JP3002415B2

JP3002415B2 - 炉内壁の形状測定方法

Info

Publication number: JP3002415B2
Application number: JP8021404A
Authority: JP
Inventors: 俊哉小里; 郁生星川; 洵東; 重信高田; 隆雄山崎; 周司小林
Original assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd; JFE Engineering Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd; JFE Engineering Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 2000-01-24
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JPH09210644A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＨ脱ガス設備等
の炉内の耐火物の損耗状況を観察するために、炉内の表
面形状を測定する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工業炉、例えばＲＨ脱ガス設備の真空槽
の内壁は、耐火物（レンガ）で覆われており、この耐火
物は、溶鋼に直接さらされるため溶損する。この溶損量
が限度を超えると、真空槽の外壁である鉄皮が赤熱さ
れ、鉄皮も溶損するなどのトラブルにより安定した操業
ができなくなる。

【０００３】そこで、炉内を頻繁に監視して早期に耐火
物の溶損を検出しようとすると、いきおい炉の温度低下
を招く。したがって、高温状態での計測が要求される。
このため、前記鉄皮の温度監視を行うことで、炉内の耐
火物の損耗状況を把握していたが、この方法では、耐火
物のおおよその厚みが推定できるにすぎなかった。

【０００４】そこで、水冷した観測筒の中に、３角測量
方式により耐火物までの水平距離を測定する測定部を内
蔵させ、前記観測筒を高温の真空槽内に挿入して、炉内
において昇降旋回させながら広範囲に炉内の内壁を観察
し、異常のないことを確認する技術が提案されている
（特開平１−１４５５１１号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記観測筒
は走行台車に備わった昇降旋回装置によって昇降旋回さ
れ、しかも前記走行台車はレール上を走行するものであ
る。このため、昇降旋回装置のガタ、観測筒の走行台車
への据え付け精度、台車の傾き、レールの水平度等、様
々な要因により、観測筒は、昇降・旋回の度に傾いてし
まう。

【０００６】したがって、前記測定部がいかに正確なも
のであっても、観測筒の傾きにより正確に耐火物の測定
をすることができない。また、観測筒の傾きは一定でな
く、昇降・旋回する度に傾きも変化するので、予め傾き
を測定しておいて、測定部によって測定された水平距離
を、予め測定された傾きで補正することも不可能であ
る。

【０００７】一方、観測筒の傾きをできるだけ少なくす
るために、昇降旋回装置には剛性の大きい材料が使用さ
れている。このため、昇降旋回装置の重量の増加を招い
ており（冷却水も含めて２トン近く）、昇降旋回装置を
支持する走行台車の安定度が低下し、却って傾きの防止
が困難となっている。つまり、走行台車の安定度を高め
て傾きを防止しようとすれば、走行台車の大型・重量化
が必要となり、装置全体がいたずらに大きくなってしま
う。

【０００８】また、昇降旋回装置を剛性の低い材料で形
成すれば、もとより傾きを押さえるとが不可能である。
本発明は、このような実情に鑑み、観測体が傾いた状態
において測定された炉内壁までの水平距離を補正して、
正確な炉内壁の形状を測定できる炉内壁測定方法提供す
ることを目的とする。

【０００９】また、本発明は、そのような炉内壁の形状
の補正を容易に行えるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は次の技術的手段を講じた。すなわち、本発明
は、測定対象までの水平距離を測定できる観測体を鉛直
方向に進退自在となるように炉内に挿入し、この観測体
を当該炉内のある高さで旋回させながら炉内壁までの水
平距離を求めることにより、その炉内壁の形状を測定す
るようにした炉内壁の形状測定方法において、前記炉内
に挿入された観測体の鉛直方向に対する傾斜角度を検出
し、ある炉内高さ及び旋回方向における当該観測体の鉛
直方向に対するずれ量とそのずれ方向とを前記傾斜角度
に基づいて算出し、前記ずれ量とそのずれ方向を前記水
平距離の実測値に加味することにより、その実測値を前
記観測体が傾斜していない状態で測定した水平距離に補
正することを特徴とするものである。

【００１１】この場合、観測体によって測定された炉内
壁までの水平距離は、傾いた状態の観測体からの距離で
ある。この距離を観測体が傾斜していない状態で測定し
たものとして取り扱うと、この距離より求めた炉内壁の
形状は、観測体が傾斜している分の誤差を含んだものと
なり、正確な測定ができない。正確に炉内壁の形状を測
定するために必要なものは、観測体が傾斜していない状
態において求められる正確な水平距離であり、実際に測
定した水平距離を、正確な距離に補正する必要がある。

