JP5279480B2 - 高炉装入物の層厚分布測定方法及びこの方法を用いた層厚分布測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、高炉内に装入された鉱石、コークス等の装入物の炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を測定する方法、及びこの方法を用いた層厚分布測定装置に関する。

高炉の操業を安定して行うためには、炉内に装入されて堆積した装入物によって形成される層（鉱石層とコークス層）の炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布の調整が重要となる。

この層厚分布の調整方法としては、ベルアーマ式高炉ではムーバルアーマが操作され、又はベルレス式高炉では旋回シュートが操作され、鉱石やコークス等の装入物の炉内への装入位置が変更されることにより調整される。この調整方法においては、装入物の層厚分布を的確に把握し、この把握した層厚分布に基づいて次の装入物により形成される層の層厚分布がより適した分布となるように前記ムーバルアーマや旋回シュート等の装入装置の操作が行われる。

装入物の層厚分布を把握するためには、該当バッチ（炉内への装入物の装入の単位）の装入物の層上面の形状、即ち表面プロフィールと、その一つ前のバッチの表面プロフィールと、該当バッチの装入物全体の体積とを用いる。具体的には、該当バッチの表面プロフィールと一つ前のバッチの表面プロフィールとで挟まれる部分の体積が、該当バッチの装入物全体の体積と同一になるように、一つ前のバッチの表面プロフィールを下方にして上下二つの表面プロフィールの間隔を設定する。このように設定された上下二つの表面プロフィール間の上下幅を層厚と擬制することで層厚分布を推定（測定）する。

前記の表面プロフィールを得るためには、例えば、図２に示されるような、マイクロ波プロフィールメーター１２によって装入物の層上面の形状を直接計測する方法が知られている。このマイクロ波プロフィールメーター１２は、マイクロ波の反射を利用し、所定位置の炉半径に沿って一定のピッチで表面プロフィールの高さ（マイクロ波照射位置からの深度）を計測する。

具体的には、所定のバッチでの装入物の層上面における前記所定位置の炉半径に沿って計測して得られた各計測値を、炉中心軸をＹ軸、前記所定位置の炉半径をＸ軸としてプロットする。このプロットした点を結ぶことで前記所定位置の炉半径における当該半径に沿った装入物の層上面形状が得られる。この形状を炉中心軸（Ｙ軸）が回転中心となるように一回転させることにより、当該バッチの装入物の層上面形状、即ち、表面プロフィールが得られる。

また、別の方法として、過去の実績データから装入条件と表面プロフィールとの関係を割り出し、種々の装入条件（例えば、アーマストローク、シュートの傾動角、装入物の装入重量、サウジングレベル等）を計算条件として表面プロフィールを算出し、この表面プロフィールに基づいて層厚分布を推定するシミュレーションモデルを用いた方法が知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−３２３３０６号公報

しかしながら、前記マイクロ波プロフィールメーター１２を用いて表面プロフィールを得る場合、計測値から得られた表面プロフィールと実際の表面プロフィールとの間には誤差が生じる。即ち、前記計測によって得られた各計測値が前記のようにプロットされ、このプロットされた点を結ぶことにより得られる線には、実際の表面プロフィールとは異なる凹凸の激しい形状が現れる場合が多い。これは、装入物を炉内に装入する際にたまたま生じた部分的な突出等が前記計測された層上面形状に存在し、この突出等が計測値にノイズとして含まれるためである。そのため、前記プロットによって得られた所定位置の炉半径に沿った装入物の層上面形状を炉中心軸を回転中心として回転させても実際の表面プロフィールとは異なった表面プロフィールとなっている場合が多い。

前記のように、上下２つの表面プロフィールに挟まれた空間の体積が該当バッチの装入物全体の体積と同一となるように下側の表面プロフィールの降下量を推定する場合において、特に、炉壁側に生じる前記誤差が大きい場合は、算定される前記プロフィール間の間隔が大きく異なってしまい、正確な層厚分布を算出することができない。

前記部分的な突出等による誤差を解消するために、数十バッチの表面プロフィールをそれぞれ計測し、この数十回分の計測値を平均した値を用いて表面プロフィールを算出することが考えられる。

しかし、このような方法では、過去において計測した数十回のバッチ毎の計測値の平均値を求めた上で表面プロフィールを算出して直近の層厚を計算しなければならないため、炉内状況に変化が生じた際、この変化を素早く把握することができず、前記の変化に素早く対応して操業条件の変更をすることができないといった問題が生じる。

一方、前記シミュレーションモデルは、種々の計算条件が集積されたものであるため、操業条件毎にこれらの計算条件のパラメータを調整するには、多数の計測プロフィールと各操業条件の関係を分析しなければならず、非常に長い時間が必要となる。

また、このように求めたパラメータを用いたとしても、前記シミュレーションモデルを用いて表面プロフィールを算出する場合、同一の操業条件においては同一の結果しか算出することができない。しかし、現実の高炉内に形成される装入物の表面プロフィールは、同一の操業条件であるにも関わらず、全て同一の表面プロフィールとはならず、バッチ毎に異なった表面プロフィールとなる場合が多い。

このように、シミュレーションモデルを用いた場合には、操業条件が一部でも異なれば、当該操業条件に合致する計算条件のパラメータを調整するのに非常に時間がかかる。また、同一操業条件下における層厚分布の変化に対応できないといった問題が生じる。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、装入物の炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を短時間で精度よく得ることができる高炉装入物の層厚分布測定方法、及びこの方法を用いた高炉装入物の層厚分布測定装置を提供することを課題とする。

本発明の発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、以下のことを発見した。

通常、高炉の操業において高炉内へ装入物が装入されるときには、高炉の操業を安定維持させるために表面プロフィールを調整する必要から、炉壁近傍においては装入装置によって高炉の半径方向に沿って落下位置を変えながら装入物が装入され、炉中心部においては装入された装入物が盛上るように装入（中心装入）される。このような操業状態における過去の実績データ等の多数の表面プロフィールのデータを解析したところ、操業中の高炉内では、何れの表面プロフィールにおいても、所定位置の炉半径における表面プロフィールが曲線を有する線（推定形状線）で擬制された場合、この線の中に、炉壁近傍の水平若しくは略水平な直線部分と、この直線部分の炉中心側に位置し、炉中心に向かって一定の下り勾配となる傾斜部分と、炉中心部において上方に膨出するような曲線部分とが現れる傾向がある。

そこで、この発見に基づき、前記発明者らは、直線部及び曲線部をその一部に有する推定形状線に着目し、以下の構成の高炉装入物の層厚分布測定方法及びこの方法を用いた測定装置を創作した。

本発明に係る高炉装入物の層厚測定方法は、高炉内に装入物を装入するバッチをｎ回（但し、ｎはｎ＞１の範囲で任意に選ばれる自然数）繰り返すことによって当該高炉内に積層された装入物のうち、第ｎ回目バッチの装入物が形成する層における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を測定する方法であって、第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて所定位置の炉半径における前記装入物の層上面形状を計測する計測ステップと、前記層上面形状を曲線を有する線として擬制する推定形状線を前記計測ステップで得られた前記各バッチの計測値に基づいて第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとのバッチ毎に導出する形状線導出ステップと、この形状線導出ステップで導出した２本の推定形状線を炉中心軸が回転中心となるように回転させて推定表面プロフィールをそれぞれ求めた場合に両推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が第ｎ回目バッチの装入物全体の体積と等しくなるような間隔で、前記第ｎ回目バッチの推定形状線の下方に前記第ｎ−１回目バッチの推定形状線が位置するように前記２本の推定形状線の少なくとも一方を補正する補正ステップと、このように補正した前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各推定形状線における炉半径方向に沿った各位置での上下間隔に基づいて第ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出する層厚分布導出ステップとを備え、前記形状線導出ステップでは、前記推定形状線を規定する第１の連続関数を予め設定しておき、この第１の連続関数は、前記所定位置の炉半径方向に連なる複数の関数であって、各関数の係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第１の一次関数、第１の曲線関数、第２の一次関数、及び第２の曲線関数により規定され、前記第１の一次関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、水平若しくは略水平方向の直線となる関数であり、前記第２の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数よりも炉中心側に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、前記第１の曲線関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数と前記第２の一次関数との間に位置し、前記第１の一次関数に規定される略水平な直線の炉中心側端部と前記第２の一次関数に規定される下り勾配の直線の炉壁側端部とを滑らかに接続する曲線となる関数であり、前記第２の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、各バッチにおいて、前記計測ステップで得た当該バッチの計測値に基づいてバッチ毎に前記各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより、前記第ｎ―１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとのバッチ毎の推定形状線を導出することを特徴とする。ここで、本発明において線とは、両端を有する有限な長さの線のことをいう。

かかる構成によれば、連続した２バッチ（第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチ）の前記所定位置における炉半径に沿った層上面形状（以下、単に「表面プロフィール」とも称する。）を計測するだけで、装入物が装入されたバッチ（第ｎ回目バッチ）における装入物の層厚分布を測定することができる。そのため、従来のように数十バッチの表面プロフィールを計測して計測値の平均を求める必要がなく、短時間（連続した２バッチに要する時間）で最上層の装入物が装入されたバッチ（第ｎ回目バッチ）の前記層厚分布を測定することができる。しかも、表面プロフィールを擬制する推定形状線を規定するために、炉壁近傍の部位が直線（第１の一次関数）となる第１の連続関数を用いることによって、高炉の半径方向（炉半径方向）に沿って落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入する操業状態においても実際の表面プロフィールに即した推定形状線を導出することができ、これにより前記層厚分布を精度よく測定することができる。

