JP5809513B2 - 煉瓦残厚測定装置 - Google Patents
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Description
なおこの図において、2はカーボン煉瓦、3はスタンプ、5はキャスタブル、7はエアーハンマである。
(1) 安定した測定を行うためには、鉄製円柱1の外表面にエアーハンマ7により強い衝撃を印加する必要がある。そのため、カーボン煉瓦2、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えるおそれがある。
(2) 鉄製円柱1を鉄皮6の表面からステーブ4の内面まで貫通させて設置するため、鉄製円柱1の外周面に隙間ができ、内部からCO,H2Sなどの有毒ガスが洩れる。そのため、長期間の連続計測は困難である。
前記高炉は、前記鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔と、該計測孔と連通する前記鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジとを有しており、
前記計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサと、
前記取付フランジに気密に取り付けられ、前記超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付け、かつ前記超音波センサからの信号線を前記鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置と、
前記センサ押付装置を気密に囲み、前記信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジングと、を備え、
前記センサ押付装置は、前記取付フランジに気密に取り付けられ前記計測孔の軸心を中心とする雌ネジ部を有する治具フランジと、
前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を有し、前記軸心に沿って前記鉄皮の外側から内側まで延びる中空円筒形のネジパイプと、
前記ネジパイプの中空孔を貫通して該ネジパイプの外側から内側まで延び、内端にフレキシブルカップリングを介して前記超音波センサが取り付けられ、中間部に前記ネジパイプの内端面と対向する鍔部を有する中空円筒形のセンサ押付棒と、
前記ネジパイプの内端面とセンサ押付棒の鍔部との間に位置する押し付け力発生要素と、からなる、ことを特徴とする煉瓦残厚測定装置が提供される。
前記密閉型ハウジングは、前記治具フランジに気密に取り付けられ、前記センサ押付装置を気密に囲み、前記2芯コネクタの円筒形部分をシール部材の塑性変形により気密に貫通させて固定するロック部材を有する第1ハウジングと、
該第1ハウジングに気密に取り付けられた第2ハウジングと、
該第2ハウジングに気密に取り付けられ前記超音波センサからの2芯の信号をセラミック又は樹脂により気密に伝達する結線コネクタを有する盲フランジと、
前記第2ハウジング内において、前記2芯コネクタと結線コネクタを電気的に接続する同軸ケーブルと、からなる。
また、前記接触媒体は、金属粉又は酸化金属粉の骨材と当該骨材を結合させる結合材とから構成され、使用可能温度での超音波伝達性能を具備し、且つ、前記超音波センサをカーボン煉瓦に密着させるように変形能を有する。
なお、かかる超音波センサ16の構造は、特に限定されるものではないが、例えば図3に示したように、特許文献2にその一例が開示されている。
信号線17は、後述するセンサ押付棒26に設けられた中空孔を通してセンサ押付棒26の外方端より外側まで延びる長さを有する。また、2芯コネクタ18の円筒形部分18aは、直径約8mmの密閉された円筒形金属パイプからなり、その外方端にコネクタの接点が設けられている。
フレキシブルカップリング25は、センサ押付棒26の軸線に対して、例えば+/−5°の角度範囲で超音波センサ16がどの方向にも自由に傾動できるようになっている。
なお、フレキシブルカップリングとは、広義の意味で、自由に追従可能な機能を有する継手を意味する。
接触媒体は、超音波伝達時に阻害要因となるカーボン煉瓦およびセンサ面との凹凸面の影響を低減し、損失を極力低減させた超音波伝達を行うために必要であり、かつ使用環境温度領域での超音波伝達性能を安定的に具備していなければならない。このため接触媒体には、変形能を有し、材質として粘土のように応力下で自在に変形し、凹凸部を均してカーボン煉瓦とセンサとを接触媒体を介して密着させ、超音波をセンサ面からカーボン煉瓦へと伝達させることができる材質であればよい。このような機能を満たすために、接触媒体は、粘土質を構成する骨材と、それらを結合させる結合材とから構成されることが好ましい。
