(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器内に長尺体を挿入し、前記機器内で落下する粒粉体を前記長尺体に当て、前記粒粉体の衝突によって生じる物理量の変化を前記長尺体の長手方向において検出することにより前記粒粉体の落下状況を把握する粒粉体の落下状況把握方法において、前記物理量として、前記粒粉体の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記長手方向と直交する方向の加速度として検出される加速度を用い、前記粒粉体の個々の衝突による信号を引き出すことを特徴とする粒粉体の落下状況把握方法。
【請求項２】
前記長尺体の長手方向に加速度検出手段を所定間隔で多数並べ、前記加速度検出手段を緩衝手段を介して前記長尺体に設置し、前記粒粉体が前記加速度検出手段の各々に衝突することで生じる加速度変化を検出し、前記多数の加速度検出手段の加速度変化の比較によって前記長尺体の長手方向における前記粒粉体の落下量の分布を把握するようにした請求項１記載の粒粉体の落下状況把握方法。
【請求項３】
前記加速度検出手段は、前記長尺体の表面に露出して前記粒粉体が直接当たる衝突部を有する請求項１又は請求項２に記載の粒粉体の落下状況把握方法。
【請求項４】
前記衝突部は、前記長尺体の表面の開口部に埋めて設けられている請求項３記載の粒粉体の落下状況把握方法。
【請求項５】
前記長尺体を前記機器内に斜めに挿入する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の粒粉体の落下状況把握方法。
【請求項６】
前記機器は高炉であって、前記粒粉体は高炉用の原料である請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の粒粉体の落下状況把握方法。
【請求項７】
長尺体と、前記長尺体の長手方向に所定間隔で多数設置され、落下物の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記長手方向と直交する方向で検出される加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段と前記長尺体との間の緩衝手段と、を備える落下物測定装置。
【請求項８】
前記加速度検出手段は、前記長尺体の表面に露出して前記落下物が当たる衝突部と、前記衝突部に固設された取付部と、前記取付部に取り付けられて加速度を検出するセンサー部とからなる請求項７に記載の落下物測定装置。
【請求項９】
前記長尺体は中空部分を有する筒状であって、表面に設けられた開口部に前記衝突部が位置し、前記中空部分に前記取付部が収納され、前記取付部と前記長尺体との間に、前記緩衝手段が設けられている請求項８に記載の落下物測定装置。
【請求項１０】
前記緩衝手段は、ゴム等の粘弾性体とバネ等の弾性体の少なくとも一つ以上の組み合わせである請求項９に記載の落下物測定装置。
【請求項１１】
前記長尺体の中空部分に気体を圧入し、隙間から外部に気体を吹き出すパージ手段が設けられた請求項９に記載の落下物測定装置。
【請求項１２】
長尺体と、前記長尺体の長手方向に所定間隔で多数設置され、落下物の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記長手方向と直交する方向で検出される加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記多数の加速度検出手段からの信号を受けて、前記長尺体の長手方向の落下の分布、主流位置、幅を演算する演算部と、を備える落下物測定装置。
【請求項１３】
前記演算部は、▲１▼各加速度検出手段からの信号にしきい値を設定し、しきい値を越える数を数えること、▲２▼各加速度検出手段からの信号に対して標準偏差を算出すること、▲３▼各加速度検出手段からの信号に対してＦＦＴを施すこと、▲４▼各加速度検出手段からの信号に移動平均を算出すること、▲５▼各加速度検出手段からの信号の相互相関を算出することのいずれかによる請求項１２に記載の落下物測定装置。
【請求項１４】
高炉内で落下する原料の落下状況を把握するための高炉用落下物測定装置であって、
前記原料の落下軌跡内に突設される長尺体と、
前記長尺体の長手方向に所定間隔で多数設置され、前記原料の衝突による加速度変化を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段と前記長尺体との間に設置される緩衝手段と、
前記加速度検出手段を前記原料が衝突するよう前記落下軌跡内に露出させた状態で、前記長尺体の外周を支持して二重構造体となし、前記長尺体の外周との間に断熱用空間を形成せしめる補強長尺体と、を備えてなる高炉用落下物測定装置。
【請求項１５】
前記補強長尺体は、前記原料の落下軌跡内に開口する筒状体と、前記長尺体を前記筒状体の開口から前記落下軌跡内に突出させて支持し、該長尺体の外周との間に前記断熱用空間を形成させしめる多数の支持脚とからなる請求項１４に記載の高炉用落下物測定装置。
【請求項１６】
前記加速度検出手段は、前記長尺体の表面に露出して前記原料が直接当たる衝突部と、前記長尺体内で前記衝突部に固設された取付部と、前記長尺体内で前記取付部に取り付けられて加速度を検出するセンサー部とからなる請求項１４又は請求項１５に記載の高炉用落下物測定装置。
【請求項１７】
前記緩衝手段は、前記長尺体と前記取付部との間に設けられている請求項１６に記載の高炉用落下物測定装置。
【請求項１８】
前記緩衝手段は、ゴム等の粘弾性体とバネ等の弾性体の少なくとも一つ以上の組み合わせである請求項１４又は請求項１７に記載の高炉用落下物測定装置。
【請求項１９】
前記長尺体は、該長尺体内に気体を圧入し、隙間から外部に気体を吹き出すパージ手段に接続されている請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載の高炉用落下物測定装置。
【請求項２０】
