JP6595265B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波等の検出波を高炉内に送信し、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受信して、装入物の表面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の堆積プロフィールを制御する技術に関する。

高炉では、炉内に装入された鉄鉱石やコークスの表面プロフィールを検出するために、鉄鉱石やコークスの表面に検出波を送信し（送信波）、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。

表面検出装置として、例えば特許文献１では、図９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、高炉６の軸線４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。装入物７の堆積状態は、図示されるように、高炉６の軸線４上が最も深く、炉壁５に向かって徐々に浅くなる逆釣鐘状を呈しており、走査位置毎に装入物７までの距離を測定することにより、装入物７の表面プロフィールを線状（２次元的）に検出することができる。

しかし、特許文献１の検出装置では、ランス１を平行移動するだけであるから、装入物７の表面プロフィールを線状にしか検出できない。また、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。更には、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、図１０に示すように、高炉６の炉頂付近に設けた開口部６ａの直上に反射板１２０を配設し、反射板１２０と対向してアンテナ１１１を配設し、送受信手段１１０からの検出波Ｍをアンテナ１１１から送信して反射板１２０で反射して炉内に送り、炉内の装入物７（鉄鉱石７ａやコークス７ｂ）で反射された反射波を反射板１２０で反射して送受信手段１１０に送るとともに、反射板１２０に取り付けた角度可変機構（図示せず）により反射板１２０を互いに直交する２方向に回動させることにより、送信波を装入物７の表面を面状に走査させて、表面プロフィールを３次元的に検知する表面検出装置１００を提案している。

ところで、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（図９の符号８）やシュータ（図１０の符号１０）動作を制御している。

そのため、表面プロフィールの測定をより正確に、かつ、迅速に行い、理論堆積プロフィールにより近くなるように装入作業を行うことが要求される。しかし、特許文献１の検出装置では、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。更には、表面プロフィールを線状にしか検知できない。そのため、理論堆積プロフィールとの乖離が大きくなっている。

また、特許文献２の表面検出装置も、角度可変機構において反射板１２０を２方向に回動させるため、装置構成及びその制御が複雑であり、回動動作の高速化に改善の余地がある。しかも、図１０に示すように、表面検出装置１００は、シュータ１０を避けるために、高炉６の軸線Ｃからある程度離れて設置される。そのため、図示されるように、検出波Ｍは装入物７に対して斜め上方から送信され、炉頂から装入物７の表面を見ると、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、検出波Ｍは装入物７の表面では楕円状（点線）に走査する。そのため、同図（Ａ）に示すように、楕円の外側に走査されない領域Ａ（ハッチングで示す）が発生する。また、装入物７の全面を走査しようとすると、同図（Ｂ）に示すように、走査範囲（点線で示す）が装入物７よりも楕円状に広くなり、無駄なサンプリング領域Ｂ（ハッチングで示す）が発生して走査時間を浪費している。

図１２に示すように、例えば鉄鉱石７ａを装入する場合、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て新たな堆積プロフィールＰ１となる。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、堆積プロフィールＰ２となる。このようなシュータ１０の旋回ごとに堆積プロフィールは変化するため、より迅速な走査を行って理論堆積プロフィールと比較し、理論堆積プロフィールにより近づけるようにシュータ１０の旋回様式を制御することが望まれる。

