JP2870346B2

JP2870346B2 - 竪型炉の装入物プロフィール測定方法および測定装置

Info

Publication number: JP2870346B2
Application number: JP5063898A
Authority: JP
Inventors: 義久中村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH0611328A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高炉等の冶金用竪型炉
の炉頂における原料装入物の表面形状を連続測定し、装
入物プロフィール、降下速度分布、層厚分布等を知るこ
とができる竪型炉の装入物プロフィール測定方法および
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石を溶解する高炉では、通常、炉の
上部から鉄鉱石とコークスを交互に装入し、炉頂面での
装入物堆積表面形状（プロフィール）の断面形状がほぼ
Ｖ字状になるように設定される。

【０００３】高炉操業における操作端、つまり調整可能
な因子は、炉頂からの原料装入と羽口からの熱風等の吹
込みの２つに限られており、なかでも炉頂部における装
入物分布制御のもつ役割は非常に重要である。装入物分
布制御とは、基本的には装入物を炉内にて着地させる半
径方向および円周方向の位置を調整することであり、適
正な装入物分布を形成することにより炉内のガス流れが
安定し、燃料比低減、炉体の長寿命化が可能となる。

【０００４】近代高炉においては、装入装置として、従
来のベル式に代わり、ベルレス式を導入し、より厳密な
分布の形成を狙っている。そこで、炉況の変化に対応し
て早急な原料装入調整を行なうために、短時間で、より
正確に装入物分布を把握するための検出端として、種々
のプロフィールメータが開発されている、これらのセン
サーは接触式（機械式）と非接触式（マイクロ波式、レ
ーザー式等）に大別される。近時以下の３方式が開発、
実用化されているが、その問題点は上記の何れの型式に
も共通している。

【０００５】機械式測定方法は図１５のごとく、検尺ウ
エイトａを装入物面まで下げ着床して、その距離を測定
するもので、ランスｂを炉内半径方向の測定点ごとに停
止し、検尺ウエイトの昇降を繰返す１点式測定方法があ
る。これは、例えば１半径６点の測定に５分近くの時間
を要するので測定値の同時性に乏しい。この測定時間の
短縮と同時測定を行なう改良型として、ランスに多点
（６〜８）の検尺ウエイトを仕込んで炉内半径方向にラ
ンスを挿入し、多点の検尺ウエイトを同時に昇降して測
定する多点同時測定方式もある。この方式は測定時間が
２〜３分と短縮できるが、測定値は原料堆積物プロフィ
ール上の点としての情報で連続した表面形状を表し得な
い。また、多点方式のため機械系が複雑となり、高温粉
塵雰囲気の炉内に挿入測定するため、ダスト堆積等によ
るワイヤーロープとワイヤーシーブ摺動部での回動不良
トラブルが発生するなど保守管理面でも難がある。

【０００６】マイクロ波を用いる測定方式は、図１６の
ごとく、ランスｂ先端に搭載されたマイクロ波プローブ
のアンテナｃからマイクロ波を放射し、装入物面からの
反射波を受信したものをミキシングし、得られるビート
波の周波数から、アンテナから被測定面距離を測定する
もので、ランスｂ（アンテナｃ）の移動によって、高炉
々頂半径方向の原料堆積表面形状のプロフィールを非接
触で連続測定ができ、可動部がなく、図１５の機械式に
比べ、構造が簡単でメンテナンスが容易である長所を備
えている。図１６の装置は、ランスの炉内半径方向の走
行を油圧で行ない、回転については電動で行なう。走行
と回転を組合せることにより図１７に示す３つの測定モ
ード、すなわち、半径方向と直径方向のプロフィールを
測定する「Ｔモード測定法」、炉頂の半分面のプロフィ
ールを測定する「面モード測定法」、半径方向のプロフ
ィール１回目測定後、一定の待ち時間をおいて２回目を
測定し、２回の測定データの差から降下速度を測定する
「降下速度モード」がある。

【０００７】上記の機械方式、マイクロ波方式はいずれ
も、ランス片持ち構造物と、それを駆動する機械機構お
よび支持架構、デッキ類が必要であるため、設備費が大
となる欠点がある。

