JP2575999B2 - 高炉炉体の温度監視装置及びそれを使用した温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉の鉄皮表面の温度
分布を連続的に検出し、炉体保全を図る高炉炉体の温度
監視装置及びそれを使用した温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】安定した高炉操業を行うためには高炉の
炉内状況を知る必要があり、また、異常高温は鉄皮の寿
命を縮めるので、鉄皮自体の保護のためにも鉄皮の温度
を監視する必要があった。そのため、従来、高炉の鉄皮
表面温度の監視は、高炉炉体の鉄皮表面の全面に多数の
熱電対等の高温計を設置して測定していた。

【０００３】また、特公昭５７−３１０７３号公報に記
載されているように、高炉の周囲に移動可能な台車を複
数基設置し、放射温度計を積載した各台車を移動させな
がら鉄皮表面温度を測定し異常高温箇所を検出する装置
も開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱電対等の高温計を鉄皮表面に設置し温度測定を行
う方法では、多数の熱電対を必要とするので膨大な設備
費を要し、また、その保守及び点検に多くの時間と労力
とを必要とし、その割には異常高温発生箇所の発見に的
確性を欠いていた。

【０００５】また、特公昭５７−３１０７３号公報に記
載されている鉄皮表面温度の監視装置にあっては、監視
ユニットを積載した台車の走行装置を高炉炉体周囲に設
置する必要があり、冷却水配管、各種ガス配管、ケーブ
ル類、鉄筋類などが錯綜している高炉周囲に走行装置を
設置することはスペース的に困難であり、そのうえ、台
車の走行装置や位置検出装置に要する設備費が高価であ
り、装置も複雑であるため保守及び点検に多くの時間と
労力を必要とし、さらに、高炉炉体周辺は高温多湿多粉
塵であるうえ、ＣＯガス雰囲気であるため、台車の走行
装置を稼働させることは機械的に難しいという未解決の
課題があった。

【０００６】そこで、この発明は、上記従来の未解決の
課題に着目してなされたものであり、高炉鉄皮表面の必
要箇所全域の温度をくまなく監視して異常高温箇所を的
確にとらえ、炉体の保全を図ることのできる高炉炉体の
温度監視装置及びそれを使用した温度制御装置を提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係わる装置は、高炉炉体の温度監視を行
う高炉炉体の温度監視装置において、鉄皮表面に螺旋状
に配設した光ファイバと、該光ファイバの一端に接続さ
れ当該光ファイバに光パルスを入射したときの後方ラマ
ン散乱光強度とその戻り時間とから前記光ファイバの区
間平均による前記鉄皮表面の温度分布を測定する温度測
定手段と、を備え、前記温度測定手段は、所定のパルス
幅の光パルスを発振する光パルス発振手段と、当該光フ
ァイバの光パルス入射側に設けられ、相互の位相差が温
度測定の距離分解能より小さい複数のファイバ長調整用
光ファイバを選択接続することにより長さの異なる複数
の検出経路を形成させる選択切換手段と、当該複数の検
出経路に対応した複数の温度分布測定値を算出し、これ
らに基づき前記距離分解能に該当する区間を複数に分割
した区間での温度分布測定値を算出する演算手段と、を
有することを特徴としている。

【０００８】また、請求項２に係わる装置は、請求項１
に記載の光ファイバには、螺旋の途中に余裕代が設けら
れていることを特徴としている。さらに、請求項３に係
わる装置は、請求項１又は２記載の高炉炉体の温度監視
装置を用いた高炉炉体の温度制御装置であって、前記高
炉炉体の温度監視装置における光ファイバの外側に配設
され散水弁を開放したとき前記光ファイバを含む前記高
炉炉体の温度監視装置における鉄皮表面に散水する散水
手段と、前記高炉炉体の温度監視装置からの温度分布情
報が任意に設定した設定温度を越えているとき該当する
高温箇所の前記散水弁を開放する散水制御手段と、を備
えることを特徴としている。

