JP2015219129A

JP2015219129A - 高炉内装入物の表面検出装置

Info

Publication number: JP2015219129A
Application number: JP2014103219A
Authority: JP
Inventors: 早衛萱野; Hayae Kayano
Original assignee: Wadeco Co Ltd
Current assignee: Wadeco Co Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-12-07

Abstract

【課題】構造が簡単なホーンアンテナを用いつつ、ミリ波を用いた場合でもホーン長を短くして省スペース化を図る。【解決手段】高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に配設された反射板と、反射板の反射面と対向配置されるアンテナと、アンテナに接続する検出波の送受信手段とを備え、アンテナが、ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナで、反射板から所定距離離間して固定されており、反射板の反射面が、平面またはホーンアンテナの開口部とは反対側に凸状に湾曲した凹面であり、かつ、ホーンアンテナと反射面が凹面である反射板、レンズ付ホーンアンテナと反射面が平面である反射板、またはレンズ付ホーンアンテナと反射面が凹面である反射板とを組み合わせるとともに、反射面による反射角度を可変して検出波により装入物の表面を走査して装入物の表面までの距離や表面のプロフィールを検出する。【選択図】図１

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り、炉内に装入された鉄鋼石やコークスで反射された検出波を検波して装入量や表面のプロフィールを検出する装置に関する。

高炉では、炉頂の近傍に開口部を設け、開口部を通じて検出波を炉内に送信し（送信波）、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（反射波）を受信し、送信波と反射波との位相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。

本出願人も先に、特許文献１において、高炉の開口部の直上に反射板を配設し、反射板の反射面と対向してアンテナを配設し、検出波の送受信手段からアンテナを介して送信波を送信し、反射板の反射面で反射して開口部を通じて炉内に入射させ、炉内の鉄鉱石やコークスで反射された反射波を開口部を通じて反射板に入射させて再度反射させて送受信手段に送るとともに、角度可変手段により反射面の反射角度を変えることで送信波を鉄鉱石やコークスの表面を走査させて表面プロフィールを検知する検出装置を提案している。

特許第５３９１４５８号公報

特許文献１では検出波としてマイクロ波を使用しているが、最近ではミリ波を用いてより高精度化することが検討されている。ミリ波は、装入物で反射した時の散乱が大きいため、装入物の表面が傾斜している場合でも表面プロフィールをより正確に測定することができ、また、高炉内の圧力は０．３ＭＰａ程度あり、高炉内温度も３００℃程度と高いことから、開口面積を小さくすることもできる等の利点がある。

しかし、例えば７９ＧＨｚのミリ波を用いた場合、アンテナにホーンアンテナを用いると、ホーン長が約１．６ｍにもなり、マイクロ波を用いた場合に比べて装置全体として大幅に大きくなる。ホーンアンテナの代わりにパラボラアンテナを用いることも考えられるが、ミリ波用のパラボラアンテナは部品数が多く、波長が小さいために各部品間の精度、各部品の位置関係の精度も要求され、製作が非常に困難でもある。

