JP7149026B1 - 高炉内装入物の表面プロフィール測定装置及び測定方法、並びに高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴出した装入物の影響を受けることなく、装入面全面のプロフィールを正確に測定することができ、更には、炉内ガスの噴出口の表面プロフィールを正確に測定することができる高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】高炉内装入物の表面プロフィール測定装置及び測定方法は、検出波を送信し、受信する送受信手段と、検出波を、高炉の周方向に走査する周方向走査手段と、検出波を、高炉の径方向に走査する径方向走査手段と、を備えるともに、周方向走査手段及び径方向走査手段を共に稼働し、検出波を高炉の周方向に走査しながら、高炉の径方向への走査を行う第１の測定モードと、周方向走査手段及び径方向走査手段を共に停止し、停止位置にて、検出波による測定を繰り返し行い、得られたデータを平均化する第２の測定モードと、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、高炉内の鉄鉱石やコークス、石灰（以下、まとめて「装入物」ともいう。）の表面プロフィールを測定する測定装置及び測定方法に関する。また、本発明は、装入物の表面プロフィールを基にして最適な高炉の操業を行う方法に関する。

高炉の操業では、装入物の堆積状態を適正にして、炉内のガスの流れを安定させることにより、燃料費低減や炉体の長寿命化が可能となる。装入物の適正な堆積状態を得るためには、堆積している装入物の表面（以下、「装入面」ともいう。）のプロフィールを短時間で正確に測定し、予め求めておいた理論的な堆積状態、すなわち「理論堆積プロフィール」となるように装入物を補給したり、高炉内のガスの流れを調整する必要がある。

特に、高炉内のガスの流れや融着帯の形成を左右するのは、高炉の半径方向における鉄鉱石とコークスとの分布比である。高炉を安定的に稼働させるためには、高炉の中心部にガスを多く流すことが望ましいとされており、高炉の中心側の「Ｏ／Ｃ（Ｏ：鉱石層厚、Ｃ：コークス層厚）」を低くし、炉壁側の「Ｏ／Ｃ」を高くすることが重要である。装入面の「Ｏ／Ｃ」が理想的な状態であると、逆Ｖ型の軟化融着帯が形成され、炉内ガスが高炉の中心に集中するようになり、高炉の中心の装入面から炉内ガスが吹き出す。それに伴って、高炉の中心の装入面に窪みができる。

装入面の「Ｏ／Ｃ」が適正であるかは、装入面のプロフィールを測定することで判断することができ、装入物が噴出した個所が、炉内ガスの噴出口であると見做すことができる。しかし、炉内ガスの噴出と共に装入物が噴出するため、噴出した装入物により検出波が反射及び減衰されて、装入面のプロフィールを正確に測定することができず、噴出口の表面プロフィールを正確に測定することもできない。

また、軟化融着帯が理想的な状態に形成されているかを判断する方法として、炉頂に設置されたカメラを用いて炉内を観察する方法が広く行われている（例えば、特許文献１参照）。しかし、炉内は真っ暗であって、装入面の高温の部分が明るく見られる程度であり、噴出口の表面プロフィールを正確に測定することができない。また、噴出した装入物によりカメラの視野が遮られるなどの問題もある。

特開２０１７－１９１０２３号公報

本発明はこれら問題に鑑みて成されたものであり、噴出した装入物の影響を受けることなく、装入面全面のプロフィールを正確に測定することができ、更には、炉内ガスの噴出口の表面プロフィールを正確に測定することができる、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置及び測定方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明は、下記の高炉内装入物のプロフィール測定装置及び測定方法、並びに高炉の操業方法を提供する。

