야금 용기들에서의 측정{MEASUREMENTS IN METALLURGICAL VESSELS}

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2010년 4월 30일에 출원된 스웨덴 특허 출원 번호 1000437-2 및 2010년 5월 3일에 출원된 미국 가출원 번호 61/282,975의 이익을 청구하며, 이들 모두는 참고로 여기에 포함된다.

본 발명은 금속들 및 반도체들과 같은 전기 전도성 재료들의 처리를 위한 노들, 용광로들 및 다른 정련 또는 보온 용기들과 같은 야금 용기들에서의 과정들에 관한 것이다.

다년간, 만일 슬래그 표면이 안정화되어 있다면, 마이크로파, 레이저, 와전류, 방사선, 카메라 또는 부유 기술을 사용하여 야금 용기에 있는 슬래그 표면을 찾는 것이 가능했다. 체인 또는 다른 이송 시스템에 부착된 금속 막대가 먼저 용융된 재료에 침지되고 그 다음에 육안 검사를 위해 인출되는 단순한 딥 핀/사운딩 바 (dip pin/sounding bar) 기술을 사용하여 용기에서 상이한 영역들의 크기를 개략적으로 측정하는 것이 또한 가능했다. 경험이 있는 조작자는 이에 의해 용기에 있는 특정 영역의 위치를 육안으로 그 순간에 추정할 수 있다.

슬래그 층의 두께 또는 다른 성질들을 측정하기 위해 설계된 전자 측정 장치들이 또한 존재한다. US5781008은 이동 가능한 막대(lance)에 부착된 센서들의 조합을 사용하는 측정 장치를 개시한다. 하나의 센서는 슬래그 층과의 접촉을 감지하기 위해 막대의 끝에 배치되고, 다른 센서는 슬래그 층과 용융된 금속 사이의 계면까지의 거리를 (와전류를 통해) 원격으로 감지하도록 구성된다. 끝이 슬래그 층을 접촉할 때, 와전류 센서는 슬래그/용융 계면까지의 거리를 결정하도록 작동된다. 센서들 사이의 거리가 알려지게 되므로, 슬래그 층의 두께가 결정될 수 있다.

US4647854 및 JP06-258129는 용기에 있는 용융된 금속의 수준을 탐지하기 위해 야금 용기에 있는 슬래그 층 위에 현수되는 와전류 타입 거리 측정 센서의 사용을 제안한다. 센서는 진동하는 전자기장을 생성하기 위한 여기 코일 및 하나 이상의 와전류 탐지 코일들을 포함한다.

US4841770, US2007176334A1, JP2003049215 및 US4880212 모두는 슬래그 두께를 가리키는 신호를 생성하기 위해 슬래그 층에 침지되도록 구성되는 측정 장치들(프로브들)을 가진 상이한 이동 가능한 막대들을 개시한다. 센서들 및 센서 전자기기들은, 예를 들면, 전극 쌍들, 또는 발진기들에 연결된 유도 코일들을 사용하여 슬래그 층과 용융된 금속 사이의 계면을 감지하도록 설계된다. 그러므로, 센서들 및 센서 전자기기들은 슬래그 층과 용융된 금속 사이의 계면에 잘 한정된 스위치 포인트를 제공하도록 설계된다.

DE3201799는 슬래그 층의 전도도를 측정하기 위한 전극들의 사용을 개시한다.

JP1094201은 슬래그 위에 자계 생성 코일 및 한 쌍의 탐지 코일들을 배치하고, 두께를 가리키는 저항 요소가 임피던스 측정 장치에 의해 분리될 수 있도록 코일들을 구동함으로써 용융된 슬래그의 두께를 측정하기 위한 기법을 설명한다.

US2007/173117은 막대에 대한 부착을 위한 측정 헤드의 설계를 개시하며, 측정 헤드는 슬래그 층 또는 슬래그 층 아래의 용융된 금속의 상응하는 매개변수를 측정하기 위한 온도 센서 및 산소 센서를 포함한다.

US5198749는 비전도성 함유 입자들의 수 및 크기를 측정하기 위해서 구멍을 통해 용융된 금속을 빨아 들이기 위해 작동 가능한 샘플 프로브를 개시한다.

US5827474는 야금 용기에 있는 용융된 강철 및 슬래그의 깊이를 측정하기 위한 기법을 개시한다. 전기 전도성 재료의 프로브는 전압계에 전기적으로 연결된 인접한 단부, 및 용기 바닥과 용기에 있는 공기-슬래그 계면 또는 슬래그-강철 계면 사이에서 이동 가능한 먼 단부를 가진다. 먼 단부는 이에 따라 전극으로서 작용하며, 용융된 강철의 깊이 또는 슬래그의 깊이는 프로브의 먼 단부의 수직 위치를 관찰하면서 전압계에 의해 탐지되는 전위차들을 비교함으로써 결정된다.

JP11104797은 용융된 금속을 턴디시(tundish)로의 배출하는 중에 레이들(ladle)로부터 용융된 슬래그의 유출을 회피하기 위한 기법을 개시한다. 이 기법은 레이들의 바닥부에 있는 한 쌍의 전극들 및 턴디시에 있는 한 쌍의 전극들에 의해서 측정되는 전기 전도도들의 비교를 포함한다. 레이들과 턴디시 사이의 측정된 전도도의 편차는 용융된 슬래그가 레이들에 있는 전극들에 도달했다는 표시로서 간주된다.

US4150974은 레이들에 있는 용융된 금속과 슬래그의 계면 아래에 진공 가스제거 장치의 스노클(snorkel)을 위치시키기 위한 기법을 개시한다. 계면의 위치는 레이들에 있는 재료와 전기적으로 접촉하는 전극을 수직으로 변위시킴으로써 결정된다. 금속-슬래그 계면의 위치는 전극에 의해 생성된 전압의 변화를 관찰함으로써 결정된다.

WO2009/109931은 용제 교환 공정의 제어에 사용하기 위한 프로브를 개시한다. 그의 길이에 따라, 프로브는 저항을 측정하기 위한 일련의 감지 핀들의 쌍들을 이동시킨다. 교환 공정을 겪게 되는 재료에 프로브를 침지함으로써, 프로브의 길이를 따른 저항률 프로필이 결정될 수 있다.

몇몇의 용융/정련 공정들에서, 용기는 점진적인 변화 또는 재료 혼합의 영역들뿐만 아니라 다수의 재료 층들을 포함한다. 예를 들면, 구리 또는 백금을 용융하는 공정들에서, 슬래그 층과 매트(matte) 사이에 큰 혼합 영역이 존재한다는 것이 알려져 있다. 현재, 예를 들면, 용기에 있는 슬래그 층 아래에 위치된 재료 층들 및 혼합 영역들과 같은 상이한 영역들/층들의 존재 및/또는 위치를 분석하기 위해, 야금 용기에 있는 목표 재료의 임의의 부분의 프로빙을 위한 다양한 기법이 존재하지 않는다. 이와 같은 기법은, 예를 들면, 의사 결정 및 공정 최적화를 위해 큰 가치를 가질 것이다.

위에서 언급된 US5827474, JP11104797, US4150974 및 WO2009/109931에서 제안된 기법들이 이와 같은 용도에 적용될 수 있는 정도까지, 이 기법들 모두는 야금 용기에 있는 목표 재료와 직접적인 전기 접촉 상태에 있어야 하는 전극들/감지 핀들을 가진 프로브들에 의존한다. 전극들/감지 핀들이 용기 내의 가혹한 환경들에 직접적으로 노출되므로, 이와 같은 프로브들은 감소될 가능성이 있는 수명뿐만 아니라 침전물들 및 오염물들에 대한 향상된 감도를 가질 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 선행 기술의 위에서 확인된 한계들 중의 하나 이상을 적어도 부분적으로 극복하는 기술을 제공하는 것이다. 본 발명의 그 밖의 목적은 이하에 설명하는 본 발명의 상셍한 설명을 통해 확인할 수 있다.

