JPS6157364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高炉の炉頂部よりコークスと焼結
鉱、ペレツトなどの鉄源（以後鉱石と称す）とを
層状に装入する高炉において、コークスと鉱石の
電気抵抗の差を検知することによつて、コークス
と鉱石とを判別し、それぞれの層を判別する方法
に関するものである。

一般に高炉では、熱源および還元剤としてのコ
ークスと被還元鉄源としての鉱石とを一定量づつ
層状に装入している。これは高炉の下部で生成し
た還元性ガス（以後炉内ガスと称す）が炉内を上
昇する場合の通気抵抗を小さくししかも装入物と
炉内ガスとの接触を良くすることを狙つたもので
ある。しかし炉内に装入されたコークスと鉱石と
では、粒径に差異があるので通気抵抗特性が著し
く異なり、炉内ガスの流れはコークスと鉱石のそ
れぞれの堆積層厚に大きな影響を受ける。炉内ガ
ス流が乱れると棚、スリツプ等の装入物降下異常
につながり、高炉操業が不安定となる。したがつ
て、安定した操作を維持するためには常に望まし
いガス流分布となるよう装入物の層厚分布を調整
する必要がある。層厚分布を調整するには例えば
アーマープレートの位置を変更して行うが、この
ためには炉内に装入した装入物の堆積層厚を確実
に測定しなければならない。

第１図および第２図に本発明にかかわる装入物
層厚測定用ゾンデを示す。このゾンデ７，７′は
高炉の炉壁４を貫通して炉内に挿入させており、
炉内に装入したコークス５と鉱石６とでは電気抵
抗値に大きな差があることを利用してコークス層
及び鉱石層を検出するものである。すなわち、常
温におけるコークス５の電気抵抗値が１〜３Ωで
あるのに対して鉱石６のそれは5000〜1000Ωもあ
る。装入物堆積層厚の測定は、絶縁物質１２を挾
んで一対の電極１０，１１を有するゾンデ２個
７，７′を高さｈだけ離して炉壁４から炉内に挿
入固定し、それぞれのゾンデ７，７′で測定した
装入物の電気抵抗値の変化から、コークス層か、
鉱石層かを判別するという方法で行なう。この原
理を第３図に示す。この図で実線は上部のゾンデ
７、点線は下部のゾンデ７′の各測定結果を表わ
す。すなわち、上部のゾンデ７で検出したコーク
ス層と鉱石層の境界Ａ（抵抗値が急激に変化する
ことで判定）が下部のゾンデ７′のレベルまで降
下する時間θを求めることによつて、装入物降下
速度Ｖ（Ｖ＝ｈ／θ）を求める。一方、上部のゾンデ ７又は下部のゾンデ７′で検知した鉱石層（又は
コークス層）の通過時間ｔ_pre（又はｔ_cpke）とか
ら層厚ｌ_pre（又はｌ_cpke）をｌ_pre＝Ｖ×ｔ_pre（又
はｌ_cpke＝Ｖ×ｔ_cpke）で求める。

したがつて、この方法ではゾンデ７，７′で検
知した電気抵抗値からコークス層か鉱石層かを確
実に把握することが肝要となる。しかるに、実炉
における電気抵抗測定結果では第４図に測定チヤ
ート例を示すように、電気抵抗値が著しく変化し
ており、コークス、鉱石それぞれの固有抵抗値を
示さず、単なる電気抵抗値の大小レベル差だけで
はコークス層か鉱石層かの判定が困難であるとい
う問題がある。すなわち、コークス層では電気抵
抗値が２〜３Ωの低いレベルと1000Ω以上の非常
に高いレベルまでの間をハンチングし、鉱石層で
は20〜1000Ωまでの範囲を階段状に変化してい
る。これらは、次のことが原因で生じているもの
である。すなわち、高炉では通常30〜80mmの粒径
をもつコークスおよび５〜20mmの粒径をもつ鉱石
を使用しているが、コークス層の場合は粒度が大
きいので堆積層内の空隙が大きく、しかもコーク
ス表面が鉱石の表面に比べて粗面であるためゾン
デ７又は７′の電極１０又は１１との接触が不安
定となり、このため電気抵抗測定回路が断続し、
こに伴つてあたかも電気抵抗値が変化したかのよ
うに２〜３Ω（コークスと電極が接触した場合）
と1000Ω以上（コークスと電極が離れた場合）の
間を激しくハンチングする。一方鉱石層では、表
面が比較的平滑で粒子径が小さいため電極１０，
１１との接触点が多く測定回路の断続が起らない
ので、鉱石固有の抵抗値レベルで安定する。ま
た、階段状に変化するのは一般に焼結鉱、ペレツ
ト等の主成分となる鉄酸化物は温度の上昇にした
がい電気抵抗値が著しく低下する特性をもつてい
るのでゾンデ７又は７′を挿入したレベルの炉内
温度の変化に応じて鉱石の温度が変化するので電
気抵抗値も変化するからである。したがつて第４
図に示した測定例では鉱石層毎に鉱石の温度が変
化していることを示している。

