JP3981610B2 - Method and apparatus for observing inner wall of coke oven carbonization chamber - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉の内壁を遠隔で観察するための観察方法及び観察装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コークス炉は、多数の炭化室と燃焼室が交互に連接して構成され、炭化室に石炭を装入し、炉壁を介して燃焼室より炭化室に900℃〜1100℃の高熱を約20時間連続して加え、石炭を乾溜し、コークスを製造する。この乾留が完了すると、コークスを排出し、そして石炭を装入してまた加熱を開始する。
【0003】
各炭化室は、高さが約6.5m、幅が約0.4m、長さが約16mであり、非常に幅が狭く奥行きが深い(長さが長い)炉空間を形成している。炭化室の内壁は耐火レンガで蔽われており、個々の耐火レンガは大略で高さ120mm、幅260mm、厚さが110mmである。コークス炉は、各炭化室に隣接する燃焼室を高温に加熱し、その熱によって炭化室内壁の耐火レンガを高温に熱することによって炭化室に熱を供給する。従って、この炭化室内壁(燃焼室との隔壁)に使用される耐火レンガは、長期間高温に曝され、又石炭のコークス化が完了する度にコークス押出し機によってコークスを押出して搬出するため、耐火物がコークスの圧力を受け、熱的、化学的、あるいは機械的なストレスにより損傷しやすい。すなわち、壁面の目地切れ、レンガ亀裂、剥離、カーボン付着、あるいは壁面の凹凸、湾曲、窯幅変動等を招きやすい。損傷部はコークス押出し時に局部的に過大な力が加わって更に損傷が拡大しやすく、また損傷部は熱伝播特性が正常部とは異なるので、均質なコークスを製造する上で好ましくない。比較的に小さな損傷部は耐火物を溶射して埋め、レンガ欠落部には耐火レンガをはめ込んで目地に耐火物を溶射して修復するが、損傷の発見と位置把握が難しい。このため、炭化室内が赤熱している状況において、内壁のうちの必要な部分、通常は内壁の全表面について必要な解像度で表面を観察し、損傷を発見して位置を把握することが重要である。
【0004】
操業の合間の短時間を利用してコークス炉窯口から炉内壁を観察する方法では、炉内が高温であるので窯口の外から内部を観察せざるをえず、炭化室は上述のように炉の奥行きが深いのに対して幅が狭いので、炉奥の内壁耐火物は遠方から浅い角度での観察となり、表面の観察は非常に難しい。
【0005】
特許文献1では、コークス炉炭化室の窯口よりカメラ(通常の2次元ITVカメラ)を搭載したカメラ搬送用ブームを炉内に挿入し、炉長方向に移動しながら炉内壁面を撮影する方法が開示されている。しかし、炭化室の幅は非常に狭いので、カメラを炭化室内壁に正対したのではカメラと内壁との距離が得られず、撮影範囲が狭くなって必要な範囲の画像が得られないので、カメラを壁面に対して斜めに取り付けて浅い角度で壁面を視野に入れて撮影する。このようにして撮影した内壁の画像は、図7に示すように、カメラに近い側の画像は撮影範囲が狭く(22a)、反対にカメラから遠い側の画像は撮影範囲は広いが対象が小さくしか写らず(22b)、必要な解像度が得られない。また、このような撮影方法では、全視野にわたってフォーカスを合わせることは困難である。上記公報では、得られた斜視像を画像処理してあたかも炉壁に対して正対させて撮影したような正面画像に変換する発明が開示されているが、このような画像処理を行っても、遠方を撮影した部分の解像度が十分に得られない点、全視野にわたってフォーカスを合わせることが困難である点は変らない。
【0006】
特許文献2においては、炭化室が赤熱した状態において、内壁全体にわたって良好な解像度で最適な角度からの観察画像が得ることができる内壁観察方法及び装置が記載されている。しかし、炭化室は高さが6mを超えるため、その高さ方向の全体を同時に撮像しようとすると大掛かりな設備となり、装置の設置、操作ともに困難性を増すとともに設備投資額も多額となる。
【0007】
【特許文献1】
特開平3−105195号公報
【特許文献2】
特開平11−106755号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭化室内が赤熱している状況において、内壁のうちの必要な部分、即ち内壁の全表面について必要な解像度で表面を観察し、損傷を発見して損傷の位置と状態を把握できる観察方法及び装置であって、該観察装置の撮像部分をコンパクト化することのできる観察方法及び観察装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
(1)コークス炉炭化室の窯口より撮像装置1を炭化室内部に挿入し、内壁の撮像をもとに炭化室内壁状況を観察する方法において、該撮像装置1の視野を線状もしくはスリット状として、撮像装置前方に鏡面7を配置し、該鏡面7で反射した炭化室内壁の像を前記撮像装置の視野でとらえて前記炭化室内壁を撮像するように配置し、前記撮像装置1と鏡面7は一体として炭化室内部で上下に移動可能であり、撮像装置1と鏡面7の上下方向の移動は旋回アーム10の旋回によって行い、かつ該旋回アーム10の旋回位置によらず前記撮像装置の撮像方向及び鏡面の設置方向は一定方向を保ち、撮像装置1及び鏡面7を上下方向の位置を定めて炉長方向に移動し、該撮像装置が短い距離を移動する毎に撮像データを採取し、該撮像データを炉長方向の移動距離に対応して順次つなぎ合わせ、更に炭化室上下方向の位置を変更して同様の撮像を繰り返し、炭化室内壁の広い面積の画像を1枚の画像として作成することを特徴とするコークス炉炭化室の内壁観察方法。
(2)前記鏡面7は複数の鏡面からなり、鏡面毎に、撮像装置からの光軸が反射して鏡面から側壁に向かう光軸の角度が異なり、いずれの鏡面から得られた像を撮像するかを選択することにより、複数の角度から炭化室内壁を観察することを特徴とする上記(1)に記載のコークス炉炭化室の内壁観察方法。
