JPH10103934A

JPH10103934A - 装入物プロフィール測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JPH10103934A
Application number: JP28025096A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ota; 真紀太田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高炉装入物４の表面プロフィールを表面全体
にわたって正確に測定する。設備費を安くする。保守点
検を容易に行う。【解決手段】炉頂部外の定位置に遮断ガラス等を介し
て赤外線カメラ６を設置する。赤外線カメラ６はオート
フォーカス機構及び高倍率ズームレンズ７を装備し、電
動雲台８に搭載されている。高倍率ズームレンズ７を望
遠側に固定し、赤外線カメラ６により装入物４の表面を
撮像しながら、電動雲台８を駆動することにより、装入
物４の表面を半径方向及び円周方向に走査する。オート
フォーカス機構から出力される合焦距離データと走査位
置データとを用いて、装入物４の表面プロフィールを測
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉等の冶金用竪
型炉における装入物の表面プロフィールを測定するのに
適した装入物プロフィール測定方法及び測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石を溶解する高炉では、通常、炉頂
から鉄鉱石とコークスを交互に装入し、炉頂部での装入
物の堆積表面プロフィールが蟻地獄の如き逆錘状になる
ように装入操作を行う。

【０００３】このような高炉における操業では、操作
端、即ち調整可能な因子は、炉頂からの原料装入と、羽
口からの熱風等の吹き込みの２つに限られており、なか
でも炉頂部における装入物分布制御のもつ役割は重要で
ある。

【０００４】装入物分布制御とは、基本的には装入物を
炉内にて着地させる半径方向及び円周方向の位置を調整
することであり、適正な装入物分布を形成することによ
り、炉内のガス流れが安定し、燃料費低減や炉体の長寿
命化が可能となる。

【０００５】適正な装入物分布制御を行うためには、装
入物の堆積表面プロフィールを短時間で正確に測定し、
炉況の変化に対応して適正な原料装入調整を行う必要が
ある。このため、堆積表面プロフィールの検出端とし
て、種々のプロフィールメータが開発されている。これ
らのメータは、接触式（機械式）と非接触式（マイクロ
波式、レーザー式等）に大別される。

【０００６】機械式のプロフィールメータは、図５に示
すように、炉壁を貫通して炉内に挿入されるランスｂか
ら検尺ウエイトａを降下させ、装入物の表面に着床した
ときの距離を測定するものである。図示のものは、ラン
スｂを炉内半径方向の測定点毎に停止し、停止毎に検尺
ウエイトａの昇降を繰り返す１点式である。１点式は１
半径６点の測定に約５分近くの時間を要するので、測定
値の同調性に乏しいという問題がある。この問題を解決
するために、ランスに６〜８点の検尺ウエイトを仕込ん
で多点同時測定する方式のものがあるが、機械系が複雑
となり設備費が大となる。

【０００７】非接触式のプロフィールメータとしては、
マイクロ波を用いるものが製鉄研究第３１７号第３〜１
６頁に記載されている。これは、図６に示すように、ラ
ンスｂの先端に搭載されたアンテナｃから装入物の表面
に向けてマイクロ波を発射し、装入物の表面からの反射
波を受信し、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ｃから装入物表面までの距離を測定す
るものである。ランスｂの移動によって、装入物の堆積
表面プロフィールを非接触で連続測定でき、機械式に比
べて可動部が少なく、構造が簡単で保守が容易であると
いう長所を有している。

【０００８】しかし、上記の機械式及びマイクロ波式
は、いずれもランス片持ち機構と、これを駆動する機械
機構、更には支持架構、デッキ類等を必要とするため、
マイクロ波式と言えども、設備費が嵩むのを避け得な
い。そこで、マイクロ波式の長所を維持しつつ、その短
所である設備費の増大を回避することを目的として、２
種類のプロフィールメーターが提案されている。

【０００９】第１のプロフィールメーターは、特開平６
−２１２２２３号公報に記載されたものである。これ
は、マイクロ波レーダー発信機及び受信機を組み込んだ
ランスを原料投入装置より上のレベルに設置し、原料装
入時にもランスを炉外に退避させずにレベル測定を行う
ものである。第２のプロフィールメーター方法は、図７
に示すように、マイクロ波のアンテナｃを首振り式にし
て炉頂部に設置し、片持ちのランス機構を排したもので
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】第１のマイクロ波式プ
ロフィールメーターでは、ランスを駆動しないので、ラ
ンスの駆動機構及びフレームが不要になる。しかし、保
守点検時にはそのランスを引き抜く必要があり、その作
業が大変である。また、ランスを引き抜いたときに炉外
と炉内を遮断する機構が別途必要になる。

