JP2008209107A - Method for monitoring refractory on furnace bottom in melting furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融炉に施工された炉底耐火物の侵食量を正確に測定することができ、延いては炉底耐火物の交換時期等の運転計画の修正、立案に有効に活用できる溶融炉の炉底耐火物監視方法に関する。 The present invention can accurately measure the amount of erosion of the bottom refractory installed in the melting furnace, and thus can be effectively utilized for correction and planning of the operation plan such as the replacement timing of the bottom refractory. The present invention relates to a furnace bottom refractory monitoring method.
焼却残渣、都市ごみ、或いは産業廃棄物等を溶融処理する溶融炉は、廃棄物の無害化、減容化及び資源化の観点からその必要性が高まりつつある。溶融炉には、重油等を燃料として被処理物を溶融するバーナ式溶融炉や、電気を熱源として被処理物を溶融する電気抵抗式溶融炉及びプラズマ式溶融炉等が知られている。 The need for melting furnaces for melting incineration residues, municipal waste, industrial waste, etc. is increasing from the viewpoint of detoxifying, reducing the volume and recycling of waste. Known melting furnaces include a burner type melting furnace for melting an object to be processed using heavy oil or the like as a fuel, an electric resistance type melting furnace and a plasma type melting furnace for melting an object to be processed using electricity as a heat source.
一例として、プラズマ式溶融炉につき図37を参照して説明する。プラズマ式溶融炉50は、炉頂部から垂下される主電極51と、炉底59に配設される炉底電極52とを有し、これらの両電極間に直流電圧53を印加することによりプラズマアークを発生する。そして、投入ホッパ55より炉本体54内に投下された被処理物をプラズマ熱により加熱して溶融する。被処理物は溶融して溶融スラグ56と、これより比重が大である溶融メタル57が炉本体54内に溜まり、出滓口58より排出される。炉本体54内は高温に維持されるため、その内部は耐火材60により形成され、この耐火材60を鋼板製のケーシング63により被覆した構造となっている。炉底の耐火構造は、溶融メタルに接触する内側は侵食に強いアーチ状レンガ61を配設し、このレンガ61とケーシング63の間に耐火レンガ62を配設した構成などがある。
As an example, a plasma melting furnace will be described with reference to FIG. The
溶融炉では、炉内から溶融メタルや溶融スラグが漏れ出す可能性があり、水蒸気爆発等の危険性があることから炉底は水冷却しない場合が多い。しかし、自然空冷の場合は冷却が弱く、耐火物がメタルやスラグによって侵食されてしまう。
そこで、炉底耐火物の侵食を的確に把握し、これに応じた運転計画を立てることが重要となる。従来、炉底耐火物の侵食量を把握する際には、図36に示されるように、休炉時に酸素ランス70によってメタル層57を溶断して炉底レンガ61表面を露出させ、耐火物厚さを測定していた。しかし、メタル層は分厚く硬いため、除去するのに時間がかかるという問題があった。また、メタル除去にランスなどを用いると、炉底レンガ61が損傷することがあり、健全であった耐火レンガ61も交換しなければならないことがある。
In a melting furnace, molten metal or molten slag may leak from the inside of the furnace, and there is a risk of a steam explosion or the like, so the furnace bottom is often not cooled with water. However, in the case of natural air cooling, the cooling is weak and the refractory is eroded by metal or slag.
Therefore, it is important to accurately grasp the erosion of the furnace bottom refractory and make an operation plan according to this. Conventionally, when grasping the amount of erosion of the bottom refractory, as shown in FIG. 36, the
一方、特許文献1(特許第3385831号公報)には、炉の物質収支式、運動量収支式及びエネルギー収支式に基づいて、炉底レンガの温度分布と金属溶融体の流動と温度分布とを算出し、時間の進展に伴う耐火レンガの温度分布を求め、この温度分布に基づいてレンガの損耗を判定するようにした炉底の侵食ラインの推定方法が開示されている。これは、溶融炉の運転中に炉底レンガの侵食を判定する装置であり、炉底レンガの損耗ラインを予測することが可能となっている。 On the other hand, Patent Document 1 (Patent No. 3385831) calculates the temperature distribution of the bottom brick, the flow of the metal melt, and the temperature distribution based on the mass balance equation, momentum balance equation and energy balance equation of the furnace. However, there is disclosed a method for estimating a furnace bottom erosion line in which the temperature distribution of a refractory brick with the progress of time is obtained and the wear of the brick is determined based on this temperature distribution. This is an apparatus for determining the erosion of the bottom brick during the operation of the melting furnace, and it is possible to predict the wear line of the bottom brick.
しかしながら、特許文献1に記載される方法では、炉底耐火物の侵食状況を正確に把握できないという問題が残る。また、炉底メタルの下の耐火物厚さを計測しようとしても、従来のようにランスを使ってメタルを溶断する場合、上記したように炉底レンガが損傷することがあり、健全であった耐火レンガも交換せざるを得ないことがある。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、メタル層を除去することなく、高精度にて炉底耐火物の侵食量を測定し、炉底監視することができる溶融炉の炉底耐火物監視方法を提供することを目的とする。
However, the method described in
Therefore, in view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention can measure the bottom refractory erosion amount with high accuracy without removing the metal layer and monitor the bottom refractory of the melting furnace. The object is to provide an object monitoring method.
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、炉内に投入された被処理物を溶融処理することにより、炉底にスラグ層と、その下方にメタル層とが堆積された溶融炉にて、炉底耐火物の侵食量を測定する溶融炉の炉底耐火物監視方法において、
前記溶融炉上方で耐火物が存在しない位置に基準位置を設定し、
前記溶融炉の運転前に、前記基準位置からメタル層と炉底耐火物の境界面までの初期距離Hを取得しておき、
前記溶融炉の休炉時に、前記スラグ層を除去してメタル面を露出させ、前記基準位置からメタル面までの距離H1を測定するとともに、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信し、受信センサにより得られた反射波波形に対して周波数を利用したノイズ除去処理を行った後、該反射波波形に基づいてメタル層厚さH2を求め、
前記距離H1とメタル厚さH2の計と、前記初期距離Hとを比較して炉底耐火物の侵食量を求めることを特徴とする。
Therefore, in order to solve such a problem, the present invention is a melting furnace in which a slag layer is deposited on the bottom of the furnace and a metal layer is deposited therebelow by melting the object to be processed put in the furnace. In the melting furnace bottom refractory monitoring method for measuring the erosion amount of the bottom refractory,
Set a reference position at a position where no refractory exists above the melting furnace,
Before the operation of the melting furnace, obtain an initial distance H from the reference position to the boundary surface between the metal layer and the furnace bottom refractory,
Wherein when deactivation furnace melting furnace, to expose the metal surface by removing the slag layer, thereby measuring the distance H 1 to the metal surface from the reference position, the elastic waves transmitted in the depth direction from the metal surface Then, after performing noise removal processing using the frequency for the reflected wave waveform obtained by the receiving sensor, the metal layer thickness H 2 is obtained based on the reflected wave waveform,
The total amount of the distance H 1 and the metal thickness H 2 is compared with the initial distance H to determine the amount of erosion of the bottom refractory.
本発明によれば、休炉中にメタル層を除去することなく炉底耐火物の侵食量を把握することが可能となる。また、不純物や空隙の影響を受けにくい弾性波を用いることで、正確に炉底耐火物の厚さ測定を行うことが可能となる。
さらに本発明によれば、周波数を利用したノイズ除去処理を行うことにより、メタル層割れからの反射波や炉壁からの反射波等のようにメタル層−耐火物境界面以外から戻ってくる反射波により表れるノイズ成分を除去する構成を採用しているため、測定精度を向上させることが可能となる。
According to the present invention, it is possible to grasp the amount of erosion of the furnace bottom refractory without removing the metal layer during the furnace shutdown. Further, by using elastic waves that are not easily affected by impurities and voids, it is possible to accurately measure the thickness of the bottom refractory.
Furthermore, according to the present invention, by performing noise removal processing using frequency, reflection returning from other than the metal layer-refractory interface such as a reflected wave from a metal layer crack or a reflected wave from a furnace wall. Since a configuration that removes noise components that appear due to waves is employed, measurement accuracy can be improved.
また、前記メタル層厚さH2は、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信して受信センサにて測定された反射波波形を、メタル層厚さの予想値範囲と反射波速度とから算出された周波数帯を有する第1のバンドパスフィルタによりフィルタ処理して前記ノイズ除去処理を行い、該フィルタ処理にて得られた反射波波形を周波数分析することにより反射波の周波数を求め、該周波数に基づいて前記メタル層厚さH2を求めることを特徴とする。
本発明によれば、反射波基準点を求める際に、測定された反射波に対して第1のバンドパスフィルタによりフィルタ処理を行っているため、ピークが発生すると推定される周波数帯のみの波形処理を行うことができ、ピーク周波数の検出精度が向上する。
Further, the metal layer thickness H 2 is the measured reflected wave waveform acoustic wave in the depth direction from the metal surface by the transmission to the receiving sensor, and the expected value range of the metal layer thickness and reflection wave velocity The first band pass filter having the frequency band calculated from the above is subjected to the noise removal processing by filtering, and the frequency of the reflected wave is obtained by frequency analysis of the reflected wave waveform obtained by the filter processing, and obtaining the metal layer thickness H 2 based on the frequency.
According to the present invention, when the reflected wave reference point is obtained, the first reflected band is filtered by the first band-pass filter, so that the waveform only in the frequency band in which the peak is estimated to occur is obtained. Processing can be performed, and peak frequency detection accuracy is improved.
また、前記第1のバンドパスフィルタより高周波帯に設定された第2のバンドパスフィルタを有し、前記反射波の周波数分析を行う前段にて、前記第2のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し、該フィルタ処理により得られた高周波側の反射波波形に、反射波に起因するピークが発生した際にメタル層内に割れが存在すると判断することを特徴とする。
本発明によれば、反射波基準点を求める際に、メタル層割れに起因する高周波側のピークを検出し、該ピークが検出された場合にはメタル層内に割れが存在すると判断して計測位置を変更するなどの処置を行うことにより、メタル層割れによる測定誤差を改善することが可能である。
A second band-pass filter set in a higher frequency band than the first band-pass filter, and performing a filtering process with the second band-pass filter in a previous stage of performing frequency analysis of the reflected wave; It is characterized in that it is determined that a crack exists in the metal layer when a peak due to the reflected wave is generated in the reflected wave waveform on the high frequency side obtained by the filtering process.
