JP2018066589A - 高温物体の表面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温物体の表面検出装置において、熱的保護のために送受信装置とアンテナとを離した場合でも、マイクロ波やミリ波、特にミリ波の減衰が少なく、安定して送受信を行い、精度よく高温物体のレベルや表面プロフィールを検出する。【解決手段】高温物体に向けて、送受信装置２０からのマイクロ波またはミリ波をアンテナから送信し、高温物体の表面で反射されたマイクロ波またはミリ波を受信して高温物体のレベルや表面プロフィール、表面状態を検出する装置において、送受信装置２０の中から逓倍器及びミキサーを分離するとともに、逓倍器及びミキサーを除いた送受信装置２０をアンテナ２２から離して配置して導波管または同軸ケーブル５１により逓倍器に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉内の石炭、高炉内の鉄鉱石やコークス、鉄鋼スラグ、溶鉄鍋の溶鉄、焼却炉内の可燃ゴミ、鋳造機からのスラブ等の高温物体の、炉内または容器内のレベルや、表面プロフィール、表面の反り等の表面状態を検出する装置に関する。

例えば、コークス炉では、装炭口に装炭車を移動し、装炭車の石炭投入シュートからの石炭を装炭口を通じて炉内に投下して操業しているが、できるだけ多く装炭して生産性を上げるために、炉内の石炭の装炭レベルを測定している。また、高炉では、鉄鉱石とコークスとを交互に炉内に装入して操業しているが、鉄鉱石やコークスの堆積状態を最適化するために、導入された鉄鉱石やコークスの堆積状態を検出して、装入操作に反映させている。

このようにコークス炉に投入される石炭のレベルや、高炉に装入される鉄鉱石やコークスの表面プロフィールを検出する装置として、本出願人も先に、特許文献１〜３に示す検出装置を提案している。

特許文献１は、コークス炉における装炭レベルを測定する装置に関するものであるが、図１及び図３を参照して説明すると、装炭車１の石炭投入シュート１１にガイドパイプ４０（４０Ａ）の一端を連結し、ガイドパイプ４０（４０Ａ）の他端に設置したアンテナ２２から、送受信装置２０からの検出波を送信し、石炭投入シュート１１、コークス炉１００の装炭口１０２を通じて炉内に送り、炉内の石炭Ｃ′の表面で反射された検出波を受信して装炭レベルを測定している。

また、特許文献２も装炭レベルを測定する装置に関するものであるが、図４を参照して説明すると、測定時に、装炭口１０２の直上に反射板２３を移動させ、反射板２３と対向配置したアンテナ２２から検出波を送信し、反射板２３の反射面２３ａで反射して検出波を、装炭口１０２を通じて炉内に送っている。

特許文献３は、高炉における鉄鉱石やコークスの表面プロフィールを検出する装置に関するものであるが、図５を参照して説明すると、高炉１００′の開口１０２′の直上に反射板６０を設置し、対向配置したアンテナ２２からの検出波を反射して開口１０２′を通じて炉内へと送り、鉄鉱石やコークス（装入物Ｑ）で反射された検出波を受信している。その際、反射板６０の背面（アンテナ２２とは反対側の面）の中心部にシャフト６１を取り付け、モータ６２によりシャフト６１の軸線を中心に、図中Ｘ方向に回動させることにより、反射板６０を紙面の前後方向に反射角度を変えて装入物Ｑを線状に走査し、線状の表面プロフィールを得る構成になっている。

上記のように、何れの検出装置も炉１００、１００′の開口１０２、１０２′の近傍に設置されており、送受信装置２０からの検出波をアンテナ２２から送信し、ガイドパイプ４０（４０Ａ）や反射板２３，６０を用いて開口１０２、１０２′を通じて炉内へと導き、炉内の装入物（石炭Ｃ′や、鉄鉱石及びコークスＱ）の表面で反射された検出波を送受信装置２０で受信する構成になっている。

