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1. (JPWO2015133005) 高炉への装入物の装入及び堆積方法、装入物の表面検出装置、並びに高炉の操業方法
Document

Description

Title of Invention 高炉への装入物の装入及び堆積方法、装入物の表面検出装置、並びに高炉の操業方法 JP 2014041909 20140304 JP 2014150765 20140724 20181017 C21B 5/00 C21B 7/00−7/24 G01S 7/00−7/42 G01S 13/00−13/95 G01B 15/00−15/08 国際公開第2006/118485(WO,A1) 特開2012−237560(JP,A) 特開2011−145237(JP,A) 特開2012−067340(JP,A) 特開昭61−290378(JP,A) 特開平06−011328(JP,A) JP2014079114 20141031 WO2015133005 20150911 20170713 池ノ谷 秀行

Technical Field

0001  

Background Art

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012  

Citation List

Patent Literature

0013  

Summary of Invention

Technical Problem

0014  

Technical Solution

0015  

Advantageous Effects

0016   0017  

Brief Description of Drawings

0018  

Description of Embodiments

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069  

Industrial Applicability

0070  

Reference Signs List

0071  

Claims

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

Drawings

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12    

Description

高炉への装入物の装入及び堆積方法、装入物の表面検出装置、並びに高炉の操業方法

JP 2014041909 20140304 JP 2014150765 20140724 20181017 C21B 5/00 C21B 7/00−7/24 G01S 7/00−7/42 G01S 13/00−13/95 G01B 15/00−15/08 patcit 1 : 国際公開第2006/118485(WO,A1)
patcit 2 : 特開2012−237560(JP,A)
patcit 3 : 特開2011−145237(JP,A)
patcit 4 : 特開2012−067340(JP,A)
patcit 5 : 特開昭61−290378(JP,A)
patcit 6 : 特開平06−011328(JP,A)
JP2014079114 20141031 WO2015133005 20150911 20170713 池ノ谷 秀行

Technical Field

[0001]
本発明は、マイクロ波やミリ波等の検出波を高炉内に送り、炉内に装入された鉄鉱石やコークスで反射された検出波を検波して装入量や表面のプロフィールを検出する装置に関する。また、本発明は、高炉に装入される鉄鉱石やコークス等の装入物の堆積プロフィールを制御する技術に関する。

Background Art

[0002]
高炉では、炉頂の近傍に開口部を設け、開口部を通じて検出波を炉内に送信し(送信波)、炉内に装入された鉄鉱石やコークスで反射された検出波(反射波)を受信し、送信波と反射波との時間差等から鉄鉱石やコークスまでの距離や表面のプロフィールを検出することが行われている。尚、検出波としては、高温で使用でき、炉内の浮遊物や水蒸気等の影響を受けにくいことから、マイクロ波やミリ波が使用されている。
[0003]
検出装置として、例えば特許文献1では、図12に示すように、高炉6の内部に挿入されるランス1の先端開口近傍にアンテナ2を通じて、マイクロ波送受信手段3からのマイクロ波を炉内の装入物7(鉄鉱石7aまたはコークス7b)に向けて送信し、装入物7の表面で反射されたマイクロ波をアンテナ2で受信してマイクロ波送受信手段3で検波し、送信と受信との時間差から装入物7の表面までの距離を求めている。その際、ランス1を炉壁5から、炉心(破線4で示す)に向かって往復させることにより、装入物7の堆積プロフィールを求めている。
[0004]
しかし、特許文献1の検出装置では、ランス1は、炉の半径ほどの長尺物であり、自重により下方に垂れ下がって炉から抜けなくなったり、移動のためのストロークも長く炉外に大きなスペースが必要になる。また、ランス1を移動するための駆動ユニットも必要になる。そこで、本出願人は先に、特許文献2において、高炉の開口部の直上に反射板を配設し、反射板の反射面と対向してアンテナを配設し、検出波の送受信手段からアンテナを介して送信波を送信し、反射板の反射面で反射して開口部を通じて炉内に入射させ、炉内の鉄鉱石やコークスで反射された反射波を開口部を通じて反射板に入射させて再度反射させて送受信手段に送るとともに、角度可変手段により反射面の反射角度を変えることで送信波を鉄鉱石やコークスの表面を走査させて表面プロフィールを検知する検出装置を提案している。
[0005]
しかし、この特許文献2の検出装置では、アンテナを固定し、アンテナと対向して反射板を配置するとともに、反射板の裏面(アンテナとは反対側の面)に角度可変装置を配置している。アンテナには送受信手段が連結しているため、アンテナと反射板とを対向配置すると、送受信手段、アンテナ、反射板及び角度可変手段がほぼ一列に配置され、送受信手段から角度可変手段までの距離が長くなる。
[0006]
また、高炉では、図12にも示すように、通常、炉頂から大ベル8(ベル式装入装置)やシュータ(図1参照:符号10)により鉄鉱石7aとコークス7bとを交互に装入して層状に堆積させ、これら装入物7の堆積プロフィールが蟻地獄の如き逆鐘状になるように堆積して操作を行う。
[0007]
高炉を安定して操業するための重要な要因の1つに、炉内のガス流の分布がある。このガス流の分布は、鉄鉱石やコークスの堆積状況と密接な関係があり、通常は、実験によりガス流の分布が最適となる堆積状態、即ち堆積物の傾斜面の角度や、鉄鉱石の堆積層とコークスの堆積層との層厚比等が最適となるような理論堆積プロフィールを求め、実際の堆積状態が理論堆積プロフィールと合致するように大ベルやシュータの動作を制御している。
[0008]
特許文献1の検出装置でも、測定を、鉄鉱石7a及びコークス7bの各々が理論堆積プロフィールに合わせて所定の厚さとなるように堆積の都度行い、鉄鉱石7a及びコークス7bの各堆積層の厚さが装入毎に変動しないように、ムーバブルアーマ9の移動範囲(傾斜角度)を制御している。
[0009]
実際の堆積プロフィールを理論堆積プロフィールにより近づけるためは、測定頻度を増すことが必要であるが、特許文献1の方法では、鉄鉱石7aやコークス7bの装入の際にランス1が障害物になるため、鉄鉱石7aまたはコークス7bを装入している間はランス1を炉外に引き抜く必要があり、一回の装入が完了するまでは鉄鉱石7aやコークス7bの堆積プロフィールを測定することができない。また、ランス1の往復にも時間がかかるため、迅速な測定ができない。そのため、理論堆積プロフィールとの乖離が大きくなるのが現実である。
[0010]
また、鉄鉱石7aやコークス7bを交互に装入する手段として、上記したように、シュータの旋回により鉄鉱石7aやコークス7bを炉内に装入し、堆積させる方式も知られている。このシュータを用いる方式でもマイクロ波測定装置を炉頂近傍に装着し、マイクロ波で鉄鉱石7aやコークス7bの堆積表面を走査して堆積プロフィールを測定することができるが、上記したランス1を用いる方法をはじめ、従来のマイクロ波測定装置では堆積表面の走査に時間がかかり、測定頻度において改善の余地がある。
[0011]
更には、炉内の全面にわたり鉄鉱石7aやコークス7bの堆積プロフィールを測定することができれば、より正確な装入作業を行うことができる。そのためには、マイクロ波を2次元的に走査させる必要があり、特許文献2の検出装置では反射板を、両端に設けた支軸を中心にして回動自在に支持部材に取り付けるとともに、支持部材をその軸線を中心に回転させ、それとともに反射板の裏面に取り付けた棒状片を、支軸と直交するように直線的に移動させることにより、反射面の炉側への傾斜角度を2次元的に変える構成にすることも提案している。
[0012]
しかし、このような反射板の回動機構は、支持部材の回動と、棒状片の移動とを同時に制御しなければならず、回動機構は複雑で測定装置の大型化を招く。しかも、支持部材の回動と棒状片の移動の両方の動作を正確に制御しなげればならず、動作を更に早めるにはかなりの困難を伴うことが予想される。また、高炉は高圧、高温下にあり、鉄鉱石やコークスの衝突、粉塵の侵入等の問題もあり、それらの解決も十分には行われていない。

