JPS6046406A - 耐火物内張りの内面プロフイル測定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野と従来の問題点 耐火物内張シの内面プロフィル測定方法と装置間してこ
の明細書でのべる技術内容は、転炉、取鍋なと、主とし
て製鋼用の装置器具の耐火物内張りにおける溶損補修に
先行すべき損耗状況の把握のための計測に関連している
。

耐火管内張りの内面プロフィルは、その内張りを適用し
たたとえば製鋼炉、なかでも転炉や、そのチャージ、も
しくはヒートの取扱いに使用される各種取鍋類において
それらの使用に伴って衰耗、溶損し、それが耐火物内張
υの寿命を決定づける。

近年耐火物内張りの内面損傷に対する補修技術が開発さ
れ、広（普及しつつあるが、該補修の適用に当っては、
損傷の状態について正確な把握がまず必要であり、そこ
でたとえば転炉の出鋼直後、その内部に測定用ランスを
挿入し、この測定用ランスの先端部に取付けた投光部と
受光部とによシ、レーザ光を用いていわゆる三角測量の
原理に基き、゛耐火物内張シの内面形状を測定すること
が試みられている（たと−えば特許公開５４−１１５１
６号公報）。

この方法では測定用ランスをその中心軸のまわりに回転
及び／又は中心軸心の向きに平行移動さノ。

せることにより、耐火物内張シの内面を広い範囲にわた
シ、溶損状況の検出確認をなし得るが、なお次の点に問
題を残す。

すなわち溶損位置の検出を正確に行うためには、測定用
ランスの中心軸心が毎測定時または少くとも１回の測定
中には、常に一定であることが必要なところ、最近の転
炉の炉室が著大なため、炉内における挿入に際して測定
用ランスが一般に重力による撓みを生じまた上下、左右
における振動も加わるので、測定用ランスの中心軸心の
曲線形状を一定に保つことができずして変化し勝ちなだ
め、実際上、測定を正確に行うことは、甚だ困難であっ
た。

発明の目的 この発明は、上記のような測定用ランスの中心軸心の曲
線形につき、測定の間、時々刻々に正確な推定を加えて
、これに基いて測定結果の補正を行うことによシ、よシ
正確な耐火物内張りの内面プロフィルの測定を可能なら
しめ、もって内面損傷の補修作業を的確化することを目
的とするものである。

発明の構成 上記目的は、次の事項による手順および装置により有利
に成就することができる。

１）耐火物内張シをもつ炉または容器から内容物を払い
出したのちその内部に、 耐火物内張シの内面に面するレーザ光の投光部とそれに
よって生じる投光スポットを視野に含む′　受光部とを
有する測定用の中空ランスを挿入し、該中空ランスを回
転及び／又は平行移動させて三角測量もしくはレーザレ
ーダ法に基き耐火物内張シの内面プロフィルを測定する
に当シ、炉外にて撮像装置によシ中空ランスの先端部を
撮像し、画像信号を処理演算して得られるランス先端位
置情報からその検出時点における中空ランスの中心軸心
の曲線形を推定し、これによシ投光部および受光部の位
置、方向を算出し、中空ランスの曲シ、振動に基く測定
誤差を修正することからなる耐火物内張シの内面プロフ
ィル測定方法（第１発明）。

２）耐火物内張シをもつ炉または容器の内部に対して進
退可動であつ℃、耐火物内張りの内面に向けてレーザ光
を投射する投光部と、それによって生じる投光スポット
を視野に含む受光部とをそなえる中空ランスと、その後
方外部で中空ランスを支える支持部および中空ランスの
先端部を炉外から撮像し、その画像信号を処理演算して
ランス先端位置をめ中空ランスの中心軸心の曲線につき
推定基準を与える撮像装置とを有することからなる耐火
物内張りの内面プロフィル測定装置（第２発明）。

この発明における耐火物内張シの内面プロフィルの測定
には、もちろん三角測量に基く方式のほか、パルスレー
ザによる時間測定もしくは、振幅変調による位相差測定
のごとき、レーザレーダ法の如きも適合するが、以下簡
単のため、三角測量法に従う場合について説明を進める
こととする。

