TW562866B - Temperature measuring apparatus and method for molten metal - Google Patents

Description

562866 玖、發明說明 “η月說明應敘明：發明所眉之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明)

C 明/^屬之^相宁句| J 發明領域 本發明係有關於一種於收容熔融金屬之容器之壁上設 置一貝穿该壁之喷嘴，經由影像纖維導出面對於該喷嘴前 立而之炫融孟屬之熱放射光，以由導出之熱放射線連續測定 溶融金屬之溫度之裝置及測溫方法。 Γ先^前游^相穿j 發明背景 15 20 在轉爐.AOD等用以精煉炫融金屬之爐中，若精確度 良好地連續測定熔融金屬溫度，而獲得此測定溫度作為作 業資訊，則對於精煉之效率提升、品質之改善、及作業上 之產里提升’各原單位之削減等極為有用。連續地掌握熔 融金屬溫度，且將之控制在依每種鋼所規定之溫度變化圖 形在有效地執行精煉上極為重要。因此，敎精煉爐之嫁 心屬溫度之方法迄今已嘗財種方法且不斷加以改善。 :初是將精煉爐傾斜，以由作業員以附保護管之消耗型熱 偶之測量探針手動敎㈣金屬溫度，但有關傾斜造 之上之安全性、因測定時岐長造成之生產妨礙性 產：因此，開發並引進了謀求進-步提高作業性及生 探針=!頭:其係將附保護管之消耗形熱電偶之測量 度測定作業二於切採頭之前端，而可藉自動遙測進行溫 此寺測量探針方式，雖可進行精4度佳之測溫 7 562866 玖、發明說明 ，但由於為間歇之測溫’故無法連續測定精煉中之炫融金 屬溫度，而無法極精密地執行精煉控制。又，由於溫度測 定用之測量探針為消耗品，故成本亦相對較高。 =子述缺點，迄今—直進行著連續地對炼融金屬測 5溫之嘗試。已知有一«置，其係一面將惰性氣體壓入貫 通溶融孟屬令裔之壁之嘴嘴，以防止溶融金屬往喷嘴内侵 入，-面經由光纖維將面對噴嘴前端之炫融金屬之熱放射 光導入放射溫度計等者（例如，日本專利權公開公報特開 昭6^529號公報、特開昭仏52423號公報、特開平^ 1 〇 15040號公報）。在⑽，i 72,367(日本專利權公開公報特開 2田_-502183)號公報中亦揭示了光纖維方式线融金屬測 溫。此方法雖可進行連續測溫，但時有光纖維之視野中心 從噴嘴中心偏離，時有光軸相對於喷嘴中心轴傾斜之情形 ，或者是測定中因清洗氣體使噴嘴前端附近之炼融金屬凝 1S固，而堵住纖維視野之一部份之情形，而減少纖維受光之 放射能量’而使外表之溫度觀測較低。此時，因無法自放 射溫度計之輸出判斷是否有堵塞住視野或是否實際上溫度 下降故於測义值之信賴性上有問題。此等問題係起因於 由於使用了光纖維之所謂點測量之故。此外，在曰本專利 20權公開公報特開平8]5040號中為不產生光轴之偏離，將 光、截、准朝炫融金屬送出，而使光纖維之前端接觸炫融金屬 ，但因光纖維之消耗而有增加成本之問題。 進纟，本案申請人提出了另一裝置，其係將炫融金 屬發出之熱放射光經由影像纖維引入照相裝置中（例如， 8 562866 玖、發明說明 CCD照相機），以由照相晝面上之最高亮度值測定熔融金 屬之溫度者（例如，曰本專利權公開公報特開平u_142246 號）。此發明所使用之影像纖維方式因可進行圖像測量， 故大幅地改善了上述之問題。影像纖維係將諸如15〇〇〇條 5以上之光纖維（金屬線）緊密地結合而捆成直徑約4mm左右 者’並於其刖端安裝有焦距接近無限大之聚光透鏡，以於 影像纖維之受光端投影其前方之影像。於影像纖維之出光 端照原樣地傳達投影像（光像）。即，影像纖維有光像傳達 之功能’而從其受光端將所看見前方之光像傳達至出光端 1〇 。照相裝置拍攝出光端之光像並產生圖像信號，如此便可 進行影像測量及據此進行之圖像解析。因此，了解在光纖 維中無法形成之喷嘴口前端之凝固金屬造成之視野狹窄， 可進打正確之溫度測定。又，針對因光軸稍微偏離造成之 視野内之光像的移動，亦可藉圖像處理毫無問題地測定正 15確之溫度。本裝置亦有可連續地測定熔融金屬溫度之優點 。由於在影像纖維執行2次元之觀察，並藉圖像處理自動 抽出熔融金屬，故稍微之光軸偏離不致構成問題。 然而，在上述使用影像纖維之裝置中，即使暫時確保 光軸之一致，因轉爐或A0D等交換時需裝卸纖維，故此時 2〇有光軸嚴重偏離之情形。又，尤其是高價之影像纖維因過 熱而容易熱損傷，或於裝卸時折損。進而，因隔開喷嘴及 影像纖維之耐壓窗玻璃之清掃或喷嘴前端之熔損量之測定 係在高溫下之作業中進行，故要求可迅速容易地執行。針 對此等課題本發明申請人提出了曰本專利權公開公報特開 9 562866 玖、發明說明 2001-83013號。 在曰本專利權公開公報特開2〇〇1_83〇13號中，將由自 溶融金屬導入熱放射光之噴嘴口部、清洗氣體導入部、财 壓窗玻璃保持部、影像纖維調整部、影像纖維保護管構成 5之各部份連接成可裝卸之狀態，以可相互地般入密合之凸 狀及凹狀部構成影像纖維調整部，以謀求調整之簡易化。 