JPH0220688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉の安定操業及び生産性の向上を
図るために高炉炉口部における装入物の降下速度
分布及びガス流速分布を測定する装置に関する。

［従来技術とその問題点］ 従来技術では、高炉炉口部における装入物の降
下速度分布とガス流速分布を同時に測定する装置
はないので、個別の従来技術に関して説明する。

装入物の降下速度測定装置としては、例えば、
特開昭58−37107号の高炉装入物の降下状況測定
方法に開示されていて、ここでは、ワイヤの先端
に取り付けた重錘を装入物の降下とともに追従さ
せ、このときのワイヤの繰り出し量から装入物の
降下速度を求めている。この方法では、以下の問
題点がある。

高炉の装入物の上面は斜面をなし、又、装入物
自体が複雑な凹凸形状をしているため、重錘が装
入物上でスリツプして測定精度が低くなる。又、
最初に重錘を装入物面上にワイヤが弛まないよう
にして低下させるといつた作業が必要であり、測
定精度向上のために複数の重錘で測定を行なえば
ワイヤ相互が絡む問題があり、作業性が良くなか
つた。

別の測定方法としては、日本鉄鋼協会共同研究
会の第68回、製銑部会資料によれば、レーザー式
プロフイルメータを利用した降下速度測定方法が
報告されている。しかし、この方法では、高炉内
の粉塵によるレーザー光の散乱により、装入物の
挿入直後は測定困難であり、又、測定精度が±30
mmであるのに対し、装入物の降下速度は約1.5
mm／ｓと非常に遅いため、高い測定精度を得るに
は測定時間を長くする必要があり、その間装入物
の投入を停止しなければならないといつた問題が
あつた。

ガス流速測定装置としては、例えば特開昭56−
102504号の高炉炉口ガスの流速測定方法に開示さ
れている。この測定装置では、炉壁内部に水平方
向に挿入したランスに、水平方向にガスジエツト
を供給する供給ノズルと、このノズルに対向する
ようにした設けられた二つの圧力検出ノズルとを
備えている。そして、一方の供給ノズルより噴射
したガスジエツトが炉内のガスにより受ける偏向
により、他方の二つの検出ノズルにて検出した圧
力間に差を生じることになり、この差圧から炉口
ガス流速を求めている。ところが、このような測
定方法では、以下の問題点がある。

ガスジエツトと同じ向きの成分を持つガス流に
対し、測定誤差を生じ易く、又、炉径方向のガス
流分布を求めるために複数個設けた場合、炉口ガ
ス流に対して外乱を生じ誤差となつた。

その他の測定方法として、羽根車を用いたター
ビン式や熱式流速計があるが、いずれも、高温高
圧下で粉塵が多い高炉内での劣化が激しく、保守
作業も煩雑となつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の通り、従来の測定方法による降下速度分
布及び炉口ガス流速分布測定では、高温高圧下
で、劣化し易く、精度も劣つていた。本発明で
は、装入物の降下速度及び炉口ガス流度分布を同
時に高精度の検出が行なえ、かつ、非接触な測定
とすることにより、耐久性に優れた高炉の炉口部
測定装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の高炉の炉口測定装置は、高炉炉口部に
おいて、炉径方向に駆動可能としたランスと、前
記ランスを所定の測定点に停止させることが可能
なランス駆動制御装置と、前記ランス内に設けら
れ、炉内の装入物及び粉塵物に対してマイクロ波
を送信するとともに、該装入物及び粉塵物からの
反射波を受信する複数個のマイクロ波アンテナ
と、前記マイクロ波アンテナにマイクロ波を供給
するマイクロ波発生回路と、前記マイクロ波発生
回路からの送信波とマイクロ波アンテナからの受
信波とを混合検波するマイクロ波検波回路と、前
記マイクロ検波回路で得られたドツプラー信号の
成分から高域部及び低域部の信号成分を取り出す
フイルター手段と、前記フイルター手段で得られ
た低域部の信号成分の周波数を検出して前記装入
物の降下速度に対応する信号を出力する装入物降
下速度検出回路と、前記フイルター手段で得られ
た高域の信号成分の周波数を検出して得た前記粉
塵物の上昇速度を変換して炉口ガス速度に対応し
た信号を出力するガス流速検出回路とを備えてい
る。