特開２０１５−１７２１８４号公報 特開２０１２−１８８５８９号公報 特開２０１５−２１９１２９号公報

上記検出装置の送受信装置２０は、検出波の発信器や受信器、アンプ類、送受信回路等の各種電子機器を備えており、コークス炉１００や高炉１００′の炉壁からの熱や、装炭口１０２や開口１０２′からの高熱から熱的に保護するために、アンテナ２２から離して配置することが望まれている。

また、炉内の浮遊物やガス、炉内の高温等への影響が少ないことから、検出波としてマイクロ波やミリ波が使用されており、指向性が高いことなどからマイクロ波でも高周波のものが使用される傾向になり、ミリ波が特に好ましいとされている。しかしながら、上記理由から送受信装置２０をアンテナ２２から離して配置しようとすると、送受信装置２０とアンテナ２２とを連結する導波管や同軸ケーブルが長くなり、ミリ波で減衰が特に大きくなる。また、マイクロ波でも、周波数が高くなるほど減衰しやすくなる。

また、鉄鋼スラグや溶鉄鍋の溶鉄、焼却炉内の可燃ゴミ、鋳造機からのスラブ等についても、これら高温物体の上方にアンテナを配置し、高温物体の表面に向けて送受信装置からの検出波をアンテナから送信し、高温物体の表面で反射された検出波をアンテナを通じて送受信装置で受信して高温物体のレベルや反り等の表面状態を測定することが行われており、同様の問題を抱えている。

そこで本発明は、コークス炉内の石炭、高炉内の鉄鉱石やコークス、鉄鋼スラグ、溶鉄鍋の溶鉄、焼却炉内の可燃ゴミ、鋳造機からのスラブ等の高温物体の表面検出装置において、熱的保護のために送受信装置とアンテナとを離した場合でも、マイクロ波やミリ波、特にミリ波の減衰が少なく、安定して送受信を行い、精度よく高温物体のレベルや表面プロフィールを検出することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は下記の高温物体の表面検出装置を提供する。
（１）高温物体に向けて、送受信装置からのマイクロ波またはミリ波をアンテナから送信し、前記高温物体の表面で反射されたマイクロ波またはミリ波を前記送受信装置で受信して前記高温物体のレベルや表面プロフィール、表面状態を検出する装置において、
前記送受信装置を構成する部材の中から逓倍器及びミキサーを分離するとともに、逓倍器及びミキサーを除いた送受信装置を、前記アンテナから離して配置して導波管または同軸ケーブルにより前記逓倍器に接続したことを特徴とする高温物体の表面検出装置。
（２）前記アンテナからの前記マイクロ波またはミリ波を伝搬させるガイドパイプを備えることを特徴とする上記（１）記載の高温物体の表面検出装置。
（３）前記逓倍器及びミキサーを冷却することを特徴とする上記（１）または（２）記載の高温物体の表面検出装置。

本発明の高温物体の表面検出装置では、送受信装置の構成部材の中から逓倍器及びミキサーを分離してアンテナに連結するとともに、逓倍器及びミキサーを除いた送受信装置をアンテナから離して配置して導波管または同軸ケーブルで逓倍器と連結したことにより、送受信装置を熱的に保護できる。それとともに、周波数が低い上に導波管や同軸ケーブルは送信または受信専用であり、長くしても検出波の減衰が少ないため安定した送受信ができ、検出波として周波数の高いマイクロ波や、ミリ波を用いることができ、測定精度が高まる。また、逓倍器及びミキサーには調整部がないので、分離しても調整やメンテナンス上の問題もない。

本発明を装炭レベル測定装置に適用した例を示す図である。 図１において、逓倍器の冷却方法を説明するための図である。 装炭レベル測定装置の他の例を示す断面図である。 装炭レベル測定装置の更に他の例を示す断面図である。 本発明を高炉における装入物の表面プロフィール検出装置に適用した例を示す図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

高温物体の表面検出装置の一例として、例えばコークス炉における石炭の装炭レベルを測定する装炭レベル測定装置を挙げることができる。図１は、本発明を特許文献１の装炭レベル測定装置に適用した例である。尚、ここでは主要部分のみ説明し、詳細については特許文献１を参照することができる。