Citation List

Patent Literature

[0013]
patcit 1 : 日本国特開平7−34107号公報
patcit 2 : 日本国特許第5391458号公報

Summary of Invention

Technical Problem

[0014]
そこで本発明は、装置を小型化するとともに、装入物の表面を面上に走査する際にも反射板の回動機構を簡素化して制御をより正確に行えるようにし、更には測定をより迅速に行うことにより鉄鉱石やコークスの堆積プロフィール測定をシュータの旋回毎、もしくは所定旋回毎に行うことで、実際の堆積プロフィールを理論堆積プロフィールにより近づけて最適な高炉操業を行うことを目的とする。

Technical Solution

[0015]
上記課題を解決するために本発明は、下記に示す高炉への装入物の装入及び堆積方法、装入物の表面検出装置、並びに高炉の操業方法を提供する。
(1)高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に配設され、反射面が開口部側に向けて傾斜した反射板と、反射板の反射面と対向配置されるアンテナと、アンテナと検出波送受信手段とを連結する導波管とを備え、アンテナからの検出波を反射板の反射面で反射して開口部を通じて炉内に入射させ、炉内の装入物で反射された検出波を、開口部を通じて反射板の反射面に入射させてアンテナに送り、検出波送受信手段で検波して装入物の表面までの距離や表面プロフィールを検出する装置において、
導波管を、該導波管の軸線を中心に所定角度で回動させる導波管回動手段を備え、
アンテナと反射板とを連結部材により連結し、導波管回動手段によるアンテナの回動とともに反射板を導波管の軸線を中心に回動させることを特徴とする高炉内装入物の表面検出装置。
(2)反射面を所定の角度でアンテナ側及び反アンテナ側に傾斜させる反射板回動手段を備え、反射板回動手段と導波管回動手段とにより検出波を2次元的に走査することを特徴とする上記(1)記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(3)反射板回動手段が、反射板の裏面において、導波管の軸線上に設置され たシリンダと、シリンダにより駆動され、導波管の軸線上でアンテナ側または反アンテナ側に直線移動するピストンロッドとを備え、シリンダとピストンロッドとが、導波管と一体に回動することを特徴とする上記(2)記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(4)反射板の直径両端に支軸が取り付けられ、 前記連結部材 が更に反射板側に延出する支持部材 を備えており、反射板が、支軸を介して支持部材に支持され、かつ、支軸を中心に回動可能であるとともに、
反射板回動手段が 更に、一端がピストンロッドの先端に取り付けられ、他端が反射板の裏面 支軸よりも水平位置にて上方または下方にずらして取り付けられた棒状部 材を備えるとともに、ピストンロッドにより、棒状部材の他端と反射板の裏面との取り付け部分をアンテナ側または反アンテナ側に向かって移動させることを特徴とする上記(2)または(3)記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(5)アンテナがホーンアンテナであり、反射板の反射面が、アンテナのアンテナ面とは反対側に凸状に湾曲した凹面であることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(6)アンテナがレンズ付ホーンアンテナであり、反射板の反射面が平面であることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(7)アンテナの開口を耐熱材料からなる非通気性の隔壁で覆うことを特徴とする上記(1)〜(6)の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(8)非通気性の隔壁の反射板側の前面に耐熱材料からなるフィルタが配置されていることを特徴とする上記(7)記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(9)反射板の反射面に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする上記(1)〜(8)の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(10)非測定時に、導波管とともに反射板を180°回動し、反射板の裏面を高炉の開口部と対向させることを特徴とする上記(1)〜(9)の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
(11)シュータにより、鉄鉱石やコークス等の装入物を高炉の内部に装入し、堆積させる方法であって、
上記(1)〜(10)の何れか1項に記載の表面検出装置を備えるとともに、
検出波により装入物の表面を走査する送受信作業を、シュータの1旋回内もしくは所定旋回回数内に完了し、
シュータの旋回中または所定旋回毎に、装入物の表面プロフィールを測定しながら装入物を装入することを特徴とする高炉内への装入物の装入及び堆積方法。
(12)表面プロフィールを基に装入物の堆積プロフィールを求め、予め求めた理論堆積プロフィールと比較し、理論堆積プロフィールからの誤差を修正するようにシュータを制御して新たな装入物を装入することを特徴とする上記(11)記載の高炉への装入物の装入及び堆積方法。
(13)上記(11)または(12)に記載の方法により高炉内に装入物を装入し、堆積させて高炉を操業することを特徴とする高炉の操業方法。