【０００９】

【作用】この発明においては、高炉の鉄皮表面に光ファ
イバを螺旋状に配設し、光ファイバ各部位で発生する後
方ラマン散乱光強度を検出し、検出した強度とその戻り
時間とから温度測定手段により鉄皮表面の温度分布を測
定する。このとき、例えば光パルス幅等の温度測定の距
離分解能に相当する長さの半分の長さだけ異なる２系統
の検出経路を形成し、演算手段により２系統のそれぞれ
端部間の区間の温度分布測定値を算出した後ラップしな
い区間すなわち距離分解能に相当する長さの半分の区間
の温度分布測定値を算出し、この区間の温度分布測定値
と次の区間の温度分布測定値とから、次の半分の区間の
温度分布測定値を算出し、この処理を繰り返し行い、検
出経路が１系統の場合の倍の距離分解能の温度分布を得
る。そして、測定した温度分布をもとに散水制御手段に
より異常高温箇所があるかどうかを判断し、散水手段を
制御して異常高温箇所に該当する鉄皮及び光ファイバに
散水する。また、光ファイバの余裕代を備えたものは、
メンテナンス作業時に、光ファイバを一時的に退避す
る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す概略構成図で
ある。図１において、１は高炉炉体であり、２１は高炉
外周を形成している鉄皮を示す。鉄皮２１の表面には耐
熱性を有する例えば石英ガラス、多成分ガラス製の光フ
ァイバ２が配設されており、鉄皮表面に接触して、５０
０ｍｍ以下の一定間隔で螺旋状に配設され、鉄皮表面の
螺旋の途中には、螺旋２〜３周毎に余裕代２２がとら
れ、炉体のメンテナンス作業時に一時的に光ファイバ２
を退避可能にするようなされている。

【００１１】さらに、光ファイバ２が螺旋状に巻きつけ
られた鉄皮２１の周囲には光ファイバ２の配設間隔と同
じ間隔で、螺旋の段数と同数の散水用リング管２７が水
平に配設されている。この散水用リング管２７には鉄皮
２１に対向する内周面に多数の散水ノズル２８が設けら
れており、散水ノズル２８から鉄皮２１に散水する。

【００１２】光ファイバ２の一端は、温度測定手段とし
ての計測器２３に接続され、計測器２３では、光ファイ
バの計測値をもとに温度及び位置を算出し、算出結果を
表示用コンピュータ（ＣＲＴ）２４及び散水制御用コン
ピュータ２５に出力し、表示用コンピュータ（ＣＲＴ）
２４では、算出結果をＣＲＴ表示する。散水制御用コン
ピュータ２５では、算出結果をもとに、算出温度が予め
任意に設定した設定温度を超えているか否かを判断し、
超えている場合は、異常高温箇所の周囲に配設されてい
る散水用リング管２７に該当する自動給水弁２６を開
き、異常高温箇所に散水ノズル２８から散水し、異常高
温箇所の温度が下がったとき自動給水弁２６を閉じ、散
水を止める。

【００１３】計測器２３は図２に示すように、パルス駆
動回路４に駆動され光パルスを発振するパルス半導体レ
ーザ（以下、ＬＤという。）５と、パルス半導体レーザ
５で発振された光パルスを光ファイバ２に入射するとと
もに光ファイバ２の各部位での後方散乱光のうちラマン
後方散乱光の２成分であるストークス光及びアンチ・ス
トークス光を分離する２種の干渉フィルタ７、８を有す
る光分波器６と、パルス駆動回路４によってＬＤ５と同
期して駆動され光パルスのパルス幅（本実施例では１
ｍ）と等しい距離分解能の半分（本実施例では０．５
ｍ）だけ長さの異なる一対のファイバ長調整用光ファイ
バ１５、１６を有し、パルス駆動回路４に駆動されるこ
とにより光ファイバ２に何れかのファイバ長調整用光フ
ァイバ１５、１６が瞬時に接続される光スイッチ１４
と、光ファイバ２の温度区間を所定区間（本実施例では
１ｍ）内で一定に保つ高温槽１７と、光分波器６で分離
したその２成分を光電変換する第１及び第２ＡＰＤ（ア
バランシェ・フォト・ダイオード）９、１０と、光電変
換した２成分をＡ／Ｄ変換した後各々の遅延時間に対応
したメモリ内に加算する高速平均化処理装置１１と、高
速平均化処理装置１１からの出力データをもとに温度分
布情報を算出するデータ処理装置１２とを備える。