【０００８】レーザ光を用いる光学式測定方式は被測定
物の表面をレーザ光で走査し、その反射光を光学系で集
光し、三角測量的の手段で、被測定物の表面までの各照
射点の位置を求め、炉頂面でのプロフィールを測定する
ものである。この方式は測定時間が非常に短かく、広範
囲のプロフィール測定が炉外からできる利点があるが、
光学式であるため、高炉々内のダスト発生状況の影響を
強く受け、炉内ガス中に浮遊する多量のダストによる光
散乱と減衰および高温炉芯部から生じる輻射光等に影響
され易い欠点がある。また、機構的に非接触式で連続測
定ができるものであるが、レーザーコントローラー、受
光コントローラーや光学的角度情報等を大型の計算機で
演算処理するシステムコントローラやコンピュータが必
要であるために、設備費が大となる欠点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記問題点
の解決を図ったものであり、ランスに検尺ウエイトを取
付けて炉内に挿入、移動させる方式、あるいはランス先
端にプローブやアンテナを搭載し炉内に挿入、移動させ
る方式のように、ランスを駆動するための大がかりな機
械装置を必要とせず、機構的に簡単で、炉内装入物のプ
ロフィール測定が炉外からできる利点を有し、マイクロ
波のアンテナを旋回、傾転のすり粉木運動を組合せて、
従来の方式では実現できなかった炉内装入物全面のプロ
フィール測定が可能であり、しかも設備費が安く、保守
が容易で、迅速、正確な測定ができる竪型炉の装入物プ
ロフィール測定方法および測定装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の竪型炉の装入
物プロフィール測定方法は冶金用竪型炉の炉中心軸上を
外れた炉頂部炉外位置に設けた回動中心点を基点にして
マイクロ波プローブを回動し、このマイクロ波プローブ
のダストパージを施した受・発信アンテナから炉内装入
物表面に周波数変調したマイクロ波を連続的に走査放射
（発信）し、装入物表面からの反射波を受信して送信と
受信の時間差から装入物表面までの距離を測定すること
を特徴とする。請求項２は、プローブを「首振り運動」
させて、炉口部の炉芯を通り対向する炉内壁面間を結ぶ
直径範囲にマイクロ波を連続的に走査放射するものであ
る。請求項３は、冶金用竪型炉の炉中心軸上を外れた炉
頂部炉外位置に設けた回動中心点を基点にしてマイクロ
波プローブを「すり粉木運動」させて炉芯を中心とする
円周方向に旋回させてマイクロ波を連続的に走査放射
し、複数の旋回頂角に対応した円周方向に沿う装入物表
面までの距離を測定するものである。

【００１１】請求項４の竪型炉の装入物プロフィール測
定装置は、冶金用竪型炉の炉中心軸上を外れた炉頂部炉
外位置に、ダストパージを施した受・発信アンテナおよ
びマイクロ波受・発信回路を備えたマイクロ波プローブ
を設置してなり、前記プローブは炉口部の炉芯を通り対
向する炉内壁面間を結ぶ直径範囲にマイクロ波の走査放
射が可能な基点に回動可能に軸着してあることを特徴と
する。請求項５のプロフィール測定装置はプローブをカ
ルダンリングで回動可能に軸着し、プローブ軸線後端か
ら延びたスライドロッドにスライド自在継手を貫設し、
この自在継手と炉中心軸に平行で上下動する回軸ロッド
の先端とを連結リンクを介し連結し、プローブの炉芯を
中心とする円周方向の旋回および旋回頂角の調整を可能
となしたものである。

【００１２】

【実施例】図１に請求項２の発明になるプロフィール測
定方法および請求項４の測定装置の実施例であり、高炉
のベルレス炉頂装置の例を示すものである。炉体１の炉
頂部に円錐形状をしたガス捕集マンテル２があり、その
上部に分配シュート用駆動装置３が設置してあり、旋
回、傾動する分配シュート４を介して炉内に装入物５が
装入される。この装入物５のプロフィールは一般的に、
図示のように、蟻地獄状のＶ字形状をなしている。

【００１３】マイクロ波プローブ９はガス捕集マンテル
２の上方に開口部７を有するプローブ収納ケース８内、
すなわち、炉中心軸上から外れた炉頂部炉外位置に設置
してある。プローブ９はアンテナ１０−１、マイクロ波
を発信、受信するマイクロ波回路ボックス１０−２で構
成されている。（マイクロ波方式のレベル計の一種であ
る）。

【００１４】なお、マイクロ波は光に比べて透過性が優
れており、高炉々頂部のような粉塵浮遊物やミストが充
満している空間でも大きく減衰せずに伝播でき、本質的
に温度や圧力の影響を受けないので高炉々頂部内におい
て、レベル計として確実な計測ができる。

【００１５】マイクロ波の発振周波数は高炉内浮遊ダス
トの影響を受けにくい範囲で高い分解能を得るために
は、技術的、経済的に許容される限り、１０ＧＨＺ以上
の高発振周波数を選定した方がよい。また発振周波数が
高いほど、導波管の断面積、アンテナ径をコンパクト
化、プローブを小型化できる。

【００１６】マイクロ波レベル計の測定原理は、周波数
変調（ＦＭ）したマイクロ波を測定面に連続的に放射
し、測定面からの反射波を連続して受信するもので、放
射波（発振波）と反射波（受信波）の時間的なズレを計
測し、測定面までの距離を検出するものである。