然而，在本調整部之構造中，可明白因以凸狀及凹狀部構 成之各部份為嵌入密合，故難以輕易地調整光軸之偏離。 又，因與喷嘴之結合為凸緣構造，故裝卸時需要時間，而 1〇不易在高溫大氣下進行迅速作業。進而，在本方式中，相 對於喷嘴為單管因喷嘴為雙重管時噴嘴氣體導入部為2處 ，故影像纖維前端與至熱放射光入口之噴嘴前端之距離增 大’而使光軸調整變得格外困難。 連續測定熔融金屬溫度之方法，如在日本專利權公開 15公報特開昭60_129628號和特開昭61-17919號中所揭示，其 係於貫通轉爐或澆桶之耐火物的測溫用喷嘴之後端設置放 射溫度計，一面從測溫用喷嘴噴出氣體至熔融金屬，一面 自面對喷嘴前端之熔融金屬之熱放射光測定熔融金屬溫度 之方法。然而，此等方法中由於以從喷嘴喷出之氣體，經 《冷卻貧鳥則端附近之而t火物及溶融金屬界面，故於喷嘴 月’J端附近產生稱為蕈之凝固的鋼（以下稱為凝固金屬），並 因其成長而屢次發生喷嘴堵塞。結果，放射溫度計因觀測 幸父炫融金屬溫度更低之凝固金屬，而於測定值產生極大之 誤差。. 10 562866 玫、發明說明 除去凝固金屬之方法，考慮於吹入之氣體混合氧氣， 以藉氧化反應熱使凝固金屬融化之方法，但知道在此方法 中因熔融金屬溫度之上升，而使喷嘴之熔損急遽地進行以 致無法測溫。另一方面，抑制凝固金屬成長之方法考慮藉 5減少惰性氣體之流量以儘量控制熔融金屬界面之冷卻之方 法’但若流量不足則熔融金屬流進噴嘴内，僅是破壞受光 器’或若炫融金屬流出外部則引起重大事故。 防止/成固金屬之附著之方法，揭示於日本專利權公開 公報特開平1 1-28 1 845號，其係令測溫用喷嘴之内徑為 10 3〜5mm ’且使從測溫用噴嘴朝溶融金屬射出之之惰性氣體 之流量在噴嘴前端不產生凝固金屬，且無熔融金屬流入之 範圍者。 然而’此方法中，若噴嘴内徑為3〜5mm則非常小，且 亦因噴嘴貫穿之耐火物之厚度為lmm左右，一旦因耐火物 15之變形而於噴嘴產生彎曲，則有無法完全確保可觀測之視 野之問題。又，在精練爐中因氧氣吹入之發熱與添加冷卻 材等產生之散熱之不平衡，而使熔融金屬溫度變化大，故 有無法完全防止凝固金屬堵塞喷嘴前端之問題。 經本發明人等更詳細之調查，在實施本方式之熔融金 20屬連績測溫中，隨時間之經過，噴嘴貫穿之耐火磚，因起 因於南溫之熱膨脹，而使其位置微妙地移動。因而發現喷 嘴彎曲，而使視野變狹隘之現象。為因應此現象，使影像 纖維前端之受光部對應於噴嘴之彎曲方向而使其與光軸一 致而微妙地移動乃是不可欠缺。如此進行之影像纖維前端 11 562866 玖、發明說明 之受光部之微調整於習知技術中是無法達成，因此迫於策 劃制疋新的對應策略。 收谷fe融金屬之容器之壁，因來自熔融金屬之熱傳導 而變為高溫狀態。因此，噴嘴及影像纖維連接裝置亦因熱 5傳導及輻射熱兩者之影響而變為高溫狀態。又，若運轉爐 傾斜，而使該裝置曝露於爐上部之防護罩内自，則接收來 ㈣著於防護罩内面上之燒紅固態金屬之熱輕射。針對此 等之熱影響，用以保護影像纖維及照相裝置之冷卻方式及 其控制便成為課題。 1〇 因來自熔融金屬之熱放射光照射測溫用噴嘴内面和自 4貪背至影像、纖、維之連接部之内面，&内面反射光存在於 來自炫融金屬之直接光之周圍而使測溫裝置無法測定正確 之溫度。針對此問題，即使採取儘量使測温用喷嘴之中心 轴與影像纖維之光軸-致等之對策，仍無法獲得充分效果 15 〇 因將惰性氣體壓人測溫用喷嘴内以防止溶融金屬之浸 入’故該噴嘴前端附近之炼融金屬凝固而遮住來自炫融金 屬之熱放射光時，影像纖維之視野則變得狹窄或堵塞。 關於測溫用喷嘴堵塞時，則提出了將惰性氣體替換為 20氧《I，以溶解該噴嘴前端部之固態金屬之方法（日本專利 權公開公報特開昭 60-23 1 141號、CAMP_ISIJ v〇1 2(1989)_ ^•216)。然而，若實施此方法過#，則該喷嘴之炼損越發 嚴重，又右錯失使用時機則即使氧氣流入亦無法完成凝固 金屬之炼流。在此等提案中並無揭示明確之實施方法，故 12 562866 玖、發明說明 藉氧氣之固態金屬：)：容流無法有效地利用。 又，在曰本專利權公開公報6(M29628中提出了於自 、J /JEL用貪噶吹入之惰性氣體中混合適量之氧氣以測溫之方 法。然而，由於吹入氣體中之氧氣之混合度，使吹入氣體 5與熔融金屬之界面溫度大幅變化，又，因氣體之混合比例 之U凋整較難，故難以執行精確度高之溶融金屬溫度測定 〇 在曰本專利權公開公報特開平1卜326061號中，不專 用測溫用喷嘴，而以一般吹煉用喷嘴，使混合有氮氣之氧 10氣流入，以抑止喷嘴之凝固金屬成長，於溫度測定時使氮 氣流入噴嘴，於測溫完成後則恢復為吹煉用氧氣。此方法 係在某時間點測定溫度之所謂間歇測溫，而無法達成連續 測溫熔融金屬之目的。 如上述許多之課題處於尚未解決之狀態，故強烈地要 15 求早日解決此問題。 【明内jggi 3 發明概要 本發明係發現了解決此等課題之連續測定熔融金屬 之測值裝置及測溫方法者，其要旨如以下所示。 (1)種炫融金屬之測溫裝置，係於收容炼融金屬之 谷為之壁上設置一貫穿之喷嘴，並經由影像纖維（圖像傳 运纖維）導出面對於該喷嘴之前端之炼融金屬之熱放射光 以由¥出之熱放射線測定熔融金屬之溫度者，其特徵在 於·该嘴嘴係雙重管構造，一面使清洗氣體通過内管，一 13 562866 玖、發明說明 面觀察溶融金屬之熱放射光，且使用以防止噴嘴溶損之保 護冷卻氣體通過外管；而，喷嘴與影像纖維安裝部之構造 係由噴嘴部、清洗及冷卻氣體導入部、附窗玻璃之影像纖 維女裝部、及影像纖維保護管之4個可連結部份構成；且 5 ，於清洗及冷卻氣體導入部設置1處以上之接合部份，而 八有可使用以連通炫融金屬之熱放射光與影像纖維之光軸 對準之構造；於影像纖維後端連接用以測定熱放射亮度之 2人元义佈之CCD照相機等之照相裝置；而照相裝置係收 納於具有冷卻構造之密閉盒體中，且設置於用以收容熔融 10 金屬之容器外壁附近者。 (2) 在（1)所記載之裝置中，在具有將CCD照相機產生 之圖像信號轉換為數位信號之AD轉換裝置、計算機、噴 嘴氣體控制裝置、及照相機控制裝置之裝置中，電腦具有 自圖像上之高亮度領域（熔融金屬影像）之亮度演算熔融金 15屬之溫度之功能，且，電腦從圖像判斷噴嘴前端部之開孔 狀態，並對喷嘴氣體控制裝置傳送指示氣體種類或氣體流 量之信號。 (3) 在（2)所記載之裝置中，於從輸入至電腦之圖像上 之咼亮度領域（熔融金屬像）演算熔融金屬之溫度時，自預 20先指定之領域内抽出高亮度領域（熔融金屬圖像），以從該 亮度值推定熔融金屬之溫度。 (4) 在（1)記載之裝置中，藉熱電偶等測定密閉盒體内 之照相裝置本體或大氣溫度，為使該溫度維持在照相裝置 之容許上限溫度以下，而控制送入密閉盒體内之冷卻氣體 14 562866 玖、發明說明 或冷卻水之流量、壓力。 (5) 在（1)記載之裝置中，内插保護影像纖維纜線之内 管軟管與内裝保護内管軟管之影像纖維保護管為3重構造 ，而於使冷卻及清洗氣體通過内管軟管與影像纖維保護管 5 ’以將冷卻及清洗氣體排出於外部時，使相當於影像纖維 前端之透鏡部份之部位為可藉該氣體從外部冷卻的構造。 (6) ·在（1)記載之裝置中，在噴嘴與影像纖維安裝部之 構造中，令清洗及冷卻氣體導入部、或/及附窗玻璃之影 像纖維安裝部為水冷構造。 10 (7)在（5)或（6)記載之裝置中，藉熱電偶等測定影像纖 維或其大氣溫度，為使該溫度維持在影像纖維及透鏡之容 許上限溫度以下，而控制清洗氣體、或/及冷卻水之流量 、或/及壓力。 ⑻在（2)記載之裝置中，藉減少圖像上之熱放射光形 Η成之高亮度領域（炫融金屬像）之面積，而使從亮度值所換 算之炼融金屬之溫度的精確度惡化時，自該喷嘴吹入將含 有高濃度氧之氣體，而熔融形成於噴嘴前端部之固態金屬 (凝固金屬）。 (9) -種炫融金屬之測溫方法，係去除附著在浸潰於 2〇精煉爐内之炫融金屬之雙重管構造的喷嘴前端之固態金屬 者，其特徵在於：令運轉中之精煉爐為空爐狀態，而使石炭 氮化合物系氣體、液體燃料、或可燃性氣體單獨或者混合 兩種以上流經雙重管構造之嘴嘴之外管與内管之空隙的流 路，並使調整為可使氧氣燃燒之濃度範圍之含氧氣體流經 15 562866 玖、發明說明 該噴嘴之内管，藉此，在運轉中之精煉爐為空爐狀態下熔 流及除去附著於噴嘴前端之固態金屬後，於精煉爐投入熔 融金屬並對該熔融金屬測溫時，一面將防止熔融金屬侵入 用之惰性氣體往浸潰於精煉爐内之熔融金屬之上述噴嘴壓 5入，一面將面對於該喷嘴之前端部之熔融金屬之熱放射光 經由影像纖維引進至照相裝置，而將照相裝置輸出之圖像 信號轉換為數位圖像資料，並根據該數位圖像資料進行演 异處理’以測定照相晝面上之溶融金屬溫度。 圖式簡單說明 10 第1圖係顯示用以實施本發明之炼融金屬測溫裝置之 概念圖。 第2圖係第1圖所示之熔融金屬測溫裝置之噴嘴連接裝 置部之部份擴大圖。 第3 (a)圖係第2圖所示之噴嘴連接裝置部之光軸調整部 15之詳細圖，而第3(b)圖係顯示第3(a)圖之A-A剖面部份者。 第4圖係顯示影像纖維保護管構造者。 第5圖係顯示影像纖維前端治具之水冷構造之例者。 第6圖係本發明之熔融金屬測溫裝置之系統構造圖。 第7圖係第6圖所示之CCD照相機之攝影畫面，其係顯 2〇示隨著喷嘴前端凝固金屬之成長，熔融金屬面亦隨之縮小 者，第7(a)圖係顯示幾乎無喷嘴前端凝固金屬之狀態者， 第7(b)係顯示雖附著有喷嘴前端凝固金屬但可測溫之狀態 者，第7(c)係顯示噴嘴前端凝固金屬成長而不可測溫之狀 態者。 16 562866 玖、發明說明 第8圖係第6圖所示之CCD照相機之攝影晝面，其係顯 不於噴嘴内面出現溶融金屬面之反射光者，第圖係顯 不於喷嘴内面出現熔融金屬面之反射光之狀態者，第8(匕) 圖係顯示進行用以測溫之區域指定，而將熔融金屬之反射 5光排除在外，而進行測溫之狀態者。 【實施方式 較佳實施例之詳細說明 藉圖式説明本發明之實施例。分別於第丨圖顯示實施 例〜δ又備全體概念圖，於第2圖顯示噴嘴連接裝置部之部 10份擴大圖，於第3圖進一步顯示光軸調整部之詳細圖。 