JP2021156706A - 耐火煉瓦の摩耗量を評価する評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1.3Dレーザースキャナ]
本実施形態で用いる3Dレーザースキャナについて説明する。本実施形態では、3Dレーザースキャナは、FARO社製の三次元測定器を用いた。3Dレーザースキャナの測定方式は、非接触方式を採用し、3Dスキャナによる測定原理は、位相差方式を用いている。位相差方式は、測定対象物にレーザー光を照射し、レーザー光の放射波と反射波との位相差により、測定対象との距離を測る方法であり、測定対象上の三次元座標を取得することができる。また、本実施形態で用いる3Dレーザースキャナは、計測部が360度垂直回転し、本体全体が180度水平回転する構造を有している。このように、計測部を360度回転させながら、本体全体を180度水平回転するため、短時間で高精度のデータを取得することが可能となる。具体的には、4000万点/3分間の座標を計測することが可能となる。
(1)3Dレーザースキャナによるスキャニング
図1は、キルンシェル内部を3Dレーザースキャナでスキャニングする様子を示す図である。まず、図1に示すように、耐火煉瓦の摩耗量を測定するために、キルンシェル100の内部を、3Dレーザースキャナ11を用いてスキャニングする。測定対象物であるキルンシェル100は、円筒状のキルンシェルであり、耐火煉瓦が内張りされている。キルンシェル100の全長は54m、キルンシェル100の半径(設計値)は3.5mである。また、内張りされている耐火煉瓦の1個の大きさ(摩耗前)は、縦10cm×横20cm×高さ20cmである。
次に、スキャニングにより取得したキルンシェルの三次元座標データ(以下、3D画像データともいう。)を用いて、キルンシェルのフランジ部分の断面の中心部分が、三次元座標の原点となるように、3D画像データの基準座標を調整する。基準座標の調整作業について、以下説明する。
図4は、キルンシェルの中心軸(Z軸)と直交する断面の概略を示す図である。耐火煉瓦の残厚は、キルンシェルの半径をr1とし、中心軸から耐火煉瓦表面21までの距離をr2とすると、r1−r2により算出することができる。このように、キルンシェル内全体の各耐火煉瓦の残厚を算出することで、耐火煉瓦の摩耗状態を把握することができる。具体的には、例えば、算出例1から算出例3のように算出することにより、キルンシェル内全体の各耐火煉瓦の残厚を算出する。
図4に示すように、3D画像データのキルンシェル200の中心軸と直交する断面上で、3D画像データのキルンシェル200の半径を、初期位置から予め定められた角度(θ)まで回転させ、回転後のキルンシェルの半径(r1)と回転後のキルンシェルと同半径上の中心軸から耐火煉瓦表面21までの距離(r2)を用いて、耐火煉瓦の残厚を算出する。この作業を、断面上360度行い、中心軸方向の一定間隔(t)の断面上においても同様に行う。これにより、キルンシェル内全ての耐火煉瓦の残厚を把握することが可能となる。
図5(a)(b)に示すように、3D画像データのキルンシェル200において、キルンシェル200の中心軸と直交する2つの断面上で、3D画像データのキルンシェル200の半径を、初期位置から予め定められた角度(θ)まで回転させたときに、回転前後における3D画像データのキルンシェル200の半径と3D画像データのキルンシェル200の内周との4つの交点から評価範囲Aを定め、評価範囲A内で最小の残厚を評価範囲Aの残厚とする。この作業を、断面上360度行い、中心軸方向の一定間隔(t)の断面上においても同様に行う。なお、2つの断面間の距離は、中心軸方向の一定間隔(t)である。これにより、キルンシェル内全ての耐火煉瓦の残厚を把握することが可能となる。
また、図5(a)(b)に示すように、3D画像データのキルンシェル200において、キルンシェルの中心軸と直交する2つの断面上で、3D画像データのキルンシェル200の半径を初期位置から予め定められた角度(θ)まで回転させたときに、回転前後における3D画像データのキルンシェル200の半径と3D画像データのキルンシェル200の内周との4つの交点から評価範囲Aを定め、評価範囲A内の残厚の平均値を評価範囲の残厚とする。この作業を、断面上360度行い、中心軸方向の一定間隔(t)の断面上においても同様に行う。なお、2つの断面間の距離は、中心軸方向の一定間隔(t)である。これにより、キルンシェル内全ての耐火煉瓦の残厚を把握することが可能となる。
図6は、キルンシェル内一部の耐火煉瓦の残厚を示す3Dコンター図である。図6は、残厚0mmの基準面として、(3)で説明したように、各断面の各角度で耐火煉瓦の残厚を算出し、3D画像データに取り込むことにより作製した3Dコンター図である。なお、図6は、キルンシェル全長54mのうち、20m程度の範囲を示したものである。このように、キルンシェル内全体の耐火煉瓦の残厚を示す3Dコンター図を作製することにより、キルンシェル内全体の耐火煉瓦の摩耗量を容易に把握することが可能となる。その結果、耐火煉瓦の張り替えが必要な範囲を、容易かつ統一的に判断することができる。
