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WO2019168139A1 - 高炉装入物の表面検出装置 - Google Patents

高炉装入物の表面検出装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019168139A1
WO2019168139A1 PCT/JP2019/007968 JP2019007968W WO2019168139A1 WO 2019168139 A1 WO2019168139 A1 WO 2019168139A1 JP 2019007968 W JP2019007968 W JP 2019007968W WO 2019168139 A1 WO2019168139 A1 WO 2019168139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
furnace
opening
reflector
antenna
blast furnace
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/007968
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
早衛 萱野
憲二 黒瀬
Original Assignee
株式会社Ｗａｄｅｃｏ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ｗａｄｅｃｏ filed Critical 株式会社Ｗａｄｅｃｏ
Publication of WO2019168139A1 publication Critical patent/WO2019168139A1/ja

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/24—Test rods or other checking devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangement of monitoring devices; Arrangement of safety devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/04—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures

Definitions

  • the present invention transmits detection waves such as microwaves and millimeter waves into the blast furnace, receives detection waves reflected in the iron ore and coke deposited in the furnace, and
  • the present invention relates to an apparatus for detecting a surface profile.
  • a detection wave is transmitted to the surface of the iron ore and coke (transmitted wave) and reflected by the iron ore and coke.
  • the detected wave (reflected wave) is received, and the distance to the iron ore and coke and the profile of the surface are detected from the time difference between the transmitted wave and the reflected wave.
  • a microwave or a millimeter wave is used because it can be used at a high temperature and is not easily affected by suspended matter or water vapor in the furnace.
  • a long lance having an open end and an antenna (not shown) for transmitting microwaves at the other end is provided.
  • 30 is inserted from the insertion port 2 of the blast furnace 1 and microwaves are transmitted / received (symbol M) through the opening 31 at the tip while moving the lance 30 linearly in the direction of arrow F.
  • symbol M transmitted / received
  • the lance 30 in the above method, only a linear surface profile along the moving direction of the lance 30 can be obtained. Moreover, the lance 30 must be moved over the inner diameter of the blast furnace 1, and measurement takes time. Furthermore, the lance 30 is a long object, and if it is inserted into the furnace for a long time, the lance 30 is bent by its own weight, and in addition to the decrease in measurement accuracy, there is a risk of hindering the insertion operation and movement operation into the furnace. There is also.
  • the blast furnace 1 is supplied with iron ore 7a and coke 7b from the top of the furnace to the shooter 10, and when the shooter 10 turns in the R direction in the figure, the iron ore 7a and coke 7b are moved around the furnace wall. Sent and deposited in the furnace in a roughly inverted bell shape.
  • the surface detection device 40 includes a cylindrical guide portion 41, and a furnace inner end portion of the guide portion 41 is partially cut away to form an opening 42.
  • a reflective plate 43 is installed in the opening 42.
  • a crank mechanism 44 is connected to the reflection plate 43, and the inclination angle of the reflection surface of the reflection plate 43 is rotated in the X direction in the drawing by moving the piston rod 45 back and forth in the left and right direction in the drawing.
  • the piston rod 45 is moved back and forth by rotating the motor 47 with the rack gear 46 at the outer end of the piston rod 45 meshing with the gear teeth of the motor 47.
  • an antenna 48 is installed at the furnace outer end of the guide portion 41, and the antenna 48 and the reflection plate 43 face each other.
  • a transmission / reception means 49 for the detection wave M is connected to the antenna 48. Further, gear teeth 50 are formed on the outer peripheral surface of the guide portion 41, and the gear teeth of the motor 51 are engaged with the gear teeth 50.
  • the guide portion 41 is centered on its axis. Rotate. Accordingly, the reflecting plate 43 also rotates in the same direction, that is, the Y direction in the drawing.
  • the detection wave M transmitted from the opening 42 into the furnace is mounted by combining both rotations.
  • the surface of the charge 7 can be scanned linearly or planarly, and the linear or planar surface profile of the charge 7 can be detected.
  • the guide portion 41 Since many floating substances exist in the furnace and enter the apparatus through the opening 42, an inert gas such as nitrogen gas is supplied into the apparatus to prevent the invasion of floating substances.
  • an inert gas such as nitrogen gas is supplied into the apparatus to prevent the invasion of floating substances.
  • the guide portion 41 In order to rotate the reflecting plate 43 in the Y direction, the guide portion 41 must be rotated. In order to prevent gas leakage, the gap between the guide portion 41 and the insertion hole 2 of the blast furnace 1 is sealed with a gland packing 52. There is a need. However, the gland packing 52 has a large diameter in accordance with the outer diameter of the guide portion 41.
  • the guide part 41 is moved to the inside of the furnace so that the opening part 42 of the guide part 41 protrudes into the furnace at the time of measurement, and the opening part 42 is positioned outside the furnace than the gate valve 53 at the time of non-measurement or standby. Since the guide part 41 is moved to the outside of the furnace, a high load is also applied to a motor (not shown) for moving the guide part 41.
  • the entire apparatus including the guide portion 41 needs to be extracted from the insertion port 2, which requires labor for maintenance work.
  • the present invention has been made in view of such a situation, it is possible to reduce the diameter of the sealing material for preventing gas leakage, rotate the reflecting plate, or reduce the load on the motor for moving the entire apparatus,
  • An object of the present invention is to provide a surface detection device that can be easily maintained.
  • the present invention provides the following blast furnace charge surface detection apparatus.
  • a device that transmits a detection wave to the surface of a charge such as iron ore or coke deposited in a blast furnace and receives the reflected wave to detect the surface profile of the charge. Because A part of the inner end of the furnace is inserted into the insertion hole provided in the side wall of the blast furnace so as to protrude into the furnace, and a part of the surface of the protruding part facing the charge is notched.
  • an outer member in which an opening for transmission is formed and the outer end of the furnace is closed with a plate material
  • An inner member disposed inside the outer member so as to be movable in the longitudinal direction of the outer member, an inner end portion of the furnace being opened, and an outer end portion of the furnace being closed with a plate material
  • the outer member includes an antenna opening formed at an opening at a predetermined distance from the furnace inner end, an antenna attached to the antenna opening, and a detection wave transmission / reception connected to the antenna.
  • the inner member includes a detection wave guide opening facing the antenna, and a movable reflector supported so that an inclination angle toward the transmission opening is variable at an opening of the furnace inner end.
  • a fixed reflector that is positioned immediately below the detection wave guide opening and has a reflection angle fixed so as to face the antenna and the movable reflector, and the movable reflector has a variable inclination angle.
  • a reflector tilt angle variable means for making the reflector and a reflector rotating means for rotating around the reflection surface center point, At the time of measurement, the inner member is moved so that the movable reflecting plate faces the transmission opening, and the detection wave from the detection wave transmitting / receiving means is transmitted from the antenna, and the detection wave The light is sent to the fixed reflecting plate through the guide opening, reflected by the fixed reflecting plate and sent to the movable reflecting plate, and the detecting means is configured to cooperate with the reflecting plate tilt angle varying means and the reflecting plate rotating means.
  • the reflecting plate tilt angle varying means and the reflecting plate rotating means have a double tube structure shaft that penetrates the plate member of the outer member and reaches the plate member of the inner member, and The inner end portion of the outer shaft of the shaft is attached to the plate member of the inner member, and the outer end portion of the furnace is connected to a driving source of the reflecting plate rotating means, and the driving source rotates around the axis of the outer shaft. And the movable reflector together with the inner member is rotated in the same direction.
