CN111484862A - 炉内观察装置及炉内观察装置的维护方法 - Google Patents

Abstract

以往的炉内观察装置为了冷却及绝热而需要具有大规模的结构，因此存在难以简化结构的问题。因此，本发明的目的在于提供一种能够简化结构的炉内观察装置的技术。炉内观察装置(100)是为了观察炼焦炉内部而能够放入炼焦炉内或能够从炼焦炉内取出的炉内观测装置，其具备摄像装置(10)、覆盖摄像装置(10)的相变材料层(20)及覆盖相变材料层(20)的耐火材料层(30)，耐火材料层(30)包含石膏。

Description

炉内观察装置及炉内观察装置的维护方法

本申请主张基于2019年1月25日申请的日本专利申请第2019-011209号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种炉内观察装置及炉内观察装置的维护方法。

背景技术

已知有一种能够观察高温炉内的观察装置。例如，在专利文献1中记载了具有容纳在壳体内的摄像装置的炉内观察装置。该观察装置具备利用从壳体外部导入的冷却用空气来冷却摄像装置的构件、包围摄像元件主体的热电冷却元件、填补摄像元件主体与热电冷却元件之间的间隙的导热块、及设置在热电冷却元件的散热片。

专利文献1：日本特开2007-225266号公报

关于炼焦炉，为了掌握炭化室的劣化状态并判断是否要进行维护，优选适时将摄像装置放入炉内观察炉内。但是，相对于炼焦炉的炉内温度为1100℃～1200℃，摄像装置的耐热温度大多在50℃左右，为了保护摄像装置需要具备大规模的冷却装置或绝热构件。

近年来，为了轻松地进行制造或操作，对这种炉内观察装置要求简化结构。基于这种观点，专利文献1中记载的炉内观察装置具有如下问题：由于始终设置在顶出柱塞上并且始终配置在炉内，因此为了冷却及绝热而需要大规模的结构，因而难以简化结构。

根据这些，本发明人等认识到，从能够简化结构的观点出发，炉内观察装置存在有待改善的课题。

发明内容

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的之一在于提供一种能够简化结构的炉内观察装置。

为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的炉内观察装置为安装在炼焦炉中使用的顶出柱塞上的观察装置，其特征在于，具备：摄像装置；相变材料层，覆盖所述摄像装置；及耐火材料层，覆盖所述相变材料层，所述耐火材料层包含石膏。

另外，以上构成要件的任意组合或在方法、系统等之间相互替换本发明的构成要件或表述也作为本发明的实施方式而有效。

根据本发明，提供一种能够简化结构的炉内观察装置。

附图说明

图1是概略地表示第1实施方式所涉及的炉内观察装置的一例的立体图。

图2是表示图1的炉内观察装置的侧面剖视图。

图3是表示图1的炉内观察装置的滤光镜的结构的侧视图。

图4是表示图1的炉内观察装置的框架与耐火材料层的侧视图。

图5是表示图1的炉内观察装置的框架与耐火材料层的另一侧视图。

图6是表示图1的炉内观察装置安装在顶出柱塞的状态的侧视图。

图7是表示图1的炉内观察装置的安装部的侧视图。

图中：10-摄像装置，12-存储装置，14-滤光镜，16-透光窗，18-壳体，20-相变材料层，24-绝热材料层，30-耐火材料层，32-框架，34-安装部，36-柄部，50-顶出柱塞，60-炼焦炉、100-炉内观察装置。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。在实施方式及变形例中，对相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，为了便于理解，在各附图中，适当放大或缩小表示部件的尺寸。并且，在各附图中，省略对实施方式的说明并不重要的部件的一部分。

并且，包含第1、第2等编号的术语用于说明多种构成要件，但是，该术语仅用于将一个构成要件区分于另一构成要件的目的，该术语并不用于限定构成要件。

[第1实施方式]

以下，参考图1～图7，对第1实施方式所涉及的炉内观察装置100的结构进行说明。图1是概略地表示炉内观察装置100的一例的立体图。图2是表示炉内观察装置100的侧面剖视图。在图2中，省略了框架。炉内观察装置100为在安装于顶出柱塞的状态下进出炼焦炉的炭化室(以下，有时简称为“炉”)并拍摄炉内的观察装置。根据该拍摄结果，能够掌握炉壁的凹凸状态等，协助判断维护的必要性。

