JP5250646B2 - 溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システム - Google Patents

Description

本発明は、溶鉱炉の装入レベルの測定システム、より具体的には、溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システム（resident measurement system）に関する。

装入レベルプロファイルは、溶鉱炉運転において非常に重要な条件であり、合理的な炉ガス分布を得るために装入物分布モードを変更することは、費用効率を最も上げるだけでなく有益な方法である。的確な装入物分布モードは、例えばガスの利用を高め、炉壁の熱負荷を減少することによって製造プロセスを促進することができるので、生産高、炉の寿命、および燃料比に影響を及ぼす最も重要な要素の１つである。しかし、従来技術では、溶鉱炉は、炉上部の放熱、圧力、および塵埃環境の影響を受け易いので、生産時にその装入レベルプロファイルを測定することは簡単ではない。溶鉱炉の運転時、適切な装入物分布モードを介して炉ガス分布を制御するために必要な装入レベル形状を形成することが、溶鉱炉を安定化させかつ生産効率を増加するための主な手段であり、それ故に、オンラインの装入レベルを連続的に測定する必要がある。

土木工学および建設測定、史跡保存、および石油化学設備のパイプライン計画の場合におけるように、大規模な対象物の表面測定には、通常、レーザ距離測定が適用される。溶鉱炉に適用される測定機器はさらに設計上多くの制限を有する。溶鉱炉内の一酸化炭素および塵埃の濃度が非常に高いので、有毒ガスが漏洩する、また、塵埃によって機器が汚染されることを防止するために、設計上開口を小さくするのが有利であり、このことも設計および適用を困難にする。既存の市販の光学スキャン機器によって通常採用されている機構は、すべて回転式機構を有する反射型ミラーを使用してスキャン動作を発生している。しかし、市販のスキャナは多くが汎用デバイスであり、測定を実行するためにオープンスペースに配置され、高温、高濃度の塵埃、および高湿といった周囲環境における特定の干渉に耐えるように設計されていない。さらに、溶鉱炉用のスキャナの開口は、高温、塵埃、および腐食性ガスによる損傷を回避するために可能な限り小さくされる必要があり、これにより、一般的な市販の光学スキャナが溶鉱炉内で装入レベル測定を行うことが不可能である。

したがって、溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムを提供することが必要である。

本発明は、溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムを提供する。この常駐測定システムは、溶鉱炉の上部における炉側壁の開口に配置される。測定システムは、チャンバ、サーボシステム、距離測定ユニット、および冷却‐清掃ユニットを含む。チャンバは炉壁と組み合わされかつ開口を覆い、またチャンバはピボット孔を有する。サーボシステムは、チャンバ内に配置され、電源デバイス、伝達要素、および可動ブリッジアセンブリを含み、電源デバイスは伝達要素を駆動し、可動ブリッジアセンブリは伝達要素によって駆動されて伝達要素に従って第１の方向における動作を行い、可動ブリッジアセンブリはスライドロッド、中空スライドシート、および接続ロッドを含み、前記スライドロッドは、前記中空スライドシートを貫いており、中空スライドシートはスライドロッドに対して回転し、接続ロッドの一端は中空スライドシートに接続される。距離測定ユニットは、ピボットを有し、ピボットはピボット孔において軸動可能に配置されかつ開口内に置かれる。距離測定ユニットは接続ロッドのもう一端に接続されかつ接続ロッドによって駆動されて動作の支点としてのピボットに対して揺動し、それにより装入レベルの位置および形状をスキャンおよび測定する。冷却‐清掃ユニットは、距離測定ユニットに接続されかつ高圧ガスを供給するために用いられ、高圧ガスは距離測定ユニットを介して溶鉱炉内に導入される。

本発明の測定システムは寸法が小さいので、測定システムを収容するために溶鉱炉の炉壁には小さい寸法の開口だけでよい（実際には約０．４メートルの直径を有する開口が十分であるが、従来技術では１．２メートル超の直径を有する開口が必要とされる）。さらに、冷却‐清掃ユニットは高圧ガスを用いて距離測定ユニットを冷却および洗浄し、それにより本発明による溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムは、溶鉱炉内の高温、高濃度の塵埃、および強腐食性環境の影響を受けることなく、溶鉱炉内の装入レベルをスキャンし、スキャンされた装入レベル情報を２次元装入レベルモードに確立し、かつ、測定された装入レベルプロファイルを、データ伝送デバイスを介してマン‐マシン操作デバイスに転送し、それによりリアルタイムで装入レベルプロファイル分布状況を得ることができる。測定システムはさらに、操作者に対して装入物分布の各バッチの装入レベル結果を確認し、それにより装入物分布モードを迅速に修正し、その一方でデータベースは、各装入物分布の装入レベル結果を記録することができる。

