(57)【要約】  本発明は、冶金高炉の湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする方法に関する：湯だまりの外部壁（２）の複数の点で以下の変数を測定すること：湯だまりの外部壁（２）の遮蔽（４）に取り付けられた複数の歪みゲージセンサー（６）による外部壁（２）の周囲歪み；湯だまりの外部壁（２）の遮蔽（４）に取り付けられた一つ以上の熱センサー（７）による外部壁（２）の温度；前記湯だまりの外部壁の複数の点で測定された変数を、連続周囲歪みを支配する一般方程式に、以下の確立されたパラメーター：高炉の幾何学的形状、高炉の構成材料の性質を代表するパラメーター、各測定点における高炉の外部壁の厚さ、液体金属の密度、及びスラグの密度を考慮して導入すること、ただし、前記方程式の解は、分析的であり、前記方程式は、二つの未知の値、つまり液体金属のレベル及び液体金属−スラグの全体レベルを含む；及び前記方程式を解き、湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を得ること。【選択図】  図１
2015528905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼鉄製の遮蔽（４）を与えられた外部壁（２）、並びに湯出し口を含む冶金高炉の湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための方法であって、外部壁の遮蔽（４）が、液体金属と接触する耐火物厚さ（３）を包囲し、遮蔽（４）が、その外部表面に、複数の歪みゲージセンサー（６）及び一つ以上の熱センサー（７）を与えられており、前記センサー（６，７）が、湯出し口の両側に、垂直平面で整列されるように、かつ二種類のセンサー（６，７）がこの垂直平面に互い違いになるように設置されており、前記方法が、以下の工程を含むことを特徴とする方法：
−  湯だまりの外部壁（２）の複数の点で以下の変数を測定すること：
−  前記遮蔽（４）に取り付けられた歪みゲージセンサー（６）による前記外部壁（
２）の周囲歪み；
−  前記遮蔽（４）に取り付けられた熱センサー（７）による前記外部壁（２）の温
度；
−  所望により、高炉中の熱風の循環圧力又は静圧力を測定すること；
−  前記湯だまりの外部壁の複数の点で測定された変数を、連続周囲歪みを支配する一般方程式に、以下の確立されたパラメーター：高炉の幾何学的形状、高炉の構成材料の性質を代表するパラメーター、各測定点における高炉の外部壁の厚さ、液体金属の密度、及びスラグの密度を考慮して導入すること、ただし、前記方程式の解は、分析的であり、前記方程式は、二つの未知の値、つまり液体金属のレベル及び液体金属−スラグの全体レベルを含む；及び
−  前記方程式を解き、湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を得ること。
【請求項２】
外部壁の連続周囲歪みを支配する一般方程式は、溶鉱炉の場合、以下のようなものであることを特徴とする請求項１に記載の方法：
2015528905.tif 000011
式中、Ｆ１及びＦ２は、各測定高さでの所定の溶鉱炉についての定数であり：
2015528905.tif 000012
、そして
2015528905.tif 000013
式中、ｙは、水平偏差（又は変位）であり、それは、測定してから測定温度の関数として補正されたものであり、ｘは、垂直位置であり、Ｒは、各高さでの平均半径であり、ｔは、各高さでの壁の厚さであり、νは、ポアソン比であり；
他の項は、高炉の壁に付与された圧力に依存しており：
−  ｙ０は、ノズルのレベルでの偏差又は変位であり；
−  ψは、ノズルのレベルでの歪まされた壁の角度であり；
−  ＬＴは、構造にわたって付与された力に比例する荷重項であり；
溶鉱炉の湯だまりが、様々な機械的特性を有する材料、耐火材料及び鋼鉄殻で構成され、かつ高さの関数として変化する様々な厚さ（Ｅｘ＝材料ｘのヤング係数）で構成されるという事実を考慮するために、圧力Ｐにわたって最終変換が実行され：
2015528905.tif 000014
静圧力Ｐと液体金属又はスラグのレベルｈとの間の関係は、Ｐ＝ρ・ｇ・ｈの関係によって与えられ、式中、ρは、液体金属／スラグの平均密度であり、ｇは、重力による加速度である。
【請求項３】
周囲歪み及び温度の測定は、連続的に及び／又は実時間で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