(3)炭化室内壁を撮像するための線状又はスリット状視野を有し、炉高方向に1台又は複数台配置された撮像装置1と、前記撮像装置の視野前方に配置され、炭化室内壁の反射像を前記撮像装置の視野に供給する1又は2以上の鏡面7と、前記撮像装置1及び鏡面7を支持し、炭化室上下方向に移動する上下移動装置と、前記上下移動装置を支持し、炉長方向に往復移動する移動手段と、前記炉長方向移動手段による前記撮像装置1の炉長方向への往復移動過程で、該撮像装置1が短い距離を移動する毎に得られた線状もしくはスリット状視野の撮像データを、炉長方向の移動距離に対応して順次つなぎ合わせ、炭化室内壁の広い面積の画像を1枚の画像として合成する画像合成手段とを備え、上下移動装置は旋回アーム10の旋回によって上下移動を行い、かつ該旋回アーム10の旋回位置によらず前記撮像装置の撮像方向及び鏡面の設置方向を一定方向に保つように回転する首振り装置12を有することを特徴とするコークス炉炭化室の内壁観察装置。
(4)前記旋回アーム10先端に配置した前記撮像装置1と鏡面7は、前記首振り装置12とともに又は首振り装置12と別に旋回アーム10先端に着脱可能であり、該旋回アーム10先端には炉壁補修装置も配置可能であり、炭化室の内壁観察終了後に炉壁補修装置を旋回アーム先端に設置して炉壁補修を行うことができることを特徴とする上記(3)に記載のコークス炉炭化室の内壁観察装置。
(5)前記鏡面7は内部を水冷構造とした管の表面を直接1又は2以上の鏡面としてなることを特徴とする上記(3)又は(4)に記載のコークス炉炭化室の内壁観察装置。
(6)前記撮像装置1は水冷構造の筐体内に収納してなることを特徴とする上記(3)〜(5)のいずれかに記載のコークス炉炭化室の内壁観察装置。
【0010】
図2に示すように、撮像装置1は1次元ないしはほぼ1次元の視野8を有し、視野8を含む平面は炭化室内壁にほぼ平行とする。撮像装置1前方に鏡面7を配置し、鏡面7で反射して得られた像を介して炭化室内壁部位9を撮像することができる。撮像装置1がある時刻に撮像できる範囲は鉛直方向の線状部位であり、撮像装置1と鏡面7とを炭化室炉長方向に移動しながら撮像を行うことにより、水平方向には炭化室の炉長全長について、垂直方向には撮像装置の撮像範囲9の部分についての内壁の画像を得ることができる。
【0011】
上下方向に複数の撮像装置1を配置することによって同時に炭化室の全高さ範囲をカバーして撮像することも可能であるが、本発明においては、図1に示すように、撮像装置1及び鏡面7は炭化室高さ方向の一部の高さのみを撮像範囲とする。全高さ範囲をカバーしようとすると、撮像装置及び鏡面は炭化室高さに匹敵する高さのものを用いる必要があるが、本発明のように一部の高さのみを撮像範囲とすることにより、撮像装置1を収納する筐体4及び鏡面7をコンパクトにすることができる。
【0012】
撮像装置1と鏡面7によってカバーできる高さ範囲について炉長全長の撮像を完了した後、撮像装置1と鏡面7の炉内における高さ方向位置を変更し、例えば図1において(a)位置から(b)の位置に高さを変更し、(b)の高さ範囲についての撮像を行う。このように撮像を繰り返すことにより、結局は炭化室内壁の全長・全高についての撮像データを得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる撮像装置1は、その視野を線状もしくはスリット状として前記炭化室内壁を撮像するように配置することを特徴とする。視野が線状もしくはスリット状である撮像装置は、その撮像素子として、最も一般的には1次元に受光素子を配列した撮像素子が用いられる。CCD(チャージ・カプルド・デバイス)ユニットを直列に配列したCCD撮像素子等であって、ユニットの数は2048ユニット×1列、4096ユニット×1列あるいは5150ユニット×1列等の素子を選択することができる。視野がスリット状であるためには、受光素子の並びは1列である必要はなく、2列あるいは数列存在してもかまわない。また、通常の2次元撮像素子を用い、その全視野のうちのスリット状の特定の視野の画像を用いてもよい。ただし、2次元の撮像素子を用いるより1次元の撮像素子を用いた方がスリット状視野の長さ方向の解像度の高い素子を手に入れることが可能である。
【0014】
炭化室側壁観察撮像装置の場合、上記撮像装置の光軸を略炉長方向に平行に配置し、スリット状視野を炉高方向に平行に配置する。図4(a)に示すように撮像装置の前方にスリット状の視野をカバーする長細い鏡面7を配置し、その鏡面と撮像装置の光軸6との角度を略45°として反射像を得、内壁の観察箇所を鏡面を介して略垂直方向から観察する。図4(b)に示すようにその鏡面と撮像装置の光軸との角度を変更し、観察箇所を鏡面を介して斜めの方向から観察してもよい。いずれの実施の形態においても、撮像装置と観察箇所との間の光軸の延長距離は、視野が必要な撮像範囲をカバーするように定められる。本発明のような構成を採用した結果として、1回の撮像における全視野において撮影箇所と撮像装置との間の距離が略同一であるため、全視野においてフォーカスを合わせることが可能である。
【0015】
本発明の撮像装置1と鏡面7とを高さ方向に移動する上下移動手段としては、図1に示すような上下方向に旋回する旋回アーム10による方法、あるいは上下にスライドする移動手段による方法等を用いることができる。旋回アーム10による場合は、旋回アーム10の先端に撮像装置1と鏡面7とを配置する。ここで、撮像装置1の撮像方向及び鏡面7の向きは、旋回アーム10の高さ方向位置にかかわらず常に同一の方向を向いていることが好ましい。具体的には、撮像装置1の撮像方向は側壁に平行な水平方向、鏡面7の方向は鉛直方向が好ましい。そのため、旋回アーム10の先端には首振り装置12を配置し、撮像装置1と鏡面7とは首振り装置12に設置する。旋回アーム10の旋回にあわせて首振り装置12の回転角度を調整することにより、撮像装置1と鏡面の向きを常に一定方向に維持することができる。
【0016】
炉頂耐火物18あるいは炉底耐火物19を観察する撮像装置(1b、1c)については、側壁17の観察と異なり耐火物から垂直にみた撮像装置までの距離を長く取れるので、撮像装置の光軸と観察面との角度を任意に定めることが可能である。従って、側壁観察のように鏡面を用いる必要はなく、観察面に対して90°を含め任意の角度で観察することが可能である。線状あるいはスリット状の撮像装置視野は炉幅方向と平行に配置する。
【0017】
