JPH06330125A - 高炉炉芯部測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高炉炉芯部の温度、通気性などの物理特性を
精度良く二次元画像データとして間接的に計測する。 【構成】 高炉中心の周方向に等角度α度ピッチで配置
された羽口部を介して、音波発振装置から無指向性の低
周波数の音波を炉内に順番に発信する毎に、音波発信羽
口部に対向する羽口部の受信センサーにより受信される
音波の伝播経路を中心に、（（１８０／α）−１）・２
／π＋１≧Ｍ＞（（１８０／α）−１）・２／πを満足
するＭ個で、かつ各音波伝播経路のなす角がα／２度の
倍数となるように音波受信センサーを選択する。再構成
演算される高炉炉芯部の物理特性相対値の二次元分布像
の画素数Ｍ×Ｍ個を変化させることなく、高炉炉芯部広
域を測定する際には再構成演算領域を大きくし、中心領
域を高い分解能で測定する際には小さくするように音波
伝播データを収集することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高炉炉芯部の温度、
通気性などの物理特性を間接的に計測する装置に関す
る。

【０００２】

【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、数々の検出端
（温度、圧力、ガスサンプリングなど）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ほど広く利用されていないの
が現状である。

【０００３】例えば、特開昭６１−２５７４０５号公
報、特開昭６３−２１０２０８号公報で記載されている
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、ゾンデ挿入抵抗を検
知する方法など直接測定法がある。また、特開平３−２
４３７０８号公報で記載されているように、高炉の炉外
から音波を炉内に伝播させ、複数の伝播方向での伝播時
間を炉内あるいは炉外に設置した音波受信センサーで受
信し、各伝播経路上での平均音速を求め、ＣＴスキャニ
ング手法でデータ処理することにより、これら各経路の
平均音速を満たすような温度分布を演算して求める方法
など間接測定法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の直接測定法に係
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へ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がかりとな
り、また、測定作業自体にも危険が伴うことから、炉の
円周方向に数十個配置されている任意の羽口から容易に
測定することは不可能であった。

【０００５】また、従来の間接測定法では、羽口に設置
した受信センサーの個数で伝播経路が決定されてしまう
ので、むやみにデータ数を多くしてもＣＴ再構成計算誤
差を改善することができない、あるいは円周方向に得ら
れるデータ数が少なくなり、物理特性値を再構成したと
きにその値が不正確になってしまうという問題があっ
た。また羽口の個数により炉内を伝播した後の音波伝播
データの個数も限られたものとなるために、物理特性値
分布を表示するＣＴ画像の画素数も制限され画素サイズ
も大きくなることから、空間分解能の劣るＣＴ画像しか
得ることができず、炉芯挙動を把握するのに重要な炉芯
中心部分を正確に計測することができない問題もあっ
た。高炉炉内の状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二次元で定量的に
温度分布等の物理特性を把握することが望まれている。

【０００６】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、高炉炉芯部の物理特性を高空間分解能な二次元
画像データとして間接的に測定する装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的は、本発明に
よれば、高炉中心から等角度α度で配置された複数の羽
口部を有する高炉の炉外に設置した音波発生装置で、羽
口部より炉内に向けて音波を発信し、羽口部に設置され
た音波受信センサーによって、高炉内部を伝播後の音波
波形および音波伝播時間を検出することにより、該高炉
炉芯部における物理特性の二次元分布像を再構成するた
めの音波伝播データを得る高炉炉芯部測定装置におい
て、無指向性の低周波数の音波を音波発信装置により各
羽口部を介して炉内に走査しながら発信する毎に、音波
の発信される羽口部に対向した羽口部の音波受信センサ
ーにより受信される音波の伝播経路を中心に、（（１８
０／α）−１）・２／π＋１≧Ｍ＞（（１８０／α）−
１）・２／πを満足し、かつ各音波の伝播経路のなす角
がα／２度の倍数となるようにＭ個の音波受信センサー
を選択する手段を設け、再構成演算される高炉炉芯部
の、相対的な物理特性値の分布像のＭ×Ｍ個の画素数を
変化させることなく、再構成演算領域の大きさを任意に
変化させるように、音波伝播データを収集することを特
徴とする高炉炉芯部測定装置を提供することにより達成
される。特に、任意に選んだ一つの羽口部よりプローブ
を炉芯部に直接挿入し、高炉炉芯部における任意の一点
の補正用物理特性値を計測する手段を設け、得られる物
理特性相対値分布から物理特性値分布像を得ると良い。