冶金高炉の湯だまりの外部壁（２）であって、遮蔽（４）を含み、かつ高炉の湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための装置を与えられている外部壁において、前記測定装置が、前記遮蔽（４）に取り付けられた複数の歪みゲージセンサー（６）及び一つ以上の熱センサー（７）を含むこと、及び前記センサー（６，７）が、垂直平面で整列されるように、かつ二種類のセンサー（６，７）がこの垂直平面に互い違いになるように設置されていることを特徴とする外部壁。
【請求項５】
歪みゲージ（１０）が、前記遮蔽（４）自体に溶接されていること、及び歪みゲージセンサー（６）が、遮蔽（４）に機械的に取り付けられた保護カバー（１１）を含み、遮蔽に対するその封止が、弾性封止ガスケットによって確保されていることを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項６】
歪みゲージセンサー（６）が、四つの歪みゲージ（１０）を含むことを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項７】
四つの歪みゲージ（１０）のうちの二つが、遮蔽に完全には取り付けられていないことを特徴とする請求項６に記載の外部壁。
【請求項８】
各熱センサー（７）が、プラチナ抵抗温度計であることを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項９】
測定装置が、外部壁上に又は外部壁中に設置された溝ベースの冷却回路の溝（９）の間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項１０】
外部壁（２）を与えられた湯だまりを含む溶鉱炉であって、前記外部壁が、請求項４〜９のいずれかに記載の湯だまり（１）中の鋳鉄の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための装置を与えられていることを特徴とする溶鉱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金高炉の湯だまりの内部の溶融金属のレベル、並びにその表面に浮遊する浮きかす又はスラグのレベル、特に溶鉱炉中の鋳鉄のレベル及びスラグのレベルを正確に測定するための方法に関する。特に、この方法は、溶鉱炉の外部壁に設置された一つ以上の歪みゲージセンサーを使用することにある。
【０００２】
本発明はまた、この方法で使用される特定の歪みゲージセンサーに関する。
【背景技術】
【０００３】
溶鉱炉が鉄鉱石から鋳鉄を製造するために設計された炭素熱還元炉であることは公知の事実である。これを達成するために、固体のコークス及び鉄鉱石は、炉の上部を通してスロートとして知られる部分に充填される。炉の下部に吹き付けられる熱風（１２００℃）は、コークスの燃焼を生じる。従って、コークスに由来する炭素は酸化される。この一酸化炭素は、鉄酸化物を還元し、その結果、金属鉄が単離される。しかし、後者は、溶鉱炉中に下るにつれて炭素を徐々に負荷され、従って鋳鉄へと変換される。溶鉱炉の出口で、浮きかす（この場合は、スラグと称される）は、鋳鉄に加えて液体状態で回収される。それらは、鉄鉱石の土脈石（ｅａｒｔｈｙ  ｇａｎｇｕｅ）、灰分、及びフラックスから構成されている。それらの密度（約３０００ｋｇ／ｍ３）は、鋳鉄の密度（約７０００ｋｇ／ｍ３）より小さく、このため鋳鉄の上に浮く。従って、これらの残渣は、鋳鉄が湯出し口から排出された後に鋳鉄から分離されるべき副産物であるとみなされる。
【０００４】
溶鉱炉の管理及び鋳造操作を改善するために、鋳鉄のレベル及びスラグのレベルは、常に知られているべきである。
【０００５】
液体スラグの層の下に見出される鋳鉄の表面レベルを測定するために、鋳鉄とスラグの間の電気伝導度の差を活用することが知られている。米国特許第４４１３８１０号は、金属浴中に浸漬された測定プローブを使用することによってこの原理を活用する。しかし、計測に干渉する溶融金属の高温（１０００℃以上）のため、かかる装置は、スラグ層の厚さの信頼できる指標を与えることを可能にしない。
【０００６】
文献ＪＰ１１−２８１４６７は、鋳鉄とスラグの界面レベルを測定するために、鋳鉄とスラグの間の密度の差を利用する。測定装置は、鋳鉄の嵩密度より小さい嵩密度のおもりを含む。おもりは、吊下げによってプーリーに、そして巻き上げ装置に接続されている。プーリーは、弾性要素に接続されており、この弾性要素の変位が、吊下げられたおもりの長さを測定することを可能にし、従って鋳鉄の表面レベルを測定することを可能にする。しかし、この技術は、スラグの表面レベルの測定を可能にしない。
【０００７】