本発明は、このような電気抵抗測定信号（以下
測定信号と称す）の変動を利用して自動的にコー
クス層か鉱石層かを判定し、それぞれの堆積層の
通過時間ｔ_preおよびｔ_cpkeを算出する。

本発明方法は、第４図に示す測定信号例から判
るように、コークス層における測定信号の乱れと
鉱石層の測定信号の乱れとではパターンが異なつ
ていることを利用したものである。すなわち、コ
ークス層では電気抵抗の小さいレベルから大きな
レベルまで短時間でハンチングしているのに対し
て、鉱石層ではこの信号変化幅が小さくあまり大
きく変動していない点に着目して、測定信号の変
化を２つのレベルで区分し、ある単位時間内にそ
れぞれのレベルの間を測定信号が変化したかどう
かを判定して、変化があつた場合をコークス層、
いずれか一方又は２レベル間で変化がない場合を
鉱石層として出力することを利用した信号処理方
法である。

第５図は本発明による実施例を示すブロツク
図、第６図に各機器の作動状況を説明するタイム
チヤートを示す。本発明を第５図のブロツク図で
説明すると、前記ゾンデ７，７′からの測定信号
を増幅する増幅器１３を一対のコンパレータ１６
と１７に並列に接続する。コンパレータ１６は測
定信号の最大ハンチング幅の60〜80％の範囲内の
高いレベル（Ｈレベル）を設定する設定器１４に
接続されており、またコンパレータ１７は最大ハ
ンチング幅の20〜40％の範囲内の低いレベル（Ｌ
レベル）を設定する設定器１５と接続されてい
る。コンパレータ１６はフリツプフロツプ回路１
９（平滑回路付きＤ−FF）、アンドゲート回路２
１、コークカウンタ２３を経て演算回路２６に接
続されており、一方、コンパレータ１７はフリツ
プフロツプ回路（平滑回路付きＤ−FF）、ナンド
ゲート回路２２、鉱石カウンタ２４を経て演算回
路２６に接続されている。前記フリツプフロツプ
回路１９，２０間にはクロツクパルス発信器１８
が設けられ、またフリツプフロツプ回路１９とナ
ンドゲート回路２２の間、及びフリツプフロツプ
回路２０とアンドゲート回路２１との間は接続さ
れている。また、コークカウンタ２３と鉱石カウ
ンタ２４の間にはクロツクパルス発信器２５が設
けられており、鉱石カウンタ２４からコークカウ
ンタ２３へ、またコークカウンタ２３から鉱石カ
ウンタ２４へそれぞれリセツト信号を出力するよ
うに、またコークカウンタ２３及び鉱石カウンタ
２４は演算回路２６へそれぞれ出力するように構
成されている。

ゾンデ７及び７′からの測定信号は増幅器１３
に入力され、ここで増幅された後前記のように構
成された本発明に係る回路により信号処理がなさ
れる。コークス層を検知しているか鉱石層を検出
しているかは次のように判別する。以下ゾンデ７
からの測定信号を処理する際の信号処理について
説明する。測定信号は増幅器１３で増幅され、こ
こからの出力はコンパレータ１６及び１７に並列
に入力され、コンパレータ１６に入力された測定
信号は設定器１４から入力されている後述する高
いレベル値（Ｈレベル）と比較されその測定信号
がＨレベルより高い場合にのみフリツプフロツプ
回路１９に出力する。フリツプフロツプ回路１９
はクロツクパルス発信器１８から前回パルスが発
信された時点から今回パルスが発信されるまでの
間にコンパレータ１６から信号が入力された場合
これをその時間だけ“１”のレベルに保持する機
能を有しており、従つて前記時間内にコンパレー
タ１６からフリツプフロツプ回路１９に入力があ
つた場合ここからアンドゲート回路２１に“１”
の信号が出力され、同時にナンドゲート回路２２
にも“１”の信号が出力される。