【００１１】一方、第２のマイクロ波式プロフィールメ
ーターでは、図示のように、アンテナを炉内に設置した
場合は、アンテナの劣化が問題になる。また、保守点検
時にそのアンテナを取り外す作業が大変である。アンテ
ナの劣化を防止するために、ガスシール弁を介してアン
テナを炉外に設置することが説明されており、これによ
ると、アンテナの保守点検も容易となる。

【００１２】しかし、装入物表面は蟻地獄のような逆錘
形状である。このため、首振り式では炉内中心から手前
の位置を測定する場合に、装入物表面に対するマイクロ
波発射方向の角度が小さくなるという問題がある。マイ
クロ波式は発射波と反射波を受信し、それらをミキシン
グする必要があるため、装入物表面に対するマイクロ波
発射方向の角度が小さくなると、反射波の強度が弱くな
り、測定精度が低下するのである。

【００１３】他方、炉内装入物の堆積表面プロフィール
を測定するものではないが、カメラを用いて炉内を直接
監視する装置は、特開平７−２１６４２２号公報に記載
されている。

【００１４】本発明の目的は、設備費が安価なことは勿
論、保守点検が容易で、しかも、装入物の表面全体のプ
ロフィールを高精度に測定できる装入物プロフィール測
定方法及び測定装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の装入物プロフィ
ール測定方法は、高倍率ズームレンズ及びオートフォー
カス機構を搭載した赤外線カメラにより装入物表面を走
査し、走査位置とその走査位置に対応してオートフォー
カス機構から得られる合焦距離データとを用いて、装入
物の表面プロフィールを測定するものである。

【００１６】また、本発明の装入物プロフィール測定装
置は、高倍率ズームレンズ及びオートフォーカス機構を
搭載し、且つ炉内装入物を撮像できるように炉頂部の炉
外定位置に設置された赤外線カメラと、該赤外線カメラ
を炉内の高温・高圧から遮断する遮断ガラス及びその炉
内側に配置された仕切り弁を組み合わせた遮断手段と、
前記赤外線カメラを駆動して炉内を円周方向及び半径方
向に走査する電動雲台と、赤外線カメラのオートフォー
カス機構から得られる合焦距離データ及び電動雲台から
得られる走査位置データを組み合わせて炉内装入物の表
面プロフィールデータとなすデータ処理部とを具備す
る。

【００１７】特開平７−２１６４２２号公報に記載され
ているような従来の炉内監視用カメラは、炉内の異常を
検知することを目的とした連続的な炉内監視に使用され
ている。そのため、視野はなるべく広くとることが考慮
されており、レンズとしては広角系のものが使用されて
いる。また、画像処理を併用し、原料の粒度測定及び温
度分布の測定に使用されている。

【００１８】これに対し、本発明ではカメラとして高倍
率ズームレンズ及びオートフォーカス機構を搭載した赤
外線カメラを用いる。高倍率ズームレンズの望遠側を用
いて視野を狭くすることにより、撮像地点までの距離
が、オートフォーカス機構から得られる合焦距離データ
により正確に測定され、これにより装入物表面のプロフ
ィール測定が可能となる。また、広角側を用いることに
より炉内監視が可能になる。

【００１９】赤外線カメラによるプロフィール測定は、
定位置からの非接触測定が可能であるので、ランスもそ
の駆動機構も必要としない。そのため、設備費が安い。
遮断手段を介してカメラを炉外に設置することにより、
保守点検が容易となる。そして何よりも、装入物表面に
対する光軸の角度が小さい場合にも、マイクロ波方式の
ような精度低下を生じない。従って、装入物の表面全体
のプロフィールを高精度に測定することができる。

【００２０】高倍率ズームレンズの焦点距離は、望遠側
についてはプロフィール測定の精度に直接影響する事項
である。コークス粒（１００ｍｍ程度）が視野一杯に入
る程度が望ましいので、水平視野で１°以下まで小さく
できることが望まれる。広角側については、炉内の異常
監視に用いる観点から、炉内全体を見渡せる範囲が必要
であり、水平視野で７０°以上であることが望ましい。

