JP7017753B2 - Surface profile detection device and operation method of the charge - Google Patents
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Description
本発明は、高炉内の鉄鉱石やコークス、溶融炉内の金属類、焼却炉内のごみ類、ホッパー内の穀物等の貯蔵物(以下、まとめて「装入物」ともいう。)の表面プロフィールを検出する検出装置に関する。また、本発明は、これら装入物の表面プロフィールを基に、装入物を補給して安定な操業を行う方法に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, the surface of a storage material such as iron ore and coke in a blast furnace, metals in a melting furnace, garbage in an incinerator, and grains in a hopper (hereinafter collectively referred to as “charged material”). Regarding a detection device that detects a profile. Further, the present invention relates to a method of replenishing the charged material and performing stable operation based on the surface profile of the charged material.
例えば高炉では、鉄鉱石やコークスの堆積状態を適正にして、炉内のガスの流れを安定させることにより、燃料費低減や炉体の長寿命化が可能となる。適正な堆積状態を得るためには、これら装入物の表面プロフィールを短時間で正確に測定し、予め求めておいた理論的な堆積状態となるように装入物を補給する必要がある。表面プロフィールの測定方法として従来では、図9に示すように、炉壁1を貫通して炉内に挿入されるランス10の先端に装着したアンテナ11から装入物20の表面に向けて検出波M1を発射し、装入物20の表面からの反射検出波M2をアンテナ11で受信し、ミキシングして得られるビート波の周波数により、アンテナ11から装入物20の表面までの距離を測定する方法が一般的であり、ランス10を移動させながら測定することにより装入物20の表面プロフィールを求めている。
For example, in a blast furnace, fuel costs can be reduced and the life of the furnace body can be extended by optimizing the deposition state of iron ore and coke and stabilizing the gas flow in the furnace. In order to obtain an appropriate deposition state, it is necessary to accurately measure the surface profile of these charges in a short time and replenish the charges so that the theoretical deposition state obtained in advance is obtained. Conventionally, as a method for measuring the surface profile, as shown in FIG. 9, a detection wave is detected from an
しかしながら、上記のランス式検出装置では、ランス10が直線状に移動するため、装入物20の線状の表面プロフィール、即ち2次元の表面プロフィールしか得られない。また、ランス10は炉の内径ほどの長さが必要であり、高荷重になるため、炉内に長く挿入しておくと自重により垂れ下がって炉から抜けなくなり、移動の際にもストロークも大きいため、炉外に大きなスペースが必要になる。更に、ランス10を移動させるための駆動ユニットが別途必要であり、設備費や運転コストが高くなる。加えて、装入物の補給に際してランス10が邪魔になるため、プロフィール測定中に装入物を補給することができず、測定した表面プロファイルに応じた迅速な装入操作ができない。
However, in the above-mentioned lance type detection device, since the
そこで本出願人は、図10に示すように、 検出波送受信手段31のアンテナ32と、反射板33とを対向配置した検出装置30を提案している。この検出装置30では、反射板33が、高炉1の炉内側への傾斜角度Xが可変であり、更には、アンテナ32の開口部の中心を通るアンテナ軸線を中心にした回動角度Yも可変であり、傾斜角度Xと回動角度Yとを制御することにより、図中符号Mで示す検出波は、装入物20の表面を同心円状、あるいは螺旋状に走査することができ、3次元表面プロフィールを検出することができる。しかも、反射板33の傾斜角度X及び回動角度Yを高速で可変できるため、短時間で測定可能である。
Therefore, as shown in FIG. 10, the applicant proposes a
しかしながら、特許文献1に記載された検出装置30では、傾斜角度Xと回動角度Yとを同時に、かつ、正確に、高速で制御しなければならず、傾斜角度X及び回動角度Yの制御に用いる反射板33の駆動装置や制御装置への負担も大きい。
However, in the
そこで本発明は、反射板並びにその駆動装置や制御装置を備えることなく、簡易な装置構成でありながらも、装入物の表面プロフィールを3次元的に検出できる検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a detection device capable of three-dimensionally detecting the surface profile of an object, even though it has a simple device configuration, without providing a reflector and a drive device or control device thereof. do.
