(57)【要約】【課題】メタル層を除去することなく、簡単に且つ正確に炉底耐火物の侵食量を測定することができ、適性な運転計画を立てることができる溶融炉の炉底耐火物監視方法を提供する。【解決手段】被処理物を溶融処理することにより炉底にスラグ層２２とメタル層２３とが堆積された溶融炉１０にて、炉底耐火物１８の侵食量を測定する溶融炉の炉底耐火物監視方法において、溶融炉上方で耐火物が存在しない位置に基準位置Ａを設定し、溶融炉運転前に、基準位置Ａからメタル層と炉底耐火物１８の境界面までの初期距離Ｈを取得しておき、溶融炉休炉時にスラグ層を除去してメタル面を露出させ、基準位置Ａからメタル面までの距離Ｈ１を測定するとともに、メタル面から深さ方向に弾性波を送信し、受信センサにより得られた反射波波形に対して周波数を利用したノイズ除去処理を行った後、該反射波波形に基づいてメタル層厚さＨ２を求め、前記距離Ｈ１とメタル厚さＨ２の計と、前記初期距離Ｈとを比較して炉底耐火物の侵食量を求める。【選択図】図１
2008209107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に投入された被処理物を溶融処理することにより、炉底にスラグ層と、その下方にメタル層とが堆積された溶融炉にて、炉底耐火物の侵食量を測定する溶融炉の炉底耐火物監視方法において、
前記溶融炉上方で耐火物が存在しない位置に基準位置を設定し、
前記溶融炉の運転前に、前記基準位置からメタル層と炉底耐火物の境界面までの初期距離Ｈを取得しておき、
前記溶融炉の休炉時に、前記スラグ層を除去してメタル面を露出させ、前記基準位置からメタル面までの距離Ｈ１を測定するとともに、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信し、受信センサにより得られた反射波波形に対して周波数を利用したノイズ除去処理を行った後、該反射波波形に基づいてメタル層厚さＨ２を求め、
前記距離Ｈ１とメタル厚さＨ２の計と、前記初期距離Ｈとを比較して炉底耐火物の侵食量を求めることを特徴とする溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項２】
前記メタル層厚さＨ２は、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信して受信センサにて測定された反射波波形を、メタル層厚さの予想値範囲と反射波速度とから算出された周波数帯を有する第１のバンドパスフィルタによりフィルタ処理して前記ノイズ除去処理を行い、該フィルタ処理にて得られた反射波波形を周波数分析することにより反射波の周波数を求め、該周波数に基づいて前記メタル層厚さＨ２を求めることを特徴とする請求項１記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項３】
前記第１のバンドパスフィルタより高周波帯に設定された第２のバンドパスフィルタを有し、前記反射波の周波数分析を行う前段にて、前記第２のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し、該フィルタ処理により得られた高周波側の反射波波形に、反射波に起因するピークが発生した際にメタル層内に割れが存在すると判断することを特徴とする請求項２記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項４】
前記メタル層厚さＨ２は、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信してメタル面に設置された受信センサにて反射波波形を測定するとともに、前記ノイズ除去処理として該弾性波を送信する打診装置に付設された打診側受信センサにて打診側波形を測定し、該打診側波形と前記反射波波形との相互相関を取得し、相互相関データを周波数分析することにより周波数を求め、該周波数に基づいてメタル層厚さＨ２を求めることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項５】
前記弾性波を送信する打診装置を挟んで夫々等距離に設置された２個の受信センサを有し、前記ノイズ除去処理として該受信センサにて夫々測定された２つの反射波を掛け合わせた後、前記周波数を求めることにより、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波以外のノイズ成分となる反射波を除去することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項６】
前記メタル層厚さを求める前に、前記メタル層の水平方向を伝播する弾性波の速度から前記メタル層固有の弾性波速度を計測し、該弾性波速度を前記反射波速度として用いて前記メタル層厚さＨ２を求めるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項７】
前記弾性波の反射位置が同一となるように複数の打診装置とこれに対応した受信センサとを距離を異ならせて設置するとともに、前記反射位置の直上に打診部と受信部を備えた打診装置を設置し、前記受信センサにて得られた複数の波形データと、前記受信部にて得られた反射波到達時間とに基づいて前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項８】
前記波形データから速度波形を取得し、該速度波形から直接波を抽出するとともに、前記反射波到達時間に基づいて反射波を抽出し、前記反射波の平均速度及び深さをパラメータとしてフィッティング処理することにより前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする請求項７記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【請求項９】
前記弾性波を受信する前記受信センサを一定間隔で略直線上に複数設置し、該複数の受信センサにより検出した複数の波形データに基づいて表面探査計測法を用いて前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の溶融炉の炉底耐火物監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融炉に施工された炉底耐火物の侵食量を正確に測定することができ、延いては炉底耐火物の交換時期等の運転計画の修正、立案に有効に活用できる溶融炉の炉底耐火物監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却残渣、都市ごみ、或いは産業廃棄物等を溶融処理する溶融炉は、廃棄物の無害化、減容化及び資源化の観点からその必要性が高まりつつある。溶融炉には、重油等を燃料として被処理物を溶融するバーナ式溶融炉や、電気を熱源として被処理物を溶融する電気抵抗式溶融炉及びプラズマ式溶融炉等が知られている。
【０００３】
一例として、プラズマ式溶融炉につき図３７を参照して説明する。プラズマ式溶融炉５０は、炉頂部から垂下される主電極５１と、炉底５９に配設される炉底電極５２とを有し、これらの両電極間に直流電圧５３を印加することによりプラズマアークを発生する。そして、投入ホッパ５５より炉本体５４内に投下された被処理物をプラズマ熱により加熱して溶融する。被処理物は溶融して溶融スラグ５６と、これより比重が大である溶融メタル５７が炉本体５４内に溜まり、出滓口５８より排出される。炉本体５４内は高温に維持されるため、その内部は耐火材６０により形成され、この耐火材６０を鋼板製のケーシング６３により被覆した構造となっている。炉底の耐火構造は、溶融メタルに接触する内側は侵食に強いアーチ状レンガ６１を配設し、このレンガ６１とケーシング６３の間に耐火レンガ６２を配設した構成などがある。
【０００４】
溶融炉では、炉内から溶融メタルや溶融スラグが漏れ出す可能性があり、水蒸気爆発等の危険性があることから炉底は水冷却しない場合が多い。しかし、自然空冷の場合は冷却が弱く、耐火物がメタルやスラグによって侵食されてしまう。
そこで、炉底耐火物の侵食を的確に把握し、これに応じた運転計画を立てることが重要となる。従来、炉底耐火物の侵食量を把握する際には、図３６に示されるように、休炉時に酸素ランス７０によってメタル層５７を溶断して炉底レンガ６１表面を露出させ、耐火物厚さを測定していた。しかし、メタル層は分厚く硬いため、除去するのに時間がかかるという問題があった。また、メタル除去にランスなどを用いると、炉底レンガ６１が損傷することがあり、健全であった耐火レンガ６１も交換しなければならないことがある。
