(57)【要約】      （修正有）【課題】熱電対を利用して高炉炉底の耐火レンガの残厚を推定する方法において、耐火レンガ残存厚を一層高精度に推定できる高炉炉底管理方法を提供する。【解決手段】宇宙線ミュオンを利用して耐火物と炉内との境界位置を判定する。境界位置の判定は、宇宙線ミュオンを計測する計測部１２により高炉炉底２を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオン強度と、該炉底透過の宇宙線ミュオンの飛来方向の判別情報と、高炉を非透過の非透過宇宙線ミュオン強度とを一定時間蓄積し、該蓄積データに基づいて炉底の状態を炉底透過の宇宙線ミュオン強度と非透過宇宙線ミュオン強度との強度比で表し、該強度比に基づいて行う。この判定基準として高炉炉底耐火物内に配置された温度計測手段９ａ、９ｂにより計測した計測温度の変動から耐火物への付着物厚みの増減を推定し、短期的な炉内状況変動も管理する。【選択図】図２
2007121203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉底耐火物内に配置された温度計測手段により計測した計測温度に応じて該耐火物の残存厚みを推定し、宇宙線ミュオンを利用して該温度計測した耐火物と炉内との境界位置を判定する境界位置判定手段で判定した該境界位置により該残存厚みを補完する高炉炉底管理方法であって、
前記境界位置判定手段は、宇宙線ミュオンを計測する計測部により高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオン強度と、該炉底透過の宇宙線ミュオンの飛来方向の判別情報と、高炉を非透過の非透過宇宙線ミュオン強度とを一定時間蓄積し、該蓄積データに基づいて炉底の状態を炉底透過の宇宙線ミュオン強度と非透過宇宙線ミュオン強度との強度比で表し、該強度比に基づいて高炉炉底耐火物と炉内の境界位置を判定することを特徴とする高炉炉底管理方法。
【請求項２】
高炉炉底耐火物内に配置された温度計測手段により計測した計測温度に応じて該耐火物の残存厚みを推定し、宇宙線ミュオンを利用して該温度計測した耐火物と炉内との境界位置を判定する境界位置判定手段で判定した該境界位置により該残存厚みを補完する高炉炉底管理方法であって、
前記境界位置判定手段は、宇宙線ミュオンを計測する計測部により高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオン強度と、該炉底透過の宇宙線ミュオンの飛来方向の判別情報と、高炉を非透過の非透過宇宙線ミュオン強度とを一定時間蓄積し、該実測による蓄積データに基づいて炉底の状態を密度として炉底透過の宇宙線ミュオン強度と非透過宇宙線ミュオン強度との強度比で表し、炉底耐火物の密度に対応する該強度比と、炉内の物質の密度に対応する強度比との相違に基づいて高炉炉底耐火物と炉内の境界位置を判定することを特徴とする高炉炉底管理方法。
【請求項３】
前記境界位置判定手段は、前記強度比と炉底耐火物の損耗量との関係を推定し、この推定した関係から前記境界の判定に供された強度比に対応する損耗量を求め、これを実測値による炉底耐火物の損耗量と推定して境界位置を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の高炉炉底管理方法。
【請求項４】
前記境界位置判定手段は、前記高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオンの計測は、前記高炉炉外で、該高炉から水平方向に離れた位置で行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高炉炉底管理方法。
【請求項５】
前記境界位置判定手段は、前記高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオンの計測は、前記温度計測手段により計測した前記耐火物を計測対象として、該炉底の周囲の複数箇所で同時あるいは時間をずらして行い、各計測位置での計測結果に基づいて該計測対象の境界位置を二次元で推定することを特徴とする請求項４に記載の高炉炉底管理方法。
【請求項６】
