(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉱炉の羽口領域における作動状態を監視するための光学監視システムであって、
前記光学監視システムは、
羽口、ブローパイプ、及び光偏向装置が共通の軸に沿って配置されるようにブローパイプの後部に連結して構成された光偏向装置と、
前記光偏向装置の第１面に配置され、オペレータが肉眼で羽口領域の作動状態を監視するのを可能にするための覗き窓と、
前記光偏向装置の第２面に配置され、羽口領域の作動状態を電子的に監視するための光学センサと、
前記光偏向装置内に配置され、羽口領域からの入射光を前記覗き窓及び前記光学センサに向けるための光偏向器と、を含み、
前記光偏向装置は、球体が内部に回転可能に配置されたハウジングを含み、
前記球体は、
前記光偏向装置がブローパイプの後部に連結されたときに、羽口に対面して羽口領域からの入射光を球体に入れるための第１通路と、
前記覗き窓に対面する第２通路と、
前記光学センサに対面する第３通路と、を含み、
前記第１、第２、及び第３通路は、前記球体内で互いに交わるように構成され、
前記光偏向器は、前記球体内で前記第１、第２、及び第３通路の交差部に固定して配置され、
前記光偏向装置は、その第３面に、球体にアクセスして前記ハウジング内での球体の回転を可能にするための開口部を更に含み、
前記球体は、前記光偏向装置の前記第３面の前記開口部に対面し、前記ハウジング内で球体を回転するための調整具が挿入されたソケットを含み、
前記光偏向装置の前記第３面の前記開口部は、前記調整具の回転時直径と実質的に同じ幅を有し、調整具を直線運動するよう案内する案内スロットであり、
前記調整具の案内スロットに沿う直線運動は、前記球体を第１回転軸回りに回転させ、
前記調整具の回転運動は、前記球体を第２回転軸回りに回転させることを特徴とする光学監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載された光学監視システムにおいて、
前記ソケットと前記調整具は、自動ロック式であり、及び／又はトルクを伝達可能な連結形状を有する光学監視システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された光学監視システムにおいて、
前記ソケットは非円形の断面を有し、前記調整具は対応する断面を有するキーである光学監視システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された光学監視システムにおいて、
前記ソケットは六角形の断面を有し、前記調整具は六角形のキーである光学監視システム。
【請求項５】
先行する請求項のいずれかに記載された光学監視システムにおいて、
前記第１回転軸は、前記第２回転軸に対して実質的に垂直である光学監視システム。
【請求項６】
先行する請求項のいずれかに記載された光学監視システムにおいて、
前記球体と前記ハウジングの間に配置され、前記球体を摩擦によって定位置に保持するためのスプリング要素を更に含む光学監視システム。
【請求項７】
請求項６に記載された光学監視システムにおいて、
前記スプリング要素は、環状のスプリングである光学監視システム。
【請求項８】
先行する請求項のいずれか１つに記載された光学監視システムにおいて、
前記光偏向装置は、前記球体の挿入及び／又は取り出しのための取り外し可能な取付面を含む光学監視システム。
【請求項９】
請求項８に記載された光学監視システムにおいて、
前記取り外し可能な取付面は、前記覗き窓を含む前記光偏向装置の前記第１面である光学監視システム。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載された光学監視システムにおいて、
リング状シート要素が、前記球体と前記取付面の間に配置された光学監視システム。
【請求項１１】
請求項１０と組み合わされた請求項６又は７に記載された光学監視システムにおいて、
前記スプリング要素が前記取付面と前記リング状シート要素の間に配置された光学監視システム。
【請求項１２】
先行する請求項のいずれかに記載された光学監視システムにおいて、