아래의 설명으로부터 나타날 수 있는 이 목적들 및 그 밖의 다른 목적들이 영역 확인을 가능하게 하기 위한 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 컴퓨터 판독 가능 매체, 영역 확인을 가능하게 하기 위한 장치들, 및 독립 청구항들에 따른 처리 시설에 의해 적어도 부분적으로 달성되며, 이들의 실시예들은 종속 청구항들에 의해 한정된다.

본 발명의 제1 양상은 야금 용기에 있는 전기 전도성 목표 재료를 프로빙하는 방법이다. 방법은 전기 전도성 목표 재료와 센서 사이의 상대적 변위 중에 목표 재료로 삽입되는 센서로부터 측정 신호를 획득하는 단계로서, 측정 신호는 센서 근처의 전기 전도도를 가리키는, 측정 신호를 획득하는 단계; 및 측정 신호에 근거하여, 전기 전도도를 가리키는 신호 프로필을 상대 이동의 함수로서 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 센서 주위에 전자기장을 생성하기 위해 센서에 있는 적어도 하나의 코일을 작동시키는 단계, 및 전자기장에서의 순간 변화들을 나타내기 위해 측정 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.

방법은, 목표 재료와 센서 사이의 상이한 상대 위치들에 대한 다수의 측정 값들을 포함하는 신호 프로필을 통해, 임의의 상세도(level of detail)에 있는 용기 내의 목표 재료의 내부 분포의 프로빙을 가능하게 하는 정도로, 다양하며, 상세도는 측정 값들의 수를 조절함으로써 조절될 수 있다. 그러므로, 방법은, 예를 들면, 물질의 조성, 용융도, 혼합도, 또는 이들의 임의의 조합이 상이한 영역들/층들에 대한 정보를 제공하는 능력을 가진다. 예를 들면, 신호 프로필이, 슬래그 층일 수 있는, 상부 재료 층 아래의 목표 재료의 전기 전도도를 가리키도록 생성될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 영역들의 존재를 검출하고/하거나 이와 같은 영역(들)의 위치/크기를 결정하기 위해, 예를 들면, 생성된 신호 프로필이 슬래그 층 아래의 프로빙을 가능하게 할 수 있다.

센서의 적어도 하나의 코일의 작동에 의해 생성되는, 센서 주위의 전자기장의 순간 변화들을 나타내기 위해 측정 신호를 생성함으로써, 센서와 목표 재료 사이의 직접 전기 접촉에 대한 필요가 없게 된다. 코일(들)은 이와 같이 코일(들) 및 임의의 연관된 전자 부품들을 용기 내의 가혹한 환경들로부터 보호하는 케이싱에 내장될 수 있다. 케이싱의 표면의 임의의 침전물들 및 오염물들은 그 결과로 초래된 신호 프로필의 정확성에 대해 거의 영향이 없거나 적어도 제한된 영향을 가질 것이다. 용융된 재료 또는 슬래그가 케이싱의 표면에 부착되는 것을 회피하기 위해, 케이싱의 주위에 하나 이상의 보호 슬리브들을 배치하고, 슬리브들이 측정 중에 파괴되도록 설계되는 것이 또한 가능하다. 보호 슬리브들은, 예를 들면, 판지로 만들어질 수 있으며, 이는 측정 중에 서서히 소각될 수 있으며, 이에 의해 침전물들을 케이싱의 표면으로부터 자동적으로 제거한다.

몇몇의 실시예들에서, 신호 프로필은 상부 재료 층의 아래에 있는 목표 재료의 전기 전도도를 가리키며, 이에 의해 신호 프로필은 상부 재료 층의 아래에 있는 목표 재료의 하나 이상의 영역들의 확인을 가능하게 한다.

몇몇의 실시예들에서, 신호 프로필은 상대 이동의 함수로서 전기 전도도의 상대적 변화를 가리키도록 생성된다.

몇몇의 실시예들에서, 목표 재료는 600 내지 2000℃의 범위에 있는 온도에서 용융된 재료이다.

몇몇의 실시예들에서, 목표 재료는 물질의 조성, 용융도, 및 혼합도 중의 적어도 하나가 상이한 적어도 두 영역들을 포함한다.

본 발명의 제2 양상은, 프로세서에 의해 실행될 때, 제1 양상의 방법을 실행하는 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체이다.

본 발명의 제3 양상은 제1 양상의 방법을 실행하기 위해 연산 장치의 메모리로 로딩될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품이다.

본 발명의 제4 양상은 야금 용기에 있는 전기 전도성 목표 재료를 프로빙하기 위한 장치이다. 장치는 전기 전도성 목표 재료와 센서 사이의 상대적 변위 중에, 목표 재료에 삽입된 센서로부터 센서의 근처의 전기 전도도를 가리키는 측정 신호를 획득하기 위한 수단; 및 측정 신호에 근거하여 전기 전도도를 가리키는 신호 프로필을 상대 이동의 함수로서 생성하는 수단을 포함한다. 장치는 센서 주위에 전자기장을 생성하기 위해 센서 내의 적어도 하나의 코일을 작동시키기 위한 수단, 및 전자기장 내의 순간 변화들을 나타내기 위해 측정 신호를 생성하기 위한 수단을 더 포함한다.

본 발명의 제5 양상은 야금 용기에 있는 전기 전도성 목표 재료를 프로빙하기 위한 장치이다. 장치는 전기 전도성 목표 재료와 센서 사이의 상대적 변위 중에, 목표 재료에 삽입되는 센서로부터 센서의 근처의 전기 전도도를 가리키는 측정 신호를 획득하도록 구성된 제어기; 및 측정 신호에 근거하여, 상대 이동으로서 전기 전도도를 가리키는 신호 프로필을 생성하도록 구성된 신호 프로세서를 포함한다. 제어기는 센서 주위에 전자기장을 생성하도록 센서 내의 적어도 하나의 코일을 작동시키고, 전자기장의 순간 변화들을 나타내도록 측정 신호를 생성하기 위해 추가로 구성된다.

제6 양상은 목표 재료를 수용하도록 구성된 야금 용기; 막대; 막대에 부착되고 전기 전도도를 감지하도록 구성된 센서; 막대에 기계적으로 연결되고 막대를 목표 재료에 대해 이동시키도록 구성된 구동 메커니즘; 및 제4 또는 제5 양상에 따른 장치를 포함하는, 전기 전도성 목표 재료를 처리하기 위한 시설이다.

제1 양상의 실시예들 중의 어느 하나는 제2 양상 내지 제6 양상과 조합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적들, 특징들, 양상들 및 이점들은 도면들뿐만 아니라 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구항들로부터 명백하게 될 것이다.

본 발명의 실시예들이 이제 첨부된 개략도들을 참고하여 오직 예로서 아래에서 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 측정 시나리오들의 야금 용기의 단면도들이다.
도 2는 막대 구동 메커니즘에 연관된 측정 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 3은 막대 구동 메커니즘의 측면도이다.
도 4는 측정 시스템에 의해 획득된 전도도 신호 및 위치 신호의 그래프이다.
도 5는 야금 용기의 측면도 및 용기의 크기에 매칭된 전도도 프로필이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 7은 처리 시설의 측정 체제의 측면도이다.
도 8은 송수신기 구성의 측정 시스템의 전기 회로도이다.
도 9는 송신기-수신기 구성의 측정 시스템의 전기 회로도이다.
도 10은 송수신기-수신기 구성의 측정 시스템의 전기 회로도이다.
도 11은 도 10의 측정 시스템에서 얻어진 측정 신호들의 그래프이다.
도 12는 일 실시예의 신호 검출을 위한 RLC 회로의 전기 회로도이다.
도 13a 내지 도 13c은 도 9 및 도 10의 측정 시스템들의 상이한 코일 배치를 나타낸다.

도 1a는 금속들 또는 반도체 재료들과 같은 전기 전도성 재료들의 처리를 위해 사용되는 야금 용기(1)를 도시한다. 야금 용기(1)는 그의 광석 또는 스크랩과 같은 몇몇의 다른 원재료로부터 금속을 추출하기 위해, 상이한 금속들의 합금을 생산하기 위해, 금속 또는 합금을 정제하기 위해, 금속 또는 합금으로부터 어떤 유용한 물체를 생성하기 위해 설계되고 사용되거나, 반도체 재료들의 상응하는 처리를 위해 설계되고 사용되는 노, 용광로, 또는 임의의 다른 정련 또는 보온 용기일 수 있다. 일반적으로, 야금 용기(1)의 내부는 이와 같은 처리 중에 약 600 내지 2000 ℃, 또는 심지어 이보다 더 높은 온도까지 가열된다.

