JP3757883B2

JP3757883B2 - 剥離脱落位置の検出方法及びその装置

Info

Publication number: JP3757883B2
Application number: JP2002072960A
Authority: JP
Inventors: 啓之輔森; 靖史加藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003270218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、側壁または天井への材料内張り構造体における、その内張り材料が剥離脱落した場合に、その位置を正確に特定する方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、製鉄所においては、常に高温の材料の取扱を必要とすることから、その内部に耐火煉瓦等を内張した各種の炉または容器を使用している。例えば、熱風炉、コークス炉、加熱炉、均熱炉、熱処理炉等の各種炉体およびその煙道、並びに、溶鋼を収納する容器およびその蓋等、種々のもの（以下、これらを単に炉と称する）に耐火煉瓦を内張して使用している。
【０００３】
そして前記炉は、いずれも操業上の特性、すなわち、熱風炉、コークス炉のような燃焼、停止の繰り返し操業や、材料の装入、抽出の繰り返し操業により昇温と降温が頻繁に繰り返され使用されている。
前記炉の内部の耐火煉瓦の内張りは、モルタル等が混練された不定形の耐火物で定形の耐火煉瓦を貼り付けたものである。このような構成の炉は、長期に亘って使用すると、内部の耐火煉瓦の膨張と収縮の繰り返しで、定形の耐火煉瓦間、いわゆる目地部分から次第に損傷が進行していく。
【０００４】
そのため、操業停止時に定期的にその炉内耐火煉瓦の損傷状況を確認している。しかしながら、長年使用し炉末期になると炉全体の劣化も進み、耐火煉瓦の剥離脱落が始まり操業中でも耐火煉瓦の損傷状況を監視する必要が生じる。
【０００５】
操業中に炉内を監視する技術として特開平07-216422 号がある。この技術は、高炉や加熱炉等の高温、高圧雰囲気内部を冷却機能を有する耐圧構造のケース内に収めたＩＴＶカメラにより監視する装置である。また、特開昭56-022951 号、特開平06-136425 号には、炉外より炉内音を捉え、捉えた炉内音を信号処理することによって炉内耐火物の損傷時期を知る方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平07-216422 号に開示された炉内状況を映像にて監視する方法では、熱風炉のように燃焼ガス中に多量の水分が含まれると、炉内が霧状となっているのでＩＴＶカメラでの操業中の映像による監視が出来なくなる。また、操業中に炉内状況が撮影出来たとしても脱落位置を定め記録するには、別途画像解析装置等の高価な解析装置が必要になる。
【０００７】
また、特開昭56-022951 号に開示されるような炉外に設けたマイクロフォンにより炉内音を検知する方法では、耐火煉瓦の剥離脱落場所によっては、音の判別が困難であり、どの位置の耐火煉瓦の剥離脱落かが判断できないばかりか、剥離脱落の有無さえ判断できない。特開平06-136425 号に開示されるような炉外鉄皮に音響検出器を設置する方法は、剥離脱落を起こすような古い炉では、炉内耐火煉瓦間には隙間等が発生している状態で、音の伝播が不明瞭であるため、操業による炉体振動音、電動機の駆動音、外部の工事音等の鉄皮への伝播音等の各種ノイズの影響を受けることにより耐火煉瓦の剥離脱落の音の判別が困難で、また、どの位置の耐火煉瓦の剥離脱落かを判断できない。なお、この特開平06-136425 号では、内張り耐火物の損傷の発生に基づいてレーザプロフィルメータ等の測定手段で損傷位置と損傷量を測定しなければならず、新たな計測機器と時間を費すという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記したような問題を解決せんとしてなされたものであり、例えば側壁または天井への耐火煉瓦等内張りされた各種の炉体において、前記炉の操業中に内張り耐火煉瓦が剥離脱落したとしても、脱落したこと及びその剥離脱落位置を正確に特定できる方法と装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る剥離脱落位置の検出方法は、内部に耐火煉瓦等を内張りした炉等構造体の底部に配置した導波体が、前記耐火煉瓦等が落下した時に発生する固有の衝撃波を捉え、これら衝撃波の情報と導波体の配置位置の関係から、前記捉えた衝撃波を発生した導波体の炉底位置を特定するものである。
