JP2016006419A - 溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高温大気下にある内張り耐火物の表面形状を低コストで正確に検出できるようにする。
【解決手段】周波数領域方式のレーザ距離計１は、溶融金属処理容器の内張り耐火物３の表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態で、内張り耐火物３の表面までの距離を測定する。形状検出装置２は、レーザ距離計１を用いて測定した内張り耐火物３の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物３の表面形状を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出するのに利用して好適な溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法及びシステムに関する。

鉄鋼業においては、溶銑、溶鋼を精錬する工程で、混銑車、溶銑鍋、転炉、溶鋼鍋、脱ガス炉、タンディッシュ等の、耐火物が内張りされた溶融金属処理容器が使用される。
溶融金属処理容器の内張り耐火物は、処理回数の増大と共に損耗するが、その度合いは場所によって必ずしも均一ではないことから、溶融金属処理容器を一定の期間安定に使用するために、定期的に点検作業が行われる。従来は、定期的に溶融金属処理容器の使用を中断して冷却した後に、内張り耐火物の損耗量を計測し、損耗が著しく進行している部位のみを補修するという点検作業が行われてきていた。

内張り耐火物の損耗量を計測するために、レーザ距離計を用いて溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出することが提案されている。例えば特許文献１や非特許文献１では、時間領域方式のレーザ距離計を用いる構成が開示されている。また、特許文献２では、位相領域方式のレーザ距離計を用いる技術が開示されている。

特許第４５３１０５７号公報 特開２００５−３３７９２２号公報

耐火物誌 Ｖｏｌ．６０ Ｎｏ．９ ４８３−４８７ （２０１３）

耐火物は熱膨張収縮率が大きいために、溶融金属処理容器を冷却する際には、内張り耐火物が大きく収縮する現象が生じる。このような内張り耐火物の収縮は、その内部に亀裂を発生させる原因となる。点検作業のために溶融金属処理容器を冷却することにより、内張り耐火物の内部に亀裂が発生すると、溶融金属処理容器を再使用したときに、この亀裂が起点となって内張り耐火物の損耗を助長させ、溶融金属処理容器の使用期間が短くなってしまう問題があった。
点検作業のために溶融金属処理容器を冷却することによる問題点を解消するために、溶融金属処理容器の使用中、例えば溶融金属処理容器から溶融金属を排出して次に注湯するまでの間に、内張り耐火物の表面形状を検出することが求められる。

ここで、特許文献１や非特許文献１で挙げられている時間領域方式は、目標を往復した反射光の遅延時間から距離を求める方式である。
しかしながら、時間領域方式のレーザ距離計では、レーザ光に短パルス波が使用され、時計回路を構成する電子回路のクロック速度はテラヘルツオーダーであるために、非常に高コストな装置構成となっている。

また、特許文献２で挙げられている位相領域方式は、対象物体の表面で反射する反射光の強度信号と発信波の強度信号の位相差から距離を求める方式である。
位相領域方式のレーザ距離計では、連続波のレーザ光は汎用のレーザ光であり、かつ、レーザの繰り返し発信数がヘルツオーダーであり、位相差検出回路を構成する電子回路のクロック速度もメガヘルツオーダーであるために、廉価な装置構成となっている。
しかしながら、位相領域方式では、高温大気下にある対象物体との距離測定は原理的に不可能となる。対象物体が高温大気下にある場合、高温大気下を通して進行する反射光の強度信号は、高温大気下の屈折率のゆらぎにより変動を受ける。その結果、高温大気下の対象物体の表面で反射される反射光の強度信号は、室温大気下の対象物体の表面で反射する反射光の強度信号と異なることになる。つまり、レーザ距離計からある一定の距離だけ離されて設置されている物体を対象として、位相領域方式のレーザ距離計を用いて距離を測定する場合、対象物体が室温大気下にある場合と高温大気下にある場合とで、同一の距離として測定できなくなる。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、高温大気下にある内張り耐火物の表面形状を低コストで正確に検出できるようにすることを目的とする。