装炭車１は、受炭ホッパー１０と、給炭装置１２と、石炭投入シュート１１とを備えており、コークス炉１００の上面のレール１０１に沿って移動する。そして、石炭投入シュート１１がコークス炉１００の装炭口１０２の直上の位置で停止し、受炭ホッパー１０の石炭Ｃを給炭装置１２にて石炭投入シュート１１に送り、スリーブ１３を通じて炉内に投下する。

装炭レベル測定装置は、検出波の送受信装置２０と、アンテナ２２と、ガイドパイプ４０と、送受信装置２０から分離した逓倍器及びミキサーからなる逓倍混合部材５０とを備える。ガイドパイプ４０は直管であり、一端を石炭投入シュート１１の上面１１ａの開口１１ｂに連結しており、他端にアンテナ２２を収容している。また、ガイドパイプ４０には、装炭車１０２及び石炭投入シュート１１を通じて炉内からの石炭Ｃ′や粉塵、ガス類が侵入するため、ガス供給口３５からパージ用ガスを供給している。

送受信装置２０は、通常、発信器、発信器からの信号の周波数を整数倍に高める逓倍器、逓倍器に接続するミキサーを備えており、ミキサーがアンテナに接続している。そして、発信器からの信号を逓倍した検出波（送信波）をアンテナから送信し、アンテナで受信した検出波をミキサーに入力し、演算回路にて送信波との周波数差（ＦＭＣＷ方式）または時間差（パルス方式）を基に対象物までの距離を測定している。また、送受信装置２０は、検出波の送受信を制御するための制御回路等を備えている。検出波は、マイクロ波またはミリ波であり、発信器からの信号をマイクロ波帯の周波数とし、例えば１３〜１３．５ＧＨｚのマイクロ波を生成し、これを６倍に逓倍して７８〜８１ＧＨｚのミリ波を発生する。

本発明では、送受信装置２０から逓倍器及びミキサーを分離する。そして、逓倍器及びミキサーを除いた送受信装置２０を、装炭車１の常温部（図の例では上方）に配置するとともに、逓倍器及びミキサーを取り外した送受信装置２０と、逓倍器及びミキサーからなる逓倍混合部材５０とを、導波管または同軸ケーブル５１で連結する。導波管または同軸ケーブル５１は送信または受信専用であり、低周波帯であるため、長くてもマイクロ波やミリ波の減衰が小さい。

また、逓倍混合部材５０をアンテナ２２の近傍に設置し、両者を同軸ケーブル等で接続する。あるいは、逓倍混合部材５０とアンテナ２２とを直結してもよい。

このように構成される装炭レベル測定装置では、石炭Ｃの投下後、同図の符号Ｒで示すように、送受信装置２０からの信号を逓倍混合部材５０で逓倍し、アンテナ２２からガイドパイプ４０に送り、ガイドパイプ４０を伝搬させて石炭投入シュート１１を通じて炉内に送り、堆積している石炭Ｃ′の表面で反射されたマイクロ波を、逓倍混合部材５０、導波管または同軸ケーブル５１を通じて送受信装置２０で受信して石炭Ｃ′の堆積レベルを検出する。その際、測定時には装炭口１０２から炉内の高温の熱が石炭投入シュート１１、ガイドパイプ４０を通じて上方に伝熱し、更にはコークス炉１００の上面の炉壁からも上方に伝熱するが、本発明によれば、逓倍器及びミキサーを取り外した送受信装置２０を装炭車１の高温部から離して配置したため、これらの熱から保護され、安定した検出波の送受信を行うことができる。

また、逓倍器やミキサーは高温による影響を受ける部材が無く、ある程度の温度までは耐え得るため、アンテナ２２の近傍に設置することができるが、例えば図２に示す熱対策を行うこともできる。図示されるように、逓倍混合部材５０を容器５２で包囲し、導波管または同軸ケーブル５１を保護管５６に挿通するとともに、容器５２と保護管５６とを連結し、保護管５６に冷却用ガス（空気や窒素ガス等）を供給して内部に流通させる。あるいは、逓倍混合部材５０を収容する容器５２を省略して、保護管５６を逓倍器やミキサーを収容している各ケースに直接連結し、ケース内に冷却用ガスを流通させてもよい。

