JP4613500B2

JP4613500B2 - 高炉出銑樋の溶損部予知装置

Info

Publication number: JP4613500B2
Application number: JP2004070013A
Authority: JP
Inventors: 浩二志賀
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: JP2005256099A

Description

本発明は、高炉出銑樋の溶損部予知装置に係わり、特に、メンテナンス（保守管理）が容易であるばかりでなく、溶損部位置をも精度良く予知する技術に関する。

高炉で溶製された溶銑は、その出銑口から間欠的に抜き出され、炉床に設けられた出銑樋を介して、混銑車と称する搬送容器に収納される。その後、該混銑車内の溶銑は、必要に応じて脱珪、脱燐等の溶銑予備処理が施され、製鋼工場へ送られる。

このような出銑作業で利用する前記出銑樋（以下、単に樋という）は、図３に縦断面を示すように、Ｕ字形の枠（鉄皮ともいう）１の中に、成分の異なる不定形耐火物Ａ２，不定形耐火物Ｂ３、不定形耐火物Ｃ４を、三層に重ねて施工したものである。ところが、そこを流れる溶銑やスラグは、少なくとも１２００℃を超える高温であるばかりでなく、前記不定形耐火物（以下、特に断らない限り、単に耐火物という）２，３、４を構成する成分と反応する成分をも含むので、該耐火物は、樋５の利用回数が増えるにつれ徐々に溶損する。そのような耐火物の溶損を抱えた状態で樋５を使用すると、使用中に鉄枠１をも溶損し、溶銑等が樋５から漏出、流下し（「樋抜け」と称する）、作業環境を悪化するばかりでなく、作業者を危険な状況にする恐れがある。そのため、従来は、出銑作業が行われる前に、作業者が耐火物の溶損状況を点検し、溶損部を補修したり、施工し直したりしていた。しかしながら、環境汚染対策が強く叫ばれる今日では、樋５の上方を集塵フード（図示せず）で覆うようにしているので、溶損部の正確な把握くが難しくなっている。

そこで、そのような状態の樋であっても溶損部を検知したり、予知する方法が開発されている。例えば、前記耐火物の中にヒューズを埋め込むと共に、このヒューズを含んだ温度検出回路を形成し、耐火物の溶損により前記ヒューズが溶断した場合、警報回路を閉じさせて警報を発するように構成した耐火物の溶損予知方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、樋の耐火物中に長手方向に沿って保護管に通した光ファイバーを埋設し、該光ファイバーにパルス光を発振し、入射側に戻ってくる散乱光よりラマン散乱光を検出し、該ラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光を分離してそれぞれの強度を検出し、該強度比から散乱点（つまり、高温部）の温度を算出すると共に、ラマン散乱光が入射点に戻ってくるまでの時間から散乱点の位置を算出することで、溶損部を予知する方法も開示されている（特許文献２参照）。

ところが、特許文献１記載のヒューズを用いた技術は、耐火物内部にヒューズを多数直列に接続して配置するので、高温になってそれが溶断しても位置が明確に把握できないという欠点がある。この欠点を解消するには、ヒューズとそれに対応させる警報回路との組合せた回路を、長い樋に非常に多数配設しなければならない。これでは、熱電対を耐火物中に多数埋め込んで測温するのと変わりなく、手間がかかって実用に向かない。また、ヒューズが一度溶断すると、耐火物を撤去した上で再設置する必要がある。

一方、特許文献２に記載の光ファイバーを用いた技術は、高温により発する特殊な光の散乱点を容易に把握できるという利点はある。ただし、この技術も、特許文献１記載のヒューズと同様に、光ファイバーを耐火物中に埋設するので、保護管で保護されていても光ファイバーの劣化があり、保守管理を厳重に行う必要がある。しかしながら、光ファイバーの劣化又は溶損が発生した場合には、ヒューズの場合と同様に耐火物を撤去した上で再設置する必要がある。つまり、補修に長時間を要し、コストも非常に高くなる。
特開平３−１７７５１０号公報特開平７−１４６１８３号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、従来より保守管理が容易で、且つ溶損が予想される位置の検出に優れた高炉出銑樋の溶損部予知方法及び予知装置を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため、前記特許文献２の技術に着眼し、その見直しを行った。その結果、光ファイバーの配設位置を耐火物内にしなくても、溶損部の検出ができる技術を開発し、本発明を完成させたのである。