在第1圖中，設置於為熔融金屬丨之容器的精煉爐2侧 壁下部之連續測溫用喷嘴9藉連接裝置部3結合於影像纖維 保護管4。從連接於熔融金屬丨之喷嘴前端入射之熱放射光 自連接裝置内之影像纖維前端部之受光部經由影像纖維保 15護管4，藉作為照相裝置之CCD照相機收納盒5内的CCD照 相機27予以信號化作為圖像後，經由照相機纜線7及21傳 迗至圖像處理裝置。另一方面，照相機與影像纖維之清洗 及冷卻用氣體自氣體管線22藉氣體混合容器8導入於照相 機繞線7 ’以冷卻CCD照相機收納盒5内，同時經由影像纖 20 維保護管4冷卻連接裝置部3。 氣體混合容器8設置於固定蓋板上，而CCD照相機收 納盒5則安裝於可移動之精煉爐之側壁蓋板上。此CCD照 相機收納盒5更内藏於鋼製CCD照相機盒保護箱6，以保護 该照相機收納盒5避免粉塵及掉落飛散之凝固金屬、及熔 17 562866 玖、發明說明 渣等。其表面為隔熱板所覆蓋，以隔絕大氣溫度及爐壁、

煙囱罩、附著凝固金屬、熔渣等之熱傳導及輻射熱。cCD 照相機收納盒5其上面為可卸式之蓋，而其側面及底面共 計5面以冷卻水予以冷卻。由於CCD照相機因其機器之特 5丨生若在耐熱溫度以上即無法保證其性能，故須將溫度維持 在此溫度以下。又，CCD照相機收納盒因大氣溫度高，且 來自爐體之熱傳導大，故須將盒體表面積之5〇%以上水冷 。本實施例中，為更降低照相機溫度，而如前述將側面及 底面共計5面水冷。 1〇 在第2圖及第3(a)、（b)圖中，設置有一連接治具，俾 使自連接於測溫噴嘴9之熔融金屬之前端部射入之熱放射 光儘可能透光至影像纖維4，且對因各種原因產生之熱放 射光之光軸震動，可迅速容易地調整。 連續測溫用噴嘴9貫穿精煉爐保護耐火物10、精煉爐 、线皮11及喷噶凸緣部23 ,並先與喷嘴外管氣體供給管線 連接此外管用管線12藉聯結器24可輕易地裝卸。進而 ’連續挪溫用噴嘴藉調整用㈣13與影像纖維連接裝置部 連接。屑整用凸緣13係以螺栓鎖固，但於螺栓鎖固前，使 貪觜之軸直角方向保留著空隙，而使其為可調整影像纖維 連接衣置之位置之構造。通常，為迅速容易地裝卸影像纖 隹連接哀置，而於連績測溫用噴嘴與影像纖維連接裝置間 使用連接聯接器19。即，在實際作業中，因連續測溫用喷 剩餘長度之尺寸測疋頻率較高，故藉卸下此連接聯接 器測定，可使裝卸之時間大幅縮短。 18 562866 玖、發明說明 連接聯接器19之影像纖維側連繫有一與影像纖維前端 治具20連接之連接用塊體26。又，此連接用塊體26與噴嘴 内管氣體供給管線14藉可迅速裝卸之連接聯接器25連接， 而於爐體交換時等藉此連接聯接器25可迅速容易地裝卸。 5該連接塊體％呈長方體形狀，且支持固定於可在與熱放射 光之光軸成軸直角方向上調整位置之蝶形螺帽構造之光轴 調整裝置16。又，此光軸調整裝置16以光軸調整裝置支持 部17為中介固定於精煉爐鐵皮^。相較於連接聯接器19， 影像纖維側之連接裝置等為能在高溫大氣中裝卸，而考量 10 作業負荷，儘量減輕此等裝置之重量而製作。 就使連續測溫用噴嘴9之光軸與影像纖維前端治具2〇 之光軸調整一致之作業，具體地按照步驟說明。噴嘴剩餘 長度之尺寸測定等作業完成後，再連接第2圖所示之所有 管線及治具類。先將調整凸緣13之連接螺栓稍微鬆開，藉 15忒光軸调整裳置16相對於光軸於軸直角方向處微調整連接 用塊體26，而使光軸一致，最後拴上已預先放鬆之調整凸 緣13之連接螺栓。此調整凸緣丨3亦可用可調整固定側之連 續側溫用喷嘴與可移動之影像纖維側的位置之球窩接頭之 類的連接治具代替。又，光軸調整裝置16除為用手動作業 20調整光軸之蝶形螺帽之構造外，亦可為可遙控操作之電動 螺絲方式。為於爐體附近進行光軸調整作業，而連接照攝 了熱放射光之攜帶移動式之電視螢幕，藉一面觀察畫面上 之影像圖像，一面執行作業，可迅速進行作業。 影像纖維由於其耐熱性，而有影像纖維及透鏡之容許 19 562866 玖、發明說明 上限溫度，—曰丁 — —不在此溫度以下則有破損之虞。因此導入 如下述之冷卻方式。 西#如弟4圖所示，影像纖維纜線30内插於特氟綸（註冊商 ,』）等权貝之内官軟;^ 29，内管軟管Μ更内插於以不输鋼 装^ &為代表之影像纖維保護管4。此影像纖維保護管4及 幸& 29藉使清洗及冷卻氣體通過其内部，冷卻影像纖 、隹、見線A提向冷卻效果，更佳為於影像纖維保護管4之 外側捲繞陶輯維隔熱材等之耐熱膠帶。 ίο ”像戴、、♦之冷卻用氣體通過影像纖維保護管4内，而 從〜像、戴、准女裴部15排出至外部空氣中。具體之氣體排出 構仏之例如第3圖所示’從影像纖維安裝部15通過冷卻及 /月洗氣體排出& 28，直接吹至影像纖維前端治具2〇之外側 。藉此，.衫像纖維前端受光部亦可從外部藉氣體強制冷卻 〇 15 另方面，為更提南冷卻能力，亦可安裝冷卻水管線 ’而將影像纖維前端受光部水冷。直接冷卻構造有令影像 纖維前端治具20為水冷夾套構造之方法。然而，因影像纖 維之取下及安裂時之簡便性，而採用了如第5圖所示，於 影像纖維前端治具2G之外側纏繞水冷鋼管3卜並將其連接 20 冷卻水用之軟管32之方法。 