(57)【要約】【課題】実測したレースウェイの最深部までの距離をもとに、レースウェイの崩壊を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整する。【解決手段】下部周方向に複数の羽口３が設けられ且つこの羽口３の近傍にレースウェイ６が形成されている高炉の操業方法において、実測したレースウェイ６の最深部７までの距離をもとに、レースウェイ６の崩壊を防ぐべく羽口３からの燃料吹き込み量を調整する。【選択図】図４
2005097738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数の羽口（３）が設けられ且つこの羽口（３）の近傍にレースウェイ（６）が形成されている高炉の操業方法において、
実測したレースウェイ（６）の最深部（７）までの距離をもとに、レースウェイ（６）の崩壊又は縮小を防ぐべく羽口（３）からの燃料吹き込み量を調整することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】
前記高炉（１）の減風過程で羽口（３）からの送風量を減じる際に、燃料吹き込み量を調整することを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項３】
前記羽口（３）から吹き込まれる燃料は粉炭であって、前記レースウェイ最深部（７）までの距離が減少しつつある際に、羽口（３）からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉の操業方法。
【請求項４】
前記羽口（３）から吹き込まれる燃料は粉炭であって、前記レースウェイ最深部（７）までの距離を維持するべく必要な粉炭吹き込み量の上限を予め求めておき、この上限量を基にして、羽口（３）からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉の操業方法。
【請求項５】
前記レースウェイ（６）の最深部（７）までの距離は、
前記レースウェイ（６）の最深部（７）に向けて周波数変調された送信波を羽口（３）を介して送信する送信工程（Ｓ６１）と、
前記送信波がレースウェイ（６）の最深部（７）で反射することで生じる最深部反射波と、最深部（７）以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信する受信工程（Ｓ６２）と、
前記受信工程（Ｓ６２）で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去する円偏向波選択工程（Ｓ６３）と、
前記円偏向波選択工程（Ｓ６３）の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させるビート波発生工程（Ｓ６４）と、
前記ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去するための帯域除去工程（Ｓ６５）と、
前記帯域除去工程（Ｓ６５）の出力をフーリエ変換し、周波数スペクトルを導出するフーリエ変換処理工程（Ｓ６６）と、
前記周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部（７）までの距離を算出する距離算出工程（Ｓ６７）とを経て求められることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高炉の操業方法。
【請求項６】
前記円偏向波選択工程（Ｓ６３）は、送信波を一定方向に偏向している円偏向波とし、受信工程（Ｓ６２）で得られた反射波から、前記送信波と逆方向に偏向している円偏向波を取り出すことを特徴とする請求項５に記載の高炉の操業方法。
【請求項７】
前記帯域除去工程（Ｓ６５）は、あらかじめ非最深部反射波の周波数成分を推定しておき、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルターにより、ビート波から前記周波数成分を除去することを特徴とする請求項５又は６に記載の高炉の操業方法。
【請求項８】
前記距離算出工程（Ｓ６７）は、ビート波の周波数スペクトルの分布をもとに次式により距離を算出することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の高炉の操業方法。
【数１】
2005097738.tif 000005
ここで、ｌ：羽口〜レースウェイ最深部間距離、ｔ：送信波の往復時間、Ｔ：周期、ｆｂ：ビート波周波数、Ｆ：周波数変調幅、ｃ：送信波の速度である。
【請求項９】
