JPH0658405B2

JPH0658405B2 - 窯炉容器の耐火物侵入地金およびライニング表面位置検出装置

Info

Publication number: JPH0658405B2
Application number: JP61198628A
Authority: JP
Inventors: 敬輔浅野; 秀夫井出; 肇鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-08-25
Filing date: 1986-08-25
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPS6353485A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、導電性で連続的な平面あるいは曲面状の外
殻の内側に非導電性の固体（ライニング）を内張りした
窯炉容器耐火物壁の、侵入地金の検出およびライニング
厚みの測定に関し、特に、この検出および測定のために
用いる侵入地金およびライニング表面位置検出装置に関
する。

［従来の技術］窯炉容器のライニングである耐火物壁の厚さを精度よく
計側し、また耐火物壁内に侵入した地金を早期に検出し
除去することは、窯炉容器の補修整備にとって極めて重
要である。すなわち、耐火物壁の厚さを精度よく計測
し、耐火物壁各部位の溶損量に応じた補修を行うことに
より窯炉容器全体の溶損バランスが保たれ、耐火物を効
率的に使用することが出来る。また、耐火物壁に侵入し
た地金はしばしば窯炉容器の外殻まで成長して湯洩れ事
故を誘発したり、あるいは地金と耐火物の熱膨張差によ
り、耐火物の脱落を引き起こしたりする。

従って、これらの事故を未然に防ぐため地金の早期除去
および耐火物の補修が必要であり、このために、耐火物
壁中の地金の検出および耐火物の厚み測定が必要であ
る。

現在、耐火物壁の厚さを計測する方法として次のような
ものがある（例えば特開昭51−147510号公報等）。

(1) レーザーやマイクロ波のような波を利用して、これ
らの波が発生装置から出て耐火物壁で反射し、また発生
装置に戻つてくるまでの時間から耐火物壁と発生装置の
距離を求め、この距離の変化から溶損量及び耐火物の厚
さを算出する。

(2) 容器のある特定の２点を指定し、この２点間にピア
ノ線等で基準線を設定し、この基準線と耐火物壁の距離
を物差し等で測定して耐火物壁の厚みを計算し、溶損量
を推定する。

上記(1)，(2)の方法は、耐火物壁の厚み測定のみであ
り、地金検出まで行うことはできない。現在、地金の検
出方法として確立されている技術はなく、作業者が耐火
物解体時に偶然発見する場合が多い（参考技術：特開昭
59−83005号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような方法は確実性にとぼしく、しばしば耐火物内
の侵入地金が発見されないまま、操業が行なわれること
になる。

本発明は、非破壊的かつ、確実に耐非物内の侵入地金を
検出し、かつ耐火物の厚み測定のための耐火物表面位置
検出を行なう装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、２個の電気コイルを間隔をおいて備え
たセンサーヘッド；センサーヘッドの一方のコイルに高周波電流を通電する
高周波付勢手段；センサーヘッドの他方のコイルの誘起電圧を地金情報信
号に変換する変換手段；センサーヘッドに装備され、センサーヘッドとこれに対
向する窯炉容器ライニングの表面との間の距離を検出す
る距離検出器；窯炉容器ライニング側において窯炉容器外殻に対してセ
ンサーヘッドを一定の距離に定める位置決め手段；およ
び、センサーヘッドを窯炉容器外殻に平行に移動中あるいは
停止後に、センサーヘッドを窯炉容器ライニングに対向
させたまま、センサーヘッドを構成する２個のコイルの
対称軸を回転の中心として、センサーヘッドを１回以上
回転させる手段；を備える。ここで、窯炉容器ライニングは炉壁および炉
底の耐火物壁を指す。

