JP6533938B2 - 高炉内装入物の表面検出装置における粉塵付着状況の検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の外に設置された伝搬部に検出波を伝搬させるとともに、検出波を反射手段により高炉内部に送り送受信を行う方式の表面検出装置において、伝搬部の内部に存在する部品への粉塵の付着状況を検知する方法に関する。

高炉では、コークスや鉄鉱石等の装入物の堆積量を測定したり、表面プロフィールを測定して装入物の堆積状態を最適化することが行われている。このような表面検出装置として、例えば特許文献１に記載されているように、先端に反射板を備えたランスを炉内に挿入し、ランスを水平移動させながら検出波の送受信を行って、装入物の表面を走査して表面プロフィールを検知する表面検出装置が使用されている。

しかし、ランスを備える表面検出装置では、ランスを移動させるために炉外に広い空間が必要になり、また炉内の高温によりランスが湾曲してランスの水平移動に支障を来す等の問題がある。そこで、特許文献２に記載されている表面検出装置では、高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に耐圧容器を取り付け、容器内に反射手段や送受信手段に直結するアンテナを収容し、送受信手段からの検出波を反射手段で反射して開口部を通じて高炉の内部へと送り、炉内の装入物で反射された検出波を再度反射手段で反射して送受信手段へと送るとともに、反射手段の反射角度を変えることにより装入物の表面を走査して表面プロフィールを測定している。

また、本出願人も先に、特許文献３において、高炉の炉頂近傍に設けた開口部の直上に連続して管体を取り付け、管体の一端に開口部と対向して反射手段を設置し、他端に送受信手段に直結するアンテナを設置し、送受信手段からの検出波を反射手段で反射して開口部を通じて高炉の内部へと送り、炉内の装入物で反射された検出波を再度反射手段で反射して送受信手段へと送るとともに、反射手段の反射角度を変えることにより装入物の表面を走査して表面プロフィールを測定している。

特開２００２−１１５００８号公報 特開２０１１−１４５２３７号公報 特開２０１４−１９６９９２号公報

高炉からは、開口部を通じて炉内から鉄鉱石片やコークス片、粉塵等が侵入するため、特許文献２では、開口部と反射手段との間を、検出波を透過する材料からなる通気性耐熱ボードで塞ぐとともに、耐圧容器内に不活性ガスを供給して通気性耐熱ボードの通気孔から噴き出している。また、特許文献３では、管体の内部において、反射手段とアンテナとの間に、反射手段に近い側から順に、検出波を透過する耐熱材料からなる通気性の隔壁と、検出波を透過する耐熱材料からなる非通気性の隔壁とを設置するとともに、両隔壁との間に形成された空間に不活性ガスを供給し、通気性の隔壁の通気孔から不活性ガスを噴き出している。

しかしながら、通気性耐熱ボードや通気性の隔壁の通気孔よりも小さい粉塵が耐圧容器や管体の内部に侵入することを完全に防ぐことはできず、通気性耐熱ボードや通気性の隔壁が目詰まりを起こす。また、特許文献２でが、アンテナと反射手段との間に隔壁を設けることもあり（公報の図５参照）、その場合はこの隔壁に粉塵が付着する。特許文献３でも、非通気性の隔壁に粉塵が付着する。尚、目詰まりも、粉塵が通気孔に付着して起こる現象であるため、以降の説明では目詰まりも含めて「付着」という。

通気性耐熱ボードや通気性の隔壁、非通気性の隔壁は、検出波の伝搬経路上にあるため、粉塵の付着量が増すと、検出波の受信強度が低下して検出条件が悪化する。粉塵の発生は、コークスや鉄鉱石の種類（組成）や大きさ、装入量、炉内の温度や圧力等により変化するため、必ずしも粉塵の付着量が高炉の操業時間に比例して増加するとは限らず、定期点検時に通気性耐熱ボードや通気性の隔壁、非通気性の隔壁を交換したとしても、次の定期点検までの間に粉塵の付着量が急に多くなって、送受信ができなくなるおそれもある。従来では、高炉の操業中に粉塵の付着状況を検知することができず、定期点検以外であっても、送受信ができなって高炉の操業を停止しなければならないこともあり、生産計画に狂いが生じる。