落下物の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記落下物の１個１個に対応して検出される加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段から得られた加速度値を用いて装入原料の銘柄や粒度を判定する演算部と、を備えてなる落下物測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器に装入される粒粉体の落下位置を検出して前記粒粉体の落下状況を把握する方法、及び、粉粒体の落下物を測定するための落下物測定装置に関し、特に機器として高炉を用い粒粉体が高炉用の原料である場合に適した粒粉体の落下状況把握方法及び落下物測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高炉の炉頂装入装置から高炉内に装入される原料の落下位置を測定することにより、高炉内の原料分布を把握して操業の安定化を図っている。そのため、高炉内に筒状の長尺体を挿入し、高炉内を落下する原料が前記長尺体に当たる状況を何らかの手段により測定することにより、高炉に装入される原料の落下位置を検出する方法が行われている。
【０００３】
実開平５−７２９５３号公報では、長手方向所定域の上部に凹部を設け、その凹部内に軟質固形物を埋設したプローブを用い、このプローブを炉内に挿入して落下原料に曝し、原料の落下時の衝撃で前記軟質固形物に圧痕を生じさせ、その圧痕から炉内の特定部位における原料の落下状況を把握する方法が提案されている。この方法は、直接落下物の量を測定できるものの、経時変化や連続測定の如き自動測定に不向きである。
【０００４】
そこで、特公昭６０−４０４８４号公報、実開昭４−２１５４９号公報、特開昭６−１３６４１９号公報では、多数の感圧測定部材を上方に向けて列設したプローブを炉内方向に向けてほぼ水平に配置し、落下原料をプローブに曝して通過させ、各感圧測定部材によってぞれぞれ特定部位に於ける荷重変化を連続的に検出し、原料の落下状況を測定する方法が提案されている。感圧測定部材には、圧電素子を内蔵したロードセル、ストレンゲージ等が用いられる。
【０００５】
また、特公昭６１−１７７３０４号公報では、気体噴出ノズルを等間隔で配設したプローブを炉心方向に向かって原料落下部へ挿入し、落下物が通過する際のガス噴出量が抑えられる程度を各ノズルの圧力変化として連続測定することで落下物の落下位置を測定する方法が提案されている。特開昭３−２０７８０４号公報では、炉内に配置したバアーに原料が衝突したときに発生する疑似ＡＥを検出するセンサを前記バーの炉外両端のそれぞれに設け、相対するセンサーへの疑似ＡＥの到達時間差から原料落下位置を検出し、少なくとも一つのセンサーの検出信号のうちレベル小の到達時間とレベル大の到達時間の差から原料落下の広がり検出する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭６１−１７７３０４号公報の気体圧力変動や、特開昭３−２０７８０４号公報の疑似ＡＥを用いる方法は、外乱の影響を受けやすく、測定精度が悪いという問題点がある。
【０００７】
特公昭６０−４０４８４号公報等の感圧測定部材を用いる方法は、いずれも感圧測定部材として圧力又は重量を測定するセンサを用いており、各センサの受け板の上に載る原料の重量変化を測定することになる。しかしながら、原料は粉粒体であり、落下位置で原料がプローブの長手方向に山状に積み重なるという現象を生じさせる必要があり、そのためプローブを水平配置とし受け板の表面積を大きくしているものの、落下原料の量を正確に測定することが困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、落下物の量を正確に測定することができ、外乱の影響も少なく出来る粒粉体の落下状況把握方法、落下物測定装置及び高炉用落下物測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
落下物の落下状況を把握するためには、落下物の重量又は容量に対応する物理量でなければならないという従来の常識を打ち破り、落下物の個々の衝突による加速度変化によって落下状況を把握できることを実験で確かめて本発明を完成した。
【００１０】
即ち、上記課題を解決する請求項１記載の方法発明は、機器内に長尺体を挿入し、前記機器内で落下する粒粉体を前記長尺体に当て、前記粒粉体の衝突によって生じる物理量の変化を前記長尺体の長手方向において検出することにより前記粒粉体の落下状況を把握する粒粉体の落下状況把握方法において、前記物理量として、前記粒粉体の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記長手方向と直交する方向の加速度として検出される加速度を用い、前記粒粉体の個々の衝突による信号を引き出すことを特徴とする粒粉体の落下状況把握方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記長尺体の長手方向に加速度検出手段を所定間隔で多数並べ、前記加速度検出手段を緩衝手段を介して前記長尺体に設置し、前記粒粉体が前記加速度検出手段の各々に衝突することで生じる加速度変化を検出し、前記多数の加速度検出手段の加速度変化の比較によって前記長尺体の長手方向における前記粒粉体の落下量の分布を把握する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、  前記加速度検出手段は、前記長尺体の表面に露出して前記粒粉体が直接当たる衝突部を有する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３において、前記衝突部は、前記長尺体の表面の開口部に埋めて設けられている。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかにおいて、前記長尺体を前記炉内に斜めに挿入する。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５記載のいずれかにおいて、前記機器は高炉であって、前記粒粉体は高炉用の原料である。
【００１６】
