JPH08285478A - 溶解炉内壁の消耗・付着物監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶解炉の炉体構造を変えることなく、且つ独
立した監視装置を設けることなく、操業中に自動的に炉
の内壁の消耗又はノロの付着を検出する簡単な構成の監
視装置を提供する。 【構成】 溶解用の電力回路に計器用変流器２４と計器
用変圧器２５とを接続し、インバータ電圧とインバータ
電流との関係を検出し、これらの数値を演算処理してル
ツボ４ａの内壁４ｃの消耗及びノロの付着を推測する炉
内壁監視演算装置２３と、この炉内壁監視演算装置２３
の信号により警報を表示する警報表示装置２６とを備え
て構成した。この場合、炉内壁監視演算装置２３はマイ
クロコンピュータ等の演算処理装置より成り、予め、所
定の関係式を入力しておき、所要の演算を行うものとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温の溶融金属を収容す
る電磁誘導加熱式の溶解炉の耐火物製炉内壁の消耗又は
ノロ等の付着を監視する装置に関し、更に詳しくは製鋼
用又は非鉄金属や合金の溶解炉の炉体又はルツボに使用
される耐火物内表面の使用中の損耗又はノロなどの付着
による肉厚の変化を、自動的に監視するための溶解炉内
壁の消耗・付着物監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】炉内に装入された金属又は合金の被溶解
材料を高温に加熱して溶解する各種の溶解炉では、炉内
の溶融金属が発する高熱により、それ自体が溶解されな
いように、また、固体の被溶解材料により摩耗されにく
いように融点が高く、且つ硬い酸化物などセラミックを
主体にした耐火物がルツボに使用されている。図３は、
従来の溶解炉とその電気回路を示す接続図である。同図
に示すように、商用電源Ｄに対してスイッチＳを介して
入力トランス１、インバータ２及び整合トランス３ａと
整合コンデンサ３ｂとより成る整合装置３が接続され、
整合装置３の出力電力を誘導溶解炉４の加熱コイル５に
供給するようになっていた。なお、４ａは耐火物製のル
ツボで、そのルツボ４ａ内に投入された被溶解材料を加
熱コイル５に交流電力を供給して溶解し、溶湯６を生じ
せしめるものである。なお、４ｂはルツボの内径、４ｃ
はルツボの内壁である。しかしながら、このような耐火
物製のルツボも長期に使用していると、内壁面から徐々
に消耗したり、内壁にノロが付着して肉厚が増して、次
のような問題を生じている。

【０００３】上記従来のものでは、ルツボ４ａの内壁４
ｃは数次に亘る金属の溶解により消耗したり、ノロが付
着する。このため、溶湯６がルツボ４ａの外周側に漏れ
たり、加熱用電力の供給に支障を生じて溶解作業が困難
になってゆく。内壁が消耗する場合、インバータ出力電
流が増え、定格出力電圧値に達する前に定格電流値に達
してしまい、それ以上電力負荷を大きくすることができ
ない。一方、炉の内壁４ｃにノロが付着すると炉の内径
が小さくなり、インバータが定格出力電圧値に達しても
インバータ電流値が定格値にならず、それ以上の電力供
給ができなくなる。上記のような操業不良の発生を防止
するため、炉の内壁の損耗状態を早期に発見して計画的
に炉内壁を補修して正常な状態で運転することが要求さ
れている。炉の内壁面の状態を調べるための最も一般的
な方法は、溶解炉の休止中に作業員が炉内に入り直接炉
内各所の寸法測定及びノロ付着の状況を観察することで
あるが、この方法はルツボが冷えている時にしか実行で
きないため、通常は毎日溶解開始前に行っている。しか
し、連続操業するような溶解炉では、上記の観察を長期
に亘って実施することができない。従って、溶解の途中
ではルツボの内壁面の調査は、離れた位置からの目視に
よる不確実な方法でしか確認できない。そこで、ルツボ
の内壁面の状態をより早期に、確実に把握するための代
表例として、次に示すような各種の監視方法が提案され
ている。