具体的に、炉半径方向に沿って落下位置を変えながら炉壁側へ装入物が装入されることにより、表面プロフィールのうち炉壁近傍において水平若しくは略水平となっている領域（いわゆるテラス部）が形成される。このテラス部の上面形状は前記所定位置の炉半径においては水平若しくは略水平な直線形状となるため、複数の関数が連なる第１の連続関数においてその最も炉壁側の区間に第１の一次関数が用いられることにより、このテラス部の形状が精度よく擬制される。このように、推定形状線における炉壁近傍の部位が表面プロフィールを精度よく擬制することによって層厚分布をより精度よく測定することができる。

即ち、炉中心軸を回転中心に推定形状線を回転させて推定表面プロフィールを求めるため、推定形状線の炉壁側ほど回転させたときの誤差の生じている部位の移動距離が長くなり、これにより炉壁側の誤差ほど推定表面プロフィールに対する影響が大きく現れる。そのため、補正ステップにおいて、前記のような炉壁側に誤差が生じている推定形状線が用いられ、上下２つの推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が第ｎ回目バッチの装入物全体の体積と同一となるように第ｎ回目バッチの推定形状線の下方に第ｎ―１回目バッチの推定形状線が位置するように補正されると、前記の誤差の影響が大きく現れて層厚分布の測定精度が低下する。従って、前記のように導出された推定形状線において、炉壁近傍の部位が実際の表面プロフィールのテラス部の形状に即した、即ち、誤差の少ない形状となることで、連続する２バッチ（第ｎ−１回目バッチ及び第ｎ回目バッチ）の各推定表面プロフィールの形状、及びこれら２つの推定表面プロフィール間の間隔を精度よく導出することが可能となる。

また、第１の連続関数は、所定位置の炉半径において、表面プロフィールのテラス部だけでなく、このテラス部より炉中心側の部位においても表面プロフィールを精度よく擬制することができる。具体的に、所定位置の炉半径における表面プロフィールの前記テラス部より炉中心側に位置して炉中心に向って一定の下り勾配となる部位を下り勾配の直線である第２の一次関数が精度よく擬制し、炉中心部において、中心装入により盛上った部位を上方に膨出する曲線である第２の曲線関数が精度よく擬制することができる。そのため、第１の連続関数を用いることにより、所定位置の炉半径における炉壁から炉中心までの全範囲において実際の表面プロフィールに即した推定形状線を得ることができる。

さらに、推定表面プロフィールの導出に推定形状線が用いられるので、前記表面プロフィールの計測により得られた計測値にノイズが含まれていても、これら計測値に基づいて前記層厚分布を容易且つ正確に導出することが可能となる。

具体的に、前記所定位置の炉半径における推定形状線を規定し、複数の関数が連なる第１の連続関数が予め設定され、前記複数の計測値に基づいて各関数の係数及び前記所定位置の炉半径の範囲が算出されることにより、各計測値に含まれるノイズの大きさや量に関わらず、曲線を有する線としての推定形状線が導出される。そして、前記所定位置の炉半径における表面プロフィールがこの推定形状線で擬制されることにより、計測した層上面形状にたまたま生じた部分的な突出等（ノイズ）があったとしても、この部分的な突出等に影響されることなく精度のよい表面プロフィールが得られる。

さらに、直近のバッチ（第ｎ回目バッチ）及びその前の回のバッチ（第ｎ−１回目バッチ）において、それぞれ前記所定位置の炉半径における表面プロフィールが実際に計測され、その計測値（実測値）に基づいて予め設定された第１の連続関数を規定する各関数の係数及び前記所定位置の炉半径の範囲が算出されることにより、当該表面プロフィールに即した精度のよい推定形状線が導出され、これにより高炉の同一操業条件下における層厚分布の変化にも対応した層厚分布の測定が精度よく行われる。

また、上記課題を解消すべく、本発明に係る高炉装入物の層厚測定方法は、バッチ毎に、炉半径方向に沿って落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入する場合と、炉半径方向の落下位置を一定位置に保ちつつ炉壁側へ装入物を装入する場合とを切り換える高炉操業においては、炉半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入するか否によって前記推定形状線を導出するときに用いられる連続関数が変更されるように構成されてもよい。即ち、前記形状線導出ステップでは、前記推定形状線を規定する係数未定の第２の連続関数をさらに設定しておき、この第２の連続関数は、前記所定位置の炉半径方向に連なる複数の関数であって、各関数の係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように前記所定位置の炉半径に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第３の曲線関数、第３の一次関数、及び第４の曲線関数により規定され、前記第３の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第４の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第３の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第３の曲線関数と前記第４の曲線関数との間に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて、前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向に沿って落下位置を変えながら前記装入物を高炉内へ装入する場合には、前記計測ステップで得た当該バッチの計測値に基づいて前記第１の連続関数を規定する各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより当該バッチの推定形状線を導出し、前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向の落下位置を変えずに装入物を高炉内へ装入する場合には、前記計測ステップで得た当該バッチの計測値に基づいて前記第２の連続関数を規定する各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより当該バッチの推定形状線を導出するのが好ましい。

このように構成されることで、前記炉半径方向の落下位置を変えずに炉壁側へ装入物を装入するバッチにおいても、計測ステップで得た計測値に基づいて第２の連続関数を規定する各関数の係数及び前記所定位置の炉半径における範囲をそれぞれ導出することによって該当バッチの表面プロフィールに即した形状の推定形状線を得ることが可能となる。

具体的に、炉半径方向の落下位置を変えずに装入することで、前記所定位置の炉半径において装入物は前記落下位置を頂上とする山のように盛上った形状となるため、テラス部が形成され難い。そのため、炉壁近傍の部位が山のように盛上った形状（上方に膨出した曲線（第３の曲線関数））である第２の連続関数を用いることによって、この表面プロフィールにおける炉壁近傍の部位の形状（山のように盛上った形状）を精度よく擬制することができる。即ち、テラス部が形成されない場合には、炉壁近傍が直線となる第１の連続関数を用いるのではなく、炉壁近傍が上方に膨出する曲線となる第２の連続関数を用いることにより、表面プロフィールの形状を精度よく擬制することができる。従って、炉半径方向の落下位置を変えずに炉壁側へ装入物が装入されるバッチにおいても、前記の炉壁近傍が山のように盛上った部位を有する表面プロフィールに近似した推定形状線を導出することができ、これにより前記層厚分布を精度よく測定することが可能となる。

また、第１の一次関数、第１の曲線関数、第２の一次関数、及び第２の曲線関数により規定される連続関数（第１の連続関数）を用いるよりも第３の曲線関数、第３の一次関数、及び第４の曲線関数により規定される連続関数（第２の連続関数）を用いた方が連続関数を規定する関数の数が少ないため計算が簡素化されて容易になり、炉半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入するか否かに関わらず第１の連続関数を用いて前記推定形状線が導出される場合に比べ、容易且つ短時間で実際の表面プロフィールに即した形状の推定形状線を得ることが可能となる。

前記第１の連続関数又は前記第２の連続関数は、炉中心軸をｙ軸、前記所定位置の炉半径をｘ軸とするｘｙ平面上で表される関数であるのが好ましい。このようにすることで、連続関数を規定する各関数がｙ＝ｆ（ｘ）の形で表され、前記各関数の取り扱いが容易になる。

また、前記第１の曲線関数、前記第２の曲線関数、前記第３の曲線関数又は前記第４の曲線関数は、当該曲線関数によって規定される曲線の接線とｘ軸とのなす角におけるｘ軸方向の位置に対する角度変化率が一定の関数であるのが好ましい。具体的には、前記第１の曲線関数、前記第２の曲線関数、前記第３の曲線関数又は前記第４の曲線関数は、以下の（１）式又は（２）式で表される関数であることが好ましい。
ｙ＝（−１／ａ）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａｘ＋ｂ）｜＋ｃ ・・・（１）
ｙ＝αｘ^２＋βｘ＋γ ・・・（２）
ここで、ａ，ｂ，ｃ，α，β，γは、係数。

このように前記第１の曲線関数、前記第２の曲線関数、前記第３の曲線関数、又は前記第４の曲線関数が簡単な関数であり係数も少ないため前記計測値に基づく各関数の係数やｘ軸方向の範囲、即ち、前記所定位置の炉半径の範囲の算出もより容易となる。そのため、表面プロフィールの計測値に基づいて、各関数の係数やｘ軸方向の範囲の算出が容易となり、前記推定形状線の導出が容易になる。

また、前記形状線導出ステップでは、前記計測ステップで得た計測値から最急降下法を用いて前記第１の連続関数又は前記第２の連続関数を規定する全ての関数における係数及び前記ｘ軸方向における範囲を同時に求めることにより、前記計測ステップで得た計測値から容易に当該連続関数を規定する全ての関数の係数及びｘ軸方向における範囲を同時に求めることができる。