前記球体は、前記光偏向器を内部に収容するためのスロットを含む光学監視システム。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれかに記載された光学監視システムにおいて、
前記覗き窓は、前記光偏向装置の前記第１面と前記リング状シート要素の間に挟まれたガラス板によって形成された光学監視システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載された光学監視システムにおいて、
第１環状シールが、前記リング状シート要素と前記ガラス板の間に配置され、
第２環状シールが、前記ガラス板と前記第１面の間に配置された光学監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的に溶鉱炉（blast furnace）の羽口領域（tuyere zone）における内部状態を観察するための光学監視システム（optical monitoring system）に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、溶鉱炉は、一般的にブローパイプと羽口を経て溶鉱炉内に高温ガスを注入する多様な流体注入経路を含んでいる。材料が羽口ノズルの前にたまると、注入口が塞がれることがある。気づかれずに放置されると、流体は、ブローパイプから出なくなり、従って、溶鉱炉内に供給されないことがある。更に、羽口は、微粉炭を溶鉱炉内に供給するために使用されることが多い。注入口が塞がれていると、これはもちろん、微粉炭が溶鉱炉に入るのを妨げ、羽口とブローパイプへの微粉炭の蓄積を引き起こす可能性がある。
【０００３】
羽口が塞がれているかどうかを観察するため、覗き孔、又は、覗き窓（覗きサイト：peep sight）と呼ばれることも多い羽口観察孔がブローパイプの後端部に配置される。そのような覗き窓は、オペレータがブローパイプと羽口領域を正確に調べること、従って、羽口の状態の点検、及び羽口領域につまりが生じたかどうかの検出を可能にする。
【０００４】
羽口は、溶鉱炉の内部への窓も提供する。従って、覗き窓は、溶鉱炉の内部状態の観察も可能にする。そのため、覗き窓は、溶鉱炉の中心部の状態と温度の進展の監視を可能にする。オペレータは、溶鉱炉の作動における障害を検出し、それに応じて行動することができる。
【０００５】
監視を容易にし、より自動化されたシステムを提供するため、覗き窓を通して放出される光を連続的に監視して、オペレータにフィードバックを提供する羽口ビデオカメラのような電子監視装置が開発されている。
【０００６】
両方の監視システムが同時に動作するのを可能にするため、即ち、肉眼での視覚的な監視と電子的な監視を可能にするために、光の一部が、視覚的な監視のために覗き窓を通過可能としつつ、入射光（incident light）の一部を電子監視装置に向かって偏向させる光偏向器（light deflector）を設置することができる。このような光偏向器が光を電子監視装置と覗き窓の両方に適切に向けるためには、光偏向器の向きが重要である。特に、溶鉱炉設備の重大な温度差に起因して様々な構成要素間に相対移動が生じるため、光偏向器の調整機構が有益である。実際、電子監視装置、覗き窓、及び光偏向器は、一般に、溶鉱炉が停止している間に設置される。溶鉱炉がその運転温度に至ると、この温度差は、様々な要素の間の相対移動を引き起こし、光偏向器の調整不良の原因となる可能性がある。そこで、光偏向器の調整が必要となる。また、光偏向器の調整は、監視システムの製造中に生じ得る構造上の幾何学的誤差を補償するために有用となる。
【０００７】