文献ＪＰ２００３−３４４１４２は、この問題に対する解決策を提案する。この文献は、スラグ層が変動する場合であっても鋳鉄のレベル及びスラグ層の厚さを正確に測定するための方法及び装置を開示する。この方法は、上にスラグが浮遊する鋳鉄の表面での入射マイクロ波を使用する。反射波の強度は、時間の関数として記録される。この方法は、最大反射のピークＡ、及びそれに続く低強度のピークＢを観察することを含む。鋳鉄の表面レベルは、マイクロ波の放射の瞬間とピークＢの瞬間の間に含まれる時間期間中のマイクロ波の変位の距離を測定することによって決定される。スラグ層の厚さは、ピークＡの瞬間とピークＢの瞬間の間に含まれる時間期間中のマイクロ波の変位の距離を測定することによって決定される。
【０００８】
従って、湯だまりの内側で一般的な１０００℃以上の温度は、液体レベルの正確な測定のための方法を開発するための主要な障害である。
【０００９】
この考えの方針に沿って、文献ＪＰ０６−２７１９１６は、湯だまりの外側に配置された測定装置の使用を提案する。この文献は、衝撃波の使用によってスラグ層の上部レベルを測定するための方法を開示する。衝撃波の検出器は、炉の外側の様々な垂直位置に配置されている。衝撃波は、放射され、湯だまりの内側に向けて指向される。反射波の強度は、波検出器によって検出される。スラグの上部レベルは、反射波の強度が検出器の一つの高さで変化するときに測定する。しかし、この技術は、鋳鉄−スラグ界面のレベルの測定を可能にしない。このレベルの測定についての正確な知識は、スラグから鋳鉄を分離するために絶対的に重要である。
【００１０】
文献ＷＯ２０１１／０３８８７５は、溶融金属の変換のための型を開示する。この型は、壁を含み、この壁の中には、型の少なくとも一部の温度及び／又は膨張を検出するための少なくとも一つのセンサーが配置されている。
【００１１】
型の効果的で効率的な監視を可能とするため、センサーは、型の壁の中に形成された溝の中に配置された少なくとも一つの光導波路を含む。
【００１２】
光導波路は、溝の下部にもたれ掛るように配置されており、光導波路によって充填されていない溝の空間は、充填材料によって少なくとも大部分が閉鎖されている。溶鉱炉では、壁の中に溝を形成することは湯だまりの遮蔽を弱化させる危険性のために除外されているので、この装置を溶鉱炉で使用することは不可能である。
【００１３】
文献ＪＰ６０−１１０８２１は、粗銅の生産のための複数の炉（製錬、スラグの分離など）を含む設備を開示する。この設備は、各炉に関連する一連の温度計及び歪みゲージによって制御されている。
【００１４】
文献ＪＰ５４−１３０９５８は、液体金属のための容器を開示している。この容器の壁には、垂直方向に沿って、歪みゲージなどの圧力センサーが配置されており、これらのセンサーは、計算ユニットに接続されている。対で考慮されている隣接する圧力センサー間の圧力の差は、計算され、いくつかの予め決定されている値と論理回路で比較され、これによって二つの隣接する検出器の間の液体レベルを突き止めることを可能にする。この測定は、いくぶん不正確であり、いかなるスラグのレベルの測定も可能にしない。この方法は、歪みが次に全てのゲージに影響を与えるため、溶鉱炉の厚い壁に対して適用されることができない。
【００１５】
ＵＳ文献２００２／０１３４７９４は、加圧流体を保持することを意図された円筒形容器であって、圧力を監視するためのシステムを含む容器を開示する。このシステムは、容器中の流体の圧力と相関された圧力の応答特徴を生成させるために、容器の外部表面に配置された歪みセンサーを備えている。圧力の応答特徴は、方程式を使用して流体の圧力によって生じる容器の壁の歪みに関連付けられている。この方程式は、シリンダーの寸法（平均半径、壁の厚さ）に、及び使用された材料の特性にリンクされたパラメーター及び内部圧力の所定の値について、軸方向応力及び半径方向応力（二軸応力）を定量的に決定する。これらの応力の付与は、弾性材料において軸方向及び半径方向の歪みをそれぞれ生じ、これらはフックの法則に従って計算されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、従来技術においてまだ開示されていない用途のための方法であって、従来技術の欠点を有さない方法を提供することを目的とする。
【００１７】
特に、本発明は、溶鉱炉の外側に配置された一つ以上の歪みゲージセンサーによって鋳鉄の表面レベル及びスラグの表面レベルを正確に測定することを可能にする方法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】
【００１８】
本発明の主要な特徴
本発明の第一の側面は、鋼鉄製の遮蔽を与えられた外部壁、並びに湯出し口を含む冶金高炉の湯だまり中の液体金属の表面レベル及びスラグの表面レベルを測定するための方法であって、外部壁の遮蔽が、液体金属と接触する耐火物厚さの周囲に配置されており、遮蔽が、その外部表面に、複数の歪みゲージセンサー及び一つ以上の熱センサーを与えられており、前記センサーが、湯出し口の両側に、垂直平面で整列されるように、かつ二種類のセンサー（６，７）がこの垂直平面に互い違いになるように設置されており、前記方法が、以下の工程を含むことを特徴とする方法に関する：
