JP5655798B2 - 高炉装入物の厚み分布計測方法 - Google Patents

Description

本発明はプロフィールメータにより高炉装入物分布を計測する方法に関する。

高炉には、炉頂から炉内に向けて鉄鉱石、コークス等が装入される。１回の装入には、１分から２分程度の時間を要し、１回の装入がなされてから次回の装入がなされるまでには３０秒から１分程度の間隔がおかれている。

高炉の状態を適正に保つためには、装入物について把握しておく必要があり、１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布は重要な要素の一つである。高炉装入物の位置については、特許文献１に開示されているサウンジング装置を用いて計測している。高炉内の装入物の最表面の形状については、プロフィールメータを用いて計測している。従来のプロフィールメータはプローブ方式であり、測定には１分から１分３０秒程度を要することから、プローブ式のプロフィールメータを用いていたのでは、高炉装入物の最表面の形状を計測している途中で次回の装入が開始されてしまうことがあり、正確な形状は計測できなかった。

これに対し、特許文献２〜４に開示されるようなスキャン式プロフィールメータが開発されるに至り、プロフィールの計測に要する時間は従来式のプロフィールメータに要する時間の半分以下に短縮された。スキャン式プロフィールメータとは、高炉内装入物の表面までの距離を測定するマイクロ波距離計を有し、このマイクロ波距離計のマイクロ波放射方向を高炉内装入物の表面において高炉の中心軸を通る直径方向に走査させ、高炉の直径方向における高炉装入物最表面の形状（プロフィール）を計測する装置である。

特開平１１−１４０５１６号公報 特開２０１０−１７４３７１号公報 特開２０１１−００２２４１号公報 特開２０１１−１４５２３７号公報

しかしながら、スキャン式プロフィールメータを用いたとしても、装入作業終了後において次回の装入作業開始時刻を正確に予測してコントロールしないと、高炉装入物最表面の形状を計測している途中で次なる高炉装入物の装入作業が開始されてしまう。このような場合には、高炉装入物の厚みを正確に計測できないという問題が生じる。

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、高炉装入物最表面の形状を正確に計測することにより、高炉装入物の厚みを正確に計測する方法を提供することにある。

発明者らは鋭意研究開発の結果、高炉装入物最表面の位置を複数タイミングで計測して高炉装入物最表面の降下速度を算出し、当該降下速度に基づいて高炉装入物最表面が予めきめられた基準位置（次回装入を開始する位置）に到達する時刻を算出し、高炉装入物表面のプロフィールを計測開始、終了を制御することで、１回の装入作業での高炉装入物の厚みを正確に計測できることを見出した。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）高炉の直径方向における高炉装入物最表面のプロフィールを計測するスキャン式プロフィールメータを用いて１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測する方法であって、
高炉装入物の装入作業終了から次回装入作業開始までの間に高炉装入物最表面位置の計測装置を用いて高炉装入物最表面位置の計測を複数回行い、当該計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度（以下、「降下速度」という。）を算出し、
前記降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻（以下、「プロフィール計測開始時刻」という。）を算出し、
前記プロフィール計測開始時刻に前記スキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィールの計測（以下、「第１計測」という。）を開始させ、
次なる高炉装入物の装入作業終了時刻に前記スキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測（以下、「第２計測」という。）を開始させ、
第１計測と第２計測の計測結果より１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測することを特徴とする高炉装入物の厚み分布計測方法。
（２）前記プロフィール計測に要する時間は、３０秒〜５０秒であることを特徴とする（１）に記載の高炉装入物の厚み分布計測方法。
（３）前記高炉装入物最表面位置の計測装置は、鎖により鉛直状に吊り下げられた重錐から構成され、前記重錐は高炉装入物最表面上に置かれ、前記鎖の長さに基づいて高炉装入物最表面の位置を計測することを特徴とする（１）又は（２）に記載の高炉装入物の厚み分布計測方法。
（４）上記（１）〜（３）に記載のスキャン式プロフィールメータを用いて１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測する方法において、
高炉装入物の装入作業終了時刻に高炉装入物最表面位置の計測装置の設定を開始し、当該装置の設定完了時刻に高炉装入物最表面位置の計測を開始するステップと、
前記高炉装入物最表面位置の計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度（降下速度）を算出するステップと、
前記降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻（プロフィール計測開始時刻）を算出するステップと、
前記プロフィール計測開始時刻に前記スキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィールの計測（第１計測）を開始させるステップと、
前記第１計測が終了し、かつ、当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達したか経過した場合に、高炉装入物最表面位置の計測装置の退避を開始して当該装置の退避完了時刻に次なる高炉装入物の装入作業を開始し、
当該次なる高炉装入物の装入作業終了時刻に前記スキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測（第２計測）を開始させるステップと、
第１計測と第２計測の計測結果より１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測するステップとを有することを特徴とする高炉装入物の厚み計測方法。