さらに、冷却‐清掃ユニットは距離測定ユニットの測定オリフィスを洗浄することができるので、測定オリフィスが塵埃汚染物質によって覆われるかまたは溶鉱炉内の塵埃スラグによって詰まることが回避され、それにより距離測定デバイスの測定路に影響を及ぼすことまたは塞ぐことを回避することができる。さらに、本発明の検出弁はチャンバ内の有毒ガスを検出し、それにより保守管理作業員の安全を確保することができる。

図１は、本発明に従って溶鉱炉に適用される、溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムの概略図である。 図２は、本発明に従って溶鉱炉開口と組み合わされる溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムの部分概略図である。 図３は、本発明による溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムのサーボシステムおよび距離測定ユニットの構成の概略図である。 図４は、本発明による冷却‐清掃ユニットおよび距離測定ユニットの構成の概略図である。

図１は、本発明に従って溶鉱炉に適用される、溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムの概略図である。図１に示すように、溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システム１は、溶鉱炉２と組み合わされる。溶鉱炉２の上部にある炉側壁は開口２１を有し、装入レベル３とは、溶鉱炉２内で鉄鉱石４およびコークス５が剥離されて積層された後に形成される上面である。

図２は、本発明に従って溶鉱炉開口と組み合わされる溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムの部分概略図である。図３は、本発明による溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムのサーボシステムおよび距離測定ユニットの構成の概略図である。図４は、本発明による冷却‐清掃ユニットおよび距離測定ユニットの構成の概略図である。図１〜図４に示すように、本実施形態では、測定システム１は、チャンバ１１、サーボシステム１２、距離測定ユニット１３、冷却‐清掃ユニット１４、およびデータ処理‐制御ユニット１５を含む。チャンバ１１は、炉壁と組み合わされて（例えばネジ留めされて）開口２１を覆い、チャンバ１１の一部が開口２１内に置かれ、また、チャンバ１１はピボット孔１１０を有する。好適には、チャンバ１１はハウジング１１１および蓋１１２を含み、蓋１１２およびハウジング１１１は、チャンバ１１内の要素の保守管理および交換の便宜上、可動に組み合わされたり取り外されたりする。本実施形態では、蓋１１２はハウジング１１１の上に取り付けられて、それにより密封チャンバ１１を形成する。

図２および図３に示すように、サーボシステム１２は、チャンバ１１内に配置される。本実施形態では、サーボシステム１２は、電源デバイス１２１、伝達要素１２２、および可動ブリッジアセンブリ１２３を含む。電源デバイス１２１は、伝達要素１２２を駆動し、可動ブリッジアセンブリ１２３は、伝達要素１２２によって駆動されて、第１の方向（図３の紙面に垂直な方向）における動作を行う。可動ブリッジアセンブリ１２３はスライドロッド１２３１、中空スライドシート１２３２、および接続ロッド１２３３を含む。スライドロッド１２３１は、中空スライドシート１２３２を貫通している。中空スライドシート１２３２は、スライドロッド１２３１に対して回転可能であり、接続ロッド１２３３の一端は中空スライドシート１２３２に接続される。接続ロッド１２３３は、中空スライドシート１２３２および距離測定ユニット１３と共に移動可能に軸動する。

好適には、電源デバイス１２１はサーボモータであり、伝達要素１２２はネジロッドであり、可動ブリッジアセンブリ１２３は、内側ネジ山付きの可動ブロック１２３４を含んでよく、この内側ネジ山はネジロッドのねじ山と合わされる。

本実施形態では、距離測定ユニット１３は、ピボット１３１、測定オリフィス１３２、距離測定デバイス１３３、接続要素１３４、およびチャネル要素１３５を有する。ピボット１３１はピボット孔１１０において軸動可能に配置され、かつ、開口２１内に置かれ、かつ、貫通孔１３６を有する。距離測定ユニット１３は、接続ロッド１２３３のもう一端に接続され、接続ロッド１２３３によって駆動されて、動作の支点としてのピボット１３１に対して揺動し、それにより装入レベル３の位置および形状をスキャンおよび測定する。図３を例として取ると、接続ロッド１２３３は、中空スライドシート１２３２および距離測定ユニット１３に対して移動可能に軸動するので、可動ブロック１２３４が紙面の外側方向に移動すると、中空スライドシート１２３２は、紙面の内側方向に向けてスライドロッド１２３１及び接続ロッド１２３３に対して回転し、ピボット１３１の上方にある距離測定ユニット１３の一部が紙面の外側方向に向けて揺動し、その一方でピボット１３１の下方にある距離測定ユニット１３の一部が紙面の内側方向に向けて揺動し、それにより距離測定ユニット１３は、動作の支点としてのピボット１３１に対して揺動し、それにより装入レベルをスキャンおよび測定する。