−  湯だまりの外部壁の複数の点で以下の変数を測定すること：
−  前記遮蔽に取り付けられた歪みゲージセンサーによる前記外部壁の周囲歪み；
−  前記遮蔽に取り付けられた熱センサーによる前記外部壁の温度；
−  所望により、高炉中の熱風の循環圧力又は静圧力を測定すること；
−  前記湯だまりの外部壁の複数の点で測定された変数を、連続周囲歪みを支配する一般方程式に、以下の確立されたパラメーター：高炉の幾何学的形状、高炉の構成材料の性質を代表するパラメーター、各測定点における高炉の外部壁の厚さ、液体金属の密度、及びスラグの密度を考慮して導入すること、ただし、前記方程式の解は、分析的（ａｎａｌｙｔｉｃａｌ）であり、前記方程式は、二つの未知の値、つまり液体金属のレベル及び液体金属／スラグの全体レベルを含む；及び
−  前記方程式を解き、湯だまり中の液体金属の表面レベル及びスラグの表面レベルを得ること。
【００１９】
電気炉や転炉などの特殊な冶金高炉は、過圧下で作動されず、そのため、圧力測定は不要になる。
【００２０】
本発明の第二の側面は、冶金高炉の湯だまりの外部壁であって、遮蔽を含み、かつ高炉の湯だまり中の液体金属の表面レベル及びスラグの表面レベルを測定するための装置を与えられている外部壁において、前記測定装置が、前記遮蔽に取り付けられた複数の歪みゲージセンサー及び一つ以上の熱センサーを含むこと、及び前記センサーが、垂直平面で整列されるように、かつ二種類のセンサー（６，７）がこの垂直平面に互い違いになるように設置されていることを特徴とする外部壁に関する。
【００２１】
本発明の第三の側面は、外部壁を与えられた湯だまりを含む溶鉱炉であって、前記外部壁が、上述のような湯だまり中の鋳鉄の表面レベル及びスラグの表面レベルを測定するための装置を与えられていることを特徴とする溶鉱炉に関する。
【００２２】
好ましい実施形態によれば、本発明は、以下の特徴の一つ又は好適な組み合わせによってさらに限定される：
−  外部壁の連続周囲歪みを支配する一般方程式は、溶鉱炉の場合、以下のようなものである：
2015528905.tif 000003
式中、Ｆ１及びＦ２は、各測定高さでの所定の溶鉱炉についての定数であり：
2015528905.tif 000004
、そして
2015528905.tif 000005
式中、ｙは、水平偏差（又は変位）であり、それは、測定してから測定温度の関数として補正されたものであり、ｘは、垂直位置であり、Ｒは、各高さでの平均半径であり、ｔは、各高さでの壁の厚さであり、νは、ポアソン比であり；
他の項は、高炉の壁に付与された圧力に依存しており：
−  ｙ０は、ノズルのレベルでの偏差又は変位であり；
−  ψは、ノズルのレベルでの歪まされた壁の角度であり；
−  ＬＴは、構造にわたって付与された力に比例する荷重項であり；
溶鉱炉の湯だまりが、様々な機械的特性を有する材料、耐火材料及び鋼鉄殻で構成され、かつ高さの関数として変化する様々な厚さ（Ｅｘ＝材料ｘのヤング係数）で構成されるという事実を考慮するために、圧力Ｐにわたって最終変換が実行され：
2015528905.tif 000006
静圧力Ｐと液体金属又はスラグのレベルｈとの間の関係は、Ｐ＝ρ・ｇ・ｈの関係によって与えられ、式中、ρは、平均密度であり、ｇは、重力による加速度である。
−  周囲歪み及び温度の測定は、連続的に及び／又は実時間で行なわれる。
−  歪みゲージが、前記遮蔽自体に少なくとも部分的に溶接されている。
−  歪みゲージセンサーが、遮蔽に機械的に取り付けられた保護カバーを含み、遮蔽に対するその封止が、弾性封止ガスケットによって確保されている。
−  歪みゲージセンサーが、四つの歪みゲージを含み、四つの歪みゲージのうちの二つが、遮蔽に完全には取り付けられていない。
−  各熱センサーが、プラチナ抵抗温度計である。
−  測定装置が、外部壁上に又は外部壁中に設置された溝ベースの冷却回路の溝の間に配置されている。
【００２３】
本発明は、溶鉱炉中での使用に限定されず、溶融金属を含むいかなる種類の炉又は冶金容器（電気炉、転炉など）においても実行されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、溶鉱炉の湯だまりの垂直断面の概略図である。
【００２５】
【図２−３】図２及び図３は、本発明による測定装置を備えた溶鉱炉であって、冷却システムが相互に異なる溶鉱炉の湯だまりの外部鋼鉄遮蔽の二つの変形例の正面図である。
【００２６】
