JPS6136563B2 - - Google Patents

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JPS6136563B2
JPS6136563B2 JP19386482A JP19386482A JPS6136563B2 JP S6136563 B2 JPS6136563 B2 JP S6136563B2 JP 19386482 A JP19386482 A JP 19386482A JP 19386482 A JP19386482 A JP 19386482A JP S6136563 B2 JPS6136563 B2 JP S6136563B2
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JP
Japan
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blast furnace
charge
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radio waves
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JP19386482A
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JPS5983708A (ja
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Jiro Oono
Hirokatsu Yashiro
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Priority to EP83304312A priority patent/EP0101219B1/en
Priority to DE8383304312T priority patent/DE3363514D1/de
Priority to CA000433587A priority patent/CA1200903A/en
Priority to US06/519,245 priority patent/US4641083A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/008Composition or distribution of the charge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • GPHYSICS
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  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Blast Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高炉装入物の降下速度、層厚、粒度
等を測定する装入物の測定方法に関するものであ
る。
高炉操業技術の改善において、装入物の降下速
度、装入層厚、粒度などを知ることは重要であ
る。最近の高炉操業法においては、鉱石とコーク
スの層厚や、炉半径方向の層厚分布や、粒度分布
さらに鉱石とコークスの混合状態がガス流分布を
支配していることが明らかになり、この知見に基
ずいた装入分布制御技術改善がなされ、高炉操業
効率すなわち燃料比低減技術の開発が望まれるよ
になつた。この技術改善には、装入物の直接検知
可能な検出端の開発が必要である。
本発明者は、このような目的に対して高炉内の
装入物に電波を放射し、透過波と反射波を組合せ
て装入物の状態を測定することが可能であること
を確認した。すなわち本発明は高炉装入物の電波
伝播特性に着目して、装入物の降下速度、層厚、
粒度等を測定する方法と装置に関するものであ
り、炉内装入物の状態を検出することを目的とす
る。
電波の波長を装入物の粒度と比較的近くなるよ
うに選び、この電波を装入物の表面に放射し、透
過した電波を表面で直接反射した電波と別々に測
定すると、透過電波の電力はコークス層内では比
較的減衰が少なく、鉱石内では減衰が大きいこと
が判つた。従つて透過電力を測定することによ
り、コークスと鉱石の識別が可能である。また装
入物表面から反射する電波の強度は主として電波
の波長オーダの幾何学的形状、すなわち凹凸によ
つて変化する。従つて電波の波長を装入物の平均
粒度に近い値に選び、電波を走査するか、あるい
は装入物を一定速度で動かせば粒度に対応した電
波の強度変化が得られることになる。そこで装入
〓〓〓
物の降下速度、層厚、粒度なでを測定するには、
上記の原理を利用し、電波の送受信機能を備えた
プローブを、炉内に高さを変えて2個設置し、該
プローブによつて前記のような透過信号を検出
し、該信号によつて降下速度を測定すれば、この
値を用いて層厚、粒度を求めることができる。
本発明は、このような原理に基ずくもので、高
炉装入物の降下方向に接近して2つの電波開口を
高炉内に取付け、装入物の降下速度より早い周期
で前記開口の一方から、あるいは2つの開口から
交互に、電波を炉内に送信し、直接開口部から反
射する電波および装入物を介して受信した電波か
ら高炉装入物の降下速度、層厚、粒度等を測定す
ることを特徴とする高炉装入物の測定方法および
その装置に関するものである。以下図面により本