特開平７−３４１０７号公報 特許第５３９１４５８号公報

そこで本発明は、装入物の表面プロフィールを面状に検出する表面検出装置において、送信波を２次元的に走査するための反射板の角度可変機構を簡素化するとともに、表面プロフィールをより正確に、かつ、迅速に測定することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記に示す高炉における装入物の表面検出装置を提供する。
（１）高炉に設けた開口部を通じて、送受信手段からの検出波を炉内に送信し、炉内の装入物の表面で反射された検出波を、開口部を通じて送受信手段に送り、送受信手段にて受信する走査を行って装入物の表面プロフィールを検出する装入物の表面検出装置において、
一端が送受信手段に接続し、他端にアンテナが取り付けられた導波管と、
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と、
高炉の開口部の直上に、アンテナと対向して配置される反射板と、
反射板の反射面の傾斜角度を制御する反射板傾斜手段とを備え、
導波管回動手段をある回動角度にて固定し、反射板の反射面の傾斜角度を変えて走査して装入物の表面の直径を測定し、測定した直径に相当する反射面の傾斜角度の範囲を設定し、
導波管回動手段と反射板傾斜手段とを連動させて、導波管の回動とともに反射板を回動させるとともに、反射面を所定角度でアンテナ側または反アンテナ側に傾斜させ、
装入物の表面を、高炉の軸線を中心に同心円状または螺旋状に走査することを特徴とする装入物の表面検出装置。
（２）高炉に設けた開口部を通じて、送受信手段からの検出波を炉内に送信し、炉内の装入物の表面で反射された検出波を、開口部を通じて送受信手段に送り、送受信手段にて受信する走査を行って装入物の表面プロフィールを検出する装入物の表面検出装置において、
一端が送受信手段に接続し、他端にアンテナが取り付けられた導波管と、
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と、
高炉の開口部の直上に、アンテナと対向して配置される反射板と、
アンテナと、反射板の直径両端に突設した支軸とを連結する連結部材と、
反射板の反射面の傾斜角度を制御する反射板傾斜手段とを備え、
導波管回動手段をある回動角度にて固定し、反射板の反射面の傾斜角度を変えて走査して装入物の表面の直径を測定し、測定した直径に相当する反射面の傾斜角度の範囲を設定し、
導波管回動手段と反射板傾斜手段とを連動させて、導波管の回動とともに反射板を回動させるとともに、反射面を所定角度でアンテナ側または反アンテナ側に傾斜させ、
装入物の表面を、装入物の直径に相当する最長の線分を中心とし、最長の線分から離れるほど徐々に短くなる線分を平行に、かつ、各線分の両端同士を連結したときにほぼ円を描くように配置した軌跡に沿って走査することを特徴とする装入物の表面検出装置。
（３）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）または（２）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て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。
（４）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（３）記載の高炉への装入物の装入及び堆積方法。
（５）上記（３）または（４）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。

本発明の表面検出装置において、反射板の角度可変機構は、導波管回動手段によりアンテナとともに反射板を回動させ、反射板のアンテナ側または高炉の開口部側への傾斜を別機構（反射板傾斜手段）で行う。そのため、特許文献２のように反射板を２方向に回動させる方式に比べて回動させるための装置や制御が大幅に簡素化されている。また、装入物の表面を、高炉の軸受を中心に同心円状、螺旋状または線状に走査するため、装入物の全表面を過不足なく走査することができ、より正確で、迅速な走査が可能になる。

そして、本発明の表面検出装置を用いることにより、シュータが一回転する間にも装入物の表面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より合致するように装入して最適な高炉操業を可能にする。

本発明の表面検出装置を示す断面図である。 図１に示した表面検出装置の詳細を示す断面図である。 図１または図２に示した表面検出装置の反射板傾斜手段について、反射板の裏面側を示す上面図である。 本発明の表面検出装置における第１の走査方法を説明するための図である。 第１の走査方法において、反射板の回動角度を計算から求める方法について説明するための図である。 本発明の表面検出装置における第２の走査方法を説明するための図である。 第２の走査方法において、導波管及び反射板の回動方法を説明するための図である。 本発明の表面検出装置における第３の走査方法を説明するための図である。 特許文献１に記載の表面検出装置を示す断面図である。 特許文献２に記載の表面検出装置を示す断面図である。 特許文献２に記載の表面検出装置による走査範囲を示す模式図である。 鉄鉱石の堆積プロフィールを説明するための図である、

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の表面検出装置を示す図であり、図１０に従い高炉６の断面に沿って示している。また、図２は図１に示した表面検出装置の詳細を示す断面図であり、図３は反射板傾斜手段について反射板の裏面側の構成を示す上面図である。

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表面検出装置１００が、シュータ１０の回転を避けるために、炉頂から側壁に連続する傾斜部に設けられた開口部６ａに接続して炉外に設置される。

表面検出装置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、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。

導波管１１２は、図中に矢印Ｘで示すように、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。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。