Advantageous Effects

[0016]
本発明の検出装置では、アンテナとともに反射板を回動させるため、反射板用の角度可変手段が不要になり、角度可変手段の分だけ全長を短くして省スペースすることができる。また、装入物の表面を面上に走査する際にも、反射板の炉側への傾斜を制御するだけでよく、反射板の回動機構及び制御を簡素化することができる。
[0017]
また、鉄鉱石やコークスの堆積プロフィールの測定を迅速に行うことができ、シュータが所定回数旋回した後、もしくは装入の都度行うことができ、例えば理論堆積プロフィールに合致するように装入し堆積させる場合には、理論堆積プロフィールとの誤差を極力無くして鉄鉱石やコークスを堆積して最適な高炉操業を行うことができる。更に、装入物の表面を面上に走査することを迅速に行うこともでき、より正確な堆積を可能にする。

Brief Description of Drawings

[0018]
[fig. 1] 本発明に係る装入物の装入及び堆積方法を実施するための測定装置の全体構成を示す図である。
[fig. 2] 鉄鉱石の堆積プロフィールを説明するための図である、
[fig. 3] 測定装置の他の例を示す図である。
[fig. 4] 測定装置の更に他の例を示す図である。
[fig. 5] 図3または図4の矢印A方向から見た断面図である。
[fig. 6] 挿入物の表面を面状に走査できる測定装置の一例を示す図である。
[fig. 7] 図6に示す測定装置の反射板の周辺構造を矢印B方向から見た図である。
[fig. 8] 挿入物の表面を面状に走査する場合の、走査様式を説明するための図である。
[fig. 9] 面状に走査して得られる2次元的プロフィールを示す図である。
[fig. 10] 挿入物の表面を扇状に走査する場合の、走査様式を説明するための図である。
[fig. 11] 扇状に走査して得られる3次元的プロフィールを示す図である。
[fig. 12] 従来の堆積プロフィールの測定方法を示す断面図である。

