(57)【要約】【課題】高炉内の高濃度粉塵の影響を受けず、装置が小型かつ安価であって、装入装置の操業の邪魔にならずに高炉内装入物のプロフィルを測定可能な高炉内装入物のプロフィル測定装置を提供する。【解決手段】高炉２の炉頂部に配置され、高炉内装入物５の表面を撮像可能な撮像装置１３と、撮像装置１３の中心と高炉２の中心軸Ａとを通る鉛直方向の平面Ｂに対して直角に交わり且つ高炉２の中心軸Ａを通る鉛直方向の平面Ｃ上にある高炉２の炉頂部に配置された光ビーム照射装置（レーザ光照射装置２１）と、光ビーム照射装置のビーム照射方向を、高炉内装入物５の表面において中心軸Ａを通る直径方向に走査させる走査駆動装置２２と、から構成されている。【選択図】図１
2016060943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉頂部に配置され、高炉内装入物の表面を撮像可能な撮像装置と、
前記撮像装置の中心と前記高炉の中心軸とを通る鉛直方向の平面に対して直角に交わり且つ前記高炉の中心軸を通る鉛直方向の平面上にある前記高炉の炉頂部に配置された光ビーム照射装置と、
前記光ビーム照射装置のビーム照射方向を、前記高炉内装入物の表面において前記中心軸を通る直径方向に走査させる走査駆動装置と、
から構成されていることを特徴とする、高炉装入物のプロフィル測定装置。
【請求項２】
前記光ビーム照射装置は、可視光を照射するレーザ光照射装置であり、前記撮像装置は、カラー撮像装置であることを特徴とする、請求項１に記載の高炉装入物のプロフィル測定装置。
【請求項３】
前記光ビーム照射装置および前記撮像装置はいずれも、平面視において、前記高炉のアップテイク間の中間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉装入物のプロフィル測定装置。
【請求項４】
前記走査駆動装置は、前記光ビーム照射装置から照射されるビームを前記高炉の炉内に向けて反射する反射板と、前記反射板を駆動する反射板駆動装置と、前記反射板と前記反射板駆動装置とを連結する駆動軸と、から構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高炉装入物のプロフィル測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内装入物の表面の形状（プロフィル）の測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銑鉄の製造における高炉には、炉頂から装入物として、粉鉄鉱石を焼き固めた焼結鉱や塊状鉄鉱石等、及びコークスが交互に装入されて堆積し、炉内に鉱石層およびコークス層が形成される。高炉下方にある羽口から吹き込まれる熱風とコークスとの反応によって生じるＣＯガスにより、鉄鉱石は加熱、還元され（間接還元）、また、一部はコークスにより直接的に還元されて、軟化融着帯を形成した後、溶滴となる。溶滴、すなわち溶銑は、コークス層の間を通過して炉底部に溜まる。炉内に形成された鉱石層およびコークス層は、炉内を徐々に降下する。
【０００３】
以上の工程において、高炉に装入された鉄鉱石及びコークスによって形成される炉頂部の装入物分布を調整し、適正なガス分布を得ることは非常に重要である。高炉内炉頂部における装入物のプロフィル（表面形状）は、ベル式装入装置ではムーバブルアーマを、また、ベルレス式装入装置では分配シュートを介する装入物の落下軌跡により決定される。通常装入時は、炉頂部の装入物のプロフィルは、高炉の中心鉛直方向（軸心）を軸として中央部が低い略逆円錘形状をなしている。高炉内装入物のプロフィルは、高炉の操業にとって重要な情報であり、殊に近年、高炉では、低コークス比での操業安定化を目的に、装入物の分布制御が複雑化しており、十分な測定頻度と精度を実現するプロフィルの測定ニーズが高まっている。
【０００４】
従来、高炉の炉口部側面から、高炉の軸心に向けて、マイクロ波距離計を備えた計測ランスを挿入し、マイクロ波を高炉内装入物へ向けて発信して、高炉内装入物の表面までの距離を測定する方法が行われてきた。ところが、この場合、原料の装入時には、計測ランスを高炉の外へ退避させなければならないため、一日に数回程度しか使用できないという問題がある。
【０００５】
