JP4133106B2 - Furnace wall shape measuring device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉炭化室をはじめとする高温の炉壁の表面形状を測定する炉壁形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の炭化室をはじめとする高温の炉室においては、炉室を構成する炉壁が耐火物で構成され、該耐火物の劣化状況を的確に把握することが必要である。特に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するコークスの押し詰まりが生じたり、耐火煉瓦が脱落したりする。このような耐火煉瓦の脱落などの事故が生じるとその補修は困難であり、操業に著しい影響が及ぼされる。従って、炭化室内の特に炉壁を構成する耐火煉瓦の状況を常時把握しておくことは、コークス炉操業管理上極めて重要である。
【０００３】
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ある。凹凸形状を測定することにより、煉瓦の損耗状況を定量的に把握することができる。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。また、カーボン付着部は周囲の煉瓦露出部に比較して輝度が高いので、炉壁の映像から存在位置を確認することができる。
【０００４】
炉壁の凹凸形状を測定する方法において、コークス炉炭化室については従来から炉幅計が用いられている。コークス炉炭化室の炉壁のように狭い炉室において左右の炉壁が平行に相い対している場合には、炉壁耐火物が損耗したり、あるいはコークス押出し時に受ける側圧で炉壁が変形すれば、両炉壁間の距離が増大する。従って、両炉壁間の距離を測定することにより、炉壁を構成する耐火物の健全度合いを推定することができる。
【０００５】
炉内に距離計を設置し、この距離計と炉壁との間の距離を測定しようとすると、該距離計を炉内の定まった位置に正確に配置することが必要である。一方、上記のように炉壁間の距離を測定する方法においては、たとえ炉壁測定装置の横ぶれがあったとしても、炉壁間の距離の測定値には大きな誤差は与えない。従って、炉壁間の距離を測定する方法においては測定装置の位置あわせを厳密に行う必要がなく、例えばコークス炉押し出し機の押し出しラムに炉幅測定装置を取り付けることによって炉幅を測定することができる。
【０００６】
このような炉幅測定装置として、例えば特開昭６２−２９３１１２号公報においては、コークス押出機のラム等にそれぞれの炉壁に指向する１対又は複数対の非接触式距離計を設け、その取り付け位置から左右の壁を同時測定し、その合計距離から炭化室の幅を連続測長するものが記載されている。押し出し機を水平移動することによって炭化室炉壁幅を連続的に測定することができる。
【０００７】
上記炉幅を測定する方法においては、左右の炉壁それぞれの凹凸を独立して評価することができない。特開平８−７３８６０号公報に記載されたコークス炉隔壁の損傷部測定方法においては、コークス炉上方の装炭口や覗き孔から内部に挿入されるプローブを準備し、該プローブ中に配置した投光部から隔壁に投光軸角度θで線状光を投光し、隔壁を撮像部で撮像し、映像における線状光の変位量から隔壁の変位及び損傷部の幅、損傷部の凹凸量を測定する。プローブは冷却水を循環することによって冷却する。隔壁の映像は、プローブ内に配置されたプリズムで直角に曲げられ、撮像部で撮像する。プローブの側面には、投光部からの投光と撮像部での撮像を行うため、耐熱性ガラスを取り付けた窓が開口されている。この方法は、各炉壁の損耗量を独立で評価することができるが、コークス炉上方の装炭口などからプローブを挿入するので、１回の測定で１箇所の装炭口などの下方部分しか測定することができず、炭化室の長手方向の広い範囲の炉壁状況を短時間で評価することが困難である。
【０００８】
炉壁の映像を撮像する方法に関しても、従来から種々の方法が提案されている。特開平３−１０５１９５号公報では、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。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。特開２００１−３０５８公報に記載のものも、炉壁に対して斜めの方向からカメラで撮像している。特開２００１−１１４６５公報においては、断熱容器内に収容したビデオカメラを炉壁に垂直に向けて撮像を行っている。
【０００９】
上記特開２００１−３０５８公報及び特開２００１−１１４６５公報に記載のものは、撮像カメラやデータ収録装置を断熱容器の内部に収納している。炉外からの冷却水供給は行わず、従って冷却水配管を必要としない。測定及び得られた画像データや測定データの収録を断熱容器内の検査ユニットの内部にて完結せしめ、高温下にある炭化室内における信号線及び給電線等の配設を不要とし、これらの配線の水冷構造を必要としない簡素な構成にして壁面検査を実現する。
【００１０】
特開昭６１−１１４０８５号公報においては、水冷ボックス内にプリズムとテレビカメラを内蔵し、水冷ボックスの観察窓を通してプリズムに反射して映る炉内状況をテレビカメラに撮影する方法が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
コークス炉炭化室炉壁をはじめとする高温の炉壁状況を評価する方法において、炉幅測定あるいは線状光による凹凸の測定では、炉壁における線状の部分について定量的な煉瓦損耗量の評価ができるものの、二次元的な炉壁全体状況を把握することができない。逆に炉壁の映像を撮像する方法では、二次元的な炉壁全体状況は把握できるものの、定量的な損耗量を把握することができない。
【００１２】
炉幅測定あるいは線状光による凹凸の測定において、炉幅が狭まっていることがわかった場合、狭まりの原因としては、煉瓦壁面自体の変形による場合と、カーボン付着による場合とがあるのに対し、いずれの原因で炉幅が狭まっているかを特定することができない。カーボン付着であればエアーを吹き付けて燃焼除去させればいいが、壁面自体の変形であれば場合によっては大規模な補修作業が必要になる。
【００１３】
特開２００１−１１４６５公報に記載のビデオカメラを炉壁に垂直に向けて撮像を行う方法においては、炭化室の左右炉壁間は間隔が極めて狭く、ビデオカメラのレンズと炉壁との距離を十分にとることができず、ビデオカメラ１視野で撮像できる炉壁表面の範囲が極めて狭くなる。
【００１４】
上記特開２００１−３０５８公報及び特開２００１−１１４６５公報に記載された、撮像カメラやデータ収録装置を断熱容器の内部に収納する方法においては、装置を軽量化して押出機等の移動装置に簡単に着脱できる利点を有する。一方、断熱容器内の装置は炉外の装置との間で信号の授受ができないので、得られた画像情報を撮像カメラの位置情報と直接結合することができず、画像情報から得られた損傷個所が炉内のどの位置に存在するのかを正確に把握することが難しい。また、収録したデータは断熱容器から取り出して再生する必要があるので、炉外に取り出した断熱容器が十分に冷却するまでデータを再生することができない。そのため、複数の炭化室を観察したい場合には作業効率が悪い。
【００１５】
また、断熱容器といえども単に断熱材によって熱を遮断するのみであるため、コークス炉のように高温状態の炉内に滞在できる時間はせいぜい３分程度である。コークス炉の押出機を炉内に挿入し炉内を１往復するだけでも通常は３分程度の時間を必要とする。従って、炉内に滞在できる時間が最大で３分では余裕時間が少なく、押出しに時間を要すと撮像装置等の電子機器が破損することも考えられる。
【００１６】
特開昭６１−１１４０８５号公報に記載された、ボックス内にプリズムとテレビカメラを内蔵する方法や、特開平８−７３８６０号公報に記載された、プローブ内に撮像部とプリズムを内蔵する方法においては、十分に広い炉壁面領域を撮像しようとすると、ボックスやプローブに開口する観察窓の大きさを大きくする必要がある。水冷ボックスを用いずに上記断熱容器を用いる場合には、この大きな観察窓から浸入する熱による断熱容器内部の温度上昇が激しく、高温の炉内に観察に必要な時間だけ滞在することができなくなる。
【００１７】
本発明は、コークス炉炭化室の高温の炉壁をはじめとする、相対する炉壁の表面形状を測定する炉壁形状測定装置において、炉壁の二次元的広い範囲の状況を映像によって評価することができるとともに、特定の箇所について損耗状況を定量的に評価することができる炉壁形状測定装置であって、さらに装置が小型軽量でかつ冷却水配管等を必要とせず、押出機等の移動装置に簡単に着脱でき、なおかつ壁面における必要な観察範囲を観察することができ、十分な耐久性を有する炉壁形状測定装置を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明はまた、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、撮像した炉壁画像情報と撮像位置情報とを結合することを可能にするとともに、撮像結果を迅速に利用して炉壁補修計画を立案することのできる炉壁形状測定装置を提供することを第２の目的とする。
【００１９】
本発明はさらに、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、高温の炉内滞在時間を十分に確保することのできる炉壁形状測定装置を提供することを第３の目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とすることろは以下の通りである。
（１）断熱容器３内に光ビーム照射装置９と撮像装置８を収納し、断熱容器３の外側に鏡面２を配置し、光ビーム照射装置９から炉壁５２に対して斜め方向から光ビーム１４を照射し、鏡面２に反射して映る炉壁表面の映像を撮像装置８によって撮像して、相対する炉壁５２の表面形状を測定する炉壁形状測定装置であって、断熱容器３は、撮像装置８及び前記光ビーム照射装置９を設置した空間を囲んで、吸熱能力を有する液体７を充填し、且つ上部に注入口、下部に排出口を有するジャケット５と、その外側を覆う断熱材４と、前記光ビーム照射用又は観察用の窓とを有し、炉内での炉壁観察中には液体を供給排出するための配管が接続されておらず、炉壁５２に照射する光ビーム１４は、炉壁５２に対して線状に照射し、撮像装置８は２次元の画像信号を出力する２次元カメラであり、鏡面２は断熱容器３の外側にあって、内部に沸騰冷却する冷却水を収納する容器１１の表面に設けられた２枚の平らな鏡面であり、鏡面２それぞれに相対する炉壁表面の映像であって光ビーム反射光を含む映像を撮像装置８によって撮像し、光ビーム反射光の位置に基づいて炉壁形状を測定することを特徴とする炉壁形状測定装置。
（２）光ビーム照射装置９から直接炉壁に光ビーム１４を照射し、炉壁に照射された線状光の方向は壁面と鏡面の交線２２に略平行であることを特徴とする上記（１）に記載の炉壁形状測定装置。
（３）光ビーム照射装置９と撮像装置８とを壁面と鏡面２の交線に平行な方向に離して配置し、光ビーム照射装置９から鏡面２に反射させて光ビーム１４を照射し、炉壁に照射された線状光の方向は壁面と鏡面の交線２２に略直交することを特徴とする上記（１）に記載の炉壁形状測定装置。
（４）光ビーム照射装置９は波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置であり、撮像装置８はカラー撮像装置であることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。
（５）撮像装置８で撮像した画像を画像処理して光ビーム反射光の位置から炉壁形状を測定するに際し、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理することを特徴とする上記（４）に記載の炉壁形状測定装置。
（６） 光ビーム１４を照射する炉壁表面１７の自発光強度を測定する手段を有し、該測定した自発光強度に応じて光ビーム照射装置９から照射する光ビーム１４の強度を調整することを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。（ ７） 断熱容器３内にはワイヤレス伝送送信機２９を収納し、炉外にはワイヤレス伝送受信機３１とデータ記録装置３２とを配置し、撮像装置８で撮像した情報をワイヤレス伝送送信機２９からワイヤレス伝送受信機３１に送信し、データ記録装置３２に記録することを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。
（８） 断熱容器３内にデータ記録装置３２を収納し、撮像装置８で撮像した情報をデータ記録装置３２に記録することを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。
（９） データ記録装置３２には、撮像装置８の炉内位置情報が併せて記録されることを特徴とする上記（８）又は（９）に記載の炉壁形状測定装置。
（１０）炉壁５２はコークス炉炭化室５１の炉壁であり、断熱容器３及び鏡面２をコークス炉の押出機５３に設置することを特徴とする上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明の炉壁形状測定装置１は、その内部に光ビーム照射装置９と撮像装置８を収納している。炉壁形状測定装置１を炉壁５２に近接して配置する。コークス炉の炭化室内に炉壁形状測定装置１を挿入する場合は、相対する炉壁（５２ａ、５２ｂ）間の距離が狭いので、炭化室の幅中央に挿入することによって両方の炉壁に近接して配置したこととなる。光ビーム照射装置９から炉壁５２に対して斜め方向から光ビーム１４を照射する。図１では、角度θで光ビームを照射している。炉壁表面の光ビームが照射された部分は、光ビームが反射して発光し、ビームスポット１５となる。
【００２２】
撮像装置８は、この光ビーム反射光を含む炉壁表面を、極力炉壁に垂直な方向から撮像する目的で配置される。撮像装置８としては、ＣＣＤカメラとそれを制御するカメラコントローラなどを用いることができる。撮像装置８の視野方向を図１、図２に示すように炉壁５２に平行に配置すると良い。そして、撮像装置８の視野方向に鏡面２を配置し、鏡面の角度は、撮像装置８の位置から観察したときに炉壁表面の映像が鏡面２に映るごとく調整する。通常は、図１に示すように、鏡面２と炉壁５２との角度を４５°とすれば、炉壁表面を垂直な方向から見た映像を得ることができるので好ましい。もちろん、炉壁を斜めの方向から見た方が炉壁表面の凹凸を明瞭に観察できるような特別の場合には、鏡面と炉壁との角度を４５°以外の開度とすることによって対応することができる。
【００２３】
炉内の形状測定中において、通常は撮像装置８と鏡面２との距離を一定とする。撮像装置８と鏡面２との距離を長くするほど、炉壁に平行な方向の有効鏡面長さを長くすることができ、鏡面を観察する撮像装置視野１３の範囲（長辺側長さ）を広くすることができる。一方、炉壁に垂直な方向、即ち幅方向の有効鏡面幅については、炉壁の間隔が狭いので広くすることができず、撮像装置視野１３の範囲（短辺側長さ）を広げることはできない。コークス炉炭化室の観察においては、炉壁表面での撮像装置視野１３の長辺側長さを５００〜６００ｍｍ程度とすると、一般的なＣＣＤカメラで損傷検出に十分な空間分解能約１ｍｍの観察ができる。炉壁表面での撮像装置視野１３の短辺側長さは、炉壁を垂直方向から観察する場合、１５０〜２００ｍｍ程度となる。
【００２４】
図３に示すように、光ビーム１４は炉壁に対して斜め方向から照射する。図３においては角度θで照射している。そのため、炉壁形状測定装置１と炉壁５２との間の距離がΔｘだけ変化すると、光ビーム１４と炉壁表面１７とが交差するポイント（光ビームスポット１５）の位置が１５ａから１５ｂに変化し、光ビーム反射光の位置がΔｙだけ変化する。撮像装置８は光ビーム反射光を含む炉壁表面１７を撮像しているので、炉壁形状測定装置１と炉壁５２との間の距離の変化、即ち炉壁５２の変形は、撮像画像内における光ビーム反射光の位置の変化としてとらえることができる。従って、撮像装置８によって得られた画像は、炉壁の二次元的広い範囲の状況を映像によって評価することができるとともに、特定の箇所即ち光ビーム照射位置について損耗状況を定量的に評価することができる。
【００２５】
光ビーム照射装置９から照射する光ビーム１４は、スポット的光ビームとすることができる。これにより、炉壁の１点について炉壁形状測定装置との間の距離を評価することができる。
【００２６】
一方、光ビーム照射装置９から照射する光ビーム１４は、図４に示すように、炉壁に照射したときに反射光が線状光１６になるように照射しても良い。光ビーム光源としてレーザー光のようなスポット光源を用いる場合には、スポット光を１軸方向のみに広げることができる円筒面レンズを光源の前に配置することで、このような線状光１６を発生する光ビームとすることができる。例えば図４（ｃ）に示すように、炉壁４２の表面１７に溝状の損耗箇所１８が存在する場合、この表面１７に光ビーム１４を照射して線状光１６を発生させたとき、損耗箇所１８に対応し、図４（ｂ）に示すように線状光１６にドリフト１９が見られる。損耗箇所１８の深さがΔｘであれば、ドリフト１９の大きさΔｙは、Δｙ＝Δｘ／ｔａｎθの関係となる。これにより、線状の反射光が発生する線状の部分において、表面の凹凸を定量的に把握することが可能になる。
【００２７】
奥行きが長いコークス炉炭化室５１に一方の端から炉壁形状測定装置１を挿入する場合においては、炉壁形状測定装置１と炉壁表面（炉壁基準面）との間隔を常に一定に保持することは困難である。ここで、炉壁基準面とは、炉壁表面が損耗していないときの基準面を意味し、炉壁損耗量がゼロにおける炉壁表面と考えればよい。従って、光ビーム１４をスポットビームとした場合には、反射する光ビームスポット１５における炉壁表面１７と炉壁形状測定装置１との間の距離は特定できるが、炉壁損耗量の絶対値を特定することには困難が伴う。一方、炉壁表面１７においてどこが健全部でどこが損耗発生部であるかは、撮像装置８によって撮像した画像を観察することによって概略は知ることが可能である。本発明は、炉壁の二次元的広い範囲の状況を映像によって評価することと特定の箇所について損耗状況を定量的に評価することを同時に行えるので、光ビーム照射によって線状の反射光を発生させた場合においては、線状の部分の中に炉壁の健全部と損耗発生部をともに含ませることが可能である。このような測定を行えば、線状光１６の範囲内において炉壁表面１７の相対的な凹凸量を特定することができる。従って、たとえ炉壁形状測定装置と炉壁基準面との間の距離が特定できなくても、健全部と損耗発生部との間の相対的な深さの差を特定し、損耗発生部における損耗量を特定することが可能になるのである。
【００２８】
炉壁に当たって線状光１６を発生する光ビーム１４が含まれる面を、ここでは光ビーム面という。線状光１６の位置は、当然光ビーム面と炉壁表面とが交差する線と一致する。また、図４に示すように、線状光１６を発生する光ビーム１４のうちでビームの幅方向中央のスポットビームを中心ビーム２１としたとき、中心ビーム２１を含む面であって炉壁表面１７に垂直な面を、ここでは中心ビーム垂直面という。光ビーム面と中心ビーム垂直面とが平行、即ち一致する場合には、炉壁表面に凹凸があったとしても反射光は直線のままであり、反射光を観察しても炉壁の損耗量を評価することができない。炉壁表面の凹凸を線状光１６の位置の変化、即ちドリフト１９として検出するためには、光ビーム面と中心ビーム垂直面とが相互に直角となる場合に最も効率的に検出を行うことができる。図４に示す例では光ビーム面と中心ビーム垂直面とが相互に直角ととなっている。
【００２９】
