JPH03100110A - 炉内装入物の分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は主として筒型溶解炉の炉内装入物の分布を装入
物相互の接触又は装入物と炉壁との接触により生ずる音
響、振動に基づいて測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

筒型溶解炉の炉内装入物の分布を測定する従来の方法と
しては、 ■　鉄鉱石とコークスとの粒子径の差が、通気性の差と
して表れることから、この圧力差に基づいて鉄鉱石、コ
ークスの各層厚さを求める方法、 ■　鉄鉱石とコークスとの電子抵抗に差があることから
、電気抵抗を検出して鉄鉱石、コークスの各層厚さを求
める方法、 ■　鉄鉱石、コークス等の原料は磁力線の透過率が夫々
異なっているから、磁力線の透過率を求めて各原料の層
厚さを求める方法、■　炉内へ振動子を差し込み、炉内
装入物との接触により振動を検出して測定する方法（特
開昭６３−２９０２１１号）、 等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上述した如き方法は、 ■の場合は、圧力差を求めるための圧力検出管に詰まり
が生じ易く、詰まりが生じると測定を継続出来ないため
、頻繁な保守が必要となる、■、■の場合は、高温下で
は測定誤差が大きく十分な精度が得られない、 ■の場合は、振動子が直接測定対象物と接触するため、
損傷し易く、耐熱性、耐衝撃性を考慮した構造が必要で
あって振動子のコストが高く、また測定途中で損傷する
と交換が難しい、等の問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、耐熱性、耐衝撃性に対する配慮が
少なくて済み、耐熱性、耐久性が大きく、しかも高い測
定精度が得られるようにした炉内装入物の分布測定装置
を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る炉内装入物の分布測定装置は、上部から炉
内に投入した原料の炉内分布を測定する装置において、
炉壁を構成する耐火物の外面に上。

下方向に位置をずらして固定され、耐火物を通じて伝播
されてきた音響及び振動を検出するセンサ部と、上、下
のセンサ部で検出した音響及び振動データに基づき当該
センサ部の固定位置と対応して位置する炉内装入物の種
類を判別する手段と、上、下のセンサ部で経時的に検出
した音響及び振動データに基づいて、各炉内装入物の分
布状態を求める手段とを具備することを特徴とする。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって、炉内装入物の荷下り状
況を監視して燃料の吹き込み量、吹き込みタイミングに
ついて最適制御が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本発明を筒型溶解炉に適用した構成を示す模式
図、第２図は筒型溶解炉の模式的横断面図であり、図中
１は筒型溶解炉を示している。

筒型溶解炉１は上部からスクラップ、鉄鉱石等の原料と
、石炭、コークス等の燃料を交互に投入し、炉壁下部に
その周方向に複数個、更には上。

下方向に数段に亘って設けた羽目から酸素、燃焼ガス、
微粉炭等を吹き込み、原料を溶解させて溶銑を得るよう
になっている。

溶解炉１の上部には炉内装入物表面高さ測定器２が設置
され、また筒型溶解炉ｌの炉壁の外周には周方向に略等
間隔で複数個（実施例では４個）のセンサ部３が上、下
に所要の間隔を隔てて２段に設けられている。

炉内装入物表面高さ測定器２は、ワイヤ２ａに吊るした
測定棒２ｂを備えており、測定棒２ｂを炉内に下降し、
その下端が炉内装入物表面に接したときのワイヤ２ａの
張力変化を検知し、測定棒２ｂの長さ及びワイヤ２ａの
長さに基づいて炉内装入物の表面高さ（サウジング高さ
）Ｈを測定するようになっている。

第３図は炉壁に対するセンサ部の取付状態を示す部分拡
大断面図であり、各センサ部３は耐熱セラミック製の棒
状物３ａの一端部に螺子部３ｂを形成すると共に、他端
部に音響センサＳｌを、また周面に振動センサＳ２を設
けて構成されており、炉外から鉄皮１ａを貫通して耐火
レンガ１ｂの壁面に穿った螺子孔１ｃに前記螺子部３ｂ
を螺合せしめることにより、耐火レンガ１ｂに一体的に
固定しである。

