(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シューターにより鉄鉱石やコークス、石灰等の装入物が供給される高炉において、前記高炉に開口した開口部を通じて、炉内に堆積している前記装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置であって、
前記開口部の直上に設置され、該開口部の開口中心を中心軸として回転する回転板と、
前記回転板を回転させるための回転手段と、
前記検出波を、前記回転板の径方向に沿って線状に送信し、受信する送受信手段とを備え、
さらに、前記回転板の中心部が開口しており、前記回転板の前記開口と同心状に取り付けられ、内部にアンテナを収容した筒状の回転軸と、
前記回転軸の前記開口部とは反対側の端部の上方に設置され、前記アンテナに接続している前記送受信手段と、
前記回転板の、前記開口部との間の空間に配設され、反射面の角度が可変である角度可変反射板と、
前記回転板の、前記開口部との間の空間に配設され、かつ、反射面の角度が固定で、前記アンテナからの前記検出波を前記角度可変反射板の前記反射面に送るための角度固定反射板と、
を備えるとともに、
前記角度可変反射板及び前記角度固定反射板が、前記回転板に取り付けられていることを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項２】
前記角度固定反射板が、前記アンテナからの前記検出波を反射する第１の角度固定反射板と、前記第１の角度固定反射板と対向配置し、前記第１の角度固定反射板で反射された前記検出波を反射する第２の角度固定反射板と、前記第２の角度固定反射板に対向配置され、前記第２の角度固定反射板で反射された前記検出波を反射する第３の角度固定反射板とで構成されており、
前記第３の角度固定反射板で反射された前記検出波を、前記角度可変反射板に送ることを特徴とする請求項１に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項３】
シューターにより鉄鉱石やコークス、石灰等の装入物が供給される高炉において、前記高炉に開口した開口部を通じて、炉内に堆積している前記装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置であって、
前記開口部の直上に設置され、該開口部の開口中心を中心軸として回転する回転板と、
前記回転板を回転させるための回転手段と、
前記検出波を、前記回転板の径方向に沿って線状に送信し、受信する送受信手段とを備え、
さらに、反射面の傾斜角度が可変の角度可変反射板と、反射面の傾斜角度が固定の角度固定反射板とを、前記回転板の径方向に沿って対向配置するとともに、
前記送受信手段から送信される前記検出波を前記角度固定反射板で反射して前記角度可変反射板に送るとともに、前記角度可変反射板の反射面の傾斜角度を制御することを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項４】
シューターにより鉄鉱石やコークス、石灰等の装入物が供給される高炉において、前記高炉に開口した開口部を通じて、炉内に堆積している前記装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置であって、
前記開口部の直上に設置され、該開口部の開口中心を中心軸として回転する回転板と、
前記回転板を回転させるための回転手段と、
前記検出波を、前記回転板の径方向に沿って線状に送信し、受信する送受信手段とを備え、
さらに、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子からの前記検出波の指向性を電気的に制御する移相器とを備え、前記検出波の指向性を前記回転板の径方向に揃えることを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項５】
前記アンテナ素子が、送信用のアンテナ素子群と受信用のアンテナ素子群とに分けられていることを特徴とする請求項４に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項６】
前記検出波が、マイクロ波またはミリ波であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項７】
前記シューターの旋回が所定角度進行したごとに、間歇的に前記回転板の径方向の走査を行い、前記送受信手段による送受信を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置を用いて前記装入物の表面プロフィールを測定し、前記表面プロフィールを基に前記装入物を補給することを特徴とする操業方法。
【請求項９】
前記装入物の補給は、前記シューターからの前記装入物の落下位置または落下量の制御により行われることを特徴とする請求項８に記載の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内の鉄鉱石やコークス、石灰（以下、まとめて「装入物」ともいう。）の表面プロフィールを検出する検出装置に関する。また、本発明は、これら装入物の表面プロフィールを基に、装入物を補給して安定な操業を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉では、装入物の堆積状態を適正にして、炉内のガスの流れを安定させることにより、燃料費低減や炉体の長寿命化が可能となる。適正な堆積状態を得るためには、これら装入物の表面プロフィールを短時間で正確に測定し、予め求めておいた理論的な堆積状態、即ち「理論堆積プロフィール」となるように装入物を補給する必要がある。表面プロフィールの測定方法として従来では、図１６に示すように、高炉１を貫通して炉内に挿入されるランス１０の先端に装着したアンテナ１１から装入物２０の表面に向けて検出波Ｍ１を発射し、装入物２０の表面からの反射検出波Ｍ２をアンテナ１１で受信し、ミキシングして得られるビート波の周波数により、アンテナ１１から装入物２０の表面までの距離を測定する方法が一般的であり、ランス１０を移動させながら測定することにより装入物２０の表面プロフィールを求めている。【０００３】
しかしながら、上記のランス式検出装置では、ランス１０が直線状に移動するため、装入物２０の線状の表面プロフィール、即ち２次元の表面プロフィールしか得られない。また、ランス１０は炉の内径ほどの長さが必要であり、高荷重になるため、炉内に長く挿入しておくと自重により垂れ下がって炉から抜けなくなり、移動の際にもストロークが大きいため、炉外に大きなスペースが必要になる。更に、ランス１０を移動させるための駆動ユニットが別途必要であり、設備費や運転コストが高くなる。加えて、装入物の補給に際してランス１０が邪魔になるため、プロフィール測定中に装入物を補給することができず、測定した表面プロフィールに応じた迅速な装入操作ができない。【０００４】