〔作用〕

位置決め手段が、窯炉容器ライニング側において窯炉容
器外殻に対してセンサヘッドを一定の距離に定め、高周
波付勢手段がセンサーヘッドの一方のコイルに高周波電
流を通電し、変換手段センサーヘッドの他方のコイルの
誘起電圧を地金情報信号に変換する。センサーヘッドが
外殻に対して定距離にあるので、地金情報信号は、地金
が無いとき一定レベルであり、地金があったときにそれ
に対応したレベルとなり、安定した地金検出が行なわれ
る。２個の電気コイルの配列と、地金の位置および形状
との相関により、地金検出コイルの誘起電圧レベルが変
動するが、回動手段がセンサヘッドを窯炉容器ライニン
グに対向のまま回転させるので、該回転のいずれかの角
度で地金が検出されることになる。また、距離検出器が
センサーヘッドに対向する面の距離を検出し、距離検出
器がセンサーヘッドにあってセンサーヘッドが外殻に対
して定距離にあるので、該定距離より検出した距離を減
算した値がライニング厚みであり、したがって検出した
距離よりライニング厚みを求めることができる。

このように本発明の装置を使用して、地金の検出とライ
ニング厚みの測定を行ない得る。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。１ａ，１ｂはセンサ
ーヘッドである。１ａは側壁用、１ｂは底部用である。
２は昇降アーム、３は昇降アームを介してセンサーヘッ
ドを上下前後に動かし、かつセンサーヘッドを昇降アー
ムを回転軸として回転させる駆動装置である。この駆動
装置は昇降アームを上下駆動しかつ回転させ、また旋回
バー６上を移動する。４はセンサーヘッド回転用モータ
ー、５はセンサーヘッド回転用シャフトである。旋回バ
ー６はレール８上を車輪７を介して移動し、旋回運動す
る。この旋回運動によって、センサーヘッドは取鍋内を
円周方向に移動することができる。なお、車輪７は旋回
バー６内に取付けられたモータ（図示省略）によって回
転する。レール８は支柱１７によって保持され、かつ水
平に保たれる。９は距離調節器であり、センサーヘッド
〜鉄皮１８間距離を一定に保つ。１０は送波用ケーブル
１１ａを介してセンサーヘッドの送波コイルに高周波電
流を供給するための高周波電源である。またセンサヘッ
ドの受波コイルに発生した誘起電圧は受波用ケーブル１
１ｂを介して取り出され、高周波増幅器１２及び、検波
器１３を通って信号処理器１４で一つの番地内での最大
誘起電圧がスレッシュレベルと比較され、その番地内で
の地金の有無が判断される。１５は表示器であり、全番
地における地金の有無を表示する。

１１ｃはセンサーヘッド位置検出信号用ケーブルであ
り、センサーヘッド位置検出器（図示略）からの信号を
インターフエイス１６へ伝える。インターフェイス１６
は位置情報（センサーヘッドが位置する番地）信号処理
器１４に与える。従って、最初の番地の位置及びセンサ
ーヘッドの移動パターンを指定しておけば、全番地の位
置が定まる。

モータ４および調節器９が、センサーヘッド１ａ，１ｂ
を耐火物壁１９にそって移動させる。耐火物壁１９を構
成する耐火物はアルミナ、シリカなどのような非導電性
固体（ライニング）であり、具体的には電気固有抵抗を
ρ（μΩcm）とするとｌｎρ＞14のものであり、絶縁体
である。

各センサーヘッドは２個のコイル、すなわち、送波コイ
ルと受波コイルから成る。まず、送波コイルに高周波電
流を流して高周波磁界を発生させる。以下これを１次磁
界と呼ぶ。１次磁界内に地金あるいは金属性窯炉容器外
殻のような導電体があると、電磁誘導により、該導電体
に渦電流が流れ、これにより２次磁界が形成される。１
次及び２次磁界の合成磁界により受波コイルに誘起電圧
が発生する。この誘起電圧の大きさは、センサーヘッド
〜導電体間距離によって変化する。従って、センサーヘ
ッド〜外殻間距離を一定に保ちながらセンサーヘッドを
移動させれば、センサーヘッド〜外殻間に地金が存在す
る場合、第２図のような出力ピークが得られる。