Description of Embodiments

[0019]
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
[0020]
図1は本発明方法を実施するための装置構成を示す図であり、図9に従い高炉の断面に沿って示している。
[0021]
高炉6の炉頂には、鉄鉱石7aやコークス7bを装入するためのシュータ10が配設されており、シュータ10は矢印Rで示すように水平方向への旋回、及び矢印Vで示すように振り子運動を組み合わせた動きにより投下口11から鉄鉱石7aやコークス7bを炉内の所定位置に装入する。また、装入物7(鉄鉱石7aまたはコークス7b)の堆積プロフィールを測定するための測定装置100が炉頂付近、例えばシュータ10の側部の炉外に設置される。
[0022]
測定装置100は、検出波の送受信手段110に導波管112を通じて連結するアンテナ111と、金属製の反射板120とが対向して配置されており、反射板120の反射面120aが高炉6の開口部6aを向くように45°下方に傾斜している。尚、検出波としては、熱や炉内の水蒸気等の影響を受けにくいマイクロ波やミリ波を用いる。
[0023]
また、反射板120とアンテナ111とが、連結部材115により連結されている。連結部材115は、筒状体であり、その一端がアンテナ111の開口周縁に形成されたフランジ部111aに固定され、他端の適所に、例えば図示されるように反射板120の反射面120aの上端部分121が取り付けられる。アンテナ111と反射板120とが連結部材115により最短距離で連結しているため、アンテナ111から反射板120に達する検出波の漏れ分が無くなり、検出波の発振電力を有効に使えるとともに、漏れた検出波による不要反射が無く、この不要反射と鉄鉱石7aやコークス7bからの反射とが位相干渉することも無いため測定精度が高まり、信頼性が向上する。
[0024]
更に、アンテナ111には導波管112が取り付けられており、図中に矢印Xで示すように、この導波管112を、導波管112の軸線を中心に時計回りまたは反時計回りに回動自在にする。回動させるには、モータ130によりモータ側ギア131を回転させ、その回転を導波管112に取り付けた導波管側ギア132に伝達する。
[0025]
尚、導波管112には送受信手段110が連結しており、この送受信手段110も導波管112の回動に伴って回動するが、導波管112と送受信手段110とをカプラー135等により分離することにより、送受信手段110は固定のままで、導波管112のみを回動させることもできる。
[0026]
上記構成の測定装置100では、図中Mで示すように、送受信手段110からの検出波がアンテナ111から送信され、反射板120の反射面120aで反射されて開口部6aを通じて高炉6の内部へと進行する。そして、図中Rで示すように、炉内に堆積している鉄鉱石7aまたはコークス7bで反射された後、同経路を経て送受信手段110で受信される。その際、モータ130により導波管112を回動させることにより、アンテナ111とともに反射板120が回動し、検出波が紙面とは垂直方向に振られ、その結果、高炉6の鉄鉱石7aまたはコークス7bの表面を線状に走査し、その距離情報を基に鉄鉱石7aやコークス7bの堆積プロフィールを知ることができる。
[0027]
尚、本説明では、測定装置100の構造を示すために、図1に示すように反射板120を紙面と直交して配置しているが、測定装置100全体を90°手前側に回転させることもでき、その場合、検出波は紙面の左右方向に振られる。
[0028]
本発明によれば、検出波の送受信の際に反射板120の反射面120aによる反射角度の変化を、モータ130により導波管112を所定角度回転させるだけで実施できることから、特許文献1のようなランス1を往復移動させる方法に比べて格段に迅速に行うことができる。具体的には、シュータ10が1旋回する間に測定を完了することができる。一般的な高炉ではシュータ10の旋回速度は8rpm程度であり、1旋回に要する時間は7.5秒程度であるが、測定装置100はこのような短時間での測定に十分対応できる。そのため、シュータ10の1旋回毎に鉄鉱石7aまたはコークス7bの堆積プロフィールを測定することができ、予め求めた理論堆積プロフィールとの誤差がある場合でも、新たな装入の際に迅速、かつ正確に修正することができる。
[0029]
図2は図1の部分拡大図であるが、鉄鉱石7aの堆積を例示して説明する。予め堆積している鉄鉱石7aの堆積プロフィールをP0とすると、シュータ10をV方向への回転角度θ1にて旋回させると、新たな鉄鉱石7aが堆積プロフィールP0の上に、シュータ10の回転角度θ1に応じた位置を起点として堆積され、このときの堆積プロフィールを測定装置100で測定してその堆積プロフィールP1を得る。次いで、シュータ10をV方向への回転角度θ2にて新たに旋回させると、新たな鉄鉱石7aが堆積プロフィールP1の上に、シュータ10の回転角度θ2に応じた位置を起点として堆積され、そのときの堆積プロフィールを測定装置100で測定してその堆積プロフィールP2を得る。このようなシュータ10の旋回及び測定装置100による測定を繰り返すことにより、最終的に鉄鉱石7aの堆積プロフィールPnが得られる。このとき、シュータ10の旋回毎に理論堆積プロフィールと比較しながら、実際のシュータ10の旋回様式(V方向への回転角度)を制御することができる。
[0030]
また、コークス7bについても同様に、シュータ10の旋回毎に堆積プロフィールを測定することができる。
[0031]
従来は、鉄鉱石7aまたはコークス7bをある程度厚く堆積させてから堆積プロフィールを測定していたため、理論堆積プロフィールに合致するように新たな装入の際に修正することは困難であったが、本発明によればシュータ10の旋回中、もしくは1回の旋回に伴う少ない堆積量毎に堆積プロフィールを測定できるため、理論堆積プロフィールに合致させることが容易になる。
[0032]
また、鉄鉱石7aの堆積層の厚さと、コークス7bの堆積層の厚さとの比率の理論値が決められているが、上記のようにシュータ10の旋回毎に細かな堆積プロフィールを測定できることから、従来のように厚くコークス7bを堆積することがなくなり、コークス7bの使用量を削減することができる。
[0033]