炉壁が構成する平面と鏡面が構成する平面との交差する線を、ここでは交線２２と呼ぶ。図２（ｂ）に示す例では、交線２２は垂直方向の線となる。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、光ビーム照射装置９を撮像装置８の近傍に配置し、光ビーム１４を鏡面２に反射させずに直接炉壁表面１７に照射する場合について考える。この場合、線状光１６の方向が交線２２と直交してしまうと、上記光ビーム面と中心ビーム垂直面とが平行となる場合に相当し、炉壁の損耗量を評価することができない。効率的に凹凸を検出できる形態、即ち光ビーム面と中心ビーム垂直面とが相互に直角となる形態とするためには、同じく図２（ａ）にあるように、炉壁に照射された線状光１６の方向が上記壁面と鏡面の交線２２に略平行とすると良い。
【００３１】
次に、図５に示すように、光ビーム照射装置９から鏡面２に反射させて光ビーム１４を炉壁表面１７に照射させる場合を考える。鏡面２に反射させつつ炉壁表面１７に対して斜め方向から光ビームを照射するためには、図５に示すとおり光ビーム照射装置９と撮像装置８とを離して配置する必要がある。離す方向は、前記壁面と鏡面の交線２２に平行な方向である。このとき、鏡面２に映る光ビーム照射装置９を炉壁表面１７の位置から見ると、光ビーム照射装置は図５の９ａの位置に見える。このような配置で線状光１６の方向が交線２２と平行としてしまうと、上記光ビーム面と中心ビーム垂直面とが平行となる場合に相当し、炉壁の損耗量を評価することができない。効率的に凹凸を検出できる形態、即ち光ビーム面と中心ビーム垂直面とが相互に直角となる形態とするためには、図５に示すとおり、炉壁に照射された線状光１６の方向が壁面と鏡面の交線２２に略直交させると良い。
【００３２】
光ビーム照射装置９として、レーザー光照射装置（レーザー光源）を用いると好ましい。レーザー光源であれば、細いスポット光でかつ強力な光ビームを発生することができるからである。炉壁に照射して線状の反射光となるような光ビームとするためには、円筒面レンズなどを使い、スポット光を１軸方向のみに広げればよい。広がり角すなわち炉壁面での線状反射光の長さは、円筒面レンズの焦点距離で定まる。
【００３３】
高温の炭化室内において、炉壁表面１７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６２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、炉壁表面の自発光に負けて光ビーム反射光の検出が難しくなる。断熱容器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または６７０ｎｍであった。これでは炉壁表面１７の自発光と共通する波長領域であり、カーボン付着部６２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。
【００３４】
本発明においては、光ビーム照射装置９を波長５５０ｎｍ以下の光を照射するレーザー光照射装置とし、撮像装置８をカラー撮像装置とすると好ましい。波長５５０ｎｍ以下とすれば、炉壁表面１７の自発光の強い波長領域と異なるので、撮像したカラー画像において線状光が強調して表示される。また撮像した画像から画像処理によって波長５５０ｎｍ以下の成分を強調して取り出すことにより、線状光１６をより明確化することができる。
【００３５】
高温の炉壁の自発光による映像を撮像する場合の本発明において、自発光の強度は炉壁の温度によって変動する。炉壁の温度が高ければ自発光による炉壁の輝度が高く、炉壁の温度が低ければ炉壁の輝度は低くなる。特にカーボン付着部分はカーボン燃焼のために高温となり、当該部分の輝度が高い。撮像装置８においては、炉壁表面の輝度に応じ、光学系の絞りを調節したり、あるいは露光時間を調節することによって最適な炉壁表面の映像を得ることができる。通常は、撮像装置８の自動露光機能によって自動的に最適な映像を得ることができる。一方、光ビーム照射装置９によって照射する光ビーム１４の強度が一定であると、炉壁の温度が著しく高い場合には炉壁表面の自発光が光ビーム反射光より高い輝度となり、撮像装置８の露光は炉壁表面１７の輝度によって定めるので、光ビーム反射光が相対的に暗くなり十分に捉えることができず、光ビーム反射光の位置を特定することができなくなる。逆に炉壁の温度が低い場合には、炉壁表面の自発光が低い輝度にあわせた撮像装置の露光調整を行うため、光ビーム反射光が強すぎてハレーションを起こし、光ビーム反射光の位置を正確に特定することができなくなる。
【００３６】
本発明においては、光ビームを照射する炉壁表面の自発光強度を測定する手段を有し、該測定した自発光強度に応じて光ビーム照射装置９から照射する光ビーム１４の強度を調整することにより、この問題を解決することができる。炉壁表面の自発光強度が高いときには光ビーム１４の強度を強くし、撮像装置８によって光ビーム反射光の位置を正確に捉えることが可能になる。また、炉壁表面の自発光強度が低いときには光ビーム１４の強度を弱くし、光ビーム反射光のハレーションを防止することができる。
【００３７】
光ビーム照射装置９への電力供給は、断熱容器内に収納された電源装置１０から供給される。電源装置１０の充電から次の充電までの使用期間を長くするためには、光ビーム照射装置９の電力消費量が少ないほど好ましい。上記本発明のように炉壁の自発光強度に応じて光ビームの強度を調整することとすれば、光ビーム照射装置９の電力消費量を低減することが可能となる。
【００３８】
炉壁表面の自発光強度を測定する手段としては、撮像装置８の自動露光装置の評価結果をそのまま使うことも可能である。あるいは、図１４に示す光量計２３のように、撮像装置８とは別に光量を測定する手段を設けても良い。また、炉壁表面１７の温度を測定し、温度からプランクの黒体放射式に基づき自発光強度を推定することとしても良い。本発明装置は炉内を移動するので、温度測定手段としては、放射温度計を用いると好ましい。さらに、自発光強度の測定に当たっては、可視光全波長の平均光強度を測定しても良いが、照射する光ビームの波長を中心とする波長領域の光強度のみを取り出して測定しても良い。
【００３９】
自発光強度を測定する対象としての光ビームを照射する炉壁表面として、撮像装置８で撮像する撮像装置視野１３の平均光強度を測定することも可能であり、撮像装置視野１３のうちの光ビームを照射する領域に限定して光強度を測定することとしても良い。
【００４０】
本発明においては、炉壁における線状の部分について定量的な炉壁表面の凹凸量の評価ができるとともに、該線状部分を含む二次元的な炉壁全体状況を映像として把握することができる。その結果、例えば炉壁表面に膨らみが生じているデータが得られた場合において、その膨らみが煉瓦壁面自体の変形によるのかカーボン付着によるのかを映像に基づいて明確に区別することができる。従って、形状測定結果に基づいて的確な補修計画を立案することが可能になる。具体的には、カーボン付着であればエアーを吹き付けて燃焼除去することとし、壁面自体の変形であれば場合によっては大規模な補修作業計画を立案することとなる。
【００４１】
鏡面２の配置方向としては、図２に示すように、炉壁と鏡面の交線２２を炉の高さ方向、即ち炉の奥行方向と直角の方向とすると良い。炉の奥行方向は炉壁５２を観察しつつ炉壁形状測定装置１を移動する方向であり、移動しながら観察を行うことによって炉の奥行方向の炉壁形状測定結果を蓄積することができる。従って、炉壁と鏡面の交線を炉の奥行方向（移動方向）と直角の方向とすることにより、炉壁表面の撮像情報を最大限に採取することができる。
【００４２】
本発明において、図１、図７〜図８に示すように光ビーム照射装置９や撮像装置８をはじめとする電子機器は断熱容器３内に収納し、鏡面２は断熱容器３の外側に配置する。断熱容器３に対しては、炉外からの冷却水の供給や電源配線・信号配線の接続を有しない。従って、炉内に設置する炉壁形状測定装置１を軽量かつ小型化することができ、炉内に挿入し移動する構造物、例えばコークス炉炭化室５１のコークス押出機５３に容易に着脱することが可能である（図６）。図７に示すように、断熱容器３はその表面を断熱材４によって被覆し、短時間であれば高温の炉内に滞在して内部の電子機器を正常に作動させることができる。コークス炉炭化室５１であれば、炉内に３分間滞在することが可能であり、炉壁形状測定装置１を装着したコークス押出機５３を炉内に挿入し、炉の奥行方向全長を観察して炉外に抽出するための最低限の時間を確保することができる。断熱容器３を被覆する断熱材４としては、例えばセラミックファイバーボードまたはケイ酸カルシウムボード等を用いることができる。
【００４３】
本発明においては、鏡面２を断熱容器３の外側に配置するので、観察装置の視野を確保するための断熱容器３の観察窓２６を最小限の大きさに留めることができる。プリズムをボックス内に収納して広い視野を確保しようとする従来技術においては、ボックスに設置する観察窓の大きさを大きくする必要があり、本発明のように断熱容器３を用いる場合には観察窓から容器内に浸入する輻射熱によって容器内の温度が急速に上昇する問題があったが、本発明のように鏡面２を断熱容器３の外側に配置した結果として、観察窓２６を小さくできるので、ここから浸入する輻射熱を最小限に留め、断熱容器内の温度上昇を防止することができる。観察窓２６には石英ガラス等の耐熱ガラスを装着する。耐熱ガラスは金属蒸着等の手段によって外部からの輻射熱を反射する機能を有することが好ましい。
【００４４】
本発明の鏡面２としては、図７（ａ）に示すように１枚の鏡面として一方の炉壁５２ａを観察することとしても良い。この場合、光ビーム照射装置９も観察する一方の炉壁５２ａにのみ光ビーム１４を照射することとなる。一方、図７（ｂ）にあるように、断熱容器内には複数の光ビーム照射装置（９ａ、９ｂ）を備え、各光ビーム照射装置は相対する炉壁の各表面（１７ａ、１７ｂ）に光ビーム（１４ａ、１４ｂ）を照射し、鏡面は角度の異なった２枚の鏡面（２ａ、２ｂ）から構成され、各鏡面によって相対する炉壁（５２ａ、５２ｂ）の各表面であって光ビーム反射光を含む面が映し出されるようにすると好ましい。図２、図７（ｂ）に示す例においては、第１の鏡面２ａは第１の壁面４２ａ表面を映し出し、第２の鏡面２ｂは第２の壁面４２ｂ表面を映し出し、両者を単一の撮像装置８によって同時に撮像することができる。これにより、１台の撮像装置８と２台の光ビーム照射装置（９ａ、９ｂ）を収納した炉壁形状測定装置１を用い、炉の奥行方向に１回移動することにより、左右両側の炉壁表面形状測定結果を得ることができる。また、左右の炉壁を同時に見比べることが可能になる。さらに、左右の炉壁を１台の撮像装置８で観察できるので、断熱容器内に２台の撮像装置を収容する場合に比較し、断熱容器の観察窓２６の開口面積を小さくすることができ、輻射熱が断熱容器内に浸入して温度が上昇する割合が小さくなる。
【００４５】
炉壁形状測定装置をコークス炉の押出機などに装着し、コークス炉炭化室の一方の端から挿入して炭化室内の測定を行うに際して、炉壁形状測定装置を両側の炉壁基準面の中心に正確に配置することは困難であり、中心からの外れが発生することとなる。従って、一方の炉壁にのみ光ビームを照射する場合には、現実の炉壁表面１７が炉壁基準面からどれだけ損耗したかの絶対値を得ることは困難である。２台の光ビーム照射装置と２枚の鏡面によって左右両側の炉壁表面形状を同時に測定する本発明においては、炉壁形状測定装置１と左右両側の炉壁表面１７の測定部位までの距離を同時に測定することができる。この測定値から、左右両側の炉壁表面１７の測定部位間の距離が算出できる。損耗が発生していない初期段階での炉壁間の距離はわかっているので、この測定値に基づき、左右両側の合計損耗量が算出できることになる。少なくとも左右両側の観察部位が局所的損耗の観察されない健全部位であれば、左右均等に損耗が進行していると考えられるので、測定された合計損耗量の半分が健全部位の炉壁損耗量として評価できる。線状光１６の観察によって線状光発生範囲内における健全部位と局所損耗部の間の相対的な損耗量の差が検出でき、上記のように健全部位の炉壁損耗量も評価できるので、これらの値を用いて、局所的損耗部の損耗量絶対値をも推定することが可能になる。
【００４６】
本発明の鏡面２は断熱容器３の外側に配置されるので、鏡面２は炉内の高温雰囲気に直接曝される。本発明においては、図７（ｂ）に示すように、内部に冷却水６を収容する容器１１の表面を鏡面２とする。本発明の炉壁形状測定装置１が高温の炉内に滞在する時間は短時間であり、このような時間内であれば、容器１１内の冷却水６が温度上昇し沸騰して容器１１を沸騰冷却し、容器１１の温度を冷却水の沸点（水を用いた場合には１００℃）以下に保持することができ、容器表面に形成した鏡面２の光学的性能を長期間にわたって維持することができると共に、鏡面２の平面度を同じく長期間にわたって維持することができる。本発明は、鏡面２の冷却のために炉外から冷却水を供給する必要がなく、また鏡面の予熱装置を用いる必要がないので、コークス押出機等の移動装置に簡単に装着することが可能である。
【００４７】
内部に冷却水６を収容する容器１１は、図２、図７（ｂ）に示すように断面矩形の長い形状とし、４面の外面のうちの２面を鏡面２とし、残り２面については必要に応じて断熱材１２で断熱すると良い。容器１１そのものは鋼製とし、鏡面２とすべき２面に鏡面仕上げしたステンレス鋼板を張り付けて構成することができる。また、容器１１そのものをステンレス鋼製としてその表面を鏡面仕上げしても良い。
【００４８】
断熱容器内の撮像装置８で撮像した映像は、データ記録装置３２に記録し、最終的に記録したデータを用いて炉壁の画像情報を作成することが必要である。データ記録装置３２は、断熱容器内に収納しても良い（図７）。一方、断熱容器内にはワイヤレス伝送送信機２９を収納し、炉外にワイヤレス伝送受信機３１とデータ記録装置３２とを配置するとより好ましい（図６、図８）。撮像装置８で撮像した情報をワイヤレス伝送送信機２９から炉外に配置されたワイヤレス伝送受信機３１に送信し、データ記録装置３２に記録する。データ記録装置３２においては、記録用コンピュータなどの記録装置４０に記録すると同時に画像表示装置３１にて撮像画像を表示するようにすれば、炉壁形状測定装置を炉内に挿入して観察すると同時に観察結果を確認することができる。１０００℃の炉内から戻ってきた断熱容器３は外側が高温になっているので、時間をおいてからでないと内部のデータを取り出すことができない。それに対し、上記形態では炉壁形状測定装置１を炉内から抽出して装置の冷却をまって画像データを取り出すという手間が必要ないので、迅速に炉壁の状況を確認することができる。また、炭化室炉内から抽出した炉壁形状測定装置１を、すぐに次の炭化室の観察に使用することが可能になる。
【００４９】
炉内の断熱容器３から炉外へのワイヤレス伝送については、電磁波を用いた無線送信、あるいは可視光や赤外線などの光を用いたワイヤレス伝送を用いることができる。ワイヤレス伝送を行う場合、断熱容器３の炉外側に向いた壁には伝送用の窓２８を設ける。窓２８には耐熱ガラスを装着し、伝送媒体として電磁波を用いる場合には、外部からの輻射熱侵入を防止するためのコーティングには金属膜コーティングは用いず、シリカコーティングのような非電導性材料のコーティングを行う。
【００５０】
図１０に示すように、ワイヤレス伝送にデジタル信号を電波で伝送するデジタル無線送受信機（３７、３８）を採用することができる。撮像装置８からはアナログの画像信号が出力されるので、この信号をＡ／Ｄ変換器３６でデジタル信号とし、このデジタル信号をデジタル無線送信機３７で送信し、炉外のデジタル無線受信機３８で受信する。受信したデジタル信号はＤ／Ａ変換器３９でアナログ信号に変換して画像表示装置４１などの記録計に出力したり、あるいはデジタル信号のままで記録装置４０などに記録することができる。
【００５１】
断熱容器内にワイヤレス伝送送信機２９を配置した場合、撮像情報を断熱容器から外部のワイヤレス伝送受信機３１に伝送し、そのデータを外部のデータ記録装置３２に記録する。その際、撮像情報とともに、撮像装置の炉内位置情報（炉内水平方向の撮像現在位置データ４５）を同時にデータ記録装置３２に記録することもできる。外部データ記録装置３２は炉外に配置されているので、撮像装置８を搭載した押出機５３の現在位置データから撮像装置８の撮像現在位置データ４５を算出して取り込むことができるからである。その結果、外部データ記録装置３２においてリアルタイムに水平方向の撮像位置と撮像データとを対応させることが可能になり、観察中において即座に炉内の損傷個所や要補修個所を特定することができる。
【００５２】
上記とは逆に、断熱容器内にデータ記録装置３２とワイヤレス伝送受信機を設置し、外部から断熱容器に対して断熱容器の炉内挿入時刻および炉内水平方向の撮像現在位置データ４５を常時ワイヤレス送信し、撮像データと炉内水平方向の撮像現在位置データ４５を同時に断熱容器内のデータ記録装置３２に記録することもできる。
【００５３】
ワイヤレス伝送送信機２９及びワイヤレス伝送受信機３１には、送信と受信の両方の機能を兼ね備えた送受信機を用いても良い。
【００５４】
断熱容器３は、図１、図９にあるように、吸熱能力を有する液体７を充填したジャケット５と、さらにその外側を覆う断熱材４とを有することとすると好ましい。一般に、液体は質量・体積あたりの熱容量の大きいものを選択することができる。工業的に最も容易に入手できかつ吸熱材料として最適な液体として、水を用いることが好ましい。断熱容器３を高温の炉内に挿入した際、断熱容器の外側を断熱材４が覆っているので、断熱材４を通過して内部に浸入する熱量を小さくすることができる。さらに、断熱材４の内側には吸熱能力を有する液体７を充填したジャケット５が存在するので、内部に浸入した熱はまずこの液体７、例えば水の温度を上昇するのに費やされる。水は熱容量が大きいため、断熱容器内部の温度上昇を遅らせることができる。更に、水の温度が１００℃に達すると沸騰により大量の気化熱を奪うため、断熱容器内部の温度が１００℃を超えることはない。水の温度が１００℃に到達して沸騰を開始した際の水蒸気を放出するため、断熱容器３の上部には開放口を設けるかあるいは安全弁を設けると良い。本発明の炉壁形状測定装置においては、炉内での炉壁形状測定中には液体を供給排出するための配管が接続されていない点が特徴である。
【００５５】
コークス炉炭化室５１の炉幅は通常４００ｍｍ程度であり、本発明の炉壁形状測定装置１はこのスペースに余裕をもって挿入可能な寸法とする必要がある。吸熱液体として水を用いる場合、水を収納するジャケットは炉幅方向で水の占める幅を左右それぞれ４０ｍｍ程度とする。断熱容器外周の断熱材４としては、例えばセラミックファイバーボードを用い、断熱材４の厚さを３０ｍｍ程度とすることができる。炉壁形状測定装置の外部寸法をＬ５００ｍｍ×Ｗ３００ｍｍ×Ｈ５００ｍｍとしたとき、炉壁形状測定装置を収納する内部空間はＬ３８０ｍｍ×Ｗ１６０ｍｍ×Ｈ３００ｍｍ程度となる。
【００５６】
このような形状を有する炉壁形状測定装置を炉内温度１０００℃のコークス炉炭化室５１に挿入したとき、炉壁形状測定装置を収納する内部空間の温度は、挿入後経過時間ごとに、３分後２５℃、５分後４０℃、７分後５５℃となる。断熱容器内に収容する各種電子機器の通常使用温度上限は５０℃であるから、高温の炉内に５分間は滞在することが可能である。
【００５７】
本発明の炉壁形状測定装置１によるコークス炉炭化室の炉壁形状測定においては、例えばコークス押出機５３に本発明の炉壁形状測定装置１を搭載して測定を行う場合、押出機５３はレールの上を移動しながら乾留が完了した炭化室のコークスを押し出す作業を５〜１０分間隔で連続して次々と繰り返していき、この作業の中で多数の炭化室の炉壁形状測定を行うこととなる。１回の炭化室挿入によって断熱容器内の液体は温度が上昇しているので、時間をおかずにこのまま次の炭化室に挿入しての測定を行うと、断熱容器内の液体７の温度は逐次上昇し、炉内滞在可能時間が短くなる。図９に示すように、本発明の断熱容器３の下部に内部の液体を排出するための排出口３３を設けておき、炉壁形状測定が完了する毎に温度が上昇した内部の液体を排出して温度が低い新しい液体を投入することにより、液体の温度上昇を防止できる。新しい液体投入時に注入口３４から冷えた液体を供給しつつ排出口３３からの排出を継続すれば、断熱容器自身の温度も低下させることができる。この結果、各回毎に十分な炉内滞在時間を確保することができる。