あらかじめ実験又は実積により地金の位置および大きさ
と受波コイルの誘起電圧（センサー出力）との関係を求
めておくことにより、信号処理器１４にスレッシュレベ
ルを設定し、出力がこのレベルを越えたならば、処理器
１４において地金があると判断する。第２図は外殻１８
の表面に平行な地金（以下でこれを平行地金と呼ぶ）の
検出例であるが、地金の侵入形態としては、この他に耐
火物１９の表面に対して垂直に侵入する地金（以下では
これを垂直地金と呼ぶ）もある。このような地金を検出
する際、地金へのセンサーヘッドの接近方向によって出
力特性が大きく変わる。例えば、第３図のように接近す
る場合、垂直地金の前後で出力ピークが現われるが、第
４図のように接近する場合、明確な出力ピークは得られ
ない。

従って、検出精度を高めるためには、地金に対してセン
サーヘッドがあらゆる向きをとりながら接近する、すな
わち、センサーヘッドの回転が必要となる。モータ４お
よびシヤフト５がこれを行なう。センサーヘッドは耐火
物壁上を移動し、センサーヘッドの対称軸を回転の中心
として、１回又は、それ以上回転するか、あるいは所定
の位置で停止して１回以上回転し、信号処理器１４が最
大誘起電圧を検出する。次に該最大誘起電圧を上記のス
レッシュレベルと比較し、このレベルを越えたならば、
地金があると判断する。更に、耐火物壁上における地金
の有無を表示器１５に表示し、図示しないプリンタに番
地を与えて、地金ありをプリントアウトさせる。第７図
に地金検出処理系のみを摘出して示す。表示器１５とし
てプリンタを用いた場合、地金が検出された番地は図示
のごとく黒く（斜線）塗りつぶされる。黒く塗りつぶさ
れた面積の大きさより地金を除去するかどうかを判断す
る。

再び第１図を参照すると、センサーヘッド１ａ，１ｂに
は、距離検出器２６が装備されている。こここで、セン
サーヘッド〜耐火物壁１９表面間距離ｈの計測およびこ
れに基づいた耐火物壁１９厚み検出を次に述べる。セン
サーヘッド１ａと鉄皮１８の相関を示す第５図におい
て、ｈおよびＬはそれぞれ、センーヘッド１ａ中心〜取
鍋側壁鉄皮上部間距離の垂直成分および水平成分、αは
側壁鉄皮の傾き角、ｌはセンサーヘッド１ａ〜鉄皮１９
間距離である。幾何学的条件よりＬは次式で表わされ
る。

Ｌ＝ｈtanα＋ｌcosα・・・(1) (1)式を変形してｌ＝（Ｌ−ｈtanα）／cosα・・・(2) 第６図は傾き角αを求める方法を示す説明図である。第
６図より次の関係式がある。

(2)，(3)および(4)式より、 (5)式より、ｌを所望の一定値とすると、取鍋の上端か
らｈの距離（高さ）で、ｌを得るための半径方向の距離
Ｌが求まる。このようにしてｈを変えるにつれてＬを更
新し、距離調整器９でセンサーヘッド１ａをｌに保つ。

上記の計算および距離設定は、取鍋側壁に関するもので
ある。取鍋敷の鉄皮について測定を行う場合は、測定初
期に設定したセンサーヘッド１ｂの位置から、セン−ヘ
ッドを取鍋敷の鉄皮に平行に移動させればよい。

第８ａ図に、第１図に示す距離検出器２６部を拡大して
示す。計測点上でセンサーヘッド１ａは旋回バー６およ
び昇降アーム２による周方向又は高さ方向の移動を一時
停止し、距離検出棒２１の先端が耐火物壁（ライニン
グ）１９の表面に当るまで耐火物壁１９に接近する。こ
のとき、後述するように、耐火物壁１９の厚みが検出さ
れる。

