(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金容器（１）内の導電性対象物質（Ｍ）を探るための方法において、
前記導電性対象物質（Ｍ）とセンサ（４）との間の相対移動の間、前記対象物質（Ｍ）内に完全に挿入される前記センサ（４）から、前記センサ（４）付近の導電性を示す第１および第２の測定信号を取得するステップと、
前記第１および第２の測定信号に基づいて、前記相対的移動に応じた前記導電性を示す第１および第２の信号プロファイルを生成するステップと
を含み、
前記センサ（４）の周りに電磁場を発生させるために前記センサ（４）内の少なくとも１つのコイル（８２、９２）を動作させるステップと、前記電磁場の瞬間的変化を表すための前記第１および第２の測定信号を生成するステップとをさらに含み、
前記電磁場を発生させるために前記センサ（４）内の少なくとも１つのコイル（８２、９２）を動作させるステップが、前記センサ（４）内の伝達コイル（８２、９２）および前記伝達コイル（８２、９２）のための交流源信号の供給源（８１、９１）を含む、駆動回路（８０、９０）を動作させることを含み、
前記第１および第２の測定信号を生成するステップが、前記駆動回路（８０、９０）内のインピーダンスを感知することと、前記伝達コイル（８２、９２）と前記伝達コイル（８２、９２）から離された受信コイル（９３）との間の相互インダクタンスを感知することを含み、
前記第１および第２の信号プロファイルを生成するステップが、前記駆動回路（８０、９０）内の前記インピーダンスを表す前記第１の測定信号に基づいて第１の信号プロファイルを、前記相互インダクタンスを表す前記第２の測定信号に基づいて第２の信号プロファイルをそれぞれ生成することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記駆動回路（８０、９０）内の前記インピーダンスを感知する前記ステップが、前記伝達コイル（８２、９２）と直列に接続される抵抗手段（８３）にわたる電位差を感知すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記駆動回路（８０、９０）内の前記インピーダンスを感知する前記ステップが、前記伝達コイル（８２、９２）を含む共振回路の共振周波数を感知すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、
前記相互インダクタンスを感知する前記ステップが、前記受信コイル（９３）にわたる電位差を感知すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、
前記相互インダクタンスを感知する前記ステップが、前記受信コイル（９３）を含む共振回路の共振周波数を感知すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、
前記第１の信号プロファイルと前記第２の信号プロファイルとの組合せに基づき、前記対象物質（Ｍ）の１つまたは複数の特性を明らかにすること
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、
前記第１および第２の測定信号を生成する前記ステップが、前記伝達コイル（８２、９２）にわたる電圧と前記伝達コイル（８２、９２）を通る誘導電流との間の位相差を感知すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、
前記相対的移動が、前記センサ（４）を前記対象物質（Ｍ）内で少なくとも１つの方向に移動経路上で動かすことによって行われる
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記センサ（４）が、少なくとも２回の移動において前記移動経路に沿って動かされ、前記第１および第２の測定信号が、前記移動経路の異なる移動中に得られる測定値を組み合わせることによって取得される
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８または９の何れか１項に記載の方法において、
前記センサ（４）が前記移動経路上で移動される間、前記センサ（４）の位置を示す位置信号を取得するステップをさらに含み、前記センサ（４）の前記位置に応じた前記導電性を示すように、前記第１および第２の測定信号および前記位置信号に基づいて前記第１および第２の信号プロファイルを生成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記信号プロファイルを生成する前記ステップが、前記第１および第２の測定信号内の時点を、前記位置信号内の時点と突き合わせるステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、
前記相対的移動は、前記センサ（４）を前記冶金容器（１）内の固定位置に保ちながら、前記冶金容器（１）から前記対象物質（Ｍ）を湯出しすることによって行われる
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法において、
前記対象物質（Ｍ）の１つまたは複数の特性を明らかにするために、前記第１および第２の信号プロファイルに対して自動の特徴抽出を実行するステップ
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
プロセッサによって実行されるとき、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の前記方法を実行するプログラム命令を含むことを特徴とする、コンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の前記方法を実行するための、コンピューティングデバイス（１４）のメモリ内にロード可能なことを特徴とする、コンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
冶金容器（１）内の導電性対象物質（Ｍ）を探るための装置であって、
前記導電性対象物質（Ｍ）とセンサ（４）との間の相対移動の間、前記対象物質（Ｍ）内に完全に挿入される前記センサ（４）から第１および第２の測定信号を取得するための手段（１３）であって、前記第１および第２の測定信号は前記センサ（４）付近の導電性を示す、手段（１３）と、
前記第１および第２の測定信号に基づいて、前記相対的移動に応じた前記導電性を示す第１および第２の信号プロファイルを生成するための手段（１４）と
を備え、
前記センサ（４）の周りに電磁場を発生させるために前記センサ（４）内の少なくとも１つのコイル（８２、９２）を動作させるための手段（１３）と、前記電磁場の瞬間的変化を表すための前記第１および第２の測定信号を生成するための手段（１３）とをさらに備え、
前記センサ（４）内の少なくとも１つのコイル（８２、９２）を動作させるための手段（１３）が、前記センサ（４）内の伝達コイル（８２、９２）のための交流源信号の供給源（８１、９１）を含み、前記伝達コイル（８２、９２）および前記供給源（８１、９１）が、駆動回路（８０、９０）に含まれており、
前記第１および第２の測定信号を生成するための手段（１３）が、前記駆動回路（８０、９０）内のインピーダンスを感知する手段（８４、８５、８６）と、前記伝達コイル（８２、９２）と前記伝達コイル（８２、９２）から離された受信コイル（９３）との間の相互インダクタンスを感知する手段（９４、９５、９６）とを含み、
前記第１および第２の信号プロファイルを生成するための手段（１４）が、前記駆動回路（８０、９０）内の前記インピーダンスを表す前記第１の測定信号に基づいて第１の信号プロファイルを、前記相互インダクタンスを表す前記第２の測定信号に基づいて第２の信号プロファイルをそれぞれ生成するように構成されている
ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
冶金容器（１）内の導電性対象物質（Ｍ）を探るための装置であって、