【００１０】
また、その装置は、前記構造体の底部に内張り耐火煉瓦等が脱落した時に発する衝撃波の異なる複数の導波体を配置し、これら導波体とセンサーを接続し、センサーからの衝撃波信号を処理することとしている。このようにすることにより、耐火煉瓦等内張り材料が剥離脱落した場合、前記導波体上に落下し、その時の衝撃波が前記導波体により異なることから、衝撃波を調べると内張り材料の剥離脱落位置が特定できる。また、導波体とセンサーを直接接続し、発せられた衝撃波が固体伝導によりセンサーに導かれるため、各種のノイズの影響を受けることがなく、また特殊な位置検出装置を必要としないで正確に内張り材料の剥離脱落位置が特定できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る剥離脱落位置の検出方法は、内張り材料が落下して衝突した時に互いに異なる固有の衝撃波を発生する複数の導波体を側壁または天井への材料内張り構造体の底部に配置し、これら導波体が発生する衝撃波を捉えて、これら衝撃波の情報と導波体の配置位置の関係から、前記捉えた衝撃波を発生した導波体の炉底位置を特定するものであり、またその装置は、側壁または天井への材料内張り構造体の底部に配置されて内張り材料が落下して衝突した時に互いに異なる固有の衝撃波を発生する複数の導波体と、これら導波体に接続され、発生した衝撃波を信号に変換するセンサーと、センサーからの信号を処理して内張り材料の剥離脱落位置を特定する検出部を備えたものである。
【００１２】
前記導波体は、特に限定するものではないが、その上方からの耐火煉瓦等内張り材料の落下で固有の衝撃波たとえば周波数を発生するものであり、その発生する固有の衝撃波を捉えて剥離脱落位置を特定するものであるから、材料の落下による衝撃に耐える強度を有する必要がある。また、炉内等高温部に配置する場合は、雰囲気温度が200 ℃程度に上昇するため、この温度で変形したり変質すると、衝撃が負荷された場合に発生する固有の衝撃波が変化し、衝撃波と導波体との対応付きが不明確となり望ましくない。従って、導波体としては、例えば、普通鋼特殊鋼等の鋼材、複合セラミックス、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等を採用することが望ましい。
【００１３】
前記導波体が発する固有の衝撃波を導波体個々に変化させるには、導波体自身の材質を変更すること、同材質の場合は幅、厚さ、長さ等の寸法を変更すること、導波体を支える裏面の支点位置を変更すること等により行うことができる。
【００１４】
また、前記センサーは、材料の落下による衝撃時に発生する固有の衝撃波を検知できるものであれば良く、例えば、高性能マイクロフォン、アコースティックエミッション用センサー（ＡＥセンサー）等の音響センサー、加速度センサー、振動センサー等である。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明に係る剥離脱落位置の検出方法とその装置を、図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。
図１、図２は、製鉄所における熱風炉の燃焼室の燃料ガス供給部を示したものであり、図１はその縦断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ方向の断面図を示す。また、図３（ａ）は、図１のＢ−Ｂ方向の模式図を示し、同（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ方向の模式図を示す。図４は他の実施例の図であり、（ａ）は、図１のＢ−Ｂ方向の模式図を示し、同（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ方向の模式図を示す。
