(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉内に充填された装入物表面の沈下挙動を測定する装置であって、
前記炉内に導入可能かつ前記装入物表面の複数地点の高さを測定可能な非接触式の距離測定器と、
所定の検出周期ごとに、前記距離測定器で前記装入物表面の複数地点の高さを測定し、測定された高さから沈下異常地点を検出する沈下異常検出部と、
前記検出周期より短い所定の測定周期ごとに、前記沈下異常地点の高さを前記距離測定器で測定し、測定された高さから前記沈下異常地点の沈下挙動を測定する沈下挙動測定部と、を有する装入物沈下挙動測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装入物沈下挙動測定装置において、
前記距離測定器は、マイクロ波ないしミリ波の測定ビームを照射して前記高炉に装入された装入物表面の三次元形状を測定する装入物表面形状測定器を兼用する、装入物沈下挙動測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の装入物沈下挙動測定装置において、
前記沈下異常検出部は、各々の前記地点で測定された高さと、前回測定された高さとを比較し、その差分の値が所定の許容範囲を超えた際に前記地点を前記沈下異常地点として検出する、装入物沈下挙動測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装入物沈下挙動測定装置において、
所定の前記許容範囲は、隣接する前記地点の高さの差分に対して１０％増減した範囲、隣接する所定数の前記地点の高さの差分の平均値に対して１０％増減した範囲、他の全ての前記地点の高さの差分の平均値に対して１０％増減した範囲のいずれかである、装入物沈下挙動測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装入物沈下挙動測定装置において、
前記沈下挙動測定部は、各々の前記地点で測定された高さと、前回測定された高さとを比較し、その差分から前記地点の沈下速度を測定する、装入物沈下挙動測定装置。
【請求項６】
高炉の炉内に充填された装入物表面の沈下挙動を測定する方法であって、
前記炉内に導入可能かつ前記装入物表面の複数地点の高さを測定可能な非接触式の距離測定器を用い、
所定の検出周期ごとに、前記距離測定器で前記装入物表面の複数地点の高さを測定し、測定された高さから沈下異常地点を検出するとともに、
前記検出周期より短い所定の測定周期ごとに、前記沈下異常地点の高さを前記距離測定器で測定し、測定された高さから前記沈下異常地点の沈下挙動を測定する、装入物沈下挙動測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は装入物沈下挙動測定装置および装入物沈下挙動測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉には、炉頂に装入装置が設置され、原料となる鉄鉱石や還元材などの装入物が炉内に充填される。旋回シュート式の装入装置では、シュートを旋回させて装入物を同心円状に散布するとともに、シュートの傾斜角度により散布半径を調整し、炉内の装入物表面を外周側が高い所定の円錐面状としている（特許文献１参照）。
高炉では、炉内下部での反応の進行に伴って、炉内の装入物が徐々に沈下（荷下がり）してゆく。炉内の装入物表面が所定高さまで沈下した際に、装入装置による原料装入が行われる。特許文献１の装置では、マイクロ波式のサウンジング装置を炉頂に設置し、直下の炉内表面の高さを検知している。
【０００３】
一方、マイクロ波を用いた三次元スキャナを炉内に導入し、装入物表面の三次元形状を測定する表面形状測定装置が用いられている（特許文献２参照）。