前記送信波はマイクロ波であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、その上部から鉄鉱石および還元剤であるコークス等を装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造するものである。高炉内で半径方向に適正なガス流速分布が得られるように炉内装入物の粒度を調整し、送風条件を適切に制御することで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応が効率よく進行し、低燃料比で効率よく操業可能となる。
高炉下部の側壁には、周方向に複数の開口すなわち羽口が形成されており、この羽口を介して、熱風炉、熱風管、熱風環状管、熱風支管を経由してきた熱風（蒸気を含んだ空気）を送風するようになっている。さらに、この羽口からは微粉炭を吹き込むようにしている。
【０００３】
高炉内で羽口前には、羽口からの送風によって、いわゆる「レースウェイ」と呼ばれるコークスが著しく疎な状態で存在する空洞部分が形成されている。この羽口近傍のレースウェイでは高炉に装入されたコークスの大部分と羽口から噴射された微粉炭とが燃焼しており、炉内で必要な還元ガスと鉄鉱石等の溶解および反応に必要な熱の大部分がこの部分から供給されている。すなわち、この微粉炭はレースウエイで燃焼する燃料であると共に鉄鉱石に対する還元剤としての働きを奏するものとなっている。
レースウェイの大きさおよび形状を正確に把握することは困難であるため、従来より、高炉径方向でレースウェイ最深部と羽口との間の距離をレースウェイ深度とし、レースウェイの大きさや形状を代表する値として取り扱ってきている。
【０００４】
ところが、これら複数のレースウェイの内、ある特定のレースウェイについては、その形状が様々な原因によりいびつになったり、崩壊したりすることがあった。レースウェイが崩壊した場合、高炉内の溶銑が羽口に流れ込んで羽口破損を起こすこともあり、このような異常な状態を防ぐためには、従来より、レースウェイ崩壊を防ぐような高炉の操業方法が種々考えられてきた。
例えば、特許文献１には、羽口毎に高速度カメラを設置し、レースウェイ内の旋回コークスを撮影することで、その粒径や密度を推定し、かかる推定値を基にレースウェイファクタやペネトレーションファクタを用いてレースウェイ深度を推定し、このレースウェイ深度を基にレースウェイ内への微粉炭等の燃料の吹き込み量を調整することでその崩壊を防止するような技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１−２０２０２号公報（第２頁〜第５頁）
【発明の開示】
【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の技術では、燃料吹き込み量を様々に工夫したとしても、制御対象であるレースウェイの大きさや形状、すなわちレースウェイ深度が推定値であるため、適切な燃料吹き込み量の調整はできず、レースウェイのいびつ化や崩壊を防ぐことは困難であった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、実測したレースウェイの深度をもとに、レースウェイの崩壊を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整することを特徴とする高炉の操業方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、下部周方向に複数の羽口が設けられ且つこの羽口の近傍にレースウェイが形成されている高炉の操業方法において、実測したレースウェイの最深部までの距離をもとに、レースウェイの崩壊又は縮小を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整することを特徴とする。
この技術的手段によれば、実測したレースウェイの深度をもとに、羽口からの燃料吹き込み量を調整することで、レースウェイの崩壊又は縮小、延いては羽口破損を防ぐことができるようになる。
【０００７】
詳しくは、本願発明者は、図２や図３に示すような、羽口からの燃料吹き込みの有無、羽口からの送風量及びレースウエイの形状変化の関係を見いだしており、燃料吹き込み量を早期に減少または遮断することにより、レースウエイの崩壊を防ぎうることを明らかにしている。したがって、レースウエイ深度を実測しつつ、前記関係を用いることで、対象レースウエイの崩壊や縮小を防ぐことが可能となる。なお、レースウエイ深度が推定値ではなく実測値であるため、効果的且つ確実にレースウエイのいびつ化を防ぐことが可能となる。
【０００８】
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記高炉の減風過程で羽口からの送風量を減じる際に、燃料吹き込み量を調整することを特徴とする。