【００１２】本発明は、傾斜による観測体の位置ずれ
を、観測体の鉛直方向に対する傾斜角度を検出すること
により、観測体の観測体の鉛直方向からのずれ量とその
ずれ方向として算出して、そのずれ量とずれ方向から、
観測体が傾斜していない状態で測定した水平距離に補正
している。また、本発明では、観測体が、炉内壁へ光を
投射し、その光を投射する位置とは異なる鉛直方向位置
において、炉内壁からの反射光を受光することにより、
３角測量方式によって炉内壁までの水平距離を求めるも
のであって、前記観測体の鉛直方向に対する傾斜角度
を、その観測体が炉内壁からの反射光を受光する方向と
同じ水平方向の第一成分と、これに直交する水平方向の
第二成分とに分解して検出し、当該観測体の鉛直方向に
対するずれ量とそのずれ方向を、前記第一及び第二成分
方向におけるずれ量として算出することを特徴とするも
のである。

【００１３】ここで、第一成分方向が炉内壁からの反射
光を受光する方向と一致していない場合、炉内壁からの
反射光を受光する方向と第一成分方向との角度差も考慮
しなければ、実測値を前記観測体が傾斜していない状態
で測定した水平距離に補正することができない。この場
合、観測体の鉛直方向に対する傾斜角度を、第一成分と
第二成分とに分けて検出し、しかも、第一成分の方向
は、炉内壁からの反射光を受光する方向と一致させてい
るものであるから、観測体がどのように傾斜していよう
が、第一成分方向と観測体によって実際に水平距離を測
定した方向とは常に平行であり、第二成分方向と観測体
によって実際に水平距離を測定した方向とは常に直交し
ているという関係があるから、実測値を前記観測体が傾
斜していない状態で測定した水平距離に補正することが
容易に行える。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明方法を採用した炉内
壁測定装置１を示している。この炉内壁測定装置１は、
遠隔操作により炉２（ＲＨ脱ガス設備の真空槽等）の観
察を行うためのものであり、レール３上を走行する走行
台車４と、この走行台車４によって支持される昇降旋回
装置５と、その昇降旋回装置５によって鉛直方向に進退
自在に炉２内に昇降され、その炉２内で旋回自在とされ
る観測体６（以下、観測筒という）とから構成され、観
測筒６の内部には、炉２の内壁である耐火物７までの水
平距離を求める測定部８が設けられている。

【００１５】観測筒６は円筒状であり、昇降旋回装置５
によって炉２内部に挿入され、観測筒６内部で昇降旋回
しながら測定部８によって耐火物７までの水平距離を求
めて炉内表面の形状を測定し、耐火物７の溶損状況を観
察するためのものである。観測筒６は、内部が中空で、
図示はしないが、３重壁構造となっており、３重壁内部
を冷却水が循環している。このため、高温状態の炉２内
においても、観測筒６内部は低温であり、安定して測定
部８による測定が行えるようになっている。なお、観測
筒６は円筒状だけでなく、多角柱状でも良いし、また筒
状でなくともよい。

【００１６】測定部８は、３角測量方式により耐火物７
との間の水平距離を求めるものであり、図２に示すよう
に、観測筒６外のレーザ発光器９からレーザ光を観測筒
６内部に導く光ファイバー１０と、そのレーザ光を絞
り、耐火物７に対して角度を持って照射する投光部（レ
ンズ）１１とを備えると共に、耐火物７に当たったレー
ザ光（スポット光）１４の反射像を受けるミラー１３が
投光部１１から観測筒６の鉛直方向に一定の距離をおい
て設けられ、そのミラー１３に写った像を撮影するカメ
ラ１５を備えている。

【００１７】カメラ１５は、このカメラ１５の焦点合わ
せ等を行うカメラコントローラ１６を介して、情報処理
装置１７に接続されており、この情報処理装置１７によ
って、３角測量方式に基づき、耐火物７までの距離Ｌを
もとめる。３角測量方式による測定原理は、図３に示す
ようなものであり、耐火物７までの水平距離Ｌは、次式
（１）に基づいて求められる。

【００１８】Ｌ＝（Ｈ＋Ｈ０）ｔａｎθ （式１）ここで、Ｈは、カメラ１５によって撮像された画像１８
中におけるスポット光１４と画像中心１８ａとの間の距
離、Ｈ０は、投光部１１からミラー１３までの距離、θ
は、投光部１１から耐火物７に対して照射されるレーザ
光の角度である。