【００１７】この発明では、プローブ９の取付位置は装
入物５全体の堆積形状、すなわちプロフィールを計測す
るため、図１において、炉口部の炉芯を通り、炉内壁Ａ
６−１とＢ６−２と結ぶ直径範囲をカバーできるマイク
ロ波走査線１４−１，１４−２の延長線上の交点にプロ
ーブ９の回動中心点、すなわち回転軸１１を設置する。
そして、この回転軸１１を基点としてプローブ９を頂角
θの範囲で首振りさせて走査放射して装入物５までの距
離ｌ（エル）を測定する。

【００１８】プローブ収納ケース８内に設置されたプロ
ーブ９は、回動可能とするために、プローブ収納ケース
８と回転軸１１の摺動部（図示せず）はグランドパッキ
ン方式やメカニカルシール方式等で軸シールする。ま
た、回転軸１１を駆動するギヤー類は炉外に設置する。
なお、プローブ９は炉内側に設置するので、アンテナ部
１０−１は窒素ガスパージ等をなしてダストの影響を回
避する。

【００１９】図２で、このプロフィール測定の手順を説
明する。プローブ９の首振り回動は、操作デスク２３に
要求信号を入力し、その信号を受けたサーボコントロー
ラ２２によりモーター１８を指定回転角度に回転させ、
ギヤー１７−１およびギヤー１６を介し駆動し、回転軸
１１を回動中心として回動させる。この回動動作中にプ
ローブ９から出されるマイクロ波１２は装入物５表面に
向って送信され、装入物５表面にて反射した受信波１３
はプローブ９に受信され、マイクロ波制御盤２０および
マイクロ波信号処理盤２１から距離ｌ（エル）の信号が
連続的に出力される。

【００２０】測定時の首振りの回転位置の頂角θは回転
軸１１に直結したギヤー１６とギヤー１７−２を介して
エンコーダ１９によって検出され、マイクロ波信号処理
盤２１にプローブ回転位置として入力される。この装入
物面までの距離ｌ（エル）と頂角θの信号群はプロフィ
ール演算器２４により、データー処理し、（ｘ，ｙ）の
直交座標信号群としてプロセスコンピューターに伝達さ
れ、これを画像処理し、装入物面を走査したプロフィー
ル走査ライン１５がＣＲＴ画面等の表示器２５に表示さ
れる。

【００２１】図３も請求項２の発明になるプロフィール
測定方法および請求項４の測定装置の第２の実施例を示
す。

【００２２】図３において炉口部の炉芯を通り、炉内壁
６−１と６−２を結ぶ直径範囲をカバーできるマイクロ
波走査線１４−１，１４−２の延長線上の交点ｘを球面
座４８と傾動リング４７の組合せによりなる傾動機構を
有した傾動リングの回動中心点を基点として設置し、プ
ローブ９を頂角θの範囲で首振りさせて、マイクロ波を
走査放射（発信）して装入物５までの距離ｌ（エル）を
測定する。

【００２３】図４(a) はプローブ傾動機構図の中立位置
の状態を示す。本実施例は、図１，図２と異なって、プ
ローブ９を球面座４８及び傾動リング４７から成る傾動
機構に間にガスシール弁５０を介挿し搭載することによ
り、炉外に配設したものである。本実施例を適用するこ
とにより、プローブ９を炉内の熱影響および粉塵雰囲気
を回避し、且つ、ガスシール弁５０を閉することによ
り、炉外側でアンテナ１０−１およびマイクロ波回路ボ
ックス１０−２の劣化を防止したものである。

【００２４】傾動機構は、直径Ｄなる球面を有する傾動
リング４７と球面リング４８からなり、回動中心点ｘを
基点とした回動自在な構造である。

【００２５】球面リング４８の軸直角円周方向には、傾
動リング４７と球面リング４８の摺動球面部のガスリー
クを防止するため、ガスケット４９を配設する。図４
(b) は、傾動リング４７を右にθ／２傾転させた図を示
す。ここでは球面リング４８と傾動リング４７の対偶に
おいて、傾動リング４７を傾動しても、球面リング４８
との摺動部でガスリークしない様に、球面リング４８は
厚さｔを必要とする。

【００２６】図３で、本実施例のプロフィール測定の手
順を説明する。プローブ９の首振り回動は、操作デスク
２３に要求信号を入力し、その信号を受けたコントロー
ラ２２による傾動用アクチュエータ５１を指定回転角度
に動作させ、傾動機構の回動中心転ｘを中心として傾動
リング４８を傾転させる。これ以降は図２に示す実施例
と同様である。

【００２７】プロフィール測定時のプローブ９の首振り
回転位置の頂角θは傾動用アクチュエータ５１にポテン
ショメータ（図示なし）等で動作位置信号を取出して、
傾動角度補正できるような、位置・角度変換器５２を設
置することにより、マイクロ波信号処理盤２１にプロー
ブ回転角度θ位置として入力される。これ以降は、図２
の実施例と同様である。

