(57)【要約】【課題】高炉内での銑鉄と耐火レンガとの境界位置を十分な精度で検出して、耐火レンガの厚さを精度良く検出する。【解決手段】高炉を透過する宇宙線ミュオンを検出して、宇宙線ミュオンの到達角度毎の検出頻度を取得する。得られた検出頻度の中から、宇宙線ミュオンが高炉の炉壁は透過しているが、高炉の炉内は透過していない到達角度（炉壁部到達角度）を、少なくとも所定の複数個選択する。そして、炉壁部到達角度で得られた検出頻度の実測値に基づいて、到達角度から出頻度を予測する予測式を生成した後、予測式によって得られる予測値と、到達角度毎に得られた実測値との偏差に基づいて、炉壁と炉内との境界位置を決定する。こうすれば、炉壁と炉内との境界位置を精度良く決定して、耐火レンガの厚さを精度良く検出することが可能となる。【選択図】図１４
2019012000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火レンガによって形成された高炉を透過してきた宇宙線ミュオンを、該高炉の外表面から離間して設置された検出器を用いて検知することにより、前記高炉の炉壁と炉内との境界位置についての情報を取得する高炉内情報取得方法であって、
前記高炉を透過して前記検出器に到達した前記宇宙線ミュオンの検出頻度を、該検出器に対する前記宇宙線ミュオンの到達角度毎に取得する検出頻度取得工程と、
前記検出頻度の実測値が得られた複数の到達角度の中で、前記宇宙線ミュオンが前記高炉の炉壁は透過しているが、該高炉の炉内は透過していない到達角度である炉壁部到達角度を、少なくとも所定の複数個選択する炉壁部到達角度選択工程と、
前記複数の炉壁部到達角度で得られた前記検出頻度の実測値に基づいて、前記到達角度に対する前記検出頻度を予測する予測式を生成する予測式生成工程と、
前記予測式によって得られる予測値と、前記到達角度毎に得られた実測値との偏差に基づいて、前記炉壁と前記炉内との境界位置を決定する境界位置決定工程と
を備える高炉内情報取得方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高炉内情報取得方法であって、
前記複数個の炉壁部到達角度を選択するに先立って、前記高炉の外形形状と、該高炉と前記検出器との位置関係とに基づいて、前記宇宙線ミュオンが前記炉壁の最外部を透過している前記到達角度である最外部到達角度を決定する最外部到達角度決定工程を備え、
前記炉壁部到達角度選択工程は、前記最外部到達角度から前記高炉の炉内の方向に向かって、前記複数個の炉壁部到達角度を選択する工程である
ことを特徴とする高炉内情報取得方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高炉内情報取得方法であって、
前記複数個の炉壁部到達角度を選択するに先立って、前記到達角度毎に得られた前記実測値を、前記高炉の外形形状または前記高炉に隣接する構造物の少なくとも一方に基づいて補正する実測値補正工程を備える高炉内情報取得方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の高炉内情報取得方法であって、
前記検出頻度取得工程は前記到達角度に対応する方向についての単位立体角あたりの検出頻度を取得する工程である高炉内情報取得方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の高炉内情報取得方法であって、
前記予測式生成工程は、前記予測式を生成するに際して、前記炉壁部到達角度での実測値との最小二乗誤差を算出して記憶する工程であり、
前記境界位置決定工程は、前記予測式による予測値と前記到達角度毎に得られた実測値との偏差と、前記最小二乗誤差とを比較することによって、前記境界位置を決定する工程である高炉内情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火レンガによって形成された高炉を透過してきた宇宙線ミュオンを検出することによって、高炉の炉壁と炉内との境界位置についての情報を取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、耐火レンガなどの耐火物で造られており、炉内では、高温によって溶かされた銑鉄が流動している。このため炉内壁面の耐火レンガは、流動する銑鉄によって削られて少しずつ薄くなっていき、やがては高炉を建て替える必要が生じる。高炉を建て替える時期を決定するためには、銑鉄によって削られて残った耐火レンガの厚さを計測する必要がある。ところが、運転中の高炉を止めるには時間と費用が掛かるので、できれば高炉を運転したまま、残った耐火レンガの厚さを計測可能なことが望ましい。
【０００３】