本発明の方法により、高炉装入物の装入作業前後の１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を、スキャン式プロフィールメータにより、該高炉装入物の装入作業に影響されることなく計測することができるという顕著な効果を奏する。

高炉装入物の装入作業の概要図である。 本発明の方法を説明するタイムチャートである。 第１計測と計測開始時のプロフィール（推定）並びに第２計測と計測開始時のプロフィール（推定）を説明する図である。 高炉装入物の厚みを表わした図である。

本発明の実施形態は、高炉の直径方向における高炉装入物最表面のプロフィールを計測するスキャン式プロフィールメータを用いて１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測する方法である。

即ち、高炉装入物の装入作業終了から次回装入作業開始までの間に高炉装入物最表面位置の計測装置を用いて高炉装入物最表面位置の計測を複数回行い、当該計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度を算出し、
前記降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻（プロフィール計測開始時刻）を算出し、
前記プロフィール計測開始時刻に前記スキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィールの計測（第１計測）を開始させ、
次なる高炉装入物の装入作業終了時刻に前記スキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測（第２計測）を開始させ、
第１計測と第２計測の計測結果より１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測することを特徴とする高炉装入物の厚み分布計測方法である。

図１は、高炉装入物の装入作業の概要図である。高炉内に装入する原料は図示しないベルトコンベアにて輸送され、切り替えシュート１により第１ホッパー２ないし第２ホッパー３のいずれかに装入される。このとき、例えば原料の装入された第１ホッパー上部のダンパー（図示せず）は開かれ、第１ホッパー下部のダンパー（図示せず）は閉じられており、原料は第１ホッパーに蓄えられる。

その後、例えば原料の装入された第１ホッパー上部のダンパー（図示せず）を閉じ、第１ホッパー内を炉内圧にまで上昇させた後、第１ホッパー下部のダンパー（図示せず）を開き、集合シュート４を経由して高炉内に原料を装入する。２台のホッパーは交互に使用され、第１ホッパーが使用された後は第２ホッパーが使用される。

高炉内に原料を装入することをダンプといい、ダンプの時間は最長で２分程度である。また、ダンプとダンプとの間隔は最短で３０秒程度である。

（高炉装入物最表面位置の計測装置）
高炉装入物最表面位置は時間の経過とともに時々刻々下降するが、ダンプを行うと、高炉装入物最表面位置は上昇する。また、高炉装入物最表面位置は、高炉装入物最表面位置の計測装置８により計測されている。

高炉装入物最表面位置の計測装置８として通常は、図１に示されるように、鎖９により鉛直状に吊り下げられた重錐１０から構成され、重錐１０は高炉装入物最表面上に置かれ、鎖９の長さに基づいて高炉装入物最表面の位置を計測する。

しかしながら、高炉装入物の装入作業の障害となることから、高炉装入物最表面位置の計測装置８は、当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達したか経過した場合に高炉外への退避を開始し、当該装置の退避完了時刻に高炉装入物の装入が開始される。

また、高炉装入物の装入作業終了時刻に高炉装入物最表面位置の計測装置の重錐を炉内に下降させ、高炉装入物最表面位置に着床させ、高炉装入物最表面位置の計測を開始する。重錐は高炉装入物最表面位置の下降に伴い、追従して下降することで高炉装入物最表面位置を連続的に測定することができる。

