JPH07140400A - 高炉炉内の監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高炉内のガスの状態及び状況に応じて炉内暗所
の状態を把握できる高炉炉内の監視装置を提供する。 【構成】監視装置１は、高炉炉内２の状態を撮像する撮
像装置５を備え、撮像装置５は可視乃至近赤外領域の光
線に感度を有するものであって、撮像装置５に走査時間
制御手段７を設ける。撮像装置５は、波長０．７〜１．
１μｍの光線に感度を有する。撮像装置５に受光波長選
択手段１０を設ける。監視装置１に、照光装置６を設け
る。照光装置６に照光する光線の波長を０．７〜１．１
μｍの範囲で選択する照光波長選択手段１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鉱石から銑鉄を製出
する高炉炉内の状況等を監視する監視装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石から銑鉄を製出する高炉では、鉄
鉱石及びコークス類を炉口部から逐次投入することによ
り連続操業が行われる。この連続操業を安定に行うため
には、前記鉄鉱石及びコークス類を炉内に中央部が最も
低くなる磨り鉢状の穴を形成するように装入することが
好ましく、このために鉄鉱石及びコークス類は、炉内の
所定の位置に所定の粒度のものが配置されるように設計
された所定の積み上げパターンに従って装入される。

【０００３】ところが、装入された鉄鉱石及びコークス
類は前記磨り鉢状の穴の中央底部に向けて常に移動して
いるために、前記積み上げパターンを設計どおりに維持
することは難しく、高炉内で発生したガスが前記鉄鉱石
及びコークス類の周囲から上方に突発的に吹き抜ける吹
き抜け現象等のトラブルが起きやすい。

【０００４】そこで、従来、高炉の炉内暗所の状態を監
視するために使用するテレビカメラ等の撮像装置が知ら
れている。このような撮像装置として、本出願人は既に
図３示の炉内監視用カメラ３１及び照光装置３２からな
る装置を提案している（特願平３−３１５６２２号明細
書参照）。前記撮像装置は、炉口２の周壁３に設けられ
た小孔からなる窓部４ａを介して、炉内の積み上げパタ
ーン５の状態を監視する炉内監視用カメラ３１と、周壁
３の上方に設けられた小孔からなる窓部４ｂを介して、
炉内監視用カメラ３１の視野を照明する照光装置３２と
からなる。

【０００５】炉内監視用カメラ３１は、窓部４ａの後方
に設けられた短焦点の広角レンズ系３３と、赤外線領域
に感度を有する撮像素子３４とからなる。また、照光装
置３２は、窓部４ｂの後方に設けられた短焦点の広角レ
ンズ系３５と、赤外線の光源３６とからなる。

【０００６】前記撮像装置によれば、赤外線を照光する
照光装置３２を用いて赤外線領域に感度を有する炉内監
視用カメラ３１の視野を照明するので、該赤外線が炉口
２内に生じる粉塵に散乱されることが少なく、また高温
物体と低温物体との間の温度差によるハレーションを低
減させて、鮮明な画像を得ることができる。従って、炉
内監視用カメラ３１によれば、前記炉内の鉄鉱石及びコ
ークス類の粒度や分布状況に好ましくない変化が生じた
り、予期しない位置に前記ガスの吹き抜けが生じたとき
に、その位置を的確に把握することができるので、その
位置に前記鉄鉱石及びコークス類を装入することによ
り、前記積み上げパターン５の維持、管理が容易にな
る。

【０００７】前記炉内監視用カメラ３１では、炉口２内
に生じる粉塵が比較的少ないときには、前記積み上げパ
ターン５により装入された鉄鉱石及びコークス類の表面
の状態を把握することはできるが、高炉内部の鉄鉱石及
びコークス類の分布に関係する反応状況までは把握する
ことができない。従って、前記ガスの吹き抜けなどの事
態が生じないと、積み上げパターン５を維持するために
必要な対応を取ることができない。そこで、高炉の連続
操業をさらに安定して行うために、高炉内部の反応状況
を把握することが望まれる。

【０００８】前記高炉内で発生するガスは、常時炉口２
に噴出しており、その噴出状態は高炉内の反応状況と密
接な繋がりがあることが知られている。即ち、突発的な
吹き抜けは、高炉内で異常な反応等が生じたために、前
記ガスの発生量が急激に増加するためと考えられので、
炉口２に噴出する前記ガスの状態が把握できれば、事前
に前記ガスの吹き抜けなどの事態に対応処置を講ずるこ
とができ、さらに安定して操業できるものと考えられ
る。