上記において、シュータ10は筒状体であることから、測定装置100からの検出波がシュータ10に当たる確率は低く、測定に支障は実質的に無い。検出波に当たったとしても、瞬間的であり、しかも、シュータ10は鉄鉱石7aやコークス7bよりも炉頂側に位置するため、検出される反射波Rは特定の位置に現れて堆積プロフィールと区別することができる。また、シュータ10を旋回させたときの検出パターンを測定しておき、堆積プロフィールから除去するように処理してもよい。
[0034]
あるいは、測定装置100の反射板120をシュータ10の旋回位置よりも下方(炉底側)に配置することにより、シュータ10で邪魔されることなく送受信を行うこともできる。
[0035]
また、シュータ10が障害になることを防ぐために、シュータ10の1旋回毎に堆積プロフィールを測定してもよい。
[0036]
信号処理はFMCW方式が一般的であるが、このFMCW方式ではスイープ期間と信号処理期間とで構成されており、スイープ期間は送受信手段110の発振器の周波数をスイープし、そのスイープ期間にビート信号をサンプリングしてサンプリングデータを求め、信号処理期間でサンプリングデータをFET処理してビート信号の周波数スペクトルが最大となる周波数を求め、その周波数を距離換算して測定距離値を得ている。そのため、スイープ期間と信号処理期間とをシーケンシャル処理すると処理時間がかかるため、スイープ期間の制御に割り込み処理を施してサンプリングデータを取り込むバッファにトグルバッファを採用して時間短縮を行うことが好ましい。これにより、サンプリングデータをトグルバッファの一方に取り込んでスイープ期間の処理と、一つ前のスイープ期間でのサンプリングデータの取り込みが完了しているもう一方のサンプリングデータを使用してバックグランドの信号処理を行うことができ、結果としてスイープ期間の処理と、信号処理期間の処理とが見かけ上同時に行なわれ、処理時間を短縮することができる。そのため、測定装置100による検出波による走査と相俟って、堆積プロフィールの測定をより迅速に行う。
[0037]
尚、理論堆積プロフィールは、従来と同様に炉内のガス流の分布が最適となる堆積状態を実験的に求めることができる。
[0038]
上記は理論堆積プロフィールと合致するようにシュータ10を制御して鉄鉱石7aやコークス7bを装入し、堆積させることを目的としたものである。しかしながら、理論堆積プロフィールの通りに堆積させても、鉄鉱石7aやコークス7bが堆積した傾斜面から滑落することがある。これは、理論堆積プロフィールを作製する際に想定した鉄鉱石7aやコークス7bの粒径や水分量等の性状が、実際に装入される鉄鉱石7aやコークス7bの性状と異なることが主な理由と考えられる。
[0039]
しかし、本発明によれば、実際の堆積プロフィールをシュータ10の旋回と同時に、もしくは旋回毎に測定できるため、実際に堆積した鉄鉱石7aやコークス7bが滑落した場合に、その堆積状態を即座に検知して理論堆積プロフィールにフィードバックすることができる。このように、本発明によれば、理論堆積プロフィールを検証することも可能である。
[0040]
本発明において、測定装置100は種々の変更が可能である。例えば、上記ではアンテナ111としてホーンアンテナを用いているが、特に検出波としてミリ波を用いる場合、ホーンアンテナは、指向性を高めるために通常はホーン全長を1600mm程度としている。そこで、図3に示すように、反射板120の反射面120aを、アンテナ111のアンテナ面とは反対側に凸状に湾曲した凹面にすることにより、ホーンアンテナのホーン長を200mm程度にまで短くすることができる。尚、ホーンアンテナのホーン開口形状は丸型でも、角型であってもよい。
[0041]
あるいは、図4に示すように、アンテナ111をレンズ付ホーンアンテナにしてもよい。レンズ113は、セラミックスやガラス、フッ素樹脂等の誘電体からなる半凸状体であり、ホーンアンテナからのミリ波を収束して送信することができる。レンズ付ホーンアンテナを用いた場合は、反射板120の反射面120aを平面にする。このような構成によっても、ホーンアンテナのホーン長さを同様に短くすることができる。
[0042]
尚、アンテナ111として、パラボラアンテナを用いることもでき、その場合は、レンズ113を付設することなく、また反射板120の反射面120aも平面にする。
[0043]
また、高炉6からは、開口部6aを通じて粉塵や高温のガスが反射板120へと侵入する。そこで、図3に示すように、連結部材115の開口部を、検出波を透過する材料からなる通気性のフィルタ140で覆う。このフィルタ140として、例えば宇部興産(株)製の「チラノ繊維」からなる織物を用いることができる。このチラノ繊維は、シリコン、チタン、ジルコニウム、炭素及び酸素からなるセラミック繊維であり、これを面状に編んだものは、耐熱性の通気材料となる。
[0044]
更に、連結部材115のフィルタ140とアンテナ111との間の適所に、空気等の気体や粉塵等の固体を透過せず、検出波を透過する材料からなる耐熱性の非通気性隔壁145を配設し、フィルタ140とアンテナ111との間の空間を区画してもよい。この非通気性隔壁145は、例えばセラミックボードとすることができる。非通気性隔壁145により、高炉6からの熱を遮断することができる。
[0045]
そして、反射板120、フィルタ140、非通気性隔壁145及びアンテナ111を耐圧容器150に収容するとともに、ガス供給口151を通じて耐圧容器150に高圧の不活性ガス(例えば窒素ガス)を供給する。連結部材115には、フィルタ側に傾斜している通気孔116が複数形成されており、ガス供給口151は、この連結部材115の直上付近に設けられる。導波管112を回動させると、それに伴って連結部材115も回動し、通気孔116がガス供給口151に到達すると、ガス供給口151からの不活性ガスが通気孔116を通じてフィルタ140に向かって噴出され、フィルタ140に付着した炉内からの粉塵を払い落とすことができる。また、不活性ガスは、フィルタ140を透過して反射板120の反射面120aにも到達するため、反射面120aに付着した粉塵も払い落とすことができる。
[0046]
一方、連結部材115の通気孔116がガス供給口151の付近に無い場合は、がス供給口151からの不活性ガスは耐圧容器150と連結部材115との隙間に供給されるため、この隙間への粉塵の侵入を防いだり、この隙間に侵入した粉塵を除去することができる。