【００２８】図５，６は前記図１，２で示した測定方法
の活用例である。図５に示すごとく、炉壁面Ａ６−１か
らＢ６−２を結ぶ直径範囲にわたり装入物５まで距離を
測定して１回目のプロフィール測定後、所定の時間間隔
をおいて逆に炉壁面Ｂ６−２からＡ６−１の直径方向の
２回目のプロフィール測定を行ない、１回目と２回目の
測定までの時間におけるレベル差から装入物５の降下速
度分布を算出するものである。図６は降下速度モード測
定結果を概念的に示したものである。

【００２９】また、上記測定方法の応用として、コーク
スと鉱石の装入操作直前、直後の各原料（装入物）５面
のプロフィール測定値を比較することによって、装入物
の層厚分布を得ることができる。この時の炉口部直径方
向の層厚分布をパターン表示した例を図７に示す。

【００３０】図８，９に請求項３のプロフィール測定方
向および請求項５の測定装置を説明する実施例を示す。

【００３１】この実施例は高炉のベルレス炉頂装置の例
である。アンテナ１０−１、マイクロ波回路器１０−２
を備えたマイクロ波プローブ９はガス捕集マンテル２の
上側に開口部７を有するプローブ収納ケース８内、すな
わち炉中心軸上を外れた炉頂部炉外位置に設置してあ
る。このプローブ９は回動中心点Ｘを基点にして炉芯を
中心とする円周方向に旋回し、かつ、傾転して、旋回に
より形成される円錐形の頂角θを調整し「すり粉木運
動」し、連続的にマイクロ波を走査放射して、複数の旋
回頂角θに対応した円周方向に沿う装入物表面までの距
離ｌ（エル）を測定する。

【００３２】図１０，１１はマイクロ波プローブの走査
機構を示すものであり、高炉の炉中心軸線Ｙ−Ｙに平行
なｙ−ｙ軸はプローブ９に円周方向の旋回および旋回頂
角の調整すなわち傾転を駆動する後述するロッド２６を
示す。Ｘは前述のプローブ９が旋回、傾転する「すり粉
木運動」の基点となる回動中心点であり、ＡＢは炉口径
を示し、図６の対向する炉内壁Ａ，６−１、炉内壁Ｂ，
６−２に相当する。三角形ＡＢＣは装入物プロフィール
の蟻地獄状のＶ字形状に相当し、Ｃは炉芯の最も低い所
を示す。

【００３３】図１０に示す平行軸Ｙ−Ｙおよびｙ−ｙの
間のＸ点を頂点として形成される三角形は下式に示す相
似側が成り立つ。

【００３４】ａｂ／ＡＢ＝ａＸ／ＡＸ’ｄｅ／ＤＥ＝ｄＸ／ＤＸ，ｃｃ’／ＣＣ’ ＝ａｂ／ＡＢよって、 ΔＸＡＢ∽Ｘａｂ，ΔＡＢＣ∽Δａｂｃこの発明は上記の相似側から図１１に示すように、X'を
基点にA'B'を直径とする円弧を描くと、底面が平行とな
る三角錐X'A'B'およびX'a'c'となる。同様に、Y'−Y'軸
の下方に平行移動した、D'E'を直径とする円弧を描く
と、同様に底面が平行となる三角錐X'D'E'およびX'd'e'
となる。この測定方法では幾何学の定理から、炉内装入
物プロフィールを形成するＹ−Ｙ軸の形状をｙ−ｙ軸側
で縮少再現するものである。

【００３５】すなわち、マイクロ波プローブ９が回動中
心点Ｘを基点にして旋回と傾転作動する、いわゆる「す
り粉木運動」しながらマイクロ波を走査放射し、Ｘ点か
ら測定面までの距離ｌ（エル）を連続測定することによ
って、前記の基本原理に基づいて装入物５面のプロフィ
ールを測定できる。

【００３６】マイクロ波プローブ９の回動の基点となる
回動中心点Ｘの位置は、図８に示すように、装入物５の
全体の堆積形状、すなわちプロフィールを測定するため
に、炉口部の炉芯Ｙ−Ｙ軸を通り、炉内壁Ａ，６−１と
炉内壁Ｂ，６−２を結ぶ直径範囲をカバーできる２つの
マイクロ波走査線１４−１，１４−２の炉外側延長上の
交点となる。

【００３７】図１２に示すようにＸ軸とＹ軸が直交する
回動中心点Ｘにカルダンリング２７を設置し、これにプ
ローブ９を取付ける。このカルダンリング２７は、外側
の揺動リング２７−２、その内部の支持リング２７−１
からなり、揺動リング２７−２はＸ方向に突出した２本
の揺動軸２７−３をそれぞれ、収納ケース８側壁に設け
た２つの軸受２７−４に軸着し、その内部の支持リング
２７−１は揺動軸２７−３に直交方向、すなわちＹ軸方
向の２本の揺動軸２７−５をそれぞれ揺動リング２７−
２に設けた軸受２７−６に軸着してある。このカルダン
リング２７の支持リング２７−１内に取付けたプローブ
９はＸ，Ｙ軸方向に回動自在となる。