上記課題を解決するために本発明は、下記の装入物の表面プロフィール検出装置及び操業方法を提供する。
(1)容器の頂部近傍の開口から、容器内の装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置において、
前記検出波の発振及び検波を行うための送受信器と、前記送受信器ごとに接続するアンテナとを備える1つまたは複数の送受信手段と、
前記アンテナを前記開口に向けて取り付けた回転板と、
前記回転板の中心に取り付けられた回転軸と、
前記回転軸を、その軸線を中心に回動させるための駆動源とを備えるとともに、
前記回転板を回動させながら前記送受信手段による送受信を行い、前記装入物の表面を円に沿って線状に走査することを特徴とする装入物の表面プロフィール検出装置。
(2)前記アンテナの軸線と、前記回転軸の軸線との交差角度が可変であることを特徴とする上記(1)記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(3)前記送受信器が複数であり、それぞれ異なる前記スリットに取り付けられており、前記検出波による前記装入物の表面を走査する走査円の直径が互いに異なっていることを特徴とする上記(1)または(2)記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(4)前記送受信器が複数で、それぞれの前記アンテナにて同時に検出波の送受信を行うことを特徴とする上記(1)~(3)の何れか1項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(5)前記送受信手段が無線信号伝送器と接続しており、送受信情報を無線により外部と通信することを特徴とする上記(1)~(4)の何れか1項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(6)前記検出波が、マイクロ波またはミリ波であることを特徴とする上記(1)~(5)の何れか1項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(7)前記開口と前記回転板との空間に、前記開口及び前記回転板の両方に対向する反射板を、配置したことを特徴とする上記(1)~(6)の何れか1項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(8)前記容器が高炉、溶融炉、焼却炉またはホッパーであることを特徴とする上記(1)~(7)の何れか1項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
(9)上記(1)~(8)の何れか1項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置を用いて装入物の表面プロフィールを測定し、前記表面プロフィールを基に前記装入物を補給することを特徴とする操業方法。
尚、以降において、装入物の表面プロフィール検出装置を「検出装置」と略称することがある。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following surface profile detection device and operation method for the charged material.
(1) A detection wave is transmitted from an opening near the top of the container toward the surface of the charge in the container, and the detection wave reflected on the surface of the charge is received and the charge is received. In a detector that detects a surface profile
A transmitter / receiver for oscillating and detecting the detected wave, and one or more transmitter / receiver means including an antenna connected to each transmitter / receiver.
A rotating plate with the antenna attached toward the opening, and
The rotating shaft attached to the center of the rotating plate and
The rotation axis is provided with a drive source for rotating the axis around the axis, and is provided with a drive source.
A device for detecting a surface profile of a charge, which transmits and receives by the transmission / reception means while rotating the rotating plate, and scans the surface of the charge linearly along a circle.
(2) The surface profile detection device for a charge according to (1) above, wherein the crossing angle between the axis of the antenna and the axis of the rotation axis is variable.
(3) The above-mentioned (3), wherein the transmitter / receiver is a plurality of transmitters / receivers, each of which is attached to a different slit, and the diameters of scanning circles scanning the surface of the charged object by the detected wave are different from each other (3). The surface profile detection device for the charge according to 1) or (2).
(4) The surface profile of the charge according to any one of (1) to (3) above, wherein the transmitter / receiver has a plurality of transmitters / receivers, and the detection waves are simultaneously transmitted / received by the respective antennas . Detection device.
( 5 ) The charge according to any one of (1) to ( 4 ) above, wherein the transmission / reception means is connected to a wireless signal transmitter and the transmission / reception information is wirelessly communicated with the outside. Surface profile detector.