[0047]
このように、連結部材115の回動に伴って、通気孔116がガス供給口151に到達したり、ガス供給口151から離間することを繰り返すことにより、不活性ガスの流れも変わり、連結部材115も振動し、その振動がフィルタ140にも伝わる。そして、この振動によってもフィルタ140に付着している粉塵が払い落とされる。更には、反射板120が正逆方向に回動するたびに、モータ側ギア131及び導波管側ギア132が反対方向に切り替えられるため、そのときの振動が導波管112を通じてアンテナ111、連結部材115、更にはフィルタ140へと伝わり、フィルタ140に付着している粉塵が振動により振い落とされる。
[0048]
上記のように非通気性隔壁145により高炉6からの熱を遮断しているが、断熱をより確実にするために、アンテナ111と導波管112との連結部、あるいは導波管112の送受信手段110により近い位置に、フッ素樹脂やセラミックス等の検出波を透過する材料からなる栓部材160を挿入してもよい。
[0049]
その他にも、図示は省略するが、耐圧容器150の反射板120及びフィルタ140の直上部分を開口して窓を設け、非測定時に、導波管112及び反射板120を180°回動させて反射面120a及びフィルタ140を窓に対面させることにより、反射面120a及びフィルタ140の粉塵付着状況を観察することができる。上記のように、反射面120aやフィルタ140は不活性ガスや振動により付着した粉塵を除去するころができるが、除去が不十分なことがあり、窓を通じて粉塵の付着状況を観察し、粉塵の除去が必要な場合は窓を開放して清掃作業を行うことができる。
[0050]
このように、非測定時に導波管112及び反射板120を180°回動させることにより、反射板120の裏面(反射面120aとは反対側の面)が高炉6の開口部6aと対向するため、高炉6から吹き上げられた鉄鉱石やコークスが開口部6aを通じて装置内に飛来してきても、反射板120の裏面に当り、フィルタ140を破壊することもない。
[0051]
また、高炉6の開口部6aと測定装置100との間、例えば、耐圧容器150の連結部131に仕切弁を設け、測定時には開状態とし、非測定時には閉状態とするともできる。
[0052]
更には、上記したように、検出波は紙面に垂直な方向に振られるが、このときの検出波の進行を妨げないように、図5に示すように、耐圧容器150の開口部6aとの連結部152を、反射板120の反射面120aの回動角度θ(振り幅)に対応して高炉側に漸次拡径する扇形に形成する。
[0053]
上記の測定装置100は、アンテナ111と反射板120とを連結して同一方向に回動させるため、マイクロ波やミリ波は線状に振られて高炉内に送られ、受信される。即ち、マイクロ波やミリ波は、紙面に垂直方向に線状に走査され、線状の表面プロフィールが得られる。上記したように、炉内の全面にわたり表面プロフィールを測定することができれば、より正確な装入作業を行うことができるため、上記した測定装置100において、反射板120を導波管112の回動方向Xに加え、反射面120aの炉内側への傾斜角度を変える構成とする。
[0054]
図6及び図7(図6の矢印B方向から見た図)は、そのような測定装置の一例であるが、図示される測定装置100では、反射板120の直径両端にピン状の支軸121,121が突出して設けられており、支軸121,121を連結部材115から延出する2つの支持部材117,117により、導波管112の軸線と同一の水平位置となるように支持する。そのため、反射板120は、支軸121,121を中心に矢印Y方向に回動自在に支持されているとともに、連結部材115及び支持部材117,117を介して、上記と同様に導波管回動手段によりアンテナ111と同方向(矢印X方向)に回動する。
[0055]
また、反射板120の裏面には、支軸121,121よりも水平位置で上方に取付片122が設けられており、シリンダ125のピストンロッド126の先端部に連結する棒状部材127が連結している。尚、取付片122は、図では支軸121の上方に設けられているが、支軸121の下方に設けてもよい。そして、シリンダ125を駆動することにより、ピストンロッド126が矢印Fのように前進(図中右側に移動)または後退(図中左側に移動)し、ピストンロッド126が前進したときには棒状部材127と連動して取付片122もアンテナ側に移動し、それに伴って反射面120aが高炉側を向くように反射板120を傾斜させる。一方、ピストンロッド126が後退したときには、取付片122を反アンテナ側に移動させ、それに伴って反射面120aがアンテナ側を向くように反射板120を傾斜させる。このようなリンク機構により、シリンダ125の駆動により、反射板120を支軸121,121を中心に、矢印Y方向に回動させることができる。それにより、マイクロ波またはミリ波は、M(R)で示すように図中左右方向に振られて炉内へと送られる。
[0056]
そして、反射板120をX方向への回動と、Y方向への回動とを組み合わせて行うことにより、マイクロ波またはミリ波を2次元的に走査させることができる。その際、X方向への回動は導波管112を回動させるモータ130及びギア131,132で行い、Y方向への回動はシリンダ125で行うため、特許文献2のように、反射板120のX方向及びY方向への傾斜の制御を一つの装置で行う場合に比べて簡素に行うことができ、走査に要する時間の更なる短縮にも容易に対応することができる。
[0057]
尚、この場合も、反射面120aへの粉塵等の付着を防止することが好ましく、ガス供給口151aを反射板120の上端近傍に設け、そこから耐圧容器150に高圧の不活性ガス(例えば窒素ガス)を供給する。図3及び図4に示した測定装置100では、フィルタ140を透過させて不活性ガスを吹き付けていたが、ここでは反射板120がフィルタ140から離れているため、フィルタ140からの不活性ガスが反射面120aに十分に到達しないため、ガス供給口151aを反射板120に近づけて設け、不活性ガスを反射面120aに直接吹き付ける。
[0058]