尚、特許文献３では、管体の反射手段の直上に窓を設け、反射手段を１８０°回動させて反射面を窓に向けることにより反射面への粉塵の付着状況を観察しているが、通気性の隔壁や非通気性の隔壁への粉塵の付着状況を数値的に検知することはできない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、高炉の外に設置された伝搬部に検出波を伝搬させるとともに、伝搬部の内部に設置した反射手段により検出波を高炉内部に送って送受信を行う方式の表面検出装置において、伝搬部内の伝搬経路上に設置された部材への粉塵の付着状況を、装置を分解することなく簡便に、かつ正確に検知することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、高炉の開口部に接続した伝搬部に送受信手段からの検出波を伝搬させるとともに、伝搬部内に設置した反射手段により開口部を通じて炉内に検出波を送り、炉内の装入物の表面で反射された検出波を反射手段で反射して伝搬部を伝搬させて送受信手段に送り、送受信手段で検波して装入物の表面までの距離や表面のプロフィールを検出する表面検出装置における、伝搬部の伝搬経路上に設置された部品への高炉内からの粉塵の付着状況を検知する方法であって、表面検出装置の取り付け時に、反射手段の反射面を高炉の開口部以外の方向に向けて回動させて伝搬部の内壁との間で検出波の送受信を行い、初期受信強度を測定し、所定時間間隔で、表面検出装置の取り付け時と同一の測定条件にて、それぞれの時期における受信強度を測定して初期受信強度からの減衰量を求め、減衰量が予め設定した閾値以上になった時期を基に、伝搬経路上の部材の交換時期や清掃時期を決定することを特徴とする高炉内装入物の表面検出装置における粉塵付着状況の検知方法を提供する。

本発明の粉塵付着状況の検知方法では、表面検出装置の取り付け時に伝搬部の内壁との間で測定した初期受信強度と、所定時間経過後の時期に同条件にて測定した受信強度とを比較する。そして、受信信号の初期受信強度からの減衰量を求め、予め規定した閾値よりもかなり小さい場合にはそのまま高炉の操業を続けてもよいと判断し、閾値以上になった場合は部品の交換時期が近いとして交換時期の決定に反映させることができる。

高炉装入物の表面検出装置の一例を示す要部断面図である。 高炉の開口部と管体との連結部分を、反射面と対向する側から見た断面図である。 粉塵の付着状況を確信するための送受信方法を説明するための図である。 高炉装入物の表面検出装置の他の例を示す要部断面図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明の粉塵付着状況の検知方法（以下「本検知方法」ともいう。）は、高炉の開口部に接続する伝搬部に検出波を伝搬させ、伝搬部内に設置した反射手段を用いて検出波を炉内に送って炉内との送受信を行う構成の表面検出装置を対象にする。このような表面検出装置として、例えば特許文献３に記載されている表面検出装置を例示することができる。

即ち、図１に示すように、高炉１００の頂部近傍には開口部１０１が開口しており、この開口部１０１に表面検出装置１の管体３０の連結部３２が連結される。連結部３２の直上空間３１には反射手段２０が収容されており、反射手段２０の反射面２０ａと対向して、管体３０の他端にはアンテナ１１が設置されている。アンテナ１１には、導波管１２を介してマイクロ波やミリ波（以下、総称して「検出波」）の送受信手段１０が接続されており、アンテナ１１から送信された検出波は管体３０の内部を伝搬し、反射手段２０の反射面２０ａで反射されて開口部１０１を通じて炉内へと送られる。管体３０が伝搬部に相当し、アンテナ１１から反射面２０ａを通り、炉内へと続く伝搬経路が形成される。

また、管体３０の内部には、反射手段２０の反射面２０ａと対向して通気性の隔壁４０が配設され、通気性の隔壁４０とアンテナ１１との間に非通気性の隔壁４１が配設されている。尚、通気性の隔壁４０及び非通気性の隔壁４１が、伝搬経路上の部材に相当する。そして、両隔壁４０、４１で区画された空間に、ガス供給口５０から窒素ガス等の不活性ガスが高圧で供給される。

非通気性の隔壁４１は、検出波を透過し、更には耐熱性を有し、高圧の不活性ガスに耐え得る機械的強度を有する材料で形成され、例えばセラミックス製とすることができる。但し、セラミックスの種類によっては、若干ではあるが検出波を反射するものがあり、アンテナ１１に近すぎたり、検出波の送信強度が低い場合にはノイズとなることがある。そこで、図示されるように、非通気性の隔壁４１を、アンテナ１１に対して傾斜させることが好ましい。