ＬＵ９０６１０では、光学センサは、羽口から覗き窓に至る光路に対して垂直に配置される。ガラス板で形成された光偏向器は、光の一部を光学センサに偏向させるように円筒状のハウジング内に配置されている。ガラス板は、羽口と覗き窓の間の光路に対して約４５°の角度をなしている。調整手段として、ガラス板は、円筒状のハウジングの内部で２つの方向に独立して回転することができる。偏心ネジは、円筒状のハウジングの後面の中心軸に対して垂直な軸回りに回転可能に取り付けられた第１支持板の位置を設定することができる。第２調整ネジは、第１支持板に取り付けられた第２支持板がバネと共にガラス板を旋回軸回りに旋回させるのを可能にする。ＬＵ９０６１０では、ハウジング内に配置された２つの別個の調整ネジへのアクセスが必要であるため、その調整機構は、いくつかの点で扱いにくいと考えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した欠点を生じない、溶鉱炉の羽口領域における内部状態を観察できるコンパクトで容易に調整可能な光学監視システムを提供することである。この目的は、請求項１で請求するような光学監視システムにより達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明は、溶鉱炉の羽口領域における作動状態を監視するための光学監視システムを提供する。このシステムは、羽口、ブローパイプ、及び光偏向装置が共通の軸に沿って配置されるようにブローパイプの後部に連結して構成された光偏向装置を含む。覗き窓は、オペレータが肉眼で羽口領域の作動状態を監視するのを可能にするため、光偏向装置の第１面に配置されている。更に、光学センサは、羽口領域の作動状態を電子的に監視するため、光偏向装置の第２面に配置されている。光偏向器は、羽口領域からの入射光を覗き窓及び光学センサに向けるため、光偏向装置内に配置されている。
【００１０】
本発明によれば、光偏向装置は、球体が内部に回転可能に配置されたハウジングを含む。球体は３つの通路を含む。第１通路は、光偏向装置がブローパイプの後部に連結されたときに、羽口領域からの入射光を球体に入れるために羽口に対面している。第２通路は覗き窓に対面している。第３通路は光学センサに対面している。第１、第２、及び第３通路は、球体内で互いに交わるように構成されている。光偏向器は、球体内で第１、第２、及び第３通路の交差部に配置されている。更に、光偏向装置は、ハウジングの第３面に、ハウジング内での球体の回転を可能にするために球体にアクセスするための開口部を含んでいる。
【００１１】
ハウジング内に配置された球体に光偏向器を設けることで、例えば、システムのネジにアクセスする必要があるＬＵ９０６１０の場合のように、ハウジングの内部にアクセスする必要なく、ハウジング内の光偏向器の調整をハウジングの外部から容易かつ迅速に達成できる。
【００１２】
本発明の光学監視システムは、通常の工作機械器具設備により容易に製造される。球体を通して光を通過させるための通路は、球体に容易にあけられている。
【００１３】
本発明は、光学監視システムに必要な構成要素の数も減少する。これは、もちろん、製造コストに明確な影響を有する。様々な構成要素間の相互作用によって引き起こされる問題も低減する。
【００１４】
このように、光学監視システムは、特に簡単で堅牢な構造を提供し、更に、これに付随して製造及びメンテナンスのコストを低減する。
【００１５】
球体は、ハウジングの第３面の開口部に対面し、ハウジング内で球体を回転するための調整具が挿入可能なソケットを含む。ソケットと調整具は、好ましくは、自動ロック式であり、及び／又はトルクを伝達可能な連結形状を有する。ソケットは、有利には非円形の断面を有し、調整具は、好ましくは対応する断面を有するキーである。ソケットの断面は、例えば三角形、四角形、十字形、他の多くの形状のように、その軸回りにソケットを回転可能な任意の形状であってよい。最も有利には、ソケットは、六角形の断面を有し、調整具は一般にアレンキーとも呼ばれる六角形のキーである。ソケットに係合する調整具の使用は、球体の外面の容易な並進運動を可能にする。更に、六角形のソケットと六角形のキーの構成は、ソケットを含む軸回りの球状ボールの回転を可能にする。
【００１６】