此等冷卻氣體或冷卻水等冷卻媒介宜一面以熱電偶溫 度測定影像纖維前端治具20，—面控制流量以達到目標溫 度。 本發明之系統構造概要圖之例顯示於第6圖。於為熔 20 562866 玖、發明說明 融金屬1之容器之精煉爐2的側壁下部，貫通其壁而設置之 /貝j恤用喷嚿9於其背面連接有一影像纖維4(3〇)。經由喷嘴 清洗氣體管線33將惰性氣體（氬系氣體、氮系氣體、二氧 化石厌氣體專）壓入該喷嘴内，而藉從與熔鋼連接之該噴嘴 5開口前端部將惰性氣體吹出至熔融金屬1，可防止熔融金 屬住貧知入’吹出之惰性氣體成為氣泡而懸浮於炼融金 屬中。因此，於影像纖維4(30)之受光端，照射從該喷嘴向 熔融金屬吹出之惰性氣體與熔融金屬丨之接觸面的熔融金 屬發出之熱放射光。 1〇 影像纖維4可使用將諸如15000條以上之光纖維（金屬 線）緊岔地結合而捆成直徑約4mm左右者，並於其前端（受 光端），安裝有焦距接近無限大之聚光透鏡，以於影像纖 維4(30)之受光端，投影其前方之影像。於影像纖維4(3〇) 之出光端照原樣地傳達投影像。 15 照相裝置可使用如CCD照相機27，此CCD照相機27攝 影影像纖維4(30)之出光端之圖像，而輪出模擬圖像信號（ 表示亮度之影像信號）。藉控制器38控制CCD照相機27之 快門速度及讀取（影像信號輸出程度）。 接著，將上述模擬圖像信號（影像信號）傳送至圖像輸 2〇入裝置36。圖像輸入裝置36將影像信號轉換為主掃描又方 向640像素X副掃描γ方向48〇像素χ 256階調之數位化圖像 資料（表示亮度之資料）並寫入其内部之記憶體，反覆進行 此動作以保持最新之數位化圖像資料。圖像輸入裝置託， 將保持之數位化圖像資料傳送至電腦37，而電腦37將此數 21 562866 玖、發明說明 位化圖像資料寫入内部記憶體（以下稱為圖像記憶體卜 CCD照相機以每秒2。晝面〜3〇畫面之反覆次數攝影影:象纖 維之光像，而此1次之數位化圖像資料稱為丨鏡頭晝面 電腦37將取入之數位化圖像資料，以每秒約5次之週 5期進行如下述之溫度測量處理，並將結果顯示於為外部之 輸出裝置38的CRT顯示器。此外，輸出裝置38尚包含有印 表機及外部記憶裝置。 在第7圖中顯示以數位化圖像資料表示之圖像。理想 狀恶下，如第7(a)圖所示，於照相畫面4〇之中央有一噴嘴 1〇内面影像41，而於此影像41之中心有熔融金屬影像42。熔 融金屬影像42為熔融金屬之光像，其在照相晝面内亮度最 阿，而噴嘴内面影像41為低亮度。此喷嘴内面影像之外領 域，在影像纖維4(30)之出光端面之外領域中亮度最低。又 ，電腦37將電子快門切換信號傳送至照相機控制裝置，俾 15使圖像亮度成為適當之值。 利用第7(a)圖簡潔說明藉電腦37所執行之溫度測量處 理方法。取入電腦中之各像素資料為顯示亮度者，為選出 融金屬影像，將熔融金屬影像與喷嘴内面影像之各別的 冗度二值化，以識別之。具體言之，設定用以二值化之「 閥值a」，並與此「閥值a」比較，亮度在「閥值&」以上 之像素資料視為熔融金屬影像42(「i」），而亮度低於「閥 值a」之像素資料則視為噴嘴内面影像41(「〇」）。在此， 於二值圖像記憶體上，將周圍以「〇」包圍之「丨」轉換成 「〇」’而將周圍以「1」包圍之「0」轉換成「1」，則「 22 562866 玖、發明說明 1」之全部領域實質上為熔融金屬影像42，「〇」之全部領 域貫質上為噴嘴内面影像4丨。在此，用以二值化之「閥值 a」，只要為以從測量之實際記錄即可充分地識別之值， 則無特別規定之值，為適當設定之值即可。 5 藉從如此選出之熔融金屬影像之亮度換算為溫度，可 測定熔融金屬之溫度。熔融余屬影像之亮度宜將熔融金屬 影像内之像素平均。由亮度至溫度之換算，例如根據以^ 像素單位，藉已先離線之黑體爐所校正之亮度·溫度換算 的光電轉換特性可換算之。 10 接著，產生二值圖像記憶體上「1」之x方向分佈直方 圖（分佈在X各位置上之Y方向的Γ1」之數的累計值），同 樣地產生Υ方向分佈直方圖。又，求得分佈於上述χ方向 分布直方圖之X各位置的Υ方向之數之累計值Sh。求得此 Sh以作為熔融金屬影像42之面積。 15 於進行此溫度測定時，熔融金屬影像42如於第7(a)圖 所見之狀態，即，若於測溫喷嘴前端外周部幾乎無凝固金 屬之狀悲，則可完全地將炼融金屬之熱放射光取入照相裝 置，而可安定且精確度佳地執行熔融金屬之測溫。 然而，測溫中，因惰性氣體（氬氣等）通過該喷嘴，故 20於喷嘴前端周圍產生凝固金屬並成長。因此，自熔融金屬 射入之熱放射光之通道切面變狹窄。其例顯示於第7(a)、 第7(b)圖。第7(b)圖中顯示因噴嘴前端凝固金屬不致過大 ，故可確保熔融金屬影像42在某程度的大小，並藉電腦中 之溫度測量處理，可獲得精確度較佳之溫度的情況。又， 23 562866 玖、發明說明 第7(C)圖顯示因噴嘴前端之凝固金屬進一步成長，而使溶 融金屬影像42變為極小，故即使進行溫度測量亦無法獲得 元全精確度佳之溫度的情況。 