【００２１】カメラとして赤外線カメラを使用するの
は、高温・粉塵雰囲気の炉内を通して安定な撮像を行う
ためである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明を実施するのに適した
装置構成を示す高炉炉頂部の側面図、図２は図１のＡ−
Ａ線矢示図、図３はプロフィール測定装置の詳細構成
図、図４はプロフィールデータの出力イメージ図であ
る。

【００２３】高炉の炉頂部は、図１に示すように、炉体
１の上にガス補集マンテル２を連結した構造になってお
り、ガス補集マンテル２内に設けられた大ベル３の開閉
により、炉体１内に原料（鉱石及びコークス）を装入す
る。その装入物４の表面プロフィールは、前述したよう
に、蟻地獄の如く下方に窪んだ逆錘形状である。

【００２４】装入物４の表面プロフィールを測定するプ
ロフィール測定装置は、図１及び図３に示すように、ノ
ズル５を介してガス補集マンテル２の外側に配置された
赤外線カメラ６を具備する。ノズル５は中心線が装入物
４の表面中心部を向くように下側へ傾斜したラッパ状の
筒体であり、その内部は炉内に連通している。

【００２５】ノズル５の後方に配置された赤外線カメラ
６は、高倍率ズームレンズ７を装備し、高倍率ズームレ
ンズ７と共に電動雲台８に載置されている。この赤外線
カメラ６はオートフォーカス機構を有し、高倍率ズーム
レンズ７のフォーカスリングに取り付けられたエンコー
ダ９により合焦距離データＬを出力し、データ処理部１
４に送る。

【００２６】高倍率ズームレンズ７の焦点距離は、水平
視野αで表して、広角側は炉内全体を見渡せる約７０°
が望ましく、望遠側はコークス粒が視野一杯に入る１°
程度が望ましい。

【００２７】電動雲台８は、シリンダー１０により上下
に傾動し、赤外線カメラ６及び高倍率ズームレンズ７を
ノズル５の中心線に対して上下に傾動させる。この傾動
角度はエンコーダ１１により検出され、傾動データθ１
としてデータ処理部１４に送られる。また、図２に示す
ように、シリンダー１２により両側に首振り動作を行
い、赤外線カメラ６及び高倍率ズームレンズ７をノズル
５の中心線に対して両側に傾動させる。この傾動角度は
エンコーダ１３により検出され、首振りデータθ２とし
てデータ処理部１４に送られる。

【００２８】電動雲台８の２方向の動作角度としては、
高倍率ズームレンズ７を望遠側に固定した状態で装入物
４の表面全体を走査できる角度が必要であり、具体的に
は４０°以上であることが望ましい。

【００２９】赤外線カメラ６を始めとする上記各機器
は、ケーシング１５内に収容されている。ケーシング１
５の前面に形成された窓（開口部）は、遮断ガラス１６
及び仕切り弁１７を介してノズル５の後面開口部に接続
されている。

【００３０】遮断ガラス１６は測定時に炉内と炉外機器
との間を遮断するもので、炉頂温度が３００℃の操業で
は８００℃耐熱、４．５kg／cm²耐圧のものを使用する
のが良い。また、ダスト除去及びガラス面冷却のため、
遮断ガラス１６の炉内側で窒素パージ１８を行うのが良
い。遮断ガラス１５の炉内側に配置された仕切り弁１７
は、非測定時に炉内と炉外機器との間を遮断するもの
で、通常操業における炉頂圧に耐える４．５kg／cm²程
度の耐圧特性をもつものが望ましい。

【００３１】ケーシング１５内の赤外線カメラ６を冷却
するため、ケーシング１５内には窒素ガス等の冷却ガス
をパージするのが良い。

【００３２】次に、上記プロフィール測定装置の動作に
ついて説明する。

【００３３】上記プロフィール測定装置は、炉内監視
と、装入物４のプロフィール測定とに使用される。

【００３４】炉内監視を行うときは、仕切り弁１７を開
け、赤外線カメラ６をその光軸がノズル５の中心軸に一
致する位置に固定すると共に、高倍率ズームレンズ７を
広角側に固定する。この状態で、赤外線カメラ６により
炉内全体を観察することにより、炉内異常の監視が可能
となる。仕切り弁１７を開けても、遮断ガラス１６によ
り炉内と炉外が遮断されるので、炉外の測定部が保護さ
れる。

