(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元放射温度測定装置を有する水冷プローブと、上記水冷プローブを高炉炉体の羽口からレースウエイよりも奥に挿入し、その後、上記水冷プローブを一定の割合で後退させるプローブ挿入装置とを具備し、上記水冷プローブが後退して形成された空洞を上記二次元放射温度測定装置を使用して観察することにより、上記高炉炉体の炉内充填物の温度分布を連続的に測定することを特徴とする高炉内温度測定装置であって、
上記二次元放射温度測定装置は、上記水冷プローブ内に挿通された画像伝送ファイバと、上記画像伝送ファイバによって伝送される画像を撮像するＣＣＤカメラと、上記ＣＣＤカメラの撮像動作を制御するＣＣＤ制御装置と、上記ＣＣＤカメラから出力される撮像信号をデジタル化するデジタル変換装置と、上記デジタル変換装置によりデジタル化された撮像信号を画素ごとに輝度値から温度分布を演算する画像処理機能を有する小型計算機とから構成され、
上記小型計算機は、上記二次元放射温度測定装置により測定した温度分布から最高温度を抽出し、上記最高温度を被測定対象の充填物の温度とすることを特徴とする高炉内温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉内温度測定装置に関し、特に、レースウエイ奥の充填物内の炉内温度を測定するために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の内部は、鉄鉱石とともに、コークス等の可燃物が充填されていて、上記コークス等を燃焼させることにより、焼結鉱が還元されて溶銑が作られるようになされている。そして、高炉内の燃焼を制御するために、上記高炉下部には円周方向に等間隔に配置された羽口が設けられており、ここから高温熱風、酸素、微粉炭燃料等が吹き込まれるようになされている。
【０００３】
上記羽口の近傍には、上記高温熱風、酸素、微粉炭燃料等を吹き込む際の風圧によってレースウエイと呼ばれる、高炉内の充填物が存在する領域とは異なる領域が形成され、ここでコークスや微粉炭が燃焼している。ここでの燃焼による発熱で上記焼結鉱が還元されて溶銑が作られるので、レースウエイの状態が高炉の操業状態に大きく影響を及ぼしている。
【０００４】
高炉操業では、効率よく安定して溶銑を生産することであるが大事であるが、近年、生産コストを下げることができる微粉炭燃料を大量に吹き込む方式への取り組みがなされている。
【０００５】
この場合、上記レースウエイでの微粉炭の燃焼状態が何らかの原因で悪化すると、未燃焼の微粉炭は高炉内で熱源とならずに炉内に蓄積してしまう。微粉炭が蓄積すると、高炉内の通気性が阻害されて操業が不安定になることがあり、また、燃料費の増加をもたらすので好ましくない。
【０００６】
このような理由から、高炉羽口に設けられた観察窓を通してレースウエイ奥部燃焼場の温度を放射測温手段で測定してレースウエイにおける燃焼状態を監視する技術が種々開発されている。
【０００７】
例えば、特開昭６０−２４３０７号公報には、羽口に炉内を指向する光ファイバを設置して、熱放射光を炉外の放射温度計に導く測温方法が記載されている。また、特開平９−２５６０１０号公報には、羽口観測窓からテレビカメラでレースウエイを観察し、同時に放射温度計により温度を測定しておき、上記テレビカメラから得られる画像信号と、上記放射温度計から得られる温度信号とから温度分布を求めるようにした装置が提案されている。
【０００８】
また、特開平６−４１６２３号公報に掲載された熱電対のように耐久性のある測温素子を先端に取り付けた非水冷構造のプローブを用いて炉内に差し込んだ後、上記プローブを引き抜きながら深さ方向の温度分布を計測する方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レースウエイの温度が２０００℃程度であるため、上記特開平６−４１６２３号公報に掲載された方法の場合は、計測を行うことができる期間は休風時に限られる問題があった。また、温度計測するために熱電対を使用しているので応答時間が遅く、高炉内の急激な温度変化に追従できない問題があった。
【００１０】
また、光ファイバー放射測温計を備えた水冷プローブを高炉内に挿入する方法もあるが、光ファイバー放射測温計は点の計測しかできないため、水冷プロープ自体による熱じょう乱で真の充填物よりも低い温度を計測した場合においても、当該計測値を補正することできない問題があった。
【００１１】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、レースウエイよりも奥部に位置する高炉内充填物の温度分布を、高炉の操業中に正確に測定できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の高炉内温度測定装置は、二次元放射温度測定装置を有する水冷プローブと、上記水冷プローブを高炉炉体の羽口からレースウエイよりも奥に挿入し、その後、上記水冷プローブを一定の割合で後退させるプローブ挿入装置とを具備し、上記水冷プローブが後退して形成された空洞を上記二次元放射温度測定装置を使用して観察することにより、上記高炉炉体の炉内充填物の温度分布を連続的に測定することを特徴とする高炉内温度測定装置であって、上記二次元放射温度測定装置は、上記水冷プローブ内に挿通された画像伝送ファイバと、上記画像伝送ファイバによって伝送される画像を撮像するＣＣＤカメラと、上記ＣＣＤカメラの撮像動作を制御するＣＣＤ制御装置と、上記ＣＣＤカメラから出力される撮像信号をデジタル化するデジタル