【０００９】しかしながら、前記のように赤外線領域に
感度を有する炉内監視用カメラ３１では、前記ガスの状
態を把握することが難しいとの不都合がある。

【００１０】また、炉内監視用カメラ３１では、炉口２
内に生じる粉塵が多量になると、該粉塵が照光装置３２
から照光される赤外線の光路を遮り、炉内監視用カメラ
３１の視野を十分に照明できないことがあるとの不都合
がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記不都合
を解消して、高炉内のガスの状態を把握することができ
るとともに、状況に応じて炉内暗所の状態を把握するこ
とができる高炉炉内の監視装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記高炉
内のガスの状態について、鋭意検討を重ねた結果、前記
ガス自体は人間の視覚では捕らえることができないもの
の、ガス中に含まれる微粒子は高炉内で加熱されている
ために可視乃至近赤外領域の光線を発しているので、こ
れらの光線を利用することにより該微粒子を捕らえれば
ガス流の挙動を把握できることを見出した。また、前記
可視乃至近赤外領域の光線は、炉内に粉塵が多量に存在
しているときにも僅かながら前記粉塵を透過するので、
前記微粒子を捕らえる撮像素子の走査時間を長くすれば
炉内暗所を観察するに十分な明るさの映像が得られるこ
とを知見し、本発明を完成した。尚、前記可視乃至近赤
外領域の光線が僅かながら前記粉塵を透過する現象は、
光の透過に関するランバート−ベールの法則及び光の散
乱に関するミー散乱の理論により説明される。

【００１３】従って、本発明の高炉炉内の監視装置は、
高炉炉内の状態を撮像する撮像装置を備える高炉炉内の
監視装置において、前記撮像装置が可視乃至近赤外領域
の光線に感度を有するものであって、該撮像装置の走査
時間を制御する走査時間制御手段を設けてなることを特
徴とする。

【００１４】前記撮像装置は、高炉内で加熱されている
微粒子が発する可視乃至近赤外領域の光線を受光するた
めに、波長０．７〜１．１μｍの光線に感度を有するも
のであることが好ましい。前記撮像装置が、波長０．７
μｍ以下の可視光線に感度を有するときには前記微粒子
による散乱反射のために光線を受光することができず、
１．１μｍ以上の赤外線に感度を有するときには前記微
粒子の発する光線は明るすぎてハレーションを起こし、
前記微粒子の像を的確に把握することができない。

【００１５】また、本発明の監視装置は、前記撮像装置
に受光される光線の波長を選択する受光波長選択手段を
設けてなることを特徴とする。

【００１６】さらに、本発明の監視装置は、前記高炉炉
内に照光する照光装置を設けてなることを特徴とする。
前記照光装置は、前記微粒子の像を的確に把握するとと
もに、炉内暗所の観察を容易にするために、照光する光
線の波長を０．７〜１．１μｍの範囲で選択する照光波
長選択手段を設けてなる。

【００１７】

【作用】本発明の高炉炉内の監視装置によれば、前記撮
像装置が可視乃至近赤外領域の光線に感度を有するの
で、高炉内で加熱されている微粒子が発する可視乃至近
赤外領域の光線を受光することにより該微粒子の像が得
られ、該微粒子を介して前記ガス流の挙動が把握され
る。

【００１８】また、本発明の高炉炉内の監視装置によれ
ば、前記撮像装置に走査時間制御手段を設け、状況に応
じて該撮像装置の走査時間を調整することにより、前記
微粒子の状態の観察と、炉内暗所の観察との切替えが行
われる。すなわち、走査時間が短いときには主として前
記微粒子が観察されるが、走査時間を長くすることによ
り炉内に粉塵が多量に存在しているときにも前記粉塵を
僅かながら透過する前記可視乃至近赤外領域の光線が撮
像装置に蓄積され、炉内暗所を観察するに十分な明るさ
の映像が得られる。

【００１９】前記撮像装置は、発明の高炉炉内の監視装
置では、波長０．７〜１．１μｍの光線に感度を有する
ものであることにより、前記微粒子の像が的確に把握さ
れるとともに、炉内に粉塵が多量に存在しているときに
前記粉塵を僅かながら透過する前記波長の光線が撮像装
置に蓄積されやすくなる。

【００２０】また、本発明の監視装置は、前記撮像装置
に受光波長選択手段を設けることにより前記微粒子の状
態に対応して受光される光線の波長を選択でき、特定の
条件の微粒子の像がさらに的確に把握される。

