(57)【要約】【課題】マイクロ波を用い、吹錬中のスラグ面の測定を従来よりも正確に行え得るレベル計測装置を提供する。【解決手段】レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２をフード開口部６上方に配置して炉内のスラグ面３から遠ざけており、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２への地金やスラグの付着を抑止でき、その分、吹錬中のスラグ面３の測定を従来よりも正確に行える。また、レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１の直径φ１を受信アンテナ１２の直径φ２よりも大きくして、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２をフード開口部６上方に配設することで、スラグ面３のレベル計測時における不要反射を抑止でき、吹錬中のスラグ面３の測定を従来よりも正確に行える。【選択図】図１
2019105526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉の内部におけるスラグ面のレベルを計測するレベル計測装置において、
前記炉の上方に設けられた排気フードの、前記スラグ面と対向する位置に開口されたフード開口部と、
前記フード開口部の上方に設けられ、前記フード開口部を介して前記炉の内部に向けてマイクロ波を照射する送信アンテナと、
前記送信アンテナとは別体で、前記フード開口部の上方に設けられ、前記フード開口部を介して前記炉の内部からの反射マイクロ波を受信する受信アンテナと、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの各先端に設けられ、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナのアンテナ利得を高めるレンズ部と、
前記反射マイクロ波から、前記スラグ面のレベルを算出するレベル算出部と、
を備え、
前記送信アンテナの直径が、前記受信アンテナの直径より大きく、
前記送信アンテナの直径をφ１とし、前記フード開口部の直径をｄとしたとき、φ１＞ｄ／２を満たす、レベル計測装置。
【請求項２】
炉の内部におけるスラグ面のレベルを計測するレベル計測装置において、
前記炉の上方に設けられた排気フードの、前記スラグ面と対向する位置に開口されたフード開口部と、
前記フード開口部の周りに形成され、前記炉の内部へと連通して、上方へ延設された開口形成部と、
前記開口形成部の上方に設けられたアンテナ設置部と、
前記アンテナ設置部に形成され、前記フード開口部と略同一直径のアンテナ設置開口部と、
前記アンテナ設置開口部に設けられ、前記炉の内部に向けてマイクロ波を照射する送信アンテナと、
前記送信アンテナとは別体で、前記アンテナ設置開口部に設けられ、前記炉の内部からの反射マイクロ波を受信する受信アンテナと、
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの各先端に設けられ、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナのアンテナ利得を高めるレンズ部と、
前記反射マイクロ波から、前記スラグ面のレベルを算出するレベル算出部と、
を備え、
前記送信アンテナの直径が、前記受信アンテナの直径よりも大きく、
前記送信アンテナの直径をφ１とし、前記フード開口部の直径をｄとしたとき、φ１＞ｄ／２を満たす、レベル計測装置。
【請求項３】
前記送信アンテナの先端から前記開口形成部の高さ位置までの距離が、３〜５［ｍ］であり、
前記送信アンテナの直径が、１６９〜２１９［ｍｍ］である、請求項２に記載のレベル計測装置。
【請求項４】
前記送信アンテナの直径をφ１［ｍ］とすると、前記受信アンテナの直径が、ｄ−φ１［ｍ］であり、
前記フード開口部の直径ｄ［ｍ］が、下記の式で表される条件を満たす、請求項２又は３のいずれか一項に記載のレベル計測装置。
【数１】
2019105526.tif 000017
ただし、λ≦φ１≦ｄ−λであり、
Ｒは、計測対象となる前記スラグ面が形成されたときの、前記受信アンテナから前記スラグ面までの距離［ｍ］を示し、λは前記マイクロ波の波長［ｍ］を示し、Ｐｔは前記マイクロ波の送信出力［ｍＷ］を示し、σは前記スラグ面のレーダー反射断面積を示し、Ｔは１［ｍ］辺りの前記マイクロ波の透過率を示し、ηは前記受信アンテナの開口効率を示している。
【請求項５】
前記送信アンテナの中心軸と前記フード開口部の中心軸とが同一軸上に配置されており、
前記受信アンテナは、前記送信アンテナの周囲に２つ以上配置されている、請求項２又は３のいずれか一項に記載のレベル計測装置。
【請求項６】
前記フード開口部の直径ｄが、下記の式で表される条件を満たす、請求項５に記載のレベル計測装置。
【数２】
2019105526.tif 000018
【数３】
2019105526.tif 000019
だだし、ｃは、光速［ｍ／ｓ］を示し、ｒは、前記送信アンテナから前記開口形成部のフランジ上部の高さ位置までの距離［ｍ］を示し、ｆは、マイクロ波の周波数［Ｈｚ］を示している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉の内部におけるスラグ面のレベルを計測するためのレベル計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉製鋼プロセスにおいて生産性を向上させるためには、酸素等のガスをスラグ面に吹き付ける際、送酸速度を上げて、吹錬に要する時間を短縮することが重要となる。しかしながら、送酸速度を上げると、スロッピング（フォーミングしたスラグが炉口から溢れる現象）や、スピッティング（噴流によりスラグが飛散する現象）が発生して歩留まりの低下を招くだけでなく、炉口や、転炉の炉口上方に設けた煙道（以下、排気フードと呼ぶ）等に地金やスラグが付着してしまい、操業が阻害される等の問題が生じる可能性がある。従って、生産性の向上を図るためには、転炉の内容物のレベルを測定し、スロッピングの予兆となるスラグのフォーミング挙動等を正確にリアルタイムで把握することが重要となる。
【０００３】
