JP2015025710A - 高炉内装入物のプロフィル測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の形状の高炉内装入物のプロフィルを、なるべく時間をかけず高精度に測定できる測定方法を提供する。
【解決手段】マイクロ波を炉内直径方向に走査させて、高炉内装入物４の概略プロフィルを測定し、概略プロフィルについて、炉内直径方向のｘ座標に対する曲率を算出し、曲率の絶対値ｆ（ｘ）が大きいほど測定点の分布密度ｇ（ｘ）を大きくするように測定点を決定し、測定点にマイクロ波を照射して本測定を行い、本測定で測定した距離データおよびそのときのマイクロ波の走査角度データから、距離データを座標変換して、高炉内装入物４の表面プロフィルを演算する。
【選択図】図４

Description

本発明は、高炉内装入物の表面の形状（プロフィル）の測定方法に関するものである。

一般に、銑鉄の製造における高炉には、炉頂から装入物として、粉鉄鉱石を焼き固めた焼結鉱や塊状鉄鉱石等（以下では単に鉄鉱石または鉱石と記す）及びコークスが交互に装入されて堆積し、炉内に鉱石層およびコークス層が形成される。高炉下方にある羽口から吹き込まれる熱風とコークスとの反応によって生じるＣＯガスにより、鉄鉱石は加熱、還元され（間接還元）、また、一部はコークスにより直接的に還元されて、軟化融着帯を形成した後、溶滴となる。溶滴、すなわち溶銑は、コークス層の間を通過して炉底部に溜まる。炉内に形成された鉱石層およびコークス層は、炉内を徐々に降下する。

以上の工程において、高炉に装入された鉄鉱石及びコークスによって形成される炉頂部の装入物分布を調整し、適正なガス分布を得ることは非常に重要である。高炉内炉頂部における装入物のプロフィル（表面形状）は、ベル式装入装置ではムーバブルアーマを、また、ベルレス式装入装置では分配シュートを介する装入物の落下軌跡により決定される。通常装入時は、炉頂部の装入物のプロフィルは、高炉の中心鉛直方向（軸心）を軸として中央部が低い略逆円錘形状をなしている。高炉内装入物のプロフィルは、高炉の操業にとって重要な情報であり、殊に近年、高炉では、低コークス比での操業安定化を目的に、装入物の分布制御が複雑化しており、十分な測定頻度と精度を実現するプロフィルの測定ニーズが高まっている。

従来、例えば特許文献１等に記載されているように、炉体の炉口部側面から、高炉の軸心に向けて、マイクロ波距離計を備えた計測ランスを挿入し、マイクロ波を高炉内装入物へ向けて発信して、高炉内装入物の表面までの距離を測定する方式が行われてきた。この方式は、炉体内の高濃度の粉塵中でも、マイクロ波の減衰が小さいために距離測定が可能であるという利点があるものの、装置が大型かつ高価で、操作が複雑である。また、測定中は原料の装入を待機させる必要があり、また原料の装入時には計測ランスを炉体の外へ退避させなければならないため、一日に多くて数回、実際には１回程度しか測定できない。しかも、測定時間が長時間になるため、測定中の原料降下量が大きく、測定後の原料レベルの回復に時間がかかるという問題がある。

そこで、マイクロ波の長所を維持し、原料の装入を長時間停止させることなくレベル測定が行える測定方法が、例えば特許文献２および特許文献３に記載されている。これらは、マイクロ波の送受信が行えるマイクロ波距離計と、マイクロ波放射方向を走査する走査駆動装置とを備えたプロフィル測定装置を、原料装入装置よりも上方の高炉の炉頂部に設置し、マイクロ波を高炉内に走査させ、マイクロ波距離計から入力された距離データおよび走査駆動装置から入力された走査角度データを組み合わせて、データ処理部で高炉内装入物の表面プロフィルを演算するものである。

実公平１−１２２１６号公報 特開２０１０−１７４３７１号公報 特開２０１１−２２４１号公報

ところが、上記特許文献２、３に記載されたプロフィル測定方法は、一定の角速度でマイクロ波の放射方向を回転させながらデータ取得するため、プロフィルの測定点間距離にばらつきが生じる。したがって、得られるプロフィルの精度を確保するためには、最も精度が得られにくい形状の場所を基準に回転角速度を決める必要があるが、その場合、測定時間が長くなるという問題がある。