  • the inner shaft of the shaft is movable in the longitudinal direction of the outer shaft, and the inner end of the furnace is connected to a crank mechanism that penetrates the plate of the inner member and is connected to the movable reflector.
  • the outer end of the furnace is connected to the drive source of the reflector inclination angle varying means, and the movable reflection is performed via the crank mechanism by moving the inner shaft in the longitudinal direction of the outer shaft by the drive source.
  • the inner member is configured by connecting the arc-shaped plate member and the plate member with a plurality of bar members, with the furnace inner end portion being an arc-shaped plate member and the furnace outer end portion being the plate member.
  • the surface detection device for a blast furnace charge according to (1) or (2) wherein the detection wave guide opening is formed by the two rods closest to the antenna. .
  • the surface detection apparatus for a blast furnace charge according to (4) above wherein a part of the bar is connected to a crank mechanism and functions as the reflector inclination angle varying means.
  • a first guide member is provided on the outer peripheral surface of the intermediate member, and a second guide member that engages with the first guide member is provided on the inner peripheral surface of the outer member; (1) to (5), wherein the inner member is moved in the same direction as the intermediate member by moving the first guide member along the second guide member by a moving means.
  • One end is attached to the plate member of the inner member, the other end is opened, and a partition member that closes the space between the intermediate member and the outer member is provided, and the first space is provided in the inner space of the partition member.
  • the fixed reflector is attached to a fixed member extending toward the inner member from the antenna or the antenna opening or attached to an inner peripheral surface of the inner member.
  • the load on the drive motor can be reduced. Further, the seal member for preventing leakage of the purge gas can be reduced in diameter. Furthermore, the maintenance work can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a state in which the surface detection device of the present invention is attached to a blast furnace, and shows the time of measurement.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the surface detection apparatus during measurement.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the axis of the inner member of FIG. 4 is a cross-sectional view at position A in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the surface detection device during non-measurement.
  • FIG. 6 is a view showing another embodiment of the surface detection apparatus of the present invention, and is a cross-sectional view showing the periphery of the fixed reflector according to FIG. FIG.
  • FIG. 7A is a view showing still another embodiment of the surface detection apparatus of the present invention, and is a cross-sectional view showing the periphery of the fixed reflector according to FIG. 7B is a cross-sectional view of FIG. 7A according to FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the inner member.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a state in which the surface detection device of the present invention is attached to a blast furnace having a large bell.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a conventional surface detection apparatus using a lance.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the surface detection device of Patent Document 1. As shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a state in which the surface detection device of the present invention is attached to a blast furnace, and shows the time of measurement.
  • 2 is a cross-sectional view showing details of the surface detection device at the time of measurement
  • FIG. 3 is a cross-sectional view along the axis of the inner member in FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view at position A in FIG. is there.
  • charge 7 iron ore 7 a and coke 7 b (hereinafter collectively referred to as “charge 7”) charged from the top of the blast furnace 1 are sent to the shooter 10.
  • the charge 7 is dropped to a predetermined position in the furnace from the charging port 11 in conjunction with the turning to the V and the pendulum movement in the V direction.
  • the charge 7 is deposited in the furnace so as to exhibit a substantially inverted bell-shaped cross section.
  • the surface detection device 100 has a double structure of an outer member 110 and an inner member 150, and the inner member 150 is horizontal in the longitudinal direction of the outer member 110 (the left-right direction in the drawing). It is possible to move.
  • the outer material 110 is a tubular body in which the furnace inner end (the left end in the figure) and the furnace outer end (the right end in the figure) are closed with a plate material 115, and the furnace inner end is in the furnace. It is inserted through an insertion port 2 formed on the side surface of the blast furnace 1 so as to protrude. Further, the portion of the outer member 110 protruding into the furnace is partially cut away from the bottom surface facing the charge 7 in the furnace, and the detection wave M (microwave or millimeter wave) is introduced into the furnace. A transmission opening 111 for transmitting is formed.
  • An upper surface of a position (a substantially central portion in the longitudinal direction in the figure) that is a predetermined distance away from the furnace inner end is open, and an antenna 120 is attached to the opening perpendicular to the outer member 110. Is connected to the detection wave transmitting / receiving means 130. In the following description, this opening is referred to as “antenna opening 121”.
  • the antenna 120 is a lens-equipped horn antenna with a lens in front of the antenna surface in the example shown in the figure. Thereby, the directivity of the detection wave M increases, and the horn length (projection length) can be shortened.
  • the antenna 120 can of course have other structures.
  • the antenna opening 121 can also be closed with a material that can transmit the detection wave M, such as a ceramic board (heat insulating material) or a breathable filter made of a ceramic woven fabric.
  • a ceramic woven fabric “Tyranno Fiber” manufactured by Ube Industries, Ltd. can be used.
  • the Tyranno fiber is a fiber made of silicon, titanium or zirconium, carbon, and oxygen, and a densely knitted fiber is used as a ceramic woven fabric. In the case where a ceramic woven fabric is used, dust can be prevented from adhering by supplying an inert gas to the housing that houses the antenna 120 and ejecting it from the ceramic woven fabric.
  • the inner member 150 is a tubular body that is open at the furnace inner end and closed at the furnace outer end by a plate member 155. Further, as shown in FIG. 4, a slit 152 is formed along the longitudinal direction on the surface of the outer member 110 facing the antenna opening 121. The slit 152 functions as a “detection wave guide opening” for introducing the detection wave M from the antenna 120 into the inner member 150.
  • a reflector 180 is installed immediately below the slit 152.
  • the reflection plate 180 is inclined by 45 ° so that its reflection surface faces the slit 152 and the opening 151 at the inner end of the furnace, and is attached via a fixing member 181.
  • the reflecting plate 180 is referred to as a “fixed reflecting plate 180”.
  • the reflecting surface of the fixed reflector 180 is the same as the antenna surface of the antenna 120 of the outer member 110 or has a larger diameter than the antenna surface.
  • the width of the slit 152 is set to be larger than the diameter of the antenna surface of the antenna 120.
  • the inner member 150 rotates in the Y direction about the axis along with the movable reflector 170. With the rotation, one end of the inner member 150 on the slit 152 side moves toward the antenna opening 121. Therefore, it is preferable that the inner member 150 has a substantially semi-cylindrical shape so that the inner member 150 and the antenna opening 121 do not overlap. As a result, the width of the slit 152 becomes substantially the same as the diameter of the inner member 150, and even if the inner member 150 is rotated, it does not overlap with the antenna opening 121.
  • a pair of support members 160 and 160 are attached to the inner member 150 so as to protrude from the opening 151, and the reflection plate 170 is supported by the support members 160 and 160.
  • the reflecting plate 170 is an elliptical plate in the illustrated example, but may be a circular plate.
  • Protruding support shafts 171 and 171 are provided at both ends of the short diameter of the reflecting plate 170 (both ends of the diameter in the case of a disc), and the support shafts 171 and 171 are rotatable with respect to the support members 160 and 160. It is supported. That is, the reflector 170 is supported by the support members 160 and 160 so as to rotate around the short diameter portion so that the inclination angle to the transmission opening 111 can be changed. 170 is referred to as “movable reflector 170”.
  • a shaft 190 having a double pipe structure constituted by an outer shaft 191 and an inner shaft 192 is inserted through the plate member 115 at the outer end of the outer member 110.