そこで、そのようなことを実現可能な方法として、宇宙線ミュオンを利用して高炉内での銑鉄と耐火レンガとの境界の位置を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ここで、宇宙線ミュオンとは、宇宙線が地球の大気と衝突することによって生成されて絶えず地上に降り注いている素粒子の一種であり、高い透過力で物質を透過し得る一方で、質量が大きな物質を透過する際には、質量や透過距離に応じて透過量が減少する性質を有している。銑鉄は耐火レンガに比べて質量が大きいので、高炉内で銑鉄が存在する部分では、耐火レンガの部分に比べてミュオンの透過量が大きく減少する。そこで、高炉内を透過してきたミュオンを検出して、ミュオンの透過量（すなわち検出頻度）が大きく変化する箇所を探索すれば、高炉を運転したままで、銑鉄と耐火レンガとの境界の位置を検出することができ、残った耐火レンガの厚さを決定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２１２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した提案の技術では、高炉内での銑鉄と耐火レンガとの境界位置を十分な精度で検出することが難しく、従って、耐火レンガの厚さを精度良く検出することが困難であるという問題があった。これは、次のような理由による。
【０００６】
先ず、ミュオンの検出頻度が変化する位置を検出するためには、そもそも検出頻度を精度良く計測する必要があり、そのためには、統計的に意味を持つ程度に多数のミュオンを検出する必要がある。ところが、宇宙線ミュオンは、１平方センチメートルの面積あたりに、１分間に１個程度の割合でしか降り注いでこないので、統計的に意味を持つ程度に多数のミュオンを検出しようとすると、長い時間が必要となってしまう。そこで、短時間で得られた検出結果を用いて解析すると、統計的な精度を十分に確保することができなくなり、検出頻度が変化する位置についても精度良く決定することが困難となる。加えて、高炉内で流動している銑鉄と耐火レンガとが接する部分では、銑鉄と耐火レンガとが混在する遷移層が形成されているため、そもそも明確な境界が存在するわけでもない。このような理由から、従来の技術では、高炉内での銑鉄と耐火レンガとの境界位置を十分な精度で検出することが難しく、従って、耐火レンガの厚さを精度良く検出することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、高炉内での銑鉄と耐火レンガとの境界位置を十分な精度で検出して、耐火レンガの厚さを精度良く検出することが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の高炉内情報取得方法は、次の構成を採用した。すなわち、
耐火レンガによって形成された高炉を透過してきた宇宙線ミュオンを、該高炉の外表面から離間して設置された検出器を用いて検知することにより、前記高炉の炉壁と炉内との境界位置についての情報を取得する高炉内情報取得方法であって、
前記高炉を透過して前記検出器に到達した前記宇宙線ミュオンの検出頻度を、該検出器に対する前記宇宙線ミュオンの到達角度毎に取得する検出頻度取得工程と、
前記検出頻度の実測値が得られた複数の到達角度の中で、前記宇宙線ミュオンが前記高炉の炉壁は透過しているが、該高炉の炉内は透過していない到達角度である炉壁部到達角度を、少なくとも所定の複数個選択する炉壁部到達角度選択工程と、
前記複数の炉壁部到達角度で得られた前記検出頻度の実測値に基づいて、前記到達角度に対する前記検出頻度を予測する予測式を生成する予測式生成工程と、
前記予測式によって得られる予測値と、前記到達角度毎に得られた実測値との偏差に基づいて、前記炉壁と前記炉内との境界位置を決定する境界位置決定工程と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
かかる本発明の高炉内情報取得方法においては、到達角度毎に得られた宇宙線ミュオンの検出頻度の中から、宇宙線ミュオンが高炉の炉壁は透過しているが、高炉の炉内は透過していない到達角度（炉壁部到達角度）を、少なくとも所定の複数個選択する。そして、炉壁部到達角度で得られた検出頻度の実測値に基づいて、到達角度から出頻度を予測する予測式を生成した後、予測式によって得られる予測値と、到達角度毎に得られた実測値との偏差に基づいて、炉壁と炉内との境界位置を決定する。
【００１０】
宇宙線ミュオンが高炉の炉壁は透過しているが、高炉の炉内は透過していない到達角度の範囲内では、宇宙線ミュオンの検出頻度は、同じような傾向で変化するものと考えられるので、予測式を用いて予測することができる。逆に言えば、予測式から外れる実測値は、宇宙線ミュオンが高炉の炉内も透過していると考えることができる。このことから、予測式から得られる予測値と、到達角度毎に得られた実測値との偏差を用いれば、炉壁と炉内との境界位置を精度良く決定して、耐火レンガの厚さを精度良く検出することが可能となる。
【００１１】
また、上述した本発明の高炉内情報取得方法においては、複数個の炉壁部到達角度を選択するに先立って、高炉の外形形状と、高炉と検出器との位置関係とに基づいて、宇宙線ミュオンが炉壁の最外部を透過している到達角度（最外部到達角度）を決定してもよい。そして、最外部到達角度から高炉の炉内の方向に向かって、所定の複数個の到達角度を、炉壁部到達角度として選択するようにしても良い。
【００１２】