［作用］ 上記構成によれば、マイクロ波発生回路からの
マイクロ波がマイクロ波アンテナから装入物及び
粉塵物に対して送信される。そして、送信したマ
イクロ波が前記装入物や粉塵物で反射し、その反
射波が前記マイクロ波アンテナで受信される。こ
の受信された反射波と、前記マイクロ波アンテナ
に供給した送信波の一部とがマイクロ波検波回路
により混合検波され、前記装入物や粉塵物の移動
速度に対応した周波数の信号成分を有するドツプ
ラー信号が出力される。このドツプラー信号は、
フイルター手段により、高域部と低域部との信号
成分として取り出される。これらの二つの信号
は、それぞれ装入物降下速度検出回路と、ガス流
速検出回路とでその信号内容が検出されることに
より、所望の降下速度信号と、粉塵の移動速度、
即ちガス流速を示す信号とが得られる。

［実施例］ 第１図は本発明の１実施例を示している。

１は、高炉の側壁を示していて、２は、側壁１
を水平方向に貫通して設けられたガス等の噴射を
行なうランスであり、炉体内部に位置するランス
２部には、３個のリフレクトホーンアンテナ３
ａ，３ｂ，３ｃが等間隔に３個設けらている。
又、各々のアンテナの開口部Ａには、ホーンアン
テナ部に粉塵の侵入を防止するためのマイクロ波
透過窓ａが設けられており、材質としては、例え
ば石英ガラスを使用することができる。４は、前
記ホーンアンテナ３ａ，３ｂ，３ｃにマイクロ波
を供給するためのマイクロ波発生回路であり、こ
のマイクロ波発生回路４と各ホーンアンテナ３
ａ，３ｂ，３ｃとはそれぞれ導波管５ａ，５ｂ，
５ｃにより接続されている。６ａ，６ｂ，６ｃは
それぞれ、ホーンアンテナ３ａ，３ｂ，３ｃに対
応して設けられた信号処理回路であり、各信号処
理回路６ａ，６ｂ，６ｃには、それぞれホーンア
ンテナ３ａ，３ｂ，３ｃからの受信信号と、マイ
クロ波発生回路４の発生信号、即ち、各ホーンア
ンテナ３ａ，３ｂ，３ｃからの送信信号とを混合
検波して得られたドツプラー信号が入力される。

信号処理回路６ａにおいて、６１は、前記ドツ
プラー入力信号を増幅する増幅器であり、６２は
増幅器６１からの信号の内、低域部の信号成分を
取り出す低域通過フイルターであり、６３は、周
波数を検出する周期測定回路である。６４は、得
られた周波数の平均値を算出する平均値演算回路
であり、６５は、得られた周波数の平均値から装
入物の降下速度に換算するための速度換算回路で
ある。又、６６は、前記増幅器６１からの信号の
内、高域部の信号成分を取り出す高域通過フイル
ターであり、６７は、得られた高域の信号成分か
ら所定の強度の信号を取り出すコンパレータであ
る。６８は、入力された周波数信号を電圧値に変
換するFV変換器であり、６９は、ガス流速度を
得るために、変換された電圧値に所定の定数を乗
算する定数乗算回路である。