아래에서, 예시적 실시예들은 구리의 추출에 사용되는 용광로에 관련하여 설명된다. 그러나, 본 발명은 이 적용에 한정되지 않는다고 이해되어야 한다. 설명 전체에 걸쳐서, 동일한 참조 번호들은 상응하는 요소들을 확인하는데 사용된다.

구리는 일반적으로 부유 공정에서 농축 후에 구리 함유 광석, 예를 들면, CuFeS ₂ 로부터 생산될 수 있다. 구리 추출을 위한 많은 사용 가능한 공정들 중의 하나에서, 농축된 광석은 공기, 석회암 및 모래의 존재 하에 용광로에서 처리된다. 여기서, 공기의 산소는 산화철(FeO)을 형성하기 위해 철과 선택적으로 반응하고 황화물(CuS) 형태의 구리를 남긴다. 모래의 이산화규소는 슬래그, FeSiO ₃ 및 CaSiO ₃ 를 형성하기 위해 석회암 및 산화철과 반응한다. 동시에, 광석 내의 잉여의 황은 황화 구리(II) (CuS)를 황화 구리(I) (Cu ₂ S)로 환원시키고, 이는 용융되어 용광로의 바닥에서 배출된다. 슬래그는 덜 치밀하고 상부에서 부유한다.

구리 매트로 불리는 용융된 황화 구리(I)는 전로(converter furnace)로 이송되고, 여기서 산소를 함유하는 공기가 황화물 이온들을 이산화황으로 산화시키기 위해 구리 매트로 불어 넣어진다. 동시에, 황화물 이온들의 일부는 구리 (I) 이온들을 불순물이 섞인 브리스터(blister) 구리 금속으로 환원시킨다. 양극로의 최종 가열이 브리스터 구리 금속으로부터 남아 있는 산소를 소각하는데 사용된다.

도 1a의 용기(1)는 농축된 광석을 처리하기 위해 사용되고 용기(1)로부터 구리 매트를 배출하기 위한 배출구(tapping spout, 2)를 가지는 용광로를 설명하기 위해 도시될 수 있다. 처리 중에, 슬래그 층(S)이 용융된 재료의 상부에 형성된다. 구리 매트가 용기(1)의 바닥에 있는 매트 층(영역) (M1)에 형성되고, 혼합 또는 전이 영역(M2)이 매트 층(M1)과 슬래그 층(S) 사이에 존재한다고 알려져 있다. 혼합 영역(M2)은 매트 층(M1)보다 더 낮은 다양한 구리 함량을 가진다. 향상된 공정 제어를 가능하게 하기 위해, 예를 들면, 배출을 제어하거나 그렇지 않으면 구리 추출 공정을 제어하거나 최적화하기 위해, 혼합 영역(M2)의 크기, 및 혼합 영역(M2)과 매트 층(M1) 사이의 경계(BL)의 위치를 확인하거나, 용기 안의 구리 매트의 양을 정량화하는 것이 바람직하다.

도 1b에서, 센서 유닛(4)은 적어도 수직 방향(z)으로의 변위를 위해 제어되는 지지 로드(holding rod) 또는 막대(5) 위에 장착된다. 표시된 바와 같이, 막대(5)는 또한 수평 방향들(xy 평면)로 변위될 수 있다. 센서 유닛(4)은 국부적으로 둘러싸는 재료의 전기 전도도를 감지하도록 구성된다. 도 1b에 도시되지는 않았지만, 센서 유닛(4)는 용기(1) 안에서 처리되고 있는 재료(M) (또한 여기서 “목표 재료”로 표시됨) 내의 전도도의 분포를 나타내는 신호 프로필을 생성하는 측정 시스템에 포함된다. 이 신호 프로필은 또한 아래에서 “전도도 프로필”로 표시된다.

도 1b의 전자기력선들(F)에 의해 표시되는 바와 같이, 센서 유닛(4)은 둘러싸는 재료로 연장되는 진동하거나 시간에 따라 변하는 전자기장을 생성함으로써 작동될 수 있다. 이와 같은 센서 유닛을 포함하는 측정 시스템의 구조 및 작동은 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.

전도도 프로필은 슬래그 층(S) 아래의 용융된 재료 내의 영역들(M1, M2)을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 용융된 재료의 상승된 온도를 고려하여, 센서 유닛(4)은 오직 짧은 시간 동안, 일반적으로 30 내지 90 초 동안 용융된 재료에 침지될 수 있다. 센서 유닛(4)을 보호하기 위해, 막대(5)의 전방 단부는, 예를 들면, 판지 및/또는 세라믹 재료로 만들어진 하나 이상의 보호 슬리브들(도시되지 않음)로 감싸일 수 있다.

전도도 프로필의 생성은 슬래그 층(S)을 침투하여 용융된 재료로 들어 가기 위해 현수된 위치로부터 낮추어지는 센서 유닛(4)에 의해 시작된다. 막대(5)는 그 다음에 복수의 측정 값들이 센서 유닛(4)에 의해서 얻어지고 있는 중에 용융된 재료 내에서 이동된다. 막대 및 센서 유닛 조합 (4, 5)은 그 다음에 용융된 재료로부터 후퇴된다. 측정 값들은 전도도 프로필을 형성하기 위해 처리되고, 이는 용기 내의 전기 전도도(“공간 전도도 프로필”)의 분포를 가리킨다. 이와 같은 분포는 이번에는 혼합 영역(M2) 및 매트 층(M1)의 위치를 확인하기 위해 사용될 수 있다.

전도도 프로필이 용융된 재료 내의 전도도의 상대적 변화들만을 나타내기 위해 생성될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 전도도 프로필이 대략적인 정성적 데이터, 즉, 미지의 온도 변동들, 측정 오차들 등과 같은 오차 발생원들에 의해 영향을 받는 데이터를 포함할 수 있다고 또한 이해되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 데이터의 품질은 용융된 재료 내의 상이한 영역들(M1, M2) 및 경계들(BL)을 확인하기에 충분하다. 측정 시스템이 전도도의 기준치를 획득하도록 구성된다면(아래를 참조), 전도도 프로필이 용융된 재료의 절대 전도도를 나타내도록 생성될 수 있다.

도 2는 도 1b의 실시예의 전도도 프로필을 획득하는데 사용되는 측정 시스템(10)의 블록 다이어그램이다. 변위 유닛(11)은 막대/센서 유닛(5, 4)에 기계적으로 연결되고, 이들의 변위를 제어하도록 구성된다. 측정 시스템(10)은 막대(5) (또는 센서 유닛(4))의 순간 (절대 또는 상대) 위치를 가리키는 위치 신호를 생성하기 위해 배치된 위치 감지 유닛(12)을 포함한다. 측정 제어기(13)는 센서 유닛(4)에 의해 생성된 전기 신호를 처리하고 전기 전도도를 직접적으로 또는 간접적으로 나타내는 측정 신호를 출력하도록 연결된다. 처리 유닛(14)은 전도도 프로필을 생성하기 위해 위치 신호 및 측정 신호를 수신하여 처리하도록 연결된다.

도 1c는 야금 용기(1) 내에 전도도 프로필을 생성하기 위한 다른 시나리오를 설명한다. 도 1b와 유사하게, 센서 유닛(4)은 슬래그 층(S)을 침투하도록 변위된다. 그러나, 센서 유닛(4)은 용기(1) 내의 위치로 직접적으로 이동되고 그 다음에 거기에 고정되어 있다. 용융된 재료가 센서 유닛(4)의 아래의 위치에서, 이 경우에, 용기(1)의 바닥에 있는 배출구(2)에서, 용기(1)로부터 배출되는 동안에, 복수의 측정 값들이 이 위치에 있는 센서 유닛(4)에 의해 획득된다. 용융된 재료의 배출은 센서 유닛(4)과 및 용융된 재료 사이의 상대 이동을 야기한다. 그러므로, 배출 과정 중에 얻어지는 측정 값들은 용융된 재료 내의 영역들(M1, M2)의 위치를 확인하는데 사용될 수 있는 전도도 프로필을 생성하기 위해 처리될 수 있다. 여기서, 시간이 용융된 재료에 관련된 센서 유닛(4)의 이동을 나타내므로, 전도도 프로필은 일반적으로 시간의 함수로서 주어진다 (“시간적 전도도 프로필”). 도 2의 측정 시스템(10)은 도 1c의 측정 시나리오에서 전도도 프로필을 획득하는데 사용될 수 있다고 인정되어야 한다.