撮像装置は鏡面とともに炉長方向に移動する。このとき、撮像装置1と鏡面7の高さは一定に保つ。この移動に際して撮像装置の光軸の向きは常に一定方向を維持するため、撮像装置の移動とともに撮像装置が視野としてとらえる内壁の観察箇所9も撮像装置と同じ距離だけ移動する。移動に際し、撮像装置が短い距離を移動するごとに線状又はスリット状の視野において撮像装置がとらえている撮像データを採取する。通常は短い一定の距離を移動するごとに撮像データを採取する。この撮像データを集計し、2次元の画面上に、例えば1回のスリット状の撮像データを縦方向に表示し、横方向に撮像間隔の移動距離毎に撮像データを並べるように表示する。撮像間隔の移動距離を短く、例えば1mmと設定するため、こうして撮像データを並べることによって2次元の画像を作成することができる。炉の側壁についての画像であれば、作成された画像において、縦方向が炉高方向、横方向が炉長方向であり、炉の内壁をあたかも真正面から距離を置いて眺めたような画像を得ることができる。フォーカスはあらゆる箇所で合っており、いずれの箇所においても必要な解像度を満足しており、また画像を場所によって拡大・縮小するような画像処理も必要としない。上記のように1次元画像データを並べて2次元の画像を作成する方法としては、一般的な画像スキャナーにおいて1次元の読取装置をスキャンすることによって2次元の画像をイメージデータとして作成する場合等に用いられている汎用的な方法を用いることが可能である。
【0018】
図6において、撮像装置1は1rの位置から1sの位置まで移動し、まだ移動中である。この間、側壁17の撮像装置による観察部位は9rから9sまで移動した。画像合成手段23により、現在までに得られた撮像データに基づく画像が合成され、画像表示手段24上に画像25が得られている。
【0019】
撮像装置の台数は、側壁観察撮像装置は1台又は複数台とすることができる。本発明においては撮像装置を上下移動可能としているので、1台の撮像装置で高さ方向の一定範囲をカバーし、順次撮像装置の高さを移動することで側壁の全高さ範囲を撮像することができる。側壁17は左右2面あるが、撮像装置移動の往路で片方の側壁17aを観察し、復路で残りの側壁17bを観察する方法を採用することで同一の撮像装置で左右両方の側壁を観察することが可能である。炉底及び炉頂の耐火物観察は、炉幅が狭いので各1台の撮像装置で観察することが可能である。
【0020】
撮像装置の移動に際しては撮像装置の横ぶれを完全に防止することが困難である。撮像装置を炉長方向に移動する移動手段としての水平移動機構13においては、炉底に接地する車輪14でガイドするか、あるいは約16mの炉長に等しい長さのビームの先端に撮像装置を取り付けて接地ガイドなしで支持される。炉底に接地する車輪を用いる場合は、炉底がスムースな平坦面ではないので撮像装置の横ぶれは避け得ず、ガイドを設けない場合はビームが長いことに起因してやはり撮像装置の横ぶれを避けることは困難である。図5に示すように、従来の側壁を斜めにカメラで撮像する方法においては、横ぶれΔxの存在によって画像のゆれはΔyの大きさだけ発生していたが、本発明において、鏡面から側壁に向かう光軸を垂直に向ける実施の形態においては、撮像装置及び鏡面が横ぶれしてもそれに起因する観察位置の変動が少ない。そのため、撮像装置の移動に伴う横ぶれに起因する画像の乱れの少ない、良好な解像度の画像が得られるという長所を有する。
【0021】
鏡面から側壁に向かう光軸を傾斜させる実施の形態においては、撮像装置及び鏡面の横ぶれに起因する観察位置の変動とそれに基づく画像の乱れは、光軸を垂直とする実施の形態に比較すると若干の画像の乱れが発生する。一方、観察面に対して角度を持って観察するため、垂直方向から観察する実施の形態と比較し、観察面の凹凸の状況をより明確に把握できるという特徴を有する。炭化室の内壁の損傷の状況を把握する上では、亀裂の深さの確認が重要であるが、得られた画像の陰影に基づいてある程度の凹凸の深さが認識できるので、補修の要否、補修の程度の把握をするうえで有用である。
【0022】
以上のように、鏡面から側壁に向かう光軸の角度によってそれぞれ特有の長所を有しているため、観察目的に応じて任意の形態が選択できることが好ましい。本発明においては、図2に示すように、撮像装置1を支持し、撮像装置の光軸を複数組の鏡面(7b〜7e)の各個の鏡面に向けることを可能にする撮像装置旋回装置2を有することにより、該旋回装置の作用で撮像装置の向きを定めることで側壁に向かう光軸の角度を選択することが可能となる。
【0023】
炭化室の側壁は左右両面あるが、上記撮像装置旋回装置2の作用により撮像装置の向きを制御し、同一の撮像装置によって炉長方向の移動の往路は左側壁を観察し、復路は右側面を観察するという制御も可能となる。
【0024】
通常、観察はコークス炉の操業の合間に行うので、観察する炉壁は赤熱している。従って、撮像装置での観察に際しては自発光の光を観察することとなり、別途照明は必要としない。損傷箇所は一般に耐火物の厚さが薄くなっていて隣接する燃焼室との距離が短くなり、周辺の健全部に比較して高温となって輝度が高くなるので、得られた画像から損傷部を認識することができる。また、カーボン付着部は自ら燃焼しているためやはり輝度が高い。これらの輝度情報及び鏡面から側壁に向かう光軸を傾斜させる実施の形態における凹凸の情報を基に得られた画像から補修すべき損傷箇所及び補修の方法を決定し、補修を行う。
【0025】
撮像装置前方に配置する鏡面7は、環境の高温雰囲気に曝されるため、熱変形、熱損傷から鏡面を守る対策が必要である。平面状の鏡面を独立して設け、これを支持機構にて支持する方法では鏡面を有効にかつ均一に冷却するためには複雑な冷却機構を必要とする。それに対し、図2に示す本発明のように、内部を水冷構造とした管の表面を直接鏡面とすることにより、上記問題を解決することができる。円管であるため、表面に複数の鏡面を形成することが容易である。管の材質としては、ステンレス鋼管が最適である。管の表面の必要箇所を平面状に研磨して鏡面とするが、ステンレス鋼管であれば赤熱するコークス炉内での使用を行っても鏡面のくもり発生は問題とならないレベルである。また、全体の形状が管状であるため周囲から受ける熱影響が管の円周方向で均一であり、また、管状であるため高剛性であり、かつ安価に製作できる。炉内挿入中の鏡面のゆがみ発生は問題とならないレベルである。内部の水冷構造は、管の内部全体に冷却水を流す方法、あるいは図2(a)に示すように2重管構造として内管3bと外管3aの間3cに冷却水を流すジャケット方式のいずれをも採用することができる。鏡面7は、各撮像装置の視野をカバーする長さの管軸に平行な細長い平面鏡とし、撮像装置の光軸との角度に応じて管の外周の複数の箇所(7b〜7e)に設けられる。
