JP3917930B2 - コークス炉の破孔検出装置及び押し出し機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉炭化室炉壁煉瓦の破孔を検出する破孔検出装置及び該破孔検出装置を用いたコークスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の炭化室においては、隣接する燃焼室との間の隔壁が耐火物で構成されている。コークス炉の炭化室は、過酷な条件下で通常２０年以上の長期間にわたって連続操業されるものであり、炭化室を構成する耐火煉瓦は熱的、化学的および機械的要因によって徐々に劣化する。そのため耐火煉瓦の劣化に起因し、燃焼室との間の隔壁を構成する耐火物の強度が低下すると、コークス押し出し時にかかる側圧で煉瓦が脱落したり、より広い範囲が崩壊することがある。これを破孔という。炭化室と燃焼室を隔てる隔壁に破孔が生じたままで当該炭化室を用いてコークス製造を継続すると、破孔を通して炭化室と燃焼室との間でガスの流通が発生し、また破孔を通して石炭が炭化室から燃焼室に押し出され、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、黒煙の発生、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を招く原因となる。
【０００３】
従来、コークス炉炭化室の炉壁煉瓦の状況を把握する手段として、炉壁の凹凸形状を測定する方法と、炉壁の映像を撮像する方法とが知られていた。凹凸形状を測定することにより、煉瓦の損耗や変形状況を定量的に把握することができる。例えば、特許文献１に記載の炉幅測定装置を用いることにより、凹凸形状を測定することができる。また、炉壁の映像を撮像すれば、煉瓦の亀裂や目地切れの状況を二次元の視覚的に捉えることができる。例えば、特許文献２に記載の観察装置を用いることにより、炉壁表面の二次元画像を撮像することができる。しかし、これらの装置では炭化室炉壁の破孔を確実に検出することができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１３９２２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０６７５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コークス炉炭化室炉壁煉瓦の破孔を検出することのできる破孔検出装置を提供し、さらに破孔検出装置を用いたコークスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とカラー撮像装置と破孔判定装置とを備え、該レーザー光照射装置によって炭化室壁面に光ビームを壁面に対して斜めに照射し、該照射した光ビームの反射光を光ビームの照射方向とは異なる視野方向から前記カラー撮像装置によって検出し、該カラー撮像装置で撮像した炉壁表面画像について、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理した後に前記破孔判定装置によって光ビーム反射光の有無を識別し、破孔有無を判定することを特徴とするコークス炉の破孔検出装置。
（２）さらに前記カラー撮像装置の視野方向に鏡面を備え、前記カラー撮像装置は該鏡面に反射した前記光ビームの反射光を検出することを特徴とする上記（１）に記載のコークス炉の破孔検出装置。
（３）上記（１）または（２）に記載の破孔検出装置を備えたことを特徴とするコークス炉の押し出し機。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１〜図４に基づいて説明する。
【０００８】
本発明の破孔検出装置において、光ビーム照射装置２によって炭化室壁面１５に光ビーム７を照射すると、例えば図１、図２の炭化室壁面１５ｂには照射した光ビーム７ａが反射して形成される反射光のスポット９ｂが生まれる。炉壁に破孔１４が生じると、光ビーム７は破孔部を通して通過してしまい、炉壁表面に形成されるべき反射光８のスポットが消滅する。従って、この反射光のスポット９から発せられる光ビーム反射光８の有無を炉壁光検出装置３によって検出すれば、光ビーム７を照射した炉壁部分の破孔１４を判定することができる。
【０００９】
光ビーム７を壁面１５に垂直に照射した場合、破孔１４が生じたとしても光ビーム７は炭化室１１に隣接する燃焼室１２の対向壁面に到達し、その壁面に反射光のスポットが生まれることがある。一方、図１、２に示すように光ビーム７を壁面１５に斜めに照射すれば、壁面１５ａに見られるような破孔１４が生じたときに隣接する燃焼室に生じる反射光のスポット９ａは、破孔１４が発生していないときに炭化室壁面に生じる反射光のスポット９ａ’とは全く異なった位置に生じる。炉壁光検出装置３の視野方向を光ビーム７の照射方向とは異なる方向、例えば図１、２に示すように壁面１５に略垂直な方向に限定しておけば、破孔１４が生じたときに異なった位置に生じる反射光のスポット９ａを炉壁光検出装置３の検出範囲外とすることができる。従って、光ビーム７を壁面１５に斜めに照射したときには、破孔判定をより確実に行うことができる。
【００１０】
炉壁光検出装置３としては、光検出方向を限定して、壁面に形成された反射光のスポット有無が検出できればどのような検出装置でも良い。例えばＰＳＤのような光センサーを用いることもできる。また、ＣＣＤカメラをはじめとする撮像装置を用いることもできる。
【００１１】