藉預先整理溫度測量處理之推定溫度和賓際溫度之誤 5 差數據與熔融金屬影像42之面積Sh之相關關係，可定量地 推定獲得精確度佳之測溫資料的熔融金屬影像45之面積Sh 之範圍。 如此’預先設定低於推定溫度之容許精確度時之炫融 金屬影像42面積Sh之「閥值b」，當低於此「閥值b」時， 便進行以下之處理。在此，上述「閥值b」為依推定溫度 之容許精確度所決定之值，又，推定溫度之容許溫度為依 目的而適當設定者。 低於上述「閥值b」時之處理，其係在精煉中，為除 去喷嘴前端凝固金屬，如前述從喷嘴清洗氣體之惰性氣體 15替換為氧氣氣體。如第6圖所示，喷嘴氣體控制裝置39通 常打開清洗氣體控制閥’而經由噴嘴内管氣體管線3 3將惰 性氣體（如Ar氣體）導入於内管。另一方面，打開外管氣體 控制閥’而經由f嘴外管氣體管線3 4將冷卻氣體（如αγ氣 體）導入於外管。因此，打開氧氣控制閥而將氧氣氣體導 20入噴嘴内管氣體管線33，同時，關閉清洗氣體控制閥以阻 斷清洗氣體（如Ar氣體）。對外管而言無須特別變換氣體種 類。藉此，於測溫噴嘴9之内管中流通氧氣以代替清洗氣 體，可嫁流該喷嘴前端所產生之凝固固態金屬。在經過規 定之溶流時間後’打開清洗氣體控制閥，並關閉氧氣控制 24 562866 玖、發明說明 閥，而轉換成Ar作為該喷嘴清洗氣體，以繼續熔融金屬之 測溫。在此，規定之固態金屬熔流時間係指噴嘴前端凝固 金屬可龙全熔流，而獲得可測溫之熔融金屬影像，且可防 止由於熔流時間過多，而使喷嘴前端凝固金屬，還有噴嘴 5導管本身熔流之時間，其可從過去之實際記錄加以適當設 定。一面測量監視熔融金屬影像42之面積Sh，一面於訃達 到某「閥值b」以下時進行氧氣開孔，而藉反覆此步驟可 繼續地進行炫融金屬之測溫。 接著，因來自熔融金屬之熱放射光照射測溫用喷嘴内 10面或從譎喷嘴至影像纖維之連接部之内面，測溫裝置連反 射光亦進行測定，故無法測定正確之溫度。此狀況，如第 8(a)圖所不，在照相晝面4〇上之噴嘴内面影像“内可觀察 位於熔嘁金屬影像之兩外側、或一外側的噴嘴内面反射光 4 3之影像。 15 相對於此，因採取儘量使測溫用喷嘴之中心軸與影像 纖維之光軸一致之使照相畫面上之高亮度領域之中心位置 和測溫位置一致等之對策，雖可獲得某程度之效果，但藉 以下之方法發現可使精確度更高。 在本發明中，如第8(b)圖所示，對藉影像纖維將熔融 20金屬之熱放射光引入照相裝置之照相畫面，藉預先以圖像 處理裝置36及電腦37設定去除喷嘴内面反射光43之測溫區 域指定領域44，可進行正確之測溫。 在此，噴嘴内面反射光之識別方法係利用熔融金屬影 像與貧嘴内面反射光之亮度之差。由於一般喷嘴内面反射 25 562866 玖、發明說明 光相對於炼融金屬影像其亮度較低，故比較照相畫面上之 兩者的影像即可識別。 測溫區域指定領域44之設定方法係任意地指定去除噴 嘴内面反射光43之測溫區域，並非特別規定之方法。 5 然而，亦可使用以下之方法作為其例。 首先，產生前述二值圖像記憶體上「丨」之又方向分佈 直方圖（分佈於在X各位置之γ方向之Γι」之數的累計值） ，並令其重心位置為Wx。同樣地產生γ方向分布直方圖， 並令其重心位置為Wy。接著，假設位置（Wx，Wy)為炼融金 W屬〜像42之中心位置，即，定義（Wx，Wy)為測溫區域指定 領域44之中心，而藉電腦37指定可測溫的區域之中心點及 在某可選擇範圍内區域之邊界點（在第7(b)圖中相當於圓之 半徑），並於圖像處理裝置36設定。 又，作業上更簡便之方法為藉作業員於熔融金屬影像 15之中心指定諸如圓弧等之領域，亦可定義測溫區域。此方 法雖較上述之方法更增加測溫區域指定之頻率，但管理上 較佳。 在此，無法將測溫區域指定領域44之中心點及測溫區 域指定領域之邊界點定為常數係由於熔融金屬影像42未必 20經常位於噴嘴内面影像Μ之中心之故。如上所述，由於時 有測溫噴嘴之中心軸與影像纖維之光軸偏離，或噴嘴前端 凝固金屬偏離產生，故有熔融金屬影像42靠近喷嘴内面影 像41之情形。因此，測溫區域指定領域44之中心點及測溫 區域私疋領域之邊界點宜為依攝影晝面上之熔融金屬影像 26 562866 玖、發明說明 之位置，並依據上述之指定方法加以適當變換。 又如上所述，因依使用設定測溫區域指定領域之方法 所指疋之咼焭度領域之面積的變化，自喷嘴之内側往與溶 融金屬相對之噴嘴前端部吹入氧氣氣體，可控制反射光之 影響與附著於噴嘴前端之凝固金屬之影響兩者，而可以更 高之精確度測溫。 如上所述，雖於精煉中可將清洗體替換為氧氣氣體， 而使喷嘴前端之固態金屬熔流，但固態金屬於内管側成長 過剩％，藉此方法之炼流有限。因此，發現了使精煉爐為 10空爐之狀態，並藉燃燒熔流附著於喷嘴前端之固態金屬， 以去除固態金屬之方法。 15 20 具體而言，於使用雙重管構造之測溫噴嘴時，單獨使 用碳氫化合物之氣體、液體燃料、或可燃性氣體或者混合 2種以上之氣體通過喷嘴外管，錢調整在可燃燒氧氣氣 體之濃度範圍之含氧氣體通過該喷嘴口内管。 以第6圖說明此等方法。