宇宙線ミュオンが炉壁の最外部を透過する到達角度（最外部到達角度）は正確に決定することが可能である。更に、炉壁の最外部からある程度の角度範囲までは、宇宙線ミュオンが高炉の炉内は透過していないと考えることができる。従って、最外部到達角度から高炉の炉内の方向に向かって、所定の複数個の到達角度を炉壁部到達角度として選択しておけば、簡単に且つ正しく炉壁部到達角度を選択することが可能となる。
【００１３】
また、上述した本発明の高炉内情報取得方法においては、複数個の炉壁部到達角度を選択するに先立って、到達角度毎に得られた検出頻度の実測値を、高炉の外形形状または高炉に隣接する構造物の少なくとも一方に基づいて補正することとしてもよい。
【００１４】
高炉の外形形状や高炉に隣接する構造物は、宇宙線ミュオンの検出頻度に影響を与える。更に、高炉の外形形状や高炉に隣接する構造物は、大きさや存在位置を容易に計測することができるので、検出頻度に影響を与える宇宙線ミュオンの到達角度や、検出頻度に影響を与える大きさなどを見積もることができる。従って、このような見積もりの結果に基づいて、到達角度毎に得られた検出頻度の実測値を補正しておけば、炉壁と炉内との境界位置をより一層精度良く決定することができるので、耐火レンガの厚さを更に精度良く検出することが可能となる。
【００１５】
また、上述した本発明の高炉内情報取得方法においては、到達角度方向について単位立体角あたりの検出頻度を取得するものとしても良い。
【００１６】
こうすれば、検出器の設置角度に起因する検出頻度の変動を抑制することが可能となり好適である。例えば、検出器を取り替えて検出を継続したり、あるいは過去の検出結果との比較をするなどの場合、検出器の設置角度が同一でないことに起因して検出頻度が変化してしまうことがある。特に略平面形状の検出器を用いた場合には設置角度の影響を受けやすい。そこで到達角度の方向についての単位立体角あたりの検出頻度を取得するものとすれば、検出器の設置角度が異なったとしても設置角度の影響を回避した検出頻度を取得できるので、過去の検出結果との比較や検出結果の統合が可能となるので、より好適である。
【００１７】
また、上述した本発明の高炉内情報取得方法においては、高炉内での炉壁と炉内との境界位置を、次のようにして決定しても良い。先ず、予測式を生成するに際して、炉壁部到達角度での実測値との最小二乗誤差を算出しておく。そして、予測式による予測値と、到達角度毎に得られた実測値との偏差を求めて、この偏差を最小二乗誤差とを比較することによって、境界位置を決定するようにしてもよい。
【００１８】
こうすれば、高炉内での炉壁と炉内との境界位置を、より一層合理的に決定することができ、耐火レンガの厚さを精度良く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高炉１を透過してきた宇宙線ミュオンを検出する検出器１０についての説明図である。
【図２】宇宙線ミュオンの検出頻度を、検出器１０に対する到達角度に基づいて整理する方法についての説明図である。
【図３】宇宙線ミュオンの検出器１０に対する到達角度と、高炉１内を透過してきた宇宙線ミュオンの行路との関係を例示した説明図である。
【図４】高炉１を透過してきた行路に応じて宇宙線ミュオンの減衰量が異なることを示す説明図である。
【図５】宇宙線ミュオンの検出器１０に対する到達角度と、宇宙線ミュオンの減衰量との関係を示した説明図である。
【図６】宇宙線ミュオンの減衰量と、宇宙線ミュオンの検出頻度との関係についての説明図である。
【図７】高炉１を透過してきた宇宙線ミュオンの検出頻度に基づいて、高炉１の炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を検出する原理を示した説明図である。
【図８】境界位置の検出対象となる高炉１の内部の状況を概念的に示した説明図である。
【図９】検出対象の高炉１で実測される検出頻度を例示した説明図である。
【図１０】本実施例の境界位置検出処理の前半部分を示したフローチャートである。
【図１１】本実施例の境界位置検出処理の後半部分を示したフローチャートである。
【図１２】検出頻度の実測値の中から炉壁部実測値を選択する様子を示した説明図である。
【図１３】炉壁部実測値から求めた検出頻度の予測値と、炉壁部実測値よりも炉内側で得られた実測値とを比較する様子を示した説明図である。
【図１４】本実施例の境界位置検出処理によって炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を検出した結果を例示した説明図である。
【図１５】本実施例の境界位置検出処理が有する利点の一部を示する説明図である。
【図１６】検出頻度の実測値を補正する必要がある場合を例示した説明図である。
【図１７】検出頻度の実測値を補正する変形例についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために実施例について説明する。
Ａ．装置構成  ：
