JP6453626B2 - 高炉内の装入物検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の炉頂近傍に設けた開口を通じてマイクロ波またはミリ波の送受信を行い、高炉内に堆積した鉄鉱石やコークス（挿入物）の表面プロフィール等を検出する高炉内の装入物検出装置に関し、特に開口全面を覆う保護カバーに関する。

高炉では、安定した操業を行うために、炉内に供給された鉄鉱石やコークスの堆積状態を制御する必要があり、例えば特許文献１では、その先端開口近傍にアンテナを装着したランスを炉内に挿入し、このアンテナを通じてマイクロ波送受信手段からのマイクロ波を炉内の鉄鉱石またはコークスに向けて送信し、鉄鉱石またはコークスの表面で反射されたマイクロ波をアンテナで受信してマイクロ波送受信手段で検波し、送信と受信との時間差から鉄鉱石またはコークスの表面までの距離を求めている。また、その際に、ランスを炉内で往復させることにより、鉄鉱石またはコークスの堆積プロフィールを求めている。

しかし、このようにランスを用いた検出装置では、ランスの往復動作が必要であるが、ランスは長尺物であるため、その自重により、更には炉内の熱により湾曲して往復動作が円滑にできなくなるという問題がある。また、長尺のランスを往復させるために、炉外に広いスベースが必要になり、ランスを往復させるための装置も必要である。

そこで、高炉の炉頂近傍に開口を設け、高炉の外部に設置したマイクロ波送受信手段からのマイクロ波を、この開口を通じて送受信する方式の検出装置も用いられている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このような開口を通じてマイクロ波を送受信する方式の検出装置では、測定時に開口を開け、非測定時に開口を閉じて炉内の高温や、鉄鉱石やコークスの衝突から送受信手段を保護することが行われている。特許文献２でも、高炉の炉頂近傍に設けた開口に測定窓を設置し、測定時には測定窓を開け、非測定時には測定窓を閉じている。

開口を塞ぐ保護カバーとしては、耐熱性で、炉内からの鉄鉱石やコークスの衝突に耐え得るように、ステンレス板等の金属板が使用されている。しかし、金属板はマイクロ波を透過しないため、測定時に開口を開ける必要があり、連続測定ができない。また、保護カバーを開閉するための装置も必要になる。

保護カバーとして、耐熱性を有し、マイクロ波を透過するセラミック板やガラス板を用いることも考えられるが、炉内からの鉄鉱石やコークスが衝突すると、割れることが想定される。また、セラミックやガラスは、マイクロ波やミリ波の減衰が大きく、送受信に支障を来すおそれがある。更には、板材であるため、高炉側の面に粉塵等が付着してマイクロ波やミリ波の送受信に支障を来すおそれもある。

特開平７−３４１０７号公報 特開２０１１−２２４１号公報

本発明はこのような状況に鑑みてされたものであり、高炉に形成した開口を通じてマイクロ波またはミリ波を送受信する方式の検出装置において、炉内からの鉄鉱石やコークスの衝突からマイクロ波またはミリ波の送受信手段を確実に防ぐとともに、測定時と非測定時とで開口を開閉する必要がなく、連続測定を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、下記の高炉内の装入物検出装置を提供する。
（１）高炉の外部に設置したマイクロ波またはミリ波の送受信手段から、高炉に設けた開口を通じてマイクロ波またはミリ波を炉内に送信し、炉内に堆積している鉄鉱石またはコークスの表面で反射されたマイクロ波またはミリ波を、開口を通じて送受信手段で受信することにより、高炉内の鉄鉱石またはコークスの表面までの距離または表面のプロフィールを検出する高炉内の装入物検出装置において、
セラミック繊維からなる織布と、金属製の線材または棒材を格子状に組み、かつ、線材または棒材の太さ、及び格子の目開きをマイクロ波またはミリ波を通過させる寸法とした少なくとも１枚の金属格子板とからなり、かつ、前記織布を反高炉側、前記金属格子板を高炉側とした積層構造の保護カバーで、開口全面を覆ったことを特徴とする高炉内の装入物検出装置。
（２）前記織布と、前記金属格子板とが接合されていることを特徴とする上記（１）記載の高炉内の装入物検出装置。
（３）前記金属格子板において、高炉側と、反高炉側とで、線材または棒材の太さまたは目開きが異なることを特徴とする上記（１）または（２）記載の高炉内の装入物検出装置。
（４）前記金属格子板において、太い方の線材または棒材からなる金属格子板を高炉側に配置したことを特徴とする上記（３）記載の高炉内の装入物検出装置。