可動ブリッジアセンブリ１２３と距離測定ユニット１３との接続および協働を介して、本発明による溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システム１は、小さい動作空間において広いスキャン角を達成することができる。

接続要素１３４は距離測定デバイス１３３に接続され、また、接続要素１３４は入力端１３７を有する。チャネル要素１３５は、ピボット１３１を通り、距離測定デバイス１３の接続要素１３４に接続され、また、測定オリフィス１３２はここではチャネル要素１３５の開口であり、溶鉱炉２内にある。

本実施形態では、間隙１３８が、チャネル要素１３５とピボット１３１との間に存在する。距離測定デバイス１３３は、チャネル要素１３５を介して装入レベル３をスキャンおよび測定する。様々な測定の要求に合うように、距離測定デバイス１３３は、レーザ距離測定デバイス、マイクロ波距離測定デバイス、または超音波距離測定デバイスであってよい。

図１〜図４に示すように、冷却‐清掃ユニット１４は、距離測定ユニット１３に接続されて高圧ガスを供給するように用いられ、この高圧ガスは、ピボット１３１またはチャネル要素１３５を介して溶鉱炉２内に導入される。本実施形態では、冷却‐清掃ユニット１４は、ガス注入口弁開口１４１、フィルタ１４２、減圧弁１４３、絞り弁１４４、一方通行弁１４５、清掃弁１４６、逆止め弁１４７、洗浄弁１４８、および検出弁１４９を含む。ガス注入口弁開口１４１および検出弁１４９は、チャンバ１１の外側に配置され、フィルタ１４２、減圧弁１４３、絞り弁１４４、一方通行弁１４５、清掃弁１４６、逆止め弁１４７、および洗浄弁１４８は、チャンバ１１内に配置される。

高圧ガスは、ガス注入口弁開口１４１内に導入されてフィルタ１４２に入り、フィルタ１４２は高圧ガス内の不純物を除去するように用いられる。次に、高圧ガスは減圧弁１４３に入り、減圧弁１４３は高圧ガスの圧力を減少および制御するように用いられる。次に、高圧ガスは絞り弁１４４に入り、絞り弁１４４は一方通行弁１４５に入るガスの流量を制御するように用いられる。次に、高圧ガスは一方通行弁１４５（本実施形態では３方弁）に入り、一方通行弁１４５は、チャンバ１１またはピボット１３１に入り、次に溶鉱炉２内に導入される高圧ガスを制御するように用いられる。

チャンバ１１が閉じられると、一方通行弁１４５は、チャンバ１１に入り、逆止め弁１４７および清掃弁１４６を介して入力端１３７内に導入され、次に、接続要素１３４、チャネル要素１３５、および測定オリフィス１３２を通過して溶鉱炉２内に入る高圧ガスを制御する。さらに、接続要素１３４を通過する高圧ガスは、チャネル要素１３５とピボット１３１との間の間隙を介して溶鉱炉２内に導入されることもでき、それによりチャネル要素１３５を冷却する。チャンバ１１が保守管理のために開けられると、一方通行弁１４５は、高圧ガスが管通路１４０を介して貫通孔１３６を直接通過し、次にピボット１３１、測定オリフィス１３２を通過し、溶鉱炉２に入るように切り替えられ、それにより、チャンバ１１が開けられた場合に溶鉱炉２内の正圧を有する有毒ガスが逆流することを防止する。

清掃弁１４６を用いて、チャンバ１１から逆止め弁１４７を通過する高圧ガスを距離測定ユニット１３に噴霧できるようにし、それにより、距離測定ユニット１３が溶鉱炉２内の塵埃汚染物質によって覆われることを防止する。洗浄弁１４８は、ピボット１３１の貫通孔１３６と連通しており、測定オリフィス１３２が、長時間に及ぶ使用の結果、溶鉱炉２内の塵埃スラグによって塞がれる場合、溶鉱炉２の運転停止時に洗浄を行うことができる。例えば、洗浄弁１４８を介して貫通孔１３６に軟性ロッドを入れて、測定オリフィス１３２の塵埃スラグをかき出すことができる。