図１は、高炉１を透過してきた宇宙線ミュオンを検出する検出器１０についての説明図である。図１（ａ）には、掲出対象の高炉１に対して検出器１０を設置した様子が示されており、図１（ｂ）には、検出器１０の概略形状が示されている。図１（ａ）に示されるように、高炉１は、耐火レンガなどの耐火物を円環状に積み上げることによって形成された大きな構造物であり、耐火レンガなどによる炉壁１ｂの内側には、円形断面の炉内１ａが形成されている。高炉１の上端は開口しており、ここから鉄鉱石やコークスなどを投入して炉内１ａで加熱すると、高温によって鉄鉱石から溶け出した銑鉄が炉内１ａに溜まって、図示しない流出口から外部に流出するようになっている。また、検出器１０は、高炉１の底部の側面から離間した位置から、高炉１を少し見上げる状態で設置されている。
【００２１】
本実施例では、検出器１０として、原子核乾板が用いられている。原子核乾板とは、厚さ数十ミクロンのゼラチン膜に微細な臭化銀の結晶を一様に分散させた一種のフィルムであり、宇宙線ミュオンがゼラチン膜を通過すると、その軌跡がゼラチン膜内に記録されるようになっている。そして、その軌跡を読み取ることで、宇宙線ミュオンがゼラチン膜を通過した位置、および通過した方向を検出することができる。
【００２２】
図１（ｂ）に示した例では、検出器１０の検出面１０ａ上のＰ１点で、破線の矢印で示した方向から宇宙線ミュオンが通過している。図示されるように、Ｐ１点から検出面１０ａの法線方向にｚ軸を取り、検出面１０ａ上で水平方向にｘ軸を、ｘ軸およびｚ軸に直角にｙ軸を設定すると、宇宙線ミュオンがＰ１点を通過した方向は、ｚ軸に対するｙ軸周りの角度θ１（以下では、ｚ軸に対するｙ軸周りの角度を「ヨウ角」θと称する）と、ｘ軸周りの角度φ１（以下では、ｚ軸に対するｘ軸周りの角度を「仰角」φと称する）とを用いて表すことができる。また、Ｐ２点では、一点鎖線の矢印で示した方向から宇宙線ミュオンが通過しているが、この宇宙線ミュオンについても同様にしてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を設定することによって、宇宙線ミュオンが通過した方向を表すヨウ角θ２および仰角φ２を検出することができる。尚、原子核乾板に残った軌跡から宇宙線ミュオンの通過方向を検出する具体的な方法については周知であるため、ここでは説明は省略する。また、宇宙線ミュオンが通過したヨウ角および仰角の組合せを、以下では、宇宙線ミュオンの「到達角度」と称することがあるものとする。
【００２３】
このようにして、検出器１０で検出された宇宙線ミュオンの軌跡の１つ１つについて、宇宙線ミュオンが通過したヨウ角および仰角が得られたら、今度は、それらを、所定のヨウ角毎および所定の仰角毎に集計する。そのための準備として、先ず、検出器１０で検出可能なヨウ角方向の角度範囲を所定のヨウ角幅ｄθずつに区分し、仰角方向の角度範囲を所定の仰角幅ｄφずつに区分する。
【００２４】
図２は、検出器１０で検出可能なヨウ角方向の角度範囲を所定のヨウ角幅ｄθずつに区分し、仰角方向の角度範囲を所定の仰角幅ｄφずつに区分した様子を概念的に示した説明図である。このように、検出器１０で検出可能な角度範囲を、所定のヨウ角幅ｄθずつおよび所定の仰角幅ｄφずつに区分しておけば、検出器１０で検出された宇宙線ミュオンは、必ず何れかのマス目に分類されることになる。従って、図１（ａ）に例示したような状態で高炉１の側に検出器１０を設置して、例えば数ヶ月間に亘って多数の宇宙線ミュオンを検出した結果を集計すれば、図２に示したマス目の１つ１つに対して宇宙線ミュオンの検出頻度が設定された頻度分布を得ることができる。
【００２５】
尚、本実施例では、検出器１０として原子核乾板を用いているが、宇宙線ミュオンの通過方向を検出することができれば、他の方法を用いることもできる。但し、原子核乾板を用いれば、電源が不要であるため、長期間に亘って安定して宇宙線ミュオンを検出することができ、しかも、検出面１０ａ上での空間分解能が高いので、宇宙線ミュオンが高い密度で検出されても、個々の宇宙線ミュオンを分離して通過方向を検出することができる。このため、原子核乾板を用いれば、十分な数の宇宙線ミュオンの通過を蓄積することができる。後述する本実施例の境界位置検出処理で必要な検出精度を確保するためには、図２に例示した１つ１つのマス目に対して十分な数の検出頻度が必要であり、そのためには、検出器１０では、非常に多くの宇宙線ミュオンを検出する必要がある。この点で、検出器１０として原子核乾板を用いる方法は、宇宙線ミュオンを長期間に亘って安定して検出することができ、しかも、検出結果を高密度で記録することができるので、本実施例の境界位置検出処理には特に適しているということができる。
【００２６】
Ｂ．高炉の炉壁と炉内との境界位置を検出する原理  ：
以上のようにして、宇宙線ミュオンの到達角度に対する検出頻度の分布が分かれば、高炉１の内部での炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を検出することができる。これは次のような原理によるものである。
【００２７】
例えば、図２（ａ）中で、破線の矩形で囲った範囲の検出頻度について着目する。これらの検出頻度は、ヨウ角θは異なるものの、仰角がφ１で得られた検出頻度である。ここで、高炉１の形状寸法や、高炉１から検出器１０までの距離Ｌ、高炉１に対する検出器１０の設置角度などの情報は予め調べておくことができるから、検出器１０からの仰角がφ１で高炉１を横切る平面は容易に決定することができる。更に、平面が決まれば、それぞれのヨウ角θから飛来してきた宇宙線ミュオンの行路も決定することができる。