【0026】
撮像装置1及び撮像装置旋回機構2は、炭化室内の高温雰囲気から守るために外周を冷却した筐体内に収納する必要がある。従来、特開平7−126636号公報に開示されているように、各撮像装置及び旋回機構毎に水冷筐体に収納する方法が知られているが、これでは製作及びメンテナンスが非常に困難である。これに対し、図2、図3に示す本発明のように、水冷ジャケットで外周全周を水冷した筒状の筐体4を準備し、側壁観察用の撮像装置1a及び撮像装置旋回装置2、更に必要であれば炉頂・炉底観察用の撮像装置1b、1cまでを該1個の筒状の筐体4に収納することができる。これによって、撮像装置の旋回摺動部が熱に曝されないので特別の水冷機構の必要がなく、冷却水漏れの心配がない。また筐体の冷却構造がシンプルであり冷却水の流れをスムースにすることができる。更に構造が単純なため、軽量化できる。観察窓には通常熱線反射のためのコーティングを施した石英ガラス等をはめ込み、熱及び外気の浸入を防止することができる。
【0027】
本発明においては、図3に示すように、撮像装置収納筐体4の中に1対の距離計(26a、26b)を収納し、当該各距離計によって左右側壁(17a、17b)までの距離を測定することができる。距離計26としてはレーザー距離計を用いることができる。1対の距離計(26a、26b)の測定結果の和に基づいて、距離測定個所における両側壁間の炉幅を測定することができる。炭化室の側壁17が損傷すると、当該損傷個所において炉幅が増大する。また、カーボン付着があると当該個所の炉幅は狭まる。従って、本発明の撮像装置によって炭化室内壁の観察を行うと同時に炉幅測定を行うことにより、炭化室内壁の損傷状況に関してより詳細な情報を得ることができ、耐火物の補修あるいはカーボン除去をより適切に行うことが可能になる。炉幅を測定する方法を採用すれば、たとえ距離計を収納した筐体が炭化室内で横揺れを起こしたとしても、該横揺れに影響されずに測定を行うことが可能である。
【0028】
本発明の内壁観察装置によって内壁耐火物の損傷箇所を特定した後、該損傷箇所を補修する。補修のためには、カーボン付着が激しい箇所はカーボン除去を行い、耐火物れんがの損傷箇所は耐火物を溶射する等の方法で補修を行う。カーボン除去治具、あるいは耐火物溶射ノズルを炉内に挿入し損傷箇所に対応して配置するための装置が必要である。補修装置を炉内に挿入・配置するための移動装置を別途備えることも可能であるが、本発明の内壁観察装置の移動装置が補修装置の移動装置を兼ねることができれば、設備費を安価にすることができ、更に設備設置場所を広く確保する必要もなくなる。
【0029】
本発明においては、旋回アーム10等の上下移動装置の先端の撮像装置及び鏡面を着脱可能とし、炉内の観察が完了した後に上下移動装置先端から撮像装置及び鏡面を取り外し、かわりに溶射ノズル等の補修治具を上下移動装置先端に取り付けることにより、1組の移動装置によって炉内観察と炉内補修の両方の作業を行うことが可能になる。上下移動装置として旋回アーム10を用いる場合、旋回アーム先端の首振り装置12と撮像装置1、鏡面7を一体として旋回アーム10から取り外し可能とすることができる。
【0030】
【実施例】
図1〜図3に基づいて本発明の実施例を示す。炭化室の高さ6.5m、幅0.4m、長さ16mのコークス炉炭化室の内壁を、図1、3に示す炭化室の内壁観察装置を使用して観察した。観察用の撮像装置1は、側壁観察に1台(1a)、炉頂・炉底観察に各1台(1b、1c)を有し、いずれも受光素子を2048ユニット×1列有する1次元のCCDカメラである。撮像装置は視野角度60°の範囲の線状の範囲を観察することができる。側壁観察撮像装置1a、炉頂観察撮像装置1b及び炉底観察撮像装置1cはいずれも1個の垂直の水冷円筒4内に収められている。
【0031】
図2に示すように、側壁用撮像装置1aの前方900mmの位置に、外周に左右対称の2組の鏡面(7b〜7e)を有する円筒(以後「ミラー管3」という)を垂直に配置する。ミラー管3は、内部が2重管となって外管3aと内管3bとの間を冷却水が通過するジャケット水冷方式となっており、外管はステンレス鋼管である。ミラー管の外周には、炉長方向との角度45°と22.5°の位置に左右対称に平面部が存在し(7b〜7e)、ミラー研磨されて平面鏡を構成している(図2(c))。平面鏡の幅は20mmであり、側壁を観察する撮像装置がこれら平面鏡を視野に入れて反射光を観察することにより、各平面鏡毎に側壁との角度90°あるいは45°で側壁を観察することができる。図2(a)に示すように、側壁用撮像装置1aは旋回装置2によって炉長方向を中心に各15°の範囲で左右に旋回可能であり、その角度を選択することにより、左右それぞれの側壁を、鏡面反射をさせて側壁90°の方向(6b、6e)ないし45°の方向(6c、6d)から観察する方法を選択することができる。図2(a)(b)においては、撮像装置1の向きは光軸を6dとし、鏡面7dを通して側壁17bを45°の角度で観察する角度を選択している。
【0032】
炉長観察撮像装置1b及び炉底観察撮像装置1cは、いずれも光軸6を垂直方向とし、観察対象との距離を400mmとしている。
【0033】
撮像装置及び鏡面の上下方向移動は旋回アーム10によって行う。旋回アーム10の根元には旋回駆動部11を有し、旋回アーム先端には首振り装置12を介して撮像装置及び鏡面が配置されている。首振り装置12は旋回アーム10の旋回に伴って上下に首を振ることにより、撮像装置と鏡面の向きを常に一定とすることができる。本実施例の首振り装置12と旋回アーム10との接続部には左右の旋回機構15も有する。首振り装置12と左右の旋回機構15とは切り離し可能であり、炉内観察終了後は首振り装置12を切り離してかわりに炉内補修装置を取り付ける。左右旋回機構15は炉内補修において必要な機能であり、炉内観察においては左右旋回機構15は旋回位置を固定して使用する。
【0034】
観察装置を炉内で水平移動させるための水平移動機構13は、炉長全長にわたって移動を行うための必要長さを有する。水平移動機構の底部には炉底に接地する車輪14が設けられ、水平移動機構を支持する。水平移動機構の先端には旋回アーム10の旋回駆動部11が設置され、水平移動機構13は電動モーターによって駆動されて炉内を移動できる。