【０００５】
一方、特許文献１（特許第３３８５８３１号公報）には、炉の物質収支式、運動量収支式及びエネルギー収支式に基づいて、炉底レンガの温度分布と金属溶融体の流動と温度分布とを算出し、時間の進展に伴う耐火レンガの温度分布を求め、この温度分布に基づいてレンガの損耗を判定するようにした炉底の侵食ラインの推定方法が開示されている。これは、溶融炉の運転中に炉底レンガの侵食を判定する装置であり、炉底レンガの損耗ラインを予測することが可能となっている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３８５８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載される方法では、炉底耐火物の侵食状況を正確に把握できないという問題が残る。また、炉底メタルの下の耐火物厚さを計測しようとしても、従来のようにランスを使ってメタルを溶断する場合、上記したように炉底レンガが損傷することがあり、健全であった耐火レンガも交換せざるを得ないことがある。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、メタル層を除去することなく、高精度にて炉底耐火物の侵食量を測定し、炉底監視することができる溶融炉の炉底耐火物監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、炉内に投入された被処理物を溶融処理することにより、炉底にスラグ層と、その下方にメタル層とが堆積された溶融炉にて、炉底耐火物の侵食量を測定する溶融炉の炉底耐火物監視方法において、
前記溶融炉上方で耐火物が存在しない位置に基準位置を設定し、
前記溶融炉の運転前に、前記基準位置からメタル層と炉底耐火物の境界面までの初期距離Ｈを取得しておき、
前記溶融炉の休炉時に、前記スラグ層を除去してメタル面を露出させ、前記基準位置からメタル面までの距離Ｈ１を測定するとともに、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信し、受信センサにより得られた反射波波形に対して周波数を利用したノイズ除去処理を行った後、該反射波波形に基づいてメタル層厚さＨ２を求め、
前記距離Ｈ１とメタル厚さＨ２の計と、前記初期距離Ｈとを比較して炉底耐火物の侵食量を求めることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、休炉中にメタル層を除去することなく炉底耐火物の侵食量を把握することが可能となる。また、不純物や空隙の影響を受けにくい弾性波を用いることで、正確に炉底耐火物の厚さ測定を行うことが可能となる。
さらに本発明によれば、周波数を利用したノイズ除去処理を行うことにより、メタル層割れからの反射波や炉壁からの反射波等のようにメタル層−耐火物境界面以外から戻ってくる反射波により表れるノイズ成分を除去する構成を採用しているため、測定精度を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、前記メタル層厚さＨ２は、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信して受信センサにて測定された反射波波形を、メタル層厚さの予想値範囲と反射波速度とから算出された周波数帯を有する第１のバンドパスフィルタによりフィルタ処理して前記ノイズ除去処理を行い、該フィルタ処理にて得られた反射波波形を周波数分析することにより反射波の周波数を求め、該周波数に基づいて前記メタル層厚さＨ２を求めることを特徴とする。
本発明によれば、反射波基準点を求める際に、測定された反射波に対して第１のバンドパスフィルタによりフィルタ処理を行っているため、ピークが発生すると推定される周波数帯のみの波形処理を行うことができ、ピーク周波数の検出精度が向上する。
【００１１】
また、前記第１のバンドパスフィルタより高周波帯に設定された第２のバンドパスフィルタを有し、前記反射波の周波数分析を行う前段にて、前記第２のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し、該フィルタ処理により得られた高周波側の反射波波形に、反射波に起因するピークが発生した際にメタル層内に割れが存在すると判断することを特徴とする。
本発明によれば、反射波基準点を求める際に、メタル層割れに起因する高周波側のピークを検出し、該ピークが検出された場合にはメタル層内に割れが存在すると判断して計測位置を変更するなどの処置を行うことにより、メタル層割れによる測定誤差を改善することが可能である。
【００１２】
さらに、前記メタル層厚さＨ２は、前記メタル面から深さ方向に弾性波を送信してメタル面に設置された受信センサにて反射波波形を測定するとともに、前記ノイズ除去処理として該弾性波を送信する打診装置に付設された打診側受信センサにて打診側波形を測定し、該打診側波形と前記反射波波形との相互相関を取得し、相互相関データを周波数分析することにより周波数を求め、該周波数に基づいてメタル層厚さＨ２を求めることを特徴とする。
本発明によれば、高周波計測用受信センサにてメタル層割れの有無を事前に検知し、メタル層割れが存在しないと判断した場合に、反射波基準点の計測を行うことにより、メタル層割れの発生による計測精度の悪化を事前に回避することが可能となる。
【００１３】
さらにまた、前記弾性波を送信する打診装置を挟んで夫々等距離に設置された２個の受信センサを有し、該受信センサにて夫々測定された２つの反射波を掛け合わせた後、前記周波数を求めることを特徴とする。
本発明によれば、特定位置にメタル層割れがあった場合でも、該メタル層割れからの反射波は戻り時間が違うためキャンセルされ、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波は周期が同じためキャンセルされない。このためメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のみを検出することができ、ピーク周波数の検出精度を向上させることができる。
【００１４】
また、前記メタル層厚さを求める前に、前記メタル層の水平方向を伝播する弾性波の速度から前記メタル層固有の弾性波速度を計測し、該弾性波速度を前記反射波速度として用いて前記メタル層厚さＨ２を求めるようにしたことを特徴とする。
このように、厚さ測定の前段にてメタル層固有の弾性波速度を求めておくことで、被処理物の成分、投入量に関わらず精度の高い測定を行うことが可能となる。
【００１５】
また、前記弾性波の反射位置が同一となるように複数の打診装置とこれに対応した受信センサとを距離を異ならせて設置するとともに、前記反射位置の直上に打診部と受信部を備えた打診装置を設置し、前記受信センサにて得られた複数の波形データと、前記受信部にて得られた反射波到達時間とに基づいて前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、前記反射位置直上の基準位置から等距離にある場所を起振点−受信点とし、反射波の到達時間を計測することによって深さ及び平均音速を求めることができるため、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量をより高精度で求めることができ、さらには炉底耐火物の侵食量を精度良く求めることが可能となる。
【００１６】
さらに、前記波形データから速度波形を取得し、該速度波形から直接波を抽出するとともに、前記反射波到達時間に基づいて反射波を抽出し、前記反射波の平均速度及び深さをパラメータとしてフィッティング処理することにより前記メタル層厚さを求めるようにしたことを特徴とする。
このとき、前記弾性波を受信する前記受信センサを一定間隔で略直線上に複数設置し、該複数の受信センサにより検出した複数の波形データに基づいて表面探査計測法を用いて前記メタル層厚さを求めることが好ましい。
本発明によれば、一定間隔で略直線上に設置した複数の受信センサにより得られた波形データに基づいて、表面探査計測法を用いてメタル層の音速、及びメタル層厚さを求めることにより、精度の高い測定が可能となる。また、この方法によれば炉底状態が容易に把握できる結果が得られるため、炉底監視に非常に適した方法といえる。
