(57)【要約】      （修正有）【課題】炉壁に付着する付着物を簡便にかつ正確に検出する、炉壁付着物検出方法および装置を提供する。【解決手段】導電性のないレンガ１０から構成された炉の炉壁に付着する付着物１１を検出する炉壁付着物検出方法であって、レンガ１０および付着物１１から放射される電磁波の強度を測定し、測定した電磁波の強度に基づいて、付着物１１の検出をおこなうとともに、付着物１１の検出時の受信方向の認識から、付着物１１の位置を特定する。【選択図】図１
2014035106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のないレンガから構成された炉の炉壁に付着する付着物を検出する炉壁付着物検出方法であって、
前記レンガおよび前記付着物から放射される電磁波の強度を測定し、測定した電磁波の強度に基づいて、前記付着物の検出をおこなうとともに、前記付着物の検出時の受信方向の認識から、前記付着物の位置を特定することを特徴とする炉壁付着物検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の炉壁付着物検出方法において、
前記電磁波の強度を測定するにあたっては、
マイクロ波またはミリ波の帯域の電磁波を前記炉外から受信することを特徴とする炉壁付着物検出方法。
【請求項３】
導電性のないレンガから構成された炉の炉壁に付着する付着物を検出する炉壁付着物検出装置であって、
前記レンガおよび前記付着物から放射される電磁波を受信する電磁波受信手段と、
受信した電磁波の受信方向を認識する受信方向認識手段と、
前記電磁波受信手段の受信方向を変更する電磁波受信方向変更手段と、
受信した電磁波の強度を測定し、測定した電磁波の強度に基づいて、前記付着物の検出をおこなうとともに、前記付着物の検出時の受信方向の認識から、前記付着物の位置を特定する電磁波強度測定手段とを具備することを特徴とする炉壁付着物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性のないレンガから構成された炉の炉壁に付着する付着物（炉壁付着物）を検出する、炉壁付着物検出方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炉壁付着物には、例えば、製鉄プロセスにおける室炉式コークス炉の炉壁に付着するカーボンがある。
【０００３】
前記コークス炉では、炭化室内に投入した石炭を一定時間乾留し、出来上がった赤熱コークスを、コークス押出し装置によって炉外へ排出するという操業を繰り返し行っている。このような操業を行っていくと、コークス炉炭化室の炉壁面上にカーボンが析出し、不均一に成長する。そして、析出したカーボンの成長が時間の経過とともに進むと、析出カーボンの一部が剥離を起こして炉内に脱落する場合もある。
【０００４】
また一方、壁面を構成している耐火レンガは、石炭投入時の機械的、熱的な衝撃によって剥離したり、壁面に成長したカーボンとともに耐火レンガの一部が剥離するなどして、徐々にレンガ壁面も侵食される。
【０００５】
このように壁面に凹凸ができると、コークス押出し作業の際には窯詰まりの原因となる。この窯詰まりは、コークス炉の操業効率を低下させるだけでなく、炉体に対して大きな負荷をかけてしまい、さらには炉体の寿命を縮めてしまう。特に、炉内壁面に付着、成長したカーボンが剥離すると、壁面上に生じた凹凸による段差が大きくなり、コークス押出し時に窯詰まりが発生する可能性が大きくなる。
【０００６】
したがって、コークス炉炭化室において壁面の平滑度を保つことは、操業上たいへん重要である。現在行われている操業では、コークス炉において壁面に凹凸が生じることは不可避であり、炉体の寿命をできるだけ長く延ばすためには、壁面に生じた凹凸を把握し、効率良く凹凸を平滑化するような補修を適宜行っていく必要がある。
【０００７】
このため、コークス炉壁にカーボンが過度に成長した場合には、レンガの損傷を防ぐため火炎にてカーボンを焼き落とす「焼き落とし補修」という補修方法を行っている。
【０００８】
この補修方法では、全てのカーボンが焼け落ちるまで、空窯の状態にしておかねばならず、付着したカーボンの付着位置が明確になっていないと、焼き落としに手間取り稼働率が下がってしまう。また、空気中の酸素と反応させて燃焼させるために炉を開放しておく必要もあり、このため炉熱も奪われてしまい、炉熱を回復させるためにエネルギーの大幅なロスとなる。このように、カーボンの付着位置が正確に分れば、その部分を効率的に焼き落としすることが可能となる。
【０００９】
炉壁の付着物を判定する技術としては、例えば特許文献１に開示された技術がある。特許文献１は、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で壁面を走査し、送信用アンテナから発せられた電磁波信号の炉内壁面からの反射信号を受信用アンテナで受信し、受信した反射信号の強度から炉内壁面の表面付着物の有無を判別するものである。