本発明の一態様によれば、ハウジングの第３面の開口部は、ソケットの直径と実質的に同じ幅の案内スロットであり、ソケットの案内スロットに沿う直線運動は、球体を第１回転軸回りに回転させ、ソケットの回転運動は、球体を第２回転軸回りに回転させる。第１回転軸は、好ましくは、第２回転軸に対して実質的に垂直である。調整具がソケットに挿入されている間、案内スロットにより許容される方向以外の方向への球体の外面の並進運動が防止される。言い換えれば、球体の外面の並進運動は、一方向のみで許容され、それによって、第１回転軸の位置は、案内スロットの形状によって予め規定される。六角形のソケットと六角形のキーの構成は、ソケットと球体の中心を含む第２回転軸回りの球状ボールの回転を可能にする。その結果、単に六角形のキーを挿入し、それを案内スロット内で回転及びスライドするだけで、光偏向器は全ての方向に調整することができる。
【００１７】
有利には、光偏向器は、例えば、光偏向器と球体の間に高温接着剤を塗布することで、球体内に固定して配置される。他の適切な固定手段が容易に利用でき、代替手段として使用できる。
【００１８】
光偏向装置は、好ましくは、球体とハウジングの間に配置され、球体を摩擦によって定位置に保持するためのスプリング要素を更に含む。スプリング要素は、環状のスプリング、好ましくは螺旋状のスプリングワッシャーであってもよい。スプリング要素は、球体をハウジングの内面に押し付け、それにより球状ボールがハウジング内で移動又は回転するのを防止する摩擦を引き起こす。スプリング要素の力は、調整具により外力が加えられない限り球体の運動が防止されるように選択される。
【００１９】
好ましくは、ハウジングは、球体の挿入及び／又は取り出しのための取り外し可能な取付面を含む。取り外し可能な取付面は、覗き窓を含むハウジングの第１面であってもよい。
【００２０】
リング状シート要素が、好ましくは球体と取付面の間に配置される。そのようなリング状シート要素は、その球体に対面する側が球体の座部として働くように構成されている。スプリング要素は、好ましくは、リング状シート要素が球体に押し付けられるように、取付面とリング状シート要素の間に配置されている。
【００２１】
球体は、光偏向装置を内部に収容するためのスロットを含んでいてもよい。
【００２２】
覗き窓は、有利には、ハウジングの第１面とリング状シート要素の間に挟まれたガラス板によって形成される。第１環状シールがリング状シート要素とガラス板の間に配置されてもよく、第２環状シールがガラス板と第１面の間に配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しつつ例示によって説明する。
【図１】本発明による光学監視システムが連結されたブローパイプと溶鉱炉羽口の側断面図である。
【図２】図１の光学監視システムの光偏向装置の側断面図である。
【図３】図２の光偏向装置を上方からみた断面図である。
【図４】図２の光偏向装置の底面図である。
【図５】球体のソケットの他の実施形態による図４の拡大図である。
【図６】球体のソケットの他の実施形態による図４の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明による光学監視システムが連結された溶鉱炉羽口設備の側断面図である。図１は、溶鉱炉壁１２を有する溶鉱炉１０、及び羽口領域内の羽口２０とブローパイプ１８とバッスル管１６から構成される熱風システム１４を示す。バッスル管１６は、溶鉱炉を取り囲み、炉１０の周囲に等間隔に並べられた羽口２０を通して、流体、一般的には熱風を溶鉱炉１０内に分配する。
【００２５】
ブローパイプ１８は、その肘部に延長管２４を含む。光学監視システム２６は、延長管２４に連結されており、ブローパイプ１８と同じ軸を有する。光学監視システム２６は、オペレータがブローパイプ１８を通して羽口２０内を見ることを可能にする覗き窓２８を含む。覗き窓２８は、一般にブローパイプ１８の中心軸と軸整合されている。更に、光学センサ３０がブローパイプ１８の電子的な監視を可能にする。光学センサ３０は横ハウジング３４内に取り付けられる。
【００２６】
また、図１には、羽口２０からの軸方向の光路に配置された光偏向装置４０が概略的に示されている。光偏向装置４０は、その中に配置された光偏向器４１を有しており、ブローパイプ１８の延長管２４に連結するための連結管４４を有する連結面４２を含む。更に、光偏向装置４０は、概略的に連結面４２の反対側に配置されて覗き窓２８を含む第１面４６と、光学センサ３０を含む第２面４８を含む。光偏向装置４０は、以下で更に説明するように、光偏向器４１を調整するための第３面５０も含む。
