CN115161424A - 高炉内装入物的表面轮廓检测装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉内装入物的表面轮廓检测装置，虽然是简单的装置结构，也能够在滑槽旋转的同时检测装入物的堆积状态，使接近理论堆积轮廓的操作成为可能。高炉内装入物的表面轮廓检测装置包括：旋转板，其设置在高炉的开口部的正上方，并以该开口部的开口中心为中心轴旋转；旋转单元，其使所述旋转板旋转；收发单元，所述收发单元将诸如微波、毫米波的检测波沿着旋转板的径向线状地发送并接收，表面轮廓检测装置使旋转板以不遮断检测波的发送的方式与滑槽的旋转同步地旋转，同时向与旋转板的旋转方向正交的方向上进行收发。

Description

高炉内装入物的表面轮廓检测装置及操作方法

本申请是进入中国国家阶段日期为2020年12月11日、国家申请号为202080003286.2、发明名称为“高炉内装入物的表面轮廓检测装置及操作方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及对高炉内的铁矿石、焦炭、石灰(以下也统称为“装入物”)的表面轮廓进行检测的检测装置。另外，本发明涉及基于这些装入物的表面轮廓来补给装入物而进行稳定的操作的方法。

背景技术

在高炉中，通过使装入物的堆积状态适当，使炉内的气体的流动稳定，能够实现燃料费用降低、炉体的长寿命化。为了得到适当的堆积状态，需要在短时间内准确地测定这些装入物的表面轮廓，以成为预先求出的理论堆积状态、即“理论堆积轮廓”的方式来补给装入物。作为表面轮廓的测定方法，以往，如图16所示，一般是如下方法：从安装于贯通高炉1而插入炉内的矛状件10的前端的天线11向装入物20的表面发射检测波M1，用天线11接收来自装入物20的表面的反射检测波M2，根据混合得到的差拍波的频率，测定从天线11到装入物20的表面的距离，通过一边使矛状件10移动一边进行测定，从而求出装入物20的表面轮廓。

然而，在上述的矛状件式检测装置中，矛状件10呈直线状移动，因此只能得到装入物20的线状的表面轮廓、即2维的表面轮廓。另外，矛状件10需要炉子的内径那样的长度，会成为高负荷，因此如果较长地插入炉内，则会因自重而下垂而不能从炉中拉出，在移动时冲程也大，因此在炉外需要大的空间。进而，另外需要用于使矛状件10移动的驱动单元，设备费、运转成本变高。此外，由于在补充装入物时矛状件10成为障碍，因此无法在轮廓测定中补给装入物，无法进行与所测定的表面轮廓相应的迅速的装入操作。

另外，也会检测装入物的整个面的表面轮廓，例如本申请人提出了专利文献1所记载的检测装置。即，如图17所示，该检测装置30设置于在高炉1的炉顶附近设置的开口部2，将检测波M的收发单元31的天线32与反射板33对置配置，并且使反射板33的朝向高炉1的炉内侧的倾斜角度X和以通过天线32的开口部的中心的天线轴线为中心的转动角度Y可变。并且，通过控制倾斜角度X和转动角度Y，使检测波M以同心圆状或螺旋状扫描装入物20的表面，检测装入物20的整个面、即3维表面轮廓。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5391458号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

在装入物的供给中，广泛采用使用配设于炉顶且以高炉的中心轴为中心旋转的滑槽(图1的附图标记200)进行的方式。并且，以专利文献1的检测装置为代表，在以往的检测3维表面轮廓的检测装置中，遍及装入物20的整个面，以条纹状、同心圆状、螺旋状进行扫描，测定需要时间。另外，测定也在滑槽旋转一周后进行，在滑槽旋转的期间，未检测出旋转的各位置处的实际的装入物的堆积状态。如果能够检测出滑槽旋转期间的装入物的堆积状态，则能够反映到下次的滑槽旋转时的旋转样式，更接近理论堆积轮廓来进行操作。

另外，装入物即铁矿石、焦炭、石灰从滑槽交替落下，层状地堆积，但根据这些装入物的种类、粒径，从滑槽落下的落下位置不同，因此，以往，按照装入物的种类、粒径，通过计算式预测落下位置并使其落下。因此，在滑槽旋转的期间，若能够检测出旋转的各位置处的实际的落下位置，则能够更准确地反映同种的装入物的下次的滑槽的旋转样式，但无法如以往那样在滑槽旋转一周后的检测中进行反映。

而且，在专利文献1所记载的检测装置30中，必须同时且准确地以高速来控制倾斜角度X和转动角度Y，对用于倾斜角度X以及转动角度Y的控制的反射板33的驱动装置、控制装置的负担也较大。

因此，本发明的目的在于提供一种高炉内装入物的表面轮廓检测装置，该高炉内装入物的表面轮廓检测装置虽然是简易的装置结构，却也能够在滑槽旋转的同时检测装入物的堆积状态，从而能够进行接近理论堆积轮廓的操作。

用于解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明提供下述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置以及操作方法。

(1)一种高炉内装入物的表面轮廓检测装置，所述表面轮廓检测装置在利用滑槽供给铁矿石、焦炭、石灰等装入物的高炉内，通过向所述高炉开口的开口部，向在炉内堆积的所述装入物的表面发送检测波，并接收被所述装入物的表面反射的所述检测波来检测所述装入物的表面轮廓，所述表面轮廓检测装置的特征在于，