According to the present invention, when the reflected wave reference point is obtained, a peak on the high frequency side caused by the metal layer crack is detected, and if the peak is detected, it is determined that a crack exists in the metal layer. By taking measures such as changing the position, it is possible to improve measurement errors due to metal layer cracking.
さらに、前記メタル層厚さH2は、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信してメタル面に設置された受信センサにて反射波波形を測定するとともに、前記ノイズ除去処理として該弾性波を送信する打診装置に付設された打診側受信センサにて打診側波形を測定し、該打診側波形と前記反射波波形との相互相関を取得し、相互相関データを周波数分析することにより周波数を求め、該周波数に基づいてメタル層厚さH2を求めることを特徴とする。
本発明によれば、高周波計測用受信センサにてメタル層割れの有無を事前に検知し、メタル層割れが存在しないと判断した場合に、反射波基準点の計測を行うことにより、メタル層割れの発生による計測精度の悪化を事前に回避することが可能となる。
Further, the metal layer thickness H 2 is measured by transmitting an elastic wave in the depth direction from the metal surface and measuring a reflected wave waveform with a receiving sensor installed on the metal surface, and the elastic layer is used as the noise removal process. The percussion-side waveform is measured by a percussion-side reception sensor attached to the percussion device that transmits the wave, the cross-correlation between the percussion-side waveform and the reflected wave waveform is obtained, and the cross-correlation data is analyzed by frequency analysis. And the metal layer thickness H 2 is obtained based on the frequency.
According to the present invention, the presence or absence of a metal layer crack is detected in advance by a reception sensor for high-frequency measurement, and when it is determined that there is no metal layer crack, by measuring the reflected wave reference point, the metal layer crack It is possible to avoid in advance the deterioration of measurement accuracy due to the occurrence of.
さらにまた、前記弾性波を送信する打診装置を挟んで夫々等距離に設置された2個の受信センサを有し、該受信センサにて夫々測定された2つの反射波を掛け合わせた後、前記周波数を求めることを特徴とする。
本発明によれば、特定位置にメタル層割れがあった場合でも、該メタル層割れからの反射波は戻り時間が違うためキャンセルされ、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波は周期が同じためキャンセルされない。このためメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のみを検出することができ、ピーク周波数の検出精度を向上させることができる。
Furthermore, it has two receiving sensors installed equidistantly across the percussion device that transmits the elastic wave, and after multiplying two reflected waves respectively measured by the receiving sensor, The frequency is obtained.
According to the present invention, even if there is a metal layer crack at a specific position, the reflected wave from the metal layer crack is canceled because the return time is different, and the reflected wave from the metal layer-furnace bottom brick interface has a period. It is not canceled because it is the same. For this reason, only the reflected wave from a metal layer-furnace bottom brick interface can be detected, and the detection accuracy of the peak frequency can be improved.
また、前記メタル層厚さを求める前に、前記メタル層の水平方向を伝播する弾性波の速度から前記メタル層固有の弾性波速度を計測し、該弾性波速度を前記反射波速度として用いて前記メタル層厚さH2を求めるようにしたことを特徴とする。
このように、厚さ測定の前段にてメタル層固有の弾性波速度を求めておくことで、被処理物の成分、投入量に関わらず精度の高い測定を行うことが可能となる。
Before obtaining the metal layer thickness, the elastic wave velocity inherent to the metal layer is measured from the velocity of the elastic wave propagating in the horizontal direction of the metal layer, and the elastic wave velocity is used as the reflected wave velocity. characterized in that so as to obtain the metal layer thickness H 2.
Thus, by obtaining the elastic wave velocity specific to the metal layer in the previous stage of the thickness measurement, it becomes possible to perform highly accurate measurement regardless of the component and input amount of the workpiece.
また、前記弾性波の反射位置が同一となるように複数の打診装置とこれに対応した受信センサとを距離を異ならせて設置するとともに、前記反射位置の直上に打診部と受信部を備えた打診装置を設置し、前記受信センサにて得られた複数の波形データと、前記受信部にて得られた反射波到達時間とに基づいて前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、前記反射位置直上の基準位置から等距離にある場所を起振点−受信点とし、反射波の到達時間を計測することによって深さ及び平均音速を求めることができるため、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量をより高精度で求めることができ、さらには炉底耐火物の侵食量を精度良く求めることが可能となる。
In addition, a plurality of percussion devices and corresponding reception sensors are installed at different distances so that the reflection positions of the elastic waves are the same, and a percussion section and a reception section are provided directly above the reflection positions. A percussion device is installed, and the metal layer thickness is obtained based on a plurality of waveform data obtained by the receiving sensor and a reflected wave arrival time obtained by the receiving unit. To do.
According to the present invention, it is possible to obtain the depth and the average sound speed by measuring the arrival time of the reflected wave, with the place that is equidistant from the reference position immediately above the reflection position as the excitation point-reception point. The metal layer thickness or the furnace bottom refractory erosion amount can be obtained with higher accuracy, and further the furnace bottom refractory erosion amount can be obtained with high accuracy.
さらに、前記波形データから速度波形を取得し、該速度波形から直接波を抽出するとともに、前記反射波到達時間に基づいて反射波を抽出し、前記反射波の平均速度及び深さをパラメータとしてフィッティング処理することにより前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする。
このとき、前記弾性波を受信する前記受信センサを一定間隔で略直線上に複数設置し、該複数の受信センサにより検出した複数の波形データに基づいて表面探査計測法を用いて前記メタル層厚さを求めることが好ましい。
本発明によれば、一定間隔で略直線上に設置した複数の受信センサにより得られた波形データに基づいて、表面探査計測法を用いてメタル層の音速、及びメタル層厚さを求めることにより、精度の高い測定が可能となる。また、この方法によれば炉底状態が容易に把握できる結果が得られるため、炉底監視に非常に適した方法といえる。
Further, a velocity waveform is acquired from the waveform data, and a wave is directly extracted from the velocity waveform, and a reflected wave is extracted based on the reflected wave arrival time, and fitting is performed using the average velocity and depth of the reflected wave as parameters. The metal layer thickness is obtained by processing.
At this time, a plurality of the reception sensors that receive the elastic waves are installed on a substantially straight line at regular intervals, and the metal layer thickness is measured using a surface exploration measurement method based on a plurality of waveform data detected by the plurality of reception sensors. It is preferable to determine the thickness.
According to the present invention, based on waveform data obtained by a plurality of receiving sensors installed on a substantially straight line at regular intervals, the sound velocity of the metal layer and the metal layer thickness are obtained using the surface exploration measurement method. Highly accurate measurement is possible. In addition, according to this method, a result in which the state of the bottom of the furnace can be easily grasped is obtained.
また、上記した発明を適宜用いて、溶融炉の休炉中に、他の方法により詳細な前記炉底耐火物の侵食量を測定し、該測定した侵食量に基づいて前記溶融炉の運転計画を新規に立案若しくは大幅修正することが好適である。休炉中に詳細に耐火物侵食量を求めることにより、最適な運転計画を立てることが可能となり、安全で円滑な運転が可能となる。 In addition, by appropriately using the above-described invention, the erosion amount of the furnace bottom refractory is measured in detail by another method while the melting furnace is closed, and the operation plan of the melting furnace is based on the measured erosion amount. It is preferable to make a new plan or make a major correction. By obtaining the amount of refractory erosion in detail during the outage, it is possible to make an optimal operation plan, and safe and smooth operation is possible.
以上記載のごとく本発明によれば、簡単に且つ高精度で炉底耐火物の侵食量を測定することができる溶融炉の炉底耐火物監視方法を提供することが可能となる。即ち、休炉中にメタル層を除去することなく炉底耐火物の侵食量を把握することが可能で、また不純物や空隙の影響を受けにくい弾性波を用いることで、正確に炉底耐火物の厚さ測定を行うことが可能となる。さらに本発明によれば、周波数を利用したノイズ除去処理を行うことにより、メタル層割れからの反射波等のようなメタル層−耐火物境界面以外からの反射波を除去する構成を採用しているため、測定精度を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a bottom refractory monitoring method for a melting furnace that can easily and accurately measure the erosion amount of the bottom refractory. In other words, the amount of erosion of the bottom refractory can be ascertained without removing the metal layer during the outage, and the bottom refractory can be accurately used by using elastic waves that are not easily affected by impurities and voids. It becomes possible to measure the thickness. Furthermore, according to the present invention, by adopting a configuration that removes the reflected wave from other than the metal layer-refractory interface such as the reflected wave from the metal layer crack by performing noise removal processing using the frequency. Therefore, the measurement accuracy can be improved.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図1〜図3は本発明の実施例1−1に係る図、図4〜図8は第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理を説明する図、図9〜図12は打診側受信センサを用いたノイズ除去処理を説明する図、図13は第1のバンドパスフィルタと打診側受信センサを用いたノイズ除去処理を説明する図、図14〜図16は高周波計測を用いたノイズ除去処理を説明する図、図17〜図19は2点間打診法を用いたノイズ除去処理を説明する図、図20〜図28は実施例1−2に係る図、図29〜図33は実施例1−3に係る図、図34及び図35は本発明の実施例2に係る図である。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
1 to 3 are diagrams according to Embodiment 1-1 of the present invention, FIGS. 4 to 8 are diagrams illustrating noise removal processing using a first bandpass filter, and FIGS. 9 to 12 are receptions on the consultation side. FIG. 13 is a diagram illustrating noise removal processing using a sensor, FIG. 13 is a diagram illustrating noise removal processing using a first bandpass filter and a percussion side reception sensor, and FIGS. 14 to 16 are noise removal using high-frequency measurement. FIG. 17 to FIG. 19 are diagrams for explaining noise removal processing using a two-point consultation method, FIG. 20 to FIG. 28 are diagrams according to Example 1-2, and FIG. 29 to FIG. FIGS. 34 and 35 according to Example 1-3 are diagrams according to Example 2 of the present invention.
本実施例は、炉底耐火物の侵食状態を監視することにより炉の安定運転を行なうものであり、これには炉底耐火物の侵食量を直接的に測定する構成、或いはメタル層厚さを測定することにより間接的に炉底監視を行なう構成などがあり、以下の実施例1乃至実施例2にて具体的に説明する。何れも休炉時に用いられる方法である。実施例3は、実施例1及び実施例2で求められた炉底耐火物侵食量或いはメタル層厚さに基づいて適正な炉の運転計画を立案、修正する方法である。
尚、本実施例では、焼却残渣、都市ごみ、或いは産業廃棄物を溶融処理する溶融炉を対象とし、特に廃棄物を焼却処理後の灰を処理する灰溶融炉に適している。尚、以下の実施例ではプラズマ式溶融炉を例に挙げて説明しているが、限定的な記載がない限り、プラズマ式溶融炉の他にも電気抵抗式溶融炉、バーナ式溶融炉、旋回式溶融炉、反射式溶融炉等の溶融炉全般に適用可能である。
In this embodiment, the stable operation of the furnace is performed by monitoring the erosion state of the bottom refractory, and this includes a configuration for directly measuring the erosion amount of the bottom refractory or the metal layer thickness. There is a configuration in which the furnace bottom is indirectly monitored by measuring the above, and this will be specifically described in Examples 1 and 2 below. Both methods are used when the reactor is closed. The third embodiment is a method for making and correcting an appropriate furnace operation plan based on the furnace refractory erosion amount or metal layer thickness obtained in the first and second embodiments.