そのため、例えば、特許文献１に示すように、マイクロ波を用いたレーダー方式のレベル計を用い、転炉に装入された溶融物の浴面レベルを測定する方法が提案されている。ここで、スラグがフォーミングすると、マイクロ波の反射率が大きく低下するため、指向性の高いアンテナを用いる必要があるため、特許文献１では、アンテナの先端を切り欠き、かつアンテナの指向性を炉の中心方向に向けた一対のアンテナを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１８０１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示す方法では、アンテナの指向性を炉の中心方向に向けるために、転炉上部の排気フード内部にアンテナ先端を挿入する必要がある。転炉吹錬（以下、単に吹錬とも呼ぶ）中の排気フード内には、地金やスラグが飛散しているため、排気フード内に設けたアンテナ先端にも、これら地金やスラグが付着し、アンテナによるマイクロ波の測定を阻害してしまう恐れがある。そのため、特許文献１では、吹錬中のスラグ面の測定を正確に行えない恐れがあった。
【０００６】
また、転炉や排気フードの上方空間には、各種配管や機械等が配置されているため、アンテナを転炉や排気フードの直近に設置するための空間が十分に確保できず、結果として、アンテナを転炉や排気フードから距離を離して設置せざるを得ない場合がある。そうした場合には、アンテナからのマイクロ波が、転炉上方の種々の障害物で反射してしまうことがあり、本当に検出したいスラグ面からの反射マイクロ波を検出することができず、スラグ面の測定が正確に行えない恐れがあった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、マイクロ波を用い、吹錬中のスラグ面の測定を従来よりも正確に行え得るレベル計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレベル計測装置は、炉の内部におけるスラグ面のレベルを計測するレベル計測装置において、前記炉の上方に設けられた排気フードの、前記スラグ面と対向する位置に開口されたフード開口部と、前記フード開口部の上方に設けられ、前記フード開口部を介して前記炉の内部に向けてマイクロ波を照射する送信アンテナと、前記送信アンテナとは別体で、前記フード開口部の上方に設けられ、前記フード開口部を介して前記炉の内部からの反射マイクロ波を受信する受信アンテナと、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの各先端に設けられ、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナのアンテナ利得を高めるレンズ部と、前記反射マイクロ波から、前記スラグ面のレベルを算出するレベル算出部と、を備え、前記送信アンテナの直径が、前記受信アンテナの直径より大きく、前記送信アンテナの直径をφ１とし、前記フード開口部の直径をｄとしたとき、φ１＞ｄ／２を満たす、構成を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、送信アンテナおよび受信アンテナをフード開口部上方に配置して炉内のスラグ面から遠ざけたことから、送信アンテナおよび受信アンテナへの地金やスラグの付着を抑止でき、その分、吹錬中のスラグ面の測定を従来よりも正確に行うことができる。また、本発明によれば、送信アンテナおよび受信アンテナを別体とし、送信アンテナの直径を受信アンテナの直径よりも大きくすることで、スラグ面のレベル計測時における不要反射を抑止することができ、吹錬中のスラグ面の測定を従来よりも正確に行うことができる。さらに、本発明によれば、レンズ部により送信アンテナおよび受信アンテナの各アンテナ利得が高められることにより、スラグ面のレベル計測時におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のレベル計測装置を用いた転炉の構成を示す概略図である。
【図２】送信アンテナおよび受信アンテナの配設位置の説明に供する概略図である。
【図３】距離とビーム径の関係を示したグラフである。
【図４】送信アンテナ径と照射領域径の関係を示したグラフである。
【図５】送信アンテナ径と干渉長さの関係を示したグラフである。
【図６】送信アンテナ径および受信アンテナ径が同じ比較例１のレベル計測装置を示す概略図である。
【図７】距離とＡＤ入力の関係を示したグラフである。
【図８】送受信アンテナを用いた比較例２のレベル計測装置の回路構成を示す回路図である。
【図９】本発明のレベル計測装置の回路構成を示す回路図である。
【図１０】他の実施形態の送信アンテナおよび受信アンテナの構成を示す概略図である。
【図１１】他の実施形態による送信アンテナおよび受信アンテナの配設位置の説明に供する概略図である。
【図１２】他の実施形態における送信アンテナ径と干渉長さの関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明のレベル計測装置について＞
図１は、本発明のレベル計測装置１０と、本発明のレベル計測装置１０が用いられる転炉製鋼プロセスにおける転炉１の構成を示した概略図である。
【００１２】
転炉製鋼プロセスでは、転炉１の内部（以下、単に炉内とも呼ぶ）に溶銑２を装入し、かかる溶銑２に対してランス４から酸素等のガスを吹き込むことによって、溶銑２の成分調整を行って溶鋼を生成する。かかる溶融物の表面には、処理の進行に伴ってスラグが生成される。本発明によるレベル計測装置１０は、このように炉内に形成されるスラグ面３のレベルをリアルタイムで計測し得るようになされている。本発明において、「スラグ面」とは、炉内で外部に露出した、溶融状態のスラグの表面をいう。スラグ面３の「レベル」とは、炉内底部や所定基準位置から見た、炉内におけるスラグ面３の高さをいう。
【００１３】
転炉１で行われる処理では、蒸気やダスト等が発生するため、発生するダスト等を外部環境に放出させないために、転炉１の上方に開いた炉口付近に端部を有し、上方に延びる排気フード５が設けられている。この排気フード５には、ランス４を転炉１内に挿入するためのランス用開口部の他、炉口上方にフード開口部６が開口されている。また、フード開口部６の周りには上方へ延設された開口形成部７が配管状の構造物として設けられている。
【００１４】
開口形成部７は、転炉１上方の上部自由空間と炉内とを、フード開口部６を介して連通させており、例えばサブランス（図示せず）を、必要に応じ、フード開口部６を介して炉内へ挿入することができる。
【００１５】
フード開口部６は、排気フード５の上壁面であって、かつ炉内のスラグ面３と対向する位置に開口されており、開口形成部７の上方から挿入された棒状のサブランスが、フード開口部６を通じて、スラグ面３上に配置され得る。
【００１６】