第１図に転炉の内壁の測定要領を基本的に図解し、図中
１は転炉、２はその内壁つまシ耐火物内張シの内面をそ
れぞれあられし、８は中空ランス、４はその後方支持部
、５は台車、そして６ａは中空ランス８の進退位置検出
器、６ｂは同じく回転位置検出器、また７はレーザビー
ム８の発信および受信器である。

レーザビーム８は、その発信、受信とも図示しないが、
中空ランス８内に延伸配置した光伝送ファイバによって
伝送する。中空ランス８の中心軸心ｌの真直なときと、
ｌ′のように撓んだときとを、添字ａ、ｂによシ区別し
た。投光レーザビーム８を内壁２に向は千投射し、該内
壁２面上のレーザスポットを視野９に含む受信光にて受
像するのであシ、ｌＯは投光部、１１は受光部であって
、１２はレーザスポットである。なお図中１８は転炉の
出鋼口である。

中空ランス８は、中心軸心のまわりに回転すると共に、
台車５によシ平行移動し従ってレーザビーム８は内壁２
の広い範囲を走査することができる。

発信・受信器７は、レーザ発信器、撮像装置信号処理装
置などを有し、視野９内における、レーザスポット１２
の像を画像伝送ファイバー等を介して撮像し、その画伸
上のスポット位置を、中空ランス８の進退位置検出器６
ａの出力と、同じく回転位置検出器６ｂの出力から、レ
ーザスポット１２の実際の位置を照応するように算出す
る。

この測定方法においては、一般に中空ランス８の中心軸
心は第１図でｌに示したような直線ではなく、重力や振
動などにより、ｌ′の様な曲線となシ、かつ時間的に変
動する。

このため中空ランス８の中心軸心をｌと仮定した場合の
、レーザ光投光部ＬＯａ、受光部１１ａは、実際には、
１０ｂ、ｌｌｂに移動し、これに応じてレーザビーム８
ａ、レーザスポット１２ａを含む視野９ａはそれぞれ８
ｂ、１２ｂ、９ｂに位置することになり、測定点位置及
び炉壁厚さ情報に関する測定誤差を生じる。

この誤差を補正するため、この発明では第２図に示すよ
うに、測定ランス８を支持しているランス支持部４の直
下に、副撮像装置１４を設置しその視野１５内にてラン
ス先端の最下点Ａの位置を検出する。点Ａの位置からラ
ンス先端面の中心Ｂの位置を算出、これよりランス中心
軸曲線ｌ′を推定し、その時点における正しいレーザ光
投射方位、レーザ光受光方位をめることにより、ランス
の曲シに影響されない測定を行うものである。

以下副撮像装置１４の曲面上におけるランス先端最下点
Ａの位置から測定点の位置変化（第１図１２ａ→ｘｚｂ
）および受撮視野の方位変化（第１図９ａ→９ｂ）をめ
、正しい壁の位置を測定する具体的手順について述べる
。

第２図におけるランス先端０−ｘｙ、平面内でのランス
位置、及びランス回転角θを第８図の如（仮定する。こ
こで直線ｍは投光部ｊｏｂおよび受光部１１ｂを含むも
のとする。又、ランス半径をａ。

０−ｘｙ系における点Ａ、Ｂの座標を（０，）ｒＡ）。

（０、ＶＢ　）とする。

さてランス先端部の撮像装置１４によυ得られる画像の
１例を第４図に示した。

ここに第８図の点Ａ、Ｂ、０．Ｏに対応する画面上の点
をＡＩ　、　Ｂｌ　、　ｃ／　、　５／としまたｘ、ｙ
軸に対応する座標軸をり、ｖとする。またＡ′のＯ′＝
ｈｖ系における座標を（０，ＶＡ）　、　０−ｘｙ系と
Ｏ’−ｈｖ系の北本をηとする（Ａ’Ｂ’・η＝ＡＢ）
と、ＹＡ　＝η°ｖＡ°°°°°°°°°■のよ５に対
応し、他方ランスの中心軸曲線ｌ′は、次式のように表
わすことができる。

