JP2017222915A - 高炉ステーブ残厚測定装置及び高炉ステーブ残厚測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステーブの残厚を正確且つ安価に測定することができる高炉ステーブ残厚測定装置及びステーブ残厚測定方法を提供すること。
【解決手段】高炉の外側から高炉の内部に設けられたステーブに挿入可能な長さを有し、ステーブの内部を撮像可能な撮像部２２と、撮像部２２のステーブへの挿入深さを計測する計測部２５と、撮像部２２の撮像結果を表示する表示部３と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高炉の鉄皮冷却に用いられるステーブの残厚を測定する高炉ステーブ残厚測定装置及び高炉ステーブ残厚測定方法に関する。

高炉には、鉄皮の保護を目的として種々の冷却装置が設けられる。このような冷却装置の一つであるステーブを用いたステーブ冷却式の冷却装置は、炉内面がほぼ平滑に浸食され、操業上好ましいプロファイルが形成される等の理由から、広く用いられている。ステーブ冷却式の冷却装置を用いた高炉では、ステーブの残厚の管理が重要となることから、種々のステーブの残厚測定方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、ステーブの冷却水路内面に超音波探触子を接触させ、ステーブの表面と冷却水路内面の厚みを超音波で測定する方法が開示されている。
また、特許文献２には、ステーブにステーブ厚みと同じ長さのマーカーを高炉炉内側のステーブ表面に先端を合わせて埋没させておき、超音波を利用してその厚みを測定する方法が開示されている。

特開２０１２−２０７２７０号公報 特開昭６３−０７３０８８号公報

しかし、特許文献１に記載の残厚測定方法では、損耗によりステーブ背面に凹凸が生じることで、入射した超音波が乱反射し、探触子により測定可能な反射超音波（エコー）が少なくなるために、ステーブの残厚を正確に測定することができなかった。また、ステーブは鋳物製もしくは銅製であることから、特許文献１に記載の残厚測定方法では、超音波の音速を正確に把握することができず、ステーブの残厚を正確に測定することができなかった。さらに、特許文献１に記載の残厚測定方法では、残厚を正確に測定するには、鋳物の公差による影響を考慮しないといけなかったため、ステーブの残厚を正確に測定することが困難であった。

また、特許文献２に記載の残厚測定方法では、ステーブに予めマーカーを埋め込む加工が必要となることから、ステーブの製造コストが高くなることが問題であった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ステーブの残厚を正確且つ安価に測定することができる高炉ステーブ残厚測定装置及び高炉ステーブ残厚測定方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高炉ステーブ残厚測定装置は、高炉の外側から高炉の内部に設けられたステーブに挿入可能な長さを有し、ステーブの内部を撮像可能な撮像部と、撮像部のステーブへの挿入深さを計測する計測部と、撮像部の撮像結果を表示する表示部と、を有する。
また、本発明の一態様に係る高炉ステーブ残厚測定方法は、高炉に設けられた測定孔に、撮像装置を挿入する工程と、撮像装置が高炉のステーブの背面側端部を撮像するときの挿入深さである第１の挿入深さを計測する工程と撮像装置がステーブの前面側端部を撮像するときの挿入深さである第２の挿入深さを計測する工程と、第１の挿入深さと第２の挿入深さとからステーブの厚さを算出する工程と、を含む。

本発明に係る高炉ステーブ残厚測定装置及び高炉ステーブ残厚測定方法によれば、ステーブの残厚を正確且つ安価に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る高炉ステーブ残厚測定装置を示す構成図である。 高炉ステーブ残厚測定装置の測定部を示す平面図および側面図である。 図２におけるＩ−Ｉ線矢視図である。 高炉およびステーブを示す模式図である。 ステーブの残厚測定方法を示す模式図である。 図５における撮像結果を示す模式図である。 ステーブの残厚測定方法において図５の後の状態を示す模式図である。 図７における撮像結果を示す模式図である。 ステーブの残厚測定方法の変形例を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る測定部を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜高炉ステーブ残厚測定装置の構成＞
はじめに、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る高炉ステーブ残厚測定装置１の構成について説明する。図１に示すように、高炉ステーブ残厚測定装置１は、測定部２と、表示部３とを備える。

