JP5232269B2

JP5232269B2 - 材料流れの幅を測定する方法

Info

Publication number: JP5232269B2
Application number: JP2011118442A
Authority: JP
Inventors: イェンティンチェン; シエンウェントゥー; シーカンクオ
Original assignee: China Steel Corp
Current assignee: China Steel Corp
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: TWI431119B; JP2012093337A; TW201217538A

Description

本発明は材料流れの幅を測定する方法に関し、特に、高炉の上端から下方へ放物線で送出する材料流れの幅を測定する方法に関する。

従来、鉄鉱石から銑鉄を取り出す高炉では、銑鉄に混入するための金属原料や燃料としてのコークス、不純物を除去するための石灰石などを頂部から投入し、下部の側面から加熱された空気を吹き入れてコークスを燃焼させることによって鉄鉱石を溶かして炉の底部で高温液体状の銑鉄を得る。

この作業中において、金属原料やコークス、石灰石などの投入状態を監視して量的に調整することは、銑鉄の生産効率や品質に関わる重要な事項である。

高炉の頂部から投入される材料を監視する方法としては、たとえば特許文献１では、高炉内に複数本のレーザー光を生成させてから前記複数本のレーザー光を背景とする画像を撮影することによって、材料投入の様子を監視する装置が開示されている。

中国特許公開ＣＮ１８７７２４９Ａ明細書

上記従来の監視装置では、材料流れの画像を、複数本のレーザー光からなる背景に照らしてその相対位置を判断することによってその大体の幅を決定する方法をとっている。したがって、該装置は高炉内に投入された材料流れの幅を直接的に測定することができず、正確性に欠ける。

この問題点に鑑みて、本発明は高炉内に投入された材料流れの幅を直接的に乃至数字的に測定することができる、材料流れの幅を測定する方法の提供を目的とする。

上記目的に達成すべく、本発明は、所定水平面の所定円周における対称的な第１の位置と第２の位置を通過するように移動しながら下方へ放物線で送出する材料流れの幅を測定する方法であって、前記所定円周の円心を通過する鉛直線の前記第１の位置側且つ前記所定円周の外側から光波測距手段で該鉛直線に向かって所定の鉛直走査面に対して走査測定を行って複数の距離データを取得し、計算手段で、前記複数の距離データから、前記材料流れが前記第１の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の座標データを第１の軌跡情報として取り出し、前記材料流れが前記第２の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の座標データを第２の軌跡情報として取り出し、そして、前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報を用いて前記第１の軌跡情報に対応する第１の曲線および前記第２の軌跡情報に対応する第２の曲線を計算し、更に、前記第１の曲線および前記第２の曲線を用いて前記材料流れの幅を算出することを特徴とする材料流れの幅を測定する方法を提供する。

上記材料流れの幅を測定する方法において、高炉の上端で前記所定円周に沿って回転する材料投入手段により送出される材料の流れを前記材料流れとすることが好ましい。

上記材料流れの幅を測定する方法において、前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報は、前記光波測距手段で取得した距離データを前記鉛直走査面における座標情報に変換してから、得られた座標情報から前記材料投入手段や前記高炉の内壁など前記材料流れに該当しない環境データの座標情報を取り除くことにより得られることが好ましい。

上記材料流れの幅を測定する方法において、前記計算手段で前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報から前記材料流れの幅を算出するには、前記第１の軌跡情報を前記鉛直走査面における座標情報に変換してから、該座標情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で前記第１の曲線の二次関数を算出し、前記第２の軌跡情報を前記鉛直走査面における座標情報に変換してから、該座標情報において第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で前記第２の曲線の二次関数を算出してから、算出した前記第２の曲線の二次関数を用いて該第２の曲線の前記鉛直走査面の前記第１の位置側において該第２の曲線と対称している第３の曲線の二次関数を算出し、さらに、前記第１の曲線の二次関数および第３の曲線の二次関数を用いて、所定の高さでの前記第１の曲線と前記第３の曲線との間の距離を前記材料流れの幅として算出することが好ましい。

