JPH10219323A - 耐火物の損耗評価方法及びその装置、並びに耐火物の管理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐火物の損耗度を高精度に評価することが可
能な耐火物の損耗評価方法及びその実施に使用する装
置、並びに耐火物の管理方法及びその装置を提供するこ
と。 【解決手段】 超音波探触子５により減衰が大きい超音
波を耐火レンガ３へ伝搬させ、反射された弾性波を検出
し、信号処理器10の厚み測定部10b にて反射源までの厚
みＬ１を求める。またエアハンマーの先端部で耐火レン
ガ３を打撃し、減衰が比較的小さい弾性波を伝搬させ、
信号処理器の厚み測定部にて弾性波のスペクトル群中、
最も周波数が低いスペクトルの周波数を基本共振周波数
として検出し脆化部までの厚みＬ２を算出する。さらに
温度計11，11にて検出した熱流束に基づいて侵食面まで
の厚みＬ３を求める。演算器14の比較演算器14a は、厚
みＬ１，Ｌ２，Ｌ３を、予め設定された数値と比較し、
適宜演算を行い、損耗度評価器14b がこれらの比較結果
に基づいて損耗度を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉，転炉等の工
業用炉の鉄皮内側にライニングされた耐火物の損耗度を
評価する方法及びその実施に使用する装置、並びにこれ
を用いた耐火物の管理方法及びその実施に使用する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の鉄皮内側には、通常耐火レンガが
ライニングされている。高炉炉底部の耐火レンガは常に
熔銑に曝されているため、高炉の操業に伴い徐々に損耗
する。例えば火入れ時には2000mm以上あった耐火物の厚
みが十数年後の吹き止め時には300mm程度にまで減少す
ることがある。耐火物の残存厚みの推移を高炉操業中に
精度良く測定し、高炉の余命を的確に推定することは、
熔銑による鉄皮の溶損、熔銑の流出等の重大事故防止及
び高炉資産の有効活用のために非常に重要である。

【０００３】このため、耐火レンガの残存厚みを測定す
る数多くの手法が従来より提案されている。例えば特開
昭49-50961号公報には、可聴周波数の正弦波加振力を工
業炉用の被測定レンガに印加し、その機械インピーダン
スを測定し、その機械インピーダンスのピーク値に基づ
いて炉外から非破壊的にレンガ厚みを測定する方法が開
示されている。

【０００４】また特開昭58-27002号公報には、鉄皮の一
部に開孔を形成し、金属棒を耐火物又は鉄皮，耐火物間
に埋められた不定型耐火物であるスタンプ材に直結さ
せ、金属棒の一端を打撃することにより、効率良く耐火
物中に弾性波を発生させ、弾性波が耐火物中の往復に要
する時間を測定し、往復時間と耐火物中の弾性波の伝搬
速度から耐火物の厚みを測定する方法が提案されてい
る。さらに特開昭62−297710号公報には、高炉の鉄皮表
面をハンマーにて打撃し、この打撃によって発生した弾
性波が耐火物中を伝搬し、炉心側表面で反射を起こし、
再び鉄皮表面まで戻ってくる往復時間を測定し、予め求
めてある耐火物中の弾性波の伝搬速度と往復時間とから
耐火レンガの厚みを測定する方法が開示されている。こ
こで耐火物内部で反射した弾性波を受信する際、受信セ
ンサが数ｋＨｚから数100 ｋＨｚの周波数の弾性波から
所定の周波数を選択的に受信し、この波形を重あわせる
ことで脆化部，凝固部等、各部位の厚みを測定すること
を提案している。これら２つの方法は測定データから耐
火レンガ厚みを測定する処理内容が簡単であり、任意の
場所にて測定可能であるという利点がある。

【０００５】また近年、最も普及している方法は、レン
ガ内部に温度計を埋設し、炉心側から鉄皮側へ伝わる熱
流束を測定する方法である。この方法では、高炉側壁部
の全周に 100個前後の温度計をレンガ内に埋設し、熱流
束を測定した後に、熱伝導方程式から銑鉄凝固温度であ
る1150℃の熱源が存在する位置を算出し、レンガの残存
厚みを推定する方法である。

【０００６】特開昭63−297512号公報には、この埋設さ
れた温度計の出力に異常な高温を示すものがあった場合
に、衝撃弾性波センサをその温度計が埋設されている位
置に相当する表面位置へ移動させ、センサを走行させな
がら残存厚み計測を行い、さらに計測結果に基づいて高
炉炉底部耐火物の侵食抑制操作を行って耐火物の内面に
保護層を形成させる方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず特開昭58-27002号
公報に開示された方法は、測定個所の鉄皮を開孔し、レ
ンガに接触させた金属棒を打撃するため、金属棒の接触
状態、打撃状態によって測定再現性が乏しいという問題
がある。また弾性波（弾性衝撃波，超音波）をレンガの
鉄皮側表面から炉心側へ向けて伝搬させる方法（特開昭
49-50961号，特開昭58-27002号，特開昭62−297710号，
特開昭63−297512号）は、レンガ内部に存在する亀裂
部，脆化部（耐火物の脆化により多数のクラックが存在
する部分）で大部分の弾性波エネルギが反射され、その
伝搬が遮断されるため、これら炉心側にある亀裂部，脆
化部，及び熔銑が侵入した耐火物と凝固銑との混合層で
ある凝固層に関する情報が得られないという欠点を有す
る。しかしながら耐火レンガの管理には、その健全部
（亀裂，脆化が無く、物性値が高炉建設当時の値に近い
部分）の厚みの把握が必要であることは言うまでもない
が、これら亀裂部，脆化部，及び凝固層が熔銑によるレ
ンガ侵食を保護する役割を果たしているため、これらの
厚みを測定することも重要である。また炉内の耐火物に
加わる熱応力によって耐火物の健全部に割れが発生する
ことがある。この割れは健全部の残存厚みの鉄皮側から
50〜90％の位置に高頻度に発生することが過去の高炉解
体調査等から明らかになっている。このような割れが存
在する場合、割れ発生位置は測定可能であっても、それ
より炉心側の情報は得ることができないという欠点があ
る。

