WO2021149490A1 - ランスチップ、転炉内測温設備および転炉内測温方法 - Google Patents

ランスチップ、転炉内測温設備および転炉内測温方法 Download PDF

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WO2021149490A1
WO2021149490A1 PCT/JP2021/000183 JP2021000183W WO2021149490A1 WO 2021149490 A1 WO2021149490 A1 WO 2021149490A1 JP 2021000183 W JP2021000183 W JP 2021000183W WO 2021149490 A1 WO2021149490 A1 WO 2021149490A1
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WO
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temperature
converter
molten iron
lance
camera unit
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Application number
PCT/JP2021/000183
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English (en)
French (fr)
Inventor
誠人 冨田
正嗣 矢加部
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories

Definitions

  • the present invention relates to a lance tip used for measuring the temperature of molten iron blown in a converter, a temperature measuring facility in a converter, and a temperature measuring method in a converter using these.
  • a top-blown lance is used to oxidize (burn) phosphorus and carbon in the molten iron by blowing oxygen gas onto the molten iron to adjust the composition of the molten iron and to adjust the composition of the molten iron.
  • the temperature is adjusted to be the optimum temperature for the next process.
  • the measurement of the molten iron temperature during blowing is important not only for adjusting the temperature of the molten iron but also for adjusting the composition of the molten iron.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a probe for observing the inside of a furnace equipped with a CCD camera is provided at the tip of a sublance, and the sublance is inserted into the furnace to measure the temperature inside the converter.
  • Patent Document 2 discloses a technique in which a CCD camera is provided at an end opposite to the tip of the main lance, and molten iron is photographed through a hole for injecting gas from above the outside of the lance, thereby measuring the temperature of the molten iron. Has been done.
  • Patent Document 3 discloses a technique of measuring the brightness of molten iron from a tuyere provided at the bottom of a converter using a CCD camera and thereby measuring the temperature of the molten iron.
  • Patent Document 4 describes a technique in which a single-core optical fiber small enough not to interfere with the injection of an oxygen jet is installed near the injection nozzle port of the main lance, and the temperature is measured by a single-color thermometer connected to the single-core optical fiber. It is disclosed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-88221 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-126062 JP-A-2007-322382 Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-226025
  • Patent Document 1 is a device that intermittently measures the state inside the furnace, there is a problem that it is difficult to continuously grasp the temperature change and improve the accuracy of the end point temperature. rice field. Further, since the probe is consumed at each measurement timing, it is necessary to frequently replace the probe, which causes a problem that the running cost becomes high.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is an in-converter temperature measuring facility and an in-converter temperature measuring device capable of continuously measuring the molten iron temperature in a converter. It is an object of the present invention to provide a lance chip used in the above and a temperature measurement method in a converter using these.
  • a lance tip of a lance to be inserted into a converter the lance tip has a cylindrical lance tip main body and a camera unit, and the lance tip main body has an accommodating portion and the above.
  • a peripheral hole through which the gas blown to the molten iron in the converter passes and a cooling water channel arranged so as to surround the periphery of the accommodating portion are provided, and the camera unit photographs the molten iron to generate image data.
  • a lance chip having an image sensor, a lens, and a radiant heat blocking filter, and the camera unit is provided in the housing portion.
  • the temperature measuring equipment in the converter having the lance tip according to the present invention By using the temperature measuring equipment in the converter having the lance tip according to the present invention, the temperature of the molten iron can be continuously measured while observing the molten iron in the converter. As a result, the accuracy of hitting the end point temperature in the smelting process is improved, which makes it possible to shorten the smelting time and reduce the amount of auxiliary raw materials used.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the molten iron 102 in the converter 100 is continuously measured by using the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) of the lance tip 12.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the camera unit 26.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation result simulating the temperature change of the image sensor 40 and the lens 42 when the sublance 14 is inserted into the converter 100.
  • FIG. 5 is a graph showing the temperature change of molten iron in smelting for the purpose of decarburization.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the molten iron 102 in the converter 100 is continuously measured by using the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) of the lance tip 12.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the molten iron 102 in the converter 100 is continuously measured by using the temperature measuring equipment 50 in the converter according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the temperature measurement result of the stainless molten steel by the temperature measurement equipment 50 in the converter.
  • FIG. 8 is a graph showing the atmospheric temperature inside the housing.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the molten iron 102 in the converter 100 is continuously measured by using the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment.
  • the temperature measurement of the molten iron 102 using the temperature measuring facility 10 in the converter according to the present embodiment can be applied to a blowing step for the purpose of desiliconization, dephosphorization, decarburization and the like.
  • the following embodiment will explain the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment, assuming that it is applied to a blowing step for the purpose of decarburizing molten iron.
  • Oxygen is supplied from the top-blown lance 104 to the molten iron 102 housed in the converter 100, and bottom-blown gas such as nitrogen is blown from the bottom-blown tuyere 106 to be agitated.
  • bottom-blown gas such as nitrogen is blown from the bottom-blown tuyere 106 to be agitated.
  • decarburization of carbon contained in the molten iron 102 proceeds, and the concentration of carbon contained in the molten iron 102 decreases.
  • decarburization smelting static control and dynamic control are performed for the target end point component concentration and end point temperature of the molten iron 102, and the end point component concentration and end point temperature of the molten iron 102 after smelting are hit to the target values. I'm letting you.
  • the static control is a control for calculating the amount of oxygen to be blown into the molten iron 102 from the operating conditions before the start of blowing.
  • the dynamic control is a control for adjusting the amount of oxygen blown into the molten iron 102 based on the component concentration and the temperature measurement value of the molten iron 102 measured in the latter half of the blowing step.
  • the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment is used for measuring the temperature of the molten iron 102 in the latter half of the blowing process used for dynamic control.
  • the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment includes a sublance 14 provided with a lance chip 12 at the tip, a nitrogen gas supply device 20, a repeater 22, and an operation for converting image data into temperature data. It has a device 24 and.
  • the lance tip 12 has a camera unit 26.
  • the sub lance 14 is a measuring probe inserted into the converter separately from the top blowing lance 104, and means a lance provided with a measuring device such as a thermocouple inside.
  • the sublance 14 may be provided with a gas flow path or a cooling water channel, if necessary, in order to protect the measuring device provided inside.
  • the sublance 14 has a triple tube structure.
  • the nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas supply device 20 and is blown onto the molten iron 102 through the central pipe.
  • the cooling water is supplied from the cooling water supply device 110, which is a converter facility, and circulates through two outer pipes.
  • reference numeral 16 indicates a nitrogen gas flow
  • reference numeral 18 indicates a cooling water flow.
  • the sublance 14 takes a picture of the molten iron 102 in the converter 100 with a camera unit 26 provided at the tip while blowing nitrogen gas onto the molten iron 102 in a state of being inserted into the converter 100.
  • nitrogen gas is an example of an inert gas, and argon gas may be used as the inert gas.
  • the camera unit 26 continuously photographs the molten iron 102 and continuously generates image data.
  • the camera unit 26 may capture a moving image of the molten iron 102.
