(57)【要約】高炉、特に溶鉱炉は、炉外壁を画定する金属ジャケット（１１）と、上記外壁の内面を保護する保護層とを備える。少なくとも１つの状態監視プローブ（２４）が、保護層内に配置されて保護層を監視する。状態監視プローブは、状態監視データを送信するために上記外壁の外側に配置されている無線モジュール（６２）に接続される。無線モジュール（６２）は、金属ジャケット（１１）の外面に取り付けられているケーシング（３８）の内側に配置される。状態監視プローブ（２４）は、冷却プレート本体または耐火物ライニングの前面の下の所定の深さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）に位置決めされた１つまたは複数の導電性ループ（２８）を含み、結果、損耗に起因するループ（複数可）の電気的特性の変化によって、本体（１２）または耐火物の摩耗を検出することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉、特に溶鉱炉であって、
炉外壁を画定する金属ジャケット（１１）と、
前記外壁の内面を保護する保護層と、
前記外壁の内部かつ前記保護層内に配置されて前記保護層を監視する少なくとも１つの状態監視プローブ（２４）と、を備え、
前記少なくとも１つの状態監視プローブは、電池式であり、状態監視データを送信するために前記外壁の外側に配置されている無線モジュール（６２）に動作可能に接続されている検出モジュール（３４）に接続されており、
前記外壁（１１）は、前記少なくとも１つの状態監視プローブ（２４）と前記無線モジュール（６２）との間の有線接続のための開口部（４０）を備え、ケーシング（３８）が、前記開口部（４０）を被覆するために前記金属ジャケット（１１）の外面に気密に取り付けられている、高炉。
【請求項２】
前記検出モジュール（３４）は、所定の時間間隔をおいて、ただし１日１回または２回以下の頻度で前記少なくとも１つの状態監視プローブによって状態を評価するように構成されている、請求項１に記載の高炉。
【請求項３】
前記無線モジュール（６２）、前記検出モジュール（６２）および前記電池が前記ケーシング（３８）の内部に配置されており、前記無線モジュール（６２）のアンテナ（６６）が、前記ケーシング（３８）の外側に延伸する、請求項１または２に記載の高炉。
【請求項４】
前記ケーシング（３８）は鋼管部品（３８．１）を含み、該鋼管部品の一端は前記開口部（４０）を囲むように位置決めされ、前記金属ジャケットの前記外面に溶接され、前記管部品（３８．１）の対向端はカバー（３８．２）によって密に閉じられる、請求項１、２または３に記載の高炉。
【請求項５】
前記保護層が、冷却要素（１０）および／または耐火物ライニング（１５）を含み、前記状態監視プローブ（２４）は、前記冷却要素および／または前記耐火物ライニング内に埋め込まれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高炉。
【請求項６】
前記冷却要素（２４）が前記外壁（１１）の前記内面に対して固定され、前記状態監視プローブ（２４）が前記冷却要素の本体（１２）内に埋め込まれる、請求項５に記載の高炉。
【請求項７】
前記状態監視プローブ（２４）が、前記本体の前面の下の所定の深さに位置決めされ、前記前面から電気的に絶縁されている複数の導電性ループ（２８）を含み、各ループは前記本体の後面にある１対の端子（３０）に接続されており、結果、損耗に起因する前記ループ（複数可）の電気的特性の変化によって、前記本体の摩耗を検出することができ、
前記導電性ループは、基板（４２）上の導電性ラインとして形成され、
各導電性ループ（２８）は一般にＵ字形状を示し、前記ループは互いに入れ子状になっており、
前記導電性ループ（２８）は、一般に、前記本体の厚さ方向において後側から延伸し、結果、各ループの、損耗可能区画を形成する端部区画が、前記前面から前記所定の距離（ｄ１、ｄ２、ｄ３）に配置され、
前記プローブ（２４）は、前記本体の貫通穴（２６）または止まり穴内に配置され、
前記プローブ（２４）は、前記導電性ループによって前記基板を取り囲む円筒形ハウジングを備え、前記円筒形ハウジングは前記穴の形状と一致する形状を有し、
前記円筒形ハウジングは、前記冷却プレート（１２）の本体（１２）と同じ材料から作成される、請求項６に記載の高炉。
【請求項８】
前記検出モジュール（３４）が前記端子（３０）に接続されており、各ループ（２８）の前記電気特性、特に各ループの電圧、電流または抵抗のうちの１つを評価するように構成されている、請求項７に記載の高炉。
【請求項９】
前記検出モジュール（３４）が、抵抗測定に基づいて各導電性ループ（２８）の電気的閉回路状態を評価するように構成されている、請求項８に記載の高炉。
【請求項１０】
冶金炉または高炉のための冷却要素であって、
前面（１６）および対向する後面（１８）を備えた本体（１２）であって、該本体は、中に少なくとも１つの冷却剤チャネル（１４）を有し、使用時、前記前面は炉の内部に向けられ、好ましくは交互のリブおよび溝を備える、本体（１２）と、
前記本体の摩耗を検出するために前記本体（１２）内に埋め込まれた少なくとも１つの摩耗検出プローブ（２４）と、を備え、
前記摩耗検出プローブ（２４）が、前記本体の前面の下の所定の深さに位置決めされ、前記前面から電気的に絶縁されている複数の導電性ループ（２８）を含み、各ループは前記本体の後面にある１対の端子（３０）に接続されており、その結果として、損耗に起因する前記ループ（複数可）の電気的特性の変化によって、前記本体の摩耗を検出することが可能であり、
