高炉における装入物プロフィールの測定方法及び測定装置
【課題】高炉に挿入された装入物の表面のプロファイルを面状に測定でき、プロフィール測定中でも装入操作が可能で測定したプロフィールに応じて迅速な導入操作を可能にし、更に装置全体の小型軽量化を図る。
【解決手段】マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、アンテナから発射されたマイクロ波ビームを反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波をマイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めてマップ化する。
【解決手段】マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、アンテナから発射されたマイクロ波ビームを反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波をマイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めてマップ化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉に挿入された装入物の表面のプロフィールを測定する方法及び測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石を溶解する高炉では、通常、炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装入し、炉頂部での装入物の表面プロフィールが蟻地獄の如き逆錘状（図４参照）になるように装入操作を行う。
【０００３】
このような高炉では、適正な装入物分布を形成することにより、炉内のガス流れが安定し、燃料費低減や炉体の長寿命化が可能となる。適正な装入物分布制御を行うためには、装入物の表面プロフィールを短時間で正確に測定し、炉況の変化に対応して適正な原料装入調整を行う必要がある。表面プロフィールの測定方法として従来では、図７に示すように、炉壁１を貫通して炉内に挿入されるランス１０の先端に装着したアンテナ１１から装入物２０の表面に向けてマイクロ波Ｍ１を発射し、装入物２０の表面からの反射マイクロ波Ｍ２をアンテナ１０で受信し、ミキシングして得られるビート波の周波数により、アンテナ１０から装入物２０の表面までの距離を測定する方法が一般的であり、ランス１０を移動させながら測定することにより装入物２０の表面プロフィールを求めている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、ランス１０は直線状に移動するため、装入物２０の表面全面のプロフィールが得られない。また、ランス１０は炉の内径ほどの長さが必要であり、長尺で、高荷重でもあるため、炉内に長く挿入しておくと自重により垂れ下がって炉から抜けなくなり、移動の際のストロークも大きいため炉外に大きなスペースが必要になる。更に、ランス１０を移動させるための駆動ユニットが別途必要であり、設備費や運転コストが高くなる。加えて、プロフィール測定中に装入操作を行うことができず、測定したプロファイルに応じた迅速な装入操作ができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「製鉄研究」第３１７号、第３〜１６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、高炉に挿入された装入物の表面のプロファイルを面状に測定でき、プロフィール測定中でも装入操作が可能で測定したプロフィールに応じて迅速な導入操作を可能にし、更に装置全体の小型軽量化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、下記に示す高炉における装入物プロフィールの測定方法及び測定装置を提供する。
（１）高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定する方法であって、
マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波ビームを前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めることを特徴とする装入物プロフィール測定方法。
（２）高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定するための装置であって、
反射角度が可変の反射板と、前記反射板の反射角度を制御するための角度可変機構と、マイクロ波送受信手段と、誘電材料からなる栓部材で閉塞された導波管により前記マイクロ波送受信手段に連結されたアンテナとを備え、一面が開口した容器内に前記反射板と前記アンテナとを対向配置するとともに、該容器に、前記マイクロ波送受信手段及び前記角度可変機構をそれぞれ別容器に収容した状態で取り付けてなる測定部と、
前記角度可変手段及び前記マイクロ波送受信手段の駆動を制御するとともに、検波信号の解析を行う制御部とを備えるとともに、
前記測定部を、前記容器の開口部が高炉上部の適所に設けた開口と重なるように高炉に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波を前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段にて検波し、前記制御部にて走査位置に対応する距離データを求めてマップ化することを特徴とする装入物プロフィール測定装置。
（３）前記測定部において、
反射板が、その両端に設けた支軸を介して支持部材に、該支軸を中心に回動自在に支持されるとともに、該反射板のアンテナ対向面とは反対側の面上を前記支軸と直交する直線上を移動する棒状片を備え、
前記反射板を、前記棒状片を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記支持部材をその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする上記（２）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（４）前記棒状片が、導波管の軸線に沿って移動する連結棒の先端から前記反射板の裏面に向かって垂下しており、
内軸と外軸との二重構造からなる軸管の内軸の先端に前記支持部材が固定され、外軸に連結棒が固定されるとともに、前記内軸をその軸線を中心にして回動させ、前記外軸をその軸線に沿って移動させる駆動手段を備えることを特徴とする上記（３）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（５）前記反射板及び前記アンテナを収容する前記容器に、窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする上記（３）または（４）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（６）前記測定部において、
高炉の開口と対向する開口部が形成されたガイドパイプの前記開口部に、反射板が、その両端に設けた支軸を介して回動自在に支持されているとともに、