【００１７】
また、上記した発明を適宜用いて、溶融炉の休炉中に、他の方法により詳細な前記炉底耐火物の侵食量を測定し、該測定した侵食量に基づいて前記溶融炉の運転計画を新規に立案若しくは大幅修正することが好適である。休炉中に詳細に耐火物侵食量を求めることにより、最適な運転計画を立てることが可能となり、安全で円滑な運転が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上記載のごとく本発明によれば、簡単に且つ高精度で炉底耐火物の侵食量を測定することができる溶融炉の炉底耐火物監視方法を提供することが可能となる。即ち、休炉中にメタル層を除去することなく炉底耐火物の侵食量を把握することが可能で、また不純物や空隙の影響を受けにくい弾性波を用いることで、正確に炉底耐火物の厚さ測定を行うことが可能となる。さらに本発明によれば、周波数を利用したノイズ除去処理を行うことにより、メタル層割れからの反射波等のようなメタル層−耐火物境界面以外からの反射波を除去する構成を採用しているため、測定精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１〜図３は本発明の実施例１−１に係る図、図４〜図８は第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理を説明する図、図９〜図１２は打診側受信センサを用いたノイズ除去処理を説明する図、図１３は第１のバンドパスフィルタと打診側受信センサを用いたノイズ除去処理を説明する図、図１４〜図１６は高周波計測を用いたノイズ除去処理を説明する図、図１７〜図１９は２点間打診法を用いたノイズ除去処理を説明する図、図２０〜図２８は実施例１−２に係る図、図２９〜図３３は実施例１−３に係る図、図３４及び図３５は本発明の実施例２に係る図である。
【００２０】
本実施例は、炉底耐火物の侵食状態を監視することにより炉の安定運転を行なうものであり、これには炉底耐火物の侵食量を直接的に測定する構成、或いはメタル層厚さを測定することにより間接的に炉底監視を行なう構成などがあり、以下の実施例１乃至実施例２にて具体的に説明する。何れも休炉時に用いられる方法である。実施例３は、実施例１及び実施例２で求められた炉底耐火物侵食量或いはメタル層厚さに基づいて適正な炉の運転計画を立案、修正する方法である。
尚、本実施例では、焼却残渣、都市ごみ、或いは産業廃棄物を溶融処理する溶融炉を対象とし、特に廃棄物を焼却処理後の灰を処理する灰溶融炉に適している。尚、以下の実施例ではプラズマ式溶融炉を例に挙げて説明しているが、限定的な記載がない限り、プラズマ式溶融炉の他にも電気抵抗式溶融炉、バーナ式溶融炉、旋回式溶融炉、反射式溶融炉等の溶融炉全般に適用可能である。
【実施例１】
【００２１】
図１乃至図３３を参照して実施例１につき説明する。本実施例１は弾性波を用いて炉底監視を行なう方法を示しており、実施例１−１ではメタル層厚さを測定し、該測定したメタル層厚さを用いて炉底耐火物の侵食量を求めている。また、実施例１−２及び実施例１−３は、実施例１−１の変形例である。
【００２２】
（実施例１−１）
まず、図１を参照して、本実施例に係る炉底監視装置が設置されるプラズマ式溶融炉１０につき説明する。これは後述する実施例１−１乃至１−３に共通する構成である。
プラズマ式溶融炉１０は、炉本体１４の炉蓋から主電極１１が垂下され、これに対向して炉底から炉底電極１２が挿設されている。主電極１１は不図示の可動装置により昇降可能で、炉底電極１２は炉本体１４に固定される。プラズマ式灰溶融炉１０では、これらの電極間に直流電源により直流電流を通流して炉内にプラズマアーク２４を発生させる。投入ホッパ２１より投入された被処理物は、炉壁に設けられた被処理物投入口２０より炉内に投下され、プラズマアーク熱及び前記電極間を流れる電流のジュール熱により溶融処理され、溶融スラグ２２として炉底に溜まる。また溶融スラグ２２の下部には比重差により溶融メタル２３が形成されている。溶融後は、適宜出滓口２５より排出される。
炉本体１４の側壁及び蓋部の内側は不定形耐火材１５で形成され、炉底１７には、侵食に強いアーチ状の耐火レンガ１８が内側に配設され、その下に耐火レンガ１９が配設される。これらの耐火物の外表面は鋼板製のケーシング１６で被覆されている。尚、夫々の耐火物の構造は特に上記に限定されない。
【００２３】
本実施例１は、溶融炉の休炉時に、固化したスラグ層２２を除去して露出させたメタル面を打診して弾性波を発振する打診装置３５と、メタル面で反射した弾性波の反射波が入射され、該反射波の波形を取得する波形計測装置３６とを備える。また、波形計測装置３６内には、後述する各種演算処理が、予め記憶されているプログラムに従って動作する演算部（図示略）を備えている。該演算部は、波形計測装置３６とは別に演算装置として設置してもよく、その場合は波形計測装置３６に接続され、該波形計測装置からの波形データが入力されてメタル層厚さ、或いは炉底耐火物侵食量等を演算処理により求める。
尚、ここで弾性波とは、打診装置３５により媒質（メタル層）を打撃したときに発生する周波数の低い波をいう。
また、炉本体１４のスラグ面より上方で、耐火物の侵食の影響を受けない位置を基準位置Ａとして設定しておく。この基準位置Ａは、例えば主電極１１の挿入孔、補助電極３９の挿入孔３８などが適している。
【００２４】
本実施例１−１における炉底耐火物監視方法は、まず溶融炉１０の休炉時に、炉内のスラグ層２２の少なくとも一部を除去してメタル面を露出させる。メタル面の凹凸が大きければグラインダーなどで削り、平滑面を作っておく。尚、本実施例では、メタル面を露出させる他の方法として、休炉前に溶融炉１０を傾動し、スラグ層とメタル層上層の少なくとも一部を排出した後、該溶融炉１０を元の水平状態に戻して急冷するようにしてもよい。
ここでメタル層２３に固有の弾性波速度（反射波速度）や減衰特性等の物性を求めておく。弾性波速度を求める場合、図２（ａ）に示されるように、まずメタル面に所定距離だけ離間させて受信センサ３７ａ、３７ｂを設置する。受信センサ３７ａ側にこれと離間させて打診装置３５を設置して、メタル面を打診する。メタル層２３表面を横方向に伝播した弾性波は、受信センサ３７ａと受信センサ３７ｂにて時間差を持って受信される。この時間差に基づいて、メタル層２３の固有の弾性波速度が求められる。
【００２５】
メタル層２３は、灰の成分や投入量によってその物性が変化するため、上記したように予めメタル層２３に固有の特性を取得しておくことで、正確な耐火物厚さ測定が可能となる。
また、厚さ計測で一般的に用いられている超音波は、数ＭＨｚと高周波であるため、比較的薄いものは計測できるが、メタル層２３のように５００ｍｍを超えると減衰して計測できない。弾性波は数ｋＨｚで減衰が少ないため、弾性波を用いることでメタル層２３の厚さを計測することが可能となる。ただし、溶融炉１０内のメタル層２３は不純物や空隙があるので、これに応じて好適な周波数を設定する。打診装置３５に鉄球を用いた場合、鉄球の大きさによって周波数を変更することが好適である。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように打診装置３５にてメタル面を打診して、メタル層２３内に弾性波を発生させ、深さ方向に進行する弾性波がメタル層−炉底レンガ境界面にて反射した反射波の波形を受信センサ３７によって受信し、波形計測装置３６に入力する。打診装置３５の打撃により発生した弾性波は、打診装置３５を中心とする半球上に拡がり、メタル面と対向する炉底耐火物表面で反射して反射波が受信センサ３７に達する。さらに、この反射波は受信面でさらに反射して底面に向かう。このようにメタル層表面とメタル層−炉底レンガ境界面の間で多重反射を繰り返し、反射波がメタル層を往復する時間を周期とする振動が測定される。反射波の波形は、初期は打診の周期が観測されるが、次第に特定の周期をもつ振動が卓越するようになる。この多重反射波の周期をフーリエ変換等により波形処理して周波数分析し、メタル層２３の厚さＨ２を推定する。このとき、波形処理にはＦＦＴ解析（Ｆast Fourier Transform；高速フーリエ変換）、或いはＭＥＭ解析（Maximum Entropy Method；最大エントロピー法）を用いることが好適である。
