JPS62148875A - 高炉の装入物測定装置 - 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、高炉炉口部におけろ装入物のレベル高さと降
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、高炉装入物のザ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が約３０゜の安息角をも
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１０ｃ、Ｗ／分と非常にゆ
っくりしている。七ころが、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釣上１０ｃＩｌ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。

一方、高炉炉頂部における装入物分布の制御は、高炉操
業におけろ高能率化を図る上で重要な役割を占め、以下
に述べる目的がある。

１）ｆ内でガスとの反応効率を高め、生産性を高める。

２）炉内ガスの通気性を高め、安定な操業を行う。

３）炉体の熱負荷を低減し、炉寿命を延長させる。

このため、高炉内の状況と装入物分布の関係を明確にし
、装入物分布制御の開発が必要となる。

これらの研究には、装入物分布の主因子である鉱石／コ
ークス比の分布を求めることが重要であり、このために
は高炉装入物の上面形状と降下速度を測定し、鉱石／コ
ークス比を的確に把握ずろことか要求されろ。

本発明は、従来の技術におけろ上述の問題を解決するた
めになされたしのであって、高炉内の装入物に非接触で
測定を可能とし、装入物の測定面でのスリップの影響な
く正確に装入物のレベル高さと降下速度とを求めること
を可能とし、さらに測定時間を短縮できる測定装置を提
供することを目的とする。

（発明の構成） この発明の高炉の装入物測定装置はマイクロ波を炉内装
入物に送波するとともに装入物からの反射波を受波する
マイクロ波送受波手段と、送波と受波とからビート波あ
るいはドツプラー波を得る手段と、ビート波から装入物
のレベル高さを表わす信号をとり出すレベル高さ検出手
段と、ドツプラー波から装入物のレベル高さの降下速度
を表イっす信号をとり出す降下速度検出手段と、両検出
手段のどちらを作動させるかを切換える切換手段とを備
えたことを特徴とする。

（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Ｉとランスｌの駆動装置２とランス
１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Ｉ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が移動している間、信号処理装置はレベル高さ
の測定を行い、ランスＩが停止している間、信号処理装
置４は降下速度の測定を行う。第３図に示すように、ラ
ンスｌ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、これより装入物のレベル高さの分布と降
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■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クト・
ポーンアンテナ８とマイクロ波回路を収納するジャケッ
トＩＯ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／−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かでき
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。

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より送信される。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
．サーキュレータＩ１１を怪て検波器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ム同様
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
２０へ人力される。低域通過フィルタ１９では、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成いは周波数
を測定し、その出力を計算機２１へ出力する。計算機２
Ｉ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、ｆ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か
求められるとＣＲＴ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Ｉ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Ｃ１１′ｒ
表示器２２に表示する。このようにしてランス１を複数
の地点に移動して降下速度を求めることによりｃ　ｒｚ
　’ｒ表示器２２に装入物の降下速度分布を表示するこ
とができる。

一実施例においては使用したマイクロ波の発振周波数は
、２４．ＩＧＩ（ｚ、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、降下速度か約１０．９ｃＲ／分
と計算できる。

スイッチ８２をａ側に切り換え、送波するマイクロ波を
周波数変調すると混合器１６に得られるビート波信号は
詳細後述のレベル高さ検出回路４０に印加されて、装入
物のレベル高さが測定される。

第６図は第４図の装置のさらに詳細な回路図であり高炉
装入物のレベル高さおよび装入物の降下速度の両者を切
り換えて測定する装置を示しており、４０はレベル高さ
測定部、６０は降下速度測定部、８０はどちらの測定を
行なうかを指令する指令器、８１は測定モード判定器、
８２はレベル高さ測定部４０と降下速度測定部のどちら
かを選択する切り換えスイッチである。切り換えスイッ
チ８２の共通接点Ｃは送信波と装入物の反射波とのビー
ト波あるいはドツプラー波をつくる混合器Ｉ６の出力端
子に接続され、また高さ測定側の接点ａはレベル高さ測
定部４０の混合器４１に接続され、降下速度側の接点す
は降下速度測定部６０の増幅器６１に接続される。

上述の構成により、スイッチ８２かｂ側に切り換えられ
たときは、混合器１６から得られるドツプラー波は降下
速度測定部６０の増幅器１８に印加され、ここで増幅さ
れて低域通過フィルタ６２て高域の雑音成分が除去され
、ドツプラー波の括木波が微分回路６３に印加されろ。

微分回路６３でドツプラー波の１周期毎に生じろパルス
が生成される。このパルスはカウンタ６５に印加され、
クロック発振器６４から印加されるクロックパルスにし
たがってト記パルスの時間間隔か測定される。なおこの
カウンタ６５での時間間隔の測定はランス停止検出器７
６からの信号によって、ランスｌが停止しているときに
のみ行なイっれる。

カウンタ６５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６９に記憶され、さらに平均値演算回路６６に印
加されて、所定時間内でのトノか求められる。（第７図
ステップＳ４参照）。さらに偏差値演算回路６７でドツ
プラー波の周期の標め偏差 が演算される。

この標め偏差σは乗算器６８に印加されてに倍され、ｋ
σは比較器７２に印加される。

一方、メモリ６９に記憶されているドツプラー波の周期
を表わ十データは減算器７０に印加され、平均値演算回
路２４から印加されろ局間の平均値口との差【Ｉ−■を
演算し、その絶対値を絶対値回路７１で演算し、比較回
路７２に印加して□目−ｉ′７□〉ｋσとなっているデ
ータｔｉを出ツノ判定回路７３に印加する。