【００５８】
断熱容器内にワイヤレス伝送送信機２９を配置した場合、さらに図１０に示すように断熱容器内に断熱容器の温度やジャケット内の液体温度を測定する温度計４６を設置し、測定した温度をワイヤレス伝送送信機２９によって炉外に送信することもできる。これにより、炉外において現時点の炉壁形状測定装置１の内部温度を把握することができ、温度が管理上限に近づいたときには測定を中止して炉壁形状測定装置１を炉外に引き出すことにより、異常高温による炉壁形状測定装置１の損傷を未然に防ぐこともできる。
【００５９】
本発明の炉壁形状測定装置は、予め炉内の観察位置を定め、当該位置の炉壁を静止画として撮像しても良い。これにより、損傷の発生が予測された炉壁位置の状況を画像としてとらえることができる。
【００６０】
一方、撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行い、撮像データをデータ記録装置３２に記録することとするとより好ましい。撮像装置８の炉奥行方向移動は、例えば図６に示すように、撮像装置８等を収納した断熱容器３をコークス炉炭化室５１のコークス押出機５３に装着し、ラム駆動装置５６の動作によってコークス押出機５３を一定速度で炉内に挿入しあるいは抽出する動作によって行う。連続的に撮像を行いつつ撮像装置８を移動し、撮像結果を動画として観察することも可能である。
【００６１】
より好ましくは、撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行い、データ記録装置３２に記録した撮像データを加工して結合することにより、炉の奥行方向の広い範囲を１枚の静止画像として取り出すことも可能である。例えばコークス押出機の移動速度が３００ｍｍ／秒であって、幅方向の撮像範囲を１００ｍｍとし、静止画像撮像間隔を１／３秒として撮像することができる。図１３には、隣り合った８枚の静止画像を画像接合位置２５において接合し、広い領域の画像２４とした炉壁画面を示す。この広い領域の画像の中に、１００ｍｍピッチの静止画像毎に、光ビーム照射装置９で照射した光ビーム反射光が映し出される。図１３に示すように、光ビーム反射光が線状光１６であり、線状光１６の方向が炉の奥行き方向に平行であれば、全体として長い１本の線状光として連続して映し出される。光ビーム反射光が線状光であり、線状光の方向が炉の高さ方向に平行であれば、１００ｍｍピッチで高さ方向に向いた線状光が映し出される。このデータ処理は、データ記録装置３２において行うことができる。
【００６２】
断熱容器内にワイヤレス伝送送信機２９を配置した場合であって、撮像情報を断熱容器から外部のワイヤレス伝送受信機３１に伝送し、そのデータを外部のデータ記録装置３２に記録するとともに、撮像装置の炉内位置情報（炉内水平方向の撮像現在位置データ４５）を同時にデータ記録装置３２に記録する本発明においては、撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行い、炉内位置情報に基づいて静止画像を選択することができる。幅方向１００ｍｍピッチで静止画像を採取し、この静止画像をつなぎ合わせて炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成する場合を例にとって説明する。撮像した静止画像を例えば１／３０秒ピッチで順次外部のデータ記録装置に伝送する。炉外のデータ記録装置３２では、炉内位置情報に基づき、撮像装置が１００ｍｍピッチの静止画像採取位置に到達する毎に、その時点で受信した静止画像を選択する。これにより、結果として幅方向１００ｍｍピッチで静止画像を採取し、この静止画像をつなぎ合わせることによって炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成することが可能である。この方法であれば、断熱容器を搭載したコークス押出機の走行速度がたとえ変動したとしても、等間隔で静止画像を入手することができる。
【００６３】
断熱容器内にはワイヤレス伝送受信機を配置し、炉内位置情報を炉外から断熱容器に伝送する場合においては、断熱容器内で上記と同様のデータ処理を行うこととすればよい。また、断熱容器内と炉外の両方に送受信を行うことのできるワイヤレス伝送送受信機を配置した場合であれば、炉内位置情報を炉外から断熱容器に伝送し、断熱容器内において一定間隔毎に静止画像を選択し、選択した静止画像のみを炉外にワイヤレス伝送送信することもできる。
【００６４】
撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行って静止画像を採取し、この静止画像をつなぎ合わせて炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成する本発明において、隣り合った静止画像同士の間に重複部分が生じるように撮像を行うこともできる。例えば、幅方向で概略１００ｍｍピッチで撮像を行い、各静止画像の幅方向サイズを１５０ｍｍとしておけば、５０ｍｍの重複部分が生じる。重複部分においては、炉壁の同じ部分を撮像しているので、炉壁の映像に基づいてパターンマッチング処理によって２つの画像を正確に位置合わせして一致させることができる。この手法を用いれば、各静止画像を撮像した炉内位置情報に若干のずれがあったとしても、そのずれを自動的に修正して正確な炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成することができる。さらには、炉内位置情報を用いることができない場合においても、隣り合う画像で重複部分がある時系列採取した画像群に対して、画像の重なり代をパターンマッチング処理で決定して次々と連結し、正確な炉壁画像を作成することが可能である。
【００６５】
例えばコークス炉炭化室を観察する場合においては、炉壁は高温のため赤熱自発光しており、撮像装置はこの自発光を撮像することによって炉壁を観察することができる。そして、撮像装置として通常のＣＣＤカメラを用いた場合、シャッタースピードを１／１０００秒程度として撮像することができる。この程度の速いシャッタースピードであれば、コークス押出機の移動速度３００ｍｍ／秒においてもカメラぶれのない鮮明な画像を得ることが可能である。
【００６６】
次に、撮像した光ビーム画像を画像解析して定量的な形状測定を行う具体的方法を述べる。緑色レーザーをビーム光源に使用したとする。カラーＣＣＤカメラの各カラー成分すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）成分を分解して記録装置４０に取り込む。形状測定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、光ビーム反射光の線分を抽出することができる。炉壁煉瓦に全く損傷がなく平坦であればこの線分は直線であるが、図４にあるように、炉壁にΔｘの凹みがあると、光ビーム反射光の線分にはΔｙの変形が生じる。そこで、画像上で変形量Δｙの画素数をカウントする。カメラが炉壁に対して鉛直方向から撮像している場合であれば、Δｘ＝ｔａｎθ×Δｙの関係からΔｘが求まる。なお、画像上の画素数と実際の距離との関係は予め求めておく。
【００６７】
炉の奥行方向については、撮像装置を移動装置と共に移動することによってその全長にわたる炉壁表面を１枚の静止画に収めることができる。炉の高さ方向については、鏡面と撮像装置との距離にもよるが、通常は５００〜６００ｍｍ程度の範囲が撮像範囲となる。従って、炉の高さ方向については１回あたりに撮像できる範囲は限定される。一方、例えばコークス炉炭化室においては、炉壁耐火物の損傷が特に激しいのは、例えば炉高方向の石炭装入ライン近傍といった限られた部位であることが多い。従って、本発明の炉壁形状測定装置の設置位置を、石炭装入ライン近傍を観察することのできる位置とすれば、たとえ炉高方向の観察範囲が限定されるにしても十分に有用なデータを得ることができる。もちろん、コークス押出機に高さ方向に複数の炉壁形状測定装置を設置することにより、１回当たりに炉高方向広い範囲で炉壁を観察することも可能である。
【００６８】
本発明の炉壁形状測定装置は形状がコンパクトかつ軽量であり、冷却配管等の設置が不要なので、押出機に取り付ける高さは任意に変更することが容易であり、所定の各高さ毎に取り付け位置を変えて測定を行うことにより、炉高全体の炉壁形状測定データを得ることも可能である。
【００６９】
本発明の炉壁形状測定装置は測定中は外部から動作電源を供給することができないので、断熱容器内には電源装置１０を有する。光ビーム照射装置９、撮像装置８やデータ記録装置３２、ワイヤレス伝送送信機２９はこの電源装置１０から供給される電力によって作動する。電源装置１０としては、乾電池、充電式蓄電池等を用いることができる。
【００７０】
電源装置１０として充電できない電池を用いると、電池交換のたびに断熱容器を開放する必要がある。また電源装置１０として充電可能な電源を用いる場合においても、充電ケーブル接続プラグが断熱容器内部に位置する場合には充電のたびに断熱容器を開放することが必要となる。電源装置として充電可能な電源を用い、さらに図９に示すように充電ケーブル接続プラグ３５を断熱容器３の外部に備えることにより、断熱容器を開放せずに充電することが可能になり、作業性を改善することができる。充電ケーブル接続プラグ３５は、炉内挿入時には断熱材蓋４４でその外部を覆い、充電時に断熱材蓋４４のみを取り外して充電ケーブルを接続するようにしても良い。
【００７１】
【実施例】
コークス炉炭化室の炉壁の表面を観察する目的で、図１に示す炉壁形状測定装置を用いた。炉壁形状測定装置１の外形寸法は、高さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ５００ｍｍであり、総重量は約５０ｋｇである。
【００７２】
炉壁形状測定装置の断熱容器３としては、外周に断熱材４としてセラミックファイバーボードを用い、断熱材４の厚さは３０ｍｍとした。断熱材４の内側には、ステンレス鋼製のジャケット５を配置した。ジャケット内には合計３０リットルの水７を充填した。断熱容器３の炉壁に面する部分において、水７の層の厚さは４０ｍｍである。
【００７３】
断熱容器３の内部には光ビーム照射装置として波長５３２ｎｍの２台の小型レーザー光照射装置を配置し、撮像装置８としてカラーＣＣＤカメラを配置した。撮像装置８で撮像した画像信号は、ワイヤレス伝送送信機２９によって炉外に送信される。断熱容器３及び断熱材４には観察窓２６及び伝送窓２８を配置し、観察窓２６には金属蒸着を行った石英ガラスをはめ込んでいる。また、電源装置１０として充電式蓄電池を配置し、撮像装置８、光ビーム照射装置９、ワイヤレス伝送送信機２９及びそれらを制御する制御装置に対する供給電源とした。光ビーム照射装置としては、波長４０５ｎｍの青色半導体レーザーを使っても良い。
【００７４】
図１４に示すように、断熱容器３内の撮像装置８の近傍には光量計２３を配置する。光量計２３は、フォトダイオードを受光素子とし、撮像装置８とほぼ同じ視野の炉壁表面における平均光量（自発光強度）を測定する。光量計からの信号は光ビーム照射装置の電圧制御装置４２に送られる。電圧制御装置４２は、光量計の信号に基づき、光ビーム照射装置であるレーザーに供給する電源の電圧を調整する。光量計２３の出力とレーザー印加電圧の関係については予め実験的に調べておき、炉壁の自発光強度に応じた最適な強度でレーザー照射を行うことが可能である。
【００７５】
断熱容器３の前方には図１に示すように鏡面２を配置する。炉壁表面１７と鏡面２の交線２２の方向は炉の高さ方向とし、２枚の鏡面２は炉壁５２との角度を４５°とし、左右の炉壁５２を同時に撮像装置８の視野にとらえることができる。撮像装置視野１３は、左右の炉壁毎に長辺側長さが６００ｍｍ、短辺側長さが２００ｍｍとなるように鏡面２を配置した。鏡面２はステンレス鋼板の表面を鏡面研磨したものを用い、内部に冷却水６を収容する鋼製の容器１１の２面に張り付けた。容器１１は、図２に示すように断面矩形の長い形状とし、４面の外面のうちの２面を鏡面２とし、残り２面については断熱材１２で断熱する構造とした。
【００７６】
光ビーム照射装置９の配置位置は、第１の実施例では図２に示すように撮像装置８と同じ高さに配置し、線状光１６を発生する光ビーム１４を照射した。中心光ビーム２１の照射方向は、水平方向であって炉壁表面１７との角度θ＝３０°として斜め方向から照射した。線状光１６は炉壁表面１７において高さ方向に向いており、炉壁表面１７での線状光１６の長さは２００ｍｍである。第２の実施例では図５に示すように光ビーム照射装置９を撮像装置８より上方に配置し、光ビーム１４を鏡面２に反射させて炉壁表面１７に照射した。中心光ビーム２１の照射方向は、水平方向であって炉壁表面１７との角度θ＝６０°として斜め方向から照射した。線状光１６は炉壁表面１７において炉の奥行方向に向いており、炉壁表面１７での線状光１６の長さは２００ｍｍである。
【００７７】
炉壁形状測定装置１と鏡面２を押出機５３に取り付けた。炉壁形状測定装置１の総重量が約５０ｋｇと比較的軽量であり、更に冷却水配管や信号ケーブルを配置する必要がないので、押出ラム５４の高さ方向の任意の位置に容易に取り付けることが可能である。本実施例においては、図６に示すように、押出ラム５４の後面の炉壁形状測定装置１の位置に支持装置５５を用いて取り付けるか、あるいはラムビーム５７の上の炉壁形状測定装置１’の位置に取り付け位置を設定し、各高さにおいて順次炉幅測定を実施することにより、広い範囲の炉幅測定データを採取することができた。
【００７８】
ワイヤレス伝送にはデジタル信号の電波を用いた無線通信を採用している。撮像装置８の出力及び測定ユニット内の温度を測定する温度計４６の出力をＡ／Ｄ変換器３６によってディジタル信号に変換し、デジタル信号無線送信機３７に送る。デジタル信号無線送信機３７がワイヤレス伝送送信機２９として機能し、ワイヤレス伝送信号３０を炉外のワイヤレス伝送受信機３１に送る。断熱容器３の電波が通過する部分には伝送窓２８を設け、シリカコーティングを施した石英ガラスを配置している。シリカコーティングによって炉からの輻射熱を遮断し、かつ金属コーティングではないので電波の伝搬を阻害することがない。
【００７９】
炉外にはワイヤレス伝送受信機３１としてデジタル信号無線受信機３８が配置され、データ記録装置３２として記録装置４０及び画像処理装置４１が配置される。デジタル信号無線受信機３８で受信したデジタル信号をＤ／Ａ変換器３９及び記録装置４０に伝送する。記録装置４０に送られたデータはコンピュータ内に記録され、Ｄ／Ａ変換器３９から出力するアナログ信号は画像処理装置４１に送られ、リアルタイムに測定された撮像信号を解析しやすい画像情報として加工する。データ記録装置３２には押し出しラム１４の現在位置データに基づいて求められた撮像現在位置データ４５も送られてきているので、このデータも記録装置４０と画像処理装置４１に送られる。画像処理装置４１においては、各時刻に撮像された撮像情報を撮像現在位置４５に基づいて並べ、炭化室の奥行方向全長を１枚の静止画像として生成することができ、炉壁損傷の発生個所を特定することができる。具体的には、押出機５３の移動に伴い、撮像現在位置データ４５が１５０ｍｍ増加する毎に、伝送された静止画像を画像処理装置４１に取り込む。静止画像の炉幅方向（短辺側）長さは２００ｍｍなので、隣り合った画像は５０ｍｍの重複部分を有する。この重複部分を用いてパターンマッチング処理を行い、画像の重なりについて微調整を行うことができる。このようにして炭化室の奥行方向全長を１枚の静止画像として生成する。
【００８０】
炉の奥行き方向１５０ｍｍピッチで採取された静止画の１枚１枚には、光ビーム照射装置の照射光によって生じた線状光１６が映っている。画像処理装置４１において、波長５３２ｎｍ付近の光が強調されたカラー成分の画像について、二値化処理によって線状光１６の情報のみを取り出し、この線状光１６の情報を再度元の画像に取り込むことができる。これにより、画像全体としては炉壁の影像を鮮明に写しだし、同時に光ビーム照射による線状光１６もその中に明確に写し出すことができる。各静止画毎に、写し出された線状光のドリフト状況を評価し、線状光の範囲内における局所損耗部の損耗深さを算出することができる。
【００８１】
第１の実施例の炉壁観察結果を図１１に示す。この例では、線状光１６の方向は炉壁表面と鏡面の交線２２に平行に、即ち線状光１６の方向は炉の高さ方向に配置している。図１１（ａ）は、撮像装置全体視野２０において、鏡面２ａに映った炉壁５２ａの映像、及び鏡面２ｂに映った炉壁５２ｂの映像である。いずれにおいても、レンガ５８の目地５９が明確に識別されているとともに、光ビーム照射による線状光（１６ａ、１６ｂ）が映し出されている。図１１（ｂ）は炉壁５２に損傷が発生している箇所の観察結果である。正常な目地５９以外にレンガ一部欠損６３が観察される。レンガ一部欠損６３を縦断して線状光１６が映し出されており、線状光１６のドリフト１９から、レンガ一部欠損６３の損耗量を含めた形状を定量的に評価することができる。
【００８２】
第２の実施例の炉壁観察結果を図１２に示す。この例では、線状光１６の方向は炉壁表面と鏡面の交線２２に直交して、即ち線状光１６の方向は炉の奥行方向に配置している。図１２（ａ）は、撮像装置全体視野２０において、鏡面２ａに映った炉壁５２ａの映像、及び鏡面２ｂに映った炉壁５２ｂの映像である。いずれにおいても、レンガ５８の目地５９が明確に識別されているとともに、光ビーム照射による線状光（１６ａ、１６ｂ）が映し出されている。図１２（ｂ）は炉壁５２に損傷が発生している箇所の観察結果である。正常な目地５９以外に目地開き６０、炉壁縦割れ６１が観察される。目地開き６０及び炉壁縦割れ６１を横断して線状光１６が映し出されており、線状光１６のドリフト（１９ｃ、１９ｄ）から、目地開き６０と炉壁縦割れ６１の損耗量を含めた形状を定量的に評価することができる。図１２（ｃ）にはカーボン付着６２が観察され、カーボン付着６２を横断して線状光１６が映し出されている。線状光１６のドリフト１９ｅから、カーボン付着６２の付着量を定量的に評価することができる。
【００８３】
さらに、押出機５３の移動に伴って連続的に取得した静止画像を結合することにより、炉の奥行方向広い領域の炉壁画像を得ることができる。図１３には、隣り合った８枚の静止画像を画像接合位置２５において接合し、広い領域の画像２４とした炉壁画面を示す。光ビーム照射による線状光１６は炉の奥行方向に平行に配置され、奥行方向にほぼ連続した一直線に観察される。線状光１６におけるドリフト（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）から、損耗部の損耗量やカーボン付着の付着量を定量的に評価することができる。全長画像は損傷部位の特定が容易であり、さらに全体的な損傷状況が一見して把握できるので、炉体診断・管理を行う上で有用である。
【００８４】
測定中にデータ記録装置３２に逐次データが伝送されるので、測定完了後に断熱容器３を開ける必要がなく、測定の作業性を大幅に向上することができた。また測定中にリアルタイムで炉壁損傷をキャッチし、当該損傷の発生個所も正確に特定することができるので、遅滞なく当該炭化室の補修計画を立案することができた。
【００８５】