そこで、原料の装入を長時間停止させることなく装入物のプロフィル測定を行える測定装置が、例えば特許文献１、特許文献２に記載されている。これらは、マイクロ波の送受信が行えるマイクロ波距離計と、マイクロ波放射方向を走査する走査駆動装置とを備えたプロフィル測定装置を、高炉の炉頂部に設置し、マイクロ波を高炉内に走査させ、マイクロ波距離計から入力された距離データおよび走査駆動装置から入力された走査角度データを組み合わせて、データ処理部で高炉内装入物の表面プロフィルを演算するものである。
【０００６】
このように、高炉内装入物の表面までの距離をマイクロ波で測定する測定装置は、粉塵等の影響を受けにくいため、高炉内のような環境下に適している。ところが、マイクロ波に適切な指向性を持たせるためにはアンテナが必要となり、例えば２０ＧＨｚの周波数のマイクロ波のアンテナの直径サイズは２５０ｍｍ程度となる。そして、このアンテナを高炉内に走査する必要があるため、高炉内に向けて大きな開口部が必要であり、さらに非常時にその開口部を閉止するための閉止装置も必要になる。加えて、高炉は高圧であることから、アンテナを含む装置の収納容器も大きく頑丈なものが必要となる。したがって、必然的に装置全体が大型になり、コストが高くなる。
【０００７】
また、特許文献３には、レーザ光を用いたプロフィル測定装置が開示されている。レーザ光照射装置は、マイクロ波発信器に比べて極めて小型であり、測定装置全体を大幅に小型化できることから、コストを下げることができる。ところが、レーザ光は、高炉内の高濃度粉塵の影響を受けやすく、特に大型高炉では測定対象までの距離が長くなるため、粉塵の影響が大きく測定精度に問題がある。そのため、特許文献３では、複雑なデータ処理方法によって粉塵の影響を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１７４３７１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５２３７号公報
【特許文献３】特開２０００−３１０５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高炉内の高濃度粉塵の影響を受けず、装置が小型かつ安価であって、装入装置の操業の邪魔にならずに高炉内装入物のプロフィルを測定可能な高炉内装入物のプロフィル測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明は、高炉の炉頂部に配置され、高炉内装入物の表面を撮像可能な撮像装置と、前記撮像装置の中心と前記高炉の中心軸とを通る鉛直方向の平面に対して直角に交わり且つ前記高炉の中心軸を通る鉛直方向の平面上にある前記高炉の炉頂部に配置された光ビーム照射装置と、前記光ビーム照射装置のビーム照射方向を、前記高炉内装入物の表面において前記中心軸を通る直径方向に走査させる走査駆動装置と、から構成されていることを特徴とする、高炉装入物のプロフィル測定装置を提供する。
【００１１】
前記光ビーム照射装置は、可視光を照射するレーザ光照射装置であり、前記撮像装置は、カラー撮像装置であってもよい。また、前記光ビーム照射装置および前記撮像装置はいずれも、平面視において、前記高炉のアップテイク間の中間に配置されていることが好ましい。
【００１２】
前記走査駆動装置は、前記光ビーム照射装置から照射されるビームを前記高炉の炉内に向けて反射する反射板と、前記反射板を駆動する反射板駆動装置と、前記反射板と前記反射板駆動装置とを連結する駆動軸と、から構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高炉内の粉塵の影響が少なく、光ビームによる測定が可能となり、装置を小型に構築できるため、それに伴う収納容器や炉内に対する遮断弁なども小型化でき、さらに信号処理方法が簡易であることから、大幅なコスト削減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかるプロフィル測定装置を備えた高炉炉頂部の例を示す正面図である。
【図２】図１の高炉の炉頂部を上から見た平面図である。
【図３】本実施形態にかかる光ビーム照射装置と走査駆動装置の構成例を示す概略側面図である。