【０００４】特開昭５９−４１７８３号公報に記載の先
行技術は、冶金の炉壁の耐火性ライニングの摩耗を監視
する方法の発明であって、同公報中には耐火性ライニン
グの摩耗を監視するための超音波を利用した方法が開示
されている。図４は、この発明によるライニング１１の
内表面１３の摩耗監視方式を示す一部を破断した断面図
であり、同図の７はセラミック製のバー、８は開孔、９
は鋼製装甲、１０はダクト、１１はライニング、１２は
バー７の内方端、１３はライニング１１の内表面、１４
はライニング１１のヘッド、１５は超音波プローブ、１
６は結線、１７は超音波試験装置である。この方式で
は、バー７の内方端１２とライニング１１の内表面１３
とが一致するようにバー７が開孔８内に挿入され、装甲
９の後方（外方側）でセメントによりバー７が固めら
れ、ライニング１１と同時に内方から摩耗されるバー７
の長さが随時、超音波試験装置１７により測定されてラ
イニング１１の内表面１３の摩耗を監視するようになっ
ている。

【０００５】また、特開昭６３−５５４４４号公報に記
載の先行技術は、炉内耐火物壁面の観察方法の発明であ
り、同公報中には光学的方法により精錬炉などの休止時
間中に炉内耐火物の状態を観察し補修のための判定を行
う方法が開示されている。図５は、この発明による精錬
炉１８と、光源１９と、撮像装置２０との配置を示す模
式図である。光源１９は、例えばレーザ・ビームを精錬
炉１８内の破線で示す観察区画内の比較的離れた２点に
当てる。同一平面内に配置した２台の撮像装置２０（例
えばテレビ・カメラ）を、夫々の画面（破線の範囲）内
で前記の２点が同一箇所に位置するように向けて撮像す
る。撮像された両画像位置を前記の２点を基準にして合
わせ、両記録画像面内の各点の位相差を検出し、この位
相差を前記の画像上に合成して補修箇所を判定するよう
になっている。

【０００６】特開昭６３−６１８８５号公報に記載の先
行技術は、高熱炉耐火壁の損耗状況把握方法の発明であ
り、同公報中には測温法により炉内耐火物の損耗状況を
把握する方法が開示されている。図６は、この発明の測
温法を示す炉壁２１の一部を破断した断面図である。同
図に示すように、炉壁２１の厚さ方向の温度分布（肉厚
方向の温度変化）を測定し、この肉厚方向の所定の位置
の温度の初期値からの変化により炉壁２１の厚さの変化
を推測するもので、詳細は省略するが図１の左側は炉内
で、右側は路外であり、炉壁２１の肉厚方向に６箇所の
感温部を有する温度検知センサ２２が一部の感温部
Ｔ₁、Ｔ₂を炉内に露出して他の感温部Ｔ₃、Ｔ₄、Ｔ₅、
Ｔ₆を炉壁内の各所に配置して埋設されている。各感温
部は夫々の位置の溶湯又は炉壁２１の温度を検知して、
溶湯の温度と当初の肉厚の時の炉壁２１の各位置の温度
と比較して炉壁２１の肉厚を推定するものである。

【０００７】また、特開平５−１３１３号公報に記載の
先行技術は、高炉炉壁付着物監視装置の発明であり、同
公報中には高炉炉壁（内表面）の付着物厚さを監視する
ための熱電対による測温方法が開示されている。この方
法の場合は、炉壁外周面を多数の区画に分割し、各区画
ごとに同じ位置で深さを変えて埋め込んだ２個（一対）
の熱電対により深さ方向２箇所の温度を測定し、付着物
がなかった時の同じ２点の温度（基準温度）からの変化
を捉えて付着物除去のための判断を行うものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のもの及び上記の
各先行技術のものには、次のような問題点があった。 （１）先ず、従来のものでは、炉内壁の摩耗の状況やノ
ロの付着状況を監視する手段が何ら設けられていないた
め、作業員が目視で定期的に監視する必要があった。 （２）上記先行技術のものには、炉壁の摩耗又は炉壁へ
の付着物の監視手段として提案されているが、これらの
全ての方法は、炉壁内にセンサなど検知手段を埋め込む
か、撮像装置などを炉壁の周囲に配置して炉の休止時期
だけ稼働する方式であり、炉壁の補修ごとに新たにセン
サなどを埋め込む必要があり又は休止時間だけしか状況
を把握できない。 （３）また、先行技術の一部の手段は、センサなどを埋
めた炉壁の部分と他の炉壁の部分とが変わるもので構造
が複雑になり、炉壁の消耗、熱伝導率の相違又は割れの
発生などにより炉壁の信頼性を小さくする可能性を有し
ていた。本発明は、従来のもの及び先行技術のものの上
記課題（問題点）を解決するようにした溶解炉内壁の消
耗・付着物監視装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の溶解炉内壁の消
耗・付着物監視装置は、上記課題を解決するために、イ
ンバータ電圧とインバータ電流との関係を検出し、これ
らの数値を演算処理して炉内壁面の消耗及びノロ付着を
推測する炉内壁監視演算装置と、この炉内壁監視演算装
置の信号により警報を表示する警報表示装置を設けた構
成とした。なお、電力回路と炉内壁監視演算装置との間
には計器用変流器と計器用変圧器を接続するのが望まし
い。