도 1b 및 1c의 시나리오들의 조합들이 또한 생각될 수 있다. 예를 들면, 공간 전도도 프로필이 용기(1)에 있는 하나 이상의 영역들(M1, M2)을 확인하기 위해 생성될 수 있고, 그 다음에, 센서 유닛(4)은 배출 과정 중에 시간적 전도도 프로필을 생성하기 위해 이 영역들(M1, M2)에 관련하여 위치될 수 있다.

유사하게, 임의의 타입의 변위 유닛(11)은 막대/센서 유닛(5, 4)을 원하는 대로 이동시키는데 사용될 수 있다. 도 3은 막대(5)를 수직 방향(z 방향)으로 이동시키도록 구성된 변위 유닛(11)의 예를 도시한다. 변위 유닛(11)은 고정된 빔(21)에 부착되고 막대에 연결된 와이어 케이블(또는 체인)(22)을 감고 풀도록 작동 가능한 모터로 구동되는 윈치(20)를 포함한다. 와이어 케이블(22)은 수평 방향 (xy 평면)의 막대의 위치를 고정하는 풀리(23)에 의해 지지된다. 도시된 변위 유닛(11)은 수직 방향에 대한 막대의 이동을 제한하도록 구성되지만, 수평 방향들의 이동은 풀리(23) 또는 빔(21)의 위치를 제어함으로써 가능하게 될 수 있다고 인정된다. 설명된 예에서, 인장-와이어 센서의 형태의 위치 감지 유닛(12)은 막대의 수직 위치를 가리키는 위치 신호를 출력하기 위해 막대에 부착된다. 인장-와이어 센서(12)는 막대에 부착되고 막대가 수직 방향으로 낮추어지는 동안에 스프링-부하 스풀(도시되지 않음)로부터 풀리는 유연한 케이블(24)을 사용하여(의사) 선형 위치를 검출하고 측정한다. 막대의 위치는 임의의 좌표 시스템에서 결정될 수 있다. 위치 감지 유닛(12)은 용기의 좌표 시스템에서, 예를 들면, 용기의 바닥으로부터 측정된 위치 단위들에서 (도 1의 xyz와 비교), 센서 유닛의 위치를 가리키도록 미리 교정된다는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 위치 신호는 위치 감지 유닛(12)에서 국부 좌표 시스템에 있는 막대의 위치를 가리키며, 신호 프로세서(14) (도 2)는 위치 신호를 용기 좌표 시스템으로 변환하기 위해 교정 데이터에 접근할 필요가 있다.

윈치(20) 또는 그의 구동 모터에 연결된 인코더 또는 레이저 거리계와 같은 임의의 형태의 원격 위치 감지 유닛과 같은 임의의 적당한 타입의 위치 감지 유닛(12)이 사용될 수 있다고 이해되어야 한다. 또는, 위치 신호는 구동 모터에 대한 제어 신호에 의해 결정될 수 있다.

신호 프로세서(14)는 외부 위치 신호에 접근하지 않고 공간 전도도 프로필을 생성한다고 생각될 수 있다. 예를 들면, 막대(5)가 일정한, 알려진 (미리 설정된) 속도로 수직 방향으로 변위된다면, 측정 값들은 용기(1)의 단일 기준 위치에 근거하여 수직 위치와 연관될 수 있다. 예를 들면, 막대 이동의 시작 또는 정지가 측정 값들의 시퀀스에서 검출 가능하다면, 각각의 측정 값의 시점이 막대의 알려진 변위 속도 및 알려진 시작/정지 위치에 근거하여 용기(1) 내의 위치로 변환될 수 있다. 대안의 기준 위치들이 도 4 및 도 5에 관련하여 아래에서 논의된다.

도 4는 도 1b의 실시예에서 획득된 전도도 신호(측정 신호) (40) 및 위치 신호(42)를 보여 주는 그래프이다. 전도도 신호(40)는 전기 전도도의 상대적 변화를 시간의 함수로서 나타내며, 위치 신호는 위치 감지 유닛(12)에 의해 측정된 바와 같이 막대/센서 유닛(5, 4)의 순간 위치를 나타낸다. 이 예에서, 막대(5)가 용기(1)의 바닥면과 접촉할 때까지 도 1b의 막대(5)가 용기(1) 내로 낮추어지는 동안에, 전도도 신호(40)가 획득된다. 그 다음에, 변위 유닛(11)이 역전되고 막대(5)는 용융된 재료를 통과해 용기(1)로부터 수직 방향으로 후퇴된다. 센서 유닛(4)이 손상되지 않으면, 막대(5)의 후퇴 중에 상응하는 전도도 신호(도시되지 않음)를 획득하는 것이 가능하다. 일 실행에서, 하강/침지 및 상승/후퇴 중에 획득된 전도도 신호들(40)은 각각 측정 노이즈 및 (예를 들면, 합계 계산, 평균 계산 등에 의한) 다른 측정 오차들의 영향을 감소시키고/시키거나 (예를 들면, 센서의 경로를 따라 상이한 위치들에서 얻어지는 전도도 값들을 조합함으로써) 전도도 프로필의 공간 분해능을 증가시키도록 매칭되고 조합된다. 더 향상된 전도도 프로필을 제공하도록 조합될 수 있는, 각각의 이동에 대해 하나씩인, 한 세트의 전도도 신호들(40)을 생성하기 위해, 막대(5)가 더 많은 시간 동안 동일한 경로를 따라 이동된다고 또한 생각될 수 있다.

화살표들(A 내지 D)은 전도도 신호에 근거하여 확인될 수 있는 상이한 경계들/계면들을 가리킨다. 화살표(A)는 슬래그 층(S)의 상부를 통과해 이동하는 센서 유닛(4)에 상응하는 전도도의 작은 변화를 가리킨다. 슬래그 층(S) 내로 들어 올 때의 위치 신호(42)의 보기에는 이상한 혼란은 막대(5)가 고형화된 슬래그 층(S)을 돌파하도록 수동으로 두드려져야 한다는 사실에 의해 야기된다.

화살표(B)는 센서 유닛(4)이 증가하는 전도도에 의해 입증되는 혼합 영역(M2)으로 들어간다는 것을 가리킨다. 전도도의 증가가 본질적으로 중지되므로, 화살표(C)는 센서 유닛(4)이 매트 층(M1)으로 들어가고 있다는 것을 가리킨다. 센서 유닛(4)이 매트 층(M1)을 통과하는 동안에, 센서 유닛(4)이 용기(1)의 바닥면에 도달할 때까지 전도도가 본질적으로 일정하게 유지된다 (화살표 D). 전도도 신호가 용융된 재료에 있는 상이한 영역들(M1, M2) 및 경계들(BL)을 확인하는데 정말로 유용하다는 것이 보여진다.

공간 전도도 프로필이 전도도 프로필(40)에 있는 시점들을 위치 신호(42)에 있는 시점들에 매칭함으로써 획득될 수 있다고 이해된다.

슬래그 층(S)의 상부의 위치가 전도도 신호(40)에서 검출 가능하므로(화살표 A), 이 위치는 위치 신호(42)가 필요가 없이 전도도 신호(40)를 용기 좌표 시스템으로 교정하는데 사용할 수 있다. 이는 슬래그 층(S)의 상부면의 위치가 알려지고, 예를 들면, 보조 측정 시스템에 의해 결정되고, 막대(5)가 알려진, 고정된 속도로 변위된다고 추정한다.