【０００８】これを克服するものとして提案された、特
開昭62−297710号公報記載の、所定の周波数を選択的に
受信して脆化部，凝固部等、各部位の厚みを測定する方
法については以下のような問題がある。耐火物内の亀裂
等、弾性波伝搬特性の不連続部位における弾性波エネル
ギの透過程度を変化させる１つの方法に弾性波の周波
数、即ち波長を変化させる方法がある。透過程度は、亀
裂等の大きさにも依存するが、一般に波長を10〜数100
倍に長くすると大きくなる。耐火物として使用される材
料は非常にポーラスで弾性波の減衰が大きいため、耐火
物の厚みが１ｍ程度である場合には数100 ｋＨｚ以下の
周波数を有する弾性波を使用する必要がある。また亀裂
部分を透過させるという点からは数ｋＨｚが望ましい。
ところがこの数ｋＨｚの弾性波の波長は１ｍ程度である
ため、耐火物の厚みと略同程度である。そうすると弾性
波伝搬速度が2000〜4000m/sec である耐火物中の、厚み
が数100 mmである部位を測定する場合には、その両側の
境界での反射波が合成された形で受信されることとな
り、高精度の測定は非常に困難である。

【０００９】さらに埋設された温度計にて熱流束を測定
する方法には以下のような問題点が存在する。即ち熱流
束からレンガ残存厚みを算出する際に、レンガ，スタン
プ材等の伝熱係数を用いるが、この伝熱係数はレンガ，
スタンプ材の劣化に伴い経時的に変化するため、厚み算
出時に用いた伝熱係数と実際の伝熱係数との差が厚み算
出誤差を招来する。また断熱層（亀裂部，脆化部）がレ
ンガ内に存在する場合、この断熱層によって熱流束の一
部が遮断され、レンガ厚みの値が実際より大きく算出さ
れる。従ってこのような温度計を用いたレンガ管理は多
数の温度計を使用してマクロ的なレンガ侵食傾向を常時
監視するには有効であるが、個々の測定点における測定
精度はあまり高くない。

【００１０】さらに２種類以上のレンガが接着され、多
層構造をなしている場合、鉄皮側から外側の耐火レンガ
の表面に伝搬された弾性波は、耐火レンガ同志の界面で
ある目地部分でそのエネルギの大部分が反射する。従っ
て外側の耐火レンガの残存厚みは精度良く測定すること
が可能であるが、内側（炉心側）の耐火レンガの残存厚
みを指示する反射弾性波は極めて微弱であるため、その
厚みを高精度にて測定することは困難である。

【００１１】また得られた測定値が健全部の厚みである
のか、全体の厚みであるのか、また健全部に割れ，亀裂
が生じているのか等の情報を正確に把握して、総合的に
耐火物の損耗度を評価することは非常に困難である。

【００１２】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、反射源までの厚み，脆化部までの厚み及び熱
源までの厚みのうち少なくとも２つを用いて耐火物の損
耗度を決定することにより、耐火物の損耗度を高精度
に、且つ再現性良く評価することが可能な耐火物の損耗
評価方法及びその実施に使用する装置を提供することを
目的とする。

【００１３】また、これを用いることにより、耐火物の
余寿命，改修時期及び場所を用意に把握することができ
る耐火物の管理方法及びその実施に使用する装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１，６，７記載の
発明は、炉の鉄皮内側にライニングされた耐火物の厚み
を測定し、耐火物の内部状態を判別し、これらの結果か
ら炉内の熱源による耐火物の損耗度を評価する方法及び
その実施に使用する装置であって、耐火物の外側表面か
ら内側へ向けて第１弾性波を伝搬させ、耐火物内の反射
源における反射波を検出し、第１弾性波が前記外側表面
から反射源までの往復に要した時間を用いて前記外側表
面から反射源までの厚みを算出し、第１弾性波より低い
周波数を有する第２弾性波を前記外側表面から内側へ向
けて伝搬させ、耐火物の共振周波数を検出し、この共振
周波数に基づいて耐火物の前記外側表面から脆化部まで
の厚みを算出し、耐火物の外側表面近傍の、厚み方向に
所定間隔を隔てた少なくとも２個所の温度を測定し、こ
の温度測定値を用いて前記外側表面から前記熱源までの
厚みを算出し、前記反射源までの厚み，前記脆化部まで
の厚み及び前記熱源までの厚みのうち少なくとも２つを
用いて耐火物の損耗度を決定することを特徴とする。

【００１５】請求項２，８記載の発明は、請求項１，
６，７において、第１弾性波の周波数は２０ｋＨｚ以上
であり、第２弾性波の周波数は５ｋＨｚ以下であること
を特徴とする。

【００１６】耐火物中を伝搬することが可能な弾性波の
周波数のうち、比較的高い周波数、例えば２０ｋＨｚ以
上の第１弾性波を使用すると、第１弾性波は耐火物の健
全部中の割れ又は亀裂部における減衰が大きく、透過程
度が比較的低いために、ここでその大部分が反射する。
また割れ及び亀裂部が存在しない場合は、脆化部におい
て大きく減衰するので、健全部と脆化部との境界まで伝
搬して反射する。従ってこの比較的高い周波数を用いた
測定では、健全部中の割れ，亀裂部又は脆化部までの距
離を把握することができる。