各センサ部３における音響センサＳｌ及び振動センサＳ
２にて音響信号、振動信号を検出し、これを夫々雑音除
去のためのフィルタＧ、、Ｇ、を通して所定の周波数域
の音響信号、振動信号を取り出し、この検出データを夫
々マルチプレクサ１１によって順次的にＦＦＴプロセッ
サ１２．１３に読み込むようになっている。

ＦＰＴプロセッサ１２は各音響センサＳ１毎の音響信号
を順次読み込んで各音響信号についてのパワースペクト
ルを、またＦＦＴプロセッサ１３は各振動センサＳ２毎
の振動信号を順次読み込んで、同様にそのパワースペク
トルを夫々タイマー１４にて指示された所定のタイミン
グで求めるべく構成されている。音響信号、振動信号の
パワースペクトルは炉内装入物の種類夫々によって相違
しており、重量の軽いもの、例えばコークスは小さく、
また重量の重いもの、例えばスクラップは大きく、中間
の鉄鉱石は両者の中間の高さのパワースペクトルが得ら
れる。

第４図はコークス、スクラップについての振動信号、音
響信号の各パワースペクトルを示している。振動信号の
パワースペクトルにおいては第４図（イ）、（ロ）に示
す如くセンサの構造から決まる固有周波数Ｆ０の位置に
おいて夫々所定レベルＡＩ＋７’ｌのエネルギーが表れ
、また音響信号のパワースペクトルにおいては炉内装入
物の種類に対応した音響周波数Ｆ１．Ｆ！において夫々
所定レベルＢ、、ＢＺのエネルギーが表れる。

ＦＦＴプロセッサ１３で求めた周波数Ｆ、におけるパワ
ースペクトル値Ａ　ｒ　、　Ａ　２・・・を、またＦＦ
Ｔプロセッサ１２で求めた音響周波数Ｆ１又はＦ２にお
けるパワースペクトル値ＢＩ、Ｂ！・・・の比Ｂ　＋　
／　Ｂ　ｚを演算処理装置１５へ出力する。

演算処理装置１５は振動信号の周波数Ｆ０におけるパワ
ースペクトル値Ａ　＋　、　Ａ　ｚ・・・、音響信号の
周波数Ｆ　ｔ、Ｆ　ｚにおけるパワースペクトル値Ｂ、
、Ｂ２・・・、炉内装入物表面高さ測定器２から入力さ
れるサウジング高さＨｌ並びに炉制御装置１６から構成
される装入物投入情報に基づいて、（ａ）センサ部３の
固定位置に相応する炉内位置の炉内装入物の種別判定処
理、（ｂ）炉内装入物の降下速度判定処理、（Ｃ）炉内
装入物各層の層厚判定処理、（ｄ）炉内装入物の分布推
定処理を順次的に行うようになっている。

第５図は炉内装入物の分布測定過程を示すフローチャー
トであり、先ず炉内に原料等を投入した後、溶解の開始
に先立って炉内装入物情報に基づき炉内装入物の初期分
布、即ち第１図に示す如き炉内装入物夫々の高さり、、
ｈ、、ｈ、を推定する（ステップＳ＋）。

なお、このとき炉内装入物表面高さ測定器２にてサウジ
ング高さＨを測定し、推定データを補正する。

装入物情報は各装入物の量（重量：トン）、かさ比重、
装入順序等である。

その後溶解を開始するが溶解中、溶解炉の周壁に上、下
に位置をずらして付設したセンサ部３により検出した音
響、振動データに基づき炉内装入物の種別、降下速度１
層厚さ判定処理等を行う（ステップｓｇ）。そしてこれ
らの炉内装入物の種別、降下速度１層厚並びに途中装入
物情報、サウジング高さＨに基づいて炉内装入物の分布
を推定する（ステップＳ３）・ 以下各処理過程について具体的に説明する。

