高炉内装入物のプロフィル測定方法
【課題】炉内の位置による装入物の降下量を考慮し、高精度なプロフィル測定を行うことができる高炉内装入物のプロフィル測定方法を提供する。
【解決手段】高炉２の炉内の中心軸を通る直径方向に、高炉内装入物４の炉頂部の表面の深さを、同一方向に同じ速度パターンで２回測定し、２回の測定値の差から、炉内の直径方向の位置毎の装入物降下速度Ｖｉを求め、位置毎の装入物降下速度Ｖｉと、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差から、その時間差による装入物４の降下量を算出して補正量ｄｉとし、各位置の１回目の測定値に補正量ｄｉを加えて補正することにより、測定開始時の装入物４のプロフィルを推定する。
【解決手段】高炉２の炉内の中心軸を通る直径方向に、高炉内装入物４の炉頂部の表面の深さを、同一方向に同じ速度パターンで２回測定し、２回の測定値の差から、炉内の直径方向の位置毎の装入物降下速度Ｖｉを求め、位置毎の装入物降下速度Ｖｉと、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差から、その時間差による装入物４の降下量を算出して補正量ｄｉとし、各位置の１回目の測定値に補正量ｄｉを加えて補正することにより、測定開始時の装入物４のプロフィルを推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内装入物の表面の形状（プロフィル）の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銑鉄の製造における高炉には、炉頂から装入物として、粉鉄鉱石を焼き固めた焼結鉱や塊状鉄鉱石等（以下では単に鉄鉱石または鉱石と記す）及びコークスが交互に高炉の上部から装入されて堆積し、炉内に鉱石層およびコークス層が形成される。高炉下方にある羽口から吹き込まれる熱風とコークスとの反応によって生じるＣＯガスにより、鉄鉱石は加熱、還元され（間接還元）、また、一部はコークスにより直接的に還元されて、軟化融着帯を形成した後、溶滴となる。溶滴、すなわち溶銑は、コークス層の間を通過して炉底部に溜まる。炉内に形成された鉱石層およびコークス層は炉内を徐々に降下し、高炉内炉頂部における装入物の表面位置は上下に変動する。
【０００３】
以上の工程において、高炉に装入された鉄鉱石及びコークスによって形成される炉頂部の装入物分布を調整し、適正なガス分布を得ることは非常に重要である。高炉内炉頂部における装入物のプロフィル（表面形状）は、ベル式装入装置ではムーバブルアーマを、また、ベルレス式装入装置では分配シュートを介する装入物の落下軌跡により決定される。通常、炉頂部の装入物のプロフィルは、高炉の中心鉛直方向（軸心）を軸として中央部が低い略逆円錘形状をなしている。高炉内装入物のプロフィルは、高炉の操業にとって重要な情報であり、従来から炉内に装入され堆積した装入物のプロフィルを測定する測定装置および方法が開発され、実用化されてきた。
【０００４】
例えば特許文献１に、炉中心軸上を外れた炉頂部の炉外位置に、マイクロ波の送受信アンテナおよび発信回路を備えたマイクロ波プローブを設け、マイクロ波プローブを回動させてマイクロ波を送受信することにより、炉中の装入物の表面輪郭を測定する測定装置が開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、炉体の側面から高炉の軸心に向けて、マイクロ波の送受信機能を備えたゾンデ管を挿入し、マイクロ波を高炉内装入物へ向けて発信して、高炉内装入物の表面までの距離を測定する方式が開示されている。
【０００６】
これらの測定装置を用いる際には、炉内にマイクロ波を走査させて、順次炉内の各位置における装入物のプロフィルを測定する。そのため、測定開始位置と測定終了位置とでは測定時間に差が生じ、その間に高炉内装入物が降下する。したがって、測定時間差に応じて測定値を補正しなければ、正確なプロフィルが得られない。
【０００７】
そこで、予め任意の位置で測定した装入物の降下速度に基づき、距離測定データを補正する方法が考えられる。ところが、高炉内装入物の降下速度は炉内の位置によって異なり、中心部が小さく、炉の形状にもよるが中心部と炉壁付近とは３０％程度の差がある。そのため、炉内径方向の位置に応じた補正を行わなければ、正確なプロフィルを求めることができない。
【０００８】
このような装入物の降下による測定誤差を除去する方法として、特許文献３に、等速で測定した往路と復路の平均測深値により装入物のプロフィルを検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２８７０３４６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５５１６号公報