キルンシェル内には、複数の耐火煉瓦が敷き詰められているため、耐火煉瓦の残厚の算出後、どの耐火煉瓦を張り替える必要があるか、張り替えが必要な耐火煉瓦の位置や数を把握する必要がある。本実施形態では、耐火煉瓦の位置や数を把握する方法として、キルンシェル内全体の耐火煉瓦の残厚を表した3Dコンター図を展開した展開図(以下、キルン展開図と呼称する。)を用いる。キルン展開図について、以下に説明する。
図7(a)(b)は、3Dコンター図およびそれを展開したキルン展開図を示す概略図である。図8(a)(b)は、キルン展開図の一部を示す図である。図7(b)に示すキルン展開図は、図7(a)に示すように、3Dコンター図を、中心軸と直交する断面の円周方向を縦軸、中心軸方向を横軸として展開することで作製することができる。つまり、図6に示したキルンシェル内全体の耐火煉瓦の残厚を示す3Dコンター図を、円周方向を縦軸、中心軸方向を横軸として展開し、キルン展開図を作製する。図8(b)は、図8(a)の点線囲い部分Xを拡大した図であり、中心軸方向に一定区間(t=5cm)ごとの断面において、円周方向3度ごとに区分けされた評価範囲ごとに算出した耐火煉瓦の残厚が、2Dコンター図で示されている。本実施形態の測定対象物であるキルンシェル内の耐火煉瓦のサイズは、図8に示す2Dコンター図の4マスに相当する。つまり、本実施形態で作製される3Dコンター図および2Dコンター図から、個々の煉瓦の摩耗状態を把握することが可能となる。
3Dコンター図やキルン展開図を用いることで、全体の摩耗状況を把握し、張り替えが必要な煉瓦を特定することが可能になることは上述した通りである。さらに、ここでは、作業者による煉瓦の張り替え範囲の決定を、統一的に管理することが可能となる方法について、説明する。
ロータリーキルンは、定期的に休転し点検を行っている。キルンシェルの内部の耐火煉瓦についても、休転時に摩耗状況を把握し、取り換えを行っている。3Dレーザースキャナ等を用いて耐火煉瓦の残厚を都度記録しておくこと、各煉瓦の摩耗推移を把握することができる。例えば、図11に示すように、前回と前々回の点検結果(図11(a))から、次回の各煉瓦の摩耗量を予測することができ(図11(b))、煉瓦の取り換え作業を円滑に行うことが可能となる。さらに、点検結果のデータを蓄積していくことで、摩耗推移の傾向を把握することができ、その結果、煉瓦の摩耗推移の予測精度を高めることや、長期的な健全性の確認を行うことが可能である。
200 3D画像データのキルンシェル
11 3Dレーザースキャナ
13 リファレンスボール
21 耐火煉瓦表面
A 評価範囲
B シェル部分(基準面)
Claims (8)
- 複数の耐火煉瓦が敷き詰められたキルンシェル内部の耐火煉瓦の摩耗量を評価する評価方法であって、
3Dレーザースキャナを用いて、前記キルンシェル内部の複数箇所をスキャニングするステップと、
前記スキャニングで得られた点群データから前記キルンシェル内部の3D画像データを作製するステップと、
前記作製した3D画像データに基づいて前記キルンシェルの中心軸から前記耐火煉瓦の表面までの距離を算出するステップと、
予め測定した前記キルンシェルの半径と、前記算出したキルンシェルの中心軸から前記耐火煉瓦の表面までの距離との差を前記耐火煉瓦の残厚として算出するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする評価方法。 - 前記キルンシェルの中心軸と直交する断面上で、前記キルンシェルの半径を初期位置から予め定められた角度まで回転させ、回転後の前記キルンシェルの半径と前記回転後のキルンシェルの半径上の中心軸から耐火煉瓦表面までの距離を用いて、耐火煉瓦の残厚を算出することを特徴とする請求項1記載の評価方法。
- 前記キルンシェルの中心軸と直交する2つの断面上で、前記キルンシェルの半径を初期位置から予め定められた角度まで回転させたときに、回転前後における前記半径と前記キルンシェルの内周との4つの交点から評価範囲を定め、前記評価範囲内で最小の残厚を前記評価範囲の残厚とすることを特徴とする請求項1記載の評価方法。
- 前記キルンシェルの中心軸と直交する2つの断面上で、前記キルンシェルの半径を初期位置から予め定められた角度まで回転させたときに、回転前後における前記半径と前記キルンシェルの内周との4つの交点から評価範囲を定め、前記評価範囲内の残厚の平均値を前記評価範囲の残厚とすることを特徴とする請求項1記載の評価方法。
- 前記点群データから取得した前記各耐火煉瓦の座標値、および、前記評価範囲に基づいて、2次元的に前記各耐火煉瓦の摩耗量を示す展開図を作製するステップをさらに含み、
前記展開図は、前記各評価範囲の残厚に応じて色分けされていることを特徴とする請求項3または請求項4記載の評価方法。 - 前記展開図において、残厚が、所定の閾値以下となっている評価範囲を特定する情報を付加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項5記載の評価方法。
- 前記キルンシェルの中心軸と直交する2つの断面間の距離は、1cm以上10cm以下であることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の評価方法。
- 前記予め定められた角度は、3度以下であることを特徴とする請求項2から請求項7のいずれかに記載の評価方法。
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