(57)【要約】      （修正有）【課題】正確な在庫量を容易に求める。【解決手段】固体または液体、あるいはその混合物を貯蔵する貯蔵槽内の在庫量を、貯蔵槽の上部又は上方に設置したレベル計３の指示値から推定する方法にて、貯蔵槽１の縮尺模型１０と、その模型貯蔵槽１０の縮尺に合わせて、貯蔵物の性状を模擬した擬似貯蔵物を用いて模型実験を行い、実機貯蔵槽におけるレベル計３の指示値と在庫量の関係を得る第一工程と、実機貯蔵槽において貯蔵物の堆積高さをレベル計３により測定する第二工程と、実機貯蔵槽により得られたレベル計３の指示値と、模型実験により得られた実機貯蔵槽におけるレベル計３の指示値と在庫量の関係とから、実機貯蔵槽の在庫量を推定する第三工程からなる在庫量推定方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体または液体、あるいはその混合物を貯蔵する貯蔵槽内の在庫量を、貯蔵槽の上部又は上方に設置したレベル計の指示値から推定する方法であって、
前記貯蔵槽の縮尺模型と、その模型貯蔵槽の縮尺に合わせて、貯蔵物の性状を模擬した擬似貯蔵物を用いて模型実験を行い、実機貯蔵槽におけるレベル計の指示値と在庫量の関係を得る第一工程と、
実機貯蔵槽において貯蔵物の堆積高さをレベル計により測定する第二工程と、
前記実機貯蔵槽により得られたレベル計の指示値と、前記模型実験により得られた前記実機貯蔵槽におけるレベル計の指示値と在庫量の関係とから、前記実機貯蔵槽の在庫量を推定する第三工程を含むことを特徴とする貯蔵槽の在庫量推定方法。
【請求項２】
前記在庫量の変化による貯蔵物の堆積形状の変化を３次元的に測定することを特徴とする請求項１に記載の貯蔵槽の在庫量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高炉装入用原料槽内の在庫量を推定するといった、貯蔵槽の在庫量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、高炉の上流には、その高炉に供給する焼結鉱を貯蔵しておくための原料槽が設けられている。原料槽には、高炉に焼結鉱を供給することができないといった事態を回避するために、常に、充分な在庫量を確保しておく必要がある。
【０００３】
こうした点に鑑み、従来、原料槽の在庫量を制御する方法が創案されている（例えば、特許文献１参照）。
この方法は、原料槽のほぼ中央に配置したレベル計の検出値を関数として、所定の多項式を用いて在庫量を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−０７０２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、原料槽が左右対称であることを前提としているため、左右非対称の原料槽には適用することができない。現在、実際に使用されている原料槽は左右非対称のものが数多くあり、従って、それらにこの方法を適用すると正確な制御が困難となる。
【０００６】
また、特許文献１に記載の方法は、レベル計で得た数値を所定の多項式に当てはめて在庫量を制御するため、その作業が厄介である。
【０００７】
さらに、特許文献１には多項式における各種係数の計算方法が開示されていないため、この方法を実際に使用することができない。また、貯蔵物の種類、粒径、形状によって堆積形状は変わり、貯蔵槽の壁面形状や排出口位置によっても排出流れが偏移したりするため、堆積形状変化のモデル化は困難であるが、特許文献１には多項式の導出根拠についての記載がないため、特許文献１の在庫量推定精度が十分であるかを読み取ることができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的とするところは、左右対称あるいは左右非対称のいずれの貯蔵槽においても、正確な在庫量を容易に求めることができる貯蔵槽の在庫量推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の貯蔵槽の在庫量推定方法は、固体または液体、あるいはその混合物を貯蔵する貯蔵槽（１）内の在庫量を、貯蔵槽の上部又は上方に設置したレベル計（３）の指示値から推定する方法であって、