【００１６】
図１において、１は熱風炉の燃焼室を形成する鉄皮であり、この鉄皮１の内部には耐火煉瓦２が内張りされ外部への熱放散を防いでいる。この燃焼室へは、紙面左側のガス供給口から燃料ガスが供給され、白抜き矢印方向に流れる。２ａは障子煉瓦であって、前記燃料ガスがこの障子煉瓦２ａの中を通過して障子煉瓦２ａの上方に達し、そこで他方の空気供給口から供給された燃焼用空気と混合し、燃料ガスが燃焼される。
【００１７】
前記熱風炉は、燃焼室とは別に熱を蓄えるための蓄熱室が設けられ、その内部にはギッターが充填され熱を多く蓄える構造となっている。そのため、蓄熱室内を流れる高温燃焼ガス、空気等は非常に大きな通気抵抗をうける。燃焼室は、このような蓄熱室に通じているため、供給される燃料ガスは当然高圧を負荷され、従って、燃料ガスの高圧負荷に伴い200 ℃近くまで昇温する。供給される燃焼用空気も同じである。熱風炉はその役割上、蓄熱と高炉への送風を交互に繰返す設備であり、前記燃焼室のガス供給口も200 ℃近くまでの昇温と降温を繰り返すことになる。
【００１８】
前記障子煉瓦２ａはスリット状であって、燃料ガスがガス供給口近傍で燃焼用空気と混合し燃焼するのを防止するために設けられているが、この障子煉瓦２ａも前記した状態で長期に亘り操業を続けると、次第に劣化し、炉末期に至っては損傷が激しく、障子煉瓦２ａの剥離脱落が起こる。
【００１９】
この実施例では、操業中での前記障子煉瓦２ａの剥離脱落を検出するために、前記障子煉瓦２ａ下方の底部に導波体３を配設した。導波体３は図２に示す様に、例えば３ａ〜３ｇまでの７枚であり、幅を略同じとし厚さを各々異にした鋼板を採用し、導波体３上に前記障子煉瓦２ａの一部が剥離脱落下した場合には導波体３ａ〜３ｇによって異なる衝撃波が発するように構成した。すなわち、前記障子煉瓦２ａの剥離脱落位置を図２に示すように例えば紙面上下方向に７分割に識別して、そのどの位置の障子煉瓦２ａが剥離脱落するかを検出できるようにしたものである。
【００２０】
ガス供給部の底部には開孔部４を設け、各導波体３ａ〜３ｇの端部を取り出すことにしている。ガス供給口は、前記障子煉瓦２ａの下方の底部に比較して非常に狭く、各導波体３ａ〜３ｇの端部をそのままの形状で外部に導くことが不可能である。そのため、各導波体３ａ〜３ｇの端部を同材質の帯材にて接続し、単に衝撃波を導くだけとし、前記開孔部４外に出している。
【００２１】
ところで、ガス供給口内は前述の通り非常に高圧であるため、前記開孔部４を密閉化するために、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示したように、フランジ４ａを有する筒体を前記開孔部４内に埋め込み、この筒体を前記鉄皮１に固定すると共に、前記フランジ４ａでこの筒体に蓋をする仕組みにしている。この蓋を貫通して各導波体３ａ〜３ｇの端部を前記開孔部４外に導き、その位置でＡＥセンサー５に接続している。
【００２２】
また、この実施例では、図３（ａ）、（ｂ）に示す如く、各導波体３ａ〜３ｇの端部を開孔部４外に導いた後に一体にし、そこで１つのＡＥセンサー５に接続している。なお、８は、個々の導波体３ａ〜３ｇの端部に接続した衝撃波を導く帯材が、他部材への接触により発生するＡＥセンサー５への誤信号を防ぐと共に、前記フランジ４ａ、前記開孔部４、及び各導波体３の配置接触部での衝撃波の減衰を防ぐ減衰防止材である。減衰防止材８としては、例えば耐熱性を考慮してロックウール等が良い。
【００２３】
ＡＥセンサー５は、各導波体３からの前記障子煉瓦２ａの剥離脱落時に発生する衝撃波を受け、この衝撃波を電気信号に変換する。電気信号には、ＡＥセンサー５自身を示す固有信号と、衝撃波を変換した衝撃波信号の２種の信号があり、これらの信号は一旦変換器６に送信され、そこで増幅された後、位置特定する計算機７に送信される。
【００２４】
計算機７内には、予め下記項目が設定されている。
送信されて来るＡＥセンサー５固有の固有信号と、衝撃波信号の２種の信号を判読するために、