前述した特許文献１のでは、サウンジング装置の直下の特定位置の高さしか検出できないが、特許文献２の装置では、装入物表面の形状を広く測定することができ、装入装置における散布動作制御に反映することで、適切な原料装入を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７―２００７８号公報
【特許文献２】特開２０１９−１５１８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高炉において、炉況が安定しない場合、荷下がりの沈下速度が通常よりも増減する。例えば、装入物のいわゆる「棚吊り」による沈下速度が低下し、あるいは「抜け落ち」による沈下速度が増加することがある。このような沈下速度の変動（沈下異常）は、炉内の装入物表面において各部一様ではなく、炉内表面の特定位置が局所的に凸状あるいは凹状に変動し、かつこれらが別々の時間に生じることがある。
前述した特許文献１のサウンジング装置では、設置箇所の直下の炉内表面しか観測できないため、他の部位で発生した局所的な沈下異常は測定できない。例えばサウンジング装置を増設し、測定部位を増やすことで多くの地点での沈下異常も検出できる。しかし、炉頂部には、他の機器類も多数設置されており、炉内表面の全体を広くカバーすることは困難である。
【０００６】
一方、前述した特許文献２の表面形状測定装置を用い、炉内の装入物表面の三次元形状を複数回測定し、表面各部における高さの差分から局所的な沈下異常の位置を特定し、かつ各位置の沈下速度を測定することができる。ただし、装入物の沈下異常の状況は数秒で変化することがあり、異常箇所の沈下速度として詳細に測定するには１秒間隔程度での高さ測定が必要になる。しかし、特許文献２の表面形状測定装置では、装入物表面全体の三次元形状測定に２０秒程度の時間が必要であり、炉内表面の沈下速度などの沈下挙動の詳細な測定までは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、炉内表面の任意の地点の沈下異常を検出しかつ沈下異常地点の沈下挙動を効率よく測定できる装入物沈下挙動測定装置および装入物沈下挙動測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】
【０００８】
本発明の装入物沈下挙動測定装置は、高炉の炉内に充填された装入物表面の沈下挙動を測定する装置であって、前記炉内に導入可能かつ前記装入物表面の複数地点の高さを測定可能な非接触式の距離測定器と、所定の検出周期ごとに、前記距離測定器で前記装入物表面の複数地点の高さを測定し、測定された高さから沈下異常地点を検出する沈下異常検出部と、前記検出周期より短い所定の測定周期ごとに、前記沈下異常地点の高さを前記距離測定器で測定し、測定された高さから前記沈下異常地点の沈下挙動を測定する沈下挙動測定部と、を有する。
【０００９】
このような本発明では、距離測定器により装入物表面の複数地点の高さを測定可能であり、沈下異常検出部により装入物表面の複数地点の高さを基に沈下異常地点を検出でき、検出された沈下異常地点について、沈下挙動測定部により沈下速度などの沈下挙動を測定できる。この際、沈下異常検出部による沈下異常地点の検出は、装入物表面の複数地点の高さ測定を行うのに必要な所定の検出周期（例えば２０秒間隔）とすることができ、沈下挙動測定部による沈下挙動の測定は、検出周期より短い時間（例えば１秒間隔）とすることで、沈下挙動測定を繰り返し行うことができる。
このように、本発明では、沈下異常地点の検出は炉内表面の全体に対して長い時間周期で実行し、沈下異常があった場合には、沈下異常地点の沈下挙動の測定を短い時間周期で集中的に実行することができ、これにより炉内表面の任意の地点の沈下異常を検出しかつ沈下異常地点の沈下挙動を効率よく測定できる。
なお、沈下異常地点の検出は、炉内表面の全体に限らず、特定の領域に限定されてもよい。また、沈下挙動の測定は、１箇所に限らず、複数地点で沈下異常が検出された際には各々の地点を順次測定してもよい。測定する沈下挙動としては、沈下速度のほか、所定時間ごとの高さ位置、沈下量などが利用できる。