また、装入物の全面の表面プロフィールを検出することも行われており、例えば本出願人は、特許文献１に記載の検出装置を提案している。即ち、図１７に示すように、この検出装置３０は、高炉１の炉頂近傍に設けた開口部２に設置され、検出波Ｍの送受信手段３１のアンテナ３２と、反射板３３とを対向配置するとともに、反射板３３を、高炉１の炉内側への傾斜角度Ｘと、アンテナ３２の開口部の中心を通るアンテナ軸線を中心にした回動角度Ｙとを可変にしたものである。そして、傾斜角度Ｘと回動角度Ｙとを制御することにより、検出波Ｍを装入物２０の表面を同心円状、あるいは螺旋状に走査させて、装入物２０の全面、即ち３次元表面プロフィールを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特許第５３９１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
装入物の供給には、炉頂に配設され、高炉の中心軸を中心として旋回するシューター（図１の符号２００）を用いて行う方式が広く採用されている。そして、特許文献１の検出装置をはじめ、従来の３次元表面プロフィールを検出する検出装置では、装入物２０の全面にわたり縞状、同心円状、螺旋状に走査しており、測定に時間を要している。また、測定もシューターが一周旋回した後に行っており、シューターが旋回している間に、旋回の各位置での実際の装入物の堆積状態を検出していない。シューターが旋回している間の装入物の堆積状態を検出できれば、次回のシューターの旋回時の旋回様式に反映して、より理論堆積プロフィールに近づけて操業することができる。【０００７】
また、装入物である鉄鉱石やコークス、石灰はシューターから交互に落下し、層状に堆積しているが、これら装入物の種類や粒径によってシューターからの落下位置が異なるため、従来は、装入物の種類や粒径ごとに、計算式によって落下位置を予測して落下させている。そのため、シューターが旋回している間に、旋回の各位置での実際の落下位置を検出できれば、同種の装入物の次回のシューターの旋回様式に、より正確に反映させることができるが、従来のようにシューターが一周旋回した後での検出では反映させることができない。【０００８】
更には、特許文献１に記載された検出装置３０では、傾斜角度Ｘと回動角度Ｙとを同時に、かつ、正確に、高速で制御しなければならず、傾斜角度Ｘ及び回動角度Ｙの制御に用いる反射板３３の駆動装置や制御装置への負担も大きい。【０００９】
そこで本発明は、簡易な装置構成でありながらも、シューターの旋回とともに装入物の堆積状態を検出して理論堆積プロフィールに近い操業を可能にする高炉内装入物の表面プロフィール検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、下記の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置及び操業方法を提供する。
（１）シューターにより鉄鉱石やコークス、石灰等の装入物が供給される高炉において、前記高炉に開口した開口部を通じて、炉内に堆積している前記装入物の表面に向けて検出波を送信し、前記装入物の表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置であって、
前記開口部の直上に設置され、該開口部の開口中心を中心軸として回転する回転板と、
前記回転板を回転させるための回転手段と、
前記検出波を、前記回転板の径方向に沿って線状に送信し、受信する送受信手段とを備えるともに、
前記検出波の送信を遮断しないように前記シューターの旋回に同期して前記回転板を回転させながら、前記送受信手段による送受信を行うことを特徴とする高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（２）  前記回転板の中心部が開口しており、
前記回転板の前記開口と同心状に取り付けられ、内部にアンテナを収容した筒状の回転軸と、
前記回転軸の前記開口部とは反対側の端部の上方に設置され、前記アンテナに接続している前記送受信手段と、
前記回転板の、前記開口部との間の空間に配設され、反射面の角度が可変である角度可変反射板と、
前記回転板の、前記開口部との間の空間に配設され、かつ、反射面の角度が固定で、前記アンテナからの前記検出波を前記角度可変反射板の前記反射面に送るための角度固定反射板と、
を備えるとともに、
前記角度可変反射板及び前記角度固定反射板が、前記回転板に取り付けられていることを特徴とする上記（１）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（３）前記角度固定反射板が、前記アンテナからの前記検出波を反射する第１の角度固定反射板と、前記第１の角度固定反射板と対向配置し、前記第１の角度固定反射板で反射された前記検出波を反射する第２の角度固定反射板と、前記第２の角度固定反射板に対向配置され、前記第２の角度固定反射板で反射された前記検出波を反射する第３の角度固定反射板とで構成されており、
前記第３の角度固定反射板で反射された前記検出波を、前記角度可変反射板に送ることを特徴とする上記（２）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（４）反射面の傾斜角度が可変の角度可変反射板と、反射面の傾斜角度が固定の角度固定反射板とを、前記回転板の径方向に沿って対向配置するとともに、
前記送受信手段から送信される前記検出波を前記角度固定反射板で反射して前記角度可変反射板に送るとともに、前記角度可変反射板の反射面の傾斜角度を制御することを特徴とする上記（１）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（５）複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子からの前記検出波の指向性を電気的に制御する移相器とを備え、前記検出波の指向性を前記回転板の径方向に揃えることを特徴とする上記（１）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（６）前記アンテナ素子が、送信用のアンテナ素子群と受信用のアンテナ素子群とに分けられていることを特徴とする上記（５）に記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（７）前記検出波が、マイクロ波またはミリ波であることを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか１つに記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（８）前記シューターの旋回が所定角度進行したごとに、間歇的に前記回転板の径方向の走査を行い、前記送受信手段による送受信を行うことを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか１つに記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置。
（９）上記（１）〜（８）の何れか１つに記載の高炉内装入物の表面プロフィール検出装置を用いて前記装入物の表面プロフィールを測定し、前記表面プロフィールを基に前記装入物を補給することを特徴とする操業方法。
（１０）前記装入物の補給は、前記シューターからの前記装入物の落下位置または落下量の制御により行われることを特徴とする上記（９）に記載の操業方法。