【００３８】カルダンリング２７に取付けたプローブ９
をＸ点を中心に旋回、傾転する、いわゆる「すり粉木運
動」させるために、図９に示すようにプローブ９軸線後
端にスライドロッド２８を取付け、スライド自在継手２
９を貫設する。このスライド・自在継手２９に、炉外の
ｙ−ｙ軸を中心に回転するロッド２６を連結リンク３０
を介し連結することにより、ｙ−ｙ軸のロッド２６の回
転をプローブ９に伝達し、プローブ９をカルダン軸２７
を基点にして回動させ、アンテナ１０−１の先端を炉芯
を中心とする円運動する「すり粉木運動」が可能とな
る。

【００３９】ロッド２６は上端に軸周りの回転が可能で
あるが、軸方向には離脱できない回転自在継手３１を設
け、旋回モーター３２により、ギヤー３３−２、ギヤー
３３−１およびギヤー３３−１のボスの中に嵌着した上
下動を許容するスライドキー３４を介しθ_Rの回転が可
能となしてある。

【００４０】プローブ９が円運動しつつ、走査放射する
マイクロ波が形成する円錐形の頂角θの調整はロッド２
６の上下動により行なわれる。すなわち、回転自在継手
３１．．部に取付けてある傾転モータ３５によりギヤー
３６−２を介し、ギヤー３６−１を回転（回転数ｎ）さ
せる。ギヤー３６−１のボスの中に貫通させてあるスク
リュージャッキ３７はｎ×ｓ（ネジのリード）＝Ｌの上
下動をなし、回転自在継手３１を介しロッド２６に伝達
する。ロッド２６の下端に連結してある長さｍの連結リ
ンク３０の開き角度はθ_Lとなり、スライド、自在継手
２９の旋回半径はｒ＝ｍsin θ_Lとなり円運動をする。
すなわち、プローブが円運動して走査放射するマイクロ
波が形成する円錐形の頂角θは図９（ｂ）に示すよう
に、ｙ−ｙ軸を回転軸とする旋回半径ｒにより制御され
る。この旋回半径ｒは、スクリュージャッキ３７の上下
動量Ｌ、すなわち、傾転モーター３５の回転数により制
御される。

【００４１】このプローブ９の円運動（すり粉木運動）
によって炉頂の装入物５のプロフィールを測定するに
は、最初に円錐の頂角θを一定にしてロッド２６を回転
させて、プローブ９のアンテナ１０−１の先端が円運動
しながら、炉口部の直径２Ｒとなる円弧を描きながら、
円周方向プロフィール走査ライン３８にマイクロ波を連
続的に発信し、受信する。これによって、測定面までの
距離ｌ（エル）を連続的に測定することができる。

【００４２】円周方向１周の測定が完了した後、深さ方
向（下方）のプロフィールを測定するには、傾転モータ
３５を回転してスクリュージャッキ３７を上方へ移動さ
せ、すなわち、ロッド２６の先端を上にあげ、前述ごと
くθ_L、およびスライド、自在継手２９の旋回半径ｒを
小となし、炉口部の円周方向プロフィール走査ラインの
直径２Ｒを小とする。引続いてロッド２６の回転動作で
上記の操作を繰返し、円周方向のプロフィール測定がで
きる。この様に、ロッド２６の旋回と上下動（傾転）を
１周ごとに交互に行なうことにより、炉口部全体のプロ
フィール測定が可能となる。

【００４３】なお、プローブ、旋回、傾転作動するリン
ク、ピン機構類は炉外のプローブ収納ケース８内に設置
されるので、炉内の熱影響面は比較的緩和されるが、ア
ンテナ部分やリンク、ピン部は前記実施例と同様に窒素
ガスパージ等の対策をとる必要がある。

【００４４】図８，９の第２の実施例として図１２に示
すカルダンリング機構の代りに、前述の図４に示した、
球面座を傾動リングの組合せより成る傾動機構を適用す
ることによってもよい。即ち、傾動リング４７の回動中
心点ｘを基点に自在傾動が可能なので、プローブ９の円
運動（すり粉木運動）によって図８，９の実施例と同様
に炉頂の装入物５のプロフィールが測定できる。

