JP6563404B2 - 高炉内装入物の表面形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、高炉内装入物の表面形状測定装置に関する。この装置はレーダー装置を備えており、当該レーダー装置は、挿入物の表面を走査するとともに、炉蓋領域に配置されるアンテナ装置を有する。

高炉内で起きているプロセスを実質的に決定付けるのは、炉容器内に配置されるコークス層と装入物層との積層構造である。これらの層を形成するには、装入口からコークスと装入物とを炉に装入する。装入口は炉蓋に形成されており、その内部には装入装置が配置されている。装入装置は、高炉の垂直軸を中心に回転可能であり、技術用語ではDrehschurre（回転シュートを表す独語）という。この装入装置は、上記垂直軸に対する傾きを調節できる充填シュートを備えている。回転シュートによって、コークス層と装入物層とを交互に高炉に装入することができる。これらを交互に装入する目的は、各層の境界をできるだけはっきりとさせることによって、炉のプロセスを再現可能にするためである。

この目的を達成するためには、次の層を置く前に、最上層の表面形状をできるだけ正確に測定する必要がある。この意味において、表面形状を写像できるレーダー装置の使用は公知である。

炉蓋下方の炉容器の壁を貫通するランス管の端部に配置されるとともに、このランス管を使用して高炉の中心軸の方へ径方向に上昇することによって装入物表面の輪郭を写像できるレーダー装置が欧州特許出願公開第0 291751号明細書から公知である。装入物の径方向表面のその他の輪郭を写像するために、上記欧州特許出願公開第0 291751号明細書では、ランス管の縦軸および横軸周りにも回動可能なようにレーダー装置をランス管の端部に配置することを提案している。そうすることによって、装入物の表面を角型“十字線”に走査することができる。

従来のレーダー装置では、径方向表面の実質的に線状の輪郭しか写像することができず、装入物の表面全体の形状を写像することはできない。それに加えて、従来のレーダー装置の実現には大掛かりな装置が必要である。すなわち、高炉容器の壁を貫通する可動ランス管を設置すること、およびこのランス管の端部に二軸方向に回動可能にレーダー装置を配置することの両方が必要である。

このような大掛かりな装置を必要としなくてよいように、炉蓋に固定的に設置するレーダー装置が国際公開第2010/144936 A1号明細書から公知である。このレーダー装置はアンテナ装置を備えている。このアンテナ装置は、高炉の垂直軸と垂直な面に配置されるとともに、マトリクス状に配置された複数のパッチアンテナから構成される。これらのパッチアンテナは、装入物の表面全体にレーダーを照射するので、欧州特許出願公開第0 201 751号明細書から公知である走査プロセス（走査プロセスには大掛かりな装置を必要とするアンテナ装置の軸移動が必要）を必要としない。レーダー照射が装入物表面の全領域に確実に到達するようにするために、国際公開第2010/144936 A1号明細書から公知であるアンテナ装置は、高炉の垂直軸上にある炉蓋内に配置されている。高い角度分解能を得るために、また、複数のパッチアンテナから照射されるレーダーの干渉を低減するために、所定の複数のパッチアンテナが送信アンテナとして機能し、それら以外の所定の複数のパッチアンテナが受信アンテナとして機能するように、これら複数のパッチアンテナを複合制御して合成開口を形成する。

従来のレーダー装置は、その操作に必要な合成開口を形成するために広範囲に及ぶ制御努力が必要である。それに加えて、レーダー装置を炉蓋内に配置するにはかなりのデメリットを伴う。まず、レーダー装置に対する最大可能温度負荷が、特に温度感受性のあるアンテナ装置に対する最大可能温度負荷が、上昇する。また、従来仕様の高炉（すなわち、装入物の表面の境界が明確になるように装入するための上述の回転シュートを炉蓋内に有する高炉）にレーダー装置を設置することは、相互干渉が避けられないため不可能である。

したがって、本発明の目的は、上述したタイプの装置であって、装入物の表面形状を正確に写像することが可能であり、また最小限の努力で設置と操作ができる装置を提案することである。

この目的を達成するために、本発明に係る装置は請求項１の特徴を有する。

本発明では、アンテナ装置は、高炉の垂直軸に対して傾斜角αで傾斜する回転軸上に配置されるとともに、アンテナ装置のレーダー照射によって形成されるレーダーファンビーム（２８）が、輪郭線ｐに沿って装入物表面上に入射して、アンテナ装置の回転に伴って装入物表面にくまなく当たるように、駆動装置によって上記回転軸を中心に回転可能である。