尚、以降の説明では「高炉内装入物の表面プロフィール検出装置」を単に「検出装置」と呼ぶ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な装置構成でありながらも、シューターの旋回とともに装入物の堆積状態を検出でき、理論堆積プロフィールにより近い、良好な操業を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の検出装置に係る第１実施形態を示す概略図であり、高炉に設置した状態を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す検出装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す検出装置の角度可変反射板を、反射板の裏面側から見た図である。
【図４】図４は、図１に示す検出装置の走査領域を示す図である。
【図５】図５は、図１に示す検出装置の走査領域と、シューターの旋回軌道とを重ねて示す図である。
【図６】図６は、検出装置の第２実施形態を示す図である。
【図７】図７は、検出装置の第３実施形態を示す概略図であり、高炉に設置した状態を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す検出装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、図７に示す検出装置の角度可変反射板を示す上面図である。
【図１０】図１０は、図７に示す検出装置の走査領域を示す図である。
【図１１】図１１は、図７に示す検出装置の走査領域と、シューターの旋回軌道とを重ねて示す図である。
【図１２】図１２は、検出装置の第４実施形態を示す図である。
【図１３】図１３は、フェーズドアレイモジュールの構成を示す概略図である。
【図１４】図１４は、図１３のＡ−Ａ矢視図である。
【図１５】図１５は、回転板にフェーズドアレイモジュールを複数（図の例では２個）取り付けた場合の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、従来のランス式検出装置を示す概略図である。
【図１７】図１７は、特許文献１の検出装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明の検出装置を高炉に設置した状態を、高炉の軸線に沿って示す概略断面図であり、図２及び図３は検出装置の構成を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、高炉１は、シューター２００により装入物２０である鉄鉱石やコークス、石灰等が供給される。シューター２００は、高炉１の軸線Ｃを中心に図中符号Ｒ１で示す方向に旋回し、軸線Ｃに対する傾斜角度Ｒ２を変えることで、装入物２０の落下位置を制御している。シューター２００は公知のもので構わず、エンコーダ２１０によりＲ１方向への旋回角度が検出される。そして、シューター２００から落下した装入物２０が、高炉１の炉内に堆積する。
【００１６】
高炉１の炉頂近傍には開口部２が形成されており、開口部２に検出装置１００が設置される。検出装置１００は、図２に示すように、回転軸１１０を中心にして、符号Ｙで示すように高炉１の開口部２に対して水平に回転する回転板１２０を備える。
【００１７】
回転板１２０は、中央部が開口した円環状の円板である。この回転板１２０の中央部の開口を、符号１２１で示す。
【００１８】
回転軸１１０は、円筒状で、その内部にアンテナ１３５を収容しており、回転板１２０の開口１２１と同心状に取り付けられる。アンテナ１３５は、導波管１３３を介して検出波Ｍの送受信手段１３０に接続している。導波管１３３は、連結棒１１４の送受信手段１３０側の上端部分が分離しており、送受信手段１３０が回転しない構成となっている。尚、この分離部分を符号１８０で示すが、検出波Ｍが漏洩しないように、隙間の間隔を検出波Ｍの波長未満に設定している。また、導波管１３３は、回転軸１１０の軸線と一致している。尚、アンテナ１３５には、検出波Ｍの指向性を高めるために、アンテナ面に、フッ素樹脂等からなる誘電体レンズ１３６を付設してもよい。また、誘電体レンズ１３６により、検出波Ｍとしてミリ波にも対応することができる。さらに、アンテナ１３５をパラボラアンテナまたはカセグレンアンテナにすることにより、検出装置１００の全体としての、図中の縦方向の寸法を小さくすることができ、誘電体レンズ１３６を省略することもできる。
【００１９】
回転軸１１０の外周面にはギア１１２が設けられており、ギア１１２には、モータ１１３のギア１５５が噛合している。従って、モータ１１３を駆動させることにより、回転軸１１０が図中の符号Ｙで示すように回動し、それに伴って回転板１２０が、回転軸１１０と同方向に、高炉１の開口部２に対して水平に回転する。
【００２０】
回転板１２０の下方の、高炉１の開口部２との間の空間には、炉内に検出波Ｍを送信し、受信するための角度固定反射板１３８と、角度可変反射板１４０とが配設されている。
【００２１】
角度固定反射板１３８は、その反射面の傾斜角度が４５°に固定されている反射板であり、第１の角度固定反射板１３８Ａ、第２の角度固定反射板１３８Ｂ、第３の角度固定反射板１３８Ｃで構成されている。第１の角度固定反射板１３８Ａは、回転板１２０の開口１２１を通じてアンテナ１３５のアンテナ面（図の例では誘電体レンズ１３６）と対向している。第２の角度固定反射板１３８Ｂは、第１の角度固定反射板１３８Ａと対向配置しており、第２の角度固定反射板１３８Ｂとは第３の角度固定反射板１３８Ｃが対向配置している。そのため、図中の一点鎖線で示すように、アンテナ１３５から送信された検出波Ｍは、第１の角度固定反射板１３８Ａで反射されて第２の角度固定反射板１３８Ｂに送られ、第２の角度固定反射板１３８Ｂで反射された後、第３の角度固定反射板１３８Ｃに送られる。そして、第３の角度固定反射板１３８Ｃで反射されて、角度可変反射板１４０に送られる。
【００２２】
これら第１の角度固定反射板１３８Ａ、第２の角度固定反射板１３８Ｂ及び第３の角度固定反射板１３８Ｃは、回転板１２０から高炉１の開口部２に向かって垂下する固定部材（図示せず）に取り付けられる。あるいは、回転板１２０から高炉１の開口部２に向かって延び、回転板１２０の周縁に取り付けられる側壁１７０に、第１の角度固定反射板１３８Ａ、第２の角度固定反射板１３８Ｂ及び第３の角度固定反射板１３８Ｃを取り付けることもできる。
【００２３】
尚、検出波Ｍとしては、炉内が高温で、粉塵や水蒸気が存在していることからマイクロ波やミリ波を用いることが好ましい。特に、ミリ波はマイクロ波よりも波長が短く、指向性が高いことから好ましい。
【００２４】
角度可変反射板１４０は、反射面１４０ａの傾斜角度が図中の符号Ｘで示す方向に可変する反射板である。この角度可変反射板１４０では、反射面１４０ａとは反対側の面（裏面）の中心に、リンク機構１１７の第１リンク１１７ａが固定されており、第１リンク１１７ａには第２リンク１１７ｂが連結している。また、第２リンク１１７ｂには、回転軸１１０の開口１２１を通じて回転軸１１０の内部を貫通する連結棒１１４が連結しており、連結棒１１４の第２リンク１１７ｂとは反対側の端部にラックギア１１８が形成されている。
【００２５】
連結棒１１４は、アンテナ１３５と送受信手段１３０とを接続する導波管１３３を内管とする外管部１１４ａを有し、外管部１１４ａの外周面にラックギア１１８が形成されている。このラックギア１１８には、モータ１２５のギア１１９が噛合しており、モータ１２５を駆動することによりギア１１９が回転し、ラックギア１１８で直線運動に変換される。ここで、モータ１２５には、エンコーダ１２６が接続しており、モータ１２５の回転量、更にはギア１１９の回転量が検出される。