【００１７】また周波数が比較的低い、例えば５ｋＨｚ
以下の第２弾性波は、上述した２０ｋＨｚの第１弾性波
と比較すると波長が少なくとも４倍以上である。従って
第２弾性波は亀裂等における減衰が少なく、弾性波エネ
ルギの透過程度が大きいために、弾性波伝搬特性の不連
続部位である割れ，亀裂に対してはそのエネルギの大部
分が透過するが、割れ，亀裂よりも連続的に弾性波伝搬
特性が低い脆化部との境界において反射する。そこで共
振周波数を測定するために、耐火物の厚み方向に第２弾
性波の定在波を発生させ、この定在波の周波数を測定す
ることにより、耐火物の脆化物までの距離を正確に求め
ることが可能である。

【００１８】第２弾性波の発生には例えばエアハンマ
ー，正弦波加振器等を使用することができ、また定在波
の測定には例えば加速時計を使用すればよい。第２弾性
波の共振周波数は耐火物の厚みの関数であるが、通常の
測定においては0.5 〜３ｋＨｚ程度が適当である。この
場合、第１弾性波が１００ｋＨｚであると、波長は約１
００倍となるので、透過程度を大幅に変化（大きく）さ
せることができる。

【００１９】さらに測定された少なくとも２個所の外側
表面近傍の温度とその距離とから既知の熱源温度までの
距離を算出することにより、外側表面から前記熱源まで
の厚みを算出することができる。

【００２０】反射源までの厚み，前記脆化部までの厚み
及び前記熱源までの厚みのうち少なくとも２つを用い、
例えば測定値及び測定値間の差を、予め設定された比較
値とを比較することにより、耐火物内部の状態及び耐火
物の厚みを高精度に把握して総合的に耐火物の損耗度を
精度良く評価することができる。

【００２１】請求項３，９記載の発明は、請求項１，
２，６，７，８において、前記反射源までの厚みと前記
脆化部までの厚みとの差を求め、この差を使用して、反
射源が、割れ，亀裂部又は脆化部であるかを判断するこ
とを特徴とする。

【００２２】反射源までの厚みと脆化部までの厚みとの
差が所定値より大きい場合は、反射源が脆化部以外の割
れ又は亀裂部であると判断することができる。

【００２３】請求項４，１０記載の発明は、請求項１，
２又は３記載の耐火物の損耗評価方法を炉の複数箇所に
ついて実施し、前記Ｌ１，Ｌ２又はＬ３が所定値以下で
ある場所を検出し、特定することを特徴とする。

【００２４】位置によって状態が異なる場合、例えば局
所的に亀裂が生じている場合、１箇所の測定では、この
位置が測定される可能性は低い。しかしながら測定箇所
が多いほど、そしてこれらを周方向に設置すると、この
位置が特定される可能性が向上する。従って部分的な改
修を行って長期間にわたり安全に操業することが可能と
なる。

【００２５】請求項５，１１記載の発明は、請求項１，
２又は３記載の耐火物の損耗評価方法を用いて求められ
る前記Ｌ１，Ｌ２又はＬ３を経時的に算出し、この値の
経時的変化を求め、該経時的変化からその後の変化を予
測し、この予測値が所定値を下回る時点を算出すること
を特徴とする。

【００２６】所定値として使用不能である値を設定する
ことにより、余寿命を推測することが可能である。また
所定値として改修により継続使用が可能である値を設定
することにより、改修時期を推測することが可能であ
る。その他、所定値は適宜設定することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。 形態例１．図１，２は、本発明に係る耐火物の損耗評価
方法を実施するための装置を示す構成図である。高炉に
おける鉄皮１の内側に、スタンプ材２を介して、被測定
物である耐火レンガ３がライニングされており、所定位
置の鉄皮１及びスタンプ材２は開孔されて耐火レンガ３
を露出させてある。この開孔部４の耐火レンガ３には、
移動可能な超音波探触子５の先端が接触させてある。超
音波探触子５の先端にはウレタンゴム等の耐熱樹脂から
なる接触媒体5aが取り付けられており、超音波探触子５
の先端と耐火レンガ３との間に空隙が形成されないよう
になしてある。また接触媒体5aを取り付ける代わりに接
触媒質を介して耐火レンガ３に接触させてもよい。接触
媒質としては耐火物表面温度（通常 100〜 300℃）でも
気化せず、超音波を十分に伝搬可能な物質であればよ
い。

【００２８】超音波探触子５には、超音波（弾性波）を
発生するための電気信号を出力するパルサー６、及び超
音波探触子５にて検出された弾性波を増幅する信号増幅
器７が接続されており、信号増幅器７にて増幅された信
号は、平均化処理部10a と厚み測定部10b とを備えた、
健全部の厚みを算出する信号処理器10へ、バンドパスフ
ィルタ８及びＡ／Ｄ変換器９を介して与えられるように
なしてある。

【００２９】また耐火レンガ３の外側表面近傍には、熱
流束計12に接続された温度計11，11が耐火レンガ３の厚
み方向に所定間隔を隔てて埋設されており、熱流束計12
にて得られた信号は熱源位置を検出するための熱伝導計
算装置13へ与えられる。

【００３０】さらに図２に示す如く、開孔部４の耐火レ
ンガ３の露出面を打撃するエアハンマー21が設置されて
いる。エアハンマー21の先端部21a には、適当な硬度を
有する材料が選定されており、所定の圧力をエア圧力調
整器22にて印加することにより、５ｋＨｚ以下の所定の
周波数帯域を有する弾性波を耐火レンガ３内部へ伝搬さ
せることができるようになしてある。例えば耐火レンガ
３の残存厚みの推定値から考慮して0.5 〜３ｋＨｚの弾
性波を伝搬させる場合には、先端部21a に硬質ゴムを使
用し、印加エア圧力を５kgf/cm² とすることができる。