本発明の装置は、高炉の垂直軸に対して傾斜する回転軸上に配置されているため、炉蓋内に配置されて好ましくは回転シュートとして実現される装入装置と衝突せずに配置することが可能である。また、上記垂直軸に対して傾斜する回転軸上にアンテナ装置を配置することによって、垂直軸上に配置する場合と比較して、アンテナ装置に対する温度負荷が概して低減される。さらに、本発明に係るアンテナ装置の回転運動を、このアンテナ装置から照射されるレーダーファンビームに重ね合わせることにより、アンテナ装置の操作時に、所望の表面高解像度の実現を目指して合成開口を形成するように必ずしもアンテナ装置を制御する必要がなくなる。その代わりに、達成可能な解像度は、レーダー照射のパルス数と、回転軸を中心に回転するアンテナ装置の回転速度とによって決まる。

したがって、全体的に見て、本発明に係る装置は、アンテナ装置を回転させるための回転軸を形成する必要があるだけで必要とされる制御努力や装置が比較的少ないにもかかわらず、装入物の表面を高解像度で写像することができる。

このように、本発明の装置は、好ましくは炉蓋内の回転シュートとして実現される装入装置を備える従来仕様の高炉に組み込むことにより、当該高炉に後付けもできる。

好ましい実施形態において、垂直軸に対する回転軸の傾斜角αは２０°から６０°である。

この装置は、回転軸に垂直に向けられたアンテナ面にアンテナ装置を配置すれば特に簡素なデザインにすることができる。

特に、使用されるアンテナ装置が低品質であること、あるいは使用されるアンテナ装置の開口角度が過小であることが理由で、バルク材もしくは装入物の表面全体を１つのアンテナだけを用いて写像することが不十分である場合は、少なくとも２つのアンテナモジュールから構成されるアンテナ装置のモジュール設計も可能である。これらのアンテナモジュールのビーム開口角度を重ね合わせることによって、所望の幅を有するレーダーファンビームを形成することができる。

アンテナ装置として複数のアンテナモジュールを使用することによって、表面全体を写像するために必要な回転角を小さくすることもできる。

複数のアンテナモジュールは、共通のアンテナ面あるいは互いに対して角度をもって傾斜する複数の異なるアンテナ面に配置することができる。

特に、複数のアンテナモジュールが配置されるとともに、互いに対して角度をもって傾斜する複数の異なるアンテナ面は、回転軸に対して異なる角度で配置することができる。

図１は、炉容器上部の容器壁に配置されたレーダー装置の第１実施形態を有する高炉の断面図を示す。 図２は、図１に示すレーダー装置の、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を示す。 図３は、図２に示すレーダー装置の別の実施形態を示す。 図４は、容器壁に配置されたレーダー装置の別の実施形態を示す。 図５は、図４に示すレーダー装置の、Ｖ−Ｖ線における断面図を示す。 図６は、図５に示す レーダー装置の別の実施形態を示す。

以下に、本装置の好ましい形態を図面を用いてより詳細に説明する。

図１は、高炉１０を示す。この高炉１０は、実質的に、炉底部１１と、炉頂部１２と、装入装置が組み込まれた炉蓋１３とから構成される。この場合、装入装置は回転シュート１４として実現される。また、回転シュート１４の煙突口１６に隣接するとともに垂直軸１５に対する傾きを調節可能な充填シュート１７を正確に配置できるように、装入装置は垂直軸１５を中心に回転可能である。

回転シュート１４は、図１では区別して描いていないが、コークス層と装入物層とを交互に高炉１０に装入する。これらを交互に装入する目的は、各層の境界をできるだけはっきりとさせることによって、炉のプロセスを再現可能にするためである。この目的を達成するためには、次の層を置く前に、最上層の表面形状をできるだけ正確に測定する必要がある。

図１の装入物表面１８を写像するために、装入物表面１８の上方の炉蓋１３領域における炉頂部１２の炉壁１９にレーダー装置２０を配置する。レーダー装置２０のケース２１は、炉壁１９を貫通している。ケース２１内では、アンテナ支持部２３にアンテナ装置２２が配置されている。このアンテナ支持部２３は、回転軸２４を中心に回転可能であるとともに、駆動装置（図示せず）によって支持シャフト２５を介して駆動可能である。