高炉の一時的な休止等に伴い羽口からの送風量を減じる際、すなわち減風工程において、レースウエイの崩壊が起こりやすいことが現場の実績として判明しているが、この技術的手段を用いることで、実測したレースウェイの深度をもとに、羽口からの燃料吹き込み量を調整し、レースウェイの崩壊又は縮小、延いては羽口破損を防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記羽口から吹き込まれる燃料は粉炭であって、前記レースウェイ最深部までの距離が減少しつつある際に、羽口からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする。
この技術的手段によれば、微粉炭吹き込み量を早期に減少または遮断することにより、レースウエイ深度の減少、すなわちレースウエイの崩壊又は縮小を防ぎうることが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記羽口から吹き込まれる燃料は粉炭であって、前記レースウェイ最深部までの距離を維持するべく必要な粉炭吹き込み量の上限を予め求めておき、この上限量を基にして、羽口からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする。
【００１０】
この技術的手段によれば、予め求めておいた粉炭吹き込み量の上限量をもとに、羽口からの粉炭吹き込みを減少又はシャットダウンすることで、レースウェイの崩壊又は縮小、延いては羽口破損を防止することが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記レースウェイの深度は、
前記レースウェイの最深部に向けて周波数変調された送信波を羽口を介して送信する送信工程と、前記送信波がレースウェイの最深部で反射することで生じる最深部反射波と、最深部以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信する受信工程と、前記受信工程で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去する円偏向波選択工程と、前記円偏向波選択工程の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させるビート波発生工程と、前記ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去するための帯域除去工程と、前記帯域除去工程の出力をフーリエ変換し、周波数スペクトルを導出するフーリエ変換処理工程と、前記周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部までの距離を算出する距離算出工程とを経て実測されることを特徴とする。
【００１１】
この技術的手段によれば、送信工程で、レースウェイの最深部に向けて周波数変調された送信波を羽口を介して送信し、受信工程で、送信波がレースウェイの最深部で反射することで生じる最深部反射波と、最深部以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信し、円偏向波選択工程で、受信工程で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去し、ビート波発生工程で、円偏向波選択工程の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させ、帯域除去工程で、ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去し、フーリエ変換処理工程で、帯域除去工程の出力をフーリエ変換することで周波数スペクトルを導出し、距離算出工程で、周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部までの距離を算出するとにより、レースウェイ深度を実測することが可能となる。
【００１２】
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記円偏向波選択工程は、送信波を一定方向に偏向している円偏向波とし、受信工程で得られた反射波から、前記送信波と逆方向に偏向している円偏向波を取り出すことを特徴とする。
この技術的手段によれば、レースウェイ最深部とその他の場所（例えば、熱風支管内壁面）とで２重反射し、円偏向方向が送信波と同一となっている反射波を除去することができ、測定精度を向上させることが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記帯域除去工程は、あらかじめ非最深部反射波の周波数成分を推定しておき、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルターにより、ビート波から前記周波数成分を除去することを特徴とする。
【００１３】