In this embodiment, a melting furnace that melts incineration residue, municipal waste, or industrial waste is targeted, and is particularly suitable for an ash melting furnace that processes ash after incineration of waste. In the following examples, a plasma melting furnace is described as an example, but unless otherwise specified, in addition to the plasma melting furnace, an electric resistance melting furnace, a burner melting furnace, a swirl The present invention can be applied to all melting furnaces such as a melting furnace and a reflection melting furnace.
図1乃至図33を参照して実施例1につき説明する。本実施例1は弾性波を用いて炉底監視を行なう方法を示しており、実施例1−1ではメタル層厚さを測定し、該測定したメタル層厚さを用いて炉底耐火物の侵食量を求めている。また、実施例1−2及び実施例1−3は、実施例1−1の変形例である。
(実施例1−1)
まず、図1を参照して、本実施例に係る炉底監視装置が設置されるプラズマ式溶融炉10につき説明する。これは後述する実施例1−1乃至1−3に共通する構成である。
プラズマ式溶融炉10は、炉本体14の炉蓋から主電極11が垂下され、これに対向して炉底から炉底電極12が挿設されている。主電極11は不図示の可動装置により昇降可能で、炉底電極12は炉本体14に固定される。プラズマ式灰溶融炉10では、これらの電極間に直流電源により直流電流を通流して炉内にプラズマアーク24を発生させる。投入ホッパ21より投入された被処理物は、炉壁に設けられた被処理物投入口20より炉内に投下され、プラズマアーク熱及び前記電極間を流れる電流のジュール熱により溶融処理され、溶融スラグ22として炉底に溜まる。また溶融スラグ22の下部には比重差により溶融メタル23が形成されている。溶融後は、適宜出滓口25より排出される。
炉本体14の側壁及び蓋部の内側は不定形耐火材15で形成され、炉底17には、侵食に強いアーチ状の耐火レンガ18が内側に配設され、その下に耐火レンガ19が配設される。これらの耐火物の外表面は鋼板製のケーシング16で被覆されている。尚、夫々の耐火物の構造は特に上記に限定されない。
(Example 1-1)
First, a
In the
The side wall and the inside of the lid of the
本実施例1は、溶融炉の休炉時に、固化したスラグ層22を除去して露出させたメタル面を打診して弾性波を発振する打診装置35と、メタル面で反射した弾性波の反射波が入射され、該反射波の波形を取得する波形計測装置36とを備える。また、波形計測装置36内には、後述する各種演算処理が、予め記憶されているプログラムに従って動作する演算部(図示略)を備えている。該演算部は、波形計測装置36とは別に演算装置として設置してもよく、その場合は波形計測装置36に接続され、該波形計測装置からの波形データが入力されてメタル層厚さ、或いは炉底耐火物侵食量等を演算処理により求める。
尚、ここで弾性波とは、打診装置35により媒質(メタル層)を打撃したときに発生する周波数の低い波をいう。
また、炉本体14のスラグ面より上方で、耐火物の侵食の影響を受けない位置を基準位置Aとして設定しておく。この基準位置Aは、例えば主電極11の挿入孔、補助電極39の挿入孔38などが適している。
In the first embodiment, when a melting furnace is shut down, a
Here, the elastic wave is a wave having a low frequency that is generated when a medium (metal layer) is hit by the
In addition, a position that is not affected by refractory erosion is set as the reference position A above the slag surface of the
本実施例1−1における炉底耐火物監視方法は、まず溶融炉10の休炉時に、炉内のスラグ層22の少なくとも一部を除去してメタル面を露出させる。メタル面の凹凸が大きければグラインダーなどで削り、平滑面を作っておく。尚、本実施例では、メタル面を露出させる他の方法として、休炉前に溶融炉10を傾動し、スラグ層とメタル層上層の少なくとも一部を排出した後、該溶融炉10を元の水平状態に戻して急冷するようにしてもよい。
ここでメタル層23に固有の弾性波速度(反射波速度)や減衰特性等の物性を求めておく。弾性波速度を求める場合、図2(a)に示されるように、まずメタル面に所定距離だけ離間させて受信センサ37a、37bを設置する。受信センサ37a側にこれと離間させて打診装置35を設置して、メタル面を打診する。メタル層23表面を横方向に伝播した弾性波は、受信センサ37aと受信センサ37bにて時間差を持って受信される。この時間差に基づいて、メタル層23の固有の弾性波速度が求められる。
In the furnace bottom refractory monitoring method in the embodiment 1-1, first, when the melting
Here, physical properties such as elastic wave velocity (reflected wave velocity) and attenuation characteristic inherent to the
メタル層23は、灰の成分や投入量によってその物性が変化するため、上記したように予めメタル層23に固有の特性を取得しておくことで、正確な耐火物厚さ測定が可能となる。
また、厚さ計測で一般的に用いられている超音波は、数MHzと高周波であるため、比較的薄いものは計測できるが、メタル層23のように500mmを超えると減衰して計測できない。弾性波は数kHzで減衰が少ないため、弾性波を用いることでメタル層23の厚さを計測することが可能となる。ただし、溶融炉10内のメタル層23は不純物や空隙があるので、これに応じて好適な周波数を設定する。打診装置35に鉄球を用いた場合、鉄球の大きさによって周波数を変更することが好適である。
Since the physical properties of the
Moreover, since the ultrasonic wave generally used in the thickness measurement has a high frequency of several MHz, a relatively thin one can be measured, but when the thickness exceeds 500 mm as in the
次に、図2(b)に示すように打診装置35にてメタル面を打診して、メタル層23内に弾性波を発生させ、深さ方向に進行する弾性波がメタル層−炉底レンガ境界面にて反射した反射波の波形を受信センサ37によって受信し、波形計測装置36に入力する。打診装置35の打撃により発生した弾性波は、打診装置35を中心とする半球上に拡がり、メタル面と対向する炉底耐火物表面で反射して反射波が受信センサ37に達する。さらに、この反射波は受信面でさらに反射して底面に向かう。このようにメタル層表面とメタル層−炉底レンガ境界面の間で多重反射を繰り返し、反射波がメタル層を往復する時間を周期とする振動が測定される。反射波の波形は、初期は打診の周期が観測されるが、次第に特定の周期をもつ振動が卓越するようになる。この多重反射波の周期をフーリエ変換等により波形処理して周波数分析し、メタル層23の厚さH2を推定する。このとき、波形処理にはFFT解析(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)、或いはMEM解析(Maximum Entropy Method;最大エントロピー法)を用いることが好適である。
即ち、受信センサ37により図3(a)のような振幅と時間の波形が得られ、これをフーリエ変換等の波形処理を行い周波数分析することにより(b)のような振幅と周波数の波形が得られる。ここで得られたメタル層23の周波数から、以下の式(1)を用いることによりメタル層厚さH2が算出できる。
d=v/2f ・・・(1)
ここで、d:メタル層厚さ(H2)、v:メタル層の弾性波速度、f:固有周波数である。
Next, as shown in FIG. 2 (b), the metal surface is examined by the
That is, the amplitude and time waveforms as shown in FIG. 3A are obtained by the receiving
d = v / 2f (1)
Here, d: metal layer thickness (H 2 ), v: elastic wave velocity of the metal layer, and f: natural frequency.
一方、炉本体上方に設定された基準位置Aからメタル層上面(メタル層とスラグ層の境界面)までの距離H1を求めておく。この基準位置Aからメタル層上面までの距離H1と、メタル層厚さH2とを合計した値H1+H2と、予め求めておいた基準位置Aから炉底耐火物表面までの初期距離Hとを比較することにより、炉底耐火物の侵食量を算出することができる。即ち、距離H1と、メタル層厚さH2とを合計した値H1+H2が、初期距離よりも増加した分だけ、炉底耐火物が侵食したものと推定できる。
尚、初期距離Hは、溶融炉の設計図から取得してもよいし、溶融炉施工後に実測して取得してもよい。
On the other hand, previously obtained distances H 1 from the reference position A, which is set in the furnace body upward to the metal layer upper surface (the boundary surface of the metal layer and the slag layer). A value H 1 + H 2 obtained by summing the distance H 1 from the reference position A to the upper surface of the metal layer and the metal layer thickness H 2, and an initial distance from the reference position A determined in advance to the furnace bottom refractory surface By comparing with H, the erosion amount of the bottom refractory can be calculated. That is, it can be estimated that the furnace bottom refractory is eroded by the amount H 1 + H 2 obtained by adding the distance H 1 and the metal layer thickness H 2 increased from the initial distance.
The initial distance H may be acquired from the design drawing of the melting furnace, or may be acquired by actual measurement after construction of the melting furnace.
また、このような溶融炉10では出滓口側の侵食が激しいので、少なくとも出滓口側の炉底耐火物の侵食量監視を行うようにするとよい。
さらに、灰投入側は侵食が少ないので、出滓口側と灰投入側の少なくとも2点の侵食量を測定し、これらを比較することで出滓口側の炉底耐火物の侵食量を把握するようにしてもよい。
上記したように、休炉時に炉底耐火物侵食量を把握し、プラズマ時間(灰投入時間、灰投入量)から侵食速度を計算し、次の運転期間を決定することが好ましい。
Further, in such a
In addition, since the ash input side is less eroded, measure the amount of erosion at at least two points on the tap outlet side and the ash input side, and compare these to determine the amount of erosion of the bottom refractory on the tap outlet side. You may make it do.
As described above, it is preferable to determine the erosion rate of the bottom refractory when the furnace is closed, calculate the erosion rate from the plasma time (ash charging time, ash charging amount), and determine the next operation period.
