JP6547474B2 - 高炉、及び、高炉装入物の高さレベルを測定する測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉に装入される装入物の高さレベルを検出する方法に関するものである。

高炉に装入された装入物の高さレベルを測定する測定装置として、機械式サウンジング装置が知られている。図５は機械式サウンジング装置が設置された高炉の概略図である。同図を参照して、高炉は、炉頂部１００、旋回シュート１１０、炉口部２００、炉口ライナー２１０、シャフト部３００、機械式サウンジング装置７００を含む。

機械式サウンジング装置７００は、巻き上げ機７０１、ワイヤ７０２及び重錘７０３を含む。ワイヤ７０２は巻き上げ機７０１に巻き付けられており、巻き上げ機７０１が回転動作することにより上下方向に移動する。重錘７０３はワイヤ７０２の下端部に取り付けられており、重錘７０３が高炉に装入された装入物の上端に到達することで、高さレベルを測定することができる。

続いて、機械式サウンジング装置７００の動作について説明する。高炉内部の化学反応（コークスの燃焼、鉄鉱石の溶解）が進行し、装入物の最上端位置が点線で示す基準レベルまで降下すると、機械式サウンジング装置７００を作動させることにより、重錘７０３を炉頂部１００の待機位置まで巻き上げる。重錘７０３が待機位置まで巻き上げられると、旋回シュート１１０を回転させながら装入物が炉内に向かって装入される。

高炉装入物の装入処理が完了すると、待機位置に待機している重錘７０３を高炉装入物の最上端位置まで巻き下げる。この際、機械式サウンジング装置７００は、高炉装入物の荷下がりに追従するように、重錘７０３を巻き下げる。高炉装入物がさらに荷下がりし、重錘７０３が基準レベルに降下すると、高炉装入物の装入処理が停止され、再び重錘７０３が炉頂部１００の待機位置まで巻き上げられる。

一方、特許文献２〜４に、マイクロ波距離計を高炉炉頂部の原料堆積形状を測定するプロフィール計として適用した例が開示されている。これらは、堆積面の相対的な形状を把握するためのもので、堆積面までの距離を精度よく測定することを目的とするものではない。すなわち、マイクロ波距離計の原料サウンジングへの適用例はない。

特開２０００−２５６７１２号公報 特開２０１１−０３３６１９号公報 特開２０１２−０６７３４０号公報 特開２０１２−２３７５６０号公報

機械式サウンジング装置の場合、高炉装入物を装入する際には重錘を巻き上げて退避させる必要がある。その巻上げ巻き下げの間、装入物の装入処理は停止していることとなる。つまり、この時間は、操業上のロスとなっていた。また、巻き上げ機にトラブルが発生したり、或いは高炉の化学反応のバランスが悪くなり、異常な荷下がりが発生したときに、重錘を巻き上げることができなくなることがあった。そこで、本願発明は、高炉装入物の装入を停止する時間ロスを少なくしながら、高炉装入物の高さレベルをより安定的に測定することを目的とする。

上記課題を解決するために、マイクロ波距離計の測定精度向上を検討した。そして、マイクロ波距離計を用いても、測定箇所を定点とすること（プロフィール計のように首を振らないこと）、かつ、安定した測定値が得られる測定箇所を特定することにより、サウンジングに要する精度を実現できることを知見し、本願発明を完成させた。

本願発明に係る高炉は、（１）炉頂部から装入される高炉装入物に含まれる鉄鉱石を、炉下部から吹き上げる還元ガスを用いて還元する高炉において、炉頂部から炉内の高炉装入物に向かってマイクロ波を送信するとともに、受信した高炉装入物の反射エコーに基づき高炉装入物の炉内における高さレベルを測定するマイクロ波式サウンジング装置を少なくとも４つ有し、これらのマイクロ波式サウンジング装置は、炉口部の炉壁に対応する位置から４００〜６００ｍｍ離れた炉径方向内側であって、かつ、出銑口の直上を避けた位置に設置されていることを特徴とする。

