JP7313274B2 - 炉内覗き窓構造 - Google Patents

Description

本発明は、高炉、加熱炉、熱処理炉等の高温環境となる炉内の状況を監視する際の炉内覗き窓構造に関するものである。

高炉のような高温の炉内を炉外側から監視する方法として、従来、炉壁に所定径の貫通孔を形成してガラス等の透明部材からなる窓材を装着し、この窓材の炉外側に配置した撮像装置で高炉内の状況を監視することが行われている。その際、窓材の炉内側には、清浄ガスをパージすることにより、炉内で発生する燃焼生成物等の粉塵の窓材表面への付着を防ぐとともに、窓材の冷却を図り、窓材やその炉外側に設置された撮像装置を炉内の高熱から保護する。このように、炉外から炉内を監視するために炉壁の貫通孔に装着される炉内覗き窓構造は、例えば特許文献１、２等に開示されている。

特開平６－３１３５４０号公報 特開２０１０－２１５０号公報

特許文献１の炉内覗き窓装置においては、摺動棒体は開孔部の開閉機能を有することから強度が必要であり、適度な厚み（直径）が必要である。その結果、カメラ視野を確保するためには摺動棒体に形成されている貫通孔が大きくなり、そのために、炉内の燃焼生成物や粉塵を巻き込みやすく、窓ガラスが汚れやすくなる。また、摺動棒体の開孔部の形状が錐体状であることから、炉内からの燃焼生成物や粉塵のわずかな付着により、視野欠けが生じやすくなる。この付着物は、放置すれば徐々に大きくなるため、高頻度で定期的に清掃作業を行わなければならないという問題がある。

特許文献２は、炉内の必要監視個所を撮影できる穴を形成したセラミック板を配置し、窓材へのダストや高温ガスの侵入を低減するものであるが、炉内の監視を行わない場合にセラミック板の穴を塞ぐ手段は備えていない。また、セラミック板の穴は円柱状であり、カメラの視野を妨げないためには、セラミック板の厚さに応じた大きさの穴を設ける必要があり、窓材へのダストや高温ガスの影響を十分に防ぐことができない。

そこで、本発明の目的は、炉外からの視野を遮ることなく、且つ、炉内で発生する燃焼生成物や粉塵等の付着による影響を低減できる炉内覗き窓構造を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、炉壁に形成された開口に設置され、炉外から炉内を監視するための炉内覗き窓構造であって、前記開口に取り付けられる筒状のケーシングに、炉外側から順に、監視に必要な波長の光線を透過させる窓材、炉内に向けて貫通する覗き穴を有する覗き部材、および、前記覗き穴を炉内側に対して開閉するシャッターが装着され、前記覗き穴は、炉外側から炉内側に向かって面積が拡大する円錐台形または角錐台形であり、前記シャッターは、円柱状の開口部を有し、前記開口部は、前記覗き穴の円錐台形または角錐台形の広がり角度を延長した空間よりも大きい径を有することを特徴とする、炉内覗き窓構造を提供する。

前記シャッターは、前記覗き部材の炉内側の面に連続して配置され、前記ケーシング内をスライド可能であり、炉内を監視する際には前記開口部を前記覗き穴と同心位置とし、監視しないときには、前記開口部を前記覗き穴の位置からずらすことにより、前記覗き部材の炉内側と炉外側とを気密に遮断してもよい。また、前記覗き部材と前記窓材との間に、パージガスが供給されるパージ空間が設けられてもよい。

本発明によれば、炉外からの視野を遮ることなく、炉内で発生する燃焼生成物や粉塵等の付着による影響を低減して、炉内の監視を行うことができる。

本発明の実施形態にかかる炉内覗き窓構造が炉壁に設置された状態を示す縦断面図である。 図１の炉内覗き窓構造のシャッターとケーシングとの関係を説明する平面図である。 覗き穴の形状による効果の説明図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は本発明とは逆方向の場合を示す。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態である炉内覗き窓構造１が、例えば高炉等の高温炉の炉壁２に設置され、撮像装置３により炉内を監視する際の状態を示す。炉壁２の所定位置に開口２ａが設けられ、開口２ａに対向して、炉外側に、本発明の実施形態にかかる炉内覗き窓構造１が、開口２ａと同心状に設置されている。以下、本明細書において、図１に示す炉外側を「上」、炉内側を「下」と記載することがある。