前記貯蔵槽（１）の縮尺模型（１０）と、その模型貯蔵槽（１０）の縮尺に合わせて、貯蔵物の性状を模擬した擬似貯蔵物を用いて模型実験を行い、前記実機貯蔵槽（１）におけるレベル計（３）の指示値と在庫量の関係を得る第一工程と、
実機貯蔵槽（１）において貯蔵物の堆積高さをレベル計（３）により測定する第二工程と、
前記実機貯蔵槽（１）により得られたレベル計（３）の指示値と、前記模型実験により得られた前記実機貯蔵槽（１）におけるレベル計（３）の指示値と在庫量の関係とから、前記実機貯蔵槽（１）の在庫量を推定する第三工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記在庫量の変化による貯蔵物の堆積形状の変化を３次元的に測定することを特徴とする。
【００１１】
なお、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の貯蔵槽の在庫量推定方法によれば、固体または液体、あるいはその混合物を貯蔵する貯蔵槽の縮尺模型と、その縮尺に合わせて擬似貯蔵物を用いて模型実験を行い、実機貯蔵槽におけるレベル計の指示値と在庫量の関係を得る第一工程と、実機貯蔵槽において貯蔵物の堆積高さをレベル計により測定する第二工程と、実機貯蔵槽により得られたレベル計の指示値と、模型実験により得られた実機貯蔵槽におけるレベル計の指示値と在庫量の関係とから、実機貯蔵槽の在庫量を推定する第三工程を含むものであるので、あらゆる形状の貯蔵槽（例えば、左右対称又は左右非対称の貯蔵槽）に適用することができる。また、あらゆる形状の貯蔵槽に充填された貯蔵物の在庫量を正確に推定することができる。
【００１３】
本発明によれば、在庫量の変化による貯蔵物の堆積形状の変化を３次元的に測定するようにしたので、実機貯蔵槽において、どの位置にレベル計を設置しても、追加実験することなくレベル計の指示値と在庫量の関係を得ることができ、実機貯蔵槽におけるレベル計設置の自由度が上がる。
【００１４】
このように、縮尺模型とレベル計を利用して実機貯蔵槽内の貯蔵物の在庫量を推定する点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】原料槽を示す概略斜視図である。
【図２】原料槽の縮尺模型及びその上端部分に設定される垂線、仮想水平基準面、仮想設置位置、仮想基準直線及び仮想基準点を示す概略側面図である。
【図３】縮尺模型上端開口部に設定される仮想水平基準面、仮想基準直線および仮想基準点を示す平面図である。
【図４】一回毎の排出後における焼結鉱の複数の仮想基準点における高さを複数の折れ線で示す第一折れ線グラフである。
【図５】焼結鉱の在庫量と、縮尺模型の基準下端位置からの相対高さとの関係を示す第二折れ線グラフである。
【図６】一例による在庫量を計測する際に使用する第二折れ線グラフを示す。
【図７】他の縮尺模型の上端開口部及び仮想基準直線を示す平面図である。
【図８】さらに他の縮尺模型の上端開口部及び仮想基準直線を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態に係る貯蔵槽の在庫量推定方法を説明する。
これは、固体または液体、あるいはその混合物を貯蔵する貯蔵槽内の在庫量を、貯蔵槽の上部又は上方に設置したレベル計の指示値から推定する方法であって、本発明の実施形態では、貯蔵槽を、製鉄所で使用する高炉へ装入する焼結鉱を貯蔵する原料槽１とし、その原料槽１内の前記焼結鉱の在庫量を推定する方法である。より詳しくは、原料槽１の上方に設置したレベル計としての超音波センサー３から発射される超音波を、原料槽１の上端開口部を通過させて焼結鉱の上面に所定角度で照射して、その焼結鉱の在庫量を推定する方法である。