【００１４】したがって、本実施例においては、長さが
０．５ｍ異なる２種の検出経路を備えることになり光フ
ァイバ２の短い方の検出経路を第１ルートとし、長い方
の検出経路を第２ルートとする。ここで、計測器２３が
温度測定手段に対応し、散水制御用コンピュータ２５が
散水制御手段に対応し、散水リング管２７及び散水ノズ
ル２８が散水手段に対応し、パルス半導体レーザ５が光
パルス発振手段に対応し、光スイッチ１４が選択切換手
段に対応し、データ処理装置１２が演算手段に対応して
いる。

【００１５】次に、上記実施例の動作を説明する。先
ず、計測器２３において、パルス駆動回路４によりＬＤ
５と光スイッチ１４とを駆動して、光ファイバ２とファ
イバ長調整用光ファイバ１５とを接続し、第１ルートに
光パルスを入射する。光ファイバ２の各部位で生じた後
方散乱光を光分波器６の干渉フィルタ７及び８により、
ラマン後方散乱光の２成分であるストークス光とアンチ
・ストークス光とに分離し、第１及び第２ＡＰＤ９、１
０により光電変換する。

【００１６】光電変換したストークス光及びアンチ・ス
トークス光の２成分を、高速平均化処理装置１１により
それぞれＡ／Ｄ変換したのち、各成分の強度を各遅延時
間に対応したメモリ内に加算して収納する。次いで、第
１ルートからの後方散乱光が全て戻った後、パルス駆動
回路４を駆動させ、光ファイバ２とファイバ長調整用光
ファイバ１６とを接続し、検出経路を第２ルートに切り
換え、第２ルートに光パルスを入射させ、前述と同様に
戻ってきたラマン後方散乱光の２成分であるストークス
光とアンチ・ストークス光とを分離し、２成分の強度を
高速平均化処理装置１１のメモリ内に収納する。この動
作を多数回繰り返して高速平均化処理装置１１のメモリ
内に収納し、その繰り返し回数で除することにより第１
ルートと第２ルートとのそれぞれに対して平均化処理を
行い、ストークス光とアンチ・ストークス光との強度比
を算出し、データ処理装置１２に出力する。

【００１７】ここで、この平均化の処理は、ラマン後方
散乱光が非常に微弱であるため測定誤差を防止するため
に行うものであり、例えば数千回行う。データ処理装置
１２は、予めストークス光とアンチ・ストークス光との
強度比に対する温度のデータを有しており、高速平均化
処理装置１１で算出されたストークス光とアンチ・スト
ークス光との強度比に基づき、第１ルートと第２ルート
とのそれぞれに対して温度分布測定値を求める。データ
処理装置１２で求めた温度分布測定値は図３及び図４に
示すように位相が０．５ｍずれた２つの温度分布測定値
となる。

【００１８】なお、同図における測定開始点（距離の基
準点）は恒温槽１７の入口点Ｐとし、例えば、光ファイ
バ２内での光パルスの速度とＬＤ５から恒温槽１７まで
の距離とから後方散乱光の遅延時間を演算することによ
り測定開始点の特定を行う。また、図３中の記号
（Ｔ₁₁、Ｔ₁₂、Ｔ₁₃、・・・）は第１ルートにおける１
ｍ毎の区間平均温度を示し、図４中の記号（Ｔ₂₁、
Ｔ₂₂、Ｔ₂₃、・・・）は第２ルートにおける１ｍ毎の区
間平均温度を示す。そして、図３及び図４中の記号（ｔ
１、ｔ２、ｔ３、・・・）は０．５ｍ毎の区間平均温度
を示すが、この時点では未だ得られていない。