  • a driving source 200 is connected to the outer end of the outer shaft 191 constituting the shaft 190, and a driving source 230 is connected to the outer end of the inner shaft 192.
  • a gap between the outer shaft 191 and the inner shaft 192 is sealed with a gland packing 250.
  • the furnace inner end of the outer shaft 191 is attached to a flange 156 provided on the plate member 155 of the inner member 150. Further, gear teeth 193 are attached to the outer peripheral surface of the portion of the outer shaft 191 that extends from the plate material 115 to the outside of the furnace, and meshes with the gear teeth of the motor serving as the drive source 200. Therefore, when the motor of the drive source 200 is operated, the rotation of the motor is transmitted to the gear teeth 193 of the outer shaft 191 and the outer shaft 191 rotates about its axis.
  • the inner member 150 Since the movable reflector 170 is supported by the support member 160 of the inner member 150, the inner member 150 also rotates in the same direction along with the outer shaft 191, and the movable reflector 170 also rotates in the same direction, that is, the Y direction. To do.
  • the furnace inner end of the inner shaft 192 passes through the plate member 155 of the inner member 150 and is attached to the inner shaft receiving plate 195.
  • the inner shaft receiving plate 195 faces the fixed reflecting plate 180 at a position away from the fixed reflecting plate 180 by a predetermined distance.
  • the surface of the inner shaft receiving plate 195 on the fixed reflecting plate side is continuous with the hanging portion 211 facing the charging material side and the lower end of the hanging portion 211, and between the fixed reflecting plate 180 and the inner wall of the inner member 150.
  • a connecting member 210 including a horizontal portion 212 extending toward the movable reflecting plate 170 through the space and a standing portion 213 that continues to the tip of the horizontal portion 212 and faces the movable reflecting plate 170 is connected.
  • the tip of the upright portion 213 of the connecting member 210 is connected to the support shafts 171 and 171 of the movable reflector 170 via the crank mechanism 220.
  • the crank mechanism 220 includes a rod-shaped first member 221 that is rotatably connected to the standing portion 213 of the connecting member 210, and a rod-shaped second member 222 that is rotatably connected to the first member 221.
  • the second member 222 is rotatably connected to the support shafts 171 and 171 of the movable reflecting plate 170. Accordingly, by horizontally moving the horizontal portion 212 of the connecting member 210 to the inside and outside of the furnace, the inclination angle of the movable reflector 170 with respect to the transmission opening 111 can be changed via the crank mechanism 220.
  • a rack gear 194 is formed at the outer end of the inner shaft 192 and meshes with the gear teeth of the motor serving as the drive source 230. Since the inner shaft 192 is connected to the connecting member 210, when the motor of the drive source 230 is operated, the rotation of the motor is transmitted to the rack gear 194 of the inner shaft 192, and the inner shaft 192 moves in the longitudinal direction. The horizontal portion 212 of the connecting member 210 also moves horizontally, and the tilt of the movable reflector 170 can be changed in the X direction via the crank mechanism 220. Note that the movement amount (stroke) of the inner shaft 192 for moving the horizontal portion 212 of the connecting member 210 in the horizontal direction is within the distance between the inner shaft receiving plate 195 and the fixed reflecting plate 180.
  • the outer shaft 191 is provided with a moving device (not shown) such as an air cylinder for moving in the longitudinal direction thereof, and the inner member 150 is horizontally moved together with the outer shaft 191 to the outside of the furnace (right side in the drawing).
  • a moving device such as an air cylinder for moving in the longitudinal direction thereof
  • the inner member 150 is horizontally moved together with the outer shaft 191 to the outside of the furnace (right side in the drawing).
  • an intermediate member 140 is interposed between the inner member 150 and the outer member 110, and a roller 143 is attached to the outer peripheral surface of the intermediate member 140.
  • the roller 143 may be rolled on the surfaces of the guide rails 113 and 113 provided on the inner peripheral surface of the outer member 110 along the longitudinal direction.
  • the roller 143 may be provided on the inner peripheral surface of the outer member 110, and the guide rails 113 may be provided on the outer peripheral surface of the intermediate member 140. 1 to 3, the intermediate member 140, the roller 143, and the guide rails 113 and 113 are not shown.
  • the movable reflector 170 moves to the outside of the furnace than the transmission opening 111 of the outer member 110, as shown in FIG. 240 and 241 are attached, and the movable reflecting plate 170 moves so as to be positioned outside the furnace with respect to the gate valve 241. Note that the state shown in FIG. 5 is non-measurement or standby.
  • the gate valves 240 and 241 are opened, and the inner member 150 is moved to the inside of the furnace as shown in FIGS. 170 is opposed to the transmission opening 111 of the outer member 110.
  • the antenna 120 and the antenna opening 121 of the outer member 110 are positioned immediately above the fixed reflector 180 of the inner member 150.
  • the detection wave M is transmitted from the detection wave transmission / reception means 130, the detection wave M is sent to the fixed reflector 180 through the slit 152 of the inner member 150, reflected by the fixed reflector 180, and sent to the movable reflector 170.
  • the driving source 200 is operated to rotate the outer shaft 191 about its axis, and the driving source 230 is operated to move the connecting member 210 in the horizontal direction.
  • the reflecting surface of the movable reflecting plate 170 is rotated in the direction of arrow Y by the drive source 200 and is rotated in the direction of arrow X in the figure by the drive source 230, so that both the drive sources 200 and 230 cooperate.
  • the detection wave M reflected by the fixed reflector 180 and incident on the movable reflector 170 and transmitted from the transmission opening 111 scans the surface of the charge 7 linearly or on the surface. Then, the detection wave M reflected by the surface of the charge 7 follows the same path and is received by the detection wave transmitting / receiving means 130, whereby a linear or planar surface profile of the charge 7 is obtained.
  • the inner member 150 When the measurement is completed, the inner member 150 is moved, and as shown in FIG. 5, the movable reflector 170 is moved backward so as to be positioned outside the furnace from the gate valve 241, and the gate valves 240 and 241 are closed. Wait as it is.
  • the gate valves 240 and 241 By making the gate valves 240 and 241 have a double structure, the airtightness inside the apparatus is increased and the safety is increased.
  • a gas supply port 245 is provided in the outer member 110 as shown in FIG. It is preferable to increase the atmospheric pressure inside the apparatus by supplying an inert gas.
  • the gland packing 251 is used to seal between the shaft 190 and the insertion hole 116 of the plate member 115 of the outer member 110.
  • the gland packing 251 is reduced in diameter. Can do.
  • Patent Document 1 as shown in FIG. 11, since the gland packing 52 is provided on the outer peripheral surface of the guide portion 41, the diameter can be significantly reduced as compared with the case where the gland packing 52 needs to have a large diameter.
  • the antenna 120 and the detection wave transmission / reception means 130 need only be removed from the outer member 110, and in the maintenance work of the movable reflector 170, the inner member 150 is simply pulled out of the furnace. It's okay.
  • Patent Document 1 it is necessary to extract the entire apparatus including the guide member 41 to the outside of the furnace, but the maintenance work can be greatly reduced.
  • the antenna 120, the detection wave transmission / reception means 130, and the controller (not shown) for controlling the entire apparatus are not on the axes of the outer member 110 and the inner member 150, the overall length of the apparatus can be shortened.
  • the surface detection apparatus 100 of the present invention can be variously changed.
  • a rod-shaped fixing member 125 may be attached to the periphery of the antenna surface of the antenna 120, and a fixed reflecting plate 180 may be attached to the tip of the fixing member 125 and fixed.