  • the image data generated by the camera unit 26 is transmitted to the arithmetic unit 24 through the repeater 22.
  • the transmission of the image data from the camera unit 26 to the repeater 22 and the transmission of the image data from the repeater 22 to the arithmetic unit 24 may be wired transmission or wireless transmission.
  • the arithmetic unit 24 is, for example, a general-purpose computer such as a workstation or a personal computer.
  • the arithmetic unit 24 converts the image data transmitted from the camera unit 26 into temperature data.
  • the arithmetic unit 24 When converting the luminance data into the temperature data, acquires, for example, the integrated value of the luminance within a predetermined sampling time and the maximum value of the luminance as the luminance data from the acquired image data. The arithmetic unit 24 converts the acquired luminance data into temperature data by using the correspondence between the luminance data measured in advance in the blackbody furnace and the temperature.
  • a measurement principle using a two-color radiation thermometer (also called a two-color thermometer or ratio thermometer) can be applied.
  • the two-color radiation thermometer measures the radiance at two different wavelengths, calculates the ratio of these, and converts it into the temperature of the object by comparing it with the pre-measured radiance ratio of the blackbody.
  • This method enables relatively stable temperature measurement even if the emissivity fluctuates.
  • the arithmetic unit 24 uses the three primary colors of image data, red (R), green (G), and blue (B).
  • spectral radiance data of R and G is acquired, and the ratio of radiance is calculated from the radiance data.
  • the computing device 24 converts the spectral radiance data into temperature data by using the correspondence between the intensity ratio of the spectral radiance data and the temperature, which have been examined in advance in a blackbody radiation furnace or the like.
  • the arithmetic unit 24 When using image data from an infrared camera, the arithmetic unit 24 creates luminance data corresponding to the wavelength of infrared rays.
  • the arithmetic unit 24 converts the luminance data into temperature data by using the correspondence between the intensity and the temperature of the luminance data examined in advance by a blackbody radiation furnace or the like.
  • the luminance data obtained from the image data if the relationship between the intensity of the wavelength component and the temperature is known in advance, the data of an arbitrary wavelength component in the infrared wavelength range can be used.
  • the arithmetic unit 24 When the camera unit 26 uses a device such as an infrared thermography camera that includes functions from acquisition of image data to conversion to temperature data, the arithmetic unit 24 has a function of converting image data into temperature data. It does not have to be.
  • the arithmetic unit 24 displays the temperature data on a display device 28 such as a display, for example. In this way, the liquid level temperature of the molten iron 102 is continuously measured by using the temperature measuring facility 10 in the converter according to the first embodiment.
  • the arithmetic unit 24 may display the image data transmitted together with the temperature data on the display device 28. By displaying the image data on the display device 28 in this way, the temperature can be measured while observing the molten iron in the converter.
  • the temperature measuring equipment 10 in the converter does not have to have the display device 28.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) of the lance tip 12.
  • the cross-sectional view (a) shown in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in the front view (b).
  • the lance tip 12 has a cylindrical shape having the same diameter as the sub lance 14, and is attached to the tip of the sub lance 14.
  • the lance tip 12 has a lance tip main body 30 and a camera unit 26.
  • the lance tip main body 30 has, for example, a cylindrical shape having a diameter of 300 to 600 mm (400 mm in the example shown in FIG. 2), and is provided with an accommodating portion 32, a peripheral hole 34, and a cooling water channel 36.
  • the accommodating portion 32 is a through hole having a diameter of 35 to 70 mm (57 mm in the example shown in FIG. 2) provided at the center of the axis of the lance tip main body 30.
  • a camera unit 26 is installed in the accommodating portion 32.
  • the accommodating portion 32 may be a recess that does not penetrate the sublance 14 side, but if the accommodating portion 32 penetrates the sublance 14 side, the camera unit 26 is cooled by nitrogen gas and the temperature of the camera unit 26 is increased. It is more preferable because the rise is suppressed.
  • the peripheral hole 34 is a hole through which the nitrogen gas sprayed on the molten iron 102 passes.
  • the peripheral hole 34 is connected to the central canal of the sublance 14.
  • six peripheral holes 34 are provided in an annular shape on the end surface of the lance tip main body 30.
  • FIG. 2 shows an example in which six peripheral holes 34 are provided, the present invention is not limited to this, and at least one peripheral hole may be provided.
  • the number of peripheral holes 34 is preferably 4 or more and 8 or less, and by reducing the number of peripheral holes 34 to 4 or more and 8 or less, the periphery of the camera unit 26 can be uniformly cooled.
  • a peripheral hole facing the photographing path may be provided.
  • the cooling water channel 36 is a pipe through which the cooling water supplied from the cooling water supply device 110 passes.
  • the cooling water channel 36 is provided so as to surround the periphery of the accommodating portion 32.
  • the cooling water channel 36 is connected to two outer pipes on the outside of the sublance 14, and the cooling water circulates in the cooling water channel 36.
  • the camera unit 26 installed in the accommodating portion 32 is cooled by the cooling water of 40 ° C. or lower flowing through the cooling water channel 36. As a result, even if the camera unit 26 is inserted into the high temperature converter, the temperature of the camera unit 26 can be maintained below the guaranteed operating temperature of the camera unit 26.
  • a camera unit having a guaranteed operating temperature of, for example, 85 ° C. can be used.
  • ICETAH series products manufactured by IMPERX fall under this category.
  • a heat-resistant camera manufactured by Integrated Systems, Inc. that can withstand a temperature of 200 ° C. may be used. Even when a commercially available camera having a guaranteed operating temperature of about 60 ° C. is used, it may be able to withstand an atmospheric temperature of 85 to 100 ° C. if it is used for a short period of about several months.
  • FIG. 2 an example in which the accommodating portion 32 is provided at the center of the axis of the lance tip main body 30 is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the accommodating portion 32 may be provided in a range surrounded by the cooling water channel 36.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the camera unit 26.
  • FIG. 3A is a perspective view of the camera unit 26
  • FIG. 3B is a perspective view showing each configuration of the camera unit 26.
  • the camera unit 26 includes a housing 38, an image sensor 40, a lens 42, two radiant heat blocking filters 44, a fixing ring 46, and a battery 48.
  • the housing 38 is a hollow cylindrical container made of a metal having high thermal conductivity, for example, Cu, and having a hole for photographing on one end surface side.
  • the outer diameter of the housing 38 is the same as the inner diameter of the accommodating portion 32. In the example shown in FIG. 2, the inner diameter of the accommodating portion 32 is 57 mm.
  • the image sensor 40 is a sensor that captures the molten iron 102 and generates image data.
  • the image sensor 40 includes a CCD sensor and a data processing circuit that processes the data generated by the CCD sensor into image data.
  • Two radiant heat blocking filters 44 are fixed to the fixing ring 46 on the side of the lens 42 facing the molten iron 102. By providing the radiant heat blocking filter 44, the temperature rise of the lens 42 and the image sensor 40 due to the radiant heat from the molten iron is suppressed, thereby preventing the lens 42 and the image sensor 40 from being damaged. If the two radiant heat blocking filters 44 can be fixed to the lens 42 by other means, the fixing ring 46 may not be provided.