反射板１２０の直径両端には、ピン状の支軸１２１，１２１が突出して設けられている。また、アンテナ１１１の開口周縁のフランジ１１１ａには筒状の連結部材１１５が取り付けられており、連結部材１１５から一対の支持部材１１７，１１７が導波管１１２の軸線と同一の水平位置にて反射板側に延出している。そして、支持部材１１７，１１７に反射板１２０の支軸１２１，１２１が支持される。これにより、図中に矢印Ｙで示すように、反射板１２０の反射面１２０ａが、支軸１２１，１２１を中心にしてアンテナ側または開口部側に自在に回動する。また、導波管回動手段により導波管１１２の回動と同方向（矢印Ｘ方向）に回動する。

また、反射板１２０の裏面（反射板１２０ａとは反対側の面）には、反射面１２０ａの中心部、またはその上下位置に取付片１２２が設けられており、取付片１２２にはシリンダ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。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を備える反射板傾斜手段により、シリンダ１２５を駆動して、反射板１２０を支軸１２１，１２１を中心にして矢印Ｙ方向に回動させる。それにより、マイクロ波またはミリ波は、Ｍ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。

このように、上記表面検出装置１００によれば、導波管回動手段による回動と反射板傾斜手段におけるピストンロッドの前後運動との組み合わせにより、反射板１２０の反射面１２０ａをＸ方向及びＹ方向に自在に回動させることができ、装入物７の表面を面状に走査することが可能になる。しかも、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同時に行う場合に比べて装置構成及び制御が簡素になる。

しかし、図１に示されるように、表面検出装置１００の取り付け位置の関係で、マイクロ波やミリ波は装入物７に対して斜め上方から送信されるため、装入物７の表面では楕円状に走査することになる。

そこで、図４に示すように、導波管１１２の回動角度Ｘを０°で固定し、反射板１２０の回動角度Ｙを変えて装入物７の表面を線状に走査して、装入物７と高炉６の内壁とが接する位置から、装入物７の直径ｄを測定する。反射板１２０の回動角度Ｙ（振り幅）を大きくすることにより走査する距離が長くなり、いずれ装入物７の外周端縁を超えて高炉６の内壁による反射波が検出され、その時に両端間の距離を装入物７の直径ｄと見做すことができる。そして、この直径ｄに相当する長さの線分Ｄ_０を走査するために要する反射板１２０の回動角度Ｙ（θ_０）、並びに回動起点及び回動終点を求める。

尚、反射板１２０は図中左右方向に振られ、高炉６の軸線Ｃを中心にしてその回動角度を右側を＋側、左側を−側とすることができる。従って、回動起点は、例えば＋ａ°、回動終点は−ｂ°のように表される。

次いで、導波管１１２の回動角度Ｘをどちらかの方向に、例えば＋２°回動させ（図の例ではＤ_０の上方側を走査する）、反射板１２０の回動角度Ｙを変えて走査すると、走査の軌跡は、Ｄ_０に対して距離Ｓ_２だけ上方に平行移動した線状になる。その際に、装入物７が高炉６の内壁と接する両端を検出して両端間の距離を求め、その距離に相当する長さの線分Ｄ_２を走査するのに要する反射板１２０の回動角度Ｙ（θ_２）、並びに回動起点と回動終点とを求める。

同様にして、導波管１１２の回動角度Ｘを大きくして、その回動角度Ｘ_ｎごとに反射板１２０を回動させて装入物７が高炉６の内壁とする位置からその両端間の距離を求め、、その距離に相当する長さの線分Ｄ_ｎを走査するのに要する反射板１２０の回動角度Ｙ（θ_ｎ）、並びに回動起点と回動終点とを求める。

上記から、装入物７の直径ｄに相当する長さの線分Ｄ_０を中心とし、そこからの平行移動量（Ｓ_２・・・Ｓ_ｎ）が大きくなるのに従って、線分長さが徐々に短くなる複数の線分（Ｄ_２・・・Ｄ_ｎ）が平行に配置した軌跡が得られる。この軌跡は、線分の両端同士を連結すると、丁度、装入物７の円周にほぼ沿った円形になる。