本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法は、溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法であって、前記内張り耐火物の表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態で、周波数領域方式のレーザ距離計を用いて前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離を測定することにより、前記内張り耐火物の表面形状を検出することを特徴とする。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計は６５０ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いる点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を複数台用いて、前記内張り耐火物の表面形状を検出する点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を用いて、一方向に走査し、次に、前記一方向に垂直な方向に位置を変更した後、前記一方向に走査することを繰り返す点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を、前記溶融金属処理容器の円形の開口に向き合うように配置して、前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした渦巻き状に走査する点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法の他の特徴とするところは、前記レーザ距離計を、前記溶融金属処理容器の円形の開口に向き合うように配置して、前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査し、次に該周方向の内側又は外側に位置を変更した後、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査することを繰り返す点にある。
本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムは、溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムであって、前記内張り耐火物の表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態で、前記内張り耐火物の表面までの距離を測定する周波数領域方式のレーザ距離計と、前記レーザ距離計を用いて測定した前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離に基づいて、前記内張り耐火物の表面形状を検出する形状検出装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの他の特徴とするところは、複数台の前記レーザ距離計を一列に並べ、前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向に対して側方への首振りとを可能にした点にある。
また、本発明の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの他の特徴とするところは、複数台の前記レーザ距離計を一列に並べ、前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向上の点を中心とする、前記列方向に対して側方への回転とを可能にした点にある。

本発明によれば、周波数領域方式のレーザ距離計を用いて内張り耐火物の表面までの距離を測定するようにしたので、７００℃以上１４００℃以下という高温大気下にある内張り耐火物の表面形状を低コストで正確に検出できる。

実施形態に係る溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの概略構成を示す図である。 ７００℃に加熱された黒体表面からの放射光のスペクトル強度を示す特性図である。 １４００℃に加熱された黒体表面からの放射光のスペクトル強度を示す特性図である。 溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する処理を説明するための図である。 複数台のレーザ距離計を備えた距離測定装置の構成例を示す図である。 ラスタスキャン式の走査方式を説明するための図である。 複数台のレーザ距離計を備えた距離測定装置の構成例を示す図である。 スパイラル式の走査方式を説明するための図である。 回転式の走査方式の別の例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムの概略構成を示す。
１は周波数領域方式のレーザ距離計であり、溶融金属処理容器の内張り耐火物３の表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態で、内張り耐火物３の表面までの距離を測定する。
２は形状検出装置であり、レーザ距離計１を用いて測定した内張り耐火物３の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物３の表面形状を検出する。形状検出装置２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により実現される。

内張り耐火物３の表面温度を７００℃以上１４００℃以下の範囲とするのは、内張り耐火物３の表面温度が７００℃未満とならないように溶融金属処理容器を使用するからである。すなわち、内張り耐火物３の表面温度が７００℃未満となると、再使用時に、内張り耐火物３が溶銑、又は溶鋼と接触した際に大きな熱衝撃を受け、剥離損耗を生じるおそれがあるからである。一方、内張り耐火物３の表面温度が１４００℃を超えるというのは、溶融金属の処理直後から時間が経過していない状態で、処理中に発生するガスが溶融金属処理容器内に充満しており、レーザ光を発信しても、レーザ光がガスを構成する気体分子に散乱され、内張り耐火物３の表面に到達できず、内張り耐火物３の表面との正確な距離を測定できないからである。

ここで、周波数領域方式の原理を示す。レーザ距離計１において、１０１は発信器、１０２は半導体レーザ、１０３はビームスプリッタ、１０４は参照ミラー、１０５は受光器、１０６はビート周波数解析回路である。
周波数領域方式は、レーザ光の周波数を三角波状或いはのこぎり波状に変化させ、対象物体（内張り耐火物３）の表面で反射する反射光と、ビームスプリッタ１０３及び参照ミラー１０４で生成した参照光とを干渉させてビート信号（異なる周波数信号を混合して生じるうなり信号）を生じさせ、ビート周波数解析回路１０６でビート信号の周波数から距離を求める方式である。周波数領域方式のレーザ距離計１では、連続波のレーザ光は汎用のレーザ光であり、かつ、レーザの繰り返し発信数がヘルツオーダーであり、ビート周波数解析回路を構成する電子回路のクロック速度もメガヘルツオーダーであるために、廉価な装置構成となっている。