特許文献２、３に記載されているプロフィル測定装置は、炉内の装入物分配シュートとの干渉がないため、いつでも測定が可能であるものの、測定のタイミングが原料装入と重なると、十分な測定精度が得られない。したがって、精度よく測定するためには、プロフィルの測定中は原料装入を待機させることが望ましい。そのため、測定時間が長いと、特許文献１の場合と同様、高炉の操業に支障を来すとともに、測定中の原料降下量が大きく、測定後の原料レベルの回復に時間がかかることから、測定回数に制約が生じる。

本発明の目的は、任意の形状の高炉内装入物のプロフィルを、なるべく時間をかけず高精度に測定できる測定方法を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、高炉の炉頂部に、マイクロ波の送受信により測定対象物までの距離を測定するプロフィル測定装置を設置し、前記プロフィル測定装置から、マイクロ波放射方向を、高炉内装入物の表面において前記高炉の中心軸を通る直径方向に走査させて前記装入物までの距離データを測定し、前記距離データ測定時のマイクロ波の走査角度データに基づいて前記距離データを座標変換して、前記高炉内装入物の表面プロフィルを演算する高炉内装入物のプロフィル測定において、マイクロ波を炉内直径方向に走査させて、前記高炉内装入物の概略プロフィルを測定し、前記概略プロフィルについて、前記炉内直径方向の座標に対する曲率を算出し、前記曲率の絶対値が大きいほど測定点の分布密度を大きくするように測定点を決定し、前記測定点にマイクロ波を照射して本測定を行い、前記本測定で測定した距離データおよびそのときのマイクロ波の走査角度データから、前記高炉内装入物の表面プロフィルを演算することを特徴とする、高炉内装入物のプロフィル測定方法を提供する。

上記プロフィル測定方法において、前記本測定は、前記測定点ごとに、マイクロ波発信時から前記高炉内装入物による反射波の受信時までの間、前記高炉内装入物に対するマイクロ波送受信部を停止させて行うことが好ましい。

また、前記プロフィル測定装置を、前記高炉の中心軸に対して対称位置に２つ設置し、前記本測定は、前記測定点ごとに、前記２つのプロフィル測定装置のうち、マイクロ波の入射角度が９０°に近い方のプロフィル測定装置で測定し、それぞれのプロフィル測定装置による測定データを組み合わせて前記高炉内装入物のプロフィルを演算してもよい。

また、前記高炉の操業時の各工程において、前記高炉内装入物の表面プロフィルを複数回連続して測定する際、初回測定時のみ前記概略プロフィルを測定し、２回目以降は、初回測定時のみ前記概略プロフィルを測定し、２回目以降は、前回の測定で得たプロフィルを概略プロフィルとして用いて前記本測定の測定点を決定してもよい。

本発明によれば、曲率の大きい場所の測定点の分布密度を高くすることで、複雑な形状のプロフィルを高精度に測定し、曲率の小さい場所の測定点の分布密度を低くすることで、測定時間を短縮できる。すなわち、無駄な時間を要することなく高精度なプロフィルを得ることができる。

炉頂部にプロフィル測定装置を備えた高炉炉頂部の例を示す縦断面図である。 プロフィル測定装置の一例を示す構成図である。 本発明にかかる測定手順の例を示すフローチャートである。 通常装入の場合の本発明にかかる測定点の決定方法を説明するグラフであり、（ａ）は概略プロフィル、（ｂ）は（ａ）の概略プロフィルの炉内ｘ座標に対する曲率、（ｃ）は（ｂ）から求めた炉内ｘ座標に対する測定点の分布密度、（ｄ）は炉内ｘ座標に対する測定点数の積算、（ｅ）は炉内ｘ座標に対する測定点である。 中心装入の場合の本発明にかかる測定点の決定方法を説明するグラフであり、（ａ）は概略プロフィル、（ｂ）は（ａ）の概略プロフィルの炉内ｘ座標に対する曲率、（ｃ）は（ｂ）から求めた炉内ｘ座標に対する測定点の分布密度、（ｄ）は炉内ｘ座標に対する測定点数の積算、（ｅ）は炉内ｘ座標に対する測定点である。 本発明にかかる測定手順の異なる例を示すフローチャートである。 マイクロ波の入射角度の求め方の例を示す説明図である。 図４のプロフィルを測定する際の、測定装置ごとの炉内ｘ座標とマイクロ波の入射角度との関係の例を示すグラフである。 図５のプロフィルを測定する際の、測定装置ごとの炉内ｘ座標とマイクロ波の入射角度との関係の例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１は、プロフィル測定装置を高炉に設置した例を示す。２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２は、高炉２の炉頂部付近の、炉体３よりも外側に、炉体３の中心軸に対して対称位置に設置されている。炉体３の炉口部にはベルレス式装入装置５が設けられ、鉄鉱石やコークス等の装入物４が、分配シュート６を通って炉内に装入される。