また、上記課題を解消すべく、本発明に係る高炉装入物の層厚測定装置は、高炉内に装入物を装入するバッチをｎ回（但し、ｎはｎ＞１の範囲で任意に選ばれる自然数）繰り返すことによって当該高炉内に積層された装入物のうち、第ｎ回目バッチの装入物が形成する層における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を測定する装置であって、第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて所定位置の炉半径における前記装入物の層上面形状の計測によって得られた計測値に基づいて第ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出する層厚分布導出手段と、この層厚分布導出手段によって導出された層厚分布を外部に出力する出力手段とを備え、前記層厚分布導出手段は、前記層上面形状を曲線を有する線として擬制する推定形状線を規定し、複数の関数が各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように当該所定位置の炉半径方向に沿って連なることにより規定される第１の連続関数を予め格納しておく関数記憶部と、第ｎ回目バッチにおいて高炉内へ装入された装入物全体の体積の値を格納する体積記憶部と、前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各バッチの計測値に基づいてバッチ毎に前記関数記憶部に格納されている前記第１の連続関数を規定する前記各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより、前記第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとのバッチ毎の推定形状線を導出し、これら導出された２本の推定形状線の値をそれぞれ格納する推定形状線導出部と、この推定形状線導出部にその値が格納された２本の推定形状線を炉中心軸が回転中心となるように回転させて推定表面プロフィールをそれぞれ求めた場合に両推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が前記体積記憶部に格納された第ｎ回目バッチの装入物全体の体積と等しくなるような間隔で、前記第ｎ回目バッチの推定形状線の下方に前記第ｎ−１回目バッチの推定形状線が位置するように前記２本の推定形状線の少なくとも一方を補正する位置補正部と、このように補正された前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各推定形状線における炉半径方向に沿った各位置での上下間隔に基づいて第ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出し、この導出された層厚分布の値を前記出力手段に伝達する層厚分布導出部とを有し、前記関数記憶部に予め格納されている第１の連続関数は、前記所定位置の炉半径に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第１の一次関数、第１の曲線関数、第２の一次関数、及び第２の曲線関数により規定され、前記第１の一次関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、水平若しくは略水平方向の直線となる関数であり、前記第２の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数よりも炉中心側に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、前記第１の曲線関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数と前記第２の一次関数との間に位置し、前記第１の一次関数に規定される水平若しくは略水平な直線の炉中心側端部と前記第２の一次関に規定される下り勾配の直線の炉壁側端部とを滑らかに接続する曲線となる関数であり、前記第２の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であることを特徴とする。

かかる構成によれば、既に操業中の高炉内で実用されている計測手段等によって直近の連続した２バッチ（第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチ）の表面プロフィールにおける所定位置の炉半径に沿った複数箇所での計測値を得ることで、最上層の装入物が装入されたバッチ（第ｎ回目バッチ）における装入物の層厚分布の精度よい測定が可能となる。しかも、関数記憶部に予め格納された第１の連続関数が規定する推定形状線の炉壁近傍の部位が直線形状（第１の一次関数）であることから、炉半径方向に沿って落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入する操業状態においても、テラス部を有する表面プロフィールに即した推定形状線を導出することができ、これにより前記層厚分布を精度よく測定することができる。

また、推定形状線を用いることで前記計測値にノイズが含まれていても前記層厚分布を容易且つ正確に導出することが可能となる一方、導出された層厚分布が前記出力手段によって出力されることで、高炉の操業を行う作業者が迅速且つ的確に最上層の装入物が装入されたバッチの層厚分布を把握することが可能となる。

また、本発明に係る高炉装入物の層厚分布測定装置は、第ｎ回目バッチにおいて半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物の装入が行われたか否かの装入状態情報を入力する入力部又は前記装入状態情報が外部から伝達される受信部の少なくとも一方と、この入力され又は伝達された前記装入状態情報を格納する状態記憶部と、をさらに備え、前記関数記憶部は、前記推定形状線を規定し、複数の関数が各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように当該所定位置の炉半径方向に沿って連なる第２の連続関数をさらに格納しておき、この関数記憶部に格納されている第２の連続関数は、前記所定位置の炉半径に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第３の曲線関数、第３の一次関数、及び第４の曲線関数により規定され、前記第３の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第４の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第３の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第３の曲線関数と前記第４の曲線関数との間に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、前記推定形状線導出部では、前記状態記憶部に格納された前記装入状態情報に基づき、前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて、前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向に沿って落下位置を変えながら装入物を高炉内へ装入する場合には、当該バッチの前記計測値に基づいて前記関数記憶部に格納されている第１の連続関数を規定する各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出し、前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向の落下位置を変えずに装入物を高炉内へ装入する場合には、当該バッチの前記計測値に基づいて前記関数記憶部に格納されている第２の連続関数を規定する前記各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより、前記第ｎ−１回目バッチ及び第ｎ回目バッチのバッチ毎の推定形状線を導出し、これら導出された２本の推定形状線の値をそれぞれ格納する構成であってもよい。

かかる構成によれば、炉半径の落下位置を変えながら炉壁側への装入物が装入されるか否かが高炉の操業を行う作業者によって入力され又は高炉の制御部等から伝達されることによって、表面プロフィールに即した形状の推定形状線をより短時間で導出できるように前記推定形状線導出部で用いられる連続関数の切り換えが行われる。

尚、前記高炉装入物の層厚分布測定装置には、前記所定位置の炉半径における前記装入物の層上面形状を計測し、この計測によって得られた計測値を前記推定形状線導出手段に伝達する計測手段がさらに備えられてもよい。

以上より、本発明によれば、装入物の炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を短時間で精度よく得ることができる高炉装入物の層厚分布測定方法、及びこの方法を用いた高炉装入物の層厚分布測定装置を提供することができる。

以下、本発明の第１実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

高炉装入物の層厚分布測定装置（以下、単に「測定装置」とも称する。）は、高炉内にコークスや鉱石等の装入物を装入するバッチ（装入物の高炉内への装入単位）をＮ回（但し、Ｎは自然数、且つ１＜Ｎ）繰り返すことによって高炉内に積層された装入物のうち、第Ｎ回目バッチの装入物が形成する層における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を測定する装置である。この層厚分布は、装入物の堆積層を適切な形状に維持して高炉の操業を安定維持させるために用いられる。

具体的には、測定装置は、図１に示されるように、計測手段１２と層厚分布導出手段２０と出力手段１４とを備える。

計測手段１２は、所定位置の炉半径における表面プロフィールを計測し、この計測によって得られた計測値を出力信号によって層厚分布導出手段２０に送信（伝達）するものであり、本実施形態においては、いわゆるマイクロ波プロフィールメーターが用いられている。この計測手段１２は、図２にも示されるように、炉外から炉壁を貫通するように挿入された計測ロッド１２ａを有し、その先端に計測部１２ｂが設けられる。そして、この計測ロッド１２ａ先端の計測部１２ｂが炉の所定位置の炉半径に沿って往復動し、その先端（計測部）１２ｂから照射したマイクロ波の反射波に基づいて、装入物の層上面の高さ（プロフィール深度）が計測される。尚、計測手段１２は、本実施形態においては測定装置１０に設けられているが、例えば、高炉にマイクロ波プロフィールメーターが既に設けられている場合には、これを当該測定装置１０の計測手段１２として用いてもよい。

層厚分布導出手段２０は、第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチとの各バッチにおいて計測手段１２での表面プロフィールの計測によって得られた計測値に基づいて第Ｎ回目バッチの装入物の層厚の炉半径方向における分布（層厚分布）を導出するものであり、関数記憶部２１と体積記憶部２２と推定形状線導出部２３と位置補正部２４と層厚分布導出部２５とを有する。

関数記憶部２１は、第１の連続関数Ｆ１を格納する。この第１の連続関数Ｆ１は、所定位置の炉半径における表面プロフィールを擬制するための推定形状線５０を規定するためのもので、この推定形状線５０は、曲線を有する線として規定される。尚、本実施形態において、推定形状線５０を規定する前記の線とは、直線部と曲線部とを有し、両端を有する有限な長さの線のことをいう。

この第１の連続関数Ｆ１は、過去の実績データ等の多数の表面プロフィールのデータを解析した結果、得られたものであり、その実績データ等には、炉壁近傍においては炉半径方向の落下位置を変えながら装入物が装入され、炉中心部においては装入された装入物が盛上るように中心装入される操業状態を前提としたものが用いられる。具体的には、前記の操業状態の高炉内では、何れの表面プロフィールにおいても、所定位置の炉半径における表面プロフィールが曲線を有する線（推定形状線）で擬制されると、この線の中に、炉壁近傍の水平若しくは略水平な直線部分と、この直線部分の炉中心側に位置し、炉中心に向かって一定の下り勾配となる傾斜部分と、炉中心において上方に膨出するような曲線部分とが現れる傾向があるのに着目して設定された関数である。