そして、これら導波管１１２の回動角度Ｘと、反射板１２０の回動角度Ｙ及び回動起点と回動終点との関係を、装入物７の直径ｄごとにマップ化しておく。そして、実際の走査に際して、回動角度Ｘを０°として反射板１２０を回動させて装入物７の直径ｄを測定し、その後、測定して得られた直径ｄに相当する長さの線分に対応するテーブルを基に、回動角度Ｘを増しながら、反射板１２０を回動させる。これにより、装入物７の円周の内側部分を無駄なく走査することができる。

尚、走査に際して、Ｄ_０に沿って図の右側から左側に走査したときには（矢印Ｆ）、Ｄ_２を走査する際に図中の左側端部から走査する（矢印Ｒ）。このように、隣接する線分ごとに走査方向を逆向きにすることにより、走査時間を短縮することができる。

また、上記では、導波管１１２の回動角度Ｘを固定し、反射板１２０の回動角度Ｙを変化させたが、反射板１２０の回動角度Ｙを固定し、導波管１１２の方を回動させてもよい。この場合は、線分Ｄ_０、Ｄ_２・・Ｄ_ｎは、図中、Ｙ＝０°の線と平行に縦方向に並んだ状態となる。

上記では導波管１１２の回動角度Ｘと、反射板１２０の回動角度Ｙとの関係を測定により求めているが、下記のように計算して求めることもできる。

図５に高炉６の断面図を示すが、反射板１２０の中心をＡ、装入物７の外周端部と高炉６の内壁との接点をＨａ，Ｈｂとするとき、検出波のＡからＨａまでの距離ａと、ＡからＨｂまでの距離ｂと、線分Ｄ_０との間で三角形が形成される。装入物７の直径ｄは、ＨａとＨｂとを含む平面上にあるから、装入物７の直径ｄを上記のように測定して求めると、高炉６の設計仕様からＨａ，Ｈｂが決まる。反射板１２０の中心Ａは、表面検出装置１００の設置位置で決まるため、ａとｂも幾何学的に決められる。また、装入物７の直径ｄは、線分Ｄ_０の長さに相当する。従って、ａ、ｂ及び線分Ｄ_０の長さがそれぞれ既知となり、線分Ｄ_０に対する反射板１２０の回動角度Ｙ（θ_０）が幾何学的に算出される。

また、装入物７の円周は、線分Ｄ_０の長さから決まるため、線分Ｄ_０と平行で、線分Ｄ_２に相当する同円の円周上で対向する２点が求められる。この２点が新たなＨａとＨｂに相当し、それぞれをＨａ_２、Ｈｂ_２とする。反射板１２０の中心Ａは固定であるから、ＡからＨａ_２までの距離ａ_２と、ＡからＨｂ_２までの距離ｂ_２が求められる。そして、線分Ｄ_２の長さ、ａ_２及びｂ_２から、反射板１２０の回動角度Ｙ（θ_２）が算出される。以下、同様にして線分Ｄ_ｎの長さ、Ｈａ_ｎ、Ｈｂ_ｎが求められ、その時々の反射板１２０の回動角度Ｙ（θ_ｎ）が算出され、マップ化しておく。

このように、装入物７の堆積位置（Ｈａ、Ｈｂ）を測定するだけで、装入物７の直径ｄに相当する線分Ｄ_０の長さ、並びに線分Ｄ_０から平行移動した各線分ごとに反射板１２０の回動角度Ｙを算出することができる、そして、この計算結果を基にして装入物７の表面を走査する。

上記以外にも、装入物７の表面を、高炉６の軸線Ｃを中心として同心円状（図６）または螺旋状（図８）に走査することもできる。

図６において、（Ａ）は高炉６の上面から装入物７を見た図であり、表面検出装置１００の導波管１１２の軸線に沿った方向をＹ軸、このＹ軸と直交する方向をＸ軸としている。また、図６（Ｂ）はＸ軸方向から見た断面図であり、図６（Ｃ）はＹ軸方向から見た断面図である。図６（Ａ）に示すように、装入物７の高炉６の内壁と接する位置、即ち装入物７の円周に沿って１回目の走査Ｓ_１を行う。走査は、導波管１１２の回動角度Ｘ＝０°の点Ｘａを起点とし、反射板１２０の最大回動角度に相当するＹｂ方向へと進んで一周する軌跡を辿る。円に沿って走査するには、導波管１１２の回動角度Ｘと、反射板１２０の回動角度Ｙとを同時に制御する。