  • the fixed reflector 180 can be pulled out together by pulling the antenna 120 upward during maintenance work.
  • the fixing member 125 may be attached to the periphery of the antenna opening 121.
  • the first partition plate 144 is attached to the plate member 155 of the inner member 150 so as to close the gap with the outer member 110, and the outer sides of the guide rails 113 and 113 of the outer member 110 are also attached.
  • second partition plates 145 and 145 that are continuous from the inner peripheral surface of the outer member 110 to the outer peripheral surface of the intermediate member 140 are attached.
  • the second partition plates 145 and 145, the outer peripheral surface of the intermediate member 140, and the inner peripheral surface of the outer member 110 form a substantially rectangular tube-shaped partition member.
  • a roller 143 and guide rails 113 and 113 are accommodated inside the member.
  • each of the second partition plates 145 and 145 is attached to the first partition plate 144, and through holes 146 and 146 are formed in a portion surrounded by the partition member in the first partition plate 144. ing. Then, the purge inert gas supplied from the gas supply port 245 to the outer member 110 flows into the partition member through the through holes 146 and 146 and is discharged from the opening at the other end. Dust adhering to the rails 113 and 113 can be removed.
  • the inner member 150 can be configured by connecting an arc-shaped plate member 158 and a plate member 155 with a plurality of bar members 159.
  • the arcuate plate material 158 becomes the furnace inner opening.
  • the inner member 150 is a tubular body having the slit 152, and there is a concern about rigidity (twisting), but the rigidity is increased by arranging the bar 159 in a circular shape. Further, in such an inner member 150, the space between the two bar members 159a, 159b on both sides of the upper end of the arc-shaped plate member 158 corresponds to the slit 152, and the interval corresponds to the slit width.
  • the arcuate plate material 158 is a substantially semicircle corresponding to FIG.
  • illustration is abbreviate
  • a through hole is formed at a position corresponding to the widest pair of left and right bars (159a and 159b in the figure), and the bars 159a and 159b can be moved along the longitudinal direction thereof.
  • the crank mechanism 220 can also be connected to the tips of the bars 159a and 159b.
  • the inclination angle of the movable reflector 170 can be changed by moving the bars 159a and 159b.
  • the above-described surface detection apparatus 100 can be applied to a blast furnace equipped with a large bell. That is, as shown in FIG. 9, the insertion port 2 is formed at the bottom of the large bell 20 on the furnace bottom side, and the outer member 110 of the surface detection device 100 is inserted. Then, in the same manner as described above, at the time of measurement, the detection wave M is sent into the furnace from the transmission opening 111 while tilting and rotating the movable reflector 170 in the X and Y directions, and the surface of the charge 7 is lined. Scan in the shape or plane. In the case where the detection wave M is transmitted from diagonally above the large bell 20, only the surface profile that is obstructed by the large bell 20 and is partially lost is obtained. Since the entire surface can be scanned, the surface profile of the entire charge 7 is obtained.
  • the present invention it is possible to accurately measure the surface profile of the charge in the blast furnace, reduce the driving load of the constituent members, prevent the purge gas from leaking, and reduce the maintenance work. .

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Abstract