【００１０】
また、炉壁の付着物を判定する他の技術としては、特許文献２〜４に開示された技術がある。これらの技術は、赤外領域の2種類の波長から温度を測定する2色温度計をコークスの押し出しに使用する押し出し機に積載して、炉壁に沿って輝度や温度の測定を行い、輝度や温度の変化から付着物の有無を判別するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−４７９９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３７４１６号公報
【特許文献３】特開２００６−１５２１５１号公報
【特許文献４】特開２０１１−１４４３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１から４までに記載されている技術では、電磁波送受信手段や温度計本体を走査させる機構が必要で装置が大掛かりとなってしまうという課題がある。また、高熱雰囲気下に電磁波送受信手段や温度計を挿入しなければならず、耐熱対策によってコストが高くなるうえに耐久性も低いという課題もある。さらに、特許文献１では、電磁波を受信する手段に加えて電磁波を送信する手段が必要であり、やはりコストがかかるという課題がある。
【００１３】
なお、検査員による目視確認では、レンガと付着物が同じような色を呈しており両者を確実に判別することが難しく、人による判定結果のバラツキもあるという課題があった。
【００１４】
本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み、炉壁に付着する付着物を簡便にかつ正確に検出する、炉壁付着物検出方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は、以下の発明によって解決できる。
【００１６】
［１］  導電性のないレンガから構成された炉の炉壁に付着する付着物を検出する炉壁付着物検出方法であって、
前記レンガおよび前記付着物から放射される電磁波の強度を測定し、測定した電磁波の強度に基づいて、前記付着物の検出をおこなうとともに、前記付着物の検出時の受信方向の認識から、前記付着物の位置を特定することを特徴とする炉壁付着物検出方法。
【００１７】
［２］  上記［１］に記載の炉壁付着物検出方法において、
前記電磁波の強度を測定するにあたっては、
マイクロ波またはミリ波の帯域の電磁波を前記炉外から受信することを特徴とする炉壁付着物検出方法。
【００１８】
［３］  導電性のないレンガから構成された炉の炉壁に付着する付着物を検出する炉壁付着物検出装置であって、
前記レンガおよび前記付着物から放射される電磁波を受信する電磁波受信手段と、
受信した電磁波の受信方向を認識する受信方向認識手段と、
前記電磁波受信手段の受信方向を変更する電磁波受信方向変更手段と、
受信した電磁波の強度を測定し、測定した電磁波の強度に基づいて、前記付着物の検出をおこなうとともに、前記付着物の検出時の受信方向の認識から、前記付着物の位置を特定する電磁波強度測定手段とを具備することを特徴とする炉壁付着物検出装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、炉壁と付着物から放射される電磁波を測定することで、確実に付着物を検出可能となった。また、炉外に設置可能であるので、簡便に検出することが可能であり、電磁波を受信すればよいだけなので、電磁波を送信する必要がなく、実施にあたってのコストも低く押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る炉壁付着物検出装置の全体構成例を示す図である。
【図２】電磁波受信方向変更手段の構成例を示す図である。
【図３】室炉式コークス炉の長手方向における放射率分布の測定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明に係る炉壁付着物検出装置の全体構成例を示す図である。そして、図２は、電磁波受信方向変更手段の構成例を示す図である。図中、１は電磁波受信手段、２は電磁波強度測定手段、３はロッド、４はモーター、５はモニタ、６はデータ記録手段、７はカメラ、８はレーザー距離計、９は受信方向認識手段、１０はレンガ、および１１はカーボンをそれぞれ表す。
電磁波受信手段１は、炭化室内のレンガ１０および炉壁に成長したカーボン１１からの電磁波を受信するためのものであり、具体的には、マイクロ波やミリ波の受信に最適化されたアンテナである。アンテナは電磁波強度測定手段２に接続され、電磁波強度測定手段２は、受信した電磁波を増幅し、帯域通過フィルタによって処理された信号を基準となる周波数の参照信号で検波することによって、受信した電磁波信号の強度を得る。さらに、ここで得られた電磁波信号の強度は、データ記録手段６で時々刻々記録できるようになっている。