破孔検出を行う際の炭化室炉内温度は、約１０００℃の高温状態である。従って、本発明の破孔検出装置は、炉内の高温雰囲気を遮断する筐体内に収める必要がある。図１、図２（ａ）に示すように筐体６を二重構造とし、二重構造の壁の間に冷却水２４を充填し、炉外から図４（ａ）に示すように冷却水配管２９によって供給する冷却水を循環することによって筐体内を低温に保持することができる。押し出し機上など外部に水供給装置を設け、１回炉内へ挿入する度に水を交換して使用することもできる。また、特許文献１の例では、図２（ｂ）に示すように二重構造の筐体６の外面に断熱材２６を被覆し、二重構造の壁の間に液体２５を充填し、炉外からは冷却水を供給しない構造とすることもできる。破孔検出装置を例えば図４（ｂ）に示すように押し出し機１３に設置し、押し出し機１３が炉内に進入している２分間の間に破孔検出を行うのであれば、上記特許文献１に記載のように外部から冷却水を供給しない構造を採用することが可能である。
【００１２】
図１に示すように、炉壁光検出装置３の視野方向を直接壁面１５に向けて設置することとしても良い。ただし、コークス炉の炭化室は対向する炉壁間の距離が約０．４ｍと狭いので、破孔検出装置を収納する筐体６の内部空間も狭くなり、炉壁光検出装置の視野方向を炉壁に略垂直に向けて設置することが困難な場合がある。このような場合には、図２に示すように炉壁光検出装置３の視野方向を炉壁に略平行に向けて設置し、炉壁光検出装置３の視野方向に鏡面５を設け、炉壁光検出装置３は鏡面５に反射した炉壁表面光情報を検出することとすると好ましい。
【００１３】
図２に示すように、鏡面５を２枚の鏡面によって構成し、各鏡面５は壁面１５に対して略４５°の角度とし、２枚の鏡面間の角度を略直角とすることができる。さらに図３に示すように炉壁光検出装置３としてＣＣＤカメラ等の撮像装置を用いることとすると、炉壁光検出装置３は１台のみ設置し、２枚の鏡面５で反射した対向する２つの炉壁にある反射光スポット９からの光ビーム反射光８を該１台の炉壁光検出装置３で受光することができる。これにより、１台の炉壁光検出装置３を用いて２面の壁面の破孔検出を同時に行うことが可能となる。
【００１４】
炉壁光検出装置３の視野方向に設置する鏡面５は、図３（ａ）に示すように破孔検出装置を収納する筐体６内に設置しても良いが、図３（ｂ）に示すように鏡面５のみ筐体６の外に設置することとしても良い。これにより、筐体６に設ける透明窓の個数や開口面積を最小限にして、例えば透明窓を１個のみ設置して破孔検出を行うことが可能になる。鏡面５を筐体６の外に設置する場合には、鏡面５の冷却手段を別途設ける必要がある。ステンレス鋼を用いた四角形のミラー管２７の外面を鏡面加工して２枚の鏡面５とし、ミラー管２７の内部を水冷する構造を採用することができる。冷却水は炉外から供給する方法、炉外からは供給せずに短時間で検出を終了させる方法のいずれをも採用することができる。
【００１５】
光ビーム照射装置２で照射する光ビーム７は、前述の通り壁面１５に対して斜めに照射すると好ましいので、通常は上記鏡面５に反射せず、直接壁面１５に照射することとすると好ましい。ただし、必要に応じて光ビーム照射装置から照射する光ビームを、一度鏡面に反射させて壁面に照射することとしても良い。
【００１６】
光ビーム照射装置２としては、レーザー光照射装置を用いると好ましい。ところで、破孔検出を行う高温の炭化室内において、壁面１５は自発光で赤色領域に発光している。特にカーボン付着部は燃焼して高温となっており、赤色の発光強度が強い。レーザー光の波長が赤色領域であると、壁面１５の自発光に負けて光ビーム反射光８の検出が難しくなる。筐体内に搭載可能な小型レーザー光源として従来から用いられていたものは、赤色レーザーダイオードであり、波長は６３３ｎｍ〜６７０ｎｍであった。これでは炉壁表面の自発光と共通する波長領域であり、特にカーボン付着部のような高温領域では光ビーム反射光を十分に検出できないことがあった。
【００１７】
本発明においては、光ビーム照射装置２を波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とし、炉壁光検出装置３は波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して検出することとすると好ましい。波長５５０ｎｍ以下とすれば、壁面１５の自発光の強い波長領域と異なるので、炉壁光検出装置３において光ビーム反射光が強調して検出される。
【００１８】
炉壁光検出装置３としてカラー撮像装置３ｃを用い、カラー撮像装置３ｃで撮像した炉壁表面画像について、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理した後に破孔判定装置４によって破孔有無を判定することとすると好ましい。光ビーム照射装置２として緑色レーザーを使用したとする。カラー撮像装置３ｃとして採用するカラーＣＣＤカメラの各カラー成分すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）成分を分解して破孔判定装置４に取り込む。破孔検出のための画像解析はレーザー波長に対応したＧ成分画像について実行する。Ｇ成分画像では炉壁自発光は非常に弱く、光ビーム反射光は明るく観察される。したがって２値化処理により、たとえ壁面の自発光が強烈であっても光ビーム反射光を安定して抽出することができる。
【００１９】
破孔判定装置４においては、炉壁光検出装置３で光ビーム反射光８を捉えている間は破孔無しと判定し、炉壁光検出装置３で光ビーム反射光８を捉えられなくなったら破孔発生と判定する。炉壁光検出装置３として１台のカラー撮像装置３ｃを用いる場合においては、対向する炉壁の各光ビーム反射光の位置が撮像画面内の所定の位置に存在することがわかっているので、画像解析の結果に基づいて当該位置における光ビーム反射光の有無を識別し、当該位置に光ビーム反射光が検出されなくなったら当該壁面の側に破孔が発生したと判定することができる。
【００２０】