【００３５】装入物４の表面プロフィールを測定すると
きは、高倍率ズームレンズ７を望遠側に固定し、赤外線
カメラ６で装入物４の表面を撮像しながら、電動雲台８
を上下及び両側に駆動する。これにより、装入物４の表
面全体が赤外線カメラ６により炉内半径方向及び円周方
向の２方向について走査され、装入物４の表面全体につ
いて合焦距離データＬ、傾動データθ１及び首振りデー
タθ２が得られる。

【００３６】赤外線カメラ６が装入物４の表面の特定点
を撮像するとき、高倍率ズームレンズ７はその撮像点に
自動的に合焦する。従って、合焦距離データＬは、赤外
線カメラ６から撮像点までの距離となる。また、電動雲
台８の傾動データθ１及び首振りデータθ２からは、そ
の撮像点について位置データが得られる。データ処理部
１４は、赤外線カメラ６が装入物４の表面全体を走査す
るとき、得られる焦距離データＬ、傾動データθ１及び
首振りデータθ２を対応して処理することにより、図４
に示すような半径方向のプロフィールデータを円周方向
全体について出力する。かくして、装入物４の表面プロ
フィールが測定される。

【００３７】測定精度は、赤外線カメラ６のオートフォ
ーカス機構により距離測定を行うので、マイクロ波方式
の場合のような反射波の強弱等による影響を受けず、そ
の結果、測定面とカメラ視野の中心線とのなす角度が小
さい状態でも、安定的に±５０ｍｍを確保することがで
きる。ちなみに、マイクロ波方式の場合はこの角度が９
０°の場合で±５０ｍｍであり、この角度が小さくなれ
ば±３００ｍｍ程度まで悪化する。

【００３８】炉内監視もプロフィール測定も行わないと
きは、仕切り弁１７を閉じる。これにより、保守点検を
安全に行うことができ、遮断ガラス１６の劣化及び破損
も防止される。また、仕切り弁１７を開けているときに
遮断ガラス１６が破損しても、仕切り弁１７を閉じるこ
とにより被害を最小限に抑えることかできる。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明のプロフィ
ール測定方法及び測定装置は、装入物の表面プロフィー
ルを赤外線カメラによる走査により非接触測定するの
で、測定部を炉外の定位置に設置することかできる。そ
のため、ランスやその駆動機構等が不要となり、設備費
の大幅低減を図ることができる。また、保守点検を炉外
で安全かつ容易に行うことができる。そして、測定部を
炉外の定位置に設置するにもかかわらず、死角に関する
問題がないので、装入物の表面全体のプロフィールを高
精度に測定することができ、これにより、炉頂部におけ
る装入物分布制御に関して有益な情報を提供することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するのに適した装置構成を示す高
炉炉頂部の側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢示図である。

【図３】プロフィール測定装置の詳細構成図で側面図で
ある。

【図４】プロフィールデータの出力イメージ図である。

【図５】従来の機械式プロフィールメーターの概念図で
ある。

【図６】従来のマイクロ波式プロフィールメーター（ラ
ンス型）の概念図である。

【図７】従来のマイクロ波式プロフィールメーター（首
振り型）の概念図である。

【符号の説明】

１炉体２ガス補集マンテル３大ベル４装入物５ノズル６赤外線カメラ７高倍率ズームレンズ８電動雲台９，１１，１３エンコーダ１０，１２シリンダー１４データ処理部１５ケーシング１６遮断ガラス１７仕切り弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高倍率ズームレンズ及びオートフォーカ
ス機構を搭載した赤外線カメラにより装入物表面を走査
し、走査位置とその走査位置に対応してオートフォーカ
ス機構から得られる合焦距離データとを用いて、装入物
の表面プロフィールを測定することを特徴とする装入物
プロフィール測定方法。
【請求項２】高倍率ズームレンズ及びオートフォーカ
ス機構を搭載し、且つ炉内装入物を撮像できるように炉
頂部の炉外定位置に設置された赤外線カメラと、該赤外
線カメラを炉内の高温・高圧から遮断する遮断ガラス及
びその炉内側に配置された仕切り弁を組み合わせた遮断
手段と、前記赤外線カメラを駆動して炉内を円周方向及
び半径方向に走査する電動雲台と、赤外線カメラのオー
トフォーカス機構から得られる合焦距離データ及び電動
雲台から得られる走査位置データを組み合わせて炉内装
入物の表面プロフィールデータとなすデータ処理部とを
具備することを特徴とする装入物プロフィール測定装
置。