本実施例によれば、休炉中にメタル層23を除去することなく炉底耐火物の侵食量を把握することが可能となる。また、不純物や空隙の影響を受けにくい弾性波を用いることで、正確に炉底耐火物の厚さ測定を行うことが可能となる。さらに、厚さ測定の前段で、メタル層固有の弾性波速度を求めておくことで、被処理物の成分、投入量に関わらず精度の高い測定を行うことが可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to grasp the amount of erosion of the bottom refractory without removing the
また本実施例において、溶融炉10の休炉前に該溶融炉10を傾動し、スラグ層22とメタル層23のうちFeを多く含有するメタル上層とを排出した後、該溶融炉を元の水平状態に戻して急冷することが好ましい。
溶融炉10の運転中には、メタル層23は、Cuを多く含有し比重の大きいメタル上層のCuリッチ層(比重7.6)と、Feを多く含有し比重の小さいメタル下層のFeリッチ層(比重7.0)に分かれて存在している。溶融炉10をそのまま停止すると、まずメタル層上層部で融点の高いFeリッチ層が凝固しその後に融点の低い下層部のCuリッチ層が凝固するため、Cuリッチ層が凝固する際の収縮によってせんだん応力が発生してFeリッチ層とCuリッチ層の境界で分離し、空間が発生する場合がある。これを防止するためには、溶融炉10を休炉する直前に傾動して上部スラグ層を排出すると共に、Feリッチ層も出来る限り排出し、傾動後はすぐに元の水平に戻すことで残ったFeリッチ層とCuリッチ層を混合し、急冷することが有効であり、急冷することでFeリッチ層とCuリッチ層が再分離することを防止することが可能となる。
In the present embodiment, the melting
During the operation of the melting
上記構成では、反射波波形のうちメタル層−炉底レンガ境界面から戻ってくる反射波の波形を利用してメタル層厚さを求めることを前提としているが、メタル層内の途中に割れ(以下、メタル層割れと称する)がある場合、メタル層割れが存在する部位から戻ってきた反射波、或いはその他のメタル層−炉底レンガ境界面以外から戻ってきた反射波を、誤ってメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波と認識してしまった場合、測定誤差が発生することがある。また、メタル層割れからの反射波はノイズ成分として波形に現れるため、検出した波形を周波数分析する際に、メタル層厚さの周波数を表すピーク周波数を正確に検出することが困難となる。 In the above configuration, it is assumed that the thickness of the metal layer is obtained using the waveform of the reflected wave returning from the metal layer-furnace bottom brick boundary surface among the reflected wave waveforms, but cracks occur in the middle of the metal layer ( If there is a metal layer crack), the reflected wave returned from the part where the metal layer crack exists, or the reflected wave returned from other than the metal layer-furnace brick interface is mistakenly applied to the metal layer. -If it is recognized as a reflected wave from the furnace bottom brick interface, a measurement error may occur. In addition, since the reflected wave from the metal layer crack appears in the waveform as a noise component, it is difficult to accurately detect the peak frequency representing the frequency of the metal layer thickness when the detected waveform is subjected to frequency analysis.
そこで本実施例1−1では、上記構成に加えて、メタル層割れからの反射波等のようにメタル層−炉底レンガ境界面以外からの反射波により発生するノイズ成分を除去する構成を備える。ノイズ除去処理には以下の方法が挙げられる。
(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理、(2)打診側受信センサを用いたノイズ除去処理、(3)高周波計測を用いたノイズ除去処理、(4)2点間打診法を用いたノイズ除去処理、のうち少なくとも何れか或いはこれらの処理のうち複数の組み合わせによる方法である。
Therefore, in Example 1-1, in addition to the above-described configuration, a configuration for removing a noise component generated by a reflected wave from other than a metal layer-furnace bottom brick boundary surface such as a reflected wave from a metal layer crack is provided. . The following methods can be used for noise removal processing.
(1) Noise removal processing using the first bandpass filter, (2) Noise removal processing using the percussion side reception sensor, (3) Noise removal processing using high-frequency measurement, (4) Point-to-point consultation method Is a method using at least one of the noise removal processing using the above or a combination of these processing.
(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理
図4乃至図7に、第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理につき示している。図2(b)に示した装置構成にて、波形計測装置36に入力された反射波の生波形を図5に示す。この反射波をFFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行うが、本構成では反射波を波形処理する前に、所定の周波数帯を有する第1のバンドパスフィルタを設定しておき、該第1のバンドパスフィルタにより反射波波形をフィルタ処理することによりノイズ成分を除去した後、波形処理を行い周波数分析するようにしている。これにより反射波基準点を求める際に、ピークが発生すると推定される周波数帯のみの波形処理を行うことでピーク周波数の検出制度を向上させることができる。尚、前記反射波基準点とは、打診装置35により打診点(打撃点)と受信センサ37を極力近づけて計測を行った場合の反射波の戻り時間をいう。
(1) Noise removal processing using the first band-pass filter FIGS. 4 to 7 show noise removal processing using the first band-pass filter. FIG. 5 shows a raw waveform of the reflected wave input to the
前記第1のバンドパスフィルタの周波数帯は、炉構造に基づいたメタル層厚さの予想値範囲と反射波速度から上記した式(1)によりメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波によるピークが発生する周波数帯を算出して求め、設定する。
メタル層厚さの予想値範囲は、耐火レンガが侵食していないとき(初期状態)におけるメタル層厚さから、耐火レンガが最大侵食したときのメタル層厚さを変位幅とする。反射波速度は、図2(a)に示したようにメタル表面での速度計測値とし、好適には推定される計測の振れ幅を含む範囲とする。
例えば、メタル層厚さが200〜400mm、反射波速度が3000〜4000m/sである場合、前記第1のバンドパスフィルタの周波数帯は3.75〜7.5kHzとなる。
The frequency band of the first bandpass filter is determined by the reflected wave from the metal layer-furnace bottom brick boundary surface according to the above equation (1) from the expected value range of the metal layer thickness based on the furnace structure and the reflected wave velocity. Calculate and set the frequency band where the peak occurs.
The expected value range of the metal layer thickness is defined as the displacement width from the metal layer thickness when the refractory brick is not eroded (initial state) to the metal layer thickness when the refractory brick is eroded to the maximum. The reflected wave velocity is a velocity measurement value on the metal surface as shown in FIG. 2A, and is preferably in a range including an estimated measurement amplitude.
For example, when the metal layer thickness is 200 to 400 mm and the reflected wave velocity is 3000 to 4000 m / s, the frequency band of the first bandpass filter is 3.75 to 7.5 kHz.
ここで図4を参照して、第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理のフローを説明する。まず、第1のバンドパスフィルタの周波数帯を設定する。そして、受信センサ37によって反射波波形を測定し(S1)、波形計測装置36に入力された反射波波形に対して、前記第1のバンドパスフィルタにてフィルタ処理を行う(S2)。さらに、フィルタ処理を行った反射波波形をFFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行い(S3)、反射波基準点を求めてピーク周波数を検出する。反射波速度とピーク周波数とから上記した式(1)によりメタル層厚さdを求め、該メタル層厚さに基づいて上記したごとく耐火物侵食量を求める。
Here, with reference to FIG. 4, the flow of the noise removal process using a 1st band pass filter is demonstrated. First, the frequency band of the first bandpass filter is set. Then, the reflected wave waveform is measured by the reception sensor 37 (S1), and the reflected wave waveform input to the
図6に、第1のバンドパスフィルタによるフィルタ処理を行わない場合における反射波波形のFFT解析結果を示す。これは、波形計測装置36に入力された図5に示す生波形をFFT解析した結果である。同図によれば、メタル層−炉底レンガ境界面以外から戻ってくる反射波も多く検出してしまうため、ピーク周波数が多く発生し、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のピーク周波数を正確に検出することが困難である。
一方、図7に、第1のバンドパスフィルタによるフィルタ処理を行った場合における反射波波形のFFT解析結果を示す。同図に示すように、ノイズ成分が除去されているため、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のピーク周波数を正確に検出することが可能となり、測定精度を向上させることができる。
FIG. 6 shows the FFT analysis result of the reflected wave waveform when the filter processing by the first bandpass filter is not performed. This is the result of FFT analysis of the raw waveform shown in FIG. According to the figure, many reflected waves returning from other than the metal layer-furnace bottom brick interface are detected, so that many peak frequencies occur, and the peak of the reflected wave from the metal layer-furnace brick interface It is difficult to accurately detect the frequency.
On the other hand, FIG. 7 shows the FFT analysis result of the reflected wave waveform when the filter processing by the first band pass filter is performed. As shown in the figure, since the noise component is removed, the peak frequency of the reflected wave from the metal layer-furnace bottom brick boundary surface can be accurately detected, and the measurement accuracy can be improved.
また本実施例における第1のバンドパスフィルタの周波数帯の設定方法として、メタル層厚さに基づくデータテーブルを用いても良い。該データテーブルは、波形処理装置36の演算部若しくは別に設置した演算装置の記憶部に予め記憶させておく。該データテーブルは、メタル層厚さの予想値範囲と、反射波速度とを夫々複数有しており、これらに対応した周波数帯が設定されたテーブルである。該データテーブルを用いて、監視対象の溶融炉におけるメタル層厚さと反射波速度が入力されることにより、自動的に最適な周波数帯が選択されるようになっている。
図8に、第1のバンドパスフィルタの設定に用いられるデータテーブルの一例を示す。同図に示すように前記データテーブルは、複数のメタル層厚さの予想値範囲と、複数の反射波速度と、これらに対応した最適な周波数帯が設定された構成となっている。
このように一度データテーブルを設定しておけば、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を求める際に毎回周波数帯を算出して求める必要がなくなり、簡単に且つ迅速に最適な周波数帯を取得することが可能となる。また、このデータテーブルは、メタル層厚さと反射波速度を複数有しており、これらを適宜選択するようになっているため、異なる構造を有する溶融炉にも適用することができる。
Further, as a method for setting the frequency band of the first bandpass filter in the present embodiment, a data table based on the metal layer thickness may be used. The data table is stored in advance in a calculation unit of the
FIG. 8 shows an example of a data table used for setting the first bandpass filter. As shown in the figure, the data table has a configuration in which an expected value range of a plurality of metal layer thicknesses, a plurality of reflected wave velocities, and an optimal frequency band corresponding to these ranges are set.
Once the data table is set in this way, it is not necessary to calculate and obtain the frequency band every time when obtaining the metal layer thickness or the furnace bottom refractory erosion amount, and the optimum frequency band can be determined easily and quickly. It can be acquired. In addition, since this data table has a plurality of metal layer thicknesses and reflected wave velocities, and these are appropriately selected, the data table can also be applied to melting furnaces having different structures.