図２は、プロフィル測定装置Ａ１、Ａ２の構成の一例を示す拡大図である。プロフィル測定装置Ａ１、Ａ２は、図２に示すように、アンテナ１１および反射板１２と、アンテナ１１および反射板１２をそれぞれ支持、駆動、制御する導波管１３、マイクロ波送受信器１４、駆動軸１５、反射板駆動装置１６を有する。アンテナ１１および反射板１２は、耐圧容器２０の内部に収容されている。耐圧容器２０は、底面に、炉内に向けた開口部２１を有し、開口部２１には、マイクロ波を通過可能な仕切板２２、シャッター２３、保護ネット２４等が設けられている。

アンテナ１１は、例えばφ２５０〜φ３６０ｍｍ程度のパラボラアンテナであり、導波管１３を介して、マイクロ波送受信器１４に連結されている。マイクロ波送受信器１４は、周波数が一定範囲で連続的に時間変化するマイクロ波を発生し、当該マイクロ波の発信および受信が可能なものである。マイクロ波送受信器１４には、データ処理部１８が信号線１９で接続されている。

マイクロ波送受信器１４で発生した、周波数が連続的に変化するマイクロ波は、アンテナ１１から放射されて反射板１２で反射され、高炉２内の測定対象である装入物４の表面に照射される。照射されたマイクロ波は装入物４の表面で反射し、この反射波を、反射板１２を介してマイクロ波送受信器１４で受信して検出する。データ処理部１８では、アンテナ１１でのマイクロ波の放射から受信までの間の周波数の変化分ΔＦから、アンテナ１１から測定対象（装入物４の表面）までのマイクロ波の往復時間ΔＴが求められ、アンテナ１１から測定対象までの距離が算出される。この測定は、マイクロ波を発射する電気信号と、装入物表面からの反射波を受信して得られる電気信号とをミキシングして測定するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式（周波数変調連続波方式）と呼ばれる。当該方式のマイクロ波距離計は、市販の装置を用いてもよい。

測定に用いるマイクロ波の発信周波数帯域は、１０ＧＨｚ以上、好ましくは２４ＧＨｚ程度とし、周波数を高くするほど、アンテナ１１を小型化できる。マイクロ波を用いることにより、温度や粉塵等の環境の影響を受けにくく、高炉２内のプロフィルを正確に測定できる。また、パラボラアンテナは指向性が高いため、所望する位置に向けて高精度にマイクロ波を放射できる。さらに、放射時のマイクロ波の広がりが抑制されるために、炉内に向けた開口部２１を小さくすることができる。

図２に示すように、アンテナ１１のマイクロ波の送受信方向（中心軸線方向）の延長上に、反射板１２と反射板駆動装置１６とを連結する駆動軸１５が設けられている。すなわち、駆動軸１５の中心軸線が、アンテナ１１の中心軸線と一致するように、駆動軸１５が設けられている。図２に示すように、反射板１２は、アンテナ１１の中心軸線に対して略４５°の角度で駆動軸１５に固定されている。反射板１２は、例えばステンレスの板材からなり、アンテナ１１の正面側から見た面積が、アンテナ１１よりも少し大きいものとする。形状は限定しないが、操作性の上では円形が好ましい。反射板駆動装置１６により駆動軸１５をその中心軸の周りに回転させることで、アンテナ１１からその中心軸方向に放射されたマイクロ波を、反射板１２で高炉２の炉内側へ向けて反射し、高炉２の直径方向に走査する。反射板１２によるマイクロ波の反射方向は、図２の紙面に対して垂直方向に移動する。反射板１２は、マイクロ波が炉の中心軸を通るように配置する。

耐圧容器２０の開口部２１は、高炉２の炉内に連通し、反射板１２で反射したマイクロ波が、炉内の所定範囲に照射されるように形成される。

耐圧容器２０の内面は、炉内側開口部２１および反射板１２の反射面側を除いて、発信周波数帯域に対応した電波吸収体で覆い、耐圧容器２０内でのマイクロ波の乱反射や多重反射に起因する測定ノイズを抑制することが好ましい。