変換装置と、上記デジタル変換装置によりデジタル化された撮像信号を画素ごとに輝度値から温度分布を演算する画像処理機能を有する小型計算機とから構成され、上記小型計算機は、上記二次元放射温度測定装置により測定した温度分布から最高温度を抽出し、上記最高温度を被測定対象の充填物の温度とすることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の高炉内温度測定装置の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る高炉内温度測定装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の高炉内温度測定装置は、水冷プローブ１３、画像伝送ファイバ１４、ＣＣＤカメラ１５、ＣＣＤ制御装置１７、デジタル変換器１８、小型計算機１９、出力装置２０等によって構成されている。
【００１８】
上記水冷プローブ１３は水冷構造で、例えば、外径寸法が約１００ｍｍφの中空パイプにより構成され、その先端に金属製キャップ４０（図４参照）を取り付けた状態で炉内に押し込まれる。
【００１９】
また、画像伝送ファイバ１４（イメージファイバ）は、上記水冷プローブ１３内に挿通して配設されているものであり、上記画像伝送ファイバ１４の先端が水冷プローブ１３の開口端より少し奥まった位置するようになされている。本実施の形態においては、画素数（フアイバ素線数）が１３万画素、観察視野角が４５°となるように画像伝送ファイバ１４を設計している。
【００２０】
ＣＣＤカメラ１５は、画像伝送ファイバ１４の基端部に固定接続されて使用されるモノクロＣＣＤである。画像輝度と温度との対応付けは、予め黒体炉を用いたオフライン校正で求めておくようにしている。
【００２１】
ＣＣＤカメラ１５において、一つのシャッタースピードでの温度レンジは５００℃程度であり、それ以上または以下の温度では、輝度オーバーまたは輝度不足が起こり測定できない事態となることがある。そこで、本実施の形態においては幾つかのシャッタースピードについて個別に画像輝度と温度との関係を求めておき、測定中に必要に応じて適切なスピードのシャッタに切り替えるようにしている。
【００２２】
ＣＣＤ制御装置１７は、ＣＣＤカメラ１５のシャッタースピードを遠隔設定するために設けられているものである。デジタル変換器１８は、ＣＣＤカメラ１５から出力されるアナログ画像信号をデジタル化して小型計算機１９（ここではパソコン）に取り込まれるようにしている。小型計算機１９とＣＣＤ制御装置１７との間はＲＳＣ２３２Ｃ等で結ばれており、小型計算機１９が算出したシャッタースピード等をＣＣＤ制御装置１７に設定指令を出すと、現在のシャッタースピード等がいくつであるかをＣＣＤ制御装置１７から小型計算機１９に知らせる等の通信が行われる。出力装置２０は、小型計算機１９により処理された充填物９内の温度情報を出力するものであり、例えば、プリンタ等が出力装置として用いられる。
【００２３】
上述のように構成された本実施の形態の高炉内温度測定装置を使用して、高炉炉体１０内の充填物９の温度を測定する場合は、高炉の羽口１１から水冷プローブ１３を挿入する（図５のステップＳ５１）。
【００２４】
そして、上記水冷プローブ１３の先端部が充填物９内の所定の深度まで達したら上記金属製キャップ４０を脱落させ、水冷プローブ１３を引き抜きながら温度測定を開始する。測定時は、高温の充填物破片等が水冷プローブ１３内に進入しないようにするために、水冷プローブ１３の先端からＮ2パージガス２１を噴出する。
【００２５】
ここで、水冷プローブ１３の押し込み速度及び引き抜き速度は、約４０ｍｍ／秒であり、挿入深度は３ｍ程度とする。
【００２６】
水冷プローブ１３が引き抜かれた空洞３０を画像伝送ファイバ１４により観察する。この場合、図２に示したように、水冷プローブ１３から噴出されるパージガス２１により冷却された固体に符号１２１を付している。また、水冷プローブ１３からの抜熱された固体に符号１２２を付して、高温の固体１２０と区別している。図２において、下向き矢印をマークした固体は水冷プローブ１３を引き抜いたことにより形成される空洞３０の部分に落下してくることを示している。
【００２７】
次に、図３を参照しながら、充填物９内の温度分布測定例を説明する。図３中において、▲１▼がイメージファイバの視野を示している。また、▲２▼がパージガス２１による冷却の影響を受けている固体群を示し、▲３▼は上部から落下してきた高温の固体を示している。さらに、▲４▼は上部から落下してきた低温の固体を示している。
【００２８】
パージガス２１が吹き付けている部分▲２▼の固体温度は、上方から落下してくる高温の固体▲３▼の温度に比べて、１００〜２００℃程度は低温である。▲３▼を付した固体は水冷プローブ１３による熱じょう乱の影響を受けていないと考えられるので、固体▲３▼の温度が充填物９の真温度に近いものと考えられる。なお、上部から落下してくる固体でも、符号▲４▼を付した固体のように低温のものある。これは、水冷プローブ１３から直接抜熱された固体である。
【００２９】
次に、小型計算機１９を構成可能なコンピュータシステムの一例を図６のブロック図を参照しながら説明する。
図６は、一般的なコンピュータシステムの内部構成を示す図である。図６において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、あるいはフロッピーディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるブローブ挿入装置、及びＣＣＤ制御装置制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。