【００２８】
図３は、仰角がφ１で、ヨウ角θが異なる方向から検出器１０に飛来してきた宇宙線ミュオンの行路を例示した説明図である。高炉１の形状寸法や、高炉１から検出器１０までの距離Ｌ、高炉１に対する検出器１０の設置角度などは既知であるから、検出器１０からの仰角がφ１で高炉１を横切る平面は、図３（ａ）中に一点鎖線で示した平面ＤＰに決定することができ、この平面ＤＰで高炉１の断面を取ると図３（ｂ）が得られる。そして、この断面上で、検出器１０に対するヨウ角θを決めれば、例えば図中に破線で示した行路Ａ〜行路Ｆのように、ヨウ角θに応じた宇宙線ミュオンの行路を決定することができる。尚、図中で斜線を付して表示した部分は、高炉１の炉壁１ｂであり、炉壁１ｂの内側が炉内１ａとなる。通常の場合は、炉内１ａは銑鉄で満たされている。
【００２９】
図３（ｂ）に例示した行路Ａ〜行路Ｆの中で、行路Ａ〜行路Ｃは、炉壁１ｂの部分と炉内１ａの部分とを通過しているが、行路Ｄおよび行路Ｅは、炉壁１ｂの部分は通過するが、炉内１ａの部分は通過していない。更に、行路Ｆについては、炉壁１ｂの部分も炉内１ａの部分も通過していない。また、それぞれの行路間で、炉壁１ｂを通過する長さや、炉内１ａを通過する長さは異なっている。このように、ヨウ角θが変わると、炉壁１ｂや炉内１ａを通過する長さが変化する。尚、図３（ｂ）では、ヨウ角θが正の値を取る場合について表示しているが、ヨウ角θが負の値を取る場合についても、全く同様なことが成立する。そこで、説明が煩雑となることを避けるために、以下では、ヨウ角θが正の値を取る場合について説明する。
【００３０】
図４は、行路Ａ〜行路Ｆについて、炉壁１ｂや炉内１ａを通過する長さを比較した結果についての説明図である。先ず、炉壁１ｂと炉内１ａとを区別せずに全体を高炉１として見ると、行路Ａ〜行路Ｆへと、ヨウ角θが大きな行路になるに従って、高炉１を通過する長さが短くなっている。次に、炉壁１ｂと炉内１ａとを区別して見ると、行路Ａ〜行路Ｃへとヨウ角θが大きくなるに従って、炉内１ａの部分を通過する長さが短くなり、行路Ｄでは、炉内１ａを通過する長さが０となる。更に、行路Ｄから行路Ｅへと、ヨウ角θが大きくなるに従って、炉壁１ｂの部分を通過する長さが短くなり、行路Ｆでは、炉壁１ｂを通過する長さも０となる。
【００３１】
ここで、物質を通過する宇宙線ミュオンは、通過する物質の質量が大きくなるほど、減衰量が大きくなることが知られている。そして、通常の場合は、炉内１ａの部分は銑鉄で満たされており、銑鉄は耐火レンガの２倍〜３倍程度の質量を有しているから、行路Ａ〜行路Ｆの中では、炉内１ａの部分を通過する長さの最も長い行路Ａが、宇宙線ミュオンの減衰量が最も大きくなる。そして、炉内１ａを通過する長さが短くなるに従って、行路Ｂ、行路Ｃの順番で減衰量が小さくなっていく。このときの減衰量の変化量は、銑鉄の質量に依存する。そして、炉内１ａを通過する長さが０になった後は、行路Ｄ、行路Ｅへと、炉壁１ｂの部分を通過する長さが短くなるに従って減衰量が小さくなり、炉壁１ｂを通過する長さも０になる行路Ｆが最も減衰量が小さくなる。このときの減衰量の変化量は、耐火レンガの質量に依存する。上述したように銑鉄と耐火レンガとは大きな質量差があるから、炉内１ａ（すなわち銑鉄の部分）を通過する長さが０になるヨウ角を境として、ヨウ角が小さな領域（銑鉄の部分を通過する領域）と、ヨウ角が大きな領域（銑鉄の部分を通過しない領域）とで、減衰量の変化の仕方が不連続になる。そして、このような減衰量の変化は、宇宙線ミュオンの検出頻度に表れる。
【００３２】
図５は、ヨウ角θに応じて、宇宙線ミュオンの減衰量が変化する様子を概念的に示した説明図である。地上に降り注ぐ宇宙線ミュオンは、図６に示すようなエネルギー分布を有することが知られている。仮に、宇宙線ミュオンが高炉１を透過する行路の減衰量をａとしたときに、その減衰量ａよりもエネルギーの小さな宇宙線ミュオンは高炉１内で止まってしまう。従って、その行路を通って検出器１０で検出される宇宙線ミュオンは、減衰量ａよりも大きなエネルギーを有する宇宙線ミュオン（すなわち、図６中で斜線を付した部分）となる。
【００３３】
図６から明らかなように、行路の減衰量が大きくなるに従って、検出器１０で検出される宇宙線ミュオンの数は単調に減少していく。そして、図５に示したように、宇宙線ミュオンの減衰量はヨウ角θに応じて変化し、高炉１の炉内１ａと炉壁１ｂとの境界に対応するヨウ角では、減衰量の変化の仕方が不連続となるので、宇宙線ミュオンの検出頻度の変化の仕方も不連続となる筈である。すなわち、図２（ａ）中で破線の矩形で囲ったように、ある仰角φで得られた宇宙線ミュオンの検出頻度を、横軸にヨウ角θをとって整理してやると、図７に例示したように、高炉１の炉内１ａと炉壁１ｂとの境界に対応する部分で、検出頻度の変化の仕方が不連続になっている筈である。従って、このように、検出頻度の変化の仕方が不連続になっているヨウ角を検出すれば、高炉１内での炉内１ａと炉壁１ｂとの境界位置を検出することが可能と考えられる。以上が、宇宙線ミュオンの検出頻度に基づいて、高炉１内での炉内１ａと炉壁１ｂとの境界位置を検出する原理である。