請求項７の装置発明は、長尺体と、前記長尺体の長手方向に所定間隔で多数設置され、落下物の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記長手方向と直交する方向で検出される加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段と前記長尺体との間の緩衝手段と、を備える落下物測定装置である。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項７において、前記加速度検出手段は、前記長尺体の表面に露出して前記落下物が当たる衝突部と、前記衝突部に固設された取付部と、前記取付部に取り付けられて加速度を検出するセンサー部とからなる。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８において、前記長尺体は中空部分を有する筒状であって、表面に設けられた開口部に前記衝突部が位置し、前記中空部分に前記取付部が収納され、前記取付部と前記長尺体との間に、前記緩衝手段が設けられている。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項９において、前記緩衝手段は、ゴム等の粘弾性体とバネ等の弾性体の少なくとも一つ以上の組み合わせである。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項９において、前記長尺体の中空部分に気体を圧入し、隙間から外部に気体を吹き出すパージ手段を設けた。
【００２１】
請求項１２の装置発明は、長尺体と、前記長尺体の長手方向に所定間隔で多数設置され、落下物の個々の衝突による衝撃が直接伝達されることで前記長手方向と直交する方向で検出される加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記多数の加速度検出手段からの信号を受けて、前記長尺体の長手方向の落下の分布、主流位置、幅を演算する演算部と、を備える落下物測定装置である。
【００２２】
請求項１３の発明は、請求項１２において、前記演算部は、▲１▼各加速度検出手段からの信号にしきい値を設定し、しきい値を越える数を数えること、▲２▼各加速度検出手段からの信号に対して標準偏差を算出すること、▲３▼各加速度検出手段からの信号に対してＦＦＴを施すこと、▲４▼各加速度検出手段からの信号に移動平均を算出すること、▲５▼各加速度検出手段からの信号の相互相関を算出することのいずれかによる。
【００２３】
請求項１４の高炉用装置発明は、高炉内で落下する原料の落下状況を把握するための高炉用落下物測定装置であって、前記原料の落下軌跡内に突設される長尺体と、前記長尺体の長手方向に所定間隔で多数設置され、前記原料の衝突による加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段と前記長尺体との間に設置される緩衝手段と、前記加速度検出手段を前記原料が衝突するよう前記落下軌跡内に露出させた状態で、前記長尺体の外周を支持して二重構造体となし、前記長尺体の外周との間に断熱用空間を形成せしめる補強長尺体とを備えてなる高炉用落下物測定装置である。
【００２４】
請求項１５の発明は、請求項１４において、前記補強長尺体は、前記原料の落下軌跡内に開口する筒状体と、前記長尺体を前記筒状体の開口から前記落下軌跡内に突出させて支持し、該長尺体の外周との間に前記断熱用空間を形成させしめる多数の支持脚とからなる。
【００２５】
請求項１６の発明は、請求項１４又は請求項１５において、前記加速度検出手段は、前記長尺体の表面に露出して前記原料が直接当たる衝突部と、前記長尺体内で前記衝突部に固設された取付部と、前記長尺体内で前記取付部に取り付けられて加速度を検出するセンサー部とからなる。
【００２６】
請求項１７の発明は、請求項１６において、前記緩衝手段は、前記長尺体と前記取付部との間に設けられている。
【００２７】
請求項１８の発明は、請求項１４又は請求項１７において、  前記緩衝手段は、ゴム等の粘弾性体とバネ等の弾性体の少なくとも一つ以上の組み合わせである。
【００２８】
請求項１９の発明は、請求項１４乃至請求項１７のいずれかにおいて、前記長尺体は、該長尺体内に気体を圧入し、隙間から外部に気体を吹き出すパージ手段に接続されている。
【００２９】
請求項２０の発明は、落下物の個々の衝撃による衝撃が直接伝達されることで前記落下物の１個１個に対応して検出される加速度変化を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段から得た加速度値を用いて装入原料の銘柄や粒度を判定する演算部を備えてなる落下物測定装置である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、高炉の炉頂要部の内部を示す縦断面図である。
【００３１】
コークス及び鉄鉱石の原料は、それぞれバケット等のよって秤量されつつ高炉の炉頂に搬送されて装入されるが、高炉内が高圧化されているため、前記装入には均圧室を形成した装入装置が利用される。図１は炉頂部に固設される均圧室ベル方式の装入装置１を示している。
【００３２】
この装入装置１は、炉頂部の中央に配設された釣鐘形閉塞部材（下ベル）２と及び略円筒状の下ベルホッパー３と、炉頂部の炉周方向に複数個設けたムーバブルアーマー４と、ムーバブルアーマー４の下側の炉壁５に斜め下向きに固設された中空部材６と、中空部材６を通ってムーバブルアーマー４の傾動軌跡の下側に位置する長尺体の落下物測定装置７とからなっている。
【００３３】
ムーバブルアーマー４は駆動装置１０により図示の二点鎖線の所定位置まで傾動可能になっている。図示のように下ベル２から落下した原料はムーバブルアーマー４に衝突し反発されて、すでに装入され堆積している原料の上に落下する。このとき、ムーバブルアーマー４の傾動角度を変えると、原料がムーバブルアーマー４に衝突し反発する割合が変わるとともに原料の落下軌跡が代わり、堆積物分布状況も変わる。
【００３４】
堆積別の分布状況を正確に制御するためには、ムーバブルアーマー４に衝突し反発して落下する原料の落下軌跡である落下状況を正確に把握する必要がある。そのために、高炉内に落下物測定装置７を挿入可能な構成の装入装置１になっている。
【００３５】