【００３１】さらにまた開孔部４の耐火レンガ３の露出
面には、エアハンマー21が耐火レンガ３を打撃した際に
発生するレンガ厚み方向の定在波を検出する加速度計23
が取り付けられている。加速時計23にはこれが受信した
弾性波信号を増幅する信号増幅器24が接続されており、
信号増幅器24にて増幅された信号は、平均化処理部27a
と厚み測定部27b とを備えた、健全部の厚みを算出する
信号処理器27へ、バンドパスフィルタ25及びＡ／Ｄ変換
器26を介して与えられるようになしてある。

【００３２】信号処理器10にて得られたデータと熱伝導
計算装置13にて得られた熱源位置データと信号処理器27
にて得られたデータとは、比較演算器14a と損耗度評価
器14b とを備えた、損耗度を評価する演算器14へ与えら
れるようになっている。演算器14による評価結果は出力
装置15へ与えられて、ディスプレイ表示，印刷出力等、
所定の出力がなされるようになしてある。

【００３３】次にこのように構成された装置における耐
火物の損耗評価方法について説明する。超音波探触子５
は、パルサー６から出力された電気信号に基づいて超音
波を発生し（送信信号）、耐火レンガ３の表面へ伝え
る。耐火レンガ３内を伝搬した弾性波は、健全部と脆化
部との境界、又は健全部内の割れで反射される。送信信
号及びこの反射信号は信号増幅器７にて増幅され、バン
ドパスフィルタ８にて高炉操業時の雑音成分が除去され
た後、Ａ／Ｄ変換器９にてＡ／Ｄ変換される。このＡ／
Ｄ変換された信号は、信号処理器10の平均化処理部10a
へ与えられ、所定回数の加算平均によってＳ／Ｎ比が向
上される。

【００３４】厚み測定部10b は、（１）式に基づいて、
図３に示す如き、送信信号を検出してから反射信号を検
出するまでに要した時間Ｔから、接触媒体5a内を超音波
が往復伝搬するのに要する時間ｔを差し引いた後、予め
求めておいた耐火レンガ３内での弾性波の伝搬速度Ｖ
と、前記到達時間差の１／２との積を算出することによ
り、健全部の厚みＬ１を求める。 Ｌ１＝（Ｔ−ｔ）×Ｖ／２ …（１）

【００３５】そしてエア圧力調整器22にて５kgf/cm² の
エア圧力をエアハンマー21に印加することにより、先端
部21a で耐火レンガ３を打撃する。これにより弾性波が
耐火レンガ３内を伝搬する。このときの弾性波は、加速
度計23によって受信され、信号増幅器24にて増幅され、
バンドパスフィルタ25にて高炉操業時の雑音成分が除去
された後、Ａ／Ｄ変換器26にてＡ／Ｄ変換される。この
Ａ／Ｄ変換された信号は、信号処理器27の平均化処理部
27a へ与えられ、所定回数の加算平均によってＳ／Ｎ比
が向上される。

【００３６】厚み測定部27b は、図４に示す如きＳ／Ｎ
比が向上された信号のパワースペクトルをＦＦＴ演算に
よって求め、スペクトル群中、最も周波数が低いスペク
トルの周波数を基本共振周波数ｆｒとして検出し、下式
（２）への代入演算を行うことにより、レンガ残存厚み
Ｌ２を算出する。 Ｌ２＝Ｖ／（２・ｆｒ） …（２）

【００３７】さらに温度計11，11からの信号は熱流束計
12へ与えられて熱流束が検出され、熱伝導計算装置13へ
与えられる。温度計11，11の間隔をｘ１とし、外側の温
度計11と耐火レンガ３の表面との距離は通常数mmである
ので無視する。熱伝導計算装置13は、（３）式に基づい
て距離ｘ１及び２つの温度計11，11による測定温度ｔ
１，ｔ２に基づいて、侵食面までの厚みＬ３を求める。
侵食面は熱源である熔銑（温度ｔｐ：1150℃）と接して
いる部分である。 Ｌ３＝｛（ｔｐ−ｔ１）／（ｔ２−ｔ１）｝×ｘ１ …（３）

【００３８】演算器14の比較演算器14a は、信号処理器
10にて得られた厚みＬ１，信号処理器27にて得られた厚
みＬ２，及び熱伝導計算装置13にて得られた侵食面まで
の厚みＬ３を、予め設定された数値と比較する。また適
宜Ｌ２−Ｌ１及びＬ３−Ｌ２を求めて予め設定された数
値と比較する。そして損耗度評価器14b がこれらの比較
結果に基づいて損耗度を例えば５段階で評価する。

【００３９】比較演算器14a に設定されている比較値を
以下に示す。 Ｌ１：０，250 ，500 ，750 ，1000（mm） Ｌ２：０，250 ，500 ，750 ，1000（mm） Ｌ３：０，250 ，500 ，750 ，1000（mm） Ｌ２−Ｌ１：０，50，100 ，250 ，500 ，750 ，1000
（mm） Ｌ３−Ｌ２：０，50，100 ，250 ，500 ，750 ，1000
（mm） そして“１”を無損耗、“５”を損耗限界とした５段階
評価における評価の例を以下に挙げる。 （Ｉ）250 mm＜Ｌ１＜500 mm Ｌ２＞1000mm Ｌ３＞1000mm 500 mm＜Ｌ２−Ｌ１＜750 mm 250 mm＜Ｌ３−Ｌ２＜500 mm この例では、耐火レンガ３の内部に亀裂があるが（Ｌ
１）、脆化部までの厚みＬ２が1000mm以上残存している
ので、脆化部から熱源までの距離（Ｌ３−Ｌ２）も所定
値（250 mm）以上確保されている。従って損耗度評価器
14b は損耗程度３と評価する。