【0035】
水平移動機構13は12.5m/minの速度で炉内を移動し、1mm移動する毎に各撮像装置の撮像データを採取する。画像はディスプレイ上画像及び印刷画像として作成される。側壁の画像については、撮像装置1台で高さ方向について2048ビットの1次元の情報が得られる。この情報を、画像合成手段によって炉長方向の移動距離に対応して順次つなぎあわせる。そして炉長方向に16m移動することにより、炉長方向では16000個の画像情報がつなぎ合わされ、結果として側壁17の炉長方向全長を表示する2次元の画像が得られる。旋回アーム10の旋回によって撮像装置の高さを変更して4回の撮像を行うことにより、側壁の全範囲の撮像を行うことができる。炉頂部18は最上部の側壁撮像時に、炉底部19については最下部の側壁撮像時に同時に撮像することにより2次元の画像が得られる。
【0036】
こうして、左右の側壁及び炉頂・炉底部について画像を作成した。画像からは、壁面の目地切れ、レンガ亀裂、剥離、カーボン付着、壁面の凹凸、湾曲の状況を克明に読み取ることができ、さらにそれら損傷箇所を正確に把握することができた。
【0037】
次に首振り装置12・撮像装置・鏡面を旋回アーム10から取り外し、旋回アーム先端に耐火物溶射ノズル等の補修装置を取り付けた。前記損傷状況・損傷箇所の情報に基づいてこの補修装置によって耐火物の補修を行うことにより、タイムリーに適切な耐火物補修を行うことができ、炭化室耐火物の寿命延長、補修時間の短縮を実現することができた。
【0038】
【発明の効果】
コークス炉の炭化室の内壁を、炭化室が赤熱した状態において、内壁全体にわたって良好な解像度で最適な角度からの観察画像を得ることができ、その結果得られる耐火物の損傷状況・損傷箇所の正確な情報に基づいてタイムリーに適切な耐火物補修を行うことができ、炭化室耐火物の寿命延長、補修時間の短縮が実現できる。
【0039】
側壁の観察装置をコンパクトな形状にすることができ、炉内観察時の取り扱いが容易になる。また、上下移動装置までを耐火物補修装置と兼用することによって、炉内観察作業と炉内補修作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の側面図であり、(a)(b)(c)は撮像装置等を上下方向の異なった位置に配置した状況を示す。
【図2】本発明の撮像装置、鏡面、内壁の関係を示す拡大図であり、(a)は上から見た断面図、(b)は(a)のA−A面矢指図であり、(c)はミラー管を撮像装置方向から見た拡大図である。
【図3】本発明を正面から見た断面図である。
【図4】本発明の撮像装置、鏡面、内壁の関係を示す平面図である。
【図5】本発明の各実施の形態毎の撮像装置の横ぶれによる影響の関係を示す図である。
【図6】本発明において、撮像装置を移動しながら画像合成手段によって内壁観察画像を合成する様子を示す図である。
【図7】2次元撮像装置を用いた従来技術における内壁の撮像の状況を示す図であり、(a)は側壁において1枚の撮像データでカバーできる範囲を示し、(b)は(a)によって撮像された画像を示す。
【符号の説明】
1 撮像装置
1a 側壁観察撮像装置
1b 炉頂耐火物観察撮像装置
1c 炉底耐火物観察撮像装置
2 撮像装置旋回装置
3 ミラー管
3a ミラー管外筒
3b ミラー管内筒
3c ミラー管冷却水通路
4 撮像装置収納筐体
4a 撮像装置収納筐体外筒
4b 撮像装置収納筐体内筒
4c 撮像装置収納筐体冷却水通路
5 撮像装置窓
6 撮像装置の光軸
7 鏡面
8 撮像装置の視野範囲
9 撮像装置が撮像する内壁部位
10 旋回アーム
11 旋回駆動部
12 首振り装置
13 水平移動機構
14 車輪
15 左右旋回機構
16 側壁
17a 左側側壁
17b 右側側壁
18 炉頂耐火物
19 炉底耐火物
20 従来技術における2次元撮像装置
21 2次元撮像装置による内壁撮像範囲
22 2次元撮像装置により撮像された画像
23 画像合成手段
24 画像表示手段
25 合成された画像
26 距離計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an observation method and an observation apparatus for remotely observing an inner wall of a coke oven.
[0002]
[Prior art]
The coke oven is constructed by alternately connecting a large number of carbonization chambers and combustion chambers, charging coal into the carbonization chamber, and applying high heat of 900 ° C. to 1100 ° C. from the combustion chamber to the carbonization chamber through the furnace wall. Coke is produced by adding coal continuously over time and drying coal. When this dry distillation is complete, the coke is discharged and the coal is charged and heating is started again.
[0003]