また、溶融炉10の底面が湾曲或いは傾斜している場合には、メタル層厚さが溶融炉内の水平方向位置によって異なるため、計測する位置におけるメタル層厚さを前記データテーブルから選択し、各位置毎に周波数帯を設定してもよい。
さらに、溶融炉10の水平方向位置に対応したデータテーブルを複数設定しておき、計測する位置を選択することで該当するデータテーブルが抽出されるようにしてもよい。特にプラズマ式溶融炉10においては、炉半径方向にメタル層厚さが異なる構造を採用しているものが多いため、炉半径方向位置に対応した複数のデータテーブルを有するようにしてもよい。
さらにまた、炉底耐火物が時系列的に変化する侵食量を推定しておき、その時系列に沿って周波数帯が設定されたデータテーブルとしてもよい。この場合、少なくとも運転期間に対応した周波数帯が設定される。即ち、運転開始時点から運転継続に伴い炉底耐火物が侵食する侵食量を推定してその時点におけるメタル層厚さの予想値範囲を求め、該予想値範囲と反射波速度から最適な周波数帯を求めておく。そして、求められた数値をデータテーブル化して設定しておき、実際にメタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を求める際には、運転期間を入力することで最適な周波数帯が選択される。
When the bottom surface of the melting
Further, a plurality of data tables corresponding to the horizontal position of the melting
Furthermore, the amount of erosion by which the bottom refractory changes in time series may be estimated, and a data table in which frequency bands are set along the time series may be used. In this case, a frequency band corresponding to at least the operation period is set. That is, the amount of erosion that the bottom refractory erodes as the operation continues from the start of operation is estimated to obtain the expected value range of the metal layer thickness at that time, and the optimum frequency band is determined from the expected value range and the reflected wave velocity. Ask for. Then, the obtained numerical values are set as a data table, and when the metal layer thickness or the furnace bottom refractory erosion amount is actually obtained, the optimum frequency band is selected by inputting the operation period. .
(2)打診側受信センサを用いたノイズ除去処理
図9乃至図12に、打診側受信センサを用いたノイズ除去処理につき示す。
図9に装置構成を示す。本実施例では、打診装置35に打診側受信センサ37cを取り付け、該打診側受信センサ37cにて受信した波形(以下、打診側波形と称する)を用いてメタル層割れによる反射波等のノイズ成分を除去する構成となっている。
図10に示すように、メタル面に設置された受信センサ37にて反射波波形を測定する(S11)ととも、打診装置35に取り付けられた打診側受信センサ37cにて打診側波形を測定する(S12)。反射波波形は図5に示す波形のように現れ、打診側波形は図11に示す波形のように現れる。ここで、図11に示した打診側波形の一部を切り出し、切り出し部Aと反射波波形の相互相関を取得する(S13)。該相互相関により図12に示されるような相互相関グラフが得られる(S14)。尚、打診側波形からの切り出し部Aは、初期波形のサイン派状の波形形状が現れる部分とすることが好ましい。
そして、相互相関データに対してFFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行い(S15)、反射波基準点を求め、(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理と同様にして耐火物侵食量を求める。
(2) Noise removal processing using a percussion side reception sensor FIGS. 9 to 12 show noise removal processing using a percussion side reception sensor.
FIG. 9 shows the apparatus configuration. In this embodiment, a percussion-
As shown in FIG. 10, the reflected wave waveform is measured by the
Then, the cross-correlation data is subjected to waveform analysis by FFT analysis, MEM analysis or the like to perform frequency analysis (S15), a reflected wave reference point is obtained, and (1) noise removal processing using a first bandpass filter Similarly, the amount of refractory erosion is obtained.
図13に(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理と(2)打診側受信センサを用いたノイズ除去処理の両方を用いた場合の処理フローを示す。
まず、メタル面に設置された受信センサ37にて反射波波形を測定し(S21)、第1のバンドパスフィルタにてフィルタ処理を行う(S22)。そして、フィルタ処理を行った後の反射波波形と、打診装置35に取り付けられた打診側受信センサ37cにて測定された打診側波形とから相互相関を求め(S23)、得られた相互相関データに対してFFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行い(S24)、反射波基準点を求め、(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理と同様にして耐火物侵食量を求める。
また別の方法として、上記処理工程の順序を逆にして第1のバンドパスフィルタによるフィルタ処理を相互相関を求めた後に行うようにしてもよい。
FIG. 13 shows a processing flow when both (1) noise removal processing using the first bandpass filter and (2) noise removal processing using the perception side receiving sensor are used.
First, the reflected wave waveform is measured by the receiving
As another method, the order of the above processing steps may be reversed and the filter processing by the first band pass filter may be performed after obtaining the cross-correlation.
これらのノイズ除去処理によれば、反射波基準点を求める際に、ピークが発生すると推定される周波数帯のみの波形処理を行うことにより、ピーク周波数の検出精度を向上させることができる。 According to these noise removal processes, the peak frequency detection accuracy can be improved by performing the waveform process only in the frequency band in which the peak is estimated to occur when the reflected wave reference point is obtained.
(3)高周波計測を用いたノイズ除去処理
図14乃至図16に、高周波計測を用いたノイズ除去処理を示す。本構成は、上記した構成の前処理として、高周波側に周波数帯を有する第2のバンドパスフィルタを用いて反射波のうち高周波側の波形を抽出し、該高周波側波形に基づいてメタル層割れの有無を検出する方法を示している。
図14に装置構成を示す。本実施例では、打診装置35に対して、メタル面に高周波計測用受信センサ37dと低周波計測用受信センサ37eを並列に設置した構成を備えている。
(3) Noise removal processing using high-frequency measurement FIGS. 14 to 16 show noise removal processing using high-frequency measurement. In this configuration, as pre-processing of the above configuration, a high-frequency waveform is extracted from the reflected wave using a second bandpass filter having a frequency band on the high-frequency side, and a metal layer crack is generated based on the high-frequency waveform. It shows a method of detecting the presence or absence.
FIG. 14 shows the apparatus configuration. In the present embodiment, the
図15を参照して、本構成の処理フローにつき説明する。
まず、前記第1のバンドパスフィルタよりも高い周波数帯を有する第2のバンドパスフィルタを予め設定しておき、打診装置35にて弾性波を発振した後、高周波計測用受信センサ37dにて反射波波形を測定する(S31)。この高周波側の反射波波形を前記第2のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し(S32)、該フィルタ処理後の波形に対してFFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行う(S33)。高周波側の反射波波形のFFT解析結果を図16に示す。
尚、前記第2のバンドパスフィルタの周波数帯は、メタル層割れが発生すると推定されるメタル深さ(メタル層厚さ)と、反射波速度から算出する。例えば、メタル層厚さが50〜200mm、反射波速度が3000〜4000m/sである場合、前記所定の周波数帯は7.5〜30kHzとなる。
With reference to FIG. 15, the processing flow of this configuration will be described.
First, a second band pass filter having a frequency band higher than that of the first band pass filter is set in advance, an elastic wave is oscillated by the
The frequency band of the second bandpass filter is calculated from the metal depth (metal layer thickness) estimated to cause metal layer cracking and the reflected wave velocity. For example, when the metal layer thickness is 50 to 200 mm and the reflected wave velocity is 3000 to 4000 m / s, the predetermined frequency band is 7.5 to 30 kHz.
そして、高周波側の反射波波形に、反射波に起因するピークが発生したか否かを判断し(S34)、ピークが存在しない場合にはメタル層割れが存在しないものと判断し、低周波計測用受信センサ37eにより反射波波形を測定する(S35)。該測定された反射波波形を前記第1のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し(S36)、該フィルタ処理後の波形に対してFFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行い(S37)、反射波基準点を求めてピーク周波数を検出し、メタル層厚さを求める。前記第1のバンドパスフィルタの周波数帯は上記した通りであり、例えばメタル層厚さが200〜400mm、反射波速度が3000〜4000m/sである場合、前記所定の周波数帯は3.75〜7.5kHzとなる。
一方、高周波側の反射波波形にピークが存在する場合には、メタル層割れが存在すると判断し(S38)、当該メタル層位置における計測は実施せず、計測位置を変更し(S39)、上記処理工程を繰り返し行う。
Then, it is determined whether or not a peak due to the reflected wave has occurred in the reflected wave waveform on the high frequency side (S34). If there is no peak, it is determined that there is no metal layer crack, and low frequency measurement is performed. The reflected wave waveform is measured by the
On the other hand, when a peak exists in the reflected wave waveform on the high frequency side, it is determined that a metal layer crack exists (S38), the measurement at the metal layer position is not performed, the measurement position is changed (S39), and the above Repeat the process.
本実施例によれば、高周波計測用受信センサにてメタル層割れ41の有無を事前に検知し、メタル層割れ41が存在しないと判断した場合に、反射波基準点の計測を行うことにより、メタル層割れの発生による計測精度の悪化を事前に回避することが可能となる。
According to this embodiment, the presence or absence of the
(4)2点間打診法を用いたノイズ除去処理
図17乃至図19に、2点間打診法を用いたノイズ除去処理を示す。本構成では、2個の受信センサ37f、37gの中間地点を打診位置とした2点間打診法を用いたノイズ除去処理につき示している。
図17に装置構成を示す。本実施例では、2個の受信センサ37f、37gを夫々離間させてメタル面に設置し、該受信センサ37f、37gの間でこれらの受信センサから略等距離となる位置が打診位置となるように打診装置35を設けた構成としている。
(4) Noise removal process using a two-point consultation method FIGS. 17 to 19 show a noise removal process using a two-point consultation method. In this configuration, a noise removal process using a two-point percussion method in which a midpoint between two
FIG. 17 shows an apparatus configuration. In the present embodiment, the two
図18及び図19に、本構成の処理フローを示す。
図18では、打診装置35にて弾性波を発振した後、一側の受信センサ37fにて反射波波形を測定する(S41)とともに、他側の受信センサ37gにて同様に反射波波形を測定する(S42)。そして、受信センサ37fにて測定した反射波波形と、受信センサ37gにて測定した反射波波形とを掛け合わせた出力値(S43)に対して、FFT解析、MEM解析等により波形処理して周波数分析を行い(S44)、反射波基準点を求めてピーク周波数を検出し、メタル層厚さを求める。
図19では、打診装置35にて弾性波を発振した後、一側の受信センサ37fにて反射波波形を測定し(S51)、該反射波波形に対してFFT処理、MEM処理等の周波数分析を行う(S52)。同様に、他側の受信センサ37gにても反射波波形を測定し(S53)、該反射波波形に対してFFT処理、MEM処理等の周波数分析を行う(S52)。そして、受信センサ37fの分析結果と、受信センサ37gの分析結果とを掛け合わせ(S55)、ピーク周波数を求め(S56)、メタル層厚さを求める。
18 and 19 show the processing flow of this configuration.