【００２６】
また、連結棒１１４は、回転軸１１０の内部で、アンテナ１３５を避けるように回転板１２０に向かって延びる中間部１１４ｂを有している。外管部１１４ａの回転軸１１０側の端部は外方に屈曲しており、この屈曲部分に中間部１１４ｂが連続している。
【００２７】
更には、中間部１１４ｂは、回転板１２０の開口１２１を通じて高炉１の開口部２に延びる下端部１１４ｃを有している。この下端部１１４ｃが、リンク機構１１７の第２リンク１１７ｂに連結している。
【００２８】
連結棒１１４はこのように構成され、図示しないモータの回転がギア１１９を通じてラックギア１１８により直線運動に変換され、図中に符号Ｈで示すように、連結棒１１４が角度可変反射板１４０の側、あるいは反対側へと直線状に移動する。
【００２９】
また、図示は省略するが、導波管１３３のアンテナ１３５の側の部分を、回転軸１１０よりフリーにして回転軸１１０が回転しても導波管１３３が回転しないようにしてもよい。このように、導波管１３３を分離部分１３４にて分断しない方法もある。
【００３０】
また、図３に示すように、角度可変反射板１４０の直径両端には、支軸１４１、１４１が突設しており、支軸１４１、１４１が支持腕１４６、１４６に回動自在に支持されている。そして、支持腕１４６、１４６が、回転板１２０に取り付けられた支持腕保持棒１４５に取り付けられている。
【００３１】
そして、連結棒１１４が角度可変反射板１４０の側へと移動（図中の下降）すると、リンク機構１１７を介して角度可変反射板１４０の反射面１４０ａが高炉１の内壁１ａを向くように傾斜し、連結棒１１４が角度可変反射板１４０とは反対側へと移動（図中の上昇）すると、リンク機構１１７を介して角度可変反射板１４０の反射面１４０ａが高炉１の軸線Ｃを向くように傾斜する。即ち、連結棒１１４の下降及び上昇により、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜を、図中の符号Ｘ方向に変えることができる。
【００３２】
それに伴って、角度固定反射板１３８の第３の角度固定反射板１３８Ｃから角度可変反射板１４０に送られた検出波Ｍは、符号Ｚで示すように図中左右方向に振られ、回転板１２０の径方向に沿った線状となって炉内に送られる。角度可変反射板１４０による検出波Ｍの振り幅は、例えば図１に示すように高炉１の内壁１ａから軸線Ｃまで検出波Ｍが線状に移動するように調整される。
【００３３】
検出波Ｍは、炉内に堆積している装入物２０の表面で反射され、送信時と同経路を辿って送受信手段１３０で受信される。送受信は、例えばＦＭ−ＣＷ方式で行うことができる。即ち、送受信手段１３０に接続するアンテナ１３５から送信され、角度固定反射板１３８Ａ〜１３８Ｃで反射されて角度可変反射板１４０に送られ、角度可変反射板１４０から所定の角度で送信された検出波Ｍ（送信波）は、高炉１の開口部２を通じて炉内へと送られた後、装入物２０の表面で反射され、その反射波が逆の経路（角度可変反射板１４０→角度固定反射板１３８Ｃ〜１３８Ａ→アンテナ１３５→送受信手段１３０）を辿って送受信手段１３０で検波される。そして、送信波と反射波との周波数差（ビート周波数）から送受信手段１３０と装入物２０の表面との間の距離情報が得られる。
【００３４】
この線状の検出波Ｍの送受信を、回転軸１１０を中心にして回転板１２０を回転させながら行うことにより、図４に示すように、高炉１の炉内全域にわたる円形の部分Ｓ（以下「走査領域Ｓ」）における距離情報が得られる。一方で、モータ１１３に接続するエンコーダ１５０により、回転板１２０の回転位置に相当する回転軸１１０の回動角度が検出されるため、走査領域Ｓにおける検出波Ｍの位置情報が得られる。また、エンコーダ１２６によるモータ１２５及びギア１１９の回転量から、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜角度が検出され、回転板１２０の径方向における位置情報、即ち後述される図５のＯＢ方向における位置が検出される。これら距離情報と位置情報とから、走査領域Ｓ、即ち装入物２０の全面の表面プロフィールが得られる。
なお、送受信手段１３０による送受信は、回転板１２０の回転に対応して連続的に行ってもよいが、回転板１２０が所定の角度回転するたびに、間歇的に上記送受信手段１３０による送受信を行ってもよい。
【００３５】
上記の検出において、回転板１２０の回転に合わせて角度可変反射板１４０を傾斜させるだけであるため、全表面を一度に走査する場合に比べて、装置の簡素化及び駆動源の負荷を軽減することができる。
【００３６】
また、回転板１２０の回転を、シューター２００の旋回と同期させる。回転板１２０の回転を制御するには、モータ１１３に接続したモータ制御回路１１３Ａで行う。そして、エンコーダ１５０の位置情報と、シューター２００の旋回を制御するエンコーダ２１０の位置情報とを同期させる。
【００３７】
尚、「同期させる」とは、シューター２００が停止すると回転板１２０も停止し、シューター２００が旋回を始めると回転板１２０も回転を始め、更にはシューター２００の旋回方向と回転板１２０の回転方向とが同一で、シューター２００の旋回速度と回転板１２０の回転速度とが同一であることを意味する。
【００３８】
シューター２００の旋回と、回転板１２０の回転とを同期させるとともに、回転板１２０の回転を停止させると、回転停止位置での径方向線状の送受信を繰り返し、同位置での装入物２０の堆積状態の変化を測定することができる。
【００３９】
図５は、検出装置１００の走査領域Ｓと、シューター２００の旋回軌道とを重ねて示す図である。即ち、シューター２００は高炉１の軸線Ｃを中心に旋回するため、高炉１の軸線Ｃと、検出装置１００の回転板１２０の回転軸１１０とを仮想的に中心Ｏにて重ねた図である。また、円周は走査領域Ｓに相当する。
【００４０】
ここで、ある時刻のシューター２００の軸線の、同図に示す円周上の位置をＡ、同時刻における検出装置１００の角度可変反射板１４０の位置をＢとすると、同図は、ある時刻において、シューター２００から位相差Δθに相当する時間経過した後に、検出装置１００による送受信が行われることを示している。尚、位置Ｂにおける検出波Ｍによる送受信は、同円の半径ＯＢに沿って線状に行われる。そして、シューター２００の旋回と、検出装置１００の回転板１２０の回転とが同期しているため、常に、位相差Δθに相当する時間を経過した後の装入物２０の堆積状態が検出される。
【００４１】
そのため、前回までのシューター２００の旋回において、シューター２００が位置Ａに到達した時の装入物２０の堆積状態を測定して記憶しておき、今回のシューター２００が位置Ａに到達した際に測定した装入物２０の堆積状態と比較し、堆積状態に差があるときに、シューター２００が位置Ａを通過した後、直ちにシューター２００からの装入物２０の落下位置や落下量を変えるなどの対策を講じることができる。
【００４２】
また、装入物２０は、鉄鉱石やコークス、石灰等を交互に層状に堆積させたものであるが、これら装入物２０の種類や粒径によって落下位置が異なる。従来は、装入物２０の種類や粒径ごとに、計算式によって落下位置を予測してシューター２００の傾斜角度（図１のＲ２）を調整している。本発明によれば、装入物２０の種類ごとに堆積した直後に近い時期に検出できるため、シューター２００の旋回時に、同種の装入物２０ごとに落下位置の修正に反映させることができる。
