JPH03243708A - 高炉炉芯部の計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高炉炉芯部の温度、通気性等の物理特性を間接
的に測定する方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 高炉操業をいかにうまく制御して安定させるかは製鉄業
における重要課題であり、種々の検出ｍ（温度、圧力、
ガスサンプリング等）が配備されている。しかしながら
、炉芯部の検出端はその重要さにもかかわらずシャフト
部ゾンデはと広く利用されていないのが現状である。

例えば、特開昭６１−２５７４０５号、特開昭６３−２
１０２０８号で提案されているように、高炉羽口部から
、画像処理と連結したグラスファイバーを内蔵した、冷
却機構付のプローブを炉芯部に直接挿入し測温する方法
、あるいは、炉芯へのゾンデ挿入抵抗を検知する方法等
の直接測定法がある。また、特開昭５５−１０４４１２
号で提案されているように、高炉の外周に放射線の走査
器と検出群を配置し炉内状況を連続的に監視する方法、
間接測定法が知られている。

［発明がＭ決しようとする課題］ 従来の直接測定法に係わる炉芯ゾンデは羽口部より、炉
内高温部であるレースウェイを通過させて炉芯部ヘゾン
デを直接挿入する方法であるため、装置、装備特に、シ
ール機構が大かがりとなり、また、測定作業自体にも危
険が伴うことから、炉円周方向に数十個配置されている
任意の羽口から簡易に測定することは不可能であった。

また、間接測定法に係わる放射線走査法は鋳床まわりに
対する放射線の遮蔽に装備を要する。

高炉炉況は刻々と変化するものであり、リアルタイムに
炉芯部を検出すると同時に円周方向のバランスも検出す
ることが望まれている。

本発明はかかる問題点に鑑み、炉芯部へ直接挿入するこ
となく、かつ、高炉周囲に外乱を与えることなく、炉内
円周方向の炉芯物理特性を間接的に測定する方法、装置
を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明における第１の発明は、高炉炉芯部の温度、通気
性等の物理特性を計測するに際して、発生させた衝撃波
を導波管を介して炉壁部から炉内に導くと共に衝撃波発
射時刻を測定し、炉芯部を伝播した衝゛撃波を炉壁部複
数点で受信し、これらの衝撃波の減衰率、伝播速度から
炉芯部の物理特性を推定することを特徴とする高炉炉芯
部の計測方法であり、第２の発明は、瞬間的な爆発燃焼
で発生させた衝撃波を用いることを特徴とする請求項１
の方法、第３の発明は、炉外に設けた衝撃波発信器、該
発信器に一端を接続し、他端を炉内に指向させ、発生し
た衝撃波を複数の羽口部より炉内に供給する導波管、複
数の水冷羽口の先端部に内蔵した受信センサー、該各受
信センサーからの受信波形及び各′ａ１ｍ１波発射時刻
を記録する記録計及び受信波形から炉芯部の温度を演算
・表示する演算表示器で構成したことを特徴とする高炉
炉芯部の計測装置である。

［作用及び実施例） 以下、本発明の実施例装置を示す図面を参照しながら具
体的に説明する。

操業中の高炉においては種々の振動が発生し、伝播して
おり、しかも１０ｍを超す炉床径の内部を伝播させるに
は通常の超音波では減衰が大きすぎてうまく測定できな
い、そこで本発明は実験の結果、衝撃波に着目した。

本発明でいう衝撃波とは一般に言われている、縮む媒質
中を伝播する強い圧縮波であって、具体的には例えば、
ガス状燃料等の瞬間的な燃焼、あるいは火薬等の瞬間的
な燃焼を利用して発生させる衝撃波が採用できる。

上記衝撃波は第１図及び第２図に示すように、高炉の炉
外に設けた専用の衝撃波発生装置１で発生させる。後述
するように、衝撃波発生装置１は特定間隔で断続的に衝
撃波を発生する。この衝撃波は発生装置１に連結した導
波管２を通して高炉３の炉芯部の炉壁４から炉内に供給
する。この導波管２は炉芯部に指向して炉壁４に配置す
ればよい。特徴的な設置態様としては、羽口５に設置さ
れている例えば、微粉炭吹き込み用バーナ６の一部を流
用することができる。この方式によって発生させた′ａ
撃波を炉内に供給させる場合は、微粉炭吹き込みを中断
し、微粉炭流路の遮断弁７を閉じておくことにより衝撃
波が羽１口５前方へ伝播するのを促進する。尚、微粉炭
吹き込み用バーナ等流用手段を設置していない羽口５の
場合は、専用の衝撃波導波管２を微粉炭吹き込み用バー
ナと同様の設置態様で配置するものである。

この導波管２設置個数は炉円周方向、等間隔に少なくと
も３個設あるいは炉内円周方向十字状位置４点ａ、ｂ、
ｃ、ｄにそれぞれ設置すればよい。導波管２の設置個数
が増加すると後述する測定精度か高まるものである。

上記導波管２の設置レベルとほぼ同レベルの炉壁４には
炉内円周方向に複数の受信センサー８を配置する。この
受信センサー８は感圧素子で構成されているので、耐熱
対策を考慮した最適の設置態様は、炉周方向に等間隔に
複数設置されている羽口５の先端部に内蔵する。具体的
には羽口５の水冷ジャケット部の先端部に設置する。他
の態様としては、受信センサー８を内蔵した水冷プロー
ブ（図示せず）を羽口５あるいは炉壁４に設置してもよ
い。受信センサー８の設置個数は前記導波管２の対向す
る炉壁面に少なくとも８個設置してあれば測定精度とし
て許容できる。