上記材料流れの幅を測定する方法において、前記光波測距手段での走査は、上下８０度の範囲内で行うことが好ましい。

また、本発明は、高炉の上端で所定水平面における所定円周における対称的な第１の位置と第２の位置を通過し、且つ該所定円周に沿って回転する材料投入手段により放物線で送出される材料流れの幅を測定する方法であって、前記所定円周の円心を通過する鉛直線の第１の位置側から光波測距手段で該鉛直線に向かって所定の鉛直走査面に対して走査測定を行って複数の距離データを取得し、前記計算手段で、前記複数の距離データから前記光波測距手段で取得した距離データから前記材料投入手段や前記高炉の内壁など前記材料流れに該当しない環境データを取り除いてから、前記材料流れが前記第１の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の距離データを前記鉛直走査面における座標情報に変換して第１の軌跡情報として取り出し、前記材料流れが前記第２の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の距離データを前記鉛直走査面における座標情報に変換して第２の軌跡情報として取り出し、前記第１の軌跡情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で第１の曲線の二次関数を算出し、前記第２の軌跡情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で第２の曲線の二次関数を算出してから、算出した前記第２の曲線の二次関数を用いて該第２の曲線の前記鉛直走査面の前記第１の位置側において該第２の曲線と対称している第３の曲線の二次関数を算出し、さらに、前記第１の曲線の二次関数および第３の曲線の二次関数を用いて、所定の高さでの前記第１の曲線と前記第３の曲線との間の距離を前記材料流れの幅として算出することを特徴とする材料流れの幅を測定する方法をも提供する。

上記構成により、本発明は光波測距手段で測定したデータから下方へ放物線で送出する材料流れの幅を算出することができるので、画像から推算するより正確性を有する材料流れの幅を測定する方法を提供することができる。

本発明の材料流れの幅を測定する方法のフローチャートである。本発明に使用される光波測距手段の設置位置及び走査範囲が示されている縦断面図である。第１の位置において走査する様子が示されている縦断面図である。第２の位置において走査する様子が示されている縦断面図である。第１の曲線と第３の曲線から材料流れの幅を算出する概念が示されている縦断面図である。

以下は各図面に参照しながら本発明の各好ましい実施形態について詳しく説明する。

図１は本発明の材料流れの幅を測定する方法のフローチャートである。

図示されているように、本発明の材料流れの幅を測定する方法は、走査ステップ２０１と、座標変換ステップ２０２と、データ処理ステップ２０３と、曲線算出ステップ２０４と、材料流れの幅算出ステップ２０５とからなる。

本発明は、所定水平面の所定円周Ｍにおける対称的な第１の位置（図３参照）と第２の位置（図４参照）を通過するように移動しながら下方へ放物線で送出する材料流れの幅を測定する方法であり、特に、例えば図２に示されているように、高炉３０２の上端で所定円周Ｍにおける対称的な第１の位置と第２の位置を通過し、且つ該所定円周に沿って回転する材料投入手段３０３により放物線で送出される材料流れの幅を測定する方法として使用されることができる。

走査ステップ２０１では、図２に示されているように、円周Ｍの円心を通過する鉛直線Ｉの第１の位置側且つ所定円周Ｍの外側から光波測距手段３０１で該鉛直線Ｉに向かって所定の鉛直走査面Ｌに対して走査測定を行って複数の距離データを取得する。材料投入手段３０３により送出される材料流れは、図３に示されている第１の位置と、図４に示されている第２の位置とで鉛直走査面Ｌを通過することができ、また、光波測距手段３０１は、材料流れが第１の位置と第２の位置とを通過する時間内において、光波測距手段３０１に向かっている端縁における複数の点の距離データを測定することができる。

次に、光波測距手段３０１として、例えばレーザー測距装置を使用することができる。この実施形態においては、図２に示されているように、上下８０度の範囲内で鉛直走査面Ｌに対して０.１秒で一往復する往復走査式のレーザー測距装置を使用している。