【００４３】
位相差Δθは任意に設定することができ、上記において、位相差Δθを小さくするほど、堆積した直後に近い状態における装入物２０の堆積状態を検出することができる。
【００４４】
また、異なるΔθでの装入物２０の堆積状態を比較することもできる。例えば、同図に示すように、例えばシューター２００の位置Ａの径方向反対側を走査位置にすることもできる。その時の走査位置をＢ′、位相差をΔθ′で表わす。装入物２０は、堆積後、時間の経過とともに堆積状態が変化する。Δθにおける装入物２０の堆積状態（ＯＢ方向プロフィール）と、Δθ′における装入物２０の堆積状態（ＯＢ′方向プロフィール）とを模式的に示すが、共にシューター２００からの落下地点近くにピークＰが見られるものの、Δθ′における堆積状態の方が、ピークＰが小さく、全体になだらかになっており、時間の経過とともに堆積状態が変化している。このように、シューター２００から落下した直後よりも、ある時間経過して堆積状態が安定したときに装入物２０の堆積状態を測定した方が良い場合もある。
【００４５】
また、走査位置Ｂと走査位置Ｂ′の２ケ所で装入物２０の堆積状態を検出して、走査位置Ｂと走査位置Ｂ′間の堆積状態の変化の度合いをシューター２００の旋回様式に反映させることもできる。
【００４６】
尚、測定位置は、位置Ｂと位置Ｂ′との２ケ所に限らず、３ケ所以上に増してもよい。
【００４７】
上記した装入物２０の堆積状態の検出に際して、回転板１２０の径方向への走査をシューター２００の旋回に同期して連続的に行ってもよいが、シューター２００の旋回が所定角度進行したごとに、間歇的に回転板１２０の径方向への走査を行ってもよい。
【００４８】
上記において、検出装置１００が１つであったが、高炉１の複数個所に設置することもできる。例えば、図１では高炉１の軸線Ｃの図中右側に検出装置１００が設置されているが、高炉１の軸線Ｃを中心にした他の位置（図中左側）にも検出装置１００を設置してもよい。このように、高炉１の軸線Ｃを中心にして左右に２ケ所に検出装置１００を配置することにより、旋回中のシューター２００が検出波Ｍを遮断して装入物２０の表面プロフィールを検出できない範囲が生じても、２つの検出装置１００が互いに補完し合うことができるようになる。また、走査領域Ｓを２つの検出装置１００で分担できるため、測定時間を２分の１に短縮することができる。同一時間で測るとすれば、測定点を増やして分解能を上げることもできる。例えば、検出装置１００が１つで、シューター２００が１０°旋回するごとに測定する場合を想定すると、検出装置１００を２つ設置し、互いにΔθに５°の差をつければ、シューター２００が５°旋回するごとに測定することになり、シューター２００の１旋回当たりに測定点を２倍に増やして分解能を上げることができる。
【００４９】
ところで、高炉１の開口部２からは、炉内からの高熱や粉塵、水蒸気等が検出装置１００側に侵入し、検出の妨げになることが予想される。そこで、測定時に、回転軸１１０の内部、あるいは回転板１２０と側壁１７０とで形成される空間に窒素ガス等のパージガス（図示せず）を連続的、間歇的に供給してもよい。また、開口部２を、例えば宇部興産（株）製の「チラノ繊維」のように、セラミックス製の耐熱性繊維を編んだ通気性を有するフィルタ（図示せず）で塞ぎ、パージガスを炉内側に噴出させてもよく、フィルタの下に金網（図示せず）を設けて噴き上げ時の炉内からの装入物２０の衝突を防ぐこともできる。アンテナ１３５の先端を断熱材と、通気性を有するフィルタとで塞ぎ、断熱材とフィルタとの間にパージガスを供給してもよい。更には、開口部２を塞ぐ開閉弁（図示せず）を付設してもよい。あるいは、検出装置１００を全体的に開口部２に対して上下移動させる移動手段（図示せず）を付設して、測定時には、図示のように開口部２に近い位置に移動し、非測定時には開口部２から退避させ、更に開口部２を開閉弁で閉鎖する構成とすることもできる。
【００５０】
更には、検出波Ｍの送信を遮断しないシューター２００の範囲をエンコーダ２１０で検出し、その範囲でシューター２００の旋回を止め、時間をかけて装入物２０の表面を走査することにより、より分解能を上げて精度よく測定することもできる。
【００５１】
（第２実施形態）
図６に検出装置１００の第２実施形態を示すが、同図に示すように、アンテナ１３５のホーン長を長くすることもできる。アンテナ１３５のホーン長を長くすることにより、第１実施形態のように誘電体レンズ１３６を用いることなく、ミリ波の送信及び受信に対応することができ、ホーン長はミリ波の送信及び受信に適するように調整される。
【００５２】
アンテナ１３５のアンテナ面は、回転板１２０の開口１２１の近傍まで延長することができ、それに伴って連結棒１１４の中間部１１４ｂを回転板１２０の開口１２１を通過するように延長し、図２に示す下端部１１４ｃを省略してリンク機構１１７の第２リンク１１７ｂに連結してもよい。尚、第１実施形態においても、下端部１１４ｃを省略してもよい。
【００５３】
アンテナ１３５のホーン長を長くした以外は、第１実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００５４】
上記したように、本発明の検出装置１００では、電気部品である送受信手段１３０が高炉１の開口部２から最も離れて設置されるため、高炉１の高温の影響を受けることがなく、安定して動作する。また、同じく電気部品である回転板１２０のエンコーダ１５０も高炉１の開口部から離れた位置にあり、熱的影響を受けることもない。
【００５５】
更に、第１実施形態及び第２実施形態において、検出装置１００を全体的に開口部２に対して下降及び上昇させる移動手段（図示せず）を付設して、測定時には開口部２またはその近傍に位置させるともに、非測定時には開口部２から退避させ、更に開口部２を開閉弁（図示せず）で閉鎖する構成とすることもできる。開口部２またはその近傍で検出波Ｍの送受信を行うことにより、開口部２の開口径を小さくして高炉１からの熱の影響を少なくすることができ、工事費を低くすることもできる。
【００５６】
（第３実施形態）
図７は本発明の検出装置の第３実施形態を示す図であり、高炉に設置した状態を、高炉の軸線に沿って示す概略断面図であり、図８及び図９は検出装置の構成を示す図である。
【００５７】
図７に示すように、高炉１は、シューター２００により装入物２０である鉄鉱石やコークス、石灰等の装入物が供給される。シューター２００は、高炉１の軸線Ｃを中心に図中符号Ｒ１で示す方向に旋回し、軸線Ｃに対する傾斜角度Ｒ２を変えることで、装入物２０の落下位置を制御している。シューター２００は公知のもので構わず、エンコーダ２１０によりＲ１方向への旋回角度が検出される。そして、シューター２００から落下した装入物２０が、高炉１の炉内に堆積する。
【００５８】
高炉１の炉頂近傍には開口部２が形成されており、開口部２に検出装置１００が設置される。検出装置１００は、図８に示すように、回転軸１１０を中心にして、符号Ｙで示すように高炉１の開口部２に対して水平に回転する回転板１２０を備える。回転板１２０は、円板とすることができる。回転板１２０の下面には、検出波Ｍを送信し、受信する送受信手段１３０が装着されている。送受信手段１３０にはアンテナ１３５が接続しており、アンテナ１３５の直下には、反射面１３８ａの傾斜角度が固定の角度固定反射板１３８が配設されている。また、アンテナ１３５には、検出波Ｍの指向性を高めるために、アンテナ面に誘電体レンズ１３６を付設してもよい。