【００１０】
本発明の装入物沈下挙動測定装置において、前記距離測定器は、マイクロ波ないしミリ波の測定ビームを照射して前記高炉に装入された装入物表面の三次元形状を測定する装入物表面形状測定器を兼用することが好ましい。
このような本発明では、既存の装入物表面形状測定器を転用することで、新規に距離測定器を設置する必要がなく、実施が容易である。
【００１１】
本発明の装入物沈下挙動測定装置において、前記沈下異常検出部は、各々の前記地点で測定された高さと、前回測定された高さとを比較し、その差分の値が所定の許容範囲を超えた際に前記地点を前記沈下異常地点として検出することが好ましい。
このような本発明では、前回の測定高さとの差分に基づいて沈下異常検出を行うことで、沈下異常地点を効率よく検出できる。
【００１２】
本発明の装入物沈下挙動測定装置において、所定の前記許容範囲は、隣接する前記地点の高さの差分に対して１０％増減した範囲、隣接する所定数の前記地点の高さの差分の平均値に対して１０％増減した範囲、他の全ての前記地点の高さの差分の平均値に対して１０％増減した範囲のいずれかであることが好ましい。
このような本発明では、隣接する地点の高さあるいは複数の平均値を許容範囲とすることで、現在検査している地点の相対的な増減を効率よく検出できる。
【００１３】
本発明の装入物沈下挙動測定装置において、前記沈下挙動測定部は、各々の前記地点で測定された高さと、前回測定された高さとを比較し、その差分から前記地点の沈下速度を測定することが好ましい。
このような本発明では、前回の測定高さとの差分に基づいて沈下速度を測定することで、沈下挙動を効率よく測定できる。
【００１４】
本発明の装入物沈下挙動測定方法は、高炉の炉内に充填された装入物表面の沈下挙動を測定する方法であって、前記炉内に導入可能かつ前記装入物表面の複数地点の高さを測定可能な非接触式の距離測定器を用い、所定の検出周期ごとに、前記距離測定器で前記装入物表面の複数地点の高さを測定し、測定された高さから沈下異常地点を検出するとともに、前記検出周期より短い所定の測定周期ごとに、前記沈下異常地点の高さを前記距離測定器で測定し、測定された高さから前記沈下異常地点の沈下挙動を測定する。
このような本発明の装入物沈下挙動測定方法では、前述した本発明の装入物沈下挙動測定装置で説明した通りの効果が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炉内表面の任意の地点の沈下異常を検出しかつ沈下異常地点の沈下挙動を効率よく測定できる装入物沈下挙動測定装置および装入物沈下挙動測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示す模式図。
【図２】前記実施形態の装入物表面走査を示す平面図。
【図３】前記実施形態の装入物挙動測定装置の機能を示すフローチャート。
【図４】前記実施形態の沈下異常発生状態を示すグラフ。
【図５】前記実施形態の沈下異常検出動作を示すグラフ。
【図６】前記実施形態の沈下挙動測定動作を示すグラフ。
【図７】前記実施形態の他の沈下挙動測定動作を示すグラフ。
【図８】前記実施形態のさらに他の沈下挙動測定動作を示すグラフ。
【図９】前記実施形態の沈下異常検出動作の実行タイミングを示す図。
【図１０】前記実施形態の沈下挙動測定動作の実行タイミングを示す図。
【図１１】本発明の装入物表面走査の他の実施形態を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、高炉１０は炉体１１を有し、炉体１１には装入装置２０および装入物表面形状測定器４０が設置されている。
高炉１０には、制御装置５０が接続されている。制御装置５０は、コンピュータシステムで構成され、設定されたプログラムに基づいて装入装置２０、装入物表面形状測定器４０および高炉１０の各部機器を制御可能である。
【００１８】