落下物測定装置７は、長尺体１１の炉外の端から抜き出されたケーブル１２が接続され、演算部１４を有する測定器１５と、長尺体１１の内部にパージ用の圧縮空気を送るためのパージ手段１６とを備える構造である。
【００３６】
中空部材６の炉外にはボールバルブを用いた開閉手段１７が取り付けられている。長尺体１１を抜いた状態で開閉手段１７を閉じると、炉内外の連通が閉じられる。開閉手段１７を開き、既知の長さの長尺体１１を中空部材６に差し込むと、図示の如く高炉に堆積物に向かって下傾斜するように原料の落下軌跡内に突設されて測定状態になる。また、長尺体１１と中空部材６との間はシール部１８で密閉され、長尺体１１と中空部材６の間にもパージ手段１６が接続されている。
【００３７】
図２は落下物測定装置７の要部を示す図である。同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は先端の上面図である。この落下物測定装置７は、長尺体１１と、加速度検出手段２１と、緩衝手段２２とを更に備える構成である。長尺体１１は、その中空部分２３と開口部２４を有し、加速度検出手段２１及び緩衝手段２２が設置され、図外の中空部材６を通過して炉内に位置する第１長尺体１１ａと、図外の中空部材６に通され、炉外に位置して押し引き及び回転が可能な操作部を有し、パージ手段１６や測定器１５に接続可能な第２長尺体１１ｂとからなる。
【００３８】
加速度検出手段２１は、開口部２４内に位置する衝突部２６と、中空部分２３内に位置する取付部２７と、取付部２７に取り付けられたセンサー部２８とからなる。緩衝手段２２は、取付部２７の衝突部２６の側にあって、取付部２７と中空部分２３との間に設けられたゴム等の粘弾性体３１と、取付部２７の衝突部２６の反対側にあって、取付部２７と中空部分２３との間に設けられたバネ等の弾性体３２とからなる。
【００３９】
第１長尺体１１ａは図示のように円形断面の中空筒体であり、その上面に所定間隔で小円形の開口部２４が列設されている。そして、衝突部２６は長尺体１１の円形断面に沿うような表面形状を有し、開口部２４との隙間が少なくなるような円筒状になっている。従って、加速度検出手段２１は所定間隔Ｐで長尺体１１の長手方向に多数設置可能となっている。開口部２４は小円形に限らず、衝突面積を大きく出来る楕円形とすることもできる。
【００４０】
第２長尺体１１ｂも円形断面の中空筒体であり、穴付きの螺合部１１ｃにより接続可能になっている。この第２長尺体１１ｂの炉外の端には、操作棒１１ｄがＴ字状に固設され、ケーブル抜き出し用のパイプ１１ｅとパージ手段１６に接続可能なバルブ手段付きのパイプ１１ｆが設けられている。各加速度検出手段２１のセンサー部２８からのケーブルは螺合部１１ｃの穴を通過し、パイプ１１ｅで集約され測定器１５に接続される。パージ手段１６は炉内圧以上の圧を有する圧縮空気を送り込める圧縮空気源であり、第２長尺体１１ｂの中空部分と螺合部１１ｃの穴を経て第１長尺体１１ａの中空部分に圧縮空気が導入され、衝突部２６と開口部２４の間から吹き出す構成になっている。これにより、衝突部２６と開口部２４の間に原料の粉等が入り込んで、加速度検出手段２１の検出精度が悪くなったり、故障しないようになっている。
【００４１】
図３及び図４は、図２で模式的に図示された加速度検出手段２１の具体的構造例である。図３は加速度検出手段２１の縦断面図、図４は加速度検出手段２１の横断面図である。
【００４２】
加速度検出手段２１は第１長尺体１１ａから径方向に抜き出せるように、第１長尺体１１ａの一部をなすスペーサ３５が支持体３６を介して第１長尺体１１ａの本体にネジ止めされている。支持体３６は逆Ｔ字断面であり、第１長尺体１１ａの内面にネジ止めされている。スペーサ３５はこの支持体３６に外方から載せられネジ止めされている。このスペーサ３５の中央に円形の開口部２４が設けられ、取付部２７がゴムプレートを使用する粘弾性体３１を介してスペーサ３５の底面に押し当て可能な構造になっている。
【００４３】
取付部２７は、センサー部２８を固定した板部材３７を側面にネジ止めできるブロック体であり、その内部にセンサー２８が収納できる内部空間を有している。コイルスプリングを使用する弾性体３２は、取付部２７の穴２７ａを通過し、取付部２７の当たり面２７ｂと第１長尺体１１ａにネジ込まれるプラグネジ３８との間に付勢力を付与するように設けられている。
【００４４】
衝突部２６はネジで取付部２７に固定されている。衝突部２６に当たる原料の衝撃は、取付部２７を介してセンサー部２８に直接伝達される。しかし、取付部２７の衝撃は、弾性体３２で吸収され、粘弾性体３１で急速に減衰させられる。また、スペーサ３５に当たる原料の衝撃は、弾性体３２及び粘弾性体３１で急速に減衰させられ、加速度検出手段２１に伝達されにくくなっている。従って、各加速度検出手段２１は、対応する衝突部２６に当たる原料の衝突だけを分離して加速度として検出可能になっている。
【００４５】
図５は他の加速度検出手段１２１の設置構造を示す縦断面図である。第１長尺体１１１ａには長円形の開口部１２４が所定間隔で設けられている。この第１長尺体１１１ａの内部空間１２３に位置する中空ゴム筒の粘弾性体１３１で挟持された加速度検出手段１２１が、その衝突部１２６を開口部１２４に位置させるように前記粘弾性体１３１を介して第１長尺体１１１ａ内に保持されている。第１長尺体１１１ａの内部空間１２３に、中空ゴム筒の粘弾性体１３１を押し込み、次いで加速度検出手段１２１をその先端が前記粘弾性体１３１に嵌まるように押し込み、更に加速度検出手段１２１の後端が嵌まるように粘弾性体１３１を押し込むことを繰り返す。そして、加速度検出手段１２１を図示されないボルトでネジ止めする。このように第１長尺体１１１ａの内部空間１２３の端から多数の加速度検出手段１２１を所定間隔で列設可能である。ただし、図３，４のように、上から加速度検出手段を嵌め込む方が工程的に楽である。
【００４６】
なお、加速度検出手段１２１が、衝突部１２６と、衝突部１２６が固設される取付部１２７と、取付部１２７にプレートを介して固設されたセンサー部１２８とからなる点は図３と同様である。衝突部１２６に衝突する原料は、センサー部１２８に直接的に伝達されるが、第１長尺体１１１ａの表面や他の加速度検出手段１２１の衝突部１２６に当たる原料の衝撃は、粘弾性体１３１により急速に減衰させられる。
