JP2008069446A

JP2008069446A - 反応物質層の外形と反応物質の高炉への供給経路とを測定する方法

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Publication number: JP2008069446A
Application number: JP2007157523A
Authority: JP
Inventors: Shiko Kaku; 士綱郭; Wen-Chieh Lee; 文傑李; Kenbun To; 憲文杜
Original assignee: China Steel Corp
Current assignee: China Steel Corp
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: JP4691068B2; KR20080024051A; TWI307719B; KR100924848B1; TW200813233A

Abstract

【課題】高炉内の反応物質層の外形と反応物質の供給経路とを容易に測定できるようにすること。
【解決手段】高炉内の反応物質層の外形と反応物質の供給経路とを測定する方法は、３次元レーザースキャナーを用意する第１ステップと、コンピューターを用意する第２ステップと、点群データを得る第３ステップと、前記点群データから最上の反応物質層の外形を計算する第４ステップとを含む。前記第１ステップは、内部空間のデジタルデータを示す点群データを出力するため、３次元レーザースキャナーを高炉内の反応物質層に向けることを含む。前記第２ステップは、前記３次元レーザースキャナーを、点群解析プログラムを有するコンピューターに接続することを含む。前記第３ステップは、前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算するため、前記点群解析プログラムにより実行される。供給される前記反応物質の経路を測定するために少なくとも１つの２次元レーザースキャナーを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、反応物質層の外形と反応物質の高炉への供給経路とを測定する方法に関する。

高炉は巨大な化学反応装置である。前記高炉に複数の反応物質が供給される。前記反応物質は、複数の反応物質層を形成し、コークスと鉄鉱石とを含み、酸化鉄から銑鉄が生成されるように酸化還元反応を起こす。前記酸化還元反応が進行しているとき、前記高炉内に一酸化炭素のようなガスが発生する。前記ガスの分布は前記酸化還元反応の効果に影響を与える。前記ガスの分布は、前記高炉内の最上の反応物質層の外形と、前記反応物質の供給経路とに関連している。

従来、前記高炉内の最上の反応物質層の外形を測定するために２つの方法が用いられている。一方の方法は間接的測定方法と呼ばれている。前記間接的測定方法は、前記反応物質の供給経路を測定すること、前記高炉内の前記最上の反応物質層の外形を計算することを含む。前記反応物質の供給経路を測定した後に前記反応物質の供給経路の方程式が得られる。前記高炉内の前記最上の反応物質層の外形を計算するとき、前記反応物質の供給経路の方程式を積分する。

他方の方法は直接的測定方法と呼ばれている。前記直接的測定方法は、前記高炉内の前記最上の反応物質層の外形を測定するため、前記反応物質の供給が終了した後にマイクロ波距離測定装置により行う。

しかし、前記高炉内の温度及び圧力が非常に高いため、前記高炉内の前記最上の反応物質層の外形を測定すること及び前記反応物質の供給時に前記反応物質の供給経路を測定することは難しい。前記２つの方法では正確な結果を得ることができない。

本発明は、前記した問題点を改善する、反応物質層の外形と反応物質の高炉への供給経路とを測定する方法を提供する。

本発明の目的は、高炉内の反応物質層の外形と反応物質の供給経路とを容易に測定できるようにすることである。

本発明に係る測定方法は、３次元レーザースキャナーを用意する第１ステップと、コンピューターを用意する第２ステップと、点群データを得る第３ステップと、前記点群データから最上の反応物質層の外形を計算する第４ステップとを含む。前記第１ステップは、内部空間のデジタルデータを示す点群データを出力するため、３次元レーザースキャナーを高炉内の反応物質層に向けることを含む。前記第２ステップは、前記３次元レーザースキャナーを、点群解析プログラムを有するコンピューターに接続することを含む。前記第３ステップは、前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算するため、前記点群解析プログラムにより実行される。供給される前記反応物質の経路を測定するために少なくとも１つの２次元レーザースキャナーを用いる。

本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、添付の図面に関する以下の詳細な説明からより明らかになる。