出力判定回路７３はドツプラー波の周期を表わすデータ
の中から＋　ｔ＋−ｔ、　１＞ｋσとなっているＬｉ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のデータのみを平均値演算回
路７４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
期の平均を演算（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する。

上述のように１ｔｉ−ｔ、　Ｄｋσとなるｔｉを除いて
降下速度を演算することにより装入物のすべりによる不
正確なドツプラー波による誤差を除き信頼性の高いデー
タを得ることができる。

一方スイッチ８２をａに切り換えたときは混合器１６か
ら得られたビート波はレベル高さ測定部４０の混合器４
１に印加される。

そして正弦波発振器４５から印加される周波数ｆ、なる
正弦波と混合され、この混合波は高域通過フィルタ４２
に通されて、混合波の上側帯波Ｗｕか分離され出力され
ろ。

いまヒート波Ｗｄの電圧波形をＥｂ、正弦波発振器・１
５の出力電圧波形をＩＥＩ：　ｒ　ＩとするとＥ）、　
−＝ＡＩ、５ｉｎ（２ｎ　ｒｂｔ十φｂ）　　　　　　
　（２）Ｅ　ｒ、　”　Ａ　、５ｉｎ（２ｒｒ　ｒ　ｌ
ｔ＋φ、　）　　　　　　　（３）で表される。また面
記、上側帯波Ｗｕの電圧波形は（４）式で表される。

Ｅｕ＝Ａｇｓｉｎ（２π（ｆｂ＋Ｌ）Ｌ＋φ、＋φｂ）
　　（４）上記のようにして得られた上側帯波Ｗｕはｔ
昆合器４３に印加され、正弦波発振器４７から印加され
る周波数ｒ２なろ正弦波と混合され、この混合波は低域
通過フィルタ４４に通されて、この混合波の下側帯波Ｗ
Ｌが分離され出力される。

正弦波発振器４７の出力電圧波形Ｅｒ２はＥｒ、＝Ａ２
ｓｉｎ（２πｆ２Ｌ＋φ２）　　　　　（５）で表され
る。

したがって、上記混合波の下側帯波Ｗ（、の電圧波形は
（６）式で示される。

Ｅ１＝ＡＬｓｉｎ（２π（ｆｂ＋ｆ、−ｆ２）ｔ＋φｔ
φ１−φ、）　　　（６） ここで、’ｒ　、＝　ｔ　／（ｆｔ−ｆｔ）と定義し、
φ′＝φｂ−φ１−φ２と置き換えると、（６）式は次
式のように変形される。

（７）式と（２）式とを比較すると、下側帯波ＷＬはら
とのビート波Ｗｂにおいて初期位相項を周期Ｔ、”ｉ？
直線的に変調したちのである。

低域通過フィルタ４４で得られた（７）式で示されろ下
側帯’ｔｌｌ　Ｗ　Ｌはフィルタ４８で高調波が除去さ
れて、さらに波形整形回路４９で（７）式で表わされる
下側帯波ＷＬのゼロクロス点に対応したパルスを生じる
。ここでは−例として上記側帯波が−から＋へ立ち上る
ゼロクロス点をとる。

このパルスは力１クンタ５０に印加され、位ト１］変：
ａＳ１周期Ｔ１に亙って計数され、上記下側帯波の波の
数が計数される。

このカウンタ５０の計数結果ΣＮは距離演算回路５１に
印加され、送信波Ｗｓの周波数変調周期Ｔ２の１周期あ
たりの、下側帯波ＷＬの波の数ｎ（８）式により演算さ
れ、さらに（９）式にもとづいて測距対照までの距離ｄ
が演算される。

ｎ−ΣＮ／ｍ（８） ｄ　＝　ｎＸｃ／８△Ｆ（９） 両方の測定部４０と６０で得られた装入物のレベル高さ
あるいは装入物の降下速度は表示器２２により表示され
る。

上の実施例では、マイクロ波回路部において、スタブ・
チューナ１５により送信波の一部を検波器へ導いたか、
別の方法として、カップラーを用いろことら可能である
。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：つ込み、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２
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）とのヒート波から装入物のレベ
ル高さを、またドツプラー波周期によって降下速度を求
めるようにした乙のであり、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。また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、安定した測定か可能
である７本発明の装置により炉口部ての装入物の挙動を
ｒＥ確に把握でさ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
がりをらたＵ゛、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しろ誤差の少ないデ
ータか得られる。

さらに装入物の降下速度とレベル高さとを同一の装置を
用いて切り換えにより測定できるので、設備費が少なく
て済み、また同一地点の測定データが得られ、高炉内状
況の解析により有効であり、さらに加えて、ランスの往
路・復路で各々装入物分布・降下速度分布か測定でき、
測定時間が短いなどの種々の利点が得られる。

【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測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図は第４図の実施例の詳細なブロック図、第７図は第
６図の実施例の動作を示すフローチャートである。 １・・ランス、８−アンテナ、１６・・・混合器、２０
　・微分回路、２１　・カウンタ、４０・レベル高さ測
定部、６０・・・降下速度分布、６２・・切り換えスイ
ッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波を炉内装入物に送波するとともに装入
   物からの反射波を受波するマイクロ波送受波手段と、送
   波と受波とからビート波あるいはドップラー波を得る手
   段と、ビート波から装入物のレベル高さを表わす信号を
   とり出すレベル高さ検出手段と、ドップラー波から装入
   物のレベル高さの降下速度を表わす信号をとり出す降下
   速度検出手段と、両検出手段のどちらを作動させるかを
   切換える切換手段とを備えたことを特徴とする高炉の装
   入物測定装置。