測定部２は、図１および図２に示すように、ケーシング２１と、撮像部２２と、照射部２３と、断熱材２４と、計測部２５とを有する。
ケーシング２１は、図２および図３に示すように、金属製のパイプであり、一端側の表面に設けられた略矩形状の開口部２１１を有する。また、ケーシング２１は、後述するように、長手方向において、高炉に設けられたステーブに挿入可能な長さを有する。さらに、ケーシング２１の長手方向に垂直な断面における大きさは、後述するように、高炉およびステーブに形成された測定孔に挿入可能な大きさに形成される。ここで、測定孔とは、高炉およびステーブに予め設けられた、圧力計や温度計等の測定機器を挿入するための孔である。

撮像部２２は、ビデオスコープやマイクロスコープ等の撮像装置であり、ケーシング２１の内部に沿って配されたケーブルと、ケーシング２１の一端側となるケーブルの先端に設けられた撮像手段２２１とを有する。また、撮像部２２は、図３に示すように、後述するレーザ光Ｌの照射領域を含む撮像領域ｄを撮像する。撮像手段２２１が設けられたケーブルの先端側は、ケーブルが自在に湾曲可能に構成される。撮像手段２２１は、小型ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサ等の撮像素子およびレンズを含む撮像機構と、撮像領域ｄを照らすＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の照明とを有する。また、撮像部２２は、図３に示すように、ケーブルの先端側が湾曲することで、撮像手段２２１を含むケーブルの先端がケーシング２１の開口部２１１からケーシングの外側へと突出して配される。また、撮像部２２は、表示部３に電気的に接続され、撮像データを表示部３へと送信する。

照射部２３は、ケーシング２１の内部に沿って配されたケーブルと、ケーブルの先端に設けられた光源部２３１とを有するレーザポインタ等の照射装置である。光源部２３１は、ケーシング２１の長手方向において、開口部２１１が形成された位置に配され、開口部２１１を通じてケーシング２１の外部へとレーザ光Ｌを照射する。また、光源部２３１には、ケーブルを通じて不図示の電源から電力が供給される。さらに、照射部２３は、レーザ光Ｌがケーシング２１の長手方向に対して略垂直方向に照射されるように、ケーシング２１に固定される。

断熱材２４は、ケーシング２１の一端に、先端の開口部を覆って設けられる。
計測部２５は、ケーシング２１の長手方向に沿ってケーシング２１の表面に沿って設けられ、ケーシング２１の長さを計測する。例えば、計測部２５は、ケーシング２１の長さを表示する目盛等である。
表示部３は、撮像部２２から取得した撮像データを、撮像画像として画面へ表示する表示装置である。

＜ステーブの残厚測定方法＞
次に、図４〜図８を参照して、高炉ステーブ残厚測定装置１を用いたステーブ５の残厚測定方法について説明する。図４に示すように、ステーブ５は、高炉の鉄皮４の内側へと設けられ、内部には水路６が形成される。ステーブ５は、水路６に冷却水が流れることで鉄皮４を冷却し、鉄皮４を保護する。図５に示す例では、鉄皮４の内側方向となるｘ軸正方向側に、ステーブ５が設けられる。このとき、鉄皮４とステーブ５との間には、隙間８が形成される。なお、以下では、ステーブ５の隙間８が設けられた鉄皮側の面を背面、背面の反対側の面を前面という。また、ステーブ５には、内部に高炉の略高さ方向となるｙ軸方向に延在する水路６が形成される。さらに、ステーブ５の前面には、ｘ軸正方向側に突出した山部５１および谷部５２が形成される。山部５１および谷部５２は、ｙ軸方向に鉄皮４に沿って、交互に複数形成される。なお、図５に図示した領域には、山部５１ａ，５１ｂおよび谷部５２ａ，５２ｂが形成される。山部５１ｂには、測定孔７が形成される。測定孔７は、鉄皮４から山部５１ｂまでを貫通して形成され、通常の操業時には、内部に圧力計や温度計が設けられる。