【特許文献３】特公平４−３７１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述のように、高炉内装入物の降下速度が炉内の位置によって異なるため、特許文献３の場合、図５に示すように、得られた推定プロフィルは正確な装入プロフィルではないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、炉内の位置による装入物の降下量を考慮し、高精度なプロフィル測定を行うことができる高炉内装入物のプロフィル測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明は、高炉内装入物の炉頂部の表面形状を測定する測定方法であって、炉内の中心軸を通る直径方向に、高炉内装入物の炉頂部の表面の深さを、同一方向に同じ速度パターンで複数回測定し、複数回の測定値の差から、前記炉内の直径方向の位置毎の装入物降下速度を求め、前記位置毎の装入物降下速度と、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差から、前記時間差による装入物の降下量を算出して補正量とし、各位置の１回目の測定値に前記補正量を加えて補正することにより、測定開始時の装入物のプロフィルを推定することを特徴とする、高炉内装入物のプロフィル測定方法を提供する。
【００１３】
前記高炉内装入物のプロフィル測定方法においては、高炉内装入物の炉頂部の表面を測定する測定装置の、高炉内装入物の炉頂部の表面での測定点を、炉内の中心軸を通る直径方向に２往復走査させ、往路における測定データを測定値として採用し、復路の測定データは採用しないか或いは復路では測定を行わず、前記復路は前記往路よりも高速で走査させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、炉内の位置による装入物の降下量を考慮して、高精度に高炉内装入物のプロフィルが測定できる。したがって、装入物表面のプロフィルの変化を正確に把握することができ、高炉の炉況悪化を未然に防止して、高炉の操業を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を実施する測定装置の一例を備えた高炉炉頂部を示す縦断面図である。
【図２】図１の測定装置の構成を示す拡大側面図である。
【図３】本発明の実施の形態の説明図であり、（ａ）は装入物のプロフィルの測定値および補正値を示し、（ｂ）は炉内径方向の各位置による装入物の降下速度を示し、（ｃ）は炉内径方向の各位置による補正量を示す。
【図４】本発明を実施する測定装置の異なる例を備えた高炉炉頂部を示す縦断面図である。
【図５】従来の装入物のプロフィル検出方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の測定方法を実施するためのプロフィル測定装置１を高炉２に設置した例を示す。高炉２の炉口部にはベルレス式装入装置５が設けられ、鉄鉱石やコークス等の装入物４が、炉周方向に旋回可能な分配シュート６を通って炉内に装入される。本実施形態では、プロフィル測定装置１は、炉頂部付近の、炉体３よりも外側に、一個所設置されている。なお、プロフィル測定装置１を複数台、高炉２の炉頂部の外側に配設してもよい。
【００１８】
図２は、プロフィル測定装置１の内部構造を示す図であり、測定装置１は、アンテナ１１および反射板１２と、これらのアンテナ１１および反射板１２を支持、駆動、制御する導波管１３、マイクロ波送受信器１４、駆動軸１５、反射板駆動装置１６を有している。
【００１９】
アンテナ１１は、例えばφ２５０〜φ３６０ｍｍ程度のパラボラアンテナであり、導波管１３を介して、マイクロ波送受信器１４に連結されている。マイクロ波送受信器１４は、周波数が一定範囲で連続的に時間変化するマイクロ波を発生し、当該マイクロ波の発信および受信が可能である。マイクロ波送受信器１４には、データ処理部２０が信号線で接続されている。
【００２０】
マイクロ波送受信器１４で発生した、周波数が連続的に変化するマイクロ波は、アンテナ１１により反射板１２を経て測定対象に向けて放射され、測定対象物で反射したマイクロ波（反射波）をマイクロ波送受信器１４で受信して検出する。データ処理部２０では、アンテナ１１でのマイクロ波の放射から受信までの間の周波数の変化分ΔＦから、アンテナ１１から測定対象（装入物表面）までのマイクロ波の往復時間ΔＴが求められ、アンテナ１１から測定対象までの距離が算出される。この測定は、マイクロ波を発射する電気信号と、装入物表面からの反射波を受信して得られる電気信号とをミキシングして測定するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式（周波数変調連続波方式）と呼ばれる。当該方式のマイクロ波距離計は、市販の装置を用いてもよい。なお、このようなマイクロ波による距離測定方式は、実施形態として使用可能な一例である。
