(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋鉄皮の外側面に、高速中性子を放出する放射性物質または放射線発生装置と熱中性子を検出する検出器とを配置し、さらにこれらの外側を取鍋鉄皮厚さ以上の厚さの鉄または前記鉄と同じ質量の炭素材からなる反射材で覆い、前記放射性物質または放射線発生装置から放出する高速中性子を取鍋耐火物に照射し、高速中性子と取鍋耐火物内の水素原子核との衝突により弾性散乱して生じた熱中性子を前記検出器で計数して、予め作成しておいた熱中性子の計数値と水分量の関係を示す検量線に基づいて、取鍋耐火物内の水分量を求めることを特徴とする取鍋耐火物の水分測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火物の水分測定技術分野に属し、さらに詳しくは溶湯を受入れる取鍋耐火物の乾燥工程管理に利用する取鍋耐火物の水分測定技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶銑または溶鋼を受入れる取鍋耐火物は、溶銑または溶鋼の受入れ・払出しを繰り返し行ううちに、徐々に損耗し、永久張耐火物が損耗し始める前に、内張耐火物を取り替える。通常、取鍋の耐火物は、築炉時に、目地に耐火モルタルを使用するため、乾燥前は  ２〜３  ％の水分がある。しかし、この状態で溶湯を受入れると、溶湯の温度が低下するだけでなく、耐火物内の水分が急膨張し、水蒸気爆発を起こすため、築炉後は耐火物を十分乾燥し、溶湯受入れ時は加熱しなければならない。
【０００３】
また、最近は築炉工の不足から、内張耐火物に不定形耐火物を使用するように変わりつつある。この施工法は中子と呼ばれる型枠材と永久張耐火物との間に混練した不定形耐火物を流し込み、こて塗り、叩込みするため、施工時の不定形耐火物は数％〜２０％程度の水分を含んでいる。このため、自然乾燥したのち中子を取り除き、図５に示すように、バーナー９で加熱乾燥する。しかし、前記のように、施工時の不定形耐火物の水分は必ずしも一定ではなく、また、自然乾燥状態も季節により変動する。したがって、一定の燃焼パターンで加熱乾燥しても、取鍋の内張不定形耐火物の乾燥状態は位置によって異なる。
【０００４】
このため、加熱乾燥中においては、不定形耐火物の加熱速度と不定形耐火物の厚さ方向の温度勾配を一定範囲内に抑えなければならない。何故なら、バーナーにより加熱された不定形耐火物は表面からも乾燥するが、水分の大半は鉄皮側に移行する。しかし、鉄皮側は十分に温度が上昇していないため、取鍋の内側から移行してきた不定形耐火物中の水蒸気は結露して水となり、鉄皮内側に近い永久張耐火物中に凝縮される。このときに、大きな加熱速度で加熱すると、凝縮された水は急膨張して耐火物内で水蒸気となり爆裂を生じ、せっかく築造した耐火物を破壊するからである。したがって、従来は、熱電対を不定形耐火物に埋め込み表面および内部の温度を、あるいは放射温度計で不定形耐火物の表面温度を測定しながら、不定形耐火物を徐々に乾燥している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６は耐火物内温度の時間的変化を示す一例である。加熱の初期は、点Ａのように温度は上昇するが、ある程度時間が経つと点Ｂのように、温度上昇が緩やかになる。この温度域は  １００℃前後で、バーナーからの加熱エネルギーは水分の蒸発潜熱に費やされるため、温度の上昇は小さい。耐火物内の水分の蒸発が終わると、加熱エネルギーは再び耐火物の温度上昇に費やされるため、点Ｃのように、再び耐火物の温度は上昇し始める。この点Ｃが乾燥終了点となる。しかし、耐火物内の温度の時間的変化を知るために、耐火物の多くの部分に熱電対を埋め込むことは耐火物の損傷を引き起こすことにもなり、また費用の点からも好ましいことではない。
【０００６】