また、プロフィル測定時には、高炉２内部のガスや粉塵等が耐圧容器２０内に侵入するのを防ぎ、さらに耐圧容器２０を介して外部へ高炉２内のガス等が漏洩するのを防止する目的で、耐圧容器２０内に、例えば炉内圧の１．１倍程度の圧力になるように、窒素ガス等の不活性ガスで加圧を行うとよい。

このようなプロフィル測定装置を用いてプロフィル測定を行う際、短時間で測定するために、装入物４に対するマイクロ波送受信部である反射板１２を一定の角速度で常時回転させながら測定すると、データ処理部１８のＦＭＣＷ演算による距離検出の応答時間と、反射板駆動装置１６に内蔵している走査角度検出器の応答時間が異なるため、測定された距離と反射板走査角度のデータ取得時刻を介した紐づけにずれが生じ、精度に問題が生じる。つまり、プロフィル測定を精度よく実施するには、測定点ごとに反射板１２を一旦停止させる必要がある。そのため、測定点が多いほど測定時間がかかる。

そこで、本発明では、プロフィル形状に応じて測定点の分布密度を変化させることで、測定精度を維持しながら測定時間を短縮可能とした。以下、本発明の実施形態の一例を、図３のフローチャートおよび図４、図５に基づいて説明する。

概略プロフィル測定（Ｓ１）
先ず、従来の測定方法により、高炉２内の直径方向全体にマイクロ波を走査させて、概略プロフィルを測定する。すなわち、プロフィル測定装置の反射板１２の向きを初期位置に向けて、マイクロ波送受信器１４からマイクロ波を発信する。マイクロ波は、導波管１３、アンテナ１１を介して、反射板１２により反射され、高炉内装入物４に照射された後、装入物４からの反射波を、反射板１２を介してマイクロ波送受信器１４で受信して、装入物４までの距離を測定する。その際、反射板１２を、炉の直径方向の一端側から他端側の測定位置までの間、反射板駆動装置１６により回転させる。予め設定した角度ごとに、装入物４までの距離を測定してその距離データが、また、反射板駆動装置１６からはそのときの走査角度データが、データ処理部１８へ送られる。プロフィル測定装置のデータ処理部１８は、Ｓ１で取得した走査角度データおよびそのときの距離データに基づいて直交座標系のデータに座標変換する。概略プロフィルの測定では、高い精度は要求されないので、測定点ごとに反射板１２を停止させる必要はなく、一定の角速度で回転させながら、短時間で測定を行えばよい。

異常点検出・除去（Ｓ２）
炉内に存在する障害物などによって異常点が認められたときには、そのデータを除去することが好ましい。異常点の検出は、例えばマイクロ波の装入物４への入射角度の変化量や測定点間距離が、予め設定したしきい値を超えたときに、当該測定点の測定データが異常であると判定して、そのデータを除去する。

降下量補正（Ｓ３）
さらに、測定した距離データについて、炉内反応等のための装入物の降下による補正量を求めることが好ましい。降下速度の求め方としては、例えば、炉内位置によらず降下速度Ｖが一定であると仮定して求めてもよい。すなわち、マイクロ波を直下に向けた位置などの任意の位置において、予め設定した同一走査角度時の１回目の距離データＤ１と、時間Ｔ後に測定した２回目の距離データＤ２から、
Ｖ＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｔ
で求める。降下速度Ｖの求め方は、その他任意の方法で行うことができ、炉内の直径方向について連続して求めれば、更に高精度に求められる。

スムージング（Ｓ４）
以上により得られた測定データについて、平均化などの処理を行って滑らかな曲線とし、炉内直径方向の座標をｘ、炉内高さ方向の座標をｚとして、概略プロフィルｚ＝ｈ（ｘ）を作成する。図４（ａ）は、装入物の装入形態の一例としての通常装入時の、中央部が低い略逆円錘形状の概略プロフィルの例であり、図５（ａ）は、装入形態の異なる例としての中心装入時の、中央部が盛り上がった概略プロフィルの例を示す。