本実施形態では、検出弁１４９は、チャンバ１１の１つの側壁を介して挿入され、チャンバ１１内のガスの種類（それが有毒であるか否か）を検出するように用いられる。検出弁１４９は、溶鉱炉２の炉運転停止後、保守管理のためにチャンバ１１が開けられる前、保守管理作業員がチャンバ１１内のガスを少量排出させてチャンバ１１内に有毒なガスが存在するか否かを判断し、それによりチャンバ１１を早く開け過ぎることで被る損害を回避することができるように設けられる。

データ処理‐制御ユニット１５を用いて、距離測定ユニット１３を制御して装入レベル３を測定し、かつ、距離測定ユニット１３によって検出された装入レベル情報を（例えば二次元装入レベルモードを確立するために）処理する。本実施形態では、データ処理‐制御ユニット１５は、データ処理デバイス１５１、データ伝送デバイス１５２、マン‐マシン操作デバイス１５３、およびデータベース１５４を含む。データ処理デバイス１５１を用いて、距離測定デバイス１３からの装入レベル情報（有線または無線方法で伝送される）を座標情報に変換し、データ伝送デバイス１５２は座標情報をマン‐マシン操作デバイス１５３（例えばコンピュータ）に（有線または無線方法で）伝送し、マン‐マシン操作デバイス１５３は、距離測定ユニット１３を制御して装入レベル３を測定しかつ装入レベル３の測定結果をモニタリングし、また、（有線または無線伝送方法でデータを受信する）データベース１５４を用いて装入レベル３の測定結果を記憶する。

本発明による溶鉱炉装入レベルの測定システム１では、制御モードには自動測定モードと手動測定モードが含まれることを強調したい。自動測定モードでは、マン‐マシン操作デバイス１５３によって供給されるフィード（鉄鉱石４およびコークス５）情報が装入レベル測定のトリガ信号として用いられ、それにより装入レベル測定ステップを自動的に実行する。手動測定モードでは、操作者が、溶鉱炉装入レベル測定システム１に１回の装入レベルプロファイル測定を実行するようにトリガさせる必要があると考える場合に、マン‐マシン操作デバイス１５３を介して強制トリガリングを実行することができ、それにより１回の装入レベル測定ステップを実行する。

本発明の測定システム１は寸法が小さいので、測定システム１を収容するために溶鉱炉２の炉壁には小さい寸法の開口２１だけでよい（実際にはわずか０．４メートルほどの直径を有する開口が十分であるが、その一方で、従来技術では１．２メートル超の直径を有する開口が必要とされる）。さらに、冷却‐清掃ユニット１４は高圧ガスを用いて距離測定ユニット１３を冷却および洗浄することができるので、本発明による溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システム１は、溶鉱炉２内の高温、高濃度の塵埃、および強腐食性環境の影響を受けることなく、溶鉱炉２内の装入レベル３をスキャンし、スキャンされた装入レベル情報を２次元装入レベルモードに確立し、および、測定された装入レベルプロファイルを、データ伝送デバイス１５２を介してマン‐マシン操作デバイス１５３に転送し、それによりリアルタイムで装入レベルプロファイル分布状況を得ることができる。測定システムはさらに、操作者に対して装入物分布の各バッチの装入レベル結果を確認することもでき、それにより装入物分布モードを迅速に修正し、その一方でデータベース１５４は、各装入物分布の装入レベル結果を記録する。

さらに、冷却‐清掃ユニット１４は距離測定ユニット１３の測定オリフィス１３２を洗浄することができるので、測定オリフィス１３２が塵埃汚染物質によって覆われる、または溶鉱炉２内の塵埃スラグによって詰まることを回避することができ、それにより距離測定デバイス１３３の測定路に影響を及ぼすことまたは塞ぐことを回避する。さらに、本発明の検出弁１４９はチャンバ１１内の有毒ガスを検出することができ、それにより保守管理作業員の安全を確保する。

本発明の実施形態を例示し説明したが、当業者によって様々な修正および改良を行いうる。したがって、本発明の実施形態は例示的な意味で説明したのであって限定的な意味で説明したものではない。本発明は、例示した特定の形態に限定されず、また、本発明の精神および範囲を維持するあらゆる修正は、添付の請求項に定義される範囲内にあることを意図するものである。

Claims (14)

