(57)【要約】【課題】  高炉内のセメント吹付け効果を評価する、および高炉の炉壁残厚を測定する。【解決手段】  高炉内のセメント吹付け効果を評価する方法は、（ａ）高炉の内壁の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得するステップと、（ｂ）高炉の内壁に対してセメント吹付け作業を行うステップと、（ｃ）高炉の内壁にセメント吹付けをした後の外形に対する第二回の３次元点群を測定取得するステップと、（ｄ）ステップ（ａ）の第一回の３次元点群とステップ（ｃ）の第二回の３次元点群を比較して、セメント吹付けの厚さを求めるステップと、を含む。これによって、セメント吹付け品質に厚さが均一ではない状況がないかを検査することができる。【選択図】  図４
2008121105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉内のセメント吹付け効果を評価する方法であって、
（ａ）当該高炉の内壁の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得するステップと、
（ｂ）当該高炉の内壁に対してセメント吹付け作業を行うステップと、
（ｃ）当該高炉の内壁にセメント吹付けをした後の外形に対する第二回の３次元点群を測定取得するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ａ）の第一回の３次元点群と前記ステップ（ｃ）の第二回の３次元点群を比較して、セメント吹付け厚さを求めるステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）は
（ａ１）３次元レーザスキャナを前記高炉内に架設するステップと、
（ａ２）前記３次元レーザスキャナを利用して前記第一回の３次元点群を測定取得するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）の前に、さらに前記３次元レーザスキャナを取り出すステップを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ１）再び前記３次元レーザスキャナを高炉内に架設するステップと、
（ｃ２）前記３次元レーザスキャナを利用して前記第二回の３次元点群を測定取得するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ１）および（ｃ１）の架設過程において、誤差を低減するために水平計を利用して補助することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｃ）は
（ｃ１）３次元レーザスキャナを前記高炉内に架設するステップと、
（ｃ２）前記３次元レーザスキャナを利用して前記第二回の３次元点群を測定取得するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｄ）は、前記第一回の３次元点群と前記第二回の３次元点群に対してＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムを行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＩＣＰアルゴリズムは、前記高炉の喉部（炉喉）以上の外形に対応する点群を特徴点として選定することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ａ）の前記第一回の３次元点群がさらに前記高炉内の材面の外形に対するものであり、前記ステップ（ｃ）の前記第二回の３次元点群がさらに前記高炉内にセメント吹付けをした後の材面の外形に対するものであり、前記ステップ（ｄ）の比較の後にさらに跳ね返り量の厚さを得るステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
高炉の炉壁残厚を測定する方法であって、
（ａ）当該高炉の内壁の現在の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得するステップと、
（ｂ）当該高炉の内壁の最初の外形に対する機械的寸法モデルを取得するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）の第一回の３次元点群と前記ステップ（ｂ）の機械的寸法モデルを比較して、前記高炉の炉壁残厚を求めるステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ａ）は、
（ａ１）３次元レーザスキャナを前記高炉内に架設するステップと、