本発明によれば、セラミック織布と、金属格子板とを組み合わせてなり、マイクロ波またはミリ波を透過させる保護カバーで開口を覆うため、炉内からの高温や爆風、鉄鉱石やコークスの衝突から送受信手段を保護でき、連続測定が可能になる。

本発明の検出装置の全体構造を示す概略図である。 保護カバーの一例を示す分解斜視図である。 金属格子板の他の例を示す斜視図である。

以下、本発明に関して図面を参照して説明する。

本発明の高炉内の装入物検出装置（以下「検出装置」という。）は、高炉の外部に設置した送受信手段からのマイクロ波またはミリ波を、高炉に形成した開口を通じて送受信する方式である。

検出装置は上記の構成であれば制限は無いが、一例を図１に示すと、測定部Ａは、反射板１００と、マイクロ波またミリ波の送受信手段１１０に連結するアンテナ１２０とを対向配置して容器１３０に収容して構成されており、高炉１の頂部近傍に設けられた開口２の上部に装着される。そして、送受信手段１１０からのマイクロ波またはミリ波は反射板１００で反射されて開口２を通じて炉内へと送られ（送信波Ｍ）、炉内に堆積している鉄鉱石またはコークス（以下「装入物２０」という。）の表面で反射れ（反射波Ｒ）、再び開口２を通じて反射板１００で反射された後、アンテナ１２０で捕集され、送受信手段１１０で検波される。そして、送受信の時間差から装入物２０までの距離を求める。また、反射板１００は、その反射面を矢印Ｘ方向またはＹ方向、あるいはＸ方向とＹ方向の両方に回動可能になっており、マイクロ波またはミリ波の送受信を線状または面状に行うことができ、装入物２０の表面を線状または面状に走査して、表面プロフィールを求めることができる。

尚、図１では反射板を用いているが、アンテナ１２０を開口２に向ける構成とすることもできる。

そして、開口２を保護カバー２００で覆うが、本発明ではこの保護カバー２００を、図２及び図３に示すように、セラミック繊維からなるセラミック織布２０１と、金属格子板２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃとを組み合わせた構成とする。

セラミック織布２０１を構成するセラミック繊維は、マイクロ波またはミリ波を透過し、かつ、耐熱性及び強度に優れ、通気性を有するものが好ましく、例えば、宇部興産株式会社製の「チラノ繊維」を用いることができる。このチラノ繊維は、シリコン、チタンまたはジルコニウム、炭素、酸素から成る連続繊維である。そして、チラノ繊維等のセラミック繊維を緻密に編んだものをセラミック織布として利用する。

金属格子板はステンレス鋼等の金属製の線材または棒材を格子状に組んだものであるが、図２に示すように、線材または棒材を碁盤目状に組んだり、図示は省略するが正六角形状や蜘蛛の巣状等に組んだりした金属網（以下「金属網２０２ａ」、「金属網２０２ｂ」ともいう）とすることができる。その他にも、例えば図３に示すように、線材または棒材をある一方向（図の例では縦方向）に等間隔で整列させた縦格子（以下「縦格子２０２ｃ」ともいう）にすることもできる。

保護カバー２００は、図２に示すように、高炉側から順に、目開きの大きい金属網２０２ａ、目開きの小さい金属網２０２ｂ、セラミック織布２０１を積層したものである。尚、目開きの大きい金属網２０２ａと目開きの小さい金属網２０２ｂは、その順序が逆でもよい。また、同じ目開きの金属網２０２ａ（または金属網２０２ｂ）を一対用いることもできる。更には、一方を金属網２０２ａ（または金属網２０２ｂ）とし、他方を縦格子２０２ｃにすることもできる。

また、格子を形成する線材や棒材の太さの異なる組み合わせにすることもできる。その際、高炉側に配置される金属網や縦格子は、炉内からの鉄鉱石やコークスの衝撃を直接受けるため、太い線材や棒材にすることが好ましい。

更に、金属網同士、あるいは金属網と縦格子とは溶接等により接合していてもよい。また、セラミック織布２０１と、金属網や縦格子とを組み合わせる場合は、セラミックスと金属とを接着可能な接着剤を用いて接合してもよい。

あるいは、金属網２０２ａ、金属網２０２ｂ、縦格子２０２ｃは、上記のように組み合わせる他にも、図示は省略するが、金属網２０２ａ、金属網２０２ｂ、縦格子２０２ｃをそれぞれ１枚用い、セラミック織布２０１と積層してもよい。