本实施方式的炉内观察装置100主要具备摄像装置10、存储装置12、壳体18及滤光镜14。壳体18在其内部容纳摄像装置10，并且作为用于从炉内的高温(例如，1200℃)保护耐热性为50℃左右的摄像装置10的容器而发挥作用。壳体18可以是能够将容纳摄像装置10的空间(以下，称为“容纳空间”)的温度保持在摄像装置10的耐热温度以下规定时间(例如，5分钟)的壳体。本实施方式的壳体18具有长方体、立方体等六面体轮廓，在其纵向延伸的一个面上设置有透光窗16。在透光窗16安装有滤光镜14。

摄像装置10作为获取炉壁表面的静止图像或动态图像的图像获取装置而发挥作用。摄像装置10例如可以通过CCD或CMOS等图像传感器获取通过透镜形成的图像作为图像信息。摄像装置10的视野经由滤光镜14朝向壳体18的外部。以下，为了方便说明，将摄像装置10的视野所朝向的方向称为“视野方向”，将与视野方向相反的方向称为反视野方向。在该例子中，视野方向为沿着通过摄像装置10的视野的中心的水平线La的方向，其在图2的纸面上左右延伸。

炉内观察装置100可以经由电缆将摄像装置10的拍摄结果输出到外部，但是在本实施方式中不使用电缆。本实施方式的炉内观察装置100将摄像装置10的拍摄结果存储于容纳在壳体18内的容纳空间的存储装置12中。尤其，存储装置12配置成能够放入被相变材料层20覆盖的空间或能够从被相变材料层20覆盖的空间取出。

存储装置12可以是使用了闪存器等半导体存储器的卡片式存储设备。存储装置12可以装卸自如地安装在设置于壳体18内的存储器安装部(未图示)。该存储器安装部例如可以设置在摄像装置10的内部。

壳体18具备基于各种原理而能够抑制容纳空间内的温度上升的升温抑制部件。本实施方式的壳体18具有相变材料层20、绝热材料层24及耐火材料层30。

相变材料层20为覆盖摄像装置10的升温抑制部件，其抑制容纳空间的温度上升。相变材料层20为由利用从固相变为液相时的潜热吸收来自外部的热量或摄像装置10的发热的相变材料构成的层体。用于相变材料层20的相变材料可以使用公知的各种材料。例如，作为相变材料，从熔化潜热大于水的熔化潜热等观点出发，可以使用三水合乙酸钠或十水合硫酸钠。本实施方式的相变材料层20具有包围容纳空间的六面体的箱形状，在六个面中的与视野方向相交的一个面上设置有窗口。相变材料层20的厚度等形状参数可以根据所期望的潜热量计算出或通过模拟试验进行设定。

耐火材料层30为覆盖相变材料层20的升温抑制部件，其抑制容纳空间的温度上升。耐火材料层30暴露于炉内的高温中，因此优选具有高温下的耐火性。用于耐火材料层30的耐火材料可以使用公知的各种材料。例如，作为耐火材料，从含有大量的结晶水等观点出发，可以使用石膏。石膏包含其重量的20％以上的结晶水。

该结晶水在通常的状态下稳定而不会发散，但是，若暴露于炉内的高温则引起热分解而开始蒸发。因此，石膏能够将内部保持在一定的温度(例如120℃～150℃左右)以下直至结晶水全部热分解而作为水蒸气释放掉为止。本实施方式的耐火材料层30具有包围相变材料层20的六面体的箱形状，在六个面中的与视野方向相交的一个面上设置有窗口30w。耐火材料层30包含与六面体的各个面相对应的六张耐火材料板30b、30c、30d、30e，并且这些六张耐火材料板可以彼此拆开。耐火材料板30b以形成底部的方式与水平面平行地延伸，耐火材料板30c及三张耐火材料板30d以形成侧壁的方式与铅垂面平行地延伸，耐火材料板30e以形成顶棚部的方式与水平面平行地延伸。在耐火材料板30c设置有窗口30w。

耐火材料层30的厚度等形状参数可以根据所期望的结晶水的量计算出或者通过模拟试验进行设定。另外，石膏一旦失去结晶水则无法再使用。因此，优选每经过规定的使用次数就更换耐火材料层30。

由于水蒸气从耐火材料层30发散，因此内部的相变材料层20或摄像装置10可能会受该水蒸气的影响。因此，在本实施方式中，在相变材料层20与耐火材料层30之间设置有绝热材料层24。绝热材料层24能够减少水蒸气进入容纳空间，并且能够提高耐火材料层30与相变材料层20之间的绝热性能。