1. 溶鉱炉の上部における炉側壁の開口に配置される、前記溶鉱炉の装入レベルの常駐測定システムであって、
   前記炉側壁と組み合わされかつ前記開口を覆うチャンバであって、ピボット孔を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、電源デバイス、伝達要素、および可動ブリッジアセンブリを含むサーボシステムであって、前記電源デバイスは前記伝達要素を駆動し、前記可動ブリッジアセンブリは前記伝達要素によって駆動されて前記伝達要素に従って第１の方向における動作を行い、前記可動ブリッジアセンブリはスライドロッド、スライドシート、および接続ロッドを含み、前記スライドロッドは、前記中空スライドシートを貫いており、前記中空スライドシートは前記スライドロッドに対して回転可能であり、前記接続ロッドの一端は前記中空スライドシートに接続される、サーボシステムと、
   ピボットを有する距離測定ユニットであって、前記ピボットは前記ピボット孔において軸動可能に配置されかつ前記開口内に置かれ、前記距離測定ユニットは前記接続ロッドのもう一端に接続されかつ前記接続ロッドによって駆動されて動作の支点としての前記ピボットに対して揺動し、それにより前記装入レベルの位置および形状をスキャンおよび測定する、距離測定ユニットと、
   高圧ガスを供給するために前記距離測定ユニットに接続される冷却‐清掃ユニットであって、前記高圧ガスは前記距離測定ユニットを介して前記溶鉱炉内に導入される、冷却‐清掃ユニットと、
   を含む、測定システム。
2. 前記チャンバは、ハウジングおよび蓋を有し、前記蓋は、前記ハウジング上に取り付けられてチャンバを形成し、前記蓋および前記ハウジングは、可動に組み合わされるまたは取り外される、請求項１に記載の測定システム。
3. 前記電源デバイスはサーボモータである、請求項１に記載の測定システム。
4. 前記伝達要素はネジロッドであり、前記可動ブリッジアセンブリは内側ネジ山付きの可動ブロックをさらに含み、前記内側ネジ山は前記ネジロッドのネジ山と合う、請求項１に記載の測定システム。
5. 前記接続ロッドは、前記中空スライドシートおよび前記距離測定ユニットに対して移動可能に軸動する、請求項１に記載の測定システム。
6. 前記距離測定ユニットは、距離測定デバイスおよびチャネル要素をさらに含み、前記チャネル要素は前記ピボットを通過しかつ前記距離測定デバイスに接続される、請求項１に記載の測定システム。
7. 前記距離測定デバイスは、レーザ距離測定デバイス、マイクロ波距離測定デバイス、または超音波距離測定デバイスである、請求項６に記載の測定システム。
8. 前記距離測定ユニットは接続要素をさらに含み、前記接続要素は前記距離測定デバイスおよび前記チャネル要素に接続されかつ入力端を有し、前記ピボットは貫通孔を有し、前記冷却‐清掃ユニットは、ガス注入口弁開口、フィルタ、減圧弁、一方通行弁、清掃弁、および逆止め弁をさらに含み、前記ガス注入口弁開口は前記チャンバ外に配置され、前記フィルタ、前記減圧弁、前記一方通行弁、前記清掃弁、および前記逆止め弁は前記チャンバ内に配置され、前記高圧ガスは前記ガス注入口弁開口を介して入り、前記フィルタ、前記減圧弁、および前記一方通行弁を連続して通過し、前記チャンバに入り、前記逆止め弁および前記清掃弁を通過し、前記入力端内に導入され、それにより前記チャネル要素を介して前記溶鉱炉に入るか、または、前記高圧ガスは前記貫通孔を介して前記ピボットを直接通過し、前記溶鉱炉に入る、請求項６に記載の測定システム。
9. 前記冷却‐清掃ユニットは、前記減圧弁と前記一方通行弁との間に配置される絞り弁をさらに含む、請求項８に記載の測定システム。
10. 前記冷却‐清掃ユニットは、前記貫通孔と連通する洗浄弁をさらに含む、請求項８に記載の測定システム。
11. 前記冷却‐清掃ユニットは、前記チャンバの側壁を介して挿入され、前記チャンバ内のガスの種類を検出するように用いられる検出弁をさらに含む、請求項８に記載の測定システム。
12. 前記装入レベルを測定するように前記距離測定ユニットを制御し、前記距離測定ユニットによって検出された装入レベル情報を処理するためのデータ処理‐制御ユニットをさらに含む、請求項１に記載の測定システム。
13. 前記データ処理‐制御ユニットは、データ処理デバイス、データ伝送デバイス、およびマン‐マシン操作デバイスをさらに含み、前記データ処理デバイスは前記距離測定デバイスからの前記装入レベル情報を座標情報に変換するように用いられ、前記データ伝送デバイスは前記座標情報を前記マン‐マシン操作デバイスに伝送し、前記マン‐マシン操作デバイスは前記装入レベルの前記距離測定ユニットを制御しかつ前記装入レベル測定結果をモニタリングする、請求項１２に記載の測定システム。
14. 前記データ処理‐制御ユニットは、前記装入レベル測定結果を記憶するためのデータベースをさらに含む、請求項１３に記載の測定システム。