なお、ケーシング２１は、上述のように、長手方向において、高炉に設けられたステーブ５に挿入可能な長さを有する。つまり、ケーシング２１の長手方向の長さは、鉄皮４の外表面からステーブ５の前面側の端までの長さである測定孔７の長さよりも長くなるように形成される。また、ケーシング２１の内部に配された、撮像部２２およびレーザポインタについても同様に、ケーシング２１と同様な長さに構成される。

本実施形態に係るステーブ５の残厚測定は、高炉の休風時に行われる。これは、休風時以外の操業時においては、高炉周辺の作業場所がＣＯガス雰囲気となるためである。
まず、作業者は、鉄皮４の外側から測定孔７に高炉ステーブ残厚測定装置１を挿入する。このとき、高炉ステーブ残厚測定装置１は、図５に示すように、断熱材２４が設けられた側の一端から、測定孔７の貫通方向とケーシング２１の長手方向とが平行となる挿入方向に挿入される。また、高炉ステーブ残厚測定装置１は、照射部２３から照射されたレーザ光Ｌが、ステーブ５の背面側の端に当たる位置まで挿入される。なお、以下では、レーザ光Ｌがステーブ５の背面側の端に当たる位置まで、高炉ステーブ残厚測定装置１が挿入された深さを第１の挿入深さと称する。

高炉ステーブ残厚測定装置１が第１の挿入深さまで挿入されたか否かは、作業者が表示部３に表示された撮像画像を見て確認する。図５には高炉ステーブ残厚測定装置１が第１の挿入深さまで挿入された状態を示し、図６には図５の状態において表示部３に表示される撮像画像を示す。図６に示すように、作業者は、背面側のステーブ５の端に、当たったレーザ光Ｌａを確認することで、高炉ステーブ残厚測定装置１が第１の挿入深さまで挿入されたことを確認することができる。また、本実施形態に係るステーブ５の残厚測定方法では、撮像手段２２１の照明にて撮像領域ｄを照らすことで、暗所や閉所であってもステーブ５の端を視認することができる。

次いで、作業者は、第１の挿入深さにおける計測部２５の計測値を確認する。このとき、作業者は、図５に示すように、鉄皮４の外側における計測部２５である目盛の表示位置（図５の矢印位置）を確認する。
さらに、作業者は、高炉ステーブ残厚測定装置１を高炉のさらに内部へと挿入する。この際、高炉ステーブ残厚測定装置１は、照射部２３から照射されたレーザ光Ｌがステーブ５の前面側の端に当たる位置まで挿入される。なお、以下では、レーザ光Ｌがステーブ５の前面側の端に当たる位置まで、高炉ステーブ残厚測定装置１が挿入された深さを第２の挿入深さと称する。

高炉ステーブ残厚測定装置１が第２の挿入深さまで挿入された否かは、第１の挿入深さの確認と同様に、作業者が表示部３に表示された表示画像を見て確認する。図７には高炉ステーブ残厚測定装置１が第２の挿入深さまで挿入された状態を示し、図８には図７の状態において表示部３に表示される撮像画像を示す。図８に示すように、作業者は、前面側のステーブ５の端に、当たったレーザ光Ｌｂを確認することで、高炉ステーブ残厚測定装置１が第２の挿入深さまで挿入されたことを確認することができる。

ここで、本実施形態では、ステーブ５の端にレーザ光Ｌが照射されたことを視認することで、第１および第２の挿入位置が判断される。このため、超音波を用いた測定装置を用いて間接的にステーブ５の残厚を測定する場合に比べ、高い精度で残厚を測定することができる。なお、本実施形態におけるステーブ５の残厚測定結果の誤差は、照射部２３により照射されるレーザ光Ｌの照射径程度（例えば±１ｍｍ以内）となる。