【００３０】
上記ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、本実施形態の高炉内温度測定方法が実行される。
【００３１】
１２０３はＲＡＭで、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）で、キーボード（ＫＢ）１２０９や不図示の入力装置等からの指示入力を制御する。
【００３２】
１２０６はＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）で、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１２１０の表示を制御する。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）で、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１、及びフロッピーディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。
【００３３】
１２０８はネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）で、ＬＡＮ１２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。
【００３４】
（本発明の他の実施の形態）
本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用しても１つの機器からなる装置に適用しても良い。
【００３５】
また、上述した実施の形態の機能を実現するように各種のデバイスを動作させるように、上記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、記憶媒体から、またはインターネット等の伝送媒体を介して上記実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って上記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００３６】
また、この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００３７】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態で説明した機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して上述の実施の形態で示した機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることは言うまでもない。
【００３８】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、二次元放射温度測定装置を備えた水冷プローブを、高炉炉体の羽口からレースウエイよりも奥に挿入し、その後、上記水冷プローブを一定の割合で後退させ、上記水冷プローブが後退して形成された空洞を上記二次元放射温度測定装置を使用して観察することにより、上記高炉炉体の炉内充填物の温度分布を連続的に測定するようにしたので、高温の充填物内の温度を高炉の操業中に計測することができる。
また、水冷プローブが後退して形成された空洞内において充填物の温度を直接計測することができるので、高炉内の急激な温度変化に対して高速に追従しながら温度計測を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、高炉内温度測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】充填物を観察している様子を示す図である。
【図３】温度分布測定例を示す図である。
【図４】水冷プローブの先端に金属製キャップを取り付けた例を示す断面図である。
【図５】高炉内温度測定方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】小型計算機を構成可能なコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
９  充填物
１０  高炉炉体
１１  高炉の羽口
１２  レースウエイ
１３  水冷プローブ
１４  画像伝送ファイバ
１５  ＣＣＤカメラ
１６  ブローブ挿入装置
１７  ＣＣＤ制御装置
１８  デジタル変換器
１９  小型計算機
２０  出力装置
２１  パージガス
３０  形成される空洞
４０  金属製キャップ
１２０  充填物固体
１２００  コンピュータ
１２０１  ＣＰＵ
１２０２  ＲＯＭ
１２０３  ＲＡＭ
１２０４  システムバス
１２０５  キーボードコントローラ
１２０６  ＣＲＴコントローラ
１２０７  ディスクコントローラ
１２０８  ネットワークインタフェースカード
１２０９  キーボード
１２１０  ＣＲＴディスプレイ
１２１１  ハードディスク
１２１２  フロッピーディスク
１２２０  ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）
【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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