Each carbonization chamber has a height of about 6.5 m, a width of about 0.4 m, and a length of about 16 m, and forms a furnace space that is very narrow and deep (long). The inner wall of the carbonization chamber is covered with refractory bricks, and each refractory brick is roughly 120 mm high, 260 mm wide, and 110 mm thick. The coke oven heats the combustion chamber adjacent to each carbonization chamber to a high temperature, and supplies the heat to the carbonization chamber by heating the refractory bricks on the walls of the carbonization chamber to a high temperature. Therefore, the refractory brick used for the carbonization chamber wall (partition wall with the combustion chamber) is exposed to high temperature for a long time, and every time coking of coal is completed, the coke is extruded and carried out by a coke extruder. Refractories are subject to coke pressure and are easily damaged by thermal, chemical or mechanical stress. That is, it tends to cause wall surface joint breaks, brick cracks, peeling, carbon adhesion, wall surface unevenness, curvature, kiln width fluctuation, and the like. In the damaged portion, excessive force is locally applied during coke extrusion, and the damage is likely to further expand, and the damaged portion has a heat propagation characteristic different from that of the normal portion, which is not preferable for producing homogeneous coke. Relatively small damaged parts are sprayed and filled with refractory, and bricks lacking are fitted with refractory bricks and sprayed with refractory to repair them, but it is difficult to find and locate the damage. For this reason, in a situation where the inside of the carbonization chamber is red-hot, it is important to observe the surface with the necessary resolution for the necessary part of the inner wall, usually the entire surface of the inner wall, to detect the damage and to grasp the position. is there.
[0004]
In the method of observing the inner wall of the coke oven from the coke oven kiln using a short time between operations, the inside of the kiln must be observed from outside the kiln because it is hot, and the carbonization chamber is as described above. However, since the depth of the furnace is narrow, the width is narrow, so the inner wall refractory at the back of the furnace is observed at a shallow angle from a distance, and the surface observation is very difficult.
[0005]
In
[0006]
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-105195
[Patent Document 2]
JP-A-11-106755
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is capable of observing the surface with a necessary resolution for a necessary portion of the inner wall, that is, the entire surface of the inner wall, in a situation where the carbonization chamber is red hot, and discovering the damage and grasping the position and state of the damage. It is an observation method and apparatus, and an object is to provide an observation method and an observation apparatus capable of downsizing an imaging portion of the observation apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and the gist thereof is as follows.