概略プロフィルの測定は、高炉２の中心軸に対して対称位置にそれぞれ設置した２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２のうち、一方の測定装置のみで測定してもよいし、両方の測定装置で測定してもよい。両方の測定装置で測定する場合、例えば上記特許文献２または３に記載した方法でデータを合成してプロフィルを求めればよい。

曲率計算（Ｓ５）
次に、概略プロフィルｚ＝ｈ（ｘ）について、炉内の直径方向座標ｘに対する曲率の絶対値ｆ（ｘ）を計算する。

概略プロフィルの変化率をｄｚ／ｄｘとして、曲率の絶対値ｆ（ｘ）は、式（１）で計算される。

図４（ｂ）、図５（ｂ）は、それぞれ図４（ａ）、図５（ａ）の各概略プロフィルについて、炉内ｘ座標に対する曲率の絶対値ｆ（ｘ）をグラフに示したものである。

測定点決定（Ｓ６）
曲率の絶対値が大きいほど測定点の分布密度を大きくするように測定点を決定する。ここでは、概略プロフィル上の測定点の分布密度が、Ｓ５で求めた曲率ｆ（ｘ）に比例するように測定点を決定し、各測定点を測定するための反射板の角度を算出する。

ｘ軸上の測定点の分布密度をｇ（ｘ）、概略プロフィルの変化率をｄｚ／ｄｘとすると、概略プロフィルｚ＝ｈ（ｘ）上の測定点の分布密度ｇ’（ｘ）は、式（２）で表される。

ｇ’（ｘ）とｆ（ｘ）との間の比例係数をＣとすると、

全体の測定点数をＮとすると、

であり、測定点数Ｎを決めるとＣが求められて、ｇ（ｘ）が決定する。尚、ｘmin、ｘmaxは、炉内直径方向に対向する炉壁位置である。図４（ｃ）、図５（ｃ）は、それぞれ図４（ｂ）、図５（ｂ）に示す曲率ｆ（ｘ）に基づいて算出された、炉内ｘ座標に対するｇ（ｘ）をグラフに示したものである。ｘmin＝０、ｘmax＝１０の場合、測定点数ＮをそれぞれＮ＝５０、Ｎ＝８０とすると、測定点数の積算を示すグラフは図４（ｄ）、図５（ｄ）のようになる。

そして、

となるｘａをｘｎとすると、ｘｎは、測定点の分布密度ｇ（ｘ）を与える測定位置となる。図４（ｅ）、図５（ｅ）は、このようにして、図４（ａ）、図５（ａ）の各概略プロフィルから決定された、炉内ｘ座標に対する測定点を示す。すなわち、図４（ｅ）、図５（ｅ）において、測定点が１．００となる炉内ｘ座標の位置では測定を行い、０．００となる位置では測定を行わないことを示す。

測定装置の座標位置を（ｘｓ、ｚｓ）、ｘｎにおける概略プロフィルのｚ座標をｚｎとすると、各ｘｎを測定する際の反射板の角度θｎは、

である。尚、角度θｎは、ｘ軸方向を基準（０°）とし、反時計回りを正方向とする。角度θｎは、測定装置Ａ１から測定する場合、測定装置Ａ２から測定する場合のそれぞれについて計算できる。

本測定（Ｓ７）
Ｓ６で決定した測定点について、本測定を実施する。本測定では、測定点ごとに、Ｓ６で求めた各測定点における角度で、マイクロ波発信時から装入物４による反射波の受信時までの間、反射板１２の回転を停止させることにより、高精度に測定できる。本測定で測定されたデータは、さらに、上記Ｓ２〜Ｓ４と同様に、異常点除去や降下量補正、スムージング等のデータ処理を適宜行って、高炉内装入物のプロフィルを演算する。

曲率が大きい部分ほどプロフィルの形状変化が大きいので、概略プロフィル上の測定点の分布密度が曲率ｆ（ｘ）に比例するように測定点を選択すれば、プロフィル形状の複雑な部分の測定個所が多くなり、高精度に測定できる。一方、曲率ｆ（ｘ）が小さい部分は、形状変化が少ないため、測定点の分布密度を低くして測定点間隔が大きくなっても、測定精度が低下することはほとんどない。そして、曲率ｆ（ｘ）が小さい部分の測定点を削減することで、全体の測定点数を減らすことができるため、測定点ごとに反射板を停止させても、全体の測定時間を短縮させることができる。すなわち、反射板１２の回転速度や停止時間、目標とする測定時間等に応じて、上記方法で測定点を決定することにより、測定精度を下げることなく測定時間を短縮させることができる。