高炉内の装入物の表面プロフィールを測定する装置において、高炉の側壁に設けた挿通孔に、一端の送信用開口部を突出させて外部材を挿入し、外部材の内部に、外部材の長手方向に移動可能で、固定反射板と可動反射板とを備える内部材を配置する。測定時には、外部材に取り付けたアンテナから検出波を内部材に向けて送信し、検出波案内用開口部を通じて固定反射板に送り、固定反射板で反射して可動反射板に送る。そして、反射板傾斜角度可変手段と反射板回動手段とを協働して可動反射板を回動させることにより、検出波で装入物の表面を線状または面状に走査する。

Description

高炉装入物の表面検出装置
　本発明は、マイクロ波やミリ波等の検出波を高炉内に送信し、炉内に装入され、堆積している鉄鉱石やコークスで反射された検出波を受信して、装入物の表面プロフィールを検出する装置に関する。
　高炉では、炉内に装入され、堆積している鉄鉱石やコークスの表面プロフィールを検出するために、鉄鉱石やコークスの表面に検出波を送信し（送信波）、鉄鉱石やコークスで反射された検出波（反射波）を受信し、送信波と反射波との時間差等から鉄鉱石やコークスまでの距離や表面のプロフィールを検出することが行われている。尚、検出波としては、高温で使用でき、炉内の浮遊物や水蒸気等の影響を受けにくいことから、マイクロ波やミリ波が使用されている。
　このような装入物の表面プロフィールを検出する方法として、図１０に示すように、先端が開口し、他端にマイクロ波を送信するためのアンテナ（図示せず）を設置した長尺のランス３０を高炉１の挿通口２から装入し、ランス３０を矢印Ｆ方向に直線状に移動しながら、先端の開口部３１を通じてマイクロ波の送受信（符号Ｍ）を行うことが行われている。そして、この方法により、ランス３０の移動方向に沿った装入物６０の表面プロフィールが得られる。
　しかしながら、上記方法では、ランス３０の移動方向に沿った線状の表面プロフィールしか得られない。また、高炉１の内径にわたりランス３０を移動しなければならず、測定に時間がかかる。更には、ランス３０は長尺物であり、炉内に長く挿入しておくと自重で湾曲して、測定精度の低下に加えて、炉内への挿入操作及び移動操作に支障を来すおそれもある。
　そこで、本出願人は先に特許文献１において、図１１に示す表面検出装置を提案している。同図において、高炉１には、炉頂からの鉄鉱石７ａやコークス７ｂがシュータ１０に供給され、シュータ１０が図中Ｒ方向に旋回することにより、鉄鉱石７ａやコークル７ｂが炉壁周辺に送られ、略逆釣鐘状に炉内に堆積している。
　表面検出装置４０は、筒状のガイド部４１を備えており、ガイド部４１の炉内側端部が一部欠切して開口部４２を形成している。この開口部４２に、反射板４３が設置されている。反射板４３にはクランク機構４４が連結しており、ピストンロッド４５を図中左右方向に前後させることにより、反射板４３の反射面の傾斜角度を図中Ｘ方向に回動させる。ピストンロッド４５の前後動は、ピストンロッド４５の炉外側端部のラックギア４６とモータ４７のギア歯とが噛合しており、モータ４７を回転させることにより行われる。また、ガイド部４１の炉外側端部にはアンテナ４８が設置されており、アンテナ４８と反射板４３とが対向している。アンテナ４８には、検出波Ｍの送受信手段４９が接続している。また、ガイド部４１の外周面にはギア歯５０が形成されており、ギア歯５０にモータ５１のギア歯が噛合しており、モータを回転させることにより、ガイド部４１がその軸線を中心に回動する。それに伴って、反射板４３も同方向、即ち図中Ｙ方向に回動する。
　このように、表面検出装置４０の反射板４３は図中のＸ方向及びＹ方向に回動するため、両回動を組み合わせることにより、開口部４２から炉内に送信される検出波Ｍが装入物７の表面を線状または面状に走査することができ、装入物７の線状または面状の表面プロフィールを検出することができる。
日本国特開２０１７－１７２０２４号公報
　炉内には多くの浮遊物が存在しており、開口４２を通じて装置内部に侵入するため、装置内部に窒素ガス等の不活性ガスを供給して浮遊物の侵入を防いでいる。反射板４３をＹ方向に回動させるためにはガイド部４１を回動させなければならず、ガス漏れを防ぐためにガイド部４１と高炉１の挿通孔２との隙間をグランドパッキン５２でシールする必要がある。しかしながら、グランドパッキン５２はガイド部４１の外径に合わせて大径になる。
　また、ガイド部４１を回動させるために、モータ５１には大きな負荷が加わる。
　更に、測定時にはガイド部４１の開口部４２が炉内に突出するようにガイド部４１を炉内側に移動し、非測定時や待機時には開口部４２が仕切弁５３よりも炉外側に位置するようにガイド部４１を炉外側に移動させるため、このようなガイド部４１を移動させるためのモータ（図示せず）にも高負荷がかかる。
　加えて、例えば反射板４３やアンテナ４８を保守する際にも、ガイド部４１を含めた装置全体を挿通口２から抜き出す必要があり、保守作業にも労力を要する。
　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ガス漏れ防止用のシール材の小径化や、反射板を回動させたり、装置全体を移動させるためのモータの負荷を小さくでき、保守作業も簡便な表面検出装置を提供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、下記の高炉装入物の表面検出装置を提供する。
（１）高炉内に装入され、堆積している鉄鉱石やコークス等の装入物の表面に検出波を送信し、その反射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装置であって、
　高炉の側壁に設けた挿通孔に、炉内側端部の一部が炉内に突出するように挿通されるとともに、突出している部分の、前記装入物との対向面の一部が欠切して送信用開口部が形成され、炉外側端部が板材で閉鎖された外部材と、
　前記外部材の内部に、該外部材の長手方向に移動可能に配置されるとともに、炉内側端部が開口し、炉外側端部が板材で閉鎖された内部材と、を備え、かつ、
　前記外部材は、前記炉内側端部から所定の距離離れた位置が開口して形成されたアンテナ用開口部と、前記アンテナ用開口部に取り付けられたアンテナと、前記アンテナに接続する検出波送受信手段とを有し、
　前記内部材は、前記アンテナと対面する検出波案内用開口部と、前記炉内側端部の開口にて前記送信用開口部側への傾斜角度が可変となるように支持された可動反射板と、前記検出波案内用開口部の直下に位置し、前記アンテナ及び前記可動反射板と対向するように反射角度が固定された固定反射板とを備えるとともに、前記可動反射板は、傾斜角度を可変にするための反射板傾斜角度可変手段と、その反射面中心点を中心に回動させるための反射板回動手段に接続しており、
　測定時には、前記内部材を、前記可動反射板が前記送信用開口部と対面する位置になるように移動させるとともに、前記検出波送受信手段からの前記検出波を前記アンテナから送信し、前記検出波案内用開口部を通じて前記固定反射板に送り、前記固定反射板で反射して前記可動反射板に送るとともに、前記反射板傾斜角度可変手段と前記反射板回動手段とを協働して前記検出波で前記装入物の表面を線状または面状に走査し、
　非測定時には、前記検出波の送信を止めるとともに、前記内部材を、前記可動反射板が前記送信用開口部よりも炉外側になるように移動させることを特徴とする高炉装入物の表面検出装置。
（２）前記反射板傾斜角度可変手段と前記反射板回動手段は、前記外部材の板材を貫通し、前記内部材の板材に至る２重管構造のシャフトを有し、かつ、
　前記シャフトの外シャフトの炉内側端部が前記内部材の板材に取り付けられ、炉外側端部が前記反射板回動手段の駆動源に接続しており、前記駆動源により前記外シャフトの軸線回りに回動し、それとともに前記可動反射板を前記内部材ごと同方向に回動させるとともに、
　前記シャフトの内シャフトが前記外シャフトの長手方向に移動可能であり、その炉内側端部が、前記内部材の前記板材を貫通して前記可動反射板に連結したクランク機構に接続しているとともに、炉外側端部が前記反射板傾斜角度可変手段の駆動源に接続しており、前記駆動源により前記内シャフトを前記外シャフトの長手方向に移動させることにより前記クランク機構を介して前記可動反射板の傾斜角度を変えることを特徴とする上記(１)記載の高炉装入物の表面検出装置。
（３）前記内部材が、長手方向に沿ったスリットを備える断面円弧状の外周面を有するとともに、前記スリットが前記検出波案内用開口部を形成していることを特徴とする上記（１）または（２）記載の高炉装入物の表面検出装置。