また、開口部6aが広く、ピストンロッド126や棒状部材127が露出しているため、炉内から吹き上がった鉄鉱石7aやコークス7bがこれらに直接衝突する。そこで、反射板120の裏面全体を追うような金属製のカバー170を付設し、測定しない間はアンテナ111や反射板120とともに180°回転させてカバー170を開口部側に移動してピストンロッド126や棒状部材127、反射板120を炉内からの鉄鉱石7aやコークス7bの衝突からの防御や、粉塵の侵入を防ぐことが好ましい。あるいは、図示は省略するが、開口部6aを塞ぐように、マイクロ波またはミリ波を透過する材料からなるガード部材を付設してもよい。
[0059]
その他の構成には変わりはなく、例えば隔壁145を設置したり、レンズ付きホーンアンテナの代わりに図3に示したような単なるホーンアンテナとし、反射面120aを湾曲させてもよい。但し、マイクロ波またはミリ波を2次元的に走査するため、マイクロ波またはミリ波の進行を妨げないように、図5に示した連結部152の代わりに、高炉6の開口部6aに向かって開口径が漸次拡大する角錐状または円錐状とする。
[0060]
図8は、上記の反射板120をY方向にも回動させる方式の測定装置100を用いて、炉内を面上に走査する概略図であり、図9はその結果を示す一例である。図9に示すように、反射板120のX方向及びY方向への回動により装入物までの距離の分布が3次元的(面状分布と深さ分布)に得られる。尚、同図のX軸の数値は、反射板120のX方向への回動角度であり、Y軸の数値は反射板120のY方向への回動角度であり、各プロットは、X方向にある角度で回動させ、Y方向にある角度で回動させたときの装入物表面までの距離を示している。例えば、プロットPは、反射板120をX方向に−24°、Y方向に−20°回動させてマイクロ波またはミリ波を炉内に送信したときに得られた挿入物までの距離をしており、反射位置と、その位置での深さの情報が得られる。そして、このようなプロットがX方向及びY方向に連続して得られ、装入物の表面プロフィールを3次元的に得ることができ、それを基に炉心より放射状のプロフィールに変換して、円周バランスが見やすいようなプロフィールを作成することができる。また、反射板120のX方向及びY方向への回動角度を増すことにより、X方向及びY方向の計測範囲を延長することもできる。
[0061]
ここで、Y方向の0°を挟んで上下6種類の角度に対応するライン状のプロフィールは、円周バランスがとれている場合は全て同一となる。そのため、これらのプロフィールに差が出た時に、円周バランスが取れていないことを判断することができ、例えば異常警報を発することができる。また、Y方向0°のプロフィール(ラインL)を「基準プロフィール」とし、それと異なるプロフィールが発現したときに異常と判断することもできる。
[0062]
また、上記の反射板120をY方向にも回動させる方式の測定装置100を用いて、図10に示すように、炉内を扇状に走査することもできる。図11はその結果を示す概略図である。扇状に走査するために、反射板120を、炉心(X=−24°、Y=0°)から徐々にX方向への回動角度を増すとともに、Y方向にも回動角度を増やす。この場合も、円周バランスがとれている場合は、全てのプロフィールが同一になるが、これらのプロフィールに差が出た時に、異常警報を発することができる。
[0063]
図1や図9、図11に示したように、装入物は炉の中心に向かって徐々に深くなるように堆積され、理想的には各部での傾斜の傾き具合が同一になる。しかし、各部での傾き具合が異なるため、図9や図11に示す表面プロフィールを基に、上記した警報による報知に加えて、各部での傾き具合が同じになるようにシュータ10の旋回速度を変えるなどして鉄鉱石7aまたはコークス7bの供給量を調整する。
[0064]
尚、図1〜4に示す測定装置100のように、反射板120をX方向のみに回動させる場合は、図9や図11に示すY=0°に示すラインLのように、X方向の表面プロフィールが線状に得られるだけであり、Y方向に回動させた時に得られる他のラインの傾き具合との比較ができない。これに対し、上記のように表面プロフィールを3次元的に測定することにより、鉄鉱石7aやコークス7bを理論プロフィールにより近づけて堆積することができ、より良好な状態で高炉の操業が可能になる。
[0065]
また、シュータ10による表面プロフィールの修正制御と、羽口に供給する微粉炭供給装置の制御とを相関的に行えば、炉内に供給するコークス量を必要最低にでき、従来よりも消費量を削減することができる。
[0066]
上記したような測定装置100の構成上の変更に加えて、検出波を、電界の向きが時計回りまたは反時計回りの一方向に回転する回転波を用いることが好ましい。鉄鉱石7aやコークス7bの表面で反射した検出波は、高炉6の開口部6aの壁面60で反射されることがあり(R´)、正確な測定を阻害する。回転波は、反射により回転方向が反転する性質があるため、鉄鉱石やコークスCの表面のみで反射された検出波(R)と、開口部6aの壁面60で更に反射された検出波(R´)とでは、反射の回数が異なるため、受信した検出波を、その電界の回転方向で区別することができる。
[0067]
即ち、例えば時計回りの回転波を送信すると、反射板120で反射されて反時計回りの回転波となって鉄鉱石7aやコークス7bに入射し、その反射波は時計回りの回転波となり、反射板120で反射されて反時計回りの回転波となって受信される。一方、開口部6aの壁面60で反射された場合には、鉄鉱石7aやコークス7bの表面で反射された時計回りの回転波が開口部6aの壁面60で反射された際に反時計回りの回転波となり、反射板120で反射されて時計回りの回転波となって受信される。従って、反時計回りの回転波のみを受信することにより、開口部6aの壁面60で反射された回転波(R´)を排除することができ、正確な測定を実現できる。
[0068]
尚、回転波を生成するには、公知の方法で構わず、例えば導波管112の内壁に誘電材料からなる90°位相板を装着すればよい。
[0069]
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2014年3月4日出願の日本特許出願(特願2014−41909)及び2014年7月24日出願の日本特許出願(特願2014−150765)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Industrial Applicability

