JPH0835007A - 受銑容器における溶銑漏洩予知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受銑容器の耐火レンガ異常溶損による溶銑漏
洩を未然に防止する。 【構成】 受銑容器３における鉄皮５に構築した耐火レ
ンガ８の内部に測温用光ファイバ９をスパイラル状に巻
いて敷設し、温度レーダ10から測温用光ファイバ９に光
パルスを入射した時の散乱光の特性とその戻り時間とか
ら温度変化発生位置を特定することによって受銑容器３
の全範囲に亘って正確に溶銑漏洩の予知を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉から生成される溶
銑の運搬に使用される受銑容器の鉄皮内側に施工された
耐火レンガの異常溶損による溶銑漏洩を未然に防ぐこと
を目的とする受銑容器における溶銑漏洩予知方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に受銑容器は自立走行台車によって
運ばれ、とくに図３に示すように車輪４を備えた台車２
上に魚雷型の受銑容器３を搭載したトピードカー１は、
たとえば図４に示すように鉄皮５の内側に永久レンガ６
と内張りレンガ７とが構築され、耐火レンガ８を構成し
ており、高温の溶銑からの侵食に耐えられるようになっ
ている。しかしながら使用回数の増加と共に溶銑による
侵食が進行するので、適時に侵食の進行した内張りレン
ガ７を不定形耐火物により補修して寿命延長を図ってい
る。

【０００３】時には、溶銑による急激な侵食作用により
内張りレンガ７だけでなく永久レンガ６まで侵食され溶
銑が鉄皮５まで達し、鉄皮５の溶損により受銑容器３か
ら溶銑が漏洩することがある。溶銑漏洩事故は大規模に
なり易いため非常に危険であり、設備破損ばかりでなく
人身事故につながる可能性がある。したがってこのよう
な受銑容器からの溶銑漏洩を未然に防ぐことは重要であ
り、このため従来から下記のような方法が採用されてい
る。

【０００４】（１）受銑容器の受銑回数、受銑温度など
の実績から得た知見をもとにレンガ再張替えのタイミン
グを決定する方法、（２）溶銑が払い出された状態での
レンガの目視による検査方法、（３）放射温度計を用い
て受銑容器の鉄皮の表面温度を測定し、異常高温を確認
したときに漏洩予知と判断する方法、（４）複数の熱電
体をレンガ内に敷設し、それらから得られる温度パター
ンより漏洩を検知する方法、

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術（１）〜
（４）には下記のような問題点があった。（１）の方法
では耐火レンガ溶損量は推定なので、レンガ再張替えの
タイミングは限界レンガ厚よりも余裕をもって実施しな
ければならない。このため、レンガ原単位減少を妨げる
一因になっている。

【０００６】（２）の方法は（１）の方法に比べて能動
的ではあるが、オンラインにおける溶銑が入った状態で
の急激な溶損は検知できない。（３）の方法は（２）の
方法に比べて、オンラインでも検知ができるという点で
優れている。しかし、放射温度計の設置場所は実際問題
として非常に限られている。また、受銑容器の構造上、
放射温度計の死角になるところが存在する。よってこの
方法では漏洩予知を完全に行うのは困難である。

【０００７】（４）の方法は（３）の方法に比べて広い
範囲の測定が実現可能であるが、熱電対を多数敷設しな
ければならないため、施工上困難である。本発明は、前
記従来技術の問題点を解決し、受銑容器のレンガ溶損に
よる溶銑漏洩事故を未然に防ぐことができる受銑容器に
おける溶銑漏洩予知方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、受銑容器から
の溶銑漏洩を予知するため、温度測定手段について種々
検討を重ねた結果、測温用光ファイバの利用に着目し、
本発明を完成するに至ったものである。前記目的を達成
するための本発明は、受銑容器の鉄皮の外側、鉄皮と耐
火レンガとの間または耐火レンガの内部に保護管内に挿
通した測温用光ファイバを所定ルートをもって敷設する
と共に、この測温用光ファイバに温度レーダを接続し、
この温度レーダから測温用光ファイバに光パルスを入射
し、その際に温度レーダに戻ってくる散乱光中のストー
クス光／アンチストークス光の強度比に基づいて温度の
変化を検出すると共に、前記散乱光の戻り時間に基づい
て温度変化発生場所を特定し、溶銑漏洩を予知すること
を特徴とする受銑容器における溶銑漏洩予知方法であ
る。