ｙ　＝　ｆ　（ｚ　＋’７Ｂ　）　・・曲・・・■ラン
スの静的たわみ曲線を ア＝、９（ｚ）　曲°゛°°■ とすればｆ（ｚ、ｙＢ）は近似的に次の式で表わされる
。

’Ｙ　＝　ｆ　（Ｚ　、ＶＢ）　＝　ｙＢ　”　、９（
ｚ）／Ｊｉ’（０）’　＋＋＋　Ｑ４ただしランス長さ
をＬとして、９（Ｌ）　＝　Ｏが成立つ。

ＶＢ−”／Ａａ　であるから００式から曲線ｌ′はｙ＝
（ηＭＡ　−ａ　）ｇ（ｚ）／９（０）ミＹ（ｚ）　−
■と表わされ、ＶＡを検出すれば曲線４′をめることが
できる。

したがって第５図における点り、Ｅの座標（ｙ。

２）は各々（Ｙ（ｚ、）　、　ｚ、　）　（Ｙ（ｚ２）
　、　ｚ、　）で表わされる。更に画点でのｌ′に対す
る接線をめ、この回りでのランスの回転（回転角θ）を
考えれば、正しい投光方向と出射点１０ｂおよび正しい
受光軸と受光点１１ｂをめることができる。

これらの結果と、画像伝送ファイバーの視野９ｂにおけ
るレーザスポット１２ｂの位置から、レーザスポラ）１
２ｂの正しい位置をめることができる。

この算出方法については、１例を実施例にて示す。

実施例を桑６・図に示す。ここではり、Ｅ間の距離がａ
’Ｑ　ＤＥ　＜＜　Ｌを満たすものとすれば、点り。

Ｅに於けるｌ′の接線は直線ＤＩと見なせる。したかっ
て近似的には、ランスが直線ＤＥの周りに回転している
と考えることができる。尚第６図では投光・受光点が真
上を向いている場合（θ−０）を図示している。

第７図にランス回転角０の場合のレーザスポット１２ｂ
（点Ｆとする）の幾何学的位置関係を示す。第７図よシ ＤＥ二ｄとすれば 第６図よ、！ｌ）　ｔａｎα＝（Ｙ（Ｚ２　）　−Ｙ（
ｚｔ　）　）／ｄ＋＋■他方受光レンズ系１８よシｌＩ
！ＩＩ像伝送ファイバー１９を介し主撮像装置２１にて
得られる画像を第８図に示す。視野半径をｒ、レーザス
ポット１２ｂの像と受光視野中心軸２１までの距離をＵ
とすれば ｕ／　ｒ　”　ｔａｎβ／　ｔ、ａｎ　ｒ　・・・・−
彎■また第６図において光軸２ｚとランス中心軸のなす
角をδ（一定）とすれば ＤＦ　＝　ａ−ｔａｎ（δ−β）　・・・・・・［相］
■〜Ｏ式からレーザスポット１２ｂの０−ｘｙｚ系にお
ける座標は β−ａｒｃｔａｎ　（−〒−２°−°°。

で与えられる。

以下、実際の装置における効果を示すためにランスの曲
りが最も大きな誤差としてあられれるθ＝０°の位置に
つき■〜［相］式でα＝０の場合（曲りを考慮しない場
合）とα〜０の場合（曲シを考慮した場合）とを比較し
てみる。０式のランスたわみ曲線は材料力学的考察から 、９（ｚ）　＝−ｚ’＋４Ｌ８ｚ−８Ｌ’と表わせる。

Ｌ　＝　８０００　ｍｍ　＋　ａ　＝　ｌ　ＯＯａｍ、
　ｒη＝２．０゜ｚ　＝１００ｍ＋　ｚ、＝ｌｌＯθ＊
ｉ　（ｄ　＝　１０１００Ｏγ＝１０°、δ＝６０°と
し０式における’ＩＢがｙＢ＝８０１４＠の場合（ラン
スに径２０θ順肉厚５鴎の鋼管を用いた場合に生ずるた
わみ鼠）を考察する。