【００４０】 （II）500 mm＜Ｌ１＜750 mm 500 mm＜Ｌ２＜750 mm 750 mm＜Ｌ３＜1000mm ０mm＜Ｌ２−Ｌ１＜50mm 50mm＜Ｌ３−Ｌ２＜100 mm この例では、Ｌ２−Ｌ１が所定値（50mm）より小さいた
め、亀裂は存在していないが、脆化部までの厚み（Ｌ
１，Ｌ２のうちいずれか小さい方）が所定の管理値（75
0 mm）以下である。また脆化部から熱源までの距離（Ｌ
３−Ｌ２）も所定値（100 mm）以下である。故に損耗評
価は、早急に耐火物保護を促す操業を行う等の処置を必
要とする損耗程度４である。

【００４１】演算器14において得られた評価結果は出力
装置15へ与えられ、出力装置15はこの評価結果をディス
プレイ表示，印刷出力等の手段で出力する。

【００４２】図１では鉄皮１及びスタンプ材２を開孔
し、開孔部４に超音波探触子５の先端を挿入して測定し
ているので精度良く超音波の伝搬時間を測定することが
できるが、スタンプ材２の性状が良好である場合には、
鉄皮１のみを開孔して測定してもよい。また鉄皮１，ス
タンプ材２及び耐火レンガ３の接触状態が良好であり、
各部分に剥離等の欠陥が存在しない場合は、その反射信
号を検出することが可能な限りにおいて、鉄皮１表面を
ハンマーにて打撃し、この打撃によって発生した20ｋＨ
ｚ以上の弾性波を測定に用いて厚みＬ１としてもよい。
さらに上述の形態例では厚みＬ２の測定のために、エア
ハンマー21にて５ｋＨｚ以下の弾性波を発生させている
が、例えば加振器等の手段によって正弦波加振力を耐火
レンガ３に印加する構成としてもよい。この場合は、そ
の機械インピーダンスを測定し、そのピーク値から共振
周波数を求めてレンガ残存厚みＬ２を得る。

【００４３】形態例２．図５は、本発明に係る耐火物の
管理方法を実施するための装置を示す構成図である。Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３を測定するための、上述した構成を用い
た複数（図５では８個）の測定素子31，…を炉32の複数
箇所に、例えば周方向に等間隔に設置して、各位置にお
けるＬ１，Ｌ２，Ｌ３を求める。求められた全てのデー
タは演算器14へ与えられ、比較、検討される。その結
果、複数箇所の中で例えば局所的にデータが異なる場
合、この場所を特定し、所定の出力装置15にて出力す
る。

【００４４】例えば１箇所において、Ｌ１，Ｌ２が同じ
値であり、しかも他の位置より小さい場合、この位置が
局所的に侵食されていると考えられる。またＬ１，Ｌ２
が異なる値であり、Ｌ１が局所的に小さい場合、この位
置に亀裂が生じていると考えられる。従ってこの場所の
部分的改修の必要があると判断することができる。この
ように局所的に状態が異なる場合、１箇所の測定では、
この位置が測定される可能性は低く、この位置から熔銑
が流出したりすることがある。しかしながら測定箇所が
多いほど、この位置が検出され、特定される可能性が向
上する。従って局所的に生じた亀裂，侵食等の欠陥を管
理することが可能となり、部分的な改修を行って熔銑流
出等の事故を未然に防止し、長期間にわたり安全に操業
することが可能となる。

【００４５】なお演算器14における処理の全て又は一部
を人手によって行ってもよく、この場合は形態例１の装
置を使用することができる。

【００４６】形態例３．図６は、本発明に係る耐火物の
管理方法を実施するための装置を示す構成図であり、演
算器に関連する部分のみを示す。演算器14は、Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３のデータを夫々の測定日と対応付けて記憶する
測定値記憶部14c と、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の夫々につい
て、経時的変化を求める経時的変化演算部14d と、この
経時的変化と過去の経験的データからその後のデータの
変化を予測する予測部14e と、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の夫々
の管理値を記憶する管理値記憶部14f と、予測部14e で
予測された値が管理値を下回る時点を算出する算出器14
g とを有する。

【００４７】このような演算器14における動作について
説明する。信号処理器10，27及び熱伝導計算装置13にて
得られるＬ１，Ｌ２，Ｌ３の算出測定データは、夫々の
測定日と対応付けて測定値記憶部14c に記憶され、経時
的変化演算部14d が、このデータを随時抽出してＬ１，
Ｌ２，Ｌ３の夫々について経時的変化を求める。経時的
変化演算部14d にて求められた経時的変化と過去の経験
的データから予測部14e がその後のデータの変化を予測
し、この予測値が、管理値記憶部14f に記憶されている
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の夫々の管理値を下回る時点を算出器
14g が算出する。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は図７に示す如く変
化することが経験的に知られており、予測部14e はこの
データを記憶している。上述した管理値は、必要に応じ
て一般に寿命とされている値、及び改修を必要とする値
のいずれか一方、又は両方とすることができる。またそ
の他の値であってもよい。

【００４８】このように蓄積された経時的なＬ１，Ｌ
２，Ｌ３のデータを使用することにより、余寿命，改修
時期等を把握することができ、熔銑流出等の事故を未然
に防止して、効率良く高炉を使用することが可能とな
る。また図６の如き構成の演算器14における処理の全て
又は一部を人手によって行ってもよく、この場合は形態
例１の装置を使用することができる。さらに複数箇所で
測定を実施する構成としてもよい。