かかる構成に加えて、本発明によるレベル計測装置１０は、サブランスが挿入されるフード開口部６の上方に、アンテナ設置開口部９ａが開口されたアンテナ設置部９を有している。アンテナ設置部９には、転炉で行われる工程の種類により、適宜、移動機構を用いてアンテナ部１０ａ又はサブランス装置のいずれかが設置される。アンテナ部１０ａが設置される際には、アンテナ設置開口部９ａを介して、マイクロ波が照射され、かつ、受信されることとなるが、一方で、サブランス装置が設置される場合には、アンテナ設置開口部９ａ、開口形成部７、及び、フード開口部６を介して、サブランスが、スラグ面や溶鋼に向けて挿入されることとなる。そのため、アンテナ設置開口部９ａの直径、開口形成部７の開口の直径、及び、フード開口部６の直径は、サブランスの挿入を容易にするため、略同一の大きさで形成される。また、アンテナ設置開口部９ａ、フード開口部６、及び、開口形成部７の開口は、その中心位置が、鉛直方向に直線状に並ぶように形成される。
【００１７】
レベル計測装置１０は、フード開口部６にサブランスが非挿入のときに、アンテナ設置部９のアンテナ設置開口部９ａにアンテナ部１０ａを配置させる。レベル計測装置１０は、レベル算出部１０ｂを有しており、当該レベル算出部１０ｂによって、アンテナ部１０ａから炉内に向けて送信した送信信号を基に受け取った受信信号に基づき演算が行われ、スラグ面３の高さを算出してスラグ面３のレベル計測を行い得る。ここで、アンテナ設置部９のアンテナ設置開口部９ａは、その直径がフード開口部６の直径ｄと略等しく（略同一直径）、かつ、その中心軸がフード開口部６の中心軸と同一軸上に配置されている。
【００１８】
フード開口部６の直径ｄは、転炉１からの蒸気や、地金やスラグの飛散が排気フード５外に漏れることを防ぎ、転炉１や排気フード５の上方にある各種配管や機械等の配置から許容される範囲で、サブランスの使用が容易となるようにし、かつ、レベル計測装置１０におけるアンテナ部１０ａのアンテナ特性や、マイクロ波の波長、スラグ面３のレーダー反射断面積等に基づいて最適な大きさに選定されている。
【００１９】
アンテナ設置部９は、フード開口部６周辺に形成された開口形成部７の最上部にあるフランジ上部７ａから、所定の高さにアンテナ設置開口部９ａを有しており、アンテナ設置開口部９ａに設置されたアンテナ部１０ａをフード開口部６から遠ざけている。これにより、アンテナ設置部９は、炉内のスラグ面３からアンテナ部１０ａを遠ざけることができる分、スラグ面３から飛散した地金やスラグがアンテナ部１０ａまで到達し難くなり、地金やスラグがアンテナ部１０ａに付着することを抑止できる。また、距離の自由度を高くとれるため、転炉１や排気フード５の上方にある各種配管や機械等の配置に束縛され難くなる。
【００２０】
この実施形態の場合、アンテナ設置部９には、アンテナ部１０ａが設置されている他、当該アンテナ部１０ａと炉内との間に断熱板１４が設けられている。断熱板１４は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｏ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等のように、マイクロ波が透過可能な無機セラミックスにより形成されている。これにより、断熱板１４は、アンテナ部１０ａと炉内との間でマイクロ波の送受信を可能にしつつ、炉内からの熱を低減して熱によりアンテナ部１０ａが損傷することを防止し得る。
【００２１】
アンテナ部１０ａは、マイクロ波をフード開口部６を介して炉内に向けて照射する送信アンテナ１１と、当該送信アンテナ１１とは別体に設けられ、炉内のスラグ面３から反射してフード開口部６を通過した反射マイクロ波を受信する受信アンテナ１２とを備えている。なお、炉内に向けて照射されるマイクロ波の周波数としては、炉内が狭く、かつスラグ面３におけるマイクロ波の反射率が小さいという特性から、１０［ＧＨｚ］超９０［ＧＨｚ］以下、好ましくは３５［ＧＨｚ］以上８５［ＧＨｚ］以下であることが望ましい。
【００２２】
かかる構成に加えて、送信アンテナ１１は、直径が受信アンテナ１２の直径よりも大きく形成されている。送信アンテナ１１および受信アンテナ１２は、それぞれ、例えば円錐型のホーンアンテナであり、開口した拡径の先端を炉内に向け、拡径の先端を隣接させてアンテナ設置開口部９ａの面内に配設されている。本実施形態の場合、送信アンテナ１１は、拡径の先端における直径が、受信アンテナ１２の拡径の先端における直径よりも大きく形成されている。送信アンテナ１１における先端の直径と、受信アンテナ１２における先端の直径とを合わせた距離は、フード開口部６の直径ｄと同じである。送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の先端は、フード開口部６と略同一の直径であるアンテナ設置開口部９ａの径方向の略全域に亘って配置されている。
【００２３】
送信アンテナ１１および受信アンテナ１２には、各先端に、例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））からなるレンズ部１３が設けられている。送信アンテナ１１は、スラグ面３に照射するマイクロ波をレンズ部１３によって収束させることにより、送信アンテナ１１のアンテナ利得を高めることができる。また、受信アンテナ１２は、スラグ面３からの反射マイクロ波をレンズ部１３により収束させることにより、受信アンテナ１２のアンテナ利得を高めることができる。
【００２４】
ここで、レベル計測装置１０は、マイクロ波を利用したＦＭ−ＣＷ方式のレベル計測を行い得る。この場合、炉内に照射するマイクロ波の周波数変調の幅と、当該マイクロ波の掃引周期とは、予め所定の値に設定されている。送信アンテナ１１から炉内に向けて照射されるマイクロ波（以下、単に送信波とも呼ぶ）の周波数は、時間の経過とともに連続的かつ直線的に変化する。
【００２５】
一方、計測対象物となるスラグ面３により反射されて受信アンテナ１２で受信される反射マイクロ波（以下、単に受信波とも呼ぶ）は、受信アンテナ１２からスラグ面３までの距離（以下、離隔距離とも呼ぶ）に比例した遅れΔｔ（秒）を生じることとなる。その結果、ある同時刻における送信波と受信波との間には、離隔距離に対応した周波数の差Δｆ（Ｈｚ）が生じる。このような送信波および受信波がミキサによって混合されると、Δｆに相当する周波数成分を有した差周波信号（以下、ビート波またはビート信号とも呼ぶ）となる。
【００２６】
送信波と受信波との時間的遅れΔｔは、マイクロ波が送信アンテナ１１からスラグ面３で反射して受信アンテナ１２まで戻るために要する時間に相当する。離隔距離を算出するという処理は、ビート信号の周波数（ビート周波数△ｆ）を算出することと等価である。ここで、現実の計測環境においては、ミキサにより生成されるビート信号（ビート波）には、いくつもの周波数成分が混じり合った複合波となる場合が多い。
