JPH0348441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐火物で形成された壁面の侵食状況
を正確に検知することのできる検知回路に関する
ものである。

高炉、転炉、取鍋等の様に高温の金属溶湯を収
納し、或は高温環境下に激しい冶金反応を行なわ
せる容器、更には均熱炉等の様に長期間に亘つて
内部を高熱に保持する炉体等は、鉄皮等により形
成される枠体や箱体の内側に耐火物を内張りして
なるものである。しかしこれらの耐火物層は、長
期間に亘つて熱的及び／又は機械的刺激を繰り返
し受けており、徐々に脆化が進行して脱落等の損
耗が発生し、応急的又は根本的な補修を行なうこ
とが必要になつてくる。その為耐火物の損耗状況
（換言すれば残存状況）を正確に把握することは、
安全操業を続行していくうえで不可欠の管理項目
になつている。

上記管理の手法としては、鉄皮の外観や温度に
よつて推察する方法が主流を占めてきたが、極め
て精度の低いものであつたから、先に本出願人
は、実開昭55−105140号によつて温度分布検知セ
ンサーを提案した。このセンサーを用い、且つ特
開昭55−119114号に記載した耐火壁損耗状況把握
方法を駆使すれば、耐火物の内面位置はかなりの
高精度で把握することができる。但しこの方法で
はコンピユーターによる計算操作が必要である
為、色々な耐火壁をとりあげて簡単に適用するこ
とができず、汎用性に欠けるという問題が残され
た。勿論上記センサーを耐火物内に埋設して利用
した場合、耐火物の損耗が進行してセンサーの検
知部が破断されたときには異常な出力信号が観測
されるので、該信号のみによつて侵食位置を検知
するという簡易手法を行なうことも可能ではあ
る。しかし上記センサーは、シース型熱電対又は
シース型抵抗温度計を利用するものであるから、
上記信号は本質的に温度信号であり、炉内温度の
急変による変動と上記破断による変動との内別は
必らずしも容易でなく、時には決定的に誤まつた
判断を下す恐れもあり、信頼性に欠けるという問
題がある。

本発明者等は上記の様な状況のもとで、耐火壁
の侵食状況を簡単且つ正確に検知し得る様な手段
の開発を期して研究を行なつた結果、２本の高融
点線材を絶縁的に平行配列しそれらの先端部を接
触又は非接触の検知部とした検知素子を耐火壁内
に配置し、耐火壁の侵食によつて露出した前記検
知部の断線（又は短絡）による抵抗変化を利用し
て耐火壁の侵食状況を検知する技術を開発し、別
途実用新案登録出願を行なつた。

本発明は、上記出願に係る検知センサーに適用
される検知回路を工夫して成されたものであり、
通常の断線検出手段と異なる点は以下の通りであ
る。即ち普通の断線検出方法とは、検知素子端の
短絡時の抵抗と断線時の抵抗の変動を利用して異
常状態を検知しようとするものであり、主に熱電
対の異常検知手段として特開昭55−60828号、同
55−117932号、実公昭55−11456号、実開昭54−
102167号等が知られている。ところがこれら公知
の検知手段を高炉耐火壁等に適用しようとした場
合、検知素子端にスラグ等が付着する為に断線時
でも抵抗の変化が小さいことが多く、また素子端
が溶銑や溶鋼に接触すると、断線しているにもか
かわらず短絡状態になつて抵抗の変動が極く僅か
となり、異常状態を見過ごしてしまう恐れがあ
る。

そこで本発明者等は、異常発生の経過において
生じる瞬間的な抵抗の変動も確実に検知し得る様
な検知回路を開発すべく更に研究を進めた結果、
ついに本発明を完成した。

即ち本発明に係る耐火物壁侵食量検知回路と
は、略平行に配列された２本の高融点線材の先端
を接触又は非接触の検知部とすると共に、少なく
とも該検知部以外は絶縁的に保持してなる検知素
子を、耐火物壁内に配設して耐火物壁の侵食状況
を検知するに当り、前記検知素子に電流を供給す
る電源と、該素子に流入する電流量を検出する回
路と、検知素子の両端電圧を検出する回路と、上
記検出電流と両端電圧の比を演算する割算器と、
該割算器からの出力電圧を一定電圧と比較する比
較器と、該比較器からの瞬間的な出力電圧の変化
を保持する保持回路と、該保持回路からの出力電
圧によつて作動する表示回路とからなるところに
要旨が存在する。