前記境界位置判定手段は、前記高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオンの計測は、前記高炉の炉底基礎部で行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高炉炉底管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミュオン計測と熱電対による温度計測を補完的に用いてミュオン計測により耐火物厚みの長期的変位を把握し、これを基準として熱電対による温度計測により、耐火物への付着物、厚み等短期的変化を管理する高炉炉底管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の改修時期の決定、高炉の保守、制御などに際し、高炉炉底をなす底盤および側壁の耐火物、例えば耐火レンガの浸食による損耗量を推定することは重要な事項である。
【０００３】
炉底耐火物の損耗量を推定する方法の一つとして、耐火レンガ内の２点に埋め込んだ熱電対の計測温度に基づいて、２点間の温度と距離およびその耐火レンガの熱伝導率から熱流束を計算し、炉内稼動面の温度を例えば溶銑の凝固する温度に仮定して残存厚みを算出する方法で推定する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、炉底耐火物の損耗量を推定する他の方法として、宇宙線ミュオンを利用して高炉炉底耐火物の損耗量（残存厚）を計測する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
この宇宙線ミュオンを利用した計測方法は、高炉炉底を通過したミュオンの強度を測定し、築炉時に計測したミュオン強度の第１データと、時間経過後のミュオン強度の第２データと、予め求めておいたミュオンの強度変化と耐火物厚さとの関係を示す特性線に基づいて、第２データの取得時におけるミュオン強度から耐火物の厚さを推定する。
【０００６】
この特性線は、ミュオンの物質貫通力はエネルギーＥと貫通力Ｘ（ｍ）との間に以下の関係を有するとして得ており、物質の比重を7.8の鉄としている。
【０００７】
Ｘ＝7.8×2.5×103In（1.56・E＋1）
そして、築炉時（耐火物最大厚さ）に上記第１データを測っておくことで、上記数式及び各部の寸法及び比重から右下がりの特性線を引くことができる。したがって、適宜ミュオン強度を測定することで、耐火物の厚さが推定でき、高炉の改修時期の決定が行える。
【特許文献１】特開２００２−２６６０１１号公報
【特許文献２】特開平８−２６１７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した熱電対を用いた高炉炉底耐火物の損耗量推定方法にあっては、推定した損耗量に対して実際に残存している耐火レンガの厚みが厚いというように、推定損耗量と実際の損耗量とに大きな差が生じることがあった。
【０００９】
このように損耗量に差が生じる原因の一つとして、レンガの耐溶銑性が向上したことが考えられる。
【００１０】
一方、上記したミュオンを利用して高炉炉底耐火物の損耗量を計測する方法にあっては、築炉時に計測した第１データのミュオン強度と耐火物の厚さを起点として描かれる特性線を使用し、実際に操業されている高炉内を通過したミュオンの強度をこの特性線にプロットし、そのときの耐火物厚さが高炉炉底の耐火物の厚さと推定している。
【００１１】
本発明の目的は、このような観点に鑑みなされたもので、ミュオン計測と熱電対による温度計測を補完的に用いて、ミュオン計測により耐火物厚みの長期的変位を把握し、これを基準として熱電対による温度計測により耐火物への付着物厚み等短期的変化を管理する高炉炉底管理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次の通りである。
【００１３】
