此情況下，如圖7A所示，由於設為判定對象的位準測定值d₁₁ 是位於與判定範圍內的累積位準測定值d₉ 、d₈ 、d₇ 、d₂ 幾乎相同的高度位置，因此判斷這些累積位準測定值d₉ 、d₈ 、d₇ 、d₂ 與位準測定值d₁₁ 之差分的絕對值為規定值以下。比較部31是生成例如有存在與位準測定值d₁₁ 之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值d₉ 之比較結果，並且將此送出至判定部32。如此，比較部31是在每次從提取部25接收到位準測定值時，即生成比較結果，前述比較結果是與此位準測定值之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值是否存在於判定範圍內的比較結果。

針對圖7A所示的履歷資料，比較部31每次從提取部25接收到位準測定值時，即進行如上述的判定，然後便如圖7B所示，可以得到下述之比較結果：以空白的圓圈(「○」)所示的位準測定值d₇ 、d₈ 、d₉ 、d₁₀ 、d₁₁ 、d₁₆ 、d₁₇ 是在各判定範圍內，分別有存在與位準測定值d₇ 、d₈ 、d₉ 、d₁₀ 、d₁₁ 、d₁₆ 、d₁₇ 之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值。例如，得到下述之比較結果：圖7B所示的位準測定值d₁₀ 是在判定範圍內，有存在與位準測定值d₁₀ 之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值d₄ ，位準測定值d₁₆ 是在判定範圍內，有存在與位準測定值d₁₆ 之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值d₁₀ 。

判定部32從比較部31接收到與判定對象的位準測定值d₁₁ 之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值存在於判定範圍內之比較結果後，由於此位準測定值d₁₁ 是和過去的累積位準測定值d₂ 、d₇ 、d₈ 、d₉ 同樣地持續出現在幾乎相同的高度位置，因此將位準測定值d₁₁ 判定為誤檢測來自裸金屬的反射訊號而算出的雜訊。判定部32是將此判定結果送出至位準特定部27。

另一方面，判定部32從比較部31接收到與判定對象的位準測定值之差分的絕對值成為規定值以下的累積位準測定值不存在於判定範圍內之比較結果後，由於此最近的位準測定值是根據在較長週期中整體性地變動高度的熔渣面3來得到的，因此判定為檢測來自熔渣面3的反射訊號而算出的位準測定值。並且，判定部32是將此判定結果送出至位準特定部27。

圖5所示的位準特定部27具有去除部34與位準輸出部35。去除部34是從提取部25接收最近的位準測定值，並且從判定部32接收對於此最近的位準測定值之判定結果。去除部34是在接收到例如最近的位準測定值為雜訊之判定結果後，去除已判定為雜訊之最近的位準測定值。另一方面，去除部34是在接收到最近的位準測定值並非雜訊之判定結果後，將未被判定為雜訊的位準測定值送出至位準輸出部35。

在此，圖7C是顯示將圖7B的履歷資料中已判定為雜訊的位準測定值d₇ 、d₈ 、d₉ 、d₁₀ 、d₁₁ 、d₁₆ 、d₁₇ ，藉由位準特定部27來去除後之履歷資料。如圖7C所示，位準輸出部35是只將未被判定為雜訊而未被去除的位準測定值，作為顯示爐內的熔渣面3的位準之位準計測結果來輸出。

藉此，位準輸出部35就可以呈現出已將來自裸金屬的反射訊號的大部分去除掉後之位準測定值，並且可以根據這些位準測定值來生成顯示到熔渣面3為止的距離的時間平均之時間平均曲線S2。如此得到的時間平均曲線S2由於因來自裸金屬的反射訊號而產生的雜訊的大部分已被去除，因此，與其相應地，變得會更加正確地顯示爐內的熔渣面3的位準。

再者，在履歷資料當中，成為將位準測定值判定為雜訊的判定基準，並且是初次來自裸金屬的反射訊號所造成的位準測定值d₂ 、d₄ 並未去除，而是照原樣從位準輸出部35輸出。惟，位準輸出部35藉由輸出時間平均曲線S2，就可以使未作為雜訊來去除的位準測定值d₂ 、d₄ 的影響變得較小。又，即使來自熔渣面3的反射訊號所造成的位準測定值錯誤地作為雜訊而被去除掉，位準輸出部35仍然可以藉由輸出時間平均曲線S2，以使其影響變得較小。