以下実施例を示す回路図によつて本発明の構成
及び作用効果を説明するが、下記は本発明を限定
する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合
し得る範囲で回路を適当に変更したり或は他の回
路を付加することも可能であり、それらは全て本
発明の範囲に含まれる。

第１図は、耐火物壁内に配設した検知素子１の
先端検知部１′が初期短絡状態（正常状態即ち未
検知状態）から、耐火物壁の侵食に伴なつて検知
部１′が溶損し、検知素子１の抵抗値が増大する
瞬間を検知して表示灯を点灯し警報を鳴らすまで
の流れを示す回路図であり、図中２は電流リード
線、８は電圧リード線、４，５は差動増幅器、６
は割算器、７は電圧比較器、８はフリツプフロツ
プ、９は単安定マルチバルブレータ、１０は表示
灯を夫々示す。この回路に電源を入れると電圧
（Vcc）が立上り、抵抗（R₁）を介して検知素子
１に電流(i)が供給される。抵抗（R₁）の両端電
圧（V₁）は利得（Gi）の差動増幅器４で増幅さ
れ、割算器６のＸ入力として供給される。即ちＸ
入力の電圧（V_X）は下記〔１〕式で与えられ、
検知素子１に流入する電流量に比例する。

V_X＝Gi・R₁・ｉ ……〔１〕 また検知部１′の抵抗値を（R_S）とすると、検
知素子１の両端電圧（V₂）は下記〔２〕式で与
えられるが、 V₂＝R_S・ｉ ……〔２〕 この両端電圧は利得（G_V）の差動増幅器５で
増幅された後、割算器６のＹ入力として供給され
る。従つてＹ入力の電圧（V_Y）は下記〔３〕式
で与えられる。

V_Y＝Gv・R_S・ｉ ……〔３〕 割算器６は上記Ｘ入力とＹ入力を基に下記
〔４〕式の演算を行なう。

Vo＝10・V_Y／V_X＝10・Gv・R_S／Gi・R₁
…〔４〕 即ち割算器６の出力（Vo）は検知部１′の抵抗
値（R_S）に比例する。

割算器６の出力（Vo）は電圧比較器７に入力
され、可変抵抗器（VR₁）によつて決定される一
定の電圧（V_S）と比較される。ここで割算器６
の出力（Vo）が一定電圧（V_S）以下の場合即ち
検知部１′の抵抗値（R_S）が小さい場合は、電圧
比較器７の出力は高レベルに保たれている。

フリツプフロツプ８は電源投入時その出力が高
低何れのレベルになるか不明であるので、電源投
入時に以下説明する如くリセツトパルスP_Rを入
力し、フリツプフロツプ８をリセツトする。即ち
第２図はリセツトパルス発生回路を例示するもの
で、電源の投入と共に電圧（Vcc）が立上ると、
抵抗Ｒを介してコンデンサＣの充電が開始され、
時定数（RC）だけ遅れてコンデンサＣの両端電
圧が立上る。このとき電源電圧（Vcc）が立上つ
てもその直後におけるコンデンサＣの両端電圧は
低いままであるから、２個のシユミツトトリガー
インバータ１１の出力（P_R）は低レベルに保た
れ、時定数（RC）に相当する時間が経過した後
出力（P_R）は高レベルに転じる。上記電源投入
時の低レベル信号によつてフリツプフロツプ８が
リセツトされる。

尚表示灯１０の点灯及び単安定マルチバイブレ
ータ９の作動はフリツプフロツプ８の出力によつ
て行なわれるが、電源投入時には表示灯１０は消
灯しており単安定マルチバイブレータ９も作動し
ない。

ところで検知素子１の配設された耐火物壁の侵
食が進行し検知部１′が壁外に露出すると、検知
部１′が溶損して短絡状態から開放状態になるが、
検知部１′にスラグ等が付着していると開放状態
とならず、ある有限の抵抗を示す。その結果検知
素子１に流入する電流が減少し、検知部１′の両
端電圧が増大する。