(1) In the method of inserting the
( 2 ) The
( 3 ) An
( 4 The
( 5 ) The
( 6 The
[0010]
As shown in FIG. 2, the
[0011]
It is possible to simultaneously cover the entire height range of the carbonization chamber by arranging a plurality of
[0012]
After the imaging of the entire length of the furnace is completed for the height range that can be covered by the
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The
[0014]
In the case of the carbonization chamber side wall observation imaging apparatus, the optical axis of the imaging apparatus is arranged substantially parallel to the furnace length direction, and the slit-shaped field of view is arranged parallel to the furnace height direction. As shown in FIG. 4A, a long
[0015]
As the vertical movement means for moving the
[0016]
Unlike the observation of the
[0017]
The imaging device moves in the furnace length direction together with the mirror surface. At this time, the heights of the
[0018]
In FIG. 6, the
[0019]
The number of imaging devices can be one or a plurality of side wall observation imaging devices. In the present invention, since the imaging device can be moved up and down, a single imaging device covers a certain range in the height direction, and sequentially captures the entire height range of the sidewall by moving the height of the imaging device. Can do. Although the
[0020]
When the image pickup apparatus moves, it is difficult to completely prevent the image pickup apparatus from shaking. In the
[0021]
In the embodiment in which the optical axis directed from the mirror surface toward the side wall is inclined, the fluctuation in the observation position caused by the lateral blurring of the imaging device and the mirror surface and the disturbance of the image based thereon are compared with the embodiment in which the optical axis is vertical. Some image distortion occurs. On the other hand, since the observation is performed at an angle with respect to the observation surface, it has a feature that the unevenness of the observation surface can be grasped more clearly than in the embodiment in which observation is performed from the vertical direction. It is important to check the depth of cracks in order to grasp the damage status of the inner wall of the carbonization chamber, but it is possible to recognize a certain depth of unevenness based on the shadow of the obtained image, so whether repair is necessary or not. It is useful for grasping the degree of repair.
[0022]
As described above, since each has a unique advantage depending on the angle of the optical axis from the mirror surface toward the side wall, it is preferable that an arbitrary form can be selected according to the observation purpose. In the present invention, as shown in FIG. 2, the imaging
[0023]
Although the side walls of the carbonization chamber have both left and right sides, the direction of the imaging device is controlled by the action of the imaging
[0024]
Usually, observation is performed between coke oven operations, so the observed oven wall is red hot. Therefore, when observing with the image pickup apparatus, the self-luminous light is observed, and no separate illumination is required. In general, the refractory is thin, the distance between the adjacent combustion chambers is shortened, and the damaged part is heated to a higher temperature than the surrounding healthy part. Can be recognized. Moreover, since the carbon adhesion part burns itself, the brightness is high. The damaged portion to be repaired and the repair method are determined from the image obtained based on the luminance information and the unevenness information in the embodiment in which the optical axis from the mirror surface toward the side wall is inclined, and repair is performed.
[0025]
Since the
[0026]
The
[0027]
In the present invention, as shown in FIG. 3, a pair of distance meters (26a, 26b) are housed in the
[0028]
After the damaged part of the inner wall refractory is specified by the inner wall observation apparatus of the present invention, the damaged part is repaired. For repair, remove the carbon at places where the carbon adheres heavily, and repair the damaged parts of the refractory brick by spraying the refractory. A device for inserting a carbon removal jig or a refractory spray nozzle into the furnace and arranging it corresponding to the damaged part is required. Although it is possible to separately provide a moving device for inserting and arranging the repair device in the furnace, if the moving device of the inner wall observation device of the present invention can also serve as the moving device of the repair device, the equipment cost can be reduced. This eliminates the need to secure a wide facility installation location.
[0029]
In the present invention, the imaging device and the mirror surface at the tip of the vertical movement device such as the
[0030]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The inner wall of the coke oven carbonization chamber having a height of 6.5 m, a width of 0.4 m, and a length of 16 m was observed using the inner wall observation device of the carbonization chamber shown in FIGS. The
[0031]
As shown in FIG. 2, a cylinder (hereinafter referred to as “
[0032]
In each of the furnace length
[0033]
The imaging device and the mirror surface are moved up and down by the turning
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
Thus, images were created for the left and right side walls and the top and bottom of the furnace. From the images, we were able to clearly read the conditions of wall joints, brick cracks, peeling, carbon adhesion, wall surface irregularities, and curvature, and we were able to accurately grasp the damaged parts.
[0037]
Next, the swinging
[0038]
【The invention's effect】
In the state where the carbonization chamber of the coke oven is red hot, it is possible to obtain an observation image from the optimum angle with a good resolution over the entire inner wall, and as a result, the damage status and damage location of the refractory obtained Based on accurate information, appropriate refractory repair can be performed in a timely manner, and the lifetime of the coking chamber refractory can be extended and the repair time can be shortened.
[0039]
The side wall observation device can be made compact and easy to handle during observation in the furnace. In addition, by using the up-and-down moving device also as the refractory repairing device, the observation in the furnace and the repairing work in the furnace can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are side views of the present invention, and FIGS. 1A, 1B, and 1C show situations in which imaging devices and the like are arranged at different positions in the vertical direction.
FIG. 2 is an enlarged view showing the relationship between the imaging device, mirror surface, and inner wall of the present invention, (a) is a cross-sectional view seen from above, (b) is an AA plane arrow diagram of (a), (C) is the enlarged view which looked at the mirror tube from the imaging device direction.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the present invention as seen from the front.