（降下速度）
図２は、本発明の方法を説明するタイムチャートである。図２の上段には、高炉装入物最表面位置の計測装置８により計測した高炉装入物最表面の位置のグラフが描かれており、実線１１はダンプ後の高炉装入物最表面位置の推移を示し、点線１２はダンプ中の高炉装入物最表面位置の推移の推定を示している。これは、図２の中段に描かれているようにダンプ中には高炉装入物最表面位置は計測せず、ダンプ終了と同時に高炉装入物最表面位置を計測していることを区別するためである。

降下速度は、図２の上段に描かれた高炉装入物最表面の位置の実線グラフ１１の傾きに相当する。高炉装入物最表面位置の計測装置８により得られる高炉装入物最表面位置の計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度を算出する。降下速度の算出にあたっては、例えば、２つの時刻における高炉装入物最表面位置８の計測値から算出する方法や、３つ以上の時刻における高炉装入物最表面位置８の計測値を基に最小二乗法により求めることができる。

（スキャン式プロフィールメータを用いた高炉装入物最表面のプロフィール計測）
本発明では、高炉の直径方向における高炉装入物最表面のプロフィールを計測するスキャン式プロフィールメータを用いて１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測する。スキャン式プロフィールメータは、高炉内装入物の表面までの距離を測定するマイクロ波距離計を有し、このマイクロ波距離計のマイクロ波放射方向を高炉内装入物の表面において高炉の中心軸を通る直径方向に走査させ、高炉の直径方向における高炉装入物最表面の形状（プロフィール）を計測する装置である。

厚み分布計測の対象となる装入物を装入する前にプロフィール計測を行い（第１計測）、当該装入が完了した後にプロフィール計測を行い（第２計測）、第１計測と第２計測の結果を対比することによって当該装入物の高炉直径方向厚み分布を算出する。

第１計測は、ダンプ開始時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻に開始してダンプ開始前には終了する。第２計測は、前記ダンプの終了時刻に開始してプロフィール計測に要する時間の経過後には終了する。

（プロフィール計測開始時刻）
スキャン式プロフィールメータを用いて１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測するに際しては、第１計測と第２計測との間の間隔はできるだけ短い方が好ましい。第１計測と第２計測との間においても高炉内の状況は時々刻々変化するものであり、降下速度も変動するため、変動要因をできるだけ少なくして厚み分布をより正確に計測するためには、時間間隔が短い方が好ましいからである。そのため、装入前に行う第１計測は、できるかぎり装入開始の直前に完了することが好ましい。しかし従来においては、装入作業終了後において次回の装入作業開始時刻を正確に予測できないため、第１計測の途中で次なる高炉装入物の装入作業が開始されてしまうことがあった。このような場合には、１回の装入作業での高炉装入物の厚みを正確に計測できないという問題が生じる。

ところで前述のとおり、高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達したか経過したときに高炉装入物最表面位置の計測装置８は高炉外への退避を開始し、当該装置の退避完了時刻に高炉装入物の装入が開始される。従って、高炉装入物表面位置が当該基準位置に到達する時刻を正確に予測することができれば、プロフィール計測に要する時間だけ基準時刻よりも早い時刻を算出してプロフィール計測開始時刻とすることにより、次の装入に影響されずに最も遅い時刻に第１計測を行うことができる。

本発明は上記知見によりなされたものであり、現在の高炉装入物表面位置と降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻をまず求める。次に、プロフィール計測に要する時間だけ早い時刻を算出してプロフィール計測開始時刻とする。プロフィール計測に要する時間は３０秒〜５０秒である。望ましくは一瞬であるが、現状の技術では測定精度上、上記時間が必要である。測定時間は測定精度に比例する。