この場合、骨材としては比較的高温下でも安定的に超音波を伝達可能な金属や酸化金属等の粉粒体を使用でき(例えば、0.1mm以下)、結合材については骨材同士のバインダーとしての役割を担いながら、変形能が高く、且つ、熱分解開始温度が使用環境温度領域よりも高温で安定的であり、結合剤中の揮発成分が揮発しても大きな空隙をつくらずに、超音波の伝達をできるだけ阻害しないような材料がより好ましい。
骨材の具体例としては、アルミナ粉、ムライト粉、アルミニウム粉、フリット粉などが挙げられ、これらを単独又は混合して使用できる。
また、結合材の具体例としては、樹脂やタールやピッチなどが挙げられ、これらを単独又は混合して使用できる。中でもフェノール樹脂が上記機能を高いレベルで満たすため、結合剤中に含まれていることが好ましい。
また、接触媒体の変形能をより高めるため、例えば、モノエチレングリコールなどが含まれていても構わない。
市販品では、耐火材料製品として販売されている黒崎播磨製「クロジョック」(商標登録)を接触媒体として用いることができる。
この結果から、超音波センサ16の感度特性は、50kg以上で良好な感度が得られるが、100kgを超えると感度が鈍化することが確認された。
この図において、センサ押付装置20は、治具フランジ22、ネジパイプ24、センサ押付棒26、及び押し付け力発生要素28からなる。
しかし、本発明はこの構成に限定されず、外側フランジ部23aと内側フランジ部23bを一体に構成してもよい。
センサ押付棒26の中心軸に沿って設けられた中空孔は、信号線17と2芯コネクタ18が通る直径(例えば、約10mm)を有する。
所定の力は、超音波センサ16で正確かつ安定した計測ができる力(例えば50〜100kg)である。
また、この例では、バネ28とネジパイプ24の内端面との間、及びバネ28と鍔部26aとの間にスラストベアリング29a,29bが設けられ、センサ押付棒26に対してネジパイプ24を軸心を中心に円滑に回転できるようになっている。
なお、押し付け力発生要素28は、バネに限定されず、エアーシリンダ、油圧シリンダ、等であってもよい。
また、この押付けの際に、超音波センサ16の内表面とカーボン煉瓦2の外表面とが完全に平行でない場合でも、上述したフレキシブルカップリング25により、センサ押付棒26の軸線に対して、超音波センサ16がどの方向にも自由に傾動するので、超音波センサ16の内表面とカーボン煉瓦2の外表面とを正確に密着させることができる。
第1ハウジング32は、内側フランジ32a、外側フランジ32b、及びその間を連結するパイプ32cからなる。外側フランジ32bは、盲フランジであり、その一部にロック部材33を有する。
内側フランジ32aは、治具フランジ22にガスケット31を介して気密に取り付けられ、センサ押付装置20を気密に囲んでいる。また、ロック部材33は、好ましくはスウェージロック(登録商標)であり、2芯コネクタ18の円筒形部分18aをシール部材(フロントフェノールとバックフェノール)の塑性変形により気密に貫通させて固定するようになっている。
内側フランジ34aは、第1ハウジング32の外側フランジ32bにガスケット37aを介して気密に取り付けられている。
結線コネクタ35は、好ましくはハーメチックコネクタであり、盲フランジ36にセラミック又は樹脂により気密に取り付けられ、超音波センサ16からの信号線17の信号を気密を保持したまま外部に取り出せるようになっている。
なお、同軸ケーブル38の両端部のコネクタの大きさは、パイプ34cの内側に収容できる限りで、2芯コネクタ18の円筒形部分18aよりも大きくてもよい。
次いで、ネジパイプ24の外方端をその軸線を中心に適当な治具を用いて回転させることにより、ネジパイプ24の内端面(図で左端)とセンサ押付棒26の鍔部26aとの間でバネ28を軸方向に圧縮することができる。
また、この押付けの際に、超音波センサ16の内表面とカーボン煉瓦2の外表面とが完全に平行でない場合でも、上述したフレキシブルカップリング25により、センサ押付棒26の軸線に対して、超音波センサ16がどの方向にも傾動するので、超音波センサ16の内表面とカーボン煉瓦2の外表面とを正確に密着させることができる。
押し付け力発生要素28は、この例では油圧シリンダであり、ネジパイプ24の内端面とセンサ押付棒26の鍔部26aとの間に位置し、超音波センサ16を所定の力でカーボン煉瓦2へ向けて押し付けるようになっている。
油圧シリンダ28への油圧の供給は、固定フランジを通して行う。また、配管の取り出しは、同軸ケーブル38と同様に、2段階で外部まで取り出し、気密性を保つようになっている。
その他の構成は第1実施形態と同様である。
その結果、4箇所共に有毒ガスの漏洩や設備の損傷は全くなく、また、振動子をカーボン煉瓦に密着できたことからカーボン煉瓦の厚みが減少していく状況を問題無く測定することができた。
(1)超音波センサ16を、押し付け力発生要素28(バネ、油圧シリンダ、空圧シリンダ)により所定の力で被計測物(カーボン煉瓦2の外表面)へ押し付けることができる