【００５９】
また、図示は省略するが、送受信手段１３０を内管１１５の上に載置し、内管１１５の中に導波管または同軸ケーブルを仕込み、アンテナ１３５に接続してもよい。これにより、送受信手段１３０を高炉１の高温から保護することができる。
【００６０】
検出波Ｍとしては、炉内が高温で、粉塵や水蒸気が存在していることからマイクロ波やミリ波を用いることが好ましい。特に、ミリ波はマイクロ波よりも波長が短く、指向性が高いことから好ましい。
【００６１】
尚、回転板１２０と、送受信手段１３０、アンテナ１３５、角度固定反射板１３８、後述される角度可変反射板１４０及びそれらの周辺機器が「検出部」の構成部材となる。
【００６２】
回転軸１１０は２重管構造になっており、その外管１１１の開口部２側の端部が回転板１２０に固定されている。また、外管１１１の外周面にはギア１１２が設けられており、ギア１１２には、モータ１１３のギア１５５が噛合している。従って、モータ１１３を駆動させることにより、外管１１１に固定されている回転板１２０が図中の符号Ｙで示すように、高炉１の開口部２に対して水平に回転する。
【００６３】
一方、回転軸１１０の内管１１５は、その開口部２側の端部に、リンク機構１１７を介して、反射面１４０ａの傾斜角度が図中の符号Ｘで示す方向に可変の角度可変反射板１４０が取り付けられている。この角度可変反射板１４０は、反射面１４０ａとは反対側の面の中心に、リンク機構１１７の第１リンク１１７ａが固定されており、第１リンク１１７ａには第２リンク１１７ｂが連結し、第２リンク１１７ｂには内管１１５の先端が連結している。内管１１５の他端には、ラックギア１１８が形成されており、ラックギア１１８にはモータ（図示せず）のギア１１９が噛合しており、モータを駆動することによりギア１１９が回転し、ラックギア１１８で直線運動に変換される。そして、内管１１５が、図中に符号Ｈで示すように、角度可変反射板１４０の側、あるいは反対側へと直線状に移動する。
【００６４】
また、図９に示すように、角度可変反射板１４０の直径両端には、支軸１４１、１４１が突設しており、支軸１４１、１４１が支持腕１４６、１４６に回動自在に支持されている。そして、支持腕１４６、１４６が、回転板１２０に取り付けられた支持腕保持棒１４５に取り付けられている。
【００６５】
従って、内管１１５が角度可変反射板１４０の側へと移動（図中の下降）すると、リンク機構１１７を介して角度可変反射板１４０の反射面１４０ａが高炉１の内壁１ａを向くように傾斜し、内管１１５が角度可変反射板１４０とは反対側へと移動（図中の上昇）すると、リンク機構１１７を介して角度可変反射板１４０の反射面１４０ａが高炉１の軸線Ｃを向くように傾斜する。即ち、内管１１５の下降及び上昇により、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜を、図中の符号Ｘ方向に変えることができる。
【００６６】
また、角度固定反射板１３８と、角度可変反射板１４０とは対向配置されており、図８に示されるように、送受信手段１３０からの検出波Ｍは、アンテナ１３５から角度固定反射板１３８の反射面１３８ａで反射されて角度可変反射板１４０の反射面１４０ａへと送られた後、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａから高炉１の開口部２を通じて炉内へと送られる。その際、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜角度Ｘを変えることにより、検出波Ｍの炉内への送信経路は、符号Ｚで示すように、図中左右方向に振られて回転板１２０の径方向に沿った線状となる。角度可変反射板１４０による検出波Ｍの振り幅は、例えば図７に示すように高炉１の内壁１ａから軸線Ｃまで検出波Ｍが線状に移動するように調整される。
【００６７】
検出波Ｍは、炉内に堆積している装入物２０の表面で反射され、送信時と同経路を辿って送受信手段１３０で受信される。送受信は、例えばＦＭ−ＣＷ方式で行うことができる。即ち、送受信手段１３０に接続するアンテナ１３５から送信され、角度固定反射板１３８で反射されて角度可変反射板１４０に送られ、角度可変反射板１４０から所定の角度で送信された検出波Ｍ（送信波）は、高炉１の開口部２を通じて炉内へと送られた後、装入物２０の表面で反射され、その反射波が逆の経路（角度可変反射板１４０→角度固定反射板１３８→アンテナ１３５→送受信手段１３０）を辿って送受信手段１３０で検波される。そして、送信波と反射波との周波数差（ビート周波数）から送受信手段１３０と装入物２０の表面との間の距離情報が得られる。
【００６８】
この線状の検出波Ｍの送受信を、回転軸１１０を中心にして回転板１２０を回転させながら行うことにより、図１０に示すように、高炉１の炉内全域にわたる円形の部分Ｓ（以下「走査領域Ｓ」）における距離情報が得られる。一方で、モータ１１３に接続するエンコーダ１５０により、回転板１２０の回転位置に相当する外管１１１の回動角度が検出されるため、走査領域Ｓにおける検出波Ｍの位置情報が得られる。これら距離情報と位置情報とから、走査領域Ｓ、即ち装入物２０の全面の表面プロフィールが得られる。
なお、送受信手段１３０による送受信は、回転板１２０の回転に対応して連続的に行ってもよいが、回転板１２０が所定の角度回転するたびに、間歇的に上記送受信手段１３０による送受信を行ってもよい。
【００６９】
上記の検出において、回転板１２０の回転に合わせて角度可変反射板１４０を傾斜させるだけであるため、全表面を一度に走査する場合に比べて、装置の簡素化及び駆動源の負荷を軽減することができる。
【００７０】
尚、図示は省略するが、送受信手段１３０による距離情報を無線で外部の演算回路に伝送することにより、配線を簡素化することもできる。
【００７１】
また、回転板１２０の回転を、シューター２００の旋回と同期させる。回転板１２０の回転を制御するには、モータ１１３に接続したモータ制御回路１１３Ａで行う。そして、エンコーダ１５０の位置情報と、シューター２００の旋回を制御するエンコーダ２１０の位置情報とを同期させる。
【００７２】
尚、「同期させる」とは、第１実施形態や第３実施形態で説明したように、シューター２００が停止すると回転板１２０も停止し、シューター２００が旋回を始めると回転板１２０も回転を始め、更にはシューター２００の旋回方向と回転板１２０の回転方向とが同一で、シューター２００の旋回速度と回転板１２０の回転速度とが同一であることを意味する。
【００７３】
シューター２００の旋回と、回転板１２０の回転とを同期させるとともに、回転板１２０の回転を停止させると、回転停止位置での線状の送受信を繰り返し、同位置での装入物２０の堆積状態の変化を測定することができる。
【００７４】
図１１は、検出装置１００の走査領域Ｓと、シューター２００の旋回軌道とを重ねて示す図である。即ち、シューター２００は高炉１の軸線Ｃを中心に旋回するため、高炉１の軸線Ｃと、検出装置１００の回転板１２０の回転軸１１０とを仮想的に中心Ｏにて重ねた図である。また、円周は走査領域Ｓに相当する。
【００７５】