【００３４】
しかし実際には、上述した方法では、炉内１ａと炉壁１ｂとの境界位置を精度良く検出することは困難であった。これは次のような事情による。先ず、高炉１の内部では、高温になった銑鉄が流動しながら耐火レンガを浸食しており、浸食の程度は場所によって変わるので、炉壁１ｂの内側の形状は、もはや円形形状とはなっていない。しかも、銑鉄と耐火レンガとが接する部分では、銑鉄と耐火レンガとが混在した状態となっている。このため、図８に概念的に示したように、高炉１を通過する宇宙線ミュオンにとっては、高炉１の内部は、銑鉄が流動している炉内１ａの部分から、耐火レンガで形成された炉壁１ｂの部分へと連続的に変化するような状態となっている。従って、実際の減衰量は、炉内１ａと炉壁１ｂとの間で、図５に例示したように明確に変化するわけではない。加えて、到達角度毎に得られる検出頻度の値にも統計的なバラツキが存在している。
【００３５】
これらの理由から、実際に得られる宇宙線ミュオンの検出頻度は、図９に例示したようなデータとなっており、炉内１ａと炉壁１ｂとの境界位置を決定することが困難となっている。そこで、図９に例示したような検出頻度からでも、高炉１内での炉内１ａと炉壁１ｂとの境界位置を精度良く検出可能とするために、以下のような方法を開発した。
【００３６】
Ｃ．本実施例の境界位置検出方法  ：
図１０および図１１は、本実施例の境界位置検出処理のフローチャートである。この処理は、検出器１０の原子核乾板を解析する図示しないコンピューターによって実行される。図１０に示されるように、境界位置検出処理では先ず始めに、原子核乾板に記録された宇宙線ミュオンの軌跡を１つ選択する（ステップＳ１００）。そして、軌跡の画像を解析することによって、その宇宙線ミュオンが検出器１０に到達した時の仰角φおよびヨウ角θを検出する（ステップＳ１０１）。仰角φおよびヨウ角θを検出する方法については、周知であるため、ここでは説明を省略する。
【００３７】
その後、得られた仰角φおよびヨウ角θを、仰角については所定の角度幅ｄφ、ヨウ角については所定の角度幅ｄθを用いて量子化して、量子化後の仰角φおよびヨウ角θが表す到達角度の検出頻度に「１」を加算する（ステップＳ１０２）。続いて、原子核乾板上に記憶されている全ての軌跡を処理したか否かを判断し（ステップＳ１０３）、未処理の軌跡が残っている場合は（ステップＳ１０３：ｎｏ）、先頭に戻って新たな軌跡を１つ選択した後（ステップＳ１００）、上述した続く一連の操作を実行する。
【００３８】
こうした操作を繰り返すことによって、原子核乾板上の全ての軌跡を処理したと判断したら（ステップＳ１０３：ｙｅｓ）、今度は、境界位置を検出しようとする仰角φで、それぞれのヨウ角θで得られた検出頻度を取得する（ステップＳ１０４）。その結果、図９に例示したように、それぞれのヨウ角θでの検出頻度が得られることになる。尚、図９では、ヨウ角θが正の値を取る範囲を表示しているが、ヨウ角θが負の値を取る範囲についても同様な結果を得ることができる。
【００３９】
前述したように、こうして得られた検出頻度からは、高炉１の炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を直ちに決定することは困難である。そこで、炉壁１ｂの最外部となるヨウ角位置を決定する（ステップＳ１０５）。高炉１の寸法形状や、高炉１から検出器１０までの距離Ｌ、高炉１に対する検出器１０の設置角度などは既知であるから、炉壁１ｂの最外部となるヨウ角位置は容易に決定することができる。尚、炉壁１ｂの最外部となるヨウ角位置は、本発明における「最外部到達角度」に対応する。続いて、炉壁１ｂの最外部から、炉内１ａの方向に向かって、所定の複数個の実測値を、炉壁部実測値として取得する（ステップＳ１０６）。
【００４０】
図１２は、検出頻度の実測値の中から炉壁部実測値を選択する様子を示した説明図である。前述したように、炉壁１ｂの最外部に対応する実測値は予め決定しておくことができるから、その実測値を含めて、所定の複数個の実測値を炉壁部実測値として選択する。図１２に示した例では、所定の複数個が４個に設定されているので、図中に黒丸で表示した４つの実測値が炉壁部実測値となる。
【００４１】
ここで、炉壁部実測値を選択する操作について補足して説明する。図９を用いて前述したように、ヨウ角θ毎に得られた検出頻度の実測値では、高炉１の炉内１ａの部分と、炉壁１ｂの部分との境界位置が明確には分からない。その一方で、炉壁１ｂの最外部に対応する位置は正確に決定することができる。従って、炉壁１ｂの最外部から炉内１ａの方向に向かって幾つかの実測値については、（炉内１ａの部分ではなく）炉壁１ｂの部分に対応していることが保証されていると考えて良い。炉壁部実測値として選択する複数の実測値は、このように、炉壁１ｂの部分に対応していると考えて良い実測値である。図１０のステップＳ１０２でヨウ角θを量子化する角度幅ｄθをある程度の小さな値に設定しておけば、たとえ検出頻度の実測値にバラツキがあったとしても、最外部から所定の複数個の実測値については、確実に炉壁１ｂの部分に対応すると考えることができる。