図６は、本発明の異なる実施形態であり、プロフィル測定装置を、図１に示すように高炉２の中心軸に対して対称位置に２つ設置し、概略プロフィルの形状に応じて選択した測定点について、２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２のいずれかで測定を行い、これらの測定データを組み合わせて装入物のプロフィルを演算するものである。

本実施形態では、概略プロフィルを２つのプロフィル測定装置で測定し、各プロフィル測定装置において、概略プロフィル測定（Ｓ１）、異常点除去（Ｓ２）、降下量補正（Ｓ３）までの手順を、前述の図３の実施形態と同様に行う。次に、各プロフィル測定装置が取得した概略プロフィルの測定データを、例えば前述の特許文献３等の方法によって合成し、さらにスムージングを行って、概略プロフィルを得る（Ｓ８）。その概略プロフィルについて、前述の図３の実施形態と同様にして曲率計算（Ｓ９）、測定点の決定（Ｓ１０）を行う。尚、概略プロフィルは、いずれか一方のプロフィル測定装置のみで測定しても構わない。

各測定点の測定装置決定（Ｓ１１）
概略プロフィル上の各測定点について、２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２のいずれの測定装置で測定するかを決定する。測定装置の決定は、例えば、各測定点について、２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２から測定した場合のマイクロ波の入射角度を比較し、測定点ごとに、マイクロ波の入射角度が９０°に近い方とする。

入射角度の求め方の一例を説明する。図７に示すように、プロフィル測定装置Ａ１、Ａ２のマイクロ波照射位置をＳｍ（ｍ＝１，２）、測定点をＰｍｎ（ｎ＝１，２，３，４，・・・）とする。ｍは、プロフィル測定装置のＡ１側（ｍ＝１）またはＡ２側（ｍ＝２）を表す。測定点Ｐｍｎの座標は、炉内半径方向をｘ軸、上下方向をｚ軸として、（ｘｍｎ，ｚｍｎ）で表される。概略プロフィルの曲線をＬｍとし、曲線Ｌｍと直線ＳｍＰｍｎとの交点をＱｍｎとする。曲線Ｌｍを微分して交点Ｑｍｎにおける曲線Ｌｍの接線を求め、その接線と直線ＳｍＰｍｎとのなす角度（０＜θｎ＜９０°）を、マイクロ波の入射角度θｍｎとする。尚、入射角度θｍｎの求め方は、上記の例には限らず、例えば、測定点Ｐｍｎの前後の測定点を結ぶ直線Ｐ（ｍｎ−１）Ｐ（ｍｎ＋１）と直線ＳｍＰｍｎとの角度としてもよい。

図８は、通常装入時のプロフィル測定におけるｘ座標と入射角度θとの関係を示すグラフの例であり、図９は中心装入時のプロフィル測定におけるｘ座標と入射角度θとの関係を示すグラフの例である。図８の場合、区間ａおよび区間ｃは、プロフィル測定装置Ａ１側の方が入射角度が９０°に近いので、プロフィル測定装置Ａ１で測定を行い、区間ｂおよび区間ｄは、測定装置Ａ２側の方が入射角度が９０°に近いので、測定装置Ａ２で測定を行う。図９の場合は、区間ａ、ｃ、ｅは測定装置Ａ１側、区間ｂ、ｄ、ｆは測定装置Ａ２側で測定する。

マイクロ波を用いて距離を測定する測定装置では、装入物４に対するマイクロ波の入射角度が小さい場合、マイクロ波の照射範囲内に含まれる装入物４の分布範囲が広くなり、測定結果にばらつきが生じる。さらに、入射角度が小さくなると、反射波の強度が弱くなり、測定精度が低下し、場合によっては測定不能となる。そのため、本実施形態のように２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２のうち、マイクロ波の入射角度が９０°に近い方の測定装置で測定し、その測定結果を組み合わせることにより、より高精度なプロフィルを得ることができる。また、２つのプロフィル測定装置Ａ１、Ａ２で同時に測定することで、さらに測定時間の短縮を図ることもできる。

尚、各測定点を測定する測定装置の決定方法は、上記の入射角度を計算する方法以外でもよく、例えば、特許文献２等に記載したように、高炉の中心軸を挟んで測定装置と反対側を測定するように決定してもよい。