破孔判定によって破孔発生と判定されたら、結果を伝送する必要がある。破孔検出装置１を収納する筐体６が図４（ａ）に示すように炉外から冷却水配管２９を用いて冷却水を供給して冷却するタイプであれば、冷却水供給管２９に沿って電源ケーブルや信号ケーブル３０を配設し、冷却水によってこれらケーブルを冷却保護することができる。従って、この信号ケーブル３０を用いて破孔判定結果を炉外の記録装置２３や警報装置に伝送することができる。
【００２１】
破孔検出装置１を収納する筐体６が炉外から冷却水を供給しないタイプの場合には、信号ケーブルを配設することは困難になる。このような場合には、図２（ｂ）に示すように破孔検出装置１を収納する筐体内にワイヤレス伝送送信機２１を設置し、図４（ｂ）に示すように炉外にワイヤレス伝送受信機２２を設置し、ワイヤレス伝送によって破孔判定結果を炉外に伝送することとしても良い。
【００２２】
本発明の破孔検出装置において、破孔判定装置４は炉内に進入する筐体内に設置することとしても良いが、炉壁光検出装置３で検出した信号を直接炉外に伝送し、炉外に配置した破孔判定装置４によって破孔判定を行うこととしても良い。
【００２３】
図４に示すように、記録装置２３に破孔検出装置現在位置データ２８を供給することにより、検出した破孔が炉内のいずれの位置に存在するのかを特定することができる。
【００２４】
本発明の破孔検出装置における光ビーム照射装置２と炉壁光検出装置３は、レーザ距離計における発光部と受光部をそれぞれ用いることとしてもよい。ただし、従来用いられているレーザ距離計において、レーザ発光部としては赤色レーザダイオードが採用されているので、これでは炭化室炉壁の自発光との区別がつきにくい。レーザ発光部として波長５５０ｎｍ以下の例えば緑色レーザあるいは青紫レーザを使用し、受光部についても波長５５０ｎｍ以下の光を選択的に受光するような素子を用いあるいは波長選択フィルタを用いれば、炉壁表面の自発光に負けずに破孔を検出することが可能になる。レーザ距離計を用いた場合、レーザ距離計から炉壁表面までの距離が所定の範囲より大きくなった場合、あるいは距離測定が不可能になった場合に破孔発生と判定することができる。
【００２５】
本発明の破孔検出装置１は、図４に示すようにコークス炉の押し出し機１３に備えることとすると好ましい。即ち、本発明の破孔検出装置１を備えたコークス炉の押し出し機は、コークスの乾留が終了する毎に炭化室内に挿入してコークスを押し出すので、挿入のタイミング毎にコークス炉の破孔判定を行うことが可能になるからである。
【００２６】
破孔検出装置１を押し出し機１３に備えて検出を行う場合、炭化室炉壁表面のうち、破孔検出装置１の光ビーム７を照射する高さの部分については、炭化室１１の奥行方向の全長にわたって破孔検出を行うことができる。一方、炭化室１１の高さ方向については、光ビーム７の照射を行う高さ部分のみしか破孔検出を行うことができない。本発明においては、破孔する可能性が高い部位を高さ方向で数カ所選び、その数カ所の高さにおいて破孔検出装置を設置することとすると好ましい。破孔する可能性が高い部位としては、炭化室底部あるいは炭化室上部（石炭装入レベル）を選択すると良い。
【００２７】
室炉式コークス炉を用いた本発明のコークスの製造方法においては、炭化室炉壁の破孔を検出できる破孔検出装置を用いて破孔検出を行い、破孔を検出した際には炭化室への石炭装入を中断することとする。破孔検出装置としては、上記本発明の破孔検出装置を用いることができる。
【００２８】
従来、コークス炉の押し出し機の運転を手動で行っていた。手動で押し出し機の運転を行うと、破孔が発生したときは燃焼室内の燃料ガスにより炭化室内に火炎が発生したり破孔部の煉瓦輝度が変化するなどの状況になり、押し出し機運転オペレータが破孔発生を判定することも可能な場合があった。最近は、押し出し機の運転が自動化され、自動運転においては押し出し機の動作挙動から破孔発生を検出することが困難である。本発明のコークス製造方法を採用し、破孔検出装置で破孔を検出した際に炭化室の石炭装入を中断することにより、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を未然に防止することが可能になる。
【００２９】
本発明のコークス製造方法においては、破孔検出装置を備えたコークス炉の押し出し機を用い、コークス押し出しと同時に破孔検出を行うことができるので、コークス炉操業の生産性を落とさずに円滑に破孔検出を行うことが可能である。
【００３０】
【実施例】
図５に示すような本発明の破孔検出装置を用いてコークス炉の破孔検出を行った。コークス炉炭化室の寸法は、炉長（奥行）１５．８ｍ、幅４２０ｍｍ（押し出し機側）〜４８０ｍｍ（ガイド車側）である。
【００３１】
破孔検出装置１は、筐体６の内部に収納された本体と、筐体６の外部に配置するミラー管２７とからなる。筐体６は二重構造となっており、二重構造の壁と壁の間に液体２６として２５リットルの水を満たすことができる。筐体６と外部との間には給排水配管を設置せず、従って水は循環しないが、短時間の炉内挿入が可能である。筐体６の外周は断熱材２６で覆われている。断熱材２６にはセラミックファイバーボードを用いた。ステンレス鋼製のミラー管２７の表面が鏡面５となっている。この破孔検出装置を、図４（ｂ）に示すように押し出し機１３に配置し、押し出し機１３でコークスを押し出す際に同時に破孔検出を行うことができる。
【００３２】
筐体６の内部には２台の光ビーム照射装置（２ａ、２ｂ）を配置する。光ビーム照射装置２としては波長５３２ｎｍのグリーンレーザ光照射装置を用いた。また、炉壁光検出装置３としてカラー撮像装置３ｃ（カラーＣＣＤカメラ）を用いた。光ビーム照射装置（２ａ、２ｂ）から両サイドの炉壁（１５ａ、１５ｂ）に光ビーム（７ａ、７ｂ）を照射し、反射光のスポット（９ａ、９ｂ）を含んだ炉壁の画像を、鏡面（５ａ、５ｂ）に反射させた上でカラーＣＣＤカメラで撮像する。撮像された画像データは、そのままワイヤレス伝送装置２１として配置したデジタル無線送信機を用いて炉外に送信される。炉外の押し出し機上にはワイヤレス伝送受信機２２としての無線受信機を配置し、この無線受信機で受信した画像データを図示しない破孔判定装置４によって取り込む。