【００１７】
この計測方法を、一例として、下端２（後述する縮尺模型１０の基準下端位置１５に相当）からの高さが約１１ｍで、長辺が約８ｍの実際に使用される原料槽１に充填される焼結鉱の在庫量を推定する場合について説明する。
この貯蔵槽の在庫量推定方法は、以下に示す第一工程，第二工程，第三工程を含むものである。
【００１８】
（第一工程）
まず、この原料槽１の縮尺模型１０を製作する。本実施形態では１／２０の縮尺模型１０とする。従って、縮尺模型１０の基準下端位置１５からの高さは約５５０ｍｍであり、その長辺は約４００ｍｍである。なお、この縮尺模型１０は、実際の原料槽１と同様に、平面視で矩形状の上端開口部を備える。また、実際の原料槽１と同じ素材で縮尺模型１０の壁面を構成している。また、縮尺模型１０内に充填される貯蔵物は、実際の原料槽１の貯蔵物である焼結鉱を縮小した疑似貯蔵物を使用することができる。また他の疑似貯蔵物としては、例えば、実機貯蔵物の粒度分布を模擬したものや、実機貯蔵物の形状を模擬したものや、実機貯蔵物を粉砕したものがあげられる。
【００１９】
次に、この縮尺模型１０の上部に仮想水平基準面１１を設定する。
続いて、縮尺模型１０上に設けられる超音波センサー３の仮想設置位置１２を、縮尺模型１０の縮尺度と、原料槽１の上方における超音波センサー３の設置位置から求める。実際の超音波センサー３は、原料槽１の下端２から上方約１２ｍ（なお、約１０ｍ程度とし超音波センサー３を原料槽１の内部に設置するようにしてもよい)で、その一方側壁（図１及び図２では左側壁）から約２．８ｍの位置に設置される。従って、超音波センサー３の仮想設置位置１２は、基準下端位置１５から上方約６００ｍｍで、一方側から約１４０ｍｍの位置に設定する。
【００２０】
次に、超音波センサー３の仮想設置位置１２から、超音波センサー３から所定角度で下方向に発射される超音波のセンサーライン４が仮想水平基準面１１に交わる点と、超音波センサー３の設置位置からの垂線５が仮想水平基準面１１に交わる点とを通過して両方向に延びる仮想基準直線１３を仮想水平基準面１１に設定する。本実施形態では、矩形状上端開口部の短辺に直交して設定している。なお、仮にセンサーライン４が垂直の場合には、その垂直線が垂線５と重なるので、上記二つの交わる点は同じ点となる。
【００２１】
また、この仮想基準直線１３は、超音波センサー３の設置位置が一箇所に限定されるのであれば、その設置位置に対応する箇所に一つ設定するのみでよい。本実施形態では、超音波センサー３を複数の異なる箇所に設置することを予定して、仮想基準直線１３を五本設定している。
【００２２】
なお、この五本の仮想基準直線１３は等間隔で相互に平行に設定しているが、これに限定されず、不等間隔および非平行に設定することもできるし、また、超音波センサー３の設置位置によっては、相互に交差する状態で設定することも可能である。
【００２３】
次に、仮想基準直線１３上に複数の仮想基準点１４を設定する。この仮想基準点１４の数は限定されないが、本実施形態では１１箇所に設定している。
【００２４】
続いて、縮尺模型１０内に、焼結鉱を１００％充填する。ここで、１００％充填とは、原料を投入した際にできる鉱石の山形の頂点が投入口に接するときのことを示す。なお、ここで充填する焼結鉱は縮尺模型１０の縮尺度に対応させて、実際に使用している焼結鉱の約１／２０の粒径（１〜５ｍｍ）を持つ焼結鉱を使用している。
【００２５】
次に、１００％充填の状態から、０％の充填状態になるまで焼結鉱を重量比１０％で、１０回に分けて原料槽１から排出する。
そして、一回毎の排出後に、１１箇所に設定した仮想基準点１４のそれぞれから、焼結鉱の上面までの垂直距離を計測する。この計測は、一般的な種々の計測器具を使用して行うことができる。そして、この計測値に基づいて、充填された焼結鉱の１１箇所の仮想基準点１４における基準下端位置１５からの高さを算出する。
【００２６】