도 5는 센서 유닛(4)이 측정 기간 중에 알려진 전도도의 영역(1')을 통과하는 실시예를 도시한다. 이는 절대 전도도로의 전도도 신호/프로필의 교정을 허용한다. 센서 유닛(4)이 알려진 전도도를 통과할 때, 측정 시스템이 측정 값을 얻기 위해 제어된다면, 모든 측정 값들을 절대 전도도로 변환하는 것이 가능하다.

알려진 전도도의 영역(1')은 야금 용기(1)의 지붕에 있는 기존의 개구부의 경계를 한정하는 재료에 의해 결정될 수 있다. 또는, 알려진 전도도의 전용 요소는 절대 전도도로의 교정이 가능하도록 센서 유닛(4)의 경로를 따라 배치될 수 있다.

알려진 전도도의 재료의 위치가 알려진다면, 막대(5)가 알려진, 고정될 가능성이 있는 속도로 변위된다면, 이 위치는 위치 신호(42)가 필요 없이 전도도 신호(40)를 용기 좌표 시스템으로 교정하는데 사용될 수 있다고 또한 인정되어야 한다.

도 5는 또한 용기 좌표 시스템에 매핑되는 공간 전도도 프로필을 설명하는 그래프를 포함한다. 전도도 프로필에서, 검은 점들은 용융된 재료에서의 오직 세 개의 전도도 값들(및 교정을 위한 알려진 전도도에서의 측정 값)을 샘플링함으로써 얻어진 대안의 전도도 프로필을 가리킨다. 특히, 전도도 프로필이 절대 전도도에서 결정된다면, 이와 같은 낮은 밀도 프로필까지도 매트 층(M1)의 대략적인 위치 및 크기를 나타내는데 유용할 수 있다고 인정되어야 한다. 일반적으로, 여기서 사용된 바와 같은 “신호 프로필” 또는 “전도도 프로필”은 센서 유닛(4)과 목표 재료(M) 사이의 상이한 상대 위치들에서 취해진 적어도 두 개의 측정 값들 및 보통 적어도 5 측정 값들을 포함한다고 이해되어야 한다. 가장 실제적인 상황들에서, 측정 값들은 30 초의 측정 기간 동안 30 내지 3000 측정 값들을 생성하는 1 내지 100 Hz의 속도로 샘플링된다.

전기 전도도는 온도에 의존한다고 알려져있다. 금속들에서, 온도가 상승하면 전기 전도도는 감소되며, 반도체들에서, 온도가 상승하면 전기 전도도는 증가된다. 제한된 온도 범위에 걸쳐서, 전기 전도도는 온도에 직접적으로 비례하는 것으로 추산될 수 있다. 상이한 온도들에서 전기 전도도 측정들을 비교하기 위해, 이들은 공통의 온도로 표준화되어야 한다. 이 의존성은 종종 다음과 같이 기록될 수 있는 전도도-온도 그래프에서 기울기로서 표시된다:

여기서 T 는 측정된 절대 온도이고, T' 는 공통의 온도이며, σT′는 공통의 온도에서의 전기 전도도이고, σT 는 측정된 온도(T) 에서의 전기 전도도이며 α는 재료의 온도 보상 기울기이다.

그러므로, 용융된 재료의 온도 보상 기울기(α)가 용기(1)에서 관찰되는 온도들의 범위 내에서, 또는 오히려 측정 기간 중에 센서 유닛(4)의 이동 경로를 따라서 유의하다고 예상된다면, 예를 들면, 센서 유닛(4)의 근처에 있는, 막대(5) 상의 열전대(thermocouple)들과 같은 하나 이상의 온도 센서들을 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 측정 시스템(10)은 그 다음에 전도도 측정 중에 온도 센서들로부터 온도 데이터를 획득할 수 있으며, 이에 따라서 측정 값들을 보정할 수 있다. 이와 같은 보정은 상대 전도도 값들에 적용될 수 있거나, 절대 전도도 값들의 계산의 일부분일 수 있다.

도 6은 용기 내의 목표 재료(M)를 프로빙 또는 조사하기 위해 측정 기간 동안 실행된 방법의 일 예를 보여준다. 단계(60)에서, 변위 유닛(11)이 막대(5) 및 센서 유닛(4)을 슬래그 층(S)을 통과해 용융된 재료 내로 구동하도록 작동되고, 그 다음에 상대 이동이 센서 유닛(4) 및/또는 목표 재료(M)를 (배출을 통해) 변위시킴으로써 생성된다. 단계(62)에서, 측정 제어기(13)는 상대 이동 중에 센서 유닛(4)으로부터 측정 신호를 획득하도록 작동된다. 단계(64)에서, 신호 프로세서(14)는 전도도 프로필을 생성한다. 단계(66)에서, 예를 들면, 목표 재료(M)의 상이한 영역들/층들(S, M1, M2)의 존재 및/또는 위치의 확인을 위해, 신호 프로세서(14)는 전도도 프로필을 출력하거나, 또는 전도도 프로필을 처리하고/하거나 디스플레이한다.

단계(60)에서의 센서 유닛(4) 및/또는 용융된 재료의 이동은 신호 프로세서(14)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 제어될 수 있지만 반드시 제어될 필요는 없다. 그러나, 위에서 언급된 위치 신호를 획득함으로써, 또는 하나 이상의 기준 위치들을 통한 위에서 언급된 위치 교정에 의해서, 신호 프로세서(14) 및 측정 제어기(13)의 작동은 센서 유닛(4)의 변위 또는 용융된 재료에 관계 없이 실행될 수 있다. 이에 의해, 측정 시스템(10)은 임의의 기존의 막대 구동 메커니즘 또는 배출 메커니즘에 대한 어떤 변화들을 요구하지 않고 처리 시설에 맞추어질 수 있다.

도 6의 방법이 층들/영역들의 형태들에 관계없이 목표 재료(M)를 조사하기 위해 사용될 수 있다고 이해되어야 한다. 그러므로, 프로빙 방법은 슬래그 층(S) 및/또는 슬래그 층(S) 아래의 임의의 개수의 영역들(M1, M2)에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 위에서 설명된 바와 같은, 몇몇의 실시예들에서, 프로빙 방법은 주로 목표 재료(M)에서 슬래그 층(S)의 아래의 전도도 프로필을 획득하도록 설계된다. 그러나, 슬래그 층(S)이 목표 재료(M)의 상부에 위치될 필요는 없다. 예를 들면, 실리카의 제조에서, 슬래그 층이 환원 공정에서 사용되는 노/용광로의 바닥에 형성될 수 있다. 그러므로, 이와 같은 적용에서, 프로빙 방법은 목표 재료(M)에서 슬래그 층(S) 위의 전도도 프로필을 획득하기 위해 사용될 수 있다. 프로빙 방법은 또한 슬래그 층이 없는 목표 재료의 전도도 프로필을 획득하기 위해 사용될 수 있다.