包括：

旋转板，所述旋转板设置于所述开口部的正上方，以该开口部的开口中心为中心轴旋转；

旋转单元，所述旋转单元使所述旋转板旋转；以及

收发单元，所述收发单元将所述检测波沿着所述旋转板的径向线状地发送并接收，

所述表面轮廓检测装置使所述旋转板以不遮断所述检测波的发送的方式与所述滑槽的旋转同步地旋转，同时使所述收发单元进行收发。

(2)如上述(1)所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

所述旋转板的中心部开口，

所述表面轮廓检测装置包括：

筒状的旋转轴，所述旋转轴与所述旋转板的所述开口同心状地安装，并在内部容纳天线；

所述收发单元，所述收发单元设置在所述旋转轴的与所述开口部相反侧的端部的上方，并与所述天线连接；

角度可变反射板，所述角度可变反射板配设在所述旋转板与所述开口部之间的空间，且反射面的角度可变；以及

角度固定反射板，所述角度固定反射板配置在所述旋转板与所述开口部之间的空间，而且反射面的角度固定，用于将来自所述天线的所述检测波送到所述角度可变反射板的所述反射面，

而且，所述角度可变反射板和所述角度固定反射板安装于所述旋转板。

(3)如上述(2)所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

所述角度固定反射板包括：第1角度固定反射板，所述第1角度固定反射板将来自所述天线的所述检测波反射；第2角度固定反射板，所述第2角度固定反射板与所述第1角度固定反射板对置配置，将被所述第1角度固定反射板反射的所述检测波反射；以及第3角度固定反射板，所述第3角度固定反射板与所述第2角度固定反射板对置配置，将被所述第2角度固定反射板反射的所述检测波反射，

将被所述第3角度固定反射板反射的所述检测波送到所述角度可变反射板。

(4)如上述(1)所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

将反射面的倾斜角度可变的角度可变反射板与反射面的倾斜角度固定的角度固定反射板沿着所述旋转板的径向对置配置，

用所述角度固定反射板将从所述收发单元发送的所述检测波反射并送到所述角度可变反射板，并控制所述角度可变反射板的反射面的倾斜角度。

(5)如上述(1)所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

包括多个天线元件和以电气方式对从所述天线元件发出的所述检测波的指向性进行控制的移相器，并使所述检测波的指向性在所述旋转板的径向上一致。

(6)如上述(5)所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

所述天线元件分成发送用的天线元件组和接收用的天线元件组。

(7)如上述(1)～(6)中任一项所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，所述检测波是微波或毫米波。

(8)如上述(1)～(7)中任一项所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

间歇性地，每当所述滑槽的旋转进行了规定角度，则进行所述旋转板的径向的扫描，进行基于所述收发单元的收发。

(9)一种操作方法，其特征在于，使用上述(1)～(8)中任一项所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置检测所述装入物的表面轮廓，并基于所述表面轮廓来补给所述装入物。

(10)如上述(9)所述的操作方法，其特征在于，

所述装入物的补给通过对所述装入物从所述滑槽的下落位置或者下落量的控制来进行。

另外，在以下的说明中，将“高炉内装入物的表面轮廓检测装置”简称为“检测装置”。

发明效果

根据本发明，即使是简易的装置结构，也能够在滑槽旋转的同时检测装入物的堆积状态，能够进行更接近理论堆积轮廓的良好的操作。

附图说明

图1是示出本发明的检测装置涉及的第1实施方式的概略图，是示出设置于高炉的状态的图。

图2是示出图1所示的检测装置的结构的图。

图3是从反射板的背面侧观察图1所示的检测装置的角度可变反射板的图。

图4是示出图1所示的检测装置的扫描区域的图。

图5是将图1所示的检测装置的扫描区域与滑槽的旋转轨道重叠示出的图。

图6是示出检测装置的第2实施方式的图。

图7是示出检测装置的第3实施方式的概略图，是示出设置于高炉的状态的图。

图8是示出图7所示的检测装置的结构的图。

图9是示出图7所示的检测装置的角度可变反射板的俯视图。

图10是示出图7所示的检测装置的扫描区域的图。

图11是将图7所示的检测装置的扫描区域与滑槽的旋转轨道重叠示出的图。

图12是示出检测装置的第4实施方式的图。

图13是示出相控阵模块的结构的概略图。

图14是图13的A-A向视图。

图15是示出在旋转板上安装多个(在图的例子中为2个)相控阵模块的情况的一例的图。

图16是示出以往的矛状件式检测装置的概略图。

图17是示出专利文献1的检测装置的概略图。

附图标记说明

1 高炉

2 开口部

20 装入物

100 检测装置

110 旋转轴

111 外管

114 连结棒

115 内管

117 连杆机构

120 旋转板

130 收发单元

135 天线

138、138A、138B、138C 角度固定反射板

140 角度可变反射板

150 编码器(旋转板侧)

160、160a、160b 相控阵模块

161、161(1)～161(n) 天线元件

162 移相器

163(1)～163(n) 微带线

164(1)～164(n) 波导管

200 滑槽

210 编码器(滑槽侧)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行详细说明。

(第1实施方式)

图1是将本发明的检测装置设置于高炉的状态沿高炉的轴线示出的概略剖视图，图2及图3是示出检测装置的结构的图。

如图1所示，高炉1通过滑槽200供给装入物20即铁矿石、焦炭、石灰等。滑槽200通过以高炉1的轴线C为中心沿图中附图标记R1所示的方向旋转，并改变相对于轴线C的倾斜角度R2来控制装入物20的落下位置。滑槽200可以是公知的，由编码器210检测向R1方向的旋转角度。然后，从滑槽200落下的装入物20堆积在高炉1的炉内。

在高炉1的炉顶附近形成有开口部2，在开口部2设置有检测装置100。如图2所示，检测装置100具备以旋转轴110为中心，如附图标记Y所示那样相对于高炉1的开口部2水平旋转的旋转板120。