一つの炭化室の炉壁観察を完了した後に続けて次の炭化室の炉壁観察を行う前に、断熱容器下部の排出口３３を開き、温度が上昇した冷却水７を排出すると同時に上部の注入口３４から常温の水を注水した。１５リットルの水を注水して断熱容器３の温度を低下させた後、断熱容器下部の排出口３３を閉じ、断熱容器内に水７を充填した。このように毎回断熱容器３と断熱容器内の水７の温度を十分に下げてから次の測定を行ったので、連続して炭化室の炉壁観察を行う際にも毎回５分以上の測定時間を確保することができた。
【００８６】
測定ユニット内の電源装置１０として用いる充電式蓄電池は、連続して５室の炭化室の炉幅測定が可能な容量を有している。充電に際しては、断熱容器外部に配置した充電ケーブル接続プラグ３５に充電ケーブルを接続して行うことができるので、充電のために断熱容器を開放する必要がなく、良好な作業性のもとで充電を行うことができた。
【００８７】
【発明の効果】
本発明は、コークス炉炭化室等の相対する炉壁の表面を観察する炉壁観察装置において、光ビーム照射装置から炉壁に対して斜め方向から光ビームを照射し、前記鏡面に反射して映る炉壁表面の映像であって光ビーム反射光を含む映像を前記撮像装置によって撮像し、光ビーム反射光の位置に基づいて炉壁形状を測定することにより、炉壁の二次元的広い範囲の状況を映像によって評価することができるとともに、特定の箇所について損耗状況を定量的に評価することができる。
【００８８】
本発明はまた、断熱容器内に撮像装置を収納し、断熱容器の外側に鏡面を配置し、鏡面に反射して映る炉壁表面の映像を前記撮像装置によって撮像することにより、装置が小型軽量でかつ冷却水配管等を必要とせず、押出機等の移動装置に簡単に着脱でき、かつ壁面における必要な観察範囲を観察することができる。内部に冷却水を収容する容器の表面に鏡面を形成することにより、鏡面は十分な耐久性を有する。
【００８９】
本発明はさらに、ワイヤレス伝送送受信機を用いて炉外にてデータを記録することにより、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、撮像した炉壁画像情報と撮像位置情報とを結合することを可能にするとともに、撮像結果を迅速に利用して炉壁補修計画を立案することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炉壁形状測定装置を示す平面断面図である。
【図２】本発明の炉壁形状測定装置の概略を示す斜視図である。
【図３】炉壁に対して斜め方向から照射する光ビームの状況を示す概念図である。
【図４】炉壁に対して斜め方向から線状に照射する光ビームの状況を示す概念図であり、（ａ）は炉壁を横からみた図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図、（ｃ）はＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】炉壁に対して斜め方向から線状に照射する光ビームを鏡面に反射させて照射する状況を示す概念図であり、（ａ）はＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は光ビーム系に着目したＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】コークス押出機に設置した本発明の炉壁形状測定装置を示す側面図である。
【図７】本発明の炉壁形状測定装置を示す平面断面図であり、（ａ）は１枚の鏡面を有する場合、（ｂ）は２枚の鏡面を有する場合の図である。
【図８】ワイヤレス伝送送信機を有する本発明の炉壁形状測定装置を示す平面断面図である。
【図９】液体を充填したジャケットを有する本発明の断熱容器を示す側面断面図である。
【図１０】ワイヤレス伝送送受信機を有する本発明の機器接続状況を示す概念図である。
【図１１】本発明の炉壁形状測定装置での観察結果例を示す図である。
【図１２】本発明の炉壁形状測定装置での観察結果例を示す図である。
【図１３】本発明の炉壁形状測定装置での観察結果例を示す図である。
【図１４】自発光強度に応じて光ビーム照射装置から照射する光ビームの強度を調整する本発明を示す図である。
【符号の説明】
１ 炉壁形状測定装置
２ 鏡面
３ 断熱容器
４ 断熱材
５ ジャケット
６ 冷却水
７ 水（液体）
８ 撮像装置
９ 光ビーム照射装置
１０ 電源装置
１１ 容器
１２ 断熱材
１３ 撮像装置視野
１４ 光ビーム
１５ 光ビームスポット
１６ 線状光
１７ 炉壁表面
１８ 損耗箇所
１９ ドリフト
２０ 撮像装置全体視野
２１ 中心ビーム
２２ 交線
２３ 光量計
２４ 広い領域の画像
２５ 画像接合位置
２６ 観測窓
２７ 光ビーム窓
２８ 伝送窓
２９ ワイヤレス伝送送信機
３０ ワイヤレス伝送信号
３１ ワイヤレス伝送受信機
３２ データ記録装置
３３ 排出口
３４ 注入口
３５ 充電ケーブル接続プラグ
３６ Ａ／Ｄ変換器
３７ デジタル信号無線送信機
３８ デジタル信号無線受信機
３９ Ｄ／Ａ変換器
４０ 記録装置
４１ 画像処理装置
４２ 電圧制御装置
４４ 断熱材蓋
４５ 撮像現在位置データ
４６ 温度計
４７ フィルター
５１ コークス炉炭化室
５２ 炉壁
５３ 押出機
５４ 押出ラム
５５ 支持装置
５６ ラム駆動装置
５７ ラムビーム
５８ レンガ
５９ 目地
６０ 目地開き
６１ 炉壁縦割れ
６２ カーボン付着
６３ レンガ一部欠損[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a furnace wall shape measuring apparatus for measuring the surface shape of a high temperature furnace wall such as a coke oven carbonization chamber.
[0002]
[Prior art]
In a high-temperature furnace chamber such as a coking furnace carbonization chamber, the furnace wall constituting the furnace chamber is made of a refractory material, and it is necessary to accurately grasp the deterioration state of the refractory material. In particular, the carbonization chamber of a coke oven is operated continuously for a long period of 20 years or more under severe conditions, and the refractory bricks constituting the carbonization chamber gradually deteriorate due to thermal, chemical and mechanical factors. To do. For this reason, coke clogging due to deterioration of the refractory brick occurs or the refractory brick falls off. If such an accident such as falling off of a refractory brick occurs, it is difficult to repair, and the operation is significantly affected. Therefore, it is extremely important for coke oven operation management to keep track of the state of refractory bricks that constitute the furnace wall in the carbonization chamber.
[0003]
As means for grasping the state of the furnace wall brick, there are a method of measuring the uneven shape of the furnace wall and a method of capturing an image of the furnace wall. By measuring the concavo-convex shape, the wear state of the brick can be grasped quantitatively. By capturing images of the furnace wall, it is possible to visually grasp the cracks and joints in the brick in two dimensions. Further, since the carbon adhering portion has higher brightness than the surrounding brick exposed portion, the existence position can be confirmed from the image of the furnace wall.
[0004]
In the method of measuring the uneven shape of the furnace wall, a furnace width meter has been conventionally used for the coke oven carbonization chamber. When the left and right furnace walls are parallel to each other in a narrow furnace chamber such as the coke oven carbonization chamber, the furnace wall refractories are worn out or the furnace wall is deformed by the side pressure received during coke extrusion. This increases the distance between both furnace walls. Therefore, the degree of soundness of the refractory constituting the furnace wall can be estimated by measuring the distance between both furnace walls.
[0005]
When a distance meter is installed in the furnace and the distance between the distance meter and the furnace wall is to be measured, it is necessary to accurately place the distance meter at a predetermined position in the furnace. On the other hand, in the method for measuring the distance between the furnace walls as described above, even if the furnace wall measuring apparatus is laterally shaken, the measured value of the distance between the furnace walls does not give a large error. Therefore, in the method of measuring the distance between the furnace walls, it is not necessary to strictly align the measuring device. For example, the furnace width can be measured by attaching the furnace width measuring device to the extrusion ram of the coke oven extruder. it can.
[0006]
As such a furnace width measuring device, for example, in JP-A-62-293112, a ram or the like of a coke extruder is provided with one or more pairs of non-contact distance meters directed to the respective furnace walls, It is described that the left and right walls are measured simultaneously from the mounting position, and the width of the carbonization chamber is continuously measured from the total distance. The furnace chamber wall width can be continuously measured by moving the extruder horizontally.
[0007]
In the method of measuring the furnace width, the unevenness of the left and right furnace walls cannot be evaluated independently. In the method for measuring a damaged portion of a coke oven partition wall described in JP-A-8-73860, a probe to be inserted into the inside from a charcoal inlet or a peephole above the coke oven is prepared, and a projection disposed in the probe is prepared. Linear light is projected from the light section to the partition wall at a projection axis angle θ, the partition wall is imaged by the imaging section, and the displacement of the partition wall, the width of the damaged section, the unevenness amount of the damaged section from the amount of displacement of the linear light in the image Measure. The probe is cooled by circulating cooling water. The image of the partition wall is bent at a right angle by a prism disposed in the probe, and is imaged by the imaging unit. On the side surface of the probe, a window with a heat-resistant glass attached is opened in order to perform light projection from the light projecting unit and imaging by the imaging unit. In this method, the amount of wear on each furnace wall can be independently evaluated. However, since a probe is inserted from the coal inlet above the coke oven, the lower part such as one coal inlet in one measurement. However, it is difficult to evaluate a wide range of furnace wall conditions in the longitudinal direction of the carbonization chamber in a short time.
[0008]
Various methods have been proposed in the past for methods for capturing images of the furnace wall. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-105195, a camera carrying boom equipped with a camera (ordinary two-dimensional ITV camera) is inserted into the furnace from the coke oven carbonization chamber, and the inner wall surface of the furnace is moved while moving in the furnace length direction. A method of shooting is disclosed. Since the width of the carbonization chamber is very narrow, the distance between the camera and the inner wall cannot be obtained if the camera is directly opposed to the wall of the carbonization chamber, and the shooting range becomes narrow and images in the required range cannot be obtained. The camera is attached to the wall at an angle, and the wall is viewed at a shallow angle. The thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-3058 also image | photographs with the camera from the diagonal direction with respect to the furnace wall. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-11465, imaging is performed with a video camera housed in a heat insulating container oriented vertically to the furnace wall.
