(57)【要約】炉の中の状態を決定する装置（２４）が開示される。装置は、漂遊ガンマ線をブロックする遮蔽（２６）の中にガンマ線検出器（２８）を含む。管（３２）および一連のプレート（３４）は通路を形成し、管がポイントされる炉の領域から発散するガンマ線は、前記通路を通過して検出器（２８）へ到達する。検出器（２８）の出力信号はコンピュータによって解析され、検出器（２８）に到達するガンマ線の特性の有意の変化が検出される。装置は、水平および垂直移動を可能にする取り付け手段の上に置くことができ、それによって物質間の境界面および「バンク」を検出することができる。
2005520127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉の中に存在する状態を決定する放射検出装置であって、ガンマ線を感知し、ガンマ線の特性に依存して変化する出力信号を生成するガンマ線感知手段、前記炉の所定の領域から発散したガンマ線が通路を通過して前記ガンマ線感知手段に衝突するように通路を規定する手段、および前記通路以外から前記ガンマ線感知手段へ進行するガンマ線をブロックする遮蔽を含む装置。
【請求項２】
通路規定手段が、間隔を空けられた複数の平行な水平プレートを管の中に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ガンマ線感知手段がガンマ線分光計である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ガンマ線感知手段がガンマ線放射カウンタである、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記ガンマ線感知手段がガンマ線分光計およびガンマ線放射検出器である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
炉の中に存在する状態を決定するシステムであって、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置を複数個含むシステム。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置を３個含み、これらの装置が垂直方向に間隔を空けられ、最上部および最低部の装置が固定されて参照信号を提供し、中間の装置は垂直に移動可能で前記出力信号を提供するシステム。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置と、該装置を取り付ける手段との組み合わせであって、装置が取り付け手段の上で垂直に移動可能である組み合わせ。
【請求項９】
取り付け手段が移動可能であり、炉に関して水平に移動できる、請求項８に記載の組み合わせ。
【請求項１０】
装置が取り付け手段の上で水平に移動できるように取り付けられる、請求項８に記載の組み合わせ。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置とコンピュータとの組み合わせであって、該コンピュータが前記出力信号を受信および解析し、前記ガンマ線感知手段に衝突するガンマ線の特性変化を示す読みを生成する組み合わせ。
【請求項１２】
炉の中に存在する状態を決定する方法であって、前記炉の所定の領域から発散するガンマ線をガンマ線感知手段に衝突させ、衝突したガンマ線の特性によって変化する出力信号を生成させ、前記領域以外から前記手段へ進行するガンマ線をブロックし、前記出力信号を解析して前記ガンマ線の特性変化を検出することを含む方法。
【請求項１３】
前記領域が水平方向に長く、垂直方向で狭い、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
炉に関して前記ガンマ線感知手段を垂直に動かし、炉の中の物質の境界面を検出するため前記領域の位置を変化させることを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
炉に関して前記手段を水平に動かし、炉の中のバンクの厚さを決定するため前記領域の位置を変化させることを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
上方および下方のガンマ線感知手段から参照読みを取り、上方および下方のガンマ線感知手段の間に置かれた中間ガンマ線感知手段を垂直方向に動かし、前記中間ガンマ線感知手段からの読みを前記出力信号として使用するステップを含む、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
中間ガンマ線感知手段の出力信号が２つの参照読みの平均になるまで前記中間ガンマ線感知手段を動かすステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記出力信号を積分して、出力信号特性の変化率が最大であるレベルを突き止めるステップを含む、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