周波数領域方式では、その原理から高温大気下にある対象物体との距離を正確に測定できると考えられる。その根拠は、周波数領域方式は、反射光と参照光とを干渉させて生じるビート信号の周波数から距離を測定することに着眼しており、反射光の周波数は、高温大気下の屈折率のゆらぎにより変動を受けないからである。

また、高温に加熱されている物体の表面からは、種々の波長を有する光が放射される。その物体が黒体であるとした場合、絶対温度ｔ（Ｋ）における黒体表面からの放射光の中で波長λのスペクトル強度は、プランクの法則より、（１）式より求めることができる。
Ｉは絶対温度ｔ（Ｋ）における黒体表面からの放射光の中で波長λのスペクトル強度である。ｈはプランク定数であり、その値は６．２６０７５５×１０^-34（Ｊｓ）である。ｃは光速であり、その値は２．９９７９２４５８×１０⁸（ｍ／ｓ）である。ｋはボルツマン定数であり、その値は１．３８０６５８×１０^-23（Ｊ／Ｋ）である。

図２に７００℃に加熱された黒体表面からの放射光のスペクトル強度を、図３に１４００℃に加熱された黒体表面からの放射光のスペクトル強度を示す。各図の横軸には波長が、縦軸にはスペクトル強度の規格値（最大値を１にして正規化した値）が示されている。

レーザ光を利用して高温大気下にある対象物体との距離を測定する場合、レーザ光の波長としては、対象物体からの放射光の波長の影響を受けにくい範囲の波長を選択する必要がある。レーザ光の波長として、対象物体から放射される光の波長を選択した場合、対象物体からの放射光も反射波として検出するために、ノイズが増して正確な距離が測定できなくなるからである。

周波数領域方式のレーザ距離計を用いて高温下にある対象物体との距離を測定する場合に、対象物体からの放射光の影響を受けないレーザ光の波長を実験にて求めた。
実験は次のようにして行った。大気解放された電気炉内に静置された対象物体とレーザ距離計とを一定の距離だけ離して設置した。その距離としては、室温にて周波数領域方式のレーザ距離計にて測定した値を用いた。なお、電気炉には対象物体と同一材質が内張りされている。電気炉により、その中に静置された対象物体を７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃、及び１４００℃の各温度に加熱し、電気炉を大気解放した後に、それぞれの温度で電気炉内の対象物体とレーザ距離計との距離を、レーザ光の波長を種々に変えて測定した。レーザ光のクラスは波長７００ｎｍ以下のものはクラス２を、波長７００ｎｍ超のものはクラス１Ｍのものを使用した。そして、室温で測定された対象物体との距離と、各温度で測定された対象物体との距離の差異が±５ｍｍの範囲内に収まるレーザ光の波長の最大値を上限値とした。

実験の結果、対象物体の表面温度が７００℃であればレーザ光の波長は１１００ｎｍ、８００℃であれば１０００ｎｍ、９００℃であれば９００ｎｍ、１０００℃であれば８５０ｎｍ、１１００℃であれば７５０ｎｍ、１２００℃であれば７００ｎｍ、１３００℃であれば６５０ｎｍ、１４００℃であれば６５０ｎｍが上限値であることを見出した。
以上のことから、周波数領域方式のレーザ距離計で６５０ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いることにより、表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態にある内張り耐火物３までの距離を測定して、その表面形状を検出できることを実証することができた。