【０００９】

【作用】本発明においては、測定手段として光ファイバ
を使用するためセンサ部分を受銑容器の全範囲に亘って
容易かつ確実に設置できる。また光ファイバは保護管に
よって保護されているので外部からの機械的ストレスが
加わるのを防止できる。温度レーダから測温用光ファイ
バに光パルスを入射すると、内部を伝播し、光ファイバ
のあらゆる場所で散乱光を発生させる。散乱光の一部は
後方散乱光として入射側に戻ってくる。この戻ってくる
時間により後方散乱光の発生位置を特定することができ
る。後方散乱光の中には、光ファイバを構成しているガ
ラスの格子振動により弾性的に散乱されて生じるレーレ
散乱光のほかに、非弾性的に生じるラマン散乱光が含ま
れている。このラマン散乱光はストークス光とアンチス
トークス光からなり、この二つの光の強度比は、入射光
波長とガラスの組成が決まれば理論的に温度のみに依存
している。よって、以上の原理を用いることにより、光
パルス入射による戻り散乱光の特性と戻り時間とから正
確に温度変化発生位置を特定できるので、受銑容器の全
範囲に亘って正確な溶銑の漏洩予知が可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明は図１および図２に示すようにトピードカ
ーの魚雷型受銑容器３において鉄皮５の内側に構築され
た耐火レンガ８の内部、すなわち永久レンガ６と内張り
レンガ７との境目に配管用ステンレス鋼鋼管（ＳＵＳ
管）などの保護管（図示せず）の内部に挿通して外部か
らの機械的なストレスから保護した測温用光ファイバ９
を、たとえば受銑容器３の長手方向の一端から他端に亘
り円周方向にスパイラル状に敷設する。場合によっては
測温用光ファイバ９を鉄皮５と永久レンガ６との間にま
たは鉄皮５の外側に敷設することもできる。

【００１１】測温用光ファイバ９の一端は台車に搭載さ
れた温度レーダ10に接続されており、また温度レーダ10
はコンピュータ11に接続され、さらにコンピュータ11は
警報器12に接続されている。受銑容器３内への測温用光
ファイバ９の敷設場所の選択は設備の状況から判断して
行えばよいが、大まかな基準として次の２つを挙げるこ
とができる。 （１）温度測定精度を期待するのであれば、鉄皮５近傍
の温度は大気温度の変化に敏感に反応し誤差要因になる
ので耐火レンガ８の内部が望ましい。 （２）敷設した測温用光ファイバ９を長期的に使用する
のであれば、耐火レンガ８の補修を考慮して鉄皮５の内
面に敷設するのがよく、さらに耐火レンガ８の修理時に
生じる衝撃による破損の影響を避けるためには鉄皮５の
外側が望ましい。

【００１２】測温用光ファイバ９の敷設本数は一本又は
複数本でも構わない。複数本設置する場合は、光スイッ
チを用いて測温用光ファイバ９を切り換えながら受銑容
器全域を監視することになる。また保護管内部に測温用
光ファイバ９を複数本一緒に挿入することにより、一本
が振動などの要因により断線しても他の線をバックアッ
プとして使用することが可能である。

【００１３】測温用光ファイバ９を受銑容器３に敷設す
る方法としていろいろ考えられるが、前述のようにらせ
ん状に巻きながら敷設する方法がもっとも適切であると
考えられる。この際、測温用光ファイバ９は材質上の制
約のため、通信で信用される一般的な光ファイバに比べ
て通常使用に耐える限界曲げ径が大きいので、注意が必
要である。

【００１４】敷設場所や敷設方法によっては受銑容器３
の鉄皮５の熱膨張により、測温用光ファイバ９に機械的
なストレスを与える可能性がある。このため、敷設ルー
トは慎重に選定しなくてはならない。また保護管として
用いるＳＵＳ管は測温用光ファイバ９に比べて熱膨張率
が大きい。そのため、測温用光ファイバ９に引っ張りな
どのストレスを与える可能性がある。よって測温用光フ
ァイバ９はＳＵＳ管内部にて若干たわむよう長めにする
必要がある。鉄皮５の内側や耐火レンガ８内はＳＵＳ管
の周囲が完全に固定されるのでＳＵＳ管の膨張が抑えら
れる。このため、測温用光ファイバ９への引っ張りのス
トレスの負担が軽減される。

【００１５】前記の測温用光ファイバ９を温度レーダ10
に接続する。接続の仕方はコネクタ接続を選定する。測
温用光ファイバ９、温度レーダ10は走行台車に一台づつ
搭載することが望ましい。しかし、それが不可能な場合
は適宜適当な場所に温度レーダ10を必要な個数だけ設置
し、そこを通過、停止する走行台車の測温用光ファイバ
９にコネクタを用いて接続すればよい。このように測温
用光ファイバ９を温度レーダ10に接続することにより、
測温用光ファイバ９全域の温度を測定することができ
る。つまり、受銑容器３全域の温度を把握することが可
能になるのである。