前記導電性対象物質（Ｍ）とセンサ（４）との間の相対移動の間、前記対象物質内に完全に挿入される前記センサ（４）から第１および第２の測定信号を取得するように構成されるコントローラ（１３）であって、前記第１および第２の測定信号は前記センサ（４）付近の導電性を示す、コントローラ（１３）と、
前記第１および第２の測定信号に基づいて、前記相対的移動に応じた前記導電性を示す第１および第２の信号プロファイルを生成するように構成される信号プロセッサ（１４）と
を備え、
前記コントローラ（１３）が、前記センサ（４）の周りに電磁場を発生させるために前記センサ（４）内の少なくとも１つのコイル（８２、９２）を動作させ、前記電磁場の瞬間的変化を表すための前記第１および第２の測定信号を生成するようにさらに構成され、
前記コントローラ（１３）が、前記センサ（４）内の伝達コイル（８２、９２）のための交流源信号の供給源（８１、９１）を含み、前記伝達コイル（８２、９２）および前記供給源（８１、９１）が、駆動回路（８０、９０）に含まれており、
前記コントローラ（１３）がさらに、前記駆動回路（８０、９０）内のインピーダンスを感知するとともに、前記伝達コイル（８２、９２）と前記伝達コイル（８２、９２）から離された受信コイル（９３）との間の相互インダクタンスを感知するように構成されており、
前記信号プロセッサ（１４）が、前記駆動回路（８０、９０）内の前記インピーダンスを表す前記第１の測定信号に基づいて第１の信号プロファイルを、前記相互インダクタンスを表す前記第２の測定信号に基づいて第２の信号プロファイルをそれぞれ生成するように構成されている
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記センサ（４）が前記対象物質（Ｍ）内の移動経路上で移動される間、前記センサ（４）の位置を示す位置信号を生成するように構成される位置センサ（１２）をさらに備え、前記信号プロセッサ（１４）が、前記センサ（４）の前記位置に応じた前記導電性を示すように、前記第１および第２の測定信号および前記位置信号に基づいて前記第１および第２の信号プロファイルを生成するように構成される
ことを特徴とする装置。
【請求項１９】
導電性対象物質（Ｍ）を加工するためのプラントであって、
前記対象物質（Ｍ）を含むように構成される冶金容器（１）と、
ランス（５）と、
前記ランス（５）に取り付けられ、導電性を感知するように構成されるセンサ（４）と、
前記ランス（５）に機械的に接続され、前記対象物質（Ｍ）を基準にして前記ランス（５）を動かすように構成される駆動機構（１１、２０、２２、２３）と、
請求項１６乃至１８の何れか１項に記載の装置と
を備えることを特徴とするプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年４月３０日に出願されたスウェーデン特許出願第１０００４３７−２号明細書、および２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９７５号明細書の利益を主張し、その両方を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、金属や半導体などの導電性物質を加工するための火炉、溶鉱炉、および他の精錬容器や保持容器などの、冶金容器内の手順に関する。
【背景技術】
【０００３】
長年にわたり、冶金容器内のスラグの表面の位置を突き止めることは、マイクロ波、レーザー、渦電流、放射能、カメラ、またはフロート技術を使用することにより、表面の位置が安定している場合は可能であった。チェーンまたは他の繰出し機構に取り付けられた金属棒がまず溶融物質内に浸けられ、次いで目視検査のために引き出される簡単なディップピン／測深棒技術を用いることにより、容器内の異なる区域の程度を大まかに測定することも可能であった。これにより、経験を積んだオペレータは、その瞬間における容器内の特定の区域の位置を視覚的に推定することができる。
【０００４】
スラグ層の厚さや他の特性を測定するように設計された電子測定装置もある。米国特許第５７８１００８号明細書は、可動ランスに取り付けられたセンサの組合せを使用する測定装置を開示する。スラグ層との接触を感知するために１つのセンサがランスの先端に配置され、別のセンサが、スラグ層と溶融金属との間の界面までの距離を（渦電流により）遠隔的に感知するように構成される。先端がスラグ層に接触すると、スラグ／溶融界面までの距離を求めるように渦電流センサが動作する。センサ間の距離は分かっているので、スラグ層の厚さを求めることができる。
【０００５】
米国特許第４６４７８５４号明細書および特開平６−２５８１２９号公報は、冶金容器内の溶融金属の水準を検出するために、容器内のスラグ層の上に吊るした渦電流式測距センサを使用することを提案する。そのセンサは、振動電磁場を発生させるための励振コイルおよび１つまたは複数の渦電流検出コイルを含む。
【０００６】
米国特許第４８４１７７０号明細書、米国特許出願公開第２００７１７６３３４Ａ１号明細書、特開２００３０４９２１５号公報、および米国特許第４８８０２１２号明細書は全て、スラグの厚さを示す信号を生成するためにスラグ層の中に浸けるように構成される測定装置（プローブ）を備える様々な可動ランスを開示する。これらのセンサおよびセンサエレクトロニクスは、例えば電極対や発振器につながれた誘導コイルを使用して、スラグ層と溶融金属との間の界面を感知するように設計される。したがって、これらのセンサおよびセンサエレクトロニクスは、スラグ層と溶融金属との間の界面における明確な切替点を与えるように設計される。
【０００７】
独国特許第３２０１７９９号明細書は、スラグ層の導電性を測定するために電極を使用することを開示する。
【０００８】
日本特許第１０９４２０１号公報は、磁場発生コイルおよび１対の検出コイルをスラグの上に配置し、厚さを示す抵抗成分をインピーダンス測定装置によって分離できるようにコイルを駆動することにより、溶融スラグの厚さを測定するための技法を記載する。
【０００９】
米国特許出願公開第２００７／１７３１１７号明細書は、ランスに取り付けるための測定ヘッドの設計を開示し、その測定ヘッドは、スラグ層またはスラグ層の下にある溶融金属の対応するパラメータを測定するための温度センサおよび酸素センサを含む。
【００１０】
米国特許第５１９８７４９号明細書は、非導電性の介在物粒子の数および大きさを測定するために、開口部を介して溶融金属を吸引するように動作可能なサンプルプローブを開示する。
【００１１】
米国特許第５８２７４７４号明細書は、冶金容器内の溶鋼およびスラグの深度を測定するための技法を開示する。導電性材料のプローブは、電圧計に電気的に接続された近位端、および容器の底と容器内の空気−スラグ界面またはスラグ−鋼鉄界面との間を移動可能な遠位端を有する。したがって、遠位端は電極の役割を果たし、プローブの遠位端の垂直位置に注意しながら電圧計によって検出される電位の差を比較することにより、溶鋼の深度またはスラグの深度が求められる。
【００１２】
日本特許第１１１０４７９７号明細書は、溶融金属をタンディッシュ内に湯出しする間に取瓶から溶融スラグが流出するのを回避するための技法を開示する。この技法は、取瓶の下部の１対の電極およびタンディッシュ内の１対の電極によって測定される導電性を比較するものである。取瓶とタンディッシュとの間の測定された導電性の偏差は、溶融スラグが取瓶内の電極に達したしるしとして受け取られる。
【００１３】
米国特許第４１５０９７４号明細書は、真空脱ガス機器のシュノーケルを取瓶内の溶融金属とスラグとの界面の下に配置するための技法を開示する。界面の位置は、取瓶内の物質と電気接触する電極を垂直に移動させることによって求められる。金属−スラグ界面の位置は、電極が引き起こす電圧の変化に注目することによって求められる。
【００１４】
国際公開第２００９／１０９９３１号パンフレットは、溶媒交換過程を制御する際に使用するためのプローブを開示する。このプローブは、抵抗を測定するための一連のセンシングピンの対をその長さに沿って有する。交換過程の対象となる物質内にプローブを浸けることにより、プローブの長さに沿った抵抗率プロファイルを求めることができる。
【００１５】