図４を参照して、形状検出装置２による処理、すなわちレーザ距離計１を用いて測定した内張り耐火物３の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物３の表面形状を検出する処理について説明する。
３次元空間座標の原点にレーザ距離計１を配置した場合における内張り耐火物３の表面の任意の点Ｐの座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とする。原点にあるレーザ距離計１に対する内張り耐火物３の表面の任意の点Ｐの位置情報θ，φと、レーザ距離計１から内張り耐火物３の表面の任意の点Ｐまでの距離Ｌとを測定することにより、任意の点Ｐの座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、θ，φ，Ｌを用いて（２）式〜（４）式のように表記できる。
ｘ＝Ｌｃｏｓφｓｉｎθ・・・（２）
ｙ＝Ｌｓｉｎφ・・・（３）
ｚ＝Ｌｃｏｓφｃｏｓθ・・・（４）
このように、内張り耐火物３の表面の複数点について、原点にあるレーザ距離計１に対する内張り耐火物３の表面の点の位置情報θ，φと、レーザ距離計１から内張り耐火物３の表面の該点までの距離Ｌとを測定することにより、内張り耐火物３の表面形状を３次元空間に描写することができる。
そして、例えば使用前の溶融金属処理容器の内張り耐火物３の表面形状と、最新に検出した溶融金属処理容器の内張り耐火物３の表面形状との差分を求めることで、内張り耐火物３の損耗量を連続的に計測できる。これにより、使用中に著しく損耗が進行している部位を特定することができ、その部位のみを使用中に補修することが可能となる。

内張り耐火物３の表面形状の検出は、レーザ距離計１を単独、若しくは複数台用いて行うことができる。
溶融金属処理容器のうち、外部から内張り耐火物３の全表面を視認できる溶銑鍋、転炉、溶鋼鍋、タンディッシュ等の場合、レーザ距離計１を溶融金属処理容器の外部の固定点に設置することにより、内張り耐火物３の表面形状を検出できる。外部からでは内張り耐火物３の全表面を視認できない混銑車や脱ガス炉等の場合、レーザ距離計１を溶融金属処理容器の内部の出し入れできるようにして内部の固定点に設置することにより、内張り耐火物３の表面形状を検出できる。

以下では、レーザ距離計１を備えた距離測定装置、及び走査方式の例を説明する。
図５に、複数台のレーザ距離計１を備えた距離測定装置の構成例を示す。図５に示すように、筐体４内に、複数台のレーザ距離計１を鉛直方向に一列に並べた装置構成としている。筐体４の前面には各レーザ距離計１に対応する出射窓５が形成されている。
筐体４内において複数台のレーザ距離計１が自動ゴニオステージ６で支持され、鉛直方向に一列に並べたレーザ距離計１の上下方向への首振りが可能、すなわちチルト角（仰角及び俯角）を可変としている。
また、筐体４の下部が自動回転ステージ７で支持され、鉛直方向に一列に並べたレーザ距離計１の左右側方（水平方向）への首振りが可能、すなわちパン角に可変としている。

例えば横置きにした溶融金属処理容器５０の開口５１に向き合うように複数台のレーザ距離計１を配置する（後述する図７を参照のこと）。
そして、図６で矢印に示すように、まず自動回転ステージ７でパン角を変えてレーザ距離計１により水平方向のうちの一方の方向に走査し、次に、自動ゴニオステージ６でチルト角を変えて高さ位置を変更した後、自動回転ステージ７でパン角を変えてレーザ距離計１により水平方向のうちの他方の方向（一方の方向と逆向きで平行な方向）に走査することを繰り返す。