  • An example of having a CCD sensor is shown as the image sensor 40, but the present invention is not limited to this, and a CMOS sensor may be used instead of the CCD sensor.
  • the radiant heat blocking filter 44 includes a Thorlab ND filter (model NDUV10B, model NDUV20B, model NDUV30B), a Thorlab hot mirror (infrared cut filter) (model M254H00), and a Thorlab bandpass filter (model).
  • a Thorlab ND filter model NDUV10B, model NDUV20B, model NDUV30B
  • a Thorlab hot mirror infrared cut filter
  • M254H00 infrared cut filter
  • a Thorlab bandpass filter model.
  • One or more of FL532-1 can be used.
  • FIG. 3 an example in which two radiant heat blocking filters 44 are provided is shown, but the present invention is not limited to this, and if one or more radiant heat blocking filters 44 are provided, the temperature of the camera unit 26 due to the radiant heat of molten iron It is possible to suppress the ascent and prevent the camera unit 26 from being damaged.
  • a radiant heat blocking filter that blocks radiant heat having a wavelength different from the wavelength used for converting into temperature
  • the image sensor 40, the lens 42, the two radiant heat blocking filters 44, and the battery 48 are installed in the housing 38, and the camera unit 26 is attached to the lance chip main body by fixing the housing 38 to the housing portion 32. Will be done.
  • the image sensor 40, the lens 42, and the two radiant heat blocking filters 44 may be mounted directly in the accommodating portion 32, and therefore the camera unit 26 does not have to have a housing. However, since it is better to fix the image sensor 40 or the like in the housing 38 in advance and fix the housing to the housing portion 32 in order to replace the camera unit 26, the camera unit 26 should have the housing 38. Is preferable.
  • the battery 48 is a device that supplies electric power to drive the image sensor 40. If the camera unit 26 and the external power supply are connected, the camera unit 26 does not have to have the battery 48.
  • the cooling water channel 36 is arranged around the accommodating portion 32 to cool the lens 42, and the radiant heat blocking filter 44 is located on the side of the lens 42 facing the molten iron 102. Is provided to suppress the temperature rise of the image sensor 40 and the lens 42.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation result simulating the temperature change of the image sensor 40 and the lens 42 when the sublance 14 is inserted into the converter 100.
  • STAR-CCM + manufactured by SIEMENS
  • the cooling water temperature, cooling water amount, heat transfer rate on the outer surface of the lance chip, heat transfer rate on the inner surface of the lance chip, temperature on the outer surface of the lance, and inner surface of the lance are shown in Table 1 below.
  • Table 1 the temperature change of the portion where the image sensor 40 and the lens 42 are housed was simulated. The simulation does not consider the cooling effect of nitrogen gas.
  • the heat flux from the outer surface of the lance in the furnace was set to 800 kW / m 2 .
  • This value is a value set on the assumption that the amount of heat input to the cooling water is calculated based on the values of the inlet side temperature and the outlet side temperature of the cooling water, and this is balanced with the amount of heat input from the outer surface of the lance in the furnace. ..
  • the average temperature of the first radiant heat blocking filter 44 (A) was 84 ° C, and the maximum temperature was 94 ° C.
  • the average temperature of the second radiant heat blocking filter 44 (B) was 62 ° C, and the maximum temperature was 66 ° C.
  • the average temperature of the portion where the image sensor 40 and the lens 42 are housed was 32 ° C, and the maximum temperature was 61 ° C. Since the guaranteed operating temperature of the camera unit 26 used in the first embodiment is 100 ° C. or lower, if at least one radiant heat blocking filter 44 is provided, the temperature of the image sensor 40 and the lens 42 in the camera unit 26 can be set to 100. It was confirmed that the temperature could be maintained below °C.
  • FIG. 5 is a graph showing the temperature change of molten iron in smelting for the purpose of decarburization.
  • the vertical axis represents the molten iron temperature (° C.) and the horizontal axis represents the carbon concentration (mass%). Since oxygen is supplied from the top blown lance 104 and the carbon concentration of the molten iron 102 decreases, the carbon concentration changes from right to left on the horizontal axis as the blowing progresses. On the other hand, the temperature of the molten iron 102 rises as the blowing progresses.
  • the temperature of the molten iron 102 is measured by intermittently inserting a sublance, and the timing at which the end point temperature of the molten iron 102 becomes the target temperature is predicted from the measured value. ..
  • the timing is only predicted, the end point temperature may not reach the target temperature for some reason.
  • the molten iron 102 in the latter half of the blowing process can be blown while continuously measuring the temperature, so that the end point temperature and the target temperature can be set. There is no deviation.
  • the temperature of the molten iron 102 is measured in the latter half of the smelting step, but the molten iron 102 in all the smelting steps is continuously measured by using the temperature measuring facility 10 in the converter according to the first embodiment.
  • the temperature may be measured.
  • the temperature measuring equipment 10 in the converter As described above, by using the temperature measuring equipment 10 in the converter according to the first embodiment, it is possible to continuously measure the temperature of the molten iron while observing the molten iron 102 in the converter 100. As a result, the accuracy of hitting the end point temperature in the smelting process is improved, and as a result, the smelting time can be shortened and the amount of auxiliary raw materials used can be reduced. Since the consumable probe used for the conventional sublance is not used, the running cost for temperature measurement can be reduced.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the molten iron 102 in the converter 100 is continuously measured by using the temperature measuring equipment 50 in the converter according to the second embodiment.
  • the temperature measuring equipment 50 in the converter according to the second embodiment switches between oxygen gas and nitrogen gas, the top blowing lance 52 provided with the lance tip 12 at the tip, the nitrogen gas supply device 20, and the nitrogen gas supply device 20 shown in FIG. It has a switching device 54, a repeater 22, and an arithmetic device 24 that converts image data into temperature data.
  • the lance tip 12 has a camera unit 26.
  • the same reference number is given to the configuration common to the temperature measuring equipment 10 in the converter shown in FIG. 1, and duplicate description is omitted.
  • the top blown lance 52 has a triple pipe structure.
  • the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply device 20 or the oxygen gas supplied from the oxygen gas supply device 112 which is a converter facility is blown to the molten iron 102 through the central pipe.
  • the cooling water is supplied from the cooling water supply device 110, which is a converter facility, and circulates through two outer pipes.
  • reference numeral 56 is a nitrogen gas flow or an oxygen gas flow.
  • oxygen gas is supplied to the molten iron 102 from the top blowing lance 52. As a result, decarburization of carbon contained in the molten iron 102 proceeds, and the concentration of carbon contained in the molten iron 102 decreases.
  • the gas conveyed by the switching device 54 is switched from oxygen gas to nitrogen gas, and while the nitrogen gas is blown onto the molten iron 102, the converter 100 is provided by the camera unit 26 provided at the tip. The molten iron 102 inside is photographed. In this way, the temperature measuring equipment 50 in the converter is used to continuously measure the temperature of the molten iron 102 in the converter 100.
  • the nitrogen gas supply device 20 may be an argon supply device that supplies, for example, argon as an inert gas.