図３は、特許文献１の他の装炭レベル測定装置に本発明を適用した例を示している。尚、ここでは主要部分のみ説明し、詳細については特許文献１を参照することができる。

受炭ホッパー１０の大きさや形状、受炭ホッパー１０と石炭投入シュート１１との位置関係によっては、図１，２に示すように、石炭投入シュート１１の上面１１ａに鉛直なガイドパイプ４０を連結できないこともある。そこで、図示されるように、Ｌ字管からなるガイドパイプ４０Ａを用いる。このガイドパイプ４０Ａの一端は直管部４０ａになっており、その端部が９０°屈曲して水平部４０ｂが連続している。そして、水平部４０ｂの他端は９０°屈曲して石炭投入シュート１１に向かう垂下部４０ｃになっており、全体としてＬ字状を呈している。また、直管部４０ａと水平部４０ｂとの間の９０°屈曲部は、４５°に傾斜して第１の反射板４１を形成しており、水平部４０ｂと垂下部４０ｃとの間の９０°屈曲部は、４５°に傾斜して第２の反射板４２を形成している。そして、ガイドパイプ４０Ａの垂下部４０ｃが、フィルタ３０を介して石炭投入シュート１１の上面１１ａに連結しており、直管部４０ａにアンテナ２２を収容しており、送受信装置２０からの信号を逓倍混合部材５０で逓倍し、アンテナ２２から送信されたマイクロ波やミリ波は、図中のＲで示すように、直管部４０ａを伝搬して第１の反射板４１で反射され、水平部４０ｂを伝搬した後、第２の反射板４２で更に反射された後、垂下部４０ｃを伝搬して石炭投入シュート１１へと進む。

このガイドパイプ４０Ａを用いることにより、送受信装置２０を装炭口１０２から離して熱から保護する効果も得られるが、本発明を適用することにより、更なる熱保護を図ることができる。

図４は、特許文献２の装炭レベル測定装置に本発明を適用した例を示す図である。尚、ここでは主要部分のみ説明し、詳細については特許文献２を参照することができる。

装炭車１の底面とコークス炉１００との間の空間にて、測定時には装炭口１０２の直上に移動し、非測定時には装炭口１０２の直上から退避する反射板２３を備えており、反射板２３と対向してアンテナ２２が配置されている。また、アンテナ２２に反射板側に延出するガイドパイプ２６を付設して、装炭口１０２からの熱から保護している。そして、逓倍器及びミキサーを送受信装置２０から分離し、導波管または同軸ケーブル５１で接続するとともに、逓倍混合部材５０をアンテナ２２に接続する。この装炭レベル測定装置では、測定時に、反射板２３を装炭口１０２の直上に移動させるとともに、図中のＲで示すように、送受信手段２０からの信号を逓倍混合部材５０で逓倍し、アンテナ２２からマイクロ波やミリ波を送信し、反射板２３の反射面２３ａで反射して装炭口１０２を通じて炉内に送る。

この装炭レベル測定装置においても、逓倍器及びミキサーを取り外した送受信装置２０が、コークス炉１００からの熱の影響を受けることがない。

また、図５は、上記のようなコークス炉１００ではなく、高炉１００′に装入される鉄鉱石やコークス（以下「装入物Ｑ」）の表面プロフィールを測定する装入物の表面プロフィール検出装置に適用した例を示す図である。尚、この表面プロフィール検出装置は特許文献３の表面プロフィール検出装置に本発明を適用した例を示すものであり、ここでは主要部分のみ説明して詳細については特許文献３を参照することができる。