In FIG. 18, after the elastic wave is oscillated by the
In FIG. 19, after the elastic wave is oscillated by the
これらの方法によれば、特定位置にメタル層割れがあった場合でも、該メタル層割れからの反射波は戻り時間が違うためキャンセルされ、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波は周期が同じためキャンセルされない。このためメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のみを検出することができ、ピーク周波数の検出精度を向上させることができる。 According to these methods, even if there is a metal layer crack at a specific position, the reflected wave from the metal layer crack is canceled because the return time is different, and the reflected wave from the metal layer-furnace bottom brick interface is periodic. Are not canceled because they are the same. For this reason, only the reflected wave from a metal layer-furnace bottom brick interface can be detected, and the detection accuracy of the peak frequency can be improved.
(実施例1−2)
次に、上記した実施例1−1を応用した実施例1−2につき説明する。
図20を参照して、実施例1−2は、実施例1−1と同様に固化したスラグ層を除去して露出させたメタル層23の上面を打診して弾性波を発振する打診装置35と、メタル面で反射した弾性波を受信する受信センサ37と、該受信センサ37に接続され、受信した波形を取得する波形計測装置36(図1参照)とを備える。
(Example 1-2)
Next, an example 1-2 to which the above-described example 1-1 is applied will be described.
Referring to FIG. 20, Example 1-2 is a
本実施例1−2では、弾性波の反射位置が同一となる打診位置と受信位置の組み合わせが複数設定される。従って、前記打診装置35と前記受信センサ37は、夫々複数設置されていてもよいし、一組の打診装置35と受信センサ37を用いて、これを反射位置が同一となるように位置をずらして複数点の計測を行なうようにしてもよい。図20には複数の打診装置35と受信センサ37を設置した構成を示しており、打診装置(1)35で発生させた弾性波は受信センサ(1’)37で受信し、打診装置(2)35で発生させた弾性波は受信センサ(2’)で受信する。打診装置(2)−受信センサ(2’)の距離L2は、打診装置(1)−受信センサ(1’)の距離L1より長くとっているが、このように装置間の距離Lを異ならせた複数点において測定を行なう。また、受信センサ部と打診部とを備えた打診装置35’を備えており、該打診装置35’は前記反射位置の直上に配置される。
In Example 1-2, a plurality of combinations of a consultation position and a reception position where the reflection positions of the elastic waves are the same are set. Therefore, a plurality of the
上記した装置により受信センサ37で得られた複数の波形データは、波形計測装置36に入力され、該波形データを基にして解析装置(図示略)により解析処理を行い、弾性波の平均速度(平均音速)を求める。
本実施例1−2で求めた平均音速を前記実施例1−1に適用することにより、より正確にメタル層厚さを求めることができ、さらには炉底耐火物の侵食量を精度良く求めることを可能とする。
A plurality of waveform data obtained by the
By applying the average sound speed obtained in Example 1-2 to Example 1-1, the metal layer thickness can be obtained more accurately, and further, the amount of erosion of the furnace bottom refractory can be obtained with high accuracy. Make it possible.
一般に音速は深さ方向に分布があり、メタル層23を媒質とすると例えば上部2000m/sに対して下部4000m/sの差がある。従って音速分布が大きい媒質の場合、実施例1−1をそのまま適用してメタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を算出すると誤差が大きくなってしまうことがある。また、実施例1−1に示したように表面波の速度を用いることは容易な方法で効果的であるが、実際には表面波ではなく深さ方向の速度を用いる必要がある。
そこで実施例1−2では、基準位置から等距離にある場所を起振点−受信点とし、反射波の到達時間を計測することによって深さ及び平均音速を求めることができるため、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を高精度で推定することができる。
In general, the sound speed is distributed in the depth direction, and when the
Therefore, in Example 1-2, the depth and the average sound speed can be obtained by measuring the arrival time of the reflected wave using a place equidistant from the reference position as the excitation point-reception point. Alternatively, it is possible to estimate the furnace refractory erosion amount with high accuracy.
ここで、上記した装置により得られた波形データから平均音速を算出する方法につき説明する。
本実施例では、前記受信センサ37を介して波形計測装置36に入力される波形は加速度波形とする。図23に、該加速度波形の一例を示す。同図に示されるように、打診−受信点間距離Lが異なる波形が複数得られる。
次いで、多重反射の往復時間を求める。これは、図20に示した基準位置の打診装置35’を用い、該打診装置35’の打診時間から反射波を受信するまでの時間から得られる。
図21は、直接波、表面波、反射波、屈折波の夫々の波における距離(打点−受信点間距離)と時間の関係を示しており、図中Eが基準位置におけるデータで、この時の時間が多重反射の往復時間となる。
Here, a method for calculating the average sound speed from the waveform data obtained by the above-described apparatus will be described.
In the present embodiment, the waveform input to the
Next, the round-trip time of multiple reflection is obtained. This is obtained from the time from the percussion time of the
FIG. 21 shows the relationship between the distance (the distance between the hitting point and the receiving point) in each of the direct wave, the surface wave, the reflected wave, and the refracted wave, and E in the figure is data at the reference position. Is the round-trip time for multiple reflections.
一方、図23に示した加速度波形は、一度積分して速度波形に変換する処理を行う。これは、図22に示されるに加速度波形は比較的複雑な形状であるため、これを視覚的に明瞭化するために一度積分して速度波形に変換する処理を行うようにしたものである。この変換処理により得られる速度波形は、図24のようになる。 On the other hand, the acceleration waveform shown in FIG. 23 is once integrated and converted into a velocity waveform. This is because, as shown in FIG. 22, the acceleration waveform has a relatively complicated shape, and in order to make this visually clear, it is integrated once and converted into a velocity waveform. The velocity waveform obtained by this conversion process is as shown in FIG.
そして、前記得られた速度波形から、テンプレート波形を用いて相関係数を算出し、反射波の到着時間を求める。
前記テンプレート波形とは、図24に示される複数の速度波形のうち、明瞭に直接波が判別できる波形を抽出し、これをテンプレート波形としたものである。同図では、サイン波状の波形形状がクリアに判別できるch12の直接波をテンプレート波形とした。他の波形は反射波等が重なっており明瞭でなく、テンプレート波形としては不適である。
Then, a correlation coefficient is calculated from the obtained velocity waveform using a template waveform, and the arrival time of the reflected wave is obtained.
The template waveform is obtained by extracting a waveform from which a direct wave can be clearly discriminated from among a plurality of velocity waveforms shown in FIG. In the figure, the direct waveform of ch12 that can clearly discriminate the sine waveform is used as the template waveform. Other waveforms are not clear because the reflected waves overlap, and are not suitable as template waveforms.
該テンプレート波形を用いてテンプレートマッチングにより相関係数を算出する。該相関係数は形状の類似度を表す周知の評価尺度であり、図24から抽出された速度波形の一部分が、前記テンプレート波形に対して類似度が高ければ1に近づき、類似度が低ければ−1に近づく。これを全ての波形に対して行なうことで、図26に示されるグラフが得られる。図26は、相関係数で表される波形を、基準位置からの距離が短い順に上から並べたものである。同図からわかるように、何れのグラフにおいても直接波は相関係数1の付近を通っており、その次に現れるのが表面波である。しかしながら、反射波は、複数の他の波形が重ね合っているため同図からは明瞭に判別できない。そこで、図25に示した、基準位置の打診装置35’で得られた波形データのFFT解析結果を示すグラフを用いて、反射波の見当をつける。図25にて反射波を表すパワースペクトルが3.78kHzのところに存在するため、ここから265μsecに反射波が現れることが予想できる。従って、図26において、最も基準位置に近い(a)のグラフでの相関係数−1を示す位置が反射波と推定できる。
A correlation coefficient is calculated by template matching using the template waveform. The correlation coefficient is a well-known evaluation scale that represents the degree of similarity of shapes. If a part of the velocity waveform extracted from FIG. 24 has a high degree of similarity with respect to the template waveform, it approaches 1 and if the degree of similarity is low. Approaches -1. By performing this operation for all waveforms, the graph shown in FIG. 26 is obtained. In FIG. 26, waveforms represented by correlation coefficients are arranged from the top in order of increasing distance from the reference position. As can be seen from the figure, in all the graphs, the direct wave passes in the vicinity of the
前記相関係数のグラフから、図27に示す各波の距離と時間の関係が得られる。反射波は距離0mmにて265μsecを通り、フィッティング処理により実線で表される反射波が得られた。一方、直接波及び表面波は距離0mmにて0μsecを通る直線で表され、同図から、進行速度が速い表面波は進行速度が遅い直接波よりも傾きが大きくなっていることがわかる。ここで反射波のフィッティング処理には、図28に示されるように反射波の速度Vp2と厚さdを2つのパラメータとして用い、最小二乗法等の周知の方法によりフィッティング処理を行った。これにより、メタル層厚さdは289mmと求められた。尚、このときメタル層厚さdの実測値は300mmであったため、厚さ誤差は5%未満に押えられ、本実施例が精度の高い結果が得られることがわかった。 From the correlation coefficient graph, the relationship between the distance of each wave and the time shown in FIG. 27 is obtained. The reflected wave passed 265 μsec at a distance of 0 mm, and a reflected wave represented by a solid line was obtained by the fitting process. On the other hand, the direct wave and the surface wave are represented by a straight line passing through 0 μsec at a distance of 0 mm, and it can be seen from the figure that the surface wave having a fast traveling speed has a larger slope than the direct wave having a slow traveling speed. Here, in the reflected wave fitting process, as shown in FIG. 28, the reflected wave velocity Vp2 and thickness d were used as two parameters, and the fitting process was performed by a known method such as the least square method. Thereby, the metal layer thickness d was determined to be 289 mm. At this time, since the measured value of the metal layer thickness d was 300 mm, the thickness error was suppressed to less than 5%, and it was found that the present example can obtain a highly accurate result.
このように本実施例1−2によれば、基準位置から等距離にある場所を起振点−受信点とし、反射波の到達時間を計測することによって深さ及び平均音速を求めることができるため、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量をより高精度で求めることができ、さらには炉底耐火物の侵食量を精度良く求めることが可能となる。 As described above, according to the first to second embodiments, the depth and the average sound speed can be obtained by measuring the arrival time of the reflected wave with the place equidistant from the reference position as the excitation point and the reception point. Therefore, the metal layer thickness or the furnace bottom refractory erosion amount can be obtained with higher accuracy, and furthermore, the furnace bottom refractory erosion amount can be obtained with high accuracy.