前記反射板のアンテナ対向面とは反対側の面の中心に棒状片の一端が固定され、該棒状片の他端がガイドパイプの軸線方向に移動可能な連結棒に連結しており、
前記反射板を、前記連結棒を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記ガイドパイプをその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする上記（２）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（７）前記ガイドパイプの開口部が、該ガイドパイプの長手方向中央部に形成されており、
該ガイドパイプの一方の端部にアンテナが接続され、他端を閉塞する端面の外側に、前記連結棒を移動させるための駆動手段及び該ガイドパイプを回動させるための駆動手段が取り付けられていることを特徴とする上記（６）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（８）前記反射板と前記ガイドパイプの開口部周辺とを包囲する容器と、
前記容器の両外側に配置され、該容器の両側に突出する前記ガイドパイプを支持するための一対の軸受と、該容器の気密性を維持するシール部材とを備える支持部材と
を備えることを特徴とする上記（７）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（９）前記ガイドパイプを、前記容器のアンテナ側壁面で分割するとともに、該ガイドパイプの該容器からアンテナ側に突出する部分を前記容器に接合し、前記容器から突出する他方の部分を前記支持部材で支持することを特徴とする上記（８）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（１０）前記アンテナ及び前記反射板の少なくとも一方に、マイクロ波の送受信に影響しない孔を開けるとともに、前記ガイドパイプに窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする上記（６）〜（９）の何れか１項に記載の挿入物プロフィール測定装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高炉に挿入された装入物の表面のプロフィールを全面にわたり測定でき、プロフィール測定中でも装入操作が可能で、かつ測定したプロフィールに応じて迅速な導入操作も可能となる。また、装置全体の小型軽量化を図ることができ、保守作業を安全に行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る装入物プロフィール測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】測定部の第１の例を示す拡大図である。
【図３】図２に示す測定部を上面からみた断面図である。
【図４】測定部の第２例を示す側断面図である。
【図５】図４に示す測定部の反射板周辺を示す一部切欠斜視図である。
【図６】図４に示す測定部の反射板の傾斜角度を変更する機構を示す図である。
【図７】従来の装入物プロフィール測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の挿入物プロフィール測定装置の全体構成を示す図であるが、高炉の軸線に沿った断面を示している。また、図２は測定部Ａの周辺を示す拡大図であり、図３は測定部Ａを上面からみた断面図である。
【００１２】
測定部Ａは、円板状の反射板１００と、マイクロ波送受信手段１１０に連結するアンテナ１２０とを対向配置して第１の容器１３０に収容して構成されており、炉壁１の頂部近傍の適所に設けられた開口２に装着される。また、反射板１００の下にはセラミックスフィルタ３１を介してバルブ３０が設けられており、プロフィール計測時にはバルブ３０を開き、保守点検時にはバルブ３０を閉めるようになっている。更に、バルブ３０と開口２との間にフィルタ３２を設け、炉内からの高温ガスの流入や粉塵の侵入を防止している。また、窒素ガス取入れ口３３から窒素ガスを供給して、プロフィール測定時に測定部Ａの内部を炉内より高圧にして粉塵の侵入を防止する。
【００１３】
アンテナ１２０は、取り付けのための奥行きが短かいことから、パラボラアンテナが好ましい。
【００１４】
第１の容器１３０は略円筒状で、その上面は上蓋１３１で閉塞されており、下面１３２は開口しており、図示は省略されるセラミックフィルタ３１やフィルタ３２を介在させて、炉壁１の開口２と重なるように装着される。また、窒素ガス取り入れ口１３５を設け、窒素ガスが供給される。
【００１５】
また、第１の容器１３０の周壁にはアンテナ１２０が取り付けられており、アンテナ１２０の背面を覆うように第２の容器１４０が装着されている。この第２の容器１４０には、マイクロ波送受信手段１１０が収容され、マイクロ波送受信手段１１０とアンテナ１２０とは導波管１５０により連結されている。導波管１５０は、誘電材料からなる栓部材１５１により閉塞されており、アンテナ１２０のマイクロ波の送受信を行うための開口（図示せず）を通じてガスや粉塵が流入しないようにしてある。また、マイクロ波送受信手段１１０は、コネクタ１５５を介して外部の制御部（図示せず）に繋がっており、電力の供給やマイクロ波の送受信の制御、検波信号の処理等が制御部を通じて行われる。
【００１６】
更に、第１の容器１３０の周壁には、アンテナ１２０と直交する位置に、反射板１００の角度を制御するための角度可変機構１６０が装着されている。反射板１００は第１の容器１３０の中央部に配置されており、その直径両端が半円環の支持アーム１０１の両端に設けられた軸受１０２ａ，１０２ｂにより支持されている。支持アーム１０１は、角度可変機構１６０の内軸１６１に直結している。内軸１６１は、第１のモータ１７０により回転駆動され、それに伴って反射板１００は矢印Ｘ方向に回動する。
【００１７】
また、反射板１００のアンテナ対向面とは反対側の裏面１００ａの中心部には、棒状片１０３の先端１０３ａが固着されている。この棒状片１０３は、第１の球面滑り軸受１０４を介して連結棒１０５に接続しており、連結棒１０５の他端は第２の球面滑り軸受１０６を介して、内軸１６１と同軸に配設された外軸１６２の先端部に接続している。
【００１８】
外軸１６２には、第２の球面滑り軸受１０６とは他端の外周面に雄ネジ１６２ａが形成されており、内軸１６１上に取り付けられた第２のモータ１７２により回転駆動される雌ネジ部材１７３の内周面に形成された雌ネジ１７３ａと螺合している。そして、第２のモータ１７２を駆動すると、雌ネジ部材１７３が回転して外軸１６２が反射板１００に接近または離間するように図中の左右方向に移動し、それに伴って連結棒１０５が図中の左右方向に移動する。連結棒１０５の動きは軸受１０２ａ，１０２ｂを支点として第１の球面滑り軸受１０４を円運動させる。反射板１００は軸受１０２ａ，１０２ｂにより図中左右方向への移動が規制されているため、第１の球面滑り軸受１０４の動きに連動して棒状片１０３の先端１０３ａが円運動することにより、反射板１００は図中の上下方向、即ち矢印Ｙ方向に回動する。
【００１９】
尚、図示は省略するが、第２のモータ１７２を内軸１６１上に取り付けず、第１のモータ１７０と第２のモータ１７２の回転差で雌ネジ部材１７３を回転させることもできる。