【００４７】
図２及び図５において、第１長尺体１１ａ，１１１ａの長手方向と直交する方向に感度を高めるために、センサー部２８、１２８と衝突部２６，１２６を直結させて、第１長尺体１１ａ，１１１ａとは切り離しており、長手方向の感度を鈍くするために粘弾性３１と弾性体３２の組や、粘弾性１３１を配設している。つぎに、このような加速度検出手段２１，１２１に使用可能であって、長手方向と直交する方向の一方向のみに加速度を検出できるように製作されているセンサー部を図６乃至図９により説明する。
【００４８】
図６は、圧電型加速度センサーのうちの圧縮型のセンサー部である。ベース４１に立設された軸４１ａに中空円板状の圧電素子４２と重り４３とを差し込み、ナット４４で抑え、ベース４１をケース４５で覆って構成したものである。軸４１ａの方向に感度が高い。
【００４９】
図７は、圧電型加速度センサーのうちの剪断型のセンサー部である。ベース５１に立設された軸５１ａの中程に中空円板状の圧電素子５２を宙ぶらりん状態で取り付け、圧電素子５２の外周に重り５３を取り付け、ベース５１をケース５５で覆って構成したものである。軸５１ａの方向に感度が高い。
【００５０】
上述したセンサ部のうち、特に車両の乗員保護装置に用いられるエアバッグを展開させるために用いられる加速度センサーが安価に大量生産されている。そのため、車両の衝突を検出するための加速度センサーを流用することが好ましい。ただし、このような圧電型加速度センサーに限らず、磁界の中を導体が動くと、その速さに比例した起電力が発生するので、この起電力を検出して加速度を求める動電型加速度センサーを用いることもできる。また、振り子（静電容量）の変化を電流で検出して加速度を求めるサーボ型加速度センサーや、ダイヤフラム（バネ）等のに抵抗線歪みゲージを取り付け、加えられた力と抵抗の変化から加速度を求める抵抗線歪みゲージ型加速度センサーや、シリコン単結晶のピエゾ抵抗効果を利用し、加えられた力と抵抗の変化から加速度を求める半導体歪みゲージ型加速度センサーを用いることもできる。
【００５１】
さらに、図８や図９のような限定された周波数を検出する加速度センサーも使用可能である。図８は、センサー部に、圧電体６１自身もしくは共振板６２の如き付加質量の運動によって圧電体６１に歪みを生じさせる衝突センサと呼ばれ加速度センサーを用いることができる。図６や図７の加速度センサーは広範囲の周波数まで検出できるのに対して、共振板の共振周波数の関係で検出できる周波数の範囲が限られており、オンオフ的な衝撃波の検出が可能である。また、図９のように、単に振動のみを検出するために二枚張り合わせた圧電素子６４を支持体６５を介して片持ち状にケース６６に支持する振動センサーと呼ばれる加速度センサーを用いることができる。共振点出力のみを出力することができる加速度センサーである。
【００５２】
つぎに、図２の個々の加速度検出手段２１が検出する加速度から、長尺体１１の長手方向に落下する原料の分布を検出するための演算部１４の機能を図１０及び図１１により説明する。
【００５３】
図１０において、各加速度検出手段（以下加速度センサーという）からのデータを例えばサンプリング周期１００μｓで採取する（Ｓ１）。各加速度センサーの加速度信号にローパスフィルターで処理したのち（Ｓ２）、設定された所定のしきい値Ｓと比較する（Ｓ３）。しきい値Ｓを越える程度の加速度信号が前記サンプリング周期の間に何個発生するかカウントして積算し、例えばｎ個という数字を得る（Ｓ４）。１〜ｍ個の各加速度センサーにいつて前記ｎ値が幾らであるかにより頻度グラフを作成する（Ｓ５）。頻度グラフを曲線近似し、ピーク点Ｐが何処にあるかを演算して主流位置（＝ピーク点Ｐの位置）を求め、また頻度グラフのピーク点Ｐからの広がりから原料の流れの幅ｗを演算する（Ｓ６）。これにより、長尺体のどの部分にどの程度の幅で原料が落下しているか、また主流位置が何処にあるかが演算できる。
【００５４】
図１１において、各加速度検出手段（加速度センサーともいう）からのデータを例えばサンプリング周期１００μｓで採取する（Ｓ１１）。各加速度センサーの加速度信号にローパスフィルターで処理したのち（Ｓ１２）、標準偏差（σ）を算出する。（Ｓ１３）。１〜ｍ個の各加速度センサーにいつて標準偏差値が幾らであるかにより頻度グラフを作成する（Ｓ１４）。頻度グラフを曲線近似し、ピーク点Ｐが何処にあるかを演算して主流位置を求め、また頻度グラフのピーク点Ｐからの広がりから原料の流れの幅ｗを演算する（Ｓ１５）。これにより、長尺体のどの部分にどの程度の幅で原料が落下しているか、また主流位置が何処にあるかが演算できる。
【００５５】
なお、演算部における演算は、▲１▼各加速度検出手段からの信号にしきい値を設定し、しきい値を越える数を数えること、▲２▼各加速度検出手段からの信号に対して標準偏差を算出することに限らず、▲３▼各加速度検出手段からの信号に対してＦＦＴを施すこと、▲４▼各加速度検出手段からの信号に移動平均を算出すること、▲５▼各加速度検出手段からの信号の相互相関を算出することのいずれかが使用可能である。また、上記▲１▼〜▲５▼の信号の複数アンド回路又はオア回路で処理することで長尺体のどの部分にどの程度の幅で原料が落下しているかを演算することも可能である。
【００５６】
つぎに、上述した落下物測定装置７を使った高炉原料の落下状況把握方法を図１及び図２により説明する。図１において、中空部材６の開閉手段１７を開き、長尺体１１をシール部１８を通過させながら炉内に押し込んでいく。そして、炉内の長尺体１１の挿入位置が既知の状態になると、中空部材６に長尺体１１を固定し、ケーブル１２と測定器１５とを接続し、中空部材６及び長尺体１１の両方にパージ手段１６を接続する。
【００５７】
すると、下ベル２から落下する原料がムーバブルアーマー４に当たって向きを変えて落下する原料が長尺体１１に当たる。この長尺体１１には図２のように加速度検出手段２１が所定間隔で多数列設されている。図２の衝突部２６に原料が当たる度に衝撃が生じ、この衝撃は加速度変化として検出される。すると、長尺体１１の長手方向の各々において、衝突する原料の数に対応する信号を引き出すことができる。この信号を図１０や図１１のように処理すると、長尺体のどの部分にどの程度の幅で原料が落下しているかが判る。