通気性の隔壁４０は、ポーラスセラミックス製とする他に、セラミックス繊維やガラス繊維等からなる通気性織物を用いることができる。

また、管体３０の連結部３２と、高炉１００の開口部１０１との連結部分には、仕切弁１１０が介在しており、測定時には開状態となり、非測定時には閉状態となる。

このように構成される表面検出装置１は、測定時には、図示されるように、アンテナ１１を通じて送受信手段１０から送信された検出波（Ｍｓ）は、非通気性の隔壁４１及び通気性の隔壁４０を透過して反射手段２０の反射面２０ａで反射され、連結部３２を通って高炉１００の開口部１０１から炉内に入射する。そして、送信検出波Ｍｓは、炉内に堆積している装入物である鉄鉱石やコークス（図示せず）の表面で反射され、その反射波（Ｍｒ）が開口部１０１を通じて反射手段２０へと進み、反射面２０ａで反射された後、通気性の隔壁４０及び非通気性の隔壁４１を透過してアンテナ１１で受信され、送受信手段１０で検波される。そして、送受信手段１０では受信信号を演算装置（図示せず）に送り、演算装置で検出波の送受信結果を基に炉内の装入物までの距離を求める。

また、モータ７０により反射手段２０の反射面２０ａを、検出波の伝搬軸と垂直な方向に回動させることもできる。反射面２０ａを回動させることにより、図２に示すように、回動方向に沿って検出波を送信することができ、炉内の装入物の表面を線状に走査して表面のプロフィールを検知することができる。尚、同図に示すように、管体３０の連結部３２を、反射面２０ａの回動角度θ（振り幅）に対応して高炉側に漸次拡径する扇形に形成して開口部１０１の側壁が送受信の妨げにならないようにする。

更に、管体３０の反射手段２０の周囲の適所、例えば反射面２０aの直上部分に窓８０を形成し、反射手段２０を１８０°回動させて反射面２０ａを窓８０に対面させることにより、反射面２０ａへの粉塵の付着状況を観察することもできる。

上記の表面検出装置１では、測定時に、ガス供給口５０から通気性の隔壁４０と非通気性の隔壁４１との間の空間に高圧の不活性ガスを供給し、通気性の隔壁４０の通気孔から噴出させることにより、通気性の隔壁４０のや、非通気性の隔壁４１の隔壁４０側の面４１ａへの粉塵の付着を防いでいる。しかし、このような粉塵の付着を完全に防ぐことは不可能であり、実際には高炉の操業とともに粉塵の付着量が増加する。

そこで本検知方法では、装置取り付け時に、図３に示すように、反射手段２０の反射面２０ａが高炉１００の開口部１０１とは異なる方向を向くように、反射手段２０を回動させ、その回動位置にて検出波の送受信を行う。この反射手段２０の回動により、反射面２０ａは管体３０の内壁３０ａと対向し、内壁３０ａとの間で送受信を行うことになる。そして、その時の受信強度を初期受信強度とする。尚、反射面２０ａは、図示のように開口部１０１の中心に対して９０°の位置である必要はなく、管体３０の内壁３０ａと対向する位置であれば、反射手段２０の回動角度は不問である。例えば、反射面２０ａが開口部１０１と対向する内壁３０ａ（図３において内壁３０ａの天井部分）を向くように、反射手段２０を１８０°回動させてもよい。尚、窓８０を形成する場合は、反射手段２０を１８０°回動させると反射面２０ａが窓８０と対向して送受信ができなくなるため、窓８０以外の内壁３０ａとの間に回動角度を調整する。

その後、高炉の操業を行いつつ所定時間間隔で装置取り付け時と同一の測定条件、即ち検出波の出力及び反射手段２０の回動角度を同じにして管体３０の内壁３０ａとの間で送受信を行い、それぞれの測定時期での受信強度を測定し、初期受信強度からの減衰量を求める。この送受信では、検出波は非通気性の隔壁４１及び通気性の隔壁４０しか透過しないため、両隔壁４１、４０及び反射面２０ａへの粉塵の付着量に応じて受信強度が減衰する。

そして、減衰量が、予め設定した閾値以上になった時期を、通気性の隔壁４０や非通気性の隔壁４１や反射面２０ａへの粉塵の付着量が多く、交換時期や清掃時期が近いと判断し、交換時期や清掃時期の決定に反映させる。尚、閾値は、安全率を考慮して決定されるが、受信強度が初期受信強度の７０％（減衰率で３０％）程度が適当である。

また、図４に示すような構成の表面検出装置も知られている。尚、図４に示す表面検出装置は、特許文献２の図５に相当する。図示される表面検出装置は、高炉１００の開口部１０１に、仕切弁１１０を介して耐圧容器１２０が設置されており、耐圧容器１２０の内部に反射手段２０とアンテナ１１とを対向配置するとともに、アンテナ１１と反射手段２０との間を、検出波を透過する材料からなる隔壁１２２で仕切っている。アンテナ１１には、耐圧容器１２０の外部に導波管１２を介して送受信手段１０が接続しており、反射手段２０はモータ７０により回動される。送受信手段１０からの検出波は、アンテナ１１から送信され、反射手段２０で反射されて開口部１０１を通じて高炉１００の内部へと送られ（Ｍｓ）、装入物で反射された検出波（Ｍｒ）は反射手段２０で反射されてアンテナ１１で受信され、送受信手段１０で検波される。その際、反射手段２０をモータ７０で回動させることにより、検出波Ｍｓが紙面の前後方向に振られて装入物の表面を走査する。尚、この表面面出装置では、検出波が耐圧容器１２０の内部を伝搬するため、耐圧容器１２０が伝搬部に相当する。