【００４９】

【実施例】

実施例１．図８は実施例１において得られた厚みＬ１，
Ｌ２，Ｌ３と、測定場所をコアボーリングして検証した
結果とを示す耐火レンガ３の模式図である。各演算式に
使用した値及び演算結果を列挙する。超音波の周波数は
100 ｋＨｚである。 Ｌ１： Ｔ＝415 μsec, ｔ＝30μsec, Ｖ＝2800m/sec Ｌ１＝（Ｔ−ｔ）×Ｖ／２ …（１） ＝(415−30) ×10^-6×2800×10³ ／２ ≒540 mm Ｌ２： ｆｒ：1.37ｋＨｚ Ｌ２＝Ｖ／（２・ｆｒ） …（２） ＝2800／（２×1.37） ≒1020mm Ｌ３： ｔ１＝100 ℃， ｔ２＝171 ℃， ｘ１＝100 mm Ｌ３＝｛（ｔｐ−ｔ１）／（ｔ２−ｔ１）｝×ｘ１ …（３） ＝｛（1150−100)／（171 −100)｝×100 ≒1480mm また、 Ｌ２−Ｌ１＝1020−540 ＝480 mm Ｌ３−Ｌ２＝1480−1020＝460 mm である。

【００５０】Ｌ２−Ｌ１が所定値（50mm）より大きいた
め割れがあると判断され、その位置は超音波による測定
値Ｌ１＝540 mmであり、コアボーリングして実測した結
果である540 mmを精度良く測定している。またレンガ打
撃による共振周波数から測定した脆化部までのレンガ厚
みＬ２は1020mmであり、実測値980 mmが正確に測定され
ている。さらに温度計の測定値から得た熱源までの厚み
Ｌ３は1480mmであり、実測による凝固部を含めたレンガ
残存厚み1300mmと比較すると、少し精度は低いが概略の
全レンガ残存厚みを推定しているといえる。

【００５１】比較演算器14a は、所定の比較の結果、以
下のような結果を出力する。 500 mm＜Ｌ１＜750 mm Ｌ２＞1000mm Ｌ３＞1000mm 250 mm＜Ｌ２−Ｌ１＜500 mm 250 mm＜Ｌ３−Ｌ２＜500 mm 以上の結果より損耗度評価器14b は損耗程度２と評価す
る。

【００５２】実施例２．図９は実施例２において得られ
た厚みＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、測定場所をコアボーリング
して検証した結果とを示す耐火レンガ３の模式図であ
る。各演算式に使用した値及び演算結果を列挙する。超
音波の周波数は100 ｋＨｚである。 Ｌ１： Ｔ＝910 μsec, ｔ＝30μsec, Ｖ＝2800m/sec Ｌ１＝（Ｔ−ｔ）×Ｖ／２ …（１） ＝(910−30) ×10^-6×2800×10³ ／２ ≒1230mm Ｌ２： ｆｒ：1.1 ｋＨｚ Ｌ２＝Ｖ／（２・ｆｒ） …（２） ＝2800／（２×1.1 ） ≒1270mm Ｌ３： ｔ１＝130 ℃， ｔ２＝204 ℃， ｘ１＝100 mm Ｌ３＝｛（ｔｐ−ｔ１）／（ｔ２−ｔ１）｝×ｘ１ …（３） ＝｛（1150−130)／（204 −130)｝×100 ≒1380mm また、 Ｌ２−Ｌ１＝1270−1230＝40mm Ｌ３−Ｌ２＝1380−1270＝110 mm である。

【００５３】Ｌ２−Ｌ１が所定値（50mm）より小さいた
め割れがないと判断され、実際割れは発生していなかっ
た。超音波による厚みＬ１（1230mm）は脆化部までの厚
み1240mmを精度良く表している。レンガ打撃による共振
周波数から測定した脆化部までのレンガ厚みＬ２は1270
mmであり、超音波による測定値より若干測定精度は低
い。これは超音波で使用している弾性波の周波数100 ｋ
Ｈｚが、共振周波数測定で使用されている周波数よりも
100 倍程度高いためであると推察される。さらに温度計
の測定値から得た熱源までの厚みＬ３は1370mmであり、
実測による凝固部を含めたレンガ残存厚み1310mmと良好
な一致を示しているが、これは脆化部の厚み，凝固部の
編みが夫々20mm，50mmと比較的薄いためであると推察さ
れる。

【００５４】比較演算器14a は、所定の比較の結果、以
下のような結果を出力する。 Ｌ１＞1000mm Ｌ２＞1000mm Ｌ３＞1000mm ０mm＜Ｌ２−Ｌ１＜50mm 50mm＜Ｌ３−Ｌ２＜100 mm 以上の結果より損耗度評価器14b は損耗程度１と評価す
る。

【００５５】実施例３．図10は実施例３において得られ
た厚みＬ１，Ｌ２と、測定場所をコアボーリングして検
証した結果とを示す耐火レンガ３の模式図である。各演
算式に使用した値及び演算結果を列挙する。超音波の周
波数は100 ｋＨｚである。 Ｌ１： Ｔ＝605 μsec, ｔ＝30μsec, Ｖ＝2800m/sec Ｌ１＝（Ｔ−ｔ）×Ｖ／２ …（１） ＝(605−30) ×10^-6×2800×10³ ／２ ≒810 mm Ｌ２： ｆｒ：1.15ｋＨｚ Ｌ２＝Ｖ／（２・ｆｒ） …（２） ＝2800／（２×1.15） ≒1220mm また、 Ｌ２−Ｌ１＝1220−810 ＝410 mm である。

【００５６】Ｌ２−Ｌ１が所定値（50mm）より大きいた
め割れがあると判断されるが、実際には割れは発生して
いないが脆化部の手前に微小な亀裂が数多く入った劣化
部が存在していた。超音波による厚みＬ１（810 mm）は
この劣化部までの厚みを測定しており、レンガ打撃によ
る共振周波数から測定した脆化部までのレンガ厚みＬ２
（1220mm）は脆化部までの厚みを示している。実測値は
夫々830 mm，1200mmであり精度は良好である。このよう
に所定値より大きいＬ２−Ｌ１が所定値より大きい場合
は、脆化部の手前に何らかの超音波反射源（割れ等）が
あることを示しているといえる。