【００５８】
図２のように、長尺体１１の各加速度検出手段２１は緩衝手段２２を介して設置されているため、衝突部２６以外の長尺体１１の表面や他の衝突部２６に当たる原料の衝撃は、緩衝手段２２で急速に減衰され、個々の加速度検出手段２１に当たる原料の数に対応した加速度変化の信号を取り出すことが容易になる。
【００５９】
また、長尺体１１の長手方向に直交する方向に感度の高い加速度検出手段２１を用いることにより、落下する原料の信号を前記緩衝手段と相まって選択的に取り出すことが可能になる。
【００６０】
また、衝突部２６が長尺体１１の開口部２４から露出して設けられているため、衝突部２６に直接当たる原料の衝撃を取付部２７を介してそのままセンサー部２８に伝達することが可能になる。また、衝突部２６は開口部２４に埋めるように設けられているため、衝突部２６と開口部２４との隙間しかなく、原料の粉が詰まる可能性が少なくなる。また、パージ手段１６により、衝突部２６と開口部２４の隙間から炉内に圧縮空気が吹き出す構成であるため、原料の粉が吹き飛ばされ、詰まりによる衝突部２６の衝撃検出の低下を防止することができる。
【００６１】
また、図１のように長尺体１１が炉内に下向きに斜めに挿入されているため、長尺体１１に当たる原料は斜めに跳ね返り、長尺体１１の上に止まることなく連続的に落下する。また図２のように長尺体１１の断面が円形であるため、長尺体１１に当たる原料が斜めに跳ね返り、連続的に落下する。そのため、落下する原料の一個一個に対応する加速度変化の信号が正確になる。
【００６２】
次に、図２の加速度検出手段２１（以下、加速度センサーという）が検出する加速度から、装入原料の銘柄や粒度を判定する機能を図１２により説明する。
図１２において、加速度センサーからのデータを例えばサンプリング周期１００μｓ（マイクロ秒）で採取する（Ｓ１６）。
加速度信号の最大値を読み取る（Ｓ１７）。
事前に作成した検量線により、
【００６３】
【数１】
0003557118.tif 000002
【００６４】
の値を求める（Ｓ１８）。
高さｈに既知の値を代入し、質量ｍを求める（Ｓ１９）。
原料銘柄が判っていれば密度が既知のため粒径を求めることができる。逆に、原料粒度が判っていれば、原料銘柄を知ることができる（Ｓ２０）。
【００６５】
【実施例】
以下模擬実験による高炉原料の落下状況把握例を説明する。１００ｍｍ間隔で８個の圧縮型の圧電型加速度センサーを並べた長尺体１１を用いた。バケツに高炉原料であるペレット１０ギログラムを入れ、先端の３個の加速度センサーに向かってペレットを落下させる実験を３回繰り返した。
【００６６】
長尺体１１に用紙を張りつけると、ペレットの酸化鉄の色が用紙に痕跡として残る。この状態を図１３に示す。３回の実験ともに、先端のナンバー２の加速度センサーに向かって原料が落下していることが判る。
【００６７】
前記３回の落下テストに対応する各加速度センサーの加速度信号の波形図が図１４乃至図１６である。図１３に対応して、先端のナンバー２の加速度センサーの信号の波形の振動が密になっていることが判る。
【００６８】
図１７は、図１４乃至図１６の各々について、各加速度センサーの標準偏差を算出し、頻度グラフにしたものである。先端のナンバー２の加速度センサーに原料が落下し、その幅も図１３の実測に対応している。
【００６９】
図１８は衝突部として円形タイプと楕円タイプの２種類について、模擬実験を繰り返し、実測と測定による落下主流ポイントのズレを確かめたものである。衝突部の形状の如何に係わらず、正確に落下主流ポイントが測定できることがよく判る。
【００７０】
又、図１の如く落下物測定装置を操業中の高炉に適用することは、
ｉ  ）長尺体１１（第１長尺体１１ａ，１１１ａ）を高温域（高温ガス雰囲気）の高炉内に曝すことになり、長尺体１１内の加速度検出手段２１，１２１（センサー部２８，１２８）を熱劣化せしめ、更に高温域での使用状態が継続すると加速度検出手段２１，１２１を熱破損させる恐れがある。
ｉｉ）又高炉内で落下する原料が、高炉内に突設された高温な長尺体１１（第１長尺体１１ａ，１１１ａ）に落下衝突すると、長尺体１１自体を曲げてしまい、全く実用に耐えないものとなる恐れがある。
上記ｉ  ）及びｉｉ）記載の事情等から、高炉に適用する落下物測定装置は、耐熱及び強度的に優れた構造とする必要があり、このような構造の一例として図１９〜図２１の如きものとすることが好ましい。
【００７１】
図１９において、高炉に好適な落下物測定装置２０７は、図１〜図９と同様な長尺体１１（加速度検出手段２１、緩衝手段２２を含む）と、長尺体１１を収納支持する補強長尺体２１１とで二重筒構造体２１５となしている。この補強長尺体２１１は開閉手段１７を開き中空部材６内に差し込まれることで、高炉の堆積物に向かって下傾斜されて常設されている。又は補強長尺体２１１を中空部材６内から引き抜いた状態で開閉手段１７を閉じると、高炉内外との連通が閉じられる。この様に高炉に常設された補強長尺体２１１内に長尺体１１を収納支持して二重筒構造体２１５となし、該二重筒構造体２１５を中空部材６内に差し込むことで、下傾斜させて原料の落下軌跡内に突設し、高炉内で落下する原料の落下状況を図１０及び図１１と同様な手順にて検出・把握する。尚、図１９において図１と同一符号は同一部材を示す。
【００７２】
次に、二重筒構造体２１５の具体構成を、図２０及び図２１にて説明する。
二重筒構造体２１５の補強長尺体２１１は、長尺体１１外径より大径な円筒体であり、該円筒体の上面に開口する長尺穴２１２が形成されている。この長尺穴２１２は、長尺体１１外径より大きな幅を持って補強長尺体２１１の長手方向に貫通している。又は補強長尺体２１１の内周下側には、長尺穴２１２に向かって突出する多数の支持脚２１３が点付け溶接等によって固着されている。更に補強長尺体２１１には、長手方向に開口を有する様に長尺穴２１２を閉鎖する２枚の補強板２１４が設けられ、これら各補強板２１４は補強長尺体２１１の上面に溶接等によって一体的に固着されている。これで、補強長尺体２１１は円筒体と各補強板２１４とで曲げ強度が向上するドーム型筒状体に構成される。