この技術的手段によれば、レースウェイ最深部以外の場所で反射した非最深部反射波の周波数成分を推定し、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルタにより、ビート波から前記周波数成分を除去することができ、測定精度を向上させることが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記距離算出工程は、ビート波の周波数スペクトルの分布をもとに次式により距離を算出することを特徴とする。
【００１４】
【数２】
2005097738.tif 000003
【００１５】
ここで、ｌ：羽口〜レースウェイ最深部間距離、ｔ：送信波の往復時間、Ｔ：周期、ｆｂ：ビート波周波数、Ｆ：周波数変調幅、ｃ：送信波の速度である。
この技術的手段によれば、ビート波の周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部までの距離を測定することが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記送信波はマイクロ波であることを特徴とする。
この技術的手段によれば、送信波がマイクロ波であるため、高温環境や粉塵、水蒸気がが多い環境、輝度の高い環境であっても、それらの影響をほとんど受けることがない。また、送信波の指向性が高いため、細い羽口から送信波を発射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、実測したレースウェイの深度をもとに、レースウェイの崩壊を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図を基に説明する。
高炉は、その上部から鉄鉱石および還元剤であるコークス等を装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造するものである。
図４に示す如く、高炉１の下部の側壁２には、周方向に複数（数十個）の開口すなわち羽口３が形成されており、この羽口３を介して、熱風炉、熱風管、熱風環状管４、熱風支管５を経由してきた熱風（蒸気を含んだ空気）を吹き込むようになっている。さらに、この羽口３からは、燃料であると共に還元剤として作用する微粉炭を吹き込むようにしている。
【００１８】
高炉１内で羽口３前には、羽口３からの送風によって、いわゆる「レースウェイ」と呼ばれるコークスが著しく疎な状態で存在する空洞部分６が形成されている。この羽口３近傍のレースウェイ６では高炉１に装入されたコークスの大部分と羽口３から噴射された微粉炭とが燃焼しており、炉内で必要な還元ガスと鉄鉱石等の溶解および反応に必要な熱の大部分がこの部分から供給されている。
レースウェイ６の大きさおよび形状は、高炉１の状況や生産性に対して極めて重大な影響を与えると考えられているものの、操業中において、レースウェイ６の大きさや形状を正確に把握することは困難であるため、高炉１径方向でレースウェイ最深部と羽口３との間の距離をレースウェイ深度とし、レースウェイ６の大きさや形状を代表する値として取り扱ってきている。
【００１９】
図１は、かかるレースウェイ６の水平断面を示したものである。通常の操業状態においては、一定の大きさや形状を維持しているレースウェイ６であっても、例えば、
（ａ）レースウェイ６内には、微粉炭が適宜投入されており、コークスだけの状態（オールコークス）ではない。微粉炭が投入されたことにより、一時的に炉内温度が下がることになったり、上方から降下してくるコークス量が減ることになり、そのため、特定のレースウェイ６においてはその大きさや形状がいびつになったり、崩壊したりする。
（ｂ）数ヶ月に一度の高炉１の減風作業（高炉１内へ送風する熱風の量を減ずる作業）にあたり、羽口３からの熱風の送風を減じつつ最終的に停止することがある。その際に、ある特定のレースウェイ６がいびつになったり破壊したりすることがある。
【００２０】
それを解決するために、本願発明者は、数々の実験を重ねることにより、図２、図３に示すようなレースウェイ深度の特性を発見した。
図２は、横軸にレースウェイ面積比、縦軸に偏差率を示したものであり、黒丸のデータはオールコークス状態、白丸のデータは微粉炭吹き込み状態を示したものである。
レースウェイ面積比は、レースウェイ断面積／高炉床断面積であり、この値が大きいほど、レースウェイ６の形状が大きい、換言すれば、多量の熱風が高速で吹き込まれている状態を意味する。
【００２１】
偏差率は、実測レースウェイ深度／計算レースウェイ深度であり、０に近くなるほど、理論値に比べ実際のレースウェイ６の深度が小さくなり、レースウェイ６のいびつ化が進み、羽口破損に到りやすいことを示している。
図中、白丸のグラフの傾きが大きいことから、微粉炭吹き込み状態では、風量が少ない時には、レースウェイ深度が浅く羽口破損が起こり易いことがわかる。