【０００８】

【作用】本発明に係る高炉炉芯部測定装置は、上記の構
成によって、無指向性の低周波数の音波を、音波発信装
置から各羽口部を介して炉内に順番に発信することがで
きる。ある１つの羽口部の音波発信装置により炉内に発
信された音波の伝播経路が、その羽口部に対向した羽口
部の音波受信センサーにより受信される音波の伝播経路
を中心に、各音波の伝播経路のなす角が等間隔となり、
かつ次式

【０００９】

【数１】（（１８０／α）−１）・２／π＋１≧Ｍ＞
（（１８０／α）−１）・２／π を満足するＭ個の音波受信センサーが選択される。

【００１０】以下に本発明によって再構成演算誤差が小
さくなる原理を説明する。回転走査数Ｎは、高炉中心か
ら等角度α度で羽口部が配置されていて、再構成演算に
Ｎ＝１８０／αの個数が必要であることから

【００１１】

【数２】（π／２）・Ｍ＋１−（π／２）≦Ｎ＜（π／
２）・Ｍ＋１ を満足する。

【００１２】一方、一回の音波発信により得られる音波
伝播データ数がＭ個であることからサンプリング間隔を
Δｒ、最大サンプリング数をｒmaxとすると、再構成演
算においては、

【００１３】

【数３】Ｍ＝２ｒmax／Δｒ＝４ｒmax・ｆmax の関係がある。但し、最高空間周波数をｆmaxとする
と、サンプリング定理から、Δｒ＝１／２ｆmaxであ
る。

【００１４】また、再構成演算誤差を少なくするために
は、最適回転走査数をＮopとしたときには、

【００１５】

【数４】

【００１６】を満たす必要があることが解析的に求めら
れている。

【００１７】本発明によれば一回の音波発信毎に、数１
式を満たすようにＭ個の音波伝播データを得ることがで
きるので、数２、数３、数４の各式により、Ｎop−（π
／２）≦Ｎ＜Ｎopとなり、回転走査数Ｎと最適回転走査
数Ｎopのずれは小さくなる。すなわち、Ｍ×Ｍ個の画素
数の高炉炉芯部物理特性の二次元分布像の誤差を小さく
することが可能となる。

【００１８】また、本発明によれば、高炉炉芯部の広域
を計測する際には、音波発信装置により一回音波が炉内
に送信される毎に、高炉の羽口数の範囲内で、各伝播経
路のなす角がα／２度の倍数の最大値を満たすＭ個の音
波受信センサーを選択することで、伝播経路が重畳する
領域である再構成演算領域を広範囲とし、画素数Ｍ×Ｍ
個で高炉炉芯部の広範囲な物理特性の二次元分布像を得
ることができる。

【００１９】さらに、高炉炉芯部の中心領域を高い分解
能で計測する際には、各伝播経路のなす角度をα／２度
とし、Ｍ個の音波受信センサーを選択することで、高炉
炉芯部中心部のみを再構成演算領域とし、Ｍ×Ｍ個の画
素数で、最小の画素サイズで物理特性の二次元分布像を
得ることができる。

【００２０】上記の物理特性の二次元分布像において
は、再構成演算領域が炉内全域よりも小さく、音波伝播
データの重畳しない領域（円周方向）を含めて再構成し
ていることから、相対値の分布を示している。したがっ
て、羽口部よりプローブを炉芯部に直接挿入し、高炉炉
芯部における任意の一点の物理特性を測定する手段によ
り、再構成演算領域内の補正用測定点の物理特性の絶対
値を得れば、補正用物理特性の絶対値を基準に、容易に
絶対値の二次元分布像へ補正することができる。

【００２１】

【実施例】以下に本発明による高炉炉心部測定装置の一
実施例について図面を参照して詳細に説明する。

【００２２】図１において、その物理特性データの二次
元分布を定量的に測定しようとする炉内の例えば直径１
０ｍの高炉断面Ａが示されている。図の高炉断面Ａは、
説明を容易にするために、その中心の周方向に等角度
（α＝２２．５度）ピッチで１６個の羽口部１１〜２６
を配置された例を示している。しかし、この発明は羽口
部の数量に限定されず、如何なる羽口数、形状を有する
高炉でも適用される。