図７（Ａ）に示すように、ある円Ｃ_Ｆ上の点Ｆの座標（ｘ、ｙ）は、中心Ｃと点Ｆとを結ぶ直線ＫとＸ軸とがなす角度をαとするとき、ｘ＝ｋｃｏｓα、ｙ＝ｋｓｉｎαで表される。ｋは直線Ｋの長さである。即ち、導波管１１２についてはｃｏｓ波に従って回動角度Ｘを制御し、反射板１２０についてはｓｉｎ波に従って回動角度Ｙを制御することができる。

図７（Ｂ）は、経過時間（Ｔ）による上記波形の変化状況を示す図であり、実線は導波管１１２の回動角度Ｘ、点線は反射板１２０の回動角度Ｙの経時変化を示している。即ち、導波管１１２の回動角度Ｘを示す波形Ｗ_Ｘ（実線）と、反射板１２０の回動角度Ｙを示す波形Ｗ_Ｙ（点線）とは、９０°位相がずれて重なる。

図７（Ｂ）に示す波形では、回動角度Ｘ、Ｙの変化速度が一定であるが、図６（Ｃ）に示すように、表面検出装置１００が高炉６の斜面部分に設置されているため、導波管１１２を回動させた際に、反射板１２０からＸａまでの距離と、Ｘｂまでの距離とが異なり、図７（Ｂ）に示す回動角度Ｘの変化が一定である波形Ｗ_Ｘに従って導波管１１２を回動させても、図７（Ａ）に示すような円形に走査することはできない。そこで、上記した平行配置された線分を走査する場合のように、マイクロ波やミリ波の傾斜を基に補正する必要がある。

そこで、装入物７の表面で円を描くような、回動角度Ｘの変化速度（波の傾斜）が時間（Ｔ）で異なる波形Ｗ_Ｘ´を測定から求めるか、計算から求める。

また、反射板１２０については、図６（Ｂ）に示すように、回動角度Ｙは高炉６の軸線Ｃに対して対称であり、図７（Ｂ）に点線で示す波形Ｗ_Ｙをそのまま利用する。

そして、走査Ｓ_１に対する、回動角度Ｘに関する補正した波形Ｗ_Ｘ´と、回動角度Ｙに関する波形とを記憶しておく。

１回目の走査Ｓ_１の終了後に、それより小径側にて２回目の走査Ｓ_２を行う。図７（Ａ）に示すように、αが同じで、円Ｃ_Ｆよりも小径の円Ｃ_Ｇ上の点Ｇは、直線Ｋの長さが短くなっただけであり、図７（Ｂ）において振幅ｋが小さくなった波形に相当する。そして、走査Ｓ_１と同様にして、振幅がｋよりも小さい振幅ｋ_１であり、かつ、回動角度Ｘを補正した波形Ｗ_Ｘ２´を求め、振幅ｋ_１であり、かつ、位相変化がＷ_Ｙと同じである波形Ｗ_Ｙ２を記憶する。

以下、円周ごとに、回動角度Ｘについて補正した波形を求めてマップ化する。そして、この場合も、導波管１１２の回動角度を０°とし、反射板１２０を最大角度で走査して装入物７の直径ｄを求め、直径ｄに対応するテーブルを基に導波管１１２及び反射板１２０の各回動角度Ｘ、Ｙをそれぞれの波形に沿って制御することにより、同心円状に走査することができる。

図８は、装入物７の表面を高炉６の軸線Ｃを中心にした螺旋に沿って走査する場合を示しているが、この場合も導波管１１２及び反射板１２０を、螺旋の方程式に従って同時に回動させる。その際、マイクロ波やミリ波の傾斜を考慮して、導波管１１２の回動速度を補正する。尚、螺旋の起点は導波管１１２の回動角度Ｘが０°の位置であり、螺旋の動径が徐々に縮まるように装入物７の円周から軸線Ｃに向かって走査する。