また、耐圧容器１２０の反射手段２０の収容部１２３には、ガス供給口５０から不活性ガスが供給され、通気性耐熱ボード１２１から不活性ガスを噴出させて粉塵の耐圧容器１２０への侵入を防いでいる。しかし、通気性耐熱ボード１２１の目詰まりや、侵入した粉塵が隔壁１２２の反射手段側表面１２２ａに付着するのを完全に防ぐことができず、検出波の受信強度を低下させる。

そこで、上記と同様に、反射手段２０を回動させ、反射面２０ａを耐圧容器１２０の高炉１００の開口部１０１以外の面（側面や天井面）に向けた状態で検出波の送受信を行う。そして、装置取り付け時の受信強度と比較し、その減衰量から通気性耐熱ボード１２１や隔壁１２２の反射手段側表面１２２ａへの粉塵の付着状況を推察する。

このように、高炉１００の炉外に設置された伝搬部（管体３０や耐圧容器１２０）に検出波を伝搬させるとともに、検出波を反射手段２０により炉内に送り送受信を行う方式の表面検出装置１であれば、装置取り付け時及び所定時間間隔で、高炉１００の開口部１０１以外の伝搬部内壁との間で送受信を行うという簡単な操作により、検出波の伝搬経路に配置された非通気性の隔壁４１や通気性の隔壁４０、反射面２０ａ、通気性耐熱ボード１２１、隔壁１２２等の部材への粉塵の付着状況を、装置を分解することなく正確に検知することができる。

尚、上記の表面検出装置は、反射面を１方向に回動させて検出波を装入物の表面を線状に走査する構成であるが、反射面を２方向に回動させて検出波を挿入物の表面を面状に走査する構成の表面検出装置においても、同様に、高炉の開口部以外の伝搬路内壁との間で送受信をするだけで、伝搬経路上に配置された部材への粉塵の付着状況を正確に検知することができる。

また、アンテナと反射板とを連結し、アンテナを検出波の伝搬軸を中心に回動させることにより、反射面も同方向に回動させる方式の表面検出装置にも適用可能である。このような表面検出装置でも、表面検出装置を高炉の外に設置し、高炉の開口部に通気性耐熱ボードを設置している。また、アンテナに円筒状の部材を取り付け、その先端の一部に反射板を固定して、円筒状の部材の開口を通気性の隔壁や非通気性の隔壁で塞ぐことも行われている。そのため、通気性耐熱ボードや両隔壁に粉塵が付着するため、上記と同様にしてアンテナを開口部以外の方向に向けて送受信を行い、その受信強度から付着状況を求めることができる。

１ 検出装置
１０ 送受信手段
１１ アンテナ
１２ 導波管
２０ 反射手段
３０ 管体
４０ 通気性の隔壁
４１ 非通気性の隔壁
７０ モータ
１００ 高炉
１０１ 開口部
１２０ 耐圧容器
１２１ 通気性耐熱ボード
１２２ 隔壁

Claims (1)

1. 高炉の開口部に接続した伝搬部に送受信手段からの検出波を伝搬させるとともに、伝搬部内に設置した反射手段により開口部を通じて炉内に検出波を送り、炉内の装入物の表面で反射された検出波を反射手段で反射して伝搬部を伝搬させて送受信手段に送り、送受信手段で検波して装入物の表面までの距離や表面のプロフィールを検出する表面検出装置における、伝搬部の伝搬経路上に設置された部品への高炉内からの粉塵の付着状況を検知する方法であって、
   表面検出装置の取り付け時に、反射手段の反射面を高炉の開口部以外の方向に向けて回動させて伝搬部の内壁との間で検出波の送受信を行い、初期受信強度を測定し、
   所定時間間隔で、表面検出装置の取り付け時と同一の測定条件にて、それぞれの時期における受信強度を測定して初期受信強度からの減衰量を求め、
   減衰量が予め設定した閾値以上になった時期を基に、伝搬経路上の部材の交換時期や清掃時期を決定することを特徴とする高炉内装入物の表面検出装置における粉塵付着状況の検知方法。

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