JPS6134412A - 炉内測量装置 - 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】 本発明は鉱石等の原料を溶融する溶鉱炉内へ外部からラ
ンスを挿入し、挿入したランスの先端部にレーザ送受信
装置を取シ付け、炉の下方にある原料・あるいは炉壁ヘ
レーザ光を照射することによル炉内の状態を測定する炉
内測量装置に関する。

炉内測量装置として従来から機械式のものが使用されて
おシ、炉内゛原料の変位の測定に利用されている。これ
は、溶鉱炉の側面から炉内へ、内部にワイヤが挿入され
ているランスを挿入し、ランス内のワイヤをランス先端
部から出して炉の下方に延長し、ワイヤの先端のおもシ
が原料の上に載ったか否かをワイヤのたるみによって検
出し、かつ２ンス先端部と原料との間の距離を、炉の下
方へ延長させたワイヤの長さで測量するものである。

このようにして得られた測量結果をもとに高炉炉内監視
システムを構成し、高炉操業の安定化、原料溶融のため
の燃費低減等を行っている。

しかし、前述したような機械式による炉内原料の下降計
測は多頻度の保守を必要とし、測定精度面で問題を残し
ている。

このような問題を解決するため、レーザ光を利用して光
源から原料までの距離を測定する方法が考えられる。

レーザーによる距離測定は各分野で現在巾広く適用され
ている。いうまでもなくレーザー特有のコヒーレントな
光は、測定する物体に至る雰囲気（温度、湿度、ダスト
、音など）による影響が、他の方式、たとえばマイクロ
波や超音波等による測定に比べると、きわめて小さく、
距離測定データが高精度であることは、よく知られてい
る。

実際、レーザ光を使用した炉内測量装置があるが、従来
はレーザ光源およびレーザ光受信部が炉の外部に取付け
られているため、レーザ光が測定物（原料面）に照射さ
れるまでの距離が長く、高炉という悪環境下では、レー
ザー光の減衰があシ、測定精度に悪影響を与えている。

本発明は、これらを解消する為に、直接炉内へレーザー
送受信部を塔載したランスを挿入し、原料面に近い位置
で測定させ、安定したデータをサンプリングする炉内測
量装置を提供することにあるＯ 本発明によれば、鉱石等の原料を溶融する溶鉱炉におけ
る前記原料の状態や炉壁の状態を測定する炉内測量装置
において、前記溶鉱炉の内部へ溶鉱炉の半径方向に挿入
され、先端部が溶鉱炉内の前記原料の上方に配置される
ランスと、前記ランスの前記溶鉱炉への出入りあるいは
前記ランスの回転を制御するランス走行回転駆動部と、
前記ランスの先端部に取付けられ、前記原料あるいは炉
壁にレーザ光を照射してその反射、散乱光を受信するレ
ーザ送受信部とを含み、前記原料や炉壁の状態を観測す
ることを特徴とする炉内測量装置が得られる。

本発明では原料のレベル状態を測定し、且つ長期に渡る
原料との接触により、損耗してい〈炉壁の侵食状態をも
測定す、ることか可能である。

次に本発明の実施例゛を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明による実施例を示す平面図、第２図は第
１図における立面図を示す。

図において、本発明による炉内測量装置は、ランス走行
駆動ユニット部１００．／Ｆンス（支柱）回転駆動ユニ
ット部２００、ランスシール部３００ル−ザー送受信部
４００及びレーザー発振部（図示せず）よル主に構成さ
れる。

ランス走行駆動ユニット部１００では正逆回転可能な駆
動モータ５に走行減速機４を連結させ、更に走行減速機
４をランス駆動用チェーンホイル７に直結して、駆動モ
ータ５の回転及びトルクをチェーンホイル７へ伝達する
。このチェーンホイル７の動力は、架台１８へ後部に配
置しているガイド用チェーンホイル８ヘエイドレスで取
り付ｆｆられたチェーン９に伝達される。さらにそのチ
ェーン９には移動台車１４が固定されている。移動台車
１４は、チェーン９を回転させる動力源である駆動モー
タ５によって、レール１８′上を移動する。なお駆動モ
ータ５は、リジットスイッチおよびエンコーダ部５０に
より、その回転が制御されてお９、これによりて移動台
車１４の移動を高精度に制御している。

移動台車１４上にはランス回転ユニット部２００が塔載
されている。ランス回転ユニット部２００は、正逆回転
可能なモータを有する回転減速機１５と、これに連結さ
れかつランス１０の後部とも連結するカップリング１３
と、軸受１２と回転減速機１５のモータを高精度に回転
制御するリミットスイッチとを含み、ランス１０をその
軸を中心にして正逆回転させる。