【００４５】このプロフィール測定法の全体システムを
図８に示す。プローブ９の旋回数および傾転数は装入物
５のプロフィール深さ方向の等高線を何mmピッチにする
かの要求信号を操作デスク３９から旋回、傾転の各サー
ボコントローラ４０−１，４０−２に指定数値を与え、
旋回モータ３２、傾転モータ３５を交互に回転させ、ロ
ッド２６に回転と上下移動Ｌを行なわせる。各々の旋回
数および傾転数はギヤー３３−３、ギヤー３６−３を介
して旋回用および傾転用エンコーダー４１，４２で各
々、円周方向の旋回角度θ_R、プローブ傾転角度θ_Lと
して検出され、マイクロ波信号処理盤４３にプローブ９
のマイクロ波による測定面における座標（ｘ，ｙ，ｚ）
として入力される。

【００４６】一方、プローブ９のアンテナ１０−１から
連続的に放射されたマイクロ波１２は装入物５の表面で
反射された受信波１３はプローブ９に連続的に受信さ
れ、マイクロ波制御盤４４およびマイクロ波信号処理盤
４３に装入物５までの距離ｌ（エル）の信号が連続的に
入力される。この様に、装入部５面までの距離ｌ（エ
ル）およびプローブ９の位置情報θ_R，θ_Lの信号群は
プロフィール演算器４５により、データ処理し（ｘ，
ｙ，ｚ）の立体座標信号群として、プロセスコンピュー
タに伝達される。これを画像処理してプロフィールがＣ
ＲＴ画面等の表示器４６に表示される。

【００４７】この発明のプロフィール測定方法の活用例
を以下に述べる。図１３に示す４モードの測定目的に応
用できる。

【００４８】面モード：プローブ９の炉口部における平
面上の測定走査軌跡を図中（Ａ−１）に示すように、プ
ローブ９の設置方位を０°側として、外側から内側に向
けて、一筆書きの同心円軌跡を描く動作を行う。円周を
１周後、内側の円弧に移る時は、ロッド２６を旋回モー
タ３２で回転させながら傾転モータ３５で所定回転数を
与えて、上側に動作させてシフトさせる。この様に旋回
させながら、１周ごとに傾転を組入れることにより、同
心円軌跡が描ける。

【００４９】この面モード測定で測定された等高線表示
（Ａ−２）装入物５プロフィールの円周バランス性が一
見して面状で把握できる利点がある。また、最新の画像
処理技術を駆使すれば（Ａ−３）のごとく立体プロフィ
ール表示もできる。

【００５０】直径モード：この測定方法はプローブ９を
設置方位の０°側から、炉口部直径方向に測定走査を行
なうものである。この動作はプローブ９の旋回を止めて
１方向（直径方向）に首振り（傾転）させることで達成
される。

【００５１】上記実施例の装置は、ｙ−ｙ軸に連結リン
ク３０、およびスライドロッド２８間にピン機構のスラ
イド・自在継手２９を設けてあるため、プローブ９をＹ
−Ｙ軸の炉芯近くを走査する際、ロッド２６を上側に動
作させ、θ_Lを小さくすることになるので、連結リンク
３０とスライドロッド２８がｙ−ｙ軸線上の一直線近く
になり、機構的に中立状態になって、更に首振り（傾
転）ができなくなる。このため、図（Ｂ−１）に示すよ
うに、炉芯近くで旋回動作をさせることにより、直径方
向の測定が可能となる。戻り動作は前記の逆道を行なう
ことにより達成される。

【００５２】この直径モードで測定されたプロフィール
測定結果を示す図（Ｂ−２）で注目すべき点は、炉内壁
Ａ，６−１，Ｂ，６−２付近の装入物堆積形状の変化で
ある。特にコークス装入後のテラス部（装入物が炉壁近
傍にて、ほぼ平坦に堆積している状態部分）の径方向長
さは、最も重要な管理ポイントであり、この長さによ
り、以後の鉱石装入時の堆積プロフィールは変化し、炉
内の通気性分布が決定されることにある。

【００５３】また、この直径モードの活用事例として
は、「直径方向降下速度測定モード」がある。これは
（Ｂ−１）において、１回目に０°側の炉内壁Ａ，６−
１から反対側の１８０°側の炉内壁Ｂ，６−２の直径方
向の装入物５のプロフィール測定後、適正な時間をおい
て、逆に１８０°側内壁Ｂ，６−２から０°側内壁Ａ，
６−１の直径方向の２回目のプロフィール測定を行な
い、１回目から２回目の測定までの時間におけるデータ
相互間のレベル差から装入物５の降下速度を算出するも
のである。図（Ｂ−２）は、この降下速度モードの測定
結果を示したものである。

【００５４】この直径方向の降下速度分布の情報によ
り、コークス、鉱石の炉芯部へのなだれ込みの状態が推
定できる。また、降下速度の絶対値から炉内の荷下り不
順、棚吊り等の推定が可能となる。

【００５５】この直径モードの他の活用事例として、
「直径方向層厚分布モード測定」がある。これは上述の
測定方法の応用として、炉内装入原料であるコークスと
鉱石の装入操作直前・直後の各原料面のプロフィール測
定値を比較することにより、装入物の層厚分布を得るこ
とができる。この時の炉口部直径方向の層厚分布をパタ
ーン表示した一例を図１４に示す。