前記導電性ループは、基板（４２）上の導電性ラインとして形成され、
各導電性ループ（２８）は一般にＵ字形状を示し、前記ループは互いに入れ子状になっており、
前記導電性ループ（２８）は、一般に、前記本体の厚さ方向において後側から延伸し、その結果として、各ループの、損耗可能区画を形成する端部区画が、前記前面から前記所定の距離（ｄ１、ｄ２、ｄ３）に配置され、
前記プローブ（２４）は、前記本体の貫通穴（２６）または止まり穴内に配置され、
前記プローブ（２４）は、前記導電性ループによって前記基板を取り囲む円筒形ハウジングを備え、前記円筒形ハウジングは前記穴の形状と一致する形状を有し、
前記円筒形ハウジングは、前記冷却プレート本体（１２）と同じ材料から作成される、冷却要素。
【請求項１１】
前記入れ子にされたループが互いから絶縁されているか、または前記Ｕ字形の分岐を形成する共通の区画を共有している、請求項１０に記載の冷却プレート。
【請求項１２】
前記円筒形ハウジングが２つの半円筒部分（４４）を含み、前記導電性ループを有する前記基板が２つの前記半円筒部分の間に保持される、請求項１０または１１に記載の冷却プレート。
【請求項１３】
前記プローブ（２６）が、特に、前記プローブハウジングの後端および前記ケーシング（３８）の壁を圧迫するばね要素（７２）によって、前記穴（２６）内に予め負荷をかけられている、請求項１０、１１または１２に記載の冷却プレート。
【請求項１４】
前記端子（３０）に接続されており、各ループ（２８）の電気特性、特に各ループの電圧、電流または抵抗のうちの１つを評価するように構成されている検出モジュール（３４）を備える、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の冷却プレート。
【請求項１５】
摩耗検出プローブ（２４）であって、
基板（４２）上の導電性ラインとして形成される複数の導電性ループ（２８）を備え、各導電性ループ（２８）は一般にＵ字形状を示し、前記ループは互いに入れ子状になっており、
前記プローブ（２４）は、前記導電性ループによって前記基板を取り囲む円筒形ハウジングを備え、前記円筒形ハウジングは、前端、後端、および、一般に、中で冷却プレート内に挿入されることになる穴の形状と一致する円筒形状を有し、
前記ハウジングは、銅または銅合金から作成され、
前記導電性ループ（２８）は、一般に、前記ハウジングの前記後端から前記ハウジングの長手方向に延伸し、結果、各ループの、損耗可能区画を形成する端部区画が、前記前端から所定の距離に配置され、
各ループは、前記ハウジングの前記後端の一対の端子（３０）に接続され、その結果として、損耗に起因する前記ループ（複数可）の電気的特性の変化によって、前記プローブの摩耗を検出することができる、摩耗検出プローブ（２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冶金炉、すなわち高炉および溶鉱炉における状態監視に関する。本発明は、特に、冷却要素の前の保護層の損耗後の冷却要素の状態監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、高炉は向流反応器として機能し、装入材料の下向きの流れが、高温の一酸化炭素に富む燃焼ガスの上向きの流れと接触する。鉄材料（鉄鉱石、焼結体、およびペレット）、コークス、溶剤からなる固体装入原料は、通常はＯ２および場合によっては補助燃料を富化された空気が炉の底部近くの羽口から供給されている間に、重力によって炉の頂部に投入される。液体の溶銑および液体スラグが、炉の底部にあるいくつかの出銑口から定期的に取り出される。
【０００３】
高炉、特に溶鉱炉（ＢＦ）は、炉寿命を長くしながら、柔軟で安定した効率的な方法において、高い生産性および低い燃料比で稼働することが望ましい。
【０００４】
溶鉱炉はしばしば、「ブラックボックス」と呼ばれてきた。一つの理由は、炉の内部で何が起こっているのかを観察または監視することが難しいためであると考えられる。実際、ＢＦでは、気体、固体、および液体の３つの相が共存しており、反応は半径方向に不均一に進行し、プロセスには時間依存の変動が伴い、測定されるべきパラメータは常に高温、高圧で、粉塵を含む雰囲気で移動している。
【０００５】
そうとは言え、ＢＦのプローブおよび測定デバイスは、電子機器、光学機器、およびコンピュータ技術の発展に基づいて、過去数十年にわたって大きな進歩を遂げてきた。コンピュータを使用することによって、コンピュータは、変数を表示することを可能にするだけでなく、確立されたモデルを使用して、さまざまな変数を比較し、プロセス中の変数およびその進展を記憶するためのデータベースを構築するため、現在、溶鉱炉のさまざまなパラメータをより適切に監視することが可能になってきている。
【０００６】
主なプロセス監視センサは以下のとおりである。
−送風圧力を監視するために環状管内に配置されるとともに、装入原料の通気性および融着帯の所在を監視するためにＢＦ内の複数の異なる高さに配置されている圧力タップ。
−耐火物の状態および局所的な熱変化を監視するためにさまざまな箇所（炉床およびシャフト）において耐火物ライニング内に設置された熱電対。
−ガス温度を測定し、装入原料を通じたガスパターンを決定するための装入原料上方固定式プローブ。
−炉のシャフト内部のガスの温度および組成を監視するために挿入された装入原料下方プローブ。
−軌道プローブが、装入プロセス中に分配シュートから落下する装入原料の軌道を測定する。
−頂部の半径方向プロファイルメータが、装入材料の装入原料最上面プロファイルを測定する。