  • the lance tip 12 shown in FIG. 2 can be used.
  • a lance tip having a plurality of wide peripheral holes 34 in order to increase the area where oxygen gas comes into contact with the molten iron surface, and it is preferable to use 4 to 8 peripheral holes.
  • the peripheral hole 34 faces slightly outward from the axial center of the lance tip main body 30.
  • the temperature measuring equipment 50 in the converter according to the second embodiment it is possible to continuously measure the temperature of the molten iron 102 while observing the molten iron 102 in the converter 100.
  • the accuracy of hitting the end point temperature in the smelting process is improved, and as a result, the smelting time can be shortened and the amount of auxiliary raw materials used can be reduced. Since the consumable probe used for the conventional sublance is not used, the running cost for temperature measurement can be reduced.
  • the stainless molten steel to be measured is 130 tons of hot metal that has been pretreated and heated to about 1500 ° C. by bottom-blown oxygen.
  • the upper blowing lance 52 having a triple tube structure is installed so that the position of the camera unit 26 is 4.6 m from the slag surface.
  • the switching device 54 switched between nitrogen gas and oxygen gas supplied from the top-blown lance 52.
  • oxygen gas is blown from the central pipe of the top blown lance 52, and when measuring the temperature of stainless molten steel, nitrogen gas (flow rate 300 Nm 3 / min) is blown and provided at the tip.
  • the molten iron 102 in the converter 100 was photographed by the camera unit 26.
  • a camera equipped with a CMOS sensor was used as the camera unit 26.
  • the guaranteed operating temperature of the camera used is 55 ° C.
  • the maximum value of the brightness within the sampling time of the image data generated by the camera unit 26 is used as the brightness data, and the brightness data is converted into the temperature data by using the correspondence between the brightness and the temperature measured in advance in the blackbody furnace.
  • the liquid level temperature of the molten stainless steel was continuously measured.
  • a conventional batch temperature measurement using a sublance was also performed.
  • a temperature sensor was provided in the housing 38 of the camera unit 26, and the atmospheric temperature in the housing 38 during standby on the furnace and the atmospheric temperature in the housing 38 during insertion into the furnace were also measured.
  • FIG. 7 is a graph showing the temperature measurement result of the stainless molten steel by the temperature measurement equipment 50 in the converter.
  • the horizontal axis is the elapsed time (min), and the vertical axis is the stainless molten steel temperature (° C.).
  • the black circles shown in FIG. 7 indicate the temperature data measured by the batch temperature measurement, and the numerical values indicate the temperature.
  • the temperature measured by the batch temperature measurement and the temperature measured by the temperature measuring facility 50 in the converter coincided with each other. From this result, it was confirmed that the temperature of the liquid level of the molten stainless steel heated to about 1500 ° C. by bottom-blown oxygen can be continuously measured by using the temperature measuring equipment 50 in the converter.
  • FIG. 8 is a graph showing the atmospheric temperature inside the housing.
  • the horizontal axis is the elapsed time (min: sec), and the vertical axis is the atmospheric temperature inside the housing (° C.). As shown in FIG. 8, it was confirmed that the temperature inside the housing 38 was maintained at about room temperature from the standby on the furnace to the insertion into the furnace.