[0009]
In the above-described Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-3058 and 2001-11465, an imaging camera and a data recording device are housed in a heat insulating container. No cooling water is supplied from the outside of the furnace, and therefore no cooling water piping is required. The measurement and the recording of the obtained image data and measurement data are completed inside the inspection unit in the heat insulation container, and it is not necessary to arrange signal lines and power supply lines in the carbonization chamber under high temperature. The wall surface inspection is realized with a simple configuration that does not require a water cooling structure.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-114085 discloses a method in which a prism and a television camera are built in a water-cooled box, and the situation inside the furnace reflected by the prism through the observation window of the water-cooled box is photographed by the television camera. .
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of evaluating the high temperature furnace wall condition such as the coke oven carbonization furnace wall, in the measurement of the furnace width or the unevenness by linear light, the quantitative evaluation of the amount of brick wear on the linear part of the furnace wall However, it is impossible to grasp the entire two-dimensional furnace wall situation. On the other hand, in the method of capturing an image of the furnace wall, the overall situation of the two-dimensional furnace wall can be grasped, but the quantitative amount of wear cannot be grasped.
[0012]
When it is found that the furnace width is narrowed in the furnace width measurement or the measurement of unevenness by linear light, the cause of the narrowing may be due to deformation of the brick wall surface itself or due to carbon adhesion. It is not possible to specify for which reason the furnace width is narrowed. If carbon adheres, it may be burned and removed by blowing air, but if the wall surface itself is deformed, large-scale repair work may be required in some cases.
[0013]
In the method of imaging with the video camera described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-11465 perpendicular to the furnace wall, the distance between the left and right furnace walls of the carbonization chamber is extremely narrow, and the distance between the lens of the video camera and the furnace wall is set. The range of the furnace wall surface that cannot be taken sufficiently and can be imaged with one field of view of the video camera becomes extremely narrow.
[0014]
In the method of storing the imaging camera and the data recording device described in JP 2001-3058 A and JP 2001-11465 A in the inside of the heat insulating container, the apparatus is reduced in weight and can be easily used as a moving device such as an extruder. It has the advantage that it can be attached and detached. On the other hand, since the device inside the insulated container cannot exchange signals with the device outside the furnace, the obtained image information cannot be directly combined with the position information of the imaging camera, and the damage obtained from the image information It is difficult to know exactly where the location is in the furnace. Moreover, since the recorded data needs to be taken out from the heat insulation container and reproduced, the data cannot be reproduced until the heat insulation container taken out of the furnace is sufficiently cooled. Therefore, when it is desired to observe a plurality of carbonization chambers, the work efficiency is poor.
[0015]
In addition, even a heat insulating container simply cuts off heat by a heat insulating material, and therefore, the time allowed to stay in a high-temperature furnace such as a coke oven is at most about 3 minutes. Even if the coke oven extruder is inserted into the furnace and only one reciprocation is made in the furnace, it usually takes about 3 minutes. Therefore, if the maximum time that can stay in the furnace is 3 minutes, the margin time is small, and if the extrusion takes time, the electronic apparatus such as the imaging device may be damaged.
[0016]
In a method of incorporating a prism and a TV camera in a box described in JP-A-61-114085, or a method of incorporating an imaging unit and a prism in a probe described in JP-A-8-73860. In order to image a sufficiently large furnace wall surface area, it is necessary to increase the size of the observation window opened in the box or the probe. When using the above insulated container without using a water-cooled box, the temperature inside the insulated container rises drastically due to the heat entering from this large observation window, and it becomes impossible to stay in the high-temperature furnace for the time required for observation. .
[0017]
The present invention is a furnace wall shape measuring apparatus for measuring the surface shape of a facing furnace wall, including a high temperature furnace wall of a coke oven carbonization chamber, and evaluates a situation in a two-dimensional wide range of the furnace wall by video. It is a furnace wall shape measuring device that can quantitatively evaluate the wear situation at a specific location, and the device is small and light and does not require cooling water piping etc. An object of the present invention is to provide a furnace wall shape measuring apparatus that can be easily attached to and detached from the apparatus and that can observe a necessary observation range on a wall surface and has sufficient durability.
[0018]
The present invention also makes it possible to combine captured furnace wall image information and imaging position information while maintaining the advantages of small size, light weight, and simpleness, and quickly use the imaging results to make a furnace wall repair plan. It is a second object of the present invention to provide a furnace wall shape measuring apparatus that can be designed.
[0019]
It is a third object of the present invention to provide a furnace wall shape measuring apparatus that can sufficiently ensure a high temperature in-furnace time while maintaining the advantages of small size, light weight and simplicity.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) Refusal The light beam irradiation device 9 and the imaging device 8 are accommodated in the heat vessel 3, the mirror surface 2 is disposed outside the heat insulation vessel 3, and the light beam 14 is irradiated from the light beam irradiation device 9 to the furnace wall 52 from an oblique direction. And the surface of the furnace wall reflected from the mirror surface 2 The image is captured by the imaging device 8 The A furnace wall shape measuring device for measuring the surface shape of the opposing furnace wall 52, wherein the heat insulating container 3 surrounds the space where the imaging device 8 and the light beam irradiation device 9 are installed, and has a heat absorption capability. And a jacket 5 having an inlet at the top and an outlet at the bottom, a heat insulating material 4 covering the outside, and the window for irradiating or observing the light beam, and a furnace wall in the furnace During observation, a pipe for supplying and discharging the liquid is not connected, and the light beam 14 irradiating the furnace wall 52 irradiates the furnace wall 52 linearly, and the imaging device 8 has a two-dimensional image. A mirror 2 is a two-dimensional camera that outputs a signal, and the mirror surface 2 is two flat mirror surfaces provided on the surface of a container 11 that contains cooling water that is boiled and cooled inside the heat insulating container 3. 2 of the furnace wall surface opposite to each other A furnace wall shape measuring apparatus characterized in that an image including a light beam reflected light is picked up by the image pickup device 8 and the shape of the furnace wall is measured based on the position of the light beam reflected light.
( 2 ) The light beam irradiation device 9 directly irradiates the light beam 14 to the furnace wall, and the direction of the linear light irradiated to the furnace wall is substantially parallel to the intersection line 22 between the wall surface and the mirror surface. 1 ) Furnace wall shape measuring device.
( 3 ) The light beam irradiation device 9 and the imaging device 8 are arranged apart from each other in a direction parallel to the intersecting line of the wall surface and the mirror surface 2, The light beam 14 is reflected from the light beam irradiation device 9 to the mirror surface 2 and is irradiated with the light beam 14, and the direction of the linear light irradiated to the furnace wall is substantially orthogonal to the intersection line 22 between the wall surface and the mirror surface (described above) 1 ) Furnace wall shape measuring device.
( 4 The light beam irradiation device 9 is a laser light irradiation device that irradiates light having a wavelength of 550 nm or less, and the imaging device 8 is a color imaging device. 3 ) The furnace wall shape measuring device according to any one of the above.
( 5 (2) The above-mentioned, wherein when the image captured by the imaging device 8 is image-processed and the furnace wall shape is measured from the position of the light beam reflected light, the light component having a wavelength of 550 nm or less is emphasized and the image processing is performed ( 4 ) Furnace wall shape measuring device.
( 6 ) A means for measuring the self-luminous intensity of the furnace wall surface 17 that irradiates the light beam 14 is provided, and the intensity of the light beam 14 emitted from the light beam irradiation device 9 is adjusted according to the measured self-luminous intensity. Characteristic (1) to ( 5 ) The furnace wall shape measuring device according to any one of the above. ( 7 ) A wireless transmission transmitter 29 is housed in the heat insulating container 3, a wireless transmission receiver 31 and a data recording device 32 are arranged outside the furnace, and information captured by the imaging device 8 is wirelessly transmitted from the wireless transmission transmitter 29. (1) through (1), which are transmitted to the transmission receiver 31 and recorded in the data recording device 32. 6 ) The furnace wall shape measuring device according to any one of the above.
( 8 The data recording device 32 is housed in the heat insulating container 3, and the information captured by the imaging device 8 is recorded in the data recording device 32. 8 ) The furnace wall shape measuring device according to any one of the above.
( 9 The data recording device 32 records in-furnace position information of the imaging device 8 together ( 8 Or 9 ) Furnace wall shape measuring device.
(1 0 ) The furnace wall 52 is a furnace wall of the coke oven carbonization chamber 51, and the heat insulating container 3 and the mirror surface 2 are installed in the extruder 53 of the coke oven. 9 ) The furnace wall shape measuring device according to any one of the above.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the furnace wall shape measuring apparatus 1 of the present invention houses a light beam irradiation device 9 and an imaging device 8 therein. The furnace wall shape measuring apparatus 1 is disposed in the vicinity of the furnace wall 52. When the furnace wall shape measuring apparatus 1 is inserted into the coking chamber of the coke oven, since the distance between the opposing furnace walls (52a, 52b) is narrow, it is close to both furnace walls by inserting it in the center of the width of the carbonizing chamber. Will be arranged. The light beam 14 is irradiated from an oblique direction to the furnace wall 52 from the light beam irradiation device 9. In FIG. 1, the light beam is irradiated at an angle θ. The portion of the furnace wall surface irradiated with the light beam is reflected by the light beam to emit light, and becomes a beam spot 15.
[0022]
The imaging device 8 is arranged for the purpose of imaging the furnace wall surface including the light beam reflected light from the direction perpendicular to the furnace wall as much as possible. As the imaging device 8, a CCD camera and a camera controller for controlling the CCD camera can be used. The visual field direction of the imaging device 8 is preferably arranged parallel to the furnace wall 52 as shown in FIGS. Then, the mirror surface 2 is arranged in the visual field direction of the imaging device 8, and the angle of the mirror surface is adjusted so that the image of the furnace wall surface is reflected on the mirror surface 2 when observed from the position of the imaging device 8. In general, as shown in FIG. 1, it is preferable to set the angle between the mirror surface 2 and the furnace wall 52 to 45 ° because an image obtained by viewing the furnace wall surface from a vertical direction can be obtained. Of course, special cases where the unevenness of the furnace wall surface can be clearly observed when the furnace wall is viewed from an oblique direction can be handled by setting the angle between the mirror surface and the furnace wall to an opening other than 45 °. can do.
[0023]
During the shape measurement in the furnace, the distance between the imaging device 8 and the mirror surface 2 is usually constant. As the distance between the imaging device 8 and the mirror surface 2 is increased, the effective mirror surface length in the direction parallel to the furnace wall can be increased, and the range (long side length) of the imaging device visual field 13 for observing the mirror surface can be increased. Can be wide. On the other hand, the effective mirror surface width in the direction perpendicular to the furnace wall, that is, the width in the width direction cannot be increased because the interval between the furnace walls is narrow, and the range (short side length) of the imaging device field of view 13 is not widened. Can not. In observation of the coke oven carbonization chamber, if the length of the long side of the imaging device visual field 13 on the furnace wall surface is about 500 to 600 mm, observation with a general CCD camera with a spatial resolution of about 1 mm sufficient for damage detection is possible. it can. The short side length of the imaging device visual field 13 on the furnace wall surface is about 150 to 200 mm when the furnace wall is observed from the vertical direction.
[0024]
As shown in FIG. 3, the light beam 14 irradiates the furnace wall from an oblique direction. In FIG. 3, irradiation is performed at an angle θ. Therefore, when the distance between the furnace wall shape measuring apparatus 1 and the furnace wall 52 changes by Δx, the position of the point where the light beam 14 and the furnace wall surface 17 intersect (light beam spot 15) changes from 15a to 15b. Then, the position of the light beam reflected light changes by Δy. Since the imaging device 8 images the furnace wall surface 17 including the light beam reflected light, a change in the distance between the furnace wall shape measuring device 1 and the furnace wall 52, i.e., deformation of the furnace wall 52 is caused in the captured image. Can be regarded as a change in the position of the reflected light beam. Therefore, the image obtained by the imaging device 8 can evaluate the situation of the two-dimensional wide range of the furnace wall by the video and quantitatively evaluate the wear state at a specific portion, that is, the light beam irradiation position. Can do.
[0025]
The light beam 14 emitted from the light beam irradiation device 9 can be a spot light beam. Thereby, the distance between the furnace wall shape measuring device and one point of the furnace wall can be evaluated.
[0026]
On the other hand, the light beam 14 irradiated from the light beam irradiation device 9 may be irradiated so that the reflected light becomes the linear light 16 when irradiated to the furnace wall as shown in FIG. When a spot light source such as a laser beam is used as the light beam light source, a cylindrical lens capable of spreading the spot light in only one axial direction is disposed in front of the light source, so that the linear light 16 is generated. It can be a generated light beam. For example, as shown in FIG. 4C, when the groove-shaped wear spot 18 is present on the surface 17 of the furnace wall 42, when the surface 17 is irradiated with the light beam 14 to generate the linear light 16, Corresponding to the worn part 18, a drift 19 is seen in the linear light 16 as shown in FIG. If the depth of the worn portion 18 is Δx, the magnitude Δy of the drift 19 has a relationship of Δy = Δx / tan θ. As a result, it is possible to quantitatively grasp the surface irregularities in the linear portion where the linear reflected light is generated.
[0027]
When the furnace wall shape measuring device 1 is inserted from one end into the coke oven carbonization chamber 51 having a long depth, the distance between the furnace wall shape measuring device 1 and the furnace wall surface (furnace wall reference surface) is always kept constant. It is difficult to do. Here, the furnace wall reference plane means a reference plane when the furnace wall surface is not worn, and may be considered as the furnace wall surface with zero furnace wall wear. Therefore, when the light beam 14 is a spot beam, the distance between the furnace wall surface 17 and the furnace wall shape measuring device 1 in the reflected light beam spot 15 can be specified, but the absolute value of the furnace wall wear amount is set to It is difficult to identify. On the other hand, it is possible to know the outline on the furnace wall surface 17 by observing the image picked up by the image pickup device 8 where the sound part is the sound part and the wear part is the wear part. Since the present invention can simultaneously evaluate the situation of a two-dimensional wide range of the furnace wall by video and quantitatively evaluate the wear state at a specific location, it generates linear reflected light by light beam irradiation. In such a case, it is possible to include both the healthy part and the wear generating part of the furnace wall in the linear part. If such measurement is performed, the relative unevenness amount of the furnace wall surface 17 within the range of the linear light 16 can be specified. Therefore, even if the distance between the furnace wall shape measuring device and the furnace wall reference plane cannot be specified, the relative depth difference between the healthy part and the wear generating part is specified, and the wear generating part It is possible to specify the amount of wear.
[0028]
The surface including the light beam 14 that hits the furnace wall and generates the linear light 16 is referred to herein as a light beam surface. Naturally, the position of the linear light 16 coincides with a line where the light beam surface and the furnace wall surface intersect. Further, as shown in FIG. 4, when the center beam 21 is the center beam 21 of the light beam 14 that generates the linear light 16, the surface including the center beam 21 and the surface of the furnace wall The plane perpendicular to 17 is referred to herein as the central beam vertical plane. When the light beam plane and the center beam vertical plane are parallel, that is, coincident with each other, even if the furnace wall surface is uneven, the reflected light remains straight, and the amount of wear on the furnace wall is observed even when the reflected light is observed. Cannot be evaluated. In order to detect irregularities on the surface of the furnace wall as a change in the position of the linear light 16, that is, as a drift 19, the most efficient detection is performed when the light beam surface and the central beam vertical surface are perpendicular to each other. Can do. In the example shown in FIG. 4, the light beam surface and the center beam vertical surface are perpendicular to each other.
[0029]
A line intersecting a plane formed by the furnace wall and a plane formed by the mirror surface is referred to as an intersection line 22 here. In the example shown in FIG. 2B, the intersection line 22 is a vertical line.
[0030]
As shown in FIG. 2A, consider a case where the light beam irradiation device 9 is disposed in the vicinity of the imaging device 8 and the light beam 14 is directly irradiated onto the furnace wall surface 17 without being reflected by the mirror surface 2. In this case, if the direction of the linear light 16 is orthogonal to the intersection line 22, this corresponds to the case where the light beam surface and the central beam vertical surface are parallel to each other, and the amount of wear on the furnace wall cannot be evaluated. . In order to make it possible to efficiently detect unevenness, that is, in a form in which the light beam surface and the center beam vertical surface are perpendicular to each other, as shown in FIG. The direction of the shaped light 16 is preferably substantially parallel to the intersection line 22 between the wall surface and the mirror surface.
[0031]
Next, as shown in FIG. 5, consider a case where the light beam 14 is reflected from the light beam irradiation device 9 to the mirror surface 2 and the light beam 14 is irradiated onto the furnace wall surface 17. In order to irradiate the furnace wall surface 17 with a light beam from an oblique direction while reflecting the mirror surface 2, it is necessary to dispose the light beam irradiation device 9 and the imaging device 8 apart from each other as shown in FIG. The separating direction is a direction parallel to the intersection line 22 between the wall surface and the mirror surface. At this time, when the light beam irradiation device 9 reflected on the mirror surface 2 is viewed from the position of the furnace wall surface 17, the light beam irradiation device appears at a position 9a in FIG. If the direction of the linear light 16 is parallel to the intersection line 22 in such an arrangement, this corresponds to the case where the light beam surface and the central beam vertical surface are parallel, and the amount of wear on the furnace wall can be evaluated. Can not. In order to make it possible to detect irregularities efficiently, that is, in a form in which the light beam surface and the central beam vertical surface are perpendicular to each other, as shown in FIG. 5, the direction of the linear light 16 applied to the furnace wall Is preferably substantially orthogonal to the intersection line 22 between the wall surface and the mirror surface.