ここで、ある時刻のシューター２００の軸線の、同図に示す円周上の位置をＡ、同時刻における検出装置１００の角度可変反射板１４０の位置をＢとすると、同図は、ある時刻において、シューター２００から位相差Δθに相当する時間経過した後に、検出装置１００による送受信が行われることを示している。尚、位置Ｂにおける検出波Ｍによる送受信は、同円の半径ＯＢに沿って線状に行われる。そして、シューター２００の旋回と、検出装置１００の回転板１２０の回転とが同期しているため、常に、位相差Δθに相当する時間を経過した後の装入物２０の堆積状態が検出される。
【００７６】
そのため、前回までのシューター２００の旋回において、シューター２００が位置Ａに到達した時の装入物２０の堆積状態を測定して記憶しておき、今回のシューター２００が位置Ａに到達した際に測定した装入物２０の堆積状態と比較し、堆積状態に差があるときに、シューター２００が位置Ａを通過した後、直ちにシューター２００からの装入物２０の落下位置や落下量を変えるなどの対策を講じることができる。
【００７７】
また、装入物２０は、鉄鉱石やコークス、石灰等を交互に層状に堆積させたものであるが、これら装入物２０の種類や粒径によって落下位置が異なる。従来は、装入物２０の種類や粒径ごとに、計算式によって落下位置を予測してシューター２００の傾斜角度（図７のＲ２）を調整している。本発明によれば、装入物２０の種類ごとに堆積した直後に近い時期に検出できるため、次回のシューター２００の旋回時に、同種の装入物２０ごとに落下位置の修正に反映させることができる。一方、装入物２０の落下位置における円周方向の軌跡を検出できる。
【００７８】
位相差Δθは任意に設定することができ、上記において、位相差Δθを小さくするほど、堆積した直後に近い状態における装入物２０の堆積状態を検出することができる。
【００７９】
あるいは、同図に示すように、例えばシューター２００の位置Ａの径方向反対側を走査位置にすることもできる。その時の走査位置をＢ′、位相差をΔθ′で表わす。装入物２０は、堆積後、時間の経過とともに堆積状態が変化する。Δθにおける装入物２０の堆積状態（ＯＢ方向プロフィール）と、Δθ′における装入物２０の堆積状態（ＯＢ′方向プロフィール）とを模式的に示すが、共にシューター２００からの落下地点にピークＰが見られるものの、Δθ′における堆積状態の方が、ピークＰが小さく、全体になだらかになっており、時間の経過とともに堆積状態が変化している。このように、シューター２００から落下した直後よりも、ある時間経過して堆積状態が安定したときに装入物２０の堆積状態を測定した方が良い場合もある。
【００８０】
また、走査位置Ｂと走査位置Ｂ′の２ケ所で装入物２０の堆積状態を検出して、堆積状態の変化の度合いを次回のシューター２００の旋回様式に反映させることもできる。
【００８１】
尚、測定位置は、位置Ｂと位置Ｂ′との２ケ所に限らず、３ケ所以上に増やしてもよい。
【００８２】
上記した装入物２０の堆積状態の検出に際して、回転板１２０の径方向への走査をシューター２００の旋回に同期して連続的に行ってもよいが、シューター２００の旋回が所定角度進行したごとに、間歇的に回転板１２０の径方向への走査を行ってもよい。回転板１２０の径方向への走査は、短時間ですむとはいえ、ある時間を要する。そのため、シューター２００の旋回に同期させるためには、回転板１２０の径方向への走査が完了した後に回転板１２０の回転を速める必要があり、間歇的に走査することにより、回転板１２０の回転とシューター２００旋回とを同期させやすくなる。
【００８３】
上記において、検出装置１００が１つであったが、高炉１の複数個所に設置することもできる。例えば、図７では高炉１の軸線Ｃの図中右側に検出装置１００が設置されているが、高炉１の軸線Ｃを中心にした他の位置（図中左側）にも検出装置１００を設置してもよい。このように、高炉１の軸線Ｃを中心にして左右に２ケ所に検出装置１００を配置することにより、旋回中のシューター２００が検出波Ｍを遮断して装入物２０の表面プロフィールを検出できない範囲が生じても、２つの検出装置１００が互いに補完し合うことができるようになる。また、走査領域Ｓを２つの検出装置１００で分担できるため、測定時間を２分の１に短縮することができる。同一時間で測るとすれば、測定点を増やして分解能を上げることもできる。例えば、検出装置１００が１つで、シューター２００が１０°旋回するごとに測定する場合を想定すると、検出装置１００を２つ設置し、互いにΔθに５°の差をつければ、シューター２００が５°旋回するごとに測定することになり、シューター２００の１旋回当たりに測定点を２倍に増やして分解能を上げることができる。
【００８４】
ところで、高炉１の開口部２からは、炉内からの高熱や粉塵、水蒸気等が検出装置１００側に侵入し、検出の妨げになることが予想される。そこで、測定時に、送受信手段１３０やアンテナ１３５、角度固定反射板１３８、角度可変反射板１４０、リンク機構１１７等を収容している容器に窒素ガス等のパージガス（図示せず）を連続的、間歇的に供給してもよい。また、開口部２を、例えば宇部興産（株）製の「チラノ繊維」のように、セラミックス製の耐熱性繊維を編んだ通気性を有するフィルタ（図示せず）で塞ぎ、パージガスを炉内側に噴出させてもよく、フィルタ-の下に金網（図示せず）を設けて噴き上げ時の炉内からの装入物２０の衝突を防ぐこともできる。アンテナ１３５の先端を断熱材と、通気性を有するフィルタとで塞ぎ、断熱材とフィルタとの間にパージガスを供給してもよい。更には、開口部２を塞ぐ開閉弁（図示せず）を付設してもよい。更には、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、検出装置１００を全体的に開口部２に対して下降及び上昇させる移動手段（図示せず）を付設して、測定時には開口部２またはその近傍に位置させるとともに、非測定時には開口部２から退避させ、更に開口部２を開閉弁で閉鎖する構成とすることもできる。開口部２またはその近傍で検出波Ｍの送受信を行うことにより、開口部２の開口径を小さくして高炉１からの熱の影響を少なくすることができ、工事費を低くすることもできる。
【００８５】
（第４実施形態）
上記した第３実施形態では、検出波Ｍの送受信を線状に行うために、角度固定反射板１３８と、角度可変反射板１４０とを対向配置させて、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜角度を変えるという、機械的な作業を行っている。本第４実施形態では、電気的に検出波Ｍの位相を変えて、検出波Ｍの送受信を線状に行う。
【００８６】
このような装置としては、フェーズドアレイモジュールを挙げることができる。図１２〜図１４に示すように、フェーズドアレイモジュール１６０は、ｎ個のアンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）を移相器１６２に接続したものであり、個々のアンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）は、給電するミリ波やマイクロ波の位相を制御するための移相器１６２にマイクロストリップライン１６３（１）〜１６３（ｎ）で接続されている。そして、フェーズドアレイモジュール１６０は、移相器１６２からのアンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）への各移相量を変えることによりアンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）の指向性（検出波Ｍの送受信方向）を変えて、アンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）の連設方向（図中の左右方向）に沿った線状の走査を行う。