( 6 ) The surface profile detection device for a charge according to any one of (1) to ( 5 ) above, wherein the detection wave is a microwave or a millimeter wave.
( 7 ) In any one of the above (1) to ( 6 ), wherein a reflector facing both the opening and the rotating plate is arranged in the space between the opening and the rotating plate. The surface profile detector for the described charge.
( 8 ) The surface profile detection device for a charge according to any one of (1) to ( 7 ) above, wherein the container is a blast furnace, a melting furnace, an incinerator or a hopper.
( 9 ) The surface profile of the charge is measured using the surface profile detection device of the charge according to any one of (1) to ( 8 ) above, and the charge is based on the surface profile. An operating method characterized by replenishing.
Hereinafter, the surface profile detection device of the charged material may be abbreviated as "detection device".
本発明によれば、簡易な装置構成でありながらも、装入物の表面プロフィールを3次元的に検出できる検出装置が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is provided a detection device capable of three-dimensionally detecting the surface profile of an object, even though it has a simple device configuration.
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明するが、ここでは高炉を例にして説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but here, a blast furnace will be described as an example.
(第1実施形態)
図1は本発明の検出装置を、高炉1の軸線に沿って示す概略断面図であり、図2は図1のAA矢視図である。高炉1には、装入物である鉄鉱石とコークスとが、交互に層をなして堆積している。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the detection device of the present invention along the axis of the
本発明の検出装置は、送受信手段100と、送受信手段100を取り付けた回転板120と、回転板120を回動させるための駆動源130とを備えており、高炉1の炉頂近傍の開口2に設置される。
The detection device of the present invention includes a transmission / reception means 100, a
回転板120は、図2に示すように円板であり、その中心に駆動源130の回転軸131が取り付けられている。回転軸131は、その軸線を中心にして駆動源130により図中矢印Rで示すように回動し、それに伴って回転板120も同方向に、回転軸131を中心に回動する。また、回転軸131にはエンコーダ140が連結しており、回転軸131の回動角度がエンコーダ140により検出される。
As shown in FIG. 2, the
送受信手段100は、検出波Mの発振及び検波を行うための送受信器101と、送受信器101に接続するアンテナ102とを備えており、アンテナ102を高炉1の開口2に向けて回転板120のスリット121(図2参照)に取り付けられている。尚、図示の例では、送受信器101とアンテナ102とが直結しているが、送受信器101を回転板120の板上適所に配置し、導波管や同軸ケーブルでアンテナ102と接続してもよい。
The transmission / reception means 100 includes a transmitter /
検出波Mとしては、炉内が高温で、浮遊物も多く存在していることなどからマイクロ波やミリ波を用いることが好ましい。特に、ミリ波はマイクロ波よりも波長が短く、指向性が高いことなどから好ましい。 As the detection wave M, it is preferable to use a microwave or a millimeter wave because the temperature inside the furnace is high and a large amount of suspended matter is present. In particular, millimeter waves are preferable because they have a shorter wavelength and higher directivity than microwaves.