【図４】図４は、本発明の方法に従って得られた、時間にわたる鋳鉄の表面レベル並びにスラグの表面レベルの測定のグラフ図である。
【００２７】
【図５】図５は、本発明による溶鉱炉の湯だまりの鋼鉄の遮蔽上に溶接された歪みゲージセンサーの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、溶鉱炉の湯だまり１の壁２の垂直断面の概略図である。壁は、耐火材料３及び鋼鉄の遮蔽４から形成されている。本発明の装置の好ましい実施形態によれば、外部壁の鋳鉄の遮蔽は、丸によって表わされた歪みゲージセンサー６、及びそれと互い違いの、三角によって表わされた熱センサー７を設けられている。図１は、六つの歪みゲージセンサー６と五つの熱センサー７が鋼鉄の遮蔽４の外部壁に取り付けられている非限定的な例を示す。湯出し口５の位置も示されている。
【００２９】
湯だまり１内で一般的な高温では、耐火物３は、軟化しうるか及び／又は腐食及び溶食にさらされうる。冷却システムなしでは、それらの作動寿命は、制限されるだろう。冷却は、溶鉱炉の壁中に被覆された板及び管を通して水を循環させることによって達成される。溶鉱炉の湯だまり１は、湯だまりの壁の内側の冷却板を通して流れる水によって、又は外部壁に沿って開放空気中を流れる水によって冷却されることができる。
【００３０】
図２において、水溝の使用に基づく冷却システムが実行されており、そこでは、溝９は、垂直線によって概略的に表わされている。
【００３１】
図３において、冷却は、外部壁に沿って開放空気中を流れる水によって達成されている。
【００３２】
図２及び３において、本発明の装置による湯だまり１の外部壁２の鋼鉄の遮蔽４が例示のために与えられており、そこでは、二つの歪みゲージセンサー６が、「十字形」の形の配置によって表わされており、一つの熱センサー７が、四角形によって表わされている。矢印は、データの記録及び保存のための装置へのセンサーの配線８を表わす。
【００３３】
図４は、時間の関数としての、スラグの表面レベル１４（鋳鉄及びスラグの累積レベルを示す上側の曲線）、並びに鋳鉄のレベル１３（下側の曲線）の、本発明に従った測定のグラフ図である。これらのレベルの距離は、湯出し口５に対して測定されている。
【００３４】
図５は、湯だまり１の外部壁２の鋼鉄の遮蔽４の上に取り付けられた応力又は歪みゲージに基づくセンサー６の詳細図である。センサーは、四角形によって表わされた四つの別個の測定ゲージ１０を含む。好ましくは、二つのゲージは、遮蔽４に完全に溶接されており、一方、他の二つのゲージは、温度の補正（ゲージの膨張）を可能にするために壁に完全には溶接されていない。ゲージは、ねじ及びボルト１２のシステムによって遮蔽４に固定されたカバー１１を含む。冷却システムの溝９は、垂直線によって表わされている。遮蔽に対するカバー１１の封止は、例えばシリコーンで作られた弾性封止ガスケット（図示されず）によって確保されている。図におけるセンサーの十字形形状は、実質的に垂直なカバー１１の形状、及びカバーを遮蔽に対して固定するための実質的に水平の十字形片の結果である。従って、遮蔽の堅固に固定されるのはゲージであり、カバーではない。
【００３５】
本発明の方法の原理は、以下の通りである。鋳鉄及びスラグは、湯だまり１の内側の耐火物３の壁の上に異なる圧力を及ぼし、この圧力が、外部鋼鉄壁２の遮蔽４に伝達されるだろう。
【００３６】
鋳鉄の表面レベル１３及びスラグの表面レベル１４の変動によって生じる溶鉱炉中の静圧力の変動は、遮蔽４の歪みの変動を誘導するだろう。
【００３７】
遮蔽の歪み及び温度の直接測定値、並びに循環圧力（「熱風」、つまり、溶鉱炉中を循環するガスの静圧力）の測定値は、方程式のシステムのための入力データであり、その分析的な解は、湯だまり１中の鋳鉄の表面レベル１３及びスラグの表面レベル１４を与えるだろう。
【００３８】
方程式のシステムは、以下の確立されたパラメーターを考慮に入れる：
−  溶鉱炉の幾何学的形状；
−  （鋼鉄及び耐火物のヤング係数やポアソン比などによる）溶鉱炉の構成材料の性質；
−  各測定点での溶鉱炉の（耐火物を含む）外部壁の厚さ；
−  鋳鉄及びスラグの密度。
【００３９】
遮蔽の外部壁に設けられた熱センサーのレベルで測定された温度値は、以下の方程式に従って、測定された歪みの温度の補正を可能にすることに注意すべできある；
補正された歪み＝測定された歪み−α・ΔＴ
式中、αは、熱膨張係数であり、ΔＴは、測定された温度と基準温度との間の差である。
【００４０】
いくつかの測定点での計算結果が、図４に与えられている（図中、実線は、スラグ及び鋳鉄の全体レベルを示し、点線は、鋳鉄のレベルを示す）。図４はまた、鋳造方法の様々な工程を示す：湯出し口の開放（鋳造の開始）；溶融した鋳鉄の流れ；スラグが所望によりなお蓄積する；溶融した鋳鉄及びスラグの流れ（スラグの流入）；達成された低レベル及びガスの流出；湯出し口の再閉鎖（鋳造の終了）。