（第１計測）
プロフィール計測開始時刻にスキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィール計測を開始する。上記のように第１計測を開始するので、高炉装入物表面位置が基準位置に到達するのは第１計測が終了したときあるいはその後である。本発明においてより好ましくは、前記第１計測が終了する時刻と、当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達した時刻が同じであり、その時刻に高炉装入物最表面位置の計測装置の退避を開始して当該装置の退避完了時刻に次なる高炉装入物の装入作業を開始する。

（第２計測）
次なる高炉装入物の装入作業終了時刻にスキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測を開始する。当該計測は、ダンプ直後の高炉装入物のプロフィール計測であり、第２計測と称し、この結果を第２計測結果と称する。高炉装入物の装入作業終了時刻にスキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測を開始すると最も好ましい。

（高炉装入物の厚み分布）
第１計測結果と第２計測結果に基づき、１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を算出する。第１計測によって、厚み測定対象の装入物の下端位置が計測されており、第２計測によって厚み測定対象の装入物の上端位置が計測されている。ここにおいて、第１計測のタイミングから第２計測のタイミングの間にも、装入物の下端位置は降下を続けているので、降下についての補正を行う必要がある。降下速度がすでに計測されているので、第１計測と第２計測との時間間隔をΔｔとして、以下のようにして装入物の厚み分布を算出することができる。
高炉装入物の厚み分布
＝第２計測プロフィール分布−（第１計測プロフィール分布−降下速度×Δｔ）

（より具体的な実施の形態）
本発明においてより具体的には、本発明の方法は以下のステップを有すると好ましい。
（Ａ）高炉装入物の装入作業終了時刻に高炉装入物最表面位置の計測装置の設定を開始し、当該装置の設定完了時刻に高炉装入物最表面位置の計測を開始する。
（Ｂ）高炉装入物最表面位置の計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度を算出する。
（Ｃ）前記降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻であるプロフィール計測開始時刻を算出する。
（Ｄ）前記プロフィール計測開始時刻に前記スキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィールの計測である第１計測を開始させる。
（Ｅ）前記第１計測が終了し、かつ、当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達したか経過した場合に、高炉装入物最表面位置の計測装置の退避を開始して当該装置の退避完了時刻に次なる高炉装入物の装入作業を開始する。
（Ｆ）当該次なる高炉装入物の装入作業終了時刻に前記スキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測である第２計測を開始させる。
（Ｇ）第１計測と第２計測の計測結果より高炉装入物の厚みを計測する。

（高炉装入物最表面位置の計測装置）
高炉装入物最表面位置の計測装置として、通常は鎖９により鉛直状に吊り下げられた重錐１０から構成された計測装置を用いている。本発明においては、高炉装入物最表面位置の計測装置としてスキャン式プロフィールメータを用いても良い。装入と装入の間の時間帯にスキャン式プロフィールメータを用いた計測を２回以上行い、２回の計測の時間間隔とプロフィールの差に基づいて、高炉の直径方向ｘの各位置における降下速度を計測することができる。このようにして求めた降下速度を用いることにより、直径方向で降下速度が異なる場合には、１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布をより正確に算出することが可能となる。基準位置に到達する時刻を算出するための降下速度としては鎖９により鉛直状に吊り下げられた重錐１０から構成された計測装置を用い、第１計測と第２計測の計測結果より１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測するする際に用いる降下速度としてはスキャン式プロフィールメータに基づく降下速度としても良い。

本発明の方法を用いた場合と、比較例を用いた場合により１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を算出が良好に行えたか否かを比較した。結果を表１に示す。なお、表１は１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を測定した結果である。

図２に示す本発明の方法を用い場合に第１計測並びに第２計測が良好に行えたか否かを本発明例１ないし本発明例３に示した。算出したプロフィール計測開始時刻に第１計測を開始し、次なる高炉装入物の装入作業終了時刻にスキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測を開始した。本発明例１ないし本発明例３は、プロフィール計測中に高炉装入物の装入作業が実施されることがなく、良好な第１計測並びに第２計測が行われ、また、第１計測と第２計測の時間間隔を最短とすることができたので、良好な高炉装入物厚み分布が算出できた。