（１） 高炉に供給され、堆積している装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して、前記装入物の表面プロフィールを測定する測定装置であって、
前記検出波を送信し、受信する送受信手段と、
前記検出波を、前記高炉の周方向に走査する周方向走査手段と、
前記検出波を、前記高炉の径方向に走査する径方向走査手段と、
を備えるともに、
前記周方向走査手段及び前記径方向走査手段を共に稼働し、前記検出波を前記高炉の周方向に走査しながら、前記高炉の径方向への走査を行う第１の測定モードと、
前記装入物の噴出口に対応する位置にて、前記周方向走査手段及び前記径方向走査手段を共に停止して前記検出波による測定を繰り返し行い、得られたデータを平均化して前記噴出口の表面プロフィールを測定する第２の測定モードと、
を備えることを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール測定装置。
（２） 前記高炉の軸線中心部に対応する前記装入物の表面に対して、前記第２の測定モードを行うことを特徴とする（１）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置。
（３） 前記第１の測定モードと前記第２の測定モードとを組み合わせ、前記装入物の表面全体の表面プロフィールと、前記装入物の噴出口の表面プロフィールとを測定することを特徴とする（１）又は（２）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置。
（４） 高炉に供給され、堆積している装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して、前記装入物の表面プロフィールを測定する測定方法であって、
（１）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置を用いて、
前記第１の測定モードにより、前記装入物の表面全体の表面プロフィールを測定するとともに、前記装入物の噴出物を検出し、かつ、
前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定することを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
（５） 前記高炉の軸線中心部に対応する前記装入物の表面に対して、前記第２の測定モードを行うことを特徴とする（４）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
（６） 前記第１の測定モードと前記第２の測定モードとを組み合わせ、前記装入物の表面全体の表面プロフィールと、前記装入物の噴出口の表面プロフィールとを測定することを特徴とする（４）又は（５）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
（７） 前記第１の測定モードを行い、前記装入物の噴出物を検出した時にガスが噴出していると判断し、前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定することを特徴とする（４）又は（５）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
（８） 前記第１の測定モードを行い、前記装入物の噴出物を検出した時にガスが噴出していると判断し、前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定することを特徴とする（６）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
（９） （１）又は（２）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置を用い、
前記第１の測定モードにより、前記装入物の表面全体の表面プロフィールを測定するとともに、前記装入物の噴出物を検出し、かつ、
前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定し、操業条件を調整しながら操業することを特徴とする高炉の操業方法。
（１０） （３）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置を用い、
前記第１の測定モードにより、前記装入物の表面全体の表面プロフィールを測定するとともに、前記装入物の噴出物を検出し、かつ、
前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定し、操業条件を調整しながら操業することを特徴とする高炉の操業方法。

本発明によれば、噴出した装入物の影響を受けることなく、装入面全面のプロフィールを正確に測定することができ、更には、炉内ガスの噴出口の表面プロフィールを正確に測定することができる。

図１は、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置の一例を示す図であり、当該測定装置を高炉に設置した状態を、高炉の軸線に沿って示す図である。 図２は、図１に示した測定装置の具体的構成を示す図である。 図３は、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置の他の例を示す図である。 図４は、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置の更に他の例を示す図である。 図５は、噴出した装入物により検出波の送受信が阻害される状態を、図１に倣って示す図である。 図６は、第１の測定モード及び第２の測定モードの装入面上の走査線の一例を示す図である。 図７は、第１の測定モード及び第２の測定モードの装入面上の走査線の他の例を示す図である。

以下、本発明に関して、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではない。

図１及び図２は、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置の一例を示している。なお、図１は、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置の一例を示す図であり、当該測定装置を高炉に設置した状態を、高炉の軸線に沿って示す図であり、図２は、測定装置の詳細を示す図である。

図１に示すように、高炉１は、シュート２００により装入物２０である鉄鉱石やコークス、石灰等が供給される。シュート２００は、高炉１の軸線Ｃを中心に図中符号Ｒ１で示す方向に旋回し、軸線Ｃに対する傾斜角度Ｒ２を変えることで、装入物２０の落下位置を制御している。そして、シュート２００から落下した装入物２０が、高炉１の炉内に堆積する。