（１）高炉炉底耐火物内に配置された温度計測手段により計測した計測温度に応じて該耐火物の残存厚みを推定し、宇宙線ミュオンを利用して該温度計測した耐火物と炉内との境界位置を判定する境界位置判定手段で判定した該境界位置により該残存厚みを補完する高炉炉底管理方法であって、前記境界位置判定手段は、宇宙線ミュオンを計測する計測部により高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオン強度と、該炉底透過の宇宙線ミュオンの飛来方向の判別情報と、高炉を非透過の非透過宇宙線ミュオン強度とを一定時間蓄積し、該蓄積データに基づいて炉底の状態を炉底透過の宇宙線ミュオン強度と非透過宇宙線ミュオン強度との強度比で表し、該強度比に基づいて高炉炉底耐火物と炉内の境界位置を判定することを特徴とする高炉炉底管理方法。
【００１４】
（２）高炉炉底耐火物内に配置された温度計測手段により計測した計測温度に応じて該耐火物の残存厚みを推定し、宇宙線ミュオンを利用して該温度計測した耐火物と炉内との境界位置を判定する境界位置判定手段で判定した該境界位置により該残存厚みを補完する高炉炉底管理方法であって、前記境界位置判定手段は、宇宙線ミュオンを計測する計測部により高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオン強度と、該炉底透過の宇宙線ミュオンの飛来方向の判別情報と、高炉を非透過の非透過宇宙線ミュオン強度とを一定時間蓄積し、該実測による蓄積データに基づいて炉底の状態を密度として炉底透過の宇宙線ミュオン強度と非透過宇宙線ミュオン強度との強度比で表し、炉底耐火物の密度に対応する該強度比と、炉内の物質の密度に対応する強度比との相違に基づいて高炉炉底耐火物と炉内の境界位置を判定することを特徴とする高炉炉底管理方法。
【００１５】
（３）前記境界位置判定手段は、前記強度比と炉底耐火物の損耗量との関係を推定し、この推定した関係から前記境界位置の判定に供された強度比に対応する損耗量を求め、これを実測値による炉底耐火物の損耗量と推定して境界位置を判定することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の高炉炉底管理方法。
【００１６】
（４）前記境界位置判定手段は、前記高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオンの計測は、前記高炉炉外で、該高炉から水平方向に離れた位置で行うことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の高炉炉底管理方法。
【００１７】
（５）前記境界位置判定手段は、前記高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオンの計測は、前記温度計測手段により計測した前記耐火物を計測対象として、該炉底の周囲の複数箇所で同時あるいは時間をずらして行い、各計測位置での計測結果に基づいて該計測対象の境界位置を二次元で推定することを特徴とする上記（４）に記載の高炉炉底管理方法。
【００１８】
（６）前記境界位置判定手段は、前記高炉炉底を透過して飛来する炉底透過の宇宙線ミュオンの計測は、前記高炉の炉底基礎部で行うことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の高炉炉底管理方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、炉底耐火物を通して熱電対などの温度計測手段により計測した計測温度に基づく耐火物の残存厚推定値を、宇宙線ミュオンを利用した高炉炉底の炉内と耐火物との境界位置の判定結果により補完するので、耐火物の残存厚をより一層高精度に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態による高炉炉底管理方法を説明する縦断面図、図２は図１の平面図を示す。図３は宇宙線ミュオンの計測装置の概略構成を示す斜視図である。
【００２１】
図１及び図２において、高炉１は、グランドレベル（ＧＬ）に対して高さＨの位置に設けられており、炉底２の底盤３及び側壁４は耐火物としての耐火レンガ５により内張りされている。６は出銑口のレベルを示す。
【００２２】
炉底２をなす底盤３および側壁４の耐火物としての耐火レンガ５に、温度計測手段である第１の熱電対９ａと第１の熱電対９ｂを一組として複数組配置され、例えば出銑口６の下部のように損耗量の大きな部位にも配置される。
【００２３】