図３に、本発明例１で計測した第１計測と第２計測のプロフィールを示している。第１計測、第２計測ともに測定開始から終了までに時間がかかるので、その間にも表面が降下し、プロフィールが傾斜している。降下速度を用いて計測開始時の推定プロフィールを求めた結果が破線である。
高炉装入物の厚み分布
＝第２計測プロフィール分布−（第１計測プロフィール分布−降下速度×Δｔ）
として１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を算出した結果を図４に示す。第１計測と第２計測は同じスキャン方式を用いているので、直径方向のいずれの位置においてもΔｔは同じ値となり、上記式を用いることができた。

本発明の方法を用いなかった場合に第１計測並びに第２計測が良好に行えたか否かを比較例１ないし比較例３に示した。比較例１の場合には、第２計測を行う際にまだ高炉装入物の装入作業が実施されており、良好な高炉装入物厚み分布は算出できなかった。比較例２の場合には、第１計測を行う際にまだ高炉装入物の装入作業が実施されており、良好な高炉装入物厚み分布は算出できなかった。比較例３の場合には、第１計測並びに第２計測を実施している最中に高炉装入物の装入作業が実施されており、良好な高炉装入物厚み分布は算出できなかった。

１：切り替えシュート
２：第１ホッパー
３：第２ホッパー
４：集合シュート
５：炉体
６：高炉装入物最表面形状
７：プロフィールメータ
８：高炉装入物最表面位置の計測装置
９：鎖
１０：重錐
１１：装入作業終了後の高炉装入物最表面の推定位置
１２：装入作業中の高炉装入物最表面の推定位置

Claims (4)

1. 高炉の直径方向における高炉装入物最表面のプロフィールを計測するスキャン式プロフィールメータを用いて１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測する方法であって、
   高炉装入物の装入作業終了から次回装入作業開始までの間に高炉装入物最表面位置の計測装置を用いて高炉装入物最表面位置の計測を複数回行い、当該計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度（以下、「降下速度」という。）を算出し、
   前記降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻（以下、「プロフィール計測開始時刻」という。）を算出し、
   前記プロフィール計測開始時刻に前記スキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィールの計測（以下、「第１計測」という。）を開始させ、
   次なる高炉装入物の装入作業終了時刻に前記スキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測（以下、「第２計測」という。）を開始させ、
   第１計測と第２計測の計測結果より１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測することを特徴とする高炉装入物の厚み分布計測方法。
2. 前記プロフィール計測に要する時間は、３０秒〜５０秒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厚み分布計測方法。
3. 前記高炉装入物最表面位置の計測装置は、鎖により鉛直状に吊り下げられた重錐から構成され、前記重錐は高炉装入物最表面上に置かれ、前記鎖の長さに基づいて高炉装入物最表面の位置を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉装入物の厚み分布計測方法。
4. 高炉装入物の装入作業終了時刻に高炉装入物最表面位置の計測装置の設定を開始し、当該装置の設定完了時刻に高炉装入物最表面位置の計測を開始するステップと、
   前記高炉装入物最表面位置の計測値を基に高炉装入物最表面位置の降下速度（降下速度）を算出するステップと、
   前記降下速度に基づいて当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達する時刻よりプロフィール計測に要する時間だけ早い時刻（プロフィール計測開始時刻）を算出するステップと、
   前記プロフィール計測開始時刻に前記スキャン式プロフィールメータにより高炉装入物のプロフィールの計測（第１計測）を開始させるステップと、
   前記第１計測が終了し、かつ、当該高炉装入物表面位置が予め定められた基準位置に到達したか経過した場合に、高炉装入物最表面位置の計測装置の退避を開始して当該装置の退避完了時刻に次なる高炉装入物の装入作業を開始し、
   当該次なる高炉装入物の装入作業終了時刻に前記スキャン式プロフィールメータによる高炉装入物のプロフィール計測（第２計測）を開始させるステップと、
   第１計測と第２計測の計測結果より１回の装入作業での高炉装入物の厚み分布を計測するステップとを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高炉装入物の厚み分布計測方法。

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