その他、セラミック織布２０１、金属網２０２ａ、金属網２０２ｂ、縦格子２０２ｃの積層順序を種々変えることができる。

尚、保護カバー２００の外枠は、図示される円形の他に矩形でもよく、外枠の適所に高炉１の炉壁に装着するための取り付け部（図示せず）を設ける。

但し、金属網２０２ａ、金属網２０２ｂ、縦格子２０２ｃは、マイクロ波またはミリ波を通過させる目開き（格子間の間隔）にする必要がある。即ち、図２に示したような金属網の場合、網の隙間の大きさをマイクロ波またはミリ波を通過させる寸法にする必要があり、図３に示したような縦格子の場合は、隣接する線材または棒材との間隔を、マイクロ波またはミリ波を通過させる寸法にする。目開きの大きさを確認するために、下記実験を行った。

ミリ波距離計（７９ＧＨｚ）のアンテナを、コークスを張り付けた板から４ｍ離して設置し、目開きの異なる種々の金属網（図２参照）または縦格子（図３参照）をアンテナから１０ｃｍ板側に配置し、室温にて距離スペクトルを測定した。また、比較のために、同条件にて金属網や縦格子を配置しない場合の距離スペクトルを測定した。何れも、３．９ｍ、４ｍ付近に大きなピークが現れており、そのピーク強度を比較した。その結果、金属網や縦格子を配置しない場合に比べて、（１）格子太さが１ｍｍで格子間隔が２０ｍｍの金属網を配置した場合では約２ｄＢ、（２）格子太さが６ｍｍで隣接する格子の間隔が１００ｍｍの縦格子を配置した場合では約１ｄＢ、（３）金属網と縦格子とを接合した２重格子を配置した場合では約３ｄＢの減衰となった。このことから、７９ＧＨｚのミリ波を用いる場合、線材の太さを１〜６ｍｍ、目開きを２０〜１００ｍｍとした金属格子板を用いることにより、支障なく送受信できることがわかる。実際には、マイクロ波やミリ波の周波数に応じて目開きや、線材または棒材の太さを調整する。

このような保護カバー２００では、炉内からの鉄鉱石やコークスの衝撃を、高炉側に配置された金属網や縦格子で受け止める。そのため、上記したように、高炉側に、太い線材や棒材からなる金属網や縦格子を配置することが好ましい。また、セラミック織布２０１により、微細な粉塵の侵入を防ぐこともできる。しかも、マイクロ波またはミリ波は保護カバー２００を透過するため、連続測定が可能である。

また、上記検出装置において、容器１３０に窒素ガス等を供給する。これにより、窒素ガス等がセラミック織布２０１の織目から高炉側に噴出するため、セラミック織布２０１の高炉側の面に粉塵が付着するのを防いだり、織目を通じて細かい粉塵が容器１３０の内部に侵入するのを防ぐことができる。更には、セラミック織布２０１を高炉側に押圧してセラミック織布２０１を金属網２０２ａ（２０２ｂ）や縦格子２０２ｃに押し付け、高炉１からの吹上に対処することができる。

１ 高炉
２ 開口
１００ 反射板
１１０ 送受信手段
１２０ アンテナ
１３０ 容器
２００ 保護カバー
２０１ セラミック織布
２０２ａ 金属格子板（金属網）
２０２ｂ 金属格子板（金属網）
２０２ｃ 金属格子板（縦格子）

Claims (4)

1. 高炉の外部に設置したマイクロ波またはミリ波の送受信手段から、高炉に設けた開口を通じてマイクロ波またはミリ波を炉内に送信し、炉内に堆積している鉄鉱石またはコークスの表面で反射されたマイクロ波またはミリ波を、開口を通じて送受信手段で受信することにより、高炉内の鉄鉱石またはコークスの表面までの距離または表面のプロフィールを検出する高炉内の装入物検出装置において、
   セラミック繊維からなる織布と、金属製の線材または棒材を格子状に組み、かつ、線材または棒材の太さ、及び格子の目開きをマイクロ波またはミリ波を通過させる寸法とした少なくとも１枚の金属格子板とからなり、かつ、前記織布を反高炉側、前記金属格子板を高炉側とした積層構造の保護カバーで、開口全面を覆ったことを特徴とする高炉内の装入物検出装置。
2. 前記織布と、前記金属格子板とが接合されていることを特徴とする請求項１記載の高炉内の装入物検出装置。
3. 前記金属格子板において、高炉側と、反高炉側とで、線材または棒材の太さまたは目開きが異なることを特徴とする請求項１または２記載の高炉内の装入物検出装置。
4. 前記金属格子板において、太い方の線材または棒材からなる金属格子板を高炉側に配置したことを特徴とする請求項３記載の高炉内の装入物検出装置。

Images