図示される表面プロフィール検出装置では、高炉１００′の開口１０２′の直上に反射板６０を配設し、反射板６０の反射面と対向してアンテナ２２を配設している。また、反射板６０の裏面（アンテナ２２とは反対側の面）の中心部にはシャフト６１が取り付けられており、モータ６２によりシャフト６１の軸線を中心に、図中Ｘ方向に回動する。更に、アンテナ２２の開口周縁には枠部材２７が取り付けられており、枠部材２７には、マイクロ波やミリ波を透過する耐熱材料からなる通気性のフィルタ２８と、同様の材料からなる非通気性の隔壁２９とを取り付け、フィルタ２８と隔壁２９との間に窒素ガスを供給してフィルタ２８から反射板６０側に噴出して、フィルタ２８や反射板６０への粉塵の付着を防止している。そして、この表面プロフィール検出装置においても、逓倍器及びミキサーを送受信装置２０から分離し、アンテナ２２から離して配設して導波管または同軸ケーブル５１により接続するとともに、逓倍混合部材５０をアンテナ２２に接続する。

送受信手段２０からの信号を逓倍混合部材５０で逓倍し、アンテナ２２から送信されたマイクロ波やミリ波は、図中のＲで示すように、反射板６０で反射されて開口１０２′を通じて炉内に送られる。そして、炉内の装入物Ｑの表面で反射された反射波が、開口１０２′を通じて反射板６０に至り、入射されて送受信手段２０に送られる。その際、モータ６２で反射板６０を回動してその反射角度を変えることにより、マイクロ波やミリ波を紙面の前後方向に振り、装入物Ｑの表面を線状に走査することができる。これにより、炉内の装入物Ｑの線状の表面プロフィールを得ることができる。

また、図示は省略するが、本出願人による国際公開第２０１５／１３３００５号に記載されているように、更に反射板６０のアンテナ２２側への傾斜角度を変えることにより、装入物Ｑの表面を面状に走査することができ、面状の表面プロフィールを得ることもできる。

高温物体の表面検出装置として、その他にも鉄鋼スラグや溶鉄鍋の溶鉄、焼却炉内の可燃ゴミ、鋳造機からのスラブ等のレベルや表面状態を測定する検出装置にも本発明を適用することができ、同様に、送受信装置から逓倍器及びミキサーを分離することにより、送受信装置を高温箇所から離して設置して熱的に保護することができ、安定した送受信を実施することができる。

尚、本発明は高温物体の測定に有用であるが、他にも高所やガスが存在しているような危険場所にもアンテナ２２とともに逓倍混合部材５０を配置し、逓倍器及びミキサを分離した送受信装置２０を別の安全な場所に配置することができる。

１ 装炭車
１０ 受炭ホッパー
１１ 石炭投入シュート
１２ 給炭装置
２０ 送受信装置
２２ アンテナ
２３、６０ 反射板
４０、４０Ａ ガイドパイプ
４１ 第１の反射板
４２ 第２の反射板
５０ 逓倍混合部材
５１ 導波管または同軸ケーブル
１００ コークス炉
１００′ 高炉
１０１ レール
１０２ 装炭口
１０２′ 開口
Ｃ、Ｃ´ 石炭
Ｑ 装入物（鉄鉱石やコークス）

Claims (3)

1. 高温物体に向けて、送受信装置からのマイクロ波またはミリ波をアンテナから送信し、前記高温物体の表面で反射されたマイクロ波またはミリ波を前記送受信装置で受信して前記高温物体のレベルや表面プロフィール、表面状態を検出する装置において、
   前記送受信装置を構成する部材の中から逓倍器及びミキサーを分離するとともに、逓倍器及びミキサーを除いた送受信装置を、前記アンテナから離して配置して導波管または同軸ケーブルにより前記逓倍器に接続したことを特徴とする高温物体の表面検出装置。
2. 前記アンテナからの前記マイクロ波またはミリ波を伝搬させるガイドパイプを備えることを特徴とする請求項１記載の高温物体の表面検出装置。
3. 前記逓倍器及びミキサーを冷却することを特徴とする請求項１または２記載の高温物体の表面検出装置。

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