さらに本実施例においても、メタル層割れが存在する場合、反射波基準点がずれて誤差が生じる場合がある。従って、実施例1−1に記載した少なくとも何れかのノイズ除去処理の構成を備えている。即ち、(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理、(2)打診側受信センサを用いたノイズ除去処理、(3)高周波計測を用いたノイズ除去処理、(4)2点間打診法を用いたノイズ除去処理、のうち少なくとも何れか或いはこれらの処理のうち複数の組み合わせからなるノイズ除去処理を備えた構成とする。
これにより、高い測定精度にて耐火レンガの侵食量監視を行うことが可能となる。
Further, also in this embodiment, when a metal layer crack exists, the reflected wave reference point may be shifted and an error may occur. Therefore, at least one of the noise removal processing configurations described in Example 1-1 is provided. That is, (1) noise removal processing using the first bandpass filter, (2) noise removal processing using the perception side receiving sensor, (3) noise removal processing using high-frequency measurement, (4) between two points It is set as the structure provided with the noise removal process which consists of a combination of at least any one among these noise removal processes using a percussion method, or these processes.
Thereby, it becomes possible to monitor the erosion amount of the refractory brick with high measurement accuracy.
(実施例1−3)
次に、上記した実施例1−1を応用した実施例1−3につき説明する。
図29を参照して、実施例1−3は、実施例1−1と同様に固化したスラグ層を除去して露出させたメタル層23の上面を打診して弾性波を発振する打診点(打診装置)35と、メタル面で反射した弾性波を受信する受信センサ37と、該受信センサ37に接続され、受信した波形を取得する波形計測装置36とを備える。
(Example 1-3)
Next, Example 1-3 to which Example 1-1 described above is applied will be described.
Referring to FIG. 29, Example 1-3 is a percussion point where a top surface of
本実施例1−3では、受信センサ37が打診点35に対して異なる距離になるように複数設置される。同図では一例として、受信センサ(1)〜(31)まで31個のセンサが、一定間隔Dmmで略一直線上に設置されている。
最初に、これらの受信センサ37のうち、受信センサ(1)から受信センサ(16)までを波形計測装置36に接続する。そして、打診点35にてメタル層23表面を打撃して弾性波を発生させ、これを波形計測装置36に接続された16個の受信センサ37にて受信する。これにより波形計測装置36には、16個の波形データが入力される。
次いで、打診点35を受信センサ37側に移動させるとともに、受信センサ(2)から受信センサ(17)までを波形計測装置36に接続し、上記と同様にして波形データを取得する。同様にして、波形を受信させる受信センサ37を1個ずつずらし、これに合わせて打診点35を移動させ、測定を繰り返し行なう。
In Example 1-3, a plurality of receiving
First, among these receiving
Next, the
このようにして実施例1−3では、上記した測定操作により得られた波形データを解析して、表面波探査計測法によりメタル層の音速、及びメタル層厚さを求めるようにしている。
この表面波探査計測法は周知の方法であり、レイリー波の位相速度の分散特性からS波速度及び深さ分布を求めるものである。この分散特性を図30に示す。図30(a)は異なる媒質におけるS波速度と周波数との関係を示すグラフで、(b)はその概念図である。これらの図に示されるように、媒質が薄いとS波速度が遅く、厚いとS波速度が速くなる。また、軟らかい媒質だとS波速度が遅く、硬い媒質だとS波速度が速くなる。従って、S波速度は媒質であるメタル層の状態、性質に影響を及ぼされることとなる。
Thus, in Example 1-3, the waveform data obtained by the above-described measurement operation is analyzed, and the sound velocity and the metal layer thickness of the metal layer are obtained by the surface wave exploration measurement method.
This surface wave exploration measurement method is a well-known method, and obtains the S wave velocity and the depth distribution from the dispersion characteristics of the Rayleigh wave phase velocity. This dispersion characteristic is shown in FIG. FIG. 30A is a graph showing the relationship between S wave velocity and frequency in different media, and FIG. 30B is a conceptual diagram thereof. As shown in these figures, when the medium is thin, the S wave velocity is low, and when it is thick, the S wave velocity is high. In addition, the soft wave medium has a low S wave velocity, and the hard medium has a high S wave velocity. Therefore, the S wave velocity is affected by the state and properties of the metal layer as a medium.
即ち、図29に示した装置により波形データを取得すると、図31に示されるような複数の波形を有するグラフが得られる。ここから位相速度を求める。位相速度の求め方は周知であるが、(1)フーリエ級数展開など、(2)クロスコリレーション(相互相関)、(3)CMP(Common Mid Point:反射点を等しくする)、(4)インバージョン(逆解析)、等の周知の演算を用いることによりメタル層厚さ及び音速を求める。
この過程で図32に示される分散曲線が算出され、これを上記手法にて解析することにより図33のような速度を示す分布図が得られる。ここからメタル層23と炉底耐火物の境界面が明瞭に判別できる。同図では、約10cmの所に境界面が認められ、これは実測値の10cmと同一となるため誤差はほぼ0となる。
That is, when waveform data is acquired by the apparatus shown in FIG. 29, a graph having a plurality of waveforms as shown in FIG. 31 is obtained. From this, the phase velocity is obtained. Although the method for obtaining the phase velocity is well known, (1) Fourier series expansion, etc., (2) cross-correlation (cross-correlation), (3) CMP (Common Mid Point), (4) in The metal layer thickness and sound speed are obtained by using a known calculation such as version (inverse analysis).
In this process, the dispersion curve shown in FIG. 32 is calculated, and by analyzing the dispersion curve by the above method, a distribution diagram showing the speed as shown in FIG. 33 is obtained. From this, the boundary surface between the
本実施例1−3によれば、一定間隔で略直線上に設置した複数の受信センサにより得られた波形データに基づいて、表面探査計測法を用いてメタル層の音速、及びメタル層厚さを求めることにより、精度の高い測定が可能となる。また、この方法によれば図20に示したように炉底状態が容易に把握できるため、炉底監視に非常に適した方法といえる。 According to Example 1-3, the sound velocity of the metal layer and the metal layer thickness using the surface exploration measurement method based on waveform data obtained by a plurality of receiving sensors installed on a substantially straight line at regular intervals. By obtaining the above, it becomes possible to measure with high accuracy. Further, according to this method, as shown in FIG. 20, the state of the furnace bottom can be easily grasped, so that it can be said that the method is very suitable for monitoring the furnace bottom.
さらにまた本実施例においても、メタル層割れが存在する場合、反射波基準点がずれて誤差が生じる場合がある。従って、従って、実施例1−1に記載した少なくとも何れかのノイズ除去処理の構成を備えている。即ち、(1)第1のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理、(2)打診側受信センサを用いたノイズ除去処理、(3)高周波計測を用いたノイズ除去処理、(4)2点間打診法を用いたノイズ除去処理、のうち少なくとも何れか或いはこれらの処理のうち複数の組み合わせからなるノイズ除去処理を備えた構成とする。
これにより、高い測定精度にて耐火レンガの侵食量監視を行うことが可能となる。
Furthermore, also in this embodiment, when a metal layer crack exists, the reflected wave reference point may be shifted and an error may occur. Therefore, at least one of the noise removal processing configurations described in the embodiment 1-1 is provided. That is, (1) noise removal processing using the first bandpass filter, (2) noise removal processing using the perception side receiving sensor, (3) noise removal processing using high-frequency measurement, (4) between two points It is set as the structure provided with the noise removal process which consists of a combination of at least any one among these noise removal processes using a percussion method, or these processes.
Thereby, it becomes possible to monitor the erosion amount of the refractory brick with high measurement accuracy.
まず、図34を参照して、本実施例に係る炉底監視装置が設置されるプラズマ式溶融炉10につき説明する。尚、以下の実施例2において、上記した実施例1と同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
プラズマ式溶融炉10は、炉本体14の炉蓋から主電極11が垂下され、これに対向して炉底から炉底電極12が挿設されている。主電極11は不図示の可動装置により昇降可能で、炉底電極12は炉本体14に固定される。プラズマ式灰溶融炉10では、これらの電極間に直流電源により直流電流を通流して炉内にプラズマアーク24を発生させる。投入ホッパ21より投入された被処理物は、炉壁に設けられた被処理物投入口20より炉内に投下され、プラズマアーク熱及び前記電極間を流れる電流のジュール熱により溶融処理され、溶融スラグ22として炉底に溜まる。また溶融スラグ22の下部には比重差により溶融メタル23が形成されている。溶融後は、適宜出滓口25より排出される。
炉本体14の側壁及び蓋部の内側は不定形耐火材15で形成され、炉底17には、侵食に強いアーチ状の耐火レンガ18が内側に配設され、その下に耐火レンガ19が配設される。これらの耐火物の外表面は鋼板製のケーシング16で被覆されている。尚、夫々の耐火物の構造は特に上記に限定されない。
First, the
In the
The side wall and the inside of the lid of the
本実施例では、スラグ温度を計測するための温度計測手段を一または複数備えている。温度計測手段の種類は限定されないが、放射温度計31に代表される非接触型温度計や熱電対に代表される接触型温度計などの温度計を用いて直接スラグ温度を計測する手段、被処理物の投入量からスラグ温度を推定する手段、耐火物を冷却する冷却水の放熱量からスラグ温度を推定する手段、電極への供給電圧からスラグ温度を推定する手段、或いは炉本体の側壁放熱量からスラグ温度を推定する手段などの周知の方法が挙げられる。熱バランスから算出する場合は、以下の式(2)を用いる。
Qp=(CpTs+Hf)×M+Qr ・・・(2)
ここで、Qp:入熱(電力)、Cp:被処理物の比熱、Hf:被処理物の潜熱、M:処理量、Qr:炉体放熱量である。
In this embodiment, one or more temperature measuring means for measuring the slag temperature are provided. The type of temperature measuring means is not limited, but means for directly measuring the slag temperature using a thermometer such as a non-contact type thermometer represented by the
Q p = (C p T s + H f) × M + Q r ··· (2)
Here, Q p: heat input (power), C p: specific heat of the object to be processed, H f: latent heat of the object to be processed, M: throughput, Q r: a furnace body heat radiation.
