JP2009198225A - 容器壁状態の管理方法、装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割した各領域の温度をサーモグラフィによって計測する手順と、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出手順と、前記サーマルコントラスト算出手順で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手順と、前記ピーク時間取得手順で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得手順とを有する。
【選択図】図23
Description
また、材料の一部で計測した温度の或る期間の時間推移データを基にして、材料全体の温度情報を知り、材料温度の時間推移の将来挙動を予測することは、例えば、溶鋼鍋のように製鋼工場内をクレーンで移動するようなプロセスに対し、赤外線サーモグラフィで鉄皮温度を計測する場合、一部期間の計測データから鉄皮温度がどの程度まで上昇するかを推定し、溶鋼漏れに繋がるような耐火物の異常溶損を迅速に検出する際に極めて重要となる。
L=kx・(Tin−Tout)/Q
特に、溶鋼鍋のように高温物質を内部に有する工程があり、内表面と外表面に温度差を有して、材料温度が非定常に変化し、損耗等により厚みが変化する容器壁内壁の容器壁状態を、温度の比較的短い計測期間から将来温度の挙動を推定し、温度計測データが存在する期間に限定されることなく、容器壁状態を高精度に管理できるようにすることを目的とする。
前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割した各領域の温度をサーモグラフィによって計測する手順と、
前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出手順と、
前記サーマルコントラスト算出手順で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手順と、
前記ピーク時間取得手順で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得手順とを有し、
前記短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手順が、前記計測する領域における容器の厚みを増減させて、複数の厚みに対する熱履歴を熱履歴計算手段により計算する熱履歴計算ステップと、
前記既知である被測定物の厚み、及びその厚みに前後する前記計算上設定した厚みに対して、それぞれ、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストφiを、「φi=Ti―T0 1≦i≦N」から計算するサーマルコントラスト計算ステップと、
前記サーマルコントラスト計算ステップにおいて計算した複数のサーマルコントラストφiを基底関数にして予測式「γ(t)」を、以下に示すように構成する予測式構成ステップと、
前記予測式構成ステップにおいて構成した予測式「γ(t)」における「係数wi」を、以下の式を用いて決定する係数決定ステップと、
前記係数決定ステップにおいて決定した「係数w1〜wN」を、前述した(2式)に代入して、計測している被測定物の将来予測曲線を決定する予測曲線決定ステップとを備えることを特徴とする。
サーモグラフィによって計測される、前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割した各領域の温度と、前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出手段と、
前記サーマルコントラスト算出手段で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手段と、
前記ピーク時間取得手段で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得手段とを有し、
前記短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手段が、前記計測する領域における容器の厚みを増減させて、複数の厚みに対する熱履歴を熱履歴計算手段により計算する熱履歴計算ステップと、
前記既知である被測定物の厚み、及びその厚みに前後する前記計算上設定した厚みに対して、それぞれ、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストφiを、「φi=Ti―T0 1≦i≦N」から計算するサーマルコントラスト計算ステップと、
前記サーマルコントラスト計算ステップにおいて計算した複数のサーマルコントラストφiを基底関数にして予測式「γ(t)」を、以下に示すように構成する予測式構成ステップと、
前記予測式構成ステップにおいて構成した予測式「γ(t)」における「係数wi」を、以下の式を用いて決定する係数決定ステップと、
前記係数決定ステップにおいて決定した「係数w1〜wN」を、前述した(2式)に代入して、計測している被測定物の将来予測曲線を決定する予測曲線決定ステップとを行うことを特徴とする。
サーモグラフィによって計測される、前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割した各領域の温度と、前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出処理と、
前記サーマルコントラスト算出処理で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得処理と、
前記ピーク時間取得処理で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得処理とをコンピュータに実行させ、