即ち、受信センサ３７により図３（ａ）のような振幅と時間の波形が得られ、これをフーリエ変換等の波形処理を行い周波数分析することにより（ｂ）のような振幅と周波数の波形が得られる。ここで得られたメタル層２３の周波数から、以下の式（１）を用いることによりメタル層厚さＨ２が算出できる。
ｄ＝ｖ／２ｆ        ・・・（１）
ここで、ｄ：メタル層厚さ（Ｈ２）、ｖ：メタル層の弾性波速度、ｆ：固有周波数である。
【００２７】
一方、炉本体上方に設定された基準位置Ａからメタル層上面（メタル層とスラグ層の境界面）までの距離Ｈ１を求めておく。この基準位置Ａからメタル層上面までの距離Ｈ１と、メタル層厚さＨ２とを合計した値Ｈ１＋Ｈ２と、予め求めておいた基準位置Ａから炉底耐火物表面までの初期距離Ｈとを比較することにより、炉底耐火物の侵食量を算出することができる。即ち、距離Ｈ１と、メタル層厚さＨ２とを合計した値Ｈ１＋Ｈ２が、初期距離よりも増加した分だけ、炉底耐火物が侵食したものと推定できる。
尚、初期距離Ｈは、溶融炉の設計図から取得してもよいし、溶融炉施工後に実測して取得してもよい。
【００２８】
また、このような溶融炉１０では出滓口側の侵食が激しいので、少なくとも出滓口側の炉底耐火物の侵食量監視を行うようにするとよい。
さらに、灰投入側は侵食が少ないので、出滓口側と灰投入側の少なくとも２点の侵食量を測定し、これらを比較することで出滓口側の炉底耐火物の侵食量を把握するようにしてもよい。
上記したように、休炉時に炉底耐火物侵食量を把握し、プラズマ時間（灰投入時間、灰投入量）から侵食速度を計算し、次の運転期間を決定することが好ましい。
【００２９】
本実施例によれば、休炉中にメタル層２３を除去することなく炉底耐火物の侵食量を把握することが可能となる。また、不純物や空隙の影響を受けにくい弾性波を用いることで、正確に炉底耐火物の厚さ測定を行うことが可能となる。さらに、厚さ測定の前段で、メタル層固有の弾性波速度を求めておくことで、被処理物の成分、投入量に関わらず精度の高い測定を行うことが可能となる。
【００３０】
また本実施例において、溶融炉１０の休炉前に該溶融炉１０を傾動し、スラグ層２２とメタル層２３のうちＦｅを多く含有するメタル上層とを排出した後、該溶融炉を元の水平状態に戻して急冷することが好ましい。
溶融炉１０の運転中には、メタル層２３は、Ｃｕを多く含有し比重の大きいメタル上層のＣｕリッチ層（比重７．６）と、Ｆｅを多く含有し比重の小さいメタル下層のＦｅリッチ層（比重７．０）に分かれて存在している。溶融炉１０をそのまま停止すると、まずメタル層上層部で融点の高いＦｅリッチ層が凝固しその後に融点の低い下層部のＣｕリッチ層が凝固するため、Ｃｕリッチ層が凝固する際の収縮によってせんだん応力が発生してＦｅリッチ層とＣｕリッチ層の境界で分離し、空間が発生する場合がある。これを防止するためには、溶融炉１０を休炉する直前に傾動して上部スラグ層を排出すると共に、Ｆｅリッチ層も出来る限り排出し、傾動後はすぐに元の水平に戻すことで残ったＦｅリッチ層とＣｕリッチ層を混合し、急冷することが有効であり、急冷することでＦｅリッチ層とＣｕリッチ層が再分離することを防止することが可能となる。
【００３１】
上記構成では、反射波波形のうちメタル層−炉底レンガ境界面から戻ってくる反射波の波形を利用してメタル層厚さを求めることを前提としているが、メタル層内の途中に割れ（以下、メタル層割れと称する）がある場合、メタル層割れが存在する部位から戻ってきた反射波、或いはその他のメタル層−炉底レンガ境界面以外から戻ってきた反射波を、誤ってメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波と認識してしまった場合、測定誤差が発生することがある。また、メタル層割れからの反射波はノイズ成分として波形に現れるため、検出した波形を周波数分析する際に、メタル層厚さの周波数を表すピーク周波数を正確に検出することが困難となる。
【００３２】
そこで本実施例１−１では、上記構成に加えて、メタル層割れからの反射波等のようにメタル層−炉底レンガ境界面以外からの反射波により発生するノイズ成分を除去する構成を備える。ノイズ除去処理には以下の方法が挙げられる。
（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理、（２）打診側受信センサを用いたノイズ除去処理、（３）高周波計測を用いたノイズ除去処理、（４）２点間打診法を用いたノイズ除去処理、のうち少なくとも何れか或いはこれらの処理のうち複数の組み合わせによる方法である。
【００３３】
（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理
図４乃至図７に、第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理につき示している。図２（ｂ）に示した装置構成にて、波形計測装置３６に入力された反射波の生波形を図５に示す。この反射波をＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行うが、本構成では反射波を波形処理する前に、所定の周波数帯を有する第１のバンドパスフィルタを設定しておき、該第１のバンドパスフィルタにより反射波波形をフィルタ処理することによりノイズ成分を除去した後、波形処理を行い周波数分析するようにしている。これにより反射波基準点を求める際に、ピークが発生すると推定される周波数帯のみの波形処理を行うことでピーク周波数の検出制度を向上させることができる。尚、前記反射波基準点とは、打診装置３５により打診点（打撃点）と受信センサ３７を極力近づけて計測を行った場合の反射波の戻り時間をいう。
【００３４】
前記第１のバンドパスフィルタの周波数帯は、炉構造に基づいたメタル層厚さの予想値範囲と反射波速度から上記した式（１）によりメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波によるピークが発生する周波数帯を算出して求め、設定する。
メタル層厚さの予想値範囲は、耐火レンガが侵食していないとき（初期状態）におけるメタル層厚さから、耐火レンガが最大侵食したときのメタル層厚さを変位幅とする。反射波速度は、図２（ａ）に示したようにメタル表面での速度計測値とし、好適には推定される計測の振れ幅を含む範囲とする。
例えば、メタル層厚さが２００〜４００ｍｍ、反射波速度が３０００〜４０００ｍ／ｓである場合、前記第１のバンドパスフィルタの周波数帯は３．７５〜７．５ｋＨｚとなる。
【００３５】
ここで図４を参照して、第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理のフローを説明する。まず、第１のバンドパスフィルタの周波数帯を設定する。そして、受信センサ３７によって反射波波形を測定し（Ｓ１）、波形計測装置３６に入力された反射波波形に対して、前記第１のバンドパスフィルタにてフィルタ処理を行う（Ｓ２）。さらに、フィルタ処理を行った反射波波形をＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行い（Ｓ３）、反射波基準点を求めてピーク周波数を検出する。反射波速度とピーク周波数とから上記した式（１）によりメタル層厚さｄを求め、該メタル層厚さに基づいて上記したごとく耐火物侵食量を求める。
【００３６】
図６に、第１のバンドパスフィルタによるフィルタ処理を行わない場合における反射波波形のＦＦＴ解析結果を示す。これは、波形計測装置３６に入力された図５に示す生波形をＦＦＴ解析した結果である。同図によれば、メタル層−炉底レンガ境界面以外から戻ってくる反射波も多く検出してしまうため、ピーク周波数が多く発生し、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のピーク周波数を正確に検出することが困難である。
一方、図７に、第１のバンドパスフィルタによるフィルタ処理を行った場合における反射波波形のＦＦＴ解析結果を示す。同図に示すように、ノイズ成分が除去されているため、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のピーク周波数を正確に検出することが可能となり、測定精度を向上させることができる。
【００３７】
