JPS62148874A - 高炉装入物降下速度測定装置 - 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、高炉炉口部における装入物の降下速度分布を
高精度で測定する装置に関する。

（従来の技術） 従来、高炉装入物のサウンジング計やプロフィール計は
装入物に浸漬された重錘降下速度を測定することにより
装入物の降下速度を測定していた。

即ち、ワイヤで吊られた重錘を装入物面へ降下させ、ワ
イヤの張力がある一定値以下となった時に重錘が装入物
面上に到達したと判定する。次に装入物の降下と共に、
ワイヤの張力が一定となるように重錘を追従させ、重錘
の降下速度を装入物降下速度とする方法である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の従来の測定方法には、次のような問題点がある。

第一に高炉内の装入物の測定面か約３０゜の安息角を６
つ斜面であり、また測定表面は高炉装入物による凹凸が
あり重錘が非常に滑り易い状態となっている。このため
、重錘のスリップによる測定誤差を生じる。

第二に、測定には重錘の上下操作を要し、それに伴う測
定時間を要する。

高炉内の装入物降下速度は約１０ｃπ／分と非常にゆっ
くりしている。ところが、高炉装入物を対象としたマイ
クロ波ＦＭレーダの測定精度は約＝１０ｃｚであるので
、降下速度を精度良く求めるためには十分長い測定時間
を必要とする。この間は、原料の装入を停止しなければ
ならないので、測定時間が長くなると高炉操業に支障を
きたし、問題となる。

本発明は、従来の技術における上述の問題を解決するた
めになされたものであって、高、炉内の装入物に非接触
で測定を可能とし、装入物の測定筒でのスリップの影響
なく正確に降下速度を求めることを可能とし、さらに測
定時間を短縮できろ測定装置を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するだめの手段） 上述の目的を達成するために、本発明は次のような構成
としている。すなわち、高炉炉口部において、炉径方向
に駆動可能なランスとそのランスを炉内の任意の測定点
で停止させることが可能なランス駆動制御装置とランス
先端に設置した、一定の周波数を発振するマイクロ波レ
ーダとレーダより得られるドツプラー信号の周期或いは
周波数から装入物降下速度を算出する信号処理装置とか
ら成る高炉装入物降下速度測定装置である。

（作用） 炉径方向に駆動可能なランスを炉内の任、急のａ＋＋＋
定位置に停止しａｌｌｌ定を開始する。マイクロ波レー
ダの検波器には、装入物の降下速度に比例した周波数の
ドツプラー信号が生じる。この信号は、低域通過フィル
ターにより比較的高い周波数の雑音成分を除去した後、
カウンタてその周期或いは周波数を測定し、計算機等を
用いて降下速度に換算する。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図に本発明の装置構成を示す。本装置は、炉径方向
に走査可能なランスｌとランスｌの駆動装置２とランス
ｌの先端部に搭載したマイクロ波レーダ３とその信号処
理装置４より成る。ランスｌは、駆動装置２により炉６
内を半径方向に移動させることにより、炉内の任意の測
定位置を選択でき、設定時間だけ測定位置に停止する。

ランスｌか停止している間、信号処理装置４は測定を行
う。

第３図に示すように、゛ランス１を炉６内で移動させる
ことにより測定位置は複数個を選択でき、これより降下
速度分布を測定可能である。

第２図にマイクロ波レーダの構成を示す。レーダ３は、
フランジ３ａを介してランスｌの先端に固定される。レ
ーダは、マイクロ波の送・受信を兼用するりフレンド・
ホーンアンテナ８とマイクロ波回路を収納するジャケッ
ト１０から成る。炉６内の粉塵がアンテナ内へ侵入する
ことを防止するため、アンテナ８の開口部８ａを防塵可
能にンールするマイクロ波窓９を設けている。マイクロ
波窓９としては、例えば石英ガラスを用いろことができ
ろ。また、炉内の高温からマイクロ波回路を保護するた
めに回路部分はジャケットＩＯ内に収納されジャケット
１０は水冷パイプ１１を介して送られる水による水冷方
式となっている。なお１２はマイクロ波回路部分に関す
る電気信号送受用のケーブルを示す。ジャケットＩＯは
ランスｌの先端部分に密１茨された環状のパツキン１０
０に固定板＋０１を介してねじ１０２により固定されて
いる。さろにその先端には筒状体＋０２がパツキン１０
０の先端外周に密嵌合して固定され、この筒状体１０２
内にアンテナ８が挿入されている。