【００２３】図１において、高炉炉下部断面内に音波を
伝播させる音波発生装置１１ａ〜２６ａが各羽口部に設
置されている。また高炉炉下部断面内を伝播した音波を
受信する音波受信センサー１１ｂ〜２６ｂが各羽口部１
１〜２６に設置されている。

【００２４】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を越す炉内に音波を
伝播させるには、強い圧縮波である衝撃波を使用するの
が望ましい。したがって、音波発生装置１１ａ〜２６ａ
としてはガス状燃料などの瞬間的な燃焼、あるいは火薬
などの瞬間的な燃焼を利用する装置が適している。ま
た、音波受信センサー１１ｂ〜２６ｂには、音波伝播の
効率が良くかつ伝播方向が広がっている５〜２００Ｈｚ
の周波数に感度域があり、かつ増幅器を有するマイクロ
フォンなどが適している。

【００２５】高炉炉下部を広範囲に計測する場合の音波
伝播データは以下のように収集される。

【００２６】まず、計測に使用する音波発生装置と音波
受信センサーを選択するために、コンピュータから発信
側スキャナ２および受信側スキャナ３に、それぞれスキ
ャン信号３１、３２が送られる。

【００２７】例えば、音波発生装置１１ａを指定した場
合には、コンピュータ１は、音波の発信される羽口１１
に対向した羽口部１９を中心に数１式を満足するＭ個
（５個）で、かつ高炉の羽口数１６個の範囲内で、伝播
経路のなす角が２２．５／２（＝１１．２５度）の最大
値３３．７５（＝１１．２５×３）度間隔となるように
スキャン信号３２を送る。したがって、音波受信センサ
ー１３ｂ、１６ｂ、１９ｂ、２２ｂ、２５ｂの５個が選
択される。図１では、音波発生装置１１ａからの音波が
それぞれの音波受信センサーで受信される状況を破線の
矢印で示してある。

【００２８】次に、音波発生装置１１ａでは、発信側ス
キャナ２より送られた発信信号４１を受けると、音波を
炉内へ発信する。発信された音波が炉内を伝播後、選択
された音波受信センサーに受信され、その受信信号４２
が受信側スキャナ３を経て波形測定装置４へ送られる。

【００２９】波形測定装置４では、音波が発信した時点
より、受信信号が入力される迄の時間、すなわち音波伝
播時間と、この時の受信音波波形データを測定し、測定
された音波伝播時間と受信波形データをコンピュータ１
に送る。コンピュータ１は、音波伝播データとしてメモ
リーに蓄積する。

【００３０】一つの音波伝播データが収集されると、コ
ンピュータ１から発信側スキャナ２および受信側スキャ
ナ３にスキャナ信号３１、３２が送られ、音波発信装置
の指定を１２ａ、１３ａ、…２６ａと順次切り替えて、
以下同一動作が行われる。以上の音波伝播データ収集に
おいては、回転走査数Ｎ＝８であり、数３、数４式より
得られる最適回転走査数Ｎop＝８．８であることから、
ずれが小さく、誤差の少ない再構成演算を可能とする。

【００３１】全てのスキャンが完了すれば、図１の例で
は８０個の音波伝播データが収集され、コンピュータ１
のメモリーに蓄積され、斜線で示した高炉炉芯部広域で
ある再構成領域６０がコンボリューション法により再構
成演算され、温度分布、紛率分布などの物理特性値の分
布像が画素数５×５、画素サイズ約２０ｃｍで出力装置
５に示すことができる。但し、得られる二次元物理特性
分布は、再構成領域外の音波伝播データを含めて再構成
されていることから相対値の分布像である。

【００３２】物理特性の絶対値の分布像は、前記の相対
値の分布像から、高炉炉芯部における任意の一点の物理
特性を測定することで求めることができる。つまり、羽
口部よりプローブを炉芯部に直接挿入し、高炉炉芯部に
おける任意のＣＴ再構成領域内の補正用測定点７０にお
ける温度、紛率など物理特性の絶対値を得ることで、得
られた物理特性の絶対値と補正用測定点７０上の相対値
を一致させるように補正することで容易に絶対値の二次
元分布像を得ることが可能となる。