【００４１】
周囲歪み及び温度の測定は、好ましくは、連続的に及び／又は実時間で行なわれる。
【００４２】
一点の歪み測定のみが存在する変形例の実施形態では、それは、湯出し口のレベルの近くになければならず（例えば１メートルの距離に）、鋳鉄及びスラグの全体レベルの計算のみを可能にする。この場合、全体レベルは、湯出し口での静圧力値から得られる。湯出し口での静圧力値は、方程式から未知の値として得られ、そこでは、歪みゲージによって与えられた測定値は、静圧力、循環圧力、湯だまりの幾何学的形状（半径）、壁（鋼鉄、耐火物）の厚さ、及びそれぞれのヤング係数（鋼鉄、耐火物）の関数である。静圧力の関数としてのレベルを得るために、密度について３３００ｋｇ／ｍ３の値が採用される。この値は、鋳鉄の密度と純粋なスラグの密度との中間値である。歪みゲージからの信号値は、温度の変化に関連する中程度の期間変動を除去するために濾波される。これは、デジタルモデルの結果との良好な相関を与える。
【００４３】
第二変形例の実施形態では、湯出し口の両側に、好適な高さで、炉の母線にわたっていくつかの歪みゲージセンサーが配置されている。問題は、重ね合わせ法を使用することによって単純化される。以下の三つの仮定が規定される：フックの法則は、関連する全ての材料について有効である；歪みは、構造の大きさと比較して小さい；及び偏差は、付与される力の作用を変化させない。炉に作用する力は、以下の通りである：
−  内部表面に作用するガスの圧力；
−  液体金属−スラグ界面に至るまでの内部壁に作用する静圧力；
−  炉床の液体金属−スラグ界面の静圧力；
−  底部の応力；
−  ノズルのレベルでの応力。
【００４４】
問題の二つの未知の値は、常に液体金属のレベル及び液体金属−スラグの全体レベルである。問題は、単一の母線にわたるいくつかのセンサーの存在によって解決される。
【００４５】
外部壁（遮蔽）の連続周囲歪みを支配する一般方程式は、材料の連続性を考慮に入れ、ノズルでの偏差、ノズルに対する歪まされた壁によって形成される角度、及び構造に対して付与された力に依存する荷重項に依存する。方程式のパラメーターは、壁の構成材料（鋼鉄の遮蔽及び耐火物）のポアソン比及びヤング係数、各高さでの壁の厚さ、及び各高さでの平均半径に依存する定数である。高さによって変動しうる耐火物の厚さも考慮に入れられる（一般的な参照：Ｒｏａｒｋ’ｓ  Ｆｏｒｍｕｌａｓ  ｆｏｒ  Ｓｔｒａｉｎ  ａｎｄ  Ｓｔｒｅｓｓ；Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓ．Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ）。
【００４６】
より正確には、外部壁の連続周囲歪みを支配する一般方程式は、以下のようなものである：
2015528905.tif 000007
式中、Ｆ１及びＦ２は、各測定高さでの所定の溶鉱炉についての定数であり：
2015528905.tif 000008
、そして
2015528905.tif 000009
式中、ｙは、測定された水平偏差（又は変位）であり、ｘは、垂直位置であり、Ｒは、各高さでの平均半径であり、ｔは、各高さでの壁の厚さであり、νは、ポアソン比である。
【００４７】
他の項は、高炉の壁に付与された圧力に依存しており：
−  ｙ０は、ノズルのレベルでの偏差又は変位であり；
−  ψは、ノズルのレベルでの歪まされた壁の角度であり；
−  ＬＴは、構造にわたって付与された力に比例する荷重項である。
【００４８】
溶鉱炉の湯だまりが、様々な機械的特性を有する材料（耐火材料及び鋼鉄殻）で構成され、かつ高さの関数として変化する様々な厚さ（Ｅｘ＝材料ｘのヤング係数）で構成されるという事実を考慮するために最終変換が実行される：
2015528905.tif 000010
【００４９】
最終的に、静圧力Ｐと液体金属又はスラグのレベルｈとの間の関係は、Ｐ＝ρ・ｇ・ｈの関係によって与えられ、式中、ρは、平均密度であり、ｇは、重力による加速度である。
【００５０】
応力又は歪みゲージの役割は、試験体（ここでは、実質的に円筒状の体）が受けた歪みを電気抵抗の変化に変換することである。より正確には、ゲージの電気抵抗の変化は、その歪みに比例する（ピエゾ抵抗器）。この比例性を変換するのは、ゲージ係数又は因子ｋであり、変換は、以下の関係に従って行なわれる。
ΔＲ／Ｒ＝ｋ・ΔＬ／Ｌ
式中、ｋは、考慮される材料及び温度に依存する定数である。それは、ゲージの感度を特徴付ける。
【００５１】