【００２７】
従って、このような複数の周波数成分からなるビート信号の周波数を求めるために、レベル算出部１０ｂでは、複数の周波数成分からなるビート信号を基にフーリエ変換処理を行い、周波数スペクトル信号を生成した後、周波数スペクトル信号から求めたい離隔距離がメインピークで与えられる距離波形を生成して、離隔距離に基づいて炉内におけるスラグ面３のレベルを特定し得る。
【００２８】
ところで、アンテナ部１０ａから（即ち、アンテナ設置部９から）、炉内に連通したフード開口部６までの距離が離れれば離れる程、排気フード５内に飛散する地金やスラグが、アンテナ部１０ａや断熱板１４に到達し難くなる。よって、排気フード５内に飛散する地金やスラグが、アンテナ部１０ａや断熱板１４に付着することを抑制し得、スラグ面３の測定の障害となることを防ぐことができる。
【００２９】
一方で、アンテナ部１０ａから、フード開口部６までの距離が離れれば離れる程、送信アンテナ１１から発する送信波の直径が拡がる。このように送信波が広がった場合には、送信波が炉内に到達する前に、フード開口部６の周辺に形成された開口形成部７の上部にあるフランジ上部７ａに当たる。その結果、スラグ面３で反射したマイクロ波以外の、不要反射が生じてしまうため、スラグ面３の測定が阻害されてしまう。
【００３０】
そこで、アンテナ設置部９からフード開口部６までの距離が離れている場合でも、不要反射を抑制し得る、送信アンテナ１１の直径（以下、送信アンテナ径とも呼ぶ）を検討した。
【００３１】
先端にレンズ部１３を設けた送信アンテナ１１から放射されるマイクロ波は、一般的に、次式のようなガウシアンビームの伝搬に従うことが知られている。
【００３２】
【数４】
2019105526.tif 000003
【００３３】
ただし、ω（ｘ）は、アンテナから距離ｘにある位置でのビーム半径を示し、ω０はビームウェスト半径を示し、λはマイクロ波の波長を示す。送信アンテナ１１から照射されるマイクロ波に当てはめると、ω０は送信アンテナ１１からの距離が０でのビーム半径に相当する。
【００３４】
次に、図２に示すように、送信アンテナ１１の直径（以下、送信アンテナ径とも呼ぶ）をφ１［ｍ］（＝２ω０）とし、送信アンテナ１１から開口形成部７のフランジ上部７ａの高さ位置までの距離ｒでの送信波の照射領域径をφ３［ｍ］（＝２ω）とし、上記数４を用いて照射領域径φ３を計算すると、照射領域径φ３は、用いるマイクロ波の周波数ｆ［Ｈｚ］によって変化し、次式で表わされる。ただし、ｃは光速［ｍ／ｓ］とする。
【００３５】
【数５】
2019105526.tif 000004
【００３６】
上記数５を用いて、マイクロ波（送信波）の周波数を４０［ＧＨｚ］とし、送信アンテナ径φ１を２０〜２８０［ｍｍ］としたときに、距離ｒに対する送信波の照射領域径φ３を求めたところ、図３に示すような結果が得られた。
【００３７】
図３から明らかなように、送信アンテナ径φ１が小さいほど、近距離での照射領域径φ３は小さくなり、送信アンテナ径φ１が大きいほど、近距離での照射領域径φ３は大きくなる。しかしながら、送信アンテナ１１から遠方に離れる（距離ｒが大きくなる）につれて、この傾向は逆転し、送信アンテナ径φ１が大きいほど、照射領域径φ３は小さくなる。
【００３８】
そのため、送信アンテナ１１の先端から、開口形成部７上部のフランジ上部７ａの高さ位置までの一般的な距離ｒは３〜５［ｍ］程度であるため、そうした一般的な炉における送信アンテナ１１から３〜５［ｍ］離れたフランジ上部７ａの位置において、照射領域径φ３を小さくするための最適な送信アンテナ径φ１の範囲が存在することが明らかになった。
【００３９】
距離ｒ＝４［ｍ］における照射領域径φ３を送信アンテナ径φ１に対して計算したところ、図４に示すような結果を得た。距離ｒ＝４［ｍ］においては、送信アンテナ径φ１が１９５［ｍｍ］のときに、最も照射領域径φ３が小さくなる。また、距離ｒ＝３［ｍ］の場合には、送信アンテナ径φ１が１６９［ｍｍ］のときに照射領域径φ３が最小となり、距離ｒ＝５［ｍ］の場合には、送信アンテナ径φ１が２１９［ｍｍ］のときに照射領域径φ３が最小となる。したがって、送信アンテナ径φ１は、距離ｒが３〜５［ｍ］のとき、１６９〜２１９［ｍｍ］とするのが望ましい。
【００４０】
次に、フード開口部６の直径ｄが転炉吹錬設備上の制約から定まった場合、図２に示したように、送信アンテナ径φ１と受信アンテナ径φ２との和が直径ｄと等しくなるようなアンテナ寸法とすることが望ましい。これにより、フード開口部６の開口面積を有効に活用できるため、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２における送受信の効率を良くすることができる。
【００４１】
このとき、送信アンテナ径φ１の値によって送信アンテナ１１の中心軸Ｚ１とフード開口部６（即ち、アンテナ設置開口部９ａ）の中心軸Ｚ２の水平方向の距離が変化する。その結果、炉内と連通する開口形成部７上部のフランジ上部７ａと、送信アンテナ１１からの送信波との干渉量も変化する。そこで、図２に示したように、送信アンテナ径φ１と、中心軸Ｚ１，Ｚ２の位置の変化とを考慮し、フランジ上部７ａと照射領域径φ３とが干渉する長さ（以下、干渉長さと呼ぶ）Ｌｉ＝φ３／２−φ１／２を算出した。
【００４２】
距離ｒ＝４［ｍ］における干渉長さＬｉの計算結果を、図５に示す。送信アンテナ径φ１が大きくなればなるほど、照射領域径φ３が小さくなるとともに、送信アンテナ１１の中心軸Ｚ１がフード開口部６の中心軸Ｚ２に近づいていくため、干渉長さＬｉは小さくなる。
【００４３】
ここで、図１との対応部分に同一符号を付して示す図６のように、比較例１として、送信アンテナ１１１の直径と受信アンテナ１１２の直径とが等しいアンテナ部１００ａを有するレベル計測装置１００について検討する。ここで、レベル計測装置１００において、上述したように、送信アンテナ１１１からの送信波と受信アンテナ１１２での受信波とから得られたビート信号を基にフーリエ変換処理を行い、横軸を周波数（Ｈｚ）とした周波数スペクトル信号を生成した。
【００４４】
次いで、得られた周波数スペクトル信号を基に、横軸を距離［ｍ］に変換し、縦軸をＡＤ入力［ｄＢ］とした、図７のような波形（以下、「距離波形」とも呼ぶ。）を生成した。この距離波形において、距離が１８〜２５［ｍ］においてメインピークを与える位置が、求めたい離隔距離（アンテナ部１００ａからスラグ面３までの距離）に対応する。
【００４５】