[0032]
A laser beam irradiation device (laser light source) is preferably used as the light beam irradiation device 9. This is because a laser light source can generate a powerful light beam with a narrow spot light. In order to produce a light beam that irradiates the furnace wall to form linear reflected light, a cylindrical lens or the like may be used to spread the spot light only in one axial direction. The divergence angle, that is, the length of the linear reflected light on the furnace wall surface is determined by the focal length of the cylindrical lens.
[0033]
In the high-temperature carbonization chamber, the furnace wall surface 17 emits light in the red region by self-emission. In particular, the carbon adhering portion 62 is burned to a high temperature, and the red emission intensity is strong. When the wavelength of the laser beam is in the red region, it becomes difficult to detect the light beam reflected light due to the loss of self-emission on the furnace wall surface. What was conventionally used as a small laser light source that can be mounted in a heat insulating container is a red laser diode, and its wavelength was 633 nm or 670 nm. This is a wavelength region common to the self-light emission of the furnace wall surface 17, and the light beam reflected light may not be sufficiently detected in a high temperature region such as the carbon adhering portion 62.
[0034]
In the present invention, the light beam irradiation device 9 is preferably a laser light irradiation device that irradiates light having a wavelength of 550 nm or less, and the imaging device 8 is preferably a color imaging device. If the wavelength is set to 550 nm or less, since it is different from the wavelength region of strong light emission on the furnace wall surface 17, linear light is emphasized and displayed in the captured color image. Further, the linear light 16 can be further clarified by emphasizing and extracting a component having a wavelength of 550 nm or less from the captured image by image processing.
[0035]
In the present invention in the case of capturing an image of self-light emission of a high temperature furnace wall, the intensity of the self light emission varies with the temperature of the furnace wall. If the temperature of the furnace wall is high, the brightness of the furnace wall due to self-light emission is high, and if the temperature of the furnace wall is low, the brightness of the furnace wall is low. Particularly, the carbon adhering portion becomes high temperature due to carbon combustion, and the luminance of the portion is high. In the imaging device 8, an optimum image of the furnace wall surface can be obtained by adjusting the aperture of the optical system or adjusting the exposure time according to the brightness of the furnace wall surface. Usually, the optimum image can be automatically obtained by the automatic exposure function of the imaging device 8. On the other hand, if the intensity of the light beam 14 irradiated by the light beam irradiation device 9 is constant, when the temperature of the furnace wall is extremely high, the self-emission on the surface of the furnace wall has a higher brightness than the reflected light beam, and the imaging device 8 Since the exposure is determined by the brightness of the furnace wall surface 17, the light beam reflected light becomes relatively dark and cannot be captured sufficiently, and the position of the light beam reflected light cannot be specified. On the other hand, when the temperature of the furnace wall is low, the exposure adjustment of the imaging device is performed in accordance with the low brightness of the light emitted from the furnace wall surface, so that the light beam reflected light is too strong, causing halation, and the light beam reflected light The position cannot be specified accurately.
[0036]
In the present invention, there is provided means for measuring the self-luminous intensity of the furnace wall surface irradiated with the light beam, and the intensity of the light beam 14 irradiated from the light beam irradiation device 9 is adjusted according to the measured self-luminous intensity. This problem can be solved. When the self-luminous intensity on the furnace wall surface is high, the intensity of the light beam 14 is increased, and the position of the light beam reflected light can be accurately captured by the imaging device 8. Further, when the self-luminous intensity on the surface of the furnace wall is low, the intensity of the light beam 14 can be reduced to prevent halation of the light beam reflected light.
[0037]
The power supply to the light beam irradiation device 9 is supplied from the power supply device 10 accommodated in the heat insulating container. In order to lengthen the use period from the charging of the power supply device 10 to the next charging, it is preferable that the power consumption of the light beam irradiation device 9 is small. If the intensity of the light beam is adjusted according to the self-luminous intensity of the furnace wall as in the present invention, the power consumption of the light beam irradiation device 9 can be reduced.
[0038]
As a means for measuring the self-luminous intensity on the surface of the furnace wall, the evaluation result of the automatic exposure apparatus of the imaging device 8 can be used as it is. Alternatively, a unit for measuring the amount of light may be provided separately from the imaging device 8 as in the light meter 23 shown in FIG. Alternatively, the temperature of the furnace wall surface 17 may be measured, and the self-luminous intensity may be estimated from the temperature based on the Planck black body radiation equation. Since the apparatus of the present invention moves in the furnace, it is preferable to use a radiation thermometer as the temperature measuring means. Further, when measuring the self-emission intensity, the average light intensity of all visible light wavelengths may be measured, or only the light intensity in the wavelength region centered on the wavelength of the irradiated light beam may be taken out and measured. .
[0039]
It is also possible to measure the average light intensity of the imaging device visual field 13 imaged by the imaging device 8 as the furnace wall surface that irradiates the light beam as the target for measuring the self-luminous intensity. The light intensity may be measured only in the region irradiated with the beam.
[0040]
In the present invention, it is possible to quantitatively evaluate the unevenness of the furnace wall surface for the linear part in the furnace wall, and to grasp the entire two-dimensional furnace wall state including the linear part as an image. . As a result, for example, in the case where data on which the bulge is generated on the furnace wall surface is obtained, it is possible to clearly distinguish whether the bulge is due to deformation of the brick wall surface itself or due to carbon adhesion based on the image. Therefore, an accurate repair plan can be made based on the shape measurement result. Specifically, if carbon is attached, air is blown and removed by combustion, and if the wall surface itself is deformed, a large-scale repair work plan is made depending on circumstances.
[0041]
As the arrangement direction of the mirror surface 2, as shown in FIG. 2, the intersection line 22 between the furnace wall and the mirror surface is preferably a direction perpendicular to the furnace height direction, that is, the depth direction of the furnace. The depth direction of the furnace is a direction in which the furnace wall shape measuring apparatus 1 is moved while observing the furnace wall 52. By performing observation while moving, the furnace wall shape measurement results in the depth direction of the furnace can be accumulated. Therefore, imaging information of the furnace wall surface can be collected to the maximum by setting the intersection line between the furnace wall and the mirror surface to a direction perpendicular to the depth direction (movement direction) of the furnace.
[0042]
In the present invention, as shown in FIGS. 1 and 7 to 8, electronic devices such as the light beam irradiation device 9 and the imaging device 8 are housed in the heat insulating container 3, and the mirror surface 2 is disposed outside the heat insulating container 3. To do. The heat insulating container 3 is not provided with cooling water supply from the outside of the furnace or connection of power supply wiring / signal wiring. Therefore, the furnace wall shape measuring device 1 installed in the furnace can be reduced in weight and size, and can be easily attached to and detached from a structure that is inserted into the furnace and moved, for example, the coke extruder 53 of the coke oven carbonization chamber 51. Is possible (FIG. 6). As shown in FIG. 7, the surface of the heat insulating container 3 is covered with the heat insulating material 4, and can stay in a high-temperature furnace for a short time to operate the internal electronic device normally. In the coke oven carbonization chamber 51, it is possible to stay in the furnace for 3 minutes, the coke extruder 53 equipped with the furnace wall shape measuring device 1 is inserted into the furnace, and the entire length in the depth direction of the furnace is observed. Therefore, a minimum time for extracting outside the furnace can be secured. As the heat insulating material 4 covering the heat insulating container 3, for example, a ceramic fiber board or a calcium silicate board can be used.
[0043]
In the present invention, since the mirror surface 2 is disposed outside the heat insulating container 3, the observation window 26 of the heat insulating container 3 for securing the visual field of the observation apparatus can be kept to a minimum size. In the prior art that attempts to secure a wide field of view by storing the prism in the box, it is necessary to increase the size of the observation window installed in the box, and when the heat insulating container 3 is used as in the present invention, the observation is performed. Although there was a problem that the temperature in the container rapidly increased due to the radiant heat entering the container from the window, the observation window 26 can be made small as a result of arranging the mirror surface 2 outside the heat insulating container 3 as in the present invention. The radiation heat entering from here can be kept to a minimum, and the temperature rise in the heat insulating container can be prevented. A heat-resistant glass such as quartz glass is attached to the observation window 26. The heat-resistant glass preferably has a function of reflecting radiant heat from the outside by means such as metal vapor deposition.
[0044]
As the mirror surface 2 of the present invention, one furnace wall 52a may be observed as one mirror surface as shown in FIG. In this case, the light beam 14 is irradiated only to one furnace wall 52a to be observed by the light beam irradiation device 9 as well. On the other hand, as shown in FIG. 7B, the heat insulating container is provided with a plurality of light beam irradiation devices (9a, 9b), and each light beam irradiation device is provided on each surface (17a, 17b) of the opposed furnace wall. The light beam (14a, 14b) is irradiated, and the mirror surface is composed of two mirror surfaces (2a, 2b) with different angles. The light beam is the surface of the furnace wall (52a, 52b) opposed by each mirror surface. It is preferable that the surface including the reflected light is projected. In the example shown in FIGS. 2 and 7B, the first mirror surface 2a projects the surface of the first wall surface 42a, the second mirror surface 2b projects the surface of the second wall surface 42b, and both images are single-captured. Images can be taken simultaneously by the device 8. Thus, by using the furnace wall shape measuring device 1 that houses one imaging device 8 and two light beam irradiation devices (9a, 9b), the furnaces on both the left and right sides are moved once in the depth direction of the furnace. The wall surface shape measurement result can be obtained. It is also possible to compare the left and right furnace walls at the same time. Furthermore, since the left and right furnace walls can be observed with one image pickup device 8, the opening area of the observation window 26 of the heat insulation container can be made smaller than when two image pickup devices are accommodated in the heat insulation container. The rate at which the radiant heat enters the heat insulating container and the temperature rises becomes small.
[0045]
When the furnace wall shape measuring device is installed in a coke oven extruder, etc. and inserted from one end of the coke oven carbonization chamber to measure the carbonization chamber, the furnace wall shape measuring device is placed at the center of the furnace wall reference plane on both sides. Therefore, it is difficult to accurately arrange them at the center, and a deviation from the center occurs. Therefore, when only one of the furnace walls is irradiated with the light beam, it is difficult to obtain an absolute value of how much the actual furnace wall surface 17 is worn from the furnace wall reference plane. In the present invention in which the left and right furnace wall surface shapes are simultaneously measured by two light beam irradiation devices and two mirror surfaces, the distance between the furnace wall shape measuring device 1 and the measurement sites on the left and right furnace wall surfaces 17 is determined. It can be measured simultaneously. From this measurement value, the distance between the measurement sites on the left and right furnace wall surfaces 17 can be calculated. Since the distance between the furnace walls at the initial stage where no wear has occurred is known, the total wear on both the left and right sides can be calculated based on this measured value. If at least the left and right observation sites are healthy sites where local wear is not observed, it is considered that wear has progressed evenly on the left and right, so half of the measured total wear is the amount of furnace wall wear of the healthy sites Can be evaluated. By observing the linear light 16, it is possible to detect a relative wear amount difference between the healthy part and the local wear part within the linear light generation range, and it is possible to evaluate the furnace wall wear amount of the healthy part as described above. Using these values, it is possible to estimate the absolute value of the wear amount of the locally worn portion.
[0046]
Since the mirror surface 2 of this invention is arrange | positioned on the outer side of the heat insulation container 3, the mirror surface 2 is directly exposed to the high temperature atmosphere in a furnace. In the present invention, as shown in FIG. 7 (b), the surface of the container 11 that contains the cooling water 6 is a mirror surface 2. The time during which the furnace wall shape measuring apparatus 1 of the present invention stays in the high-temperature furnace is short, and if it is within such time, the cooling water 6 in the container 11 rises in temperature and boils, Boiling and cooling, the temperature of the container 11 can be kept below the boiling point of the cooling water (100 ° C when water is used), and the optical performance of the mirror surface 2 formed on the surface of the container is maintained for a long period of time. And the flatness of the mirror surface 2 can be maintained over a long period of time. In the present invention, it is not necessary to supply cooling water from the outside of the furnace for cooling the mirror surface 2, and it is not necessary to use a mirror surface preheating device, so it can be easily mounted on a moving device such as a coke extruder. It is.
[0047]
As shown in FIG. 2 and FIG. 7 (b), the container 11 for containing the cooling water 6 is formed into a long shape with a rectangular cross section, two of the four outer surfaces are mirror surfaces 2, and the remaining two surfaces are It is good to insulate with the heat insulating material 12 as needed. The container 11 itself is made of steel, and can be configured by attaching a mirror-finished stainless steel plate to two surfaces to be the mirror surface 2. Further, the container 11 itself may be made of stainless steel and its surface may be mirror finished.
[0048]
It is necessary to record the video imaged by the imaging device 8 in the heat insulating container in the data recording device 32 and create image information of the furnace wall using the finally recorded data. The data recording device 32 may be stored in a heat insulating container (FIG. 7). On the other hand, it is more preferable that the wireless transmission transmitter 29 is housed in the heat insulating container, and the wireless transmission receiver 31 and the data recording device 32 are arranged outside the furnace (FIGS. 6 and 8). Information captured by the imaging device 8 is transmitted from the wireless transmission transmitter 29 to the wireless transmission receiver 31 disposed outside the furnace and recorded in the data recording device 32. In the data recording device 32, if the captured image is displayed on the image display device 31 simultaneously with recording on the recording device 40 such as a recording computer, the furnace wall shape measuring device is inserted into the furnace and observed. The observation result can be confirmed. Since the outer side of the heat insulating container 3 returned from the inside of the furnace at 1000 ° C. is at a high temperature, the internal data cannot be taken out until a certain time has passed. On the other hand, in the above embodiment, there is no need to extract the furnace wall shape measuring apparatus 1 from the furnace and cool the apparatus to take out the image data, so that the condition of the furnace wall can be confirmed quickly. Further, the furnace wall shape measuring device 1 extracted from the inside of the carbonization chamber furnace can be immediately used for observation of the next carbonization chamber.
[0049]
For wireless transmission from the heat insulating container 3 in the furnace to the outside of the furnace, wireless transmission using electromagnetic waves or wireless transmission using light such as visible light or infrared light can be used. When wireless transmission is performed, a transmission window 28 is provided on the wall of the heat insulating container 3 facing the outside of the furnace. When heat resistant glass is attached to the window 28 and electromagnetic waves are used as a transmission medium, a metal film coating is not used for the coating for preventing radiant heat intrusion from the outside, and a non-conductive material such as a silica coating is used. Apply coating.
[0050]
As shown in FIG. 10, digital wireless transceivers (37, 38) that transmit digital signals by radio waves can be employed for wireless transmission. Since an analog image signal is output from the imaging device 8, this signal is converted into a digital signal by the A / D converter 36, this digital signal is transmitted by the digital wireless transmitter 37, and the digital wireless receiver 38 outside the furnace. Receive at. The received digital signal can be converted into an analog signal by the D / A converter 39 and output to a recorder such as the image display device 41 or can be recorded in the recording device 40 or the like as it is.
[0051]
When the wireless transmission transmitter 29 is disposed in the heat insulation container, the imaging information is transmitted from the heat insulation container to the external wireless transmission receiver 31 and the data is recorded in the external data recording device 32. At that time, in-furnace position information (imaging current position data 45 in the in-furnace horizontal direction) of the image pickup device can be recorded in the data recording device 32 together with the image pickup information. This is because the external data recording device 32 is arranged outside the furnace, so that the imaging current position data 45 of the imaging device 8 can be calculated and captured from the current position data of the extruder 53 equipped with the imaging device 8. As a result, it is possible for the external data recording device 32 to associate the horizontal imaging position with the imaging data in real time, and it is possible to immediately identify the damage location or the repair location in the furnace during observation.
[0052]
Contrary to the above, the data recording device 32 and the wireless transmission receiver are installed in the heat insulation container, and the time of insertion of the heat insulation container into the furnace and the current imaging position data 45 in the horizontal direction in the furnace are always stored in the heat insulation container from the outside. It is also possible to perform wireless transmission and simultaneously record the imaging data and the imaging current position data 45 in the furnace horizontal direction in the data recording device 32 in the heat insulating container.
[0053]
As the wireless transmission transmitter 29 and the wireless transmission receiver 31, a transceiver having both transmission and reception functions may be used.