−装入原料の下降を監視するための装入物移動センサ。
【０００７】
したがって、今日、洗練されたプローブおよび測定デバイスを使用することによって、プロセスの状態に関する有用な情報がＢＦオペレータに与えられる。ＢＦの信頼性の高い動作のために、ＢＦプロセスがオペレータにとってトランスペアレントになるように、これらの種々の検知デバイスを使用してさまざまな動作パラメータを収集することが不可欠である。
【０００８】
したがって、最新の溶鉱炉には、ＢＦ管理センターにプロセスデータを連続的に提供する多数のプローブ、機器および測定デバイスが装備されている。
【０００９】
プロセスパラメータに加えて、例えば、炉の適切な構成要素の摩耗状態を反映する状態パラメータを監視する必要がある。これは、検査によって、センサを用いて行われる。例えば、超音波プローブを用いて冷却要素の状態を監視することが知られている。
【００１０】
これに関連して、炉の中心部は高温および過酷な環境にさらされる。また、炉壁を保護し、これらの壁を通じた熱排出を制限するために、炉内壁には耐火材のライニングが装備されている。現代の炉では、耐火材は冷却ステーブと呼ばれる冷却要素に取り付けられている。
【００１１】
元々、そのような冷却要素は、内部に冷却パイプが鋳造された鋳鉄プレートであった。鋳鉄製ステーブの代替として、銅製ステーブが開発されていた。したがって、今日では、冶金炉の冷却要素も銅、銅合金、または最近では鋼から作成される。
【００１２】
耐火レンガライニング、耐火ガナイト吹き付け材料、またはプロセスにおいて生成される降着層が、パネル状ボディの高温面の前に配置される保護層を形成する。この保護層は、炉内部を支配する過酷な環境によって引き起こされる劣化から冷却要素を保護するのに役立つ。
【００１３】
オペレータによるＢＦの操作の状態に応じて、主に下降する装入原料（コークス、鉱石など）の摩擦に起因して、保護層が摩耗し得る。しかしながら実際には、炉は時としてこの保護層なしでも操作され、その結果高温面の層状リブが侵食される。
【００１４】
したがって、保守管理操作を予測するには、冷却要素の状態、すなわち摩耗を監視することが有用である。上記の過酷な条件に起因して、炉内部に高度なデバイスを取り付けることはまだ考えられていない。同じ理由で、炉内には常に材料が存在するため、冷却要素の状態を目視でチェックできない場合がある。
【００１５】
解決策は、当該技術分野においてすでに提案されている。例えば、特許文献１は、ステーブ本体の後面と接触する超音波プローブを使用してステーブ本体の侵食を検出する状態監視システムを備える冷却ステーブを開示している。これは、溶鉱炉環境で実施するのは面倒な技術と考えられる。
【００１６】
別の特許文献２は、状態監視システムを備える冷却ステーブを開示している。ステーブは、ステーブ本体内の複数の異なる箇所に分散された複数の閉じた圧力室を含む。本体部分の摩滅に起因して圧力が開放されたときに基準圧力からの偏差を検出するために、圧力センサが各圧力室に関連付けられている。本文献において説明されている解決策は技術的に満足のいくものであるが、何らかのワークショップ準備が必要であり、コストが加わる場合がある。
【００１７】
特許文献３は、摩耗モニタおよび／または熱電対がステーブおよび／または１つもしくは複数のレンガを通してまたはそれに隣接して配置されているステーブ／レンガ構造を開示している。制御センターへの送信のために、データ送信ケーブルが熱電対および摩耗監視システム端部に取り付けられており、結果、炉の動作中にデータ読み値を「リアルタイム」で連続的に送信することができる。摩耗監視技術は、時間領域反射率測定に依存しているため、かなり複雑である。
【００１８】
また、特許文献３には、炉の内部を自動的にスキャンしてマッピングし、ステーブおよび耐火レンガの内部状態を追跡するレーザスキャン及びマッピングシステムも開示されている。マッピングシステムは、投光器／受光器ユニットからのレーザ光波などのエネルギー波を使用する。そのようなマッピングを実行するために、溶鉱炉が停止し、装入量が低下したまれな状況で、そのような特定の装置が溶鉱炉において使用され得ることが理解されよう。
【００１９】
特許文献４は、耐火物ライニングの摩耗を検出するために導電性ループを使用することを開示している。各ループは、酸化アルミニウムのそれぞれの管に収容され、管は、互い違いに、概して円筒形の束に束ねられる。導電性ループは、炉のライニングに近い融点を有するワイヤから形成され、結果、ライニングが液化または溶融するとループが溶融する。導電性ループを互い違いに配置することにより、いくつかの深さにおいて摩耗を検出することが可能になる。ただし、このセンサの設計および設置はかなり実験的で扱いにくいものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開昭６１−２６４１１０号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１６／０２３８３８号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１３／００９８２４号パンフレット
【特許文献４】米国特許第３，５３２，７９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、高炉における状態監視を改善することである。
【００２２】