異なったレベルに置かれた複数の静止ガンマ線感知手段から読みを取り、前記ガンマ線感知手段の各々が炉の特定領域からのガンマ放射を検出することを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉と一緒に使用される放射検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炉における鉱物の製錬および精錬プロセスの間、重要なパラメータは、様々な構成成分、たとえばスラグおよび溶融金属の間の境界面のレベル、および最上部構成成分と高温ガスとの間の境界面のレベルである。これらのパラメータは、製錬およびタッピングプロセスを制御するため炉の運転者によって使用される。しかし、これらの境界面のレベルの決定は、たとえば、炉の中の支配的温度および強い電磁界のために困難である。通常は金属壁から構成される閉じ込め容器の物理的性質、耐火煉瓦のライニング、および多くの場合、容器の外側を流れる水も、これらレベルの決定を困難にしている一因である。これらの全ての要因は、境界面のレベルが安全および簡単な手順で検出されることを妨害する。
【０００３】
本発明は、これらのレベルを検出する方法および装置を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの様相によれば、炉の中に存在する状態を決定する放射検出装置が提供される。この装置は、ガンマ線を感知して、ガンマ線の特性に依存して変化する出力信号を生成するガンマ線感知手段、前記炉の所定の領域から発散したガンマ線が通路を通過して前記ガンマ線感知手段に衝突するように通路を規定する手段、および前記通路以外から前記ガンマ線感知手段へ進行するガンマ線をブロックする遮蔽を含む。
【０００５】
好ましい形態では、通路規定手段は、間隔を空けられた複数の平行な水平プレートを管の中に含む。
【０００６】
前記ガンマ線感知手段は、ガンマ線分光計またはガンマ線放射カウンタであってよい。
【０００７】
更に、前記ガンマ線感知手段は、ガンマ線分光計およびガンマ線放射検出器を含むことができる。
【０００８】
本発明の更なる様相によれば、炉の中に存在する状態を決定するシステムが提供される。このシステムは、前記の装置を複数個含む。
【０００９】
本発明の更なる様相によれば、前記の装置を３個含むシステムが提供される。これらの装置は、垂直方向に間隔を空けられ、最上部および最低部の装置は固定されて参照信号を提供し、中間の装置は垂直に移動可能で前記出力信号を提供する。
【００１０】
更に本発明は、前記の装置と、該装置を取り付ける手段との組み合わせを提供する。装置は取り付け手段の上で垂直に移動可能である。取り付け手段は移動可能であり、炉に関して水平に移動することができる。この組み合わせの１つの形態において、装置は取り付け手段の上で水平に移動できるように取り付けられる。
【００１１】
本発明の他の様相によれば、前記の装置とコンピュータとの組み合わせが提供される。該コンピュータは、前記出力信号を受信および解析し、前記ガンマ線感知手段に衝突するガンマ線の特性変化を示す読みを生成する。
【００１２】
本発明の更に他の様相によれば、炉の中に存在する状態を決定する方法が提供される。この方法は、前記炉の所定の領域から発散したガンマ線をガンマ線感知手段に衝突させ、衝突したガンマ線の特性によって変化する出力信号を生成させ、前記領域以外から前記手段へ進行するガンマ線をブロックし、前記出力信号を解析して前記ガンマ線の特性変化を検出することを含む。
【００１３】
好ましくは、前記領域は水平方向に長く、垂直方向で狭い。
【００１４】
方法は、炉に関して前記ガンマ線感知手段を垂直に動かし、炉の中の物質の境界面を検出するため前記領域の位置を変化させる更なるステップを含むことができる。
【００１５】
炉の中のバンクの厚さを決定するため、方法は、炉に関して前記手段を水平に動かし、それによって前記領域の位置を変化させることを含むことができる。
【００１６】
特別の形態において、方法は、上方および下方のガンマ線感知手段から参照読みを取り、上方および下方のガンマ線感知手段の間に置かれた中間ガンマ線感知手段を垂直方向に動かし、前記中間ガンマ線感知手段からの読みを前記出力信号として使用するステップを含む。
【００１７】
方法の１つの形式において、中間ガンマ線感知手段は、その出力信号が２つの参照読みの平均になるまで動かされる。他の形式において、前記出力信号は積分され、出力信号特性の変化率が最大になるレベルが突き止められる。
【００１８】
本発明は、更に、異なったレベルに置かれた複数の静止ガンマ線感知手段から読みを取り、前記ガンマ線感知手段の各々が炉の特定領域からガンマ放射を検出することを含む方法を提供する。