図７に、複数台のレーザ距離計１を備えた距離測定装置の他の構成例を示す。なお、図５に示す装置構成と同様の構成には同じ符号を付して説明する。図７に示すように、筐体４内に、複数台のレーザ距離計１を一列に並べた装置構成としている。筐体４の前面には各レーザ距離計１に対応する出射窓５が形成されている。
レーザ距離計１の列方向に対して左右で、筐体４がアーム８により軸支される。これにより、矢印Ｒ₁に示すように、不図示のモータ等を駆動源として、一列に並べたレーザ距離計１の列方向への首振りが可能になっている。なお、筐体４の左右の側部を軸支する構成を説明したが、図５と同様、筐体４内において複数台のレーザ距離計１が自動ゴニオステージ６で支持される構成としてもよい。
また、レーザ距離計１の背面側に回転軸９が配設されている。回転軸９はアーム８を回転可能に支持し、矢印Ｒ₂に示すように、不図示のモータ等を駆動源として、アーム８を介して筐体４が回転可能となる。回転軸９による回転中心は、レーザ距離計１の列方向上の点、例えば一列に並べたレーザ距離計１のうち中間位置のレーザ距離計１の位置となるように配置される。これにより、レーザ距離計１の列方向に対して左右側方への回転が可能になっている。

図７に示すように、横置きにした溶融金属処理容器５０の開口５１に向き合うように複数台のレーザ距離計１を配置する。このとき、回転軸９による回転中心は、円形の開口５１の中心と同軸上に配置するのが好ましいが、厳密に同軸上である必要はなく、複数台のレーザ距離計１と溶融金属処理容器５０との位置関係が明確であれば、同軸上からずれていてもよい。但し、回転中心と円形の開口５１の中心とのずれの距離としては、図７に示した複数台のレーザ距離計１を鉛直方向に並べたその長さの２倍程度以下であることが望ましい。
そして、図８で矢印に示すように、回転軸９によりレーザ距離計１を回転させながら（回転Ｒ₂）、レーザ距離計１の列方向への首振り（回転Ｒ₁）を加えてレーザ距離計１の俯角を徐々に変えることにより、円形の開口５１の中心又はその近傍を中心とした渦巻き状に走査する。なお、図８では、外周側から中心に向けて走査する例を描いたが、回転軸９によりレーザ距離計１を回転させながら（回転Ｒ₂）、レーザ距離計１の列方向への首振り（回転Ｒ₁）を加えてレーザ距離計１の仰角を徐々に変えることにより、中心側から外周に向けて走査するようにしてもよい。

ここで、図５、図６で説明したラスタスキャン式の走査方式の場合、円形の開口５１に対して水平方向及び垂直方向に走査するため、走査領域に溶融金属処理容器５０外の領域５２が含まれることになる。領域５２は、内張り耐火物３の表面形状の検出に必要でない領域であり、その領域を走査する分、距離測定に時間がかかってしまう。
また、パン角を変えて、走査位置（レーザ距離計１により距離を測定する位置）が溶融金属処理容器５０の開口縁部５３から内側へと移るときに（図６に示す箇所５４等）、距離変化量が大きくなることがある。同様に、チルト角を変えるときにも、距離変化量が大きくなることがある。レーザ距離計では較正機能を有するものがあり、走査量に対して測定する距離が著しく変化する場合、他の要因によるものとして、測定データとして採用しないようにするものがある。この場合、箇所５４等で測定データの欠落が生じ、測定データが少なくなる分、内張り耐火物３の表面形状の検出性能が劣ってしまうおそれがある。パン角やチルト角の変化を小さいものとすれば測定データの欠落を抑えることができるが、走査速度が低下してしまい、距離測定に時間を要することになる。

それに対して、図７、図８で説明したスパイラル式の走査方式の場合、円形の開口部５１に沿うように外周側から中心に向かって、或いはその逆で走査するので、走査領域に溶融金属処理容器５０外の領域５２が含まれないようにすることができる。したがって、距離測定を短時間に行うことができる。同一の対象について比較したところ、ラスタスキャン式では距離測定に１０分程度かかっていたところを、スパイラル式では３分程度で済むという結果も得られている。
また、走査位置が開口縁部５３から内側へと移るときにも、徐々に溶融金属処理容器５０の深い位置に移っていくので、距離変化量が大きくなるのを防ぐことができる。これにより、データの欠落が生じず、内張り耐火物３の表面形状の検出性能が劣るのを避けることができる。