（４）前記内部材が、炉内側端部が円弧状板材で、炉外側端部が前記板材であり、前記円弧状板材と前記板材とを複数本の棒材で連結して構成されているとともに、前記アンテナに最も近い２本の前記棒材同士で前記検出波案内用開口部を形成していることを特徴とする上記（１）または（２）記載の高炉装入物の表面検出装置。
（５）前記棒材の一部が、クランク機構に接続して前記反射板傾斜角度可変手段として機能することを特徴とする上記（４）記載の高炉装入物の表面検出装置。
（６）前記内部材と前記外部材との間に、前記内部材を支持する中間部材を介在させるとともに、
　前記中間部材の外周面に第１の案内部材を設け、前記外部材の内周面に前記第１の案内部材と係合する第２の案内部材を設け、
　移動手段により前記第２の案内部材に沿って前記第１の案内部材を移動させることにより、前記中間部材とともに前記内部材を同方向に移動させることを特徴とする上記（１）～（５）の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
（７）一端が前記内部材の板材に取り付けられ、他端が開口し、かつ、前記中間部材と前記外部材との間を塞ぐ仕切部材を備え、前記仕切部材の内部空間に前記第１の案内部材と前記第２の案内部材を収容するとともに、一端からパージ用ガスを供給し、他端の前記開口から排出することを特徴とする上記（６）記載の高炉装入物の表面検出装置。
（８）前記固定反射板が、前記アンテナまたは前記アンテナ用開口部から前記内部材側に延出した固定部材に取り付けられるか、前記内部材の内周面に取り付けられることを特徴とする上記（１）～（７）の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
（９）前記外部材の前記板材と、前記シャフトとの間をシールするシール部材を有することを特徴とする上記（２）～（８）の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
（１０）前記外部材の前記送信用開口部と、前記アンテナ用開口部との間に、該外部材を開閉する仕切弁を配置するとともに、
　非測定時には、前記可動反射板を前記仕切弁よりも炉外側に移動して前記外部材を閉鎖することを特徴とする上記（１）～（９）の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
（１１）前記高炉が大ベルを備えるとともに、前記送信用開口部が前記大ベルよりも炉底側下方に形成した前記挿通孔に前記外部材を挿通させたことを特徴とする上記（１）～（１０）の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
　本発明の表面検出装置によれば、駆動用モータの負荷を小さくすることができる。また、パージ用のガスの漏れを防ぐためのシール部材を小径にすることもできる。更には、保守作業の労力を軽減することもできる。
図１は、本発明の表面検出装置を高炉に取り付けた状態を示す概略図であり、測定時を示している。 図２は、測定時における表面検出装置の詳細を示す断面図である。 図３は、図２の内部材の軸線に沿った断面図である。 図４は、図２のＡ位置における断面図である。 図５は、非測定時における表面検出装置を示す断面図である。 図６は、本発明の表面検出装置の他の実施形態を示す図であり、固定反射板の周辺を図２に従って示す断面図である。 図７Ａは、本発明の表面検出装置の更に他の実施形態を示す図であり、固定反射板の周辺を図２に従って示す断面図である。 図７Ｂは、図７Ａを図４に従って示す断面図である。 図８は、内部材の他の実施形態を示す斜視図である。 図９は、大ベルを備える高炉に、本発明の表面検出装置を取り付けた状態を示す概略図である。 図１０は、ランスを用いた従来の表面検出装置を示す概略図である。 図１１は、特許文献１の表面検出装置を示す概略図である。
　以下、本発明の表面検出装置について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の表面検出装置を高炉に取り付けた状態を示す概略図であり、測定時を示している。また、図２は測定時における表面検出装置の詳細を示す断面図であり、図３は図２の内部材の軸線に沿った断面図であり、図４は図２のＡ位置における断面図である。
　図１に示すように、高炉１の炉頂から装入された鉄鉱石７ａやコークス７ｂ（以下、まとめて「装入物７」という。）はシュータ１０へと送られ、シュータ１０ではＲ方向への旋回及びＶ方向への振り子運動を連動して、投入口１１から装入物７を炉内の所定位置に投下する。そして、装入物７は、略逆釣鐘状の断面を呈するように炉内に堆積する。
　表面検出装置１００は、外部材１１０と内部材１５０との２重構造を有しており、内部材１５０は、外部材１１０の内部を、外部材１１０の長手方向（図中左右方向）に水平動可能になっている。
　外部材１１０は、炉内側端部（図の左側の端部）及び炉外側端部（図の右側の端部）が板材１１５で閉鎖された管体であり、炉内側端部が炉内に突出するように、高炉１の側面に形成した挿通口２に挿通されている。また、外部材１１０の炉内に突出している部分は、炉内の装入物７と対向する底面の一部が欠切しており、検出波Ｍ（マイクロ波やミリ波）を炉内に送信するための送信用開口部１１１を形成している。炉内側端部から所定距離離れた位置（図では長手方向ほぼ中央部）の上面が開口しており、この開口にはアンテナ１２０が外部材１１０に対して垂直に取り付けられており、アンテナ１２０には検出波送受信手段１３０が接続している。尚、以降の説明では、この開口を「アンテナ用開口部１２１」と呼ぶ。
　尚、アンテナ１２０は、図の例ではアンテナ面前面にレンズがついたレンズ付きホーンアンテナである。これにより、検出波Ｍの指向性が高まり、ホーン長（突出長さ）を短くすることができる。アンテナ１２０は、他の構造も勿論可能である。また、アンテナ用開口部１２１は、検出波Ｍを透過可能な材料、例えばセラミックボード（断熱材）や、セラミック織布からなる通気性のフィルタ等で閉鎖することもできる。セラミック織布としては、宇部興産株式会社製の「チラノ繊維」を用いることができる。このチラノ繊維は、シリコン、チタンまたはジルコニウム、炭素、酸素から成る繊維であり、緻密に編んだものをセラミック織布として利用する。セラミック織布を用いた場合、アンテナ１２０を収容するハウジングに不活性ガスを供給し、セラミック織布から噴出させることにより粉塵の付着を防止することができる。
　内部材１５０は、炉内側端部が開口し、炉外側端部が板材１５５により閉鎖された管体である。また、図４に示すように、外部材１１０のアンテナ用開口部１２１に対面する面に、その長手方向に沿ってスリット１５２が形成されている。このスリット１５２が、アンテナ１２０からの検出波Ｍを内部材１５０に導入する「検出波案内用開口部」として機能する。そして、スリット１５２の直下に、反射板１８０が設置されている。反射板１８０は、その反射面がスリット１５２と、炉内側端部の開口１５１とを向くように４５°傾斜しており、固定部材１８１を介して取り付けられている。以下、この反射板１８０を「固定反射板１８０」と呼ぶ。
　尚、同図に示すように、固定反射板１８０の反射面は、外部材１１０のアンテナ１２０のアンテナ面と同一、またはアンテナ面よりも大径となっている。また、スリット１５２の幅はアンテナ１２０のアンテナ面の径よりも大きく設定されている。具体的には、後述するように、内部材１５０は、可動反射板１７０とともに軸線を中心にＹ方向に回動する。その回動に伴って、内部材１５０のスリット１５２側の一方の端部がアンテナ用開口部１２１に向かって移動する。そこで、内部材１５０とアンテナ用開口部１２１とが重ならないように、内部材１５０を略半筒状にすることが好ましい。これにより、スリット１５２の幅は内部材１５０の略直径と等しくなり、内部材１５０を回動してもアンテナ用開口部１２１と重なることが無くなる。
　また、図２及び図３に示すように、内部材１５０には、開口１５１から突出して一対の支持部材１６０，１６０が取り付けられており、この支持部材１６０，１６０に反射板１７０が支持される。尚、反射板１７０は、図の例では楕円板であるが、円板であってもよい。反射板１７０の短径の両端（円板の場合は直径の両端）には突起状の支軸１７１，１７１が設けられており、支軸１７１，１７１が支持部材１６０，１６０に回動自在に支持されている。即ち、反射板１７０は、短径部を中心に回動し、送信用開口部１１１への傾斜角度が変えられるように支持部材１６０，１６０に支持されており、以降の説明では、この反射板１７０を「可動反射板１７０」と呼ぶ。
　外部材１１０の炉外側端部の板材１１５を貫通して、外シャフト１９１と内シャフト１９２とで構成される２重管構造のシャフト１９０が挿通している。シャフト１９０を構成する外シャフト１９１の炉外側端部には駆動源２００が、内シャフト１９２の炉外側端部には駆動源２３０がそれぞれ接続している。また、外シャフト１９１と内シャフト１９２との隙間は、グランドパッキン２５０でシールされている。