装入装置２０は、炉体１１の内部に旋回式のシュート２１を有するとともに、炉頂１２の外部に装入物供給装置２２を有する。
装入物供給装置２２から投入された装入物２３は、落下してシュート２１で受けられたのち、シュート２１の傾斜に沿って流下し、シュート２１の先端から炉体１１の内部に散布される。シュート２１から散布される装入物２３は、シュート２１の傾斜角度に応じて装入物表面２４に着地する径方向位置が変化する。
図２にも示すように、シュート２１から散布された装入物２３は、シュート２１の旋回により同心円状に散布され、炉体１１の内部に堆積して装入物表面２４を形成する。
【００１９】
装入物表面形状測定器４０は、炉体１１の開口部１４から炉内へ導入可能な測定器本体４１を有し、その先端には距離測定器４２が設置されている。
距離測定器４２は、測定対象にマイクロ波ないしミリ波の測定ビーム４３を照射し、測定対象で反射されたビームを検出する既存の非接触式距離測定装置とされ、測定対象までの距離を非接触で測定可能である。
【００２０】
装入物表面形状測定器４０は、制御装置５０に形成された表面プロファイル測定部５１により制御される。
表面プロファイル測定部５１は、距離測定器４２を制御して装入物表面２４に測定ビーム４３を照射し、装入物表面２４を走査することで装入物表面２４の三次元形状（装入物表面形状）を測定可能である。
図２に示すように、表面プロファイル測定部５１は、距離測定器４２からの測定ビーム４３により、装入物表面２４の径方向の走査領域４３１を走査し、走査領域４３１において径方向に並ぶ複数の地点Ｒごとの装入物表面２４の高さＨを測定し、表面プロファイル４３２として記録する。そして、表面プロファイル測定部５１は、距離測定器４２からの測定ビーム４３の走査方向を３６０度回転させ、全方向の表面プロファイル４３２を測定し、装入物表面２４の全面にわたる三次元形状（装入物表面形状）を測定可能である。
得られた装入物表面２４の三次元形状は、制御装置５０が装入装置２０の装入動作を制御する際に参照される。
【００２１】
図１において、制御装置５０には、表面プロファイル測定部５１とともに、沈下異常検出部５２および沈下挙動測定部５３が形成されている。
本実施形態においては、これらの表面プロファイル測定部５１、沈下異常検出部５２および沈下挙動測定部５３により、本発明の装入物沈下挙動測定装置９が構成されている。
【００２２】
沈下異常検出部５２は、所定の検出周期ごとに、距離測定器４２で装入物表面２４の複数地点の高さＨを測定し、測定された高さＨから沈下異常地点を検出する沈下異常検出処理Ｐ１（図３参照）を実行する。
沈下異常検出部５２による沈下異常検出処理Ｐ１は、表面プロファイル測定部５１による表面プロファイル４３２の測定動作を兼用できる。
沈下挙動測定部５３は、検出周期より短い所定の測定周期ごとに、沈下異常検出部５２で検出された沈下異常地点の高さを距離測定器４２で測定し、測定された高さから沈下異常地点の沈下挙動を測定する沈下挙動測定処理Ｐ２（図３参照）を実行する。
【００２３】
図３に、沈下異常検出部５２および沈下挙動測定部５３により実行される沈下異常検出処理Ｐ１および沈下挙動測定処理Ｐ２を示す。
沈下異常検出部５２は、所定の検出周期ごとに沈下異常検出処理Ｐ１（処理Ｐ１１〜Ｐ１５）を繰り返す。すなわち、所定の検出周期（例えば２０秒）を待機（処理Ｐ１１）したのち、装入物表面２４の複数地点（図２の走査領域４３１上の複数の地点Ｒ）の高さＨを測定し（処理Ｐ１２）、前回測定で記憶しておいた同地点の高さＨｃとの差分ｄＨ＝Ｈ−Ｈｃを計算し（処理Ｐ１３）、差分ｄＨを所定の許容範囲と比較して沈下異常地点Ｒｅを検出する（処理Ｐ１４）。
沈下異常地点Ｒｅの検出については、後に図４を用いて詳述する。
【００２４】
処理Ｐ１４に続いて、沈下異常検出部５２は、沈下異常地点の有無を判定する（処理Ｐ１５）。沈下異常地点Ｒｅが検出されていなければ、沈下異常検出部５２は処理Ｐ１１に戻り、所定の検出周期で沈下異常検出処理Ｐ１を繰り返す。