送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２を別体とした場合、空間的に分割した送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２間には、微小な送信信号の回り込みが発生する。なお、図７では、送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２の先端を基準（距離０［ｍ］）とせずに、距離波形を生成するレベル算出部１０ｂ内のＡＤ変換器（図示せず）の位置を基準（距離０［ｍ］）としている。よって、図７において、回り込み波を示すピークは、横軸において距離０［ｍ］に現れておらず、距離１［ｍ］程度ズレて現れている。
【００４６】
図７において、横軸の距離２〜４［ｍ］前後に現れているピークは、開口形成部７上部のフランジ上部７ａからの不要反射を示している。
【００４７】
一般に、回り込み波は不可避的に発生するため、アンテナ部１００ａの回路設計上、回り込み波が発生する状態で、必要な反射マイクロ波の測定ができるように感度等の設計がなされる。そのため、不要反射の大きさを、回り込み波の大きさより小さくできれば、求めたい距離を問題なく測定することが可能となるので、不要反射の大きさを、回り込み波の大きさに対して小さくすることが重要である。
【００４８】
図７に示すように、送信アンテナ１１１の直径と受信アンテナ１１２の直径とが等しいレベル計測装置１００では、フランジ上部７ａからの不要反射の大きさと、回り込み波の大きさとがほぼ等しくなるという結果が得られた。そのため、この比較例１の状態より不要反射を小さくできれば、距離の測定が可能となる。
【００４９】
図７に示す不要反射は、干渉長さＬｉがあることにより発生しているため、図７における場合よりも、干渉長さＬｉを小さくすれば、不要反射も小さくなると考えられる。したがって、不要反射を回り込み波以下に抑制するためには、図５から、送信アンテナ径φ１を大きくする、すなわち、送信アンテナ径φ１を受信アンテナ径φ２よりも大きくする（φ１＞ｄ／２）のが良い。
【００５０】
ここで、スラグ面３の反射率、或いは、スラグ面３のレーダー反射断面積は、スラグがフォーミングすると大きく低下し、フォーミングしたスラグ面３の位置が、一定以上遠くにあると、測定できなくなることが発明者らの検討により明らかになった。この点について、以下、レーダー方程式を用いて説明する。
【００５１】
レーダー反射断面積をσ［ｍ２］、レベル計測装置１０の性能である送信出力をＰｔ［ｍＷ］、送信アンテナ利得をＧ１、受信アンテナ利得をＧ２、炉口上方環境での１［ｍ］あたりのマイクロ波の透過率をＴ、マイクロ波の波長をλ[ｍ]とすると、スラグ面３で反射して受信アンテナ１２に戻ってくる受信信号強度Ｐｒ［ｍＷ］は、下記の数６で与えられる。なお、ここでのＲは、計測対象となるスラグ面３が形成されたときの、受信アンテナ１２からスラグ面３までの距離（離隔距離）［ｍ］を示す。また、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２との間の距離は、受信アンテナ１２からスラグ面３までの離隔距離Ｒに比べて十分短いため、送信アンテナ１１からスラグ面３までの離隔距離もＲと見なして差し支えない。
【００５２】
【数６】
2019105526.tif 000005
【００５３】
この受信信号強度Ｐｒ［ｍＷ］が、レベル計測装置１０の最小受信電力Ｓｍｉｎの１０倍よりも大きければ、レベル計測装置１０において反射マイクロ波の測定が可能となる。これを不等式で表わすと、下記の数７となる。
【００５４】
【数７】
2019105526.tif 000006
【００５５】
ここで、送信アンテナ利得Ｇ１は送信アンテナ１１の先端における開口面積によって決められ、受信アンテナ利得Ｇ２は受信アンテナ１２の先端における開口面積によって決められる。例えば円錐型のホーンアンテナを用いる場合には、そのアンテナ直径（開口直径とも呼ぶ）をφｎ（ｎ＝１，２であり、φ１は、送信アンテナ径を示し、φ２は、受信アンテナ径を示す）［ｍ］とし、アンテナ利得Ｇｎ（ｎ＝１，２であり、Ｇ１は送信アンテナ利得を示し、Ｇ２は受信アンテナ利得を示す）としたとき、下記の数８で表すことができる。
【００５６】
【数８】
2019105526.tif 000007
【００５７】
ηは送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の開口効率である。また、開口効率ηは、開口直径と、アンテナの長さとの比が同一の円錐ホーンアンテナであれば同一となり、ここでは、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の開口効率ηは同一としている。反射マイクロ波の測定可能条件を表した上記数７は、上記数８を用いると、下記の数９のように表すことができる。
【００５８】
【数９】
2019105526.tif 000008
【００５９】
ここで、先ず始めに、送受信共通の送受信アンテナを炉口上方に設置した一般的なレベル計測装置（後述する）を比較例２とし、上記数９に示した測定可能条件を比較例２が満たすか否か検討する。比較例２のレベル計測装置では、最小受信電力Ｓｍｉｎが１０−８［ｍＷ］程度である。この比較例２のレベル計測装置においては、一般的なパラメータとして、送信出力Ｐｔを１０［ｍＷ］、マイクロ波の波長λを６．６７［ｍｍ］（周波数４５［ＧＨｚ］）、送受信アンテナの開口効率ηを０．２５、マイクロ波の透過率Ｔを０．９８、スラグ面のレーダー反射断面積σを１０−４．３［ｍ２］、スラグ面３が形成されたときの、送受信アンテナからスラグ面３までの離隔距離Ｒを２５［ｍ］、送受信アンテナの直径φ（送受信アンテナのみ設けているため、φ＝φ１＝φ２）を２５０［ｍｍ］とすると、測定可能条件を示した上記数９の不等式を満たさない。このことから、このレベル計測装置について、上記のような送信出力Ｐｔ、波長λ、開口効率η等としたときには、吹錬中のスラグ面３のレベルを常時測定は不可能である。
【００６０】
よって、スラグ面３のレベルを常時測定するためには、上記数９の左辺を大きくするか、或いは右辺を小さくする必要がある。
まず、上記数９の左辺について検討する。左辺で変更可能なパラメータとしては、アンテナ利得Ｇｎ（数８）と、送信出力Ｐｔとがある。ここで送信出力Ｐｔを大きくした場合について、図８を用いて検討する。図８は、送受信共通の送受信アンテナ１０５を炉口上方に設置した、比較例２となるレベル計測装置１０１の回路構成を示す。図８に示すように、比較例となるレベル計測装置１０１は、発振器１０２から送出された送信信号をパワーアンプ１０３で増幅した後、サーキュレータ１０４を介して送受信アンテナ１０５に送出し、当該送受信アンテナ１０５から炉内に向けてマイクロ波を照射する。