本発明の特定の目的は、冷却要素の状態、すなわちそれらの摩耗状態の監視を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、高炉および溶鉱炉の状態監視に関する考察から導き出された。上記のように、圧力、温度、装入原料分布などのプロセスパラメータを監視するために、ＢＦにはいくつかのセンサおよびプローブが配置されている。これらは、ＢＦ制御センターにプロセスデータを連続的に提供し、これは、溶鉱炉の効率的で信頼性の高い動作に必要とされる。
【００２４】
これらのプロセス監視プローブおよびセンサの設置には時間がかかり、相当の作業量が発生する。センサはＢＦ動作の連続データを提供する必要があるため、センサを炉内部に設置するだけでなく、ケーブルを炉の外殻を通じて制御センターまで配線する必要もある。
【００２５】
特に耐火層を修復するかまたは冷却ステーブを交換するときなど、ＢＦの保守管理停止中に配線が再び問題になる。
【００２６】
状態監視の文脈において、本発明者らは、有線送信の代わりに、センサデータの無線送信の使用を提案する。高炉の状況で無線伝送を使用することは、一見不適切と思われるかもしれない。無線モジュールの周囲には多くの金属構造があり、動作条件は過酷である（温度／粉塵／炉殻の障壁）。また、炉の動作中に電池を交換することも問題になる場合がある。
【００２７】
しかしながら、無線送信の使用は、状態監視センサからのデータの送信にとって道理にかなう。炉の動作に連続的に必要とされるプロセスパラメータとは対照的に、例えば、耐火物ライニングまたは冷却要素の摩耗状態は、このような連続的な監視を必要としない。状態パラメータは、選択的に、または数時間から数日に及ぶ時間ベースで定期的にチェックすることができる。実際には、状態パラメータは数時間ごとまたは１日に１回チェックされ得る。この短い毎日の動作時間は、電池時間を保持し、数週間／数か月のサービスを可能にし、結果、停止期間の間に電池交換が不要になる可能性がある。
【００２８】
最後に重要なことであるが、状態監視センサおよびプローブのデータを送信するために無線モジュールを使用すると、時間のかかる面倒な配線作業が回避され、したがって、高炉の停止時間が大幅に短縮される。
【００２９】
第１の態様によれば、本発明は、高炉、特に、
炉外壁を画定する金属ジャケットと、
上記外壁の内面を（少なくとも部分的に）保護する保護層と、
上記外壁の内部かつ保護層内に配置されて保護層を監視する少なくとも１つの状態監視プローブと
を備え、
少なくとも１つの状態監視プローブは、電池式であり、状態監視データを送信するために外壁の外側に配置されている無線モジュールに動作可能に接続されている検出モジュール（３４）に接続されており、
上記外壁は、状態監視プローブ（複数可）と無線モジュールとの間の有線接続のための開口部を備え、ケーシングが、開口部を被覆するために上記金属ジャケットの外面に気密に取り付けられている、高炉を提案する。
【００３０】
上記の従来技術から明らかなように、当該技術分野における一般的な知識は、有線摩耗監視センサおよびプロセス監視センサ（熱電対）を使用することである。したがって、本発明は、状態監視プローブに無線モジュールを使用することによって技術的な先入観を克服する。
【００３１】
本発明は、測定頻度がプロセス監視センサと比較して低く、それらの読み値が生産目的で必要とされないため、電池式無線モジュールが状態／摩耗センサからデータを送信するのに実行可能であるという洞察に存する。
【００３２】
無線モジュールと組み合わせて摩耗プローブを使用することによって、特に既存の溶鉱炉を改造するときに、摩耗センサの設置が大幅に単純化される。理解されるように、センサワイヤを外側に引き出し、検出／無線モジュールに接続するには、炉殻の開口部を利用することで十分である。
【００３３】
状態監視センサおよびプローブのデータを送信するために無線モジュールを使用すると、時間がかかり、面倒でコストがかかる配線作業が回避され、したがって、高炉の停止時間が大幅に短縮される。実施形態では、検出モジュールは、所定の時間間隔をおいて、ただし１日１回または２回以下の頻度で上記状態監視プローブ（複数可）によって状態を評価するように構成される。
【００３４】
有利には、無線モジュール、検出モジュール、および電池は、ケーシングの内側に配置される。通信を改善するために、無線モジュールのアンテナはケーシングの外側に延伸してもよい。検出無線モジュールはこのようにＢＦの過酷な環境から保護されるが、時にケーシングを開けることによってアクセス可能である。検出無線モジュールが閉じた金属ケーシング内に配置されるにもかかわらず、アンテナはケーシングの外側に誘導されるため、無線送信が可能である。
【００３５】
実施形態では、ケーシングは鋼管部品を含み、その一端は金属ジャケットの開口部を囲むように位置決めされ、上記金属ジャケットの外面に溶接される。管部品の対向端はカバーによって密に閉じられる。
【００３６】
一般に、保護層は、冷却要素および／または耐火物ライニングを備えることができる。状態監視プローブは、冷却要素および／または耐火物ライニング内に埋め込むことができる。「冷却要素」という用語は、本明細書においては、周知の冷却プレートおよび冷却ステーブを含む、高炉または溶鉱炉本体内で使用することができる任意の冷却装置を包含するために本明細書で使用される。
【００３７】
冷却要素の状態監視は、請求項７に記載の設計によって有利に達成される。状態監視プローブは、冷却プレート本体の前面の下の所定の深さに位置決めされた１つまたは複数の導電性ループを含み、各ループは本体の後面にある１対の端子に接続されており、結果、損耗に起因するループ（複数可）の電気的特性の変化によって、導電性ループの摩耗を検出することができる。この状態監視プローブの設計はまた、摩耗検出プローブとも呼ばれる場合がある。