【００５６】半径モード：この測定方法は前記の直径モ
ードと基本的に同じで、半径方向にプローブ９の首振り
走査（図中（Ｃ−１））を行なうものであり、測定され
たプロフィール測定結果を（Ｃ−２）に示す。１回目の
測定後、適正時間経過後、２回目の測定を行ない、相互
間のデータのレベル差から、（Ｃ−２）に示す、半径方
向降下速度分布が得られる。このモードは前記の直径モ
ードに比べ、測定時間が半減できることである。

【００５７】この様にして得られた装入物のプロフィー
ル、表面レベル分布、降下速度分布、層厚分布の何れに
ついても、予め設定された最適パターンに比較して著し
い偏りを示したり、もしくは局部的に許容範囲を越える
異常値を示す部分があった場合には、炉の操業状況を示
す各種の指標、例えば温度分布、ガス成分分布、ガス圧
分布およびガス流速分布等を照合させることにより異常
警報を出させたり、また、装入に関する修正指令を出さ
せる等の操業の自動化および最適化に結びつけることが
可能となる。

【００５８】サウンジングモード：従来の高炉等の竪型
炉には、各装入物のバッチ（装入物単位）毎の炉壁付近
の降下状態を常時測定するものとして、機械式サウンジ
ング装置がある。通常、このサウンジング装置は、巻取
り、巻戻し装置により、昇降ワイヤーの先端に検尺ウエ
イトを垂下して装入物の表面に着床させて、装入物の降
下に追随させて差指情報を検出するものであり、炉内円
周方向に２〜４台設置されている。しかし、この装置は
炉況が悪い時には、検尺ウエイトが装入物に引込まれた
り、埋没したりしてウエイトが落下することがある。ま
た、ワイヤロープが炉内の熱影響等により劣化、切断す
ることがあり、メンテナンス性に難がある。また円周方
向で２〜４点の差指情報なので、全周の情報としての代
表性が乏しい。

【００５９】このサウンジングモードは、上述の様に、
円周に複数個の装置を必要とせず、装入物に非接触で、
かつ、１台のプローブの旋回により全周の差指情報が得
られる。すなわち、１台のプローブを図（Ｄ−１）に示
す如く円周方位装入物の堆積レベルを１周走査測定後、
適正時間後に、２回目の１周走査測定を行ない、（Ｄ−
２）の円周差指レベルが描かれる。また、１回目の測定
から、２回目の測定までの時間におけるデータ相互のレ
ベル差から、図（Ｄ−３）の概念図の様に、円周方向装
入物の降下速度分布が得られる。

【００６０】この様に、１台のプローブで、円周方位装
入物のレベルを常時、旋回走査することにより、従来の
方式で得られなかった円周レベルの連続した差指情報を
入手できる。

【００６１】

【発明の効果】この発明は以上の通りであり、次の効果
を奏する。

【００６２】この発明はマイクロ波を用い測定するの
で、光方式に比べ、透過性が優れ、高炉炉頂の空間の如
く、浮遊ダストが充満していても大きく減衰せず伝播で
き、また本質的に温度や圧力の影響を受けないので、苛
酷な環境下でも正確な測定ができる。

【００６３】電波の受発信によって計測するため、プ
ローブを高温度の計測対象から充分離した炉頂部炉外位
置に設置でき、プローブを保護でき、しかも非接触で連
続測定ができる。

【００６４】その結果、従来方式では得られなかっ
た、炉口部装入物の全面プロフィール測定、降下速度分
布、層圧分布、全周差指分布の測定が精度よく短時間に
達成できる。

【００６５】この測定装置は構造が簡単であり、従来
方式の如く、大がかりな機械装置が必要でなく、竪型炉
等に適用する場合、大改造しなくても容易に設置でき、
設備費が小さく、可動部がないので、メンテナンスの負
担が少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉々頂部にマイクロ波プローブを取付けて装
入物プロフィールを測定する実施例の炉頂部断面図であ
る。

【図２】高炉々頂部にマイクロ波プローブを取付けて装
入物プロフィールを測定する実施例のシステム構成を鳥
瞰図で示す説明図である。

【図３】高炉々頂部にマイクロ波プローブを取付けて装
入物プロフィールを測定する第２の実施例の炉頂部断面
図である。

【図４】(a),(b) はマイクロ波プローブ取付部の球面座
を有する傾動リングの中立状態および傾動状態の断面図
である。

【図５】本発明の測定方法の活用例を示す図１のＩ−Ｉ
断面図である。

【図６】本発明の測定方法から得られる降下速度測定結
果を概念的に示す説明図である。

【図７】本発明の測定方法から得られる炉口直径方向の
層厚分布測定結果を概念的に示す説明図である。

【図８】高炉々頂部にマイクロ波プローブを取付けて装
入物プロフィールを測定する第２の実施例の炉頂部断面
およびシステム構成を示す説明図である。

【図９】(a) は高炉々頂部にマイクロ波プローブを取付
けて装入物プロフィールを測定する第２の実施例を鳥瞰
図で示す説明図である。(b) はプローブの幾何学的取合
図である。