【００５７】比較演算器14a は、所定の比較の結果、以
下のような結果を出力する。 750 ＜Ｌ１＜1000mm Ｌ２＞1000mm 250 mm＜Ｌ２−Ｌ１＜500 mm 以上の結果より損耗度評価器14b は損耗程度２と評価す
る。

【００５８】本発明で測定，判別が可能な項目を以下に
まとめる。 Ｌ２−Ｌ１…割れ又は劣化部の有無 Ｌ１ …劣化部又は脆化部までの厚み Ｌ２ …脆化部までの厚み Ｌ３ …凝固部を含めた熱源までの厚み

【００５９】実施例４．本実施例は上述した形態例２に
相当する。即ち、図６に示す如く、高炉において炉底円
周方向に等間隔に配置された８個の測定素子31，…によ
り８箇所において、上述したＬ１，Ｌ２，Ｌ３を測定し
た。１箇所のみＬ１，Ｌ２が管理値（Ａ）1250mm以下で
あり、Ｌ３は管理値（Ｂ：Ｂ＞Ａ）1000mm以上であっ
た。その他の方位ではＬ１，Ｌ２，Ｌ３全てが管理値以
上であった。そこでＬ１，Ｌ２が管理値以下であった場
所についてはレンガの部分的な積み替えが必要であると
判断する。

【００６０】図11はこの部分における、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ
３の算出測定値，実測値及び管理値を合わせて示す模式
的断面図である。図中Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は算出測定値を
示し、Ａ，Ｂは管理値を示す。また実測値は図示してあ
る。積み替えを実施して取り除かれたレンガを実際に確
認すると、 Ｌ１ … 1240 mm（＜Ａ） Ｌ２ … 1270 mm（＞Ａ） であり、非常に危険な状態であったことが判る。この積
み替えにより熔銑流出等の事故を未然に防止することが
できた。またこの時点で解体調査したところ、Ｌ３の実
測値は1310mm（＜Ｂ）であり、算出測定値との間に大き
い誤差があることが判明した。これはレンガの劣化によ
り熱伝導率が大きく変化したためであると考えられる。

【００６１】実施例５．本実施例は上述した形態例３に
相当する。即ち、図６に示す構成の演算器14を有する装
置において、改修実施のために、Ｌ１，Ｌ２の管理値
（Ａ）を1250mmとし、Ｌ３の管理値（Ｂ）を1300mmとす
る。その時点で火入れから12年が経過している高炉にお
いて、火入れから７年目まではｘmm／年であり、７年目
から12年目まではｙmm／年で侵食が進んでいる場合（図
12）、過去の経験的データから今後の侵食は７年目から
12年目までと同じ速度で進むと仮定して、改修までの年
数ａは以下式により求められる。ここでは亀裂がなくＬ
１＝Ｌ２である場合を示す。 （レンガ元厚）−７ｘ−（５＋ａ）ｙ≦Ａ 上式において、レンガ元厚を1500mm，ｘを24mm，ｙを10
mmとすると、ａは15年である、即ち３年後に改修実施が
必要な厚みになると推測される。これにより求めた予測
値は、改修時の解体調査で脆化層までの厚みＬ２に対し
て誤差が５％以下であり、非常に有効であることが分か
った。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明に係る耐火物の損耗
評価方法及びその実施に使用する装置は、比較的高い周
波数である２０ｋＨｚ以上の弾性波の耐火物中の往復伝
搬時間から健全部中の割れ，亀裂部又は脆化部である反
射源までの厚みを求め、また比較的低い５ｋＨｚ以下の
弾性波を伝搬させ、耐火物の共振周波数を検出すること
により、耐火物の脆化部までの厚みを求め、さらに少な
くとも２個所の外側表面近傍の温度とその距離とから既
知の熱源温度までの距離を算出することにより熱源まで
の厚みを求め、これらのうち少なくとも２つを用いて耐
火物の損耗度を決定することにより、耐火物の残存厚み
及び内部状態を正確に把握して耐火物の損耗度を高精度
に、且つ再現性良く評価することが可能である。

【００６３】また本発明に係る耐火物の管理方法では、
複数箇所で測定を実施して局所的な異常を検出すること
により、部分的改修に利用することができる。さらに過
去の経時的データからその後の侵食状況を予測すること
により、余寿命，改修時期を予測することができる等、
本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る耐火物の損耗評価方法を実施する
ための装置を示す構成図である。

【図２】本発明に係る耐火物の損耗評価方法を実施する
ための装置を示す構成図である。

【図３】図１に示す超音波探触子にて検出された弾性波
を示す波形図である。

【図４】図２に示す厚み測定部にて求められたパワース
ペクトルを示す図である。

【図５】形態例２に係る耐火物の管理装置の要部を示す
ブロック図である。

【図６】形態例３に係る耐火物の管理装置の要部を示す
ブロック図である。

【図７】経験的に知られるＬ１，Ｌ２，Ｌ３の経時的変
化を示すグラフである。

【図８】実施例１において得られた各厚みと、測定場所
をコアボーリングして検証した結果とを示す耐火レンガ
の模式図である。

【図９】実施例２において得られた各厚みと、測定場所
をコアボーリングして検証した結果とを示す耐火レンガ
の模式図である。

【図１０】実施例３において得られた各厚みと、測定場
所をコアボーリングして検証した結果とを示す耐火レン
ガの模式図である。

【図１１】ある部分における、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の算出
測定値，実測値及び管理値を合わせて示す模式的断面図
である。