各ゲージは、一組の密接に間隔を置かれた抵抗ワイヤの巻きからなり、これは、印刷回路のために使用される技術に従ってグラビア印刷によって得られた、柔軟で絶縁性の支持体に接合された薄い金属シートから作られる。
【００５２】
歪みゲージは、合金鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、半導体などの様々な材料から作られることができる。
【００５３】
様々なタイプの歪みゲージセンサー及びそれらの設置は、当業者には実際に周知であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５４】
本発明による熱センサーは、プラチナ抵抗温度計であることが好ましく、より好ましくはＰｔ１００温度計（０℃で１００オームの抵抗、１００℃で１３８．５オームの抵抗）である。
【００５５】
本発明の装置は、以下の利点を有する。その設置は簡単であり、中程度のコストしか必要としない。装置は、（高温に加熱されない）溶鉱炉の外部壁に配置されると仮定して、容易で迅速な設置、及び所望により置換を可能にする。
【００５６】
測定システムは、開放空気噴霧器（スプレー冷却）並びに水溝回路（溝冷却）の両方によって冷却される湯だまりに対して良好な結果を示す。しかし、実行中、スプレー冷却については、ゲージが設置されている部分の冷却は、一時的に中断されなければならず、これは溶鉱炉の一時的な運転停止を意味する。この問題は、もし測定装置が例えば二つの溝の間の空間に設置され、設置が溶鉱炉の通常の作動中に行なわれることができるのなら、「溝冷却」タイプのシステムを有する溶鉱炉については存在しない。
【００５７】
センサーは必ずしも母線にわたって等距離で配置される必要はない。もしセンサーの密度が湯出し口付近で大きければ、計算における一層大きな精度が得られる。
【符号の説明】
【００５８】
１．    溶鉱炉の湯だまり
２．    湯だまりの壁
３．    耐火物
４．    鋼鉄の遮蔽
５．    湯出し口
６．    歪みゲージセンサー
７．    熱センサー
８．    配線
９．    冷却溝
１０．    歪みゲージ
１１．    カバー
１２．    ボルト
１３．    鋳鉄の表面レベル
１４．    スラグの表面レベル
【図１】
2015528905.tif 000015
【図２−３】
2015528905.tif 000016
【図４】
2015528905.tif 000017
【図５】
2015528905.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月30日(2014.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼鉄製の遮蔽（４）を与えられた外部壁（２）、並びに湯出し口を有する冶金高炉の湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための方法であって、外部壁の遮蔽（４）が、液体金属と接触する耐火物厚さ（３）を包囲し、遮蔽（４）が、その外部表面に、複数の歪みゲージセンサー（６）及び一つ以上の熱センサー（７）を与えられており、前記センサー（６，７）が、湯出し口の両側に、垂直平面で整列されるように、かつ二種類のセンサー（６，７）がこの垂直平面に互い違いになるように設置されており、前記方法が、以下の工程を含むことを特徴とする方法：
−  湯だまりの外部壁（２）の複数の点で以下の変数を測定すること：
−  前記遮蔽（４）に取り付けられた歪みゲージセンサー（６）による前記外部壁（
２）の周囲歪み；
−  前記遮蔽（４）に取り付けられた熱センサー（７）による前記外部壁（２）の温
度；
−  所望により、高炉中の熱風の循環圧力又は静圧力を測定すること；
−  前記湯だまりの外部壁の複数の点で測定された変数を、連続周囲歪みを支配する一般方程式に、以下の確立されたパラメーター：高炉の幾何学的形状、高炉の構成材料の性質を代表するパラメーター、各測定点における高炉の外部壁の厚さ、液体金属の密度、及びスラグの密度を考慮して導入すること、ただし、前記方程式の解は、分析的であり、前記方程式は、二つの未知の値、つまり液体金属のレベル及び液体金属−スラグの全体レベルを含む；及び
−  前記方程式を解き、湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を得ること。
【請求項２】
外部壁の連続周囲歪みを支配する一般方程式は、溶鉱炉の場合、以下のようなものであることを特徴とする請求項１に記載の方法：
2015528905.tif 000019
式中、Ｆ１及びＦ２は、各測定高さでの所定の溶鉱炉についての定数であり：
2015528905.tif 000020
、そして
2015528905.tif 000021