【００８７】
アンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）は、図１３に示すように、送信用のアンテナ素子群１６１Ａと受信用のアンテナ素子群１６１Ｂとに分かれていることが好ましい。検出波Ｍの送受信はＦＭ−ＣＷ方式で行うことができるが、個々のアンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）が送信と受信の両方を行う場合、隣接するアンテナ素子からの検出波Ｍを受信してノイズとなる可能性があるが、送信用のアンテナ素子群１６１Ａと受信用のアンテナ素子群１６１Ｂとに分けることにより、より正確に、確実に送受信することができるようになる。
【００８８】
また、アンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）は、高炉１からの高熱に耐え得るようにホーンアンテナとすることが好ましい。また、縦横アスペクト比が大きい方形扁平アンテナが、指向性を向上させることができるため、より好ましい。尚、ホーンアンテナを用いる際は、各マイクロストリップライン１６３（１）〜１６３（ｎ）と、各ホーンアンテナとの接続を導波管１６４（１）〜１６４（ｎ）で行うことになるが、アンテナ接続部での位相が揃うように、例えば導波管１６４（１）〜１６４（ｎ）の管長で調整する必要がある。
【００８９】
フェーズドアレイモジュール１６０は、アンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）のアンテナ端面１６１ａが高炉１の開口部２を向くように、かつ、アンテナ素子１６１（１）〜１６１（ｎ）の連設方向が回転板１２０の径方向（図１２の左右方向）に沿うように、回転板１２０に取り付けられる。フェーズドアレイモジュール１６０の回転板１２０への取り付けは、図１２に示すように、アンテナ端面１６１ａを結ぶ線が回転板１２０の板面に対して角度αをなすように傾斜していてもよいし、アンテナ端面１６１ａを結ぶ線と回転板１２０の板面とが平行、即ち角度α＝０としてもよい。フェーズドアレイモジュール１６０を傾斜させて回転板１２０に取り付けることにより、高炉１の開口部２の開口径を小さくすることができる。高炉１のような圧力容器では検出装置に圧力が加わるが、開口部２の開口径を小さくできることにより、圧力を小さくすることができる。
【００９０】
フェーズドアレイモジュール１６０を用いることにより、第３実施形態における角度固定反射板１３８及び角度可変反射板１４０が不要になり、角度可変反射板１４０の反射面１４０ａの傾斜角度を制御するためのリンク機構１１７や、内管１１５を上昇または下降移動させるための駆動源も不要になる。そのため、回転板１２０も回転軸１１０に直接取り付けることができ、回転軸１１０をモータ１１３で回転させるだけでよいため、装置を簡素化することができる。
【００９１】
フェーズドアレイモジュール１６０はモジュール化された小型の部品であり、角度可変反射板１４０のような稼働部材でもないため、回転板１２０に複数取り付けることもできる。例えば図１５は図１１に従って示す図であるが、シューター２００の位置Ａに対して、Δθの位置Ｂと、Δθ′の位置Ｂ′にフェーズドアレイモジュール１６０ａ、１６０ｂを取り付けることができる。それにより、位置Ｂにおけるシューター２００から落下して堆積した直後に近い装入物２０の堆積状態と、位置Ｂ′における安定した堆積状態の装入物２０の堆積状態とを一度に検出することができ、それぞれの検出結果を次回のシューター２００の旋回様式に反映して、より理論堆積プロフィールに近い装入物２０の供給が可能になる。
【００９２】
また、第１〜第３実施形態と同様に、フェーズドアレイモジュール１６０を回転板１２０とともに開口部２に対して下降及び上昇させ、フェーズドアレイモジュール１６０を測定時には開口部２またはその近傍に位置させるとともに、非測定時には開口部２から退避させ、更に開口部２を開閉弁で閉鎖する構成とすることもできる。開口部２またはその近傍で検出波Ｍの送受信を行うことにより、開口部２の開口径を小さくして高炉１からの熱の影響を少なくすることができ、工事費を低くすることもできる。
【００９３】
（操業方法）
本発明はまた、上記の検出装置１００で検出した装入物２０の表面プロフィールを基に、安定した操業を行うのに適した理論堆積プロフィールに近づけてシューター２００からの装入物２０の補給を行うことにより、より安定した操業を行うことを含む。例えば、測定した表面プロフィールを即座にシューター２００の制御回路（図示せず）に送り、オンタイムでシューター２００のＲ１方向への旋回角度や傾斜角度Ｒ２、各位置での装入物２０の落下量を制御することができる。
【００９４】
以上、図面を参照しながら各種の実施の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ことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得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。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【００９５】
なお、本出願は、２０１９年５月３１日出願の日本特許出願（特願２０１９−１０２６１３）及び２０１９年７月９日出願の日本特許出願（特願２０１９−１２７９００）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
【符号の説明】
【００９６】
１  高炉
２  開口部
２０  装入物
１００  検出装置
１１０  回転軸
１１１  外管
１１４  連結棒
１１５  内管
１１７  リンク機構
１２０  回転板
１３０  送受信手段
１３５  アンテナ
１３８、１３８Ａ、１３８Ｂ、１３８Ｃ  角度固定反射板
１４０  角度可変反射板
１５０  エンコーダ（回転板側）
１６０、１６０ａ、１６０ｂ  フェーズドアレイモジュール
１６１、１６１（１）〜１６１（ｎ）  アンテナ素子
１６２  移相器
１６３（１）〜１６３（ｎ）  マイクロストリップライン
１６４（１）〜１６４（ｎ）  導波管
２００  シューター
２１０  エンコーダ（シューター側）
【要約】
簡易な装置構成でありながらも、シューターの旋回とともに装入物の堆積状態を検出して理論堆積プロフィールに近い操業を可能にする高炉内装入物の表面プロフィール検出装置を提供する。高炉内装入物の表面プロフィール検出装置は、高炉の開口部の直上に設置され、該開口部の開口中心を中心軸として回転する回転板と、回転板を回転させるための回転手段と、マイクロ波やミリ波のような検出波を、回転板の径方向に沿って線状に送信し、受信する送受信手段とを備えるともに、検出波の送信を遮断しないようにシューターの旋回に同期して回転板を回転させながら、回転板の回転方向と直交する方向に送受信を行う。【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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