旋转板120是中央部开口的圆环状的圆板。用附图标记121表示该旋转板120的中央部的开口。

旋转轴110为圆筒状，在其内部容纳有天线135，与旋转板120的开口121同心状地安装。天线135经由波导管133与检测波M的收发单元130连接。波导管133构成为连结棒114的收发单元130侧的上端部分分离，收发单元130不旋转。另外，用附图标记180表示该分离部分，但为了使检测波M不泄漏，将间隙的间隔设定为小于检测波M的波长。另外，波导管133与旋转轴110的轴线一致。另外，对于天线135，为了提高检测波M的指向性，也可以在天线面附设由氟树脂等构成的电介质透镜136。另外，通过电介质透镜136，对于毫米波作为检测波M也能够应对。此外，通过将天线135设置为抛物面天线或卡塞格伦天线，能够减小检测装置100的整体的图中的纵向的尺寸，也能够省略电介质透镜136。

在旋转轴110的外周面设置有齿轮112，马达113的齿轮155与齿轮112啮合。因此，通过驱动马达113，旋转轴110如图中的附图标记Y所示那样转动，伴随于此，旋转板120在与旋转轴110相同的方向上相对于高炉1的开口部2水平地旋转。

在旋转板120的下方的与高炉1的开口部2之间的空间，配设有用于向炉内发送并接收检测波M的角度固定反射板138和角度可变反射板140。

角度固定反射板138是其反射面的倾斜角度固定为45°的反射板，由第1角度固定反射板138A、第2角度固定反射板138B、第3角度固定反射板138C构成。第1角度固定反射板138A通过旋转板120的开口121与天线135的天线面(图的例子中为电介质透镜136)对置。第2角度固定反射板138B与第1角度固定反射板138A对置配置，第3角度固定反射板138C与第2角度固定反射板138B对置配置。因此，如图中的单点划线所示，从天线135发送的检测波M被第1角度固定反射板138A反射而被送到第2角度固定反射板138B，被第2角度固定反射板138B反射后，被送到第3角度固定反射板138C。然后，被第3角度固定反射板138C反射，被送到角度可变反射板140。

这些第1角度固定反射板138A、第2角度固定反射板138B及第3角度固定反射板138C安装在从旋转板120向高炉1的开口部2垂下的固定部件(未图示)。或者，也可以在从旋转板120向高炉1的开口部2延伸并安装于旋转板120的周缘的侧壁170上安装第1角度固定反射板138A、第2角度固定反射板138B及第3角度固定反射板138C。

另外，作为检测波M，由于炉内高温且存在粉尘、水蒸气，因此优选使用微波、毫米波。特别是，毫米波的波长比微波短，指向性高，因此是优选的。

角度可变反射板140是反射面140a的倾斜角度在图中的附图标记X所示的方向上可变的反射板。在该角度可变反射板140中，在反射面140a的相反侧的面(背面)的中心固定有连杆机构117的第1连杆117a，在第1连杆117a连结有第2连杆117b。另外，在第2连杆117b上连结有通过旋转轴110的开口121贯通旋转轴110的内部的连结棒114，在连结棒114的与第2连杆117b相反一侧的端部形成有齿条118。

连结棒114具有将连接天线135和收发单元130的波导管133作为内管的外管部114a，在外管部114a的外周面形成有齿条118。马达125的齿轮119与该齿条118啮合，通过驱动马达125，齿轮119旋转，由齿条118转换为直线运动。在此，编码器126与马达125连接，检测马达125的旋转量，进而检测齿轮119的旋转量。

另外，连结棒114具有以在旋转轴110的内部避开天线135的方式朝向旋转板120延伸的中间部114b。外管部114a的旋转轴110侧的端部向外侧弯曲，中间部114b与该弯曲部分连续。

而且，中间部114b具有通过旋转板120的开口121向高炉1的开口部2延伸的下端部114c。该下端部114c与连杆机构117的第2连杆117b连结。

连结棒114如此构成，未图示的电动机的旋转通过齿轮119由齿条118转换为直线运动，如图中附图标记H所示，连结棒114向角度可变反射板140侧或相反侧直线状地移动。

另外，虽然省略了图示，但也可以使波导管133的天线135侧的部分比旋转轴110自由，即使旋转轴110旋转，波导管133也不会旋转。这样，能够有不将波导管133在分离部分134断开的方法。

另外，如图3所示，在角度可变反射板140的直径两端突出设置有支轴141、141，支轴141、141转动自如地支承于支承臂146、146。而且，支承臂146、146安装于支承臂保持棒145，该支承臂保持棒145安装于旋转板120。

并且，当连结棒114向角度可变反射板140侧移动(图中的下降)时，角度可变反射板140的反射面140a利用连杆机构117以朝向高炉1的内壁1a的方式倾斜，当连结棒114向与角度可变反射板140相反的一侧移动(图中的上升)时，角度可变反射板140的反射面140a利用连杆机构117以朝向高炉1的轴线C的方式倾斜。即，通过连结棒114的下降及上升，能够将角度可变反射板140的反射面140a的倾斜在图中的附图标记X方向上改变。

与此相伴，从角度固定反射板138的第3角度固定反射板138C发送至角度可变反射板140的检测波M，如附图标记Z所示，向图中左右方向振动，成为沿着旋转板120的径向的线状而被送至炉内。基于角度可变反射板140的检测波M的振幅例如如图1所示，被调整为检测波M从高炉1的内壁1a到轴线C以线状移动。