【００３３】
破孔判定装置４では、カラーＣＣＤカメラ撮像データのうちＧ（緑）成分のみを抽出して画像処理に用いる。この画像データを処理して画像上の反射光のスポット９の位置を、炉の設計値から推定される位置（以下「正位置」という。）と比較することにより、反射光のスポット９の位置と正位置との差（以下「正位置との差」という。）を計算する。破孔判定装置４は、正位置との差が±２０ｍｍ以下であれば煉瓦は有る（破孔は発生していない）と判断してコード「１」を送出し、正位置との差が±２０ｍｍを超えていたら煉瓦は無い（破孔が発生している）と判断してコード「０」を送出する。これら処理データは、押し出し機からの炉長方向位置データに基づいて算出した破孔検出装置現在位置データ２８と結合し、破孔発生と判定された位置を炉長方向の具体的位置として特定することができる。
【００３４】
上記正位置との差は、長年の操業による炉壁凹凸に依存するため、煉瓦有無の閾値の数値は炉壁凹凸により決定する。炉壁凹凸が小さい炉は、閾値の数値が小さく、炉壁凹凸が大きい炉は閾値の数値を大きくする。
【００３５】
特定のコークス炉炭化室において、コークス押し出し後に操業オペレータにより炭化室奥行方向押し出し機側から３／４付近、炭化室上部に燃焼室からと思われる火炎が発生していることが確認されたため、本破孔検出装置１を用いて炉壁レンガ破孔検出を実施した。押し出し機１３上の破孔検出装置１設置位置は、炭化室上部の石炭装入レベルを検出できる位置に設置した。
【００３６】
測定結果を図６に示す。図６において、横軸はＰ．Ｓ端部（押し出し機側端部）からの炭化室奥行方向位置を示す。図中の折れ線及び左側の縦軸が、反射光のスポット９の位置と正位置との差（正位置との差）を示す。図中の●及び右側の縦軸が、煉瓦有無の判定結果を示す。
【００３７】
本測定結果より、押し出し機側端部から１１．５ｍ付近において正位置との差が−２０ｍｍを超える部分が存在し、この部分が「煉瓦無し」（煉瓦破孔部）であると判定された。煉瓦破孔部の検出長さは約３４０ｍｍであった。よって、本測定結果に基づき熱間補修計画を立て、煉瓦の熱間差込み補修を実施した。その結果、迅速かつ無駄のない最適補修設計および実行がなされた。また、煉瓦破孔部は炉長方向（奥行方向）煉瓦１枚の長さ即ち３４７ｍｍであり、本測定結果とほぼ一致した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、光ビーム照射装置と炉壁光検出装置と破孔判定装置とを備えた破孔検出装置により、コークス炉炭化室炉壁煉瓦の破孔有無を判断することが可能になる。光ビーム照射装置は波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とし、炉壁光検出装置は波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して検出することにより、炉壁の自発光に負けずに破孔検出を行うことができる。
【００３９】
本発明のコークスの製造方法において、炭化室炉壁の破孔を検出できる破孔検出装置を用いて破孔検出を行い、破孔を検出した際には炭化室への石炭装入を中断することにより、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を未然に防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図である。
【図２】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図であり、（ａ）は冷却水を炉外から供給して筐体を冷却する方式、（ｂ）は炉外から冷却水の供給を行わない方式を示す。
【図３】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図であり、（ａ）は鏡面を筐体の内部に収納する方式、（ｂ）は鏡面を筐体の外部に設置する方式を示す。
【図４】コークス炉の押し出し機に本発明の破孔検出装置を備えて破孔検出を行う状況を示す図であり、（ａ）は冷却水を炉外から供給して破孔検出装置を冷却する方式、（ｂ）は炉外から冷却水の供給を行わない方式を示す。
【図５】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図である。
【図６】本発明の破孔検出装置によって破孔検出を行った結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 破孔検出装置
２ 光ビーム照射装置
３ 炉壁光検出装置
３ｃ カラー撮像装置
４ 破孔判定装置
５ 鏡面
６ 筐体
７ 光ビーム
８ 光ビーム反射光
９ 反射光のスポット
１１ 炭化室
１２ 燃焼室
１３ 押し出し機
１４ 破孔
１５ 壁面
２１ ワイヤレス伝送送信機
２２ ワイヤレス伝送受信機
２３ 記録装置
２４ 冷却水
２５ 液体
２６ 断熱材
２７ ミラー管
２８ 破孔検出装置現在位置データ
２９ 冷却水配管