一方、コンパレータ１７に入力された測定信号
はここで後述する低いレベル（Ｌレベル）と比較
され、この信号がＬレベルより低い場合にのみフ
リツプフロツプ回路２０へ出力される。このフリ
ツプフロツプ回路２０はクロツクパルス発信器１
８から前回パルスが発信された時点から今回パル
スが発信されるまでの間にコンパレータ１７から
入力があつた場合はこの時間だけその信号を
“1A”のレベルに保持しこれをナンドゲート回路
２２とアンドゲート回路２１へ出力する。クロツ
クパルス発信器１８からは後述するように0.5〜
10秒の間で定つた周期でクロツクパルスが発信さ
れるので、増幅器１３に入つた測定信号がコーク
ス層を検出した信号である場合には、アンドゲー
ト回路２１にＨレベル以上の信号を検出した
“１”の信号とＬレベル以下の信号を検出した
“1A”の信号が同時に入力され、従つてここから
コークカウンタ２３へコークス層を検出したこと
を示すＨレベル信号が出力される。ナンドゲート
回路２２にも同様に“１”及び“1A”の信号が
同時に入力されるが、ここからは鉱石カウンタ２
４へＨレベル信号は出力されない。増幅器１３に
鉱石層を検知した信号が入力された場合も前記と
同様の処理がなされ、この場合にはアンドゲート
回路２１からは出力されずナンドゲート回路２２
からのみＬレベル信号が出力されることとなる。
なお、このことについては更に後述する。

コークカウンタ２３及び鉱石カウンタ２４に信
号が入力されると、それぞれクロツクパルス発信
器２５から得られるクロツクパルスをもとにそれ
ぞれの時間を積算すると共に、その積算値を演算
回路２６へ出力する。コークカウンタ２３に入力
がある場合はその信号により鉱石カウンタ２４は
リセツトされ、また鉱石カウンタ２４に入力があ
る場合は逆にコークカウンタ２３はリセツトされ
るので、コークカウンタと鉱石カウンタとで同時
に積算が行なわれることはない。

前記説明は１個のゾンデによる測定信号の処理
について述べたものであるが、複数個のゾンデか
らの信号の処理はそれぞれ区分して処理するかも
しくは前記処理回路を２系列設けて処理すること
により前記の処理を複数個のゾンデについて行う
ことができる。また、クロツクパルス発信器１８
から発信されるクロツクパルスの周期は0.5〜10
秒内とするのが有効で、0.5秒未満でも10秒を超
えても測定の精度が低下する。

なお、演算回路２６にはコークカウンタ２３か
らのコークス層通過時間ｔ_cpkeと鉱石カウンタ２
４からの鉱石層通過時間ｔ_preが入力され、ゾン
デ７，７′間の距離ｈは定つているので前記のと
おり装入物の降下速度Ｖは、上部のゾンデ７で検
出したコークス層と鉱石層の境界Ａが下部のゾン
デ７′のレベルまで降下する時間θから、 Ｖ＝ｈ／θ で求まり、またコークス層通過時間ｔ_cpkeと装入
物の降下速度Ｖとからコークス層厚ｌ_cpkeは、 ｌ_cpke＝Ｖ×ｔ_cpke で、また鉱石層厚ｌ_preは、 ｌ_pre＝Ｖ×ｔ_pre としてそれぞれの層厚を算出することができる。
なお、本発明において、高いレベル（Ｈレベル）
の値は測定信号のハンチング幅の60〜80％の間
で、また低いレベル（Ｌレベル）の値は測定信号
のハンチング幅の20〜40％の間でそれぞれ設定す
る。