  • the lance tip 12 was removed from the top blowing lance 52, and when the camera unit 26 provided in the accommodating portion 32 was checked, it was confirmed that the camera unit 26 operated normally. From this result, in the converter temperature measuring facility 50 according to the present embodiment, even if the temperature of the molten stainless steel at 1500 ° C. is measured, the image sensor 40 and the lens 42 can be kept at about room temperature, and the camera is heated by heating the molten stainless steel. It was confirmed that the unit 26 could be prevented from being damaged.

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Abstract

転炉内の溶鉄温度を連続的に測定できる転炉内測温装置に用いられるランスチップを提供する。　転炉内に挿入されるランスのランスチップであって、ランスチップは、円筒状のランスチップ本体と、カメラユニットとを有し、ランスチップ本体には、収容部と、前記転炉内の溶鉄に吹き付けられるガスが通過する周孔と、前記収容部の周囲を囲むように配された冷却水路とが設けられ、カメラユニットは、前記溶鉄を撮影して画像データを生成するイメージセンサと、レンズと、輻射熱遮断フィルターとを有し、カメラユニットは前記収容部に設けられる。

Description

ランスチップ、転炉内測温設備および転炉内測温方法
　本発明は、転炉内で吹錬されている溶鉄の測温に用いられるランスチップ、転炉内測温設備およびこれらを用いた転炉内測温方法に関する。
　転炉製鋼における吹錬プロセス等では上吹きランスを使用し、溶鉄に対して酸素ガスを吹き付けることにより溶鉄中の燐や炭素等を酸化（燃焼）させて溶鉄の成分を調整するとともに、溶鉄の温度を次工程処理に最適な温度となるように調整している。吹錬中の溶鉄温度の計測は、溶鉄の温度調整に対してだけでなく溶鉄の成分調整という観点においても重要である。
　溶鉄温度の計測技術として、特許文献１には、ＣＣＤカメラを設置した炉内観察用プローブをサブランス先端に設け、サブランスを炉内に挿入して転炉内の温度を測定する技術が開示されている。特許文献２には、メインランスの先端部とは反対の端部にＣＣＤカメラを設け、ランス外部上方からガス噴射を行う穴を通じて溶鉄を撮影し、これにより、溶鉄の温度を計測する技術が開示されている。特許文献３には、転炉底部に設けられた羽口からＣＣＤカメラを用いて溶鉄の輝度を測定し、これにより溶鉄の温度を計測する技術が開示されている。さらに、特許文献４には、メインランスの噴射ノズル口近傍に、酸素ジェットの噴射を阻害しない程度に小さい単芯光ファイバーを設置し、単芯光ファイバーに接続する単色温度計により温度計測を行う技術が開示されている。
特開平１０－８８２２１号公報 特開２００６－１２６０６２号公報 特開２００７－３２２３８２号公報 特開昭６２－２２６０２５号公報
　しかしながら、終点温度の的中精度を高めるには、吹錬工程の後半に少なくとも数分間の温度変化を連続的に把握する必要がある。特許文献１に開示されたサブランスは間欠的に炉内状態を計測する装置であるので、温度変化を連続的に把握できず、終点温度の的中精度を高めることが困難であるという課題があった。さらに、測定のタイミングごとにプローブが消耗するので、プローブの交換を頻繁に行う必要があり、ランニングコストが高くなるという課題もあった。
　特許文献２に開示された装置では、測定対象から１０ｍ以上離れた位置にカメラが設置されているので、視野が狭くなって転炉内の溶鉄表面のどの位置を観察しているのかが分かりにくいという課題があった。特許文献３に開示された測定方法では、転炉下方に配置される高温の取鍋や転炉自体の熱によりＣＣＤカメラが加熱され、これら機器が損傷するという課題があった。
　特許文献４に開示された装置から得られるのは温度に関するデータのみであり、測温位置を直接観察できない。このため、測定された温度が溶鉄の温度ではなくスラグの温度である可能性もあり、溶鉄の温度を精度よく測定できないという課題があった。
　本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、転炉内の溶鉄温度を連続的に測定できる転炉内測温設備、転炉内測温装置に用いられるランスチップおよびこれらを用いた転炉内測温方法を提供することである。
　上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）転炉内に挿入されるランスのランスチップであって、前記ランスチップは、円筒状のランスチップ本体と、カメラユニットとを有し、前記ランスチップ本体には、収容部と、前記転炉内の溶鉄に吹き付けられるガスが通過する周孔と、前記収容部の周囲を囲むように配された冷却水路とが設けられ、前記カメラユニットは、前記溶鉄を撮影して画像データを生成するイメージセンサと、レンズと、輻射熱遮断フィルターとを有し、前記カメラユニットは前記収容部に設けられる、ランスチップ。
（２）転炉内の溶鉄を測温する転炉内測温設備であって、（１）に記載のランスチップが先端に設けられたサブランスと、不活性ガス供給装置と、前記画像データを温度データに変換する演算装置と、を有する、転炉内測温設備。
（３）転炉内の溶鉄を測温する転炉内測温設備であって、（１）に記載のランスチップが先端に設けられた上吹きランスと、不活性ガス供給装置と、酸素ガスおよび不活性ガスを切り替える切り替え装置と、前記画像データを温度データに変換する演算装置と、を有する、転炉内測温設備。
（４）前記演算装置は、画像データから作成した分光放射輝度データを温度データに変換する、（２）または（３）に記載の転炉内測温設備。
（５）前記転炉内測温設備は、さらに前記イメージセンサにより生成された画像データを表示する表示装置を有する、（２）から（４）の何れか１つに記載の転炉内測温設備。
（６）（２）から（５）の何れか１つに記載の転炉内測温設備を用いた転炉内測温方法であって、前記溶鉄に不活性ガスを吹き付けながら前記カメラユニットで前記溶鉄を撮影し、生成された画像データを温度データに変換する、転炉内測温方法。
　本発明に係るランスチップを有する転炉内測温設備を用いることで、転炉内の溶鉄を観察しながら連続的に溶鉄を測温できる。この結果、吹錬工程における終点温度の的中精度が向上し、これにより、吹錬時間の短縮や副原料の使用量の削減が実現できる。
図１は、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いて、転炉１００内の溶鉄１０２を連続測温する状態を示した断面模式図である。 図２は、ランスチップ１２の（ａ）断面図と（ｂ）正面図である。 図３は、カメラユニット２６の構成を示す斜視図である。 図４は、サブランス１４が転炉１００に挿入された場合のイメージセンサ４０およびレンズ４２の温度変化をシミュレートしたシミュレーション結果を示す図である。 図５は、脱炭を目的とした吹錬における溶鉄の温度変化を示すグラフである。 図６は、第２の実施形態に係る転炉内測温設備５０を用いて、転炉１００内の溶鉄１０２を連続測温する状態を示した断面模式図である。 図７は、転炉内測温設備５０によるステンレス溶鋼の測温結果を示すグラフである。 図８は、ハウジング内の雰囲気温度を示すグラフである。