すなわち、本発明は、鉄枠内に不定形耐火物を施工した高炉出銑樋の長手方向に沿い取り付けられた光ファイバーと、該光ファイバーにパルス光を発振する光発振器と、前記出銑樋の高温部で発した散乱光のうち入射側に戻ってくるラマン散乱光を検出し、該ラマン散乱光をストークス光及びアンチストークス光に分離してそれぞれの強度を検出する光検出器と、前記光発振器及び前記光検出器に接続され、パルス光の発信、ラマン散乱光の分離、ストークス光及びアンチストークス光の強度比から前記高温部の温度算出及び入射光の戻り時間から前記高温部の位置算出を行うコンピュータとを備えた高炉出銑樋の溶損部予知装置において、前記鉄枠の外周面に、光ファイバーを挿通するセラミックス製の保護管を接合すると共に、前記光ファイバーを、前記鉄枠の外周面に互いに０．５ｍ以下〜０．１ｍ以上の距離で離隔して複数本取り付けたことを特徴とする高炉出銑樋の溶損部予知装置である。

本発明によれば、樋に内張りした耐火物の溶損部を迅速、正確に把握でき、溶銑、スラグ等が流出する所謂「樋抜け」をリアルタイムで監視できるようになる。また、光ファイバーの保守管理が従来より容易になるばかりでなく、補修費の低減も達成されるようになった。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。

まず、発明者は、特許文献２記載の予知装置の保守管理に問題があるのは、検出端（光ファイバー）が耐火物の中に埋設されている点にあると考えた。そして、もし検出端を耐火物に埋設させずに鉄枠の外に取り付けて、高温部が精度良く検出できれば非常に都合が良いと考えた。しかしながら、鉄枠は、熱を伝導するので、該鉄枠で熱が拡散し、高温となる位置が不明確となる恐れがあり、必ずしも成功するとは限らない。そこで、このことを確認するため、一本の光ファイバーを、鉄枠の外周に長手方向に沿って取り付けると共に、該光ファイバーに前記した光発振器、光検出器及びコンピュータ等を接続し、耐火物の表面をガス・バーナーで加熱する実験を行った。つまり、ガス・バーナーによる加熱位置を樋の長手方向に移動させて、鉄枠外周面の高温部（鉄枠の表面温度で１００℃を超える）を人工的に形成して、ラマン散乱光の分離、ストークス光及びアンチストークス光の強度比から前記高温部の温度算出及び入射光の戻り時間から前記高温部の位置算出ができるかを確認したのである。

その結果、耐火物内部に光ファイバーを埋設した場合に比べ精度が若干落ちるが、高温部の位置を反映した所でラマン散乱光が発せられ、ストークス光及びアンチストークス光の強度比から前記高温部の温度算出及び入射光の戻り時間も把握できることが明らかになった。そこで、発明者は、その精度が低下する原因は、高温部とそれより低温の部分との差が明確でないことにあると考え、対策を種々検討した。その結果、光ファイバー６の設置本数を増やして、つまり、高温部を検出する光ファイバー上の位置を増加して、多くの情報から総合的に判断すれば、高温部を正確に知ることがわかり、そのような構成を本発明としたのである。ちなみに、本発明に係る予知装置の全体構成は、図１に示すように、鉄枠１内に不定形耐火物２，３、４を施工した樋５の長手方向に沿い取り付けられた光ファイバー６と、該光ファイバー６にパルス光を発振する光発振器７と、前記高温部で発した散乱光のうち入射側に戻ってくるラマン散乱光を検出し、該ラマン散乱光をストークス光及びアンチストークス光に分離してそれぞれの強度を検出する光検出器８と、前記光発振器７及び前記光検出器８に接続され、パルス光の発信、ラマン散乱光の分離、ストークス光及びアンチストークス光の強度比から前記高温部の温度算出及び入射光の戻り時間から前記高温部の位置算出を行うコンピュータ９とを備えたものである。ここで、光ファイバーは、樋の両端でプリズムに接続されて光路が形成され、それにより前記光発振器７、光検出器８を複数の光ファイバーで共用できるので、その接続数は特に限定されるものではない。なお、図１には、光ファイバーは、簡略化のため光の３往復分しか図示していない。そして、本発明の重要なポイントは、図２に縦断面で示すように、前記光ファイバー６を、前記鉄枠１の外周面に互いに０．５ｍ以下の距離で離隔して取り付けることにある。０．５ｍ以下とするのは、樋の長手方向に０．３ｍ以下の精度で高温部の検出をする必要があるからである。ただし、離隔させる距離の下限は０．１ｍとすれば良い。このようにすると、前記したように、高温部と検出する光ファイバー上の点が増え、予知精度が高く維持できるからである。なお、図１には、０．３ｍの等間隔の例を示してあるが、本発明では、この離す間隔は、等間隔又は異間隔のいずれでも良い。