第１の熱電対９ａは炉内に近い側に位置し、第２の熱電対９ｂはその後方に配置される。各部位に配置された各組の第１の熱電対９ａと第２の熱電対９ｂからの検知信号は、残存厚（以下残厚と略す）を演算する残厚演算器１０ａに入力され、各部位における耐火レンガの残存厚を演算し、モニター、プリンタなどの表示器１０ｂに演算結果である残厚を表示する。
【００２４】
耐火レンガに対する第１の熱電対９ａと第２の熱電対９ｂとの配置位置ｄ１、ｄ２は決まっており、また耐火レンガの熱伝導率も決まっている。したがって、図２（ｂ）に示すように、耐火レンガ内の２点（ｄ１、ｄ２）に埋め込んだ第１の熱電対９ａ、第２の熱電対９ｂの計測温度（ｔ１、ｔ２）に基づいて、２点間の温度と距離およびその耐火レンガの熱伝導率から熱流束を計算することにより図２（ｂ）に示す温度‐耐火レンガの残厚特性線図が得られる。そして、炉内稼動面の温度を例えば溶銑の凝固する温度である１１５０度に仮定すると、このときの耐火レンガの残存厚みｄ３を算出することができる。
【００２５】
このようにして推定した耐火レンガの残厚は、あくまでも耐火レンガの内端面に炉内の溶銑が接していて、例えば耐火レンガの間に溶銑が入り込んでいないこと、あるいは耐火レンガ内に溶銑が滲み込んでいないことを前提としている。
【００２６】
本実施の形態は、一組の熱電対９ａ、９ｂにより温度計測している耐火レンガと炉内の境界位置を、宇宙線ミュオンの計測により判定する判定手段（以下境界位置計測装置と称す）により判定し、該境界位置により前記熱電対に基づいて推定した耐火レンガの残厚を補完するようにしたもので、以下に境界位置計測装置について説明する。
【００２７】
本実施の形態において、宇宙線ミュオン（以下ミュオンと称す）μの計測により耐火レンガと炉内の境界位置を計測する計測装置１１は、高炉１から水平方向に距離Ｌ離れた位置に配置し、高炉１側から到来するミュオンμを計測すると共に、高炉１を透過しないで到来したミュオンμも計測するようにしている。
【００２８】
図３において、本実施の形態における宇宙線ミュオンの計測装置１１は、前部計測面を高炉に向けて設置される計測部１２と、計測部１２で計測した計測結果に基づいて、ミュオンの強度と計測した宇宙線ミュオンの入射方向（水平方向の角度と仰角）を求めて記憶部１３に記憶すると共に、後述する損耗状態の判定を行う判定部１４を有する演算部１５とにより構成されている。演算部１５での演算結果は表示器１６に表示される。表示形態としては、演算結果を表で表示したり、図５〜図８に示す図表、Ｆ/Ｂ強度比の分布モデル図などをカラー表示により表示させたりすることができ、特にＦ/Ｂ強度比の分布モデル図をカラー表示させることにより、図５（ｅ）、図７（ｆ）に示すＦ/Ｂ強度比のレベルをカラーによるグラディエーション化で視覚により判別することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、炉底２の底盤レンガから見て、水平距離Ｌを高炉炉床径の0.8〜1.6倍で、炉底中央のレンガ残存推定位置を見上げる仰角が5〜25度の位置に計測部１２を配置している。
【００３０】
計測部１２は、前側検出器１２１と、該前側検出器１２１と同じ構成の後側検出器１２２とを対向配置し、前側検出器１２１と後側検出器１２２との間に鉄板１２３を配置した構成としている。
【００３１】
前側検出器１２１と後側検出器１２２は、垂直方向に延びる水平方向検知用の第１の検知部１２４を水平方向にｍ行配置すると共に、水平方向に延びる垂直方向検知用の第２の検出部１２５を垂直方向にｎ列配置し、これらｍ行の第１の検知部１２４とｎ列の第２の検知部１２５を前後に配置した構成としている。第１の検知部１２４と第２の検知部１２５とは、例えばアルミニュウムケース内に例えばミュオンの入射により発光するプラスチックシンチレータを長さ方向に沿って配設すると共に、該プラスチックシンチレータの後方に複数個の光電子増倍管を該アルミニュウムケースの長さ方向に沿って等ピッチに配設した構成としている。
【００３２】
したがって、プラスチックシンチレータが発光すると、その発光点の後方位置における光電子増倍管からパルス信号が出力されることになる。この場合、第１の検知部１２４と第２の検知部１２５とからそれぞれパルス信号が出力される。
【００３３】