（ａ２）前記３次元レーザスキャナを利用して前記第一回の３次元点群を取得するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｂ）は、前記高炉の最初の機械図から前記機械的寸法モデルを取得することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）は、前記第一回の３次元点群と前記機械的寸法モデルに対してＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムを行うことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の内壁の外形を測定する方法に関し、特に高炉内のセメント吹付け効果を評価する方法および高炉の炉壁残厚を測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３次元レーザスキャナは、文献の〔曾義星、史天元、「新世代の測定利器である３次元レーザスキャナ」、科学発展、２００３年５月、第３６５号〕に開示されているように、サンプリングの速さ（２５０００点／秒）、正確さ（約２０ｍｍ）および測定範囲の広さ（１００ｍ以上）などの特性によって、土木、建築および古跡保護など、多くの分野に適用されている。鋼鉄生産プロセスにおいて転炉のライニング厚さ（例えば、米国特許第６，９２２，２５１号）、および材面外形（例えば文献、〔Ｅ．  Ｍｅｌｌｅｒ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈｅｌｌｍｉｃｈ、「Ｆｕｌｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｔａｃｋｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅｃｌａｉｍｅｒｓ」、Ｂｕｌｋ  Ｓｏｌｉｄｓ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ，Ｖｏｌ  ２１，Ｎｏ，５，２００１〕）に適用することができると開示されている。
【０００３】
図１は、従来の高炉を示す概略図である。高炉１は、炉頂１１、炉の喉部（炉喉）１２、炉体１３、炉の腰部（炉腰）４、炉腹１５、および炉床１６を含み、製鉄技術における重要な反応器である。炉頂１１は円錐状であり、炉の喉部（炉喉）１２は円柱状であり、炉頂１１および炉の喉部（炉喉）１２の材質は鋼である。炉頂１１に、開けて高炉１の内部を露出させることができる複数のマンホール（Ｍａｎｈｏｌｅ）１１１がある。炉体１３、炉の腰部（炉腰）１４、炉腹１５および炉床１６の炉壁の材質は耐火材であり、それらによって液体鉄１７が収容される。液体鉄１７は材面１７１を有する。
【０００４】
図２は、従来の高炉が長期間にわたって稼動した後に炉体の炉壁が侵食されたことを示す概略図である。図においてＴ１は炉体１３の炉壁の最初の厚さを表し、Ｔ２は炉体１３の炉壁が侵食された後の残存厚さを表す。高炉１が長い年月にわたって高温高圧の厳しい環境において稼動するため、炉壁の耐火材は徐々に侵食される。その主な原因としては、文献の〔頼鳳成、「中鋼高炉ライニングレンガ使用に関する研究」、技術と訓練、２１巻、第２号、ｐｐ．５７〜６６〕に開示されているように、液体鉄１７の材料層降下による機械的磨耗、化学侵食および熱侵食などが考えられる。従って、高炉１は、その寿命を延長させるために、ある期間運転した後、停止して炉体１３のセメント吹付け作業を行わなければならない。
【０００５】
図３は、従来の高炉でセメント吹付け作業を行うことを示す概略図である。当該セメント吹付け作業は、機具２を高炉１内に吊り上げ、液体状の耐火材２１を用いて炉体１３の炉壁に対して吹付けを行いセメント吹付け厚さＴ３を形成する。環境および設備などの要因に制限されていたため、これまでは炉壁上のセメント吹付け厚さＴ３に対して測定と評価を行うことができず、セメント吹付け作業の品質を評価することもできなかった。また、機具２から噴出される耐火材２１が液体状であるため、セメント吹付け過程において炉壁を経由して底部の材面１７１に跳ね返って跳ね返り量の厚さＴ４を形成する。ある期間を経過すると、材面１７１上にある耐火材は相当硬い外殻に凝固して、高炉１において運転開始後に底部の高温ガスが上へ流れる経路を阻害することになる。これは、炉の運転開始プロセスに大きな影響があり、危険を引き起こすことさえある。しかし、同様に、環境および設備などの要因に制限されていたため、これまでは材面１７１上の跳ね返り量の厚さＴ４を測定・評価することができなかった。
【０００６】
従って、新規性かつ進歩性のある高炉内のセメント吹付け効果を評価する方法を提供し、上記の問題を解決する必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主な目的は、高炉内セメント吹付け効果を評価する方法を提供することにある。この方法は、（ａ）当該高炉の内壁の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得するステップと、（ｂ）当該高炉の内壁に対してセメント吹付け作業を行うステップと、（ｃ）当該高炉の内壁にセメント吹付けをした後の外形に対する第二回の３次元点群を測定取得するステップと、（ｄ）前記ステップ（ａ）の第一回の３次元点群と前記ステップ（ｃ）の第二回の３次元点群を比較して、セメント吹付け厚さを求めるステップと、を含む。これによって、セメント吹付け品質に厚さが均一ではない状況がないかを検査することができる。