また、電磁波受信手段１は、電磁波受信方向変更手段によってその受信方向を変更することが可能である。図２に示すように、電磁波受信手段１は、モーター４に接続された地面に垂直なロッド３に固定されており、モーター４はコントローラによってロッド３の回転方向を制御することが可能である。これにより、電磁波受信手段１は、コークス炉外から壁面をスキャンすることができる。
そして、受信方向認識手段９で、電磁波受信方向を認識する。そして、電磁波受信手段１の向きをモニタ５で確認するとともに、時間とともに電磁波受信方向がデータ記録手段６に記録される。
受信方向認識手段９としては、電磁波受信手段１と同じ方向の光軸をもったカメラ７や、電磁波受信手段１の向きと同じ方向の放射体までの距離を測定可能なレーザー距離計８などが適している。正確な受信方向認識を期するには、カメラ７とレーザー距離計８の両者を同時に利用すると良い。
【００２２】
鉄鋼設備であるコークス炉の場合には、炉壁にはカーボンが付着する。カーボンは導電体であるので、電磁波をよく反射する。一方で、レンガは絶縁体であるので、電磁波の反射は小さい。これらの反射の度合は、反射率という指標で表される。放射率εと反射率Rでは、次の（１）式で示すキルヒホッフの法則が成り立つ。
【００２３】
ε=1−R    ・・・・（１）
なお、反射率Rは、入射電磁波の強度をIi、反射電磁波の強度をIoとすると、R＝Io／Iiである。
【００２４】
レンガの放射率はカーボンの放射率よりも大きく、明確に放射率が異なるので、炉壁レンガ上のカーボンの検出が、さらにカーボンの検出時の受信方向認識から炉壁レンガ上のカーボンの付着位置の特定が可能である。
【００２５】
なお、コークス炉では、高温時には1000℃程度となるため、背景からの輻射が強く、レンガとカーボンの目視での判別が困難である。また、炉内の温度が低下し自発光がない場合にも、炉内に光源がないため目視での判別は困難である。
【００２６】
電磁波受信手段１として、マイクロ波またはミリ波帯域のアンテナ指向角が3°になるようなアンテナを選択すれば、3ｍ先では約157×157mm角のエリアから放射されるマイクロ波を測定することとなる。炉の長手方向には数10cmから1m程度の長さでカーボンが分布することがわかっているため、前述のアンテナを用いれば、十分な空間分解能にてカーボン付着位置の特定ができる。
室炉式と呼ばれるコークス炉は、長手方向に15m程度の長さを持つが、一方の窯口から奥の方への測定に精度が失われる場合には、反対のもう一方の窯口からも測定を行うようにすれば良い。
【００２７】
また、高さ方向の測定に関しては、測定したい高さに装置を持ち上げて測定してもよいし、仰角を計算して、装置の受信方向を調節してもよい。なお、室炉式コークス炉の場合は、炉頂にある石炭装入口から見下ろした状態で測定するようにしても良い。
ここで述べたコークス炉以外の工業用の炉においても、壁が電気伝導性のないレンガに金属の付着物または析出物あった場合でも、本発明により付着物の検知が可能である。また、導電性のレンガなどに絶縁体の付着物が付着した場合も検知可能である。
【００２８】
測定する電磁波の帯域としては、可視光よりも波長の長い領域を想定しており、特にマイクロ波やミリ波帯域が適しているが、テラヘルツ波の帯域において測定することも可能である。
【実施例】
【００２９】
室炉式コークス炉の窯口に設置した炉壁付着物検出装置により、マイクロ波帯域36.5GHzの電磁波強度を測定した。これを同温度の黒体放射の強度との比を計算し、放射率を算出した。その結果を、表1に示す。
【００３０】
【表１】
2014035106.tif 000003
【００３１】
壁面を構成しているレンガの放射率は0.88、付着しているカーボンの放射率は0.55であった。よって、付着したカーボンの判別が可能であった。図３は、室炉式コークス炉の長手方向における放射率分布の測定例を示す図である。室炉式コークス炉の炉底から高さ2ｍの位置における窯口から長手方向５ｍの位置までの放射率分布の測定結果例を示している。石炭の装入口直下に対応する位置での放射率の値がその他の位置で値より下がっており、石炭の装入口付近にカーボンが付着している様子が確認できた。
【００３２】
なお上記は、カーボン付着をマイクロ波帯域36.5GHzの電磁波強度測定にて検出する実施例であるが、付着・析出する物質が異なった場合でも、その物質の特性がわかっていれば、検出する周波数はその特性に応じた周波数を選べばよいことは言うまでもないことである。
【符号の説明】
【００３３】
１    電磁波受信手段
２    電磁波強度測定手段
３    ロッド
４    モーター
５    モニタ
６    データ記録手段
７    カメラ
８    レーザー距離計
９    受信方向認識手段
１０    レンガ
１１    カーボン
【図３】
2014035106.tif 000004
【図１】
2014035106.tif 000005
【図２】
2014035106.tif 000006