炉内覗き窓構造１は、炉壁２の開口２ａと同心状に配置される円筒状のケーシング１１を有している。ケーシング１１は、側面に、中心軸線と直交する方向に貫通孔１２が設けられ、その貫通孔１２には、例えば図２に示すように、長尺板状のシャッター１３が、図示しないエアシリンダ等により駆動してケーシング１１内をスライド可能に、且つ貫通孔１２に隙間なく装着されている。シャッター１３には、ケーシング１１の中心軸線方向（上下方向）に貫通する円柱状の開口部１３ａが形成され、炉内の監視作業を行うときには、この開口部１３ａとケーシング１１との中心軸の位置を合わせ、監視作業を行わないときには、シャッター１３をスライドさせて開口部１３ａの位置を移動させ、後述する覗き穴１４ａの位置からずらして塞ぐことにより、炉内と炉外とを気密に遮断する。

シャッター１３の炉外側の面の直上には、シャッター１３に連続して覗き部材１４が取り付けられている。覗き部材１４は、例えば厚さ１０ｍｍのステンレス製の円板状の部材であり、中央に、炉内に向けて貫通する覗き穴１４ａが貫通形成されている。覗き穴１４ａは、炉外側から炉内側に向かって面積が拡大する截頭錐体状、例えば円錐台形である。したがって、覗き穴１４ａの形状を上方に延長すると、錐体Ｃの頂点は炉外側の位置になる。シャッター１３の開口部１３ａをケーシング１１と同心に配置したとき、すなわち、炉内の監視を行うときには、覗き穴１４ａの形状を下方に延長した空間が視野となる。そのため、その視野範囲をシャッター１３で遮らないように、シャッター１３の開口部１３ａの寸法が決められる。すなわち、図１に示すように、覗き穴１４ａの形状を上下に延長した錐体Ｃよりもシャッター１３の開口部１３ａが大きくなるように、開口部１３ａの寸法が設定される。また、覗き穴１４ａの角度は、撮像装置３の視野角以上とすることで、撮像装置３の視野を最大限に活用して監視することができる。なお、覗き穴１４ａの形状は角錐台形でもよく、その場合には、錐体Ｃは、角錐、例えば四角錐となる。

ケーシング１１の炉外側（上面）は、窓材１５で覆われている。窓材１５は、炉外側に所定の波長の光線を透過させることができる透明性を有し、且つ、後述するパージガスの圧力に耐える耐圧性や、高温の炉内温度に耐える耐熱性を有する材質、例えば厚さ１０ｍｍの石英ガラス等が用いられる。さらに、窓材１５の周縁をケーシング１１に押さえつける押さえ材１６が配置され、図示しないねじ等によって固定される。

窓材１５の炉外側には、撮像装置３が設置される。撮像装置３は、例えば図１に示すように、窓材１５に対向して炉外側へ向かって順に、レンズ系４、およびカメラ５が設けられ、レンズ系４で集光された光をカメラ５に導き、撮像する。本発明において、撮像装置３はこの構成に限らない。

また、ケーシング１１に取り付けられる覗き部材１４と窓材１５との間には、図示しないパージガス供給装置からパージガスが送り込まれるパージ空間１７が設けられている。パージ空間１７は、ケーシング１１の側方から中央に向けて設けられたパージガスの流路１８に連続して形成されている。パージガスとしては例えば窒素などが用いられ、パージ空間１７が高炉の炉内圧力よりも高圧力となるように、パージガスが供給される。パージ空間１７に供給されたパージガスは、覗き部材１４の覗き穴１４ａを介して炉内へ排出される。このパージガスの流れによって、窓材１５の下面に炉内の燃焼生成物や粉塵等が付着するのを防ぐとともに、窓材１５が冷却され、窓材１５や窓材１５の炉外側に配置された撮像装置３を高炉内の熱から保護する。