제어기(13) 및 신호 프로세서(14)의 기능이 단일 장치에 의해 실행될 수 있다고 이해되어야 한다. 모든 구성들에서, 기능의 일부 또는 전부는 하나 이상의 일반 목적 또는 특수 목적 연산 장치들에서 가동되는 전용 하드웨어 및/또는 특수 목적의 소프트웨어 (또는 펌웨어)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 맥락에서, 이와 같은 연산 장치의 각각의 “요소” 또는 “수단”은 방법의 단계의 개념적인 균등물을 가리키며; 요소들/수단과 특정 피스의 하드웨어 또는 소프트웨어 루틴들 사이에 일 대 일 대응이 항상 존재하지는 않는다고 이해되어야 한다. 하나의 피스의 하드웨어는 가끔 상이한 수단/요소들을 포함한다. 예를 들면, 처리 유닛은 하나의 명령을 실행할 때 하나의 요소/수단으로서 역할을 하지만, 다른 명령을 실행할 때 다른 요소/수단으로서 역할을 한다. 게다가, 하나의 요소/수단은 몇몇의 경우들에서 하나의 명령에 의해 실행될 수 있지만, 다른 경우들에서 복수의 명령들에 의해 실행될 수 있다. 이와 같은 소프트웨어로 제어되는 연산 장치는 하나 이상의 처리 유닛들, 예를 들면, CPU(“중앙 처리 유닛”), DSP(“디지털 신호 프로세서”), ASIC (“용도 특정 집적 회로”), 이산 아나로그 및/또는 디지털 부품들, 또는 FPGA (“필드 프로그램 가능 게이트 어레이”)와 같은 몇몇의 다른 프로그램 가능 논리 장치를 포함할 수 있다. 연산 장치는 시스템 메모리, 및 시스템 메모리를 포함하는 다양한 시스템 부품들을 처리 유닛에 커플링하는 시스템 버스를 더 포함할 수 있다. 시스템 버스는 다양한 버스 아키텍처들 중의 임의의 것을 사용하는, 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변 버스, 및 국부 버스를 포함하는 몇몇의 타입들의 버스 구조들 중의 임의의 것일 수 있다. 시스템 메모리는 읽기용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 플래시 메모리와 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리의 형태의 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 특수 목적 소프트웨어는 시스템 메모리에 저장될 수 있거나, 또는 자기 매체, 광학 매체, 플래시 메모리 카드들, 디지털 테이프, 솔리드 스테이트 RAM, 솔리드 스테이트 ROM, 등과 같은, 연산 장치에 포함되거나 이에 접근 가능한 다른 분리 가능/분리 불가능 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체에 저장될 수 있다. 연산 장치는 A/D 변환기와 같은 하나 이상의 데이터 획득 장치들뿐만 아니라 직렬 인터페이스, 병렬 인터페이스, USB 인터페이스, 무선 인터페이스, 통신망 접속기, 등과 같은 하나 이상의 통신 인터페이스들을 포함할 수 있다. 특수 목적 소프트웨어는 기록 매체, 읽기용 메모리 또는 전기 반송파 신호를 포함하는 임의의 적당한 컴퓨터 판독 가능 매체에 의해 연산 장치에 제공될 수 있다.

전도도 프로필은 많은 상이한 방식들에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 전도도 프로필은 스크린에, 예를 들면, 그래프의 형태로, 디스플레이를 위해 출력되고, 용기의 그래픽 도면에 오버레이될 가능성이 있다. 이는 조작자가 디스플레이된 전도도 프로필을 야금 처리 및/또는 용기로부터의 재료의 배출의 수동 제어 및/또는 최적화를 위한 기초로서 사용하도록 허용할 것이다. 조작자가 디스플레이된 전도도 프로필에 근거하여 하나 이상의 영역들의 위치를 확인/입력하도록 허용되며, 이에 의해 신호 프로세서는 확인된 영역(들)에 근거하여 용기 내의 재료의 양을 계산한다고 또한 생각할 수 있다. 구리 처리의 예로 돌아 가면, 용기 내의 구리 매트의 양은 전도도 프로필에 의해 주어진 매트 층의 크기에 근거하여 계산될 수 있다. 이와 같은 계산들은 또한 (도 5에 도시된 바와 같이) 용기의 바닥 위의 임의의 재료의 형성을 고려할 수 있다. 형성의 크기는 위치 신호에 근거하여, 예를 들면, 막대가 용기의 겉보기 바닥에 부딪칠 때의 위치를 어떤 형성이 없이 얻어지는 기준 위치와 비교함으로써, 추정될 수 있다.

다른 실시예에서, 목표 재료 내의 상이한 재료 영역들, 혼합 영역들 및 층들과 같은 영역들/층들의 존재, 위치 또는 크기와 같은 목표 재료의 특징들을 가리키는 단계 변화들, 안정기들, 등을 확인하기 위해, 전도도 프로필은 자동 신호 특징 추출 기법들에 의해 분석될 수 있다. 이와 같은 자동 분석의 출력은 야금 처리/배출의 수동 제어에 사용하기 위해 디스플레이될 수 있거나, 이는 자동 공정/배출 제어 또는 자동 양 추정을 위해 시스템에 입력될 수 있다.

도 7은 실리카의 생산을 위한 시설에서, 구체적으로는 슬래그 용융로로부터 얻어지는 슬래그를 정화하기 위해 사용되는 슬래그 보유로(1)에서 전도도 프로필 생성을 위한 설비의 측면도이다. 전자 장비(10') (예를 들면, 제어기(13) 및 신호 프로세서(14))는 노(1)의 위의 플랫폼(70)에 배치된다. 유사하게, 윈치(20)는 플랫폼(70)에 고정된 프레임(71)에 배치된다. 풀리(23)는 직접적으로 노의 지붕 위에 있는 플랜지(73) 위의 위치에서 프레임(71)의 수평 암(72)에 고정된다. 이에 의해, 막대(5)는 노(1) 안으로 그리고 그 안에서 수직 방향으로 이동하도록 작동 가능하다. 전도도 프로필의 검출은 극한적이고 어려운 조건들 하에서, 예를 들면, 높은 온도들, 무거운 장비 및 상당한 높이들에서 실행된다고 이해되어야 한다. 예를 들면, 풀리(23)와 노(1)의 상부 사이의 거리는 도시된 설비에서 거의 7 미터이다.

위에서 설명된 바와 같이, 센서 유닛(4)은 센서 유닛(4)의 주변으로 연장되는 전자기장을 생성함으로써 작동된다. 일반적으로, 센서 유닛(4)은 전자기장을 생성하기 위해 하나 이상의 코일들을 포함한다. 도 8 내지 도 10은 측정 시스템(10)의 세 개의 상이한 실시예들을 도시한다. 막대(5)에 물리적으로 설치되는 센서 유닛(4)은 오직 코일(들)만을 포함할 필요가 있는 반면에, 전자기장 및 측정 신호를 생성하기 위한 모든 다른 부품들은 용기(1)의 외부에 위치된 제어기 13(도 2)에 포함될 수 있다고 이해되어야 한다. 예를 들면, 코일(들)은 세라믹 또는 다른 비자기 케이싱에 내장되고, 그 다음에 막대의 전면 단부에 또는 그 근처에 장착되며, 코일(들)에 대한 배선이 연결이 제어기(13)에 설정될 수 있도록 막대를 통과할 수 있다(도 2의 점선을 참조). 그러나, 제어기(13)의 일부 또는 모든 부품들이 센서 유닛(4)에 포함된다고 또한 생각할 수 있다.

도 8은 단일 코일(82)이 송수신기로서 작용하도록 구성되는 측정 시스템(10)을 도시하며, 즉, 이것이 전자기장을 생성하고 이렇게 생성된 전자기장의 변화들을 측정하기 위해 사용된다.

도 8의 예에서, 측정 시스템(10)은 주어진 주파수의 고정된 AC 전압을 생성하기 위한 전압 소스(81), 및 정밀 저항기(83)와 직렬로 연결된 코일(82)을 가진 폐쇄 회로(“송수신기 코일 회로”)(80)를 포함한다. 차동 증폭기(84)는 저항기(83)의 한 측면에 있는 터미날들에 연결된 그의 입력부들을 가진다. 차동 증폭기(84)의 출력부는 아나로그→디지털 변환기 (ADC)(85)의 입력부에 연결된다. ADC(85)의 출력부는 전압 소스(81)의 주어진 주파수에 있는 측정 신호를 분리하도록 구성된 디지털 필터(86)의 입력부에 연결된다. 디지털 필터(86)의 출력부는 전도도 프로필의 생성을 위한 측정 신호를 샘플링하고 처리하는 신호 프로세서(14)에 연결된다. 신호 프로세서(14)는 또한 위치 신호를 샘플링하고 처리하기 위해 위치 감지 유닛(12)에 연결된다. 위에서 설명된 바와 같이, 측정 신호는 본질적으로 송수신기 코일 회로(80)의 임피던스의 척도로서 생성된다. 아래에서, 송수신기 코일 회로에서 얻어지는 측정 신호는 “T 신호”로 표시된다.