３０ 信号ケーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉炭化室炉壁煉瓦の破孔を検出する破孔検出装置及び該破孔検出装置を用いたコークスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の炭化室においては、隣接する燃焼室との間の隔壁が耐火物で構成されている。コークス炉の炭化室は、過酷な条件下で通常２０年以上の長期間にわたって連続操業されるものであり、炭化室を構成する耐火煉瓦は熱的、化学的および機械的要因によって徐々に劣化する。そのため耐火煉瓦の劣化に起因し、燃焼室との間の隔壁を構成する耐火物の強度が低下すると、コークス押し出し時にかかる側圧で煉瓦が脱落したり、より広い範囲が崩壊することがある。これを破孔という。炭化室と燃焼室を隔てる隔壁に破孔が生じたままで当該炭化室を用いてコークス製造を継続すると、破孔を通して炭化室と燃焼室との間でガスの流通が発生し、また破孔を通して石炭が炭化室から燃焼室に押し出され、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、黒煙の発生、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を招く原因となる。
【０００３】
従来、コークス炉炭化室の炉壁煉瓦の状況を把握する手段として、炉壁の凹凸形状を測定する方法と、炉壁の映像を撮像する方法とが知られていた。凹凸形状を測定することにより、煉瓦の損耗や変形状況を定量的に把握することができる。例えば、特許文献１に記載の炉幅測定装置を用いることにより、凹凸形状を測定することができる。また、炉壁の映像を撮像すれば、煉瓦の亀裂や目地切れの状況を二次元の視覚的に捉えることができる。例えば、特許文献２に記載の観察装置を用いることにより、炉壁表面の二次元画像を撮像することができる。しかし、これらの装置では炭化室炉壁の破孔を確実に検出することができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１３９２２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０６７５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コークス炉炭化室炉壁煉瓦の破孔を検出することのできる破孔検出装置を提供し、さらに破孔検出装置を用いたコークスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とカラー撮像装置と破孔判定装置とを備え、該レーザー光照射装置によって炭化室壁面に光ビームを壁面に対して斜めに照射し、該照射した光ビームの反射光を光ビームの照射方向とは異なる視野方向から前記カラー撮像装置によって検出し、該カラー撮像装置で撮像した炉壁表面画像について、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理した後に前記破孔判定装置によって光ビーム反射光の有無を識別し、破孔有無を判定することを特徴とするコークス炉の破孔検出装置。
（２）さらに前記カラー撮像装置の視野方向に鏡面を備え、前記カラー撮像装置は該鏡面に反射した前記光ビームの反射光を検出することを特徴とする上記（１）に記載のコークス炉の破孔検出装置。
（３）上記（１）または（２）に記載の破孔検出装置を備えたことを特徴とするコークス炉の押し出し機。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１〜図４に基づいて説明する。
【０００８】
本発明の破孔検出装置において、光ビーム照射装置２によって炭化室壁面１５に光ビーム７を照射すると、例えば図１、図２の炭化室壁面１５ｂには照射した光ビーム７ａが反射して形成される反射光のスポット９ｂが生まれる。炉壁に破孔１４が生じると、光ビーム７は破孔部を通して通過してしまい、炉壁表面に形成されるべき反射光８のスポットが消滅する。従って、この反射光のスポット９から発せられる光ビーム反射光８の有無を炉壁光検出装置３によって検出すれば、光ビーム７を照射した炉壁部分の破孔１４を判定することができる。
【０００９】
光ビーム７を壁面１５に垂直に照射した場合、破孔１４が生じたとしても光ビーム７は炭化室１１に隣接する燃焼室１２の対向壁面に到達し、その壁面に反射光のスポットが生まれることがある。一方、図１、２に示すように光ビーム７を壁面１５に斜めに照射すれば、壁面１５ａに見られるような破孔１４が生じたときに隣接する燃焼室に生じる反射光のスポット９ａは、破孔１４が発生していないときに炭化室壁面に生じる反射光のスポット９ａ’とは全く異なった位置に生じる。炉壁光検出装置３の視野方向を光ビーム７の照射方向とは異なる方向、例えば図１、２に示すように壁面１５に略垂直な方向に限定しておけば、破孔１４が生じたときに異なった位置に生じる反射光のスポット９ａを炉壁光検出装置３の検出範囲外とすることができる。従って、光ビーム７を壁面１５に斜めに照射したときには、破孔判定をより確実に行うことができる。
【００１０】
炉壁光検出装置３としては、光検出方向を限定して、壁面に形成された反射光のスポット有無が検出できればどのような検出装置でも良い。例えばＰＳＤのような光センサーを用いることもできる。また、ＣＣＤカメラをはじめとする撮像装置を用いることもできる。
【００１１】
破孔検出を行う際の炭化室炉内温度は、約１０００℃の高温状態である。従って、本発明の破孔検出装置は、炉内の高温雰囲気を遮断する筐体内に収める必要がある。図１、図２（ａ）に示すように筐体６を二重構造とし、二重構造の壁の間に冷却水２４を充填し、炉外から図４（ａ）に示すように冷却水配管２９によって供給する冷却水を循環することによって筐体内を低温に保持することができる。押し出し機上など外部に水供給装置を設け、１回炉内へ挿入する度に水を交換して使用することもできる。また、特許文献１の例では、図２（ｂ）に示すように二重構造の筐体６の外面に断熱材２６を被覆し、二重構造の壁の間に液体２５を充填し、炉外からは冷却水を供給しない構造とすることもできる。破孔検出装置を例えば図４（ｂ）に示すように押し出し機１３に設置し、押し出し機１３が炉内に進入している２分間の間に破孔検出を行うのであれば、上記特許文献１に記載のように外部から冷却水を供給しない構造を採用することが可能である。