高炉１の炉頂近傍には開口部２Ａが形成されており、開口部２Ａに測定装置１００Ａが設置される。測定装置１００Ａは、図２に示すように、回転軸１１０を中心にして、符号Ｙで示すように高炉１の開口部２Ａに対して水平に回転する回転板１２０を備える。なお、本実施形態において、回転板１２０は、高炉１の開口部２Ａに対して水平に回転するものとしているが、必ずしもこれに限られるものではなく、高炉１の開口部２Ａに対して若干の傾斜角を有した状態で回転するものであってもよい。

回転板１２０は、その中央部が開口した円環状の円板である。この回転板１２０の中央部の開口を、符号１２１で示す。

回転軸１１０は、円筒状で、その内部にアンテナ１３５を収容しており、回転板１２０の開口１２１と同心状に取り付けられる。アンテナ１３５は、導波管１３３を介して検出波Ｍ（マイクロ波やミリ波）の送受信手段１３０に接続している。導波管１３３は、連結棒１１４の送受信手段１３０側の上端部分が分離しており、送受信手段１３０が回転しない構成となっている。この分離部分を符号１８０で示すが、検出波Ｍが漏洩しないように、隙間の間隔を検出波Ｍの波長未満に設定している。

なお、図示は省略するが、導波管１３３のアンテナ１３５側の部分を、回転軸１１０よりフリーにして回転軸１１０が回転しても導波管１３３が回転しないようにしてもよく、この場合は分離部分１８０が不要になる。

また、導波管１３３は、回転軸１１０の軸線と一致している。尚、アンテナ１３５には、検出波Ｍの指向性を高めるために、アンテナ面に、例えばフッ素樹脂等からなる誘電体レンズ１３６を付設してもよい。また、アンテナ１３５をパラボラアンテナ又はカセグレンアンテナにすることにより、測定装置１００Ａの全体としての、図２中の縦方向の寸法を小さくすることができ、誘電体レンズ１３６を省略することもできる。

回転軸１１０の外周面にはギア１１２が設けられており、ギア１１２には、モータ１１３のギア１５５が噛合している。したがって、モータ１１３を駆動させることにより、回転軸１１０が図中の符号Ｙで示すように回動し、それに伴って回転板１２０が、回転軸１１０と同方向に、高炉１の開口部２Ａに対して水平に回転する。

このように、回転板１２０の回転とともに検出波Ｍが高炉１の周方向に走査され、回転板１２０及びその駆動系が「周方向走査手段」に相当する。

回転板１２０の下方の、高炉１の開口部２Ａとの間の空間には、炉内に検出波Ｍを送信し、受信するための角度固定反射板１３８と、角度可変反射板１４０とが配設されている。

角度固定反射板１３８は、その反射面の傾斜角度が４５°に固定されている反射板であり、第１の角度固定反射板１３８Ａ、第２の角度固定反射板１３８Ｂ、及び第３の角度固定反射板１３８Ｃで構成されている。
第１の角度固定反射板１３８Ａは、回転板１２０の開口１２１を通じてアンテナ１３５のアンテナ面（図の例では誘電体レンズ１３６）と対向している。
第２の角度固定反射板１３８Ｂは、第１の角度固定反射板１３８Ａと対向配置しており、第２の角度固定反射板１３８Ｂとは第３の角度固定反射板１３８Ｃが対向配置している。
そのため、図２中の一点鎖線で示すように、アンテナ１３５から送信された検出波Ｍは、第１の角度固定反射板１３８Ａで反射されて第２の角度固定反射板１３８Ｂに送られ、第２の角度固定反射板１３８Ｂで反射された後、第３の角度固定反射板１３８Ｃに送られる。そして、第３の角度固定反射板１３８Ｃで反射されて、角度可変反射板１４０に送られる。

これら第１の角度固定反射板１３８Ａ、第２の角度固定反射板１３８Ｂ及び第３の角度固定反射板１３８Ｃは、例えば、回転板１２０から高炉１の開口部２Ａに向かって垂下する固定部材（図示せず）に取り付けられる。