筒状体１０２のマイクロ波窓９に対向する部分は開口１
０３している。

なおランスｌ内には適宜なパージ用ガスが通され、固定
板１０１に設けた孔（図示せず）を介して、筒状体１０
２内へパージ用ガスが噴出されこのガスによりアンテナ
８の窓９の表面等のちりを清掃するようになっている。

レーダのマイクロ波回路と装入物降下速度測定用信号処
理回路を第４図に示す。例えばガン・ダイオードを用い
たマイクロ波発振器１３より発振されたマイクロ波は、
サーキュレータ１４．スタブ・チューナ１５を経てアン
テナ８より送信されろ。装入物から反射され再びアンテ
ナ８で受信されたマイクロ波は、スタブ・チューナ１５
．サーギユレータ１４を経て検波器１６に入る。一方、
スタブ・チューナ１５で反射した送信波の一部ら同様に
検波器１６へ入る。検波器１６で送信波と受信波は混合
検波され、装入物の降下速度に対応するドツプラー信号
を生じる。ドツプラー信号は、まず増幅器１８により増
幅され、次に低域通過フィルタ１９を通り、カウンタ２
０へ人力される。低域通過フィルタ１９ては、比較的周
波数の高い雑音成分を除去し、装入物の降下速度による
信号のみを抽出する。

カウンタ２０では、ドツプラー信号の周期或いは周波数
を測定し、その出力を計算機２１へ出ツノする。計算機
２Ｉは、次式 から装入物の降下速度Ｖを計算する。なお（１）式にお
いてＣは光速度、ｒは使用マイクロ波の周波数、Ｔｄは
ドツプラー信号の周期である。

上述のようにして、１つの地点での装入物の降下速度が
求められるとＣＲ７表示器２２によりその地点での降下
速度を表示する。

次いでランスｌをほぼ水平方向に移動させて上述と同様
にして他の地点の装入物の降下速度を求めてＣＲ７表示
器２２に表示する。このようにしてランスｌを複数の地
点に移動して降下速度を求めることによりＣｒ（Ｔ表示
器２２に装入物の降下速度分布を表示することかできる
。

一実施例においては使用しｆこマイクロ波の発振周波数
は、２４．１Ｇｌ−１ｚ、発振パワーは約１０ｍＷであ
る。第５図にドツプラー信号の低域通過フィルタ出力波
形を示す。第５図の例では、降下速度が約１０．９ｃ１
／分と計算できる。

本発明による測定装置は、高炉内のダストによる散乱を
受は難いマイクロ波を用い、装入物降下速度に比例した
ドツプラー信号を得る。ドツプラー信号は、装入物がマ
イクロ波の半波長の動きにより１カウント得られるので
、例えば２４ＧＨｚのマイクロ波を用いた場合的６ｍｍ
の動きで１カウントの信号が得られ高精度の測定が可能
となる。　。

また、高炉装入物は、安息角をもった傾斜面をなし、原
料（コークスや鉄鉱石等）自体が不規則な形状をもって
いるので、その降下挙動は高炉内の個々の地点で異なり
、また時間的にもバラツキをもっていると考えられる。

例えば装入物が一様に降下すれば第６図（ａ）の様な正
弦波のドツプラー信号が得られるが、装入物の表面形状
が変化した場合、例えば第６図（ｂ）の様にドツプラー
信号の位相の跳びが生じ測定誤差を招く。

第７図（ａ）は測定域の装入物が一定の表面形状を保ち
ながら降下した場合であり、正弦波状のドツプラー信号
が得られ、そのピーク間の時間り、ｔｔ・・ｔｈｅのば
らつきは小さい。

しかしながら測定時間内に装入物の表面形状が変化した
場合、例えば装入物のスリップや転がり等、ドツプラー
信号の位相に跳びゃ不規則な変化を生じ、測定誤差の原
因となる。第７図（ｂ）の場合、明らかに時間Ｌ１とｔ
２間で位相の跳びが見られ、その結果し３〜ｔｅａに比
べり、ｔｔが短い。

また第７図（ｃ）の場合、明らかに時間上〇内で位１’
［］変化が乱れている。その結果Ｌ９が１．−１．．１
．ｏ〜ｔ１７に比へ長い。

上述のような周期の時間りが変動する場合には測定結果
に誤差を生じる。この誤差を除くために、以下に述べる
実施例ではｔｉの平均値と偏差を求め、偏差の大きいデ
ータを除去して降下速度を算出することにより測定精度
の向上を行っている。

第８図において、混合器１６から得られるドツプラー波
は増幅器１８に印加され、ここで増幅されて低域通過フ
ィルタ１９で高域の雑音成分が除去され、ドツプラー波
の基本波が微分回路２０に印加される。