【００２１】さらに、本発明の監視装置は、前記高炉炉
内に照光する照光装置を設けることにより、高炉内の光
量が不足するときでも前記微粒子及び炉内暗所の観察が
容易になる。前記照光装置は、照光する光線の波長を
０．７〜１．１μｍの範囲で選択する照光波長選択手段
を設けることにより、前記微粒子及び炉内暗所の観察が
容易になる。

【００２２】

【実施例】次に、添付の図面を参照しながら本発明の高
炉炉内の監視装置についてさらに詳しく説明する。図１
は本発明の監視装置を設置した高炉の説明的断面図であ
り、図２は図１の照光装置の説明的断面図である。

【００２３】図１示のように、本実施例の監視装置１
は、炉口２の周壁３に設けられた小孔からなる窓部４ａ
を介して、炉内の状態を監視する可視乃至近赤外線領域
の波長０．７〜１．１μｍの光線に感度を有する炉内監
視用カメラ５と、炉口２の周壁３に設けられた小孔から
なる窓部４ｂを介して、炉内監視用カメラ５の視野を照
明する照光装置６とからなり、炉内監視用カメラ５には
走査時間制御装置７が設けられている。

【００２４】走査時間制御装置７は、炉内監視用カメラ
５で前記炉内の微粒子を観察するときには１フレーム当
り１／３０〜１／１５秒、炉内暗所を観察するときには
１フレーム当り１／３０〜１／１０秒となるように走査
時間を制御する。

【００２５】炉内監視用カメラ５は、図２示のように、
窓部４ａの後方に設けられた短焦点の広角レンズ系８
と、波長０．７〜１．１μｍの光線に感度を有する撮像
素子９とからなり、広角レンズ系８と撮像素子９との間
に０．７〜１．１μｍの範囲の波長を選択できる受光波
長選択装置１０が設けられている。

【００２６】受光波長選択装置１０は、複数の光学フィ
ルターを備え、該光学フィルターを交換することによ
り、前記範囲の波長を任意に選択できるようになってい
る。前記光学フィルターは、０．７〜１．１μｍの範囲
の任意の波長域を選択的に透過するものを備えることに
より、前記炉内の微粒子及び炉内暗所の観察を容易に行
うことができる。このような光学フィルターとしては、
通常のカメラ用のフィルターを使用することができる。

【００２７】広角レンズ系８はその焦点が窓部４ａの中
央に位置するように配設することにより、小孔からなる
窓部４ａを介して炉内の広い範囲を炉内監視用カメラ５
の視野とすることができる。広角レンズ系８としては、
例えば、視野角７８°、焦点距離１５０ｍｍ、口径１３
０ｍｍのものが使用され、照光範囲を７０°以上の広角
とすることができる。

【００２８】また、炉内監視用カメラ５は、窓部４ａと
広角レンズ系８との間に窓部４ａをシールするシールガ
ラス１１を備えるシール体１２を設け、シール体１１の
側面から配管１３を介してパージ気体を導入、噴出させ
るようにしてもよい。このようにすることにより、シー
ル体１２内に導入されたパージ気体が窓部４ａから噴出
されるので、高炉操業時に炉内で発生する鉄鉱石及びコ
ークス類の塵埃や亜鉛等の金属蒸気、水蒸気等が炉内監
視用カメラ５内に侵入することを防止できるとともに、
シールガラス１１の表面を清浄に維持することができる
ので炉内監視用カメラ５が受光する光線の光路が確保さ
れる。

【００２９】さらに、炉内監視用カメラ５には、シール
体１２と周壁３との間には窓部４ａを開閉する遮断シャ
ッタ１４が図示しないシリンダにより摺動自在に設けら
れており、前記鉄鉱石及びコークス類の塵埃によりシー
ルガラス１１が汚れる虞れのあるときには、窓部４ａを
閉鎖できるようになっている。

【００３０】照光装置６は、図１示のように、窓部４ｂ
の後方に設けられた短焦点の広角レンズ系１５と、可視
乃至赤外線領域の光線を照光できるハロゲンランプのよ
うな光源１６とからなり、広角レンズ系１５と光源１６
との間に０．７〜１．１μｍの範囲の波長を選択できる
照光波長選択装置１７が設けられている。

【００３１】広角レンズ系１５はその焦点が窓部４ｂの
中央に位置するように配設することにより、小孔からな
る窓部４ｂを介して炉内の広い範囲に照光することがで
きる。前記広角レンズ系１５としては、炉内監視用カメ
ラ５と同様に、例えば、視野角７８°、焦点距離１５０
ｍｍ、口径１３０ｍｍのものを使用することができ、撮
像対象範囲を７０°以上の広角として、炉内監視用カメ
ラ５の視野となる範囲に照光することができる。