藉喷嘴氣體控制裝置39，氧 氣氣體-面以氧氣氣體控制閥控制流量，—面通過噴嘴内 管氣體管線33而流人内管。LPG—面以外管氣體控制間控 制其流量，一面通過喷嘴外管氣體管線34而流入外管。 若產生上述燃燒，則附著之固態金屬的量減少，且可 去除。又’可燃燒之濃度範圍的氧氣氣體濃度從實驗或作 業實際記錄加以適當設定即可，並無特別規^者，但若為 50%容量以上因燃燒效果大 之氣體從作為助燃劑來使用 而較佳。又’與氧氣氣體混合 之目的，通常宜使用惰性氣體 27 562866 玖、發明說明 (如 N2、Ar 等）。 接著，吹入之碳氫化合物之氣體雖無特別限定者，但 如LPG、LNG等，就燃燒性或成本而言較佳。液體燃料雖 亦無特別限定者，但在考慮燃燒性或成本的點上，宜選擇 5煤油等適當的燃料。又，可燃性氣體雖亦無特別限定者， 但在燃燒性或成本上，宜為含有C〇之氣體。在此，此等 石厌氫化合物氣體、液體燃料、可燃性氣體等亦可單獨地流 通，但亦可混合氮氣、Ar、及C〇2等之惰性氣體而流通。 然而，若為空爐時，於噴嘴前端固態金屬熔流之際， 10即使突然使氧氣氣體流經内管，使LPG氣體流經外管，亦 有無法於LPG氣體中點火之情形。因此在固態金屬熔流之 前，藉至少先將噴嘴前端固態金屬之内面（噴嘴長度方向 之中心軸側）暫時繼續預熱，在連續進行之固態金屬熔流 中，可易於產生藉氧氣之固態金屬的點火燃燒。若進行上 15述預熱，附著之固態金屬的量幾乎不會減少，而可於固態 金屬加熱。 上述可預熱之内f氣體中的氧氣濃度範圍並無特別規 定者，係按照作4目的之預熱條件，從實驗或作業實際記 錄加以適當設定者。亦可使用空氣，或混合氧氣氣體與惰 20 性氣體（N2、Ar等）而加以調整。 流經喷嘴之外管的流路之燃燒氣體，與固態金屬溶流 時相同’雖無特別限定者，但lpg、lng等碳氫化合物之 氣體，在燃燒性或成本上較佳。液體燃料雖亦無特別限定 者’但考慮燃燒性或成本之點，須選擇煤油等適當的燃料 28 562866 玖、發明說明 。又，可燃性氣體雖亦無特別規定者，但在燃燒性或成本 之點上以c 〇較佳。 預熱方法並無別規定者，可為適當使用具有加熱功能 者之方法。又對預熱時間亦無特別規定者，從實驗或作業 5貫際記錄適當設定即可。 在此，預熱方法如第6圖所示，在固態金屬溶流之前 預熱用空氣（Air) —面以空氣控制閥控制其流量，一面通 過噴嘴内管氣體管線33而流入内管。LPG—面以外管氣體 控制閥控制其流量，一面通過外管氣體管線34而流入外管 1〇 ，使爐内變為高溫的耐火物作為點火源用以點火。預熱時 間從本申請人之實驗，以確保在約5分左右以上為佳。 如上所述，除去附著於噴嘴之前端之固態金屬後，於 將熔融金屬投入精煉爐而進行精煉時，利用測溫用喷嘴， 可精確度佳地對熔融金屬測溫。 15 如此，在本發明中，以在喷嘴内管中之氣體流量及/ 或内壓之變化，可探測固態金屬之形態。由於若喷嘴前端 固態金屬成長，而使内管之氣體流路有堵塞傾向時，則氣 體机里減少，氣體壓升高，故由其變化可探測固態金屬之 成長情況。 〇 X ’使用安裝於P貪嘴之影像纖維時，經由此影像纖維 從照攝了熔融金屬之熱放射光之測溫裝置的畫面上之有 效像素數的增減，亦可探測固態金屬之成長情況。 若喷嘴前端之固態金屬成長，内管陷入明顯之堵塞傾 向時，則熱放射光所形成之照相視野變狹窄，而使照相晝 29 562866 玖、發明說明 Z上之有效像素數減少。藉得知此有效像素數之變化，可 得知在噴嘴前端之固態金屬的成長情況。 產業上之利用領域 本么明，因在平時可正確地掌握熔融金屬溫度，而進 灯適田之作業及設備管理，故可大幅削減製造成本，同時 可穩定並熔製高品質的鋼。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示用以實施本發明之熔融金屬測溫裝置之 概念圖。 第2圖係第1圖所示之熔融金屬測溫裝置之喷嘴連接裝 置部之部份擴大圖。 第3 (a)圖係第2圖所示之喷嘴連接裳置部之光轴調整部 之詳細圖，而第3(b)圖係顯示第3(a)圖之A-A剖面部份者。 第4圖係顯示影像纖維保護管構造者。 15 第5圖係顯示影像纖維前端治具之水冷構造之例者。 第6圖係本發明之熔融金屬測溫裝置之系統構造圖。 第7圖係第6圖所示之CCD照相機之攝影畫面，其係顯 示隨著噴嘴前端凝固金屬之成長，熔融金屬面亦隨之縮小 者，第7(a)圖係顯示幾乎無喷嘴前端凝固金屬之狀態者， 2〇第7(b)係顯示雖附著有喷嘴前端凝固金屬但可測溫之狀態 者，第7(c)係顯示噴嘴前端凝固金屬成長而不可測溫之狀 態者。 第8圖係第6圖所示之機之攝影畫面，其係顯 不於噴嘴内面出現熔融金屬面之反射光者，第8(a)圖係顯 30 562866 玖、發明說明 示於喷嘴内面出現熔融金屬面之反射光之狀態者，第8(b) 圖係顯示進行用以測溫之區域指定，而將熔融金屬之反射 光排除在外，而進行測溫之狀態者。 【圖式之主要元件代表符號表】 1...熔融金屬 23...噴嘴凸緣部 2...精煉爐 24...連接聯接器 3...連接裝置部 25...