このように設定された第１の連続関数Ｆ１は、炉中心軸をＹ軸、所定位置の炉半径方向をＸ軸とするＸＹ平面上で表される関数であり、この第１の連続関数Ｆ１が規定する推定形状線５０は、図３にも示されるように、直線部５２、傾斜部５４、これら直線部５２と傾斜部５４とを滑らかに接続する接続曲線部５３、及び中心曲線部５５を有する。ここで、直線部５２とは、第１の連続関数Ｆ１によって規定される線（推定形状線）５０のうちの炉壁近傍に位置し、水平若しくは略水平方向の直線となる部位であり、傾斜部５４とは、第１の連続関数Ｆ１によって規定される線のうちの直線部５２よりも炉中心側に位置し、炉中心に向かって一定の下り勾配の直線となる部位であり、接続曲線部５３とは、第１の連続関数Ｆ１のうちの直線部５２と傾斜部５４との間に位置し、直線部５２の炉中心側端部（図３においては左側端部）と傾斜部５４の炉壁側端部（図３においては右側端部）とを滑らかに接続する曲線となる部位であり、中心曲線部５５とは、第１の連続関数Ｆ１のうちの炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる部位である。そして、直線部５２の勾配や長さ、傾斜部５４の勾配や長さ、接続曲線部５３の形状、及び中心曲線部５５の形状等は、表面プロフィール毎に異なるため決まっていないが、計測手段１２によって表面プロフィールを計測して得た複数の計測値に基づいて第１の連続関数Ｆ１の係数が算出されることにより、前記の直線部５２の勾配や長さ、傾斜部５４の勾配や長さ、接続曲線部５３の形状、及び中心曲線部５５の形状等がそれぞれ決定され、実際の表面プロフィールに近似した推定形状線５０を得ることができる。

詳細には、第１の連続関数Ｆ１は、Ｘ軸方向に沿って複数の関数が連なることで規定されている。これら複数の関数は、それぞれ係数及びＸ軸方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士の境界において連続するように設定されている。本実施形態においては、Ｘ軸に沿って炉壁から炉中心側に向かって順に並ぶ第１の一次関数ｆ１１、第１の曲線関数ｆ２１、第２の一次関数ｆ１２、及び第２の曲線関数ｆ２２により規定されている。そして、第２の曲線関数ｆ２２を除く各関数、即ち、第１の一次関数ｆ１１、第１の曲線関数ｆ２１及び第２の一次関数ｆ１２は、各境界位置ｒ１，ｒ２において微分可能となるように関数同士が接続されている。

第１の一次関数ｆ１１は、当該関数ｆ１１によって規定される線が直線部５２に相当する直線となる関数であり、第１の曲線関数ｆ２１は、当該関数ｆ２１によって規定される線が接続曲線部５３に相当する曲線となる関数であり、第２の一次関数ｆ１２は、当該関数ｆ１２によって規定される線が傾斜部５４に相当する直線となる関数であり、第２の曲線関数ｆ２２は、当該関数ｆ２２によって規定される線が中心曲線部５５に相当する曲線となる関数である。

各関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２をより具体的に示すと、第１の一次関数ｆ１１は、
ｙ＝ｅ_１ｘ＋ｆ_１（以下、単に「式（１０）」とも称する。）
で表され、第２の一次関数ｆ１２は、
ｙ＝ｅ_２ｘ＋ｆ_２（以下、単に「式（１２）」とも称する。）
で表される。また、第１の曲線関数ｆ２１は、
ｙ＝（−１／ａ）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａｘ＋ｂ）｜＋ｃ（以下、単に「式（１１）」とも称する。）
で表され、第２の曲線関数ｆ２２は、
ｙ＝αｘ^２＋βｘ＋γ（以下、単に「式（１３）」とも称する。）
で表される。尚、ａ，ｂ，ｃ，ｅ_１，ｅ_２,ｆ_１，ｆ_２，α，β，γは、係数である。

尚、以下では、前記所定位置の炉半径（Ｘ軸）において、直線部５２と接続曲線部５３との境界位置をｒ１、接続曲線部５３と傾斜部５４との境界位置をｒ２、傾斜部５４と中心曲線部５５との境界位置をｒ３とする。

体積記憶部２２は、高炉の制御部からの出力信号等によって伝達された各バッチにおいて高炉内へ装入された装入物全体の体積の値（体積情報）を格納する部位である。

推定形状線導出部２３は、関数記憶部２１に格納されている第１の連続関数Ｆ１を取得すると共に、第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチとの各バッチの計測値に基づいて第１の連続関数Ｆ１の係数をそれぞれ算出し、第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチとのバッチ毎の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎ（図５（ｂ）参照）を導出し、これら導出された２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎの値をそれぞれ格納する部位である。尚、本実施形態における第１の連続関数Ｆ１の係数の算出とは、第１の連続関数Ｆ１を規定する各関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２の係数及び各関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２のＸ軸方向の範囲とを求めることをいう。

位置補正部２４は、体積記憶部２２からこの体積記憶部２２に格納された第Ｎ回目バッチの装入物全体の体積の値を取得すると共に、この体積に基づいて第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１と第Ｎ回目バッチの推定形状線５０_ｎとの間隔を補正する部位である。具体的に、位置補正部２４は、推定形状線導出部２３に格納された２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎを炉中心軸が回転中心となるように回転させて推定表面プロフィールをそれぞれ求めた場合に、両推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が前記体積記憶部２２から取得した装入物全体の体積と等しくなるような間隔で、推定形状線５０_ｎの下方に推定形状線５０_ｎ―１が位置するように推定形状線５０_ｎ−１を引き下げる（補正する）。尚、本実施形態では、位置補正部２４は、推定形状線５０_ｎ―１を引き下げることにより２本の推定形状線５０_ｎ―１，５０_ｎの間隔を調節するよう構成されるが、これに限定されず、２本の推定形状線５０_ｎ―１，５０_ｎの少なくとも一方を補正することにより前記間隔を調節するように構成されていればよい。

層厚分布導出部２５は、第Ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出し、この導出された層厚分布の値を出力信号によって出力手段１４に送信（伝達）する部位であり、その層厚分布は、位置補正部２４において補正された第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチとの各推定形状線５０_ｎ―１，５０_ｎにおける炉半径方向に沿った各位置での上下間隔に基づいて導出される。

出力手段１４は、層厚分布導出部２５から送信された出力信号を受信し、これを外部に出力するためのものである。本実施形態においては、出力手段１４として、ＣＲＴディスプレイが用いられる。しかし、これに限定される必要はなく、ＦＰＤ等の他の表示手段であってもよく、印字手段等であってもよい。また、これらを組み合わせたものであってもよい。

本実施形態に係る測定装置１０は、以上の構成からなり、次に、この測定装置１０の作用について図４に基づいて説明する。

計測手段１２によって所定の炉半径における第Ｎ−１回目バッチの表面プロフィールが計測され、この計測によって得られた計測値が層厚分布導出手段２０（推定形状線導出部２３）に出力信号によって送信される（ステップ１）。本実施形態においては、所定位置の炉半径（Ｘ軸）に沿って、炉壁から１０ｃｍ間隔で炉中心に向って計測が行われる。このとき、高炉の炉半径が３．６７５ｍであるため、Ｘ軸上に等間隔に３８箇所の層上面の高さの計測値（深度データ）が得られる（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。

前記出力信号を受信した推定形状線導出部２３は、この出力信号によって得た計測値に関数記憶部２１に格納されている第１の連続関数Ｆ１（図３照）を当て嵌めることで、当該第１の連続関数Ｆ１の係数を導出する（ステップ２）。このとき、第１の連続関数Ｆ１を規定する全ての関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２における係数及びＸ軸方向の範囲が前記の計測値に基づいて以下のように算出される。

第１の連続関数Ｆ１が前記の計測値と最もよく合うように、第１の連続関数Ｆ１の係数（パラメータ）の値が決定される。具体的には、任意の計測点の炉半径位置をＸ_ｉとし、その炉半径位置における実際の表面プロフィールの計測値をＹ_ｉとし、炉半径Ｘにおける第１の連続関数Ｆ１をＹ＝Ｆ１（Ｘ）とすると、
Σ｛Ｙ_ｉ−Ｆ１（Ｘ_ｉ）｝^２
が最小になるように、第１の連続関数Ｆ１のパラメータ（上記の式（１０）の係数ｅ_１，ｆ_１、上記の式（１１）の係数ａ，ｂ，ｃ、上記の式（１２）の係数ｅ_２,ｆ_２、及び上記の式（１３）の係数α，β，γ）とその関数のＸ軸方向の範囲（直線部５２と接続曲線部５３との境界位置ｒ１、接続曲線部５３と傾斜部５４との境界位置ｒ２、傾斜部５４と中心曲線部５５との境界位置ｒ３）とが非線形最適化手法の一つである最急降下法により同時に求められる。このように、最急降下法が用いられることで、全ての関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２における係数と各関数が定義されるＸ軸方向の範囲とを容易に求めることができる。

推定形状線導出部２３は、このようにして得られた各関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２の係数及び前記Ｘ軸方向における範囲が代入された、即ち、係数が決定された第１の連続関数Ｆ１を第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１として格納する。

尚、これらステップ１及び２は、例えば、以前の層厚分布の測定のとき等において、既に第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１が導出され、推定形状線導出部２３に格納されている場合には省略される。即ち、この場合、層厚分布の測定は以下のステップ３から始まる。