また、図７に示す距離測定装置を用いて、スパイラル式の走査方式でなく、図９に示すように、回転式の走査方式とすることも可能である。
図７に示すように、横置きにした溶融金属処理容器５０の開口５１に向き合うように複数台のレーザ距離計１を配置する。このとき、回転軸９による回転中心は、円形の開口５１の中心と同軸上に配置するのが好ましいが、厳密に同軸上である必要はなく、複数台のレーザ距離計１と溶融金属処理容器５０との位置関係が明確であれば、同軸上からずれていてもよい。但し、回転中心と円形の開口５１の中心とのずれの距離としては、図７に示した複数台のレーザ距離計１を鉛直方向に並べたその長さの２倍程度以下であることが望ましい。
そして、図９に示すように、回転軸９によりレーザ距離計１を回転させて（回転Ｒ₂）、円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査し、次に、レーザ距離計１の列方向への首振り（回転Ｒ₁）を加えてレーザ距離計１の俯角を変えることにより、該周方向の内側に位置を変更した後、回転軸９によりレーザ距離計１を回転させて（回転Ｒ₂）、周方向に走査することを繰り返す。なお、図９では、外周側から中心に向けて走査する例を描いたが、周方向に走査した後、レーザ距離計１の仰角を変えることにより、中心側から外周に向けて走査するようにしてもよい。

図７、図９で説明した回転式の走査方式の場合も、スパイラル式の走査方式と同様、走査領域に溶融金属処理容器５０外の領域５２が含まれないようにして、距離測定を短時間に行うことができる。また、距離変化量が大きくなるのを防いで、データの欠落が生じず、内張り耐火物３の表面形状の検出性能が劣るのを避けることができる。
さらに、回転方式では、レーザ距離計１の回転制御と首振り制御の各制御が比較的簡便になるという利点がある。
なお、スパイラル式及び回転式の走査方式において、回転軸９による回転（矢印Ｒ₂）は一方向とするだけでなく、例えば３６０°ごとに反転動作させるような形態としてもよい。

（実施例）
実施例として、複数台のレーザ距離計１を用いて内張り耐火物３の表面形状を検出する例を説明する。周波数領域方式のレーザ距離計１は廉価な装置構成で済むので、現実的に複数台のレーザ距離計１を用いることが可能である。そして、複数台のレーザ距離計１で測定した距離を形状検出装置２で並列処理することにより、内張り耐火物３の表面形状の検出の高速化を図ることができる。

本実施例では、図５に示すように、筐体４内に、レーザ距離計１を鉛直方向に５０ｍｍの等間隔で１０台並べた装置構成としている。レーザ距離計１に採用されているレーザ光はクラス２で、波長が６５０ｎｍである。
溶融金属処理容器の一つである溶鋼鍋を対象に、該装置を溶鋼鍋の外部に固定し、溶鋼鍋の内張り耐火物３の表面の点を５０ｍｍの等しい間隔で、各点とレーザ距離計１との距離を測定し、内張り耐火物３の表面形状を検出する。
最下段のレーザ距離計１が、３次元空間座標の原点となるように溶鋼鍋の外部に固定した。
また、５０ｍｍの等しい間隔で走査するために、複数台のレーザ距離計１が自動ゴニオステージ６で支持され、筐体４が自動回転ステージ７で支持されている。自動ゴニオステージ６はレーザ距離計１により垂直方向に走査するためのものであり、自動回転ステージ７はレーザ距離計１により水平方向に走査するためのものである。上述したように、例えばまず自動回転ステージ７でパン角を変えてレーザ距離計１により水平方向のうちの一方の方向に走査し、次に、自動ゴニオステージ６でチルト角を変えて高さ位置を変更した後、自動回転ステージ７でパン角を変えてレーザ距離計１により水平方向のうちの他方の方向（一方の方向と逆向きで平行な方向）に走査することを繰り返す。