発明について説明する。
第1図は、本発明に使用するプローブの縦断側
面図、第2図はその正面図である。1は高炉炉壁
18に取付けたプローブ、2,2は該プロー
ブの先端に、上下二段に設けたスリツト状の開口
である。なおこのスリツト状の開口2,2
は、第2図に示すように、その長辺が装入物の降
下方向に対して直角になるようにしておく。また
この開口の寸法は、例えば5×22.9mm、開口3
と3の間隔は100mmとする。3,3は各々
開口2,2と接続した導波管、4,4
該導波管3,3にパージ用ガスを吹込むため
の吹込口、5は導波管2,2の外周を冷却す
るための冷却媒体供給口、6はその排出口、7は
導波管3,3の外端に接続した電波送受信回
路である。
第3図はこの電波送受信回路を示すもので、方
向性結合器8,8、ヘテロダイン検波器9
,9、IFアンプ10,10、スイツチ
11,11、出力端12,12、切換信
号発生器13、発振器14、同軸スイツチ15、
同軸導波管変換器16,16、アイソレータ
17,17等で構成されている。なお、それ
らの動作については、後述する。
また、第4図は高炉の縦断面を示す説明図であ
り、19は装入されたコークス層、20は鉱石
(焼結)層、21は融着帯、22は羽口、23は
出銑口、24は炉底部である。
本発明により、高炉装入物の降下速度、層厚、
粒度等を測定するには、第1図乃至第3図に示す
ようなプローブ1を高炉炉壁18に取付ける。そ
こで発振器14からXバンドのマイクロ波を出力
させると、その出力は、同軸スイツチ15、同軸
導波管変換器16,16を経て開口2,2
に導かれる。そこで例えば同軸スイツチ15
を、発振器14の出力(例えば+20dBm)が同
軸導波管変換器16に結合するように切換える
と、発振器14の出力は前記経路を経て、開口2
から炉内に放射される。炉内に放射された電波
は装入物表面で反射し、開口2から導波管3
内に入り、方向性結合器8、ヘテロダイン検波
器9、IFアンプ10、スイツチ11を経
て、出力端12から検出される。また装入物内
に放射して透過した電波は開口2から導波管3
に至り、方向性結合器8、ヘテロダイン検波
器9、IFアンプ10、スイツチ11を経
て出力端12から検出される。
また、同軸スイツチ15を発振器14の出力が
同軸導波管変換器16に結合するように切換え
ると、開口2から電波が炉内に放射され、上記
の場合とは逆の動作が行なわれ、直接反射波は出
力端12から、透過波は12から検出され
る。そこで第3図の回路構成において切換信号発
生器13から測定信号の変動周期より十分に速い
周期で切換信号を発生させ、同軸スイツチ15を
切換えると電波は開口2および2から交互に
放射され受信される。その結果、出力端12
は切換周期に同期して直接反射波と透過波が交互
に現われ、また出力端12にはこれと対をなす
形で透過波と直接反射波が交互に現われる。なお
出力信号はスイツチ11,11で直接反射波
と透過波に分離される。
開口2は開口2より上方(例えば前記のよ
うに100mm)にあるため、両者の測定信号は直接
反射波については開口2の信号が開口2の信
号より遅れて現われるが、透過波には目立つた差
異はない。その理由は直接反射波は開口直前の装
入物情報を測定しているが、透過波は開口2
間の装入物の平均的情報を測定しているため
である。従つて開口2,2の直接反射波の遅
れ時間がわかれば、装入物の降下速度がわかるこ
とになる。
ここで本発明における直接反射波と透過波につ
〓〓〓
いて説明する。高炉内装入物は第4図に示すよう
にコークスと鉱石が層構造をなしている。層の厚
さは20〜50cmで、コークスの平均粒径は50mm、鉱
石の平均粒径は焼結鉱で10〜15mmである。前述の
ように、測定に使用する電波の波長は装入物の平
均粒径に近い方が感度の良い測定が出来るので、
Xバンド(波長3cm)のマイクロ波を使用し、ま
たプローブは高炉の炉腹部に取付け、プローブ先
端を炉壁より炉内に50cm突出させた。
第5図は本発明方法によつて測定した直接反射
波と透過波を示すものであるが、先ず透過波につ
いて観察すると、コークス層では−40dBm程度
のゲインがあるのに対し、鉱石層では−85dBm
に低下していることがわかる。そこでこのゲイン
の差からコークス層と鉱石層とを明瞭に識別する
ことができる。また直接反射波は−10〜−20dB
mのレベルを細かく変動している。而してこの変
動は装入物の粒径に対応しており、極大ピークは
開口の前面に鉱石あるいはコークスが存在する場
合に現われ、また極小ピークは開口の前面に鉱石
あるいはコークスの粒子の間隙が位置する場合に
現われる。
次に出力端12,12の直接反射波から開
口2,2での装入物の降下による遅れ時間の
計算と、降下速度、装入物層厚、粒径の計算をす
る回路のブロツク図を第7図に示す。出力端12
からの直接反射波信号r1(t)と出力端12
からの直接反射波信号r2(t)は波形は類似でr2
(t)がやや遅れている。そこで次式で示される
相互相関々数ρ(τ)を計算する。
ρ(τ)=∫ t−Tpr1(t−τ)・r2(t)dt
………(1) Toは装入物が開口2と2の間を通過するに
要する時間に比べ十分に大きくとる。一般に15〜
20分程度になる。
ρ(τ)を計算すると、第8図に示すようにピ
ークが現われ、この時間が開口2と2との間
の通過時間Tとなる。従つて開口2,2の間
隔をLとすると、降下速度vは v=L/T ……(2) となる。r1(t)ないしr2(t)の極大値は開口