【００２０】
このように構成される角度可変機構１６０において、内軸１６１と外軸１６２とを協働すると、内軸１６１の回転により反射板１００を矢印Ｘ方向に所定角度で傾斜させ、それと同時に外軸１６２を回転して棒状体１０３の先端１０３ａを円運動させて矢印Ｙ方向への回動を付加することができ、反射板１００を任意の方向に傾斜させることができる。
【００２１】
また、角度可変機構１６０は、第１のモータ１７０、第２のモータ１７２、内軸１６１及び外管１６２の一部、更に雌ネジ部材１７３は第３の容器１８０に収容され、第１の容器１３０に取り付けられている。更に、第１のモータ１７０はコネクタ１７４を通じて、第２のモータ１７２はコネクタ１７５を通じて外部の制御部に接続されており、電力供給や回転の制御が制御部を通じて行われる。
【００２２】
装入物の表面のプロフィールを測定するには、マイクロ波送受信手段１１０で発振されたマイクロ波Ｍをアンテナ１２０から発射し、反射波１００で反射して開口２を通じて装入物２０に向けて送信する。そして、装入物２０の表面で反射されたマイクロ波Ｍを反射板１００で反射してアンテナ１２０へと導き、マイクロ波送受信手段１１０で受信し、受信信号を外部の制御部に送り、ビート波の周波数によりアンテナ１２０から装入物２０の表面までの距離を求める。
【００２３】
本発明では、反射板１００の角度を角度可変機構１６０により連続的に変化させてマイクロ波Ｍが装入物２０の全面を走査するようにする。そして、走査の位置情報と、装入物２０の表面までの距離とを２次元的にマップ化することにより、装入物の全面のプロフィールが得られる。マイクロ波Ｍによる走査に際し、装入物が新たに装入されても、測定には支障がない。
【００２４】
尚、高炉内では、人体に有害な一酸化炭素ガスが発生しており、測定部Ａの気密性は安全上の重要課題である。本発明では、上記のように、フィルタ３２やセラミックスフィルタ３１により２重の気密構造とするとともに、第１の容器に反射板１００及びアンテナ１２０を収容し、第２の容器にマイクロ波送受信手段１１０を収容するとともにアンテナ１２０との連結に用いる導波管１５０を栓部材１５５で閉塞し、更に角度可変機構１６０を第３の容器１８０に収容しているため、測定部Ａを通じて一酸化炭素ガスが外部に漏洩することがない。
【００２５】
また、バルブ３０を閉じることにより、高炉を気密にした状態で、測定部Ａを高炉から分離でき、測定部Ａの保守作業を安全に行うことができる。
【００２６】
反射板の角度可変機構として、図４〜図６に示す構成にすることもできる。尚、図４〜図６において、図１〜図３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
【００２７】
図４は全体構成を側断面図であるが、図示されるように、ガイドパイプ２００の一端にアンテナ１２０が取り付けられており、アンテナ１２０にはマイクロ波送受信手段１１０が接続しており、制御部にてマイクロ波の送受信が制御される。尚、アンテナ１２０とマイクロ波送受信手段１１０とを接続する導波管１５０は、栓部材１５１で閉塞されており、マイクロ波送受信手段１１０は第２の容器１４０に収容され、密封されている。
【００２８】
また、ガイドパイプ２００の中央部には、炉の開口２に対面する面が切欠して開口部２１０が形成されており、この開口部２１０の内部に円板状の反射板１００が収容される。また、ガイドパイプ２００の開口部２１０は、第１の容器１３０で包囲されており、第１の容器１３０が、炉の開口２に対面する側が開口しており、図示は省略されるバルブ３０、セラミックフィルタ３１、フィルタ３２を介在させて、炉の開口２に接続される（図１参照）。また、第１の容器１３０の開口は、炉内からの粉塵がガイドパイプ２００の内部に流入しないように、フィルタ２２０で閉塞されていている。
【００２９】
反射板１００は、図５に示すように、その直径両端から突出する支軸１９０が設けられており、支軸１９０がガイドパイプ２００に固定されている。それにより、反射板１００は、支軸１９０を中心にして矢印Ｐに示すように回動する。
【００３０】
また、反射１００の裏面１００ａの中心Ｃには所定の角度θ（例えば４５°）で棒状片２３０が固定されている。この棒状片２３０には第１の球面滑りヒンジ２４０を介して第１の連結棒２３２が接続され、更に第１の連結棒２３２には第２の球面滑りヒンジ２４１を介して第２の連結棒２３３が接続されている。
【００３１】
ガイドパイプ２００の他端は端面２０１で閉塞しており、端面２０１には第２の連結棒２３３を挿通可能な開口が開けられ、この開口から第２の連結棒２３３が外部に延出している。そして、端面２０１の外側には、第２の連結棒２３３をガイドパイプの軸線に沿って矢印Ｈ方向に移動させるための連結棒駆動手段２３５が取り付けられている。この連結棒駆動手段２３５は、例えばモータ２３６とラックギア２３７とで構成することができる。
【００３２】
図６（Ａ）に示すように、第２の連結棒２３３を矢印Ｈａ方向に移動させると、第１の連結棒２３２も同方向に移動して第１の球面滑りヒンジ２４０を介して棒状片２３０が支軸１９０を中心にして矢印Ｌ方向に傾倒する。それに伴い、図６（Ｂ）に示すように反射板１００が矢印Ｐａで示す方向に回動する。このとき、第１の球面滑りヒンジ２４０は、図５（Ａ）に示す当初の位置よりも図中左下方向に若干降下し、図６（Ｂ）に示すように第１の連結棒２３２も第１の球面滑りヒンジ２４０の端部が若干降下する。そこで、第２の球面滑りヒンジ２４１によりこの第１の連結棒２３２の降下を吸収する。
【００３３】
また、図示は省略するが、この状態から第２の連結棒２３３を矢印Ｈａとは反対側に移動させると、反射板１００が矢印Ｐａとは反対側に回動する。
【００３４】
上記の第２の連結棒２３３の移動に伴う反射板１００の矢印Ｐ方向への回動により、アンテナ１２０から送信され反射板１００で反射されたマイクロ波Ｍは、図中の左右方向に送られる。
【００３５】
また、ガイドパイプ２００は、アンテナ１２０及びマイクロ波送受信手段１１０を収容する第２の容器１４０ごと、その軸線を中心に矢印Ｑ方向に回転可能に構成されており、それに伴い反射板１００も同じように回動し、マイクロ波Ｍは紙面と垂直な方向に送られる。ガイドパイプ２００の回転は、端面２０１の外側に設けたモータ２０５で行うことができ、モータ２０５の回転軸はガイドパイプ２００の軸線の延長線上に設けられている。また、モータ２０５は、連結棒駆動手段２３５とともに容器２０８に収容される。
【００３６】
このように、第２の連結棒２３３の移動と、ガイドパイプ２００の回転により、マイクロ波Ｍを二次元方向に走査できる。
【００３７】
また、第１の容器１３０の両側には支持部材２６０，２６１が配設される。支持部材２６０，２６１は、ガイドパイプ２００の外周に軸受を嵌合してガイドパイプ２００を回動自在に支持し、更にシール部材で容器内部の気密性を維持する。尚、シール部材は耐熱性を有することが望ましい。第１の容器１３０の内部は、測定時に炉の開口２を通じて炉内と同じガス圧になり、かなりの高圧となる。そこで、支持部材２６０，２６１で圧力を分担して受けることで、第１の容器１３０を保護するができ、ガイドパイプ２００の抜け防止装置を別途設ける必要もなくなる。
【００３８】
更に、第１の容器１３０には、窒素ガス取り入れ口１３５から窒素ガスを流入させることができ、内部を観察できるように窓１３７を設けることができる。