角度可変反射板１４０は、反射面１４０ａの傾斜角度が図２中の符号Ｘで示す方向に可変する反射板である。この角度可変反射板１４０では、反射面１４０ａとは反対側の面（裏面）の中心に、リンク機構１１７の第１リンク１１７ａが固定されており、第１リンク１１７ａには第２リンク１１７ｂが連結している。また、第２リンク１１７ｂには、回転軸１１０の開口１２１を通じて回転軸１１０の内部を貫通する連結棒１１４が連結しており、連結棒１１４の第２リンク１１７ｂとは反対側の端部にラックギア１１８が形成されている。

連結棒１１４は、アンテナ１３５と送受信手段１３０とを接続する導波管１３３を内管とする外管部１１４ａを有し、外管部１１４ａの外周面にラックギア１１８が形成されている。このラックギア１１８には、モータ１２５のギア１１９が噛合しており、モータ１２５を駆動することによりギア１１９が回転し、ラックギア１１８で直線運動に変換される。ここで、モータ１２５には、エンコーダ１２６が接続しており、モータ１２５の回転量、更にはギア１１９の回転量が検出される。

また、連結棒１１４は、回転軸１１０の内部で、アンテナ１３５を避けるように回転板１２０に向かって延びる中間部１１４ｂを有している。外管部１１４ａの回転軸１１０側の端部は外方に屈曲しており、この屈曲部分に中間部１１４ｂが連続している。

更には、中間部１１４ｂは、回転板１２０の開口１２１を通じて高炉１の開口部２Ａに延びる下端部１１４ｃを有している。この下端部１１４ｃが、リンク機構１１７の第２リンク１１７ｂに連結している。

連結棒１１４はこのように構成され、モータ１２５の回転がギア１１９を通じてラックギア１１８により直線運動に変換され、図２中に符号Ｈで示すように、連結棒１１４が角度可変反射板１４０の側、あるいは反対側へと直線状に移動する。

また、角度可変反射板１４０の直径両端には、支軸（図示せず）が突設しており、支軸が回動自在に支持されている。そして、支持腕が、回転板１２０に取り付けられた支持腕保持棒１４５に取り付けられている。

そして、連結棒１１４が角度可変反射板１４０の側へと移動（図２中の下降方向）すると、リンク機構１１７を介して角度可変反射板１４０の反射面１４０ａが高炉１の内壁１ａを向くように傾斜し、連結棒１１４が角度可変反射板１４０とは反対側へと移動（図２中の上昇方向）すると、リンク機構１１７を介して角度可変反射板１４０の反射面１４０ａが高炉１の軸線Ｃ（図１参照）を向くように傾斜する。すなわち、連結棒１１４の下降及び上昇により、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜を、図２中の符号Ｘ方向に変えることができる。

それに伴って、角度固定反射板１３８の第３の角度固定反射板１３８Ｃから角度可変反射板１４０に送られた検出波Ｍは、符号Ｚで示すように図２中における左右方向に振られ、回転板１２０の径方向に沿った線状となって炉内に送られる。角度可変反射板１４０による検出波Ｍの振り幅は、例えば図１に示すように高炉１の内壁１ａから軸線Ｃまで検出波Ｍが線状に移動するように調整される。

このように、角度可変反射板１４０により検出波Ｍが高炉１の径方向に走査され、角度可変反射板１４０及びその駆動系が「径方向走査手段」に相当する。

検出波Ｍは、図１に示す装入面Ｓで反射され、送信時と同経路を辿って送受信手段１３０で受信される。送受信は、例えばＦＭ－ＣＷ方式で行うことができる。すなわち、送受信手段１３０に接続するアンテナ１３５から送信され、角度固定反射板１３８Ａ～１３８Ｃで反射されて角度可変反射板１４０に送られ、角度可変反射板１４０から所定の角度で送信された検出波Ｍ（送信波）は、高炉１の開口部２Ａを通じて炉内へと送られた後、装入面Ｓで反射され、その反射波が逆の経路（すなわち、角度可変反射板１４０→角度固定反射板１３８Ｃ～１３８Ａ→アンテナ１３５→送受信手段１３０）を辿って、送受信手段１３０で検波される。そして、送信波と反射波との周波数差（ビート周波数）から送受信手段１３０と装入面Ｓとの間の距離情報が得られる。