また、前側検出器１２１及び後側検出器１２２における第１の検出部１２４同士、第２の検出部１２５同士の位置関係は予め設定され、第１の検知部１２４の水平方向に並ぶ各列は例えば高炉炉底２の中心点から径方向における距離が予め判明し、第２の検知部１２５の垂直方向に並ぶ各列は高炉炉底２の所定点に対して垂直方向における距離が予め判明している。
【００３４】
ここで、ある瞬間に高炉炉底２を透過したミュオンμを検知したとする。ミュオンμは前側検出器１２１の第１の検出部１２４と第２の検出部１２５を透過し、さらに鉄板１２３を透過したミュオンμは後側検出器１２２を透過する。水平方向にｍ行に並んだ第１の検出部１２４に着目すると、ミュオンμが透過した前側検出器１２１では左端から例えば６番目であり、後側検出器１２２にあっては左端から７番目であったとすると、水平方向におけるミュオンμの入射角が求まり、高炉炉底に対するこのミュオンμの水平方向における飛来軌跡が求まる。
【００３５】
また、垂直方向にｎ列並んだ第２の検出部１２５に着目すると、ミュオンμが透過した前側検出器１２１では例えば下から４番目であり、後側検出器１２２にあっては下から３番目であったとすると、高炉側から飛来したミュオンμの仰角が求まり、高炉炉底２に対するこのミュオンμの仰角方向における飛来軌跡が求まる。
【００３６】
これらの飛来軌跡は千差万別であり、計測部１２に到来するミュオンμは計測部１２の一点に集中することはなく、高炉炉底２に対する水平平面においては図４に示すように、飛来軌跡が疎の部分もあれば密の部分もあり、また交差する部分も存在するが、このような計測を長時間にわたって行うと、炉底２の炉内７の全域、及び側壁４、底盤３のみを透過したミュオンμを計測することができる。また、仰角方向においても同様である。
【００３７】
なお、計測部１２を炉底２の底盤３よりも上方に配置している場合には、炉底２の底盤３を透過したミュオンμについては計測できないので、本実施の形態では計測部１２を炉底２の底盤３よりも少し下の位置に配置することにより、炉底２の底盤３を透過したミュオンμの計測を可能としている。
【００３８】
ミュオンに比べ数１０倍近い多量の軟成分（電子、ガンマ線など）バックグラウンドを除去するために、中間に置いた鉄による軟成分がつくる多重発生信号を用いた；前方（後方）カウンターを通ったミュオンはそのまま鉄中を直進し後方（前方）カウンターに単一の信号を与えるが、軟成分は鉄中で多数の粒子と光子に変わるため、後方（前方）カウンターに複数の信号を与える。
【００３９】
また、本実施の形態では、前側検出器１２１において高炉側から飛来したミュオンμの強度の検出（以下Ｆ強度とする）を行うと共に、後側検出器１２２において、高炉を通過していないミュオンμの強度を併せて検出（以下Ｂ強度とする）し、このＦ強度およびＢ強度の値を上記記憶部１３に記憶している。
【００４０】
前側検出器１２１で計測したミュオンμのＦ強度は、高炉を透過するので、高炉を透過することなく後側検出器１２２で計測されたミュオンμのＢ強度はＦ強度よりも大きい。また、密度の大きい銑鉄が存在する炉底２の炉内を透過したＦ強度は、銑鉄(密度が約7g/cm3)に比べて密度の小さい耐火レンガ（耐火レンガの成分はカーボンで、密度が約2g/cm3）を透過したＦ強度よりも小さいことはいうまでもないことである。そうすると、高炉を透過しないミュオンμの計測強度であるＢ強度との対比（Ｆ/Ｂ）でＦ強度を調べると、そのミュオンμの透過した飛来軌跡が炉底２の炉内を透過したものであるのか、耐火レンガのみを透過したものであるのかを判断することができる。
【００４１】
本実施の形態では、このＦ/Ｂ強度比とミュオンμの透過した物質の密度（Density）との間に相関関係があることに着目し、炉底２の炉内が全て鉄で満たされたと仮定し、そのときの物質の密度（density）を7.8g/cm3とした状態１、5.85g/cm3とした状態２、3.9g/cm3とした状態３、1.95g/cm3とした状態４について、炉底２におけるＦ/Ｂ強度比の分布モデルをモンテカルロシミュレーション（Monte Carlo Simulation）に基づいて作成し、これらの状態１〜状態４により得られた密度とＦ/Ｂ強度比の特性線を得ている。
【００４２】
ここで、状態１の密度は例えば鉄に相当し、状態２の密度は例えばコークスと鉄との混合物（鉄の比重が大）に相当し、状態３の密度は例えばコークスと鉄の混合物（コークス比率が大）に相当し、状態４の密度は例えば耐火レンガに近い値である。