検出波Mの送受信は、例えばFM-CW方式で行うことができる。即ち、図1に示すように、送受信器101で発振された検出波Mはアンテナ102から送信され(送信波)、開口2を通じて炉内へと送られた後、装入物20の表面で反射され、その反射波がアンテナ102に入射して送受信器101で検波され、送信波と反射波との周波数差(ビート周波数)からアンテナ102と装入物20の表面との間の距離が測定される。従って、駆動源130により回転板120を回転させながら送受信手段100による検出波Mの送受信を行うことにより、図3に示すように、検出波Mは装入物20の表面を円に沿って走査し、走査円Sの各位置において装入物20による反射波を検出し、走査円Sに沿った装入物20までの距離情報が得られる。一方、エンコーダ140により回転軸131の回動角度が検出されるため、走査円S上の検出波Mの位置情報が得られる。そして、距離情報と位置情報とから、装入物20の表面プロフィールとして、走査円Sに沿った堆積高さのプロフィールが得られる。
The detection wave M can be transmitted and received by, for example, the FM-CW method. That is, as shown in FIG. 1, the detection wave M oscillated by the transmitter /
図3に示す走査円Sの直径は、任意に変えることができる。例えば、図1に示すように、検出波Mの伝搬軸と、回転軸131の軸線Cとがなす交差角度θにより変えることができる。アンテナ102から送信される検出波Mの伝搬軸は、アンテナ102の開口中心Acを通る線(アンテナ軸線)と一致すると見做せるため、回転板120にアンテナ102を取り付ける際に、アンテナ軸線の回転板120への傾斜角度θAを調整する。
The diameter of the scanning circle S shown in FIG. 3 can be arbitrarily changed. For example, as shown in FIG. 1, it can be changed by the crossing angle θ formed by the propagation axis of the detection wave M and the axis C of the
また、回転板120は、図4に示すように、断面が円弧状で、その半径に沿ってスリット121が形成されたものでもよい。この湾曲した回転板120は、駆動源130側が凸となるように設置される。スリット121にはアンテナ102が取り付けられるが、取付位置におけるスリット121の接線Kと、アンテナ軸線とが垂直、即ちアンテナ102の回転板120への傾斜角度θA′が90°の状態で取付けてもよい。この場合も、アンテナ軸線と回転軸131の軸線Cとの交差角度θが、アンテナ102のスリット121への取付位置により変わり、走査円Sの直径を変えることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the
上記では検出波Mを一本の直線で示したが、実際には検出波Mはある広がりをもってアンテナ102から送信されるため、装入物20以外、例えば図1に示す開口2の周壁2aや側壁1aでも反射され、その反射波が検出される。また、装入物20の表面でも、走査円Sの周辺の装入物以外の物体(例えばランス)による反射波が検出されることがある。そこで、例えば「メディアンフィルタ処理」と称される補正を行うことが好ましい。
In the above, the detection wave M is shown by a single straight line, but since the detection wave M is actually transmitted from the
このメディアンフィルタ処理は、測定値(a、b、・・・、m、n)を小さい値から大きな値に順に並べ、その中間値をXとするとき、各測定値と中間値Xとの差分(a-X、b-X、・・・m-X、n-X)を求め、差分が予め設定した閾値よりも大きい測定値(例えばaとm)を削除して新たな集合を作り、この新たな集合を実際の測定値として取り扱う手法である。本発明でもメディアンフィルタ処理することにより、本来の走査円上の高さよりも極端に高い、または低いものの測定値を除くことができる。 In this median filtering process, when the measured values (a, b, ..., M, n) are arranged in order from a small value to a large value and the intermediate value is X, the difference between each measured value and the intermediate value X. (A-X, b-X, ... m-X, n-X) are obtained, and the measured values (for example, a and m) whose difference is larger than the preset threshold value are deleted to create a new set. This is a method of treating this new set as an actual measured value. Also in the present invention, by performing the median filter processing, it is possible to remove the measured values that are extremely higher or lower than the height on the original scanning circle.