【００２１】
測定に用いるマイクロ波の発信周波数帯域は、１０ＧＨｚ以上、好ましくは２４ＧＨｚ程度とし、周波数を高くするほど、アンテナ１１を小型化できる。マイクロ波を用いることにより、温度や粉塵等の環境の影響を受けにくく、高炉２内のプロフィルを正確に測定できる。また、パラボラアンテナは指向性が高いため、高精度に所望する位置にマイクロ波を放射できる。さらに、放射時のマイクロ波の広がりが抑制されるために、炉内に向けた開口を小さくすることができるので好ましい。
【００２２】
アンテナ１１のマイクロ波の送受信方向（中心軸線方向）の延長上に、反射板１２と反射板駆動装置１６とを連結する駆動軸１５が設けられている。すなわち、駆動軸１５の中心軸線が、アンテナ１１の中心軸線と一致するように、駆動軸１５が設けられている。図２に示すように、反射板１２は、アンテナ１１の中心軸線に対して略４５°の角度で駆動軸１５に固定されている。反射板１２は、例えばステンレスの板材からなり、アンテナ１１の正面側から見た面積が、アンテナ１１よりも少し大きいものとする。形状は限定しないが、操作性の上では円形が好ましい。反射板駆動装置１６により駆動軸１５をその中心軸の周りに回転往復運動させることで、アンテナ１１からその中心軸方向に放射されたマイクロ波を、反射板１２で、例えば図２に示すように、高炉２の炉内側へ向けて反射し、高炉２の中心軸を通る直径方向に走査する。
【００２３】
以上のようなプロフィル測定装置１は、高炉２内部のガスや粉塵等が外部へ漏洩するのを防止するために、耐圧容器１０に収納される。さらに、高炉２内部のガスや粉塵等が耐圧容器１０内に侵入するのを防ぐために、測定時には、耐圧容器１０内に、例えば炉内圧の１．１倍程度の圧力になるように窒素ガスを供給し、耐圧容器１０内を高炉内部に比べて正圧にすることが好ましい。
【００２４】
以下、プロフィル測定装置１を用いた本発明にかかる高炉内装入物のプロフィル測定方法について、図３に基づいて説明する。
【００２５】
先ず、プロフィル測定装置１の反射板１２の向きを初期位置に向けて、マイクロ波送受信器１４からマイクロ波を発信する。マイクロ波は、導波管１３、アンテナ１１を介して、反射板１２により反射されて高炉内装入物４に照射され、装入物４までの距離Ｄを測定する。そして、反射板１２を、直下側の炉壁に接する装入物までの距離を測定する初期位置から、炉の中心軸を通って、内径方向反対側の炉壁に接する装入物までの距離を測定する位置までの間、反射板駆動装置１６により回転させる。所望の空間分解能に応じて予め設定した角度ごとに、装入物４までの距離を測定してその距離データが、また、反射板駆動装置１６はそのときの走査角度データが、データ処理部２０へ送られる。この往路測定は、例えば５０秒かけて等しい角速度で行われる。復路は、例えば５秒程度で初期位置に戻るように反射板１２を高速で回転させる。そして、１回目の測定から例えば１分など所定の時間間隔をあけて、１回目と同じ速度で反射板１２を回転させて２回目の往路測定を行う。データ処理部２０は、入力された走査角度データおよびそのときの距離データに基づいて、高炉内の各位置の装入物プロフィルを演算し、図３（ａ）の破線で示すように、１回目および２回目の測定プロフィルが求められる。
【００２６】
このとき、炉の内径方向の各位置において、１回目の測定時刻ｔａでの距離データＤｉ（ｔａ）と、２回目の測定時刻ｔｂでの距離データＤｉ（ｔｂ）から、それぞれの位置における高炉内装入物４の降下速度Ｖｉを演算する。１回目の測定と２回目の測定の間の各位置における降下速度Ｖｉは、以下の（１）式で求められる。
Ｖｉ＝（Ｄｉ（ｔａ）−Ｄｉ（ｔｂ））／（ｔｂ−ｔａ） ・・・（１）
【００２７】
降下速度Ｖｉは、炉の形状等の影響により、通常、図３（ｂ）に示すように、炉の中央が最も小さく、炉壁に向かって大きくなる傾向がある。
【００２８】
次に、測定した距離データの補正値を求める。上記（１）式により求められた各位置の降下速度Ｖｉと、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差により、その時間の降下量（補正量ｄｉ）を求め、各位置の１回目の距離データの実測値に、それぞれの位置毎の降下量を加える。これにより、測定開始時の装入物のプロフィルを推定する。すなわち、先ず、測定位置ごとに、初期位置を測定した測定開始時からの経過時間ｔａと、上記（１）式で求めた降下速度Ｖｉとの積により、補正量ｄｉを求める。補正量ｄｉは、図３（ｃ）に示すように、初期位置では０であり、反対側の炉壁に向けて増加する。そして図３（ａ）に示すように、補正量ｄｉを１回目の距離データの実測値Ｄｉ（ｔａ）に加えて、測定開始時のプロフィルを示す各位置の距離Ｄｉ（０）が求められる。つまり、補正された距離Ｄｉ（０）は、以下の（２）式で求められる。