【００１９】なお、ミラー１３とカメラ１５は、観測筒
６の上下方向に２つずつ設けられている。これは、耐火
物７の溶損度によって、耐火物７に写るスポット光１４
の位置が上下に変化するので、そのような場合にも対応
できるためのものであり、このようにすることで、測定
可能距離の範囲を拡大することができる。また、測定部
８の上側には、炉内の状況を撮像するための工業用テレ
ビカメラ１９が設けられ、このテレビカメラ１９によっ
て撮像された映像をモニタ２０によって表示し、炉内の
状況を目視でも確認できるようになっている。

【００２０】観測筒６内の頭頂部には、傾斜角センサー
部２１が備わっている。この傾斜角センサー部２１は、
観測筒６の鉛直方向に対する傾斜角度を求めるものであ
る。この傾斜角センサー部２１は、地球重力に対する傾
斜角度を検出し、その傾斜角度を電気信号として出力す
る２個の傾斜角センサー２１ａ，２１ｂを直角に配置し
て構成された２次元（２軸）の傾斜角センサーであり、
一方の傾斜角センサー２１ａによる傾斜角度θ１と、他
方の傾斜角センサー２１ｂによる傾斜角度θ２とによ
り、鉛直方向からどの方向に、どの程度傾斜しているの
かを知ることができるものである。

【００２１】傾斜センサー部２１によって感知された観
測筒６の傾斜角度θ１，θ２は、情報処理装置１７に与
えられ、測定部８によって実際にもとめられた距離Ｌ
を、観測筒６が傾斜していない状態で測定される水平距
離Ｌ１に補正するのに用いられる。図４〜図７は、測定
部８によって求めた耐火物７までの水平距離Ｌを観測筒
６が傾斜していない状態で測定した水平距離Ｌ１に観測
筒６の傾斜角度θ１，θ２に基づいて補正する方法を示
している。

【００２２】図４は観測筒６が炉２内で傾斜した状態を
３次元座標上で表した図であり、ここで、Ｘ方向は、昇
降旋回装置５によって旋回された観測筒６内の測定部８
が距離を測定しようとする水平方向、つまり、測定部８
のミラー１３が耐火物７から反射した光を受光する方向
であり、Ｙ方向は水平面においてＸ方向と直交する方向
であり、Ｚ方向は、鉛直方向である。

【００２３】また、点Ｏは観測筒６の昇降量がゼロの位
置であり、点Ａは観測筒６が傾斜していない状態での、
点Ｂは観測筒６が傾斜した状態での観測筒６の先端部の
位置である。さらに、ｈは観測筒６の炉２内での高さ、
つまり昇降旋回装置５による観測筒６の昇降量である
（ＯＢ＝ｈ）。なお、観測筒６の昇降量及び旋回量はそ
れぞれ昇降旋回装置５に設けられたパルスエンコーダー
（図示省略）によって正確に検出され、情報処理装置１
７に与えられている。

【００２４】ここで、傾斜した観測筒６に内蔵された測
定部８によって求めた耐火物７までの水平距離がＬ（距
離を求めた耐火物の位置を点Ｃで表すとＢＣ＝Ｌ）であ
るとする。すると、図５（図４をＺ方向から見たＸ−Ｙ
平面図）に示すように、本来、観測筒６が傾斜していな
い状態において求められるべき水平距離は、Ｌ１（＝Ａ
Ｃ）である。

【００２５】このＬ１は、点Ａと点Ｂ間のずれ量をＸ−
Ｙ方向に分解し、それぞれｄ１，ｄ２とすると、次式
（２）のようになる。Ｌ１²＝（ｄ１＋Ｌ）²＋ｄ２² （式２）ここで、Ｚ方向（ＯＡ）に対する観測筒（ＯＢ）の傾斜
角度をＸ−Ｚ平面に投影したときの角度をθ１とする
と、ｄ１は図６のようになり、Ｚ方向（ＯＡ）に対する
観測筒（ＯＢ）の傾斜角度をＹ−Ｚ平面に投影したとき
の角度をθ２とすると、ｄ２は図７のようになる。