また、本実施例では、温度計側手段により取得したスラグ温度から耐火物侵食量を算出する侵食量算出装置30を備える。
この侵食量算出装置30は、予め求めておいたスラグ温度と炉底耐火物温度の相関関係と、予め求めておいた炉底耐火物の侵食速度式とが蓄積された記憶部31と、各種演算を行う演算部32と、温度計側手段により取得したスラグ温度を入力するスラグ温度入力部33と、出力部34と、を備える。
In the present embodiment, an erosion
This erosion
図35に示すフローを用いて、具体的な炉底耐火物侵食量の算出方法を説明する。
まず、予めスラグ温度−炉底耐火物温度の相関関係を求めておき、記憶部31に格納しておく(S101)。また、予め炉底耐火物の侵食速度式を取得し、記憶部31に格納しておく(S102)。この侵食速度式は、熱伝導解析により求める方法、実測値から求める方法などがある。侵食速度式の一例を以下の式(3)に示す。
First, a correlation between the slag temperature and the bottom refractory temperature is obtained in advance and stored in the storage unit 31 (S101). Further, the erosion rate equation of the furnace bottom refractory is acquired in advance and stored in the storage unit 31 (S102). This erosion rate equation includes a method for obtaining by heat conduction analysis and a method for obtaining from an actual measurement value. An example of the erosion rate equation is shown in the following equation (3).
溶融炉10の運転中に、温度計側手段によりスラグ温度を計測する(S103)。スラグ温度はスラグ温度入力部33より耐火物厚さ算出装置30に入力され、記憶部31に格納されたスラグ温度−炉底耐火物温度の相関関係に基づき、演算部32にて該スラグ温度から炉底耐火物温度を推定する(S104)。スラグ温度−炉底耐火物温度の相関関係は、例えば以下の式(4)により表される。この式(4)を用いて、前記計測されたスラグ温度から炉底耐火物温度を推定する。
Tb=a×Ts+b ・・・(4)
ここで、Tb:炉底耐火物表面温度、Ts:スラグ温度、a,b:炉底温度推定式の定数である。
そして、得られた炉底耐火物温度を用いて、記憶部31に格納された侵食速度式(3)に基づき、一定時間内での侵食速度を算出する(S105)。
算出した侵食量を積算することにより、現時点における侵食量の総計が求められる(S106)。これを一定時間毎に繰り返し行うことにより、炉底耐火物の侵食量をリアルタイムで求めることが可能となる。
During operation of the melting
T b = a × T s + b (4)
Here, T b : furnace bottom refractory surface temperature, T s : slag temperature, a and b: constants of the furnace bottom temperature estimation formula.
And based on the erosion rate formula (3) stored in the memory |
By integrating the calculated erosion amounts, the total erosion amount at the present time is obtained (S106). By repeating this at regular time intervals, the erosion amount of the bottom refractory can be obtained in real time.
本実施例によれば、スラグ温度のみから炉底耐火物の侵食量を求めることができるため、簡単で且つ高い精度が得られる。また、溶融炉を停止せずに侵食量を求めることが可能である。従って、休炉することなくリアルタイムで侵食量を計測することができるため、その後の運転期間を見直すことができ、侵食量が少なければ運転期間を延長することもできる。 According to the present embodiment, since the erosion amount of the bottom refractory can be obtained from only the slag temperature, it is easy and high accuracy can be obtained. In addition, the amount of erosion can be obtained without stopping the melting furnace. Therefore, since the amount of erosion can be measured in real time without shutting down the reactor, the subsequent operation period can be reviewed. If the amount of erosion is small, the operation period can be extended.
さらに本実施例では、精度を向上させるために、炉底耐火物の温度推定においてスラグ温度に加えてメタル層厚さを考慮した方法としている。上記式(4)の定数であるa、bは、メタル層厚さに応じて変化する変化量であるため、例えば、以下の式(5)と置くことでTbの温度推定精度が向上する。
a=c×d+e ・・・(5)
ここで、a:式(4)の定数、d:メタル層厚さ、c、e:係数である。
メタル層厚さdが0mmに近づくことによりaは1に近づき、dが増加するとともにaは1より小さくなる。即ち、メタル層厚さが厚くなるとスラグ温度と炉底耐火物表面温度の差が大きくなる。
そこで、メタル層厚さを求める際に、実施例1に記載したように第1のバンドパスフィルタを適用して求めたメタル層厚さを上記式(5)に適用することにより、Tbの温度推定精度が向上し、延いては炉底耐火物侵食量の測定精度を向上させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, in order to improve accuracy, the temperature of the bottom refractory is estimated in consideration of the metal layer thickness in addition to the slag temperature. Constant a is a, b in the formula (4) are the amount of change that changes in accordance with the metal layer thickness, for example, to improve the temperature estimation accuracy of T b by putting the following equations (5) .
a = c × d + e (5)
Here, a is a constant of formula (4), d is a metal layer thickness, c and e are coefficients.
As the metal layer thickness d approaches 0 mm, a
Therefore, when the metal layer thickness is obtained, the metal layer thickness obtained by applying the first bandpass filter as described in Example 1 is applied to the above equation (5), whereby T b The temperature estimation accuracy is improved, and as a result, the measurement accuracy of the furnace bottom refractory erosion amount can be improved.
また、本実施例2により炉底耐火物の侵食量を推定した後、該推定した炉底耐火物の侵食量を用いてメタル層厚さを推定しておき、上記実施例1を用いて炉底耐火物の侵食量を算出するようにしてもよい。
この場合、まず実施例2に記載したように、侵食速度式(式(3))を用いて炉底耐火物の侵食量を推定した後、該推定した侵食量にメタル層の初期厚を加算してメタル層厚さを算出しておく。この算出したメタル層厚さを、実施例1に記載した第1のバンドパスフィルタの周波数帯の設定に用いる。上記したように、第1のバンドパスフィルタは、炉構造に基づいたメタル層厚さの予想値範囲と反射波速度から求められるが、このとき、前記侵食速度式から推定したメタル層厚さを前記メタル層厚さの予想値範囲に適用することにより、第1のバンドパスフィルタを最適な値とすることができ、測定精度を大幅に向上させることが可能となる。
Further, after estimating the erosion amount of the bottom refractory according to the second embodiment, the metal layer thickness is estimated using the estimated erosion amount of the bottom refractory, and the furnace using the first embodiment is used. The amount of erosion of the bottom refractory may be calculated.
In this case, first, as described in Example 2, after estimating the erosion amount of the bottom refractory using the erosion rate equation (formula (3)), the initial thickness of the metal layer is added to the estimated erosion amount. Then, the metal layer thickness is calculated. The calculated metal layer thickness is used for setting the frequency band of the first bandpass filter described in the first embodiment. As described above, the first bandpass filter is obtained from the expected value range of the metal layer thickness based on the furnace structure and the reflected wave velocity. At this time, the metal layer thickness estimated from the erosion rate equation is used. By applying to the expected range of the metal layer thickness, the first band pass filter can be set to an optimum value, and the measurement accuracy can be greatly improved.
上記した実施例1及び実施例2を用いて炉底監視を行うようにした実施例3につき説明する。
本実施例3では、メンテナンス等により溶融炉10を立ち下げ、休炉中に実施例1若しくは実施例2を用いて炉底耐火物の侵食量を詳細に測定する。測定した侵食量に基づいて、新たな溶融炉の運転計画立案若しくは運転計画の大幅修正を行う。
このように、休炉中に詳細に耐火物侵食量を求めることにより、最適な運転計画を立てることが可能となり、安全で円滑な運転が可能となる。
A description will be given of a third embodiment in which the furnace bottom is monitored using the first and second embodiments.
In the third embodiment, the melting
In this way, by obtaining the refractory erosion amount in detail during the furnace shutdown, it is possible to make an optimum operation plan, and safe and smooth operation is possible.
本発明は、溶断しにくいメタル層を除去することなく正確に溶融炉の炉底耐火物を監視することができるため、プラズマ式溶融炉、電気抵抗式溶融炉、バーナ式溶融炉、旋回式溶融炉、反射式溶融炉等の各種溶融炉に適用可能である。 Since the present invention can accurately monitor the bottom refractory of the melting furnace without removing the metal layer that is difficult to melt, a plasma melting furnace, an electric resistance melting furnace, a burner melting furnace, a swirl melting It can be applied to various melting furnaces such as furnaces and reflection melting furnaces.
10 溶融炉
11 主電極
12 炉底電極
14 炉本体
16 鉄皮
17 炉底
18、19 炉底レンガ
20 被処理物投入口
22 スラグ層
23 メタル層
25 出滓口
28 放射温度計
30 侵食量算出装置
35’ 打診−受信装置
36、46 波形計測装置
37、37a〜g 受信センサ
38 挿入孔
39 補助電極
40 測定孔
41 メタル層割れ
45 発振装置
46 波形測定装置
51 フレーム
53 歪ゲージ
61 防爆容器
62 鉄製筐体
63、67 センサ(計数管)
66 放射線源
71 超音波発信器(探触子)
72 受信センサ(探触子)
73 超音波計測器
DESCRIPTION OF
66 Radiation source 71 Ultrasonic transmitter (probe)
72 Receiving sensor (probe)
73 Ultrasonic measuring instrument
Claims (9)
前記溶融炉上方で耐火物が存在しない位置に基準位置を設定し、
前記溶融炉の運転前に、前記基準位置からメタル層と炉底耐火物の境界面までの初期距離Hを取得しておき、
前記溶融炉の休炉時に、前記スラグ層を除去してメタル面を露出させ、前記基準位置からメタル面までの距離H1を測定するとともに、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信し、受信センサにより得られた反射波波形に対して周波数を利用したノイズ除去処理を行った後、該反射波波形に基づいてメタル層厚さH2を求め、
前記距離H1とメタル厚さH2の計と、前記初期距離Hとを比較して炉底耐火物の侵食量を求めることを特徴とする溶融炉の炉底耐火物監視方法。 A melting furnace that measures the amount of erosion of the bottom refractory in a melting furnace where a slag layer is deposited on the bottom of the furnace and a metal layer is deposited below it by melting the workpiece that has been put into the furnace. In the furnace bottom refractory monitoring method of
Set a reference position at a position where no refractory exists above the melting furnace,
Before the operation of the melting furnace, obtain an initial distance H from the reference position to the boundary surface between the metal layer and the furnace bottom refractory,
Wherein when deactivation furnace melting furnace, to expose the metal surface by removing the slag layer, thereby measuring the distance H 1 to the metal surface from the reference position, the elastic waves transmitted in the depth direction from the metal surface Then, after performing noise removal processing using the frequency for the reflected wave waveform obtained by the receiving sensor, the metal layer thickness H 2 is obtained based on the reflected wave waveform,
Said distance H 1 and the metal thickness H 2 meter, furnace bottom refractory monitoring method of the melting furnace, characterized in that to determine the amount of erosion of the by comparing the initial distance H furnace bottom refractories.
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