【００３９】
また、ガイドパイプ２００にも窒素ガス取り入れ口１３６ａ，１３６ｂを設け、ガイドパイプ２００の内部に窒素ガスを流入させてもよい。
【００４０】
上記において、ガイドパイプ２００を第１の容器１３０のアンテナ側壁面１３０ａで分割するとともに、アンテナ側の部分を第１の容器１３０に溶接等により接合し、第１の容器１３０からガイドパイプ２００の端面２０１までの部分を回転可能にすることもでき、その場合、アンテナ側の部分を保持する支持部材２６１を省略することができる。
【００４１】
また、図示は省略するが、アンテナ１２０に、マイクロ波の送受信に影響を与えない程度の小孔を開け、窒素ガス取り入れ口１３６ａをアンテナ１２０の背面（マイクロ波送受信手段側の面）の近傍に設けることにより、窒素ガスがアンテナ１２０の小孔を通じてガイドパイプ２００の内部を第１の容器１３０へと流入するとともに、アンテナ１２０の裏面の粉塵を除去することができる。
【００４２】
更に、反射板１００にも同様の小孔を開けることで、窒素ガス取り入れ口１３６ａからの窒素ガスが反射板１００の裏面側へも流通するとともに、窒素ガス取り入れ口１３６ｂからの窒素ガスがアンテナ側へも流通するようになり、ガイドパイプ２００の全域にわたり窒素ガスがより流通しやすくなる。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ 測定部
１００ 反射板
１０１ 支持アーム
１０４ 第１の球面滑り軸受
１０５ 連結棒
１０６ 第２の球面滑り軸受
１１０ マイクロ波送受信手段
１２０ アンテナ
１３０ 第１の容器
１４０ 第２の容器
１５０ 導波管
１５１ 栓部材
１６０ 角度可変機構
１６１ 内軸
１６２ 外軸
１７０ 第１のモータ
１７２ 第２のモータ
１８０ 第３の容器
１９０ 支軸
２００ ガイドパイプ
２１０ 開口部
２２０ フィルタ
２３０ 棒状片
２３２ 第１の連結棒
２３３ 第２の連結棒
２４０ 第１の球面滑りヒンジ
２４１ 第２の球面滑りヒンジ
２６０，２６１ 支持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉に挿入された装入物の表面のプロフィールを測定する方法及び測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石を溶解する高炉では、通常、炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装入し、炉頂部での装入物の表面プロフィールが蟻地獄の如き逆錘状（図４参照）になるように装入操作を行う。
【０００３】
このような高炉では、適正な装入物分布を形成することにより、炉内のガス流れが安定し、燃料費低減や炉体の長寿命化が可能となる。適正な装入物分布制御を行うためには、装入物の表面プロフィールを短時間で正確に測定し、炉況の変化に対応して適正な原料装入調整を行う必要がある。表面プロフィールの測定方法として従来では、図７に示すように、炉壁１を貫通して炉内に挿入されるランス１０の先端に装着したアンテナ１１から装入物２０の表面に向けてマイクロ波Ｍ１を発射し、装入物２０の表面からの反射マイクロ波Ｍ２をアンテナ１０で受信し、ミキシングして得られるビート波の周波数により、アンテナ１０から装入物２０の表面までの距離を測定する方法が一般的であり、ランス１０を移動させながら測定することにより装入物２０の表面プロフィールを求めている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、ランス１０は直線状に移動するため、装入物２０の表面全面のプロフィールが得られない。また、ランス１０は炉の内径ほどの長さが必要であり、長尺で、高荷重でもあるため、炉内に長く挿入しておくと自重により垂れ下がって炉から抜けなくなり、移動の際のストロークも大きいため炉外に大きなスペースが必要になる。更に、ランス１０を移動させるための駆動ユニットが別途必要であり、設備費や運転コストが高くなる。加えて、プロフィール測定中に装入操作を行うことができず、測定したプロファイルに応じた迅速な装入操作ができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「製鉄研究」第３１７号、第３〜１６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、高炉に挿入された装入物の表面のプロファイルを面状に測定でき、プロフィール測定中でも装入操作が可能で測定したプロフィールに応じて迅速な導入操作を可能にし、更に装置全体の小型軽量化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、下記に示す高炉における装入物プロフィールの測定方法及び測定装置を提供する。
（１）高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定する方法であって、
マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波ビームを前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めることを特徴とする装入物プロフィール測定方法。
（２）高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定するための装置であって、
反射角度が可変の反射板と、前記反射板の反射角度を制御するための角度可変機構と、マイクロ波送受信手段と、誘電材料からなる栓部材で閉塞された導波管により前記マイクロ波送受信手段に連結されたアンテナとを備え、一面が開口した容器内に前記反射板と前記アンテナとを対向配置するとともに、該容器に、前記マイクロ波送受信手段及び前記角度可変機構をそれぞれ別容器に収容した状態で取り付けてなる測定部と、
前記角度可変手段及び前記マイクロ波送受信手段の駆動を制御するとともに、検波信号の解析を行う制御部とを備えるとともに、
前記測定部を、前記容器の開口部が高炉上部の適所に設けた開口と重なるように高炉に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波を前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段にて検波し、前記制御部にて走査位置に対応する距離データを求めてマップ化することを特徴とする装入物プロフィール測定装置。
（３）前記測定部において、
反射板が、その両端に設けた支軸を介して支持部材に、該支軸を中心に回動自在に支持されるとともに、該反射板のアンテナ対向面とは反対側の面上を前記支軸と直交する直線上を移動する棒状片を備え、
前記反射板を、前記棒状片を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記支持部材をその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする上記（２）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（４）前記棒状片が、導波管の軸線に沿って移動する連結棒の先端から前記反射板の裏面に向かって垂下しており、