この線状の検出波Ｍの送受信を、回転軸１１０を中心にして回転板１２０を回転させながら行うことにより、高炉１の炉内全域にわたる円形の走査領域における距離情報が得られる。一方で、モータ１１３に接続するエンコーダ１５０により、回転板１２０の回転位置に相当する回転軸１１０の回動角度が検出されるため、走査領域における検出波Ｍの位置情報が得られる。また、エンコーダ１２６によるモータ１２５及びギア１１９の回転量から、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜角度が検出され、回転板１２０の径方向における位置情報が検出される。これら距離情報と位置情報とから、装入面Ｓの全面にわたって表面プロフィールが得られる。

このように、回転板１２０の回転に合わせて角度可変反射板１４０を傾斜させるだけであるため、全表面を一度に走査する場合に比べて、装置の簡素化及び駆動源の負荷を軽減することができる。

また、角度固定反射板１３８及び角度可変反射板１４０を用いる代わりに、図３に示すような、フェーズドアレイモジュール１６０を回転板１２０に取り付ける構成とすることもできる。

図３に示すように、フェーズドアレイモジュール１６０は、ｎ個のアンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）を移相器１６２に接続したものであり、個々のアンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）は、検出波Ｍの位相を制御するための移相器１６２にマイクロストリップライン（図示せず）で接続されている。そして、フェーズドアレイモジュール１６０は、移相器１６２からのアンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）への各移相量を変えることによりアンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）の指向性（検出波Ｍの送受信方向）を変えて、アンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）の連設方向（すなわち、図３における左右方向）に沿った線状の走査を行う。

フェーズドアレイモジュール１６０は、アンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）のアンテナ端面１６１ａが高炉１の開口部２Ａを向くように、かつ、アンテナ素子１６１（１）～１６１（ｎ）の連設方向が回転板１２０の径方向に沿うように、回転板１２０に取り付けられる。フェーズドアレイモジュール１６０の回転板１２０への取り付けは、アンテナ端面１６１ａを結ぶ線が回転板１２０の板面に対して角度αをなすように傾斜していてもよいし、アンテナ端面１６１ａを結ぶ線と回転板１２０の板面とが平行、すなわち角度α＝０としてもよい。

このように、フェーズドアレイモジュール１６０により検出波Ｍが高炉１の径方向に走査され、フェーズドアレイモジュール１６０及び移相器１６２が「径方向走査手段」に相当する。また、上記と同様に、回転板１２０及びその駆動系が、「周方向走査手段」に相当する。

測定装置として、図４に示す構成の測定装置１００Ｂとすることも可能である。図４は、高炉内装入物の表面プロフィールの測定装置の更に他の例を示す図である。

図４に示すように、高炉１の開口部２Ｂには、容器３５０が取り付けられてり、容器３５０の一側面（図４では左側端部）が開口して、アンテナ取付壁３５１で閉鎖されている。そして、アンテナ取付壁３５１にアンテナ３１１が取り付けられている。また、アンテナ３１１には、検出波Ｍの送受信器３１０が連結している。

容器３５０の開口部２Ｂの直上には、反射板３２０が配置されている。反射板３２０の直径両端からは支軸３２１が突出しており、支軸３２１を支持腕３６０が回動自在に支持している。また、支持腕３６０は、管体３６１の反射板３２０側の端部（先端）に固定されている。

管体３６１の後端近傍の外周面には、ギア３６４が取り付けられており、モータ３７０のギア３７１と係合している。そして、管体３６１は、モータ３７０の駆動により自身の軸線を中心に矢印Ｙ方向に回動し、この回動に伴って、支持腕３６０で支持されている反射板３２０も、同方向に回動する。また、管体３６１の外周面には軸受３６２が嵌合しており、管体３６１は、軸受３６２を介して回動自在に容器３５０に支持される。