Ｄｉ（０）＝Ｄｉ（ｔａ）＋Ｖｉ×ｔａ ・・・（２）
【００２９】
本実施形態によれば、炉の内径方向の各位置において、１回目と２回目の測定時間間隔が全て等しいため、各位置での降下速度Ｖｉの演算を容易に行える。そして、各位置での降下速度Ｖｉは、同一方向の測定値を用いて求められるため、走査駆動装置の機械的ガタの影響を受けにくい。
【００３０】
本実施形態において、反射板を炉の内径方向に往復させる際、往路、復路ともに距離測定を行い、データ処理時に往路の距離データのみを採用するようにしてもよいし、往路のみ距離測定を行うようにしてもよい。また、往路を低速にすることにより、測定データを多く取得でき、復路を高速にすれば、時間の無駄を削減できる。
【００３１】
尚、本発明では、往路と復路の速度が等しくても構わない。この場合、測定装置の操作速度、例えば図２のプロフィル測定装置１では反射板１２の回転速度を、一定に保ったままで測定を行うことができる。表１は、プロフィル測定方法による測定精度および測定時間を比較したものである。従来例１は前述の特許文献３の方法、従来例２は、マイクロ波を往復させて任意の点で降下速度を測定し、往路の測定データにその降下速度に基づいた補正を行う方法である。本発明例１は、上記実施の形態において、往路と復路の速度を等しくした場合、本発明例２は、復路を往路よりも高速にした場合である。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示すように、従来例１では精度が低く、従来例２は、従来例１よりは精度が上がるものの、十分な精度は得られない。一方、本発明例１は、測定時間は従来例の１．５倍かかるが高精度な結果が得られ、本発明例２は、測定時間が従来例とほとんど変わらず、高精度な結果が得られる。
【００３４】
尚、上記の実施形態では、往路測定を等角速度で行うこととしたが、１回目と２回目を同じ角速度パターンで測定すれば、角速度が変動しても構わない。また、往路測定を３回以上行って位置毎の装入物降下速度を求めてもよい。
【００３５】
また、上記の実施形態では、プロフィル測定装置により、一方の炉壁から対向側の炉壁まで、炉内の直径方向全体の測定を行ったが、装入物が中心軸に対して対称であると仮定して、直径方向の半分だけを測定して全体のプロフィルを推定してもよい。
【００３６】
また、本発明に用いるプロフィル測定装置は、図２に示すものには限らず、例えばマイクロ波を放射するホーン形のアンテナを回転させて、炉内にマイクロ波を走査する構造のものでもよい。また、図４に示すように、炉体３の側面から炉体３の軸心に向けて、マイクロ波距離計を備えた計測ランス９を挿入し、マイクロ波を高炉内装入物４へ向けて発信して、高炉内装入物４の表面までの距離を測定する方式の測定装置であってもよい。その他、高炉内装入物のプロフィル測定に従来から用いられている、装入物表面を走査する、または複数の測定点で測定するタイプの測定装置でも、同様に実施することができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、上記実施形態では、高炉内装入物の降下速度を求める際に２回測定を行うこととしたが、３回以上の複数回であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、円筒状の容器内において時間経過とともに増減する堆積物の表面形状の測定に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１ プロフィル測定装置
２ 高炉
３ 炉体
４ 装入物
５ ベルレス式装入装置
６ 分配シュート
１０ 耐圧容器
１１ アンテナ
１２ 反射板
１３ 導波管
１４ マイクロ波送受信器
１５ 駆動軸
１６ 反射板駆動装置
２０ データ処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内装入物の表面の形状（プロフィル）の測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銑鉄の製造における高炉には、炉頂から装入物として、粉鉄鉱石を焼き固めた焼結鉱や塊状鉄鉱石等（以下では単に鉄鉱石または鉱石と記す）及びコークスが交互に高炉の上部から装入されて堆積し、炉内に鉱石層およびコークス層が形成される。高炉下方にある羽口から吹き込まれる熱風とコークスとの反応によって生じるＣＯガスにより、鉄鉱石は加熱、還元され（間接還元）、また、一部はコークスにより直接的に還元されて、軟化融着帯を形成した後、溶滴となる。溶滴、すなわち溶銑は、コークス層の間を通過して炉底部に溜まる。炉内に形成された鉱石層およびコークス層は炉内を徐々に降下し、高炉内炉頂部における装入物の表面位置は上下に変動する。