【図４】本発明の異なる実施形態にかかる光ビーム照射装置の配置例を示す高炉の炉頂部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
図１に、本発明のプロフィル測定装置を取り付けた高炉２の例を示す。炉口部にはベルレス式装入装置３が設けられ、鉄鉱石やコークスが、分配シュート４を通って炉内に装入され、高炉内装入物５として堆積する。本実施形態にかかるプロフィル測定装置１１を構成する光ビーム照射部１２および撮像装置１３は、高炉２の炉頂部の、炉体よりも外側に設置されている。
【００１７】
光ビーム照射部１２と撮像装置１３は、図２に示すように、炉頂部の周辺部に、平面視において高炉２の中心から見て互いに直角方向に配置されている。すなわち、光ビーム照射部１２は、撮像装置１３の中心と高炉２の中心軸Ａ（図１参照）とを通る鉛直方向の平面（図２の一点鎖線Ｂ）に対して直角に交わり且つ高炉２の中心軸を通る鉛直方向の平面（図２の一点鎖線Ｃ）上にある高炉２の炉頂部に配置されている。また、光ビーム照射部１２および撮像装置１３は、高炉２の上方から見た平面視において、図２に示すように、いずれも高炉２の排ガス流路であるアップテイク６同士の間の中間位置になるように配置されている。これは、アップテイク６に近いほど粉塵が多く舞っているためであり、厳密に中間点でなくても構わないが、なるべくアップテイク６から離れた位置に配置することが好ましい。さらに、高炉２内において、アップテイク６の入口よりも上方には、粉塵が多く舞い上がりやすいため、光ビーム照射部１２および撮像装置１３は、アップテイク６の入口の高さ方向位置と同等かそれよりも低い位置に配置することが好ましい。
【００１８】
光ビーム照射部１２は、光ビーム照射装置として例えば可視光を照射するレーザ光照射装置２１と、レーザ光照射装置２１から照射されるレーザ光の照射方向を高炉内装入物５の表面において高炉２の中心軸Ａを通る直径方向に走査させる走査駆動装置２２とで構成されている。図３は光ビーム照射部１２の構成の一例であり、走査駆動装置２２は、反射板２３と、反射板２３を支持する駆動軸２４と、駆動軸２４を介して反射板２３の向きを移動させる反射板駆動装置２５とから構成されている。また、図３の例では、光ビーム照射部１２は、高炉２からの熱および圧力に備えて耐圧容器３０に収容されている。
【００１９】
耐圧容器３０は、底面に、高炉２の炉内に向けた開口部３１を有し、開口部３１には仕切弁３２が取り付けられる。仕切弁３２は、図示しない仕切弁駆動部によって開閉され、プロフィル測定時には開き、非測定時には閉じられる。なお、プロフィル測定時には、高炉２の内部のガスが外部に漏洩しない構造にするとともに、耐圧容器３０内への粉塵等の侵入を防止する目的で、窒素ガスによるパージを行うとよい。
【００２０】
レーザ光照射装置２１は、可視光領域のレーザ光が照射されるものとし、例えば波長が４００〜５００ｎｍ程度の青色もしくは緑色のレーザ光が好ましい。また、レーザ光照射装置２１は、図３に示すように、レーザ光の照射方向が、耐圧容器３０の開口部（面）３１の垂線に対して垂直方向になるように設けられる。そして、図３に示すように、レーザ光照射装置２１の中心軸線の延長上に、反射板２３と反射板駆動装置２５とを連結する駆動軸２４が設けられる。反射板２３は、レーザ光照射装置２１の中心軸線に対して略４５°の角度で駆動軸２４に固定されている。反射板２３は、例えばステンレスの板材を鏡面仕上げしたものからなり、レーザ光照射装置２１の正面側から見た面積が、レーザ光照射装置２１のレーザ光の大きさよりも少し大きいものとする。形状は限定しないが、操作性の上では円形が好ましい。反射板駆動装置２５により駆動軸２４をその中心軸の周りに回転させることで、レーザ光照射装置２１から照射されたレーザ光を、反射板２３で高炉２の内側へ向けて反射し、高炉２の中心軸を通る直径方向に走査させる。
【００２１】
撮像装置１３としては、カラー撮像が可能な例えばデジタルカメラ等が用いられ、撮像装置１３は、高炉内装入物５の表面の所定範囲、例えば表面全体を撮像可能な位置に設置される。撮像装置１３も光ビーム照射部１２と同様、高炉２からの熱および圧力に備えて耐熱容器に収納され、耐熱容器は炉内に向けた開口部を有し、開口部には仕切弁が取り付けられる。仕切弁は、プロフィル測定時には開き、非測定時には閉じられる。
【００２２】