检测波M被堆积在炉内的装入物20的表面反射，经过与发送时相同的路径而被收发单元130接收。收发例如能够以FM-CW方式进行。即，从与收发单元130连接的天线135发送，被角度固定反射板138A～138C反射而被送到角度可变反射板140，从角度可变反射板140以规定的角度发送的检测波M(发送波)通过高炉1的开口部2被送到炉内之后，在装入物20的表面被反射，其反射波经过相反的路径(角度可变反射板140→角度固定反射板138C～138A→天线135→收发单元130)而被收发单元130检波。然后，由发送波与反射波的频率差(差拍频率)得到收发单元130与装入物20的表面之间的距离信息。

通过一边使旋转板120以旋转轴110为中心旋转一边进行该线状的检测波M的收发，如图4所示，能够得到遍及高炉1的炉内全域的圆形的部分S(以下称为“扫描区域S”)的距离信息。另一方面，通过与电动机113连接的编码器150检测与旋转板120的旋转位置相当的旋转轴110的转动角度，因此能够得到扫描区域S中的检测波M的位置信息。另外，根据由编码器126得到的马达125及齿轮119的旋转量，检测角度可变反射板140的反射面140a的倾斜角度，检测旋转板120的径向上的位置信息、即后述的图5的OB方向上的位置。根据这些距离信息和位置信息，得到扫描区域S、即装入物20的整个面的表面轮廓。

另外，收发单元130的收发可以与旋转板120的旋转对应地连续地进行，但也可以间歇地每当旋转板120旋转规定的角度时，则进行上述收发单元130的收发。

在上述的检测中，由于仅配合旋转板120的旋转使角度可变反射板140倾斜，因此与一次扫描整个表面的情况相比，能够实现装置的简化以及减轻驱动源的负荷。

另外，使旋转板120的旋转与滑槽200的旋转同步。对于控制旋转板120的旋转方面，由与马达113连接的马达控制电路113A进行。然后，使编码器150的位置信息与控制滑槽200的旋转的编码器210的位置信息同步。

另外，“同步”是指，当滑槽200停止时，旋转板120也停止，当滑槽200开始旋转时，旋转板120也开始旋转，而且，滑槽200的旋转方向与旋转板120的旋转方向相同，滑槽200的旋转速度与旋转板120的旋转速度相同。

若使滑槽200的旋转与旋转板120的旋转同步，并且使旋转板120的旋转停止，则能够反复进行旋转停止位置处的径向线状的收发，测定同一位置的装入物20的堆积状态的变化。

图5是将检测装置100的扫描区域S与滑槽200的旋转轨道重叠示出的图。即，由于滑槽200以高炉1的轴线C为中心进行旋转，因此是将高炉1的轴线C与检测装置100的旋转板120的旋转轴110假想地在中心O上重叠的图。另外，圆周相当于扫描区域S。

在此，将某时刻的滑槽200的轴线的、该图所示的圆周上的位置设为A，将该时刻的检测装置100的角度可变反射板140的位置设为B时，该图表示在某时刻在经过了相当于从滑槽200到相位差Δθ的时间后，进行检测装置100的收发。另外，位置B处的基于检测波M的收发沿着该圆的半径OB以线状进行。并且，由于滑槽200的旋转与检测装置100的旋转板120的旋转同步，因此，始终检测经过了与相位差Δθ相当的时间后的装入物20的堆积状态。

因此，能够采取如下对策：在到上次为止的滑槽200的旋转中，预先测定并存储滑槽200到达位置A时的装入物20的堆积状态，与本次的滑槽200到达位置A时测定出的装入物20的堆积状态进行比较，在堆积状态存在差异时，在滑槽200通过位置A之后，立即改变装入物20从滑槽200的下落位置、下落量等。

另外，装入物20是使铁矿石、焦炭、石灰等交替地层状堆积的物质，但下落位置根据这些装入物20的种类、粒径而不同。以往，按照装入物20的种类、粒径，通过计算式预测下落位置来调整滑槽200的倾斜角度(图1的R2)。根据本发明，由于能够按照装入物20的种类检测刚堆积之后不久的时期，因此在滑槽200的旋转时，能够针对每个同种的装入物20反映到下落位置的修正中。

相位差Δθ可以任意地设定，在上述中，越减小相位差Δθ，越能够检测刚堆积之后不久的状态下的装入物20的堆积状态。

另外，也能够对不同的Δθ下的装入物20的堆积状态进行比较。例如，如该图所示，例如也可以使滑槽200的位置A的径向相反侧成为扫描位置。用B′表示此时的扫描位置，用Δθ′表示相位差。装入物20在堆积后随着时间的经过而堆积状态会发生变化。示意性地示出Δθ处的装入物20的堆积状态(OB方向轮廓)和Δθ′处的装入物20的堆积状态(OB′方向轮廓)，虽然均在从滑槽200的下落地点附近能观察到峰值P，但Δθ′处的堆积状态的峰值P小，整体平缓，堆积状态随着时间的经过而变化。这样，与刚从滑槽200下落之后相比，有时更优选在经过一段时间而堆积状态稳定时，测定装入物20的堆积状态。

另外，也可以在扫描位置B和扫描位置B’这2个部位检测装入物20的堆积状态，使扫描位置B与扫描位置B’之间的堆积状态的变化的程度反映到滑槽200的旋转方式中。

另外，测定位置并不限定于位置B与位置B′的2处，也可以增加到3处以上。

在检测上述装入物20的堆积状态时，可以与滑槽200的旋转同步地连续地进行旋转板120的向径向的扫描，也可以间歇地每当滑槽200的旋转进行了规定角度时，则进行旋转板120的向径向的扫描。