【図１２】Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の経時的変化、及び予測値
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 鉄皮 ２ スタンプ材 ３ 耐火レンガ ４ 開孔部 ５ 超音波探触子 5a 接触媒体 ６ パルサー ７，24 信号増幅器 10，27 信号処理器 10a ，27a 平均化処理部 10b ，27b 厚み測定部 ８，25 バンドパスフィルタ ９，26 Ａ／Ｄ変換器 11 温度計 12 熱流束計 13 熱伝導計算装置 14 演算器 14a 比較演算器 14b 損耗度評価器 14c 測定値記憶部 14d 経時的変化演算部 14e 予測部 14f 管理値記憶部 14g 算出器 15 出力装置 21 エアハンマー 21a 先端部 22 エア圧力調整器 23 加速度計 31 測定素子 32 炉

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉の鉄皮内側にライニングされた耐火物
   の厚みを測定し、耐火物の内部状態を判別し、これらの
   結果から炉内の熱源による耐火物の損耗度を評価する方
   法であって、耐火物の外側表面から内側へ向けて第１弾
   性波を伝搬させ、耐火物内の反射源における反射波を検
   出し、第１弾性波が前記外側表面から反射源までの往復
   に要した時間を用いて前記外側表面から反射源までの厚
   みＬ１を算出し、第１弾性波より低い周波数を有する第
   ２弾性波を前記外側表面から内側へ向けて伝搬させ、耐
   火物の共振周波数を検出し、この共振周波数に基づいて
   耐火物の前記外側表面から脆化部までの厚みＬ２を算出
   し、耐火物の外側表面近傍の、厚み方向に所定間隔を隔
   てた少なくとも２個所の温度を測定し、この温度測定値
   を用いて前記外側表面から前記熱源までの厚みＬ３を算
   出し、前記反射源までの厚みＬ１，前記脆化部までの厚
   みＬ２及び前記熱源までの厚みＬ３のうち少なくとも２
   つを用いて耐火物の損耗度を決定することを特徴とする
   耐火物の損耗評価方法。
2. 【請求項２】 第１弾性波の周波数は２０ｋＨｚ以上で
   あり、第２弾性波の周波数は５ｋＨｚ以下であることを
   特徴とする請求項１記載の耐火物の損耗評価方法。
3. 【請求項３】 前記反射源までの厚みＬ１と前記脆化部
   までの厚みＬ２との差を求め、この差を使用して、反射
   源が、割れ，亀裂部又は脆化部であるかを判断すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の耐火物の損耗評価方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の耐火物の損耗
   評価方法を炉の複数箇所について実施し、前記Ｌ１，Ｌ
   ２又はＬ３が所定値以下である場所を検出し特定するこ
   とを特徴とする耐火物の管理方法。
5. 【請求項５】 請求項１，２又は３記載の耐火物の損耗
   評価方法を用いて求められる前記Ｌ１，Ｌ２又はＬ３を
   経時的に算出し、この値の経時的変化を求め、該経時的
   変化からその後の変化を予測し、この予測値が所定値を
   下回る時点を算出することを特徴とする耐火物の管理方
   法。
6. 【請求項６】 炉の鉄皮内側にライニングされた耐火物
   の厚みを測定し、耐火物の内部状態を判別し、これらの
   結果から炉内の熱源による耐火物の損耗度を評価する装
   置であって、耐火物の外側表面から内側へ向けて第１弾
   性波を伝搬させる手段と、耐火物内の反射源における反
   射波を検出する手段と、前記弾性波が前記外側表面から
   反射源までの往復に要した時間を用いて前記外側表面か
   ら反射源までの厚みＬ１を算出する手段と、第１弾性波
   より低い周波数を有する第２弾性波を前記外側表面から
   内側へ向けて伝搬させる手段と、耐火物の共振周波数を
   検出する手段と、この共振周波数に基づいて耐火物の前
   記外側表面から脆化部までの厚みＬ２を算出する手段
   と、耐火物の外側表面近傍に、厚み方向に所定間隔を隔
   てて埋設された少なくとも２つの温度計と、該温度計に
   よる測定値を用いて前記外側表面から前記熱源までの厚
   みＬ３を算出する手段とを備えることを特徴とする耐火
   物の損耗評価装置。
7. 【請求項７】 前記反射源までの厚みＬ１，前記脆化部
   までの厚みＬ２及び前記熱源までの厚みＬ３のうち少な
   くとも２つを用いて耐火物の損耗度を決定する手段を備
   えることを特徴とする請求項６記載の耐火物の損耗評価
   装置。
8. 【請求項８】 第１弾性波の周波数は２０ｋＨｚ以上で
   あり、第２弾性波の周波数は５ｋＨｚ以下であることを
   特徴とする請求項６，７記載の耐火物の損耗評価装置。
9. 【請求項９】 前記反射源までの厚みＬ１と前記脆化部
   までの厚みＬ２との差を求める手段と、この差を使用し
   て、反射源が、割れ，亀裂部又は脆化部であるかを判断
   する手段とを備えることを特徴とする請求項６，７又は
   ８記載の耐火物の損耗評価装置。
10. 【請求項１０】 炉の複数箇所に設置されるべき請求項
    ６〜９のいずれかに記載の耐火物の損耗評価装置と、前
    記Ｌ１，Ｌ２又はＬ３が所定値以下である場所を検出し
    特定する手段とを備えることを特徴とする耐火物の管理
    装置。
11. 【請求項１１】 請求項６〜９のいずれかに記載の耐火
    物の損耗評価装置を用いて経時的に算出された前記Ｌ
    １，Ｌ２又はＬ３を記憶する手段と、この値の経時的変
    化を求める手段と、該経時的変化からその後の変化を予
    測する手段と、この予測値が所定値を下回る時点を算出
    する手段とを備えることを特徴とする耐火物の管理装
    置。