【００６１】
レベル計測装置１０１では、炉内からの反射マイクロ波を送受信アンテナ１０５で受信すると、受信信号としてサーキュレータ１０４を介してローノイズアンプ１０６に送出される。レベル計測装置１０１は、受信信号をローノイズアンプ１０６で増幅し、ミキサ１０７によって、当該受信信号と、発振器１０２から送られた参照信号となる送信信号と、を乗算してビート信号を生成する。レベル計測装置１０１は、ビート信号をＩＦアンプ１０８で増幅した後、ＡＤ変換器１０９でアナログデジタル変換処理を実行し、得られた信号をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１０に送出する。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１０は、ＡＤ変換器１０９から受け取った信号にフーリエ変換処理等を行い、送受信アンテナ１０５からスラグ面３までの距離（離隔距離）がメインピークで与えられる距離波形を生成して、離隔距離に基づいて炉内におけるスラグ面３のレベルを特定し得る。
【００６２】
ここで、サーキュレータ１０４はアイソレーション特性をもっており、例えばサーキュレータ１０４のアイソレーションが１５［ｄＢ］であった場合には、２０［ｄＢｍ］の送信信号がパワーアンプ１０３からサーキュレータ１０４に送られても、受信側（ローノイズアンプ１０６側）へ回り込む信号が５［ｄＢｍ］生じる。サーキュレータ１０４を設けたレベル計測装置１０１では、送信出力Ｐｔを大きくすると、サーキュレータ１０４において、送信側から直接受信側に回り込む信号も大きくなってしまう。
【００６３】
このとき、ローノイズアンプ１０６の動作領域（信号を増幅可能な最大電力）や、ＡＤ変換器１０９のダイナミックレンジには上限があるため、この上限を超えた信号部分には歪みが生じてしまう。歪んだ信号は、高い周波数成分をもつため、測定周波数（ビート信号の周波数）領域において大きなノイズ（広帯域ノイズ）の原因となる。結果、最小受信電力Ｓｍｉｎもノイズに応じて大きくなってしまい、結局、上記数９の不等式を満たすことはできない。
【００６４】
次に、上記数９の左辺におけるアンテナ利得Ｇｎ（数８）について検討する。炉口上方にあるフード開口部６の直径ｄは、排気フード５の排気量に影響を与えない程度の大きさ（例えば６００［ｍｍ］）に制限する必要がある。例えば、フード開口部６の直径ｄに対して、できるだけ開口寸法の大きな送受信アンテナ１０５を用いようとすれば、送受信アンテナ１０５のアンテナ直径φ（送受信アンテナ１０５のみ設けているため、φ＝φ１＝φ２）は、ｄ（フード開口部６の直径）で与えられる。
【００６５】
しかしながら、フード開口部６の直径ｄを、設備制約の２倍程度の大きさである６００［ｍｍ］とし、送受信アンテナ１０５の周波数を、スラグ面３のレベル計測に最適な４５［ＧＨｚ］とした場合、当該フード開口部６の直径ｄに合わせて設置可能な送受信アンテナ１０５のアンテナ利得Ｇは、１０４．９がほぼ最大である。そのため、これ以上、アンテナ利得Ｇを大きくすることは、フード開口部６の直径ｄを大きくしない限り不可能である。１０４．９のアンテナ利得Ｇをもつ送受信アンテナ１０５を使用したとしても、上記数９の測定可能条件を満たすことはできず、スラグ面３のレベルを常時測定することは不可能である。
【００６６】
そこで、本発明者らは、最小受信電力（レベル計測装置１０の感度）を小さくする、すなわち上記数９の右辺を小さくする方法を検討した。本発明によるレベル計測装置１０では、従来の送受信アンテナ１０５を、送信専用の送信アンテナ１１と、受信専用の受信アンテナ１２と、に分離することにより、サーキュレータ１０４を省き、ノイズが生じる原因となる、回路内における送信信号の受信側への回り込みを低減した。ここで、図９は、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を別体に設けた、本発明のレベル計測装置１０の回路構成を示す。
【００６７】
図９に示すように、レベル計測装置１０では、発振器２２で発生した送信信号をパワーアンプ２３で増幅した後、これを送信アンテナ１１に送出し、送信アンテナ１１から炉内にマイクロ波を照射する。レベル計測装置１０は、炉内からの反射マイクロ波を受信アンテナ１２で受信すると、受信信号としてローノイズアンプ２６に送出し、当該ローノイズアンプ２６にて受信信号を増幅した後、ミキサ２７によって、当該受信信号と、発振器２２から送られた参照信号となる送信信号と、を乗算してビート信号を生成する。
【００６８】
レベル計測装置１０は、ビート信号をＩＦアンプ２８で増幅した後、ＡＤ変換器２９でアナログデジタル変換処理を実行し、得られた信号をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０に送出する。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３０は、ＡＤ変換器２９から受け取った信号にフーリエ変換処理等を実行し、受信アンテナ１２からスラグ面３までの距離（離隔距離）がメインピークで与えられる距離波形を生成して、離隔距離に基づいて炉内におけるスラグ面３のレベルを特定し得る。
【００６９】
このように、レベル計測装置１０ではサーキュレータ１０４を設けていないことから、サーキュレータ１０４における送信信号の回り込みが発生することがない。その一方で、空間的に分割した送信アンテナ１１および受信アンテナ１２間のアイソレーションは３０［ｄＢ］程度である。しかしながら、送受信のアイソレーションは、送受信アンテナ１０５を用いたときの１５［ｄＢ］から３０［ｄＢ］に改善し、送信信号の回り込みが−２０［ｄＢｍ］に低減する。結果、ローノイズアンプ２６やＡＤ変換器２９における信号の歪みの発生を防止できる。
【００７０】
歪みが無ければ回り込み信号によって生じるビート周波数は、周波数の低い領域に限定されるため、炉内からの反射マイクロ波に基づくビート周波数と区別することができる。レベル計測装置１０では、図示しないハイパスフィルタを用いて、回り込み信号によって低い周波数領域に生じたノイズを除去することが可能であり、受信アンテナ１２に生じる回り込み信号は、スラグ面３のレベル測定に何ら影響を与えない。このとき、レベル計測装置１０の最小受信電力Ｓｍｉｎは１０−１４［ｍＷ］となる。
【００７１】