【００１０】

【作用】上記の炉内壁監視演算装置中には、最適な状態
での定格溶湯量におけるインバータ電圧値に対するイン
バータ電流値の最適な関係、炉内壁が消耗した場合又は
ノロが付着した場合の夫々通常の操業が可能な限界にお
けるインバータ電圧値とインバータ電流値との関係式等
のデータのほか、溶湯量が多い場合や少ない場合の上記
の各関係式が予め入力されているから、各チャージごと
の溶解作業中に電力回路から計測したインバータ電流値
とインバータ電圧値とから上記のような関係式を用いて
演算し、且つチャージごとの、これらの関係式の変化か
ら限界値に達するまでの操業可能チャージ数が演算によ
り算出される。この結果、計測による関係式が適正範囲
を超えたとき、又は所定の回数の残チャージ数が予測さ
れたときに警報表示装置により警報が発せられる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の溶解炉内壁の消耗・付着物
監視装置の一実施例を示す接続図である。同図中、従来
技術のものに対応する構成については図３と同一の符号
を付して、その説明は省略する。本発明は、図１に示す
ように、従来のものに炉内壁監視演算装置２３と警報表
示装置２６を付加する点に、その構成上の特徴がある。
ここで、炉内壁監視演算装置２３は、例えば、マイクロ
コンピュータ等の演算記憶処理手段より成り、同装置中
には、最適な状態での定格溶湯量におけるインバータ電
圧値に対するインバータ電流値の最適な関係、炉内壁が
消耗した場合の又はノロが付着した場合の夫々通常の操
業が可能な限界におけるインバータ電圧値とインバータ
電流値との関係式等のデータのほか、溶湯量が多い場合
や少ない場合の上記の各関係式を予め入力するように
し、各チャージごとの溶解作業中に電力回路から計測し
たインバータ電流値とインバータ電圧値とから上記関係
式を用いて演算し、且つチャージごとのこれらの関係式
の変化から限界値に達するまでの操業可能チャージ数を
演算により算出するものとする。なお、炉内壁監視演算
装置２３を入力トランス１とインバータ２の二次側に、
夫々計器用変流器（ＣＴ）２４と計器用変圧器（ＰＴ）
２５を介して接続し、この炉内壁監視演算装置２３の出
力により警報表示装置２６から警報を発するようになっ
ている。従って、具体的には、次に示す作動により常時
内壁４ｃの壁面の状態を監視することが可能なものであ
る。図２は、炉内の装入材料に対しインバータ電圧をか
けたときのインバータ電流の変化を示す特性図で、この
内、同図（Ａ）は、炉内の溶湯の量が定格溶湯量の場合
であり、同図（Ｂ）は、炉内の溶湯の量が定格溶湯量よ
り少ない場合を示すものである。図２（Ａ）において、
線Ａは炉の内壁が消耗した場合の特性図を、また線Ｂは
内壁のノロ付着による夫々操業の限界を示す特性図を示
すもので、共にインバータ電圧に対するインバータ電流
の関係で示している。上記の両線Ａ、Ｂ間のハッチング
した範囲は正常に溶解を行うことができる溶解可能領域
である。炉の内壁（炉内壁と略す）の消耗又はノロ付着
が生じていない最適状態では、インバータ電圧とインバ
ータ電流との関係はハッチングした正常範囲内を通る特
性となる。