前記短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得処理が、前記計測する領域における容器の厚みを増減させて、複数の厚みに対する熱履歴を熱履歴計算手段により計算する熱履歴計算ステップと、
前記既知である被測定物の厚み、及びその厚みに前後する前記計算上設定した厚みに対して、それぞれ、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストφiを、「φi=Ti―T0 1≦i≦N」から計算するサーマルコントラスト計算ステップと、
前記サーマルコントラスト計算ステップにおいて計算した複数のサーマルコントラストφiを基底関数にして予測式「γ(t)」を、以下に示すように構成する予測式構成ステップと、
前記予測式構成ステップにおいて構成した予測式「γ(t)」における「係数wi」を、以下の式を用いて決定する係数決定ステップと、
前記係数決定ステップにおいて決定した「係数w1〜wN」を、前述した(2式)に代入して、計測している被測定物の将来予測曲線を決定する予測曲線決定ステップとを有することを特徴とする。
なお、本発明でいう「内壁表面と外壁表面とで温度差を有する容器」とは、転炉、脱ガス炉、石炭ガス化反応炉等の高温のガス反応又は液体反応を伴う反応容器及び混銑車、溶銑鍋、溶鋼鍋等の溶鉄を運搬する容器等をいう。
特に、溶鋼鍋のように高温物質を内部に有する工程があり、内表面と外表面に温度差を有して、材料温度が非定常に変化し、損耗等により厚みが変化する容器壁内壁の容器壁状態を、温度の比較的短い計測期間から将来温度の挙動を推定し、温度計測データが存在する期間に限定されることなく、容器壁状態を高精度に管理することができる。
(第1の実施形態)
本実施形態では、内壁表面と外壁表面とで温度差を有する容器として、溶鋼鍋300を例にして説明する。図1(a)に示すように、溶鋼鍋300の外壁(鉄皮)301表面の温度分布を赤外線サーモグラフィ200によって計測する。赤外線サーモグラフィ200で計測される温度分布データは、容器壁状態の管理装置100に入力される。
する。
そして、各回で求められるサーマルコントラストのピーク時間分布における平均ピーク時間Save、分散時間SΣ、最小ピーク時間Sminや、それらを換算して求められた容器壁の残存厚みをデータベ
ース化して履歴を管理する。特に溶鋼鍋300の日常点検では、容器壁の残存厚みが最小残存厚となっている領域iを重点的に管理すればよい。
したがって、平均ピーク時間Save以外にピークが現れている場合は、地金差しが生じているものと推定することができる。
次に、サーマルコントラストを、一部或いは複数の時間帯で(ui(t)−ua(t))を実測して曲線近似により予測カーブを求める本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態においては、図4に示した複数の領域に分割した解析エリアにおいて、特定の領域(例えば、i=20)毎に、温度の将来挙動を推定して容器壁状態の管理をするようにようにしている。以下、推定手順の一例について、図23のフローチャートを参照しながら説明する。
前述したように、本実施形態においては被測定物として溶鋼鍋300を対象とし、溶鋼鍋300の壁状態の管理を行うようにしている。溶鋼鍋300においては、内部に溶鋼が入れられている状態(以下、受鋼鍋とする)と、空の状態(以下、空鍋とする)とが交互に繰り返される。図18(a)には、受鋼鍋→空鍋→受鋼鍋→空鍋・・・のサイクルを4回繰り返した際の熱履歴を、ウエア煉瓦の残厚毎に示している。図18(a)に示したように、製鉄工程においては、以前にどのような操業が行われたかが既知であるので、溶鋼鍋耐火物の厚み毎に鉄皮温度の熱履歴を計算する(推定する)ことができる。この場合、4回前からの溶鋼鍋300の時間履歴(受鋼鍋、空鍋)を使用して溶鋼鍋300の表面温度の1次元伝熱計算を行う例を示している。
これは、ステップS81で計算した前回の耐火物の厚みにおける鉄皮温度T0を基準にして、ステップS81で計算した各耐火物厚みにおける鉄皮温度Tiとの差を、「サーマルコントラストφi」と定義して行う。
φi=Ti―T0 1≦i≦N ・・・(1式)
ここで、3次スプライン補間公式とは、関数yi=y(xi)i=1,2・・・,Nのデータが与えられているとしたときに、xjからxj+1までの区間に注目し、その区間で下記の式で補間を行うものである。
次に、図24を参照しながら本発明の第3の実施形態を説明する。
先ず、最初のステップS91において、溶鋼鍋300について、解析エリアの平均温度変化uaが得られた際の溶鋼鍋300の厚みを変化させて、複数の厚みについて熱履歴を計算する。この計算は、前述した第2の実施形態において、図23のステップS81で行った計算と同様であり、溶鋼鍋300の時間履歴と温度変化履歴に基いて、前回の計測で分かっている溶鋼鍋300の厚みの前後における複数の厚み毎に熱履歴をそれぞれ計算する。
(4式)、(5式)は、非定常熱伝導方程式を表わす。なお、utは∂u/∂tを表し、uxxは∂2u/∂x2を表わす。(4式)において、αは熱拡散係数、u(x,0)=u0(x)は容器壁の温度の初期値である。この場合、容器壁の温度の初期値u(x,0)=u0(x)は未知である。また、高温物質の温度UM、外気温度ua、熱拡散係数α、放射伝熱のステファンボルツマン係数σ、容器壁の熱伝導率λは正の定数である。
逆問題においては、容器壁の残存厚みlは未知であり、したがって変数v(l,t)は未知であるが、u(l,t)は計測値h(t)として与えられる。(11式)から(12式)が得られる。
200 赤外線サーモグラフィ
300 溶鋼鍋
301 外壁
302 内壁
Claims (3)
- 内壁表面と外壁表面とで温度差を有すると共に、時間経過に伴って温度が変化する熱履歴情報、及び前記熱履歴情報が得られた際の厚み情報が既知である容器における各領域の将来温度を推定して容器壁状態を管理する容器壁状態の管理方法であって、
前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割した各領域の温度をサーモグラフィによって計測する手順と、