第８ｂ図に、距離検出棒２１およびそれに結合された距
離検出器２６の構成を示す。検出棒２１の右端にはラッ
ク３６の右端が固着されており、このラック３６に、摩
擦クラッチ（所定の力以上の回転力が加わると、空転す
るすべりクラッチ）を有する減速機構の出力ピニオン３
７が噛合っている。減速機構において、ピニオン３７の
回転軸に固着された大径ギア３８が、直流モータ４０の
回転軸に固着された小径ギア３９に噛合っている。モー
タ４０が正転すると、ラック３６が左方に移動し検出棒
２１が、ガイド３０より、左方（耐火物壁１９表面に近
づく方向）に突出する。検出棒２１を導電体ロッド３２
が貫通しており、その左端に当接子３１が固着されてお
り、この当接子３１が耐火物壁１９の表面に当る。検出
棒２１に対してロッド３２は、圧縮コイルスプリング３
３で左方に押されており、検出棒２１の左方の移動によ
り当接子３１が対火物壁１９の表面に当ると、圧縮コイ
ルスプリング３３が圧縮され、ロッド３２の右端が当接
検出端子３５に当る。ロッド３４には、ブラシ３４が接
触しておりこれによりアーム電位（Ｌ）が与えられてお
り、ロッド３２の右端が当接検出端子３５に当る（当接
子３１が耐火物壁１９の表面に当る）と該端子３５がア
ース電位となる。ラック３６にもアース電位が与えられ
ており、当接子３１が耐火物壁１９の表面に当り端子３
５がアース電位となると、モータ４０が逆転付勢に切換
えられ、ラック３６および検出棒２１が右方に移動し、
ラック３６の右端が退避検出端子４１に当ると、該端子
４１がアース電位となり、これに応じてモータ４０の逆
転付勢が停止される。ラック３６には接触子４６が固着
されており、この先端の導電体ボール４７が、プリント
基板４２上の、耐摩耗金属メッキを施した櫛刃状のプリ
ント電極４３に接触している。該電極は、１mmピッチ
で、ラック３６の延びる方向に分布している。すなわ
ち、ラック３６の左右動の間、ボール４７が接触する位
置に配列されている。端子３５，４１およびプリント基
板４２は、プリント基板４４に接続されている。プリン
ト基板４２上には、第８ｃ図に示す構成の距離検出回路
４５が組付けられている。

第８ｃ図を参照する。回路４５のモータドライバ４５ａ
は、スタート信号が到来するとモータ４０を正転付勢
し、リターン信号（端子３５がアースレベルになった信
号）が到来するとモータ４０を逆転付勢し、ストップ信
号（端子４１がアースレベルになった信号）が到来する
とモータ４０の付勢を停止する。これにより、モータド
ライバ４５ａにスタート信号が与えられるとモータ４０
が正転して、検出棒２１が第８ｂ図に示す退避位置から
耐火物壁１９の表面に向けて進出し、当接子３１が該表
面に当ると端子３５がアース電位（リターン信号）とな
ってモータ４０が逆転して検出棒２１が右方に移動して
該表面から退避し、ラック３６の右端が端子４１に当る
と、モータ４０が停止する。

プリント電極４３に第８ｃ図に示すように回路４５のデ
コーダ４５ｄとエンコーダ４５ｅが接続されている。パ
ルス発振器４５ｂが定周期ｄＴの高周波パルスを発生し
てこれをカウンタ４５ｃに与える。カウントコードがデ
コーダ４５に与えられ、デコーダ４５ｄが、第１のｄＴ
区間の間プリント電極４３の第１グループ（0,1,2,3,・・
・の８本）に高レベルＨを、次の第２のｄＴ区間の間第
２グループに、次の第３のｄＴ区間の間第３グループ
に、最後の第３２のｄＴ区間の間第３２グループに、高
レベルＨを与え、次にはまた第１グループにｄＴの間Ｈ
を与えるという具体に繰り返して、順次にプリント電極
グループに高レベルＨの電位位を与える。高レベルＨを
与えているグループNo.を、カウンタ４５ｃのカウント
コードが示す。