【００１２】
図１に示すように、炉壁光検出装置３の視野方向を直接壁面１５に向けて設置することとしても良い。ただし、コークス炉の炭化室は対向する炉壁間の距離が約０．４ｍと狭いので、破孔検出装置を収納する筐体６の内部空間も狭くなり、炉壁光検出装置の視野方向を炉壁に略垂直に向けて設置することが困難な場合がある。このような場合には、図２に示すように炉壁光検出装置３の視野方向を炉壁に略平行に向けて設置し、炉壁光検出装置３の視野方向に鏡面５を設け、炉壁光検出装置３は鏡面５に反射した炉壁表面光情報を検出することとすると好ましい。
【００１３】
図２に示すように、鏡面５を２枚の鏡面によって構成し、各鏡面５は壁面１５に対して略４５°の角度とし、２枚の鏡面間の角度を略直角とすることができる。さらに図３に示すように炉壁光検出装置３としてＣＣＤカメラ等の撮像装置を用いることとすると、炉壁光検出装置３は１台のみ設置し、２枚の鏡面５で反射した対向する２つの炉壁にある反射光スポット９からの光ビーム反射光８を該１台の炉壁光検出装置３で受光することができる。これにより、１台の炉壁光検出装置３を用いて２面の壁面の破孔検出を同時に行うことが可能となる。
【００１４】
炉壁光検出装置３の視野方向に設置する鏡面５は、図３（ａ）に示すように破孔検出装置を収納する筐体６内に設置しても良いが、図３（ｂ）に示すように鏡面５のみ筐体６の外に設置することとしても良い。これにより、筐体６に設ける透明窓の個数や開口面積を最小限にして、例えば透明窓を１個のみ設置して破孔検出を行うことが可能になる。鏡面５を筐体６の外に設置する場合には、鏡面５の冷却手段を別途設ける必要がある。ステンレス鋼を用いた四角形のミラー管２７の外面を鏡面加工して２枚の鏡面５とし、ミラー管２７の内部を水冷する構造を採用することができる。冷却水は炉外から供給する方法、炉外からは供給せずに短時間で検出を終了させる方法のいずれをも採用することができる。
【００１５】
光ビーム照射装置２で照射する光ビーム７は、前述の通り壁面１５に対して斜めに照射すると好ましいので、通常は上記鏡面５に反射せず、直接壁面１５に照射することとすると好ましい。ただし、必要に応じて光ビーム照射装置から照射する光ビームを、一度鏡面に反射させて壁面に照射することとしても良い。
【００１６】
光ビーム照射装置２としては、レーザー光照射装置を用いると好ましい。ところで、破孔検出を行う高温の炭化室内において、壁面１５は自発光で赤色領域に発光している。特にカーボン付着部は燃焼して高温となっており、赤色の発光強度が強い。レーザー光の波長が赤色領域であると、壁面１５の自発光に負けて光ビーム反射光８の検出が難しくなる。筐体内に搭載可能な小型レーザー光源として従来から用いられていたものは、赤色レーザーダイオードであり、波長は６３３ｎｍ〜６７０ｎｍであった。これでは炉壁表面の自発光と共通する波長領域であり、特にカーボン付着部のような高温領域では光ビーム反射光を十分に検出できないことがあった。
【００１７】
本発明においては、光ビーム照射装置２を波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とし、炉壁光検出装置３は波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して検出することとすると好ましい。波長５５０ｎｍ以下とすれば、壁面１５の自発光の強い波長領域と異なるので、炉壁光検出装置３において光ビーム反射光が強調して検出される。
【００１８】
炉壁光検出装置３としてカラー撮像装置３ｃを用い、カラー撮像装置３ｃで撮像した炉壁表面画像について、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理した後に破孔判定装置４によって破孔有無を判定することとすると好ましい。光ビーム照射装置２として緑色レーザーを使用したとする。カラー撮像装置３ｃとして採用するカラーＣＣＤカメラの各カラー成分すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）成分を分解して破孔判定装置４に取り込む。破孔検出のための画像解析はレーザー波長に対応したＧ成分画像について実行する。Ｇ成分画像では炉壁自発光は非常に弱く、光ビーム反射光は明るく観察される。したがって２値化処理により、たとえ壁面の自発光が強烈であっても光ビーム反射光を安定して抽出することができる。
【００１９】
破孔判定装置４においては、炉壁光検出装置３で光ビーム反射光８を捉えている間は破孔無しと判定し、炉壁光検出装置３で光ビーム反射光８を捉えられなくなったら破孔発生と判定する。炉壁光検出装置３として１台のカラー撮像装置３ｃを用いる場合においては、対向する炉壁の各光ビーム反射光の位置が撮像画面内の所定の位置に存在することがわかっているので、画像解析の結果に基づいて当該位置における光ビーム反射光の有無を識別し、当該位置に光ビーム反射光が検出されなくなったら当該壁面の側に破孔が発生したと判定することができる。
【００２０】
破孔判定によって破孔発生と判定されたら、結果を伝送する必要がある。破孔検出装置１を収納する筐体６が図４（ａ）に示すように炉外から冷却水配管２９を用いて冷却水を供給して冷却するタイプであれば、冷却水供給管２９に沿って電源ケーブルや信号ケーブル３０を配設し、冷却水によってこれらケーブルを冷却保護することができる。従って、この信号ケーブル３０を用いて破孔判定結果を炉外の記録装置２３や警報装置に伝送することができる。
【００２１】
破孔検出装置１を収納する筐体６が炉外から冷却水を供給しないタイプの場合には、信号ケーブルを配設することは困難になる。このような場合には、図２（ｂ）に示すように破孔検出装置１を収納する筐体内にワイヤレス伝送送信機２１を設置し、図４（ｂ）に示すように炉外にワイヤレス伝送受信機２２を設置し、ワイヤレス伝送によって破孔判定結果を炉外に伝送することとしても良い。