一部の溶融／精錬過程では、容器がいくつかの物質層ならびに段階的に変化する領域または物質が混ざり合う領域を含む。例えば、銅またはプラチナを溶融する過程では、スラグ層とマットとの間に大きな混合域があることが知られている。今のところ、例えば容器内のスラグ層の下に位置する物質層や混合域など、様々な区域／層の存在および／または位置を分析するための、冶金容器内の対象物質のどの部分を探る多目的技法もない。そのような技法は、例えば意思決定やプロセス最適化にとって大きな価値がある。
【００１６】
上記の米国特許第５８２７４７４号明細書、日本特許第１１１０４７９７号明細書、米国特許第４１５０９７４号明細書、および国際公開第２００９／１０９９３１号パンフレット内で提案される技法をそのような用途に適用できる限り、これらの技法は全て冶金容器内の対象物質と直接ガルバニック接触しなければならない電極／センシングピンを有するプローブを用いる。そのようなプローブは、デポジットおよび汚れに対する感度が高まるだけでなく、電極／センシングピンが容器内の苛酷な環境に直接さらされるので、ことによると寿命が低下する。
【発明の概要】
【００１７】
本発明の目的は、上記で明らかにした従来技術の制限の１つまたは複数を少なくとも部分的に克服することである。
【００１８】
以下の説明から現れ得るこれらのおよび他の目的は、その実施形態が従属請求項によって定められる独立請求項による、区域を特定できるようにするための方法、コンピュータプログラム製品、コンピュータ可読媒体、区域を特定できるようにするための装置、および加工プラントにより少なくとも部分的に達成される。
【００１９】
本発明の第１の態様は、冶金容器内の導電性対象物質を探る方法である。この方法は、導電性対象物質とセンサとの間の相対移動の間、対象物質内に挿入されるセンサから測定信号を取得するステップであって、測定信号はセンサ付近の導電性を示す、取得するステップと、測定信号に基づいて、相対的移動に応じた導電性を示す信号プロファイルを生成するステップとを含む。この方法は、センサの周りに電磁場を発生させるためにセンサ内の少なくとも１つのコイルを動作させるステップと、電磁場の瞬間的変化を表すための測定信号を生成するステップとをさらに含む。
【００２０】
この方法は、対象物質とセンサとの間の様々な相対位置のいくつかの測定値を含む信号プロファイルにより、任意の詳細度で容器内の対象物質の内部分布を探れるようにする限りにおいて汎用性があり、詳細度は測定値の数を調節することによって調節することができる。したがってこの方法は、例えば物質組成、溶融度、混合度、またはそれらの任意の組合せによって異なる区域／層に関する情報を提供することができる。例えば、信号プロファイルは、スラグ層とすることができる一番上の物質層の下にある対象物質内の導電性を示すように生成することができる。例えば、生成される信号プロファイルにより、例えば１つもしくは複数の区域の存在を検出するためにおよび／またはそのような１つもしくは複数の区域の位置／程度を求めるために、スラグ層の下を探れることが可能になり得る。
【００２１】
センサの周りの電磁場の瞬間的変化を表すために、センサ内の少なくとも１つのコイルを動作させることによって作成される測定信号を生成することにより、センサと対象物質との間の直接のガルバニック接触は必要なくなる。したがって、１つまたは複数のコイルを、容器内の苛酷な環境からそれらのコイルおよび関連する任意の電子部品を保護するケーシング内に密閉することができる。ケーシングの表面上のいかなるデポジットおよび汚れも、結果として生じる信号プロファイルの精度に対してほとんど影響せず、または少なくとも限られた影響しか有さない。その溶融物質またはスラグがケーシングの表面に付着するのを避けるために、ケーシングを囲むように１つまたは複数の保護スリーブを配置することも可能であり、そのスリーブは測定中に消耗するように設計される。保護スリーブは例えば厚紙で作ることができ、その厚紙は測定中に徐々に燃え尽き、それによりケーシングの表面からデポジットを自動で除去する。
【００２２】
特定の実施形態では、信号プロファイルが一番上の物質層の下にある対象物質内の導電性を示し、それにより信号プロファイルは、一番上の物質層の下にある対象物質内の１つまたは複数の区域を特定できるようにする。
【００２３】
特定の実施形態では、信号プロファイルが、相対的移動に応じた導電性の相対的変化を示すように生成される。
【００２４】
特定の実施形態では、対象物質が、６００〜２０００℃の範囲内の温度にある溶融物質である。
【００２５】
特定の実施形態では、対象物質が、物質組成、溶融度、および混合度のうちの少なくとも１つによって異なる少なくとも２つの区域を含む。
【００２６】
本発明の第２の態様は、プロセッサによって実行されるときに第１の態様の方法を実行するプログラム命令を含む、コンピュータ可読媒体である。
【００２７】
本発明の第３の態様は、第１の態様の方法を実行するためにコンピューティングデバイスのメモリ内にロード可能な、コンピュータプログラム製品である。
【００２８】
本発明の第４の態様は、冶金容器内の導電性対象物質を探るための装置である。この装置は、導電性対象物質とセンサとの間の相対移動の間、対象物質内に挿入されるセンサから測定信号を取得するための手段であって、測定信号はセンサ付近の導電性を示す、取得するための手段と、測定信号に基づいて、相対的移動に応じた導電性を示す信号プロファイルを生成するための手段とを備える。この装置は、センサの周りに電磁場を発生させるためにセンサ内の少なくとも１つのコイルを動作させるための手段と、電磁場の瞬間的変化を表すための測定信号を生成するための手段とをさらに備える。
【００２９】
本発明の第５の態様は、冶金容器内の導電性対象物質を探るための装置である。この装置は、導電性対象物質とセンサとの間の相対移動の間、対象物質内に挿入されるセンサから測定信号を取得するように構成されるコントローラであって、測定信号はセンサ付近の導電性を示す、コントローラと、測定信号に基づいて、相対的移動に応じた導電性を示す信号プロファイルを生成するように構成される信号処理部とを備える。コントローラは、センサの周りに電磁場を発生させるためにセンサ内の少なくとも１つのコイルを動作させ、電磁場の瞬間的変化を表すための測定信号を生成するようにさらに構成される。
【００３０】
本発明の第６の態様は、対象物質を含むように構成される冶金容器と、ランスと、ランスに取り付けられ、導電性を感知するように構成されるセンサと、ランスに機械的に接続され、対象物質を基準にしてランスを動かすように構成される駆動機構と、第４の態様または第５の態様による装置とを備える、導電性対象物質を加工するためのプラントである。
【００３１】
第１の態様の諸実施形態のいずれか１つを、第２の態様から第６の態様と組み合わせることができる。
【００３２】
本発明のさらに他の目的、特徴、態様、および利点が、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付図面から見えてくる。
【００３３】
次に本発明の諸実施形態を、添付の概略図を参照して専ら例として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】図１Ａは、冶金容器の断面図および様々な測定シナリオを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、冶金容器の断面図および様々な測定シナリオを示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、冶金容器の断面図および様々な測定シナリオを示す。
【図２】図２は、ランス駆動機構に関連付けられる測定システムのブロック図を示す。
【図３】図３は、ランス駆動機構の側面図を示す。
【図４】図４は、測定システムによって取得された導電性信号および位置信号のグラフを示す。
【図５】図５は、冶金容器の側面図、およびその容器の範囲内で突き合わせた導電性プロファイルを示す。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による方法の流れ図を示す。
【図７】図７は、加工プラント内の測定構成の側面図を示す。
【図８】図８は、トランシーバ構成の測定システムの電気回路図を示す。