【００１６】次に本発明による受銑容器３の溶銑漏洩予
知方法の手順について説明する。受銑容器３に溶銑を入
れている間に、定期的にまたは適宜に測温用光ファイバ
９に温度レーダ10を用いて光パルスを入射する。測温用
光ファイバ９に入射された光パルスは測温用光ファイバ
９の内部を伝播し、温度変化位置で散乱光を発生させ
る。散乱光の一部は後方散乱光として入射側に戻ってく
る。この戻ってくるまでに要した時間により、後方散乱
光の発生位置を特定する。

【００１７】すなわち、後方散乱光の中には、測温用光
ファイバ９を構成しているガラスの格子振動により、弾
性的に散乱されて生じるレーレ散乱光の他に非弾性的に
生じるラマン散乱光が含まれている。このラマン散乱光
はストークス光とアンチストークス光とからなり、この
２つの光の強度比は、入射光波長とガラスの組成が決ま
れば理論的に温度のみに依存している。したがってこの
原理により受銑容器３の耐火レンガ８内に埋設してある
測温用光ファイバ９により溶銑漏洩の前兆がいずれの位
置で発生した場合であっても、それに伴う温度変化を速
やかに検出することができる。

【００１８】前記のような原理により受銑容器３からの
溶銑漏洩を予知するのであるが受銑容器３に構築してあ
る耐火レンガ８や鉄皮５の温度は、受銑後、徐々に温度
が上昇する。すなわち耐火レンガ８の熱伝導率は非常に
小さいため、耐火レンガ８の断面方向の温度分布が定常
状態になるまでに時間がかかる。このような事実を踏ま
えて本発明では次の３種類の方法により溶銑容器の溶銑
漏洩予知を行う。

【００１９】（１）受銑容器３に敷設した測温用光ファ
イバ９のルート上の場所ｐおよび時間ｔにおける温度測
定値ｆ（ｐ．ｔ）を時間で微分ｄｆ（ｐ．ｔ）／ｄｔ＝
ｆ’（ｐ．ｔ）し、その微分値ｆ’（ｐ．ｔ）がしきい
値関数Ｔｈ１（ｐ．ｔ）を超えた場合、すなわちｆ’
（ｐ．ｔ）＞Ｔｈ１（ｐ．ｔ）により受銑容器３からの
溶銑漏洩予知と判定する。

【００２０】（２）受銑容器３の任意地点での測温用光
ファイバ９により耐火レンガ８や鉄皮５の昇温パターン
ｆ（ｔ）は解析的に関数近似し、たとえばｆ（ｔ）∝
（１−exp (-t ））となる。場所ｐおよび時間ｔにおけ
る温度測定値関数ｇ（ｐ．ｔ）を設定する。ただしｇ
（ｐ．ｔ）∝（１−exp (-t ））である。昇温パターン
ｆ（ｔ）と温度測定値関数ｇ（ｐ．ｔ）との差ｆ（ｔ）
−ｇ（ｐ．ｔ）をとり、この差がしきい値Ｔｈ２を超え
た場合、すなわちｆ（ｔ）−ｇ（ｐ．ｔ）＞Ｔｈ２
（ｐ．ｔ）により受銑容器３の溶銑漏洩予知と判定す
る。

【００２１】なおｇ（ｐ．ｔ）の内部パラメータを同定
するには初期レンガ厚み、溶銑温度、レンガの熱伝達率
とレンガ溶損のダイナミズムを考慮する必要がある。図
７は前記の判定方法を図解したものであり、しきい値関
数ｇ（ｐ．ｔ）のパラメータ同定が適切であれば、通常
操業における受銑容器３のあらゆる場所の温度は、しき
い値Ｇ（ｐ．ｔ）により定義される判定限界より下に存
在する。もし、溶銑の異常な侵食などにより温度が急激
に上がると判定限界を越え、溶銑漏洩予知と判定するも
のである。

【００２２】（３）受銑容器３のあらゆる地点に場所ｐ
および時間ｔにおけるしきい値関数Ｔｈ３（ｐ．ｔ）を
設け、測温用光ファイバ９による温度測定値ｆ（ｔ）が
そのしきい値Ｔｈ３（ｐ．ｔ）より大になった場合、す
なわちｆ（ｔ）＞Ｔｈ３（ｐ．ｔ）により受銑容器３か
らの溶銑漏洩予知と判定する。以上３種類の方法のうち
一つまたは複数を組み合わせて受銑容器３からの溶銑漏
洩を予知することができる。