本測定（Ｓ１２）
Ｓ１０で決定した測定点について、Ｓ１１で決定した方のプロフィル測定装置により、本測定を実施する。本測定では、測定点ごとに、各測定点における角度で反射板を停止させて測定することが好ましい。本測定で測定されたデータについて、図３のＳ２〜Ｓ４と同様に、異常点除去や降下量補正、スムージング等のデータ処理を適宜行って、高炉内装入物のプロフィルを得る。

また、現場では、炉内への原料装入は、複数バッチで１チャージとして管理し、例えば１回のチャージに対して、原料装入前、１バッチの原料装入後、２バッチの原料装入後、３バッチの原料装入後等に、連続してプロフィルを測定することがある。このような場合には、初回測定時のみ概略プロフィルを測定し、２回目以降は、前回の測定で得たプロフィルを概略プロフィルとして利用し、その都度設定される測定時間等に応じて本測定の測定点を決定してもよい。このように、概略プロフィルの測定を省略することによって、全体の測定時間を短縮することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、プロフィル測定を行う測定装置は、図２に示す構造には限らず、上記特許文献２に記載されたような、マイクロ波距離計とホーン形のアンテナおよびアンテナを駆動する走査駆動装置からなる測定装置でもよい。

また、本発明は、高炉内装入物の装入形態が図４、５に示した通常装入や中心装入に限らず、それ以外の形状に装入物が堆積された場合でも、同様に実施できる。

また、本発明では、本測定の際、測定点ごとに、マイクロ波送受信部（上記実施形態においては反射板１２）を停止させることが好ましいが、停止させずに回転させたまま測定しても構わない。この場合でも、測定点の分布密度が概略プロフィルの曲率に比例しているために、複雑な形状のプロフィルを精度よく測定できる。また、完全に停止させずに速度を下げて回転させながら測定してもよい。

本発明は、容器内のさまざまな形状の堆積物の表面形状の測定に適用できる。

２ 高炉
３ 炉体
４ 装入物
５ ベルレス式装入装置
６ 分配シュート
１１ アンテナ
１２ 反射板
１３ 導波管
１４ マイクロ波送受信器
１５ 駆動軸
１６ 反射板駆動装置
１８ データ処理部
２０ 耐圧容器
２１ 開口部
Ａ１、Ａ２ プロフィル測定装置

Claims (4)

1. 高炉の炉頂部に、マイクロ波の送受信により測定対象物までの距離を測定するプロフィル測定装置を設置し、前記プロフィル測定装置から、マイクロ波放射方向を、高炉内装入物の表面において前記高炉の中心軸を通る直径方向に走査させて前記装入物までの距離データを測定し、前記距離データ測定時のマイクロ波の走査角度データに基づいて前記距離データを座標変換して、前記高炉内装入物の表面プロフィルを演算する高炉内装入物のプロフィル測定において、
   マイクロ波を炉内直径方向に走査させて、前記高炉内装入物の概略プロフィルを測定し、
   前記概略プロフィルについて、前記炉内直径方向の座標に対する曲率を算出し、
   前記曲率の絶対値が大きいほど測定点の分布密度を大きくするように測定点を決定し、
   前記測定点にマイクロ波を照射して本測定を行い、
   前記本測定で測定した距離データおよびそのときのマイクロ波の走査角度データから、前記高炉内装入物の表面プロフィルを演算することを特徴とする、高炉内装入物のプロフィル測定方法。
2. 前記本測定は、前記測定点ごとに、マイクロ波発信時から前記高炉内装入物による反射波の受信時までの間、前記高炉内装入物に対するマイクロ波送受信部を停止させて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プロフィル測定方法。
3. 前記プロフィル測定装置を、前記高炉の中心軸に対して対称位置に２つ設置し、前記本測定は、前記測定点ごとに、前記２つのプロフィル測定装置のうち、マイクロ波の入射角度が９０°に近い方のプロフィル測定装置で測定し、それぞれのプロフィル測定装置による測定データを組み合わせて前記高炉内装入物のプロフィルを演算することを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉内装入物のプロフィル測定方法。
4. 前記高炉の操業時の各工程において、前記高炉内装入物の表面プロフィルを複数回連続して測定する際、
   初回測定時のみ前記概略プロフィルを測定し、２回目以降は、前回の測定で得たプロフィルを概略プロフィルとして用いて前記本測定の測定点を決定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の高炉内装入物のプロフィル測定方法。

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