측정 시스템(10)의 작동 중에, 전압 소스(81)는 고정된 AC 전압을 생성하도록 설정되며, 이는 전류가 코일(82) 및 정밀 저항기(83)를 통과하도록 한다. 코일(82)을 통해 흐르는 전류는 코일(82)의 주위에 전자기장을 생성한다. 둘러싸는 재료의 전도도는 전자기장에 영향을 주며 이에 따라 코일(82)의 인덕턴스에 영향을 준다. 코일(82)의 임피던스(인덕턴스)가 변할 때, 코일(82)을 통해 흐르는 전류의 크기도 변한다. 정밀 저항기(83)에 걸친 전위차는 전류의 크기 및 그에 따른 둘러싸는 재료의 전도도를 나타낸다고 인정된다. 전위차는 차동 증폭기(84)에 의해 증폭되고, ADC(85)에 의해 디지탈화되며, 디지털 필터(86)에 의해 필터링되고, 측정 신호(T 신호)로서 신호 프로세서(14)에 제공된다. T 신호(피크 전압, 피크-대-피크 전압, RMS 전압, 등)의 크기는 둘러싸는 재료의 전도도를 나타낸다. T 신호의 예는 도 4에서 전도도 신호(40)로서 도시된다.

코일(82)은 송신기 및 수신기로서 작용한다고 인정된다. 그러므로, 코일(82)은, 또한 송신기 코일로서 표시될 수 있지만, 아래에서 송수신기 코일”로서 언급된다.

도 9는 전자기장을 생성하기 위해 작동 가능한 송신기 코일(92), 및 전자기장 및 이에 대한 임의의 변화들을 감지하기 위해 작동 가능한 별도의 수신기 코일(93)을 포함하는 측정 시스템(10)을 도시한다. 도 8의 코일(82)과 같이, 송신기 코일(92)은 폐쇄 회로(“송신기 코일 회로”)(90)에 포함되고 주어진 주파수에 있는 고정된 AC 전압을 생성하는 전압 소스(91)에 연결되며, 이에 의해 코일(92)이 전자기장을 생성하게 한다. 수신기 코일(93)은 전자기장의 범위 내에 위치되며, 전자기장은 이에 의해 수신기 코일 회로 (90')에서 전류를 유도한다. 전류는 수신기 코일(93)의 터미날들 사이의 전위차를 야기한다. 이 전위차는 송신기 및 수신기 코일들(92, 93)을 둘러싸는 매체의 전도도를 나타낸다. 전위차는 차동 증폭기(94)에 의해 증폭되고, ADC(95)에 의해 디지탈화되며, 디지털 필터(96)에 의해 필터링되고 측정 신호로서 신호 프로세서(14)에 제공된다. 도 8과 같이, 측정 신호의 크기는 둘러싸는 재료의 전도도를 나타낸다. 그러나, 도 9의 실시예에서, 측정 신호는 본질적으로 송신기 코일(92)과 수신기 코일(93) 사이의 상호 인덕턴스의 척도로서 생성된다. 아래에서, 수신기 코일 회로에서 얻어진 측정 신호는 “R 신호”로 표시된다.

R 신호는, T 신호와 비교하여, 주위의 전도도의 변화들에 더 민감하다는 것이 발견되었다. T 신호는 대부분 생성된 전자기장의 강도 또는 규모의 변화들을 나타내고 있으며, R 신호는 또한 생성된 전자기장의 크기 또는 형상의 변화들을 나타낸다고 현재 믿어진다. 센서 유닛(4)이 목표 재료에 대해 이동되고, 상이한 전도도의 영역들을 통과하므로, 생성된 전자기장의 형상은 변하기 쉽고, 이는 R 신호의 상응하는 변화들을 야기한다.

도 10은 도 8 및 9의 시스템들의 조합인 측정 시스템(10)을 도시한다. 그러므로, 신호 프로세서(14)는 송수신기 코일 회로(80)을 통해 흐르는 전류를 가리키는 제1 측정 신호(T 신호) 및 수신기 코일 회로(90')를 통해 흐르는 전류를 가리키는 제2 측정 신호(R 신호)를 수신한다. 도 8과 관련하여 설명될 때, 송수신기 코일 회로(80)를 통해 흐르는 전류는 송수신기 코일(82)의 주변에 의해 영향을 받는다. 이 변화는 수신기 코일 회로(90')에 의해 검출될 것이다. 그러나, 수신기 코일 회로(90')는 또한 송수신기 코일(82)과 수신기 코일(93) 사이의 상호 인덕턴스의 변화들을 검출할 것이다. 제1 및 제2 측정 신호들을 신호 프로세서(14)에 제공함으로써, 신호 프로세서(14)는 둘러싸는 재료의 전도도의 더 정밀하고/하거나 더 상세한 표시를 제공하기 위해 이 효과들을 구분할 수 있다.

도 11은 막대(5)(및 센서 유닛(4))가 야금 용기 내로 낮추어지는 동안에 시간의 함수로서 얻어진 T 신호(110), R 신호(112), 및 위치 신호(114)의 선도이다. 위치 신호(114)는 용기 위의 시작 위치로부터의 거리를 나타낸다. R 신호(112)에 대해 자동 조정된(autoscaled) T 신호(110)는 R 신호보다 적어도 약 1/10 정도로 더 작다는 것이 주목되어야 한다. 신호들(110, 112)은 R 신호(112)가 감소하는 동안에 T 신호(110)가 증가한다는 사실에 의해 보여지는 바와 같이 전도도를 나타내기 위해 처리되지 않은 원래의 신호들이다. 그럼에도 불구하고, 각각의 신호(110, 112)의 시간적 거동은 주위의 전도도의 변화들을 반영한다. 화살표(A)는 센서 유닛(4)이 용기 지붕을 통과하는 시간을 가리키며, 이는 두 신호들(110, 112)에서 검출될 수 있다. 화살표(B)는 센서 유닛이 슬래그 층(도 1의 S)에 도달하는 시간을 가리키며, 이는 R 신호(112)의 점진적인 감소의 시작에 의해 검출될 수 있다. 이는 또한 T 신호(110)의 작은 변화로서 검출될 수 있다. 도시된 예에서, 화살표(B)는 R 신호가 기준치의 99%에 도달한 시간에 설정되며, 이는 센서 유닛이 목표 재료 위의 용기에 있는 시간(ΔT)에 걸쳐 R 신호의 평균을 계산함으로써 획득된다. 일 변형에서, 화살표(B)는 T 신호가 시간(ΔT)에 걸쳐 T 신호의 평균을 계산함으로써 얻어진 상응하는 기준치의 100.05%에 도달한 시간에 설정될 수 있다. 화살표(C)는, 신호들(110, 112)의 급격한 변화에 의해 나타내어진, 센서 유닛이 먼저 매트 층(도 1의 M1)에 도달하는 시간을 가리킨다. 도시된 예에서, 화살표(C)는 R 신호가 위에서 언급된 기준치의 50%에 도달한 시간에 설정된다. 일 변형에서, 화살표(C)는 T 신호(110)가 관련된 기준치의 102%에 도달한 시간에 설정될 수 있다. 화살표(D)는 센서 유닛의 코일들이 매트 층에 완전히 잠기는 때를 가리키며, 이는 신호들(110, 112)에서의 레벨링(leveling)으로서, 그리고 특히 R 신호(112)의 언더슈트(undershoot)의 종료에 의해 검출될 수 있다. 도 11에 표시되지 않았지만, 혼합 영역(도 1의 M2)은 화살표들(B 및 C) 사이의 R 신호 및/또는 T 신호에서 검출될 수 있다.

T 신호(110) 및 R 신호(112)의 이용 가능성은, 예를 들면, 자동 신호 특징 추출에 근거한 신호 프로세서(14), 또는 신호들의 육안 검사에 의한 조작자가 목표 재료의 분석을 향상시키기 위해, 예를 들면, 계면들의 위치들을 확인하거나 절대 또는 상대 전도도 프로필을 유도하기 위해 신호들(110,112)에서 일어나는 신호 특징들을 서로 연관시키는 것을 가능하게 할 수 있다고 인정되어야 한다. 곡선들(110, 112)로부터 보조 정보, 즉, 용기 및/또는 목표 재료의 상이한 특징들에 관한 정보를 추출하는 것이 또한 가능하다.