高炉内装入物５のプロフィルは、可視光のレーザ光とカラー撮像装置１３による光切断法で測定される。光切断法は、物体の形状を非接触かつ光学的に計測する手法の一種であり、レーザ光を測定対象に照射して、その反射光を高さデータとして取得し、三角測量の原理に基づいて３次元位置を得る周知の方法である。測定した高さデータにより外観形状を得るため、背景と測定対象とにコントラストが無くても高精度に測定することができる。
【００２３】
さらに、本発明では、光ビーム照射部１２と撮像装置１３とを、粉塵が多く舞い上がる位置を避けて設置することで、粉塵の影響をより低減してプロフィルを測定することができる。そして、粉塵の影響が少ないことから、簡易な信号処理方法でデータ処理することができる。
【００２４】
また、従来、レーザ光でプロフィルを測定する場合には、一般に赤外線レーザが用いられていたが、高温の高炉内では赤外線が自発光する場合があり、赤外線では正確なプロフィル測定ができないという問題があった。本実施形態では、可視光のレーザ光、殊に青色もしくは緑色の可視光を用いることにより、高温の高炉内で自発光する赤外線とは明確に区別され、正確にプロフィルを測定することができる。
【００２５】
可視光を照射するレーザ光照射装置２１は、例えば１２φ程度であり、従来用いていた走査型マイクロ波距離計の１／１０以下の大きさとなる。これに伴って、炉内への開口部３１や、開口部３１に設ける仕切弁３２、光ビーム照射部１２を収容する耐圧容器３０等が大幅に小型化され、コストを大幅に下げることができる。
【００２６】
なお、本発明の光ビーム照射部１２は、大型高炉で光路長が長くなる場合には粉塵の影響により光ビームの減衰が大きくなることから、その対策として、図４に示すように、高炉２の中心軸に対して対称位置に２個所設置してもよい。
【００２７】
以上の実施形態によるプロフィル測定装置１１を用いて高炉内装入物５のプロフィルを測定する手順の例について説明する。なお、以下に説明する測定手順は一例であり、本発明は、以下の測定方法に限って使用されるものではない。
【００２８】
まず、仕切弁３２を開き、レーザ光照射装置２１からレーザ光を照射する。次に、反射板２３を駆動し、例えば手前足元の高炉炉壁から対向する高炉炉壁まで直径方向に、レーザ光を高炉内装入物５の表面に向けて走査する。足元の炉壁から対向する炉壁までの反射板２３の走査時間は、例えば約１０秒である。一方、撮像装置１３は、反射板２３の走査時間中、シャッタを開放したままにして撮像する。その後、撮像された画像データを信号処理し、高炉装入物５のプロフィルを求める。なお、反射板２３の走査時間すなわちシャッタ開時間は、高炉炉口部のサイズ、高炉内粉塵量、レーザ光照射装置２１の出力、撮像装置１３の感度等によって変わってくるので、事前に最適値を求めておく必要がある。１０秒程度であれば、測定中の高炉内装入物５の降下の影響を無視できる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３０】
例えば、本発明において、走査駆動装置は、反射板を用いるものではなく、レーザ光照射装置の照射方向を直接回転移動させるものであってもよい。また、レーザ光の照射出力が十分大きい場合には、スリット光そのものを照射してもよい。また、撮像装置はカラーカメラであってもよく、この場合には、レーザ光の走査時間中に撮像された画像データを合成した画像データを信号処理してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、高熱やガス等が発生する炉内のプロフィルを測定するプロフィル測定装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
２    高炉
３    ベルレス式装入装置
４    分配シュート
５    高炉内装入物
６    アップテイク
１１  プロフィル測定装置
１２  光ビーム照射部
１３  撮像装置
２１  レーザ光照射装置
２２  走査駆動装置
２３  反射板
２４  駆動軸
２５  反射板駆動装置
３０  耐圧容器
【図１】
2016060943.tif 000003
【図２】
2016060943.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016060943.tif 000006