　図１は、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いて、転炉１００内の溶鉄１０２を連続測温する状態を示した断面模式図である。本実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いた溶鉄１０２の測温は、脱珪、脱燐および脱炭等を目的とした吹錬工程に適用できる。以下の実施形態は、溶鉄の脱炭を目的とした吹錬工程に適用したとして第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を説明する。
　転炉１００に収容された溶鉄１０２に上吹きランス１０４から酸素が供給されるとともに、底吹き羽口１０６から窒素等の底吹きガスが吹き込まれて撹拌される。これにより、溶鉄１０２に含まれる炭素の脱炭が進行し、溶鉄１０２に含まれる炭素濃度が低下する。脱炭吹錬では、目標とする溶鉄１０２の終点成分濃度および終点温度に対し、スタティック制御とダイナミック制御とを実施し、吹錬後の溶鉄１０２の終点成分濃度および終点温度を目標値に的中させている。ここで、スタティック制御は、吹錬開始前の操業条件から溶鉄１０２に吹き込む酸素量等を算出する制御である。ダイナミック制御とは、吹錬工程の後半に測定される溶鉄１０２の成分濃度および測温値に基づいて、溶鉄１０２に吹き込む酸素量等を調整する制御である。
　第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０は、ダイナミック制御に用いられる吹錬工程の後半における溶鉄１０２の測温に使用される。第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０は、ランスチップ１２が先端に設けられたサブランス１４と、窒素ガス供給装置２０と、中継器２２と、画像データを温度データに変換する演算装置２４とを有する。ランスチップ１２はカメラユニット２６を有する。
　サブランス１４は、上吹きランス１０４とは別に、転炉内に挿入される計測用プローブであって、内部に熱電対などの計測用機器を備えるランスを意味する。サブランス１４には、内部に設けられた計測機器の保護のために必要に応じてガス流路や冷却水路が設けられていてもよい。本実施形態において、サブランス１４は三重管構造となっている。窒素ガスは、窒素ガス供給装置２０から供給され、中心管を通って溶鉄１０２に吹き付けられる。冷却水は、転炉設備である冷却水供給装置１１０から供給され、二つの外管を通って循環する。図１において、符号１６は窒素ガス流れを示し、符号１８は冷却水流れを示す。サブランス１４は、転炉１００内に挿入された状態で、窒素ガスを溶鉄１０２に吹き付けながら先端に設けられているカメラユニット２６で転炉１００内の溶鉄１０２を撮影する。このように、サブランス１４から溶鉄１０２に窒素ガスを吹き付けることで、カメラユニット２６の撮影経路からダスト等を除去できるので、ダスト等に遮られることなく溶鉄１０２を撮影できる。窒素ガスは不活性ガスの一例であり、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いてもよい。
　カメラユニット２６は、溶鉄１０２を連続的に撮影し、連続的に画像データを生成する。カメラユニット２６は溶鉄１０２の動画を撮影してもよい。カメラユニット２６によって生成された画像データは、中継器２２を通じて演算装置２４に伝送される。カメラユニット２６から中継器２２への画像データの伝送、および、当該中継器２２から演算装置２４への画像データの伝送は、有線による伝送であっても無線による伝送であってもよい。
　演算装置２４は、例えば、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータである。
演算装置２４は、カメラユニット２６から伝送される画像データを温度データに変換する。画像データを温度データに変換する方法としては、画像データから輝度データを取得して、輝度データから温度データに変換する方法と、画像データから分光放射輝度データを取得して、分光放射輝度データから温度データに変換する方法とがある。
　輝度データを温度データに変換する場合に、演算装置２４は、取得した画像データから、例えば、所定のサンプリング時間内の輝度の積分値や、輝度の最大値を輝度データとして取得する。演算装置２４は、予め黒体炉で測定された輝度データと温度との対応関係を用いて、取得した輝度データを温度データに変換する。
　一方、分光放射輝度データを温度データに変換する方法としては、二色放射温度計（二色温度計、レシオ温度計とも呼ばれる。）による計測原理が適用できる。二色放射温度計では、異なる２つの波長における放射輝度を測定し、これらの比を算出して、予め測定された黒体の放射輝度の比と比較することで物体の温度に変換する。この方法は、放射率が変動しても比較的安定した温度測定が可能である。二色放射温度計と同じ原理で分光放射輝度データを温度データに変換する場合には、演算装置２４は、画像データである赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に基づいて、例えばＲとＧの分光放射輝度データを取得し、当該放射輝度データから放射輝度の比を算出する。演算装置２４は、予め黒体輻射炉等で調べられた分光放射輝度データの強度比と温度との対応関係を用いて、分光放射輝度データを温度データに変換する。
　赤外線カメラによる画像データを用いる場合には、演算装置２４は、赤外線の波長に対応した輝度データを作成する。演算装置２４は、予め黒体輻射炉等で調べられた輝度データの強度と温度との対応関係を用いて、輝度データを温度データに変換する。画像データから求める輝度データとしては、予めその波長成分の強度と温度との関係が分かっていれば、赤外線の波長域における任意の波長成分のデータを用いることができる。
　カメラユニット２６として、赤外線サーモグラフィカメラのように画像データの取得から温度データへの変換までの機能を含む装置を用いる場合には、演算装置２４は、画像データを温度データに変換する機能を有しなくてもよい。演算装置２４は、当該温度データを、例えば、ディスプレイ等の表示装置２８に表示する。このようにして、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いて連続的に溶鉄１０２の液面温度を測温する。演算装置２４は、当該温度データとともに伝送された画像データを表示装置２８に表示してもよい。このように、画像データを表示装置２８に表示することで、転炉内の溶鉄を観察しながら測温できるので、温度データが溶鉄１０２の温度なのか溶鉄１０２の浴面に形成したスラグ１１４の温度なのかを判断できる。そして、溶鉄１０２の温度であると判断された温度データを選択的に用いることで、スラグ１１４の温度を測定してしまうことを回避でき、これにより、溶鉄１０２の測温精度が向上する。画像データを無線通信により他の表示装置に伝送する場合には、転炉内測温設備１０は表示装置２８を有さなくてもよい。
　図２は、ランスチップ１２の（ａ）断面図と（ｂ）正面図である。図２に示した（ａ）断面図は、（ｂ）正面図におけるＡ－Ａ断面図である。ランスチップ１２は、サブランス１４と同径の円筒形状であって、サブランス１４の先端に取り付けられる。ランスチップ１２は、ランスチップ本体３０と、カメラユニット２６とを有する。ランスチップ本体３０は、例えば、直径３００～６００ｍｍ（図２に示した例では４００ｍｍ）の円筒形状であって、収容部３２と、周孔３４と、冷却水路３６とが設けられている。
　収容部３２は、ランスチップ本体３０の軸中心に設けられる直径３５～７０ｍｍ（図２に示した例では５７ｍｍ）の貫通孔である。収容部３２には、カメラユニット２６が設置される。収容部３２は、サブランス１４側に貫通していない凹部であってもよいが、収容部３２がサブランス１４側に貫通していれば、窒素ガスによりカメラユニット２６が冷却され、カメラユニット２６の温度上昇が抑制されるのでより好ましい。
　周孔３４は、溶鉄１０２に吹き付けられる窒素ガスが通過する孔である。周孔３４は、サブランス１４の中心管と接続される。図２（ｂ）に示すように、ランスチップ本体３０の端面には、６つの周孔３４が環状に並んで設けられている。図２では６つの周孔３４が設けられる例を示したが、これに限らず、少なくとも１つの周孔が設けられていればよい。但し、周孔３４の数は４個以上８個以下が好ましく、周孔３４の数を４個以上８個以下にすることで、カメラユニット２６の周囲を均一に冷却できる。撮影経路からダストやスラグ１１４を除くために、撮影経路を向いた周孔を設けてもよい。