そして、長尺体１１は各加速度検出手段２１の衝突部２６を上側に向けた状態で補強長尺体２１１内に収納されて各支持脚２１３で支持される。これら各支持脚２１３によって、長尺体１１の各衝突部２６側が各補強板２１４間の開口から補強長尺体２１１外部に突出させられる。この状態で、長尺体１１外周と補強板２１４とを点付け溶接等によって部分的に固着する。
【００７３】
又長尺体１１の各センサー部２８のケーブルは、第２長尺体１１ｂに開口して補強長尺体２１１内を貫通するパイプ２１１ｅで集約され測定器１４に接続される。更に第２長尺体１１ｂ内は補強長尺体２１１内を貫通するバルブ手段付きパイプ２１１ｆにてパージ手段１６に接続されている〔図２１参照〕。
【００７４】
上述した二重筒構造体２１５は、長尺体１１を補強長尺体２１１の軸心ａから上側に偏心させて外周支持しているので、該長尺体１１の曲げ強度を補強でき、又長尺体１１外周と補強長尺体２１１内周との間に断熱用空間Ｓを形成できる。そして、二重筒構造体２１１は図１９に示す如く長尺体１１の各衝突部２６をムーバブルアーマー４に対峙させる状態で、原料の落下軌跡内に突設される。
【００７５】
高炉に好適な落下物測定装置２０７は、二重筒構造体２１５を採用しているので、長尺体１１の曲げ強度を補強長尺体２１１にて補強できる。又断熱用空間Ｓによって高炉内の高温ガスに対する空気断熱の効果を発揮できる。
したがって、この落下物測定装置２０７を高炉に適用しても、落下衝突する原料により長尺体１１が曲がることがなく、空気断熱によって各センサー部２８の温度上昇を低減して熱劣化（熱破損）をなくせることから、実用に耐えるものとなる。尚パージ手段１６により長尺体１１（第１長尺体１１ａ）に導入される圧縮空気によっても各センサー部２８に対する冷却効果が発揮されると共に、各補強板１４にて落下する原料が補強長尺体２１１内に堆積することを防止できる。又  補強長尺体２１１として、大径肉厚の円筒体を用いることで、長尺体１１に対する強度を飛躍的に向上できる。尚、補強長尺体２１１内にパージ手段１６にて圧縮空気を導入して、長尺体１１全体を冷却することで、各センサー部２８の熱劣化を低減させても良く、又各センサー部２８のケーブルを断熱空間Ｓ内に通過させることでケーブル配線を容易となしても良い。
【００７６】
又、二重筒構造体２１５としては、図２２の如く長尺体２１１の各衝突部２６を外部に突出させることなく補強長尺体２１１内に収納支持するものであっても良い。この時には、長尺体１１の各開口部２４を補強長尺体２１１の上面に開口し、各衝突部２６を補強長尺体２１１表面に露出させて原料が直接当たる様な構成とする。又長尺体１１は補強長尺体２１１の各支持脚２１３等に点付け溶接等で固着する。
【００７７】
更に、上述の落下物測定装置７、２０７では、長尺体１１の長手方向に所定間隔Ｐで各衝突部２６，１２６（加速度検出手段２１，１２１）を一列だけ設置するものであるが、この様な構成であると各間隔Ｐの間で落下物（原料）を検出できない不感帯が発生することになる。この不感帯の存在は、落下物の落下状況を精度良く把握することができない恐れがある。
したがって、落下状況の精度を必要とする時には、図２３の如く加速度検出手段２１，１２１（衝突部２６，１２６）を長尺体１１の長手方向に複数列（図２３では２列）設置する。そして、隣り合う各列の衝突部２６，１２６同士が並ばない様に千鳥状に配置する。これで、長尺体１１の長手方向に連続して衝突部２６，１２６を設置することで、長手方向の不感帯の存在をなくして、落下物の落下状況を精度良く検出・把握できる。
【００７８】
尚、上述の実施の形態の説明では、機器として高炉を用い粒粉体が高炉原料の場合を説明したが、粒粉体を所定分布で落下させる必要のある機器例えばコンベア等にも本発明を適用できる。更に、高炉としてベル型の装入装置を説明したが、旋回シュートにより炉内半径方向に原料を装入するタイプの高炉にも本発明が適用できる。また、長尺体の断面は円形に限らず、矩形断面の長尺体を用いることも可能である。そして、高炉に適用される落下物測定装置の二重管構造においても、長尺体や補強長尺体の断面は円形に限らず、矩形断面のものを用いることも可能である。その他、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。
【００７９】
図２４は前記落下テスト時に質量ｍの異なる数種類の試料を所定高さｈから落下した時に生じる加速度と、
【００８０】
【数２】
0003557118.tif 000003
【００８１】
との関係をグラブに示したものである。
加速度と、
【００８２】
【数３】
0003557118.tif 000004
【００８３】
は直線関係である。加速度値が判れば、高さｈが既知の時、質量ｍを知ることができる。すなわち、原料銘柄が判っていれば、密度が既知のため粒径を求めることができる。逆に、原料粒度が判っていれば原料銘柄を知ることができる。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、加速度検出手段が落下して衝突する粒粉体の一つ一つに対応した信号を出力するため、加速度検出手段の加速度信号を基にして、粒粉体の落下位置と分布を正確に測定することができる。
【００８５】
請求項２の発明によると、加速度検出手段が緩衝手段を介して長尺体に設置されているため、個々の加速度検出手段に衝突する粒粉体の加速度変化を、他の加速度検出手段などに当たる原料の影響から切り離して測定できる。
【００８６】
請求項３の発明によると、原料が直接当たる衝突部を有するため、感度が良くなる。
【００８７】
請求項４の発明によると、衝突部が長尺体の表面の開口部に埋められているため、埃などが詰まるスペースを少なくできる。
【００８８】
請求項５の発明によると、衝突部に当たる原料が衝突部に止まる率が少なくなり、落下する原料の一つ一つに対応する信号が正確になる。
【００８９】
請求項６の発明によると、  特に高炉の場合、粒粉体状の高炉原料を所定パターンで装入する必要があるため、本件発明が有効である。
【００９０】
請求項７の装置発明によると、緩衝手段で他の加速度検出手段から隔離された加速度検出手段に当たる落下物の一つ一つに対応した信号を正確に検出でき、加速度検出手段の加速度信号を基にして落下物の落下位置と分布を正確に測定できる。
【００９１】