本实施方式的绝热材料层24具有包围相变材料层20的六面体的箱形状，在六个面中的与视野方向相交的一个面上设置有窗口24w。绝热材料层24包含与六面体的各个面相对应的六张绝热材料板24b、24c、24d、24e，并且这些六张绝热材料板可以彼此拆开。绝热材料板24b以形成底部的方式与水平面平行地延伸，绝热材料板24c及三张绝热材料板24d以形成侧壁的方式与铅垂面平行地延伸，绝热材料板24e以形成顶棚部的方式与水平面平行地延伸。在绝热材料板24c设置有窗口24w。

用于绝热材料层24的绝热材料可以使用公知的各种材料。本实施方式的绝热材料层24使用耐热性高的无机绝热材料，例如二氧化硅质的多孔复合材料。此时，由于包含多孔体，因此能够吸附水蒸气并减少水蒸气的透过，并且能够轻松地得到所期望的绝热性能。并且，还能够实现经得起反复使用的耐久性。绝热材料层24的厚度等形状参数可以根据所期望的绝热性能计算出或通过模拟试验进行设定。

图3是表示滤光镜14的结构的侧视图。滤光镜14优选具备能够拍摄炉内程度的透光性、耐热性及绝热性。因此，滤光镜14也可以由层叠的多个透光板14b～14f构成。

如图1所示，壳体18还具有框架32。框架32作为从外侧支承壳体18的骨架而发挥作用。耐火材料层30可装卸地支承于框架32。

接着，参考图1、图4及图5对框架32进行说明。图4及图5是表示框架32与耐火材料层30的侧视图。图4表示组装状态，图5表示拆开状态。在本实施方式中，框架32包括底部32b、四个纵框32c及顶棚部32d。底部32b和顶棚部32d在俯视观察时呈矩形。四个纵框32c从底部32b的四个角沿壳体18的各个棱垂直延伸。四个纵框32c的下端固定在底部32b。顶棚部32d通过螺栓等紧固件(未图示)固定在四个纵框32c的上部。顶棚部32d构成为通过卸下紧固件能够轻松地从纵框32c进行拆卸。

如图1所示，在本实施方式的顶棚部32d设置有柄部36。炉内观察装置100构成为可以手抓柄部36而进行搬运。柄部36的形状并不受限制，但在该例子中，柄部36具有将水平延伸的棒材的两侧朝下弯曲的形状。

如这些图所示，通过拆卸顶棚部32d，能够使六张耐火材料板30b、30c、30d、30e彼此分离从而进行拆卸。如上所述，石膏板一旦失去结晶水则无法再使用，因此在进行维护时，已使用了规定次数或规定时间的耐火材料层30被更换为新的另一耐火材料层30。在炉内观察装置100中，能够轻松地拆卸使用完的耐火材料层30，并且能够轻松地安装新的另一耐火材料层30。尤其，如图5所示，通过人工操作即可轻松地拆开耐火材料板30b、30c、30d、30e，从而从框架32卸下。并且，如图4所示，被拆开的耐火材料板30b、30c、30d、30e可以通过人工操作安装在框架32，从而轻松地进行组装。

图6是表示炉内观察装置100安装在顶出柱塞50的状态的侧视图。如该图所示，炉内观察装置100安装在顶出柱塞50，与顶出柱塞50一起推入炼焦炉60的炉内，并在该状态下拍摄炉内。拍摄完炉内的炉内观察装置100与顶出柱塞50一起拉出炉外。因此，可以将炉内观察装置100在即将推入观察对象的炼焦炉60内之前安装于顶出柱塞50，在拉出炉外之后立即从顶出柱塞50拆卸。

图7是表示炉内观察装置100的安装部34与顶出柱塞50的柱塞侧安装部52b的侧视图。安装部34为用于将炉内观察装置100装卸自如地安装在顶出柱塞50的部分。本实施方式的安装部34为从框架32的底部32b的四个角朝向下方延伸的四个支脚状的部分。