[0070]
本発明は、高炉に挿入され、堆積した鉄鉱石やコーススの表面プロフィールを正確に、かつ、迅速に測定することができ、より良好な高炉の操業を可能にする。

Reference Signs List

[0071]
6 高炉
7a 鉄鉱石
7b コークス
10 シュータ
100 測定装置
110 送受信手段
111 アンテナ
112 導波管
115 連結部材
117 支持部材
120 反射板
121 支軸
122 取付片
125 シリンダ
126 ピストンロッド
127 棒状部材
130 モータ
131 モータ側ギア
132 導波管側ギア
140 フィルタ
145 非通気性隔壁
150 耐圧容器
151、151a ガス供給口
152 連結部
170 カバー

Claims

[1]
高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に配設され、反射面が開口部側に向けて傾斜した反射板と、反射板の反射面と対向配置されるアンテナと、アンテナと検出波送受信手段とを連結する導波管とを備え、アンテナからの検出波を反射板の反射面で反射して開口部を通じて炉内に入射させ、炉内の装入物で反射された検出波を、開口部を通じて反射板の反射面に入射させてアンテナに送り、検出波送受信手段で検波して装入物の表面までの距離や表面プロフィールを検出する装置において、
導波管を、該導波管の軸線を中心に所定角度で回動させる導波管回動手段を備え、
アンテナと反射板とを連結部材により連結し、導波管回動手段によるアンテナの回動とともに反射板を導波管の軸線を中心に回動させることを特徴とする高炉内装入物の表面検出装置。
[2]
反射面を所定の角度でアンテナ側及び反アンテナ側に傾斜させる反射板回動手段を備え、反射板回動手段と導波管回動手段とにより検出波を2次元的に走査することを特徴とする請求項1記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[3]
反射板回動手段が、反射板の裏面において、導波管の軸線上に設置され たシリンダと、シリンダにより駆動され、導波管の軸線上でアンテナ側または反アンテナ側に直線移動するピストンロッドとを備え、シリンダとピストンロッドとが、導波管と一体に回動することを特徴とする請求項2記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[4]
反射板の直径両端に支軸が取り付けられ、 前記連結部材 が更に反射板側に延出する支持部材 を備えており、反射板が、支軸を介して支持部材に支持され、かつ、支軸を中心に回動 可能であるとともに、
反射板回動手段が 更に、一端がピストンロッドの先端に取り付けられ、他端が反射板の裏面 支軸よりも水平位置にて上方または下方にずらして取り付けられた棒状部 材を備えるとともに、ピストンロッドにより、棒状部材の他端と反射板の裏面との取り付け部分をアンテナ側または反アンテナ側に向かって移動させることを特徴とする請求項2または3記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[5]
アンテナがホーンアンテナであり、反射板の反射面が、アンテナのアンテナ面とは反対側に凸状に湾曲した凹面であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[6]
アンテナがレンズ付ホーンアンテナであり、反射板の反射面が平面であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[7]
アンテナの開口を耐熱材料からなる非通気性の隔壁で覆うことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[8]
非通気性の隔壁の反射板側の前面に耐熱材料からなるフィルタが配置されていることを特徴とする請求項7記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[9]
反射板の反射面に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[10]
非測定時に、導波管とともに反射板を180°回動し、反射板の裏面を高炉の開口部と対向させることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
[11]
シュータにより、鉄鉱石やコークス等の装入物を高炉の内部に装入し、堆積させる方法であって、
請求項1〜10の何れか1項に記載の表面検出装置を備えるとともに、
検出波により装入物の表面を走査する送受信作業を、シュータの1旋回内もしくは所定旋回回数内に完了し、
シュータの旋回中または所定旋回毎に、装入物の表面プロフィールを測定しながら装入物を装入することを特徴とする高炉内への装入物の装入及び堆積方法。
[12]
表面プロフィールを基に装入物の堆積プロフィールを求め、予め求めた理論堆積プロフィールと比較し、理論堆積プロフィールからの誤差を修正するようにシュータを制御して新たな装入物を装入することを特徴とする請求項11記載の高炉への装入物の装入及び堆積方法。
[13]
請求項11または12に記載の方法により高炉内に装入物を装入し、堆積させて高炉を操業することを特徴とする高炉の操業方法。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6]

[ Fig. 7]

[ Fig. 8]

[ Fig. 9]

[ Fig. 10]

[ Fig. 11]

[ Fig. 12]