式中、ｙは、水平偏差（又は変位）であり、それは、測定してから測定温度の関数として補正されたものであり、ｘは、垂直位置であり、Ｒは、各高さでの平均半径であり、ｔは、各高さでの壁の厚さであり、νは、ポアソン比であり；
他の項は、高炉の壁に付与された圧力に依存しており：
−  ｙ０は、ノズルのレベルでの偏差又は変位であり；
−  ψは、ノズルのレベルでの歪まされた壁の角度であり；
−  ＬＴは、構造にわたって付与された力に比例する荷重項であり；
溶鉱炉の湯だまりが、様々な機械的特性を有する材料、耐火材料及び鋼鉄殻で構成され、かつ高さの関数として変化する様々な厚さ（Ｅｘ＝材料ｘのヤング係数）で構成されるという事実を考慮するために、圧力Ｐにわたって最終変換が実行され：
2015528905.tif 000022
静圧力Ｐと液体金属又はスラグのレベルｈとの間の関係は、Ｐ＝ρ・ｇ・ｈの関係によって与えられ、式中、ρは、平均密度であり、ｇは、重力による加速度である。
【請求項３】
周囲歪み及び温度の測定は、連続的に及び／又は実時間で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
湯だまり中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための方法を実行するための、冶金高炉の湯だまりの外部壁（２）であって、前記外部壁（２）が、鋼鉄の遮蔽（４）及び湯出し口を含み、前記遮蔽（４）が、高炉の湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための装置を与えられている、外部壁において、前記測定装置が、前記遮蔽（４）の外部壁に取り付けられた複数の歪みゲージセンサー（６）及び一つ以上の熱センサー（７）を含むこと、前記センサー（６，７）が、垂直平面で湯出し口の両側に整列されるように設置されていること、及び二種類のセンサー（６，７）が、前記垂直平面に互い違いになるように配置されており、前記互い違いの配置が、歪みゲージセンサー（６）が前記外部壁（２）の複数の点で前記外部壁（２）の周囲歪みである第一変数を測定することができ、熱センサー（７）が前記外部壁（２）の一つ以上の点で前記外部壁（２）の温度である第二変数を測定することができるような態様であり、これによって、湯だまりの外部壁の複数の点で測定された前記第一変数及び第二変数を、連続周囲歪みを支配する一般方程式に、以下の確立されたパラメーター：高炉の幾何学的形状、高炉の構成材料の性質を代表するパラメーター、各測定点における高炉の外部壁の厚さ、液体金属の密度、及びスラグの密度を考慮して導入すること、ただし、前記方程式の解は、分析的であり、前記方程式は、二つの未知の値、つまり液体金属のレベル及び液体金属−スラグの全体レベルを含む、及び前記方程式を最終的に解き、湯だまり（１）中の液体金属の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）についての値を得ることを可能にすることを特徴とする外部壁。
【請求項５】
歪みゲージ（１０）が、前記遮蔽（４）自体に溶接されていること、及び歪みゲージセンサー（６）が、遮蔽（４）に機械的に取り付けられた保護カバー（１１）を含み、遮蔽に対するその封止が、弾性封止ガスケットによって確保されていることを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項６】
歪みゲージセンサー（６）が、四つの歪みゲージ（１０）を含むことを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項７】
四つの歪みゲージ（１０）のうちの二つが、遮蔽に完全に溶接されており、他の二つのゲージが遮蔽に完全には溶接されておらず、これらの他の二つのゲージが、自由端の膨張の後で温度の補正を可能にすることを特徴とする請求項６に記載の外部壁。
【請求項８】
各熱センサー（７）が、プラチナ抵抗温度計であることを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項９】
測定装置が、外部壁上に又は外部壁中に設置された溝ベースの冷却回路の溝（９）の間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の外部壁。
【請求項１０】
外部壁（２）を与えられた湯だまりを含む溶鉱炉であって、前記外部壁が、請求項４〜９のいずれかに記載の湯だまり（１）中の鋳鉄の表面レベル（１３）及びスラグの表面レベル（１４）を測定するための装置を与えられていることを特徴とする溶鉱炉。
【国際調査報告】
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