在顶出柱塞50上设置有用于载置炉内观察装置100的载置台52。在载置台52的与安装部34相对应的位置上设置有四个柱塞侧安装部52b。柱塞侧安装部52b具有从载置台52朝向上方突出且能够与安装部34彼此卡合的形状。在炉内观察装置100载置在载置台52上的状态下，柱塞侧安装部52b的外侧面与安装部34的内侧面接触。柱塞侧安装部52b可以限制所载置的炉内观察装置100沿水平方向移动但不限制炉内观察装置100朝上移动。例如，柱塞侧安装部52b也可以配置成柱塞侧安装部52b的内侧面与安装部34的外侧面接触。炉内观察装置100通过搭载于柱塞侧安装部52b而被安装，并且通过向上抬起而被拆卸。即，炉内观察装置100构成为并不使用螺栓等追加的固定工具而是通过柱塞侧安装部52b与安装部34的直接卡合得到固定，因此无需使用工具就可以装卸于顶出柱塞50。

接着，对上述结构的炉内观察装置100的可用时间进行说明。在炉内观察装置100中，耐火材料层30的升温抑制效果随着结晶水的蒸发失去而下降，相变材料层20的升温抑制效果随着吸收的热量增加而下降。根据这些理由，若炉内观察装置100的累计使用时间超过一定时间，则其升温抑制效果会大幅下降。

若升温抑制效果下降导致容纳空间的温度达到摄像装置10的允许上限温度，则无法使用该炉内观察装置100。炉内观察装置100的可用时间可以将耐火材料层30的结晶水的含量、相变材料层20的潜热量、炉内温度、允许上限温度等作为参数而通过计算或模拟试验来计算出。炉内观察装置100优选在如此计算出的可用时间的范围内使用。另外，通过更换耐火材料层30并且冷却相变材料层20可以重新使用炉内观察装置100。

接着，对炉内观察装置100的使用方法的一例进行说明。在该说明中，示出在连续设置有多个(例如，100门)炉的炼焦炉中在可用时间的范围内使用炉内观察装置100的例子。也可以考虑过将所有炉作为观察对象，但在该例子中将按照规定比例(例如，10％)抽取的炉作为观察对象。此时，也可以以累计使用时间在可用时间内的方式设定观察对象的炉数。

(1)首先，准备安装有存储装置12的炉内观察装置100。

(2)针对观察对象的炉，将炉内观察装置100安装于为了推出焦炭而插入之前的顶出柱塞50上。

(3)将炉内观察装置100与顶出柱塞50一体地推入炉内，拍摄炉内，并将拍摄结果存储于存储装置12。

(4)从顶出柱塞50拆卸拉出炉外的炉内观察装置100。

(5)针对剩余的观察对象的炉，重复进行(2)～(4)的工序。

(6)若结束了观察对象的炉的炉内观察，则从炉内观察装置100取出存储装置12，分析所存储的拍摄结果。

(7)对于使用完的炉内观察装置100进行规定的维护。

这些步骤仅仅是一例，其也可以追加其他工序，或者变更或删除一部分工序，或者替换工序的顺序而使用。

接着，对上述结构的本实施方式的作用及效果进行说明。

炉内观察装置100是为了观察炼焦炉内部而能够放入炼焦炉内或能够从炼焦炉内取出的炉内观测装置，其具备摄像装置10、覆盖摄像装置10的相变材料层20及覆盖相变材料层20的耐火材料层30，耐火材料层30包含石膏。

根据该结构，由于具有相变材料层20及包含石膏的耐火材料层30，因此，即使不使用从外部导入冷却空气等制冷剂的配管及电子冷却用的电缆配线，也能够抑制摄像装置10的温度上升。由于没有配管及配线，因此也能够省略这些附带设备，能够简化结构。

在相变材料层20与耐火材料层30之间可以设置绝热材料层24。此时，能够减少水蒸气从耐火材料层30侵入到容纳空间。并且，能够提高耐火材料层30与相变材料层20之间的绝热性能。其结果，能够加长炉内观察装置100的可用时间。

炉内观察装置100可以具有框架32，耐火材料层30可装卸地支承于框架32。此时，能够轻松地更换耐火材料层30。并且，炉内观察装置100的再使用变得轻松。

可以具有将炉内观察装置100装卸自如地安装在顶出柱塞50上的安装部34。此时，能够通过顶出柱塞50使炉内观察装置100进出炉内。并且，能够在短时间内进行炉内观察装置100的安装及拆卸。并且，能够缩短装卸炉内观察装置100所需的顶出柱塞50的停止时间。