一方、沈下異常地点Ｒｅが検出されていれば、沈下異常検出部５２は、異常検出警報を発報（処理Ｐ１６）するとともに、沈下挙動測定部５３に制御を渡し、沈下挙動測定処理Ｐ２を実行させる。
【００２５】
沈下挙動測定部５３は、所定の測定周期ごとに沈下挙動測定処理Ｐ２（処理Ｐ２１〜Ｐ２６）を繰り返す。すなわち、所定の測定周期（例えば１秒）を待機（処理Ｐ２１）したのち、沈下異常検出部５２で検出された沈下異常地点Ｒｅの高さＨｅを距離測定器４２で測定し（処理Ｐ２２）、前回測定で記憶しておいた同地点の高さＨｃとの差分ｄＨ＝Ｈ−Ｈｃを計算し、測定周期（時間ｔ）から沈下挙動としての沈下速度Ｖ＝ｄＨ／ｔを測定する（処理Ｐ２３）。
沈下速度Ｖの測定については、後に図５、図６、図７および図８を用いて詳述する。
【００２６】
処理Ｐ２３に続いて、沈下挙動測定部５３は、得られた沈下速度Ｖが所定の許容範囲外か否か（上限を超えるかまたは下限に満たないか）を判定する（処理Ｐ２４）。所定の許容範囲としては、沈下異常地点Ｒｅと判定された地点の正常な状態での平均降下速度に対して±１０％の範囲とすることができる。
処理Ｐ２４で沈下速度Ｖが所定の許容範囲外であれば、沈下挙動測定部５３は処理Ｐ２１に戻り、測定周期ごとに処理Ｐ２２〜Ｐ２４を繰り返す。
処理Ｐ２４で沈下速度Ｖが所定の許容範囲内であれば、沈下挙動測定部５３は沈下異常警報を解除（処理Ｐ２５）したのち、沈下異常検出部５２に制御を戻し、沈下異常検出処理Ｐ１に復帰する。
【００２７】
図４に、沈下異常検出部５２による沈下異常検出処理Ｐ１の具体的な処理を示す。
表面プロファイル測定部５１で測定される所定の方向の表面プロファイル４３２は、炉体１１の中心位置Ｒｏに対して両側に拡がっている。
図４（Ａ）において、表面プロファイル４３２の任意地点の高さＨに対し、前回測定した表面プロファイル４３２ｃの同地点の高さＨｃは、差分ｄＨ＝Ｈ−Ｈｃは各地点で概ね一定の範囲となる。例えば、表面プロファイル４３２の地点Ｒｅで急激な沈下があると、表面プロファイル４３２には地点Ｒｅの高さＨｅが局所的に小さくなり、前回高さＨｃとの差分ｄＨｅ＝Ｈｅ−Ｈｃが大きくなる。
図４（Ｂ）において、沈下異常検出部５２では、許容範囲として、地点Ｒｅに隣接する複数地点（例えば前後２地点ずつ）の高さの差分ｄＨの平均値ｄＨｍを計算し、平均値ｄＨｍの１０％増の値ｄＨ１から平均値ｄＨｍの１０％減の値ｄＨ２までの範囲を設定しておく。前述した表面プロファイル４３２の地点Ｒｅにおける差分ｄＨｅは、値ｄＨ１から値ｄＨ２までの許容範囲から外れるので、この地点Ｒｅは沈下異常地点と判定される。
【００２８】
図５、図６、図７および図８に、沈下挙動測定部５３による沈下挙動測定処理Ｐ２を示す。
図５（Ａ）において、前述した沈下異常検出部５２が所定の検出周期（例えば２０秒）ごとに沈下異常検出処理Ｐ１を実行している場合、装入物表面２４の任意の地点で測定される高さＨは、通常は時間Ｔの経過（ｔ１−ｔ５）に従って一様に低下してゆく。
図５（Ｂ）において、沈下異常地点Ｒｅ（図４参照）では、時間Ｔの経過（ｔ１−ｔ３）ののち、沈下異常の発生により時刻ｔ４での高さＨｅが沈下異常として沈下異常検出部５２に検出される。
【００２９】
図５（Ｃ）において、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて、高さＨｅにつながる沈下異常が生じているが、その間の沈下挙動は沈下異常検出部５２では把握できない。すなわち、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけての高さＨの変化が曲線Ｃ１のようになるのか、あるいは曲線Ｃ２，Ｃ３のようになるのか、その間の沈下速度はどうなっているかは沈下異常検出部５２では把握できない。
これに対し、沈下挙動測定部５３により、沈下異常検出部５２の検出周期よりも短い周期（測定周期である例えば１秒）で沈下挙動測定処理Ｐ２を行うことで、その間の沈下挙動（例えば時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の時刻ｔ３１〜ｔ３４における高さＨ）を測定できる。