【００４２】
また、「所定の複数個」の数（すなわち、炉壁部実測値として選択する個数）は、後述する予測式の関数形に応じて設定されている。本実施例では、予測式の関数形として、ヨウ角θを変数とする２次の多項式を用いているので、所定の複数個の数は４個に設定されている。もちろん、４個に限らず、より多くの個数に設定しても良い。一般的には、炉壁部実測値として選択する個数が多くなるほど、高炉１内の炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を精度良く検出することができる。但し、むやみに多くの個数を選択すると、炉内１ａの部分の実測値も炉壁部実測値として選択してしまい、境界位置の検出精度が低下する虞が生じる。
【００４３】
そこで、図１０のステップＳ１０６では、炉壁１ｂの最外部の実測値を含めて所定の複数個の実測値を選択した上で、更に内側の実測値も炉壁部実測値として選択できるか否かを、人間が判断することが望ましい。すなわち、自動的に選択された炉壁部実測値（図１２中で黒丸によって表示した実測値）よりも内側に存在する実測値について、ヨウ角θに対する検出頻度の変化から、確実に炉壁１ｂの部分に対応すると判断できる場合には、その実測値についても炉壁部実測値に含めて、以降の操作を行うことが望ましい。こうすれば、炉内１ａの部分の実測値も炉壁部実測値として選択してしまうことなく、選択する炉壁部実測値の個数を増やすことができるので、炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置の検出精度を向上させることができる。
【００４４】
その後、こうして取得した複数個の炉壁部実測値を用いて、ヨウ角θから検出頻度を予測する予測式を決定する（ステップＳ１０７）。予測式を決定する方法には、いわゆる最小二乗法を用いた周知の方法を用いることができる。上述したように本実施例では、予測式の関数形として、ヨウ角θを変数とする２次の多項式を用いている。このため、少なくとも３つのヨウ角θでの実測値が得られれば、予測式を決定することができ、４つ以上の実測値が得られれば、最小二乗誤差を含めて予測式を求めることができる。尚、予測式の関数形としては、ヨウ角θを変数とする２次の多項式に限られるわけではない。少ない実測値で精度良く予測可能な予測式を決定するためには、適切な関数形を用いることが重要であるため、試行錯誤によって適切な関数形が選択される。
【００４５】
こうしてヨウ角θを変数として検出頻度を予測する予測式が得られたら、その時に得られた最小二乗誤差も記憶しておく（ステップＳ１０８）。最小二乗誤差とは、簡単に言えば、予測式を決定するために用いた全ての実測値と、得られた予測式による予測値との偏差の平均値のようなものである。本実施例では、予測式を決定するために最小二乗法を用いており、ヨウ角θを変数とする２次の多項式による予測式を、４つの実測値を用いて決定しているので、予測式を決定する際に最小二乗誤差も同時に求められる。そこで、ステップＳ１０８では、得られた最小二乗誤差を記憶しておく。また、最小二乗法以外の方法を用いて予測式を決定した場合は、予測式の決定に用いた実測値と、得られた予測式による予測値とを用いて、最小二乗誤差を算出して記憶する。
【００４６】
続いて、炉壁部実測値よりも１つ内側（炉内１ａの方向）の実測値を検査実測値として選択する（図１１のステップＳ１０９）。図１３は、検査実測値を選択した様子を示す説明図である。図中の黒丸は炉壁部実測値を表しており、太い実線の曲線は、炉壁部実測値から得られた予測式を表している。図１１のステップＳ１０９では、炉壁部実測値の１つ内側にある実測値ｐ１を、検査実測値として選択する。
【００４７】
そして、検査実測値として選択した実測値ｐ１のヨウ角θ１での予測値を、予測式を用いて算出した後（ステップＳ１１０）、検査実測値と予測値との偏差が、最小二乗誤差よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１１１）。その結果、偏差が、最小二乗誤差よりも小さいと判断した場合は（ステップＳ１１１：ｎｏ）、その検査実測値よりも１つ内側の実測値を、新たな検査実測値として選択する（ステップＳ１１２）。図１３に示した例では、実測値ｐ１と、ヨウ角θ１での予測値との偏差は最小二乗誤差よりも小さいと判断して、実測値ｐ１よりも１つ内側にある実測値ｐ２を、新たな検査実測値として選択する。
【００４８】
こうして新たな検査実測値を選択したら（ステップＳ１１２）、その検査実測値のヨウ角（実測値ｐ２に対してはヨウ角θ２）での予測値を算出した後（ステップＳ１１０）、検査実測値と予測値との偏差が、最小二乗誤差よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１１１）。このような操作を繰り返すことによって、やがては、検査実測値と予測値との偏差が、最小二乗誤差よりも大きくなるような実測値が選択されて、ステップＳ１１１で「ｙｅｓ」と判断されることになる。図１３に示した例では、実測値ｐ２が、このような実測値に該当する。