また本実施例における第１のバンドパスフィルタの周波数帯の設定方法として、メタル層厚さに基づくデータテーブルを用いても良い。該データテーブルは、波形処理装置３６の演算部若しくは別に設置した演算装置の記憶部に予め記憶させておく。該データテーブルは、メタル層厚さの予想値範囲と、反射波速度とを夫々複数有しており、これらに対応した周波数帯が設定されたテーブルである。該データテーブルを用いて、監視対象の溶融炉におけるメタル層厚さと反射波速度が入力されることにより、自動的に最適な周波数帯が選択されるようになっている。
図８に、第１のバンドパスフィルタの設定に用いられるデータテーブルの一例を示す。同図に示すように前記データテーブルは、複数のメタル層厚さの予想値範囲と、複数の反射波速度と、これらに対応した最適な周波数帯が設定された構成となっている。
このように一度データテーブルを設定しておけば、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を求める際に毎回周波数帯を算出して求める必要がなくなり、簡単に且つ迅速に最適な周波数帯を取得することが可能となる。また、このデータテーブルは、メタル層厚さと反射波速度を複数有しており、これらを適宜選択するようになっているため、異なる構造を有する溶融炉にも適用することができる。
【００３８】
また、溶融炉１０の底面が湾曲或いは傾斜している場合には、メタル層厚さが溶融炉内の水平方向位置によって異なるため、計測する位置におけるメタル層厚さを前記データテーブルから選択し、各位置毎に周波数帯を設定してもよい。
さらに、溶融炉１０の水平方向位置に対応したデータテーブルを複数設定しておき、計測する位置を選択することで該当するデータテーブルが抽出されるようにしてもよい。特にプラズマ式溶融炉１０においては、炉半径方向にメタル層厚さが異なる構造を採用しているものが多いため、炉半径方向位置に対応した複数のデータテーブルを有するようにしてもよい。
さらにまた、炉底耐火物が時系列的に変化する侵食量を推定しておき、その時系列に沿って周波数帯が設定されたデータテーブルとしてもよい。この場合、少なくとも運転期間に対応した周波数帯が設定される。即ち、運転開始時点から運転継続に伴い炉底耐火物が侵食する侵食量を推定してその時点におけるメタル層厚さの予想値範囲を求め、該予想値範囲と反射波速度から最適な周波数帯を求めておく。そして、求められた数値をデータテーブル化して設定しておき、実際にメタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を求める際には、運転期間を入力することで最適な周波数帯が選択される。
【００３９】
（２）打診側受信センサを用いたノイズ除去処理
図９乃至図１２に、打診側受信センサを用いたノイズ除去処理につき示す。
図９に装置構成を示す。本実施例では、打診装置３５に打診側受信センサ３７ｃを取り付け、該打診側受信センサ３７ｃにて受信した波形（以下、打診側波形と称する）を用いてメタル層割れによる反射波等のノイズ成分を除去する構成となっている。
図１０に示すように、メタル面に設置された受信センサ３７にて反射波波形を測定する（Ｓ１１）ととも、打診装置３５に取り付けられた打診側受信センサ３７ｃにて打診側波形を測定する（Ｓ１２）。反射波波形は図５に示す波形のように現れ、打診側波形は図１１に示す波形のように現れる。ここで、図１１に示した打診側波形の一部を切り出し、切り出し部Ａと反射波波形の相互相関を取得する（Ｓ１３）。該相互相関により図１２に示されるような相互相関グラフが得られる（Ｓ１４）。尚、打診側波形からの切り出し部Ａは、初期波形のサイン派状の波形形状が現れる部分とすることが好ましい。
そして、相互相関データに対してＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行い（Ｓ１５）、反射波基準点を求め、（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理と同様にして耐火物侵食量を求める。
【００４０】
図１３に（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理と（２）打診側受信センサを用いたノイズ除去処理の両方を用いた場合の処理フローを示す。
まず、メタル面に設置された受信センサ３７にて反射波波形を測定し（Ｓ２１）、第１のバンドパスフィルタにてフィルタ処理を行う（Ｓ２２）。そして、フィルタ処理を行った後の反射波波形と、打診装置３５に取り付けられた打診側受信センサ３７ｃにて測定された打診側波形とから相互相関を求め（Ｓ２３）、得られた相互相関データに対してＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行い（Ｓ２４）、反射波基準点を求め、（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理と同様にして耐火物侵食量を求める。
また別の方法として、上記処理工程の順序を逆にして第１のバンドパスフィルタによるフィルタ処理を相互相関を求めた後に行うようにしてもよい。
【００４１】
これらのノイズ除去処理によれば、反射波基準点を求める際に、ピークが発生すると推定される周波数帯のみの波形処理を行うことにより、ピーク周波数の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
（３）高周波計測を用いたノイズ除去処理
図１４乃至図１６に、高周波計測を用いたノイズ除去処理を示す。本構成は、上記した構成の前処理として、高周波側に周波数帯を有する第２のバンドパスフィルタを用いて反射波のうち高周波側の波形を抽出し、該高周波側波形に基づいてメタル層割れの有無を検出する方法を示している。
図１４に装置構成を示す。本実施例では、打診装置３５に対して、メタル面に高周波計測用受信センサ３７ｄと低周波計測用受信センサ３７ｅを並列に設置した構成を備えている。
【００４３】
図１５を参照して、本構成の処理フローにつき説明する。
まず、前記第１のバンドパスフィルタよりも高い周波数帯を有する第２のバンドパスフィルタを予め設定しておき、打診装置３５にて弾性波を発振した後、高周波計測用受信センサ３７ｄにて反射波波形を測定する（Ｓ３１）。この高周波側の反射波波形を前記第２のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し（Ｓ３２）、該フィルタ処理後の波形に対してＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行う（Ｓ３３）。高周波側の反射波波形のＦＦＴ解析結果を図１６に示す。
尚、前記第２のバンドパスフィルタの周波数帯は、メタル層割れが発生すると推定されるメタル深さ（メタル層厚さ）と、反射波速度から算出する。例えば、メタル層厚さが５０〜２００ｍｍ、反射波速度が３０００〜４０００ｍ／ｓである場合、前記所定の周波数帯は７．５〜３０ｋＨｚとなる。
【００４４】
そして、高周波側の反射波波形に、反射波に起因するピークが発生したか否かを判断し（Ｓ３４）、ピークが存在しない場合にはメタル層割れが存在しないものと判断し、低周波計測用受信センサ３７ｅにより反射波波形を測定する（Ｓ３５）。該測定された反射波波形を前記第１のバンドパスフィルタによりフィルタ処理し（Ｓ３６）、該フィルタ処理後の波形に対してＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行い（Ｓ３７）、反射波基準点を求めてピーク周波数を検出し、メタル層厚さを求める。前記第１のバンドパスフィルタの周波数帯は上記した通りであり、例えばメタル層厚さが２００〜４００ｍｍ、反射波速度が３０００〜４０００ｍ／ｓである場合、前記所定の周波数帯は３．７５〜７．５ｋＨｚとなる。
一方、高周波側の反射波波形にピークが存在する場合には、メタル層割れが存在すると判断し（Ｓ３８）、当該メタル層位置における計測は実施せず、計測位置を変更し（Ｓ３９）、上記処理工程を繰り返し行う。
【００４５】
本実施例によれば、高周波計測用受信センサにてメタル層割れ４１の有無を事前に検知し、メタル層割れ４１が存在しないと判断した場合に、反射波基準点の計測を行うことにより、メタル層割れの発生による計測精度の悪化を事前に回避することが可能となる。
【００４６】
（４）２点間打診法を用いたノイズ除去処理