게다가, 송수신기 및 수신기 코일들(82, 93)의 상대적인 배치에 따라서, 신호 프로세서(14) 또는 조작자는 전도도의 국부 변화의 대략적인 위치를 결정할 수 있으며, 이는, 예를 들면, 측정 기간 중에 위에서 언급된 보호 슬리브의 소각의 척도를 검출하고/하거나 제공하는데 사용될 수 있고/있거나, 전도도 프로필의 생성에 사용될 수 있다.

도 9 및 10에 예시된 바와 같은 수신기 코일 회로(90')의 사용은 전도도 측정들을 향상시키도록 역할을 할 수 있다는 것이 발견되었다. 한편, 송수신기 코일 회로만을 가지는 도 8의 실시예가 도 9 및 10의 실시예들과 비교하여 전기/전자기 교란들에 대한 향상된 둔감성을 보일 수 있다는 것이 발견되었다. 이와 같은 교란들은, 예를 들면, 전기 용광로/전기로의 전기 가열 요소들에 의해 생성될 수 있다.

기술자는 도 8 내지 도 10의 측정 시스템들(10)의 고정된 전압 소스(81, 91)가 고정된 전류 소스에 의해 대체될 수 있고, 디지털 필터들(86, 96)이 아나로그 필터들에 의해 대체될 수 있다고 인정한다.

일 변형(도시되지 않음)에서, 신호 프로세서(14)는 송수신기/송신기 코일 회로(80, 90)의 전류 및 송수신기/송신기 코일(82, 92)에 걸친 전압을 가리키는 측정 신호들을 수신한다. 이 측정 신호들에 근거하여, 신호 프로세서(14)는 송수신기/송신기 코일 회로(80, 90)에서 전압과 전류 사이의 위상차를 계산할 수 있다. 이 위상차는 코일(82, 92)의 주변의 전도도가 변할 때에 변할 것이며, 신호 프로세서(14)는 둘러싸는 재료의 전도도를 결정하기 위해 위상차를 사용할 수 있다. 전도도 측정을 더 향상시키기 위해, 이와 같은 위상차 측정을 송신기/송수신기 코일 회로(80, 90) (도 8 및 10)의 임피던스 측정 및/또는 상호 인덕턴스(도 9 및 10)의 측정과 조합하는 것이 또한 생각될 수 있다.

다른 변형에서(도시되지 않음), 송신기/송수신기 코일(82, 92) 및/또는 수신기 코일(93)은 도 12에 도시된 RLC 회로와 같은 공진 회로로 연결된다. RLC 회로는 전력 소스(97), (저항기(98)에 의해 나타낸) 저항(R), (커패시터(98)에 의해 나타낸) 커패시턴스(C), 및 (코일(82, 92, 93)을 포함하는) 인덕턴스(L)를 포함하며, 이들은 (도시된 바와 같이) 직렬 또는 병렬로 연결된다. RLC 회로의 공진 주파수(

코일(82, 92, 93)의 인덕턴스(L)는 둘러싸는 재료의 전도도와 함께 변할 것이며, 이에 따라 전도도는 공진 주파수(

RLC회로들의 공진 주파수를 측정하는 회로는 상업적으로 이용 가능하다.

위의 실시예들, 변형들 및 대안들 모두에서, 측정된 전도도의 분해능은 특정 용기(1) 및 그 안에 있는 목표 재료(M)에 대한 송신기/송수신기 코일(82, 92)의 주파수(즉, 전자기장을 생성하는 AC 전압/전류의 주파수)를 조절함으로써 최적화될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 약 1 내지 1000 kHz의 범위의 주파수에서, 일반적으로 약 1 내지 100 kHz의 범위의 주파수들에서 작동될 수 있다. 예를 들면, 각각의 주파수에서 작동되도록 복수의 송신기/송수신기 코일 회로들(80, 90)을 막대(5)에 설치함으로써, 둘 이상의 주파수에서 작동되도록 측정 시스템(10)을 설계하고, 이에 의해 신호 프로세서(14)는 상이한 주파수들에서 얻어지는 측정 신호들을 수신하도록 연결되는 것이 또한 생각될 수 있다. 이는 전도도 프로필의 품질을 향상시키도록 역할을 할 수 있다.

게다가, 위의 설명이 단일 코일들을 언급할 지라도, 송신기/송수신기/수신기 코일(82, 92, 93)은 개별 서브코일들의 조합으로서 형성될 수 있다고 이해되어야 한다.

게다가, 생성된 자계의 강도는 측정 상황에 맞추어 조정될 필요가 있을 수 있다. 이는 코일(82, 92, 93)의 와이어의 감김 회수들, 코일(82, 92, 93)에서 흐르는 전류량, 코일 폭에 대한 코일 길이의 비율, 및 코일(82, 92, 93)의 코어에 있는 재료의 타입 중의 하나 이상을 조정함으로써 달성될 수 있다. 이는 단지 본 기술 분야의 기술자의 일상적인 실험의 문제이다.

유사하게, 송신기/송수신기 코일(82, 92) 및 수신기 코일(93)의 구성 및 상호 배치는 주어진 측정 상황에 대해 최적화될 수 있다. 도 13a 내지 도 13c는 센서 유닛(4)의 송신기/송수신기 코일(82, 92) 및 수신기 코일(93)의 세 개의 대안의 배치들을 도시한다. 예를 들면, 코일(82, 92) 및 코일(93)의 위치들을 바꾸거나, 하나의 코일을 수직으로 다른 것들을 수평으로 배치하는 다른 배치들이 가능하다. 게다가, 코일(82, 92)과 코일(93)의 간격은 R 신호의 원하는 감도 또는 다른 특성을 달성하기 위해 조절될 수 있다.

본 발명은 주로 몇몇의 실시예들을 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 본 기술 분야의 기술자에 의해 쉽게 인정되는 바와 같이, 위에서 개시된 것들과 상이한 다른 실시예들이 오직 첨부된 특허 청구항들에 의해서만 한정되고 제한되는 본 발명의 범위와 정신 내에서 동일하게 가능하다.

예를 들면, 측정 신호 또는 신호 프로필은 저항률과 같은 전도도와 동등한 임의의 다른 실체를 나타낼 수 있다.

게다가, 하나 또는 복수의 막대들, 또는 공통의 막대 위의 부속막대 들에 배치될 수 있는 둘 이상의 센서 유닛을 사용하는 것이 가능하다. 도 9 및 10의 실시예들을 참조하면, 송수신기/송신기 코일(82, 92)보다는 상이한 막대/부속막대에 수신기 코일(93)을 배치하는 것이 유사하게 가능하다.

공간 전도도 프로필이 위치들에 매핑될 필요가 없으며, 시간의 함수로서 주어질 수 있다(전도도 신호(40)와 비교)는 것이 또한 인정되어야 한다. 이와 같은 전도도 프로필은 그 자체로 또는 별도의 위치 신호(도 4의 위치 신호(42)와 비교)를 참조하여 영역들을 확인하기 위해 검사되거나/처리될 수 있다.

게다가, 측정 신호는 특정 시점들에 샘플링될 필요가 없으며, 그 대신에 아나로그 신호로서, 즉, 연속적으로 얻어질 수 있다.

슬래그 대신에 (또는 슬래그에 추가하여), 상부 층(S)은 몇몇의 형태의 원재료 또는 미리 정제된 재료를 포함할 수 있다. 상부 재료 층(S) 아래의 용융된 재료는 비용융 부분들, 및 가스성 물질들을 포함할 수 있다고 또한 인정된다. 사실상, 분말들 또는 과립들과 같은 비용융 목표 재료에 있는 영역들의 확인을 가능하게 하기 위해 본 발명의 해결방안을 적용하는 것이 가능하다. 목표 재료와 관계 없이, 영역들은 물질의 특정 조성, 특정 용융도, 및 특정 혼합도 중의 적어도 하나에 의해 한정될 수 있다. 몇몇의 영역들이 본질적으로 동일한 전도도(또는 측정 경로에 따른 전도도의 변화)를 가지는 것이 또한 가능하다. 이와 같은 영역들은 상이한 전도도(또는 전도도의 변화)를 가진 다른 영역들/층들과 관련된 그들의 위치에 근거하여, 예를 들면, 목표 재료의 영역들의 예상된 순서에 근거하여, 전도도 프로필이 확인되고/구별될 수 있다.