従って、羽口径の小さい羽口３または、熱風の送風速度が小さい場合は、微粉炭吹き込み量を減量させることによってレースウェイ深度の低下を緩和でき、羽口破損を防止できる。
【００２２】
図３は、羽口３からの熱風送風量とレースウェイ深度との関係を示したものであり、黒丸は微粉炭吹き込み状態における実測値で、白丸は理論計算値を示したものである。
これから判るように、羽口３からの風量が減少するにつれて、理論値との差が大きく、レースウェイ深度が極端に小さくなっている。すなわち、レースウェイ６の崩壊及び羽口破損が起こりやすい状況となる。実際に、送風量４０００Ｎｍ3／ｍｉｎ近傍で羽口３の破損が起こった例も報告されている。
従って、微粉炭の遮断タイミングを、従来よりも高風量側（例えば、送風量４０００Ｎｍ3／ｍｉｎ以上）に変更することによって、減風時での羽口破損を回避することが可能であると期待できる。
【００２３】
これらレースウェイ６に関する特性を考慮した上で、レースウェイ深度と微粉炭吹き込み量との関係を明らかにしておき、その関係を基に、レースウェイ６の崩壊又は縮小を防ぐべく、羽口３からの微粉炭吹き込み量を調整するようにする。
前記問題点（ａ）を解決するためには、後述のレースウェイ深度の測定装置を用いて、高炉１の周方向に複数設けられた各レースウェイ深度を実測し、図１１のようにデータを整理した上で、いびつ化が進行しつつある（深度の浅い）レースウェイ６を把握しておく。
【００２４】
図１１は、高炉１で羽口３が取り付けられている面の水平断面を模式的に示したものであり、周方向に３８個の羽口３が取り付けられていることを示していると共に、各羽口３に対応するレースウエイ６の深度が径方向の距離で示されている。径方向外側にデータ点がプロットされている、すなわちグラフが円形に近いほど、レースウエイ深度が適切であることを示している。逆に径方向内側に近いほど、レースウエイ６の崩壊が進んでいることを意味している。
高炉１の規模が、内容積１５００ｍ3の場合、レースウェイ深度は通常、１．０〜２．０ｍであり、その深さが１．０ｍ以下になるような場合はレースウェイ６のいびつ化や崩壊が進んでいるものと考えられる。特に出銑口近傍のレースウェイ６は、出銑による高炉内状況の変化でレースウェイ６の形状が大きく変化しやすいものとなっている。
【００２５】
図１２は、各レースウェイ深度における、各レースウエイ深度に対する熱風送風量と微粉炭吹き込み量との関係を示したものであり、図２や図３を得るような実験結果から得られるものである。例えば、レースウエイ深度を１．５ｍで維持したい場合は、Ｌ＝１．５ｍの曲線に着目すれば、熱風送風量とそれに対応する微粉炭吹き込み量を得ることができるものとなっている。
Ｌ＝１．５ｍの曲線にしたがえば、例えば、送風量６５００Ｎｍ3／ｍｉｎの時、微粉炭吹き込み量は略６００００ｋｇ／ｈｒであるが、送風量を５５００Ｎｍ3／ｍｉｎに減じた際には、微粉炭吹き込み量を略１００００ｋｇ／ｈｒにするとよい。
【００２６】
従って、図１１より判明した崩壊の可能性のあるレースウェイ６に対して、図１２上で対応するレースウェイ深度の曲線を選び出し、現状の送風量に対する最適微粉炭吹き込み量を求め、その量若しくはそれ以下の量を微粉炭ランス１４より吹き込むようにする。こうすることにより、過剰な微粉炭の吹き込みを防止でき、適切なレースウェイ深度を維持することが可能となる。
また、図１２のようなレースウエイ深度と微粉炭吹き込み量との関係を用いずに、レースウエイ深度を常に実測しておき、その深度が浅くなりそうな（レースウエイ崩壊に到りそうな）兆候がでる直前に、微粉炭の吹き込み量を減少させるか遮断するようにしてもよい。
【００２７】
また、前記問題点（ｂ）を解決して高炉１を一時的に休止操業するためには、高炉休止過程での減風操作時に、壊れる可能性のあるレースウェイ６、特に羽口径の小さなものに形成されているレースウェイ６の深度を実測しつつ、その距離をもとに、羽口３からの微粉炭吹き込み量を調整するようにする。
すなわち、減風操作時において、後述のレースウェイ深度の測定装置を用いて、高炉１の周方向に複数設けられた各レースウェイ６の深度を刻々実測し、いびつ化が進行しつつある（深度の浅い）レースウェイ６を把握しておく。
【００２８】
崩壊の起こる可能性のあるレースウェイ６については、いびつ化や崩壊が起こりそうになる前に、図１２において、当該レースウェイ深度に対応する曲線を選び出し、現状の送風量に対する最適微粉炭吹き込み量を求め、その量若しくはそれ以下の量を微粉炭ランス１４より吹き込むようにする。送風量が４０００Ｎｍ3／ｍｉｎ以下になる前に、微粉炭吹き込みをシャットダウンすることにより、レースウェイ崩壊を確実に防ぐことができるようになる。
前記微粉炭吹き込み減少時には、高炉１全体に吹き込む微粉炭量は一定とする必要があるため、減じた微粉炭量を他の羽口３から補うように投入するようにすることが好ましい。熱風吹き込みの減風速度は、５０Ｎｍ3／ｍｉｎ程度とするがよいことが現場の実績より判明している。