(2)被計測物の姿勢変化による超音波センサ16との相対角度及び変位に対し、フレキシブルカップリング25によりある程度追従することができる。
(3)接触媒体により、カーボン煉瓦に凹凸があっても、その凹凸に追従して接触媒体が変形し、カーボン煉瓦とセンサとを密着させて、超音波を安定的にカーボン煉瓦に伝達することができる。
(4)密閉型ハウジング30により、被測定物からの噴出有毒ガスの漏洩を完全に防止し、または外環境から超音波センサ16を隔離できる。
(5)手動押し付け用アタッチメント、すなわち手動押し付け用ハンドルの装着により、固定設置から可搬への形態変更ができる。
5 キャスタブル、6 鉄皮、7 エアーハンマ、8 表面波検知センサ、
9 反射波検知センサ、
10 高炉、12 計測孔、14 取付フランジ、
16 超音波センサ、17 信号線、18 2芯コネクタ、18a 円筒形部分、
19 接触媒体、20 センサ押付装置、21 ガスケット、22 治具フランジ、
22a 雌ネジ部、23a 外側フランジ部、23b 内側フランジ部、
24 ネジパイプ、24a 雄ネジ部、25 フレキシブルカップリング、
26 センサ押付棒、26a 鍔部、28 バネ、
29a,29b スラストベアリング、
30 密閉型ハウジング、31 ガスケット、32 第1ハウジング、
32a 内側フランジ、32b 外側フランジ、32c パイプ、
33 ロック部材、34 第2ハウジング、
34a 内側フランジ、34b 外側フランジ、34c パイプ、
35 結線コネクタ、36 盲フランジ、
37a ガスケット、37b ガスケット、
38 同軸ケーブル、40 治具
Claims (3)
- 金属製の鉄皮の内側にカーボン煉瓦を有する高炉に取り付けられ、前記カーボン煉瓦の厚さを計測する煉瓦残厚測定装置であって、
前記高炉は、前記鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔と、該計測孔と連通する前記鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジとを有しており、
前記計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサと、
前記取付フランジに気密に取り付けられ、前記超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付け、かつ前記超音波センサからの信号線を前記鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置と、
前記センサ押付装置を気密に囲み、前記信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジングと、を備え、
前記センサ押付装置は、前記取付フランジに気密に取り付けられ前記計測孔の軸心を中心とする雌ネジ部を有する治具フランジと、
前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を有し、前記軸心に沿って前記鉄皮の外側から内側まで延びる中空円筒形のネジパイプと、
前記ネジパイプの中空孔を貫通して該ネジパイプの外側から内側まで延び、内端にフレキシブルカップリングを介して前記超音波センサが取り付けられ、中間部に前記ネジパイプの内端面と対向する鍔部を有する中空円筒形のセンサ押付棒と、
前記ネジパイプの内端面とセンサ押付棒の鍔部との間に位置する押し付け力発生要素と、からなる、ことを特徴とする煉瓦残厚測定装置。 - 前記超音波センサは、2枚の電極の間にニオブ酸リチウム振動子が挟持された高温用超音波センサであり、前記信号線は、一端が前記2枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する2芯コネクタに接続された2芯ケーブルであり、
前記密閉型ハウジングは、前記治具フランジに気密に取り付けられ、前記センサ押付装置を気密に囲み、前記2芯コネクタの円筒形部分をシール部材の塑性変形により気密に貫通させて固定するロック部材を有する第1ハウジングと、
該第1ハウジングに気密に取り付けられた第2ハウジングと、
該第2ハウジングに気密に取り付けられ前記超音波センサからの2芯の信号をセラミック又は樹脂により気密に伝達する結線コネクタを有する盲フランジと、
前記第2ハウジング内において、前記2芯コネクタと結線コネクタを電気的に接続する同軸ケーブルと、からなることを特徴とする請求項1に記載の煉瓦残厚測定装置。 - 前記接触媒体は、金属粉又は酸化金属粉の骨材と当該骨材を結合させる結合材とから構成され、使用可能温度での超音波伝達性能を具備し、且つ、前記超音波センサをカーボン煉瓦に密着させるように変形能を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の煉瓦残厚測定装置。
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