その後、作業者は、第２の挿入深さにおける計測部２５の計測値を確認する。このとき、作業者は、図７に示すように、鉄皮４の外側における計測部２５である目盛の表示位置を確認する。
次いで、第２の挿入深さの表示値を確認した後、第１および第２の挿入深さの表示値から、ステーブ５の残厚を算出する。ステーブ５の残厚の算出は、第１の挿入深さの表示値と第２の挿入深さの表示値との差分として算出される。本実施形態では、ステーブ５の残厚として、山部５１ａ（５１）における背面から前面までの厚さを測定する。
さらに、高炉ステーブ残厚測定装置１が測定孔７から引き抜かれることで、測定が終了する。

＜変形例＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、鉄皮４から山部５１ａ（５１）に形成された測定孔７に高炉ステーブ残厚測定装置１を挿入するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図９に示すように、鉄皮４から谷部５２ｂ（５２）に形成された測定孔７に高炉ステーブ残厚測定装置１を挿入してもよい。この際、上記実施形態と同様に測定をすることで、ステーブ５の残厚として、谷部５２ｂ（５２）における背面から前面までの厚さが測定される。

また、上記実施形態では、高炉ステーブ残厚測定装置１を測定孔７に挿入する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、鉄皮４からステーブ５まで貫通する残厚測定用の孔を予め形成し、この孔に高炉ステーブ残厚測定装置１を挿入することで、ステーブ５の残厚を測定してもよい。

さらに、測定部２は、上記実施形態以外の構成として、図１０に示す構成を有してもよい。図１０に図示した例では、測定部２は、ケーシング２１と、撮像部２２ａと、照射部２３と、断熱材２４と、反射鏡２６と、照明２７とを有する。図１０に示した例におけるケーシング２１、照射部２３および断熱材２４の構成は、図３に示したものと同じである。撮像部２２ａは、ケーシング２１の外部に設けられ、反射鏡２６を介して、開口部２１１の外側の領域を撮像する。撮像部２２ａによる表示部３へと送信され、撮像画像が表示部３へと表示される。反射鏡２６は、ケーシング２１の先端内部に設けられ、開口部２１１の外側の領域の像を撮像部２２ａへと反射させる。照明２７は、撮像部２２ａによって撮像される開口部２１１の外側の領域を照らす光源である。図１０に示した測定部２によれば、上記実施形態と同様な測定方法を用いて、ステーブ５の残厚を測定することができる。この際、作業者は、表示部３へと表示される撮像部２２ａによって撮像された撮像画像により、第１および第２の挿入深さを確認することができる。

さらに、上記実施形態では、撮像手段２２１には照明が設けられる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、撮像手段２２１には、照明が設けられなくてもよい。この場合、撮像手段２２１には、撮像領域ｄが暗い場合にも撮像可能な高感度な撮像機構が用いられる。

さらに、上記実施形態では、測定部２は照射部２３を有する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、測定部２には、照射部２３が設けられなくてもよい。この場合、撮像部２２は、ケーシング２１の長手方向に略垂直な方向、且つケーシグンに対して一定の位置関係を有する撮像領域を撮像可能なように、ケーシング２１に固定される。なお、高炉ステーブ残厚測定装置１が第１および第２の挿入深さまで挿入されたか否かの判断は、撮像画像に表示されるステーブ５の端の撮像画像中の位置に応じて判断される。例えば、作業者は、撮像画像の中心等の所定の位置にステーブ５の端部が表示された深さを、第１および第２の挿入深さとして判断する。

さらに、上記実施形態では、測定部２は断熱材２４を有する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、測定部２がステーブ５内の温度等の条件に耐え得る構成であれば、断熱材２４が設けられなくてもよい。
さらに、上記実施形態では、測定部２はパイプ状のケーシング２１を有する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、撮像部２２や照射部２３等を測定孔７に曲げずに挿入可能であれば、他の形状のケーシング２１やケーシング２１を設けない構成であってもよい。ケーシング２１を設けない構成の場合、計測部２５は、外部から作業者が視認できるように、撮像部２２や照射部２３に設けられる。