上記衝撃波発生装置１で発生させた衝撃波を導波管２を
介して炉壁部から炉内に供給すると、衝撃波を発射した
導波管２に直近の受信センサー８は発射と同時に衝撃波
を受信する、また炉周方向に配置されている他の受信セ
ンサー８はその部位に対応した遅れ時間後の衝撃波を受
信する。第２図に示すように、各羽口５に設けた導波管
２及び受信センサー８を用い、衝撃波発射から受信間の
最大遅れ時間後に他の部位にある導波管２を介して衝撃
波を炉内に供給し、受信するという操作を行うことによ
り、特定の導波管２から方向性を持って発射された衝撃
波の波及効果の比較的弱い帯域（衝撃波発射導波管の両
側部域）を次回の操作で補完するので、炉芯部の円周方
向の複数点を測定することができる。

上記操作によって受信されたａＳ波は増幅器９で増幅さ
れ、受信波形として記録計１０に記録され、後述する求
めんとする物理特性に合致した演算をする演算表示器１
１に印加される。

演算表示器１１に印加された各受信波はＣＴスキャニン
グ手法でデータ処理する。具体的には総和法、コンボリ
ューション法、最小二乗法等があるが、円周方向に得ら
れるデータ数があまり多くないので最小二乗法が通して
いる。

例えば、炉芯部の物理特性として、温度分布を求める場
合、一般に気体中の音速Ｖは次式で与えられる。

ｖ＝ｒ「下　　　（１）式 ここで、には比熱比、Ｒはガス定数、Ｔはガス温度であ
る。伝播距離が既知であれば伝播時間よりガス温度を知
ることができる。

ＣＴにおける各投影データは、送信点Ａから受信点Ｂを
区間ｎに分割し、その区間内では伝播速度が一定である
と仮定すると、送信から受信までの伝播時間で。は次式
で表される。

ここで、ｌＩ：区間ｉの伝播距離、Ｔに区間ｌの温度、
ｖ（Ｔ＋）　：区間ｉの伝播速度ｕｌ：区間ｉの気体速
度である。

逆に、送信点Ｂから受信点Ａへの伝播時間をＺＩＩＡと
し、羽口先端部は別として、高炉の炉芯部でのｕｌは■
１に比べて十分中さいと仮定すれば（２）式より、 で表される。

（３）式より炉芯部の温度分布を表す方程式は次のよう
な多次元連立方程式となる。

Ｉｂ　＝＾・Ｙ（５）弐 わは伝播時間の計測値、＾は区間ｉにおける距離、Ｖは
区間ｉのｖｌの逆数で温度ＴＩと（１）式の関係がある
。

ｎ個以上のデータ数があれば（５）式に基づくと、最小
二乗法ではＩＴｏ＝＾・′ｖ）１が最小になる■を求め
、これより温度分布ＴＩを求めることができる。

尚、前記したように高炉内には種々の雑音が発生してお
り、受信波形にノズルが混入するが、炉芯部の温度変化
の周期は長いので前記した測定操作を周期的に繰り返し
、得られた受信波形を加算することでＳ／Ｎ比を上げる
ことができる。パルスゼネレータ１２によって、周期的
かつ順番に衝撃波を発生させるのが好ましい。

物理特性として温度の演算事例に基づいて説明したが、
通気性に対応したｉｇＸ波の減衰率等、他の物理特性を
もとめる場合は特性値に対応した理論式を展開すること
は言うまでもない。

本発明方法を用いて実験用高炉の炉芯温度分布を測定し
た結果を第３図に示す、ガス燃料を瞬間的に燃焼する方
式で発生した衝撃波は高炉円周方向の十字状位置４点の
羽口５から順次３秒間隔で炉内に供給すると共に１５個
の羽口５に内蔵した受信センサー８で受信する操作を１
０回繰り返した。得られた受信波形を演算処理して炉芯
内部温度を求めた結果である。

［発明の効果］ 本発明によると、高炉操業中に短時間に炉芯部の温度分
布等物理特性を間接的に測定できるので、測定した物理
特性情報を操業に直ちに反映させ、その結果を再度測定
することでモニタリングできるので、安定した操業維持
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる装置例の縦断面説明図、第２図
は本発明の概要を示す水平断面説明図、第３図は実験炉
における炉芯部の温度分布を示したモデル図である。 １・・・衝撃波発生装置　　２・・・導波管３・・・高
炉　　　　　　　４・・・炉壁５・・・羽口 ６・・・微粉炭吹き込みバーナ ７・・・遮断弁　　　　　　８・・・受信センサー９・
・・増幅器　　　　　　１０・・・記録器１１・・・演
算表示器　　　　１２・・・パルスゼネレータ他４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高炉炉芯部の温度、通気性等の物理特性を計測する
   に際して、発生させた衝撃波を導波管を介して炉壁部か
   ら炉内に導くと共に衝撃波発射時刻を測定し、炉芯部を
   伝播した衝撃波を炉壁部複数点で受信し、これらの衝撃
   波の減衰率、伝播速度から炉芯部の物理特性を推定する
   ことを特徴とする高炉炉芯部の計測方法。 ２　瞬間的な爆発燃焼で発生させた衝撃波を用いること
   を特徴とする請求項１記載の高炉炉芯部計測方法。 ３　炉外に設けた衝撃波発信器、該発信器に一端を接続
   し、他端を炉内に指向させ、発生した衝撃波を複数の羽
   口部より炉内に供給する導波管、複数の水冷羽口の先端
   部に内蔵した受信センサー、該各受信センサーからの受
   信波形及び各衝撃波発射時刻を記録する記録計及び受信
   波形から炉芯部の温度を演算・表示する演算表示器で構
   成したことを特徴とする高炉炉芯部の計測装置。