図２ないし７に示すように、高炉１０内の反応物質の層の外形を測定する。高炉１０は容器からなる。前記容器は、内面と、上部と、首部と、供給装置４０と、２つの側壁とを有し、円錐状であり、複数の反応物質を収容する。前記反応物質は、コークスと鉄鉱石とからなり、前記容器内に複数の反応物質層を形成している。前記反応物質層は高炉１０の前記内面の一部を覆い、１つの反応物質層は他の反応物質層上に重ねられ、各反応物質層は、外形と、任意の体積と、任意の厚さとを有する。高炉１０の露出した内面と最上の反応物質層とにより内部空間が形成されている。前記首部は、高炉１０の前記上部に形成され、開口を有する。供給装置４０は、高炉１０にコークスと鉄鉱石とを順次に供給するため、高炉１０の前記首部の前記開口に取り付けられている。

図１に示すように、高炉１０内の前記反応物質層の外形を測定する方法は、３次元レーザースキャナーを用意するステップ１００と、コンピューターを用意するステップ１０１と、点群データを得るステップ１０２と、前記点群データを変換する任意のステップ１０３と、前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算するステップ１０４とを含む。

３次元レーザースキャナーを用意するステップ１００は、高炉１０の前記内部空間を読み取るために３次元レーザースキャナー２０を高炉１０内の反応物質層に向けることを含む。３次元レーザースキャナー２０は、高炉１０の前記内部空間のデジタルデータを示す点群データを出力する。３次元レーザースキャナー２０は、高炉１０の前記首部に特定の角度で取り付けられ、高炉１０の局所座標の点群データを出力する。前記点群データは、前記最上の反応物質層の外形及び高炉１０の前記露出した内面の点群データを含む。

コンピューターを用意するステップ１０１は、高炉１０の局所座標の点群データを得るため、３次元レーザースキャナー２０にコンピューターを接続することを含む。前記コンピューターは、任意の座標変換プログラムと、点群解析プログラムとを有する。

前記座標変換プログラムは高炉１０の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換する。

前記点群解析プログラムは前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を測定する。

点群データを得るステップ１０２は、３次元レーザースキャナーにより出力された前記点群データを前記コンピューターに出力することを含む。

前記点群データを変換するステップ１０３は、高炉１０の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換するため、前記コンピューターの前記座標変換プログラムにより実行される。

前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算するステップ１０４は、前記内部空間のモデルを構築し、かつ前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算するため、前記コンピューターの前記点群解析プログラムにより実行される。

前記座標変換プログラムの第１実施例は、前記内部空間の主軸を定義するステップと、回転軸と回転角とを定義するステップと、高炉１０の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換するステップとを実行する。

図３に示したように、前記内部空間の主軸を定義するステップは、それぞれが高炉１０内に中心点を有する２つの円を定義すること、該円の前記中心点を経るベクトルＡを定義することを含む。

回転軸と回転角とを定義するステップは、次式により回転軸ベクトルＫと回転角θとを定義することを含む。

ここに、ベクトルＺは全体座標の座標軸ベクトルであり、回転角θはベクトルＡとベクトルＫとの間の角度である。

高炉１０の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換するステップは、次式を満足させるように、高炉１０の局所座標の点群データと対応する点をベクトルＫに関してマイナスθの角度で回転させることを含む。

ここに、Qは高炉１０の局所座標の点群データであり、Q'は全体座標の点群データである。

前記座標変換プログラムの第２実施例は、傾斜角度を測定するステップと、前記内部空間の主軸と回転軸とを定義するステップと、高炉１０の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換するステップとを実行する。

傾斜角度を測定するステップは、傾斜角度θを測定するため、電子水準器により行う。ここに、傾斜角度θは、全体座標の座標軸ベクトルＺと、前記内部空間の主軸と対応する主軸ベクトルＡとの間の角度である。

前記内部空間の主軸を定義するステップは、前記内部空間の主軸と対応する主軸ベクトルＡを次式から計算することを含む。

回転軸を定義するステップは、回転軸ベクトルＫを次式から計算することを含む。

高炉１０の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換するステップは、次式を満足させるように、高炉１０の局所座標の点群データと対応する点をベクトルＫに関してマイナスθ回転させることを含む。