[0054]
As shown in FIGS. 1 and 9, the heat insulating container 3 preferably has a jacket 5 filled with a liquid 7 having an endothermic ability and a heat insulating material 4 that covers the outside thereof. In general, a liquid having a large heat capacity per mass / volume can be selected. It is preferable to use water as a liquid that is most easily available industrially and is the most suitable as an endothermic material. When the heat insulating container 3 is inserted into a high-temperature furnace, the heat insulating material 4 covers the outside of the heat insulating container, so that the amount of heat passing through the heat insulating material 4 and entering the inside can be reduced. Further, since the jacket 5 filled with the liquid 7 having the heat absorption capability exists inside the heat insulating material 4, the heat that has entered inside is first spent to raise the temperature of the liquid 7, for example, water. Since water has a large heat capacity, the temperature rise inside the heat insulating container can be delayed. Furthermore, when the temperature of water reaches 100 ° C., a large amount of heat of vaporization is taken away by boiling, so that the temperature inside the heat insulating container does not exceed 100 ° C. In order to release water vapor when the temperature of the water reaches 100 ° C. and starts boiling, it is preferable to provide an opening or a safety valve at the top of the heat insulating container 3. The furnace wall shape measuring apparatus of the present invention is characterized in that piping for supplying and discharging liquid is not connected during the measurement of the furnace wall shape in the furnace.
[0055]
The furnace width of the coke oven carbonization chamber 51 is usually about 400 mm, and the furnace wall shape measuring apparatus 1 of the present invention needs to be dimensioned so that it can be inserted into this space with a margin. When water is used as the endothermic liquid, the width of the jacket storing water is about 40 mm on the left and right sides in the furnace width direction. As the heat insulating material 4 on the outer periphery of the heat insulating container, for example, a ceramic fiber board is used, and the thickness of the heat insulating material 4 can be about 30 mm. When the external dimension of the furnace wall shape measuring device is L500 mm × W300 mm × H500 mm, the internal space for housing the furnace wall shape measuring device is about L380 mm × W160 mm × H300 mm.
[0056]
When the furnace wall shape measuring device having such a shape is inserted into the coke oven carbonization chamber 51 having a furnace temperature of 1000 ° C., the temperature of the internal space that houses the furnace wall shape measuring device is 3 for every elapsed time after insertion. After 25 minutes, the temperature becomes 25 ° C, after 5 minutes, 40 ° C, and after 7 minutes, 55 ° C. Since the upper limit of normal use temperature of various electronic devices accommodated in the heat insulating container is 50 ° C., it is possible to stay in a high temperature furnace for 5 minutes.
[0057]
In the measurement of the furnace wall shape of the coke oven carbonization chamber by the furnace wall shape measuring apparatus 1 of the present invention, for example, when the measurement is performed by mounting the furnace wall shape measuring apparatus 1 of the present invention on the coke extruder 53, the extruder 53 is The process of extruding coke in the carbonization chamber that has been dry-distilled while moving on the rail is continuously repeated at intervals of 5 to 10 minutes, and the furnace wall shape measurement of many carbonization chambers is performed in this operation. It will be. Since the temperature of the liquid in the heat insulating container is increased by one insertion of the carbonization chamber, if the measurement is performed by inserting the liquid into the next carbonization chamber without taking time, the temperature of the liquid 7 in the heat insulating container is successively increased. Ascends and the time allowed to stay in the furnace is shortened. As shown in FIG. 9, a discharge port 33 for discharging the internal liquid is provided in the lower part of the heat insulating container 3 of the present invention, and the internal liquid whose temperature has risen every time the furnace wall shape measurement is completed is discharged. Then, by introducing a new liquid having a low temperature, the temperature rise of the liquid can be prevented. If the discharge from the discharge port 33 is continued while supplying a cooled liquid from the injection port 34 when a new liquid is charged, the temperature of the heat insulating container itself can be lowered. As a result, sufficient residence time in the furnace can be ensured each time.
[0058]
When the wireless transmission transmitter 29 is arranged in the heat insulating container, a thermometer 46 for measuring the temperature of the heat insulating container and the liquid temperature in the jacket is further installed in the heat insulating container as shown in FIG. It can also be transmitted outside the furnace by the transmission transmitter 29. As a result, the current internal temperature of the furnace wall shape measuring apparatus 1 can be grasped outside the furnace, and when the temperature approaches the control upper limit, the measurement is stopped and the furnace wall shape measuring apparatus 1 is pulled out of the furnace. In addition, it is possible to prevent damage to the furnace wall shape measuring apparatus 1 due to abnormally high temperatures.
[0059]
The furnace wall shape measuring apparatus of the present invention may determine an observation position in the furnace in advance, and image the furnace wall at the position as a still image. Thereby, the situation of the furnace wall position where the occurrence of damage is predicted can be captured as an image.
[0060]
On the other hand, it is more preferable to perform imaging while moving the imaging device 8 in the depth direction of the furnace and record the imaging data in the data recording device 32. For example, as shown in FIG. 6, the image pickup device 8 moves in the furnace depth direction by attaching the heat insulating container 3 containing the image pickup device 8 or the like to the coke extruder 53 of the coke oven carbonization chamber 51 and operating the ram drive device 56. The operation is performed by inserting or extracting the coke extruder 53 into the furnace at a constant speed. It is also possible to move the imaging device 8 while continuously imaging and observe the imaging result as a moving image.
[0061]
More preferably, imaging is performed while moving the imaging device 8 in the depth direction of the furnace, and the imaging data recorded in the data recording device 32 is processed and combined, so that a wide range in the depth direction of the furnace is fixed to one sheet. It can also be extracted as an image. For example, the moving speed of the coke extruder is 300 mm / second, the imaging range in the width direction is 100 mm, and the still image capturing interval can be 1/3 second. FIG. 13 shows a furnace wall screen in which eight adjacent still images are joined at an image joining position 25 to form a wide area image 24. In this wide area image, the light beam reflected light emitted by the light beam irradiation device 9 is displayed for each still image with a pitch of 100 mm. As shown in FIG. 13, if the light beam reflected light is linear light 16 and the direction of the linear light 16 is parallel to the depth direction of the furnace, it is continuously projected as one long linear light as a whole. It is. If the light beam reflected light is linear light and the direction of the linear light is parallel to the height direction of the furnace, linear light directed in the height direction at a pitch of 100 mm is projected. This data processing can be performed in the data recording device 32.
[0062]
In the case where the wireless transmission transmitter 29 is arranged in the heat insulating container, the imaging information is transmitted from the heat insulating container to the external wireless transmission receiver 31, and the data is recorded in the external data recording device 32. In the present invention in which the in-furnace position information (imaging current position data 45 in the furnace horizontal direction) is simultaneously recorded in the data recording device 32, the image capturing is performed while moving the image capturing device 8 in the depth direction of the furnace. A still image can be selected based on the information. A case will be described as an example in which still images are collected at a pitch of 100 mm in the width direction, and these still images are connected to create a furnace wall image in a wide range in the depth direction of the furnace. The captured still images are sequentially transmitted to an external data recording device at a 1/30 second pitch, for example. The data recording device 32 outside the furnace selects the still image received at that time point every time the imaging device reaches the still image collection position with a pitch of 100 mm based on the in-furnace position information. As a result, it is possible to collect a still image at a pitch of 100 mm in the width direction and connect the still images to create a furnace wall image in a wide range in the depth direction of the furnace. With this method, even if the running speed of the coke extruder equipped with the heat insulating container fluctuates, still images can be obtained at regular intervals.
[0063]
In the case where a wireless transmission receiver is disposed in the heat insulation container and the position information in the furnace is transmitted from the outside of the furnace to the heat insulation container, the same data processing as described above may be performed in the heat insulation container. In addition, if a wireless transmission transceiver that can transmit and receive both inside and outside the insulated container is arranged, the position information inside the furnace is transmitted from the outside of the furnace to the insulated container, and at regular intervals within the insulated container. It is also possible to select a still image and wirelessly transmit only the selected still image outside the furnace.
[0064]
In the present invention in which the image pickup device 8 is moved while moving in the depth direction of the furnace, images are taken to collect still images, and the still images are joined to create a furnace wall image in a wide range in the depth direction of the furnace. Imaging can also be performed so that an overlapping portion is generated between images. For example, if imaging is performed at a pitch of approximately 100 mm in the width direction and the width direction size of each still image is set to 150 mm, an overlapping portion of 50 mm is generated. Since the same part of the furnace wall is imaged in the overlapping part, the two images can be accurately aligned and matched by pattern matching processing based on the image of the furnace wall. If this technique is used, even if there is a slight shift in the position information in the furnace where each still image was captured, the shift is automatically corrected to create an accurate furnace wall image in a wide range in the depth direction of the furnace. be able to. Furthermore, even when the in-furnace position information cannot be used, the overlapping amount of images is determined by pattern matching processing and connected one after another for images collected in time series with overlapping portions in adjacent images. It is possible to create an accurate furnace wall image.
[0065]
For example, when observing a coke oven carbonization chamber, the furnace wall emits red light due to its high temperature, and the imaging device can observe the furnace wall by imaging the self-light emission. When a normal CCD camera is used as the image pickup apparatus, it is possible to pick up an image with a shutter speed of about 1/1000 second. With such a high shutter speed, it is possible to obtain a clear image without camera shake even at a moving speed of the coke extruder of 300 mm / sec.
[0066]
Next, a specific method for performing quantitative shape measurement by analyzing the captured light beam image will be described. Assume that a green laser is used as a beam light source. Each color component of the color CCD camera, that is, R (red), G (green), and B (blue) components is decomposed and taken into the recording device 40. The image analysis of the shape measurement is executed for the G component image corresponding to the laser wavelength. In the G component image, the furnace wall self-emission is very weak, and the light beam reflected light is observed brightly. Therefore, the line segment of the light beam reflected light can be extracted by the binarization process. If the furnace wall brick is flat with no damage, this line segment is a straight line. However, as shown in FIG. 4, if the furnace wall has a dent of Δx, the line segment of the light beam reflected light has a deformation of Δy. Occurs. Therefore, the number of pixels of the deformation amount Δy is counted on the image. If the camera is imaging from the vertical direction with respect to the furnace wall, Δx can be obtained from the relationship Δx = tan θ × Δy. The relationship between the number of pixels on the image and the actual distance is obtained in advance.
[0067]
About the depth direction of a furnace, the furnace wall surface over the full length can be accommodated in one still image by moving an imaging device with a moving apparatus. Regarding the height direction of the furnace, although it depends on the distance between the mirror surface and the imaging device, the range of about 500 to 600 mm is usually the imaging range. Therefore, the range that can be imaged per time is limited in the height direction of the furnace. On the other hand, for example, in the coke oven carbonization chamber, damage to the furnace wall refractory is particularly severe in a limited area, for example, in the vicinity of the coal charging line in the furnace height direction. Therefore, if the installation position of the furnace wall shape measuring apparatus of the present invention is a position where the vicinity of the coal charging line can be observed, sufficiently useful data even if the observation range in the furnace height direction is limited. Can be obtained. Of course, by installing a plurality of furnace wall shape measuring devices in the height direction in the coke extruder, it is possible to observe the furnace wall in a wide range in the furnace height direction per time.
[0068]
The furnace wall shape measuring device of the present invention is compact and lightweight, and does not require installation of cooling pipes, etc., so the height to be attached to the extruder can be easily changed arbitrarily, and for each predetermined height. It is also possible to obtain furnace wall shape measurement data for the entire furnace height by changing the mounting position and performing measurement.
[0069]
Since the furnace wall shape measuring apparatus of the present invention cannot supply operating power from the outside during measurement, the furnace wall shape measuring apparatus has a power supply device 10 in the heat insulating container. The light beam irradiation device 9, the imaging device 8, the data recording device 32, and the wireless transmission transmitter 29 are operated by power supplied from the power supply device 10. As the power supply device 10, a dry battery, a rechargeable storage battery, or the like can be used.
[0070]
When a battery that cannot be charged is used as the power supply device 10, it is necessary to open the heat insulating container every time the battery is replaced. Even when a rechargeable power source is used as the power supply device 10, when the charging cable connection plug is located inside the heat insulating container, it is necessary to open the heat insulating container every time charging is performed. By using a rechargeable power source as the power supply device and further providing the charging cable connection plug 35 outside the heat insulating container 3 as shown in FIG. 9, it becomes possible to charge the battery without opening the heat insulating container. Can be improved. The charging cable connecting plug 35 may be covered with a heat insulating material lid 44 when inserted into the furnace, and only the heat insulating material lid 44 may be removed during charging to connect the charging cable.
[0071]
【Example】
For the purpose of observing the surface of the coke oven carbonization chamber, the furnace wall shape measuring apparatus shown in FIG. 1 was used. The outer dimensions of the furnace wall shape measuring apparatus 1 are a height of 500 mm, a width of 300 mm, a length of 500 mm, and a total weight of about 50 kg.
[0072]
As the heat insulating container 3 of the furnace wall shape measuring apparatus, a ceramic fiber board was used as the heat insulating material 4 on the outer periphery, and the thickness of the heat insulating material 4 was set to 30 mm. A stainless steel jacket 5 is disposed inside the heat insulating material 4. The jacket was filled with a total of 30 liters of water 7. In the portion of the heat insulating container 3 facing the furnace wall, the thickness of the water 7 layer is 40 mm.
[0073]
Inside the heat insulating container 3, two small laser light irradiation devices having a wavelength of 532 nm were arranged as light beam irradiation devices, and a color CCD camera was arranged as the imaging device 8. The image signal captured by the imaging device 8 is transmitted outside the furnace by the wireless transmission transmitter 29. An observation window 26 and a transmission window 28 are arranged in the heat insulating container 3 and the heat insulating material 4, and quartz glass subjected to metal deposition is fitted in the observation window 26. In addition, a rechargeable storage battery is disposed as the power supply device 10, and is used as a power supply for the imaging device 8, the light beam irradiation device 9, the wireless transmission transmitter 29, and a control device that controls them. As the light beam irradiation device, a blue semiconductor laser having a wavelength of 405 nm may be used.
[0074]
As shown in FIG. 14, a light meter 23 is arranged in the vicinity of the imaging device 8 in the heat insulating container 3. The light meter 23 uses a photodiode as a light receiving element, and measures an average light amount (self-luminous intensity) on the surface of the furnace wall having substantially the same field of view as the imaging device 8. A signal from the light meter is sent to the voltage controller 42 of the light beam irradiation device. The voltage control device 42 adjusts the voltage of the power source supplied to the laser that is the light beam irradiation device, based on the signal from the light meter. The relationship between the output of the light meter 23 and the laser applied voltage can be experimentally examined in advance, and laser irradiation can be performed with an optimum intensity corresponding to the self-luminous intensity of the furnace wall.
[0075]
A mirror surface 2 is disposed in front of the heat insulating container 3 as shown in FIG. The direction of the intersection line 22 between the furnace wall surface 17 and the mirror surface 2 is the height direction of the furnace, and the two mirror surfaces 2 are at an angle of 45 ° with the furnace wall 52, and the left and right furnace walls 52 are simultaneously viewed in the field of view of the imaging device 8. Can be captured. In the imaging device visual field 13, the mirror surface 2 is arranged so that the long side length is 600 mm and the short side length is 200 mm for each of the left and right furnace walls. The mirror surface 2 was a mirror-polished surface of a stainless steel plate, and was affixed to two surfaces of a steel container 11 that contained cooling water 6 therein. As shown in FIG. 2, the container 11 has a long shape with a rectangular cross section, and two of the four outer surfaces are mirror surfaces 2, and the remaining two surfaces are insulated by a heat insulating material 12.
[0076]
In the first embodiment, the arrangement position of the light beam irradiation device 9 is arranged at the same height as the imaging device 8 as shown in FIG. 2, and the light beam 14 generating the linear light 16 is irradiated. The irradiation direction of the central light beam 21 was a horizontal direction, and the irradiation was performed from an oblique direction with an angle θ = 30 ° with the furnace wall surface 17. The linear light 16 is directed in the height direction on the furnace wall surface 17, and the length of the linear light 16 on the furnace wall surface 17 is 200 mm. In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the light beam irradiation device 9 is disposed above the imaging device 8, and the light beam 14 is reflected on the mirror surface 2 and irradiated onto the furnace wall surface 17. The irradiation direction of the central light beam 21 was a horizontal direction, and the irradiation was performed from an oblique direction with an angle θ = 60 ° with the furnace wall surface 17. The linear light 16 is directed in the furnace depth direction on the furnace wall surface 17, and the length of the linear light 16 on the furnace wall surface 17 is 200 mm.
[0077]
The furnace wall shape measuring device 1 and the mirror surface 2 were attached to the extruder 53. The total weight of the furnace wall shape measuring device 1 is about 50 kg, which is relatively light, and it is not necessary to arrange a cooling water pipe or signal cable, so it can be easily attached to any position in the height direction of the extrusion ram 54. Is possible. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the furnace wall shape measuring device 1 ′ mounted on the ram beam 57 is attached to the position of the furnace wall shape measuring device 1 on the rear surface of the extrusion ram 54 by using a support device 55. A wide range of furnace width measurement data could be collected by setting the attachment position at the position and sequentially measuring the furnace width at each height.