ランス１０は架台１８の上方かつ溶鉱炉５８の側壁に対
して垂直に配置されておシ、支持ロー２１．１１．１６
によって挾持されながら移動台車１４の移動と共に図の
破線の位置まで移動し、炉内に挿入される。ランス先端
部には、後述するレーザ送信部２２およびレーザ受信部
２３を塔載している。支持ローラ１，１１．１６はラン
ス１０をスムーズな走行をさせるためのもので、これら
支持ローラのうち、支持ロー２１６は、移動式ガイドロ
ー２として、ランス１０の軸方向の移動に対応して移動
する支持体１６′に取付けられている。また支持ローラ
１６はランスのタワミ防止用としても機能している。支
持体１６′は、ランス１０の前進（溶鉱炉へ向かう方向
）走行中には、ランス１０と支持ローラ１６の摩擦によ
って移動台車１４の移動方向に押され、後退（溶鉱炉か
ら遠ざかる方向）時は、チェーン９に固定されている金
具１７によシ押し戻される。これによル、支持ローラ１
６は移動中のランス１０の支持位置を変え、サポートす
る。

ランスシール部３００では、炉内ガスクール用として、
仕切弁８００前後にシール箱２．３を設け、２重のシー
ル構造としている。万一シール箱３からガス漏れが発生
した場合は、ランス１０を後退させ、仕切弁８０を全閉
にすることによシ、高炉側と外部との遮断を行い、操業
中であってもシール箱３の補修が可能な安全構造として
いる。

計測完了後もランスを仕切弁８０の後まで後退させ、仕
切弁８０を閉じることによシ、炉内から隔離し、レーザ
送信部２２および送信部２３を保護する。

ランス１０先端部に塔載したレーザ送受信部に接続する
光フアイバケーブル、電気配線及び冷却配誉用ホース等
がランス移動時に巻き込まれないようガイドするケーブ
ルベア２１が本装置の側面に設置されている。更に架台
１８は、その先端部が溶鉱炉５８の側面に固定され、さ
らに支持架台１９及びサポータ２０で支持されている。

特に支持架台１９は炉体膨張時に装置全体がこの膨張に
追随可能な様にビン６によってルーズな連結にしている
。

次に、この装置の心臓部でもあるレーザー関連について
説明する。

第３図は第１図、第２図におけるレーザ送受信装置のプ
目ツク図である。レーザー送受信装置は、溶鉱炉５８内
の下方に堆積された被計測体（鉱石）３０の上方に水平
に挿入されたランス１０の先端部に取付けられているレ
ーザー送信部２２、レーザー受信部２３及び送受信駆動
部３５と、炉外の場所に設置されるレーザー発振部３１
と、信号処理部３２とを有する。レーザー発振部３１と
レーザー送信部２２は、光ファイバ３３で接続され。

レーザ発振光が光ファイバ３３を介してレーザ送信部２
２へ送られる。またレーザ受信部２３％送受信駆動部３
５と信号処理部３２とはそれぞれ電気配＃３４．３６で
接続されてｂる。

レーザ発振部３１には、発振繰返し周波数を数１０−数
１００Ｈｚまで自由に選択調整され、１パルスレーザの
発光時間を数１００１ｔｓに設定できるＮｄ：ＹＡＧレ
ーザ装置が使用される。

レーザー送信部２２とレーザー受信部２３は互いにあら
かじめ決められた位置関係でランス１゜の先端部に設置
されており、レーザー送信部２２からある出射角度で出
射されるレーザスポット光は、被計測体３０で反射、散
乱しレーザー受信部２３で受光される。レーザー受信部
２３は、被計測体３０からのレーザー反射散乱光を受光
し、光電変換を行う。この電気信号が電気配線３４を通
して信号処理部３２に送られる。

第４図はレーザ送信部２２をランス１０の軸に垂直な水
平方向から見た一部断面を示す側面図、第５図は第４図
の立面図である。

図において、レーザ送信部２２は送信レンズ４５と、モ
ータを有するギヤボックス４２と、このギヤボックスの
動力伝達軸４２ａに固定されたアーム４３と、筐筒４４
とを含む。

光ファイバ３３によって送られたレーザー光は筐筒４４
内に固定された送信レンズ４５によｊＤ３０ｎＯ程度の
平行光線に調整され、第３図に示す被計測体３０へ照射
される。このように少ない部品でレーザー送信部２２が
構成されるため、小形。

＠量化が実現される。ギヤボックス４２は、送受信駆動
部３５によって駆動され軸４２ａを中心軸としてアーム
４３を回転させる。すなわち、筐筒４４は第３図に示す
ランス１０の移動軸に平行な弧を描くように回転する。

この回転角度の設定は信号処理部３２で行われ、信号線
３６からの制御信号によシ送受信駆動部が動作する。

第６図はレーザ受信部２３の側面図金示す。

レーザー受信部２３は、゛ランスの中心軸を中心に回転
する台座５０に取シ付けられておシ、第３図に示す被計
測体３０で反射あるいは散乱された光を入射するミラー
５１と、このミラー５１で反射される被計測体３０で反
射、散乱したレーザー光を集光する第１受光レンズ５２
と、第１受光レンズ５２からのスポット光を受光するイ
メージインテンシファイア５４とイメージインデンジフ
ァイア５４の受光出力画面を結像レンズ５８を介して受
光し電気信号に変換する光電変換部”５６とを有する。