前記点群解析プログラムは、コークスの圧縮率とコークスに対する鉄鉱石の比率とを決定する。前記点群解析プログラムは、前記内部空間のモデルを構築するステップと、高炉１０の前記露出した内面の点群データと前記最上の反応物質層の外形の点群データとを分離するステップと、コークス層の圧縮率とコークス層に対する鉄鉱石層の比率とを決定する任意のステップとを実行する。

前記内部空間のモデルを構築するステップは、前記点群データから前記内部空間のモデルを構築することを含む。

高炉１０の前記露出した内面の点群データと前記最上の反応物質層の外形の点群データとを分離するステップは、次の円錐の方程式を用いて、前記内部空間の前記モデル内で前記最上の反応物質層の外形の点群データを高炉１０の前記露出した内面の点群データに対して移動させることを含む。

ここに、Xc、 Yc、 Zcは円錐状の高炉１０の頂点の座標であり、aは前記頂点における開口の角度である。高炉１０が円錐状であるため、高炉１０の前記露出した内面の点群データは前記円錐の方程式を満たす。高炉１０の前記露出した内面の点群データが除去された場合、前記内部空間の前記モデルに前記最上の反応物質層の外形の点群データが残る。

図４に示したように、第１反応物質層O_Nが鉄鉱石層からなり、第２反応物質層C_Nがコークス層からなり、第１反応物質層O_N上に重ねられ、第３反応物質層O_N+1が他の鉄鉱石層からなり、第２反応物質層C_N上に重ねられていると仮定する。第３反応物質層O_N+1は第２反応物質層C_Nを圧縮し、第２反応物質層C_Nの体積は減少する。

コークス層の圧縮率を決定するステップは、コークス層の体積を計算すること、コークス層及び鉄鉱石層の体積を計算すること、コークス層の圧縮率を求めることを含む。

コークス層の体積を計算することは、高炉１０にコークスを供給した後に数値積分法により前記最上の反応物質層の外形の点群データから第２反応物質層C_Nの体積V₁を計算することを含む。

コークス層及び鉄鉱石層の体積を計算することは、第３反応物質層O_N+1を形成するために高炉１０に鉄鉱石を供給した後に数値積分法により第２反応物質層C_N及び第３反応物質層O_N+1の体積V₂を計算することを含む。第３反応物質層O_N+1の体積は、V₀であることがわかっている。

コークス層の圧縮率は次式により求める。

図５に示したように、コークスに対する鉄鉱石の比率を決定するステップは、各反応物質層の厚さを計算すること、コークスに対する鉄鉱石の比率を計算することを含む。

各反応物質層の厚さを計算することは、高炉１０に各反応物質を供給した後に前記最上の反応物質層の外形の点群データから各反応物質層の厚さを計算することを含む。各鉄鉱石層の厚さはL_Oiであり、各コークス層の厚さはL_Ciであり、iは整数である。

コークスに対する鉄鉱石の比率を計算することは、次式によりコークスに対する鉄鉱石の比率を求めることを含む。

前記反応物質を供給する経路を測定する方法は、前記した、反応物質層の外形を測定する方法を用いる。前記反応物質の供給経路の測定方法は、少なくとも１つの２次元レーザースキャナーを用意するステップと、前記高炉に供給される前記反応物質の経路を計算するステップとを含む。

図６に示したように、少なくとも１つの２次元レーザースキャナーを用意するステップは、高炉１０に２次元レーザースキャナー３０を取り付けること、水平な読み取り面を設定することを含む。２次元レーザースキャナー３０は、相対する２つの側壁のそれぞれに取り付けられる。供給装置４０により供給される反応物質は、２次元レーザースキャナー３０の前記読み取り面を通過する。

前記反応物質の供給経路を計算するステップは、供給装置４０により広がった前記反応物質を読み取ること、高炉１０に供給される前記反応物質の経路を計算することを含む。一方の側壁に取り付けられた２次元レーザースキャナー３０は左方の局所座標を有し、他方の側壁に取り付けられた２次元レーザースキャナー３０は右方の局所座標を有する。前記左方の局所座標及び前記右方の局所座標は補正する必要がある。前記左方の局所座標と前記右方の局所座標との間の関係は３つのパラメーターPx、Py、θにより表される。