この例では、アンテナ装置２２（図２にも図示）は回転軸２４に対して垂直なアンテナ面２６に設置されており、レーダー照射に対して透過性のある保護スクリーン２７によって炉の環境から保護されている。図示した実施形態では、回転軸２４は垂直軸１５に対して約３０度の傾斜角αで傾斜しており、垂直軸１５と装入物表面１８との交点Ｓ付近で垂直軸１５と交差する。アンテナ装置２２は、レーダー照射の主軸方向Ｈが実質的に回転軸２４と一致するように、また、アンテナ装置２２のビーム開口角度βを十分に大きくすることで、高炉１０の垂直軸１５と炉壁１９との間の輪郭線ｐに沿って装入物表面１８に入射可能なレーダーファンビーム２８を形成するように実現される。この例では、レーダーファンビーム２８はビーム端２９、３０によって規定される。ビーム端２９は、レーダー装置２０が設置された高炉１０の設置側３１において、炉壁１９から距離ａだけ離れた表面地点Ｏで装入物表面１８と交わる。ビーム端３０は、設置側３１の反対の炉側３２の壁地点Ｗにおいて炉壁１９と交わる。したがって、レーダーファンビーム２８が入射する装入物表面１８の輪郭線ｐは、例示した実施形態では、表面地点Ｏから炉壁１９まで延びている。レーダーファンビーム２８は、アンテナ装置２２が回転軸２４を中心に３６０度回転するのに伴って、装入物表面１８の全体にくまなく当たる。

図３は、同じアンテナ面２６に配置された複数のアンテナモジュールから構成されるアンテナ装置３５を示す。

図４は、アンテナ装置３７を備えたレーダー装置２０を示す。このアンテナ装置３７は、アンテナ面４０、４１にそれぞれ配置された二つのアンテナモジュール３８、３９を備える。アンテナ面４０、４１は、それぞれ回転軸に対して角度γで傾斜しているので、アンテナモジュール３８、３９の主軸方向Ｈ１、Ｈ２は異なる交点Ｓ１、Ｓ２で装入物表面１８と交わる。アンテナモジュール３８、３９は、開口角度β１、β２をそれぞれ有する。この例では、これらの開口角度β１、β２は一致する。アンテナモジュール３８、３９の開口角度β１、β２を重ね合わせてレーダーファンビーム２８を形成する。このレーダーファンビーム２８は、図１のレーダーファンビーム２８と一致する。

図４の例に関係なく、アンテナモジュール３８、３９の各アンテナ面４０が回転軸２４に対して異なる角度γを有していても、もちろんよい。図６に示すように、３つ以上のアンテナモジュール４２、４３、４４によってアンテナ装置４５を構成してもよい。アンテナモジュール４２〜４４を設置した複数のアンテナ面が、回転軸２４に対して同じ角度を有していてもよいし、回転軸２４に対して異なる角度を有していてもよい。

図１から図６に図示したレーダー装置２０のアンテナ装置２２、３５、３７、４５に限らず、本発明に従って設計したレーダー装置は、装入装置（この例では、装入装置は炉蓋１３に配置されて回転シュート１４として実現される）と衝突する危険性なく高炉１０内に配置したり組み込んだりできることが明らかである。

Claims (7)

1. 装入物表面（１８）を走査するとともに炉蓋（１３）の領域に配置されるアンテナ装置（２２、３５、３７、４３）を有するレーダー装置（２０）を備えた高炉（１０）内装入物の表面形状測定装置であって、
   上記アンテナ装置は、
   上記高炉の垂直軸（１５）に対して傾斜角αで傾斜する回転軸（２４）上に配置されるとともに、
   上記アンテナ装置のレーダー照射によって形成されるレーダーファンビーム（２８）が、輪郭線ｐに沿って上記装入物表面上に入射して、上記アンテナ装置の回転に伴って上記装入物表面にくまなく当たるように、駆動装置によって上記回転軸を中心に回転可能である
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   上記回転軸（２４）の上記傾斜角αは、上記垂直軸（１５）に対して２０°から６０°である
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   上記アンテナ装置（２２）は、上記回転軸（２４）に垂直に向けられたアンテナ面（２６）に配置されている
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の装置において、
   上記アンテナ装置（３５、３７、４３）は少なくとも２つのアンテナモジュール（３６、３８、３９、４２）を有する
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。
5. 請求項４に記載の装置において、
   上記複数のアンテナモジュール（３６）は共通のアンテナ面（２６）に配置される
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。
6. 請求項４に記載の装置において、
   上記複数のアンテナモジュール（３８、３９、４２）は、上記回転軸（２４）に対して角度γで傾斜する複数の異なるアンテナ面（４０、４１）に配置される
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   上記複数のアンテナ面は、回転軸（２４）に対して異なる角度で配置される
   ことを特徴とする高炉内装入物の表面形状測定装置。

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