如上所述，因來自熔渣面3的反射訊號所產生的位準測定值也會有錯誤地被判定為雜訊而被去除掉數個點的可能性。但是，由於微波的傳送接收之測定週期通常是高速到100[ms]以下，因此因來自熔渣面3的反射訊號所產生的位準測定值即使失去了數個點仍然不會有問題，而能夠進行熔渣面3之正確的位準計測。

在此，在儲存部21中儲存有藉由提取部25所提取的全部位準測定值，在雜訊判定部26中，是將這些全部的位準測定值作為過去的累積位準測定值來利用，以判定由提取部25所得到的位準測定值是否為因來自裸金屬的反射訊號所產生的雜訊。亦即，已判定為雜訊的位準測定值雖然不會從位準輸出部35來輸出，但是在雜訊判定部26所進行的判定處理中是包含於判定範圍內。如此，雜訊判定部26是將已判定為雜訊的位準測定值也包含於判定範圍內，並且判定最近的位準測定值是否為雜訊，藉此即可以針對位準測定值更加正確地進行雜訊的判定。

從位準輸出部35輸出的判定處理後之位準測定值、或從這些位準測定值所得到的時間平均曲線S2會送出至顯示部22，並且顯示於顯示部22。藉此，作業者就可以根據顯示部22所顯示的位準測定值的時間序列變化或時間平均曲線S2，即時地辨識吹煉中之爐內的熔渣面3的位準。

又，雖然在專利文獻2中，是針對顯示出距離與訊號強度的關係之距離波形訊號來取差分，並檢測出差分或差分的絕對值為最大的訊號，藉此來特定出熔渣面3的位準，但是有者熔渣面3的微波反射率極小，又，距離波形訊號因雜訊而變動較大，並且因爐內的固雜料而使強度變小之問題。又，因為取差分而使強度變得更小，因此要測定正確的熔渣面是有困難的，但是在以上之本實施形態的構成中，並不是處理距離波形訊號本身，而是轉換成顯示出到熔渣面3或裸金屬為止的距離與訊號強度的關係之位準測定值來處理，藉此可以消除對訊號強度的依存性，即使取差分，仍然可以避免訊號變小、淹沒在雜訊中之類的不良狀況。

＜本發明的位準計測處理＞
接著，針對由位準計測裝置10所執行之上述的位準計測處理，利用圖8所示的流程圖來簡單地說明。如圖8所示，位準計測裝置10是在步驟SP1中，以訊號處理部23來生成微波，而將此從發送天線11朝向爐內來照射，並且將微波作為發送訊號而送出至拍波訊號生成部29，而進入至下一個步驟SP2。

在步驟SP2中，接收天線12是從爐內接收反射微波，並且將此作為接收訊號而透過訊號處理部23送出至拍波訊號生成部29，而進入至下一個步驟SP3。在步驟SP3中，拍波訊號生成部29是從發送訊號即微波與接收訊號即反射微波來生成拍波訊號，並且將此送出至傅立葉轉換處理部30，而進入至下一個步驟SP4。

在步驟SP4中，傅立葉轉換處理部30是對拍波訊號進行傅立葉轉換等，藉此生成頻譜訊號。接著，在步驟SP4中，傅立葉轉換處理部30是根據頻譜訊號，生成距離波形訊號，並且將此送出至提取部25，而進入至下一個步驟SP5，前述距離波形訊號顯示出到爐內的熔渣面3或裸金屬為止的距離與訊號強度的關係。

在步驟SP5中，提取部25是提取距離波形訊號內所產生的主要峰值來作為位準測定值，並且將此送出至儲存部21、雜訊判定部26、及位準特定部27，而進入至下一個步驟SP6，前述位準測定值顯示出到熔渣面3或裸金屬為止的距離的時間變化。在步驟SP6中，儲存部21是將位準測定值作為累積位準測定值來儲存，並且生成履歷資料，而進入至下一個步驟SP7，前述履歷資料是依時間序列來排列了過去的累積位準測定值的資料。