,2の直前に装入物粒塊があることを示す
ものである。従つてr1(t)(またはr2(t))の
極大値を検出し、パルス信号列tp(t)に変換す
る。このパルス間隔△tpと降下速度vの積が粒径
dになる。而してこの粒径dは d=△tp×v ………(3) となる。
また出力端12あるいは12の透過信号m
(t)は第5図に示すように鉱石層とコークス層
でレベルに差があるために、パルス幅to,tcを容
易に求めることができる。そこでこれを用いて鉱
石層厚loとコークス層厚lcを次式から求めること
ができる。
lo=t0×v, lc=tc×v ………(4) このようにr1(t)、r2(t)、m(t)から降下
速度v、粒径d、層厚lo,lcが計算できる。
第9図は本発明によつて降下速度v、粒径d、
鉱石層厚lo、コークス層厚lcを測定した実例を示
すものである。この図から明らかなように、正確
な測定を行なうことができる。なお測定は常時行
なつているが、v,d,lo,lcは10分毎に計算し
ている。
また本発明はプローブを2本組合せて測定を行
なうこともできる。第10図は2本のプローブを
高炉炉腹部に取付けた場合を示すもので、それぞ
れのプローブは直接反射波と透過波を測定する。
このとき各プローブから得られる信号は第5図と
同様な波形になる。なお両プローブの間隔は30cm
とした。降下速度は2本のプローブの透過信号の
遅れから計算し、層厚、粒径は前と同様な方法で
計算して求める。この場合に使用するプローブを
第11図に示す。この図において1はプローブ、
,2はその先端に設けた開口、3,3
は導波管、8は方向性結合器、9はヘテロダイン
検波器、10はIFアンプ、10は検波器で
あり、これらによつて透過波を検出する。14は
発振器、25はクリスタル検波器で、これにより
直接反射波の検出を行なう。発振器14を動作さ
せて開口2から装入物に電波を放射する。而し
て直接反射波は方向性結合器8で分岐した後クリ
スタル検波器25で検出される。また透過波はヘ
テロダイン検波器9、IFアンプを介して検出器
10で検出される。降下速度、層厚、粒径の計
算回路は第7図と同じ構成となるが、降下速度は
2つの透過信号から計算することになる。
以上説明したように本発明によれば、電波を利
用して高炉内装入物の諸量を精度よく検出するこ
〓〓〓〓
とができ、従つて高炉操業の改善に寄与するとこ
ろが大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に使用するプローブの縦断側面
図、第2図は正面図、第3図は電波送受信回路の
説明図、第4図は高炉の炉内を示す説明図、第5
図は測定信号の実例を示す説明図、第6図はスイ
ツチからの出力信号を示す説明図、第7図は計算
回路のブロツク図、第8図は相互相関々数を示す
説明図、第9図は本発明による装入物の降下速
度、粒径、層厚等の測定例を示すグラフ、第10
図は本発明の他の実例を示す説明図、第11図は
該実例の場合に使用するプローブの説明図であ
る。 1:プローブ、2,2:開口、3,3
:導波管、4,4:ガス吹込口、5:冷却
媒体供給口、6:排出口、7:電波送受信回路、
,8:方向性結合器、9,9:ヘテロ
ダイン検波器、10,10:IFアンプ、1
,11:スイツチ、12,12:出力
端、13:切換信号発生器、14:発振器、1
5:同軸スイツチ、16,16:同軸導波管
変換器、17,17:アイソレータ、18:
炉壁、19:コークス層、20:鉱石層、21:
融着帯、22:羽口、23:出銑口、24:炉
底、25:クリスタル検波器、A:装入面、B:
シヤフト部、C:炉腹部、D:朝顔部、E:炉床
部。 〓〓〓〓

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 高炉装入物の降下方向に接近して2つの電波
    開口を高炉内に取付け、装入物の降下速度より十
    分早い周期で前記2つの開口から交互に電波を炉
    内に送信し、直接開口部から反射する電波、およ
    び、一方の開口から送信し他方の開口で受信した
    電波から、高炉装入物の降下速度、層厚、粒度等
    を測定することを特徴とする高炉装入物の測定方
    法。 2 電波を一方の開口から送信し、他方の開口か
    ら受信する特許請求の範囲第1項記載の高炉装入
    物の測定方法。 3 2つの開口から電波を交互に送受信すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高炉装
    入物の測定方法。 4 プローブの先端に2つの開口を設け、かつ該
    開口に発振器、方向性結合器、検波器等を含む電
    波送受信回路を接続すると共に該ブローブを高炉
    炉壁に取付けてなる高炉装入物の測定装置。
JP19386482A 1982-08-03 1982-11-04 高炉装入物の測定方法および装置 Granted JPS5983708A (ja)

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WO1995011430A1 (fr) * 1993-10-19 1995-04-27 Wire Automatic Device Co., Ltd. Dispositif de mesure de niveau
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