また、反射板３２０には、リンク機構３００が連結している。このリンク機構３００は、反射板３２０の裏面３２０ａの中心に、第１リンク３０１が固定されている。そして、第１リンク３０１には、連結ピン３０４を介して第２リンク３０２が回動自在に連結し、第２リンク３０２には、連結ピン３０５を介してスライダ３０３が回動自在に連結している。スライダ３０３は、断面円形の長尺の棒材であり、その後端にはラックギア３０８が形成されている。このラックギア３０８は、モータ３０９のギアと係合しており、モータ３０９を駆動することにより、スライダ３０３が、図４中における矢印Ｌ方向に往復直線移動する。そして、スライダ３０３がアンテナ側に前進すると、反射板３２０が開口部２Ｂを向くように図４中下向き方向に傾斜し、スライダ３０３が反アンテナ側に後退すると、反射板３２０がアンテナ３１１を向くように図４中における上向き方向に傾斜する。

スライダ３０３は、アンテナ３１１から送信される検出波Ｍの伝搬軸の延長線上にあり、反射板３２０の支軸３２１もこの検出波の伝搬軸の延長線上にある。そのため、反射板３２０は、検出波の伝搬軸を中心に、スライダ３０３の前進後退に伴って、図４中における矢印Ｘ方向に回動する。

また、管体３６１とスライダ３０３とは、管体３６１を外管とし、スライダ３０３を内管とする２重管構造になっている。また、スライダ３０３の反射板３２０側の端部には、溝が形成されており、この溝にＯリング等のシール部材３６５が装着され、管体３６１との隙間を摺動自在に塞いでいる。

そして、管体３６１を駆動するモータ３７０と、スライダ３０３を駆動するモータ３０９とを協働することにより、反射板３２０を、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に回動する。これにより、開口部２Ｂから送信された検出波Ｍは、装入物２０の挿入面を面状に走査し、面状の表面プロフィールが得られる。尚、モータ３７０とモータ３０９の何れか一方のみを駆動して、反射板３２０を矢印Ｘ方向又は矢印Ｙ方向の一方にのみ回動させることにより、線状の表面プロフィールを得ることもできる。

このように、管体３６１及びその駆動系が「周方向走査手段」に相当する。また、反射板３２０及びその駆動系が「径方向走査手段」に相当する。

尚、上記測定装置１００Ｂとして、周方向走査手段と径方向走査手段とを備える限り、上記構成に制限されることはなく、例えば、本出願人による特許第６５７３３２３号公報に記載の測定装置なども可能である。

上述したように、測定装置１００Ｂの周方向走査手段及び径方向走査手段の両方を稼働させることにより、装入面Ｓの全面にわたる表面プロフィールを測定することができる。この測定モードが、「第１の測定モード」である。

ところで、第１の測定モードでは、装入面Ｓの表面プロフィールの他に、装入面Ｓの噴出した部分（噴出口）からの噴出物も検出される。図５は、噴出した装入物２０により検出波の送受信が阻害される状態を、図１に倣って示す図であるが、図示されるように、噴出した個々の装入物２０は、数十ｍｍ程度の大きさがあるため、送信波Ｔの一部は装入物２０で反射され、反射波Ｒとして受信される。一方、装入物２０をすり抜けた送信波Ｔ′は、装入面Ｓで反射して反射波Ｒ′として受信される。そのため、噴出した装入物２０が多量になるほど、装入物２０をすり抜ける送信波Ｔ′が少なくなり、更には反射波Ｒ′も噴出した装入物２０によって遮られるため、測定装置１００Ａで受信する反射波Ｒ′の信号レベルが低下する。

また、装入面Ｓからの反射波Ｒ′は１点であるのに対し、噴出した装入物２０は高炉１の上下方向又は左右方向にある広がりをもって分散しているため、噴出した装入物２０からの反射波Ｒは複数存在する。しかも、噴出した装入物２０は落下するため、空間に留まることがないため、反射波Ｒの信号レベルの大きさは常に変化する。