再び図1を参照して説明すると、上記の送受信手段100による距離情報を、回転板120に取付けた無線信号伝送装置150で外部の演算回路(図示せず)に伝送するとともに、気密容器160に付設した無線信号伝送装置150により回転軸131の位置情報を演算回路に伝送することもできる。また、外部の制御手段(図示せず)からの送受信器101や回転軸131の動作を制御する制御信号を受信する。回転演算手段送受信手段100は回転板120とともに回転するため、無線伝送することにより、距離情報を演算回路に送るための配線が不要になる。
To explain again with reference to FIG. 1, the distance information by the transmission / reception means 100 is transmitted to an external arithmetic circuit (not shown) by the wireless
上記の送受信手段100や回転板120等の各部品は、耐熱耐圧性の気密容器160に収容される。回転板120は、その円周端部を支持板161により摺動可能に支持してもよい。
Each component such as the transmission / reception means 100 and the
気密容器160は高炉1の開口2に取り付けられるが、この開口2を通じて、炉内の浮遊物や鉄鉱石片、コークス片が侵入する。そこで、検出波Mを透過する材料、例えばセラミック製の非通気性の隔壁170で開口2を塞ぐことが好ましい。また、隔壁170に浮遊物等が付着するため、開口2側にセラミック製のフィルタ180を付設し、気密容器160の取付部162に設けた貫通孔163を通じて隔壁170とフィルタ180との間の空間に窒素ガス(N2)等を供給し、炉内側に噴出させてもよい。尚、フィルタ180としては、例えば、宇部興産株式会社製の「チラノ繊維」からなる織布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、酸素から成るセラミックス繊維である。
The
(第2実施形態)
上記の第1実施形態は、検出波Aによる走査円Sが一つの場合であるが、走査円Sを複数の同心円にすることにより、走査線Sに沿った堆積高さのプロフィールが複数得られ、各々のプロフィールを合成することで、装入物20の表面プロフィールをより正確に知ることができる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, there is only one scanning circle S due to the detection wave A, but by making the scanning circles S a plurality of concentric circles, a plurality of profiles of the deposition height along the scanning lines S can be obtained. , By synthesizing each profile, the surface profile of the
本実施形態では、図7に示すように、検出波Mによる走査円Sを3つの同心円Sa、Sb、Scとする場合を例にして説明する。その装置構成を図5に、図1に従って示すが、ここでは送受信手段100、回転板120及び駆動源130の周辺についてのみ記載して説明する。図示されるように、回転板120には3つの送受信手段100a、100b、100cが取り付けられている。3つの送受信手段100a、100b、100cでは、それぞれのアンテナ102a、102b、102cから3つの検出波Ma、Mb,Mcが送信されるが、それぞれ回転軸131の軸線Cとの交差角度θが異なっており、送受信手段100aにおける検出波Maとの交差角度をθa、送受信手段100bにおける検出波Mbとの交差角度をθb、送受信手段100cにおける検出波Mcとの交差角度をθcとする。尚、図の例では、回転軸131の軸線Cと、検出波Ma,Mb、Mcとの交差位置が異なっているが、同一になるようにアンテナ102a、102b、102cの回転板120との傾斜角度を調整してもよい。これにより、開口2の開口面積を小さくすることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a case where the scanning circle S by the detection wave M is three concentric circles Sa, Sb, and Sc will be described as an example. The apparatus configuration is shown in FIG. 5 according to FIG. 1, but here, only the periphery of the transmission / reception means 100, the
また、図6に示すように、回転板120には、面上を3等分する位置にそれぞれスリット121a、121b、121cが形成されており、各スリットそれぞれに送受信手段100a、100b、100cのアンテナ102a、102b、102cが取り付けられている。その際、回転板120が平坦な円板である場合には、同図の点線で示す同一円上にて、各送受信手段のアンテナ102a、102b、102cを、それぞれの交差角度θa、θb、θcとなるように角度調整して取り付ける。また、図4に示したように、回転板120が湾曲面の場合は、スリット121a、121b、121cへのアンテナ102a、102b、102cの取付位置、即ち回転軸131からの離間距離を互いに変えればよい。
Further, as shown in FIG. 6, the
図7に示すように、3つの送受信手段100a、100b、100cがそれぞれ、互いに直径の異なる3つの走査円Sa、Sb、Scにて装入物20の表面を走査するため、装入物20の堆積状態をより正確に知ることができる。
As shown in FIG. 7, since the three transmission / reception means 100a, 100b, and 100c scan the surface of the
尚、3つの送受信手段100a、100b、100cによる走査は、3つ同時でもよいし、スイッチにより切り替えて順に行うこともできる。即ち、図5に示すように、送受信器101a、101b、101cのそれぞれにアンテナ102a、102b、102cを接続して送受信手段100a、100b、100cとして同時に送受信してもよいし、図示は省略するが、送受信器101を一つとし、アンテナ102a、102b、102cを接続してスイッチでアンテナを切替えて送受信を順に行うこともできる。