【００１９】
本発明をより良好に理解し、それがどのように実施されるかを示すため、これから例として添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に示される炉１０は垂直断面で示され、厚い金属の外壁１４および耐火煉瓦の内側ライニング１６から構成される炉壁１２を含む。生子銑のような原料金属を生成する炉において、通常、炉の底部には１８で示される溶融金属の層が存在し、金属の上には、２０で示されるスラグの層および高温ガスで満たされた上部領域２２が存在する。或るプロセスでは、最も価値のある物質は金属１８の中にあり、他のプロセスでは、最も価値のある物質はスラグ２０の中にある。
【００２１】
参照番号２４は、外部遮蔽２６（図２および図３を参照）を含む放射検出装置を示す。外部遮蔽２６は、漂遊ガンマ線が遮蔽の中にあるガンマ線検出器２８に到達しないようにする。遮蔽２６は、鉛または他の高密度物質から構成されてよい。図２において、遮蔽は２つのブロック２６．１および２６．１を含むように示される。図３において、線２６ａは、同じ結果を達成するが少ない鉛を使用する他の可能な遮蔽形状を示す。
【００２２】
図３で示された形態において、ガンマ線検出器は、水晶体２８ａ、光電子増倍管２８ｂ、および低エネルギーフォトンから水晶体を遮蔽する金属プレート２８ｃを含む。
【００２３】
検出器２８を受け取るキャビティは、鋼鉄、好ましくは「Ｎｕメタル」スリーブ４０でライニングされる。これは、漂遊磁界が光電子増倍管２８ｂの動作と干渉しないようにする。
【００２４】
検出器２８は、ガンマ線分光計であるか、ガンマ線放射カウンタであるか、またはこれらの両者が一致して動作するものであってよい。市販されている検出器の例は、ＰＭＴ（光電子増倍管）へ結合されたＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）シンチレータの組み合わせである。ＰＭＴは、安定した高電圧電源を必要とする。ＰＭＴからの信号は増幅されて、電子的にサンプリングされなければならない。通常、増幅された信号をサンプリングしてコンピュータへ与えるため、アナログディジタル変換器が使用される。
【００２５】
ガンマ線放射カウンタのＰＭＴは、フォトンが検出器の感知水晶体へ入るときに作り出されるフラッシュ、いわゆる「シンチレーション」をカウントする。したがって、出力は単にカウントされたフラッシュの数であり、検出されているガンマ線放出の特性は衝撃が起こるレートである。
【００２６】
他方では、ガンマ線分光計は、エネルギーレベルおよび衝撃数を含む詳細な情報を提供する。この情報は、通常、ヒストグラムに表示される。したがって、検出されているガンマ線放出の特性は、エネルギーおよび衝撃が起こるレートである。
【００２７】
コリメータ３０は、所定の領域からコリメータへ水平に入るガンマ線フォトンのみが検出器２８へ到達できるように構成される。コリメータは、遮蔽２６の中に取り付けられた管３２を含む。管３２の中には、間隔を空けられた一連の平行な水平プレート３４が存在する。プレートおよび管は、検出器２８へ通じる一連の平行通路を形成する。これは、通路へ水平に入って管３２の軸とほぼ平行なガンマ線のみが検出器２８に到達できることを確実にする（図１の矢印Ａを参照）。コリメータの効果は、検出器２８からの視線が炉壁の水平ストリップ状領域をカバーすることである。
【００２８】
装置２４は、支持構造体（図示されていない）の上に取り付けられる。支持構造体は、装置の垂直移動、または水平移動と垂直移動の双方を可能にする。支持構造体は任意適切な型のものであってよい。たとえば、横方向に動かすことのできる運送手段が適しており、好ましくは、運送手段は炉の周りを完全に移動することができる。運送手段は、車輪を取り付けられ、炉を囲むレールの上を走ることができる。車輪にはフランジを取り付けることができる。検出器２４は、垂直に移動するように運送手段の上に取り付けられる。垂直移動を起こす手段は、たとえば、ねじジャッキ、ウィンチケーブル、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、またはこれらの組み合わせであってよい。他の形態では、取り付け手段が静止して、検出器がその上で水平に移動することができる。
【００２９】
検出器２８からの出力は、通信ケーブル３６を介してコンピュータ３８へ送られる。コンピュータ３８は、検出器２８から受け取った信号を評価する。画面、キーボード、マウスなどを有する独立型コンピュータが使用されるか、代替的に、コンピュータは、検出装置２４自身の中に設けられた組み込みコンピュータであることができる。
【００３０】