　外シャフト１９１の炉内側端部は、内部材１５０の板材１５５に設けたフランジ１５６に取り付けられている。また、外シャフト１９１の板材１１５から炉外側に延出している部分の外周面にはギア歯１９３が取り付けられており、駆動源２００となるモータのギア歯と噛合している。従って、駆動源２００のモータを稼働すると、モータの回転が外シャフト１９１のギア歯１９３に伝達され、外シャフト１９１がその軸線を中心に回動する。内部材１５０の支持部材１６０に可動反射板１７０が支持されているため、外シャフト１９１に伴って内部材１５０も同方向に回動し、可動反射板１７０も同方向、即ちＹ方向に回動する。
　内シャフト１９２の炉内側端部は、内部材１５０の板材１５５を貫通して内シャフト受板１９５に取り付けられている。内シャフト受板１９５は、固定反射板１８０から所定距離離れた位置にて固定反射板１８０と対向している。また、内シャフト受板１９５の固定反射板側の面には、装入物側に向かう垂下部２１１と、垂下部２１１の下端に連続し、固定反射板１８０と内部材１５０の内壁との間の空間を通って可動反射板１７０に向かって延びる水平部２１２と、水平部２１２の先端に連続して可動反射板１７０に向かう立部２１３とからなる連結部材２１０が接続している。
　連結部材２１０の立部２１３の先端は、クランク機構２２０を介して可動反射板１７０の支軸１７１，１７１に連結している。クランク機構２２０は、連結部材２１０の立部２１３と回動可能に連結する棒状の第１部材２２１と、第１部材２２１と回動自在に連結する棒状の第２部材２２２とで構成されており、第２部材２２２が可動反射板１７０の支軸１７１，１７１と回動自在に連結している。従って、連結部材２１０の水平部２１２を炉内側、炉外側に水平移動させることにより、クランク機構２２０を介して可動反射板１７０の送信用開口部１１１に対する傾斜角度を変えることができる。
　内シャフト１９２の炉外側端部にはラックギア１９４が形成されており、駆動源２３０となるモータのギア歯と噛合している。内シャフト１９２は連結部材２１０に接続しているため、駆動源２３０のモータを稼働すると、モータの回転が内シャフト１９２のラックギア１９４に伝達され、内シャフト１９２がその長手方向に移動し、それに伴い連結部材２１０の水平部２１２も水平移動し、クランク機構２２０を介して可動反射板１７０の傾斜をＸ方向に変えることができる。尚、連結部材２１０の水平部２１２を水平方向に移動させるための内シャフト１９２の移動量（ストローク）は、内シャフト受板１９５と固定反射板１８０との離間距離内である。
　また、外シャフト１９１には、その長手方向に移動させるエアシリンダ等の移動装置（図示せず）が付設されており、外シャフト１９１とともに内部材１５０を炉外側（図中右側）に水平移動させる。この内部材１５０の移動を円滑にするために、図４に示すように、内部材１５０と外部材１１０との間に中間部材１４０を介在させるとともに、中間部材１４０の外周面にローラ１４３を付設し、このローラ１４３を外部材１１０の内周面に長手方向に沿って設けた案内レール１１３，１１３の面上を転動させてもよい。また、図示は省略するが、外部材１１０の内周面にローラ１４３を設け、中間部材１４０の外周面に案内レール１１３，１１３を設けることもできる。尚、図１～３には、中間部材１４０及びローラ１４３、並びに案内レール１１３、１１３は図示していない。
　この内部材１５０の移動により、図５に示すように、可動反射板１７０は、外部材１１０の送信用開口部１１１よりも炉外側に移動するが、外部材１１０には内部を開閉する仕切弁２４０，２４１が付設しており、可動反射板１７０は、仕切弁２４１よりも炉外側に位置するように移動する。尚、図５に示す状態が、非測定時または待機時となる。
　表面検出装置１００は上記の如く構成されるが、測定時には、仕切弁２４０，２４１を開状態とし、図１、図２に示すように、内部材１５０を炉内側に移動させて、可動反射板１７０を外部材１１０の送信用開口部１１１と対向させる。この移動により、外部材１１０のアンテナ１２０及びアンテナ用開口部１２１が、内部材１５０の固定反射板１８０の直上に位置する。そして、検出波送受信手段１３０から検出波Ｍを送信すると、検出波Ｍは内部材１５０のスリット１５２を通じて固定反射板１８０に送られ、固定反射板１８０で反射されて可動反射板１７０に送られる。それと同時に、駆動源２００を稼働させて外シャフト１９１をその軸線を中心に回動させ、駆動源２３０を稼働して連結部材２１０を水平方向に移動させる。その結果、可動反射板１７０の反射面は、駆動源２００により矢印Ｙ方向に回動され、駆動源２３０により図中矢印Ｘ方向に回動されるため、両駆動源２００，２３０を協働させることにより、固定反射板１８０で反射されて可動反射板１７０に入射し、送信用開口部１１１から送信された検出波Ｍは、装入物７の表面を線状または面上に走査する。そして、装入物７の表面で反射された検出波Ｍが同経路を辿って検出波送受信手段１３０に受信されることにより、装入物７の線状または面状の表面プロフィールが得られる。
　測定が終了したら、内部材１５０を移動して、図５に示すように、可動反射板１７０が仕切弁２４１よりも炉外側に位置するように後退させ、仕切弁２４０，２４１を閉状態とし、そのままの状態で待機する。仕切弁２４０，２４１を２重構造にすることにより、装置内部の気密性が高まり、安全性が増す。
　また、炉内には浮遊物が多く存在しており、送信用開口部１１１を通じて装置内に侵入するため、図２に示すように、外部材１１０にガス供給口２４５を設け、窒素ガス等の不活性ガスを供給して装置内部の気圧を高めることが好ましい。その際、シャフト１９０と、外部材１１０の板材１１５の挿通孔１１６との間をシールするためにグランドパッキン２５１が用いられるが、外シャフト１９１の外径であるためグランドパッキン２５１を小径にすることができる。特許文献１では図１１に示すように、ガイド部４１の外周面にグランドパッキン５２を設けていたため、グランドパッキン５２を大径にしなければならない場合に比べて大幅に小径化することができる。
　保守作業においても、例えばアンテナ１２０の保守作業では、アンテナ１２０と検出波送受信手段１３０とを外部材１１０から取り外すだけでよく、可動反射板１７０の保守作業では、内部材１５０を炉外に抜き出すだけでよい。特許文献１では、ガイド部材４１を含めて装置全体を炉外に抜き出す必要があったが、保守作業の労力を大幅に軽減することができる。しかも、アンテナ１２０と検出波送受信手段１３０、更には装置全体を制御するコントローラ（図示せず）が、外部材１１０や内部材１５０の軸線上にないため、装置の全長を短くすることができる。
　本発明の表面検出装置１００は、種々の変更が可能である。例えば、図６に示すように、アンテナ１２０のアンテナ面の周縁に棒状の固定部材１２５を取り付け、固定部材１２５の先端に固定反射板１８０を取り付けて固定してもよい。これにより、保守作業の際に、アンテナ１２０を上方に引き抜くことにより、固定反射板１８０を一緒に引き抜くことができる。また、図示は省略するが、固定部材１２５は、アンテナ用開口部１２１の周縁に取り付けてもよい。
　また、図７Ａに示すように、内部材１５０の板材１５５に、外部材１１０との隙間を閉鎖するように第１の仕切板１４４を取り付けるとともに、外部材１１０の案内レール１１３，１１３の各外側に、外部材１１０の内周面から中間部材１４０の外周面に連続する第２の仕切板１４５，１４５を取り付ける。これにより、図７Ｂに示すように、第２の仕切板１４５，１４５と、中間部材１４０の外周面と、外部材１１０の内周面とで略角筒状の仕切部材を形成し、この仕切部材の内部にローラ１４３及び案内レール１１３，１１３が収容される。また、第２の仕切板１４５，１４５は、一端が第１の仕切板１４４に取り付けられており、第１の仕切板１４４には仕切部材で囲まれた部分に貫通孔１４６，１４６が形成されている。そして、ガス供給口２４５から外部材１１０に供給されたパージ用の不活性ガスを、貫通孔１４６，１４６を通じて仕切部材の内部に流入させ、他端の開口から排出させることにより、ローラ１４３や案内レール１１３，１１３に付着した粉塵を取り除くことができる。
　更に、図８に示すように、内部材１５０を、円弧状板材１５８と板材１５５とを複数本の棒材１５９で連結して構成することもできる。円弧状板材１５８が、炉内側開口部となる。上記では内部材１５０がスリット１５２を有する管体であり、剛性（捻じれ）が懸念されるが、棒材１５９を円形に配したことにより剛性が高まる。また、このような内部材１５０では、円弧状板材１５８の上端両側の２本の棒材１５９ａ，１５９ｂの間がスリット１５２に相当し、その間隔がスリット幅に相当する。同図では、円弧状板材１５８が、図４に対応して略半円である。尚、図示は省略するが、棒材１５９に長手方向に沿って、複数の円弧状板材１５８を等間隔で配置してもよい。