在上述中检测装置100为1个，但也可以在高炉1的多个部位设置。例如，在图1中，在高炉1的轴线C的图中右侧设置有检测装置100，但也可以在以高炉1的轴线C为中心的其他位置(图中左侧)也设置检测装置100。这样，通过以高炉1的轴线C为中心在左右2个位置配置检测装置100，从而即使旋转中的滑槽200遮断检测波M而产生无法检测装入物20的表面轮廓的范围，2个检测装置100也能够相互补充。另外，由于能够用2个检测装置100分担扫描区域S，因此能够将测定时间缩短为二分之一。如果以相同的时间进行测量，则也能够增加测定点而提高分辨率。例如，假设检测装置100为1个、滑槽200每旋转10°时进行测定，则若通过设置2个检测装置100，对Δθ设置相互5°的差，当滑槽200每旋转5°时进行测定，从而能够在滑槽200的每1次旋转中将测定点增加至2倍而提高分辨率。

顺便提及，预想来自炉内的高热、粉尘、水蒸气等会从高炉1的开口部2侵入检测装置100侧，妨碍检测。因此，在测定时，也可以在旋转轴110的内部或由旋转板120和侧壁170形成的空间中连续地、间歇性地供给氮气等吹扫气体(未图示)。另外，也可以将开口部2用如宇部兴产(株)制的“基拉诺(Tyranno)纤维”那样编织了陶瓷制的耐热性纤维的具有通气性的过滤器(未图示)封闭，使吹扫气体向炉内侧喷出，也可以在过滤器的下方设置金属网(未图示)，防止与向上喷起时的来自炉内的装入物20的碰撞。也可以用隔热材料和具有通气性的过滤器堵塞天线135的前端，向隔热材料与过滤器之间供给吹扫气体。此外，也可以附设封闭开口部2的开闭阀(未图示)。或者，也可以构成为，附设使检测装置100整体相对于开口部2上下移动的移动单元(未图示)，在测定时，如图所示移动到接近开口部2的位置，在非测定时从开口部2退避，进而用开闭阀关闭开口部2。

进而，利用编码器210检测不遮断检测波M的发送的滑槽200的范围，在该范围内停止滑槽200的旋转，花费时间扫描装入物20的表面，由此也能够进一步提高分辨率而高精度地进行测定。

(第2实施方式)

在图6中示出检测装置100的第2实施方式，如该图所示，也可以加长天线135的喇叭长度。通过加长天线135的喇叭长度，不需要像第1实施方式那样使用电介质透镜136，就能够应对毫米波的发送以及接收，喇叭长度被调整为适于毫米波的发送以及接收。

天线135的天线面能够延长至旋转板120的开口121的附近，伴随于此，也可以使连结棒114的中间部114b以通过旋转板120的开口121的方式延长，省略图2所示的下端部114c而与连杆机构117的第2连杆117b连结。另外，在第1实施方式中，也可以省略下端部114c。

除了加长天线135的喇叭长度以外，与第1实施方式相同，在此省略说明。

如上所述，在本发明的检测装置100中，电气部件即收发单元130被设置为距离高炉1的开口部2最远，因此不会受到高炉1的高温的影响，稳定地进行工作。另外，同样作为电气部件的旋转板120的编码器150也位于远离高炉1的开口部的位置，也不会受到热影响。

进而，在第1实施方式及第2实施方式中，也可以构成为，附设使检测装置100整体相对于开口部2下降及上升的移动机构(未图示)，在测定时使检测装置100位于开口部2或其附近，在非测定时从开口部2退避，进而利用开闭阀(未图示)封闭开口部2。通过在开口部2或其附近进行检测波M的收发，能够减小开口部2的开口直径而减少来自高炉1的热的影响，还能够降低加工费用。

(第3实施方式)

图7是示出本发明的检测装置的第3实施方式的图，是沿高炉的轴线示出设置于高炉的状态的概略剖视图，图8及图9是示出检测装置的结构的图。

如图7所示，高炉1通过滑槽200供给装入物20即铁矿石、焦炭、石灰等装入物。滑槽200通过以高炉1的轴线C为中心沿图中附图标记R1所示的方向旋转，并改变相对于轴线C的倾斜角度R2来控制装入物20的下落位置。滑槽200可以是公知的，由编码器210检测向R1方向的旋转角度。然后，从滑槽200下落的装入物20堆积在高炉1的炉内。

在高炉1的炉顶附近形成有开口部2，在开口部2设置有检测装置100。如图8所示，检测装置100具备以旋转轴110为中心，如附图标记Y所示那样相对于高炉1的开口部2水平旋转的旋转板120。旋转板120可以是圆板。在旋转板120的下表面安装有发送、接收检测波M的收发单元130。在收发单元130连接有天线135，在天线135的正下方配设有反射面138a的倾斜角度固定的角度固定反射板138。另外，对于天线135，为了提高检测波M的指向性，可以在天线面附设电介质透镜136。

另外，虽然省略了图示，但也可以将收发单元130载置于内管115上，在内管115中装入波导管或同轴电缆，与天线135连接。由此，能够保护收发单元130不受高炉1的高温影响。

作为检测波M，由于炉内高温且存在粉尘、水蒸气，因此优选使用微波、毫米波。特别是，毫米波与微波相比波长短，指向性高，因此是优选的。

另外，旋转板120、收发单元130、天线135、角度固定反射板138、后述的角度可变反射板140以及它们的周边设备成为“检测部”的构成部件。

旋转轴110为双重管构造，其外管111的开口部2侧的端部固定于旋转板120。另外，在外管111的外周面设置有齿轮112，马达113的齿轮155与齿轮112啮合。因此，通过驱动马达113，固定于外管111的旋转板120如图中的附图标记Y所示，相对于高炉1的开口部2水平地旋转。