【００３２】照光波長選択装置１７は、前記受光波長選
択装置１０と同様の構成となっており、前記範囲の波長
を任意に選択できるようになっている。

【００３３】また、照光装置６は、炉内監視用カメラ５
と同様に、窓部４ｂと広角レンズ系１４との間に窓部４
ｂをシールするシール体を設けパージ気体を導入するよ
うにすることにより、高炉操業時に炉内で発生する鉄鉱
石及びコークス類の塵埃や亜鉛等の金属蒸気、水蒸気等
が装置内に侵入することを防止できるとともに、照光装
置６から照光される光線の光路が確保される。また、前
記シール体と周壁３との間には窓部４ｂを開閉する遮断
シリンダを摺動自在に設け、窓部４ｂを閉鎖できるよう
になっている。

【００３４】次に、本実施例の監視装置１の作動につい
て説明する。

【００３５】高炉内部では、炉口２から装入された鉄鉱
石及びコークス類が高熱で反応しており、鉄鉱石の還元
反応により生じたガスが積み上げパターン表面の鉄鉱石
またはコークス類の周囲から吹き上げて、ガス流を形成
している。前記ガス流自体は視覚的に捕らえることはで
きないが、該ガス流には前記高炉内で生じた粉塵のう
ち、特に粒径の小さい微粒子が含まれており、このよう
な微粒子は前記高炉内で高温に加熱しているため、それ
自体が発光している。

【００３６】前記微粒子の発する光線は、可視乃至近赤
外領域にあり、その波長は０．７〜１．１μｍの範囲で
ある。炉内監視用カメラ５は、前記波長の範囲に感度を
有する撮像素子９を備えているので、前記微粒子の発す
る光線を受光することにより、微粒子の像が得られる。
そこで、該微粒子の像を介して、前記ガス流の挙動を把
握する。

【００３７】本実施例の監視装置１では通常は前記波長
の範囲で前記微粒子の発する光線全てを巨視的に観察す
るが、微粒子の粒径と加熱状態とによっては特定の波長
の光線だけが発せられることがあるので、このようなと
きには受光波長選択手段１０により受光する光線の波長
を選択して前記特定の波長の光線だけから微粒子の挙動
を微視的に観察することもできる。

【００３８】また、炉口２内で微粒子の観察のために十
分な光量が得られないときには、照光装置６により、炉
内監視用カメラ５の視野範囲に照光することにより、十
分な光量が得られる。照光装置６から照光される光線
は、前記微粒子に反射されて撮像素子９に受光されるの
で、撮像素子９の感度範囲の波長であることが好まし
く、さらに特定の温度状態の微粒子だけを微視的に観察
するときには照光波長選択手段１７により、前記特定の
温度状態の微粒子が発する光線の波長に合わせて選択さ
れた波長の光線が選択的に照光される。

【００３９】炉内監視用カメラ５で前記微粒子を観察す
るときには、走査時間制御装置７により、前記微粒子の
流速に合わせて、走査時間が調整される。即ち、前記微
粒子の流速が１ｍ／秒程度であるときには１フレーム当
りの走査時間が１／１５秒とされ、前記微粒子の流速が
２ｍ／秒程度であるときには１フレーム当りの走査時間
が１／３０秒となるように調整される。

【００４０】前記微粒子の流速に合わせて走査時間が調
整されているときには、炉内の粉塵の量が多いと積み上
げパターン表面の鉄鉱石またはコークス類のような炉内
暗所から発せられ或は反射される光線は、前記粉塵に遮
られるために殆ど撮像素子９に受光されず、炉内暗所に
ついては十分な明るさの映像が得られない。しかし、前
記炉内暗所からの光線は、僅かながら前記粉塵を透過し
ているので、１フレーム当りの走査時間を長くすること
により、撮像素子９に受光、蓄積される光量が増加し、
観察に十分な明るさの映像が得られる様になる。

【００４１】前記効果は、前記炉内暗所が前記積み上げ
パターン表面のように前記粉塵よりも低い位置にあると
きに特に顕著である。これは、前記粉塵は比較的低温で
それ自体の発光がなく、炉内暗所から発せられ或は反射
される光線の光路を黒体が単に高速で通過するに過ぎな
い状態になっているためである。前記状態では、前記微
粒子の流速は１フレーム当りの走査時間に比べて高速に
なっており、映写機において高速のシャッターで光路を
遮断しても映像が見える原理と同様に考えられる。