【００２９】
また、図１２のようなレースウエイ深度と微粉炭吹き込み量との関係を用いずに、高炉の一時的な休止時の減風過程において、レースウエイ深度を常に実測しておき、その深度が浅くなりそうな（レースウエイ崩壊に到りそうな）兆候がでる直前に、微粉炭の吹き込み量を減少させるか遮断するようにしてもよい。
なお、このような高炉１の操業にあたっては、レースウェイ深度をなるべく高速且つリアルタイムで実測することが不可欠であり、かかるレースウェイ深度を推定値で代替えするような操業方法では、効果的な高炉操業は不可能である。
【００３０】
図４は、本発明にかかる操業方法で使用するレースウェイ深度の測定装置を示すものであって、測定装置が熱風支管５の基端側に取り付けられている様子を示す断面図である。
この図に示されているように、高炉１の側壁２を形成している炉壁レンガ８に直径数センチの開口が形成され、この開口に円筒状の羽口３がはめ込まれている。羽口３は、高炉１下部の全周にわたってほぼ等間隔で設けられているものであり、この羽口３に熱風支管５が差し込まれるように配置されている。
熱風支管５は、羽口３に差し込まれているブローパイプ１０と、このブローパイプ１０の基端側で略垂直に突出している下部ベンド１１と、それに延設された上部ベンド１２とからなり、この上部ベンド１２が、熱風環状管４に連結されている。各部材は熱風が通風するように中空となっており、内面１３は耐火物でライニングされている。
【００３１】
前記ブローパイプ１０には、高炉１内に還元剤である微粉炭を噴射するための微粉炭ランス１４（微粉炭投入用パイプ）が複数設けられていると共に、ブローパイプ１０の基端側には開口部１５が形成されている。
本測定装置は、図４に示す如く、装置本体１７と、それから延びる導波管１８と、導波管１８の先端に設けられた円柱状のアンテナ１９と、前記装置本体１７からの出力結果を表示する表示器２０とを有している。
アンテナ１９は、マイクロ波である送信波を効率よく前方に発射するために、その内部には円錐状の凹部２１が形成されており、図１０に詳しく示すように、ブローパイプ１０の基端側に形成された開口部１５に羽口メガネ１６が設けられ、この羽口メガネ１６に隣接するようにアンテナ１９は配置されるものとなっている。なお、当該アンテナ１９は、羽口メガネ１６に嵌入されるように設けられてもよく、前記ブローパイプ１０の基端側に形成された開口部１５に直接嵌入するように配置され、羽口３と一体となっていても問題はない。
【００３２】
装置本体１７で発生された送信波は、導波管１８により導かれ、当該アンテナ１９からブローパイプ１０及び羽口３の開口を通じてレースウェイ６の最深部７へ向けて発射される。発射された送信波は、レースウェイ最深部７で反射され戻ってきた後、アンテナ１９で受信されて導波管１８を介して装置本体１７へと導かれるようになっている。
装置本体１７内では、送信波と、反射波（受信波）とを利用して、羽口３からレースウェイ最深部７までの距離を算出するようにしている。
算出されたレースウェイ深度やそれに関連する情報（例えば、後述する周波数スペクトル等）は、表示器２０に出力される。表示器２０では、各種情報をグラフィック化して表示することが可能である。
【００３３】
図５は、装置本体１７の構成を示したものである。すなわち、本発明にかかる測定装置は、レースウェイ６の最深部７に向けて周波数変調された送信波を送信する送信部２３を有しており、この送信部２３は、測定に用いるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部２４と、前記マイクロ波に周波数変調をかける周波数変調部２５と、導波管１８と、アンテナ１９とを備えている。
また、前記送信波がレースウェイ６の最深部７で反射することで生じる最深部反射波と、最深部７以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信する受信部２６を有しており、この受信部２６はアンテナ１９と導波管１８とから構成されている。
【００３４】
加えて、受信部２６で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去する円偏向波選択部３１と、前記円偏向波選択部３１の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させるビート波発生部２７と、前記ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去するための帯域除去部２８と、前記帯域除去工程の出力をフーリエ変換し、周波数スペクトルを導出するフーリエ変換処理部２９と、前記周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部７までの距離を算出する距離算出部３０とを有している。