ボール４７はアース電位であるので、それが接触してい
るプリント電極（４３）はアースレベルである。エンコ
ーダ４５ｅは、グループ内の、ボール４７に接触した
（アース電位の）プリント電極のNo.を示すコードを発
生する。このコードを下位桁とし、カウンタ４５ｃのコ
ードを上位桁として、両コードを総計８ビットのコード
に組合せると、この８ビットコードが、全プリント電極
４３に、その最左端のものを第８ｂ図および第８ｃ図に
示すようにNo.0とし、それから右方にゆくにつれて１づ
つ番号を大きくした形での、ボール４７が接触したプリ
ント電極No.iを示す。プリント電極No.0には、当接子３
１がセンサーヘッド１の中心から左にＩの距離進んだ位
置（第８ａ図）にあるときにボール４７が接触する。ボ
ール４７が接触したプリント電極No.iは、当接子３１が
Ｉ（第８ａ図）の位置から右に外れた距離を示す。検出
棒２１が対向する耐火物壁１９の厚みは、したがって、
（ｌ−Ｉ）＋ｉである。

再び第８ｃ図を参照する。ボール４７が接触したプリン
ト電極のNO.iを示すコードは、端子３５がアース電位Ｌ
になったとき（当接子３１が耐火物壁１９に当ったと
き）にラッチ４５ｆにセットされ、次にセット指示（Ｈ
からＬへの立下り）が到来するまで該コードを保持し出
力し続ける。ラッチ４５ｆの保持コードと、セット信号
（端子３５のＨからＬへの変化）は、ケーブルを介して
信号処理器５４（第１図には示していないが、１４と並
置されている）に与えられる。信号処理器５４において
は、加算器５４ａが（ｌ−Ｉ）＋ｉを演算し、これがラ
ッチ５４にメモリされ、プリンタにプリントアウトされ
ると共に、２値化回路５４ｃが基準厚みデータと比較
し、（ｌ−Ｉ）＋ｉが基準厚みより小さいときには、表
示器５５が黒を表示する。

以上に説明した実施例によれば、取鍋の耐火物壁１９各
部の金属地金が検出されてプリンタに打ち出されると共
に表示器１５に表示され、かつ、耐火物壁１９（ライニ
ング）各部の厚みが検出されてプリンタに打ち出される
と共に、厚みが異常に薄い所が表示器５５で表示され
る。

なお、プリント電極４３に代えてリニアポテンシヨメー
タを用いてもよく、モータ４０に代えてリニアモータ又
はソレノイドを用いても良い。

次に耐火物壁１９の厚み測定のために、耐火物壁１９表
面の位置（つまりはヘッドと表面の距離）を検出する、
本発明の他の実施例で用いる距離検出器の他の例を第９
図および第１０図を参照して説明する。

第９図は、センサーヘッド１が移動しながら、同時にセ
ンサーヘッド〜耐火物壁間距離Ｄを検出する距離検出器
の概要を示す説明図である。距離検出棒２１はセンサー
ヘッド１の中央部に取付けられ、ばね２２で壁１９に向
けて押されている。が接続されている。このばね２２
を、距離検出回路２７の圧力検出器が支持している。ま
た、距離検出棒２１の先端には、車輪２３が取付けられ
ている。この車輪２３により、距離検出棒２１の先端
（車輪）が耐火物壁１９に接したままの状態で移動が可
能である。この状態では、ばね２２は縮み力が発生す
る。この力を圧力検出器が電気信号に変換して、距離検
出回路２７の演算器がフツクの法則により、ばね２２の
長さｘ求める。そして距離検出棒２１の長さをｔとする
とｔ＋ｘが求める距離Ｄとなる。ｌ−Ｄが耐火物壁１９
の厚みである。従って、センサーヘッド〜外殻間距離ｌ
を一定に保ちながらセンサーヘッドを移動すればｌ−Ｄ
より耐火物壁１９の厚さを求めることができる。