このように、測定装置１００Ａでは、装入面Ｓからの反射波Ｒ′と、噴出した装入物２０からの反射波Ｒとが混在しており、装入面Ｓ、更にはガスの噴出口の表面プロフィールを正確に測定することができない。そこで、噴出口に対応する位置にて、回転板１２０の回転及び角度可変反射板１４０の傾斜動作を任意の位置で停止し、停止した位置にて検出波Ｍによる送受信を繰り返し行う。この走査が、「第２の測定モード」である。

また、第２の測定モードでは、受信データ（スペクトル波形）を加算平均することにより、噴出した装入物２０からのランダムに変化する反射波Ｒ及びフロアノイズを１／√Ｎ（ただし、Ｎは「繰り返し測定回数」である。）だけ減衰させることができる。これにより、噴出した装入物２０の影響を抑えて、噴出口の表面プロフィールをより正確に測定できる。
なお、第２の測定モードでは、反射波Ｒを平均化するため、噴出した装入物２０を検出することができない。

第２の測定モードは、装入面Ｓの軸線Ｃに対応する部分の周辺（以下、「炉心周辺部」という。）を走査することが好ましい。すなわち、装入面Ｓの炉心周辺部にて、図２に示す測定装置１００Ａでは、回転板１２０の回転動作及び角度可変反射板１４０の傾斜動作を停止させ、また、図３に示すフェーズドアレイモジュール１６０では、回転板１２０の回転動作及び位相変化を停止させ、また、図４に示す測定装置１００Ｂでは、管体３６１の回転動作及び反射板３２０の傾斜動作を停止させることにより、それぞれ周方向及び径方向の走査点を固定し、Ｎ回、同じ位置にて検出波Ｍによる送受信を行う。これにより、装入面Ｓの炉心周辺部の表面プロフィールをより正確に測定できる。

上述したように、高炉１を安定稼働させるためには、高炉１の炉心部分でガスが噴出していることが望ましいとされているが、噴出した装入物２０により検出波Ｍの送受信が阻害されているため、装入面Ｓの炉心周辺部の表面プロフィールを正確に測定することができない。しかし、第２の測定モードを行うことにより、噴出した装入物２０の影響を少なくすることができるため、炉心周辺部の装入面Ｓをより正確に知り得ることは、高炉１の操業に有利となる。

また、第１の測定モードと第２の測定モードとを組み合わせることにより、装入面Ｓの全面にわたる表面プロフィールと、例えば炉心周辺部の表面プロフィールを同時に測定することができる。図６に、両測定モードによる装入面Ｓの面上での走査様式の一例を示すが、花びら状の実線（ただし、実際には、測定点は点線状に連なっている。）は第１の測定モードを、点は高炉１の軸線Ｃの周辺部で第２の測定モードを行ったときのそれぞれの走査様式を示している。このように、第１の測定モードによる装入面Ｓの全面の表面プロフィールと、第２の測定モードにより噴出した装入物２０による影響を抑えた、炉心周辺部の表面プロフィールを同時に測定することができる。

尚、第１の測定モードによる花びら状の走査は、本出願人による特開２０２１－１７２８７７号公報を参照することができる。

また、第１の測定モードには制限はなく、図６に示す花びら状の走査線の他、例えば図７に示すような階段状の走査線とすることもできる。図示されるような階段状の走査線とするには、図４に示した測定装置１００Ｂにおいて、先ず、管体３６１をある角度回転させて停止し、停止した位置にて反射板３２０を連続して傾斜させることにより、図４中の左右方向への走査を行う。次いで、反射板３２０の傾斜を固定した状態で、管体３６１を所定角度回転させると、図４中の上下方向の次の段に以降し、再度、反射板３２０を連続して、図４中の左右方向に走査する。この操作を繰り返し行うことで、図７に示すような階段状の走査を行うことができる。

その他、図示は省略するが、高炉１の軸線Ｃを中心とする螺旋状の走査も可能である。

このように第１の測定モードと第２の測定モードにより測定した装入面Ｓの表面プロヒールに基づき、鉄鉱石及びコークスの各供給量、「Ｏ／Ｃ」などの操業条件を調整することで、より安定した高炉１の操業が可能になる。