そして、装入物７の反射板１２０からの高さごとに導波管１１２及び反射板１２０の回動角度Ｘ、Ｙをマップ化しておき、測定に際して装入物７の反射板１２０からの高さを測定し、直径に則した導波管１１２及び反射板１２０の回動様式にて走査を行う。

上記した走査方法によれば、図１１（Ｂ）に示したような無駄な領域Ｂでの走査が無くなくなり、走査時間を大幅に短縮することができる。その結果、図１２に示したように、鉄鉱石７ａやコークス７ｂの堆積状態を細かく検出することかでき、シュータ１０の旋回を理論堆積プロフィールにより合致させるように制御することができ、高炉６の操業を安定して行うことができる。

また、図１１（Ａ）に示したような、走査されない領域Ａが発生することもない。

上記の表面検出装置は、種々の変更が可能である。図２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マイクロ波やミリ波を収束して送信することができ、ホーンアンテナのホーン長さを短くして、装置を小型化することができる。また、図示は省略するが、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る。

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装置内部に侵入する。そこで、図２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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もできる。

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とができるが、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。

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。

また、高炉６の開口部６ａと表面検出装置１００との間、例えば、耐圧容器１５０の連結部１５２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。

６ 高炉
７ 装入物
７ａ 鉄鉱石
７ｂ コークス
１０ シュータ
１００ 表面検出装置
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
１５２ 連結部

Claims (5)

1. 高炉に設けた開口部を通じて、送受信手段からの検出波を炉内に送信し、炉内の装入物の表面で反射された検出波を、開口部を通じて送受信手段に送り、送受信手段にて受信する走査を行って装入物の表面プロフィールを検出する装入物の表面検出装置において、
   一端が送受信手段に接続し、他端にアンテナが取り付けられた導波管と、
   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と、
   高炉の開口部の直上に、アンテナと対向して配置される反射板と、
   反射板の反射面の傾斜角度を制御する反射板傾斜手段とを備え、
   導波管回動手段をある回動角度にて固定し、反射板の反射面の傾斜角度を変えて走査して装入物の表面の直径を測定し、測定した直径に相当する反射面の傾斜角度の範囲を設定し、
   導波管回動手段と反射板傾斜手段とを連動させて、導波管の回動とともに反射板を回動させるとともに、反射面を所定角度でアンテナ側または反アンテナ側に傾斜させ、
   装入物の表面を、高炉の軸線を中心に同心円状または螺旋状に走査することを特徴とする装入物の表面検出装置。
2. 高炉に設けた開口部を通じて、送受信手段からの検出波を炉内に送信し、炉内の装入物の表面で反射された検出波を、開口部を通じて送受信手段に送り、送受信手段にて受信する走査を行って装入物の表面プロフィールを検出する装入物の表面検出装置において、
   一端が送受信手段に接続し、他端にアンテナが取り付けられた導波管と、
   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と、
   高炉の開口部の直上に、アンテナと対向して配置される反射板と、
   アンテナと、反射板の直径両端に突設した支軸とを連結する連結部材と、
   反射板の反射面の傾斜角度を制御する反射板傾斜手段とを備え、
   導波管回動手段をある回動角度にて固定し、反射板の反射面の傾斜角度を変えて走査して装入物の表面の直径を測定し、測定した直径に相当する反射面の傾斜角度の範囲を設定し、
   導波管回動手段と反射板傾斜手段とを連動させて、導波管の回動とともに反射板を回動させるとともに、反射面を所定角度でアンテナ側または反アンテナ側に傾斜させ、
   装入物の表面を、装入物の直径に相当する最長の線分を中心とし、最長の線分から離れるほど徐々に短くなる線分を平行に、かつ、各線分の両端同士を連結したときにほぼ円を描くように配置した軌跡に沿って走査することを特徴とする装入物の表面検出装置。
3. 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または２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て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。
4. 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３記載の高炉への装入物の装入及び堆積方法。
5. 請求項３または４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。

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