另一方面，旋转轴110的内管115在其开口部2侧的端部经由连杆机构117安装有反射面140a的倾斜角度在图中的附图标记X所示的方向可变的角度可变反射板140。该角度可变反射板140在与反射面140a相反的相反侧的面的中心固定有连杆机构117的第1连杆117a，第2连杆117b连结于第1连杆117a，内管115的前端连结于第2连杆117b。在内管115的另一端形成有齿条118，马达(未图示)的齿轮119与齿条118啮合，通过驱动马达，齿轮119旋转，由齿条118转换为直线运动。而且，内管115如图中附图标记H所示，向角度可变反射板140侧或相反侧呈直线状移动。

另外，如图9所示，在角度可变反射板140的直径两端突出设置有支轴141、141，支轴141、141转动自如地支承于支承臂146、146。而且，支承臂146、146安装于支承臂保持棒145，该支承臂保持棒145安装于旋转板120。

因此，当内管115向角度可变反射板140侧移动(图中的下降)时，角度可变反射板140的反射面140a利用连杆机构117以朝向高炉1的内壁1a的方式倾斜，当内管115向与角度可变反射板140相反的一侧移动(图中的上升)时，角度可变反射板140的反射面140a利用连杆机构117以朝向高炉1的轴线C的方式倾斜。即，通过内管115的下降及上升，能够将角度可变反射板140的反射面140a的倾斜在图中的附图标记X方向上改变。

另外，角度固定反射板138与角度可变反射板140对置配置，如图8所示，来自收发单元130的检测波M在从天线135被角度固定反射板138的反射面138a反射而向角度可变反射板140的反射面140a发送之后，从角度可变反射板140的反射面140a通过高炉1的开口部2向炉内输送。此时，通过改变角度可变反射板140的反射面140a的倾斜角度X，如附图标记Z所示，检测波M向炉内的发送路径在图中左右方向上摆动而成为沿着旋转板120的径向的线状。基于角度可变反射板140的检测波M的振幅例如如图7所示，被调整为检测波M从高炉1的内壁1a到轴线C以线状移动。

检测波M在堆积在炉内的装入物20的表面反射，沿着与发送时相同的路径由收发单元130接收。收发例如能够以FM-CW方式进行。即，从与收发单元130连接的天线135发送，被角度固定反射板138反射而被发送到角度可变反射板140，从角度可变反射板140以规定的角度发送的检测波M(发送波)通过高炉1的开口部2被送到炉内之后，在装入物20的表面被反射，其反射波经过相反的路径(角度可变反射板140→角度固定反射板138→天线135→收发单元130)而被收发单元130检波。然后，根据发送波与反射波的频率差(差拍频率)得到收发单元130与装入物20的表面之间的距离信息。

通过一边使旋转板120以旋转轴110为中心旋转一边进行该线状的检测波M的收发，如图10所示，能够得到高炉1的遍及炉内整个区域的圆形的部分S(以下称为“扫描区域S”)的距离信息。另一方面，通过与马达113连接的编码器150检测与旋转板120的旋转位置相当的外管111的转动角度，因此能够得到扫描区域S中的检测波M的位置信息。根据这些距离信息和位置信息，得到扫描区域S、即装入物20的整个面的表面轮廓。

另外，收发单元130的收发可以与旋转板120的旋转对应地连续地进行，但也可以间歇地每当旋转板120旋转规定的角度时，进行上述收发单元130的收发。

在上述的检测中，由于仅配合旋转板120的旋转使角度可变反射板140倾斜，因此与一次扫描整个表面的情况相比，能够实现装置的简化以及减轻驱动源的负荷。

另外，虽然省略了图示，但通过将收发单元130提供的距离信息无线地传送到外部的运算电路，也能够简化布线。

另外，使旋转板120的旋转与滑槽200的旋转同步。对于控制旋转板120的旋转方面，由与马达113连接的马达控制电路113A进行。然后，使编码器150的位置信息与控制滑槽200的旋转的编码器210的位置信息同步。

另外，“同步”是指，如第1实施方式、第3实施方式中说明的那样，当滑槽200停止时，旋转板120也停止，当滑槽200开始旋转时，旋转板120也开始旋转，而且，滑槽200的旋转方向与旋转板120的旋转方向相同，滑槽200的旋转速度与旋转板120的旋转速度相同。

若使滑槽200的旋转与旋转板120的旋转同步，并且使旋转板120的旋转停止，则能够反复进行旋转停止位置处的线状的收发，并测定该位置处的装入物20的堆积状态的变化。

图11是将检测装置100的扫描区域S与滑槽200的旋转轨道重叠表示的图。即，由于滑槽200以高炉1的轴线C为中心进行旋转，因此是将高炉1的轴线C与检测装置100的旋转板120的旋转轴110假想地在中心O重叠的图。另外，圆周相当于扫描区域S。

在此，将某时刻的滑槽200的轴线的、该图所示的圆周上的位置设为A，将该时刻的检测装置100的角度可变反射板140的位置设为B时，该图表示在某时刻在经过了相当于从滑槽200到相位差Δθ的时间后，进行基于检测装置100的收发。另外，位置B处的基于检测波M的收发沿着该圆的半径OB以线状进行。并且，由于滑槽200的旋转与检测装置100的旋转板120的旋转同步，因此，始终检测经过了与相位差Δθ相当的时间后的装入物20的堆积状态。