内軸と外軸との二重構造からなる軸管の内軸の先端に前記支持部材が固定され、外軸に連結棒が固定されるとともに、前記内軸をその軸線を中心にして回動させ、前記外軸をその軸線に沿って移動させる駆動手段を備えることを特徴とする上記（３）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（５）前記反射板及び前記アンテナを収容する前記容器に、窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする上記（３）または（４）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（６）前記測定部において、
高炉の開口と対向する開口部が形成されたガイドパイプの前記開口部に、反射板が、その両端に設けた支軸を介して回動自在に支持されているとともに、
前記反射板のアンテナ対向面とは反対側の面の中心に棒状片の一端が固定され、該棒状片の他端がガイドパイプの軸線方向に移動可能な連結棒に連結しており、
前記反射板を、前記連結棒を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記ガイドパイプをその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする上記（２）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（７）前記ガイドパイプの開口部が、該ガイドパイプの長手方向中央部に形成されており、
該ガイドパイプの一方の端部にアンテナが接続され、他端を閉塞する端面の外側に、前記連結棒を移動させるための駆動手段及び該ガイドパイプを回動させるための駆動手段が取り付けられていることを特徴とする上記（６）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（８）前記反射板と前記ガイドパイプの開口部周辺とを包囲する容器と、
前記容器の両外側に配置され、該容器の両側に突出する前記ガイドパイプを支持するための一対の軸受と、該容器の気密性を維持するシール部材とを備える支持部材と
を備えることを特徴とする上記（７）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（９）前記ガイドパイプを、前記容器のアンテナ側壁面で分割するとともに、該ガイドパイプの該容器からアンテナ側に突出する部分を前記容器に接合し、前記容器から突出する他方の部分を前記支持部材で支持することを特徴とする上記（８）記載の挿入物プロフィール測定装置。
（１０）前記アンテナ及び前記反射板の少なくとも一方に、マイクロ波の送受信に影響しない孔を開けるとともに、前記ガイドパイプに窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする上記（６）〜（９）の何れか１項に記載の挿入物プロフィール測定装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高炉に挿入された装入物の表面のプロフィールを全面にわたり測定でき、プロフィール測定中でも装入操作が可能で、かつ測定したプロフィールに応じて迅速な導入操作も可能となる。また、装置全体の小型軽量化を図ることができ、保守作業を安全に行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る装入物プロフィール測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】測定部の第１の例を示す拡大図である。
【図３】図２に示す測定部を上面からみた断面図である。
【図４】測定部の第２例を示す側断面図である。
【図５】図４に示す測定部の反射板周辺を示す一部切欠斜視図である。
【図６】図４に示す測定部の反射板の傾斜角度を変更する機構を示す図である。
【図７】従来の装入物プロフィール測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の挿入物プロフィール測定装置の全体構成を示す図であるが、高炉の軸線に沿った断面を示している。また、図２は測定部Ａの周辺を示す拡大図であり、図３は測定部Ａを上面からみた断面図である。
【００１２】
測定部Ａは、円板状の反射板１００と、マイクロ波送受信手段１１０に連結するアンテナ１２０とを対向配置して第１の容器１３０に収容して構成されており、炉壁１の頂部近傍の適所に設けられた開口２に装着される。また、反射板１００の下にはセラミックスフィルタ３１を介してバルブ３０が設けられており、プロフィール計測時にはバルブ３０を開き、保守点検時にはバルブ３０を閉めるようになっている。更に、バルブ３０と開口２との間にフィルタ３２を設け、炉内からの高温ガスの流入や粉塵の侵入を防止している。また、窒素ガス取入れ口３３から窒素ガスを供給して、プロフィール測定時に測定部Ａの内部を炉内より高圧にして粉塵の侵入を防止する。
【００１３】
アンテナ１２０は、取り付けのための奥行きが短かいことから、パラボラアンテナが好ましい。
【００１４】
第１の容器１３０は略円筒状で、その上面は上蓋１３１で閉塞されており、下面１３２は開口しており、図示は省略されるセラミックフィルタ３１やフィルタ３２を介在させて、炉壁１の開口２と重なるように装着される。また、窒素ガス取り入れ口１３５を設け、窒素ガスが供給される。
【００１５】
また、第１の容器１３０の周壁にはアンテナ１２０が取り付けられており、アンテナ１２０の背面を覆うように第２の容器１４０が装着されている。この第２の容器１４０には、マイクロ波送受信手段１１０が収容され、マイクロ波送受信手段１１０とアンテナ１２０とは導波管１５０により連結されている。導波管１５０は、誘電材料からなる栓部材１５１により閉塞されており、アンテナ１２０のマイクロ波の送受信を行うための開口（図示せず）を通じてガスや粉塵が流入しないようにしてある。また、マイクロ波送受信手段１１０は、コネクタ１５５を介して外部の制御部（図示せず）に繋がっており、電力の供給やマイクロ波の送受信の制御、検波信号の処理等が制御部を通じて行われる。
【００１６】
更に、第１の容器１３０の周壁には、アンテナ１２０と直交する位置に、反射板１００の角度を制御するための角度可変機構１６０が装着されている。反射板１００は第１の容器１３０の中央部に配置されており、その直径両端が半円環の支持アーム１０１の両端に設けられた軸受１０２ａ，１０２ｂにより支持されている。支持アーム１０１は、角度可変機構１６０の内軸１６１に直結している。内軸１６１は、第１のモータ１７０により回転駆動され、それに伴って反射板１００は矢印Ｘ方向に回動する。
【００１７】
また、反射板１００のアンテナ対向面とは反対側の裏面１００ａの中心部には、棒状片１０３の先端１０３ａが固着されている。この棒状片１０３は、第１の球面滑り軸受１０４を介して連結棒１０５に接続しており、連結棒１０５の他端は第２の球面滑り軸受１０６を介して、内軸１６１と同軸に配設された外軸１６２の先端部に接続している。
【００１８】