【００４３】
図５の（ａ）〜（ｄ）は状態１〜状態４におけるこのＦ/Ｂ強度比の分布モデルを夫々示し、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向は仰角方向、Ｚ方向はＦ/Ｂ強度値を示している。また、図５において、Ｘ方向は図２のαで示すように、計測部１２の中心点から炉底２の炉壁の外周面に接する左端の接線を０（mrad）とし、右端の接線まで時計回りに１０００（mrad）スキャンした状態（計測部１２の中心点と炉心の中心を結ぶ位置は丁度５００mradとなっている）を示し、Ｙ方向は図１のβで示すように、水平線を０（mrad）とし、仰角５００（mrad）までスキャンした状態を示している。
【００４４】
なお、モンテカルロシミュレーションによるＦ/Ｂ強度比の分布モデルの作成方法についての説明は省略するが、図５（ａ）〜（ｄ）（ｆ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図は、Ｆ/Ｂ強度比を等高線として表し、Ｆ/Ｂ強度比が高いほど等高線が高い位置に存在するので、図５の各モデル図は周囲から中心に向かって等高線が低くなっている。また築炉時における炉底２の底盤３、及び側壁４の耐火レンガ５の厚さといった炉底構造が予め判明しているので、操業の開始後における耐火レンガと溶銑との境目となる位置は、この炉底２のデータから築炉時における耐火レンガの表面から後退した位置となる。なお、図５（ｅ）に等高線とＦ/Ｂ強度比との関係を示し、上から下に向かってＦ/Ｂ強度比が小さくなり、これを色彩によるグラディエーション化を施して示すと、一番上が赤色、一番下が濃紺色となり、その間をオレンジ色、黄色、黄緑色、緑色、青色と順次変化することで示され、これに対応して図５（ａ）〜（ｄ）（ｆ）のＦ/Ｂ強度比の分布モデル図は外周側の等高線が暖色系で、中心部が寒色系で示される。なお、図５（ａ）〜（ｄ）（ｆ）の等高線の一部に示す数値はＦ/Ｂ強度比値を示す。また、後述する図６〜図８についても同様である。
【００４５】
図５（ａ）において、Ｘ方向に５００（mrad）の位置が炉底２の水平方向における中心位置であり、仰角において、水平と略等しい０〜１５０（mrad）程度の範囲にあっては底盤３の耐火レンガのみを透過するものと推測できるので、この範囲でのＦ/Ｂ強度比は大きい値を示している。仰角をさらに上げ、１５０〜２００（mrad）の範囲にあってはＦ/Ｂ強度比が徐々に低下する傾向にあり、仰角が３５０〜５００（mrad）の範囲に達すると、Ｆ/Ｂ強度比が大きく低下する。ここで仰角が５００（mrad）で、水平方向が５００（mrad）の位置は炉底２の底盤３表面よりも上方に位置しているので、この位置でのＦ/Ｂ強度比は銑鉄を透過したミュオンμのＦ/Ｂ強度比とすることができ、この位置でのＦ/Ｂ強度比は0.257である。したがって、図５（ａ）より、炉内の充填物の密度を7.8g/cm3とした状態１にあっては、密度7.8g/cm3でのＦ/Ｂ強度比が0.257として与えられる。
【００４６】
図５（ｂ）に示す炉内充填物の密度を5.85g/cm3とした場合のＦ/Ｂ強度比の分布モデルにおいて、仰角４００〜５００（mrad）での炉内中心部に存在する部分のＦ/Ｂ強度比が0.341として与えられる。
【００４７】
図５（ｃ）に示す炉内充填物の密度を3.1g/cm3とした場合のＦ/Ｂ強度比の分布モデルにおいて、仰角４００〜５００（mrad）での炉内中心部に存在する部分のＦ/Ｂ強度比が0.426として与えられる。
【００４８】
図５（ｄ）に示す炉内充填物の密度を1.95g/cm3とした場合のＦ/Ｂ強度比の分布モデルにおいて、仰角４００〜５００（mrad）での炉内中心部に存在する部分におけるＦ/Ｂ強度比が0.554として与えられる。
【００４９】
このように、密度と、各密度におけるＦ/Ｂ強度比との関係を示したのが図６である。
【００５０】
図６は、縦軸にＦ/Ｂ強度比、横軸に密度（g/cm3）を表しており、図５の（ａ）〜（ｄ）に示す４点をプロットして得たＦ/Ｂ強度比-密度特性線を示している。
【００５１】