（２）前記少なくとも４つのマイクロ波式サウンジング装置は、炉周方向に沿って配置されるとともに、配置間隔が略等間隔であることを特徴とする（１）に記載の高炉。

本願発明によれば、高炉装入物の装入を停止する時間ロスを少なくしながら、高炉装入物の高さレベルをより安定的に測定することができる。

高炉の一部における概略図である。 マイクロ波式サウンジング装置の概略図である。 マイクロ波式サウンジング装置と出銑口との位置関係を示す平面図である。 装入物の高さレベルの変化を測定した測定データである。 高炉の一部における概略図である（比較例）。

（高炉炉頂部の構成）
図１は高炉の一部における概略図である。高炉１は、炉頂部１０、炉口部２０、シャフト部３０を含む。炉頂部１０には旋回シュート１１が配置されている。旋回シュート１１は、矢印方向に旋回しながら、鉄鉱石及び塊コークスを交互に層状に装入する。ハッチングは、鉄鉱石及び塊コークスからなる高炉装入物Ｓを示している。

炉頂部１０にはさらにマイクロ波式サウンジング装置４０が設けられている。炉口部２０の内面は、炉口部２０を摩耗から保護するための炉口ライナー２１によって覆われている。この炉口ライナー２１は、摩耗時の交換を可能とするために複数のブロックから構成され、これらのブロックはチェーン２１ａなどによって着脱可能に連結されている。マイクロ波式サウンジング装置４０から送信されるマイクロ波の測定視野に炉口ライナー２１が延出しないように、マイクロ波式サウンジング装置４０を設置する必要がある。

（マイクロ波式サウンジング装置）
図２はマイクロ波式サウンジング装置の概略図である。マイクロ波式サウンジング装置４０は、マイクロ波信号により形成されるマイクロ波ビームを高炉装入物Ｓに向かって送信するとともに、高炉装入物Ｓからのエコーを受信する。マイクロ波式サウンジング装置４０は、電子ユニット部４１を有しており、この電子ユニット部４１は受信した高炉装入物Ｓの反射エコーに基づき高炉装入物Ｓまでの距離を演算する。

ここで、従来のマイクロ波式サウンジング装置は、深度が大きくなるにしたがって、誤差が大きくなり測定精度が悪化する傾向があった。より具体的には、深度２．５ｍ〜１５ｍで±５０ｍｍ、深度１５ｍ〜２５ｍで±１００ｍｍ、深度２５ｍ〜３０ｍで±２５０ｍｍの誤差があった。なお、５０ｍｍはコークス粒子約一つ分のサイズに相当する。

また、従来のマイクロ波式サウンジング装置は、高炉内を浮遊するダストの影響で、測定不能となる場合や、高炉ガス吹き抜け時に飛散する原燃料によって装置が破損する場合があった。

本実施形態の電子ユニット部４１は、高速フーリエ変換解析技術を用いて距離を算出する。これにより、深度２．５〜３０ｍの範囲で測定精度を０．２％以下に高めることができる。

マイクロ波式サウンジング装置４０から送信されるマイクロ波ビームの波長は、３５ＭＨｚ以上に設定されている。これにより、高炉内を浮遊するダストによる影響をより少なくすることができる。すなわち、マイクロ波ビームの波長を３５ＭＨｚ以上に設定することにより、高炉内を浮遊するダストによって測定不能となることを防止できる。

本実施形態のマイクロ波式サウンジング装置４０には、Ｎ_２ガスが吹き込まれるボックス４２が設けられている。ボックス４２は、マイクロ波式サウンジング装置４０と断熱板４３との間に設けられている。ボックス４２の内部に冷却ガスとしてのＮ_２ガスを吹き込むことで、電子ユニット部４１などを冷却することができる。

断熱板４３にはフッ素樹脂を用いることができる。断熱板４３が設けられることで、炉内の熱が電子ユニット部４１に伝熱しにくくなる。断熱板４３の下方には遮断弁４４が設けられている。遮断弁４４は高炉装入物Ｓの高さレベルを検出する際に開かれ、高さレベルの検出しない時に閉塞することができる。したがって、高炉装入物Ｓの高さレベルを常時検出する場合には、遮断弁４４を開き状態に設定しておく必要がある。高さレベルを検出しない場合には、遮断弁４４を閉塞することにより、電子ユニット部４１を炉内の熱から保護することができる。