そこで本発明は、構造が簡単なホーンアンテナと、反射板とを対向配置した構成の高炉内装入物の表面検出装置において、ホーン長を短くして省スペース化を図り、更には今後要求が高まることが必至なミリ波にも対応可能に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、下記に示す高炉内装入物の表面検出装置を提供す
る。
（１）高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に配設された反射板と、反射板の反射面と対向配置されるアンテナと、アンテナに接続する検出波の送受信手段とを備え、アンテナからの検出波を反射板の反射面で反射して開口部を通じて炉内に入射させ、炉内の装入物で反射された検出波を、開口部を通じて反射板の反射面に入射させてアンテナに送り、検出波送受信手段で検波して装入物の表面までの距離や表面のプロフィールを検出する装置において、
アンテナが、ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナで、反射板から所定距離離間して固定されており、
反射板の反射面が、平面またはホーンアンテナの開口部とは反対側に凸状に湾曲した凹面であり、かつ、
ホーンアンテナと反射面が凹面である反射板、レンズ付ホーンアンテナと反射面が平面である反射板、またはレンズ付ホーンアンテナと反射面が凹面である反射板とを組み合わせるとともに、
反射板に連結した反射角度可変手段により反射面による検出波の反射角度を可変し、検出波で装入物の表面を走査することを特徴とする高炉内装入物の表面検出装置。
（２）反射板全体を枠体で包囲するとともに、反射面に複数の貫通孔を設け、貫通孔から不活性ガスを噴出することを特徴とする上記（１）記載の高炉内装入物の表面検出装置。
（３）アンテナの開口またはレンズの前面に、検出波を透過する耐熱材料からなるフィルタを配置して開口またはレンズを覆うことを特徴とする上記（１）または（２）記載の高炉内装入物の表面検出装置。
（４）フィルタから反射板の反射面に向かって不活性ガスを噴出することを特徴とする上記（３）記載の高炉内装入物の表面検出装置。
（５）フィルタと、ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナとの間の空間を、耐熱材料からなる非通気性の隔壁で区画したことを特徴とする上記（３）または（４）記載の高炉内装入物の表面検出装置。
（６）ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナ、反射板、フィルタ及び非通気性隔壁を、高炉の開口部との連結部分が開口した耐圧容器に収容したことを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
（７）非測定時に、反射板を１８０°回動し、反射板の裏面を高炉の開口部と対向させることを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
（８）検出波がミリ波であることを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか１項に起債の高炉内装入物の表面検出装置。

本発明の高炉内装入物の表面検出装置では、ホーンアンテナと、反射面が凹面となった反射板との組み合わせ、またはホーン開口部に誘電体レンズを付設したホーンアンテナと、、反射面が平板の反射板との組み合わせにより、ミリ波を用いた場合でもアンテナ長を短くでき、省スペースになる。

本発明に係る高炉内装入物の表面検出装置の一例を示す要部断面図である。図１に従い、アンテナとしてレンズ付ホーンアンテナを用いた場合を示す要部断面図である。反射角度可変手段及び反射板の一例を示す概略図である。図１または図２をＡ方向から見た断面図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る高炉内装入物の表面検出装置（以下「検出装置」）１の一例を示す要部断面図である。

高炉１００の頂部近傍には開口部１０１が開口しており、この開口部１０１に検出装置１が連結される。検出装置１では、検出波であるマイクロ波やミリ波の送受信手段１０に導波管１２を通じて連結するホーンアンテナ１１と、金属製の反射板２０とが、所定距離離間して対向配置されており、反射板２０の反射面２０ａが開口部１０１を向くように４５°下方に傾斜している。

尚、ホーンアンテナ１１のアンテナ開口部の平面形状は丸型でも、角型であってもよい。

本発明では、反射板２０の反射面２０ａを、ホーンアンテナ１１のアンテナ開口部とは反対側に凸状に湾曲した凹面にする。検出波としてミリ波を用いる場合、ホーンアンテナ１１は、指向性を高めるために通常は１．６ｍ程度のホーン長を要しているが、反射板２０の反射面２０ａを凹面にすることにより、ホーンアンテナ１１のホーン長を２０ｃｍ程度にまで短くすることができる。

あるいは、図２に示すように、ホーンアンテナ１１をレンズ付ホーンアンテナにしてもよい。レンズ１３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１１からのミリ波を収束して送信することができる。レンズ付ホーンアンテナを用いた場合は、反射板２０の反射面２０ａを平面にすることもできる。更には、図示は省略するが、図１に示した反射面２０ａを凹面とした反射板２０と、図２に示したレンズ付ホーンアンテナとを併用することもできる。このような構成によっても、ホーン長さを同様に短くすることができる。

また、反射板２０には、反射面２０ａの裏面に反射角度可変手段３０が連結しており、検出波の伝播軸の延長線（図中点線）上に設けられたシャフト３１を、シャフト３１の軸線を中心にして図中矢印Ｘのように回動させることにより、反射面２０ａの検出波に対する反射角度を変える。