もっと詳しく説明すると、光波測距手段３０１は性質上、材料流れに透過することができないため、材料流れの光波測距手段３０１に向かっている端縁にしか光を当てることができず、該端縁と光波測距手段３０１との間の距離しか測定することができない。一方、本発明では光波測距手段３０１として鉛直走査面Ｌに対して高速往復する往復走査式のレーザー測距装置を使用するので、材料流れが鉛直走査面Ｌを通過する時間内において、複数回の走査測定結果が取られるようになり、各走査測定結果は、材料流れの前記端縁が異なる時点で鉛直走査面Ｌと交わる高さが異なる点と光波測距手段３０１との間の距離データとなる。

また、本実施形態においては、更に、光波測距手段３０１から信号を入力することができる入力ユニットと、少なくとも情報を一時記録することができるメモリーと、メモリーに記録されている情報を計算処理することができる中央処理ユニットと、中央処理ユニットの処理結果を出力することができる出力ユニットとを備えているコンピュータなど、データを処理する計算手段（図示せず）で、座標変換ステップ２０２と、データ処理ステップ２０３と、曲線算出ステップ２０４と、材料流れの幅算出ステップ２０５とを実行する。

計算手段が実行する部分を簡潔に説明すると、以下の通りである。光波測距手段３０１により測定した複数の距離データから、材料流れが第１の位置側（図３における左側）の方で鉛直走査面Ｌを通過する時間内において、材料流れの光波測距手段３０１に向かっている端縁における複数の点の距離データを鉛直走査面Ｌにおける座標情報に変換して第１の軌跡情報として取り出し、そして材料流れが第２の位置側（図４における右側）の方で鉛直走査面Ｌを通過する時間内において、材料流れの光波測距手段３０１に向かっている端縁における複数の点の距離データを鉛直走査面Ｌにおける座標情報に変換して第２の軌跡情報として取り出してから、第１の軌跡情報および第２の軌跡情報を用いて、第１の軌跡情報に対応する第１の曲線Ｌ１（図５参照）および第２の軌跡情報に対応する第２の曲線Ｌ２（図４参照）を計算して、更に、第１の曲線Ｌ１および第２の曲線Ｌ２を用いて材料流れの幅を算出する。

続いて、座標変換ステップ２０２と、データ処理ステップ２０３と、曲線算出ステップ２０４と、材料流れの幅算出ステップ２０５とを各ステップに分けて詳しく説明する。

本発明では、座標変換ステップ２０２と、データ処理ステップ２０３とを用いて、光波測距手段３０１により測定した複数の距離データから、前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報を取り出す。

座標変換ステップ２０２では、光波測距手段３０１により測定したすべての距離データと、各距離データを測定する時の光波射出角度データとを利用して、図３に示されているように、光波測距手段３０１を原点とする座標系に対応する座標を算出してから、算出した光波測距手段３０１を原点とする座標系に対応する座標を、鉛直走査面Ｌにおいて高炉３０２の中心点Ｏを原点とする座標系に対応する座標に換算する。ここで、高炉３０２の中心点とは、前記鉛直走査面Ｌにおいて、高炉３０２の高さの中央位置にある水平線をＸ軸とし、そして鉛直線ＩをＹ軸とするときにおいて、Ｘ軸とＹ軸との交差点である。

データ処理ステップ２０３では、座標変換ステップ２０２において得られた座標情報から、材料流れに該当しない環境データ、例えば材料流れが鉛直走査面Ｌを通過しないときにおいて取得した高炉３０２の内壁の距離データや、材料投入手段３０３の距離データなどを取り除く処理を行う。実際では高炉３０２の内壁の座標や、材料投入手段３０３の回転経路の座標を予め記録することにより、座標変換ステップ２０２において得られた座標情報において、高炉３０２の内壁の座標や材料投入手段３０３の回転経路の座標に該当する座標を削除してから、残った座標を鉛直走査面ＬにおけるＹ軸（鉛直線Ｉ）により、第１の位置側にある座標をまとめて第１の軌跡情報とし、第２の位置側にある座標をまとめて前記第２の軌跡情報とする。