ここで従来の断線検知回路では、一般に両端電
圧の変化のみを検知する方法であるから、僅かな
抵抗値変化を正確に検知することは困難である。
しかも従来の両端電圧検出法では、以下に示す如
く電源電圧（Vcc）が変動すると出力が著しく変
動するほか、検知部１′の抵抗増加によつて検知
感度が著しく低下するという重大な問題がある。
即ち第３図は検知回路として従来の両端電圧検知
回路を適用した場合の回路図であり、第１図の電
源電圧差動増幅器４及び割算器６を省略し、電圧
リード線３から導かれる電流のみを増幅して比較
器７に入力し、検知部１′の電圧変動のみを検出
する様にしている。この回路の場合、差動増幅器
５の入力電圧（Vvi）は下記〔５〕式で与えら
れ、 Vvi＝Vcc・R_S／R₁＋R_S …〔５〕 これを利得（Gv）の差動増幅器５で増幅する
と、その出力（Vvo）は〔６〕式に示す通りとな
る。

Vvo＝Gv・Vcc・R_S／R₁＋R_S …〔６〕 またこの場合の検知部１′の抵抗変化に対する
出力感度は、前記〔６〕式を抵抗（R_S）で微分
した〔７〕式によつて求めることができる。

∂Vvo／∂R_S＝Gv・Vcc・R₁／（R₁＋R_S）² …〔７〕 〔７〕式からも明らかな様に従来の両端電圧検
出法では、検知感度が電源電圧（Vcc）によつて
変動すると共に、検知部の抵抗（R_S）が大きく
なると検出感度が大幅に低下する。従つて抵抗
（R₁）と（R_S）が適当となる様に設定する必要が
あり、検知素子との互換性に乏しい。

これに対し本発明に係る第１図の回路であれ
ば、〔４〕式からも明らかな様に割算器６で行な
われるＸ入力とＹ入力に基づく演算によつて電源
電圧（Vcc）を消去しているから、（Vcc）が変
動しても割算器６の出力は全く変動しない。しか
も〔４〕式と〔６〕式を夫々検知部の抵抗（R_S）
で微分すると、〔８〕式に示す如く抵抗変化に対
する出力感度が得られるが、 ∂Vo／∂R_S＝10・Gv／Gi・１／R₁ …〔８〕 この式からも明らかな様に、出力感度は電源投
入部に設けた抵抗（R₁）に影響されるのみで
（R_S）に一切影響を受けない。即ち本回路であれ
ばどの様な検知素子に適用した場合でも、また検
知素子の抵抗がどの様に変化した場合でも、常に
高い検知感度を得ることができる。

次に検知素子１の検知部１′が溶損したときに
おける、第１図の回路の作動を説明する。

検知部１′が正常な短絡状態にあるときは抵抗
（R_S）が小さいから、割算器６の出力（Vo）はほ
ぼ一定の小さな値を維持しているが、耐火壁の侵
食によつて検知部１′が溶損すると、抵抗（R_S）
が増大して割算器６の出力（Vo）が大きくなり、
電圧比較器７における一定電圧（V_S）との大小
関係が逆転してその出力は低レベルに反転する。
この反転によつてフリツプフロツプ８がセツトさ
れ、その出力が反転して表示灯が点灯すると共
に、単安定マルチバイブレータ９が作動して単一
の低パルス（P_B）を出力する。

次に溶損した検知端１′に溶鋼が付着すると、
電圧比較器７の出力は短絡時（溶損前）と同程度
の高レベルに戻るが、フリツプフロツプ８はリセ
ツト信号（P_R）が入力されるまでは出力反転が
起こらないから、表示灯１０は点灯したままであ
る。即ちフリツプフロツプ８は、電圧比較器７か
らの瞬間的な出力電圧の変化を保持する保持回路
として機能する。

この様に本発明の回路を使用すれば、検知部
１′の溶損初期の抵抗（R_S）の変動のみを正確に
検知して作動し、その後溶鋼等の付着によつて抵
抗値が変動しても、表示灯１０は点滅することな
く点灯したままである。従つて点灯の有無によつ
て耐火壁内の検知素子配設部の侵食の有無を確実
に知ることができる。