また、従来技術では、加熱乾燥中の不定形耐火物内の水分の挙動が不明なため、不定形耐火物の爆裂を恐れるあまり、不定形耐火物を徐々に乾燥するため、加熱速度が不十分となって加熱乾燥時間を長引かせたり、あるいは加熱乾燥終了後も無駄な加熱を行い加熱燃料を浪費していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、不定形耐火物を爆裂させることなく適正時間内で加熱乾燥するための、加熱乾燥中の不定形耐火物内の水分変化を連続的に測定する取鍋耐火物の水分測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、取鍋鉄皮の外側面に、高速中性子を放出する放射性物質または放射線発生装置と熱中性子を検出する検出器とを配置し、さらにこれらの外側を取鍋鉄皮厚さ以上の厚さの鉄または前記鉄と同じ質量の炭素材からなる反射材で覆い、前記放射性物質または放射線発生装置から放出する高速中性子を取鍋耐火物に照射し、高速中性子と取鍋耐火物内の水素原子核との衝突により弾性散乱して生じた熱中性子を前記検出器で計数し、予め作成しておいた熱中性子の計数値と水分量の関係を示す検量線に基づいて、取鍋耐火物内の水分量を求めることを特徴とする。
【０００９】
本発明の取鍋耐火物の水分測定方法の概念を図１に示す。高速中性子線源１、すなわちアメリシウム−ベリリウムまたはカリフォルニウムなどの放射性同位元素か、加速器などによる放射線発生装置から放出される高速中性子はあらゆる方向に飛び出すが、鉄や炭素などの反射材３により取鍋鉄皮（以下、鉄皮と言う）４の方向に反射される。この時、反射材３の厚さは鉄皮４の厚さより十分に厚いことが必要である。その理由は、高速中性子は鉄皮４と反射材３の間で多重反射するが、反射材３の厚さが足りないと鉄皮４が反射材となって高速中性子が取鍋耐火物の方向へ向かわないからである。
【００１０】
高速中性子Ｎは減速せずに鉄皮４を通過し、耐火物内の水分を構成する水素原子核と衝突して弾性散乱により減速し、エネルギーを１０−５〜１０−７ほど小さくした熱中性子ｎに変わり、一部は再び鉄皮４を通過して検出器２に向かう。検出器２は  ３Ｈｅ（ヘリウム３）カウンターのように熱中性子だけに感度を持つものを用いる。この検出器２の出力は水素原子の量、すなわち不定形耐火物６内の水分量に比例するから不定形耐火物６内の水分量を測定していることになる。
【００１１】
したがって、本発明の取鍋耐火物の水分測定方法は、水分測定を取鍋鉄皮の外側面から間接的に行うことができるため、従来のように、熱電対を埋め込むことによる耐火物の損傷もなくなり、さらに取鍋の任意の点の、耐火物内の水分測定を連続的に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態例について説明する。
図１に示す水分測定方法の概念に基づき、高速中性子線源１には  ２５２Ｃｆ（カリフォルニウム２５２）、３．５ＭＢｑ（メガベクレル）を用いた。３．７ＭＢｑ未満の線源は法律による規制のない微少線源で、  ２５２Ｃｆは高いエネルギーの高速中性子を効率よく放出する。検出器２には熱中性子のみを検出する１０気圧の  ３Ｈｅカウンターを２本用いた。反射材３には  ３００ｍｍ角で厚さ６０ｍｍの鉄材を用い、この反射材で高速中性子線源１と検出器２を覆っている。検出器２でカウントしたパルスはプリアンプを経て信号処理回路で処理され、水分計の出力として水分計に表示される。
【００１３】