次に上記マイクロ発生回路４について第２図に
より詳細に説明する。

２１はマイクロ波を発振するマイクロ波発振器
であり、発振されたマイクロ波は一方向に信号を
伝達するアイソレータ２２を介して分波器２３
ａ，２３ｂ，２３ｃに入力され、エネルギーが等
分される。分波器２３ａからの信号が入力される
サーキユレータ２４ａは、整合器であるスタブチ
ユーナ２５ａ及び前記導波管５ａを介して前記ホ
ーンアンテナ３ａに供給するとともに、該供給し
たマイクロ波と、ホーンアンテナ３ａで送信した
マイクロ波による受信波とを混合して検波器２６
ａに送出する。検波器２６ａでは、送信波と、ホ
ーンアンテナ３ａと装入物の上面とをマイクロ波
が往復する時間だけ前記送信波からずれた受信波
とが混合検波される。従つて、この検波器２６ａ
で得られたドツプラー信号の周波数は、前記ホー
ンアンテナ３ａと装入物の上面との距離変化に対
応し、この場合ホーンアンテナ３ａは一定の高さ
に保持されているため、前記ドツプラー信号の周
波数は、装入物のレベル変化を示すことになる。
このドツプラー信号は、既述したように信号処理
回路６ａに送出される。分波器２３ｂ，２３ｃ以
降についても分波器２３ａと同様な回路構成とな
つているので回路構成及び以下の動作の説明につ
いて省略する。

次に、上記構成の測定装置の動作を説明する。
マイクロ波発振器２１で発振されたマイクロ波
は、サーキユレータ２４ａの機能により、ホーン
アンテナ３ａに供給される。ホーンアンテナ３ａ
では、マイクロ波の供給により、装入物に対して
送信するとともに、この装入物で反射したマイク
ロ波を受信して前記サーキユレータ２４ａに送出
する。サーキユレータ２４ａでは、ホーンアンテ
ナ３ａに供給した送信波の一部と、ホーンアンテ
ナ３ａから送られてきた受信波とを混合して検波
器２６ａに送出する。これにより、検波器２６ａ
からは、既述したように、装入物のレベルに対応
した周波数のドツプラー信号が出力され、信号処
理回路６ａに送出される。

信号処理回路６ａにおいて、増幅器６１で増幅
された後、低域通過フイルター６２及び高域通過
フイルター６６によつて低域分の信号と、高域部
の信号とが取り出される。低域部の信号は、周期
測定回路６３によつて直接その周波数が検出さ
れ、そして、平均値演算回路６４にて、検出した
周波数が平均される。その後、速度換算回路６５
により、装入物の降下速度となる値に換算され
る。

一方、高域通過フイルター６６で得られた高域
部の信号は、まず、コンパレータ６７にて所定の
レベルの信号を取り出し、その後、FV変換器６
８にて周波数に対応する電圧値に変換された後、
定数乗算器６９にて、炉内のガス流速となるよな
所定の定数が乗算される。

このように、ホーンアンテナ３ａにより得られ
た降下速度及びガス流速は、第１図の位置関係で
分かるように、炉の側壁１に近い箇所での結果と
なり、一方、ホーンアンテナ３ｃによる測定結果
では、高炉内の中心部に近い個所での測定結果と
なる。又、図示しないランス駆動装置によりラン
ス５を水平方向に移動することにより、例えば装
入物の中心部における降下速度及びガス流速を得
ることもでき、降下速度やガス流速の分布を容易
に知ることができる。尚、降下速度と、ガス流速
との数値は、２桁以上異なるつているので、低域
及び高域通過フイルター６２，６６での信号分離
は容易である。

第６図は、本装置を用いて実際の降下速度とガ
ス流速を測定した結果を示していて、本装置で使
用したマイクロ波の周波数は、24.1GHzであり、
送信パワーは、10mWであつた。この第６図で分
かるように、装入物の降下速度は中心部に向かう
につれて速度が大きくなり、一方、ガス流速は炉
心で比較的大きな速度となつた。