この場合Ｙ（ｚ、）キー８０　ｒｎｗ　Ｙ（ｚ２）キー
６５ｍｍで［相］式よりα＝　０．８６°、α＝θ°と
した場合、β＝０°（ｕ＝０）でレーザスポットが検出
されたとすれば０式においてα＝０．β＝０゜Ｙ（ｚｔ
　）　＝Ｙ（ｚｇ＞　：”　Ｏとして（ｘ、ｙ、ｚ）＝
（０，１７１３２，１００）これに対し℃α＝　ｏ、ｓ
ｅｏの場合、ランス曲９の補正無しで上記スポットを検
出したとすれば０式においてα＝ｏ、β＝　−０，８６
°。

Ｙ（ｚ　）二Ｙ（ｚｇ）　二〇として （ｘ、ｙ、ｚ）＝（０，１７９４，１００）上記の両方
の結果からｙ方向で６２絹の誤差が生ずることがわかり
、この発明の方法によるランスたわみに起因した誤差除
去の効果が極めて大きいことを示している。

効　果 以上のべたようにして、この発明によれば、耐火物内張
りの損傷を修復することによってその使用寿命の延長を
図ろうとするとき、その補修対象の損傷状況を予め十分
正確に把握でき、またその内面プロフィルの測定方法の
実施に有利に使用できるので、補修作業の適切な実行を
保証することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は転炉の内壁プロフィル測定要領説明図、第２図
は中空ランスの中心軸心曲線の検出要領の説明図、 第８図は、う°ンス先端のたわみ、 第４図はその撮像画像、また 第５図は中空ランスの曲りによる投受光点のずれの各説
明図であり、 第６図はこの発明に従う転炉内壁プロフィルの測定状況
を示す説明図、 第７図はレーザスポットの幾何学的配置＃、第８図はレ
ーザスポット像をそれぞれあられす説明図である。 ｌ・・・転炉　２・・・内壁 ８・・・ランス ６ａ・・・白亜の進退位置検出器 ６ｂ・・・ランス回転位置検出器 ７・・・発信受信器　８・・・レーザビーム９・・・視
野　ｌＯ・・・レーザ光投光部１１・・・レーザ光受光
部１２・・・レーザスポット１４・・・副撮像装置　１
８・・・受像レンズ系１９・・・画像伝送ファイバー ｚＯ・・・レーザ発撮器　２１・・・主撮像装置２２・
・・受光視野中心軸　２８・・・ミラー。 第１図 第２図 −１）１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　耐火物内張シをもつ炉または容器から内容物を払い
   出したのちその内部に、耐火物内張シの内面に面するレ
   ーザ光の投光部とそれによって生じる投光スポットを視
   野に含む受光部とを有する測定用の中空ランスを挿入し
   、該中空ランスを回転及び／又は平行移動させて三角測
   量もしくはレーザレーダ法に基き耐火物内張セの内面プ
   ロフィルを測定するに当り。 炉外にて撮像装置によシ中空ランスの先端部を撮像し、
   画像信号を処理演算して得られるランス先端位置情報か
   らその検出時点にお　８゜ける中空ランスの中心軸心の
   曲線形を推定し、これによシ投光部および受光部の位置
   、方向を算出し、中空ランスの曲シ、振動に基（測定誤
   差を修正する　に ことを特徴とする、耐火物内張シの内面プロフィル測定
   方法。 区　耐火物内張シをもつ炉または容器の内部に対して進
   退可動であって、耐火物内張りの内面に向けてレーザ光
   を投射する投光部、該投射レーザ光による投光スポット
   を視野に含む受光部とをそなえる、中空ランスと、 その後方外部で中空ランスを支える支持部および 中空ランスの先端部を炉外から撮像し、その画像信号を
   処理演算してランス先端位置をめ中空ランスの中心軸心
   の曲線につき推定基卑を与える撮像装置 とを有することを特徴とする耐火物内張シの内面プロフ
   ィル測定装置。