FIG. 4 is a plan view showing the relationship between the imaging device, mirror surface, and inner wall of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship of influences caused by a lateral shake of the imaging apparatus according to each embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing how the inner wall observation image is synthesized by the image synthesizing means while moving the imaging apparatus in the present invention.
7A and 7B are diagrams illustrating a situation of imaging of an inner wall in a conventional technique using a two-dimensional imaging device, in which FIG. 7A shows a range that can be covered with one piece of imaging data on a side wall, and FIG. The image imaged by is shown.
[Explanation of symbols]
1 Imaging device
1a Side wall observation imaging device
1b Furnace top refractory observation imaging device
1c Furnace bottom refractory observation imaging device
2 Imaging device turning device
3 Mirror tube
3a Mirror tube outer cylinder
3b Mirror tube inner cylinder
3c Mirror tube cooling water passage
4 Imaging device housing
4a Imaging device housing outer cylinder
4b Imaging device housing inner cylinder
4c Imaging device housing housing cooling water passage
5 Imaging device window
6 Optical axis of imaging device
7 mirror surface
8 Field of view of the imaging device
9 Inner wall imaged by the imaging device
10 Swivel arm
11 Swiveling drive
12 Swing device
13 Horizontal movement mechanism
14 wheels
15 Left and right turning mechanism
16 side walls
17a Left side wall
17b Right side wall
18 Furnace top refractories
19 Furnace bottom refractories
20 Two-dimensional imaging device in the prior art
21 Inner wall imaging range by two-dimensional imaging device
22 Images captured by a two-dimensional imaging device
23 Image composition means
24 Image display means
25 Composite image
26 Distance meter
Claims (6)
該撮像装置の視野を線状もしくはスリット状として、撮像装置前方に鏡面を配置し、該鏡面で反射した炭化室内壁の像を前記撮像装置の視野でとらえて前記炭化室内壁を撮像するように配置し、前記撮像装置と鏡面は一体として炭化室内部で上下に移動可能であり、
前記撮像装置と鏡面の上下方向の移動は旋回アームの旋回によって行い、かつ該旋回アームの旋回位置によらず前記撮像装置の撮像方向及び鏡面の設置方向は一定方向を保ち、
該撮像装置及び鏡面を上下方向の位置を定めて炉長方向に移動し、該撮像装置が短い距離を移動する毎に撮像データを採取し、
該撮像データを炉長方向の移動距離に対応して順次つなぎ合わせ、更に炭化室上下方向の位置を変更して同様の撮像を繰り返し、炭化室内壁の広い面積の画像を1枚の画像として作成することを特徴とするコークス炉炭化室の内壁観察方法。In the method of observing the state of the carbonization chamber wall based on the imaging of the inner wall by inserting an imaging device into the chamber of the coke oven carbonization chamber,
The field of view of the imaging device is linear or slit-like, a mirror surface is disposed in front of the imaging device, and the image of the inner wall of the carbonization chamber reflected by the mirror surface is captured from the field of view of the imaging device so as to capture the wall of the carbonization chamber. Arranged, the imaging device and the mirror surface can be moved up and down in the carbonization chamber as a unit,
The vertical movement of the imaging device and the mirror surface is performed by turning a turning arm, and the imaging direction of the imaging device and the installation direction of the mirror surface are kept constant regardless of the turning position of the turning arm,
Move the imaging device and the mirror surface in the furnace length direction by setting the vertical position, and collect imaging data every time the imaging device moves a short distance,
The image data is sequentially connected in accordance with the moving distance in the furnace length direction, and the same position is repeated by changing the vertical position of the coking chamber to create a large area image of the coking chamber wall as a single image. A method for observing the inner wall of a coke oven carbonization chamber.
前記撮像装置の視野前方に配置され、炭化室内壁の反射像を前記撮像装置の視野に供給する1又は2以上の鏡面と、
前記撮像装置及び鏡面を支持し、炭化室上下方向に移動する上下移動装置と、
前記上下移動装置を支持し、炉長方向に往復移動する移動手段と、
前記炉長方向移動手段による前記撮像装置の炉長方向への往復移動過程で、該撮像装置が短い距離を移動する毎に得られた線状もしくはスリット状視野の撮像データを、炉長方向の移動距離に対応して順次つなぎ合わせ、炭化室内壁の広い面積の画像を1枚の画像として合成する画像合成手段とを備え、
前記上下移動装置は旋回アームの旋回によって上下移動を行い、かつ該旋回アームの旋回位置によらず前記撮像装置の撮像方向及び鏡面の設置方向を一定方向に保つように回転する首振り装置を有することを特徴とするコークス炉炭化室の内壁観察装置。An imaging device having a linear or slit-like field for imaging the wall of the carbonization chamber, and one or more arranged in the furnace height direction;
One or more mirror surfaces that are disposed in front of the field of view of the imaging device and supply a reflected image of the inner wall of the carbonization chamber to the field of view of the imaging device;
A vertical movement device that supports the imaging device and the mirror surface and moves in the vertical direction of the carbonization chamber;
A moving means for supporting the vertical movement device and reciprocating in the furnace length direction;
In the process of reciprocating the imaging device in the furnace length direction by the furnace length direction moving means, the imaging data of the linear or slit-like field obtained each time the imaging device moves a short distance is obtained in the furnace length direction. Image combining means for sequentially connecting in accordance with the moving distance, and combining an image of a large area of the carbonization chamber wall as a single image ;
The up-and-down moving device has a swinging device that moves up and down by turning a turning arm and rotates so as to keep the imaging direction of the imaging device and the installation direction of the mirror surface constant regardless of the turning position of the turning arm. An apparatus for observing the inner wall of a coke oven carbonization chamber.
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