因此，可以采取如下对策：在到上次为止的滑槽200的旋转中，预先测定并存储滑槽200到达位置A时的装入物20的堆积状态，与本次的滑槽200到达位置A时测定出的装入物20的堆积状态相比，在堆积状态存在差异时，在滑槽200通过位置A之后，立即改变装入物20从滑槽200的下落位置、下落量等。

另外，装入物20是使铁矿石、焦炭、石灰等交替地层状堆积的物质，但下落位置根据这些装入物20的种类、粒径而不同。以往，按照装入物20的种类、粒径，通过计算式预测下落位置来调整滑槽200的倾斜角度(图7的R2)。根据本发明，由于能够按照装入物20的种类检测刚堆积之后不久的时期，因此在下一次的滑槽200的旋转时，能够针对每个同种的装入物20反映到下落位置的修正中。另一方面，能够检测装入物20的下落位置的圆周方向的轨迹。

相位差Δθ可以任意地设定，在上述中，越减小相位差Δθ，越能够检测刚堆积之后不久的状态下的装入物20的堆积状态。

或者，如该图所示，例如也能够使滑槽200的位置A的径向相反侧成为扫描位置。用B′表示此时的扫描位置，用Δθ′表示相位差。装入物20在堆积后随着时间的经过而堆积状态发生变化。示意性地示出Δθ处的装入物20的堆积状态(OB方向轮廓)和Δθ′处的装入物20的堆积状态(OB′方向轮廓)，虽然均在从滑槽200的下落地点附近能观察到峰值P，但Δθ′处的堆积状态的峰值P小，整体平缓，堆积状态随着时间的经过而变化。这样，与刚从滑槽200下落之后相比，有时更优选在经过一段时间而堆积状态稳定时，测定装入物20的堆积状态。

另外，也可以在扫描位置B和扫描位置B′这2处检测装入物20的堆积状态，使堆积状态的变化的程度反映在下次的滑槽200的旋转方式中。

另外，测定位置并不限定于位置B与位置B′的2处，也可以增加到3处以上。

在检测上述装入物20的堆积状态时，也可以与滑槽200的旋转同步地连续地进行旋转板120的向径向的扫描，但也可以间歇地每当滑槽200的旋转进行了规定角度时，进行旋转板120的向径向的扫描。旋转板120的向径向的扫描虽说是短时间即可，但也需要一定时间。因此，为了与滑槽200的旋转同步，在旋转板120的向径向的扫描结束后需要加快旋转板120的旋转，通过间歇地进行扫描，容易使旋转板120的旋转与滑槽200旋转同步。

在上述中，检测装置100为1个，但也可以在高炉1的多个部位设置。例如，在图7中，在高炉1的轴线C的图中右侧设置有检测装置100，但也可以在以高炉1的轴线C为中心的其他位置(图中左侧)也设置检测装置100。这样，通过以高炉1的轴线C为中心在左右2个位置配置检测装置100，从而即使旋转中的滑槽200遮断检测波M而产生无法检测装入物20的表面轮廓的范围，2个检测装置100也能够相互补充。另外，由于能够用2个检测装置100分担扫描区域S，因此能够将测定时间缩短为二分之一。如果以相同的时间进行测量，则也能够增加测定点而提高分辨率。例如，假设检测装置100为1个、滑槽200每旋转10°时进行测定，则若通过设置2个检测装置100，对Δθ设置相互5°的差，当滑槽200每旋转5°时进行测定，从而能够在滑槽200的每1次旋转中将测定点增加至2倍而提高分辨率。

顺便提及，预想来自炉内的高热、粉尘、水蒸气等会从高炉1的开口部2侵入检测装置100侧，妨碍检测。因此，在测定时，也可以向容纳有收发单元130、天线135、角度固定反射板138、角度可变反射板140、连杆机构117等的容器连续地、间歇地供给氮气等吹扫气体(未图示)。另外，也可以将开口部2用如宇部兴产(株)制的“基拉诺(Tyranno)纤维”那样编织了陶瓷制的耐热性纤维的具有通气性的过滤器(未图示)堵塞，使吹扫气体向炉内侧喷出，也可以在过滤器的下方设置金属网(未图示)，防止与向上喷起时的来自炉内的装入物20的碰撞。也可以由隔热材料和具有通气性的过滤器堵塞天线135的前端，向隔热材料与过滤器之间供给吹扫气体。此外，也可以附设封闭开口部2的开闭阀(未图示)。进而，与第1实施方式及第2实施方式同样地，也可以构成为附设使检测装置100整体相对于开口部2下降及上升的移动机构(未图示)，在测定时使检测装置100位于开口部2或其附近，并且在非测定时使检测装置100从开口部2退避，进而用开闭阀关闭开口部2。通过在开口部2或其附近进行检测波M的收发，能够减小开口部2的开口直径而减少来自高炉1的热的影响，还能够降低加工费用。

(第4实施方式)

在上述的第3实施方式中，为了以线状进行检测波M的收发，使角度固定反射板138与角度可变反射板140对置配置，进行改变角度可变反射板140的反射面140a的倾斜角度这样的机械作业。在本第4实施方式中，以电气方式改变检测波M的相位，以线状进行检测波M的收发。

作为这样的装置，可以列举相控阵模块。如图12～图14所示，相控阵模块160将n个天线元件161(1)～161(n)与移相器162连接，各个天线元件161(1)～161(n)通过微带线163(1)～163(n)与用于控制供电的毫米波、微波的相位的移相器162连接。而且，相控阵模块160通过改变从移相器162向天线元件161(1)～161(n)的各移相量来改变天线元件161(1)～161(n)的指向性(检测波M的收发方向)，进行沿着天线元件161(1)～161(n)的连续设置方向(图中的左右方向)的线状的扫描。