＋３）　　炉内装入物の種別判定処理 センサ部３を付設しである位置と対応する炉内位置に存
在している炉内装入物の種別は前記ＦＦＴプロセッサ１
２．１３から入力された振動パワースペクトル値Ａ１と
ＡＺ又は音響パワースペクトルがピーク値を示す音響周
波数Ｆ、とＦ２の双方又は何れか一方を用いて判定され
る。以下に振動パワースペクトル値Ａ　１　。

Ａ２を用いて炉内装入物の種別を判別する場合について
説明する。

予め各種の炉内装入物についてその種別毎に実験的に振
動パワースペクトルを求めておき、これを基準値Ａｌ０
ＩＡ！。・・・とじて演算制御装置１５へ入力しておく
。そしてＦＦＴプロセッサ１３から入力されてきた振動
パワースペクトル値Ａ　＋　、　Ａ　ｚ・・・と対比す
る。

第６図は振動パワースペクトル値Ａ　＋　、Ａ　ｚ・・
・と基準値Ａｔａ、　Ａ、。・・・とを対比して示すグ
ラフであり、横軸に時間ｔを、また縦軸に振動パワース
ペクトル値Ａ＋、Ａｚをとって示しである。このグラフ
から明らかなように振動パワースペクトル値ＡｌｌＡ２
・・・と破線で示す基準値ＡＨ，Ａ、。との差が所定の
範囲内で納まっているとき、即ち ＡＩ−ＡＨ＜ε−９Ａｚ　　Ａ２゜＜ε。

のときはその炉内装入物は基準値ＡＩＯ又はＡ２゜を示
す材料と同じ材料であると判定する。

音響周波数ＦＩ＋Ｆ！を用いて炉内装入物の種別を判別
する場合も実質的に同じであり、この場合も予め実験的
に炉内装入物の種別毎に音響周波数の基準値Ｆ１゜＋Ｆ
ｚｏ・・・を求めておき、音響パワースペクトルがピー
ク値を示すときの音響周波数Ｆ＋、Ｆｚと基準値Ｆ、。

。 Ｆ２゜・・・との差が一定の範囲ε２内に納まる場合に
は炉内装入物は基準値Ｆ、。＋ＦＺ。・・・を示す材料
と同じ材料であると判定する。

なお振動パワースペクトルは、耐火レンガ１ｂの溶損の
程度によって変化するので、次の方法で学習する。

即ち音響周波数Ｆ　＋　、　Ｆ　ｚは耐火レンガ溶損に
よる影響がないので、一定の周期で音９ｒｉｉ１波数に
よる原料判定を行い、その時点での振動パワースペクト
ルを基準値として、保存する。

第７図は溶解炉の耐火レンガ１ｂの溶損と振動及び音響
パワースペクトル値との関係を示す説明図であり、横軸
に時間ｔを、また縦軸には振動、音響の各パワースペク
トルをとって示している。

この説明図から明らかなように音響測定区間Ｔ、、Ｔ２
においては音響パワースペクトル値は変化しないが、第
７図に明らかな如く振動パワースペクトル値が変化する
から、一定周期毎に音響周波数Ｆ＋、Ｆｚに基づ（炉内
装入物の種別判定を行うと共に、その都度振動パワース
ペクトルも求め、次に音響周波数Ｆ＋＋Ｆ２に基づく炉
内装入物の種別判定を行う迄の間、その値を用いること
とする。

なお音響周波数による炉内装入物の判別は音響の発生持
続時間が短いため、周波数を算出する方法として一般Ｏ
ＦＦ’Ｔ法に換えて、最大エントロピー法を用いる。た
だこの方法はリアルタイムでの処理に際しても、計算負
荷が大きいので学習時にのみ用いるのが望ましい。

（ｂ）　　炉内原料降下速度判定処理 炉内に燃料（例えばコークス）と原料（例えばスクラッ
プ）とが交互に投入されているものとすると、炉壁に付
設されている上、下のセンサ部３で夫々求めた音響信号
又は振動信号のパワースペクトルを求め、前記（ａｌの
手順にて炉内装入物の種類を所定時間にわたってｍｍ的
に判定処理し、上部のセンサ部３で検出されたーの炉内
装入物が下降して下部のセンサ部３で検出されたとき、
その間の時間差と上、下のセンサ部３間の距離（既知）
とに基づいて算出される。