計測手段１２によって、前記の第Ｎ−１回目バッチと同様に、第Ｎ回目バッチの表面プロフィールが計測され、この計測によって得られた計測値が層厚分布導出手段２０（推定形状線導出部２３）に送信される（ステップ３）。

前記出力信号を受信した推定形状線導出部２３は、前記の第Ｎ−１回目バッチと同様に、この出力信号によって得た計測値に関数記憶部２１に格納されている第１の連続関数Ｆ１（図３照）を当て嵌めることで、当該第１の連続関数Ｆ１の係数を導出し、この導出された第１の連続関数Ｆ１を第Ｎ回目バッチの推定形状線５０_ｎとして格納する（ステップ４）。

このように第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１と第Ｎ回目バッチの推定形状線５０_ｎとが導出され、推定形状線導出部２３にそれぞれ格納されると、位置補正部２４は、体積記憶部２２から第Ｎ回目バッチの装入物全体の体積の値を取得すると共に、推定形状線導出部２３にその値が格納された２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎの間隔を補正する（ステップ５）。具体的には、前記２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎを炉中心軸（Ｙ軸）が回転中心となるように回転させて推定表面プロフィールをそれぞれ求めた場合に、両推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が体積記憶部２２から取得した第Ｎ回目バッチの装入物全体の体積と等しくなるような間隔で、第Ｎ回目バッチの推定形状線５０_ｎの下方に第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１が位置するように、前記２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎの間隔を補正する。本実施形態においては、前記のように第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ−１を引き下げることにより、前記２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎの間隔を補正する（図５参照）。

このように位置補正部２４において前記２本の推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎの間隔が補正されると、次に、この第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチとの各推定形状線５０_ｎ−１，５０_ｎにおけるＸ軸に沿った各位置での上下間隔に基づいて、層厚分布導出部２５が第Ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までのＸ軸（炉半径方向）に沿った層厚分布を導出し、この層厚分布の値（層厚分布情報）を出力信号によって出力手段１４に送信する（ステップ６）。

この出力信号を受信した出力手段１４は、第Ｎ回目バッチにおける層厚分布を層厚分布情報として表示する（ステップ７）。この表示に基づいて、高炉の操業を行う作業者は、迅速且つ的確に第Ｎ回目バッチ（最上層）の装入物の炉半径方向における層厚分布を的確に把握することが可能となる。

このように層厚分布情報が出力手段１４によって表示されることにより第Ｎ回目バッチの層厚分布の測定が終了する。続けて第Ｎ＋１回目バッチの層厚分布を測定する場合には、第Ｎ回目バッチの推定形状線５０_ｎが既に導出されて推定形状線導出部２３に格納されているため、ステップ３から始まる（ステップ８）。

以上のような測定装置１０によれば、既に操業中の高炉内で実用されている計測手段１２等によって直近の連続した２バッチ（第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチ）の表面プロフィールにおける所定位置の炉半径に沿った複数箇所での計測値を得ることで、最上層の装入物が装入されたバッチ（第Ｎ回目バッチ）における装入物の層厚分布の精度よい測定が可能となる。そのため、従来のように数十バッチの表面プロフィールを計測して計測値の平均を求める必要がなく、短時間（連続した２バッチに要する時間）で最上層の装入物が装入されたバッチ（第Ｎ回目バッチ）の層厚分布を測定することができる。

しかも、表面プロフィールを擬制する推定形状線５０を規定するために、炉壁近傍の部位が直線（第１の一次関数ｆ１１）である第１の連続関数Ｆ１を用いることによって、高炉の半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入する操業状態においても実際の表面プロフィールに即した推定形状線５０を導出することができ、これにより層厚分布を精度よく測定することができる。

具体的に、炉半径方向（Ｘ軸方向）の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物が装入されることにより、表面プロフィールのうち炉壁近傍において水平若しくは略水平となっている領域（いわゆるテラス部）が形成される（図２参照）。これは、装入物が炉半径方向の一定の位置に落下するように装入されると、炉半径方向に沿った装入物の層上面形状がこの位置を頂上とした山のように盛上った形状となるが、装入物が炉半径方向に沿って落下位置を変えながら装入されると、炉半径方向に装入物が略均一に行き亘るため装入物の層上面形状が略平坦となるからである。このテラス部の上面形状は所定位置の炉半径においては水平若しくは略水平な略直線形状となるため、複数の関数が連なる第１の連続関数Ｆ１においてその最も炉壁側の区間に第１の一次関数ｆ１１が用いられることにより、このテラス部の形状が精度よく擬制される。このように、推定形状線５０において炉壁近傍の部位５２が表面プロフィールを精度よく擬制することにより層厚分布をより精度よく測定することができる。

即ち、炉中心軸を回転中心に推定形状線５０を回転させて推定表面プロフィールを求めるため、推定形状線の炉壁側ほど回転させたときの誤差の生じている部位の移動距離が長くなり、これにより炉壁側の誤差ほど推定表面プロフィールに対する影響が大きく現れる。そのため、位置補正部２４において、前記のような炉壁側に誤差が生じている推定形状線５０_ｎ―１，５０_ｎが用いられ、上下２つの推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が第Ｎ回目バッチの装入物全体の体積と同一となるように第Ｎ回目バッチの推定形状線５０_ｎの下方に第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１が位置するように補正されると、前記の誤差の影響が大きく現れ、層厚分布の測定精度が低下する。従って、推定形状線５０の導出において、炉壁近傍の部位が実際の表面プロフィールのテラス部の形状に即した、即ち、誤差の少ない形状となることで、連続する２バッチ（第Ｎ−１回目バッチ及び第Ｎ回目バッチ）の各推定表面プロフィールの形状、及びこれら２つの推定表面プロフィール間の間隔を精度よく導出することが可能となる。

また、第１の連続関数Ｆ１は、所定位置の炉半径において、表面プロフィールのテラス部だけでなく、このテラス部より炉中心側の部位においても表面プロフィールを精度よく擬制することができる。具体的に、所定位置の炉半径における表面プロフィールの前記テラス部より炉中心側に位置して炉中心に向って一定の下り勾配となる部位を下り勾配の直線である第２の一次関数ｆ１２が精度よく擬制し、炉中心部において、中心装入により盛上った部位を上方に膨出する曲線である第２の曲線関数ｆ２２が精度よく擬制することができる。そのため、第１の連続関数Ｆ１を用いることにより、所定位置の炉半径における炉壁から炉中心までの全範囲において実際の表面プロフィールに即した推定形状線５０を得ることができる。

さらに、推定表面プロフィールの導出に推定形状線５０が用いられので、表面プロフィールの計測により得られた計測値にノイズが含まれていても、これら計測値に基づいて前記層厚分布を容易且つ正確に導出することが可能となる。

具体的に、所定の炉半径における推定形状線５０を規定し、複数の関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２が連なる第１の連続関数Ｆ１が予め設定され、複数の計測値に基づいて各関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２の係数及び所定位置の炉半径の範囲が算出されることにより、各計測値に含まれるノイズの大きさや量に関わらず、曲線を有する線としての推定形状線５０が導出される。そして、所定位置の炉半径における表面プロフィールがこの推定形状線５０で擬制されることにより、計測した層上面形状にたまたま生じた部分的な突出等（ノイズ）があったとしても、この部分的な突出等に影響されることなく精度のよい表面プロフィールが得られる。

さらに、層厚分布を直近のバッチ（第Ｎ回目バッチ）及びその前の回のバッチ（第Ｎ−１回目バッチ）において、それぞれ所定位置の炉半径における表面プロフィールが実際に計測され、その計測値（実測値）に基づいて予め設定された第１の連続関数Ｆ１を規定する各関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２の係数及び所定位置の炉半径の範囲が算出されることにより、当該表面プロフィールに即した精度のよい推定形状線５０が導出され、これにより高炉の同一操業条件下における層厚分布の変化にも対応した層厚分布の測定が精度よく行われる。

操業中の高炉において、連続する２つのバッチ（Ｃ２バッチ（第Ｎ−１回目バッチ）とＯ１バッチ（第Ｎ回目バッチ））の表面プロフィールを計測手段１２で計測し、この計測によって得られた計測値に基づいて、上記の第１実施形態に係る層厚分布測定方法（第１の連続関数Ｆ１で規定される推定形状線）によって層厚分布を推定した場合と、前記層厚分布測定方法を用いることなく（未処理の前記計測値を用いる方法で）層厚分布を測定した場合とを比較し、その結果を図６（ａ）乃至図７に示す。尚、当該実施例において、上記の第１実施形態に係る層厚分布測定方法を用いたものが「本手法」で、用いなかったものが「未処理」である。

図６（ａ）は、Ｃ２バッチとＯ１バッチとをそれぞれ１バッチずつ行い、バッチ毎に取得した計測値を未処理でＸＹ座標上にプロットすることによって得られた表面プロフィールを示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）において用いたのと同一の計測値から本手法を用いて導出した値をＸＹ座標上にプロットすることによって得られた表面プロフィールを示す。図６（ｃ）は、Ｃ２バッチとＯ１バッチとをそれぞれ３０バッチずつ行い、バッチ毎に取得した計測値を平均したものをＸＹ座標上にプロットすることによって得られた表面プロフィールを示す。この平均した３０バッチは、装入物の装入量やアーマストローク等の操業条件が一定であり、且つ炉況の変化も殆どない時期のバッチである。そのため、得られた表面プロフィールはノイズの影響が少ないと考えられる。図７は、図６（ａ）乃至図６（ｃ）において示したＯ１バッチ（第Ｎ回目バッチ）の層厚を示している。