如图13所示，天线元件161(1)～161(n)优选分为发送用的天线元件组161A和接收用的天线元件组161B。检测波M的收发能够以FM-CW方式进行，但在各个天线元件161(1)～161(n)进行发送和接收两者的情况下，有可能接收到来自相邻的天线元件的检测波M而成为噪声，但通过分成发送用的天线元件组161A和接收用的天线元件组161B，能够更准确且可靠地进行收发。

另外，天线元件161(1)～161(n)优选以能够耐受来自高炉1的高热的方式形成喇叭天线。另外，纵横尺寸比大的方形扁平天线能够提高指向性，因此更优选。另外，在使用喇叭天线时，在波导管164(1)～164(n)中进行各微带线163(1)～163(n)与各喇叭天线的连接，但为了使天线连接部的相位一致，需要例如按照波导管164(1)～164(n)的管长进行调整。

相控阵模块160以天线元件161(1)～161(n)的天线端面161a朝向高炉1的开口部2、且天线元件161(1)～161(n)的连续设置方向沿着旋转板120的径向(图12的左右方向)的方式安装于旋转板120。相控阵模块160向旋转板120的安装可以如图12所示，以连结天线端面161a的线相对于旋转板120的板面呈角度α的方式倾斜，也可以使连结天线端面161a的线与旋转板120的板面平行，即角度α＝0。通过使相控阵模块160倾斜而安装于旋转板120，能够减小高炉1的开口部2的开口直径。在高炉1那样的压力容器中，检测装置会被施加压力，但由于能够减小开口部2的开口直径，从而能够减小压力。

通过使用相控阵模块160，不需要第3实施方式中的角度固定反射板138和角度可变反射板140，也不需要用于控制角度可变反射板140的反射面140a的倾斜角度的连杆机构117、用于使内管115上升或下降移动的驱动源。因此，旋转板120也能够直接安装于旋转轴110，仅通过马达113使旋转轴110旋转即可，因此能够简化装置。

相控阵模块160是模块化的小型的部件，不是角度可变反射板140那样的运转部件，因此也能够在旋转板120上安装多个。例如图15是按照图11表示的图，但相对于滑槽200的位置A，能够在Δθ的位置B和Δθ′的位置B′安装相控阵模块160a、160b。由此，能够一次检测出在位置B处从滑槽200下落并堆积之后不久的装入物20的堆积状态和位置B′处的稳定的堆积状态的装入物20的堆积状态，能够将各检测结果反映在下次的滑槽200的旋转方式中，从而能够进行更接近理论堆积轮廓的装入物20的供给。

另外，与第1～第3实施方式同样地，也可以构成为，使相控阵模块160与旋转板120一起相对于开口部2下降和上升，在测定相控阵模块160时位于开口部2或其附近，并且在非测定时从开口部2退避，进而用开闭阀关闭开口部2。通过在开口部2或其附近进行检测波M的收发，能够减小开口部2的开口直径而减少来自高炉1的热的影响，还能够降低加工费用。

(操作方法)

本发明还包括如下步骤：基于由上述的检测装置100检测出的装入物20的表面轮廓，以接近适于进行稳定的操作的理论堆积轮廓的方式，进行从滑槽200的装入物20的补给，由此进行更稳定的操作。例如，能够立即将测定出的表面轮廓送到滑槽200的控制电路(未图示)，在接通时间控制滑槽200向R1方向的旋转角度、倾斜角度R2、在各位置的装入物20的下落量。

以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于该例子。本领域技术人员明显能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意地组合上述实施方式中的各构成要素。

此外，本申请基于2019年5月31日申请的日本专利申请(特愿2019-102613)和2019年7月9日申请的日本专利申请(特愿2019-127900)，其内容作为参照引用于本申请中。

Claims (7)

1.一种高炉内装入物的表面轮廓检测装置，所述表面轮廓检测装置在利用滑槽供给铁矿石、焦炭、石灰等装入物的高炉内，通过向所述高炉开口的开口部，向在炉内堆积的所述装入物的表面发送检测波，并接收被所述装入物的表面反射的所述检测波来检测所述装入物的表面轮廓，所述表面轮廓检测装置的特征在于，

包括：

旋转板，所述旋转板被设置于所述开口部的正上方，以该开口部的开口中心为中心轴进行旋转；

旋转单元，所述旋转单元使所述旋转板旋转；以及

收发单元，所述收发单元将所述检测波沿着所述旋转板的径向线状地发送并接收，

所述表面轮廓检测装置包括多个天线元件和以电气方式对从所述天线元件发出的所述检测波的指向性进行控制的移相器，并使所述检测波的指向性在所述旋转板的径向上一致。

2.如权利要求1所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

所述天线元件分成发送用的天线元件组和接收用的天线元件组。

3.如权利要求1或2所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，所述检测波是微波或毫米波。

4.如权利要求1或2所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

间歇性地，每当所述滑槽的旋转进行了规定角度，则进行所述旋转板的径向的扫描，进行基于所述收发单元的收发。

5.如权利要求3所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置，其特征在于，

间歇性地，每当所述滑槽的旋转进行了规定角度，则进行所述旋转板的径向的扫描，进行基于所述收发单元的收发。

6.一种操作方法，其特征在于，使用权利要求1～5中任一项所述的高炉内装入物的表面轮廓检测装置来检测所述装入物的表面轮廓，并基于所述表面轮廓来补给所述装入物。

7.如权利要求6所述的操作方法，其特征在于，

所述装入物的补给通过对所述装入物从所述滑槽的下落位置或者下落量的控制来进行。

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