【０００３】
以上の工程において、高炉に装入された鉄鉱石及びコークスによって形成される炉頂部の装入物分布を調整し、適正なガス分布を得ることは非常に重要である。高炉内炉頂部における装入物のプロフィル（表面形状）は、ベル式装入装置ではムーバブルアーマを、また、ベルレス式装入装置では分配シュートを介する装入物の落下軌跡により決定される。通常、炉頂部の装入物のプロフィルは、高炉の中心鉛直方向（軸心）を軸として中央部が低い略逆円錘形状をなしている。高炉内装入物のプロフィルは、高炉の操業にとって重要な情報であり、従来から炉内に装入され堆積した装入物のプロフィルを測定する測定装置および方法が開発され、実用化されてきた。
【０００４】
例えば特許文献１に、炉中心軸上を外れた炉頂部の炉外位置に、マイクロ波の送受信アンテナおよび発信回路を備えたマイクロ波プローブを設け、マイクロ波プローブを回動させてマイクロ波を送受信することにより、炉中の装入物の表面輪郭を測定する測定装置が開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、炉体の側面から高炉の軸心に向けて、マイクロ波の送受信機能を備えたゾンデ管を挿入し、マイクロ波を高炉内装入物へ向けて発信して、高炉内装入物の表面までの距離を測定する方式が開示されている。
【０００６】
これらの測定装置を用いる際には、炉内にマイクロ波を走査させて、順次炉内の各位置における装入物のプロフィルを測定する。そのため、測定開始位置と測定終了位置とでは測定時間に差が生じ、その間に高炉内装入物が降下する。したがって、測定時間差に応じて測定値を補正しなければ、正確なプロフィルが得られない。
【０００７】
そこで、予め任意の位置で測定した装入物の降下速度に基づき、距離測定データを補正する方法が考えられる。ところが、高炉内装入物の降下速度は炉内の位置によって異なり、中心部が小さく、炉の形状にもよるが中心部と炉壁付近とは３０％程度の差がある。そのため、炉内径方向の位置に応じた補正を行わなければ、正確なプロフィルを求めることができない。
【０００８】
このような装入物の降下による測定誤差を除去する方法として、特許文献３に、等速で測定した往路と復路の平均測深値により装入物のプロフィルを検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２８７０３４６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５５１６号公報
【特許文献３】特公平４−３７１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述のように、高炉内装入物の降下速度が炉内の位置によって異なるため、特許文献３の場合、図５に示すように、得られた推定プロフィルは正確な装入プロフィルではないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、炉内の位置による装入物の降下量を考慮し、高精度なプロフィル測定を行うことができる高炉内装入物のプロフィル測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明は、高炉内装入物の炉頂部の表面形状を測定する測定方法であって、炉内の中心軸を通る直径方向に、高炉内装入物の炉頂部の表面の深さを、同一方向に同じ速度パターンで複数回測定し、複数回の測定値の差から、前記炉内の直径方向の位置毎の装入物降下速度を求め、前記位置毎の装入物降下速度と、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差から、前記時間差による装入物の降下量を算出して補正量とし、各位置の１回目の測定値に前記補正量を加えて補正することにより、測定開始時の装入物のプロフィルを推定することを特徴とする、高炉内装入物のプロフィル測定方法を提供する。
【００１３】
前記高炉内装入物のプロフィル測定方法においては、高炉内装入物の炉頂部の表面を測定する測定装置の、高炉内装入物の炉頂部の表面での測定点を、炉内の中心軸を通る直径方向に２往復走査させ、往路における測定データを測定値として採用し、復路の測定データは採用しないか或いは復路では測定を行わず、前記復路は前記往路よりも高速で走査させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、炉内の位置による装入物の降下量を考慮して、高精度に高炉内装入物のプロフィルが測定できる。したがって、装入物表面のプロフィルの変化を正確に把握することができ、高炉の炉況悪化を未然に防止して、高炉の操業を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を実施する測定装置の一例を備えた高炉炉頂部を示す縦断面図である。