この測定装置は、多数設けられている羽口３の複数箇所、あるいは全てに取り付けてよく、１つの測定装置を各羽口３毎に順次移動させつつ計測を行うようにしてもよい。
【００３５】
なお、この測定装置は、高温(９００〜１２００℃) の熱風支管５の基端側に設置されるため、熱風支管５や高炉１本体からの輻射熱や伝導による熱を受けることになる。しかしながら、羽口３と一体に設けられたアンテナ１９と、電子部品等から構成され熱に弱い装置本体１７とが、導波管１８により隔離される構成となっているため、装置本体１７に冷却手段を設けたりする必要がなく、製造コストの低減化が図れるものとなっている。
次に、本計測装置における信号処理について、図５、図６に基づいて説明する。
まず、前記送信部２３において、発生させたマイクロ波に周波数変調をかけて送信波とし、この送信波をアンテナ１９からブローパイプ１０及び羽口３を介して、レースウェイ最深部７に発射する。（送信工程、Ｓ６１）
詳しくは、ガンダイオード等の半導体素子から構成されるマイクロ波発生部２４によりマイクロ波を発生させ、このマイクロ波に周波数変調部２５により、のこぎり波となるとように周波数変調をかける。ここで言う周波数変調とは、「時間に比例して周波数が一定の変化をする」ような制御を行うことである。周波数変調をかけられたマイクロ波は周波数変調連続波（ＦＭ−ＣＷ）となる。
【００３６】
この周波数変調連続波は送信波として、導波管１８を介してアンテナ１９に導かれ、そこからレースウェイ最深部７に発射されることとなる。
送信波の一部は、後述のビート波を生成するために、サーキュレータ（方向性結合器）によって後述のビート波発生部２７に伝送されるようになっている。
送信部２３により発射された送信波は、レースウェイ６の最深部７で反射することで生じる最深部反射波と、最深部７以外で反射することで生じる非最深部反射波とになり、受信部２６、すなわちアンテナ１９で受信され、導波管１８により前記サーキュレータに伝送される。（受信工程、Ｓ６２）
本実施形態では、最深部７以外での送信波の反射としては、ブローパイプ内壁面１３、下部ベンドの開口部１５、微粉炭ランスの開口部３７などからの反射が挙げられる。
【００３７】
サーキュレータを通った各反射波（受信波）は、後述の円偏向波選択部３１を経て、ビート波発生部２７に導入される。
ビート波発生部２７では、送信波と受信波とがミキシングされ、ビート波が生成されることになる。（ビート波発生工程、Ｓ６４）
ビート波とは、わずかに周波数が異なる２つの波が重なり合った時に、干渉の結果発生するもので、音波の世界でいう「うなり波」のことであり、その周波数は、受信波と送信波との周波数の差であることが知られている。
【００３８】
このビート波の周波数が明らかになると、それを用いて、アンテナ１９から発射された送信波を反射させた対象物（本実施形態の場合は、レースウェイ最深部７）までの距離を算出することができることが、物理法則から明らかになっている。ゆえに、ビート波は後述の帯域除去部２８を経て、フーリエ変換処理部２９において、ＦＦＴ等のアルゴリズムを用いてフーリエ変換され、周波数スペクトルが求められるようになる。（フーリエ変換処理工程、Ｓ６６）
求められた周波数スペクトルの一例を図８に示す。
【００３９】
次に、この周波数スペクトルの分布、例えばピーク値を基に、次式を用いて、レースウェイ最深部７ｌまでの距離を求めるようにする。（距離算出工程、Ｓ６７）
【００４０】
【数３】
2005097738.tif 000004
【００４１】
ここで、ｌ：レースウェイ深度（羽口７〜レースウェイ最深部７間距離）、ｔ：マイクロ波の往復時間、Ｔ：周期(周波数掃引時間）、ｆｂ：ビート波周波数、Ｆ：周波数変調幅、ｃ：光速である。
上述のステップを行うことで、レースウェイ深度を求めることが可能となる。しかしながら、本実施形態の場合は、マイクロ波である送信波を羽口３に設けられたブローパイプ１０の中空部を介して発信しているため、最深部７からの反射波である最深部反射波以外に、非最深部７、例えば、下部ベンド１１や微粉炭ランス１４の開口部３６，３７等からの反射波である非最深部反射波が受信波の中に含まれることになる。
【００４２】
図８に示した、周波数スペクトルにおいていえば、ｐｅａｋ２が最深部反射波に起因するビート波の周波数であって、ｐｅａｋ１が非最深部反射波に起因するビート波の周波数である。
そこで、図８の周波数スペクトルをそのまま利用し、そのピーク値（ｐｅａｋ１）を求め、距離算出工程により距離を求めても、レースウェイ深度とはならない。
従って、本実施形態では、あらかじめその位置（距離）がわかっている非最深部反射波の周波数成分を推定しておき、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルタ（バンド・エリミネイト・フィルタ又はノッチ・フィルタ）により、ビート波から前記周波数成分を除去する帯域除去工程を備えている。（Ｓ６５）