第１０図は、センサーヘッド１が移動しながら、同時に
センサーヘッド〜耐火物壁間距離Ｄを測定する方法を示
す他の説明図である。センサーヘッド１の中央部には２
本の導波管２４，２５が取付けられており、距離検出回
路２８がその一方から音波又は電磁波を出し、それから
耐火物壁１９上で反射し他方へもどるまでの時間を計数
して、この時間よりＤを演算する。

［発明の効果］本発明の装置によれば、窯炉容器のライニングである耐
火物壁の表面位置を精度よく計測し、同時に耐火物壁内
の侵入地金を非破壊的かつ確実に検出することができ
る。従って、耐火物壁各部の溶損量に応じた補修および
地金の除去が可能となり、容器全体の溶損バランスが保
たれ、耐火物を効率的に使用することができる。また、
解体作業によらず、早期に地金を発見できるので、湯洩
れ事故や耐火物と地金の熱膨張差による耐火物の脱落を
防止することが可能となり、操業の安定化が達成され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成概要を示す図面であ
り、取鍋は断面を示す。第２図は取鍋外殻に平行な地金の検出例を示す説明図で
あり、取鍋は断面を示す。第３図及び第４図は垂直地金の向きとセンサー出力の関
係を示す説明図であり、取鍋は断面を示す。第５図は、取鍋鉄皮とセンサーヘッドの相対位置関係を
示す断面図、第６図は取鍋の断面図である。第７図は第１図に示す本発明の実施例の、地金検出系の
みを摘出したブロック図であり、取鍋は断面を示す。第８ａ図は第１図に示す距離検出器２６の構成を示す断
面図、第８ｂ図は第８ａ図に示す距離検出棒２１の構成
を示す断面図、第８ｃ図は第８ｂ図に示すプリント基板
４４上の距離検出回路４５の構成を示すブロック図であ
る。第９図及び第１０図は、本発明の他の実施例で用いる他
の距離検出器を示す断面図である。 1a，1b：センサーヘッド、２：昇降アーム３：駆動装置、４：モータ５：シャフト、６：旋回バー７：車輪、８：レール９：距離調節器、１０：高周波電源 11a：送波用ケーブル 11b：受波用ケーブル、11c：ケーブル１２：高周波増幅器、１３：検波器１４：信号処理器、15，55：表示器１６：インターフェース、１７：支柱１８：取鍋鉄皮、１９：耐火物壁２０：地金、２１：距離検出棒２２：ばね、２３：車輪 24,25：導波管、２６：距離検出器２７，２８：距離検出回路、３０：ガイド３１：当接子、３２：導電体ロッド３３：圧縮コイルスプリング、３４：ブラシ３５，４１：端子、３６：ラック３７：ピニオン、３８：大径歯車３９：小径歯車、４０：直流モータ４２，４４：プリント基板、４５：距離検出回路５４：信号処理器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２個の電気コイルを間隔をおいて備えたセ
ンサーヘッド；センサーヘッドの一方のコイルに高周波電流を通電する
高周波付勢手段；センサーヘッドの他方のコイルの誘起電圧を地金情報信
号に変換する変換手段；センサーヘッドに装備され、センサーヘッドとこれに対
向する窯炉容器ライニングの表面との間の距離を検出す
る距離検出器；窯炉容器ライニング側において窯炉容器外殻に対してセ
ンサーヘッドを一定の距離に定める位置決め手段；およ
び、センサーヘッドを窯炉容器外殻に平行に移動中あるいは
停止後に、センサーヘッドを窯炉容器ライニングに対向
させたまま、センサーヘッドを構成する２個のコイルの
対称軸を回転の中心として、センサーヘッドを１回以上
回転させる手段；を備える侵入地金およびライニング表面検出装置。