【００２２】
本発明の破孔検出装置において、破孔判定装置４は炉内に進入する筐体内に設置することとしても良いが、炉壁光検出装置３で検出した信号を直接炉外に伝送し、炉外に配置した破孔判定装置４によって破孔判定を行うこととしても良い。
【００２３】
図４に示すように、記録装置２３に破孔検出装置現在位置データ２８を供給することにより、検出した破孔が炉内のいずれの位置に存在するのかを特定することができる。
【００２４】
本発明の破孔検出装置における光ビーム照射装置２と炉壁光検出装置３は、レーザ距離計における発光部と受光部をそれぞれ用いることとしてもよい。ただし、従来用いられているレーザ距離計において、レーザ発光部としては赤色レーザダイオードが採用されているので、これでは炭化室炉壁の自発光との区別がつきにくい。レーザ発光部として波長５５０ｎｍ以下の例えば緑色レーザあるいは青紫レーザを使用し、受光部についても波長５５０ｎｍ以下の光を選択的に受光するような素子を用いあるいは波長選択フィルタを用いれば、炉壁表面の自発光に負けずに破孔を検出することが可能になる。レーザ距離計を用いた場合、レーザ距離計から炉壁表面までの距離が所定の範囲より大きくなった場合、あるいは距離測定が不可能になった場合に破孔発生と判定することができる。
【００２５】
本発明の破孔検出装置１は、図４に示すようにコークス炉の押し出し機１３に備えることとすると好ましい。即ち、本発明の破孔検出装置１を備えたコークス炉の押し出し機は、コークスの乾留が終了する毎に炭化室内に挿入してコークスを押し出すので、挿入のタイミング毎にコークス炉の破孔判定を行うことが可能になるからである。
【００２６】
破孔検出装置１を押し出し機１３に備えて検出を行う場合、炭化室炉壁表面のうち、破孔検出装置１の光ビーム７を照射する高さの部分については、炭化室１１の奥行方向の全長にわたって破孔検出を行うことができる。一方、炭化室１１の高さ方向については、光ビーム７の照射を行う高さ部分のみしか破孔検出を行うことができない。本発明においては、破孔する可能性が高い部位を高さ方向で数カ所選び、その数カ所の高さにおいて破孔検出装置を設置することとすると好ましい。破孔する可能性が高い部位としては、炭化室底部あるいは炭化室上部（石炭装入レベル）を選択すると良い。
【００２７】
室炉式コークス炉を用いた本発明のコークスの製造方法においては、炭化室炉壁の破孔を検出できる破孔検出装置を用いて破孔検出を行い、破孔を検出した際には炭化室への石炭装入を中断することとする。破孔検出装置としては、上記本発明の破孔検出装置を用いることができる。
【００２８】
従来、コークス炉の押し出し機の運転を手動で行っていた。手動で押し出し機の運転を行うと、破孔が発生したときは燃焼室内の燃料ガスにより炭化室内に火炎が発生したり破孔部の煉瓦輝度が変化するなどの状況になり、押し出し機運転オペレータが破孔発生を判定することも可能な場合があった。最近は、押し出し機の運転が自動化され、自動運転においては押し出し機の動作挙動から破孔発生を検出することが困難である。本発明のコークス製造方法を採用し、破孔検出装置で破孔を検出した際に炭化室の石炭装入を中断することにより、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を未然に防止することが可能になる。
【００２９】
本発明のコークス製造方法においては、破孔検出装置を備えたコークス炉の押し出し機を用い、コークス押し出しと同時に破孔検出を行うことができるので、コークス炉操業の生産性を落とさずに円滑に破孔検出を行うことが可能である。
【００３０】
【実施例】
図５に示すような本発明の破孔検出装置を用いてコークス炉の破孔検出を行った。コークス炉炭化室の寸法は、炉長（奥行）１５．８ｍ、幅４２０ｍｍ（押し出し機側）〜４８０ｍｍ（ガイド車側）である。
【００３１】
破孔検出装置１は、筐体６の内部に収納された本体と、筐体６の外部に配置するミラー管２７とからなる。筐体６は二重構造となっており、二重構造の壁と壁の間に液体２６として２５リットルの水を満たすことができる。筐体６と外部との間には給排水配管を設置せず、従って水は循環しないが、短時間の炉内挿入が可能である。筐体６の外周は断熱材２６で覆われている。断熱材２６にはセラミックファイバーボードを用いた。ステンレス鋼製のミラー管２７の表面が鏡面５となっている。この破孔検出装置を、図４（ｂ）に示すように押し出し機１３に配置し、押し出し機１３でコークスを押し出す際に同時に破孔検出を行うことができる。
【００３２】
筐体６の内部には２台の光ビーム照射装置（２ａ、２ｂ）を配置する。光ビーム照射装置２としては波長５３２ｎｍのグリーンレーザ光照射装置を用いた。また、炉壁光検出装置３としてカラー撮像装置３ｃ（カラーＣＣＤカメラ）を用いた。光ビーム照射装置（２ａ、２ｂ）から両サイドの炉壁（１５ａ、１５ｂ）に光ビーム（７ａ、７ｂ）を照射し、反射光のスポット（９ａ、９ｂ）を含んだ炉壁の画像を、鏡面（５ａ、５ｂ）に反射させた上でカラーＣＣＤカメラで撮像する。撮像された画像データは、そのままワイヤレス伝送装置２１として配置したデジタル無線送信機を用いて炉外に送信される。炉外の押し出し機上にはワイヤレス伝送受信機２２としての無線受信機を配置し、この無線受信機で受信した画像データを図示しない破孔判定装置４によって取り込む。
【００３３】