例えば、レベル計測装置１０において、増幅したビート信号をアナログデジタル変換処理するＡＤ変換器２９のビットレートを、２４［ｂｉｔ］とすれば、そのダイナミックレンジは１４６［ｄＢ］となる。送信アンテナ１１から受信アンテナ１２への空間的な回り込み信号の強度は−２０［ｄＢｍ］となるので、これを歪まないようにＡＤ変換処理するためのダイナミックレンジを上限とすれば、−１６４［ｄＢｍ］までの受信信号は捉えられることになる。さらに、サンプリング周波数を２［ＭＨｚ］とすれば、ｋＢＴａＢ（ｋＢ：ボルツマン定数、Ｔａ：温度、Ｂ：帯域幅）で与えられる帯域ノイズはＴａ＝３００［Ｋ］において−１１０［ｄＢｍ］であり、２０４８点でＦＦＴを行うことによって、３０［ｄＢ］低減し、これにより最小受信電力Ｓｍｉｎは１０−１４［ｍＷ］（＝−１４０［ｄＢｍ］）まで改善する。
【００７２】
送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を別体で設けた場合、送信アンテナ径φ１および受信アンテナ径φ２は、図２に示したように、フード開口部６の直径ｄを用いて、φ１＋φ２＝ｄと表すことができる。そのため、送受信共通の送受信アンテナ１０５を使用した場合（φ＝ｄ）に比べ、アンテナ利得Ｇｎが１０３程度と小さくなる。しかしながら、アンテナ利得Ｇｎが小さくなっても、最大の離隔距離Ｒを２５［ｍ］とした場合、受信信号強度を計算すると、１０−１１［ｍＷ］となり、最小受信電力Ｓｍｉｎである１０−１４［ｍＷ］の１０倍よりも十分に大きいため、スラグ面３のレベルが常時測定可能である。
【００７３】
以上より、開口の大きさに制約があるフード開口部６の上方にアンテナを設置する場合、従来の考え方では、アンテナ利得を大きくするために、アンテナ寸法がフード開口部６の直径ｄに収まる最大寸法となるように、送受信共通の１つの送受信アンテナ１０５を配設している。これに対して、本発明のレベル計測装置１０では、別体の送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を設けるようにした。これにより、レベル計測装置１０では、従来、送受信アンテナ１０５を用いることで必要となるサーキュレータ１０４を不要とし、送信信号の回り込みを抑制してノイズを下げることで、吹錬全般に渡って、Ｓ／Ｎ比の高いレベル計測が可能になる。
【００７４】
但し、上述したように、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を別体にした場合、送信アンテナ径φ１および受信アンテナ径φ２は、フード開口部６の直径ｄとの間で、φ１＋φ２＝ｄ、すなわち、φ２＝ｄ−φ１の関係がある（図２）。つまり、感度の改善と、アンテナ利得Ｇｎとは、トレードオフの関係にあるため、送受信共通の送受信アンテナ１０５を用いた方がＳ／Ｎ比が大きくなる、直径ｄの条件もあり得る。そこで、送受信アンテナ１０５を配設するよりも、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を配設した方がよい直径ｄの条件について検討する。
【００７５】
送受信共通の送受信アンテナ１０５を用いた比較例２の場合、最小受信電力Ｓｍｉｎが１０−８［ｍＷ］であり、アンテナ直径φがｄである。従って、送受信共通の送受信アンテナ１０５での測定可能条件は、上記数９から下記数１０のようになる。
【００７６】
【数１０】
2019105526.tif 000009
【００７７】
一方、送受信を分離した送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を用いた場合、最小受信電力Ｓｍｉｎが１０−１４［ｍＷ］である。従って、送受信を分離した送信アンテナ１１および受信アンテナ１２での測定可能条件は、上記数９から下記数１１のようになる。ただし、送信アンテナ径φ１および受信アンテナ径φ２は使用するマイクロ波の波長以上であることが好ましく、φ１≧λ、かつφ２＝ｄ−φ１≧λ、つまり、λ≦φ１≦ｄ−λを満たすことが好ましい。
【００７８】
【数１１】
2019105526.tif 000010
【００７９】
ゆえに、送受信を分離した送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を用いた場合、最もＳ／Ｎ比が高くなる直径ｄの条件は、上記数１０および数１１を組み合わせて、下記数１２のように表すことができる。なお、上述したように、Ｒは、計測対象となるスラグ面３が形成されたときの、受信アンテナ１２からスラグ面３までの距離（離隔距離）を示し、λはマイクロ波の波長を示し、Ｐｔはレベル計測装置１０におけるマイクロ波の送信出力［ｍＷ］を示し、σはスラグ面３のレーダー反射断面積を示し、Ｔは１［ｍ］辺りのマイクロ波の透過率を示し、ηは受信アンテナ１２の開口効率を示す。ただし、λ≦φ１≦ｄ−λである。
【００８０】
【数１２】
2019105526.tif 000011
【００８１】
＜作用および効果＞
以上の構成において、レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１と別体に受信アンテナ１２を設け、これら送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の各先端に各アンテナ利得を高めるためのレンズ部１３をそれぞれ設けるようにした。これにより、レベル計測装置１０では、レンズ部１３により送信アンテナ１１の送信アンテナ利得Ｇ１と受信アンテナ１２の受信アンテナ利得Ｇ２とが高められ、スラグ面３のレベル計測時におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８２】
また、レベル計測装置１０では、上部自由空間と炉内とを連通させるフード開口部６を形成する開口形成部７を、排気フード５に設けるとともに、フード開口部６の上方にアンテナ設置部９を設け、アンテナ設置部９によって、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の両方をフード開口部６上方に配設させるようにした。レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を別体に設けることで、回路内において、送信信号が直接受信側に回り込むことがなく、回り込み信号により生じるノイズの発生を防止できる。
【００８３】
レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２をフード開口部６上方に配置して炉内のスラグ面３から遠ざけたことから、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２への地金やスラグの付着を抑止でき、その分、吹錬中のスラグ面３の測定を従来よりも正確に行え得る。
【００８４】