【図２】図１の測定装置の構成を示す拡大側面図である。
【図３】本発明の実施の形態の説明図であり、（ａ）は装入物のプロフィルの測定値および補正値を示し、（ｂ）は炉内径方向の各位置による装入物の降下速度を示し、（ｃ）は炉内径方向の各位置による補正量を示す。
【図４】本発明を実施する測定装置の異なる例を備えた高炉炉頂部を示す縦断面図である。
【図５】従来の装入物のプロフィル検出方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の測定方法を実施するためのプロフィル測定装置１を高炉２に設置した例を示す。高炉２の炉口部にはベルレス式装入装置５が設けられ、鉄鉱石やコークス等の装入物４が、炉周方向に旋回可能な分配シュート６を通って炉内に装入される。本実施形態では、プロフィル測定装置１は、炉頂部付近の、炉体３よりも外側に、一個所設置されている。なお、プロフィル測定装置１を複数台、高炉２の炉頂部の外側に配設してもよい。
【００１８】
図２は、プロフィル測定装置１の内部構造を示す図であり、測定装置１は、アンテナ１１および反射板１２と、これらのアンテナ１１および反射板１２を支持、駆動、制御する導波管１３、マイクロ波送受信器１４、駆動軸１５、反射板駆動装置１６を有している。
【００１９】
アンテナ１１は、例えばφ２５０〜φ３６０ｍｍ程度のパラボラアンテナであり、導波管１３を介して、マイクロ波送受信器１４に連結されている。マイクロ波送受信器１４は、周波数が一定範囲で連続的に時間変化するマイクロ波を発生し、当該マイクロ波の発信および受信が可能である。マイクロ波送受信器１４には、データ処理部２０が信号線で接続されている。
【００２０】
マイクロ波送受信器１４で発生した、周波数が連続的に変化するマイクロ波は、アンテナ１１により反射板１２を経て測定対象に向けて放射され、測定対象物で反射したマイクロ波（反射波）をマイクロ波送受信器１４で受信して検出する。データ処理部２０では、アンテナ１１でのマイクロ波の放射から受信までの間の周波数の変化分ΔＦから、アンテナ１１から測定対象（装入物表面）までのマイクロ波の往復時間ΔＴが求められ、アンテナ１１から測定対象までの距離が算出される。この測定は、マイクロ波を発射する電気信号と、装入物表面からの反射波を受信して得られる電気信号とをミキシングして測定するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式（周波数変調連続波方式）と呼ばれる。当該方式のマイクロ波距離計は、市販の装置を用いてもよい。なお、このようなマイクロ波による距離測定方式は、実施形態として使用可能な一例である。
【００２１】
測定に用いるマイクロ波の発信周波数帯域は、１０ＧＨｚ以上、好ましくは２４ＧＨｚ程度とし、周波数を高くするほど、アンテナ１１を小型化できる。マイクロ波を用いることにより、温度や粉塵等の環境の影響を受けにくく、高炉２内のプロフィルを正確に測定できる。また、パラボラアンテナは指向性が高いため、高精度に所望する位置にマイクロ波を放射できる。さらに、放射時のマイクロ波の広がりが抑制されるために、炉内に向けた開口を小さくすることができるので好ましい。
【００２２】
アンテナ１１のマイクロ波の送受信方向（中心軸線方向）の延長上に、反射板１２と反射板駆動装置１６とを連結する駆動軸１５が設けられている。すなわち、駆動軸１５の中心軸線が、アンテナ１１の中心軸線と一致するように、駆動軸１５が設けられている。図２に示すように、反射板１２は、アンテナ１１の中心軸線に対して略４５°の角度で駆動軸１５に固定されている。反射板１２は、例えばステンレスの板材からなり、アンテナ１１の正面側から見た面積が、アンテナ１１よりも少し大きいものとする。形状は限定しないが、操作性の上では円形が好ましい。反射板駆動装置１６により駆動軸１５をその中心軸の周りに回転往復運動させることで、アンテナ１１からその中心軸方向に放射されたマイクロ波を、反射板１２で、例えば図２に示すように、高炉２の炉内側へ向けて反射し、高炉２の中心軸を通る直径方向に走査する。
【００２３】
以上のようなプロフィル測定装置１は、高炉２内部のガスや粉塵等が外部へ漏洩するのを防止するために、耐圧容器１０に収納される。さらに、高炉２内部のガスや粉塵等が耐圧容器１０内に侵入するのを防ぐために、測定時には、耐圧容器１０内に、例えば炉内圧の１．１倍程度の圧力になるように窒素ガスを供給し、耐圧容器１０内を高炉内部に比べて正圧にすることが好ましい。
【００２４】
以下、プロフィル測定装置１を用いた本発明にかかる高炉内装入物のプロフィル測定方法について、図３に基づいて説明する。
【００２５】