また第１図に示した様な検知素子及び検知回路
を複数組使用し、各検知素子の検知部が耐火物壁
の肉厚方向に異なつた位置を占める様に配設して
おけば、各素子の配設位置と対応する回路に設け
た表示灯の点灯の有無によつて耐火物壁の侵食進
行状況を段階的に確認することができる。また上
記複数の回路を第４図に示す様なワイアドOR回
路に接続すれば、各回路における表示灯の点灯と
呼応して警報を発する様にすることができる。即
ち第４図に示す如く各チヤネルからの単一低パル
ス出力（P_B）をワイアドOR回路に接続しておく
と、１〜ｎチヤネルの中の１つのチヤネルから単
一低パルス（P_B）が出力されると、フリツプフ
ロツプ１２がセツトされて警報器１４が鳴動す
る。尚フリツプフロツプ１２は、第２図に示した
様な回路の出力（P_R）によつて電源投入時にリ
セツトされているので、出力（P_B）が入力する
までは警報器１４は鳴動しない。また警報器１４
の鳴動の停止は、スイツチ１３を押してフリツプ
フロツプ１２をリセツトすることによつて行なわ
れる。そして次の出力（P_B）が入力すると再び
フリツプフロツプ１２がセツトされて警報器１４
が鳴動し、この繰り返しにより、表示灯１０の点
灯と警報器１４の鳴動が呼応して起こる。

尚侵食状態の表示方法としては前述の様な点灯
表示が最も簡単であるが、この他LEDやメータ
表示、CRT表示等を採用することも勿論可能で
ある。また上記は、検知素子として短絡型のもの
を用いる場合を示したが、開放型検知素子（当初
開放状態で設置し、溶損による溶鋼との接触で短
絡するタイプ）を使用する場合は、第１図の回路
を下記の様に変更すればよい。即ち電圧比較器７
の出力は開放型と短絡型では逆転するので、第５
図の様に電圧比較器７の入力接続法を逆にする
か、或は第６図に示す如く比較器７とフリツプフ
ロツプ８の間にインバータ１５を入れゝばよい。

尚本発明では、検知部の抵抗変化検知法として
電圧降下法の電圧計−電流計法を採用している
が、この方法は、抵抗に流れ込む電流とその両端
電圧の比から抵抗値を知る方式であり、電流が一
定ならば電圧のみを測定すればよく、又電圧が一
定になる様に制御してそのときの流入電流を測定
してもよく、何れにしても回路が比較的簡単で且
つ必要程度の精度を十分に確保することができ
る。ちなみに本発明に使用される検知素子として
は、その長さにもよるが検知部の抵抗（溶損前）
約10〜100Ω程度のものが使用され、この場合溶
損時の抵抗は300Ω以上、溶鋼接触時の抵抗は100
Ω以下を示した。

本発明は概略以上の様に構成されており、前記
した様な特殊な検知回路を使用することによつ
て、検知部の僅かな抵抗変化を電圧変化として感
度良く検知することができ、耐火物壁の侵食進行
状況を正確に把握し得ることになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す検知回路図、第
２図はフリツプフロツプのリセツト回路図、第３
図は従来の断線検出法を示す回路図、第４図は本
発明回路をワイアドOR回路に接続した場合を例
示する回路図、第５，６図は開放型検知素子を使
用する場合の変更例を示す要部回路図である。 １…検知素子、１′…検知部、２…電流リード
線、３…電圧リード線、４，５…差動増幅器、６
…割算器、７…電圧比較器、８…フリツプフロツ
プ、１０…表示灯、１２…安定化定電流源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 略平行に配列された２本の高融点線材の先端
   を、接触又は非接触の検知部とすると共に、少な
   くとも該検知部以外は絶縁的に保持してなる検知
   素子を、耐火物壁内に配設して耐火物壁の侵食状
   況を検知するに当り、前記検知素子に電流を供給
   する電源と、該素子に流入する電流量を検出する
   回路と、検知素子の両端電圧を検出する回路と、
   上記検出電流と両端電圧の比を演算する割算器
   と、該割算器からの出力電圧を一定電圧と比較す
   る比較器と、該比較器からの瞬間的な出力電圧の
   変化を保持する保持回路と、該保持回路からの出
   力電圧によつて作動する表示回路とからなること
   を特徴とする耐火物壁侵食量検知回路。 ２ 特許請求の範囲第１項において、複数の検知
   素子を、夫々の検知部が耐火物壁の肉厚方向に異
   なつた位置を占める様に配設し、夫々の検知素子
   に上記回路を接続してなる耐火物壁侵食量検知回
   路。