外軸１６２には、第２の球面滑り軸受１０６とは他端の外周面に雄ネジ１６２ａが形成されており、内軸１６１上に取り付けられた第２のモータ１７２により回転駆動される雌ネジ部材１７３の内周面に形成された雌ネジ１７３ａと螺合している。そして、第２のモータ１７２を駆動すると、雌ネジ部材１７３が回転して外軸１６２が反射板１００に接近または離間するように図中の左右方向に移動し、それに伴って連結棒１０５が図中の左右方向に移動する。連結棒１０５の動きは軸受１０２ａ，１０２ｂを支点として第１の球面滑り軸受１０４を円運動させる。反射板１００は軸受１０２ａ，１０２ｂにより図中左右方向への移動が規制されているため、第１の球面滑り軸受１０４の動きに連動して棒状片１０３の先端１０３ａが円運動することにより、反射板１００は図中の上下方向、即ち矢印Ｙ方向に回動する。
【００１９】
尚、図示は省略するが、第２のモータ１７２を内軸１６１上に取り付けず、第１のモータ１７０と第２のモータ１７２の回転差で雌ネジ部材１７３を回転させることもできる。
【００２０】
このように構成される角度可変機構１６０において、内軸１６１と外軸１６２とを協働すると、内軸１６１の回転により反射板１００を矢印Ｘ方向に所定角度で傾斜させ、それと同時に外軸１６２を回転して棒状体１０３の先端１０３ａを円運動させて矢印Ｙ方向への回動を付加することができ、反射板１００を任意の方向に傾斜させることができる。
【００２１】
また、角度可変機構１６０は、第１のモータ１７０、第２のモータ１７２、内軸１６１及び外管１６２の一部、更に雌ネジ部材１７３は第３の容器１８０に収容され、第１の容器１３０に取り付けられている。更に、第１のモータ１７０はコネクタ１７４を通じて、第２のモータ１７２はコネクタ１７５を通じて外部の制御部に接続されており、電力供給や回転の制御が制御部を通じて行われる。
【００２２】
装入物の表面のプロフィールを測定するには、マイクロ波送受信手段１１０で発振されたマイクロ波Ｍをアンテナ１２０から発射し、反射波１００で反射して開口２を通じて装入物２０に向けて送信する。そして、装入物２０の表面で反射されたマイクロ波Ｍを反射板１００で反射してアンテナ１２０へと導き、マイクロ波送受信手段１１０で受信し、受信信号を外部の制御部に送り、ビート波の周波数によりアンテナ１２０から装入物２０の表面までの距離を求める。
【００２３】
本発明では、反射板１００の角度を角度可変機構１６０により連続的に変化させてマイクロ波Ｍが装入物２０の全面を走査するようにする。そして、走査の位置情報と、装入物２０の表面までの距離とを２次元的にマップ化することにより、装入物の全面のプロフィールが得られる。マイクロ波Ｍによる走査に際し、装入物が新たに装入されても、測定には支障がない。
【００２４】
尚、高炉内では、人体に有害な一酸化炭素ガスが発生しており、測定部Ａの気密性は安全上の重要課題である。本発明では、上記のように、フィルタ３２やセラミックスフィルタ３１により２重の気密構造とするとともに、第１の容器に反射板１００及びアンテナ１２０を収容し、第２の容器にマイクロ波送受信手段１１０を収容するとともにアンテナ１２０との連結に用いる導波管１５０を栓部材１５５で閉塞し、更に角度可変機構１６０を第３の容器１８０に収容しているため、測定部Ａを通じて一酸化炭素ガスが外部に漏洩することがない。
【００２５】
また、バルブ３０を閉じることにより、高炉を気密にした状態で、測定部Ａを高炉から分離でき、測定部Ａの保守作業を安全に行うことができる。
【００２６】
反射板の角度可変機構として、図４〜図６に示す構成にすることもできる。尚、図４〜図６において、図１〜図３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
【００２７】
図４は全体構成を側断面図であるが、図示されるように、ガイドパイプ２００の一端にアンテナ１２０が取り付けられており、アンテナ１２０にはマイクロ波送受信手段１１０が接続しており、制御部にてマイクロ波の送受信が制御される。尚、アンテナ１２０とマイクロ波送受信手段１１０とを接続する導波管１５０は、栓部材１５１で閉塞されており、マイクロ波送受信手段１１０は第２の容器１４０に収容され、密封されている。
【００２８】
また、ガイドパイプ２００の中央部には、炉の開口２に対面する面が切欠して開口部２１０が形成されており、この開口部２１０の内部に円板状の反射板１００が収容される。また、ガイドパイプ２００の開口部２１０は、第１の容器１３０で包囲されており、第１の容器１３０が、炉の開口２に対面する側が開口しており、図示は省略されるバルブ３０、セラミックフィルタ３１、フィルタ３２を介在させて、炉の開口２に接続される（図１参照）。また、第１の容器１３０の開口は、炉内からの粉塵がガイドパイプ２００の内部に流入しないように、フィルタ２２０で閉塞されていている。
【００２９】
反射板１００は、図５に示すように、その直径両端から突出する支軸１９０が設けられており、支軸１９０がガイドパイプ２００に固定されている。それにより、反射板１００は、支軸１９０を中心にして矢印Ｐに示すように回動する。
【００３０】
また、反射１００の裏面１００ａの中心Ｃには所定の角度θ（例えば４５°）で棒状片２３０が固定されている。この棒状片２３０には第１の球面滑りヒンジ２４０を介して第１の連結棒２３２が接続され、更に第１の連結棒２３２には第２の球面滑りヒンジ２４１を介して第２の連結棒２３３が接続されている。
【００３１】
ガイドパイプ２００の他端は端面２０１で閉塞しており、端面２０１には第２の連結棒２３３を挿通可能な開口が開けられ、この開口から第２の連結棒２３３が外部に延出している。そして、端面２０１の外側には、第２の連結棒２３３をガイドパイプの軸線に沿って矢印Ｈ方向に移動させるための連結棒駆動手段２３５が取り付けられている。この連結棒駆動手段２３５は、例えばモータ２３６とラックギア２３７とで構成することができる。
【００３２】
図６（Ａ）に示すように、第２の連結棒２３３を矢印Ｈａ方向に移動させると、第１の連結棒２３２も同方向に移動して第１の球面滑りヒンジ２４０を介して棒状片２３０が支軸１９０を中心にして矢印Ｌ方向に傾倒する。それに伴い、図６（Ｂ）に示すように反射板１００が矢印Ｐａで示す方向に回動する。このとき、第１の球面滑りヒンジ２４０は、図５（Ａ）に示す当初の位置よりも図中左下方向に若干降下し、図６（Ｂ）に示すように第１の連結棒２３２も第１の球面滑りヒンジ２４０の端部が若干降下する。そこで、第２の球面滑りヒンジ２４１によりこの第１の連結棒２３２の降下を吸収する。
【００３３】
また、図示は省略するが、この状態から第２の連結棒２３３を矢印Ｈａとは反対側に移動させると、反射板１００が矢印Ｐａとは反対側に回動する。
【００３４】
上記の第２の連結棒２３３の移動に伴う反射板１００の矢印Ｐ方向への回動により、アンテナ１２０から送信され反射板１００で反射されたマイクロ波Ｍは、図中の左右方向に送られる。
【００３５】
また、ガイドパイプ２００は、アンテナ１２０及びマイクロ波送受信手段１１０を収容する第２の容器１４０ごと、その軸線を中心に矢印Ｑ方向に回転可能に構成されており、それに伴い反射板１００も同じように回動し、マイクロ波Ｍは紙面と垂直な方向に送られる。ガイドパイプ２００の回転は、端面２０１の外側に設けたモータ２０５で行うことができ、モータ２０５の回転軸はガイドパイプ２００の軸線の延長線上に設けられている。また、モータ２０５は、連結棒駆動手段２３５とともに容器２０８に収容される。
【００３６】
このように、第２の連結棒２３３の移動と、ガイドパイプ２００の回転により、マイクロ波Ｍを二次元方向に走査できる。