【図９】図９は、送信機−受信機構成の測定システムの電気回路図を示す。
【図１０】図１０は、トランシーバ−受信機構成の測定システムの電気回路図を示す。
【図１１】図１１は、図１０の測定システムで得た測定信号のグラフを示す。
【図１２】図１２は、一実施形態における信号検出用のＲＬＣ回路の電気回路図を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図９および図１０の測定システムにおける様々なコイル配置を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図９および図１０の測定システムにおける様々なコイル配置を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図９および図１０の測定システムにおける様々なコイル配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１Ａは、金属や半導体物質などの導電性物質を加工するために使用される冶金容器１を示す。したがって冶金容器１は、様々な金属の合金を生産するために、金属もしくは合金を精製するために、金属もしくは合金から任意の有用な物体を作成するために、金属をその鉱石またはスクラップなどの他の何らかの原料から抽出するように設計／使用され、または半導体物質の対応する加工のために設計／使用される火炉、溶鉱炉、または他の任意の精錬容器もしくは保持容器とすることができる。典型的には冶金容器１の内部は、そのような加工の間、約６００〜２０００℃またはそれ以上の温度にまで熱せられる。
【００３６】
以下、銅の抽出に使用される溶鉱炉に関して諸実施形態の例を説明する。ただし、本発明はこの応用例に決して限定されないことを理解すべきである。説明の全体を通して、同じ参照番号を使用して一致する要素を識別する。
【００３７】
銅は、一般に浮遊選鉱法で濃縮化した後、銅鉱、例えばＣｕＦｅＳ２から生産することができる。銅を抽出するために利用できる多くのプロセスの１つでは、濃縮した鉱石を、空気、石灰石、および砂がある状態で溶鉱炉の中で加工する。ここでは、空気中の酸素が鉄と選択的に反応して酸化鉄ＦｅＯを形成し、銅を硫化物の形、ＣｕＳで残す。砂の中の二酸化ケイ素が石灰石および酸化鉄と反応して、スラグＦｅＳｉＯ３およびＣａＳｉＯ３を形成する。同時に、鉱石中の過剰硫黄が硫化銅（ＩＩ）ＣｕＳを、溶融して溶鉱炉の底で湯出しされる硫化銅（Ｉ）Ｃｕ２Ｓに変える。スラグはより低密度であり、一番上に浮く。
【００３８】
銅マットと呼ばれる溶融硫化銅（Ｉ）を転炉の中に通し、その転炉では酸素を含む空気を銅マットの至る所に吹きつけて、硫化物イオンを二酸化硫黄に酸化させる。同時に、硫化物イオンの一部が硫化銅（Ｉ）を混ざりもののある粗銅金属に変える。残った酸素を粗銅金属から焼き去るために、陽極炉内での最後の加熱を用いる。
【００３９】
図１Ａの容器１は、濃縮された鉱石を加工するために使用され、容器１から銅マットを湯出しするための出湯樋２を有する溶鉱炉を示すように見て取ることができる。加工中、溶融物質の一番上にスラグ層Ｓが形成される。銅マットは容器１の底にあるマット層（区域）Ｍ１内に形成され、マット層Ｍ１とスラグ層Ｓとの間には混合域または遷移域Ｍ２があることが知られている。混合域Ｍ２は、マット層Ｍ１よりも多様かつ低い銅の含有量を有する。例えば湯出しを制御するための、または銅の抽出プロセスを他の方法で制御しもしくは最適化するための、改善されたプロセス制御を可能にするために、混合域Ｍ２の程度、混合域Ｍ２とマット層Ｍ１との間の境界ＢＬの位置を特定すること、または容器内の銅マットの量を定量化することが望ましい。
【００４０】
図１Ｂでは、センサユニット４が、少なくとも垂直方向（ｚ）に移動するように制御されるホールディングロッドまたはランス５上に装着される。図示のように、ランス５は、水平方向（ｘｙ平面）にも移動可能とすることができる。センサユニット４は、局所的に取り囲む物質の導電性を感知するように構成される。図１Ｂには図示せずだが、センサユニット４は、容器１内で加工されている物質Ｍ（本明細書では「対象物質」とも示す）内の導電性分布を表す信号プロファイルを生成する測定システム内に含まれる。この信号プロファイルは、以下、「導電性プロファイル」とも示す。
【００４１】
図１Ｂの力線Ｆによって示すように、センサユニット４は、取り囲む物質の中に及ぶ振動電磁場または時間とともに変化する電磁場を発生させることによって動作することができる。そのようなセンサユニットを含む測定システムの構造および動作については、以下でさらに詳しく説明する。
【００４２】
スラグ層Ｓの下にある溶融物質内の区域Ｍ１、Ｍ２を特定するために、導電性プロファイルを使用することができる。溶融物質の昇温を踏まえると、センサユニット４は通常、短時間、典型的には３０−９０秒程度しか溶融物質内に浸けることができない。センサユニット４を保護するために、ランス５の前端部を、例えば厚紙および／またはセラミック材料で作られた１つまたは複数の保護スリーブ（図示せず）で取り囲むことができる。
【００４３】
導電性プロファイルの生成は、センサユニット４を、吊るされた位置からスラグ層Ｓを貫通し、溶融物質に入るように低下させることから始まる。次いで、センサユニット４により複数の測定値を取得しながら、ランス５を溶融物質の中で動かす。次いで、ランスおよびセンサユニットの組合せ４、５を溶融物質から引き出す。測定値を処理して導電性プロファイルを形成するため、この導電性プロファイルは容器内の導電性分布（「空間的導電性プロファイル」）を示す。そのような分布は、今度は混合域Ｍ２およびマット層Ｍ１それぞれの位置を特定するために使用することができる。
【００４４】
導電性プロファイルは、溶融物質内の導電性の相対的変化だけを示すように生成し得ることに留意すべきである。導電性プロファイルは、多かれ少なかれ定性的データ、すなわち未知の温度変化、測定誤差などの誤差原因の影響を受けるデータを含み得ることも理解すべきである。それでもなお、データ品質は、溶融物質内の異なる区域Ｍ１、Ｍ２、および境界ＢＬを特定するのに十分である。測定システムが導電性の基準値を得るように構成される場合（下記参照）、導電性プロファイルは溶融物質内の絶対的な導電性を表すように生成することができる。
【００４５】
図２は、図１Ｂの実施形態における導電性プロファイルを得るために使用される測定システム１０のブロック図である。移動ユニット１１が、ランス／センサユニット５、４に機械的に接続され、それらの移動を制御するように構成される。測定システム１０は、ランス５（またはセンサユニット４）の瞬間的な（絶対または相対）位置を示す位置信号を生成するように構成される位置感知ユニット１２を含む。測定コントローラ１３が、センサユニット４によって生成される電気信号を処理し、導電性を直接または間接的に表す測定信号を出力するように接続される。処理ユニット１４が、導電性プロファイルを生成するために位置信号および測定信号を受け取って処理するように接続される。
【００４６】
図１Ｃは、冶金容器１内の導電性プロファイルを生成するための別のシナリオを示す。図１Ｂと同様に、スラグ層Ｓを貫通するようにセンサユニット４を移動させる。ただし、センサユニット４を容器１内の所定位置まで直接移動させ、そこで固定したままにする。センサユニット４より低い位置において容器１から、この場合は容器１の底にある排出口２から溶融物質を湯出ししながら、この位置においてセンサユニット４を用いて複数の測定値を得る。溶融物質の湯出しは、センサユニット４と溶融物質との間の相対的移動を発生させる。したがって、溶融物質内の区域Ｍ１、Ｍ２の位置を特定するために使用できる導電性プロファイルを生成するために、湯出し処置の間に得た測定値を処理することができる。ここでは、時間が溶融物質に対するセンサユニット４の移動を表すので、導電性プロファイルは、典型的には時間の関数（「時間的導電性プロファイル」）として与えられる。当然のことながら、図１Ｃの測定シナリオにおける導電性プロファイルを得るために、図２の測定システム１０を使用することができる。
【００４７】