【００１２】炉内壁が消耗すると、インバータ電圧に対
してインバータ電流が大きくなり、炉内壁消耗時の特性
限界である線Ａを過ぎて、例えば図２（Ａ）の線Ｃのよ
うに正常範囲から外れるため炉内壁が消耗されたことが
検知される。一方、炉内壁にノロが付着するとインバー
タ電圧に対してインバータ電流が小さくなり、ノロ付着
時の特性限界である線Ｂを超えて、例えば同図の線Ｄの
ように正常範囲から下側に外れるためノロの付着が検知
される。図２（Ｂ）により炉内の溶湯量が定格値より少
ない場合を説明すると、同図に示すように、ノロ付着に
より炉内の溶湯の量が少なくなると、正常操業の限界で
ある線Ｅと線Ｆとから夫々インバータ電流の低電流値側
に例えば線Ｇ又は線Ｈのように移動し、このような変化
によりノロの付着が検知される。前述のように、炉内壁
監視演算装置２３には、最適値や両限界値などのデータ
が予め入力されているから、限界値を超えた場合の信号
を警報表示装置に送り警報の発生や表示を行う。上記で
は、解りやすくするため、操業に不適当なまで炉内壁の
消耗やノロ付着が進行した場合で説明したが、本発明の
より好適な実施例では、インバータ電圧に対するインバ
ータ電流の関係、即ち図２のように示される線の勾配の
チャージごとの変化を記録し、正常範囲内にある時点
で、更に限界値に達するまでのチャージ数を演算して推
測するなどの機能を有するものである。

【００１３】本発明の溶解炉内壁の消耗・付着物監視装
置は、上記のように溶湯への付加電圧と発生する電流と
の関係を炉の操業期間中、常に自動的に監視できるもの
であり、特に経時的な変化により寿命を予測するもので
あるから、炉体の構造を変更せず、また炉の操業を阻害
することなく監視のための休止時間を不要にし、且つ特
別な装置を用意することなく、省力的に炉内壁の健全性
を診断することができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の溶解炉内壁の消耗・付着物監視
装置は、上記のように構成されるから、次のような優れ
た効果を有する。 （１）溶解用電力回路に炉内壁監視演算装置と警報表示
装置とを接続する簡単な構成で、炉内壁の内表面の消耗
や炉内壁へのノロの付着を迅速、的確に検出でき、しか
も従来のもののように炉体の構造を変えることなく、且
つ監視のための運転休止は不要となった。 （２）従って、予め補修時期を予想することができ、作
業性も大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶解炉内壁の消耗・付着物監視装置の
一実施例を示す接続図である。

【図２】炉内の装入材料に対し、インバータ電圧をかけ
たときのインバータ電流の変化を示す特性図で、同図
（Ａ）は炉内の溶湯の量が定格溶湯量の場合、同図
（Ｂ）は炉内の溶湯の量が定格溶湯量より少ない場合を
示す。

【図３】従来技術による溶解炉とその電力回路の主要部
を示す接続図である。

【図４】先行技術によるライニングの内表面の摩耗監視
方式を示す一部を破断した断面図である。

【図５】別の先行技術による精錬炉と、光源と、撮像装
置との配置を示す模式図である。

【図６】更に、別の先行技術による炉壁の測温法を示す
一部を破断した断面図である。

【符号の説明】

１：入力トランス ２：インバータ ４ａ：ルツボ ４ｃ：内壁 ２３：炉内壁監視演算装置 ２４：計器用変流器 ２５：計器用変圧器 ２６：警報表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁誘導加熱によりルツボ内に収容され
   た被溶解材料を溶解する溶解炉において、 上記溶解炉の加熱コイルに供給する溶解用電力回路の入
   力トランスの一次側と、この入力トランスの二次側に接
   続されるインバータの二次側の各電極に、夫々設けられ
   た計器用変流器と計器用変圧器とを介して接続される炉
   内壁監視演算装置と、 この炉内壁監視演算装置の出力により警報を発する警報
   表示装置とを備えたことを特徴とする溶解炉内壁の消耗
   ・付着物監視装置。
2. 【請求項２】 前記炉内壁監視演算装置は、マイクロコ
   ンピュータ等の演算記憶処理手段より成り、予め所要の
   データと関係式を入力しておき、各溶解チャージごとの
   インバータ電圧とインバータ電流を基に上記関係式によ
   り演算を行い、炉内壁の消耗又はノロ付着による正常な
   上記関係からの逸脱又はこの逸脱に達するまでの残りの
   チャージ数を演算処理して警報信号を出すように構成し
   た請求項１記載の溶解炉内壁の消耗・付着物監視装置。