在步驟SP7中，雜訊判定部26是從儲存部21讀出事先設定的位於判定範圍內的累積位準測定值，並且判定與位準測定值之差分的絕對值為規定值以下(例如，距離差分的絕對值為30[mm]以下，或者c/2F以下)的累積位準測定值是否存在於判定範圍內(是否與累積位準測定值近似)。若在步驟SP7中得到否定結果，則此情形是顯示與位準測定值之差分的絕對值為規定值以下的累積位準測定值並不存在於判定範圍內，亦即，位準測定值並不是因來自裸金屬的反射訊號所產生的雜訊，此時雜訊判定部26是將此判定結果送出至位準特定部27，而進入至下一個步驟SP8。

另一方面，若在步驟SP7中得到肯定結果，則此情形是顯示與位準測定值之差分的絕對值為規定值以下的累積位準測定值存在於判定範圍內，亦即，位準測定值是因來自裸金屬的反射訊號所產生的雜訊，此時雜訊判定部26是將此判定結果送出至位準特定部27，而進入至下一個步驟SP9。在步驟SP9中，位準特定部27是將已判定為雜訊的位準測定值去除，而進入至下一個步驟SP8。

在步驟SP8中，位準特定部27是將排除了已被去除之位準測定值後而留下的位準測定值、或從這些留下的位準測定值所算出的時間平均曲線S2，作為可特定出爐內的熔渣面3的位準之位準計測結果來顯示於顯示部22，並且結束上述之位準計測處理順序。

＜作用及效果＞
在以上的構成中，在位準計測裝置10中，是朝向爐內照射微波，並接收來自熔渣面3的反射微波(微波照射接收步驟)，並且藉由這些微波及反射微波來生成距離波形訊號(距離波形訊號生成步驟)，前述距離波形訊號顯示出到爐內的熔渣面3或裸金屬為止的距離與訊號強度的關係。在位準計測裝置10中，是在每次得到距離波形訊號時，提取該距離波形訊號內的主要峰值來作為位準測定值(提取步驟)，前述位準測定值顯示出到熔渣面3或裸金屬為止的距離與訊號強度的關係。在位準計測裝置10中，是將最近的位準測定值、與成為判定範圍內之過去的累積位準測定值進行比較，以判定位準測定值是否為雜訊(雜訊判定步驟)。

在此，由來自附著於爐口或爐壁的裸金屬的反射訊號所得到的位準測定值，其每單位時間的距離變動較小，另一方面，由來自熔渣面3的反射訊號所得到的位準測定值，其距離是週期性地變化，且距離變動的週期是高速的。由此情形來看，在設成判定範圍之過去的累積位準測定值之中，有存在與判定對象的位準測定值之差分的絕對值為規定值以下的累積位準測定值的情況下，針對該位準測定值可以說其每單位時間的距離變動較小，因此可將該位準測定值判定為雜訊。

在位準計測裝置10中，是去除已判定為雜訊的位準測定值，並且只根據未去除而留下的位準測定值，來特定出爐內的熔渣面3的位準(位準特定步驟)。藉此，在位準計測裝置10中，由於可以將根據因裸金屬而產生之錯誤的位準測定值，來特定出爐內的熔渣面3的位準之情形加以抑制，因此，與其相應地，能夠比以往更正確地測定吹煉中的熔渣面3。

又，雖然在專利文獻2中，是針對顯示出距離與訊號強度的關係之距離波形訊號來取差分，並檢測出差分或差分的絕對值為最大的訊號，藉此來特定出熔渣面3的位準，但是有著熔渣面3的微波反射率極小，又，距離波形訊號因雜訊而變動較大，並且因爐內的固雜料而使強度變小之問題。又，因為取差分而使強度變得更小，因此要測定正確的熔渣面是有困難的，但是在以上之本實施形態的構成中，並不是處理距離波形訊號本身，而是轉換成顯示出到熔渣面3或裸金屬為止的距離與訊號強度的關係之位準測定值來處理，藉此可以消除對訊號強度的依存性，即使取差分，仍然可以避免訊號變小、淹沒在雜訊中之類的不良狀況。

在本實施形態中，是利用發送天線11及接收天線12之2個天線，並且將這些發送天線11及接收天線12配置於藉由罩開口部6所形成的開口內。如此，在罩開口部6內配置了發送天線11及接收天線12之2個天線的情況下，罩開口部6的中心與發送天線11的中心會有偏移。因此，來自發送天線11的微波會變得容易照射到熔渣面3以外的裸金屬等，且雜訊會與其相應而變得容易產生。