　冷却水路３６は、冷却水供給装置１１０から供給される冷却水が通過する管である。冷却水路３６は、収容部３２の周囲を囲むように設けられている。冷却水路３６は、サブランス１４の外側の二つの外管と接続され、冷却水は冷却水路３６内を循環する。４０℃以下の冷却水が冷却水路３６に流れることで収容部３２に設置されたカメラユニット２６が冷却される。これにより、カメラユニット２６が高温の転炉内に挿入されたとしても、カメラユニット２６の温度をカメラユニット２６の動作保証温度以下に維持できる。カメラユニット２６は、動作保証温度が、例えば８５℃のカメラユニットを用いることができる。ＩＭＰＥＲＸ社製のＣＨＥＥＴＡＨシリーズの製品などがこれに該当する。２００℃の温度にも耐えるインテグレイト・システムズ社製の耐熱カメラを用いてもよい。動作保証温度が６０℃程度の市販のカメラを用いた場合であっても、数か月程度の短期間の使用であれば、８５～１００℃の雰囲気温度にも耐えられる場合がある。図２に示した例においては、収容部３２をランスチップ本体３０の軸中心に設けた例を示したが、これに限らない。収容部３２は、冷却水路３６に囲まれる範囲に設けられていればよい。
　図３は、カメラユニット２６の構成を示す斜視図である。図３（ａ）はカメラユニット２６の斜視図であり、図３（ｂ）はカメラユニット２６の各構成を示した斜視図である。カメラユニット２６は、ハウジング３８と、イメージセンサ４０と、レンズ４２と、２枚の輻射熱遮断フィルター４４と、固定リング４６と、バッテリー４８を有する。ハウジング３８は、熱伝導率の高い金属、例えばＣｕ製であって、一端面側に撮影用の孔が設けられた中空円筒状の容器である。ハウジング３８の外径は収容部３２の内径と同じである。図２に示した例では、収容部３２の内径は５７ｍｍである。
　イメージセンサ４０は、溶鉄１０２を撮影し画像データを生成するセンサである。イメージセンサ４０は、ＣＣＤセンサと、当該ＣＣＤセンサによって生成されたデータを処理して画像データとするデータ処理回路とを含む。レンズ４２の溶鉄１０２に面する側には、２枚の輻射熱遮断フィルター４４が固定リング４６に固定されている。輻射熱遮断フィルター４４を設けることで、溶鉄からの輻射熱によるレンズ４２およびイメージセンサ４０の温度上昇が抑制され、これにより、レンズ４２およびイメージセンサ４０の破損が防止される。レンズ４２に２枚の輻射熱遮断フィルター４４を他の手段で固定できれば、固定リング４６は設けなくてもよい。イメージセンサ４０として、ＣＣＤセンサを有する例を示したがこれに限らず、ＣＣＤセンサに代えてＣＭＯＳセンサを用いてもよい。
　輻射熱遮断フィルター４４としては、Ｔｈｏｒｌａｂ社製のＮＤフィルター（型式ＮＤＵＶ１０Ｂ、型式ＮＤＵＶ２０Ｂ、型式ＮＤＵＶ３０Ｂ）、Ｔｈｏｒｌａｂ社製のホットミラー（赤外カットフィルター）（型式Ｍ２５４Ｈ００）およびＴｈｏｒｌａｂ社製のバンドパスフィルター（型式ＦＬ５３２－１）の１種以上を用いることができる。図３に示した例では輻射熱遮断フィルター４４を２枚設けた例を示したが、これに限らず、輻射熱遮断フィルター４４が１枚以上設けられていれば、溶鉄の輻射熱によるカメラユニット２６の温度上昇を抑制し、カメラユニット２６の破損を防止できる。演算装置２４において分光放射輝度データを用いる場合には、温度データに変換するために使用する波長とは異なる波長の輻射熱を遮断する輻射熱遮断フィルターを用いることが好ましい。
　イメージセンサ４０と、レンズ４２と、２枚の輻射熱遮断フィルター４４およびバッテリー４８は、ハウジング３８内に設置され、当該ハウジング３８が収容部３２に固定されることでカメラユニット２６がランスチップ本体に装着される。イメージセンサ４０と、レンズ４２と、２枚の輻射熱遮断フィルター４４は、収容部３２内に直に装着されてよく、したがって、カメラユニット２６はハウジングを有さなくてもよい。但し、イメージセンサ４０等を予めハウジング３８内に固定し、当該ハウジングを収容部３２に固定する方がカメラユニット２６を交換する際の作業性がよいので、カメラユニット２６は、ハウジング３８を有することが好ましい。バッテリー４８は、イメージセンサ４０を駆動する電力を供給する装置である。カメラユニット２６と外部電源とが接続されていれば、カメラユニット２６はバッテリー４８を有さなくてもよい。
　吹錬中の転炉内は高温になっているので、サブランス１４を挿入して溶鉄１０２を撮影しているとカメラユニット２６が高温になり、レンズ４２やイメージセンサ４０が破損することが懸念される。このため、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０では、収容部３２の周囲に冷却水路３６を配して冷却するとともに、レンズ４２の溶鉄１０２に面する側に輻射熱遮断フィルター４４を設けてイメージセンサ４０およびレンズ４２の昇温を抑制している。
　図４は、サブランス１４が転炉１００内に挿入された場合のイメージセンサ４０およびレンズ４２の温度変化をシミュレートしたシミュレーション結果を示す図である。当該シミュレーションでは、ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋（ＳＩＥＭＥＮＳ社製）を使用し、下記表１に示す冷却水温度、冷却水量、ランスチップ外面の熱伝達率、ランスチップ内面の熱伝達率、ランス外面温度、ランス内面温度、輻射熱遮断フィルターの熱伝導率を用いてイメージセンサ４０およびレンズ４２が収容される部分の温度変化をシミュレートした。当該シミュレーションでは、窒素ガスによる冷却効果は考慮していない。境界条件として炉内におけるランス外面からの熱流束を８００ｋＷ／ｍ２とした。この値は、冷却水の入側温度と出側温度の値に基づいて冷却水への入熱量を算出し、これが炉内のランス外面からの入熱量と釣り合うと仮定して設定した値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　図４に示すように、１枚目の輻射熱遮断フィルター４４（Ａ）の平均温度が８４℃、最高温度が９４℃となった。２枚目の輻射熱遮断フィルター４４（Ｂ）の平均温度が６２℃、最高温度が６６℃となった。イメージセンサ４０およびレンズ４２が収容される部分の平均温度は３２℃、最高温度は６１℃となった。第１の実施形態で用いるカメラユニット２６の動作保証温度が１００℃以下であることから、輻射熱遮断フィルター４４を少なくとも１枚設けていれば、カメラユニット２６におけるイメージセンサ４０およびレンズ４２の温度を１００℃未満に維持できることが確認された。
　図５は、脱炭を目的とした吹錬における溶鉄の温度変化を示すグラフである。図５において、縦軸は溶鉄温度（℃）であり、横軸は炭素濃度（質量％）である。上吹きランス１０４から酸素を供給するとともに、溶鉄１０２の炭素濃度は低下するので、吹錬進行とともに炭素濃度は横軸を右から左に変化する。一方、溶鉄１０２の温度は、吹錬進行とともに上昇する。
　従来の吹錬のダイナミック制御では、吹錬工程の後半において、間欠的にサブランスを差し込んで溶鉄１０２を測温し、当該測定値から溶鉄１０２の終点温度が目標温度となるタイミングを予測していた。しかしながら、そのタイミングはあくまで予測されたものであることから、何らかの原因により終点温度が目標温度にならない場合がある。これに対し、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いることで、吹錬工程の後半における溶鉄１０２を連続測温しながら吹錬ができるので、終点温度と目標温度とがずれることがない。
　上記例では、吹錬工程の後半において溶鉄１０２を測温する例を示したが、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いて、全ての吹錬工程における溶鉄１０２を連続測温してもよい。このように、吹錬中の溶鉄１０２を連続測温することで、吹錬中に異常な温度上昇などの吹錬工程における不測の事態が発生した場合にも、当該不測の事態を迅速に検出でき、これにより当該事態に対する素早い対応が可能になる。このように、不測の事態に対して素早く対応することで、不測の事態が及ぼす被害の拡大を抑制できる。
　以上説明したように、第１の実施形態に係る転炉内測温設備１０を用いることで、転炉１００内の溶鉄１０２を観察しながら、当該溶鉄の連続測温が可能になる。これにより、吹錬工程における終点温度の的中精度が向上し、この結果、吹錬時間の短縮や副原料の使用量の削減が実現できる。従来のサブランスに用いられていた消耗型のプローブを使用しないので、測温のためのランニングコストの削減も実現できる。