【００２７】
光偏向器４１は、光学センサ３０の軸とブローパイプ１８の中心軸の交点に配置され、光の一部を覗き窓２８へ到達可能にするとともに、光の一部を光学センサ３０に向かって偏向させる。従って、炉からの入射光は、部分的に光学センサ３０に向けられ、それは羽口２０を監視するのに十分な光を受ける。偏向された光を集中させて光強度測定を可能にするため、偏向させた光は、例えばレンズにより束ねることができる。
【００２８】
光学センサ３０の代わりに、ビデオカメラ、感光検出器、画像走査カメラ等が光学センサ３０に搭載可能であることを理解されたい。
【００２９】
図１に示す光偏向装置４０は、概略的に表されており、一定の比率で縮小したものと解釈すべきでないことにも留意されたい。
【００３０】
延長管２４と光偏向装置４０の連結管４４の間に、後者を溶鉱炉の内部の過酷な環境から保護するためガラス窓５２を配置してもよい。炉から放出される光の明るさからオペレータの目を保護するため、光学フィルタ（図示せず）を覗き窓２８と一緒に置くか、又は覗き窓２８に合体させてもよい。
【００３１】
図１は、光学監視システム２６とブローパイプ１８の延長管２４の間に配置された遮断弁５４も示す。例えば、メンテナンス作業を実行するときに、遮断弁５４は、光学監視システム２６をブローパイプ１８から隔離することができる。
【００３２】
本発明は、光偏向装置４０をより詳細に示す図２を参照することで、より詳しく説明することができる。光偏向装置４０は、前述の連結面４２と第１、第２、第３面４６、４８、５０を含んだ６つの面を含むハウジング５６によって形成される。
【００３３】
球体６０は、ハウジング５６内に回転可能に配置されるとともに、球体６０を通して光を通過させるための通路を含む。ハウジング５６の連結面４２の第１開口６４と一直線に整列する第１通路６２は、光を球体６０の中心領域６６に送るために使用される。ハウジング５６の第１面４６の第２開口７０と一直線に整列する第２通路６８は、光を中心領域６６から覗き窓２８へ供給可能にするために使用される。ハウジング５６の第２面４８の第３開口７４と一直線に整列する第３通路７２は、光を中心領域６６から光学センサ３０へ供給可能にするために使用される。
【００３４】
球体６０の中心領域６６において、光偏向器４１は、羽口領域からの入射光が光学センサ３０はもちろん覗き窓２８にも指向するように配置される。実際、光偏向器４１は、半透明ガラス、被覆ガラス、着色ガラス板、半透鏡、ガラスプリズム、又は偏光素子であってもよく、入射の一部を光学センサ３０に向かって反射させると共に、入射光の一部が覗き窓２８に向かって光偏向器４１を通過できるようにする。
【００３５】
ハウジング５６の第３面５０には、必要に応じて球体６０の位置を調整するため、開口部（opening）７６が、外部から球体６０へのアクセスのために配置されている。調整の目的で、球体６０は、開口部７６に面する領域に、六角形のキー（図示せず）のような調整具と係合可能な六角形のソケット（受け口）７８を含んでいる。好ましい案内スロットの形状である開口部７６、及び六角形のソケット７８が図４に示されている。代替のソケット形状が図５と図６に示されている。図５は三角形の断面のソケットを示し、図６は四角形の断面のソケットを示す。多くの代替形状を想定することができる。
【００３６】
図４では、開口部７６が実質的に矩形の案内スロットとして示されているが、異なる形状とサイズが排斥されないことに留意すべきであり、それらは異なる調整の可能性を提供する。しかしながら、本発明者は、球体６０の特に有利な調整を可能にする好ましい解決策として、案内スロットを選択した。この趣旨で、案内スロットは、六角形のソケット７８の直径に実質的に対応する幅を有する。調整具を六角形のソケット７８に挿入すると、六角形のソケット７８の並進運動は案内スロット７６により限定される方向に制限される。実際には、そのような並進運動は、図２に示す第１回転軸８２回りの球体６０の回転を可能にする。一方、調整具の、従って六角形のソケット７８の回転運動は、図２に示す第２回転軸８４回りの球体６０の回転を可能にする。並進と回転の運動の選択により、第１、第２回転軸８２、８４回りの回転を互いに独立して行えるため、ユーザは調整プロセスにおいて良好な制御を行える。