[0078]
For wireless transmission, wireless communication using digital radio waves is adopted. The output of the imaging device 8 and the output of the thermometer 46 that measures the temperature in the measurement unit are converted into digital signals by the A / D converter 36 and sent to the digital signal radio transmitter 37. A digital signal radio transmitter 37 functions as a wireless transmission transmitter 29 and sends a wireless transmission signal 30 to a wireless transmission receiver 31 outside the furnace. A transmission window 28 is provided in a portion of the heat insulating container 3 through which radio waves pass, and silica glass coated with silica coating is disposed. Silica coating blocks radiant heat from the furnace and does not interfere with radio wave propagation because it is not a metal coating.
[0079]
Outside the furnace, a digital signal radio receiver 38 is arranged as the wireless transmission receiver 31, and a recording apparatus 40 and an image processing apparatus 41 are arranged as the data recording apparatus 32. The digital signal received by the digital signal wireless receiver 38 is transmitted to the D / A converter 39 and the recording device 40. The data sent to the recording device 40 is recorded in the computer, the analog signal output from the D / A converter 39 is sent to the image processing device 41, and the imaging signal measured in real time is processed as easy-to-analyze image information. To do. Since the imaging current position data 45 obtained based on the current position data of the pushing ram 14 is also sent to the data recording device 32, this data is also sent to the recording device 40 and the image processing device 41. In the image processing apparatus 41, the imaging information captured at each time can be arranged based on the current imaging position 45, and the entire length in the depth direction of the carbonization chamber can be generated as a single still image. Can be specified. Specifically, the transmitted still image is taken into the image processing device 41 every time the imaging current position data 45 increases by 150 mm as the extruder 53 moves. Since the length of the still image in the furnace width direction (short side) is 200 mm, adjacent images have an overlapping portion of 50 mm. Pattern matching processing can be performed using this overlapping portion, and fine adjustment can be performed for overlapping images. In this way, the entire length in the depth direction of the carbonization chamber is generated as one still image.
[0080]
In each of the still images collected at a pitch of 150 mm in the depth direction of the furnace, the linear light 16 generated by the light irradiated by the light beam irradiation device is reflected. In the image processing apparatus 41, only the information of the linear light 16 is extracted by binarization processing for the color component image in which light in the vicinity of the wavelength of 532 nm is emphasized, and the information of the linear light 16 is taken into the original image again. be able to. Thereby, as a whole image, a shadow image of the furnace wall is clearly displayed, and at the same time, the linear light 16 by the light beam irradiation can be clearly displayed in the image. For each still image, the drift state of the projected linear light can be evaluated, and the wear depth of the local wear portion within the range of the linear light can be calculated.
[0081]
The furnace wall observation result of the first example is shown in FIG. In this example, the direction of the linear light 16 is parallel to the intersection line 22 between the surface of the furnace wall and the mirror surface, that is, the direction of the linear light 16 is arranged in the height direction of the furnace. FIG. 11A shows an image of the furnace wall 52a reflected on the mirror surface 2a and an image of the furnace wall 52b reflected on the mirror surface 2b in the entire field of view 20 of the imaging apparatus. In any case, the joint 59 of the brick 58 is clearly identified, and linear light (16a, 16b) by light beam irradiation is projected. FIG. 11B is an observation result of a portion where the furnace wall 52 is damaged. In addition to the normal joint 59, a partial brick defect 63 is observed. The linear light 16 is projected longitudinally through the brick partial defect 63, and the shape including the wear amount of the brick partial defect 63 can be quantitatively evaluated from the drift 19 of the linear light 16.
[0082]
The furnace wall observation result of the second embodiment is shown in FIG. In this example, the direction of the linear light 16 is orthogonal to the intersection line 22 between the furnace wall surface and the mirror surface, that is, the direction of the linear light 16 is arranged in the depth direction of the furnace. FIG. 12A shows an image of the furnace wall 52a reflected on the mirror surface 2a and an image of the furnace wall 52b reflected on the mirror surface 2b in the entire field of view 20 of the imaging apparatus. In any case, the joint 59 of the brick 58 is clearly identified, and linear light (16a, 16b) by light beam irradiation is projected. FIG. 12B is an observation result of a portion where the furnace wall 52 is damaged. In addition to the normal joint 59, joint openings 60 and furnace wall vertical cracks 61 are observed. The linear light 16 is projected across the joint opening 60 and the furnace wall vertical crack 61, and the amount of wear of the joint opening 60 and the furnace wall vertical crack 61 is included from the drift (19c, 19d) of the linear light 16 The shape can be evaluated quantitatively. In FIG. 12 (c), the carbon deposit 62 is observed, and the linear light 16 is projected across the carbon deposit 62. From the drift 19e of the linear light 16, the amount of carbon deposit 62 can be quantitatively evaluated.
[0083]
Furthermore, the furnace wall image of the wide area | region of the depth direction of a furnace can be acquired by combining the still image acquired continuously with the movement of the extruder 53. FIG. FIG. 13 shows a furnace wall screen in which eight adjacent still images are joined at an image joining position 25 to form a wide area image 24. The linear light 16 by light beam irradiation is arranged in parallel with the depth direction of the furnace, and is observed in a straight line substantially continuous in the depth direction. From the drift (19a, 19b, 19c) in the linear light 16, it is possible to quantitatively evaluate the wear amount of the worn portion and the carbon deposit amount. The full-length image is easy to identify the damaged site, and can grasp the overall damage status at a glance, which is useful for performing furnace body diagnosis and management.
[0084]
Since data is sequentially transmitted to the data recording device 32 during the measurement, it is not necessary to open the heat insulating container 3 after the measurement is completed, and the workability of the measurement can be greatly improved. In addition, it was possible to catch the furnace wall damage in real time during the measurement and to identify the exact location of the damage, so that the repair plan for the carbonization chamber could be drawn up without delay.
[0085]
Before the observation of the wall of the next carbonization chamber is completed, the discharge port 33 at the lower part of the heat insulating container is opened and the cooling water 7 whose temperature has been raised is discharged at the same time. Normal temperature water was poured from the inlet 34. After pouring 15 liters of water to lower the temperature of the heat insulating container 3, the outlet 33 at the lower part of the heat insulating container was closed and the heat insulating container was filled with water 7. Thus, since the next measurement was performed after sufficiently reducing the temperature of the heat insulating container 3 and the water 7 in the heat insulating container each time, the measurement of 5 minutes or more was performed each time when continuously observing the furnace wall of the carbonization chamber. I was able to secure time.
[0086]
The rechargeable storage battery used as the power supply device 10 in the measurement unit has a capacity capable of continuously measuring the furnace width of the five carbonization chambers. Charging can be performed by connecting a charging cable to the charging cable connection plug 35 disposed outside the heat insulating container, so that it is not necessary to open the heat insulating container for charging, and charging is performed with good workability. Was able to do.
[0087]
【The invention's effect】
The present invention relates to a furnace wall observation apparatus for observing the surface of a facing furnace wall, such as a coke oven carbonization chamber, by irradiating a light beam from an oblique direction to the furnace wall from the light beam irradiation apparatus and reflecting it to the mirror surface. An image of the furnace wall surface that is reflected and includes an image including light beam reflected light is captured by the imaging device, and the shape of the furnace wall is measured based on the position of the light beam reflected light. This situation can be evaluated by video, and the wear situation can be quantitatively evaluated for a specific location.
[0088]
The present invention also accommodates an imaging device in a heat insulating container, disposes a mirror surface outside the heat insulating container, and captures an image of the furnace wall surface reflected on the mirror surface by the imaging device, thereby reducing the size and weight of the device. In addition, a cooling water pipe or the like is not required, it can be easily attached to and detached from a moving device such as an extruder, and a necessary observation range on the wall surface can be observed. By forming the mirror surface on the surface of the container containing the cooling water inside, the mirror surface has sufficient durability.
[0089]
The present invention further combines the imaged furnace wall image information and the imaging position information while maintaining the advantages of small size and light weight by recording data outside the furnace using a wireless transmission transceiver. In addition, it is possible to make a furnace wall repair plan by quickly using the imaging results.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan sectional view showing a furnace wall shape measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a furnace wall shape measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state of a light beam irradiated from an oblique direction to a furnace wall.
4A and 4B are conceptual diagrams showing a state of a light beam irradiated linearly from an oblique direction to a furnace wall, where FIG. 4A is a view of the furnace wall viewed from the side, and FIG. (C) is a BB arrow line view.
FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams showing a situation in which a light beam irradiated linearly from an oblique direction to a furnace wall is reflected on a mirror surface, and FIG. 5A is a view taken along the line AA, and FIG. It is a BB arrow line view which paid its attention to the light beam system.
FIG. 6 is a side view showing a furnace wall shape measuring apparatus of the present invention installed in a coke extruder.
FIGS. 7A and 7B are plan sectional views showing the furnace wall shape measuring apparatus of the present invention, where FIG. 7A shows a case with one mirror surface, and FIG. 7B shows a case with two mirror surfaces.
FIG. 8 is a plan sectional view showing a furnace wall shape measuring apparatus of the present invention having a wireless transmission transmitter.
FIG. 9 is a side sectional view showing a heat insulating container of the present invention having a jacket filled with liquid.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a device connection state of the present invention having a wireless transmission transceiver.
FIG. 11 is a diagram showing an example of observation results with the furnace wall shape measuring apparatus of the present invention.
FIG. 12 is a view showing an example of observation results obtained by the furnace wall shape measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an example of observation results with the furnace wall shape measuring apparatus of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing the present invention in which the intensity of a light beam emitted from a light beam irradiation apparatus is adjusted according to the self-emission intensity.
[Explanation of symbols]
1 Furnace wall shape measuring device
2 mirror surface
3 Insulated container
4 Insulation
5 Jacket
6 Cooling water
7 Water (liquid)
8 Imaging device
9 Light beam irradiation device
10 Power supply
11 containers
12 Insulation
13 Imaging device field of view
14 Light beam
15 Light beam spot
16 Linear light
17 Furnace wall surface
18 Wear points
19 Drift
20 Overall field of view of imaging device
21 Center beam
22 Intersection line
23 Light meter
24 Wide area image
25 Image bonding position
26 Observation window
27 Light beam window
28 Transmission window
29 Wireless transmission transmitter
30 Wireless transmission signal
31 Wireless transmission receiver
32 Data recording device
33 Discharge port
34 Inlet
35 Charging cable connection plug
36 A / D converter
37 Digital signal wireless transmitter
38 Digital signal radio receiver
39 D / A converter
40 Recording device
41 Image processing apparatus
42 Voltage control device
44 Insulation cover
45 Imaging current position data
46 Thermometer
47 Filter
51 Coke oven carbonization chamber
52 Furnace wall
53 Extruder
54 Extrusion Ram
55 Supporting device
56 Ram drive
57 Ram Beam
58 bricks
59 joints
60 joint opening
61 Furnace wall vertical crack
62 Carbon adhesion
63 Some missing bricks

Claims (10)

断熱容器内に光ビーム照射装置と撮像装置を収納し、前記断熱容器の外側に鏡面を配置し、前記光ビーム照射装置から炉壁に対して斜め方向から光ビームを照射し、前記鏡面に反射して映る炉壁表面の映像を前記撮像装置によって撮像して、相対する炉壁の表面形状を測定する炉壁形状測定装置であって、
前記断熱容器は、前記撮像装置及び前記光ビーム照射装置を設置した空間を囲んで、吸熱能力を有する液体を充填し、且つ上部に注入口、下部に排出口を有するジャケットと、その外側を覆う断熱材と、前記光ビーム照射用又は観察用の窓とを有し、炉内での炉壁観察中には液体を供給排出するための配管が接続されておらず、
前記光ビーム照射装置は複数であって、各光ビーム照射装置は相対する炉壁の各表面に光ビームを線状に照射し、
前記撮像装置は２次元の画像信号を出力する２次元カメラであり、
前記鏡面は前記断熱容器の外側にあって、内部に沸騰冷却する冷却水を収納する容器の表面に設けられた２枚の平らな鏡面であり、
前記鏡面それぞれに相対する炉壁表面の映像であって光ビーム反射光を含む映像を前記撮像装置によって撮像し、光ビーム反射光の位置に基づいて炉壁形状を測定することを特徴とする炉壁形状測定装置。A light beam irradiation device and the imaging device accommodated in adiabatic vessel, said mirror arranged outside the insulating container, a light beam is irradiated from an oblique direction with respect to the furnace wall from the light beam irradiation device, the mirror An image of the furnace wall surface reflected and imaged by the imaging device, and a furnace wall shape measuring device for measuring the surface shape of the opposing furnace wall,
The heat insulating container surrounds a space in which the imaging device and the light beam irradiation device are installed, is filled with a liquid having heat absorption capability, covers a jacket having an inlet at an upper portion and an outlet at a lower portion, and the outside thereof. It has a heat insulating material and the window for light beam irradiation or observation, and piping for supplying and discharging liquid is not connected during furnace wall observation in the furnace,
There are a plurality of light beam irradiation devices, and each light beam irradiation device irradiates each surface of a facing furnace wall with a light beam linearly,
The imaging device is a two-dimensional camera that outputs a two-dimensional image signal;
The mirror surface is on the outside of the heat insulating container, and is two flat mirror surfaces provided on the surface of the container for storing the cooling water for boiling and cooling inside,
An image of a furnace wall surface facing each of the mirror surfaces and including an image including light beam reflected light is captured by the imaging device, and a furnace wall shape is measured based on a position of the light beam reflected light. Wall shape measuring device. 前記光ビーム照射装置から直接炉壁に光ビームを照射し、炉壁に照射された線状光の方向は壁面と鏡面の交線に略平行であることを特徴とする請求項１に記載の炉壁形状測定装置。The furnace beam according to claim 1 , wherein the furnace wall is directly irradiated with the light beam from the light beam irradiation device, and the direction of the linear light irradiated to the furnace wall is substantially parallel to the intersection of the wall surface and the mirror surface. Furnace wall shape measuring device. 前記光ビーム照射装置と撮像装置とを壁面と鏡面の交線に平行な方向に離して配置し、前記光ビーム照射装置から前記鏡面に反射させて光ビームを照射し、炉壁に照射された線状光の方向は壁面と鏡面の交線に略直交することを特徴とする請求項１に記載の炉壁形状測定装置。 The light beam irradiation device and the imaging device are arranged apart from each other in a direction parallel to the intersecting line of the wall surface and the mirror surface, reflected from the light beam irradiation device to the mirror surface, irradiated with the light beam, and irradiated to the furnace wall The furnace wall shape measuring apparatus according to claim 1 , wherein the direction of the linear light is substantially orthogonal to the line of intersection between the wall surface and the mirror surface. 前記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であり、前記撮像装置はカラー撮像装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。The furnace wall shape measurement according to any one of claims 1 to 3 , wherein the light beam irradiation device is a laser light irradiation device that emits light having a wavelength of 550 nm or less, and the imaging device is a color imaging device. apparatus. 前記撮像装置で撮像した画像を画像処理して光ビーム反射光の位置から炉壁形状を測定するに際し、波長５５０ｎｍ以下の光成分を強調して画像処理することを特徴とする請求項４に記載の炉壁形状測定装置。According to claim 4, characterized in that the image taken by the image pickup device and image processing upon measuring the oven wall shape from the position of the light beam reflected light and image processing with emphasis of the following light components wavelength 550nm Furnace wall shape measuring device. 前記光ビームを照射する炉壁表面の自発光強度を測定する手段を有し、該測定した自発光強度に応じて前記光ビーム照射装置から照射する光ビームの強度を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。It has means for measuring the self-luminous intensity of the furnace wall surface that irradiates the light beam, and adjusts the intensity of the light beam irradiated from the light beam irradiation apparatus according to the measured self-luminous intensity. The furnace wall shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5 . 前記断熱容器内にはワイヤレス伝送送信機を収納し、炉外にはワイヤレス伝送受信機とデータ記録装置とを配置し、前記撮像装置で撮像した情報を前記ワイヤレス伝送送信機からワイヤレス伝送受信機に送信し、データ記録装置に記録することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。A wireless transmission transmitter is housed in the heat insulation container, a wireless transmission receiver and a data recording device are arranged outside the furnace, and information captured by the imaging device is transferred from the wireless transmission transmitter to the wireless transmission receiver. oven wall shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the transmitted and recorded in the data recording device. 前記断熱容器内にデータ記録装置を収納し、前記撮像装置で撮像した情報をデータ記録装置に記録することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。The furnace wall shape measuring device according to any one of claims 1 to 7 , wherein a data recording device is housed in the heat insulating container, and information captured by the imaging device is recorded in the data recording device. 前記データ記録装置には、撮像装置の炉内位置情報が併せて記録されることを特徴とする請求項７又は８に記載の炉壁形状測定装置。The furnace wall shape measuring device according to claim 7 or 8 , wherein the data recording device records in-furnace position information of the imaging device together. 前記炉壁はコークス炉炭化室の炉壁であり、前記断熱容器及び鏡面をコークス炉の押出機に設置することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。The furnace wall shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 9 , wherein the furnace wall is a furnace wall of a coke oven carbonization chamber, and the heat insulating container and the mirror surface are installed in an extruder of the coke oven.
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