次に、本発明に係る各機器の作動状況を第６図
に基づいて説明する。初期状態０〜Ａ間では測定
信号がＬレベル未満の信号として増幅器１３から
出力されており、従つてコンパレータ１７からは
出力があり、フリツプフロツプ回路２０からは
“1A”の信号がナンドゲート回路２２へ出力され
ている。コンパレータ１６からは出力がないので
アンドゲート回路２１からは出力がなく、ナンド
ゲート回路２２からのみＬレベル出力があるので
この状態を鉱石層とみなして鉱石カウンタ２４が
作動している。Ａ点で測定信号がハンチングを開
始するとＨレベル及びＬレベルを横切つて測定信
号が変化するのでコンパレータ１６及び１７の両
方から出力があり、このためアンドゲート回路２
１からは出力があるけれどもナンドゲート回路か
らは出力がない。この点からコークス層に変化し
たとみなしてコークカウンタ２３が作動を開始
し、同時に鉱石カウンタ２４がストツプし、演算
回路２６に積算値を出力してリセツトされる。Ｂ
点では測定信号がＬレベル付近で小さく変化して
いるのでコンパレータ１７から出力がありフリツ
プフロツプ回路２０からは“1A”が出力され
る。しかしＨレベルを超える信号は入力されない
ためフリツプフロツプ回路１９からは“1A”の
出力は出ない。この点から鉱石層とみなしてコー
クカウンタ２３はストツプしこれまでの積算値を
演算回路２６へ出力したあとリセツトされ鉱石カ
ウンタ２４のみにより積算が行なわれる。Ｃ点で
は測定信号がＨレベルとＬレベルの中間となるの
でコンパレータ１６及び１７の両方からの出力が
出ないのでナンドゲート回路２２のみから出力が
出てＢ点からの継続した鉱石層とみなして鉱石カ
ウンタ２４のみが作動を継続する。Ｄ点では前記
Ａ点と同じ条件となり、またＥ〜Ｆ間では前記Ｃ
〜Ｄ間と同条件、またＦ点では前記Ｂ点とＨ、Ｌ
レベルが逆になつてはいるが条件が同じで鉱石層
として判定される。

以上述べたように本発明によれば、高炉炉内の
コークス層及び鉱石層を電気抵抗を利用するゾン
デにより検出する際測定信号のハンチングのパタ
ーンの相異からコークス層か鉱石層かを判定する
ので炉内における鉱石の温度変化によりその電気
抵抗値が変化してもコークス層と鉱石層が正確に
判定でき、従つてこれらの検知情報に基づいて算
出する装入物の降下速度及びコークス、鉱石の層
厚の測定を精度よく行うことができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高炉々内に設置されたゾ
ンデを例示する断面図、第２図イはゾンデの構造
を例示する要部拡大断面図で第２図ロは第１図イ
のＡ−A′における断面図、第３図は本発明方法
の原理を説明する模式図、第４図は実炉における
ゾンデによる測定信号例を示す波形図、第５図は
本発明の実施例を示すブロツク図、第６図は本発
明に係る各機器の作動状況を示すタイムチヤート
である。 ４：炉壁、５：コークス層、６：鉱石層、７，
７′：ゾンデ、１０，１１：電極、１２：絶縁
物、１３：増幅器、１６，１７：コンパレータ、
１８，２５：クロツクパルス発信器、１９，２
０：フリツプフロツプ回路、２１：アンドゲート
回路、２２：ナンドゲート回路、２３：コークカ
ウンタ、２４：鉱石カウンタ、２６：演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉内に高さを異にして挿入した炉内装入物
   層検知用ゾンデから装入物電気抵抗値の測定信号
   を出力させ、測定信号の最大ハンチング幅の60〜
   80％の間で高い比較レベルを設定すると共に最大
   ハンチング幅の20〜40％の間で低い比較レベルを
   設定し、0.5〜10秒の間で設定する周期でクロツ
   クパルスを発生させて前記ゾンデによる測定信号
   を該パルス発生の都度前記高い比較レベル及び低
   い比較レベルと比較し、前記高いレベルと低いレ
   ベルをともに検出した時がコークス層、それ以外
   は鉱石層として判別することを特徴とする高炉内
   装入物層の判別方法。