曲線算出ステップ２０４では、座標変換ステップ２０２と、データ処理ステップ２０３にて取り出した第１の軌跡情報および第２の軌跡情報を利用して、図３に示されているように、第１の軌跡情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報（すなわち、図示されているように鉛直走査面Ｌにおける第１の軌跡情報の中で、第１の位置側／図中の左側／光波測距手段３０１に向かっている側の端縁にある座標情報、言い換えれば、測定しようとする材料流れの異なる時点で鉛直走査面Ｌと交わる複数の端縁の中で光波測距手段３０１に最も接近している端縁にある座標情報）を利用し、曲線あてはめ計算法で第１の曲線Ｌ１の二次関数を算出して、この第１の曲線Ｌ１を測定しようとする材料流れが図３／図５に示されている第１の位置にあって、光波測距手段３０１に向かって最も接近している端縁を表す曲線とする。

また、図４に示されているように、第２の軌跡情報において第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報（すなわち、図示されているように鉛直走査面Ｌにおける第２の軌跡情報の中で、第１の位置側／図中の左側／光波測距手段３０１に向かっている側の端縁にある座標情報、言い換えれば、測定しようとする材料流れの異なる時点で鉛直走査面Ｌと交わる複数の端縁の中で光波測距手段３０１に最も接近している端縁にある座標情報）を利用し、曲線あてはめ計算法で前記第２の曲線Ｌ２の二次関数を算出してから、図５に示されているように、算出した第２の曲線の二次関数Ｌ２を用いて、鉛直線Ｉを対称軸として該第２の曲線Ｌ２の鉛直走査面Ｌにおける第１の位置側において該第２の曲線Ｌ２と対称している第３の曲線Ｌ３の二次関数を算出して、この第３の曲線Ｌ３を測定しようとする材料流れが図３／図５に示されている第１の位置にあって、光波測距手段３０１に向かずに光波測距手段３０１から最も遠い端縁を表す曲線とする。

材料流れの幅算出ステップ２０５では、算出した第１の曲線Ｌ１の二次関数および第３の曲線Ｌ３の二次関数を用いて、所定の高さでの第１の曲線Ｌ１と第３の曲線Ｌ３との間の距離、即ち、第１の位置にある材料流れの光波測距手段３０１に向かって最も接近している端縁と、光波測距手段３０１から最も遠い端縁との間の距離を目的である材料流れの幅Ｈとして算出すると共に、第１の曲線Ｌ１と第３の曲線Ｌ３との間に位置している材料流れ中央曲線Ｌ４の二次関数を算出する。中央曲線Ｌ４は、材料流れの投下位置を判断する根拠になることができる。

ちなみに、使用している光波測距手段の性能に応じて、座標変換ステップ２０２における距離データを、光波測距手段３０１を原点とする座標系に対応する座標に換算する手順を、光波測距手段内蔵の計算手段で実行させることができる。

また、上記では座標変換ステップ２０２と、データ処理ステップ２０３とを用いて、光波測距手段３０１により測定した複数の距離データを鉛直走査面Ｌにおける座標情報に変換してから材料流れに該当しない環境データを取り除いて第１の軌跡情報または第２の軌跡情報を取り出す手順を取っているが、測定した複数の距離データを鉛直走査面Ｌにおける座標情報に変換する前に、距離データとしての材料流れに該当しない環境データを先に取り除く手順を取ることもできる。

更に、上記曲線算出ステップ２０４では、第２の位置側にある第２の曲線Ｌ２の二次関数を算出してから、第１の位置側において第２の曲線Ｌ２に対称している第３の曲線Ｌ３の二次関数を算出する手順を取っているが、第２の位置側にある第２の軌跡情報の座標を第１の位置側において第２の軌跡情報に対称する座標に換算してから、得られた第１の位置側にある座標で第３の曲線Ｌ３の二次関数を直接に算出する手順を取ることも可能である。

２０１走査ステップ
２０２データ処理ステップ
２０３座標変換ステップ
２０４曲線算出ステップ
２０５材料流れの幅算出ステップ
３０１光波測距手段
３０２高炉
３０３材料投入手段