微分回路２０でドツプラー波の１周期毎に生じるパルス
が生成される。このパルスはカウンタ２１に印加され、
クロック発振器２２から印加されるクロックパルスにし
たがって上記パルスの時間間隔が測定される。なおこの
カウンタ２１での時間間隔の測定はランス停止検出器４
０からの信号によって、ランスｌが停止しているときに
のみ行なわれる。

カウンタ２Ｉで得られたドツプラー波の１つのピークか
ら隣のピークまでの時間、即ち各周期を表わすデータは
メモリ２３に記憶され、さらに平均値演算回路２４に印
加されて、所定時間内でのドソが求められる。（第９図
ステップＳ４参照）。さらに偏差値演算回路２５でドツ
プラー波の周期の標準偏差 が演算される。

この標準偏差σは乗算器２６に印加されてに倍され、ｋ
σは比較器２９に印加される。

一方、メモリ２３に記憶されているドツプラー波の周期
を表わすデータは減算器２７に印加され、平均値演算回
路から印加される周期の平均値口との差をＬｉ−ｔ、−
を演算し、その絶対値を絶対値回路２８で演算し、比較
回路２９に印加して１ｔｉ−Ｌｌ〉ｋσとなっているデ
ータｔｉを出力判定回路３０に印加する。

出力判定回路３０はドツプラー波の周期を表わすデータ
の中からｌ　ｂ　　ｔ＋　ｌ　＞ｋσとなっているＬｌ
を除去する（ステップＳ５）。これによって異常なデー
タを除去して信頼できる周期データのみを平均値演算回
路３１に送る。

そして信頼できるデータのみを用いてドツプラー波の周
期の平均をｌｉ！ｊ算（ステップＳ６）、その平均値を
用いて（１）式により降下速度を演算ずろ。

上述の回路によって、所定範囲内にある周期データだ（
１が降下速度の演算に用いられるので誤りの少ない降下
速度を演算することができろ。

上の実施例では、マイクロ波回路部において、スタブ・
ヂューナ１５により送信波の一部を検波器へ導いたが、
別の方法として、カップラーを用いることら可能である
。また、信号処理回路において低域通過フィルターの出
力信号をＡ／Ｄ変換して計算機に取り込み、計算機によ
りドツプラー信号の周期測定を行う事も容易に実現でき
る。

別の実施例として、周波数変調による距離測定を行うＦ
Ｍレーダにおいて、周波数変調用信号に同期させ、ある
一定の周波数を送信する瞬間のビート信号をサンプリン
グし、その位相変化量から降下速度を算出することも可
能である。

（発明の効果） 以上詳述したようにこの発明はマイクロ波アンテナを高
炉内に設置して、マイクロ波を炉内装入物に放射し、送
信波と反射波（受信波）とのドツプラー波周期によって
装入物の降下速度を求めるようにしたものであり、装入
物に対しては非接触測定である為、重錘などのスリップ
の影響がなく、高精度な測定が可能である。まｆこ従来
装置のような重錘の上下移動に伴う時間が省け、測定時
間が短くなる。さらにマイクロ波の拡がりによる空間的
な平均化と信号処理回路による時間的に平均化処理によ
り、安定した測定が可能である。本発明の装置により炉
口部での装入物の挙動を正確に把握できると共に高炉操
業の安定化に活用できる。

マイクロ波アンテナの適当な指向性により、測定域に広
がりをもたせ、空間的な平均作用を行うことができ、ノ
イズや装入物のすべり等により生じる誤差の少ないデー
タか得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す側面図、第２図はア
ンテナ部分の一例を示す一部を断面した側面図、第３図
はこの発明の装置と高炉との関係を示す断面図、第４図
はこの発明の一実施例の１ｉｌｌｌ定装置のブロック図
、第５図はこの発明の測定装置による測定結果を示すグ
ラフ、第６図と第７図はドツプラー波の周期の相違を示
す波形図、第８図はこの発明の他の実施例を示すブロッ
ク図、第９図は第８図の実施例の動作を示すフローチャ
ートである。 ■　・ランス、８−アンテナ、１６・・・混合器、２０
・・微分回路、２１・・・カウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炉炉口部において、炉径方向に駆動可能なラン
   スとそのランスを炉内の任意の測定点で停止させること
   が可能なランス駆動制御装置とランス先端に設置し、一
   定の周波数を発振するマイクロ波レーダとレーダより得
   られるドップラー信号の周期或いは周波数から装入物降
   下速度を算出する信号処理装置とを備えたことを特徴と
   する高炉装入物降下速度測定装置。