このような検出装置１によれば、送受信手段１０からの検出波は、図中の符号Ｍで示すように、導波管１２を通り、ホーンアンテナ１１またはレンズ付ホーンアンテナ（以下、総称して「ホーンアンテナ１１」と呼ぶ）から送信され、反射板２０の反射面２０ａで反射され、高炉１００の開口部１０１を通じて炉内へと進行する。そして、図中の符号Ｒで示すように、炉内に堆積している鉄鋼石やコークスＣで反射され、同経路を経て送受信手段１０で受信され、鉄鋼石やコークスＣの表面の反射位置までの距離が求められる。その際、反射角度可変手段３０のシャフト３１を回動させることにより、検出波は図１の紙面とは垂直方向に振られ、鉄鉱石やコークスＣの表面を線状に走査し、その距離情報を基に表面プロフィールを知ることができる。

ここで、検出波の進行を妨げないように、図４に示すように、耐圧容器５０の、高炉１００の開口部１０１との連結部５２を、反射板２０の反射面２０ａの回動角度θ（振り幅）に対応して高炉側に漸次拡径する扇形に形成してもよい。

また、検出波として、電界の向きが時計回りまたは反時計回りの一方向に回転する回転波を用いることが好ましい。鉄鉱石やコークスＣの表面で反射した検出波は、高炉１００の開口部１０１の壁面１０１ａで反射されることがあり（Ｒ´）、正確な測定を阻害する。回転波は、反射により回転方向が反転する性質があるため、鉄鉱石やコークスＣの表面のみで反射された検出波（Ｒ）と、開口部１０１の壁面１０１ａで更に反射された検出波（Ｒ´）とでは、反射の回数が異なるため、受信した検出波を電界の回転方向で区別することができる。

即ち、例えば時計回りの回転波を送信すると、反射板２０で反射されて反時計回りの回転波となって鉄鉱石やコークスＣに入射し、その反射波は時計回りの回転波となり、反射板２０で反射されて反時計回りの回転波となって受信される。一方、開口部１０１の壁面１０１ａで反射された場合には、鉄鋼石やコークスＣの表面で反射された時計回りの回転波が開口部１０１の壁面１０１ａで反射された際に反時計回りの回転波となり、反射板２０で反射されて時計回りの回転波となって受信される。従って、反時計回りの回転波のみを受信することにより、開口部１０１の壁面１０１ａで反射された回転波（Ｒ´）を排除することができ、正確な測定を実現できる。

尚、回転波を生成するには、公知の方法で構わず、例えば導波管１２の内壁に誘電材料からなる９０°位相板を装着すればよい。

更に、高炉１００からは開口部１０１を通じて、粉塵や高温のガスが反射板２０へと侵入するため、例えば下記のような対策を講じることが好ましい。

図３に示すように、反射板２０の全体を枠体３５で包囲するとともに、反射面全面にわたり複数の貫通孔３７を形成する。一方で、反射角度可変手段３０を減速ギア機構３３とし、シャフト３１の軸線に沿って貫通孔３２を形成して中空とする。そして、シャフト３１の貫通孔３２に不活性ガスを供給することにより、反射板２０の貫通孔３７から不活性ガスを噴出させる。これにより、反射板２０の反射面２０ａへの付着を防止でき、付着した場合でも不活性ガスにより吹き飛ばすことができる。

尚、減速ギア機構３３は、図示されるように、ハイボイドギア３３ａ，３３ｂを用い、一方のハイボイドギア３３ａをモータ３４に、他方のハイボイドギア３３ｂをシャフト３１にそれぞれ連結した構成とすることができる。

あるいは、図１及び図２に示すように、ホーンアンテナ１１の開口周縁にフランジ部１１ａを形成するとともに、このフランジ部１１ａに筒状の枠部材１５を取り付け、その開口部を、検出波を透過する材料からなる通気性のフィルタ４０で覆う。このフィルタ４０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、枠部材１５のフィルタ４０とホーンアンテナ１１との間の適所に、検出波を透過する材料からなる耐熱性の非通気性隔壁４５を配設し、フィルタ４０とホーンアンテナ１１との間の空間を区画してもよい。この非通気性隔壁４５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４５により、高炉１００からの熱を遮断することができる。