炉内からの粉塵等や輻射熱は、覗き穴１４ａを介して炉外側に侵入するため、窓材１５や撮像装置３の損傷を防ぐためには、覗き穴１４ａはなるべく小さいことが好ましい。しかしながら、覗き穴１４ａが小さすぎると、撮像装置３の視野を十分に確保できなくなるおそれがある。本発明は、覗き穴１４ａを有する覗き部材１４とシャッター１３とを別部材としたことにより、開閉機能を有するために強度が必要なシャッター１３は、厚みに応じて視野を確保できる大きさの開口部１３ａを有していても、シャッター１３の炉外側に配置された覗き部材１４により、窓材１５への熱や粉塵等の影響を低減し、窓材１５の破損を防ぎ、汚れを軽減して清掃作業の頻度を低くすることができる。さらに、覗き穴１４ａを、炉外側から炉内側に向かって面積が拡大する截頭錐体状とすることにより、炉外側の保護と視野の確保とを両立する。

図３は、覗き穴１４ａの形状によるさらなる効果を説明する図である。本発明では、図３（Ａ）に示すように、覗き穴１４ａの炉外側の開口を小さくすることによって、図３（Ｂ）に示すように上下反対の形状で覗き穴１４ａの炉外側の開口を大きくした場合に比べ、炉外側に設ける窓材１５の寸法を小さくでき、撮像装置３の小型化が可能となり、コストを低減できる。

また、パージガスが覗き穴１４ａを介して炉内に排出されるときには、図３（Ａ）、（Ｂ）の矢印に示すように、炉内雰囲気を巻き込むような気流が発生し、覗き穴１４ａの炉内側の周囲に、炉内の燃焼生成物や粉塵等が付着しやすくなる。その際、覗き穴１４ａの炉内側の開口が小さいと（図３（Ｂ））、付着物２１による視野欠けの割合が大きく、撮像装置３による炉内の監視に支障が生じる。しかし、本発明では、覗き穴１４ａを、炉内側に向けて広がる形状とすることにより（図３（Ａ））、付着物２１による視野欠けの影響が少なくすむ。

さらに、炉内の燃焼生成物や粉塵等による付着物２１は、図３に示すように、覗き穴１４ａの炉内側の周縁部に最も付着しやすいため、覗き部材１４の直下にシャッター１３を配置すれば、シャッター１３が開閉時にスライドする際、覗き穴１４ａの周縁部の付着物２１を除去することができる。高炉等に設けられた覗き窓構造１に付着した付着物２１の清掃作業を炉内側から行うことは、実質的に不可能であり、清掃作業を行うには、炉の休止中にチェーンブロックなどを用いて覗き窓構造１全体を取り外す必要があり、極めて手間がかかる作業となる。本実施形態によれば、前述のように、シャッター１３の操作によって付着物を削り取ることができるので、このような清掃作業の頻度を減らすことが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、高温環境となる炉内の状況を監視する際に適用できる。

１ 炉内覗き窓構造
２ 炉壁
２ａ 開口
３ 撮像装置
１１ ケーシング
１３ シャッター
１３ａ 開口部
１４ 覗き部材
１４ａ 覗き穴
１５ 窓材
１７ パージ空間
２１ 付着物
Ｃ 錐体

Claims (3)

1. 炉壁に形成された開口に設置され、炉外から炉内を監視するための炉内覗き窓構造であって、
   前記開口に取り付けられる筒状のケーシングに、炉外側から順に、監視に必要な波長の光線を透過させる窓材、炉内に向けて貫通する覗き穴を有する覗き部材、および、前記覗き穴を炉内側に対して開閉するシャッターが装着され、
   前記覗き穴は、炉外側から炉内側に向かって面積が拡大する円錐台形または角錐台形であり、
   前記シャッターは、円柱状の開口部を有し、前記開口部は、前記覗き穴の円錐台形または角錐台形の広がり角度を延長した空間よりも大きい径を有することを特徴とする、炉内覗き窓構造。
2. 前記シャッターは、前記覗き部材の炉内側の面に連続して配置され、前記ケーシング内をスライド可能であり、炉内を監視する際には前記開口部を前記覗き穴と同心位置とし、監視しないときには、前記開口部を前記覗き穴の位置からずらすことにより、前記覗き部材の炉内側と炉外側とを気密に遮断することを特徴とする、請求項１に記載の炉内覗き窓構造。
3. 前記覗き部材と前記窓材との間に、パージガスが供給されるパージ空間が設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の炉内覗き窓構造。

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