図１Ｂおよび図１Ｃのシナリオの組合せも考えられる。例えば、容器１内の１つまたは複数の区域Ｍ１、Ｍ２を特定するように空間的導電性プロファイルを生成することができ、湯出し処置の間の時間的導電性プロファイルを生成するために、それらの区域Ｍ１、Ｍ２との相関からセンサユニット４を配置してもよい。
【００４８】
同様に、ランス／センサユニット５、４の所望の動きを与えるために、任意の種類の移動ユニット１１を使用することができる。図３は、ランス５を垂直方向（ｚ方向）に動かすように構成される移動ユニット１１の一例を示す。移動ユニット１１は、固定梁２１に取り付けられ、ランスにつながれるワイヤケーブル（またはチェーン）２２を巻き上げ、巻き出すように動作する、モーター駆動型ウィンチ２０を含む。ワイヤケーブル２２は、ランスの位置を水平方向（ｘｙ平面）に固定する滑車２３によって補助される。図示の移動ユニット１１は、ランスの移動を垂直方向に限定するように構成されるが、滑車２３または梁２１の位置を調節することにより水平方向の移動も可能にし得ることが理解されよう。図示の例では、ランスの垂直位置を示す位置信号を出力するために、ワイヤ引きセンサ形式の位置感知ユニット１２をランスに取り付ける。ワイヤ引きセンサ１２は、ランスに取り付けられ、ランスが垂直方向に下げられる間ばねで留められたスプール（図示せず）から巻き出される可撓ケーブル２４を使用して（準）線形位置を検出し、測定する。ランスの位置は、任意の座標系で与えることができる。容器の座標系内で、例えば容器の底から測定される位置単位（図１のｘｙｚを参照）でセンサユニットの位置を示すように、位置感知ユニット１２が事前に較正されることが考えられる。しかし概して、位置信号は、ランスの位置を位置感知ユニット１２における局所座標系で示し、信号プロセッサ１４（図２）は、位置信号を容器の座標系に変換するために較正データにアクセスする必要がある。
【００４９】
ウィンチ２０またはその駆動モーターに接続される符号器や、レーザー測距器などの任意の形態の遠隔位置感知ユニットなど、任意の適切な種類の位置感知ユニット１２も使用できることを理解すべきである。あるいは、位置信号は駆動モーター用の制御信号によって与えることができる。
【００５０】
信号プロセッサ１４は、外部の位置信号にアクセスすることなしに空間的導電性プロファイルを生成することが考えられる。例えば、ランス５が一定かつ既知の（あらかじめ設定された）速度で垂直方向に動かされる場合、測定値は、単一の基準位置に基づく容器１内の垂直位置に関連することができる。例えば、ランス移動の開始または停止を一連の測定値の中で検出できる場合、ランスの既知の移動速度および既知の開始／停止位置に基づいて各測定値の時点を容器１内の位置に変換することができる。代わりの基準位置について、図４および図５に関連して以下で論じる。
【００５１】
図４は、図１Ｂの実施形態で得た導電性信号（測定信号）４０および位置信号４２を示すグラフである。導電性信号４０は、導電性の相対的変化を時間の関数として表し、位置信号は位置感知ユニット１２によって測定されるランス／センサユニット５、４の瞬間的な位置を表す。この例では、導電性信号４０は、図１Ｂのランス５が容器１の底面に接触するまで容器１内に下げられる間に取得される。次いで、移動ユニット１１が逆動され、ランス５が溶融物質を通り容器１の外に垂直方向に引き出される。センサユニット４が損なわれていないならば、ランス５を引き出す間に対応する導電性信号（図示せず）を得ることが可能である。一実装形態では、降下／浸入および巻上げ／引出しのそれぞれの間に得られる導電性信号４０を照合し組み合わせて、測定雑音および他の測定誤差の影響を（例えば加算、平均化等により）減らし、かつ／または導電性プロファイルの空間分解能を（例えばセンサの経路に沿った様々な位置で取得した導電性の値を組み合わせることにより）高める。１組の導電性信号４０を各移動について１つ作り出すために、ランス５を同じ経路に沿ってより多くの回数にわたり移動させ、それらの導電性信号４０を組み合わせてさらに改善された導電性プロファイルを提供し得ることも考えられる。
【００５２】
矢印Ａ−Ｄは、導電性信号に基づいて特定することができる異なる境界／界面を示す。矢印Ａは、センサユニット４がスラグ層Ｓの一番上を通過することに対応する小さな導電性変化を示す。スラグ層Ｓ内に入るときの一見したところ妙な位置信号４２の途絶は、固化したスラグ層Ｓを突破するためにランス５を手動で突き当てる必要があったことに起因する。
【００５３】
矢印Ｂは、センサユニット４が混合域Ｍ２に入ることを示し、これは導電性が高まっていることによって証明される。導電性の増加が事実上止まるので、矢印Ｃは、センサユニット４がマット層Ｍ１に入ることを示す。センサユニット４がマット層Ｍ１を通り抜ける間、センサユニット４が容器１の底面に達するまで（矢印Ｄ）導電性は実質的に一定のままである。溶融物質内の異なる区域Ｍ１、Ｍ２、および境界ＢＬを特定するために導電性信号が実に有用であることが分かる。
【００５４】
導電性プロファイル４０内の時点を位置信号４２内の時点と突き合わせることにより、空間的導電性プロファイルを得られることが理解されよう。
【００５５】
スラグ層Ｓの一番上の位置は導電性信号４０の中で検出できるので（矢印Ａ）、この位置を使用して、位置信号４２を必要とすることなしに導電性信号４０を容器の座標系に対応させることができる。この事例は、スラグ層Ｓの上面の位置が知られており、例えば補助的な測定システムによって求められており、ランス５が既知の固定速度で移動されると仮定する。
【００５６】
図５は、センサユニット４が、測定セッションの間に既知の導電性を有する領域１’を通過する一実施形態を示す。この実施形態は、導電性信号／プロファイルを絶対的な導電性に対応させることを可能にする。センサユニット４が既知の導電性を通過するとき、測定システムが測定値を取得するように制御されるならば、全ての測定値を絶対的な導電性に変換することが可能である。
【００５７】
既知の導電性を有する領域１’は、冶金容器１の蓋の既存の開口部の境界を画定する物質によって与えることができる。あるいは、絶対的な導電性に対応させることを可能にするために、既知の導電性を有する専用の要素をセンサユニット４の経路に沿って配置してもよい。
【００５８】
既知の導電性を有する物質の位置が分かっている場合、ランス５が既知のことによると固定速度で移動されることを条件に、この位置を使用して、位置信号４２を必要とすることなしに導電性信号４０を容器の座標系に対応させることができることも理解すべきである。
【００５９】
図５は、容器の座標系にマップされた空間的導電性プロファイルを示すグラフも含む。この導電性プロファイルでは、黒い点は、溶融物質内の３つの導電性の値（および対応させることを目的とする既知の導電性における測定値）だけをサンプリングすることによって得られた代替的導電性プロファイルを示す。とりわけ導電性プロファイルが絶対的な導電性の状態で与えられる場合、マット層Ｍ１のおおよその位置および程度を示すために、そのような低密度のプロファイルでさえ有用であり得ることを理解すべきである。概して、本明細書で使用するとき、「信号プロファイル」または「導電性プロファイル」は、センサユニット４と対象物質Ｍとの間の異なる相対位置において取られる少なくとも２つの測定値、通常は少なくとも５つの測定値を含むことを理解されたい。最も実際的な状況では、測定値を１〜１００Ｈｚのレートでサンプリングし、３０秒の持続時間の測定セッションについて３０〜３０００個の測定値をもたらす。
【００６０】
導電性は、温度に依存することが知られている。金属では、温度の上昇とともに導電性が低下するのに対し、半導体では、温度の上昇とともに導電性が高まる。限られた温度範囲にわたり、導電性を温度に直接比例するものとして概算することができる。様々な温度における導電性測定値を比較するには、それらの測定値を共通温度（ｃｏｍｍｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に標準化しなければならない。この依存関係は、次式
0005878166.tif 000002
として書くことができる導電性−温度グラフにおける傾斜としてしばしば表され、ただしＴは、測定された絶対温度であり、Ｔ’は共通温度であり、σＴ’は共通温度における導電性であり、σＴは測定温度Ｔにおける導電性であり、αは物質の温度補償傾斜である。