第３図は、第２図で示したマイクロ発生回路６
の別の実施例を示していて、第２図の回路と同一
の部分については同一の符号を付している。第３
図では、３回路に切り換えることのできるマイク
ロ波スイツチ２７をスタブチユーナ２５と導波管
５ａ，５ｂ，５ｃとの間に設けることにより、マ
イクロ波発生回路４及び信号処理回路６におい
て、それぞれ３系統設けなくても済む利点があ
る。

第４図及び第５図は、上記ランス２におけるホ
ーンアンテナ３ａ，３ｂ，３ｃの別の取り付け方
法を示している。第４図では、ホーンアンテナ４
１ａ，４１ｂ，４１ｃは、円錐形状をなし、か
つ、このホーン部は鉛直状態となつている。この
ような形状とすることにより、ホーン部に粉塵が
堆積しないので、マイクロ波透過窓４２は、ホー
ンの開口部に設ける必要はなく、小形のものを導
波管５ａ，５ｂ，５ｃ内に設けることができる。

第５図では、アンテナとしては、単に下部に開
口を有する孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃが設けられ
ている。この場合も粉塵の堆積の恐れはないの
で、マイクロ波透過窓５２を導波管５ａ，５ｂ，
５ｃに設けることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、装入物等から反射したマイク
ロ波をドツプラー信号として検出し、そのドツプ
ラー信号の内容から装入物の降下速度と、粉塵の
速度、即ちガス流速とを得るようにしたので、非
接触にて高精度でかつ応答性の良い測定が可能と
なる。又、非接触による検出としたので、高温高
圧下の炉内部においても検出素子が劣化するとい
つたこともなく、長期にわたつて高い精度を維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例である測定装置の構
成を示すブロツク図、第２図は、第１図における
マイクロ波発生回路の詳細を示すブロツク図、第
３図は、第２図のマイクロ波発生回路の別の実施
例を示すブロツク図、第４図及び第５図は、第１
図のランスにおけるホーンアンテナの別の形態を
示す図、第６図は、第１図の装置により実測した
結果を示す図である。 １……炉側壁、２……ランス、３ａ，３ｂ，３
ｃ……ホーンアンテナ、４……マイクロ発生回
路、５ａ，５ｂ，５ｃ……導波管、６ａ，６ｂ，
６ｃ……信号処理回路、ａ……マイクロ透過窓、
２１……マイクロ発振器、２２……アイソレー
タ、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ……分波器、２４
ａ，２４ｂ，２４ｃ……サーキユレータ、２５
ａ，２５ｂ，２５ｃ……スタブチユーナ、２６
ａ，２６ｂ，２６ｃ……検波器、２７……マイク
ロ波スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉炉口部において、炉径方向に駆動可能と
   したランスと、前記ランスを所定の測定点に停止
   させることが可能なランス駆動制御装置と、前記
   ランス内に設けられ、炉内の装入物及び粉塵物に
   対してマイクロ波を送信するとともに、該装入物
   及び粉塵物からの反射波を受信する複数個のマイ
   クロ波アンテナと、前記マイクロ波アンテナにマ
   イクロ波を供給するマイクロ波発生回路と、前記
   マイクロ波発生回路からの送信波とマイクロ波ア
   ンテナからの受信波とを混合検波するマイクロ波
   検波回路と、前記マイクロ検波回路で得られたド
   ツプラー信号の成分から高域部及び低域部の信号
   成分を取り出すフイルター手段と、前記フイルタ
   ー手段で得られた低域部の信号成分の周波数を検
   出して前記装入物の降下速度に対応する信号を出
   力する装入物降下速度検出回路と、前記フイルタ
   ー手段で得られた高域の信号成分の周波数を検出
   して得た前記粉塵物の上昇速度を変換して炉口ガ
   ス速度に対応した信号を出力するガス流速検出回
   路とを備えたことを特徴とする高炉の炉口部測定
   装置。 ２ 上記複数個設けられたマイクロ波アンテナ
   は、炉径方向に位置する特許請求の範囲第１項に
   記載の高炉の炉口部測定装置。