さらに、上記実施形態では、計測部２５は目盛であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。計測部２５は、撮像部２５の挿入深さが計測可能な構成であれば、目盛以外の表示方法や計測方法であってもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一実施形態に係る高炉ステーブ残厚測定装置１は、高炉の外側から高炉の内部に設けられたステーブ５に挿入可能な長さを有し、ステーブ５の内部を撮像可能な撮像部２２と、撮像部２２のステーブ５への挿入深さを計測する計測部２５と、撮像部２２の撮像結果を表示する表示部３と、を有する。

上記構成によれば、撮像部２２による撮像画像を確認しながら、ステーブ５の端における高炉ステーブ残厚測定装置１の挿入深さを直接測定することができるため、ステーブ５の残厚を正確に測定することができる。また、例えば特許文献１のように超音波を用いて残厚を測定する場合に比べ、ステーブ５の表面の凹凸の影響、ステーブ５の材質による影響およびステーブ５の公差の影響によらずに測定できるため、超音波を用いた測定装置に比べ測定精度に優れる。

また、上記構成によれば、ステーブ５の残厚を測定する際には、高炉ステーブ残厚測定装置１を繰り返し使用することができる。また、特許文献２のように、ステーブ５に予めマーカーを埋め込む加工をする必要がない。このため、特許文献２に記載の測定方法や測定装置に比べ、測定に掛かるコストやステーブ５の製造に掛かるコストを低減することができることから、残厚を安価に測定することができる。

さらに、上記構成によれば、従来は視認できなかった鉄皮４の高炉内側の状況を確認することができるため、正確な測定位置を判断することができる。例えば、溶損等により生じたステーブ５の背面側の凹凸や、溶損や損耗等により生じたステーブ５の前面側の凹凸や欠落を視認することができる。このため、ステーブ５の溶損や損耗等の状態に応じて、高炉の寿命管理に適切な残厚を測定することができる。これに対して、特許文献１のように超音波を用いて残厚を測定する場合、ステーブ５の溶損や損耗等の状態が分からないことから、適切な残厚を測定することができない。

（２）ステーブ５に挿入可能な長さを有し、ステーブ５への挿入方向に対して略垂直方向にレーザ光Ｌを照射する照射部２３をさらに有する。
上記構成によれば、レーザ光Ｌが照射された位置から、高炉ステーブ残厚測定装置１とステーブ５との相対的な位置関係を視認することができるため、高炉ステーブ残厚測定装置１の挿入深さおよびステーブ５の残厚を高い精度で測定することができる。

（３）金属製のパイプ状のケーシング２１をさらに有し、ケーシング２１は、長手方向の先端側に開口部２１１を有し、撮像部２２は、ケーシング２１の内部に配され、開口部２１１を通じてケーシング２１よりも外側の撮像領域ｄを撮像し、計測部２５は、ケーシング２１の表面に設けられた目盛である。
（４）金属製のパイプ状のケーシング２１をさらに有し、ケーシング２１は、長手方向の先端側に開口部２１１を有し、撮像部２２は、ケーシング２１の内部に配され、開口部２１１を通じてケーシング２１よりも外側の撮像領域ｄを撮像し、計測部２５は、ケーシング２１の表面に設けられた目盛であり、照射部２３は、ケーシング２１の内部に配され、開口部２１１を通じてケーシング２１よりも外側にレーザ光Ｌを照射する。
上記（３）および（４）の構成によれば、耐久性に優れた高炉ステーブ残厚測定装置１を低廉に製造することができる。

（５）ステーブ５への挿入方向の先端に断熱材２４を有する。
上記構成によれば、高炉内の輻射熱による、撮像部２２等の高炉ステーブ残厚測定装置１の部材の溶損や故障を防止することができる。このため、高炉ステーブ残厚測定装置１の耐久性を向上させることができ、さらに、撮像部２２等の部材に、断熱性に劣る安価な既製品等を適用することができる。