又，如上所述，在罩開口部6內配置了發送天線11及接收天線12之2個天線的情況下，比起利用單一的傳送接收天線時，發送天線11的發送區域會與設置了接收天線12這點相應而變小。因此，雖然理想的是將來自發送天線11的輸出增大、或降低電路內部的雜訊底(noise floor)等來提升靈敏度，但是熔渣面3以外的裸金屬等所造成的雜訊也會與提升了靈敏度這點相應而變得容易產生。

但是，在位準計測裝置10中，即使在罩開口部6內配置發送天線11及接收天線12之2個天線，仍然可以將根據因裸金屬等而產生之錯誤的位準測定值，來特定出熔渣面3的位準之情形加以抑制，因此，與其相應地，能夠正確地測定吹煉中的熔渣面3。

＜其他的實施形態＞
再者，在上述之實施形態中，作為與最近的第n次的位準測定值進行比較的累積位準測定值的判定範圍，是將判定對象之第n次的位準測定值的最近之前所儲存之第n-1次到第n-10次的10個累積位準測定值設為判定範圍，但是本發明並不限定於此。例如，也可以將判定對象之第n次的位準測定值的最近之前所儲存之第n-m₁ 次到第n-m₂ 次(m₁ 、m₂ 是0以外的整數，且m₁ ＜m₂ )的累積位準測定值設為判定範圍。

又，作為與最近的位準測定值進行比較的累積位準測定值的判定範圍，也可以將從取得設為判定對象的位準測定值之時間點到規定時間前所觀測到的複數個累積位準測定值設為判定範圍。在此情況下，理想的是例如，利用在取得位準測定值的1秒前以內所取得的累積位準測定值，來判定位準測定值是否為雜訊。

又，在上述之實施形態中，雖然是針對利用具備1個發送天線11與1個接收天線12的天線部10a的情況進行了描述，但是本發明並不限定於此，也可以設為利用一體地形成有發送天線及接收天線的傳送接收天線。又，在上述之實施形態中，雖然是針對應用轉爐煉鋼程序所用的轉爐1來作為爐的情況進行了說明，但是本發明並不限定於此，也可以應用於例如熔融還原爐，除此之外還有非鐵金屬精煉程序所用的爐等其他各種爐。作為非鐵金屬精煉程序可列舉例如銅熔煉程序。
實施例

在此，對於圖4所示的測定結果，到1秒前為止的累積位準測定值的任一者、與這次的位準測定值之差分的絕對值為0.03[m]以內的情況下，判定這次的位準測定值是根據來自裸金屬的反射訊號而得到的位準測定值，並將進行了雜訊去除的結果顯示於圖9。在圖4中，在200~800秒中穩定地出現的10.6[m]附近的位準測定值、或在0~400秒中出現的11.6[m]及12[m]附近的位準測定值、在500~600秒中出現的12[m]及12.5[m]附近的位準測定值，在圖9中可以分別作為雜訊來去除。伴隨於此，可以確認到的是，根據這些位準測定值而求出的時間平均曲線S2，也可以從原本的到熔渣面3為止的位準來得到時間平均值。

1‧‧‧轉爐(爐)

2‧‧‧熔融生鐵

3‧‧‧熔渣面

4‧‧‧吹管

5‧‧‧排氣罩

6‧‧‧罩開口部

7‧‧‧開口形成部

10‧‧‧位準計測裝置

10a‧‧‧天線部

10b‧‧‧位準算出部

11‧‧‧發送天線

12‧‧‧接收天線

13‧‧‧透鏡部

14‧‧‧隔熱板

20‧‧‧控制部

21‧‧‧儲存部

22‧‧‧顯示部

23‧‧‧訊號處理部

24‧‧‧距離波形訊號生成部

25‧‧‧提取部

26‧‧‧雜訊判定部

27‧‧‧位準特定部

29‧‧‧拍波訊號生成部

30‧‧‧傅立葉轉換處理部

31‧‧‧比較部

32‧‧‧判定部

34‧‧‧去除部

35‧‧‧位準輸出部

B‧‧‧匯流排

D‧‧‧分離距離

d‧‧‧直徑

d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈、d₉、d₁₀、d₁₁、d₁₂、d₁₃、d₁₄、d₁₅、d₁₆、d₁₇、d₁₈‧‧‧位準測定值