また、レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１の直径φ１を受信アンテナ１２の直径φ２よりも大きくして、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２を隣接させてフード開口部６上方に配設させた構成としたことで、スラグ面３のレベル計測時における不要反射を抑止し得、吹錬中のスラグ面３の測定を従来よりも正確に行え得る。
【００８５】
さらに、レベル計測装置１０では、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２のアンテナ特性やスラグ面３の特性を考慮して、フード開口部６の直径ｄをＳ／Ｎ比を向上させるのに最適な直径ｄに選定したことで、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の両方を配設しても、スラグ面３のレベル計測時におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８６】
具体的には、直径ｄが上記数１２で表される条件を満たすようにしたことにより、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の両方を、フード開口部６上方に配設しても、スラグ面３のレベル計測時におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８７】
＜他の実施形態＞
上述した実施形態においては、１つの送信アンテナ１１と１つの受信アンテナ１２とをフード開口部６上方に配設した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１０および図１１に示すように、１つの送信アンテナ３１の周囲に２つ以上の受信アンテナ３２を設け、これらをフード開口部６上方に配設した構成としてもよい。
【００８８】
例えば、図１０に示すように、アンテナ設置開口部９ａには、送信アンテナ３１を取り囲むように複数の受信アンテナ３２が等間隔で配設されている。アンテナ設置開口部９ａでは、送信アンテナ３１の周縁に、各受信アンテナ３２の周縁が接するように配置されている。また、図１１に示すように、アンテナ設置開口部９ａには、送信アンテナ３１の中心軸Ｚ１と、フード開口部６の中心軸Ｚ２とが同一軸上に配置されるように、送信アンテナ３１が配設されている。これにより、フード開口部６の直径ｄ、送信アンテナ３１の直径φ１、受信アンテナ３２の直径φ２は、ｄ＝φ１＋２φ２の関係を有する。
【００８９】
この場合、干渉長さＬｉは、Ｌｉ＝φ３／２−ｄ／２と表わされる。ｄ＝３００［ｍｍ］の場合の干渉長さＬｉを、図１２に示す。干渉長さＬｉが０以下の場合、照射領域とフランジ上部７ａは干渉しないことになる。送信アンテナ３１から、開口形成部７のフランジ上部７ａの高さ位置までの距離ｒを４［ｍ］とし、かつｄ＝３００［ｍｍ］とした場合、送信アンテナ３１の直径φ１が１４８〜２８２［ｍｍ］のときに、干渉長さＬｉが０以下となる。このような条件をまとめると、Ｌｉ＝φ３／２−ｄ／２≦０となり、φ３≦ｄとなる。従って、上記数５から、下記の式のように表すことができる。
【００９０】
【数１３】
2019105526.tif 000012
【００９１】
ただし、受信アンテナ３２の直径φ２は、（ｄ−φ１）／２で与えられ、これがマイクロ波の波長以上の大きさをもつ必要がある。そのような条件は、（ｄ−φ１）／２≧λである。また、送信アンテナ３１の直径φ１も、マイクロ波の波長以上の大きさを持つ必要がある。従って、上記条件も合わせると、λ≦φ１≦ｄ−２λと表すことができる。
【００９２】
さらに、上記数１３の不等式が解を有する条件は、下記数１４が、１つ以上の解を有する条件と同じである。
【００９３】
【数１４】
2019105526.tif 000013
【００９４】
数１４において、φ１、ｃ、ｒ、ｆ、ｄがいずれも正の値であることを考慮して、φ１２をφ´に置き換え、上記数１４を変形すると、下記の数１５となる。
【００９５】
【数１５】
2019105526.tif 000014
【００９６】
上記数１５において１つ以上の解を有する条件は、次の数１６で表され、さらに数１６は、数１７のように表すことができる。フード開口部６の直径ｄは、上記数１３および下記数１７の条件を満たす必要がある。以上のような構成を有した他の実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
【数１６】
2019105526.tif 000015
【００９８】
【数１７】
2019105526.tif 000016
【００９９】
なお、上述した実施形態においては、炉として、転炉製鋼プロセスに用いる転炉１を適用した場合ついて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば溶融還元炉の他、非鉄金属精錬プロセスに用いる炉等その他種々の炉にも適用することができる。非鉄金属精錬プロセスとしては例えば銅溶錬プロセスが挙げられる。
【０１００】
また、上述した実施形態においては、アンテナ設置部９のアンテナ設置開口部９ａにおける直径を、フード開口部６の直径ｄと略同じ大きさに選定した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、アンテナ設置部９のアンテナ設置開口部９ａにおける直径は、フード開口部６の直径ｄ以上とすれば、種々の大きさとしてもよい（アンテナ設置開口部９ａの直径≧フード開口部６の直径ｄ）。
【符号の説明】
【０１０１】
１  転炉（炉）
３  スラグ面
５  排気フード
６  フード開口部
７  開口形成部
７ａ  フランジ上部
９  アンテナ設置部
９ａ  アンテナ設置開口部
１０  レベル計測装置
１０ｂ  レベル算出部
１１  送信アンテナ
１２  受信アンテナ
【図１】
2019105526.tif 000020
【図２】
2019105526.tif 000021
【図３】
2019105526.tif 000022
【図４】
2019105526.tif 000023
【図５】
2019105526.tif 000024
【図６】
2019105526.tif 000025
【図７】
2019105526.tif 000026
【図８】
2019105526.tif 000027
【図９】
2019105526.tif 000028
【図１０】
2019105526.tif 000029
【図１１】
2019105526.tif 000030
【図１２】
2019105526.tif 000031