　次に、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る転炉内測温設備５０を用いて、転炉１００内の溶鉄１０２を連続測温する状態を示した断面模式図である。第２の実施形態に係る転炉内測温設備５０は、図２に示したランスチップ１２が先端に設けられた上吹きランス５２と、窒素ガス供給装置２０と、酸素ガスおよび窒素ガスを切り替える切り替え装置５４と、中継器２２と、画像データを温度データに変換する演算装置２４とを有する。ランスチップ１２はカメラユニット２６を有する。図６に示した転炉内測温設備５０において、図１に示した転炉内測温設備１０と共通する構成には同じ参照番号を付し、重複する説明を省略する。
　上吹きランス５２は三重管構造となっている。窒素ガス供給装置２０から供給される窒素ガス、または、転炉設備である酸素ガス供給装置１１２から供給される酸素ガスは、中心管を通って溶鉄１０２に吹き付けられる。冷却水は、転炉設備である冷却水供給装置１１０から供給され、二つの外管を通って循環する。図６において、符号５６は、窒素ガス流れ、または、酸素ガス流れである。脱炭吹錬する場合には、上吹きランス５２から酸素ガスが溶鉄１０２に供給される。これにより、溶鉄１０２に含まれる炭素の脱炭が進行し、溶鉄１０２に含まれる炭素濃度が低下する。
　一方、溶鉄１０２を測温する場合には、切り替え装置５４によって搬送されるガスを酸素ガスから窒素ガスに切り替え、窒素ガスを溶鉄１０２に吹き付けながら先端に設けられているカメラユニット２６で転炉１００内の溶鉄１０２を撮影する。このようにして、転炉内測温設備５０を用いて、転炉１００内の溶鉄１０２を連続測温する。窒素ガス供給装置２０は、不活性ガスとして例えばアルゴンを供給するアルゴン供給装置であってもよい。
　上吹きランス５２の先端に設けられるランスチップは、図２に示したランスチップ１２を用いることができる。但し、上吹きランス５２に用いられる場合には、酸素ガスが溶鉄面に接触する面積を大きくするために、広い周孔３４を複数有するランスチップを用いることが好ましく、４～８個の周孔３４を有するランスチップを用いることがより好ましい。周孔３４はランスチップ本体３０の軸中心よりもやや外側に向いていることが好ましい。これにより、周孔３４からの酸素ガスのガス流れが相互に干渉することが抑制され、酸素ガスの合流による溶鉄１０２の飛散を抑制できる。
　以上説明したように、第２の実施形態に係る転炉内測温設備５０を用いることでも、転炉１００内の溶鉄１０２を観察しながら、当該溶鉄１０２の連続測温が可能になる。これにより、吹錬工程における終点温度の的中精度が向上し、この結果、吹錬時間の短縮や副原料の使用量の削減が実現できる。従来のサブランスに用いられていた消耗型のプローブを使用しないので、測温のためのランニングコストの削減も実現できる。
　次に、図６に示した転炉内測温設備５０を用いて、転炉で溶製されたステンレス溶鋼の液面温度を連続測温した実施例を説明する。測定対象としたステンレス溶鋼は、予備処理を施した１３０トンの溶銑を、底吹き酸素により約１５００℃まで昇温させたものである。
　本実施例では、カメラユニット２６の位置がスラグ面から４．６ｍになるように三重管構造の上吹きランス５２を設置した。切り替え装置５４により、上吹きランス５２から供給される窒素ガス、酸素ガスを切り替えた。ステンレス溶鋼を吹錬する場合には上吹きランス５２の中心管から酸素ガスを吹き付け、ステンレス溶鋼を測温する場合には、窒素ガス（流量３００Ｎｍ３／ｍｉｎ）を吹き付け、先端に設けられているカメラユニット２６で転炉１００内の溶鉄１０２を撮影した。カメラユニット２６としては、ＣＭＯＳセンサを搭載したカメラを用いた。使用したカメラの動作保証温度は５５℃である。
　カメラユニット２６によって生成された画像データのサンプリング時間内における輝度の最大値を輝度データとし、予め黒体炉で測定した輝度と温度との対応関係を用いて輝度データを温度データに変換し、これにより、ステンレス溶鋼の液面温度を連続的に測温した。本実施例による測温結果の精度を評価するために、サブランスを用いた従来のバッチ測温も併せて実施した。さらに、カメラユニット２６のハウジング３８内に温度センサを設け、炉上待機中におけるハウジング３８内の雰囲気温度および炉内挿入中におけるハウジング３８内の雰囲気温度も測定した。
　図７は、転炉内測温設備５０によるステンレス溶鋼の測温結果を示すグラフである。図７において、横軸は経過時間（ｍｉｎ）であり、縦軸はステンレス溶鋼温度（℃）である。図７に示した黒丸はバッチ測温により測定された温度データを示し、数値はその温度を示す。図７に示すように、バッチ測温により測温された温度と、転炉内測温設備５０により測温された温度は一致した。この結果から、転炉内測温設備５０を用いて、底吹き酸素により約１５００℃まで昇熱したステンレス溶鋼の液面の温度を連続的に測定できることが確認された。
　図８は、ハウジング内の雰囲気温度を示すグラフである。図８において、横軸は経過時間（ｍｉｎ：ｓｅｃ）であり、縦軸はハウジング内雰囲気温度（℃）である。図８に示すように、炉上待機中から炉内挿入中にかけて、ハウジング３８内の温度は常温程度に保たれることが確認された。
　転炉での吹錬プロセス終了後に、上吹きランス５２からランスチップ１２を取り外し、収容部３２に設けられたカメラユニット２６を確認した所、カメラユニット２６が正常に動作することが確認された。この結果から、本実施形態に係る転炉測温設備５０では、１５００℃のステンレス溶鋼を測温したとしても、イメージセンサ４０およびレンズ４２を常温程度に保つことができ、ステンレス溶鋼の加熱によるカメラユニット２６の破損を防止できることが確認された。
　１０　転炉内測温設備
　１２　ランスチップ
　１４　サブランス
　１６　窒素ガス流れ
　１８　冷却水流れ
　２０　窒素ガス供給装置
　２２　中継器
　２４　演算装置
　２６　カメラユニット
　２８　表示装置
　３０　ランスチップ本体
　３２　収容部
　３４　周孔
　３６　冷却水路
　３８　ハウジング
　４０　イメージセンサ
　４２　レンズ
　４４　輻射熱遮断フィルター
　４６　固定リング
　４８　バッテリー
　５０　転炉内測温設備
　５２　上吹きランス
　５４　切り替え装置
　５６　窒素ガス流れまたは酸素ガス流れ
　１００　転炉
　１０２　溶鉄
　１０４　上吹きランス
　１０６　底吹き羽口
　１１０　冷却水供給装置     
　１１２　酸素ガス供給装置
　１１４　スラグ

Claims (6)

  1. 　転炉内に挿入されるランスのランスチップであって、
    　前記ランスチップは、円筒状のランスチップ本体と、カメラユニットとを有し、
    　前記ランスチップ本体には、収容部と、前記転炉内の溶鉄に吹き付けられるガスが通過する周孔と、前記収容部の周囲を囲むように配された冷却水路とが設けられ、
    　前記カメラユニットは、前記溶鉄を撮影して画像データを生成するイメージセンサと、レンズと、輻射熱遮断フィルターとを有し、
    　前記カメラユニットは前記収容部に設けられる、ランスチップ。
  2. 　転炉内の溶鉄を測温する転炉内測温設備であって、
    　請求項１に記載のランスチップが先端に設けられたサブランスと、
    　不活性ガス供給装置と、
    　前記画像データを温度データに変換する演算装置と、
    を有する、転炉内測温設備。
  3. 　転炉内の溶鉄を測温する転炉内測温設備であって、
    　請求項１に記載のランスチップが先端に設けられた上吹きランスと、
    　不活性ガス供給装置と、
    　酸素ガスおよび不活性ガスを切り替える切り替え装置と、
    　前記画像データを温度データに変換する演算装置と、
    を有する、転炉内測温設備。
  4. 　前記演算装置は、画像データから作成した分光放射輝度データを温度データに変換する、請求項２または請求項３に記載の転炉内測温設備。
  5. 　前記転炉内測温設備は、さらに前記イメージセンサにより生成された画像データを表示する表示装置を有する、請求項２から請求項４の何れか一項に記載の転炉内測温設備。
  6. 　請求項２から請求項５の何れか一項に記載の転炉内測温設備を用いた転炉内測温方法であって、
    　前記溶鉄に不活性ガスを吹き付けながら前記カメラユニットで前記溶鉄を撮影し、生成された画像データを温度データに変換する、転炉内測温方法。
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