【図１０】プローブの運動を制御する幾何学的取合図で
ある。

【図１１】図１０の斜視図である。

【図１２】カルダンリングの構成を示す(a) 正面、(b)
側面の説明図である。

【図１３】本発明のプロフィール測定方法の活用例を示
す測定モード一覧である。

【図１４】本発明のプロフィール測定方法で得られる直
径モードの層厚分布測定結果を概念的に示す説明図であ
る。

【図１５】従来の機械式プロフィール測定方式の説明図
である。

【図１６】従来のマイクロ波プロフィール測定方式の説
明図である。

【図１７】従来のマイクロ波プロフィール測定方式によ
る測定モード一覧である。

【符号の説明】

１…炉体、２…ガス捕集マンテル、３…分配シュート用
駆動装置、４…分配シュート、５…装入物、６…炉内
壁、７…開口部、８…プローブ収納ケース、９…プロー
ブ、１０−１…アンテナ、１０−２…マイクロ波回路ボ
ックス、１１…回転軸、１２…マイクロ波発信波、１３
…マイクロ波受信波、１４…マイクロ波走査線、１５…
プロフィール走査ライン、１６…ギヤー、１７…ギヤ
ー、１８…モーター、１９…エンコーダー、２０…マイ
クロ波制御盤、２１…マイクロ波信号処理盤、２２…サ
ーボコントローラ、２３…操作デスク、２４…プロフィ
ール演算器、２５…表示器、２６…ロッド、２７…カル
ダンリング、２７−１…支持リング、２７−２…揺動リ
ング、２７−３，２７−５…揺動軸、２７−４…軸受、
２８…スライドロッド、２９…スライド・自在継手、３
０…連結リンク、３１…回転自在継手、３２…旋回モー
ター、３３…ギヤー、３４…スライドキー、３５…傾転
モーター、３６…ギヤー、３７…スクリュージャッキ、
３８…プロフィール走査ライン、３９…操作デスク、４
０…サーボコントローラ、４１，４２…エンコーダー、
４３…マイクロ波信号処理盤、４４…マイクロ波制御
盤、４５…プロフィール演算器、４６…表示器、ａ…検
尺ウエイト、ｂ…ランス、ｃ…アンテナ、４７…球面傾
動リング、４８…球面座、４９…ガスケット、５０…ガ
スシール弁、５１…傾動用アクチュエータ、５２…位置
・角度変換器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冶金用竪型炉の炉中心軸上を外れた炉頂
部炉外位置に設けた回動中心点を基点にしてマイクロ波
プローブを回動し、このマイクロ波プローブのダストパ
ージを施した受・発信アンテナから炉内装入物表面に周
波数変調したマイクロ波を連続的に走査放射（発信）
し、装入物表面からの反射波を受信して送信と受信の時
間差から装入物表面までの距離を測定することを特徴と
する竪型炉の装入物プロフィールの測定方法。
【請求項２】炉口部の炉芯を通り対向する炉内壁面間
を結ぶ直径範囲にマイクロ波を連続的に走査放射するこ
とを特徴とする請求項１記載の竪型炉の装入物プロフィ
ール測定方法。
【請求項３】冶金用竪型炉の炉中心軸上を外れた炉頂
部炉外位置に設けた回動中心点を基点にしてマイクロ波
プローブを炉芯を中心とする円周方向に旋回させマイク
ロ波を連続的に走査放射し、複数の旋回頂角に対応した
円周方向に沿う装入物表面までの距離を測定することを
特徴とする竪型炉の装入物プロフィール測定方法。
【請求項４】冶金用竪型炉の炉中心軸上を外れた炉頂
部炉外位置に、ダストパージを施した受・発信アンテナ
およびマイクロ波受・発信回路を備えたマイクロ波プロ
ーブを設置してなり、前記プローブは炉口部の炉芯を通
り対向する炉内壁面間を結ぶ直径範囲にマイクロ波の走
査放射が可能な基点に回動可能に軸着してあることを特
徴とする竪型炉の装入物プロフィール測定装置。
【請求項５】マイクロ波プローブをカルダンリングで
回動可能に軸着し、プローブ軸線後端から延びたスライ
ドロッドにスライド自在継手を貫設し、この自在継手と
炉中心軸に平行で上下動する回転ロッドの先端とを連結
リンクを介し連結し、プローブの炉芯を中心とする円周
方向の旋回および旋回頂角の調整を可能となしてあるこ
とを特徴とする請求項４記載の炉型炉の装入物プロフィ
ール測定装置。