【００６１】
したがって、溶融物質の温度補償傾斜αが、容器１内で、もっと厳密に言えば測定セッション中のセンサユニット４の移動経路に沿って観測される温度の範囲内で有意であると予期される場合、ランス５上に、例えばセンサユニット４付近に熱電対などの１つまたは複数の温度センサを設置することが望ましいことがある。次いで、測定システム１０は、導電性を測定する間に温度センサから温度データを取得し、測定値をしかるべく訂正することができる。そのような訂正は、相対的な導電性の値に加えることができ、または絶対的な導電性の値を計算する一部とすることができる。
【００６２】
図６は、容器内の対象物質Ｍを探り、または検査するための測定セッション中に実行される方法の一例を示す。ステップ６０で、移動ユニット１１を活性化してランス５およびセンサユニット４をスラグ層Ｓを経て溶融物質内に駆動し、センサユニット４および／または（湯出しにより）対象物質Ｍを移動させることにより相対的移動を引き起こす。ステップ６２で、測定コントローラ１３を操作して、相対的移動の間にセンサユニット４から測定信号を取得する。ステップ６４で、信号プロセッサ１４が導電性プロファイルを生成する。ステップ６６で、信号プロセッサ１４が導電性プロファイルを出力し、または例えば対象物質Ｍ内の様々な区域／層Ｓ、Ｍ１、Ｍ２の存在および／または位置を特定するために、導電性プロファイルを処理しかつ／または表示する。
【００６３】
ステップ６０におけるセンサユニット４および／または溶融物質の移動は、必ずしもそうである必要はないが、信号プロセッサ１４によって直接または間接的に制御することができる。しかし、上述の位置信号を取得することにより、または１つもしくは複数の基準位置による上述の位置の対応付けにより、信号プロセッサ１４および測定コントローラ１３の操作を、センサユニット４または溶融物質の移動とは独立に実行することができる。これにより、既存のいかなるランス駆動機構または湯出し機構への変更を一切必要とすることなしに、測定システム１０を加工プラントに適合させることができる。
【００６４】
図６の方法は、層／区域の種類に関係なく対象物質Ｍを検査するために使用できることを理解すべきである。したがってこのプロービング法は、スラグ層Ｓおよび／またはスラグ層Ｓの下にある任意の数の区域Ｍ１、Ｍ２に関する情報を与えることができる。例えば上記で説明した特定の実施形態では、このプロービング法は、対象物質Ｍ内のスラグ層Ｓの下の導電性プロファイルを得るために主に設計されている。ただし、スラグ層Ｓは対象物質Ｍの上に位置しなくてもよい。例えばシリカを製造する際、スラグ層は還元過程で使用される火炉／溶鉱炉の底に形成される。そのような応用例では、対象物質Ｍ内のスラグ層Ｓの上の導電性プロファイルを得るためにこのプロービング法を使用することができる。このプロービング法は、スラグ層のない対象物質内の導電性プロファイルを得るために使用することもできる。
【００６５】
コントローラ１３および信号プロセッサ１４の機能は、単一の装置によって実装し得ることを理解すべきである。あらゆる構成において、機能の全てまたは一部を専用のハードウェアおよび／または１台もしくは複数台の汎用コンピューティングデバイスもしくは専用コンピューティングデバイス上で実行される専用ソフトウェア（またはファームウェア）によって提供することができる。この文脈において、そのようなコンピューティングデバイスの各「要素」または「手段」は、方法ステップの概念上の等価物に関連し、諸要素／手段とハードウェアまたはソフトウェアのルーチンの特定の部分との間には、必ずしも１対１の対応があるとは限らないことを理解すべきである。ハードウェアの１つが様々な手段／要素を含むこともある。例えば処理ユニットは、１つの命令を実行するときは１つの要素／手段として働くが、別の命令を実行するときは別の要素／手段として働く。加えて、場合によっては１つの要素／手段を１つの命令によって実施できるが、他の一部の事例では複数の命令によって実施することもできる。そのようなソフトウェアによって制御されるコンピューティングデバイスは、１つまたは複数の処理装置、例えばＣＰＵ（「中央処理装置」）、ＤＳＰ（「デジタル信号プロセッサ」）、ＡＳＩＣ（「特定用途向け集積回路」）、個別アナログおよび／またはデジタル部品、またはＦＰＧＡ（「書替え可能ゲートアレイ」）などの他の何らかのプログラム可能論理装置を含むことができる。コンピューティングデバイスは、システムメモリ、およびシステムメモリを含む様々なシステムコンポーネントを処理装置に結合するシステムバスをさらに含むことができる。システムバスは、様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するメモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、およびローカルバスが含まれる数種類のバス構造のうちのどれでもよい。システムメモリは、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリなど、揮発性および／または不揮発性メモリ形式のコンピュータ記憶媒体を含むことができる。専用ソフトウェアは、システムメモリ内に、または磁気媒体、光学媒体、フラッシュメモリカード、デジタルテープ、固体ＲＡＭ、固体ＲＯＭなど、コンピューティングデバイス内に含まれ、もしくはコンピューティングデバイスにとってアクセス可能な他の着脱式／固定型の揮発性／不揮発性コンピュータ記憶媒体上に記憶することができる。コンピューティングデバイスは、シリアルインターフェイス、パラレルインターフェイス、ＵＳＢインターフェイス、ワイヤレスインターフェイス、ネットワークアダプタなどの１つまたは複数の通信インターフェイス、ならびにＡ／Ｄ変換器などの１つまたは複数のデータ収集装置を含むことができる。専用ソフトウェアは、記録媒体、読取専用メモリ、または電気搬送波信号が含まれる任意の適切なコンピュータ可読媒体上でコンピューティングデバイスに提供することができる。
【００６６】
導電性プロファイルは、多くの異なる方法で使用することができる。一実施形態では、導電性プロファイルを、例えばことによると容器の説明図上にオーバーレイしたグラフ形式で画面上に表示するために出力する。これにより、オペレータは、容器の物質の冶金加工および／または湯出しを手動で制御および／または最適化するための基礎として、表示された導電性プロファイルを使用できるようになる。表示された導電性プロファイルに基づき、オペレータが１つまたは複数の区域の位置を確認／入力することを認められ、それにより、特定された１つまたは複数の区域に基づいて信号プロセッサが容器内の物質の量を計算することも考えられる。銅加工の例に戻り、容器内の銅マットの量は、導電性プロファイルによって与えられるマット層の程度に基づいて計算することができる。そのような計算は、（図５に示すように）容器の底にある任意の物質の堆積を考慮に入れることもできる。堆積の程度は、位置信号に基づいて、例えばランスが容器の見掛け上の底に当たるときの位置を、一切の堆積なしに得た基準位置と比較することによって推定することができる。
【００６７】
別の実施形態では、様々な物質域、混合域、対象物質内の層などの区域／層の存在、位置、程度など、対象物質の特性を示す階段状変化、横ばい状態等を明らかにする目的で、導電性プロファイルを自動の信号特徴抽出技法によって分析する。そのような自動分析の出力は、冶金加工／湯出しの手動制御で使用するために表示しても、自動の加工／湯出し制御または自動の量推定のためにシステムに入力してもよい。
【００６８】
図７は、シリカを生産するためのプラント内、とりわけスラグ溶融炉から得られるスラグを取り除くために使用されるスラグ保持炉１内で、導電性プロファイルを生成するための設備の側面図である。火炉１の上のプラットフォーム７０上に電子機器１０’（例えばコントローラ１３および信号プロセッサ１４）が配置される。同様に、ウィンチ２０が、プラットフォーム７０に固定されたフレーム構造７１上に配置される。滑車２３が、炉蓋上のフランジ７３の真上の位置において、フレーム構造７１の水平アーム７２に固定される。これにより、ランス５は、火炉１内におよび火炉１内で垂直方向に移動するように動作できる。導電性プロファイルの検出は、過酷かつ困難な条件、例えば高温、重量のある機器、およびかなりの高度の下で実行されることを理解すべきである。例えば、図示の設備では、滑車２３と火炉１の上部との間の距離は約７メートルである。