複数台のレーザ距離計１を用いて測定した内張り耐火物３の表面の複数点までの距離に基づいて、内張り耐火物３の表面形状を検出する処理について説明する。
最下段のレーザ距離計１を３次元空間座標の原点に配置することで、自動ゴニオステージ６と自動回転ステージ７とにより、内張り耐火物３の表面の任意の点の位置情報θ，φを測定することができる。
自動回転ステージ７を水平方向に角度θ、自動ゴニオステージ６を垂直方向に角度φだけ移動させ、最下段（原点）をＮ＝１とするＮ番目（Ｎは最下段から遠ざかる順に２から１０までの自然数）のレーザ距離計１を用いて、距離Ｌｍｍにある内張り耐火物３の表面の点を測定するとする。その点の座標（ｘ,ｙ,ｚ）は、θ，φ，Ｌ並びにレーザ距離計１の設置間隔５０ｍｍを用いて（５）〜（７）式のように表記できる。
ｘ＝Ｌｃｏｓφｓｉｎθ−５０（Ｎ−１）ｓｉｎφｓｉｎθ・・・（５）
ｙ＝Ｌｓｉｎφ＋５０（Ｎ―１）ｃｏｓφ・・・（６）
ｚ＝Ｌｃｏｓφｃｏｓθ−５０（Ｎ−１）ｓｉｎφｓｉｎθ・・・（７）
このように、内張り耐火物３の表面の複数点について、原点にあるレーザ距離計１に対する内張り耐火物３の表面の点の位置情報θ，φと、レーザ距離計１から内張り耐火物３の表面の該点までの距離Ｌとを測定することにより、内張り耐火物３の表面形状を３次元空間に描写することができる。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
例えば図５、図７に示す装置構成は一例であり、図６で説明したラスタスキャン式の走査方式や図８で説明したスパイラル式の走査を可能とするものであれば、その具体的構造は限定されるものではない。例えば図５、図７の装置構成において、仰角及び俯角の両方向に首振りできるようにする必要はなく、いずれか一方向だけに首振りする構成としてもよい。

１：周波数領域方式のレーザ距離計、２：形状検出装置、３：溶融金属処理容器の内張り耐火物、４：筐体、５：出射窓、６：自動ゴニオステージ、７：自動回転ステージ、８アーム、９：回転軸

Claims (9)

1. 溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法であって、
   前記内張り耐火物の表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態で、周波数領域方式のレーザ距離計を用いて前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離を測定することにより、前記内張り耐火物の表面形状を検出することを特徴とする溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。
2. 前記レーザ距離計は６５０ｎｍ以下の波長のレーザ光を用いることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。
3. 前記レーザ距離計を複数台用いて、前記内張り耐火物の表面形状を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。
4. 前記レーザ距離計を用いて、一方向に走査し、次に、前記一方向に垂直な方向に位置を変更した後、前記一方向に走査することを繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。
5. 前記レーザ距離計を、前記溶融金属処理容器の円形の開口に向き合うように配置して、
   前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした渦巻き状に走査することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。
6. 前記レーザ距離計を、前記溶融金属処理容器の円形の開口に向き合うように配置して、
   前記レーザ距離計を用いて、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査し、次に該周方向の内側又は外側に位置を変更した後、前記円形の開口の中心又はその近傍を中心とした周方向に走査することを繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出方法。
7. 溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状を検出する溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システムであって、
   前記内張り耐火物の表面温度が７００℃以上１４００℃以下の状態で、前記内張り耐火物の表面までの距離を測定する周波数領域方式のレーザ距離計と、
   前記レーザ距離計を用いて測定した前記内張り耐火物の表面の複数点までの距離に基づいて、前記内張り耐火物の表面形状を検出する形状検出装置とを備えたことを特徴とする溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システム。
8. 複数台の前記レーザ距離計を一列に並べ、
   前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向に対して側方への首振りとを可能にしたことを特徴とする請求項７に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システム。
9. 複数台の前記レーザ距離計を一列に並べ、
   前記一列に並べたレーザ距離計の列方向への首振りと、前記列方向上の点を中心とする、前記列方向に対して側方への回転とを可能にしたことを特徴とする請求項７に記載の溶融金属処理容器の内張り耐火物の表面形状の検出システム。

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