先ず、プロフィル測定装置１の反射板１２の向きを初期位置に向けて、マイクロ波送受信器１４からマイクロ波を発信する。マイクロ波は、導波管１３、アンテナ１１を介して、反射板１２により反射されて高炉内装入物４に照射され、装入物４までの距離Ｄを測定する。そして、反射板１２を、直下側の炉壁に接する装入物までの距離を測定する初期位置から、炉の中心軸を通って、内径方向反対側の炉壁に接する装入物までの距離を測定する位置までの間、反射板駆動装置１６により回転させる。所望の空間分解能に応じて予め設定した角度ごとに、装入物４までの距離を測定してその距離データが、また、反射板駆動装置１６はそのときの走査角度データが、データ処理部２０へ送られる。この往路測定は、例えば５０秒かけて等しい角速度で行われる。復路は、例えば５秒程度で初期位置に戻るように反射板１２を高速で回転させる。そして、１回目の測定から例えば１分など所定の時間間隔をあけて、１回目と同じ速度で反射板１２を回転させて２回目の往路測定を行う。データ処理部２０は、入力された走査角度データおよびそのときの距離データに基づいて、高炉内の各位置の装入物プロフィルを演算し、図３（ａ）の破線で示すように、１回目および２回目の測定プロフィルが求められる。
【００２６】
このとき、炉の内径方向の各位置において、１回目の測定時刻ｔａでの距離データＤｉ（ｔａ）と、２回目の測定時刻ｔｂでの距離データＤｉ（ｔｂ）から、それぞれの位置における高炉内装入物４の降下速度Ｖｉを演算する。１回目の測定と２回目の測定の間の各位置における降下速度Ｖｉは、以下の（１）式で求められる。
Ｖｉ＝（Ｄｉ（ｔａ）−Ｄｉ（ｔｂ））／（ｔｂ−ｔａ） ・・・（１）
【００２７】
降下速度Ｖｉは、炉の形状等の影響により、通常、図３（ｂ）に示すように、炉の中央が最も小さく、炉壁に向かって大きくなる傾向がある。
【００２８】
次に、測定した距離データの補正値を求める。上記（１）式により求められた各位置の降下速度Ｖｉと、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差により、その時間の降下量（補正量ｄｉ）を求め、各位置の１回目の距離データの実測値に、それぞれの位置毎の降下量を加える。これにより、測定開始時の装入物のプロフィルを推定する。すなわち、先ず、測定位置ごとに、初期位置を測定した測定開始時からの経過時間ｔａと、上記（１）式で求めた降下速度Ｖｉとの積により、補正量ｄｉを求める。補正量ｄｉは、図３（ｃ）に示すように、初期位置では０であり、反対側の炉壁に向けて増加する。そして図３（ａ）に示すように、補正量ｄｉを１回目の距離データの実測値Ｄｉ（ｔａ）に加えて、測定開始時のプロフィルを示す各位置の距離Ｄｉ（０）が求められる。つまり、補正された距離Ｄｉ（０）は、以下の（２）式で求められる。
Ｄｉ（０）＝Ｄｉ（ｔａ）＋Ｖｉ×ｔａ ・・・（２）
【００２９】
本実施形態によれば、炉の内径方向の各位置において、１回目と２回目の測定時間間隔が全て等しいため、各位置での降下速度Ｖｉの演算を容易に行える。そして、各位置での降下速度Ｖｉは、同一方向の測定値を用いて求められるため、走査駆動装置の機械的ガタの影響を受けにくい。
【００３０】
本実施形態において、反射板を炉の内径方向に往復させる際、往路、復路ともに距離測定を行い、データ処理時に往路の距離データのみを採用するようにしてもよいし、往路のみ距離測定を行うようにしてもよい。また、往路を低速にすることにより、測定データを多く取得でき、復路を高速にすれば、時間の無駄を削減できる。
【００３１】
尚、本発明では、往路と復路の速度が等しくても構わない。この場合、測定装置の操作速度、例えば図２のプロフィル測定装置１では反射板１２の回転速度を、一定に保ったままで測定を行うことができる。表１は、プロフィル測定方法による測定精度および測定時間を比較したものである。従来例１は前述の特許文献３の方法、従来例２は、マイクロ波を往復させて任意の点で降下速度を測定し、往路の測定データにその降下速度に基づいた補正を行う方法である。本発明例１は、上記実施の形態において、往路と復路の速度を等しくした場合、本発明例２は、復路を往路よりも高速にした場合である。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１に示すように、従来例１では精度が低く、従来例２は、従来例１よりは精度が上がるものの、十分な精度は得られない。一方、本発明例１は、測定時間は従来例の１．５倍かかるが高精度な結果が得られ、本発明例２は、測定時間が従来例とほとんど変わらず、高精度な結果が得られる。
【００３４】
尚、上記の実施形態では、往路測定を等角速度で行うこととしたが、１回目と２回目を同じ角速度パターンで測定すれば、角速度が変動しても構わない。また、往路測定を３回以上行って位置毎の装入物降下速度を求めてもよい。
【００３５】
また、上記の実施形態では、プロフィル測定装置により、一方の炉壁から対向側の炉壁まで、炉内の直径方向全体の測定を行ったが、装入物が中心軸に対して対称であると仮定して、直径方向の半分だけを測定して全体のプロフィルを推定してもよい。