請求項８の発明によると、加速度検出手段が衝突部と取付部とセンサー部とからなり、センサー部の形状の如何に係わらずコンパクトに形成することができる。
【００９２】
請求項９の発明によると、筒状長尺体の表面の開口部に衝突部が位置し、全体が筒状になるため、挿入しやすい形状であるとともに落下物の塵が溜まりにくい構造にできる。また、緩衝手段が取付け易い構造である。
【００９３】
請求項１０の発明によると、緩衝手段を簡単に構成できる。
【００９４】
請求項１１の発明によると、筒状長尺体の開口部と衝突部の隙間から落下物の塵が侵入するのを防止できる。
【００９５】
請求項１２の発明によると、加速度検出手段が落下して衝突する粒粉体の一つ一つに対応した信号を出力し、各加速度検出手段の加速度信号を基にして演算部が処理するため、粒粉体の落下位置、分布、主流位置と幅を正確に測定することができる。
【００９６】
請求項１３の発明によると、各加速度検出手段にノイズがあっても、それを除去して粒粉体の落下の分布、主流位置、幅を正確に測定することができる。
【００９７】
請求項１４の高炉用装置発明のよると、、緩衝手段で他の加速度検出手段から隔離された加速度検出手段に当たる落下物の一つ一つに対応した信号を正確に検出でき、加速度検出手段の加速度信号を基にして落下物の落下位置と分布を正確に測定できる。
特に、長尺体を補強長尺体で補強する二重筒構造体となし、長尺体と補強長尺体との間に断熱用空間を形成させめたので、高炉内で落下する原料が長尺体に落下衝突しても、該長尺体を曲げることなく、又断熱用空間にて高炉内の高温ガスの影響を遮断して加速度検出手段の温度上昇を低減でき、高炉に適した実用的なものとなる。
【００９８】
請求項１５の発明によると、簡単な二重筒構造にて長尺体の曲げ強度を補強でき、又断熱空間を形成することができる。
【００９９】
請求項１６の発明によると、加速度検出手段が衝突部と取付部とセンサー部とからなり、センサー部の形状の如何に係わらずコンパクトに長尺体内に設置することができる。
【０１００】
請求項１７の発明によると、緩衝部材を容易に取り付けられる。
【０１０１】
請求項１８の発明によると、緩衝手段を簡単に構成できる。
【０１０２】
請求項１９の発明によると、原料が長尺体内に侵入するのを防止できる。又長尺体内にパージされる気体が加速度検出手段を冷却する機能を果たす。
【０１０３】
請求項２０の発明によると、加速度検出手段の加速度信号をもとにして演算部が処理するため、落下原料の銘柄もしくは粒度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉の炉頂要部の内部を示す縦断面図である。
【図２】落下物測定装置の要部を示す断面図である。
【図３】加速度検出手段の縦断面図である。
【図４】加速度検出手段の横断面図である。
【図５】他の加速度検出手段の設置構造を示す縦断面図である。
【図６】使用可能なセンサー部の構造を示す模式図である。
【図７】使用可能なセンサー部の構造を示す模式図である。
【図８】使用可能なセンサー部の構造を示す模式図である。
【図９】使用可能なセンサー部の構造を示す模式図である。
【図１０】演算部の機能を示すフロー図である。
【図１１】演算部の機能を示すフロー図である。
【図１２】演算部の機能を示すフロー図である。
【図１３】長尺体１１にペレットが当たった痕跡を示す図である。
【図１４】各加速度センサーの加速度信号の波形図である。
【図１５】各加速度センサーの加速度信号の波形図である。
【図１６】各加速度センサーの加速度信号の波形図である。
【図１７】各加速度センサーの標準偏差を基にする頻度グラフ図である。
【図１８】加速度センサーと実測による落下主流ポイント検出の比較図である。
【図１９】高炉の炉頂要部の内部と、落下物測定装置の変形例を示す縦断面図である。
【図２０】図１９の落下物測定装置を示す斜視図である。
【図２１】図１９の落下物測定装置の要部を示す断面図である。
【図２２】図１９の落下測定装置の変形例を示す縦断面図である。
【図２３】図１及び図１９の落下物測定装置の他の変形例を示す平面図である。
【図２４】質量ｍの異なる数種類の試料を所定高さから落下した時に生じる加速度と質量ｍ、高さｈ等との関係を示す図である。
【符号の説明】
５  高炉の炉壁
６  中空部材（挿入のための部材）
７  落下物測定装置
１１  長尺体
１４  演算部
１５  測定器
１６  パージ手段
２１  加速度検出手段
２２  緩衝手段
２３  中空部分
２４  開口部
２６  衝突部
２７  取付部
２８  センサー部
３１  粘弾性体
３２  弾性体
１２１  加速度検出手段
１２６  衝突部
１２８  センサー部
２０７  落下物測定装置
２１１  補強長尺体
２１３  支持脚
【図１】
0003557118.tif 000005
【図２】
0003557118.tif 000006
【図３】
0003557118.tif 000007
【図４】
0003557118.tif 000008
【図５】
0003557118.tif 000009
【図６】
0003557118.tif 000010
【図７】
0003557118.tif 000011
【図８】
0003557118.tif 000012
【図９】
0003557118.tif 000013
【図１０】
0003557118.tif 000014
【図１１】
0003557118.tif 000015
【図１２】
0003557118.tif 000016
【図１３】
0003557118.tif 000017
【図１４】
0003557118.tif 000018
【図１５】
0003557118.tif 000019
【図１６】
0003557118.tif 000020
【図１７】
0003557118.tif 000021
【図１８】
0003557118.tif 000022
【図１９】
0003557118.tif 000023
【図２０】
0003557118.tif 000024
【図２１】
0003557118.tif 000025
【図２２】
0003557118.tif 000026
【図２３】
0003557118.tif 000027
【図２４】
0003557118.tif 000028