そして、反射板２０、フィルタ４０、非通気性隔壁４５及びホーンアンテナ１１を耐圧容器５０に収容するとともに、ガス供給口５１を通じて耐圧容器５０に高圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）を供給する。枠部材１５には、フィルタ側に傾斜している通気孔１６が複数形成されており、ガス供給口５１からの不活性ガスがフィルタ４０に向かって噴出され、フィルタ４０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４０を透過して反射板２０の反射面２０ａにも到達するため、反射面２０ａに付着した粉塵も吹き飛ばすことができる。

上記のように非通気性隔壁４５により高炉１００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、ホーンアンテナ１１と導波管１２との連結部、あるいは導波管１２の送受信手段１０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６０を挿入してもよい。

その他にも、図示は省略するが、耐圧容器５０の反射板２０の直上部分を開口して窓を設け、非測定時に、反射板２０を１８０°回動させて反射面２０ａを窓に対面させることにより、反射面２０ａ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２０ａに付着した粉塵を不活性ガスの噴き付けにより除去することができるが、除去が不十分な場合があり、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。

また、非測定時に反射板２０を１８０°回動させることにより、反射板２０の裏面（反射面２０ａとは反対側の面）が高炉１００の開口部１０１と対向するため、高炉１００から吹き上げられた鉄鉱石やコークスが開口部１０１を通じて装置内に飛来してきても、反射板２０の裏面に当り、フィルタ４０を破壊することもない。

また、高炉１００の開口部１０１と検出装置１との間、例えば、耐圧容器５０の連結部５２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。

１検出装置
１０送受信手段
１１ホーンアンテナ
１２導波管
１３レンズ
１５枠部材
２０反射板
３０反射角度可変手段
３１シャフト
３２貫通孔
３３減速ギア機構
３５枠体
３７貫通孔
４０フィルタ
４５非通気性隔壁
５０耐圧容器
５２連結部
１００高炉
１０１開口部

Claims

高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に配設された反射板と、反射板の反射面と対向配置されるアンテナと、アンテナに接続する検出波の送受信手段とを備え、アンテナからの検出波を反射板の反射面で反射して開口部を通じて炉内に入射させ、炉内の装入物で反射された検出波を、開口部を通じて反射板の反射面に入射させてアンテナに送り、検出波送受信手段で検波して装入物の表面までの距離や表面のプロフィールを検出する装置において、
アンテナが、ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナで、反射板から所定距離離間して固定されており、
反射板の反射面が、平面またはホーンアンテナの開口部とは反対側に凸状に湾曲した凹面であり、かつ、
ホーンアンテナと反射面が凹面である反射板、レンズ付ホーンアンテナと反射面が平面である反射板、またはレンズ付ホーンアンテナと反射面が凹面である反射板とを組み合わせるとともに、
反射板に連結した反射角度可変手段により反射面による検出波の反射角度を可変し、検出波で装入物の表面を走査することを特徴とする高炉内装入物の表面検出装置。
反射板全体を枠体で包囲するとともに、反射面に複数の貫通孔を設け、貫通孔から不活性ガスを噴出することを特徴とする請求項１記載の高炉内装入物の表面検出装置。
アンテナの開口またはレンズの前面に、検出波を透過する耐熱材料からなるフィルタを配置して開口またはレンズを覆うことを特徴とする請求項１または２記載の高炉内装入物の表面検出装置。
フィルタから反射板の反射面に向かって不活性ガスを噴出することを特徴とする請求項３記載の高炉内装入物の表面検出装置。
フィルタと、ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナとの間の空間を、耐熱材料からなる非通気性の隔壁で区画したことを特徴とする請求項３または４記載の高炉内装入物の表面検出装置。
ホーンアンテナまたはレンズ付ホーンアンテナ、反射板、フィルタ及び非通気性隔壁を、高炉の開口部との連結部分が開口した耐圧容器に収容したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
非測定時に、反射板を１８０°回動し、反射板の裏面を高炉の開口部と対向させることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面検出装置。
検出波がミリ波であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に起債の高炉内装入物の表面検出装置。