【００１９】次いで、データ処理装置１２では、これら
２つの１ｍ毎の温度分布測定値に基づいて、０．５ｍ毎
の区間平均温度を算出する。先ず、第１ルートにおける
０〜１ｍ間の区間においては光ファイバ２が恒温槽１７
にあるため、その温度は一定に保たれているので、０．
５ｍ毎の区間平均温度ｔ１及びｔ２は、区間平均温度Ｔ
₁₁と等しくなり、ｔ１＝ｔ２＝Ｔ₁₁となる。次いで、第
２ルートにおける０．５〜１．５ｍ区間の区間平均温度
Ｔ₂₁が区間平均温度ｔ２及びｔ３の平均値であることか
ら、Ｔ₂₁＝（ｔ２＋ｔ３）／２となり、これより、ｔ３
＝２Ｔ₂₁−ｔ２となる。ここで、上述のようにｔ２＝Ｔ
₁₁であるので、ｔ３＝２Ｔ₂₁−Ｔ₁₁と求められる。同様
に、区間平均温度ｔ４は、第１ルートにおける１〜２ｍ
区間の区間平均温度Ｔ₁₂及びｔ３から求めることがで
き、Ｔ₁₂＝（ｔ３＋ｔ４）／２から、ｔ４＝２Ｔ₁₂−ｔ
３＝２Ｔ₁₂−２Ｔ₂₁＋Ｔ₁₁と求められる。

【００２０】データ処理装置１２は、以下同様に、ｔ５
以降の区間平均温度を求め、これを温度分布情報にまと
め、高炉鉄皮２１の表面温度分布として、表示用コンピ
ュータ２４及び散水制御用コンピュータ２５に出力す
る。表示用コンピュータ２４では、データ処理装置から
の温度分布情報を温度区分毎に色分けして表示する。散
水制御用コンピュータ２５では、データ処理装置１２か
らの温度分布情報に対し、予め任意に設定した設定温度
を超えているか否かを判断し、超えている場合には、温
度分布情報の位置情報からその高温箇所にある散水用リ
ング管２７を選択し、該当する散水用リング管２７の自
動給水弁２６を開く。これにより高温箇所の鉄皮２１に
対し散水され、散水されることにより鉄皮表面の温度が
低下する。散水制御用コンピュータ２５では、データ処
理装置からの温度分布情報から、散水箇所の温度が設定
温度より低下したことを判断した時点で自動給水弁２６
を閉じる。

【００２１】したがって、光ファイバ２を高炉鉄皮表面
に巻きつけ、その温度分布情報を得ることにより、鉄皮
表面の温度分布を連続的に容易に計測することができ、
さらに、計測温度が設定温度より高温であるとき、散水
するようにしたので、炉体の監視から保護までを一元的
に自動的に行うことができ、高炉炉体の保守点検作業に
要する時間の削減及び高熱、多粉塵の劣悪環境下での作
業の削減を図ることができる。

【００２２】また、鉄皮表面に螺旋状に配設した光ファ
イバ２に余裕代２２を設けたことにより高炉炉体のメン
テナンス時に一時的に光ファイバ２を退避させることが
でき作業効率をあげることができる。さらに、光ファイ
バにより温度検出を行うようにしたので、設備費の削減
を図ることができ、そのうえ、劣化が少ないため光ファ
イバの維持監理に必要な手間や時間を大幅に削減するこ
とができる。