【００６９】
上記に示したように、センサユニット４は、センサユニット４の周囲に及ぶ電磁場を発生させることによって動作する。概してセンサユニット４は、電磁場を発生させるための１つまたは複数のコイルを含む。図８−図１０は、測定システム１０の３つの異なる実施形態を示す。ランス５上に物理的に設置されるセンサユニット４は、１つまたは複数のコイルを含んでいるだけでよいのに対し、電磁場および測定信号を発生させるための他の全てのコンポーネントは、容器１の外に配置されるコントローラ１３（図２）の中に含まれ得ることを理解すべきである。例えば、１つまたは複数のコイルをセラミックもしくは他の非磁性のケーシング内に入れ、ランスの前端部にまたはランスの前端部付近に装着することができ、コントローラ１３への接続を確立できるように、１つまたは複数のコイルへの配線はランスを通り逆向きに進む（図２の点線を参照されたい）。ただし、コントローラ１３の一定のまたは全てのコンポーネントがセンサユニット４の中に含まれることも考えられる。
【００７０】
図８は、単一のコイル８２がトランシーバとして働くように構成される、すなわちコイル８２が電磁場を発生させ、かつそのようにして生じた電磁場の変化を測定する両方のために使用される、測定システム１０を示す。
【００７１】
図８の例では、測定システム１０は、所与の周波数で一定のＡＣ電圧を発生させるための電圧源８１とコイル８２とが、高精度抵抗８３と直列に接続された状態の閉回路（「トランシーバコイル回路」）８０を含む。差動増幅器８４は、その入力が抵抗８３の両側の端子に接続される。差動増幅器８４の出力は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８５の入力に接続される。ＡＤＣ８５の出力は、測定信号を電圧源８１の所与の周波数において隔離するように構成される、デジタルフィルタ８６の入力に接続される。デジタルフィルタ８６の出力は、導電性プロファイルを生成するために測定信号をサンプリングして処理する信号プロセッサ１４に接続される。信号プロセッサ１４は、位置信号をサンプリングして処理するための位置感知ユニット１２にも接続される。以下に説明するように、測定信号は、事実上トランシーバコイル回路８０内のインピーダンスの大きさとして生成される。以下、トランシーバコイル回路内で得られる測定信号を「Ｔ−信号」と示す。
【００７２】
測定システム１０の動作中、電圧源８１は一定のＡＣ電圧を発生させるように設定され、これによりコイル８２および高精度抵抗８３を通る電流を強いる。コイル８２を流れる電流が、コイル８２の周りに電磁場を発生させる。周囲の物質の導電性は、その電磁場、したがってコイル８２のインダクタンスに影響を及ぼす。コイル８２のインピーダンス（インダクタンス）が変わるとき、コイル８２を流れる電流の量も変わる。高精度抵抗８３上の電位差は電流の量、したがって周囲の物質の導電性を表すことが理解される。この電位差は、差動増幅器８４によって増幅され、ＡＤＣ８５によってデジタル化され、デジタルフィルタ８６によってフィルタリングされ、測定信号（Ｔ−信号）として信号プロセッサ１４に与えられる。したがって、Ｔ−信号の大きさ（ピーク電圧、ピーク対ピーク電圧、ＲＭＳ電圧等）は周囲の物質の導電性を表す。図４に、Ｔ−信号の一例を導電性信号４０として示す。
【００７３】
コイル８２は、送信機および受信機の両方として働くことが理解される。したがって以下、コイル８２を「トランシーバコイル」と呼ぶが、伝達コイルと示すこともある。
【００７４】
図９は、電磁場を発生させるように動作する伝達コイル９２、ならびにその電磁場およびその電磁場への任意の変化を感知するように動作する別個の受信コイル９３を含む測定システム１０を示す。図８のコイル８２と同様に、伝達コイル９２は、閉回路（「伝達コイル回路」）９０内に含まれ、所与の周波数で一定のＡＣ電圧を発生させ、それによりコイル９２に電磁場を発生させる電圧源９１に接続される。受信コイル９３が電磁場の範囲内に配置され、それにより受信コイル回路９０’内の電流を誘起する。電流は、受信コイル９３の端子間に電位差を発生させる。この電位差は、伝達コイル９２および受信コイル９３を取り囲む媒体の導電性を表す。この電位差は、差動増幅器９４によって増幅され、ＡＤＣ９５によってデジタル化され、デジタルフィルタ９６によってフィルタリングされ、測定信号として信号プロセッサ１４に与えられる。図８と同様に、測定信号の大きさは周囲の物質の導電性を表す。しかし図９の実施形態では、測定信号は、事実上伝達コイル９２と受信コイル９３との間の相互インダクタンスの大きさとして生成される。以下、受信コイル回路内で得られる測定信号を「Ｒ−信号」と示す。
【００７５】
Ｔ−信号に比べ、Ｒ−信号は周囲の導電性の変化の影響をより受けやすいことが見出されている。Ｔ−信号が、発生電磁場の強度または規模の変化を概して表すのに対し、Ｒ−信号は、発生電磁場の程度または形状の変化も表すと現在のところ考えられている。センサユニット４が対象物質を基準にして移動され、様々な導電性を有する領域を通過するとき、発生電磁場の形状は変わる可能性があり、Ｒ−信号において対応する変化をもたらす。
【００７６】
図１０は、図８および図９のシステムの組合せである測定システム１０を示す。したがって、信号プロセッサ１４は、トランシーバコイル回路８０を流れる電流を示す第１の測定信号（Ｔ−信号）と、受信コイル回路９０’を流れる電流を示す第２の測定信号（Ｒ−信号）とを受け取る。図８に関して説明したように、トランシーバコイル回路８０を流れる電流は、トランシーバコイル８２の周囲の状況の影響を受ける。この変化は受信コイル回路９０’によって検出される。ただし、受信コイル回路９０’は、トランシーバコイル８２と受信コイル９３との間の相互インダクタンスの変化も検出する。第１の測定信号および第２の測定信号の両方を信号プロセッサ１４に与えることにより、信号プロセッサ１４は、これらの影響を区別して、周囲の物質の導電性についてのより正確かつ／またはよりロバストな表現を提供することができる。
【００７７】
図１１は、ランス５（およびセンサユニット４）を冶金容器の中に下げながら、時間の関数として得たＴ−信号１１０、Ｒ−信号１１２、および位置信号１１４のプロットである。位置信号１１４は、容器の上の開始位置からの距離を表す。Ｒ−信号１１２に応じて自動スケールされているＴ−信号１１０は、Ｒ−信号よりも少なくとも一桁弱いことに留意すべきである。Ｒ−信号１１２が低下する一方でＴ−信号１１０が上昇することによって見られるように、信号１１０、１１２は、導電性を表すように処理されていない未処理信号である。それでもなお、各信号１１０、１１２の時間的な挙動は周囲の導電性の変化を反映する。矢印Ａは、センサユニット４が容器の蓋を通過する時点を示し、これは両方の信号１１０、１１２において検出することができる。矢印Ｂは、センサユニットがスラグ層（図１のＳ）に達する時点を示し、これはＲ−信号１１２における漸落の始まりによって検出することができる。この時点は、Ｔ−信号１１０における小さな変化としても検出することができる。図示の例では、Ｒ−信号が基線の９９％に達する時点において矢印Ｂを設定し、基線は、センサユニットが対象物質の上の容器内にある期間ΔＴにわたりＲ−信号を平均化することによって得られる。改変形態では、期間ΔＴにわたりＴ−信号を平均化することによって得られる、対応する基線の１００．０５％にＴ−信号が達する時点において矢印Ｂを設定することができる。矢印Ｃは、信号１１０、１１２の急勾配の変化によって表される、センサユニットがマット層（図１のＭ１）に初めて達する時点を示す。図示の例では、Ｒ−信号が上述の基線の５０％に達する時点において矢印Ｃを設定する。改変形態では、Ｔ−信号１１０が関連する基線の１０２％に達する時点において矢印Ｃを設定することができる。矢印Ｄは、センサユニットのコイルがマット層の中に完全に沈められるときを示し、これは信号１１０、１１２における水平化として、特にＲ−信号１１２におけるアンダーシュートの終わりによって検出することができる。図１１には示さないが、矢印Ｂと矢印Ｃとの間のＲ−信号および／またはＴ−信号において、混合域（図１のＭ２）を検出することもできる。