【００４２】前記のようにして炉内監視用カメラ５で炉
内暗所を観察するときには、走査時間制御装置７によ
り、前記微粒子の流速が１ｍ／秒程度であるときには１
フレーム当りの走査時間が１／１０秒とされる。前記微
粒子の流速が２ｍ／秒程度であるときには１フレーム当
りの走査時間が１／２５秒となるように調整するのがよ
いが、通常の電子機器の能力では１／３０秒の倍数で使
用することが好ましいので、１／３０秒とする。１フレ
ーム当り１／３０秒の走査時間は、前記微粒子の流速が
１．８ｍ／秒の場合に相当する。従って、前記のように
して炉内暗所を観察すると、最初に粉塵が見えるが、粉
塵濃度が減少すると、流速が速くなった場合と等価にな
り暗所の像が見える様になる。

【００４３】尚、走査時間制御装置７では、前記のよう
に１フレーム当りの走査時間を調整する代わりに、基準
走査時間のフレームを加算して映像信号を作るようにし
てもよい。この場合には、例えば、図示しないビデオレ
コーダを設け、走査時間制御装置７は、炉内監視用カメ
ラ５の走査時間を１フレーム当り１／３０秒に固定し
て、撮像素子９に受光された映像の２フレーム分を１フ
レームとする映像信号を前記ビデオレコーダに出力する
ようにする。

【００４４】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
の高炉炉内の監視装置によれば、前記撮像装置が可視乃
至近赤外領域の光線に感度を有するので、高炉内で加熱
されている微粒子が発する可視乃至近赤外領域の光線を
受光して該微粒子の像を得ることにより前記ガス流の挙
動を把握することができる。

【００４５】また、本発明の高炉炉内の監視装置によれ
ば、前記撮像装置に走査時間制御手段を設け、状況に応
じて該撮像装置の走査時間を調整することにより、前記
微粒子の状態の観察と炉内暗所の観察とを切替えて、炉
内に粉塵が多量に存在しているときにも前記粉塵を僅か
ながら透過する前記可視乃至近赤外領域の光線を撮像装
置に蓄積させるようにすることができ、炉内暗所を観察
するに十分な明るさの映像を得ることができる。

【００４６】前記撮像装置は、発明の高炉炉内の監視装
置では、波長０．７〜１．１μｍの光線に感度を有する
ものであることにより、前記微粒子の像が的確に把握さ
れるとともに、炉内に粉塵が多量に存在しているときに
前記粉塵を僅かながら透過する前記波長の光線が撮像装
置に蓄積されやすくすることができる。

【００４７】また、本発明の監視装置は、前記撮像装置
に受光波長選択手段を設けることにより、特定の条件の
微粒子の像をさらに的確に把握することができる。

【００４８】さらに、本発明の監視装置は、前記高炉炉
内に照光する照光装置を設けることにより、高炉内の光
量が不足するときでも前記微粒子及び炉内暗所を容易に
観察することができる。前記照光装置は、照光する光線
の波長を０．７〜１．１μｍの範囲で選択する照光波長
選択手段を設けることにより、前記微粒子及び炉内暗所
を容易に観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の監視装置を設置した高炉の説明的断面
図。

【図２】図１の照光装置の説明的断面図。

【図３】従来の監視装置を設置した高炉の説明的断面
図。

【符号の説明】

１…監視装置、５…撮像装置、６…照光装置、７…走査
時間制御手段、１０…受光波長選択手段、１７…照光波
長選択手段。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高炉炉内の状態を撮像する撮像装置を備え
   る高炉炉内の監視装置において、前記撮像装置が可視乃
   至近赤外領域の光線に感度を有するものであって、該撮
   像装置の走査時間を制御する走査時間制御手段を設けて
   なることを特徴とする高炉炉内の監視装置。
2. 【請求項２】前記撮像装置が、波長０．７〜１．１μｍ
   の光線に感度を有するものであることを特徴とする請求
   項１記載の高炉炉内の監視装置。
3. 【請求項３】前記撮像装置に、受光される光線の波長を
   選択する受光波長選択手段を設けてなることを特徴とす
   る請求項１記載の高炉炉内の監視装置。
4. 【請求項４】前記監視装置に、前記高炉炉内に照光する
   照光装置を設けてなることを特徴とする請求項１記載の
   高炉炉内の監視装置。
5. 【請求項５】前記照光装置に、照光する光線の波長を
   ０．７〜１．１μｍの範囲で選択する照光波長選択手段
   を設けてなることを特徴とする請求項４記載の高炉炉内
   の監視装置。