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公開番号2025124584
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024226612
出願日2024-12-23
発明の名称高炉内の状態測定システム及び状態測定方法
出願人JFEスチール株式会社,国立大学法人大阪大学
代理人個人
主分類G01N 23/02 20060101AFI20250819BHJP(測定;試験)
要約【課題】高炉内の状態をその変化に追従するように測定できる高炉内の状態測定システム及び状態測定方法を提供する。
【解決手段】高炉100内の状態測定システム1は、高炉100内の測定対象部分を通過する経路40の上で測定対象部分の両側に配置された第1検出器10及び第2検出器20と、測定装置30とを備える。第1検出器10は、経路40に沿って飛来して測定対象部分に入射する前の宇宙線粒子を飛来粒子として検出する。第2検出器20は、測定対象部分を通過した飛来粒子を通過粒子として検出する。測定装置30は、飛来粒子及び通過粒子それぞれの検出結果の経時変化に基づいて測定対象部分の状態の経時変化を測定する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
高炉内の測定対象部分を通過する経路の上で前記測定対象部分の両側に配置された第１検出器及び第２検出器と、測定装置とを備え、
前記第１検出器は、前記経路に沿って飛来して前記測定対象部分に入射する前の宇宙線粒子を飛来粒子として検出し、
前記第２検出器は、前記測定対象部分を通過した前記飛来粒子を通過粒子として検出し、
前記測定装置は、
前記飛来粒子及び前記通過粒子それぞれの検出結果の経時変化に基づいて、前記測定対象部分の状態の経時変化を測定する、
高炉内の状態測定システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記測定装置は、前記第１検出器で前記飛来粒子として検出され、かつ、前記第２検出器でも前記通過粒子として検出された宇宙線粒子の数の変化に基づいて、前記測定対象部分に存在する物質の密度の経時変化を測定する、請求項１に記載の高炉内の状態測定システム。
【請求項３】
前記測定装置は、
前記第１検出器で前記飛来粒子として検出され、かつ、前記第２検出器でも前記通過粒子として検出された宇宙線粒子の数の変化に基づいて、宇宙線粒子が前記測定対象部分を通過する割合の経時変化を算出し、
算出した割合の経時変化に基づいて、前記測定対象部分に存在する物質の密度の経時変化を測定する、請求項２に記載の高炉内の状態測定システム。
【請求項４】
前記第１検出器又は前記第２検出器は、飛来した宇宙線粒子のエネルギーを測定し、
前記測定装置は、所定のエネルギーを有する宇宙線粒子が前記測定対象部分を通過する数の経時変化に基づいて、前記測定対象部分に存在する物質の密度の経時変化を測定する、請求項２又は３に記載の高炉内の状態測定システム。
【請求項５】
前記経路に沿って飛来した宇宙線粒子のうち所定範囲外のエネルギーを有する宇宙線粒子の軌道を偏向させる偏向器を更に備える、請求項１から３までのいずれか一項に記載の高炉内の状態測定システム。
【請求項６】
前記第１検出器及び前記第２検出器は、４０度以上かつ６０度以下の範囲の仰角から飛来する宇宙線粒子を検出するように設置される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の高炉内の状態測定システム。
【請求項７】
少なくとも２組の前記第１検出器及び前記第２検出器を備え、
前記第１検出器及び前記第２検出器の各組は、前記第２検出器が前記高炉の羽口の高さから前記高炉の出銑口の高さまでの間で異なる高さに位置するように設置されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の高炉内の状態測定システム。
【請求項８】
高炉内の測定対象部分を通過する経路に沿って飛来して前記測定対象部分に入射する前の宇宙線粒子である飛来粒子を検出するステップと、
前記測定対象部分を通過した前記飛来粒子である通過粒子を検出するステップと、
前記飛来粒子及び前記通過粒子それぞれの検出結果の経時変化に基づいて、前記測定対象部分の状態の経時変化を測定するステップと
を含む、高炉内の状態測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、高炉内の状態測定システム及び状態測定方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