It should be noted that the scanning by the three transmitting / receiving means 100a, 100b, 100c may be performed simultaneously, or may be switched by a switch and performed in order. That is, as shown in FIG. 5,
(第3実施形態)
上記の第1実施形態及び第2実施形態はともに、高炉1の開口2の直上に検出装置を設置した状態を示しているが、炉内からの熱を避けるために、図8に示すように、開口2の直上に、開口2に対して例えば45°傾斜する金属製の反射板200を設置し、反射板200と検出装置とを対向配置することもできる。尚、図8は、図1に示す検出装置を用いた場合を示す。また、図5に示すように複数の走査円Sa、Sn、Scで走査する検出装置を用いることもできる。
(Third Embodiment)
Both the first embodiment and the second embodiment described above show a state in which the detection device is installed directly above the
図示される検出装置においても、送受信手段100のアンテナ101から送信される検出波は、図中Mで示すように、反射板200で反射されて開口2を通じて炉内へと進み、装入物(図示せず)の表面で反射されて、その反射波が反射板200で反射して送受信手段100へと至り、受信される。
Also in the illustrated detection device, the detection wave transmitted from the
以上、本発明に関して高炉1における装入物20、即ち鉄鉱石やコークスの表面プロフィールの検出装置について説明したが、この検出装置はそのままの構成で、溶融炉における溶融金属の表面プロフィール、焼却炉におけるごみの表面プロフィール、ホッパーにおける穀物等の各種貯蔵物の表面プロフィールの検出にも応用することができる。
The present invention has described the
(操業方法)
本発明はまた、上記の検出装置で検出した装入物の表面プロフィールを、安定した高炉1等の操業を行うのに適した理論上の表面プロフィールに近づけて装入物の補給を行い、より安定した操業を行うことを含む。
(Operation method)
The present invention also replenishes the charge by bringing the surface profile of the charge detected by the above detection device closer to the theoretical surface profile suitable for stable operation of the
例えば、高炉1では、検出装置で検出した表面プロフィールを基に、理論堆積状態よりも少ない箇所には多く、多い箇所には少なく鉄鉱石やコークスを補給して操業を行う。
For example, in the
1 高炉
2 開口部
20 装入物
100、100a、100b、100c 送受信手段
101、101a、101b、101c 送受信器
102、102a、102b、102c アンテナ
120 回転板
121、121a、121b、121c スリット
130 駆動源
131 回転軸
140 エンコーダ
150 無線信号伝送装置
160 気密容器
170 隔壁
200 反射板
1
Claims (9)
前記検出波の発振及び検波を行うための送受信器と、前記送受信器ごとに接続するアンテナとを備える1つまたは複数の送受信手段と、
前記アンテナを前記開口に向けて取り付けた回転板と、
前記回転板の中心に取り付けられた回転軸と、
前記回転軸を、その軸線を中心に回動させるための駆動源とを備えるとともに、
前記回転板を回動させながら前記送受信手段による送受信を行い、前記装入物の表面を円に沿って線状に走査することを特徴とする装入物の表面プロフィール検出装置。 A detection wave is transmitted from an opening near the top of the container toward the surface of the charge in the container, and the detection wave reflected on the surface of the charge is received to obtain a surface profile of the charge. In the detection device to detect
A transmitter / receiver for oscillating and detecting the detected wave, and one or more transmitter / receiver means including an antenna connected to each transmitter / receiver.
A rotating plate with the antenna attached toward the opening, and
The rotating shaft attached to the center of the rotating plate and
The rotation axis is provided with a drive source for rotating the axis around the axis, and is provided with a drive source.
A device for detecting a surface profile of a charge, which transmits and receives by the transmission / reception means while rotating the rotating plate, and scans the surface of the charge linearly along a circle.
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