図１７乃至図１９に、２点間打診法を用いたノイズ除去処理を示す。本構成では、２個の受信センサ３７ｆ、３７ｇの中間地点を打診位置とした２点間打診法を用いたノイズ除去処理につき示している。
図１７に装置構成を示す。本実施例では、２個の受信センサ３７ｆ、３７ｇを夫々離間させてメタル面に設置し、該受信センサ３７ｆ、３７ｇの間でこれらの受信センサから略等距離となる位置が打診位置となるように打診装置３５を設けた構成としている。
【００４７】
図１８及び図１９に、本構成の処理フローを示す。
図１８では、打診装置３５にて弾性波を発振した後、一側の受信センサ３７ｆにて反射波波形を測定する（Ｓ４１）とともに、他側の受信センサ３７ｇにて同様に反射波波形を測定する（Ｓ４２）。そして、受信センサ３７ｆにて測定した反射波波形と、受信センサ３７ｇにて測定した反射波波形とを掛け合わせた出力値（Ｓ４３）に対して、ＦＦＴ解析、ＭＥＭ解析等により波形処理して周波数分析を行い（Ｓ４４）、反射波基準点を求めてピーク周波数を検出し、メタル層厚さを求める。
図１９では、打診装置３５にて弾性波を発振した後、一側の受信センサ３７ｆにて反射波波形を測定し（Ｓ５１）、該反射波波形に対してＦＦＴ処理、ＭＥＭ処理等の周波数分析を行う（Ｓ５２）。同様に、他側の受信センサ３７ｇにても反射波波形を測定し（Ｓ５３）、該反射波波形に対してＦＦＴ処理、ＭＥＭ処理等の周波数分析を行う（Ｓ５２）。そして、受信センサ３７ｆの分析結果と、受信センサ３７ｇの分析結果とを掛け合わせ（Ｓ５５）、ピーク周波数を求め（Ｓ５６）、メタル層厚さを求める。
【００４８】
これらの方法によれば、特定位置にメタル層割れがあった場合でも、該メタル層割れからの反射波は戻り時間が違うためキャンセルされ、メタル層−炉底レンガ境界面からの反射波は周期が同じためキャンセルされない。このためメタル層−炉底レンガ境界面からの反射波のみを検出することができ、ピーク周波数の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
（実施例１−２）
次に、上記した実施例１−１を応用した実施例１−２につき説明する。
図２０を参照して、実施例１−２は、実施例１−１と同様に固化したスラグ層を除去して露出させたメタル層２３の上面を打診して弾性波を発振する打診装置３５と、メタル面で反射した弾性波を受信する受信センサ３７と、該受信センサ３７に接続され、受信した波形を取得する波形計測装置３６（図１参照）とを備える。
【００５０】
本実施例１−２では、弾性波の反射位置が同一となる打診位置と受信位置の組み合わせが複数設定される。従って、前記打診装置３５と前記受信センサ３７は、夫々複数設置されていてもよいし、一組の打診装置３５と受信センサ３７を用いて、これを反射位置が同一となるように位置をずらして複数点の計測を行なうようにしてもよい。図２０には複数の打診装置３５と受信センサ３７を設置した構成を示しており、打診装置（１）３５で発生させた弾性波は受信センサ（１’）３７で受信し、打診装置（２）３５で発生させた弾性波は受信センサ（２’）で受信する。打診装置（２）−受信センサ（２’）の距離Ｌ２は、打診装置（１）−受信センサ（１’）の距離Ｌ１より長くとっているが、このように装置間の距離Ｌを異ならせた複数点において測定を行なう。また、受信センサ部と打診部とを備えた打診装置３５’を備えており、該打診装置３５’は前記反射位置の直上に配置される。
【００５１】
上記した装置により受信センサ３７で得られた複数の波形データは、波形計測装置３６に入力され、該波形データを基にして解析装置（図示略）により解析処理を行い、弾性波の平均速度（平均音速）を求める。
本実施例１−２で求めた平均音速を前記実施例１−１に適用することにより、より正確にメタル層厚さを求めることができ、さらには炉底耐火物の侵食量を精度良く求めることを可能とする。
【００５２】
一般に音速は深さ方向に分布があり、メタル層２３を媒質とすると例えば上部２０００ｍ／ｓに対して下部４０００ｍ／ｓの差がある。従って音速分布が大きい媒質の場合、実施例１−１をそのまま適用してメタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を算出すると誤差が大きくなってしまうことがある。また、実施例１−１に示したように表面波の速度を用いることは容易な方法で効果的であるが、実際には表面波ではなく深さ方向の速度を用いる必要がある。
そこで実施例１−２では、基準位置から等距離にある場所を起振点−受信点とし、反射波の到達時間を計測することによって深さ及び平均音速を求めることができるため、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量を高精度で推定することができる。
【００５３】
ここで、上記した装置により得られた波形データから平均音速を算出する方法につき説明する。
本実施例では、前記受信センサ３７を介して波形計測装置３６に入力される波形は加速度波形とする。図２３に、該加速度波形の一例を示す。同図に示されるように、打診−受信点間距離Ｌが異なる波形が複数得られる。
次いで、多重反射の往復時間を求める。これは、図２０に示した基準位置の打診装置３５’を用い、該打診装置３５’の打診時間から反射波を受信するまでの時間から得られる。
図２１は、直接波、表面波、反射波、屈折波の夫々の波における距離（打点−受信点間距離）と時間の関係を示しており、図中Ｅが基準位置におけるデータで、この時の時間が多重反射の往復時間となる。
【００５４】
一方、図２３に示した加速度波形は、一度積分して速度波形に変換する処理を行う。これは、図２２に示されるに加速度波形は比較的複雑な形状であるため、これを視覚的に明瞭化するために一度積分して速度波形に変換する処理を行うようにしたものである。この変換処理により得られる速度波形は、図２４のようになる。
【００５５】
そして、前記得られた速度波形から、テンプレート波形を用いて相関係数を算出し、反射波の到着時間を求める。
前記テンプレート波形とは、図２４に示される複数の速度波形のうち、明瞭に直接波が判別できる波形を抽出し、これをテンプレート波形としたものである。同図では、サイン波状の波形形状がクリアに判別できるｃｈ１２の直接波をテンプレート波形とした。他の波形は反射波等が重なっており明瞭でなく、テンプレート波形としては不適である。
【００５６】
該テンプレート波形を用いてテンプレートマッチングにより相関係数を算出する。該相関係数は形状の類似度を表す周知の評価尺度であり、図２４から抽出された速度波形の一部分が、前記テンプレート波形に対して類似度が高ければ１に近づき、類似度が低ければ−１に近づく。これを全ての波形に対して行なうことで、図２６に示されるグラフが得られる。図２６は、相関係数で表される波形を、基準位置からの距離が短い順に上から並べたものである。同図からわかるように、何れのグラフにおいても直接波は相関係数１の付近を通っており、その次に現れるのが表面波である。しかしながら、反射波は、複数の他の波形が重ね合っているため同図からは明瞭に判別できない。そこで、図２５に示した、基準位置の打診装置３５’で得られた波形データのＦＦＴ解析結果を示すグラフを用いて、反射波の見当をつける。図２５にて反射波を表すパワースペクトルが３．７８ｋＨｚのところに存在するため、ここから２６５μｓｅｃに反射波が現れることが予想できる。従って、図２６において、最も基準位置に近い（ａ）のグラフでの相関係数−１を示す位置が反射波と推定できる。
【００５７】
前記相関係数のグラフから、図２７に示す各波の距離と時間の関係が得られる。反射波は距離０ｍｍにて２６５μｓｅｃを通り、フィッティング処理により実線で表される反射波が得られた。一方、直接波及び表面波は距離０ｍｍにて０μｓｅｃを通る直線で表され、同図から、進行速度が速い表面波は進行速度が遅い直接波よりも傾きが大きくなっていることがわかる。ここで反射波のフィッティング処理には、図２８に示されるように反射波の速度Ｖｐ２と厚さｄを２つのパラメータとして用い、最小二乗法等の周知の方法によりフィッティング処理を行った。これにより、メタル層厚さｄは２８９ｍｍと求められた。尚、このときメタル層厚さｄの実測値は３００ｍｍであったため、厚さ誤差は５％未満に押えられ、本実施例が精度の高い結果が得られることがわかった。
【００５８】
このように本実施例１−２によれば、基準位置から等距離にある場所を起振点−受信点とし、反射波の到達時間を計測することによって深さ及び平均音速を求めることができるため、メタル層厚さ或いは炉底耐火物侵食量をより高精度で求めることができ、さらには炉底耐火物の侵食量を精度良く求めることが可能となる。