高炉を安定的に操業するには、高炉内で製造した溶銑と溶融スラグとを製造した量だけ排出させることが必要である。高炉内で製造した溶銑と溶融スラグとを排出しきれない場合、溶銑及び溶融スラグが炉内に滞留する。溶銑及び溶融スラグが送風羽口の高さに至ると、高炉への送風が不能になり、操業継続が困難となる。そのため、製造量と排出量とを常に管理し、高炉内に滞留する溶融物量を増加させないことが必要となる。一般的に溶銑及び溶融スラグの製造量を推定する方法として、例えば、単位時間あたりに高炉に装入した原料の量だけ高炉で溶銑及び溶融スラグが製造されたとみなす方法がある。また、排出量を推定する方法として、例えば、高炉から排出される溶銑及び溶融スラグを受け取るトピードカー、溶銑鍋又は溶滓鍋などの重量増加量から推定する方法がある。これらの方法によって推定された製造量と排出量の差が、炉内に滞留している溶銑及び溶融スラグ量の推定値として算出され得る。
【０００３】
一方で、高炉内の溶銑及び溶融スラグが滞留している領域は、コークス充填層の間隙と考えられる。コークス充填層の間隙体積、いわゆる空隙体積はコークス性状の良否により変化する。したがって、空隙体積は、操業タイミングによって異なる。そうすると、上述した手法で推定した溶銑及び溶融スラグの滞留量のみに基づいて溶融物の液面の上端の位置を正確に把握することが難しい。そこで、センサによって液面の上端の位置（液面レベル）を推定する手法が種々検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、３枚のプラスチック平板からなる検出器セットを用いて、５０日等の所定期間に特定の入射角から高炉を透過してくる宇宙線ミューオンの強度を測定することで、高炉内の耐火物の厚さを測定する技術が示されている。
【０００５】
特許文献２には、宇宙線ミューオンを計測する計測装置により高炉を透過して飛来する高炉透過の宇宙線ミューオン強度と、該高炉透過の宇宙線ミューオンの飛来方向の判別情報と、高炉を非透過の非透過宇宙線ミューオン強度とを一定時間蓄積し、該実測による蓄積データに基づいて、高炉の状態を密度として炉底透過の宇宙線ミューオン強度と非透過宇宙線ミューオン強度との強度比で表し、高炉の耐火物と推定される強度比と境界をなす炉内充填物の強度比から該炉内充填物の密度を求め、該充填物を推定することを特徴とする高炉の炉内状況推定方法が示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ミューオンが構造物中のある物質を透過する際に生じるクーロン多重散乱による軌跡変化を測定することで、その軌跡の変化した地点にある構造物の構造を３Ｄ可視化する手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開平８－２６１７４１号公報
特開２００８－１４５１４１号公報
特開２０１７－５３７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、高炉内の液面レベルの推定は重要であり、液面レベルの推定に資する測定方法がいくつか示されている。ここで、高炉での出銑作業は、１回につき２～４時間程度かかる。出銑作業のトラブルによる排出不良などが発生すると、数時間から長くとも１日程度の時間スパンで液面レベルを検出できることが求められる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１又は２に記載されているようにデータを蓄積して高炉の炉内状態を推定する場合、十分なデータを蓄積するまでに時間がかかる。例えば、１回の測定に数日から十数日かかることがある。そうすると、データを蓄積して１回の測定を実行している間に、高炉の炉内状態が変化する。高炉内の状態をその変化に追従するように測定することが求められる。
【００１０】
また、特許文献３に記載の手法において、散乱が一か所で発生すると想定してデータ処理が行われている。しかし、多数の物質で構成される高炉では、多くの物質によりミューオンの軌跡が変化すると考えられるので、このような想定の適用は困難と考えられる。さらに、本手法は、どの物質で散乱が起きたかを特定することが困難である。また、本手法において、対となっている１台の検出器の場所を変えながら複数回測定することが想定されている。しかし、高炉の液面が時々刻々と変化することからすると、センサ位置を変化させる間に構造が変わる可能性があるので、正確な測定に適さないと考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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