第８図（イ）、（ロ）は上、下のセンサ部３で夫々求め
た振動信号のパワースペクトルの時間的推移を示してお
り、上部のセンサ部３で検出した周波数Ｆ１のパワース
ペクトルと、下部のセンサ部３で検出した周波数Ｆ、の
パワースペクトルとの間の時間差をΔｔとすると、上、
下のセンサ部３間の距離はＬであるから上部センサ部３
から下部センサ部３に至る迄の炉内装入物の降下速度Ｖ
を下式から求めることが出来る。

炉内装入物各層の層厚判定処理 各センサ部３で−の炉内装入物が検出され始めた時間１
．と当該炉内装入物が検出されなくなったときの時間ｔ
２との時間差及び前記（′ｂ）で求めた降下速度■とに
基づいて算出される。

（ｄｌ　　炉内原料分布推定処理 上記した（ａ）、　（ｂ）、　（ｃｌの処理を炉の周方
向における複数個所で上、下に対応させて配置しである
４組のセンサについて求めることにより炉内周方向にお
ける複数個所での炉内装入物の層厚さが求められ、第９
図に示す如き炉内装入物の分布が求め得る。

なおこの過程ではセンサ部３による音響、振動測定時間
と炉内装入物分布を求めた時とには時間的なずれが存在
するから、サウジング測定データを取り込んで炉内原料
表面の高さＨを求め、これを校正基準値として演算値、
即ち炉内装入物の分布を補正した後炉制御装置１６へ出
力する。

炉制御装置１６はこれに基づいて、羽目位置に存在する
炉内装入物の種類に応じた燃料吹込量を各炉内装入物の
層厚さに応じた時間だけ所定のタイミングで供給し、効
率的な最適制御を行い得ることとなる。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明装置にあっては、溶解過程において炉
内装入勤人々の種別、降下速度１層厚さ等を逐次正確に
検知することが可能となり、溶解炉の制御が最適化され
、燃料原料原単位等を大幅に向上し得る等本発明は優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を円筒型溶解炉に適用した構成を示
す模式図、第２図はセンサ部の配置態様を示す溶解炉の
模式的横断面図、第３図は炉壁に対するセンサ部の取付
態様を示す部分拡大断面図、第４図は炉内装入物の種類
毎の音響パワースペクトル、振動パワースペクトルの例
を示すグラフ、第５図は本発明装置による炉内装入物の
分布測定過程を示すフローチャート、第６図は炉内装入
物の種別判定の説明図、第７図は耐火レンガの溶損によ
る音響周波数を用いた振動パワースペクトルの変化の学
習態様を示す説明図、第８図は上、下のセンサにより求
めたデータに基づくパワースペクトルの推移を示すグラ
フ、第９図は炉内装入物分布の一例を示す説明図である
。 １・・・筒型溶解炉 ２・・・炉内装入物表面高さ測定器 ３・・・センサ部　　　　　　１１・・・マルチプレク
サ１２、１３・・・ＦＦＴプロセッサ　１５・・・演算
処理装置１６・・・炉制御装置　　　　　Ｓｌ・・・音
響センサＳ２・・・振動センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上部から炉内に投入した原料の炉内分布を測定する
   装置において、 炉壁を構成する耐火物の外面に上、下方向 に位置をずらして固定され、耐火物を通じて伝播されて
   きた音響及び振動を検出するセンサ部と、 上、下のセンサ部で検出した音響及び振動 データに基づき当該センサ部の設置位置と対応して位置
   する炉内装入物の種類を判別する手段と、 上、下のセンサ部で経時的に検出した音響 及び振動データに基づいて、炉内装入物の種類毎の分布
   状態を求める手段と を具備することを特徴とする炉内装入物の 分布測定装置。