図７からわかるように、Ｃ２バッチとＯ１バットとを各１バッチずつ行い、バッチ毎に取得した計測値を未処理で用いた表面プロフィール（図６（ａ））の層厚は、３０バッチを平均した表面プロフィール（図６（ｃ））の層厚に対して炉半径１．７７５ｍ付近の位置で大きくずれている。これに対して本手法を用いた表面プロフィール（図６（ｂ））は、３０バッチを平均した表面プロフィール（図６（ｃ））の層厚に近似している。また、図８は、３０バッチを平均した表面プロフィールの層厚に対する、前記のバッチ毎に取得した計測値を本手法で処理した場合の層厚の誤差と、未処理の場合の層厚の誤差とを示した表である。この表から本手法で処理した場合の方が未処理の場合に比べて誤差が小さくなっていることがわかる。

以上のことから、上記の層厚分布測定方法を用いることにより、数十バッチの計測を行わなければ得られなかった精度のよい層厚分布が、連続する２バッチの表面プロフィールの計測によって精度よく得られることが確認できる。

次に、本発明の第２実施形態について図９を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。

本実施形態に係る測定装置１１０の層厚分布導出手段２０は、受信部３０と状態記憶部３２とをさらに有する。

受信部３０は、高炉の制御部等と接続され、この制御部等から送信される高炉内への新たな装入物の装入のときに炉半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物の装入が行われたか否かの情報（装入状態情報）を出力信号として受信する部位である。尚、層厚分布導出手段２０は、外部から送られてくる前記装入状態情報を出力信号として受信部３０で受信する構成に限定されず、装入状態情報が高炉の操業を行う作業者等によって入力部から入力される構成であってもよい。この入力部は、例えば、キーボードやタッチパネル等で構成される。

状態記憶部３２は、受信部３０が受信した装入状態情報を格納する部位である。また、状態記憶部３２は、層厚分布導出手段２０に前記入力部が設けられている場合、この入力部から入力された装入状態情報も格納可能である。

関数記憶部１２１には、２つの係数未定の連続関数Ｆ１，Ｆ２が格納されている。具体的には、第１実施形態同様の４つの関数ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ２２が連なることにより規定される第１の連続関数Ｆ１の他に、３つの関数ｆ１３，ｆ２３，ｆ２４が連なることにより規定される第２の連続関数Ｆ２が格納されている。

第２の連続関数Ｆ２は、図１０にも示されるように、炉中心軸をＹ軸、所定位置の炉半径方向をＸ軸とするＸＹ平面上で表される関数であり、炉壁曲線部５１、傾斜部５４、及び中心曲線部５５を有する。ここで、炉壁曲線部５１とは、第２の連続関数Ｆ２によって規定される線のうちの炉壁近傍に位置し、上方に膨出する曲線となる部位であり、中心曲線部５５とは、第２の連続関数Ｆ２のうちの炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる部位であり、傾斜部５４とは、第２の連続関数Ｆ２によって規定される線のうちの炉壁曲線部５１と中心曲線部５５との間に位置し、炉中心に向かって一定の下り勾配の直線となる部位である。そして、第１実施形態同様、炉壁曲線部５１の形状、傾斜部５４の勾配や長さ、及び中心曲線部５５の形状等は、表面プロフィール毎に異なるため決まっていないが、計測手段１２によって表面プロフィールを計測して得た複数の計測値に基づいて第２の連続関数Ｆ２の係数が算出されることによりそれぞれが決定され、実際の表面プロフィールに近似した推定形状線１５０を得ることができる。

詳細には、第２の連続関数Ｆ２は、Ｘ軸方向に沿って複数の関数が連なることで規定される。この第２の連続関数Ｆ２は、Ｘ軸に沿って炉壁から炉中心側に向かって順に並ぶ第３の曲線関数ｆ２３、第３の一次関数ｆ１３、及び第４の曲線関数ｆ２４により規定されている。そして、第３の一次関数ｆ１３と第３の曲線関数ｆ２３とは、その境界位置ｒ４において微分可能となるように接続されている。

第３の曲線関数ｆ２３は、当該関数ｆ２３によって規定される線が炉壁曲線部５１に相当する曲線となる関数であり、第３の一次関数ｆ１３は、当該関数ｆ１３によって規定される線が傾斜部５４に相当する直線となる関数であり、第４の曲線関数ｆ２４は、当該関数ｆ２４によって規定される線が中心曲線部５５に相当する曲線となる関数である。

各関数ｆ１３，ｆ２３，ｆ２４をより具体的に示すと、第３の一次関数ｆ１３は、
ｙ＝ｅ_１１ｘ＋ｆ_１１（以下、単に「式（１１０）」とも称する。）
で表される。また、第３の曲線関数ｆ２３は、
ｙ＝（−１／ａ_１）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａ_１ｘ＋ｂ_１）｜＋ｃ_１（以下、単に「式（１１１）」とも称する。）
で表され、第４の曲線関数ｆ２４は、
ｙ＝α_１ｘ^２＋β_１ｘ＋γ_１（以下、単に「式（１１３）」とも称する。）
で表される。尚、ａ_１，ｂ_１，ｃ_１，ｅ_１１，ｆ_１１，α_１，β_１，γ_１は、係数である。

以下では、前記所定位置の炉半径（Ｘ軸）において、炉壁曲線部５１と傾斜部５４との境界位置をｒ４、第２の傾斜部と中心曲線部との境界位置をｒ５とする。

推定形状線導出部１２３は、状態記憶部３２に格納された装入状態情報（炉半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物の装入が行われたか否かの情報）に基づいて、計測した表面プロフィールに即した形状の推定形状線５０（又は１５０）をより短時間で導出できるように推定形状線５０（又は１５０）の導出に用いられる連続関数（第１の連続関数Ｆ１と第２の連続関数Ｆ２と）の切り換えを行い、選択された第１の連続関数Ｆ１又は第２の連続関数Ｆ２の何れか一方の係数を算出する。そして、推定形状線導出部１２３は、この算出された係数を代入した連続関数Ｆ１又はＦ２を格納する。

本実施形態に係る測定装置１１０は、以上の構成からなり、次に、この測定装置１１０の作用について図１１に基づいて説明する。

まず、第Ｎ−１回目バッチにおいて高炉内に新たな装入物が装入されたときに、この高炉の制御部から出力信号として送信される装入状態情報（炉半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物の装入が行われたか否かの情報）を層厚分布導出手段２０の受信部３０が受信し、この受信した装入状態情報が状態記憶部３２に格納される（ステップ０）。

一方、計測手段１２によって第Ｎ−１回目バッチの装入物の所定の炉半径における表面プロフィールが計測され、この計測によって得られた計測値が層厚分布導出手段２０（推定形状線導出部１２３）に出力信号によって送信される（ステップ１）。本実施形態においては、炉半径に沿った落下位置を変えながら炉壁側へ装入物が装入された場合には、第１実施形態同様、Ｘ軸上において等間隔に３８箇所の層上面の高さが計測され（図６（ｂ）参照）、炉半径の落下位置を変更せずに炉壁側へ装入物が装入された場合には、Ｘ軸上において等間隔に２６箇所の層上面の高さが計測される（図１２参照）。

尚、ステップ０とステップ１とは順に行われてもよく並行に行われてもよい。また、ステップ１において、Ｘ軸上の計測点の数は、炉半径の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物が装入されるか否かによって変更される必要はないが、導出される層厚分布がより正確となるため多い方が好ましい。

計測手段１２からの出力信号を受信した推定形状線導出部１２３は、状態記憶部３２に格納された第Ｎ−１回目バッチの装入状態情報を取得し、この情報に基づいて前記出力信号によって得た計測値に関数記憶部１２１に格納されている第１の連続関数Ｆ１（図３参照）又は第２の連続関数Ｆ２（図１０参照）を当て嵌めることで、連続関数Ｆ１又はＦ２の係数を導出する（ステップ２ａ）。

具体的には、推定形状線導出部１２３は、状態記憶部３２に格納された第Ｎ−１回目バッチの装入状態情報が炉半径方向に沿って落下位置を変えながら炉壁側へ装入物の装入が行われた情報である場合には、計測手段１２の計測によって得た計測値に基づいて、第１の連続関数Ｆ１の係数を第１実施形態同様に最急降下法によって算出し、この係数が代入された第１の連続関数Ｆ１を第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０として格納する。一方、推定形状線導出部１２３は、状態記憶部３２に格納された装入状態情報が炉半径方向の落下位置を変えずに炉壁側へ装入物の装入が行われた情報である場合には、計測手段１２によって得た計測値に基づいて、第２の連続関数Ｆ２の係数を前記最急降下法によって算出し、この係数が代入された第２の連続関数Ｆ２を第Ｎ−１回目バッチの推定形状線１５０として格納する。尚、本実施形態においては、第Ｎ−１回目バッチ（Ｃ２バッチ）では炉半径方向の落下位置を変えながら装入物が装入され、第Ｎ回目バッチ（Ｏ１バッチ）では炉半径方向の落下位置を変えずに装入物が装入される（図１２参照）。