連接聯接器 4...影像纖維保護管 26...連接用塊體 4(30)···影像纖維 27...CCD照相機 5...CCD照相機收納盒 28...冷卻及清洗氣體放出管 6...CCD照相機收納盒保護箱 29…内管軟管 7...照相機纜線 30...影像纖維纜線 8...氣體混合容器 31...水冷鋼管 9…喷嘴 32…冷卻水用之軟管 10...精煉爐保護耐火物 33...噴嘴清洗氣體管線 11...精煉爐鐵皮 34…喷嘴外管氣體管線 12...喷嘴外管氣體供給管線 35...控制器 13...調整用凸緣 36...圖像輸入裝置 14...噴嘴内管氣體供給管線 37...電腦 15...影像纖維安裝部 38...輸入裝置 16...光軸調整裝置 39…喷嘴氣體控制裝置 17...調整裝置支持部 40…照像晝面 18...連接聯接器 41...喷嘴内面影像 19...連接聯接器 42...熔融金屬影像 20…影像纖維前端治具 43...喷嘴内面反射光 21...照相椒纜線 44...測溫區域指定領域 22…氣體管線 31

Claims (1)

1. 562866 拾、申請專利範匱 種k融孟屬之測溫裝置，係於收容溶融金屬之容器 之壁上設置一貫穿之噴嘴，並經由影像纖維（圖像傳送 、截維）導出面對於該噴嘴之前端之溶融金屬之熱放射光 ，以由導出之熱放射線測定熔融金屬之溫度者 徵在於·· ， 口亥噴t係雙重f構造，—面使清洗氣體通過内管 \ 一面觀㈣融金屬之熱放射光，且使用以防止噴嘴 損之保護冷卻氣體通過外管； 、 而，噴嘴與影像纖維安裝部之構造係由噴嘴部、 清洗及冷卻氣體導入部、附窗玻璃之影像纖維安裝部 、及影像纖維保護管之4個可連結部份構成； 且，於清洗及冷卻氣體導入部設置丨處以上之接合 部份，而具有可使用以連通炼融金屬之熱放射光與影 像纖維之光軸對準之構造； 於影像纖維後端連接用以測定熱放射亮度之2次元 分佈之CCD照相機等之照相裝置； 而照相裝置係收納於具有冷卻構造之密閉盒體中 ，且設置於用以收容熔融金屬之容器外壁附近者。 2.如申請專利範圍第i項之熔融金屬之測溫裝置，其中在 具有將CCD照相機產生之圖像信號轉換為數位信號之 AD轉換裝置、計算機、噴嘴氣體控制裝置、及照相機 控制裝置之裝置中，電腦具有自圖像上之高亮度領域( 熔融金屬影像）之亮度演算熔融金屬之溫度之功能，且 ，電腦從圖像判斷噴嘴前端部之開孔狀態，並對喷嘴 32 562866 拾、申請專利範圍 氣體控制裝置傳送指示氣體種類或氣體流量之信號。 3 ·如申請專利範圍第2項之熔融金屬之測溫裝置，其中於 仗輸入至電腦之圖像上之高亮度領域（熔融金屬像）演算 熔融金屬之溫度時，自預先指定之領域内抽出高亮度 領域（熔融金屬圖像），以從該亮度值推定熔融金屬之溫 度。 4·如申請專利範圍第1項之熔融金屬之測溫裝置，其中藉 熱電偶等測定密閉盒體内之照相裝置本體或大氣溫度 ’為使遠溫度維持在照相裝置之容許上限溫度以下， 而控制送入密閉盒體内之冷卻氣體或冷卻水之流量、 壓力。 5 ·如申請專利範圍第1項之熔融金屬之測溫裝置，其中内 插保護影像纖維纜線之内管軟管與内裝保護内管軟管 之影像纖維保護管為3重構造，而於使冷卻及清洗氣體 通過内管軟管與影像纖維保護管，以將冷卻及清洗氣 體排出於外部時，使相當於影像纖維前端之透鏡部份 之部位為可藉該氣體從外部冷卻的構造。 6·如申請專利範圍第1項之熔融金屬之測溫裝置，其中在 噴嘴與影像纖維安裝部之構造中，令清洗及冷卻氣體 ^入部、或/及附窗玻璃之影像纖維安裝部為水冷構造 〇 7·如申請專利範圍第5項或第6項之熔融金屬之測溫裝置 ’其中藉熱電偶等測定影像纖維或其大氣溫度，為使 為溫度維持在影像纖維及透鏡之容許上限溫度以下， 33 562866 拾、申請專利範圍 而控制清洗氣體、或/及冷卻水之流量、或/及壓力。 8·如申睛專利範圍第2項之熔融金屬之測溫裝置，其中藉 減少圖像上之熱放射光形成之高亮度領域（熔融金屬像） 之面積，而使從亮度值所換算之熔融金屬之溫度的精 確度.惡化時，自該噴嘴吹入將含有高濃度氧之氣體， 而熔融形成於噴嘴前端部之固態金屬（凝固金屬）。 9_種熔融金屬之測溫方法，係去除附著在浸潰於精煉 爐内之熔融金屬之雙重管構造的噴嘴前端之固態金屬 者’其特徵在於： 10 15 ▽運轉中之精煉爐為空爐狀態，而使碳氫化合物 系氣體、液體燃料、《可燃性氣體單獨《者.混合兩種 以上流經雙重管構造之噴嘴之外管與内管之空隙的流 路，並使調I為可使氧氣燃燒之濃度範圍之含氧氣體 机心違噴嘴之内皆’藉此，在運轉中之精煉爐為空爐 狀恶下炫流及除去附著於噴嘴前端之固態金屬後，於 精煉爐投人㈣金屬並對該炫融金屬測溫時，一面將 防止炫融金屬侵人用之惰性氣❹浸潰於精煉爐内之 炫融金屬之上述喷嘴壓人，—面將面對於該喷嘴之前 端部之溶融金屬之妖放勒伞 20 …双射先經由影像纖維引進至照相 裝置而將照相裝置輪出 欠 别之圖像信號轉換為數位圖像 資料，並根據該數位圖像資 U 1豕貝科進仃演算處理，以測定 照相晝面上之熔融金屬溫度。 34