【００７８】
Ｔ−信号１１０およびＲ−信号１１２の両方を入手できることは、例えば自動の信号特徴抽出に基づいて信号プロセッサ１４が、または信号を目視検査することによりオペレータが、対象物質の分析を改善するために、例えば界面の位置を特定するために、または絶対的もしくは相対的な導電性プロファイルを導き出すために、両方の信号１１０、１１２内で生じている信号の特徴を相関させることを可能にし得ることを理解すべきである。曲線グラフ１１０、１１２からは、補足情報、すなわち容器および／または対象物質の様々な特性に関係する情報を抽出することも可能であり得る。
【００７９】
さらに、トランシーバコイル８２および受信コイル９３の相対的配置にもよるが、信号プロセッサ１４またはオペレータは、導電性の局所変化のおおよその位置を求めることができる場合があり、その位置は、例えば測定セッション中に上述の保護スリーブが焼け落ちた程度を検出しかつ／または提供するために使用することができ、かつ／または導電性プロファイルを生成する際に使用される。
【００８０】
こうして、図９および図１０に例示した受信コイル回路９０’を使用することが、導電性の測定を改善するのに役立つ場合があることが見出されている。他方では、トランシーバコイル回路だけを備える図８の実施形態は、図９および図１０の実施形態に比べ、電気／電磁妨害に対する改善された不感受性を示し得ることが見出されている。そのような妨害は、例えば電気溶鉱炉／電気炉内の電熱要素によって生じる可能性がある。
【００８１】
図８〜図１０の測定システム１０内の定電圧源８１、９１は、定電流源によって置換でき、デジタルフィルタ８６、９６はアナログフィルタによって置換し得ることを当業者なら理解する。
【００８２】
改変形態（図示せず）では、信号プロセッサ１４が、トランシーバ／伝達コイル回路８０、９０内の電流、およびトランシーバ／伝達コイル８２、９２の両端の電圧を示す測定信号を受け取る。これらの測定信号に基づいて、信号プロセッサ１４は、トランシーバ／伝達コイル回路８０、９０内の電圧と電流との間の位相差を計算することができる。導電性がコイル８２、９２の周囲において変化するとき、この位相差も変化し、信号プロセッサ１４はその位相差を使用して周囲の物質の導電性を求めることができる。そのような位相差の測定を、伝達／トランシーバコイル回路８０、９０内のインピーダンス測定（図８および図１０）および／または相互インダクタンス測定（図９および図１０）と組み合わせて、導電性の測定をさらに改善することも考えられる。
【００８３】
別の改変形態（図示せず）では、図１２に示すように、伝達／トランシーバコイル８２、９２および／または受信コイル９３をＲＬＣ回路などの共振回路に接続する。ＲＬＣ回路は、（図示のように）直列にまたは並列に接続される電源９７、抵抗Ｒ（抵抗９８によって示す）、キャパシタンスＣ（コンデンサ９８によって示す）、およびインダクタンスＬ（コイル８２、９２、９３を含む）を備える。ＲＬＣ回路の共振周波数ｆ０は、
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によって与えられる。
【００８４】
コイル８２、９２、９３のインダクタンスＬは周囲の物質の導電性とともに変化するため、共振周波数ｆ０を測定することにより導電性を求めることができる。ＲＬＣ回路内の共振周波数を測定するための回路は市販されている。
【００８５】
上記の実施形態、改変形態、および代替形態の全てにおいて、伝達／トランシーバコイル８２、９２の周波数（すなわち電磁場の発生を駆動しているＡＣ電圧／電流の周波数）を特定の容器１およびその中の対象物質Ｍに適合させることにより、測定される導電性の分解能を最適化することができる。本発明の諸実施形態は、約１〜１０００ｋＨｚの範囲、典型的には約１〜１００ｋＨｚの範囲内の周波数で動作することができる。例えば複数の伝達／トランシーバコイル回路８０、９０をそれぞれの周波数で動作するようにランス５上に設置し、それにより、様々な周波数で取得される測定信号を受け取るように信号プロセッサ１４を接続することで、測定システム１０を複数の周波数で動作するように設計することも考えられる。そのような設計は、導電性プロファイルの質を改善するのに役立つ可能性がある。
【００８６】
さらに、たとえ上記の説明が単一のコイルに関していても、伝達／トランシーバ／受信コイル８２、９２、９３を個々のサブコイルの組合せとして形成し得ることを理解すべきである。
【００８７】
またさらに、発生磁場の強度を測定状況に適合させなければならない場合がある。これは、コイル８２、９２、９３内のワイヤの巻数、コイル８２、９２、９３を流れる電流の量、コイル長対コイル幅の比率、およびコイル８２、９２、９３の芯の中の物質の種類のうちの１つまたは複数を適合させることにより達成することができる。これは当業者にとっては日常的実験の問題に過ぎない。
【００８８】
同様に、伝達／トランシーバコイル８２、９２および受信コイル９３の構成と相互配置は、所与の測定状況について最適化することができる。図１３Ａ〜図１３Ｃは、センサユニット４内の伝達／トランシーバコイル８２、９２および受信コイル９３の３つの代替的構成を示す。他の構成、例えばコイル８２、９２およびコイル９３の位置を交換することや、１つのコイルを垂直に配置して残りを水平に配置することも可能である。またさらに、Ｒ−信号の所望の感度または他の特性を達成するために、コイル８２、９２およびコイル９３の間隔を適合させることができる。
【００８９】
本発明は、主にいくつかの実施形態に関して上述してきた。しかし、当業者なら容易に理解されるように、上記に開示した実施形態とは別の実施形態も、特許請求の範囲によってのみ定められ、限定される本発明の範囲および趣旨に等しく含まれる。
【００９０】
例えば、測定信号または信号プロファイルは、低効率など、導電性と均等の他の任意のエンティティを表すことができる。
【００９１】
さらに、１つまたは複数のランス上にまたは共通のランス上のサブランス上に配置することができる、複数のセンサユニットを使用することが可能である。図９および図１０の実施形態に関して、受信コイル９３をトランシーバ／伝達コイル８２、９２とは異なるランス／サブランス上に配置することが同様に可能である。
【００９２】
空間的導電性プロファイルは、必ずしも位置にマップする必要はなく、時間の関数として与えてもよいことも理解すべきである（導電性信号４０を参照）。そのような導電性プロファイルは、単独で、または別の位置信号（図４の位置信号４２を参照）に関連して区域を特定するために検査／処理することができる。
【００９３】
またさらに、測定信号は必ずしも離散的な時点においてサンプリングする必要はなく、代わりにアナログ信号として、すなわち継続的に取得してもよい。
【００９４】
スラグの代わりに（またはスラグに加えて）、最上層Ｓは何らかの形の原料または事前に精製された物質を含んでもよい。一番上の物質層Ｓの下にある溶融物質は、非溶融破片およびガス状物質を含んでもよいことも理解される。実際に、粉末や粒状体などの非溶融対象物質内の区域を特定できるようにするために、本発明の解決策を適用することが可能である。対象物質に関係なく、区域は、固有の物質組成、固有の溶融度、および固有の混合度のうちの少なくとも１つによって定めることができる。特定の区域が、本質的に同じ導電性（または測定経路に沿った導電性の変化）を有することもあり得る。そのような区域は、異なる導電性（または導電性の変化）を有する他の区域／層に対するその位置に基づき、例えば対象物質内の予期される区域の順序に基づき、導電性プロファイルの中で特定／区別することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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