破孔判定装置４では、カラーＣＣＤカメラ撮像データのうちＧ（緑）成分のみを抽出して画像処理に用いる。この画像データを処理して画像上の反射光のスポット９の位置を、炉の設計値から推定される位置（以下「正位置」という。）と比較することにより、反射光のスポット９の位置と正位置との差（以下「正位置との差」という。）を計算する。破孔判定装置４は、正位置との差が±２０ｍｍ以下であれば煉瓦は有る（破孔は発生していない）と判断してコード「１」を送出し、正位置との差が±２０ｍｍを超えていたら煉瓦は無い（破孔が発生している）と判断してコード「０」を送出する。これら処理データは、押し出し機からの炉長方向位置データに基づいて算出した破孔検出装置現在位置データ２８と結合し、破孔発生と判定された位置を炉長方向の具体的位置として特定することができる。
【００３４】
上記正位置との差は、長年の操業による炉壁凹凸に依存するため、煉瓦有無の閾値の数値は炉壁凹凸により決定する。炉壁凹凸が小さい炉は、閾値の数値が小さく、炉壁凹凸が大きい炉は閾値の数値を大きくする。
【００３５】
特定のコークス炉炭化室において、コークス押し出し後に操業オペレータにより炭化室奥行方向押し出し機側から３／４付近、炭化室上部に燃焼室からと思われる火炎が発生していることが確認されたため、本破孔検出装置１を用いて炉壁レンガ破孔検出を実施した。押し出し機１３上の破孔検出装置１設置位置は、炭化室上部の石炭装入レベルを検出できる位置に設置した。
【００３６】
測定結果を図６に示す。図６において、横軸はＰ．Ｓ端部（押し出し機側端部）からの炭化室奥行方向位置を示す。図中の折れ線及び左側の縦軸が、反射光のスポット９の位置と正位置との差（正位置との差）を示す。図中の●及び右側の縦軸が、煉瓦有無の判定結果を示す。
【００３７】
本測定結果より、押し出し機側端部から１１．５ｍ付近において正位置との差が−２０ｍｍを超える部分が存在し、この部分が「煉瓦無し」（煉瓦破孔部）であると判定された。煉瓦破孔部の検出長さは約３４０ｍｍであった。よって、本測定結果に基づき熱間補修計画を立て、煉瓦の熱間差込み補修を実施した。その結果、迅速かつ無駄のない最適補修設計および実行がなされた。また、煉瓦破孔部は炉長方向（奥行方向）煉瓦１枚の長さ即ち３４７ｍｍであり、本測定結果とほぼ一致した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、光ビーム照射装置と炉壁光検出装置と破孔判定装置とを備えた破孔検出装置により、コークス炉炭化室炉壁煉瓦の破孔有無を判断することが可能になる。光ビーム照射装置は波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とし、炉壁光検出装置は波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して検出することにより、炉壁の自発光に負けずに破孔検出を行うことができる。
【００３９】
本発明のコークスの製造方法において、炭化室炉壁の破孔を検出できる破孔検出装置を用いて破孔検出を行い、破孔を検出した際には炭化室への石炭装入を中断することにより、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を未然に防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図である。
【図２】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図であり、（ａ）は冷却水を炉外から供給して筐体を冷却する方式、（ｂ）は炉外から冷却水の供給を行わない方式を示す。
【図３】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図であり、（ａ）は鏡面を筐体の内部に収納する方式、（ｂ）は鏡面を筐体の外部に設置する方式を示す。
【図４】コークス炉の押し出し機に本発明の破孔検出装置を備えて破孔検出を行う状況を示す図であり、（ａ）は冷却水を炉外から供給して破孔検出装置を冷却する方式、（ｂ）は炉外から冷却水の供給を行わない方式を示す。
【図５】本発明の破孔検出装置を用いて炭化室の破孔検出を行う状況を示す平面断面図である。
【図６】本発明の破孔検出装置によって破孔検出を行った結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 破孔検出装置
２ 光ビーム照射装置
３ 炉壁光検出装置
３ｃ カラー撮像装置
４ 破孔判定装置
５ 鏡面
６ 筐体
７ 光ビーム
８ 光ビーム反射光
９ 反射光のスポット
１１ 炭化室
１２ 燃焼室
１３ 押し出し機
１４ 破孔
１５ 壁面
２１ ワイヤレス伝送送信機
２２ ワイヤレス伝送受信機
２３ 記録装置
２４ 冷却水
２５ 液体
２６ 断熱材
２７ ミラー管
２８ 破孔検出装置現在位置データ
２９ 冷却水配管
３０ 信号ケーブル
Claims (3)
- 波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とカラー撮像装置と破孔判定装置とを備え、該レーザー光照射装置によって炭化室壁面に光ビームを壁面に対して斜めに照射し、該照射した光ビームの反射光を光ビームの照射方向とは異なる視野方向から前記カラー撮像装置によって検出し、該カラー撮像装置で撮像した炉壁表面画像について、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理した後に前記破孔判定装置によって光ビーム反射光の有無を識別し、破孔有無を判定することを特徴とするコークス炉の破孔検出装置。
- さらに前記カラー撮像装置の視野方向に鏡面を備え、前記カラー撮像装置は該鏡面に反射した前記光ビームの反射光を検出することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の破孔検出装置。
- 請求項１又は２に記載の破孔検出装置を備えたことを特徴とするコークス炉の押し出し機。
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