【００３８】
このような導電性ループを備えた状態監視プローブは、電圧、電流、または抵抗の変化など、さまざまな電気的原理に基づいて、端子に接続された検出モジュールによって評価することができる。
【００３９】
好ましくは、検出モジュールは、各導電性ループの電気的閉回路状態を評価するように構成される。このような評価は、事前の較正を必要とせず、温度変動の影響を受けないため、容易に実施することができる。
【００４０】
上記および他の実施形態は、添付の従属請求項に記載されている。
【００４１】
別の態様によれば、本発明は、請求項１０に記載の冶金炉または高炉のための冷却プレートに関する。冷却プレートは、前面と反対側の後面とを備えた本体を備え、使用時に、上記前面は、炉内部に向けられる。本体は、例えば水などの冷却流体を循環させるための少なくとも１つの冷却剤チャネルを内部に含む。前側は、好ましくは、交互のリブおよび溝を備える。
【００４２】
少なくとも１つの摩耗検出プローブが本体に埋め込まれて、その摩耗を検出することを理解されたい。摩耗検出プローブは、上記本体の前面の下の所定の深さに位置決めされ、上記前面から電気的に絶縁されている複数の導電性ループを含み、各ループは本体の後面にある１対の端子に接続されており、結果、損耗に起因するループ（複数可）の電気的特性の変化によって、本体の摩耗を検出することができる。冷却プレートにはさらに以下の特徴がある。
【００４３】
導電性ループは、基板上の導電性ラインとして形成される。
各導電性ループは一般にＵ字形状を示し、ループは互いに入れ子状になっている。
導電性ループは、一般に、本体の厚さ方向において後側から延伸し、結果、各ループの、損耗可能区画を形成する端部区画が、前面から所定の距離（ｄ１、ｄ２、ｄ３）に配置される。
プローブは、上記本体の貫通穴または止まり穴内に配置される。
プローブは、導電性ループによって上記基板を取り囲む円筒形ハウジングを備え、円筒形ハウジングは穴の形状と一致する形状を有する。
円筒形ハウジングは、冷却プレート本体と同じ材料から作成される。
【００４４】
この冷却プレートの他の実施形態は、添付の請求項１１〜１４に記載されている。
【００４５】
さらなる態様によれば、本発明は、請求項１５に記載の摩耗検出プローブに関する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
ここで、本発明を、例として、添付の図面を参照して説明する。
【図１】溶鉱炉外壁に対して取り付けられた状態監視センサを備えた本発明の冷却プレートの一実施形態の断面図である。
【図２】使用されていない冷却プレートに埋め込まれた摩耗検出プローブの概略図である。
【図３】部分的に装着された冷却プレートに埋め込まれた摩耗検出プローブの概略図である。
【図４】変更されたハウジングを備えた摩耗検出プローブの取り付けを示す断面斜視図である。
【図５】図１の摩耗検出プローブの分解図である。
【図６】摩耗検出プローブの別の実施形態の分解図である。
【図７】検出モジュールをホストするケーシングに関する図１の詳細図である。
【図８】本発明による摩耗検出プローブによって改造された冷却プレートの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
前述のように、溶鉱炉の最新の動作は、典型的には、炉内のさまざまな箇所に配置されたプロセス監視センサおよびプローブによって取得されるプロセスデータに基づいている。
【００４８】
プロセス監視に加えて、状態監視センサが、ＢＦ構成要素の摩耗状態を評価するために必要である。本発明の文脈において、ＢＦにおける状態監視を、ここで、冷却要素、すなわち冷却プレートにおける摩耗検出に関する用途に関して説明する。摩耗検出プローブの設置および設計を最初に説明し、続いて、例えば、工場現場またはクラウド内のいずれかにある、制御センターまたはデータストレージおよび／もしくは処理システムにデータを送信するための無線モジュールへの動作可能な結合を説明する。
【００４９】
状態監視のために装備された冷却プレート１０の好ましい実施形態が図１に示されている。冷却プレート１０は、溶鉱炉の外壁１１（または外殻）に取り付けられている。そのような外壁は、従来、内面１１．２に外壁および底部を被覆する耐火物ライニングを設けられた、通常は鋼製の直立した金属ジャケット（一部のみ表示）によって形成される（図１では、分かりやすくするために、耐火物ライニングの一部のみが示され、１５として指定されている）。冷却プレートは、冷却目的のために、殻壁１１と耐火物ライニング１５との間に配置される。それらはアンカー手段１１．１によって固定されている。
【００５０】
図１は、冷却プレート１０の一部のみを示している。当該技術分野において知られているように、冷却プレート１０は、典型的にはスラブから形成された、すなわち銅、銅合金、鋳鉄または鋼の鋳造体または鍛造体から作成された本体１２を備える。本体１２は、炉１１．２の内部と炉壁１１との間に排熱保護スクリーンを提供するために、その中に埋め込まれた少なくとも１つの従来の冷却剤チャネル１４を有する。冷却流体（典型的には水）は、壁１１を通して配置された適切なコネクタ１４．１を介して冷却剤チャネル１４に循環される。
【００５１】
本体１２は、炉内部に向けられた前面１６と、使用時に炉壁１１に面する反対側の後面１８とを有する。
【００５２】
図１に示すように、本体１２の前面１６は、有利には、特に交互の層状リブ２０および溝２２を備えた構造化表面を有する。冷却プレート１０が炉に取り付けられると、溝２２およびリブ２０は、耐火レンガライニングのための固定手段を提供するために、概して水平に配置される。