【００３３】次に、高炉炉芯部の中心領域を高い分解能
で測定する場合について図２を参照して説明する。図２
の構成は図１と同様であり、同一部分に同一符号を付し
てその構成の説明を省略する。

【００３４】例えば、音波発生装置１１ａを指定した場
合、コンピュータは、音波の発信される羽口１１に対向
した羽口１９を中心に数１式を満足するＭ個（５個）
で、かつ高炉の羽口数１６個の範囲内で、伝播経路のな
す角が２２．５／２（＝１１．２５度）度間隔となるよ
うにコンピュータはスキャン信号を送る。したがって、
音波受信センサー１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、２０ｂ、２
１ｂの互いに隣接した５個が選択される。図２では、音
波発生装置１１ａからの音波がそれぞれの音波受信セン
サーで受信される状況を破線の矢印で示してある。以下
前述した同一動作が行われ、全てのスキャンが完了すれ
ば、８０個の音波伝播データが収集され、コンピュータ
のメモリーに蓄積され、斜線で示した高炉炉芯部の中心
領域である再構成領域６１がコンボリューション法によ
り再構成演算される。したがって、温度分布、紛率分布
などの相対的な物理特性値の分布像が画素数５×５であ
りながら、画素サイズを例えば約１０ｃｍで得ることが
可能となり、中心領域を高い位置分解能で測定し得る。
さらに前述したのと同様に、相対的な物理特性値の分布
像から絶対値の分布像への補正も容易に行うことができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、炉
内を伝播させた音波の波形および音波伝播時間を利用し
て高炉炉芯部の二次元物理特性分布情報を得る高炉炉芯
部測定装置に関して、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精度良く測定でき、また高
炉炉芯部中心領域における物理特性の二次元分布を高分
解能で測定できる高炉炉芯部測定装置を提供できるの
で、得られる物理特性情報をモニタリングでき、安定し
た操業維持に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である炉芯炉下部測定装置の
概要を示す水平断面説明図である。

【図２】本発明の上記炉芯炉下部測定装置において、炉
芯中心部分を計測する場合の水平断面説明図である。

【符号の説明】

１ コンピュータ ２ 発信側スキャナ ３ 受信側スキャナ ４ 波形測定装置 ５ 表示装置 １１〜２６ 高炉羽口部 １１ａ〜２６ａ 音波発信装置 １１ｂ〜２６ｂ 音波受信センサー ３１、３２ スキャン信号 ４１ 音波発信信号 ４２ 音波受信信号 ６０、６１ 再構成演算領域 ７０ 補正用測定点 Ａ 高炉炉下部断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 育野 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉中心から等角度α度で配置された複
   数の羽口部を有する高炉の炉外に設置した音波発生装置
   で、羽口部より炉内に向けて音波を発信し、羽口部に設
   置された音波受信センサーによって、高炉内部を伝播後
   の音波波形および音波伝播時間を検出することにより、
   該高炉炉芯部における物理特性の二次元分布像を再構成
   するための音波伝播データを得る高炉炉芯部測定装置に
   おいて、 無指向性の低周波数の音波を音波発信装置により各羽口
   部を介して炉内に走査しながら発信する毎に、音波の発
   信される羽口部に対向した羽口部の音波受信センサーに
   より受信される音波の伝播経路を中心に、（（１８０／
   α）−１）・２／π＋１≧Ｍ＞（（１８０／α）−１）
   ・２／πを満足し、かつ各音波の伝播経路のなす角がα
   ／２度の倍数となるようにＭ個の音波受信センサーを選
   択する手段を設け、 再構成演算される高炉炉芯部の、相対的な物理特性値の
   分布像のＭ×Ｍ個の画素数を変化させることなく、再構
   成演算領域の大きさを任意に変化させるように、音波伝
   播データを収集することを特徴とする高炉炉芯部測定装
   置。
2. 【請求項２】 任意に選んだ一つの羽口部よりプローブ
   を炉芯部に直接挿入し、高炉炉芯部における任意の一点
   の補正用物理特性値を計測する手段を設け、得られる物
   理特性相対値分布から物理特性値分布像を得ることを特
   徴とする請求項１に記載の高炉炉芯部測定装置。