１ 高炉
２Ａ、２Ｂ 開口部
２０ 装入物
１００Ａ、１００Ｂ 測定装置（高炉内装入物の表面プロフィール測定装置）
１１０ 回転軸
１１４ 連結棒
１１７ リンク機構
１２０ 回転板
１３０ 送受信手段
１３５ アンテナ
１３８、１３８Ａ、１３８Ｂ、１３８Ｃ 角度固定反射板
１４０ 角度可変反射板
１５０ エンコーダ（回転板側）
１６０ フェーズドアレイモジュール
１６１、１６１（１）～１６１（ｎ） アンテナ素子
１６２ 移相器
１６４（１）～１６４（ｎ） 導波管
２００ シュート
３００ リンク機構
３０１ 第１リンク
３０２ 第２リンク
３０３ スライダ
３０８ ラックギア
３０９ モータ
３１０ 送受信器
３１１ アンテナ
３２０ 反射板
３５０ 容器
３６１ 管体
３６４ ギア
３７０ モータ
３７１ ギア

Claims (10)

1. 高炉に供給され、堆積している装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して、前記装入物の表面プロフィールを測定する測定装置であって、
   前記検出波を送信し、受信する送受信手段と、
   前記検出波を、前記高炉の周方向に走査する周方向走査手段と、
   前記検出波を、前記高炉の径方向に走査する径方向走査手段と、
   を備えるともに、
   前記周方向走査手段及び前記径方向走査手段を共に稼働し、前記検出波を前記高炉の周方向に走査しながら、前記高炉の径方向への走査を行う第１の測定モードと、
   前記装入物の噴出口に対応する位置にて、前記周方向走査手段及び前記径方向走査手段を共に停止して前記検出波による測定を繰り返し行い、得られたデータを平均化して前記噴出口の表面プロフィールを測定する第２の測定モードと、
   を備えることを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール測定装置。
2. 前記高炉の軸線中心部に対応する前記装入物の表面に対して、前記第２の測定モードを行うことを特徴とする請求項１に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置。
3. 前記第１の測定モードと前記第２の測定モードとを組み合わせ、前記装入物の表面全体の表面プロフィールと、前記装入物の噴出口の表面プロフィールとを測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置。
4. 高炉に供給され、堆積している装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して、前記装入物の表面プロフィールを測定する測定方法であって、
   請求項１に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置を用いて、
   前記第１の測定モードにより、前記装入物の表面全体の表面プロフィールを測定するとともに、前記装入物の噴出物を検出し、かつ、
   前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定することを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
5. 前記高炉の軸線中心部に対応する前記装入物の表面に対して、前記第２の測定モードを行うことを特徴とする請求項４に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
6. 前記第１の測定モードと前記第２の測定モードとを組み合わせ、前記装入物の表面全体の表面プロフィールと、前記装入物の噴出口の表面プロフィールとを測定することを特徴とする請求項４又は５に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
7. 前記第１の測定モードを行い、前記装入物の噴出物を検出した時にガスが噴出していると判断し、前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定することを特徴とする請求項４又は５に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
8. 前記第１の測定モードを行い、前記装入物の噴出物を検出した時にガスが噴出していると判断し、前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定することを特徴とする請求項６に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定方法。
9. 請求項１又は２に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置を用い、
   前記第１の測定モードにより、前記装入物の表面全体の表面プロフィールを測定するとともに、前記装入物の噴出物を検出し、かつ、
   前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定し、操業条件を調整しながら操業することを特徴とする高炉の操業方法。
10. 請求項３に記載の高炉内装入物の表面プロフィール測定装置を用い、
    前記第１の測定モードにより、前記装入物の表面全体の表面プロフィールを測定するとともに、前記装入物の噴出物を検出し、かつ、
    前記第２の測定モードにより、前記装入物の噴出口の表面プロフィールを測定し、操業条件を調整しながら操業することを特徴とする高炉の操業方法。

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