　また、円弧状板材１５８において、最も幅広となる左右一対の棒材（図では１５９ａ，１５９ｂ）に対応する位置に貫通孔を形成するとともに、棒材１５９ａ、１５９ｂをその長手方向に沿って移動可能となるように挿通させ、棒材１５９ａ，１５９ｂの先端にクランク機構２２０を連結させることもできる。この棒材１５９ａ，１５９ｂを移動させることにより、可動反射板１７０の傾斜角度を変えることができる。
　上記した表面検出装置１００は、大ベルを備える高炉にも適用することができる。即ち、図９に示すように、大ベル２０の炉底側下方に挿通口２を形成し、表面検出装置１００の外部材１１０を挿入する。そして、上記と同様にして、測定時には可動反射板１７０のＸ方向及びＹ方向に傾斜、回動させながら送信用開口部１１１から検出波Ｍを炉内に送り、装入物７の表面を線状または面状に走査する。大ベル２０の斜め上方から検出波Ｍを送信する場合では、大ベル２０で邪魔されて一部が欠落した表面プロフィールしか得られなかったが、大ベル２０に邪魔されずに装入物７の表面の全面を走査できるため、装入物７の全面の表面プロフィールが得られる。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１８年３月２日出願の日本特許出願（特願２０１８－０３７５０５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明によれば、高炉の装入物の表面プロフォールを正確に測定できるとともに、構成部材の駆動負荷を少なくしたり、パージ用ガスの漏れを防ぎ、保守作業の労力を軽減することもできる。
１　高炉
２　挿通口
７　装入物
７ａ　鉄鉱石
７ｂ　コークス
１０　シュータ
２０　大ベル
１００　表面検出装置
１１０　外部材
１１１　送信用開口部
１１３　案内レール
１１５　板材
１２０　アンテナ
１２１　アンテナ用開口部
１３０　検出波送受信手段
１４０　中間部材
１４３　ローラ
１４４　第１の仕切板
１４５　第２の仕切板
１５０　内部材
１５２　スリット
１５５　板材
１５８　円弧状板材
１５９　棒材
１６０　支持部材
１７０　可動反射板
１８０　固定反射板
１９０　シャフト
１９１　外シャフト
１９２　内シャフト
２００　駆動源
２１０　連結部材
２２０　クランク機構
２３０　駆動源
２５０，２５１　グランドパッキン

Claims (11)

  1. 　高炉内に装入され、堆積している鉄鉱石やコークス等の装入物の表面に検出波を送信し、その反射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装置であって、
    　高炉の側壁に設けた挿通孔に、炉内側端部の一部が炉内に突出するように挿通されるとともに、突出している部分の、前記装入物との対向面の一部が欠切して送信用開口部が形成され、炉外側端部が板材で閉鎖された外部材と、
    　前記外部材の内部に、該外部材の長手方向に移動可能に配置されるとともに、炉内側端部が開口し、炉外側端部が板材で閉鎖された内部材と、を備え、かつ、
    　前記外部材は、前記炉内側端部から所定の距離離れた位置が開口して形成されたアンテナ用開口部と、前記アンテナ用開口部に取り付けられたアンテナと、前記アンテナに接続する検出波送受信手段とを有し、
    　前記内部材は、前記アンテナと対面する検出波案内用開口部と、前記炉内側端部の開口にて前記送信用開口部側への傾斜角度が可変となるように支持された可動反射板と、前記検出波案内用開口部の直下に位置し、前記アンテナ及び前記可動反射板と対向するように反射角度が固定された固定反射板とを備えるとともに、前記可動反射板は、傾斜角度を可変にするための反射板傾斜角度可変手段と、その反射面中心点を中心に回動させるための反射板回動手段に接続しており、
    　測定時には、前記内部材を、前記可動反射板が前記送信用開口部と対面する位置になるように移動させるとともに、前記検出波送受信手段からの前記検出波を前記アンテナから送信し、前記検出波案内用開口部を通じて前記固定反射板に送り、前記固定反射板で反射して前記可動反射板に送るとともに、前記反射板傾斜角度可変手段と前記反射板回動手段とを協働して前記検出波で前記装入物の表面を線状または面状に走査し、
    　非測定時には、前記検出波の送信を止めるとともに、前記内部材を、前記可動反射板が前記送信用開口部よりも炉外側になるように移動させることを特徴とする高炉装入物の表面検出装置。
  2. 　前記反射板傾斜角度可変手段と前記反射板回動手段は、前記外部材の板材を貫通し、前記内部材の板材に至る２重管構造のシャフトを有し、かつ、
    　前記シャフトの外シャフトの炉内側端部が前記内部材の板材に取り付けられ、炉外側端部が前記反射板回動手段の駆動源に接続しており、前記駆動源により前記外シャフトの軸線回りに回動し、それとともに前記可動反射板を前記内部材ごと同方向に回動させるとともに、
    　前記シャフトの内シャフトが前記外シャフトの長手方向に移動可能であり、その炉内側端部が、前記内部材の前記板材を貫通して前記可動反射板に連結したクランク機構に接続しているとともに、炉外側端部が前記反射板傾斜角度可変手段の駆動源に接続しており、
    　前記駆動源により前記内シャフトを前記外シャフトの長手方向に移動させることにより前記クランク機構を介して前記可動反射板の傾斜角度を変えることを特徴とする請求項１記載の高炉装入物の表面検出装置。
  3. 　前記内部材が、長手方向に沿ったスリットを備える断面円弧状の外周面を有するとともに、前記スリットが前記検出波案内用開口部を形成していることを特徴とする請求項１または２記載の高炉装入物の表面検出装置。
  4. 　前記内部材が、炉内側端部が円弧状板材で、炉外側端部が前記板材であり、前記円弧状板材と前記板材とを複数本の棒材で連結して構成されているとともに、前記アンテナに最も近い２本の前記棒材同士で前記検出波案内用開口部を形成していることを特徴とする請求項１または２記載の高炉装入物の表面検出装置。
  5. 　前記棒材の一部が、クランク機構に接続して前記反射板傾斜角度可変手段として機能することを特徴とする請求項４記載の高炉装入物の表面検出装置。
  6. 　前記内部材と前記外部材との間に、前記内部材を支持する中間部材を介在させるとともに、
    　前記中間部材の外周面に第１の案内部材を設け、前記外部材の内周面に前記第１の案内部材と係合する第２の案内部材を設け、
    　移動手段により前記第２の案内部材に沿って前記第１の案内部材を移動させることにより、前記中間部材とともに前記内部材を同方向に移動させることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
  7. 　一端が前記内部材の板材に取り付けられ、他端が開口し、かつ、前記中間部材と前記外部材との間を塞ぐ仕切部材を備え、前記仕切部材の内部空間に前記第１の案内部材と前記第２の案内部材を収容するとともに、一端からパージ用ガスを供給し、他端の前記開口から排出することを特徴とする請求項６記載の高炉装入物の表面検出装置。
  8. 　前記固定反射板が、前記アンテナまたは前記アンテナ用開口部から前記内部材側に延出した固定部材に取り付けられるか、前記内部材の内周面に取り付けられることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
  9. 　前記外部材の前記板材と、前記シャフトとの間をシールするシール部材を有することを特徴とする請求項２～８の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
  10. 　前記外部材の前記送信用開口部と、前記アンテナ用開口部との間に、該外部材を開閉する仕切弁を配置するとともに、
    　非測定時には、前記可動反射板を前記仕切弁よりも炉外側に移動して前記外部材を閉鎖することを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
  11. 　前記高炉が大ベルを備えるとともに、前記送信用開口部が前記大ベルよりも炉底側下方に形成した前記挿通孔に前記外部材を挿通させたことを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の高炉装入物の表面検出装置。
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