図２は本発明の取鍋耐火物の水分測定方法の信号処理回路のブロック図に、各ブロックにおける波形を併記した図である。  ３Ｈｅカウンターには  １０００Ｖ以上の高圧電源が接続されており、熱中性子が１個飛び込むたびに微少の電気パルスを発生する。これをプリアンプ、メインアンプで増幅したのち微分器で微分する。微分器で微分すると、図２（ａ）  のような時間的に接近したパルスを図２（ｂ）  のように分離して計数落ちを防ぐことができる。これを再び積分器により、図２（ｃ）  のような一定のパルス幅を持つ波形に整える。さらにディスクリミネーターにより一定のパルス高さ以上のパルスだけを取り出し、図２（ｄ）  のような波形にする。これはノイズを計数しないようにするためである。つぎに、この出力を、スケーラーと呼ぶ計数器で一定時間カウントし、そのカウント値を予め校正しておいた検量線により、演算器で水分量に換算する。この水分量を水分計出力として水分計に表示する。このようにして求めた水分量が取鍋耐火物内の水分量である。
【００１４】
【実施例】
実施例では、鉄皮４と高速中性子線源１および検出器２との間に４０ｍｍの間隙を設け鉄皮からの輻射熱を避け、鉄皮を通して取鍋耐火物内の水により減速された熱中性子を検出器２により測定し、５分間の計数時間で  １５０００〜９００００  カウントを得た。このカウント値をもとに図３に示す検量線から取鍋耐火物内の水分量を求める。このようにして求めた水分量は、乾燥法で求めた水分量に対して±０．１  ％以内に収まる。なお、図３は検量線の模式図で、検量線は乾燥前後の質量差から水分量を求める乾燥法で求めた水分量と熱中性子のカウント値を関係付けたものである。鉄皮の厚さが変わると検出器によるカウント値も変わるので、予め鉄皮の厚さごとに検量線を作成しておく必要がある。
【００１５】
取鍋鉄皮温度は乾燥終了時点では  ２００℃近くにもなるので、輻射熱を防ぐために鉄皮と高速中性子線源および検出器との間に間隙を設けるだけでなく、図４に示すように、反射材３の前面にクロムめっきした薄板やアルミ箔の熱反射板７を貼り付け、間隙には乾燥空気を流し、鉄皮４からの輻射熱を避けることが望ましい。また、反射材３に間隙調整ねじ８を設け、間隙調整ねじ８を出し入れすることによって、鉄皮と高速中性子線源および検出器との間隙を一定に保つた。なお、反射材は鉄以外の、例えば炭素材でもよいが、鉄と同じ反射効果を得るには鉄と同じ質量の炭素材が必要となるので、反射材の厚さは何倍も厚くなる。したがって、通常は反射材には鉄を用いる。
【００１６】
なお、実施例の取鍋は容量２４０ｔ、外径４３３０ｍｍ、高さ４６２０ｍｍで、鉄皮の厚さは３２ｍｍである。永久張耐火物はろう石れんがで、厚さ７０ｍｍ、内張不定形耐火物は高アルミナ・スピネルで、厚さは  １５０ｍｍである。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の取鍋耐火物の水分測定方法は、取鍋外側面から間接的に取鍋耐火物の水分を測定することができるため、従来のように、熱電対を埋め込むことによる耐火物の損傷もなくなり、さらに取鍋の任意の点の、耐火物内の水分測定を連続的に行うことができる。したがって、本発明の水分測定方法を利用することによって、不定形耐火物を爆裂させることなく、加熱乾燥時間を長引かせたり、あるいは加熱乾燥終了後も無駄な加熱を行い加熱燃料を浪費することなく、適正時間内で取鍋耐火物を加熱乾燥することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の取鍋耐火物の水分測定方法の概念図である。
【図２】本発明の取鍋耐火物の水分測定方法の信号処理回路のブロック図に、各ブロックにおける波形を併記した図である。
【図３】検量線の模式図である。
【図４】実施例で使用した取鍋耐火物の水分測定方法の概念図である。
【図５】取鍋耐火物の加熱乾燥を説明する図である。
【図６】加熱乾燥中の取鍋耐火物内の温度の時間的変化を示す図である。
【符号の説明】
１…高速中性子線源、２…検出器、３…反射材、４…取鍋鉄皮、５…永久張耐火物、６…不定形耐火物、７…熱反射板、８…間隙調整ねじ、９…バーナー、１０…炎、１１…蓋、Ｎ…高速中性子、ｎ…熱中性子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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