【００３７】
また、第１の容器１３０の両側には支持部材２６０，２６１が配設される。支持部材２６０，２６１は、ガイドパイプ２００の外周に軸受を嵌合してガイドパイプ２００を回動自在に支持し、更にシール部材で容器内部の気密性を維持する。尚、シール部材は耐熱性を有することが望ましい。第１の容器１３０の内部は、測定時に炉の開口２を通じて炉内と同じガス圧になり、かなりの高圧となる。そこで、支持部材２６０，２６１で圧力を分担して受けることで、第１の容器１３０を保護するができ、ガイドパイプ２００の抜け防止装置を別途設ける必要もなくなる。
【００３８】
更に、第１の容器１３０には、窒素ガス取り入れ口１３５から窒素ガスを流入させることができ、内部を観察できるように窓１３７を設けることができる。
【００３９】
また、ガイドパイプ２００にも窒素ガス取り入れ口１３６ａ，１３６ｂを設け、ガイドパイプ２００の内部に窒素ガスを流入させてもよい。
【００４０】
上記において、ガイドパイプ２００を第１の容器１３０のアンテナ側壁面１３０ａで分割するとともに、アンテナ側の部分を第１の容器１３０に溶接等により接合し、第１の容器１３０からガイドパイプ２００の端面２０１までの部分を回転可能にすることもでき、その場合、アンテナ側の部分を保持する支持部材２６１を省略することができる。
【００４１】
また、図示は省略するが、アンテナ１２０に、マイクロ波の送受信に影響を与えない程度の小孔を開け、窒素ガス取り入れ口１３６ａをアンテナ１２０の背面（マイクロ波送受信手段側の面）の近傍に設けることにより、窒素ガスがアンテナ１２０の小孔を通じてガイドパイプ２００の内部を第１の容器１３０へと流入するとともに、アンテナ１２０の裏面の粉塵を除去することができる。
【００４２】
更に、反射板１００にも同様の小孔を開けることで、窒素ガス取り入れ口１３６ａからの窒素ガスが反射板１００の裏面側へも流通するとともに、窒素ガス取り入れ口１３６ｂからの窒素ガスがアンテナ側へも流通するようになり、ガイドパイプ２００の全域にわたり窒素ガスがより流通しやすくなる。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ 測定部
１００ 反射板
１０１ 支持アーム
１０４ 第１の球面滑り軸受
１０５ 連結棒
１０６ 第２の球面滑り軸受
１１０ マイクロ波送受信手段
１２０ アンテナ
１３０ 第１の容器
１４０ 第２の容器
１５０ 導波管
１５１ 栓部材
１６０ 角度可変機構
１６１ 内軸
１６２ 外軸
１７０ 第１のモータ
１７２ 第２のモータ
１８０ 第３の容器
１９０ 支軸
２００ ガイドパイプ
２１０ 開口部
２２０ フィルタ
２３０ 棒状片
２３２ 第１の連結棒
２３３ 第２の連結棒
２４０ 第１の球面滑りヒンジ
２４１ 第２の球面滑りヒンジ
２６０，２６１ 支持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定する方法であって、
マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波を前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めてマップ化することを特徴とする装入物プロフィール測定方法。
【請求項２】
高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定するための装置であって、
反射角度が可変の反射板と、前記反射板の反射角度を制御するための角度可変機構と、マイクロ波送受信手段と、誘電材料からなる栓部材で閉塞された導波管により前記マイクロ波送受信手段に連結されたアンテナとを備え、一面が開口した容器内に前記反射板と前記アンテナとを対向配置するとともに、該容器に、前記マイクロ波送受信手段及び前記角度可変機構をそれぞれ別容器に収容した状態で取り付けてなる測定部と、
前記角度可変手段及び前記マイクロ波送受信手段の駆動を制御するとともに、検波信号の解析を行う制御部とを備えるとともに、
前記測定部を、前記容器の開口部が高炉上部の適所に設けた開口と重なるように高炉に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波を前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段にて検波し、前記制御部にて走査位置に対応する距離データを求めてマップ化することを特徴とする装入物プロフィール測定装置。
【請求項３】
前記測定部において、
反射板が、その両端に設けた支軸を介して支持部材に、該支軸を中心に回動自在に支持されるとともに、該反射板のアンテナ対向面とは反対側の面上を前記支軸と直交する直線上を移動する棒状片を備え、
前記反射板を、前記棒状片を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記支持部材をその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする請求項２記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項４】
前記棒状片が、導波管の軸線に沿って移動する連結棒の先端から前記反射板の裏面に向かって垂下しており、
内軸と外軸との二重構造からなる軸管の内軸の先端に前記支持部材が固定され、外軸に連結棒が固定されるとともに、前記内軸をその軸線を中心にして回動させ、前記外軸をその軸線に沿って移動させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項３記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項５】
前記反射板及び前記アンテナを収容する前記容器に、窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする請求項３または４記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項６】
前記測定部において、
高炉の開口と対向する開口部が形成されたガイドパイプの前記開口部に、反射板が、その両端に設けた支軸を介して回動自在に支持されているとともに、
前記反射板のアンテナ対向面とは反対側の面の中心に棒状片の一端が固定され、該棒状片の他端がガイドパイプの軸線方向に移動可能な連結棒に連結しており、
前記反射板を、前記連結棒を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記ガイドパイプをその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする請求項２記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項７】
前記ガイドパイプの開口部が、該ガイドパイプの長手方向中央部に形成されており、
該ガイドパイプの一方の端部にアンテナが接続され、他端を閉塞する端面の外側に、前記連結棒を移動させるための駆動手段及び該ガイドパイプを回動させるための駆動手段が取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項８】
前記反射板と前記ガイドパイプの開口部周辺とを包囲する容器と、