次に、こうして算出した１１箇所の高さをグラフに記入し、それらを直線で繋いで、一回毎の排出後における焼結鉱の１１箇所の仮想基準点１４における基準下端位置１５からの高さを複数の折れ線で示す第一折れ線グラフを作成する。
本実施形態では、１００％〜０％の充填量を１０％ずつに分けて排出するので、第一折れ線グラフの折れ線の数は１０本となる。なお、この第一折れ線グラフでは、縮尺模型１０の基準下端位置１５からの高さを縦軸に示し、横軸にはその長辺の長さを示す。
【００２７】
続いて、第一折れ線グラフに、超音波センサー３から発射される超音波のセンサーライン４を記入し、このセンサーライン４と第一折れ線グラフの１０本の折れ線との各交点（合計１０箇所）を求める。
【００２８】
そして、各交点から定まる縮尺模型１０における焼結鉱の在庫量と、縮尺模型１０の基準下端位置１５からの高さとの関係を示す第二折れ線グラフを作成する。すなわち、縦軸に、縮尺模型１０の基準下端位置１５からの高さを示すと共に、横軸に０％〜１００％の在庫レベルを示したグラフを準備する。そして、このグラフに、上記１０箇所の交点を記載し、それを直線で繋ぐことによって第二折れ線グラフを作成する。なお、縦軸に示す高さは、縮尺模型１０の基準下端位置１５から超音波センサー３の仮想設置位置１２までの高さを基準にした割合である相対高さとしている。
この第二折れ線グラフによって、実機貯蔵槽である原料槽１におけるレベル計（超音波センサー３）の指示値と在庫量の関係を得ることができる。
【００２９】
（第二工程）
こうして作成した第二折れ線グラフを使用して、実際の原料槽１に充填された焼結鉱の在庫量を求める。まず、超音波センサー３によって、焼結鉱までの実際の距離を計測して焼結鉱の原料槽１の下端２からの高さを求める。
【００３０】
（第三工程）
次に、求めた高さを、縮尺模型１０の縮尺度に対応した基準下端位置１５からの高さに換算し、その換算した高さを第二折れ線グラフに当てはめ、それに対応する焼結鉱の在庫量を求める。
【００３１】
例えば、図６に示すように、換算した高さが０．６であると仮定すると、それを第二折れ線グラフに当てはめると、それに相当する在庫量は約６５％であると容易に計測することができる。
【００３２】
このように本実施形態に係る貯蔵槽の在庫量推定方法によれば、原料槽１の縮尺模型１０に焼結鉱を充填した後、複数回に分けて排出するという手段を用いるので、あらゆる形状の原料槽１（例えば、左右対称又は左右非対称の原料槽１）に充填された焼結鉱の在庫量を正確に計測することができる。
【００３３】
また、縮尺模型１０に焼結鉱を１００％充填した後、０％になるまで、１０％毎排出して、一回毎の排出後における焼結鉱の高さを算出するので、原料槽１に充填された焼結鉱の在庫量の多少に関わらず、常に正確な計測を行うことができる。
【００３４】
また、縮尺模型１０に焼結鉱を１００％充填した後、０％になるまで排出する間、排出物の重量を連続的に計測、記録しながら、３次元計測器によって焼結鉱の堆積形状を連続的に計測、記録しておくことで、焼結鉱の在庫量をさらに正確に計測することができる。
これによれば、実機貯蔵槽である原料槽１において、どの位置にレベル計を設置しても、追加実験することなくレベル計の指示値と在庫量の関係を得ることができるので、実機貯蔵槽におけるレベル計設置の自由度が上がる。
【００３５】
また、センサーライン４が仮想水平基準面１１に交わる点と、超音波センサー３の設置位置からの垂線５が仮想水平基準面１１に交わる点を通過する仮想基準直線１３を設定し、それに複数の仮想基準点１４を設定するので、センサーライン４が垂直方向以外の角度になるように設けられた超音波センサー３によっても焼結鉱の在庫量を正確に計測することができる。
【００３６】
超音波センサー３によって原料槽１に充填された焼結鉱の高さを求め、その高さを、第一折れ線グラフを元にして作成した第二折れ線グラフに当てはめて焼結鉱の在庫量を求めるので、その計測が極めて容易である。
【００３７】