【００５９】
さらに本実施例においても、メタル層割れが存在する場合、反射波基準点がずれて誤差が生じる場合がある。従って、実施例１−１に記載した少なくとも何れかのノイズ除去処理の構成を備えている。即ち、（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理、（２）打診側受信センサを用いたノイズ除去処理、（３）高周波計測を用いたノイズ除去処理、（４）２点間打診法を用いたノイズ除去処理、のうち少なくとも何れか或いはこれらの処理のうち複数の組み合わせからなるノイズ除去処理を備えた構成とする。
これにより、高い測定精度にて耐火レンガの侵食量監視を行うことが可能となる。
【００６０】
（実施例１−３）
次に、上記した実施例１−１を応用した実施例１−３につき説明する。
図２９を参照して、実施例１−３は、実施例１−１と同様に固化したスラグ層を除去して露出させたメタル層２３の上面を打診して弾性波を発振する打診点（打診装置）３５と、メタル面で反射した弾性波を受信する受信センサ３７と、該受信センサ３７に接続され、受信した波形を取得する波形計測装置３６とを備える。
【００６１】
本実施例１−３では、受信センサ３７が打診点３５に対して異なる距離になるように複数設置される。同図では一例として、受信センサ（１）〜（３１）まで３１個のセンサが、一定間隔Ｄｍｍで略一直線上に設置されている。
最初に、これらの受信センサ３７のうち、受信センサ（１）から受信センサ（１６）までを波形計測装置３６に接続する。そして、打診点３５にてメタル層２３表面を打撃して弾性波を発生させ、これを波形計測装置３６に接続された１６個の受信センサ３７にて受信する。これにより波形計測装置３６には、１６個の波形データが入力される。
次いで、打診点３５を受信センサ３７側に移動させるとともに、受信センサ（２）から受信センサ（１７）までを波形計測装置３６に接続し、上記と同様にして波形データを取得する。同様にして、波形を受信させる受信センサ３７を１個ずつずらし、これに合わせて打診点３５を移動させ、測定を繰り返し行なう。
【００６２】
このようにして実施例１−３では、上記した測定操作により得られた波形データを解析して、表面波探査計測法によりメタル層の音速、及びメタル層厚さを求めるようにしている。
この表面波探査計測法は周知の方法であり、レイリー波の位相速度の分散特性からＳ波速度及び深さ分布を求めるものである。この分散特性を図３０に示す。図３０（ａ）は異なる媒質におけるＳ波速度と周波数との関係を示すグラフで、（ｂ）はその概念図である。これらの図に示されるように、媒質が薄いとＳ波速度が遅く、厚いとＳ波速度が速くなる。また、軟らかい媒質だとＳ波速度が遅く、硬い媒質だとＳ波速度が速くなる。従って、Ｓ波速度は媒質であるメタル層の状態、性質に影響を及ぼされることとなる。
【００６３】
即ち、図２９に示した装置により波形データを取得すると、図３１に示されるような複数の波形を有するグラフが得られる。ここから位相速度を求める。位相速度の求め方は周知であるが、（１）フーリエ級数展開など、（２）クロスコリレーション（相互相関）、（３）ＣＭＰ（Common Mid Point：反射点を等しくする）、（４）インバージョン（逆解析）、等の周知の演算を用いることによりメタル層厚さ及び音速を求める。
この過程で図３２に示される分散曲線が算出され、これを上記手法にて解析することにより図３３のような速度を示す分布図が得られる。ここからメタル層２３と炉底耐火物の境界面が明瞭に判別できる。同図では、約１０ｃｍの所に境界面が認められ、これは実測値の１０ｃｍと同一となるため誤差はほぼ０となる。
【００６４】
本実施例１−３によれば、一定間隔で略直線上に設置した複数の受信センサにより得られた波形データに基づいて、表面探査計測法を用いてメタル層の音速、及びメタル層厚さを求めることにより、精度の高い測定が可能となる。また、この方法によれば図２０に示したように炉底状態が容易に把握できるため、炉底監視に非常に適した方法といえる。
【００６５】
さらにまた本実施例においても、メタル層割れが存在する場合、反射波基準点がずれて誤差が生じる場合がある。従って、従って、実施例１−１に記載した少なくとも何れかのノイズ除去処理の構成を備えている。即ち、（１）第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理、（２）打診側受信センサを用いたノイズ除去処理、（３）高周波計測を用いたノイズ除去処理、（４）２点間打診法を用いたノイズ除去処理、のうち少なくとも何れか或いはこれらの処理のうち複数の組み合わせからなるノイズ除去処理を備えた構成とする。
これにより、高い測定精度にて耐火レンガの侵食量監視を行うことが可能となる。
【実施例２】
【００６６】
まず、図３４を参照して、本実施例に係る炉底監視装置が設置されるプラズマ式溶融炉１０につき説明する。尚、以下の実施例２において、上記した実施例１と同様の構成については、その詳細な説明を省略する。
プラズマ式溶融炉１０は、炉本体１４の炉蓋から主電極１１が垂下され、これに対向して炉底から炉底電極１２が挿設されている。主電極１１は不図示の可動装置により昇降可能で、炉底電極１２は炉本体１４に固定される。プラズマ式灰溶融炉１０では、これらの電極間に直流電源により直流電流を通流して炉内にプラズマアーク２４を発生させる。投入ホッパ２１より投入された被処理物は、炉壁に設けられた被処理物投入口２０より炉内に投下され、プラズマアーク熱及び前記電極間を流れる電流のジュール熱により溶融処理され、溶融スラグ２２として炉底に溜まる。また溶融スラグ２２の下部には比重差により溶融メタル２３が形成されている。溶融後は、適宜出滓口２５より排出される。
炉本体１４の側壁及び蓋部の内側は不定形耐火材１５で形成され、炉底１７には、侵食に強いアーチ状の耐火レンガ１８が内側に配設され、その下に耐火レンガ１９が配設される。これらの耐火物の外表面は鋼板製のケーシング１６で被覆されている。尚、夫々の耐火物の構造は特に上記に限定されない。
【００６７】
本実施例では、スラグ温度を計測するための温度計測手段を一または複数備えている。温度計測手段の種類は限定されないが、放射温度計３１に代表される非接触型温度計や熱電対に代表される接触型温度計などの温度計を用いて直接スラグ温度を計測する手段、被処理物の投入量からスラグ温度を推定する手段、耐火物を冷却する冷却水の放熱量からスラグ温度を推定する手段、電極への供給電圧からスラグ温度を推定する手段、或いは炉本体の側壁放熱量からスラグ温度を推定する手段などの周知の方法が挙げられる。熱バランスから算出する場合は、以下の式（２）を用いる。
Ｑｐ＝（ＣｐＴｓ＋Ｈｆ）×Ｍ＋Ｑｒ              ・・・（２）
ここで、Ｑｐ：入熱（電力）、Ｃｐ：被処理物の比熱、Ｈｆ：被処理物の潜熱、Ｍ：処理量、Ｑｒ：炉体放熱量である。
【００６８】
また、本実施例では、温度計側手段により取得したスラグ温度から耐火物侵食量を算出する侵食量算出装置３０を備える。
この侵食量算出装置３０は、予め求めておいたスラグ温度と炉底耐火物温度の相関関係と、予め求めておいた炉底耐火物の侵食速度式とが蓄積された記憶部３１と、各種演算を行う演算部３２と、温度計側手段により取得したスラグ温度を入力するスラグ温度入力部３３と、出力部３４と、を備える。
【００６９】
図３５に示すフローを用いて、具体的な炉底耐火物侵食量の算出方法を説明する。
まず、予めスラグ温度−炉底耐火物温度の相関関係を求めておき、記憶部３１に格納しておく（Ｓ１０１）。また、予め炉底耐火物の侵食速度式を取得し、記憶部３１に格納しておく（Ｓ１０２）。この侵食速度式は、熱伝導解析により求める方法、実測値から求める方法などがある。侵食速度式の一例を以下の式（３）に示す。
【数１】
2008209107.tif 000003
ここで、ｄｘ／ｄｔ：耐火物侵食速度、Ｔｂ：炉底耐火物表面温度、Ｔｓ：スラグ温度、Ａ，Ｂ：侵食速度式の定数、ａ，ｂ：炉底温度推定式の定数である。
【００７０】
溶融炉１０の運転中に、温度計側手段によりスラグ温度を計測する（Ｓ１０３）。スラグ温度はスラグ温度入力部３３より耐火物厚さ算出装置３０に入力され、記憶部３１に格納されたスラグ温度−炉底耐火物温度の相関関係に基づき、演算部３２にて該スラグ温度から炉底耐火物温度を推定する（Ｓ１０４）。スラグ温度−炉底耐火物温度の相関関係は、例えば以下の式（４）により表される。この式（４）を用いて、前記計測されたスラグ温度から炉底耐火物温度を推定する。