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、高炉の炉壁残厚を測定する方法を提供することにある。この方法は、（ａ）当該高炉の内壁の現在の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得するステップと、（ｂ）当該高炉の内壁の最初の外形に対する機械的寸法モデルを取得するステップと、（ｃ）前記ステップ（ａ）の第一回の３次元点群と前記ステップ（ｂ）の機械的寸法モデルを比較して、当該高炉の炉壁残厚を求めるステップと、を含む。これによって、高炉の寿命を評価することができる。また、炉壁残厚の分布状況に従って侵食量が比較的多い部分の位置を表示し、セメント吹付けのプロセスを計画することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図４は、本発明の高炉内セメント吹付け効果を評価する方法の好ましい実施例を示すフローチャートである。本実施例で測定・評価する高炉１は図１に示した高炉１である。この方法は以下のステップを含む。ステップＳ４０１で３次元レーザスキャナを高炉１内に架設する。本実施例では、飛行時間（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）を原理としたレーザー距離測定システムの型番がＲＩＥＧＬ  ＬＭＳ−Ｚ２１０ｉである３次元レーザスキャナを例としている。測定時に、レーザー光点が当該３次元レーザスキャナから被測体に発射され、当該３次元レーザスキャナに反射され、光点の空間中における飛行時間に基づいて被測体と当該３次元レーザスキャナ間の距離を計算する。また、当該３次元レーザスキャナは回転機構により光点を走査する方式で大面積の測定を達成し、それによる測定結果は３次元座標を有する点群（ｐｏｉｎｔ  ｃｌｏｕｄ）である。当該回転機構には、水平角度φの回転（０〜３３０度）および垂直角度θ（５０〜１３０度）の回転という２つの自由度がある。回転角度の解析度は最大で０．０５度であり、それに対応する測定時間は約数分間である。
【００１０】
本実施例では、当該３次元レーザスキャナは、高炉１の炉頂１１にあるマンホール１１１を経由して高炉１内のマンホール１１１付近に架設されている。
【００１１】
ステップＳ４０２で当該３次元レーザスキャナを起動し、それを利用して図５の曲線５１で示されるような高炉１の内壁の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得する。
【００１２】
ステップＳ４０３で、セメント吹付け作業の機具２（図３）をマンホール１１１から入れて高炉１に対してセメント吹付けを行いやすいよう、当該３次元レーザスキャナを取り出す。
【００１３】
ステップＳ４０４で図３に示したように高炉１の内壁に対してセメント吹付け作業を行う。セメント吹付け作業が完了した後に再び機具２（図３）をマンホール１１１から吊り出す。
【００１４】
ステップＳ４０５で再び当該３次元レーザスキャナを高炉１内に架設する。本実施例では、当該３次元レーザスキャナはステップＳ４０１と同一のマンホール１１１を経由して高炉１内の同一位置に架設する。正確な測定結果を得るために、セメント吹付け前後２回の３次元レーザスキャナの架設位置と角度に大きな差がなく、かつ、データ上の位置決めが困難ではないようにする必要がある。本実施例では、誤差を低減させるために、ステップＳ４０１およびＳ４０５の架設過程において電子式水平計を用いて補助し、架設中に傾斜度の調整を行い、２回の３次元レーザスキャナ架設時の角度に大きな差がないことを確保した。なお、本実施例において、当該電子式水平計の型番はＴＥＳＡ  ｃｌｉｎｏｂｅｖｅｌ２である。
【００１５】
ステップＳ４０６で当該３次元レーザスキャナを起動し、それを利用して図５の曲線５２で示されるような高炉１の内壁のセメント吹付け後の外形に対する第二回の３次元点群を測定取得する。
【００１６】
ステップＳ４０７で前記ステップＳ４０２の第一回の３次元点群と前記ステップＳ４０６の第二回の３次元点群を比較して、図６に示したようなセメント吹付け厚さＴ３を求める。本実施例では、当該第一回の３次元点群と当該第二回の３次元点群に対してＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムを行う。当該ＩＣＰアルゴリズムの機能としては、２つの３次元点群の位置決めを行い、そのうちの１つの３次元点群が属する座標系を、回転およびシフトすることによって、もう１つの３次元点群が属する座標系と重ね合わせる。本実施例では、炉の喉部（炉喉）１２以下の部分は耐火材の吹付けによって著しい変化があったため、当該ＩＣＰアルゴリズムの特徴点として選定することに適しない。炉の喉部（炉喉）１２以上の部分はセメント吹付けの前後にともに変わらない構造となっているので、当該ＩＣＰアルゴリズムは高炉１の喉部（炉喉）１２以上の外形に対応する点群を特徴点として選定する。セメント吹付け厚さＴ３は重ね合わせた後の点群に基づいて算出する。セメント吹付け厚さＴ３の測定によって、セメント吹付け品質に厚さが均一ではない状況がないかを検査することができる。