【００２３】コンピュータ11は温度レーダ10から送られ
る測定温度を蓄えると共に、溶銑漏洩予知プログラムを
内蔵し、これを実行させることができる。さらにこのコ
ンピュータ11は作業員、もしくは上位機器に情報を送る
機能を持っており、たとえば溶銑漏洩を予知した時には
コンピュータ11から警報器12に指令を出し、警報を鳴ら
すようにすることもできる。

【００２４】なお、前記実施例では測温用光ファイバ９
を鉄皮５に構築した耐火レンガ８の内部すなわち永久レ
ンガ６と内張りレンガ７との境目に沿ってらせん状に巻
きながら敷設することにより受銑容器３の全周を測温監
視するので溶銑漏洩予知の点では好ましい態様である。
しかしながら本発明では、この敷設方法に限定するもの
ではなく、受銑容器３に測温用光ファイバ９を万べんな
く張りめぐらせばよいわけである。

【００２５】受銑容器３への溶銑を受け入れた直後に
は、鉄皮５内の耐火レンガ８の温度が急速に上昇するの
で、受銑直後より直ちに前記測温用光ファイバ９による
温度測定により溶銑漏洩の判定に適用すると、誤って溶
銑漏洩予知と判定してしまう可能性がある。したがって
受銑直後から一定期間は判定に適用しない工夫が必要で
ある。

【００２６】図５は受銑容器３に設置された測温用光フ
ァイバ９のある時間の温度パターンを示し、図６は極大
点となった場所の過去の温度履歴を示すグラフである。
測温用光ファイバ９は受銑容器３にらせん状に設置され
ており、受銑容器３の上と下とで温度差があるため、距
離方向を横軸に取ると図５に示すように山が連なったよ
うなプロットが得られる。注目すべきところは、ある一
部の温度が他と比べて急激に上昇しているところであ
る。この部分の温度履歴を図６で見てみると、受銑直後
徐々に温度が上がっていたものが、ある時を境に急激に
上昇していることがわかる。つまり、温度が急激に上昇
しだした所は、何らかの原因によって耐火レンガ８に急
激な溶損が発生したことを示すものである。

【００２７】このような現象は前述の溶銑漏洩検知方法
３つのいづれでも容易に検知することが可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
温用光ファイバを使用するため受銑容器の全域に亘り容
易かつ確実に敷設することができ、しかも測温用光ファ
イバへの光パルス入射と戻り散乱光の特性と戻り時間と
から正確に温度変化発生位置を特定できるので、受銑容
器の全範囲に亘って正確な溶銑漏洩予知を行うことがで
きる。

【００２９】また本発明によれば、受銑容器の耐火レン
ガを限界まで使用でき、耐火レンガの寿命が長くなる。
また漏洩しそうな場所を早期に検出することができるの
で耐火物吹き付けなどの補修作業をタイミングよく実施
できると共に、耐火レンガの修理を効率よく実施できる
ので耐火物原単位の低減が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る受銑容器を備えたトピー
ドカーの縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視を示す横断面図である。

【図３】トピードカーの全体を示す側面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視を示す横断面図である。

【図５】受銑容器の長手方向における温度分布を示すグ
ラフである。

【図６】受銑容器の待機中、受銑中および運搬中におけ
る温度推移を示すグラフである。

【図７】受銑容器のしきい値関数ｇ（p.t ）による温度
曲線、しきい値により定義される判定限界温度曲線およ
び溶銑浸食により温度が急上昇する場合の温度曲線を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ トピードカー ２ 台車 ３ 受銑容器 ４ 車輪 ５ 鉄皮 ６ 永久レンガ ７ 内張りレンガ ８ 耐火レンガ ９ 測温用光ファイバ 10 温度レーダ 11 コンピュータ 12 警報器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受銑容器の鉄皮外側、鉄皮と耐火レンガ
   との間または耐火レンガの内部に保護管内に挿通した測
   温用光ファイバを所定ルートをもって敷設すると共に、
   この測温用光ファイバに温度レーダを接続し、この温度
   レーダから測温用光ファイバに光パルスを入射し、その
   際に温度レーダに戻ってくる散乱光中のストークス光／
   アンチストークス光の強度比に基づいて温度の変化を検
   出すると共に、前記散乱光の戻り時間に基づいて温度変
   化発生場所を特定し、溶銑漏洩を予知することを特徴と
   する受銑容器における溶銑漏洩予知方法。