【００３０】
図６、図７、図８に、それぞれ図５（Ｃ）の曲線Ｃ１〜Ｃ３の経時的な変化（時刻ｔ３１〜ｔ３４での表面プロファイル４３２）を示す。これらのグラフは、図４（Ｂ）と同様に、表面プロファイル４３２における複数の地点Ｒの差分ｄＨを示している。
【００３１】
図６において、図５（Ｃ）の曲線Ｃ１の経時的な変化は曲線Ｃ１１〜Ｃ１４となる。曲線Ｃ１１〜Ｃ１４は、それぞれ図５（Ｃ）の時刻ｔ３１〜ｔ３４の複数の地点Ｒの差分ｄＨを示す。
時刻ｔ３１での曲線Ｃ１１では、沈下異常地点Ｒｅに僅かな窪みが生じ、その差分の値はｄＨ１１である。同様に、時刻ｔ３２〜ｔ３４での曲線Ｃ１２〜Ｃ１４では、差分ｄＨ１２〜ｄＨ１４となる。
各々の差分ｄＨ１１〜ｄＨ１４のさらに差分をとって測定周期の時間ｔ＝１秒で除することで、曲線Ｃ１１〜Ｃ１４の変化の間の沈下異常地点Ｒｅでの沈下速度Ｖ１１〜Ｖ１４が計算できる。例えば、沈下速度Ｖ１４＝（ｄＨ１４−ｄＨ１３）／１秒、と計算することができる。
図６の曲線Ｃ１においては、前半の時刻ｔ３１，ｔ３２での沈下速度Ｖ１１，Ｖ１２が比較的小さく、終盤の沈下速度Ｖ１４が大きくなっている。つまり、曲線Ｃ１の沈下挙動は、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて沈下が徐々に大きくなる、と判定できる。
【００３２】
図７において、図５（Ｃ）の曲線Ｃ２の経時的な変化は曲線Ｃ２１〜Ｃ２４となる。曲線Ｃ２１〜Ｃ２４は、それぞれ図５（Ｃ）の時刻ｔ３１〜ｔ３４の複数の地点Ｒの差分ｄＨを示す。
時刻ｔ３１での曲線Ｃ２１〜Ｃ２４では、それぞれ沈下異常地点Ｒｅに窪みが生じ、前述した図６の曲線Ｃ１と同様に、各々の差分ｄＨ２１〜ｄＨ２４であり、沈下異常地点Ｒｅでの沈下速度Ｖ２１〜Ｖ２４が計算できる。
図７の曲線Ｃ２においては、時刻ｔ３１での沈下速度Ｖ２１が小さいが、その後の時刻ｔ２２〜ｔ２４での沈下速度Ｖ２２〜Ｖ２４は略一定である。つまり、曲線Ｃ２の沈下挙動は、時刻ｔ２から時刻ｔ４にかけて一定の沈下が生じている、と判定できる。
【００３３】
図８において、図５（Ｃ）の曲線Ｃ３の経時的な変化は曲線Ｃ３１〜Ｃ３４となる。曲線Ｃ３１〜Ｃ３４は、それぞれ図５（Ｃ）の時刻ｔ３１〜ｔ３４の複数の地点Ｒの差分ｄＨを示す。
時刻ｔ３１での曲線Ｃ３１〜Ｃ３４では、それぞれ沈下異常地点Ｒｅに窪みが生じ、前述した図６の曲線Ｃ１と同様に、各々の差分ｄＨ３１〜ｄＨ３４であり、沈下異常地点Ｒｅでの沈下速度Ｖ３１〜Ｖ３４が計算できる。
図８の曲線Ｃ３においては、時刻ｔ３１での沈下速度Ｖ３１が小さいが、時刻ｔ３２での沈下速度Ｖ３２が大きく、その後の時刻ｔ３３〜ｔ３４での沈下速度Ｖ３３〜Ｖ３４は再び小さくなっている。つまり、曲線Ｃ３の沈下挙動は、時刻ｔ３２で大きな沈下が生じたものの、沈下異常としては全般的に比較的小さい、と判定できる。
【００３４】
図９および図１０に、沈下異常検出部５２による沈下異常検出処理Ｐ１、および沈下挙動測定部５３による沈下挙動測定処理Ｐ２の実行タイミングを示す。
沈下異常がないときは、図９に示すように、制御装置５０により所定の時期に原料装入処理Ｐ０が実行され（処理Ｐ０１，Ｐ０２）、炉体１１内の装入物表面２４が上昇する。そして、反応の進行に伴って、炉体１１内の装入物表面２４が徐々に低下してゆく。この間に、沈下異常検出部５２により、所定の検出周期（例えば２０秒）で沈下異常検出処理Ｐ１が繰り返し実行される（処理Ｐ１０１〜Ｐ１０４）。
【００３５】
沈下異常があるときは、図１０に示すように、繰り返し実行されている沈下異常検出処理Ｐ１で沈下異常が検出され、沈下挙動測定部５３による沈下挙動測定処理Ｐ２に制御が渡される。
図１０の沈下異常検出処理Ｐ１０２で沈下異常が検出されたとすると、沈下挙動測定部５３による沈下挙動測定処理Ｐ２０１〜Ｐ２０８が所定の測定間隔（例えば１秒）で繰り返し実行される。その間の沈下異常検出処理Ｐ１（処理Ｐ１０３）は省略される。