パラメーターPx、Pyは反射板を用いて決定される。前記反射板は２次元レーザースキャナー３０の１つに取り付けられる。パラメーターPx、Pyは、前記反射板を有しない２次元レーザースキャナー３０が、前記反射板を有する２次元レーザースキャナー３０の位置を測定するときに決定される。角度θは電子水準器により決定される。

前記した測定方法によれば、操作員は、高炉１０内の前記最上の反応物質層の外形を容易に測定することができる。操作員は、高炉１０内の前記最上の反応物質層の外形と、供給される反応物質の経路とを組み合せることによって、コークス及び鉄鉱石の分布が操作手順により指定されたとおりであるか否かを判断することができる。

本発明に係る測定方法のフローチャートを示す図。高炉の首部に取り付けられた３次元レーザースキャナーの図。図２の高炉の概略図。高炉内の反応物質層の概略図。高炉内の各反応物質層の厚さについての説明図。２次元レーザースキャナーの読み取り面についての説明図。高炉の２つの側壁のそれぞれに取り付けられた２次元レーザースキャナーの使用時の概略図。

符号の説明

１０高炉
２０３次元レーザースキャナー
３０２次元レーザースキャナー
４０供給装置

Claims

高炉に用いられる、反応物質層の外形の測定方法であって、
前記高炉は、内面と、上部と、該上部に形成された、開口を有する首部と、前記開口に取り付けられた、前記高炉にコークスと鉄鉱石とを順次に供給するための供給装置とを有する容器からなり、該容器内に、コークスと鉄鉱石とからなる複数の反応物質が層状に重ねられて複数の反応物質層が形成され、前記反応物質は前記高炉の前記内面の一部を覆い、各反応物質層は外形を有し、前記高炉の露出した内面と最上の反応物質層とにより内部空間が形成され、
前記測定方法は、３次元レーザースキャナーを用意する第１ステップと、コンピューターを用意する第２ステップと、点群データを得る第３ステップと、前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算する第４ステップとを含み、
前記第１ステップは、前記内部空間を読み取り、かつ該内部空間のデジタルデータを示す点群データを出力するため、３次元レーザースキャナーを前記高炉内の前記反応物質層に向けることを含み、
前記第２ステップは、前記３次元レーザースキャナーにコンピューターを接続することを含み、前記コンピューターは、前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を測定する点群解析プログラムを有し、
前記第３ステップは、前記３次元レーザースキャナーにより出力された前記点群データを前記コンピューターへ送ることを含み、
前記第４ステップは、前記内部空間のモデルを構築し、かつ前記点群データから前記最上の反応物質層の外形を計算するため、前記コンピューターの前記点群解析プログラムにより実行される、測定方法。
前記３次元レーザースキャナーは前記高炉の前記首部に特定の角度で取り付けられている、請求項１に記載の測定方法。
前記３次元レーザースキャナーにより出力された前記点群データは、前記高炉の局所座標の点群データであり、前記コンピューターは、前記高炉の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換する座標変換プログラムを有する、請求項１に記載の測定方法。
前記座標変換プログラムは、前記内部空間の主軸を定義する第５ステップと、回転軸と回転角とを定義する第６ステップと、前記高炉の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換する第７ステップとを実行し、
前記第５ステップは、前記内部空間の主軸を示す主軸ベクトルを定義することを含み、
前記第６ステップは、前記主軸ベクトルから回転軸ベクトルＫと回転角θとを定義することを含み、
前記第７ステップは、Qが前記高炉の局所座標の点群データであり、Q'が全体座標の点群データであるとき、次式