（マイクロ波式サウンジング装置の取り付け位置）
次に、マイクロ波式サウンジング装置４０の取り付け位置について説明する。図３はマイクロ波式サウンジング装置４０と出銑口５０との位置関係を示す平面図である。同図を参照して、マイクロ波式サウンジング装置４０は、炉周方向に沿って少なくとも４台設けられており、隣接するマイクロ波式サウンジング装置４０の間隔は略等間隔に設定されている。この場合、高炉装入物Ｓの高さレベルは、各マイクロ波式サウンジング装置４０によって測定された距離の平均値とすることができる。

このように、マイクロ波式サウンジング装置４０の設置個数を少なくとも４台とすることで、高さレベルをより正確に測定することができる。すなわち、炉周方向における高さレベルにはバラツキがあるため、測定ポイントを少なくとも４点とし、これらを平均化することで、高さレベルの測定精度を向上させることができる。

また、複数のマイクロ波式サウンジング装置４０は、平面視において、高炉１の出銑口５０を避けた位置に設置されている。すなわち、マイクロ波サウンジング装置４０は、炉周方向に隣接する出銑口５０の間に設けられている。ここで、出銑口５０の直上に分布する高炉装入物Ｓの高さレベルは、出銑口５０から排出される溶銑等の排出速度に応じて変化する場合があるため、高炉の炉内反応とは異なる要因で変化する。したがって、マイクロ波式サウンジング装置４０の検出位置を、出銑口５０を避けた位置に設定する必要がある。これにより、高さレベルをより正確に測定することができる。

再び図１を参照して、各マイクロ波式サウンジング装置４０の炉径方向における設置位置は、炉口２０の炉壁に対応する位置から４００ｍｍ〜６００ｍｍでなければならない。つまり、炉口２０の炉壁からマイクロ波式サウンジング装置４０の設置位置までの炉径方向における距離をＬとしたときに、Ｌは４００ｍｍ以上、かつ、６００ｍｍ以下でなければならない。

マイクロ波式サウンジング装置４０が炉壁に接近しすぎると、測定視野の中に炉口ライナー２１が含まれてしまう。そのため、Ｌは４００ｍｍ以上でなければならない。一方、マイクロ波式サウンジング装置４０が炉壁から離間しすぎると、炉内を噴き上げる還元ガスの流速が速くなり、ダストの巻き上げも大きくなるため、測定精度を低下させる。そのため、Ｌは６００ｍｍ以下でなければならない。

（実施例）
次に、実施例を示して本発明についてより具体的に説明する。図４は高炉装入物Ｓの高さレベルの変化を測定した測定データであり、横軸が時間、縦軸が高さレベルである。実施例を点線で示し、比較例１〜３を実線で示した。なお、高さレベルが下がる（高炉装入物Ｓの高さが低くなる）ほど、縦軸の値は大きくなるものとする。実施例ではマイクロ波式サウンジング装置４０を用いて高さレベルを測定した。サウンジング装置４０を四台設置し、これらのサウンジング装置４０によって測定された高さレベルの平均値を算出した。

各サウンジング装置４０は、隣接する出銑口５０の中間に設置した。炉口２０の炉壁からマイクロ波式サウンジング装置４０の設置位置までの距離Ｌを５００ｍｍに設定した。比較例１では、従来の機械式サウンジング装置を用いて高さレベルを測定した。比較例２では、炉壁からサウンジング装置４０の設置位置までの距離Ｌを６２０ｍｍに設定した。比較例３では、炉壁からサウンジング装置４０の設置位置までの距離Ｌを３８０ｍｍに設定した。

比較例１の場合、Ｔ１、Ｔ５、Ｔ９、Ｔ１３、Ｔ１７の時刻帯において機械式サウンジング装置７００が巻き上げ動作中であるため、高炉装入物Ｓの装入処理は行われなかった。同様に、Ｔ３、Ｔ７、Ｔ１１、Ｔ１５の時刻帯において機械式サウンジング装置７００が巻き下げ動作中であるため、高炉装入物Ｓの装入処理は行われなかった。一方、実施例では巻き上げ、巻き下げ動作が不要であるため、時間ロスがなく連続的に高炉装入物Ｓを装入することができた。つまり、本実施例によれば、Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５、Ｔ１７の時刻帯においても高炉装入物Ｓを装入できるため、時間ロスを少なくできることがわかった。