沈下挙動測定処理Ｐ２０８で沈下異常が解消つまり沈下速度Ｖが所定の許容範囲内に回復したら、沈下挙動測定部５３は沈下異常検出部５２に制御を戻し、沈下異常検出部５２は次の測定周期（処理Ｐ１０４）から、測定周期ごとの沈下異常検出処理Ｐ１を再開する。
【００３６】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
本実施形態では、距離測定器４２により装入物表面２４の複数の地点Ｒの高さＨを測定可能であり、沈下異常検出部５２により装入物表面２４の複数の地点Ｒの高さＨを基に沈下異常地点Ｒｅを検出でき、検出された沈下異常地点Ｒｅについて、沈下挙動測定部５３により沈下挙動として沈下速度Ｖを測定できる。
この際、沈下異常検出部５２による沈下異常地点Ｒｅの検出（沈下異常検出処理Ｐ１）は、装入物表面２４の複数の地点Ｒの高さＨの測定を行うのに必要な所定の検出周期（例えば２０秒間隔）とすることができ、沈下挙動測定部５３による沈下挙動の測定（沈下挙動測定処理Ｐ２）は、検出周期より短い時間（例えば１秒間隔）とすることで、沈下挙動測定を繰り返し行うことができる。
このように、本実施形態では、沈下異常地点Ｒｅの検出は炉内表面（炉体１１内の装入物表面２４）の全体に対して長い時間周期で実行し、沈下異常があった場合には、沈下異常地点Ｒｅの沈下挙動の測定を短い時間周期で集中的に実行することができ、これにより炉内表面の任意の地点の沈下異常を検出しかつ沈下異常地点の沈下挙動を効率よく測定できる。
【００３７】
本実施形態では、距離測定器４２として、マイクロ波ないしミリ波の測定ビーム４３を照射して装入物表面２４の三次元形状を測定する装入物表面形状測定器４０を転用することで、新規に距離測定器４２を設置する必要がなく、実施が容易である。
本実施形態では、沈下異常検出部５２は、各々の地点Ｒで測定された高さＨと、前回測定された高さＨｃとを比較し、その差分ｄＨの値が所定の許容範囲を超えた際にその地点Ｒを沈下異常地点Ｒｅとして検出するようにした。このため、沈下異常地点Ｒｅを効率よく検出できる。
本実施形態では、所定の許容範囲として、地点Ｒｅに隣接する複数地点（例えば前後２地点ずつ）の高さの差分ｄＨの平均値ｄＨｍを計算し、平均値ｄＨｍの１０％増の値ｄＨ１から平均値ｄＨｍの１０％減の値ｄＨ２までの範囲を設定した。このため、現在検査している沈下異常地点Ｒｅの相対的な増減を効率よく検出できる。
本実施形態では、沈下挙動測定部５３は、各々の地点Ｒで測定された高さＨｃと、前回測定された高さＨｃとを比較し、その差分ｄＨからその地点Ｒの沈下速度Ｖを測定するようにした。このため、沈下異常地点Ｒｅの沈下挙動である沈下速度Ｖを効率よく検出できる。
【００３８】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、沈下異常検出処理Ｐ１において、所定の許容範囲は、隣接する所定数（前後２地点ずつ）の地点の高さの差分の平均値ｄＨｍに対して１０％増減した範囲としたが、他の全ての地点の高さの差分の平均値に対して１０％増減した範囲としてもよく、隣接する１地点の高さの差分に対して１０％増減した範囲としてもよい。
前記実施形態では、沈下異常検出処理Ｐ１において、各々の地点Ｒで測定された高さＨと、前回測定された高さＨｃとを比較し、その差分ｄＨの値が所定の許容範囲を超えた際にその地点を沈下異常地点Ｒｅとして検出した。これに対し、差分ｄＨではなく、高さＨ自体の値を比較することで沈下異常地点を検出してもよく、例えば高さＨが前回の高さＨｃの１０％増減の範囲にあるか等を判定してもよい。
【００３９】
前記実施形態では、沈下挙動測定処理Ｐ２において、沈下異常地点Ｒｅで測定された高さＨｅと、前回測定された高さＨｃとを比較し、その差分ｄＨｅから沈下速度を測定するとしたが、前回と今回との高さから直接に沈下速度を計算してもよい。