炉内观察装置100可以构成为无需使用工具即可固定在顶出柱塞50。此时，能够在更短的时间内进行炉内观察装置100的装卸。

在被相变材料层20覆盖的空间中，可以装卸自如地设置有用于存储摄像装置10的拍摄结果的存储装置12。此时，与经由电缆配线输出拍摄结果的情况相比，能够简化配线，因而能够简化结构。并且，由于没有配线，因此能够相应地减少炉内观察装置100的装卸工作。并且，由于在被相变材料层20覆盖的空间中使用存储装置12，因此能够使用耐热温度不高的广泛使用的存储元件。

[第2实施方式]

下面，对本发明的第2实施方式进行说明。在第2实施方式的说明中，对与第1实施方式相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号。适当省略与第1实施方式重复的说明，重点对与第1实施方式不同的结构进行说明。

本发明的第2实施方式为炉内观察装置100的维护方法。该方法包括：从炉内观察装置100卸除使用完的耐火材料层30的工序；及在已卸除了使用完的耐火材料层30的炉内观察装置100上安装另一耐火材料层30的工序。

根据第2实施方式，能够轻松地进行维护从而再使用炉内观察装置100。本实施方式还可以包括冷却相变材料层20的工序。此时，装卸耐火材料层30的工作变得轻松，能够在短时间内进行维护。

以上，对本发明的实施方式的例子进行了详细说明。上述实施方式均只是实施本发明的具体例。实施方式的内容并不用于限定本发明的技术范围，在不脱离技术方案中所规定的发明的思想的范围内，能够进行构成要件的变更、追加、删除等多种设计变更。在上述实施方式中，关于能够进行这种设计变更的内容，标注了“实施方式的”、“在实施方式中”等标记而进行了说明，但是，并不意味着没有这种标记的内容就不允许进行设计变更。并且，标注在附图中的截面上的阴影线并不限定标注有阴影线的对象的材质。

以下，对变形例进行说明。在变形例的附图及说明中，对与实施方式相同或等同的构成要件及部件标注相同的符号。适当省略与实施方式重复的说明，重点对与实施方式不同的结构进行说明。

在实施方式的说明中，示出了壳体18具备三层升温抑制部件的例子，但本发明并不只限定于此。例如，壳体的升温抑制部件也可以是两层，也可以是四层以上。壳体的结构可以根据所期望的升温抑制性能而进行改变。

在实施方式的说明中，示出了绝热材料层24使用二氧化硅质的多孔复合材料的例子，但本发明并不只限定于此。例如，绝热材料层也可以包括真空绝热结构等基于各种原理的绝热构件。

在实施方式的说明中，示出了炉内观察装置100通过顶出柱塞50进出炉内的例子，但本发明并不只限定于此。例如，炉内观察装置100也可以通过与顶出柱塞50不同的其他机构进出炉内。

上述各变形例也具有与上述实施方式相同的作用及效果。

上述实施方式与变形例的任意组合也作为本发明的实施方式而有效。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各个实施方式及变形例各自的效果。

Claims (7)

1.一种炉内观察装置，其是为了观察炼焦炉内部而能够放入炼焦炉内或能够从炼焦炉内取出的炉内观测装置，其特征在于，具备：

摄像装置；

相变材料层，覆盖所述摄像装置；及

耐火材料层，覆盖所述相变材料层，

所述耐火材料层包含石膏。

2.根据权利要求1所述的炉内观察装置，其特征在于，

在所述相变材料层与所述耐火材料层之间设置有绝热材料层。

3.根据权利要求1或2所述的炉内观察装置，其特征在于，

还具有框架，所述耐火材料层可装卸地支承于所述框架。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的炉内观察装置，其特征在于，

还具有安装部，所述安装部将所述炉内观察装置装卸自如地安装在顶出柱塞上。

5.根据权利要求4所述的炉内观察装置，其特征在于，

所述炉内观察装置构成为，无需使用工具即可固定在所述顶出柱塞上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的炉内观察装置，其特征在于，

在被所述相变材料层覆盖的空间中装卸自如地设置有存储装置，所述存储装置用于存储所述摄像装置的拍摄结果。

7.一种炉内观察装置的维护方法，所述炉内观察装置为权利要求1至6中任一项所述的炉内观察装置，所述维护方法的特征在于，包括：

从炉内观察装置卸除使用完的耐火材料层的工序；及

在已卸除了使用完的耐火材料层的炉内观察装置上安装另一耐火材料层的工序。

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