【００５３】
溶鉱炉の動作過程中に、降下する装入材料によって耐火レンガライニングが侵食され、冷却プレートが保護されずに溶鉱炉内の過酷な環境に直面する。
【００５４】
その結果、ＢＦの動作状態に応じて、冷却プレートの損耗が発生する可能性があり、冷却プレートの摩耗状態を監視することが望ましい。
【００５５】
そのような冷却プレートの状態を監視するために、複数の摩耗検出プローブがその中に埋め込まれている。
【００５６】
したがって、この実施形態では、本体１２は、本体１２の前面１６に垂直な方向に穿孔された複数の貫通穴２６を含む。穴２６の直径は、その中に摩耗検出プローブ２４を受け入れるような寸法にされる。
【００５７】
摩耗検出プローブ２４の設計は、それぞれ使用されていない冷却プレートの状態および部分的に摩耗した冷却プレートの状態に対応する図２および図３の概略図からよりよく理解されるであろう。
【００５８】
プローブ２４は、ここでは３つであるいくつかの導電性ループ２８を備える。
【００５９】
各導電性ループ２８は、使用時に本体１２の後面１８上に配置される一対の端子３０に接続される。各導電性ループ２８は、概して本体の厚さ方向に延伸して、前面１６の下の所定の深さに達する。より具体的には、各ループ２８の端部区画は、前面１６までのそれぞれの所定の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に位置する。そのような端部区画は、冷却プレートの前面が摩滅するにつれて損耗によって変更および／または排除されるように設計された損耗可能区画３２を形成する。実際には、導電性ループ２８は、支持基板またはプレートと組み合わされ、互いに分離および絶縁される。
【００６０】
導電性ループ２８の全体的な形状は、損耗可能区画３２が前面１６までのそれぞれの所定の距離に達する限り、摩耗検出プローブ２４の重要な特徴ではない。図２の実施形態では、ループ２８は、後面１８上の端子３０から延伸し、前面１６までの所与の距離において損耗可能区画３２を形成する横断方向の第３の線によって再結合される２本の平行線によるＵ字形を有する。３つのループ２８は、キャリア基板４２上に置かれ、互いに入れ子状になっており、互いから絶縁されている。
【００６１】
キャリア基板４２上に導電性ループを有するそのようなプローブは、例えば、プリント回路基板として容易に製造することができる。
【００６２】
図２では、冷却プレート１０は摩耗していない。プローブ２４は、冷却プレート１０の前面１６と後面１８との間に延伸する。
【００６３】
動作中、炉内部の材料は冷却プレート１０に衝突し、こすれ合う。高い損耗効果により、冷却プレートのビットが取り去られる。図３の破線で示すように、摩耗の兆候が冷却プレート本体１２上に現れる。摩耗検出プローブ２４は、プレート１０の本体１２と共に摩耗する。摩耗プロファイルが距離ｄ１に対応する深さに達すると、外側導電性ループ３２の損耗可能区画が中断し、そこを電流が循環することができなくなる。
【００６４】
摩耗が進むと、他の導電性ループの損耗可能区画に到達し（ｄ２、次にｄ３）、冷却プレートが導電性ループの特定の箇所において摩滅した場合にのみ、損耗区画が中断される。
【００６５】
すべての導電性ループ２８の完全性をチェックすることにより、（複数の異なる導電性ループの位置ｄ１、ｄ２などが分かっていれば）冷却プレートの残りの厚さを推定することが可能である。
【００６６】
ループ２８の端子３０は、ワイヤ３６を介して検出モジュール３４に接続することができる。実施形態では、検出モジュールは、端子に直接接続されてもよく、または検出モジュールと端子との間に他の構成要素があってもよい。
【００６７】
検出モジュール３４は有利には、各ループ２８の電気的閉回路状態を評価するように構成される。導電性ループ２８が閉回路状態を立証する場合、それぞれの端子に加えられる電流はそこを循環することができる。これにより、回路の完全性が確認される。したがって、対応する深さにおいて冷却プレートが損傷または摩耗していないと推測することができる。
【００６８】
検出モジュール３４は、エネルギーを節約するために、例えば数時間ごと、好ましくは１日１回など、所定の時間間隔をおいて、それぞれの導電性ループの評価を実行するように構成することができる。
【００６９】
検出モジュール３４は、以下でさらに説明するように、冷却プレートの後面上に、または後面からさらに離れて設置される。図１では、検出モジュール３４は、炉壁１１の外側の密閉ケーシング３８に収容されている。検出モジュール３４は、ここでは、炉壁１１内の開口部を通過するワイヤ３６を介して３つのプローブ２４に接続されている。
【００７０】
ここで図５を参照すると、図１において使用される摩耗検出プローブ２４の可能な設計が示されている。上記のように、導電性ループ２８は、典型的には、基板４２またはプレートなどの実質的に剛性のキャリアによって支持される。これは、プリント回路技術を使用して、例えば、銅メッキ基板のウェットまたはドライエッチングなどによって容易に製造することができる。基板４２は、エポキシ樹脂または他の適切な材料から作製され得る。印刷技術を使用して、導電性ループ／トラックを形成することもできる。導電性トラックの露出面は、（噴霧、塗装、またはラミネートにより被着される）電気絶縁材料によってコーティングすることにより絶縁することができる。必要に応じて、異なる導電性ループが別のループの上に構築される多層構造を製造することができる。
【００７１】