【００３７】
ハウジング５６の第１面４６は、球体６０をハウジング５６に挿入しハウジング５６から取り出すための取り外し可能な取付面として構成することができる。取付面の構成と取付プロセスは、ハウジング５６を上方からみた断面図を示す図３を参照することで、より詳しく説明することができる。
【００３８】
まず始めに、球体６０は、それがハウジング内にない間に、光偏向器４１を球体６０内に挿入可能にする側部のスロット８６を備えている。光偏向器４１は、一旦挿入されると、例えば高温接着剤のような適切な固定手段により、球体６０内に固定される。他の適切な固定手段が容易に利用可能であり、代替手段として使用することができる。
【００３９】
球体６０と光偏向器４１が一旦組み立てられると、球体６０は、第１面４６の穴９０を通ってハウジング５６の空洞８８に挿入可能である。穴９０と空洞８８は、球体６０の直径に本質的に対応する断面を有する。
【００４０】
球体６０の挿入後に、それは、第１、第２、第３通路６２、６８、７２がそれぞれ第１、第２、第３開口６４、７０、７４と一直線になるように調整される。穴９０を閉じて、球体６０をハウジング５６内に保持するため、リング状シート要素（seat element）９２が穴９０内に置かれる。シート要素９２は、その球体６０に対面する側が球体６０の座部として働くように構成されている。リング状シート要素９２は、例えばネジ９６のような十分な固定手段によりハウジング５６に連結されたエンドプレート９４により、定位置に保持される。
【００４１】
エンドプレート９４の連結前に、スプリング要素８０が、リング状シート要素９２とエンドプレート９４の間に配置される。そのようなスプリング要素８０は、好ましくは環状のスプリング、最も好ましくは螺旋状のスプリングワッシャーであり、リング状シート要素９２を球体６０に押し付け、それにより後者を固定する。しかしながら、スプリング要素８０は、調整具によって外力が加えられたときに球体６０の回転を可能にするのに十分な弾性を有する。
【００４２】
覗き窓２８は、例えば図１に示すように、端部にガラス板を有する管部品であってもよい。しかしながら、図３に示すように、覗き窓２８は、好ましくは取付面に一体化される。この効果で、ガラス板９８がリング状シート要素９２とエンドプレート９４の間に挟持される。第１、第２環状シール１００、１０２は、ガラス板９８と、それぞれリング状シート要素９２、エンドプレート９４との間に配置される。
【００４３】
センタリングピン１１０（図３、図４に見られる）が、延長管２４の対応する穴に係合するために連結面４２に配置されている。そのようなセンタリングピン１１０は、延長管２４に対する光偏向装置４０の正確な位置決めを保証する。
【符号の説明】
【００４４】
１０  溶鉱炉
１２  溶鉱炉壁
１４  熱風システム
２０  羽口
１８  ブローパイプ
１６  バッスル管
２４  延長管
２６  光学監視システム
２８  覗き窓
３０  光学センサ
３４  横ハウジング
４０  光偏向装置
４１  光偏向器
４２  連結面
４４  連結管
４６  第１面
４８  第２面
５０  第３面
５２  ガラス窓
５４  遮断弁
５６  ハウジング
６０  球体
６２  第１通路
６４  第１開口
６６  中心領域
６８  第２通路
７０  第２開口
７２  第３通路
７４  第３開口
７６  開口部
７８  ソケット
８０  スプリング要素
８２  第１回転軸
８４  第２回転軸
８６  スロット
８８  空洞
９０  穴
９２  リング状シート要素
９４  エンドプレート
９６  ネジ
９８  ガラス板
１００  第１環状シール
１０２  第２環状シール
１１０  センタリングピン
【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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