撮像部とを含み、これらは同一光軸上に配置される。こ
の光電変換部５６の出力信号は接栓５７に結合する第３
図に示す電気配線３４を通して後述する信号処理部３２
に送られ、三角測量の演算によシ距離計測が行なわれる
。また光電変換部５６にはＩＴＶカメラなどの撮像管も
使用できるが、固体撮像板であるＣ０Ｄ（電荷転送素子
）を使用したＣＯＤカメラを利用して受光レーザのスポ
ット位置を検出し、光電変換の交換能率。

安定性を上げることもできる。

ところで、光電変換部５６の受光面の中心をレーザ受信
部の光軸５９に一致させると、その受光面で検出される
スポット（最も明るいスポット）の受光面の中心からの
位置は、ミラー５１へ入射する光の光軸方向余弦すなわ
ち受光角度によシ変化する。このことを利用して信号処
理部３２は、光電変換部５６から電気配線３４に伝達さ
れる撮像出力信号から検知されるスポット情報からレー
ザ受信部２３で受光されたレーザ光の受光角度（ランス
の中心軸に対する受光角度）を計算する。

またこの計算結果と、レーザ送信部２２で発射されたレ
ーザ出射角度（ランスの中心軸に対する出射角度）と、
あらかじめ設定されたレーザ送信部２２とレーザ受信部
２３との間の距離とから、三角測量による演算を行い、
レーザ送信部２２から被計測体３０までの距離を算出す
る。被計測体３０が下降しレーザ受信部２３の受光角度
が変化して光電変換部５６でスポットを検出できなくな
ると、信号処理部３２はレーザ送信部２２のレーザ光出
射角度を変化させそスポットが検出できる角度に設定す
る。さらに、レーザ送受信部の歪特性、あるいはランス
のたわみによるレーザ送受部の上下位置変動等をデータ
として記憶しておシ、それぞれの特性あるいはたわみ量
によって上記算出結果を補正する。また、レーザ送信部
２２と被計測体３０との間の距離の時−豹変化を算出し
被計測体３０の下降スピードを出力する。また処理部３
２にはメ七りを持つことによシ、計算結果を記憶させた
シ、結果のグラフィック表示−測定領域の指定なども行
え、種々の制御を行うプログラムを記憶させることもで
きる。

なお、送受信駆動部３５はレーザー送信部２２とレーザ
ー受信部２３を一体でランス移動方向と画角な平面内で
自由に回転させる構造を有する。

したがって駆動部３５によるレーザ送受信部の駆動動作
とランスの軸方向移動および回転動作とを組合せ、レー
ザースポット光を発射する仁とにより、炉内の被測定体
３０の全域にわたって、上記三角測量法によシ、位置計
測ができ、高炉内プロフィールが実現される。

以上説明したように本発明によれば、測定可能範囲は被
測定体３０の全域となシ、レーザ光の出射方向の選択に
より種々の測定ができる。また、炉壁まで含めた炉内状
態が測定できるので、溶鉱炉のより一層の効率化操業に
寄与することが期待出来るものである。・

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炉内測量装置の実施例を示す平面図、
第２図は第１図における立面図、第３図は本発明による
炉内測量装置のレーザ送受信装置を示すブロック図、第
４図はパルスレーザ送信部の側面図、第５図は第４図の
立面図、第６図はパルスレーザ受信部の側面図である。 ｔ　、　ｔｉ　、　１６・・・・・・支持ローラ、２，
３−・・・・・シール箱、４・・・・・・走行減速機、
５・・・・・・駆動モータ、７・・・・・・ランス駆動
用チェーンホイル、８・・自・・ガイド用チェーンホイ
ル、９・・・・・・チェーン、１２・・・・・・軸受、
１３・・・・・・カップリング、１４・・・・・・移動
台車、１５・・・・・・回転減速機、１７・・・・・・
金具、１８・・・・・・架台、１９・・・・・・支持架
台、２０・・・・・・サポータ、２１・・・・・・ケー
ブルイア、２２・・・・・・レーザ送信部、２３・川・
・レーザ受信部、５８・・・・・・溶鉱炉、１００・・
・・・・ランス走行駆動ユニット部、２００・・・・・
・ランス回転駆動ユニット部、３００・・・・・・ラン
スクール部、４００・・・・・・レーザ送受信部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉱石等の原料を溶融する溶鉱炉の炉内原料の状態や炉壁
   の状態を測定する炉内測量装置において、前記溶鉱炉の
   炉壁から溶鉱炉内の半径方向に挿入され、先端部が溶鉱
   炉内の前記原料の上方に配置されるランスと、前記ラン
   スの前記溶鉱炉への出入りあるいは前記ランスの回転を
   制御するランス走行回転駆動部と、前記ランスの先端部
   に取付けられ、前記原料あるいは炉壁にレーザ光を照射
   してその反射、散乱光を受信するレーザ送受信部とを含
   み、前記原料や炉壁の状態を観測することを特徴とする
   炉内測量装置。