次に、発明者は、保守管理上、光ファイバー６の取り付け又は除去が容易にできることが好ましいと考えた。そして、前記鉄枠１の外周面の全周にわたり、光ファイバー６を挿通する保護管１０を予め接合しておくようにした。この場合、保護管９としては、光ファイバー６との摩擦抵抗が小さく、熱伝導性が低い材料であると共に、曲がりや内部にバリ、錆等がないであることが好ましい。その意味で、セラミックス製の管が好ましい。また、保護管９と鉄枠１の外周面との接合は、金属製の保護管に対しては溶接、セラミックス製の保護管には接着等を利用すれば良い。

内容積４０００ｍ³の高炉で多数回の出銑を行い、その鋳床に配設された出銑樋に溶銑及びスラグを流した。なお、１回の出銑量は、約１０００トンで、出銑から出銑までの時間（タップ間隔）は３時間である。その際、該出銑樋に本発明に係る溶損部予知装置を適用し、樋に内張りされた耐火物の管理を行った。その結果、出銑樋の全長、さらに全周にわたり、各出銑毎に溶損の激しい（劣化）位置がリアルタイムで明確に予知できたので、出銑作業の終了後に耐火物の補修が確実に行えるようになった。また、出銑樋の寿命が従来より２倍に延長できた。さらに、光ファイバーが劣化したと判断されても、その交換が迅速にできるので、溶損部の予知を中断することもなかった。

本発明に係る高炉出銑樋の溶損部予知装置の全体構成を説明する図である。高炉出銑樋に本発明に従って取り付けた光ファイバーの位置を示す縦断面図である。一般的な高炉出銑樋の縦断面図である。

符号の説明

１鉄枠（鉄皮）
２不定形耐火物Ａ
３不定形耐火物Ｂ
４不定形耐火物Ｃ
５出銑樋（樋）
６光ファイバー
７光発振器
８光検出器
９コンピュータ
１０プリズム
１１保護管

Claims

鉄枠内に不定形耐火物を施工した高炉出銑樋の長手方向に沿い取り付けられた光ファイバーと、該光ファイバーにパルス光を発振する光発振器と、前記出銑樋の高温部で発した散乱光のうち入射側に戻ってくるラマン散乱光を検出し、該ラマン散乱光をストークス光及びアンチストークス光に分離してそれぞれの強度を検出する光検出器と、前記光発振器及び前記光検出器に接続され、パルス光の発信、ラマン散乱光の分離、ストークス光及びアンチストークス光の強度比から前記高温部の温度算出及び入射光の戻り時間から前記高温部の位置算出を行うコンピュータとを備えた高炉出銑樋の溶損部予知装置において、
前記鉄枠の外周面に、光ファイバーを挿通するセラミックス製の保護管を接合すると共に、前記光ファイバーを、前記鉄枠の外周面に互いに０．５ｍ以下〜０．１ｍ以上の距離で離隔して複数本取り付けたことを特徴とする高炉出銑樋の溶損部予知装置。