次に、第Ｎ回目バッチにおいて高炉の制御部から出力信号として送信される装入状態情報を層厚分布導出手段２０の受信部３０が受信し、この受信した装入状態情報が状態記憶部３２に格納される（ステップ３ａ）。一方、計測手段１２によって第Ｎ回目バッチの表面プロフィールが計測され、この計測によって得られた計測値が層厚分布導出手段２０（推定形状線導出部１２３）に送信される（ステップ３）。

計測手段１２からの出力信号を受信した推定形状線導出部１２３は、第Ｎ−１回目バッチ同様、状態記憶部３２に格納された第Ｎ回目バッチの装入状態情報に基づいて、前記出力信号によって得た計測値に関数記憶部２２ａに格納されている第１の連続関数Ｆ１（図３参照）又は第２の連続関数Ｆ２（図１０参照）を当て嵌めることで、当該連続関数Ｆ１又はＦ２の係数を導出する。そして、推定形状線導出部１２３は、導出された係数を第１の連続関数Ｆ１又は第２の連続関数Ｆ２に代入し、これを第Ｎ回目バッチの推定形状線５０又は１５０として格納する（ステップ４ａ）。

このように第Ｎ−１回目バッチの推定形状線５０_ｎ―１と第Ｎ回目バッチの推定形状線１５０_ｎとが導出され、推定形状線導出部１２３にそれぞれ格納されると、第Ｎ−１回目バッチ同様に（図１１のステップ２ａ）、位置補正部２４は、体積記憶部２２から第Ｎ回目バッチの装入物全体の体積の値を取得すると共に、推定形状線導出部１２３にその値が格納された２本の推定形状線５０_ｎ−１，１５０_ｎの間隔を補正する（ステップ５：図１２参照）。

次に、第Ｎ−１回目バッチと第Ｎ回目バッチとの各推定形状線５０_ｎ−１，１５０_ｎにおけるＸ軸に沿った各位置での上下間隔に基づいて、層厚分布導出部２５が第Ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までのＸ軸に沿った層厚分布を導出し、この層厚分布の値を出力信号によって出力手段１４に送信する（ステップ６）。そして、この出力信号を受信した出力手段１４が第Ｎ回目バッチにおける層厚分布を層厚分布情報として表示し（ステップ７）、層厚分布の測定が終了する。尚、第１実施形態同様、続けて第Ｎ＋１回目バッチの層厚分布を測定する場合には、ステップ３ａから始まる（ステップ８）。

以上のように高炉等から取得し、状態記憶部３２に格納された装入状態情報に基づいて、推定形状線導出部１２３が推定形状線５０又は１５０を導出するときに用いる連続関数Ｆ１又はＦ２を切り換える構成とすることで、炉半径方向の落下位置を変えずに炉壁側へ装入物を装入するバッチにおいても、計測手段１２で得た計測値に基づいて第２の連続関数Ｆ２を規定する各関数の係数及び所定位置の炉半径における範囲をそれぞれ導出することによって該当バッチの表面プロフィールに即した形状の推定形状線１５０を得ることが可能となる。

具体的に、炉半径方向の落下位置を変えずに装入することで、所定位置の炉半径（Ｘ軸）において装入物は落下位置を頂上とする山のように盛上った形状となるため、テラス部が形成され難い。そのため、炉壁近傍の部位が山のように盛上った形状（上方に膨出した曲線（第３の曲線関数ｆ２３））である第２の連続関数Ｆ２を用いることによって、この表面プロフィールにおける炉壁近傍の部位の形状（山のように盛上った形状）を精度よく擬制することができる。即ち、テラス部が形成されない場合には、炉壁近傍が直線となる第１の連続関数Ｆ１を用いるのではなく、炉壁近傍が上方に膨出する曲線となる第２の連続関数Ｆ２を用いることにより、表面プロフィールの形状を精度よく擬制することができる。従って、炉半径方向の落下位置を変えずに炉壁側へ装入物が装入されるバッチにおいても、前記の炉壁近傍が山のように盛上った部位を有する表面プロフィールに近似した推定形状線１５０を導出することができ、これにより前記層厚分布を精度よく測定することが可能となる。

また、第１の一次関数ｆ１１、第１の曲線関数ｆ２１、第２の一次関数ｆ１２、及び第２の曲線関数ｆ２２により規定される連続関数（第１の連続関数）Ｆ１を用いるよりも第３の曲線関数ｆ２３、第３の一次関数ｆ１３、及び第４の曲線関数ｆ２４により規定される連続関数（第２の連続関数）Ｆ２を用いた方が連続関数を規定する関数の数が少ないため計算が簡素化されて容易になり、炉半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物を装入するか否かに関わらず第１の連続関数Ｆ１を用いて推定形状線５０が導出される場合（第１実施形態の測定装置１００）に比べ、容易且つ短時間で実際の表面プロフィールに即した形状の推定形状線１５０を得ることが可能となる。

尚、本発明に係る測定装置１０，１１０は、上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、本実施形態においては、第１の連続関数Ｆ１は、上記の式（１０）乃至（１３）が炉壁から炉中心側に順に連なることにより規定されているが、これに限定される必要はない。具体的に、第１の連続関数Ｆ１において、接続曲線部５３と中心曲線部５５とを規定する各関数は、当該関数によって規定される曲線の接線とｘ軸とのなす角におけるｘ軸方向の位置に対する角度変化率が一定の関数であればよい。例えば、第１の連続関数Ｆ１において、接続曲線部５３を規定する関数と中心曲線部５５を規定する関数とが逆、即ち、接続曲線部５３を規定する関数が式（１３）で中心曲線部５５を規定する関数が式（１１）であってもよく、接続曲線部５３を規定する関数と中心曲線部５５を規定する関数とが同じ関数、即ち、接続曲線部を規定する関数と中心曲線部を規定する関数とが共に式（１１）、又は式（１３）であってもよい。また、第２の連続関数Ｆ２においても、第１の連続関数Ｆ１と同様に、炉壁曲線部５１と中心曲線部５５とを規定する各関数は、当該関数によって規定される曲線の接線とｘ軸とのなす角におけるｘ軸方向の位置に対する角度変化率が一定の関数であればよい。

また、連続関数を規定する関数の数は、３つ又は４つに限定されず、５つ以上であってもよい。

また、高炉への装入物の装入において、中心装入が行われない高炉操業が行われた場合、中心曲線部５５（第２の曲線関数又は第４の曲線関数）がない推定形状線を用いて、上記同様の手法に適用して層厚分布を得ることができる。即ち、前記中心装入が行われない場合、推定形状線を規定する連続関数は、Ｘ軸に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第１の一次関数ｆ１１，第１の曲線関数ｆ２１及び第２の一次関数ｆ１２により規定され、又は第３の曲線関数ｆ２３及び第３の一次関数ｆ１３により規定される。

第１実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置のブロック図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置の計測手段の概略図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置における第１の連続関数とこの第１の連続関数を規定する複数の関数とを示す図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置における動作のフローを示す図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置の位置補正部での補正を示す図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置での層厚分布の測定において、（ａ）は実測値の表面プロフィールを示し、（ｂ）は当該実施形態に係る層厚分布推定方法で求めた表面プロフィールを示し、（ｃ）は３０バッチの平均の表面プロフィールを示す図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置での層厚分布の測定において、図６（ａ）乃至図６（ｃ）における各プロフィールに基づく層厚を示す図である。 図７での層厚の誤差を示す図である。 第２実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置のブロック図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置における第２の連続関数とこの第１の連続関数を規定する複数の関数とを示す図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置における動作のフローを示す図である。 同実施形態に係る高炉装入物の層厚分布測定装置の位置補正部での補正を示す図である。

符号の説明

１０ 測定装置
１２ 計測手段（マイクロ波プロフィールメーター）
１４ 出力手段
２０ 層厚分布導出手段
２１ 関数記憶部
２２ 体積記憶部
２３ 推定形状線導出部
２４ 位置補正部
２５ 層厚分布導出部
５０ 推定形状線
５０_ｎ−１ 第Ｎ−１回目バッチの推定形状線
５０_ｎ 第Ｎ回目バッチの推定形状線
５１ 炉壁曲線部
５２ 直線部
５３ 接続曲線部
５４ 傾斜部
５５ 中心曲線部
Ｆ１ 第１の連続関数
ｆ１１ 第１の一次関数
ｆ１２ 第２の一次関数
ｆ２１ 第１の曲線関数
ｆ２２ 第２の曲線関数

Claims (8)