▲１▼、ＡＥセンサー５の発する固有信号とＡＥセンサー５の配設位置との関係、
▲２▼、衝撃波信号と導波体３の配設位置との関係、が登録されている。
【００２５】
計算機７では、変換器６から固有信号と衝撃波信号の２種の電気信号を受信し、
▲１▼、固有信号によってＡＥセンサー５の配設位置を把握し、
▲２▼、衝撃波信号よって導波体３の配設位置を把握し、
▲３▼、ＡＥセンサー５の配設位置、導波体３の配設位置から障子煉瓦２ａの剥離脱落位置を特定する。
【００２６】
計算機７は、変換器６から電気信号を受信し、障子煉瓦２ａ等の内張り材料の剥離脱落位置が特定できると、図示していない警報装置からアラーム等を発すると共に、剥離脱落位置を表示し作業者に警告を促す。
【００２７】
図４は図３と同様に各導波体３ａ〜３ｇの端部に接続した帯材を前記開孔部４外に導き、その位置でＡＥセンサー５に接続している他の実施例の図である。この実施例では、導波体３ａ〜３ｇの端部に接続した帯材をハの字状に前記開孔部４外に導いた後、各帯材毎にＡＥセンサー５に接続している。この様に各導波体３ａ〜３ｇとＡＥセンサーとを１対１に接続することも可能である。また、構造体の大きさ、形状によっては導波体３ａ〜３ｇとＡＥセンサー５との接続を１対１のものと、複数対のものの組み合わせにすることも可能である。
【００２８】
更に、この実施例では、ＡＥセンサー５と変換器６との接続を電気信号で接続表示しているが電波等無線で送受信することも可能である。また、構造体の種類によって、その内部が粉塵、粒体等が非常に堆積しやすい雰囲気である場合は、定期的に除塵する必要があるが、製鉄所における加熱炉、熱処理炉、その煙道等の場合は１ヶ月以上問題なく使用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る剥離脱落位置の検出方法は、側壁または天井への材料内張り構造体の底部に配置した導波体からの衝撃波を捉え、予め設定しておいた衝撃波の情報と炉底位置の関係から、前記捉えた衝撃波に対する炉底位置を特定する方法であり、また、その装置は、前記構造体の底部に配置した衝撃波の異なる複数の導波体と、前記導波体に接続され発生した衝撃波を信号に変換するセンサーと、センサーからの信号を処理して内張り材料の剥離脱落位置を特定する検出部を備えているので、剥離脱落音の判別が困難な場所であっても、各種のノイズの影響を受けることなく内張り材料の剥離脱落した位置が正確に短時間に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製鉄所における熱風炉の燃焼室の燃料ガス供給部の縦断面を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ方向の断面図を示す。
【図３】（ａ）は、図１のＢ−Ｂ方向の模式図を示し、同（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図を示す。
【図４】他の実施例の図であり、（ａ）は図１のＢ−Ｂ方向の模式図を示し、同（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図を示す。
【符号の説明】
１鉄皮
２耐火煉瓦
２ａ障子煉瓦
３導波体
４開孔部
４ａフランジ
５ＡＥセンサー
６変換器
７計算機
８減衰防止材

Claims

側壁または天井への材料内張り構造体における内張り材料が剥離して脱落した位置を検出する方法において、
内張り材料が落下して衝突した時に互いに異なる固有の衝撃波を発生する複数の導波体を構造体の底部に配置し、
これらの導波体が発生する衝撃波を捉えて、これら衝撃波の情報と導波体の配置位置の関係から、前記捉えた衝撃波を発生した導波体の炉底位置を特定することを特徴とする剥離脱落位置の検出方法。
側壁または天井への材料内張り構造体の底部に配置されて内張り材料が落下して衝突した時に互いに異なる固有の衝撃波を発生する複数の導波体と、
これら導波体に接続されて発生した衝撃波を信号に変換するセンサーと、
センサーからの信号を処理して内張り材料の剥離脱落位置を特定する検出部を備えたことを特徴とする剥離脱落位置の検出装置。