【００３６】
また、本発明に用いるプロフィル測定装置は、図２に示すものには限らず、例えばマイクロ波を放射するホーン形のアンテナを回転させて、炉内にマイクロ波を走査する構造のものでもよい。また、図４に示すように、炉体３の側面から炉体３の軸心に向けて、マイクロ波距離計を備えた計測ランス９を挿入し、マイクロ波を高炉内装入物４へ向けて発信して、高炉内装入物４の表面までの距離を測定する方式の測定装置であってもよい。その他、高炉内装入物のプロフィル測定に従来から用いられている、装入物表面を走査する、または複数の測定点で測定するタイプの測定装置でも、同様に実施することができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、上記実施形態では、高炉内装入物の降下速度を求める際に２回測定を行うこととしたが、３回以上の複数回であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、円筒状の容器内において時間経過とともに増減する堆積物の表面形状の測定に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１ プロフィル測定装置
２ 高炉
３ 炉体
４ 装入物
５ ベルレス式装入装置
６ 分配シュート
１０ 耐圧容器
１１ アンテナ
１２ 反射板
１３ 導波管
１４ マイクロ波送受信器
１５ 駆動軸
１６ 反射板駆動装置
２０ データ処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉内装入物の炉頂部の表面形状を測定する測定方法であって、
炉内の中心軸を通る直径方向に、高炉内装入物の炉頂部の表面の深さを、同一方向に同じ速度パターンで複数回測定し、
複数回の測定値の差から、前記炉内の直径方向の位置毎の装入物降下速度を求め、
前記位置毎の装入物降下速度と、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差から、前記時間差による装入物の降下量を算出して補正量とし、
各位置の１回目の測定値に前記補正量を加えて補正することにより、測定開始時の装入物のプロフィルを推定することを特徴とする、高炉内装入物のプロフィル測定方法。
【請求項２】
高炉内装入物の炉頂部の表面を測定する測定装置の、高炉内装入物の炉頂部の表面での測定点を、炉内の中心軸を通る直径方向に２往復走査させ、往路における測定データを測定値として採用し、復路の測定データは採用しないか或いは復路では測定を行わず、前記復路は前記往路よりも高速で走査させることを特徴とする、請求項１に記載の高炉内装入物のプロフィル測定方法。
【請求項１】
高炉内装入物の炉頂部の表面形状を測定する測定方法であって、
炉内の中心軸を通る直径方向に、高炉内装入物の炉頂部の表面の深さを、同一方向に同じ速度パターンで複数回測定し、
複数回の測定値の差から、前記炉内の直径方向の位置毎の装入物降下速度を求め、
前記位置毎の装入物降下速度と、測定開始時から各位置の１回目の測定時までの時間差から、前記時間差による装入物の降下量を算出して補正量とし、
各位置の１回目の測定値に前記補正量を加えて補正することにより、測定開始時の装入物のプロフィルを推定することを特徴とする、高炉内装入物のプロフィル測定方法。
【請求項２】
高炉内装入物の炉頂部の表面を測定する測定装置の、高炉内装入物の炉頂部の表面での測定点を、炉内の中心軸を通る直径方向に２往復走査させ、往路における測定データを測定値として採用し、復路の測定データは採用しないか或いは復路では測定を行わず、前記復路は前記往路よりも高速で走査させることを特徴とする、請求項１に記載の高炉内装入物のプロフィル測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２４９１８（Ｐ２０１２−２２４９１８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４１８８（Ｐ２０１１−９４１８８）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００２３３６９７）株式会社日鉄エレックス (51)
【出願人】（５９１１３８５９９）ニッテツ北海道制御システム株式会社 (21)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００２３３６９７）株式会社日鉄エレックス (51)
【出願人】（５９１１３８５９９）ニッテツ北海道制御システム株式会社 (21)
【Ｆターム（参考）】
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