を満足させるように、前記高炉の局所座標の点群データと対応する点を回転軸ベクトルＫに関してマイナスθの角度で回転させることを含む、請求項３に記載の測定方法。
前記第５ステップは、それぞれが前記高炉内に中心点を有する２つの円を定義すること、該円の前記中心点を経る主軸ベクトルを定義することを含む、請求項４に記載の測定方法。
前記座標変換プログラムは、傾斜角度を計測する第８ステップと、前記内部空間の主軸を定義する第９ステップと、回転軸を定義する第１０ステップと、前記高炉の局所座標の点群データを全体座標の点群データに変換する第１１ステップとを実行し、
前記第８ステップは、全体座標の座標軸ベクトルと前記内部空間の主軸を示す主軸ベクトルとの間の角度である傾斜角度θを測定するため、電子水準器により行い、
前記第９ステップは、傾斜角度θから前記主軸ベクトルを計算することを含み、
前記第１０ステップは、傾斜角度θ及び前記主軸ベクトルから回転軸ベクトルＫを計算することを含み、
前記第１１ステップは、Qが前記高炉の局所座標の点群データであり、Q'が全体座標の点群データであるとき、次式

を満足させるように、前記高炉の局所座標の点群データに対応する点を回転軸ベクトルＫに関してマイナスθの角度で回転させることを含む、請求項３に記載の測定方法。
前記点群データは、前記最上の反応物質層の外形の点群データと、前記高炉の前記露出した内面の点群データとを含み、
前記点群解析プログラムは、前記内部空間のモデルを構築する第１２ステップと、前記高炉の前記露出した内面の点群データと前記最上の反応物質層の外形の点群データとを分離する第１３ステップとを含み、
前記第１２ステップは、前記点群データから前記内部空間のモデルを構築することを含み、
前記第１３ステップは、前記内部空間の前記モデル内で前記最上の反応物質層の外形の点群データを前記高炉の前記露出した内面の点群データに対して移動させることを含む、請求項１に記載の測定方法。
前記高炉は円錐状であり、前記第１３ステップは、円錐の方程式

を用いて、前記円錐の方程式を満足させる点群データを除去することにより行う、請求項７に記載の測定方法。
各反応物質層は厚さを有し、前記点群解析プログラムは、コークスに対する鉄鉱石の比率を決定する第１４ステップを実行し、前記第１４ステップは、各反応物質層の厚さを計算すること、コークスに対する鉄鉱石の比率を計算することを含み、
各反応物質層の厚さを計算することは、前記高炉に各反応物質を供給した後に前記最上の反応物質層の外形の点群データから各反応物質層の厚さを計算することを含み、
コークスに対する鉄鉱石の比率を計算することは、L_Oiが各鉄鉱石層の厚さであり、L_Ciが各コークス層の厚さであるとき、次式

によりコークスに対する鉄鉱石の比率を求めることを含む、請求項８に記載の測定方法。
各反応物質層は体積を有し、前記点群解析プログラムは、コークスの圧縮率を決定する第１５ステップを実行し、前記第１５ステップは、コークス層の体積を計算すること、前記コークス層及び該コークス層上に重ねられた鉄鉱石層の体積を計算すること、前記コークス層の圧縮率を計算することを含み、
コークス層の体積を計算することは、前記高炉にコークスを供給した後に数値積分法により前記最上の反応物質層の外形の点群データからコークス層の体積V₁を計算することを含み、
前記コークス層及び該コークス層上に重ねられた鉄鉱石層の体積を計算することは、前記高炉に鉄鉱石を供給した後に数値積分法により前記コークス層及び該コークス層上に重ねられた鉄鉱石層の体積V₂を計算することを含み、
前記コークス層の圧縮率を計算することは、次式

により前記コークス層の圧縮率を求めることを含む、請求項８に記載の測定方法。
請求項１に記載の測定方法を用いた、反応物質層の外形と反応物質の供給経路との測定方法であって、
少なくとも１つの２次元レーザースキャナーを用意する第１６ステップと、前記反応物質の供給経路を計算する第１７ステップとを含み、
前記第１６ステップは、前記高炉に２次元レーザースキャナーを取り付けること、前記供給装置により供給される前記反応物質が前記２次元レーザースキャナーの水平な読み取り面を通過するように前記読み取り面を設定することを含み、
前記第１７ステップは、前記供給装置により広がった前記反応物質を読み取ること、供給される前記反応物質の経路を計算することを含む、測定方法。
前記高炉は２つの側壁を有し、２つの２次元レーザースキャナーのそれぞれが前記側壁に取り付けられ、前記２次元レーザースキャナーは相対している、請求項１１に記載の測定方法。