1. 高炉内に装入物を装入するバッチをｎ回（但し、ｎはｎ＞１の範囲で任意に選ばれる自然数）繰り返すことによって当該高炉内に積層された装入物のうち、第ｎ回目バッチの装入物が形成する層における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を測定する方法であって、
   第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて所定位置の炉半径における前記装入物の層上面形状を計測する計測ステップと、
   前記層上面形状を曲線を有する線として擬制する推定形状線を前記計測ステップで得られた前記各バッチの計測値に基づいて第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとのバッチ毎に導出する形状線導出ステップと、
   この形状線導出ステップで導出した２本の推定形状線を炉中心軸が回転中心となるように回転させて推定表面プロフィールをそれぞれ求めた場合に両推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が第ｎ回目バッチの装入物全体の体積と等しくなるような間隔で、前記第ｎ回目バッチの推定形状線の下方に前記第ｎ−１回目バッチの推定形状線が位置するように前記２本の推定形状線の少なくとも一方を補正する補正ステップと、
   このように補正した前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各推定形状線における炉半径方向に沿った各位置での上下間隔に基づいて第ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出する層厚分布導出ステップとを備え、
   前記形状線導出ステップでは、前記推定形状線を規定する第１の連続関数を予め設定しておき、この第１の連続関数は、前記所定位置の炉半径方向に連なる複数の関数であって、各関数の係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第１の一次関数、第１の曲線関数、第２の一次関数、及び第２の曲線関数により規定され、
   前記第１の一次関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、水平若しくは略水平方向の直線となる関数であり、前記第２の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数よりも炉中心側に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、前記第１の曲線関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数と前記第２の一次関数との間に位置し、前記第１の一次関数に規定される略水平な直線の炉中心側端部と前記第２の一次関数に規定される下り勾配の直線の炉壁側端部とを滑らかに接続する曲線となる関数であり、前記第２の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、
   各バッチにおいて、前記計測ステップで得た当該バッチの計測値に基づいてバッチ毎に前記各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより、前記第ｎ―１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとのバッチ毎の推定形状線を導出することを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定方法。
2. 請求項１に記載の高炉装入物の層厚分布測定方法において、
   前記形状線導出ステップでは、前記推定形状線を規定する係数未定の第２の連続関数をさらに設定しておき、この第２の連続関数は、前記所定位置の炉半径方向に連なる複数の関数であって、各関数の係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように前記所定位置の炉半径に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第３の曲線関数、第３の一次関数、及び第４の曲線関数により規定され、
   前記第３の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第４の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第３の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第３の曲線関数と前記第４の曲線関数との間に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、
   第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて、前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向に沿って落下位置を変えながら前記装入物を高炉内へ装入する場合には、前記計測ステップで得た当該バッチの計測値に基づいて前記第１の連続関数を規定する各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより当該バッチの推定形状線を導出し、
   前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向の落下位置を変えずに装入物を高炉内へ装入する場合には、前記計測ステップで得た当該バッチの計測値に基づいて前記第２の連続関数を規定する各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより当該バッチの推定形状線を導出することを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定方法。
3. 請求項１又は２に記載の高炉装入物の層厚分布測定方法において、
   前記第１の連続関数又は前記第２の連続関数は、炉中心軸をｙ軸、前記所定位置の炉半径をｘ軸とするｘｙ平面上で表される関数であり、
   前記第１の曲線関数、前記第２の曲線関数、前記第３の曲線関数又は前記第４の曲線関数は、当該曲線関数によって規定される曲線の接線とｘ軸とのなす角におけるｘ軸方向の位置に対する角度変化率が一定の関数であることを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定方法。
4. 請求項３に記載の高炉装入物の層厚分布測定方法において、
   前記第１の曲線関数、前記第２の曲線関数、前記第３の曲線関数又は前記第４の曲線関数は、以下の（１）式又は（２）式で表される関数であることを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定方法。
   ｙ＝（−１／ａ）・ｌｏｇ｜ｃｏｓ（ａｘ＋ｂ）｜＋ｃ ・・・（１）
   ｙ＝αｘ^２＋βｘ＋γ ・・・（２）
   ここで、ａ，ｂ，ｃ，α，β，γは、係数。
5. 請求項４に記載の高炉装入物の層厚分布測定方法において、
   前記形状線導出ステップでは、前記計測ステップで得た計測値から最急降下法を用いて前記第１の連続関数又は前記第２の連続関数を規定する全ての関数における係数及び前記ｘ軸方向における範囲を同時に求めることを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定方法。
6. 高炉内に装入物を装入するバッチをｎ回（但し、ｎはｎ＞１の範囲で任意に選ばれる自然数）繰り返すことによって当該高炉内に積層された装入物のうち、第ｎ回目バッチの装入物が形成する層における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を測定する装置であって、
   第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて所定位置の炉半径における前記装入物の層上面形状の計測によって得られた計測値に基づいて第ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出する層厚分布導出手段と、
   この層厚分布導出手段によって導出された層厚分布を外部に出力する出力手段とを備え、
   前記層厚分布導出手段は、前記層上面形状を曲線を有する線として擬制する推定形状線を規定し、複数の関数が各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように当該所定位置の炉半径方向に沿って連なることにより規定される第１の連続関数を予め格納しておく関数記憶部と、
   第ｎ回目バッチにおいて高炉内へ装入された装入物全体の体積の値を格納する体積記憶部と、
   前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各バッチの計測値に基づいてバッチ毎に前記関数記憶部に格納されている前記第１の連続関数を規定する前記各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより、前記第ｎ−１回目バッチと第ｎ回目バッチとのバッチ毎の推定形状線を導出し、これら導出された２本の推定形状線の値をそれぞれ格納する推定形状線導出部と、
   この推定形状線導出部にその値が格納された２本の推定形状線を炉中心軸が回転中心となるように回転させて推定表面プロフィールをそれぞれ求めた場合に両推定表面プロフィールに挟まれた空間の体積が前記体積記憶部に格納された第ｎ回目バッチの装入物全体の体積と等しくなるような間隔で、前記第ｎ回目バッチの推定形状線の下方に前記第ｎ−１回目バッチの推定形状線が位置するように前記２本の推定形状線の少なくとも一方を補正する位置補正部と、
   このように補正された前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各推定形状線における炉半径方向に沿った各位置での上下間隔に基づいて第ｎ回目バッチの装入物における炉中心から炉壁までの炉半径方向に沿った層厚分布を導出し、この導出された層厚分布の値を前記出力手段に伝達する層厚分布導出部とを有し、
   前記関数記憶部に予め格納されている第１の連続関数は、前記所定位置の炉半径に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第１の一次関数、第１の曲線関数、第２の一次関数、及び第２の曲線関数により規定され、
   前記第１の一次関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、水平若しくは略水平方向の直線となる関数であり、前記第２の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数よりも炉中心側に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、前記第１の曲線関数は、当該関数によって規定される線が前記第１の一次関数と前記第２の一次関数との間に位置し、前記第１の一次関数に規定される水平若しくは略水平な直線の炉中心側端部と前記第２の一次関に規定される下り勾配の直線の炉壁側端部とを滑らかに接続する曲線となる関数であり、前記第２の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であることを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定装置。
7. 請求項６に記載の高炉装入物の層厚分布測定装置において、
   第ｎ回目バッチにおいて半径方向の落下位置を変えながら炉壁側へ装入物の装入が行われたか否かの装入状態情報を入力する入力部又は前記装入状態情報が外部から伝達される受信部の少なくとも一方と、
   この入力され又は伝達された前記装入状態情報を格納する状態記憶部と、をさらに備え、
   前記関数記憶部は、前記推定形状線を規定し、複数の関数が各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲が未定で且つ隣接する関数同士がその境界において連続するように当該所定位置の炉半径方向に沿って連なる第２の連続関数をさらに格納しておき、
   この関数記憶部に格納されている第２の連続関数は、前記所定位置の炉半径に沿って炉壁から炉中心側に向って順に並ぶ第３の曲線関数、第３の一次関数、及び第４の曲線関数により規定され、
   前記第３の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉壁近傍に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第４の曲線関数は、当該関数によって規定される線が炉中心部に位置し、上方に膨出する曲線となる関数であり、前記第３の一次関数は、当該関数によって規定される線が前記第３の曲線関数と前記第４の曲線関数との間に位置し、炉中心に向って一定の下り勾配の直線となる関数であり、
   前記推定形状線導出部では、前記状態記憶部に格納された前記装入状態情報に基づき、前記第ｎ−１回目バッチと前記第ｎ回目バッチとの各バッチにおいて、前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向に沿って落下位置を変えながら装入物を高炉内へ装入する場合には、当該バッチの前記計測値に基づいて前記関数記憶部に格納されている第１の連続関数を規定する各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出し、
   前記装入物の炉壁側への装入のときに炉半径方向の落下位置を変えずに装入物を高炉内へ装入する場合には、当該バッチの前記計測値に基づいて前記関数記憶部に格納されている第２の連続関数を規定する前記各関数における係数及び前記所定位置の炉半径方向の範囲を算出することにより、前記第ｎ−１回目バッチ及び第ｎ回目バッチのバッチ毎の推定形状線を導出し、これら導出された２本の推定形状線の値をそれぞれ格納することを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定装置。
8. 請求項６又は７に記載の高炉装入物の層厚分布測定装置において、
   前記所定位置の炉半径における前記装入物の層上面形状を計測し、この計測によって得られた計測値を前記推定形状線導出手段に伝達する計測手段をさらに備えることを特徴とする高炉装入物の層厚分布測定装置。

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