【００４９】
その後、最後に検査実測値として選択していた実測値に対応するヨウ角（図１３に示した例ではθ２）と、その１つ前に検査実測値として選択した実測値に対応するヨウ角（図１３に示した例ではθ１）との間のヨウ角を、高炉１の炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置として決定した後（ステップＳ１１４）、本実施例の境界位置検出処理を終了する。図１４には、こうして検出された境界位置が示されている。
【００５０】
以上に説明した本実施例の境界位置検出方法では、様々なヨウ角に対して得られた検出頻度の実測値の中から、宇宙線ミュオンが高炉１の炉壁１ｂの部分は通過しているが、炉内１ａの部分は通過していないことが確実な実測値（すなわち、炉壁部実装値）を選択する。そして、それらの実測値を用いて、予測式を生成する。こうすれば、宇宙線ミュオンの行路が炉内１ａに掛からない角度範囲内であれば、ヨウ角に対して妥当な予測値が得られる予測式を決定することができる。逆に言えば、こうして得られた予測式から外れる実測値は、宇宙線ミュオンの行路の一部が炉内１ａに掛かっていることを示している。従って、上述した方法で境界位置を検出してやれば、図９に例示したような実測値からでも、高炉１内での炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を精度良く決定することが可能となる。
【００５１】
また、上述した本実施例の方法は、次のような利点も有している。例えば、上述した実施例では、高炉１の外表面の形状が円錐形状であるものとして説明した。しかし、実際の高炉１の外表面は、単純な円錐形状であるとは限らず、歪んだ形状となっている可能性もある。図１５には、高炉１の外表面の一部が所々で膨らんでいる場合が示されている。このような場合、ヨウ角の変化によって、行路が炉壁１ｂの部分を通過する長さも、高炉１の外表面が単純な円錐形状であった場合とは微妙に異なったものとなり、その結果、宇宙線ミュオンの検出頻度の実測値も異なったものとなる。
【００５２】
あるいは、上述した実施例では、宇宙線ミュオンの検出頻度は、宇宙線ミュオンの行路上での減衰量によって決まるものとして説明した。しかし、宇宙線ミュオンは、全ての方向から均等な頻度で飛来してくるわけではない。従って、実際に計測される検出頻度は、ヨウ角の違いによって、宇宙線ミュオンが飛来する頻度の違いによる影響も受けていることになる。これに対して、上述した本実施例の方法では、これらの影響も考慮した状態での予測式が得られるので、これらの外乱の影響を意識することなく、十分な精度で、高炉１内での炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を決定することが可能となる。
【００５３】
Ｄ．変形例  ：
上述した実施例では、到達角度（すなわち、量子化された仰角およびヨウ角）毎に得られた宇宙線ミュオンの検出頻度を、そのまま用いて、高炉１内での炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を決定するものとして説明した。しかし、必要に応じて、ヨウ角に対して得られた検出頻度の実測値に補正を加えてから、境界位置を決定することとしても良い。
【００５４】
例えば、図１６（ａ）に示したように、高炉１の外表面の一部に突起１１が形成されていることがある。あるいは、図１６（ｂ）に示したように、高炉１の周辺に、鉄柱１２などの質量の大きな物体が存在する場合もある。このような場合には、突起１１や鉄柱１２を行路では宇宙線ミュオンの減衰量が大きくなるので、対応するヨウ角で実測される検出頻度は小さくなる。
【００５５】
ここで、突起１１や鉄柱１２は高炉１の外側に存在するので、その位置や大きさは容易に測定することができ、突起１１や鉄柱１２の影響を受けるヨウ角も決定することができる。更に、突起１１や鉄柱１２が存在することによる減衰量の増加量（あるいは減少量）も見積もることができるから、突起１１や鉄柱１２が存在しなかった場合に得られたであろう検出頻度も推定することができる。そこで、突起１１や鉄柱１２の影響を受けるヨウ角で実測された検出頻度を、推定した検出頻度に補正する。図１７には、ヨウ角θａの位置で、白丸で表示された実測値を、黒丸で表示された推定値に補正している様子が例示されている。このような前処理を行った後、上述した本実施例の方法を用いて、高炉１内での炉壁１ｂと炉内１ａとの境界位置を決定してやれば、より一層精度良く、境界位置を決定することが可能となる。
【００５６】
以上、本実施例および変形例について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…高炉、      １ａ…炉内、      １ｂ…炉壁、      １０…検出器、
１１…突起、    １２…鉄柱。
【図１】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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