これらは単なる例であり、キャリア基板上に導電性トラックを形成するために、任意の適切な技術を使用することができる。
【００７２】
図５から理解されるように、摩耗検出プローブ２４は、有利には、回路基板４２を取り囲む円筒形ハウジングを備える。円筒形ハウジングは、本体１２の穴２６の形状と一致する外形を有する。
【００７３】
円筒形ハウジングは、回路基板４２が間に挟まれる２つの半円筒部分４４を備える。２つの半円筒部分４４は互いに押し付けられて、回路基板４２を中央でクランプ締めし、穴２６の内側に適合する円筒形状を形成する。２つの半円筒部分４４は、例えばねじまたは接着剤など、図示されていない任意の適切な固定手段を使用してともに保持することができる。ただし、ねじ止めまたは接着は必須ではない。回路基板を間に置いて２つの円筒形部品を簡単に組み立て、それを冷却プレート本体の穴に導入するだけで十分であり得る。実施形態において、熱伝導性ペーストの層を、たとえば、ハウジング部分／回路基板の界面に提供することができる。
【００７４】
良好な冷却を確保し、摩耗パターンに影響を与えないようにするために、ハウジング部分４４は、好ましくは、冷却プレート本体１２と同じ材料から作成される。すなわち、ハウジング部分４４は、銅または銅合金から作成されてもよい。一般に、ハウジング部分は、同じまたは同等の摩耗挙動／速度を呈する材料から作成されてもよい。本体の材料よりも硬い材料は避けることが好ましい。穴２６がかなり狭い場合には、より柔らかい材料を使用することができる。
【００７５】
位置決めの目的で、各半円筒部分４４は、本体１２の後方に位置する端部（端子３０と同じ端部）に肩部４６を含むことができる。肩部４６は、直径のより大きい区画を形成し、これは、本体１２内に設けられた取り付け穴２６の入口区画４８内の相補的な半径方向表面４８（図４）に当接する。肩部４６および当接面４８は、本体１２の厚さ方向におけるプローブ２４の位置を規定する。
【００７６】
図４では、後面１８は、穴２６が穿孔された凹部５０を備えることが留意され得る。この凹部５０は、例えば、検出モジュールまたは他の構成要素を収容するための空間を提供する。このような凹部５０は必須ではなく、実際に図１の実施形態では省略されており、端子３０が本体１２の後面と実質的に整列している。
【００７７】
なお図４を参照すると、プローブ２４に隣接するねじ穴５４の内側に挿入されたねじ５２およびワッシャ５３を含む、任意のロック手段が示されている。より大きい区画の自由端は、軸方向に延伸する１つまたは２つの平面を提供するように機械加工され、それぞれの半径方向表面５６が露呈する。図４に示すように、設置されると、ワッシャ５３（および場合によってはねじ頭）は、半径方向表面５６と重なり、プローブ２４を所定の位置においてブロックする。この設計により、ねじ５２は、プローブハウジング２４の軸方向および回転運動を妨げる。
【００７８】
１２４で示される摩耗検出プローブの代替設計が図６に示されている。同一または類似の要素が、１００を加えた同じ参照記号によって示される。プローブ２４と比較すると、最初の違いは、導電線が敷かれていることにある。プリント回路基板１４２は、互いに入れ子状になった、所定の数、すなわち３つのＵ字形導電性ループ１２８を備える。導電性ループ１２８は電気的に独立しておらず、同じ接地端子１５７を共有し、端子１３０の総数が低減される。
【００７９】
もう１つの違いは、半円筒部分１４４が、回路基板１４２を収容するように寸法決めされた、末端で開口する、軸方向に延伸する凹部１５８を備えることである。
【００８０】
上記の実施形態では、摩耗検出プローブ２４、１２４は、本体１２の厚さ全体にわたって延伸するように示され、したがって、貫通穴２６内に取り付けられる。ただし、摩耗検出プローブは長さが短く、止まり穴内に挿入され得る。
【００８１】
図示されていない他の実施形態では、摩耗検出プローブは、ハウジングなしで冷却プレート本体内に配置することができるが、充填材料内に鋳造することができる。例えば、止まり穴は、冷却プレートの後面から穿孔され、続いて、例えばコンクリートのような充填材料を充填され得る。次に、導電性ループを担持する基板からなる摩耗検出プローブが止まり穴に挿入される。そのような実施形態では、基板は、使用中、垂直面内にあるように位置決めされることが好ましい。対照的に、導電性ループを備えた基板４２が図４のようにハウジング内に提供される場合、プローブは、基板４２が使用時に水平面内にあるように方向付けられることが好ましい。
【００８２】
次に、プローブ２４の配線について説明する。上記で説明したように、典型的には、複数のプローブ２４が、溝またはリブに対応するさまざまな箇所において冷却プレート１２に埋め込まれる（例えば、図１を参照）。ループ２８の完全性の評価は、典型的には、プローブ自体とは別個の検出モジュール３４によって実行される。検出モジュール３４は、技術の選択に応じて、１つまたは複数のプローブに関連付けることができる。検出モジュール３４は、通常、導電性ループへの接続の数を決定する特定の数のＩ／Ｏ端子を有する収集カードを含む。検出モジュールは、好ましくは、各導電性ループ２８の評価を実行するように構成されたプロセッサユニットを含む。ただし、これは必須ではなく、検出モジュールは単純にインターフェースとしての役割を果たしてもよく、評価はＢＦ制御センターにおいて行われる。
【００８３】
図１の実施形態では、同じ冷却プレートのプローブ２４は、共通の検出モジュール３４に配線される（ワイヤ３５が、それぞれのプローブから検出モジュール３４まで延伸する）。検出モジュール３４自体は、炉殻１１の外側のケーシング３８内に配置されている。これは図７に詳細に示す。