【００１７】
本実施例では、同一のマンホール１１１においてセメント吹付け前後に各１回測定することになっているが、さらに、その他の位置にあるマンホールから測定を行い、即ち、２つまたは３つのマンホールから測定しても良い。このように、すべての測定結果を合わせると、高炉１の炉壁の３６０度の完全な全貌を表すことができる。
【００１８】
もう１つの実施例では、前記ステップＳ４０２の第一回の３次元点群はさらに高炉１内の材面１７１に対する外形を含み、前記ステップＳ４０６の第二回の３次元点群はさらに高炉１内のセメント吹付け後の材面の外形を含む。同様に、前記ステップＳ４０７の比較方式を利用してさらに跳ね返り量の厚さＴ４を求めることができる（図３）。当該跳ね返り量の厚さＴ４の評価によって、有用なデータを提供し、現場の作業員とセメント吹付け設備業者が責任の帰属と区分を行うことに資することができる。
【００１９】
図７は、本発明の高炉の炉壁残厚を測定する方法の好ましい実施例を示すフローチャートである。本実施例で測定した高炉１は図１の高炉１である。この方法は以下のステップを含む。ステップＳ７０１で３次元レーザスキャナを高炉１内に架設する。上記の図４のステップＳ４０１と同様に、本実施例では、型番がＲＩＥＧＬ  ＬＭＳ−Ｚ２１０ｉである３次元レーザスキャナを例としており、かつ当該３次元レーザスキャナは、高炉１の炉頂１１にあるマンホール１１１を経由して高炉１内のマンホール１１１付近に架設されている。
【００２０】
ステップＳ７０２で当該３次元レーザスキャナを起動し、それを利用して図８の曲線８１で示されるような高炉１の内壁の外形に対する第一回の３次元点群を測定取得する。ここでは、本実施例の第一回の３次元点群は上記のステップＳ４０２の第一回の３次元点群と同様であり、図８の曲線８１は図５の曲線５１と同様であることに注意する必要がある。
【００２１】
ステップＳ７０３で高炉１の内壁の最初の外形（即ち、高炉１が運転する前の最初の外形）に対する機械的寸法モデルを取得する。本実施例では、高炉１の最初の機械図により図８の曲線８２で示されたような機械的寸法モデル（ＣＡＤ  ｍｏｄｅｌ）を取得した。
【００２２】
ステップＳ７０４で前記ステップＳ７０２の第一回の３次元点群と前記ステップＳ７０３の機械的寸法モデルを比較して、図９に示したような高炉１の炉壁残厚Ｔ５を求める。上記の図４に示したステップＳ４０７と同様に、本実施例では、前記第一回の３次元点群と前記機械的寸法モデルに対して前記ＩＣＰアルゴリズムを行う。同様に、当該ＩＣＰアルゴリズムは、高炉１の喉部（炉喉）１２以上の外形に対応する点群を特徴点として選定する。前記炉壁残厚Ｔ５は、重ね合わせた後の前記第一回の３次元点群と前記機械的寸法モデルに基づいて算出することができる。前記炉壁残厚Ｔ５の測定は、高炉１の寿命の評価に用いることができる。また、前記炉壁残厚Ｔ５の分布状況に基づいて侵食量が比較的多い部分の位置を表示し、セメント吹付けのプロセスを計画することもできる。
【００２３】
上記の実施例は、本発明の原理およびその効果を説明するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。従って、当業者が上記の実施例に対して修正および変更を行っても本発明の思想から逸脱することはない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって決められる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の高炉を示す概略図である。
【図２】従来の高炉は長期間にわたって稼動した後に炉体の炉壁が侵食されたことを示す概略図である。
【図３】従来の高炉でセメント吹付け作業を行うことを示す概略図である。
【図４】本発明の高炉内セメント吹付け効果を評価する方法の好ましい実施例を示すフローチャートである。
【図５】第一回の３次元点群が対応する高炉の内壁のセメント吹付け前と第二回の３次元点群が対応する高炉の内壁のセメント吹付け後の外形を示す概略図である。
【図６】図５の２曲線が重ね合わせた後の状況を示す概略図である。
【図７】本発明の高炉の炉壁残厚を測定する方法の好ましい実施例を示すフローチャートである。
【図８】第一回の３次元点群が対応する高炉の内壁の外形と高炉の最初の機械的寸法モデルを示す概略図である。
【図９】図８の２曲線が重ね合わせた後の状況を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  高炉
２  機具
１１  炉頂
１２  炉の喉部（炉喉）
１３  炉体
１４  炉の腰部（炉腰）
１５  炉腹
１６  炉床
１７  液体鉄
２１  耐火材
５１  曲線
５２  曲線
８１  曲線
８２  曲線
１１１  マンホール
１７１  材面
【図１】
2008121105.tif 000003
【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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