比較例１の場合、Ｔ２、Ｔ６、Ｔ１０、Ｔ１４の時刻帯は機械式サウンジング装置７００が待機位置に待機中であるため、高炉装入物Ｓの高さレベルを測定することができなかった。一方、実施例ではマイクロ波を送信し続けることで、高炉装入物Ｓの高さレベルを連続的に測定できるため、高さレベルを常時監視することができた。これにより、高炉装入物Ｓの装入中における高炉１内のレベル変化を測定することが可能となる。

比較例２の場合、距離Ｌが６００ｍｍ超となり、炉中央側のダスト巻き上げが大きい領域、つまり、巻き上げられたダストまでの距離を検出してしまうため、実施例の高炉装入物Ｓの高さレベルよりも大きな値となった。

比較例３の場合、距離Ｌが４００ｍｍ未満となり、炉口ライナー２１までの距離を検出してしまうため、実施例の高炉装入物Ｓの高さレベルよりも大きな値となった。なお、実施例１において、Ｔ２´、Ｔ６´、Ｔ１０´、Ｔ１４´の時刻帯は、高炉装入物Ｓを装入している時刻帯であり、ダストの巻き上げが過剰となるため、高炉装入物Ｓの高さレベルが上昇した。また、Ｔ１８の時刻帯は、高炉装入物Ｓの装入が終わり、ダストの過剰な巻き上げが緩和されるため、より正確な高炉装入物Ｓの高さレベルが検出された。

（変形例）
上述の実施形態では、高炉装入物Ｓの高さレベルを検出する検出手段としてマイクロ波式サウンジング装置４０のみを用いたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、マイクロ波式サウンジング装置４０及び従来の機械式サウンジング装置を併用することができる。この場合、機械式サウンジング装置により検出された高さレベルの精度チェックを行うために、マイクロ波式サウンジング装置４０による検出結果を用いることができる。

１：高炉
１０、１００：炉頂部
１１、１１０：旋回シュート
２０、２００：炉口
３０、３００：シャフト部
４０：マイクロ波式サウンジング装置

Claims (3)

1. 炉頂部から装入される高炉装入物に含まれる鉄鉱石を、炉下部から吹き上げる還元ガスを用いて還元し、該還元ガスの流速が炉中央側において速い中心流操業を行う高炉において、
   炉頂部から炉内の高炉装入物に向かってマイクロ波を送信するとともに、受信した高炉装入物の反射エコーに基づき高炉装入物までの距離を演算するマイクロ波式サウンジング装置を少なくとも４つ有し、
   これらのマイクロ波式サウンジング装置は、炉口部の炉壁に対応する位置から４００〜６００ｍｍ離れた炉径方向内側であって、かつ、高炉の軸方向からの平面視において出銑口を避けた位置に設置されており、前記少なくとも４つのマイクロ波式サウンジング装置によって演算された距離の平均値を高炉装入物の炉内における高さレベルとすることを特徴とする高炉。
2. 前記少なくとも４つのマイクロ波式サウンジング装置は、炉周方向に沿って配置されるとともに、配置間隔が略等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の高炉。
3. 炉頂部から装入される高炉装入物に含まれる鉄鉱石を、炉下部から吹き上げる還元ガスを用いて還元し、該還元ガスの流速が炉中央側において速い中心流操業を行う高炉における高炉装入物の高さレベルを測定する測定方法において、
   炉頂部から炉内の高炉装入物に向かってマイクロ波を送信するとともに、受信した高炉装入物の反射エコーに基づき高炉装入物までの距離を演算するマイクロ波式サウンジング装置を、炉口部の炉壁に対応する位置から４００〜６００ｍｍ離れた炉径方向内側であって、かつ、高炉の軸方向からの平面視において出銑口を避けた位置に少なくとも４つ配置し、
   前記少なくとも４つのマイクロ波式サウンジング装置によって演算された距離の平均値を高炉装入物の炉内における高さレベルとすることを特徴とする高炉装入物の高さレベルを測定する測定方法。