前記容器の両外側に配置され、該容器の両側に突出する前記ガイドパイプを支持するための一対の軸受と、該容器の気密性を維持するシール部材とを備える支持部材と
を備えることを特徴とする請求項７記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項９】
前記ガイドパイプを、前記容器のアンテナ側壁面で分割するとともに、該ガイドパイプの該容器からアンテナ側に突出する部分を前記容器に接合し、前記容器から突出する他方の部分を前記支持部材で支持することを特徴とする請求項８記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項１０】
前記アンテナ及び前記反射板の少なくとも一方に、マイクロ波の送受信に影響しない孔を開けるとともに、前記ガイドパイプに窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項１】
高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定する方法であって、
マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波を前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めてマップ化することを特徴とする装入物プロフィール測定方法。
【請求項２】
高炉内に装入された鉄鉱石やコークス等の装入物の表面のプロフィールをマイクロ波により測定するための装置であって、
反射角度が可変の反射板と、前記反射板の反射角度を制御するための角度可変機構と、マイクロ波送受信手段と、誘電材料からなる栓部材で閉塞された導波管により前記マイクロ波送受信手段に連結されたアンテナとを備え、一面が開口した容器内に前記反射板と前記アンテナとを対向配置するとともに、該容器に、前記マイクロ波送受信手段及び前記角度可変機構をそれぞれ別容器に収容した状態で取り付けてなる測定部と、
前記角度可変手段及び前記マイクロ波送受信手段の駆動を制御するとともに、検波信号の解析を行う制御部とを備えるとともに、
前記測定部を、前記容器の開口部が高炉上部の適所に設けた開口と重なるように高炉に気密に取り付け、前記アンテナから発射されたマイクロ波を前記反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波を前記マイクロ波送受信手段にて検波し、前記制御部にて走査位置に対応する距離データを求めてマップ化することを特徴とする装入物プロフィール測定装置。
【請求項３】
前記測定部において、
反射板が、その両端に設けた支軸を介して支持部材に、該支軸を中心に回動自在に支持されるとともに、該反射板のアンテナ対向面とは反対側の面上を前記支軸と直交する直線上を移動する棒状片を備え、
前記反射板を、前記棒状片を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記支持部材をその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする請求項２記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項４】
前記棒状片が、導波管の軸線に沿って移動する連結棒の先端から前記反射板の裏面に向かって垂下しており、
内軸と外軸との二重構造からなる軸管の内軸の先端に前記支持部材が固定され、外軸に連結棒が固定されるとともに、前記内軸をその軸線を中心にして回動させ、前記外軸をその軸線に沿って移動させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項３記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項５】
前記反射板及び前記アンテナを収容する前記容器に、窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする請求項３または４記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項６】
前記測定部において、
高炉の開口と対向する開口部が形成されたガイドパイプの前記開口部に、反射板が、その両端に設けた支軸を介して回動自在に支持されているとともに、
前記反射板のアンテナ対向面とは反対側の面の中心に棒状片の一端が固定され、該棒状片の他端がガイドパイプの軸線方向に移動可能な連結棒に連結しており、
前記反射板を、前記連結棒を移動させて前記支軸を中心に第１の方向に回動させるとともに、前記ガイドパイプをその軸線を中心に回動させて第２の方向に回動させ、
前記第１の方向への回動と、前記第２の方向への回動とを組み合わせることにより、前記反射板によるマイクロ波の反射角度を制御することを特徴とする請求項２記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項７】
前記ガイドパイプの開口部が、該ガイドパイプの長手方向中央部に形成されており、
該ガイドパイプの一方の端部にアンテナが接続され、他端を閉塞する端面の外側に、前記連結棒を移動させるための駆動手段及び該ガイドパイプを回動させるための駆動手段が取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項８】
前記反射板と前記ガイドパイプの開口部周辺とを包囲する容器と、
前記容器の両外側に配置され、該容器の両側に突出する前記ガイドパイプを支持するための一対の軸受と、該容器の気密性を維持するシール部材とを備える支持部材と
を備えることを特徴とする請求項７記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項９】
前記ガイドパイプを、前記容器のアンテナ側壁面で分割するとともに、該ガイドパイプの該容器からアンテナ側に突出する部分を前記容器に接合し、前記容器から突出する他方の部分を前記支持部材で支持することを特徴とする請求項８記載の挿入物プロフィール測定装置。
【請求項１０】
前記アンテナ及び前記反射板の少なくとも一方に、マイクロ波の送受信に影響しない孔を開けるとともに、前記ガイドパイプに窒素ガス取り入れ口を設けて窒素ガスを流入させることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の挿入物プロフィール測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−３３６１９（Ｐ２０１１−３３６１９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５８２８（Ｐ２０１０−１５５８２８）
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５９３２０７２７１）株式会社ワイヤーデバイス (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５９３２０７２７１）株式会社ワイヤーデバイス (15)
【Ｆターム（参考）】
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