ER1、ER2、ER3‧‧‧區域

F‧‧‧頻率調變的寬度

P1、P2‧‧‧峰值

S1、S2‧‧‧時間平均曲線

SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9‧‧‧步驟

T‧‧‧掃頻週期

Δf‧‧‧頻率的差

Δt‧‧‧延遲

圖1是顯示利用本發明的位準計測裝置之轉爐的構成之概略圖。

圖2A是顯示發送波及接收波的關係之圖表，圖2B是顯示發送波及接收波的波形之圖表，圖2C是顯示拍波(beat wave)的波形之圖表，圖2D是顯示已出現主要峰值的距離波形訊號之圖表。

圖3是顯示距離波形訊號的一例之圖表。

圖4是顯示位準測定值的時間序列變化、以及根據位準測定值來算出的時間平均曲線之圖表。

圖5是顯示位準算出部的電路架構之方塊圖。

圖6是將圖4所示的履歷資料的局部區域放大之圖表。

圖7A是顯示位準測定值的時間序列變化之圖表，圖7B是用於已判定為雜訊的位準測定值的說明之圖表，圖7C是用於將已判定為雜訊的位準測定值去除時的說明之圖表。

圖8是顯示本發明所進行的位準計測處理順序之流程圖。

圖9是針對圖4所示的履歷資料，顯示實際上將已判定為雜訊的位準測定值去除時的位準測定值、以及根據留下的位準測定值來算出的時間平均曲線之圖表。

Claims

一種位準計測方法，是利用微波來計測爐內的熔渣面的位準之位準計測方法，具備以下步驟：微波照射接收步驟，朝向前述爐內照射前述微波，並且接收來自前述熔渣面或附著於前述爐內的裸金屬之反射微波；距離波形訊號生成步驟，藉由前述微波與前述反射微波來生成距離波形訊號，前述距離波形訊號顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離與訊號強度的關係；提取步驟，提取前述距離波形訊號內的主要峰值來作為位準測定值，前述位準測定值顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離的時間變化；雜訊判定步驟，將前述位準測定值與過去的累積位準測定值進行比較，以判定前述位準測定值是否為雜訊；及位準特定步驟，去除已判定為前述雜訊的前述位準測定值，並且根據未去除而留下的前述位準測定值，來特定出前述爐內的前述熔渣面的位準。
如請求項1之位準計測方法，其中前述雜訊判定步驟是在前述位準測定值與前述累積位準測定值之差分的絕對值為規定值以下時，將前述位準測定值判定為前述雜訊。
如請求項1之位準計測方法，其中前述雜訊判定步驟是在前述位準測定值與前述累積位準測定值之差分的絕對值為c/2F以下時，將前述位準測定值判定為前述雜訊，其中，c是表示光速[m/s]，F是表示前述微波的頻帶寬度[Hz]。
如請求項1之位準計測方法，其中前述雜訊判定步驟是在前述位準測定值與前述累積位準測定值之距離差分的絕對值為30[mm]以下時，將前述位準測定值判定為前述雜訊。
如請求項1之位準計測方法，其中前述雜訊判定步驟是利用在取得前述位準測定值的1秒前以內所取得的前述累積位準測定值，來判定前述位準測定值是否為前述雜訊。
如請求項1至5中任一項之位準計測方法，其具備：儲存步驟，將在前述雜訊判定步驟中已判定為前述雜訊的前述位準測定值，也作為前述累積位準測定值而儲存於儲存部。
一種位準計測裝置，是利用微波來計測爐內的熔渣面的位準之位準計測裝置，具備：天線部，朝向前述爐內照射前述微波，並且接收來自前述熔渣面或附著於前述爐內的裸金屬之反射微波；距離波形訊號生成部，藉由前述微波與前述反射微波來生成距離波形訊號，前述距離波形訊號顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離與訊號強度的關係；提取部，提取前述距離波形訊號內的主要峰值來作為位準測定值，前述位準測定值顯示出到前述爐內的前述熔渣面或前述裸金屬為止的距離的時間變化；雜訊判定部，將前述位準測定值與過去的累積位準測定值進行比較，以判定前述位準測定值是否為雜訊；及位準特定部，去除已判定為前述雜訊的前述位準測定值，並且根據未去除而留下的前述位準測定值，來特定出前述爐內的前述熔渣面的位準。