また、第一折れ線グラフの複数の折れ線との各交点から定まる縮尺模型１０の基準下端位置１５からの高さを、縮尺模型１０の基準下端位置１５から超音波センサー３の仮想設置位置１２までの高さを基準にした割合で相対的に示したので、焼結鉱の在庫量を割合で算出することができる。従って、一つの縮尺模型１０を使用した計測方法によって、相似する複数の原料槽１における焼結鉱の在庫量を正確に計測することができる。
【００３８】
また、仮想基準直線１３が、平面視で、縮尺模型１０の上端開口部の中心を通過するので、この仮想基準直線１３を最大長さに設定することができる。これにより、より多くの仮想基準点１４を設定して、より多くの仮想基準点１４における焼結鉱の高さを求めることができる。従って、より正確な計測が可能となる。
【００３９】
また、縮尺模型１０の上端開口部の形状が矩形状であり、仮想基準直線１３が、平面視で、矩形の２つの短辺に直交するので、より多くの仮想基準点１４を設定して、より正確な計測を行うことができる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、第二折れ線グラフの縦軸に、縮尺模型１０の相対高さを示したが、それに代えて、縮尺模型１０の実寸を示すこともできる。
【００４１】
また、仮想基準直線１３を、平面視で、縮尺模型１０の上端開口部の中心を通過するものとしたが、これに限定されるものではなく、中心を通過しない仮想基準直線１３を設定することもできる。
【００４２】
さらに、縮尺模型１０の上端開口部の形状を矩形状とし、仮想基準直線１３を、平面視で、その矩形の２つの短辺に直交させているが、それに代えて、短辺に平行とすることもできる。また、図７に示すように、矩形の対角線となる仮想基準直線１３を設定することもできる。
【００４３】
またさらに、図８に示すように、縮尺模型１０の上端開口部は、平面視で円形などの矩形状以外（多角形状であってもよい）とすることができ、仮想基準直線１３をその中心を通過させることもできるし、中心以外を通過させることもできる。
【００４４】
また、本実施形態では、貯蔵槽である原料槽１に充填された貯蔵物として焼結鉱の在庫量をレベル計の指示値から推定するものであったが、焼結鉱のかわりにコークスでもよい。
さらには、貯蔵槽に貯蔵される貯蔵物として、粉体，粒体，塊体などの固定の他、液体のものであっても適用可能で在庫量を推定することができる。
【００４５】
また、レベル計として超音波センサー３をあげたが、貯蔵物の堆積高さを測定できるものであればよく、例えば、マイクロ波式，レーザー式，サウンジング式のものを使用することもできる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、超音波センサー３のセンサーラインを利用して貯蔵槽の在庫量を推定するようにしたが、貯蔵槽の縮尺模型と、その模型貯蔵槽の縮尺に合わせて、貯蔵物の性状を模擬した擬似貯蔵物を用いて模型実験を行い、実機貯蔵槽におけるレベル計の指示値と在庫量の関係を得る第一工程と、実機貯蔵槽において貯蔵物の堆積高さをレベル計により測定する第二工程と、実機貯蔵槽により得られたレベル計の指示値と、模型実験により得られた実機貯蔵槽におけるレベル計の指示値と在庫量の関係とから、実機貯蔵槽の在庫量を推定する第三工程を含む貯蔵槽の在庫量推定方法であれば、その他の方法であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１    原料槽
２    下端
３    超音波センサー
４    センサーライン
５    垂線
１０    縮尺模型
１１    仮想水平基準面
１２    仮想設置位置
１３    仮想基準直線
１４    仮想基準点
１５    基準下端位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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