Claims

所定水平面の所定円周における対称的な第１の位置と第２の位置を通過するように移動しながら下方へ放物線で送出する材料流れの幅を測定する方法であって、
前記所定円周の円心を通過する鉛直線の第１の位置側且つ前記所定円周の外側から光波測距手段で該鉛直線に向かって所定の鉛直走査面に対して走査測定を行って複数の距離データを取得し、
計算手段で、前記複数の距離データから、前記材料流れが前記第１の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の座標データを第１の軌跡情報として取り出し、
前記材料流れが前記第２の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の座標データを第２の軌跡情報として取り出し、
そして、前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報を用いて前記第１の軌跡情報に対応する第１の曲線および前記第２の軌跡情報に対応する第２の曲線を計算し、
更に、前記第１の曲線および前記第２の曲線を用いて前記材料流れの幅を算出することを特徴とする、材料流れの幅を測定する方法。
高炉の上端で前記所定円周に沿って回転する材料投入手段により送出される材料の流れを前記材料流れとすることを特徴とする請求項１に記載の材料流れの幅を測定する方法。
前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報は、前記光波測距手段で取得した距離データを前記鉛直走査面における座標情報に変換してから、得られた座標情報から前記材料投入手段や前記高炉の内壁など前記材料流れに該当しない環境データの座標情報を取り除くことにより得られることを特徴とする請求項２に記載の材料流れの幅を測定する方法。
前記計算手段で前記第１の軌跡情報および前記第２の軌跡情報から前記材料流れの幅を算出するには、
前記第１の軌跡情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で前記第１の曲線の二次関数を算出し、
前記第２の軌跡情報において第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で前記第２の曲線の二次関数を算出してから、算出した前記第２の曲線の二次関数を用いて該第２の曲線の前記鉛直走査面の前記第１の位置側において該第２の曲線と対称している第３の曲線の二次関数を算出し、
さらに、前記第１の曲線の二次関数および第３の曲線の二次関数を用いて、所定の高さでの前記第１の曲線と前記第３の曲線との間の距離を前記材料流れの幅として算出することを特徴とする請求項３に記載の材料流れの幅を測定する方法。
前記光波測距手段での走査は、上下８０度の範囲内で行うことを特徴とする請求項３に記載の材料流れの幅を測定する方法。
高炉の上端で所定水平面における所定円周における対称的な第１の位置と第２の位置を通過し、且つ該所定円周に沿って回転する材料投入手段により放物線で送出される材料流れの幅を測定する方法であって、
前記所定円周の円心を通過する鉛直線の第１の位置側から光波測距手段で該鉛直線に向かって所定の鉛直走査面に対して走査測定を行って複数の距離データを取得し、
計算手段で、前記複数の距離データから前記光波測距手段で取得した距離データから前記材料投入手段や前記高炉の内壁など前記材料流れに該当しない環境データを取り除いてから、前記材料流れが前記第１の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の距離データを前記鉛直走査面における座標情報に変換して第１の軌跡情報として取り出し、
前記材料流れが前記第２の位置側の方で前記鉛直走査面を通過する時間内において、前記材料流れの前記光波測距手段に向かっている端縁における複数の点の距離データを前記鉛直走査面における座標情報に変換して第２の軌跡情報として取り出し、
前記第１の軌跡情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で第１の曲線の二次関数を算出し、
前記第２の軌跡情報において前記第１の位置側の方に向いている端縁にある座標情報を利用し、曲線あてはめ計算法で第２の曲線の二次関数を算出してから、算出した前記第２の曲線の二次関数を用いて該第２の曲線の前記鉛直走査面の前記第１の位置側において該第２の曲線と対称している第３の曲線の二次関数を算出し、
さらに、前記第１の曲線の二次関数および第３の曲線の二次関数を用いて、所定の高さでの前記第１の曲線と前記第３の曲線との間の距離を前記材料流れの幅として算出することを特徴とする材料流れの幅を測定する方法。