詳しくは、図８のｐｅａｋ１の周波数を有する非最深部反射波を除去するために、図７に示すように、ｐｅａｋ１の周波数近傍を遮断し、ｐｅａｋ１から離れた周波数帯はよく通過させる特性を有する帯域除去フィルタを用意し、このフィルタにビート波を通すようにしている。この帯域除去フィルタは具体的にはＩＣ等の電子回路で構成されるアナログフィルタである。
【００４３】
この帯域除去工程を通過した出力波を、前述のフーリエ変換処理工程（Ｓ６６）に入力した結果は、図９の如くであって、周波数スペクトルのピーク値が、最深部反射波の周波数ｐｅａｋ２となり且つ大きく際だっており、距離算出工程を経て、レースウェイ深度が精度よく、求められることになる。
また、本実施形態の場合は、レースウェイ最深部７で反射した反射波が、例えば、ブローパイプ１０内側壁２で再度反射し（２重反射し）、距離測定に誤差が生じることを防ぐために、測定装置は、サーキュレータからでた受信波が円偏向波選択部３１を通り、その出力がビート波発生部２７に入力されるような構成を有している。
【００４４】
この円偏向波選択部３１では、図６に示した円偏向波選択工程Ｓ６３が行われており、以下の信号処理を行うものである。
すなわち、送信波を、電界と磁界の合成ベクトルが右回りに螺旋状に進行していく波（右旋円偏向波）とし、円偏向波選択工程において、送信波と同相の右旋円偏向波の反射波を除去するようにしたものである。換言すれば、逆相の反射波のみを取り出すようにしている。
送信波が右旋円偏向波である場合、レースウェイ最深部７で反射した反射波は前記合成ベクトルが左回りとなる左旋円偏向波になるからである。これは電磁波が一度反射すると、その偏向方向が反転する性質に基づくものである。
【００４５】
この性質を用いると、最深部７で反射した送信波が、更に別の面（例えば、ブローパイプ１０の内側面１３）で反射した場合には、（送信波）右旋→（反射）左旋→（反射）右旋となり、送信彼と同相になってしまい、前記円偏向波選択部３１で確実に除去されるものとなる。
このように、二重反射を起こした反射波を受信しないことで精度の高いレースウェイ深度測定が可能となっているものである。
なお、説明では、送信波の偏向方向を右旋回としたが、左旋回としても何ら問題はない。その際、除去すべき二重反射波の偏向方向も左旋回となる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、送信波はマイクロ波に限定されるものではない。例えば、波長が多少異なる極超短波等であってもよい。
また、本実施形態では、周波数スペクトルの分布、すなわち最大ピーク値を基に、レースウェイ最深部までの計測していたが、最大ピーク値の前後に位置する複数のピーク値（極大値）を基にすると、レースウェイ空洞部を旋回しているコークスまでの距離を計測することができるようになり、レースウェイの挙動をより明らかにすることができるようになる。
【００４７】
また、本操業方法の考え方は高炉のみに限定適用されるものではなく、竪型炉であれば適用可能である。
また、レースウェイ深度を求めるために、前述の如く様々な工程Ｓ６１〜Ｓ６７を用いて信号処理を行っているが、円偏向波選択工程Ｓ６３や帯域除去工程Ｓ６５は、必ずしも必要ではなく、受信波内に含まれるノイズ（レースウェイ最深部７からの反射波以外のもの）の発生状況を鑑み、各工程Ｓ６３又はＳ６５を適宜設けるようにするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】高炉の横断面の一部を示した図である。
【図２】レースウェイ面積比と偏差率とを示した図である。
【図３】羽口からの送風量とレースウェイ深度とを示した図である。
【図４】測定装置が羽口に取り付けられていることを示す断面図である。
【図５】測定装置の構成を示した図である。
【図６】測定方法を示したフローチャートである。
【図７】帯域除去フィルタの特性を示す図である。
【図８】非最深部反射波を含んだビート波の周波数スペクトルである。
【図９】最深部反射波だけを含んだビート波の周波数スペクトルである。
【図１０】熱風支管基端側の拡大図である。
【図１１】高炉周方向におけるレースウエイ深度の分布状態を示す図である。
【図１２】本操業方法における微粉炭吹き込み量を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    高炉
３    羽口
６    レースウェイ
７    レースウェイ最深部
２３  送信部
２６  受信部
２７  ビート波発生部
２８  帯域除去部
２９  フーリエ変換処理部
３０  距離算出部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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