前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出手順と、
前記サーマルコントラスト算出手順で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手順と、
前記ピーク時間取得手順で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得手順とを有し、
前記短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手順が、前記計測する領域における容器の厚みを増減させて、複数の厚みに対する熱履歴を熱履歴計算手段により計算する熱履歴計算ステップと、
前記既知である被測定物の厚み、及びその厚みに前後する前記計算上設定した厚みに対して、それぞれ、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストφiを、「φi=Ti―T0 1≦i≦N」から計算するサーマルコントラスト計算ステップと、
前記サーマルコントラスト計算ステップにおいて計算した複数のサーマルコントラストφiを基底関数にして予測式「γ(t)」を、以下に示すように構成する予測式構成ステップと、
前記予測式構成ステップにおいて構成した予測式「γ(t)」における「係数wi」を、以下の式を用いて決定する係数決定ステップと、
前記係数決定ステップにおいて決定した「係数w1〜wN」を、前述した(2式)に代入して、計測している被測定物の将来予測曲線を決定する予測曲線決定ステップとを備えることを特徴とする容器壁状態の管理方法。 - 内壁表面と外壁表面とで温度差を有すると共に、時間経過に伴って温度が変化する熱履歴情報、及び前記熱履歴情報が得られた際の厚み情報が既知である容器における各領域の将来温度を推定して容器壁状態を管理する容器壁状態の管理装置であって、
サーモグラフィによって計測される、前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割
した各領域の温度と、前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出手段と、
前記サーマルコントラスト算出手段で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手段と、
前記ピーク時間取得手段で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得手段とを有し、
前記短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得手段が、前記計測する領域における容器の厚みを増減させて、複数の厚みに対する熱履歴を熱履歴計算手段により計算する熱履歴計算ステップと、
前記既知である被測定物の厚み、及びその厚みに前後する前記計算上設定した厚みに対して、それぞれ、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストφiを、「φi=Ti―T0 1≦i≦N」から計算するサーマルコントラスト計算ステップと、
前記サーマルコントラスト計算ステップにおいて計算した複数のサーマルコントラストφiを基底関数にして予測式「γ(t)」を、以下に示すように構成する予測式構成ステップと、
前記予測式構成ステップにおいて構成した予測式「γ(t)」における「係数wi」を、以下の式を用いて決定する係数決定ステップと、
前記係数決定ステップにおいて決定した「係数w1〜wN」を、前述した(2式)に代入して、計測している被測定物の将来予測曲線を決定する予測曲線決定ステップとを行うことを特徴とする容器壁状態の管理装置。 - 内壁表面と外壁表面とで温度差を有すると共に、時間経過に伴って温度が変化する熱履歴情報、及び前記熱履歴情報が得られた際の厚み情報が既知である容器における各領域の将来温度を推定して容器壁状態を管理するためのコンピュータプログラムであって、
サーモグラフィによって計測される、前記容器の外壁表面に設定した解析エリアを分割した各領域の温度と、前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストを算出するサーマルコントラスト算出処理と、
前記サーマルコントラスト算出処理で算出される前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間を、短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得処理と、
前記ピーク時間取得処理で求められる前記各領域でのサーマルコントラストのピーク時間に基づいて、前記解析エリアにおけるサーマルコントラストのピーク時間分布を求めるピーク時間分布取得処理とをコンピュータに実行させ、
前記短い計測時間から全体の温度変化を推定して求めるピーク時間取得処理が、前記計測する領域における容器の厚みを増減させて、複数の厚みに対する熱履歴を熱履歴計算手段により計算する熱履歴計算ステップと、
前記既知である被測定物の厚み、及びその厚みに前後する前記計算上設定した厚みに対して、それぞれ、前記各領域の温度と前記解析エリアの平均温度との差であるサーマルコントラストφiを、「φi=Ti―T0 1≦i≦N」から計算するサーマルコントラスト計算ステップと、
前記サーマルコントラスト計算ステップにおいて計算した複数のサーマルコントラストφiを基底関数にして予測式「γ(t)」を、以下に示すように構成する予測式構成ステップと、
前記予測式構成ステップにおいて構成した予測式「γ(t)」における「係数wi」を、以下の式を用いて決定する係数決定ステップと、
前記係数決定ステップにおいて決定した「係数w1〜wN」を、前述した(2式)に代入して、計測している被測定物の将来予測曲線を決定する予測曲線決定ステップとを有することを特徴とするコンピュータプログラム。
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