Ｔｂ＝ａ×Ｔｓ＋ｂ          ・・・（４）
ここで、Ｔｂ：炉底耐火物表面温度、Ｔｓ：スラグ温度、ａ，ｂ：炉底温度推定式の定数である。
そして、得られた炉底耐火物温度を用いて、記憶部３１に格納された侵食速度式（３）に基づき、一定時間内での侵食速度を算出する（Ｓ１０５）。
算出した侵食量を積算することにより、現時点における侵食量の総計が求められる（Ｓ１０６）。これを一定時間毎に繰り返し行うことにより、炉底耐火物の侵食量をリアルタイムで求めることが可能となる。
【００７１】
本実施例によれば、スラグ温度のみから炉底耐火物の侵食量を求めることができるため、簡単で且つ高い精度が得られる。また、溶融炉を停止せずに侵食量を求めることが可能である。従って、休炉することなくリアルタイムで侵食量を計測することができるため、その後の運転期間を見直すことができ、侵食量が少なければ運転期間を延長することもできる。
【００７２】
さらに本実施例では、精度を向上させるために、炉底耐火物の温度推定においてスラグ温度に加えてメタル層厚さを考慮した方法としている。上記式（４）の定数であるａ、ｂは、メタル層厚さに応じて変化する変化量であるため、例えば、以下の式（５）と置くことでＴｂの温度推定精度が向上する。
ａ＝ｃ×ｄ＋ｅ              ・・・（５）
ここで、ａ：式（４）の定数、ｄ：メタル層厚さ、ｃ、ｅ：係数である。
メタル層厚さｄが０ｍｍに近づくことによりａは１に近づき、ｄが増加するとともにａは１より小さくなる。即ち、メタル層厚さが厚くなるとスラグ温度と炉底耐火物表面温度の差が大きくなる。
そこで、メタル層厚さを求める際に、実施例１に記載したように第１のバンドパスフィルタを適用して求めたメタル層厚さを上記式（５）に適用することにより、Ｔｂの温度推定精度が向上し、延いては炉底耐火物侵食量の測定精度を向上させることが可能となる。
【００７３】
また、本実施例２により炉底耐火物の侵食量を推定した後、該推定した炉底耐火物の侵食量を用いてメタル層厚さを推定しておき、上記実施例１を用いて炉底耐火物の侵食量を算出するようにしてもよい。
この場合、まず実施例２に記載したように、侵食速度式（式（３））を用いて炉底耐火物の侵食量を推定した後、該推定した侵食量にメタル層の初期厚を加算してメタル層厚さを算出しておく。この算出したメタル層厚さを、実施例１に記載した第１のバンドパスフィルタの周波数帯の設定に用いる。上記したように、第１のバンドパスフィルタは、炉構造に基づいたメタル層厚さの予想値範囲と反射波速度から求められるが、このとき、前記侵食速度式から推定したメタル層厚さを前記メタル層厚さの予想値範囲に適用することにより、第１のバンドパスフィルタを最適な値とすることができ、測定精度を大幅に向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００７４】
上記した実施例１及び実施例２を用いて炉底監視を行うようにした実施例３につき説明する。
本実施例３では、メンテナンス等により溶融炉１０を立ち下げ、休炉中に実施例１若しくは実施例２を用いて炉底耐火物の侵食量を詳細に測定する。測定した侵食量に基づいて、新たな溶融炉の運転計画立案若しくは運転計画の大幅修正を行う。
このように、休炉中に詳細に耐火物侵食量を求めることにより、最適な運転計画を立てることが可能となり、安全で円滑な運転が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、溶断しにくいメタル層を除去することなく正確に溶融炉の炉底耐火物を監視することができるため、プラズマ式溶融炉、電気抵抗式溶融炉、バーナ式溶融炉、旋回式溶融炉、反射式溶融炉等の各種溶融炉に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１に係る装置の基本構成を示す側面図である。
【図２】実施例１−１の装置における弾性波の伝播状況を模式的に表し、（ａ）はメタル層の弾性波速度の測定方法を説明する図、（ｂ）は、厚さ測定方法を説明する図である。
【図３】実施例１−１にて得られる波形で、（ａ）は変換前、（ｂ）は変換後を示す。
【図４】実施例１−１に適用される第１のバンドパスフィルタを用いたノイズ除去処理のフローチャートである。
【図５】実施例１−１の装置にて測定された反射波の波形図である。
【図６】図５の波形データをＦＦＴ解析した解析結果を示す図である。
【図７】図６の解析結果に第１のバンドパスフィルタを適用したグラフである。
【図８】第１のバンドパスフィルタの設定に用いられるデータテーブルの一例を示す図である。
【図９】実施例１−１の打診装置側受信センサを備えた装置の側面図である。
【図１０】相互相関グラフを取得する処理を示すフローチャートである。
【図１１】打診装置側受信センサにて測定された波形図である。
【図１２】メタル面にて測定された反射波と打診側反射波の相互相関グラフである。
【図１３】第１のバンドパスフィルタと打診装置側受信センサを用いたノイズ除去処理のフローチャートである。
【図１４】実施例１−１に適用される第２のバンドパスフィルタを備えた装置の側面図である。
【図１５】実施例１−１に適用される高周波計測を用いたメタル層割れ判定処理のフローチャートである。
【図１６】第２のバンドパスフィルタにより得られた分析結果を示す図である。
【図１７】実施例１−１に適用される２個の受信センサを備えた装置の側面図である。
【図１８】実施例１−１に適用される２点間打診法を用いたメタル層割れ判定処理のフローチャートである。
【図１９】図１８の変形例であるメタル層割れ判定処理のフローチャートである。
【図２０】実施例２の変形例である実施例１−２の装置を示す側面図である。
【図２１】図６の装置から得られる各波の距離と時間の関係を示すグラフである。
【図２２】変位・速度・加速度の波形とその相互関係を説明する図である。
【図２３】図６のセンサで受信した加速度波形の一例を示す図である。
【図２４】図１０の加速度を積分して得られた速度波形を示す図である。
【図２５】基準位置で得られた波形データのＦＦＴ解析結果を示すグラフである。
【図２６】相関係数を説明する図である。
【図２７】実施例１−２で得られる各波の距離と時間の関係に表したグラフである。
【図２８】フィッティング結果を示す表である。
【図２９】実施例２の変形例である実施例１−３の装置を示す側面図である。
【図３０】レイリー波の位相速度の分散特性を説明する図で、（ａ）は異なる媒質におけるＳ波速度と周波数との関係を示すグラフ、（ｂ）はその概念図である。
【図３１】図１６のセンサで受信した加速度波形の一例を示す図である。
【図３２】実施例１−３における分散曲線算出結果を示す図である。
【図３３】実施例１−３における表面探査解析結果を示す図である。
【図３４】本発明の実施例２に係る装置の全体構成を示す側面図である。
【図３５】実施例２における耐火物侵食量算出のフローである。
【図３６】従来の耐火物厚さ測定方法を説明する図である。
【図３７】一般的なプラズマ式溶融炉の断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０    溶融炉
１１    主電極
１２    炉底電極
１４    炉本体
１６    鉄皮
１７    炉底
１８、１９  炉底レンガ
２０    被処理物投入口
２２    スラグ層
２３    メタル層
２５    出滓口
２８    放射温度計
３０    侵食量算出装置
３５’  打診−受信装置
３６、４６  波形計測装置
３７、３７ａ〜ｇ  受信センサ
３８    挿入孔
３９    補助電極
４０    測定孔
４１    メタル層割れ
４５    発振装置
４６    波形測定装置
５１    フレーム
５３    歪ゲージ
６１    防爆容器
６２    鉄製筐体
６３、６７  センサ（計数管）
６６    放射線源
７１    超音波発信器（探触子）
７２    受信センサ（探触子）
７３    超音波計測器
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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