前記実施形態では、沈下挙動として沈下異常地点Ｒｅの沈下速度を測定したが、沈下挙動としては、沈下速度のほか、所定時間ごとの高さ位置、あるいは沈下量を測定してもよい。
さらに、沈下異常地点Ｒｅの検出は、装入物表面２４の全体に限らず、特定の領域に限定されてもよい。また、沈下挙動の測定は、１箇所に限らず、複数地点で沈下異常が検出された際には、各々の地点を順次測定してもよい。
【００４０】
前記実施形態では、距離測定器４２による装入物表面２４の走査を径方向とし、走査方向を３６０度回転させることで装入物表面２４の全面の形状を検出していたが、距離測定器４２による走査の形式はこれに限定されるものではない。
図１１において、本発明の他の実施形態として、距離測定器４２による走査は、任意の直径方向に沿った走査領域４３５を設定し、この走査領域４３５に対して平行な走査領域４３３、４３４，４３６，４３７を走査するように、距離測定器４２の走査を順次平行移動させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は装入物沈下挙動測定装置および装入物沈下挙動測定方法に利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
９…装入物沈下挙動測定装置、１０…高炉、１１…炉体、１２…炉頂、１４…開口部、２０…装入装置、２１…シュート、２２…装入物供給装置、２３…装入物、２４…装入物表面、４０…装入物表面形状測定器、４１…測定器本体、４２…距離測定器、４３…測定ビーム、４３１，４３３，４３４，４３５，４３６，４３７…走査領域、４３２，４３２ｃ…表面プロファイル、５０…制御装置、５１…表面プロファイル測定部、５２…沈下異常検出部、５３…沈下挙動測定部、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ３，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ３４…曲線、ｄＨ，ｄＨ１，ｄＨ２，ｄＨ１１，ｄＨ１２，ｄＨ１３，ｄＨ１４，ｄＨ２１，ｄＨ２２，ｄＨ２３，ｄＨ２４，ｄＨ３１，ｄＨ３２，ｄＨ３３，ｄＨ３４，ｄＨｅ…差分、ｄＨｍ…平均値、Ｐ０，Ｐ０１，Ｐ０２…原料装入処理、Ｐ１，Ｐ１０１，Ｐ１０２，Ｐ１０３，Ｐ１０４…沈下異常検出処理、Ｐ２，Ｐ２０１，Ｐ２０２，Ｐ２０３，Ｐ２０４，Ｐ２０５，Ｐ２０６，Ｐ２０７，Ｐ２０８…沈下挙動測定処理、Ｒ…地点、Ｒｅ…沈下異常地点、Ｒｏ…中心位置、ｔ…時間、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ３１，ｔ３２，ｔ３３，ｔ３４，ｔ４…時刻、Ｖ，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ２４，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３，Ｖ３４…沈下挙動である沈下速度。
【要約】
【課題】炉内表面の任意の地点の沈下異常を検出しかつ沈下異常地点の沈下挙動を効率よく測定できる装入物沈下挙動測定装置および装入物沈下挙動測定方法を提供する。
【解決手段】装入物沈下挙動測定装置９は、高炉１０の炉内に充填された装入物表面２４の沈下挙動を測定する装置であって、炉内に導入可能かつ装入物表面２４の複数地点の高さを測定可能な非接触式の距離測定器４２と、所定の検出周期ごとに、距離測定器４２で装入物表面２４の複数地点の高さを測定し、測定された高さから沈下異常地点を検出する沈下異常検出部５２と、検出周期より短い所定の測定周期ごとに、沈下異常地点の高さを距離測定器４２で測定し、測定された高さから沈下異常地点の沈下挙動を測定する沈下挙動測定部５３と、を有する。
【選択図】図１【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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