【００２６】これらの角度θ１，θ２は、２軸の傾斜角
センサー部２１の一方の傾斜角センサー２１ａをＸ方向
に、他方の傾斜角センサー２１ｂをＹ方向に合わせて観
測筒６に設置することにより、傾斜角センサー部２１の
出力がそのままθ１，θ２となっており、ｄ１，ｄ２は
それぞれ式（３）（４）のようにして求めることができ
る。

【００２７】ｄ１≒ｈ＊ｔａｎθ１（式３）ｄ２≒ｈ＊ｔａｎθ２（式４）ただし、ｄ１，ｄ２は正確には、ｄ１＝ｈ＊ｓｉｎθ１ｃｏｓθ１（式５）ｄ２＝ｈ＊ｓｉｎθ２ｃｏｓθ２（式６）であるが、θ１，θ２は十分小さいので、（式３）（式
４）にして差し支えない。

【００２８】以上のようにして、観測筒６が傾斜してい
ない状態での耐火物７までの水平距離Ｌ１を求めること
ができ、正確な炉２内壁の形状を測定することができ
る。なお、上記した実施の形態は例示的なものであって
限定的なものではない。すなわち、本発明の範囲は前記
した特許請求の範囲によって示され、その請求項の意味
に入るすべての変形例は本願発明に含まれるものであ
る。

【００２９】すなわち、例えば、本発明の炉内壁測定方
法及び装置は、３角測量方式により炉内壁までの距離を
測定するものだけでなく、他の距離測定方法によるもの
としてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、傾
斜による観測体の位置ずれを、観測体の鉛直方向に対す
る傾斜角度を検出することにより、観測体の観測体の鉛
直方向からのずれ量とそのずれ方向として算出して、そ
のずれ量とずれ方向から、観測体が傾斜していない状態
で測定した水平距離に補正するようにしたので、観測体
が傾いた状態においても正確な炉内壁の形状を測定する
ことができる。

【００３１】また、観測体の鉛直方向に対する傾斜角度
を、前記炉内壁からの反射光を受光する方向と同じ水平
方向の第一成分と、これに直交する水平方向の第二成分
とに分解して検出することにより、炉内壁の形状の補正
を容易に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炉内壁測定装置の斜視図である。

【図２】同装置の構成を示すブロック図である。

【図３】三角測量方式の原理図である。

【図４】観測筒が傾斜した状態を３次元座標上で示した
図である。

【図５】図４のＸ−Ｙ平面図である。

【図６】観測筒の傾斜を図４のＸ−Ｚ平面上に投影した
図である。

【図７】観測筒の傾斜を図５のＹ−Ｚ平面上に投影した
図である。

【符号の説明】

１炉内壁測定装置２炉５昇降旋回装置６観測筒７耐火物８測定部９レーザ発光器１１投光部１３ミラー１４レーザスポット光１５カメラ１７情報処理装置２１傾斜センサー部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000004123 日本鋼管株式会社東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 (72)発明者小里俊哉兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者星川郁生兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者東洵兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者高田重信岡山県倉敷市水島川崎通１丁目川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者山崎隆雄大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者小林周司東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭61−34412（ＪＰ，Ａ) 特開平７−146083（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−101879（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/06 F27D 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象までの水平距離を測定できる観
測体を鉛直方向に進退自在となるように炉内に挿入し、
この観測体を当該炉内のある高さで旋回させながら炉内
壁までの水平距離を求めることにより、その炉内壁の形
状を測定するようにした炉内壁の形状測定方法におい
て、前記炉内に挿入された観測体の鉛直方向に対する傾斜角
度を検出し、ある炉内高さ及び旋回方向における当該観測体の鉛直方
向に対するずれ量とそのずれ方向とを前記傾斜角度に基
づいて算出し、前記ずれ量とそのずれ方向を前記水平距離の実測値に加
味することにより、その実測値を前記観測体が傾斜して
いない状態で測定した水平距離に補正することを特徴と
する炉内壁の形状測定方法。
【請求項２】観測体は、炉内壁へ光を投射し、その光
を投射する位置とは異なる鉛直方向位置において、炉内
壁からの反射光を受光することにより、３角測量方式に
よって炉内壁までの水平距離を求めるものであって、前記観測体の鉛直方向に対する傾斜角度を、その観測体
が炉内壁からの反射光を受光する方向と同じ水平方向の
第一成分と、これに直交する水平方向の第二成分とに分
解して検出し、当該観測体の鉛直方向に対するずれ量とそのずれ方向
を、前記第一及び第二成分方向におけるずれ量として算
出することを特徴とする請求項１記載の炉内壁の形状測
定方法。