【００８４】
ケーシング３８は、鋼管部品３８．１を含み、その一端は、金属ジャケット１１の開口部４０を囲むように位置決めされ、金属ジャケット１１の外面に気密に溶接される。管部品３８．１の対向端は、カバー３８．２によって密に閉じられている。ここで、カバー３８．２は、管部品３８．１に溶接された半径方向フランジ３８．３にねじ止めされている。環状ガスケット３８．４が、カバーおよびフランジの向かい合う表面の間に挿入される。したがって、ケーシング３８は、開口部を介して炉内へのアクセスポートを提供するが、ＢＦが動作しているとき、圧力漏れを回避するために密閉可能に閉鎖される。
【００８５】
このようなケーシング３８は、特に熱電対にアクセスするために、当該技術分野で知られていることが留意され得る。図７の参照符号６０は、冷却プレートの温度を監視するために冷却プレートの後側に従来通り取り付けられた熱電対を示す。熱電対は、必要に応じて操作および交換を容易にするために、ケーシングの中に延伸している。
【００８６】
検出モジュール３４は、摩耗検出プローブ２４によって決定されるものとしての、冷却プレート１２についての状態データをＢＦ制御センターに送信するために、無線モジュール６２に動作可能に接続されることに留意されたい。検出モジュール３４および無線モジュール６２は、電池６４によって給電される。無線モジュールのアンテナ６６は、ケーシング３８（および炉壁１１）の外側に延伸するようにケーシング３８を通過することが好ましい。図示の実施形態では、スタッフィングボックス６５がカバー３８．２内で穴３８．５の中に設けられ、アンテナ６６は上記穴３８．５を通って案内される。熱電対６０のワイヤ（図示せず）も、典型的には、この穴３８．５を通過する。
【００８７】
ここで本発明は、ＢＦ殻上の既存のアクセスポート、すなわちケーシング３８を利用して、状態監視プローブを設置する。検出モジュール３４は、炉壁の外側のケーシング３８内に設置され、ワイヤ３６は、簡便に開口部４０を通過することができる。
【００８８】
無線モジュール６２を使用することによって、個々の検出モジュール３４を制御センターに接続するための長くて高価な配線の情報が回避される。これにより、炉の保守管理停止時間が短縮されることによって、大きな利点が得られる。
【００８９】
無線モジュール６２は、例えばＷＩＦＩ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、ローラなどの任意の適切な無線技術／規格に基づくことができる。
【００９０】
プロセス監視プローブとは対照的に、連続給電が必要ないため、ここでは状態監視に電池駆動モジュールを使用することが理にかなっている。検出モジュールは、１日１回または２回、冷却プレートの状態／摩耗を評価するようにプログラムされている。摩耗検出プローブのこの短いオンタイムにより、電池での長時間の動作が可能になる。電池は、任意の適切な技術に基づくことができる。
【００９１】
最後に図８を参照すると、既存の溶鉱炉を改造するための本発明の効率を示す実施形態が示されている。図７と同じ参照符号が、同一または類似の要素を示している。冷却プレート１０の摩耗を監視するためには、炉殻１１内に、殻１１と冷却プレート１０との間の絶縁層１３を貫通する開口部４０を穿孔することで十分である。次いで、冷却プレート本体内に、後側から前側へと厚さ方向に貫通穴２６が穿孔される。明らかに、内部冷却チャネルが開かないようにするために、既知の箇所に貫通穴が穿孔される。ここでも、開口４０への密閉可能なアクセスポートを提供するケーシング３８が認識されよう。
【００９２】
次に、図７および図６に示されるような摩耗プローブ２４が貫通穴に挿入される。貫通穴２６の内径およびプローブ２４の外径は、それらがわずかな遊びをもって嵌合するように適合されている。一端がプローブのＰＣＢに接続されたワイヤ３５´が、開口４０およびケーシング３８の壁を通して引き出される。ここで、ワイヤ３５´は、カバー３８．２内の穴３８．５を通過し、カバー３８．２は、スタッフィングボックス６５によって密閉される。
【００９３】
プローブ２４は、プローブ２４の軸と位置合わせされ、一端においてプローブハウジングの後側を圧迫し、他端においてカバー３８．２の内側を圧迫する圧縮ばね７２によって適所に維持されることが留意され得る。これは、プローブ２４が穴に完全に挿入されたままになり、結果、導電性ループの端部が既知の位置にあることを確実にする。ねじなどの他の固定手段と比較して、ばね７２を使用することには、冷却プレートのさらなる機械加工または準備を必要としないという利点がある。ガイドスリーブ７４を、必要に応じてばね７２内に、後者によってカバーされる距離の一部において挿入することができる。
【００９４】
ワイヤ３５´は、炉の外側で、金属ハウジング７０．１内に配置された、検出モジュール３４、無線モジュール６２および電池６４を備えるユニット７０に接続される。無線モジュール６２は、ハウジング７０．１の外側のアンテナ６６´に接続されている。
【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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【図７】
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【図８】
2021502490.tif 000010
【国際調査報告】
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