炉が稼働しているとき、炉の中の溶融金属およびスラグはガンマ線を放出し、スラグの上の高温ガスもガンマ線を放出する。高温ガスからの放射レベルは、スラグおよび溶融金属からの放射レベルと比較して低い。放射は、ラジオアイソトープ、たとえばＵ２３８、Ｕ２３５、Ｔｈ２３２、およびＲａ２２６（ウラン、トリウム、およびラジウム）、およびそれらの崩壊生成物（或る場合には、娘生成物と呼ばれる）の存在のためである。崩壊生成物の或るものはガンマ線を放出する。もちろん、炉の中へ低温で投入されたときの物質もガンマ放射を放出する。しかし、炉の投入分布のために、使用可能な情報を得ることはできない。使用可能な結果が生じるのは、層形成が起こるときだけである。
【００３１】
ガンマ線放出の強度は、存在する放射性物質の量によって変化する。スラグおよび溶融金属は、異なった量の放射性物質を含み、したがって、スラグおよび金属からの放射の強度およびスペクトル特性は異なる。この相違は小さいが、放射がスラグから受け取られているときと、放射が溶融金属から受け取られているときとでは、検出器２８の出力が異なるように検出できるほど十分に大きい。同様に、領域２２のガスから放射しているガンマ線の強度および特性は、スラグおよび溶融金属とは異なる。
【００３２】
使用に当たって、境界面を発見するため、検出装置２４は炉と隣接して垂直に動かされる。コリメータは、炉壁へ「ポイント」され、炉壁の水平スリット状領域から出現するガンマ線のみがコリメータを介して検出器へ到達することができる。コリメータ３０は、溶融金属１８によって放出された水平進行ガンマ線のみが検出器２８へ到達することを許すので、検出器２８の出力は、コンピュータにロードされた実行可能プログラムによって評価されたとき、特定の結果を与えるであろう。スラグから放出された水平進行ガンマ線が受け取られているとき、検出器２８からの出力は異なるであろう。１つの結果から他の結果への変化は、スラグと溶融金属との間の境界面の場所を示す。同様に、スラグとスラグ上のガスとの間の境界面を検出することができる。
【００３３】
特定の時点で様々な境界面の場所を正確に知ることは、より効率的で安全な炉の稼働を可能にする。
【００３４】
本発明の上記の例では、１つだけの検出器が使用される。しかし、２つ以上の検出器を使用して、炉の２つ以上の領域からの放出を監視することができる。幾つかの検出器を使用する１つの利点は、全ての検出器からの出力信号を使用することによって、検出器を垂直に動かす必要性が最小になることである。
【００３５】
１つの特定の配列において、固定された上方検出器が、スラグの存在を予想できる炉の領域にポイントされる。同様に、固定された下方検出器が、溶融金属の存在を予想できる領域にポイントされる。これらのレベルでの現在の放射強度を表す参照信号を提供するため、これら２つの検出器から読みが取られる。固定された検出器の中間に第３の検出器が配置され、読みが取られる。もし第３の検出器からの出力が、下方検出器の出力よりも上方検出器の出力に近ければ、第３の検出器はスラグを読んでおり、溶融金属を読んでいるのではない。したがって、第３の検出器は、前の位置と下方検出器との中間位置へ下げられる。更に読みが取られる。得られた読みに依存して、第３の検出器は、下方検出器の方へ半分動かされるか、前の位置へ半分戻され、他の読みが取られる。この手順は、第３の検出器の読みが上方および下方検出器の読みの平均となるレベルが発見されるまで継続する。このレベルは、境界面が存在する場所を示す。
【００３６】
第３の検出器の出力は、ただ１つの値の形式で使用することができる。代替的に、信号を積分して強度変化のレートを表す信号を引き出し、境界面を突き止めることができる。
【００３７】
更に、複数の静止検出器の垂直配列を使用し、各々の静止検出器が炉の特定領域からの放射を読むようにすることも可能である。この手段によって、境界面の連続的監視が可能になる。
【００３８】
他の形態において、「警報レベル」ごとに１つの検出器が使用され、炉の中の境界面が所定レベルへ到達した時点で炉の運転者が通知を受ける。警報は、たとえば単純に、「供給停止」警報、「タッピング停止」警報、および「タッピング開始」警報であってよい。
【００３９】
図１において、参照番号４２は、領域２２の周りに形成される、いわゆるバンクを示す。バンクの厚さは、ある種の炉が制御される方式にとって重要である。
【００４０】
検出器２４を水平に動かすことによって、領域２２からの放射と対比して、バンクからの放射を感知し、バンクの厚さの表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】炉に隣接した放射検出装置を示す。
【図２】放射検出装置の絵画図である。
【図３】図２の放射検出装置の概略垂直断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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