（６）ケーシング２１は、高炉に設けられた測定孔７に挿入可能な大きさを有する。
上記構成によれば、通常、高炉に設けられる圧力計や温度計等を挿入する測定孔に挿入して、ステーブ５の残厚を測定することができる。このため、既設の高炉のステーブ５の残厚を測定する場合にも適用することができる。また、特許文献２のようにマーカー埋め込み用の孔を形成する場合に比べ、ステーブ５に不必要な孔を設ける必要がなくなるため、ステーブ５の強度を向上させることができる。

（７）本発明の一実施形態に係る高炉ステーブ残厚測定方法は、高炉に設けられた測定孔７に撮像装置（撮像部２２）を挿入する工程と、撮像装置が高炉のステーブ５の背面側端部を撮像するときの挿入深さである第１の挿入深さを計測する工程と撮像装置がステーブ５の前面側端部を撮像するときの挿入深さである第２の挿入深さを計測する工程と、第１の挿入深さと第２の挿入深さとからステーブ５の厚さを算出する工程と、を含む。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様に、ステーブ５の残厚を正確に測定することができる。

１ ：高炉ステーブ残厚測定装置
２ ：測定部
２１ ：ケーシング
２２ ：撮像部
２２１ ：撮像手段
２３ ：レーザポインタ
２３１ ：照射部
２４ ：断熱材
２５ ：計測部
３ ：表示部
４ ：鉄皮
５ ：ステーブ
５１ａ，５１ｂ，５１ ：山部
５２ａ，５２ｂ，５２ ：谷部
６ ：水路
７ ：測定孔
８ ：隙間

Claims (7)

1. 高炉の外側から前記高炉の内部に設けられたステーブに挿入可能な長さを有し、前記ステーブの内部を撮像可能な撮像部と、
   前記撮像部の前記ステーブへの挿入深さを計測する計測部と、
   前記撮像部の撮像結果を表示する表示部と、
   を有する高炉ステーブ残厚測定装置。
2. 前記高炉の外側から前記ステーブに挿入可能な長さを有し、前記ステーブへの挿入方向に対して略垂直方向にレーザ光を照射する照射部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の高炉ステーブ残厚測定装置。
3. 金属製のパイプ状のケーシングをさらに有し、
   前記ケーシングは、長手方向の先端側に開口部を有し、
   前記撮像部は、前記ケーシングの内部に配され、前記開口部を通じて前記ケーシングよりも外側の撮像領域を撮像し、
   前記計測部は、前記ケーシングの表面に設けられた目盛であることを特徴とする請求項１に記載の高炉ステーブ残厚測定装置。
4. 金属製のパイプ状のケーシングをさらに有し、
   前記ケーシングは、長手方向の先端側に開口部を有し、
   前記撮像部は、前記ケーシングの内部に配され、前記開口部を通じて前記ケーシングよりも外側の撮像領域を撮像し、
   前記計測部は、前記ケーシングの表面に設けられた目盛であり、
   前記照射部は、前記ケーシングの内部に配され、前記開口部を通じて前記ケーシングよりも外側に前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項２に記載の高炉ステーブ残厚測定装置。
5. 前記ケーシングは、前記開口部側の先端に断熱材を有することを特徴とする請求項３または４に記載の高炉ステーブ残厚測定装置。
6. 前記ケーシングは、前記高炉に設けられた測定孔に挿入可能な大きさを有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の高炉ステーブ残厚測定装置。
7. 高炉に設けられた測定孔に、撮像装置を挿入する工程と、
   前記撮像装置が前記高炉のステーブの背面側端部を撮像するときの挿入深さである第１の挿入深さを計測する工程と
   前記撮像装置が前記ステーブの前面側端部を撮像するときの挿入深さである第２の挿入深さを計測する工程と、
   前記第１の挿入深さと前記第２の挿入深さとから前記ステーブの厚さを算出する工程と、
   を含む、高炉ステーブ残厚測定方法。

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