【００２３】なお、上記実施例では、光ファイバを鉄皮
表面に螺旋状に配設するようにしたが、これに限るもの
ではなく、複数の輪状に光ファイバを配設することも可
能である。また、上記実施例では、光ファイバを高炉鉄
皮に直接接触させて配設しているが、高炉鉄皮にステン
レス製のパイプを配設し、その内部に光ファイバを挿入
することも可能である。

【００２４】さらに、上記実施例では、異常高温箇所の
周囲に配設された散水リング管の全周から散水するよう
になされているが、散水リング管を例えば１／４周毎に
分割し、それぞれに自動給水弁を設けることにより異常
高温箇所の付近のみ散水するようにすることも可能であ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる高
炉炉体の温度監視装置及びそれを使用した温度制御装置
によれば、高炉炉体の鉄皮表面に光ファイバを螺旋状に
配設し、このとき位相のずれた複数の温度分布測定値を
得て、温度測定の距離分解能に該当する区間を複数に分
割した単位での温度分布測定値を算出することにより、
温度分布測定の距離分解能が向上し、鉄皮表面の温度分
布を連続的にくまなく計測することができる。また、計
測した温度分布情報が設定温度より高温であるとき、異
常高温箇所に該当する鉄皮及び光ファイバに対して自動
的に散水するようにしたため、鉄皮表面温度を設定温度
以下に自動的に保つと共に、光ファイバを冷却すること
ができる。また、光ファイバの余裕代を設けることによ
って、高炉のメンテナンス作業時に光ファイバを退避さ
せることができ、作業効率をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高炉炉体の温度監視装置及びそれ
を使用した温度制御装置の一実施例を示す概略構成図で
ある。

【図２】計測器の構成を示すブロック図である。

【図３】本実施例における温度分布測定グラフである。

【図４】本実施例における温度分布測定グラフである。

【符号の説明】

１ 高炉炉体 ２ 光ファイバ ４ パルス駆動回路 １５、１６ ファイバ長調整用光ファイバ １７ 恒温槽 ２１ 鉄皮 ２２ 余裕代 ２３ 計測器 ２４ 表示用コンピュータ ２５ 制御用コンピュータ ２６ 自動制御弁 ２７ 散水用リング管 ２８ 散水ノズル

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉炉体の温度監視を行う高炉炉体の温
   度監視装置において、鉄皮表面に螺旋状に配設した光フ
   ァイバと、該光ファイバの一端に接続され当該光ファイ
   バに光パルスを入射したときの後方ラマン散乱光強度と
   その戻り時間とから前記光ファイバの区間平均による前
   記鉄皮表面の温度分布を測定する温度測定手段と、を備
   え、前記温度測定手段は、所定のパルス幅の光パルスを
   発振する光パルス発振手段と、当該光ファイバの光パル
   ス入射側に設けられ、相互の位相差が温度測定の距離分
   解能より小さい複数のファイバ長調整用光ファイバを選
   択接続することにより長さの異なる複数の検出経路を形
   成させる選択切換手段と、当該複数の検出経路に対応し
   た複数の温度分布測定値を算出し、これらに基づき前記
   距離分解能に該当する区間を複数に分割した区間での温
   度分布測定値を算出する演算手段と、を有することを特
   徴とする高炉炉体の温度監視装置。
2. 【請求項２】 前記光ファイバは、螺旋の途中に余裕代
   が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高
   炉炉体の温度監視装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の高炉炉体の温度監
   視装置を用いた高炉炉体の温度制御装置であって、前記
   高炉炉体の温度監視装置における光ファイバの外側に配
   設され散水弁を開放したとき前記光ファイバを含む前記
   高炉炉体の温度監視装置における鉄皮表面に散水する散
   水手段と、前記高炉炉体の温度監視装置からの温度分布
   情報が任意に設定した設定温度を越えているとき該当す
   る高温箇所の前記散水弁を開放する散水制御手段と、を
   備えることを特徴とする高炉炉体の温度制御装置。