この図６に示すＦ/Ｂ強度比‐密度特性線を用いることにより、実際に測定したミュオン強度のＦ/Ｂ強度比が判明すれば、炉底２の炉内に充填されている物質の密度を推定することが可能となる。これは、耐火レンガと炉内充填物との境目がわかれば耐火レンガの厚みを推定できるということに基づくものである。
【００５２】
図５（ｆ）は計測部１２で計測したミュオンμの飛来軌跡、及びＦ値及びＢ値を実測値のデータとし、これらの実測データに基づくモンテカルロシミュレーションによるＦ/Ｂ強度比の分布モデルを示しており、図５（ｆ）において最もＦ/Ｂ強度比が低い値は0.341である。そして、図６の特性線において、実測値によるＦ/Ｂ強度比0.341に対応する密度（g/cm3）は6.3470である。
【００５３】
したがって、炉底２の炉内に充填されている物質の密度（g/cm3）が6.3470として推定できることになる。なお、図６（ａ）は図５（ｆ）に示す実測値のＦ/Ｂ強度比の分布モデル図、図６（ｂ）は図５（ｄ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図である。
【００５４】
上述のように、炉底２の炉内に充填されている物質の密度が特定できたので、炉内充填物質を透過したミュオンμのＦ/Ｂ強度比と、耐火レンガを透過したＦ/Ｂ強度比とに明確な差が生じている。また、予め判明している築炉時の耐火レンガの内端面の位置、例えば炉底２の底盤３の損耗量を確認するのであれば、築炉時における底盤３の内面高さ、また炉底２の側壁４の損耗量を確認するのであれば該側壁４の内面位置から耐火レンガの厚み方向に入り込んだ複数点でのＦ/Ｂ強度比のそれぞれについて、上述した図５および図６と同様にモンテカルロシミュレーションによるＦ/Ｂ強度比の分布モデルを作成することでＦ/Ｂ強度比‐耐火レンガの損耗量（現存する厚み）との関係を示す特性線を得ることができる。
【００５５】
図７は、炉底２の底盤３の損耗量の計測方法を説明する図で、（ａ）は底盤３が損耗していない状態を基準点とし、この基準点を０ｃｍとして以下、５０ｃｍ損耗した状態（−５０ｃｍ）、１００ｃｍ損耗した状態（―１００ｃｍ）の位置関係を示し、（ｂ）〜（ｄ）は上記した（ａ）に示す３つの状態について、ミュオンμのＦ/Ｂ強度比の分布モデル図をモンテカルロシミュレーションにより作成したものを示し、（ｂ）は０ｃｍの損耗状態、（ｃ）は５０ｃｍの損耗状態、（ｄ）は１００ｃｍの損耗状態を示す。なお、（ｂ）〜（ｄ）のモンテカルロシミュレーションによるＦ/Ｂ強度比の分布モデル図の作成に際し、炉底２の炉内物質の密度（g/cm3）を図６に示す特性線により求めた6.347としている。
【００５６】
図７の（ｂ）〜（ｄ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図は、図５の（ａ）〜（ｄ）と同様にＦ/Ｂ強度比を等高線により表したもので、外周側から中心側に向かうに従って等高線の示すＦ/Ｂ強度比が小さくなっている。また、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向についても図５と同様である。
【００５７】
図７（ｂ）〜（ｄ）において、Ｘ方向の位置を炉の中心を通る５００（mrad）として、（ｂ）〜（ｄ）のいずれにおいても検出器側では炉底レンガを、遠方側では炉内銑鉄部を通るような、（ｂ）〜（ｄ）において一定の光路（仰角）を選べば、光路は炉内で炉底レンガと炉内銑鉄部の境界を横切ることになり、またレンガ損耗量によって境界が相違するため、（ｂ）〜（ｄ）それぞれにおいてレンガ部と銑鉄部の通過距離が変わり、Ｆ/Ｂ強度比が異なることになる。
【００５８】
このようにして求めたＦ/Ｂ強度比は、損耗量０ｃｍでは0.929、損耗量−５０ｃｍでは0.895、損耗量−１００ｃｍでは0.87であった。なお、図７（ｅ）は実測値に基づくＦ/Ｂ強度比の分布モデル図を示し、図５（ｆ）と同一のものである。
【００５９】
図８は、縦軸をＦ/Ｂ強度比、横軸を損耗量としたＦ/Ｂ強度比‐損耗量特性線図を示し、上記した３点のデータ（０ｃｍでは0.929、−５０ｃｍでは0.895、−１００ｃｍでは0.87）をプロットすることにより得られる。なお、図８（ｂ）、（ｃ）（ｄ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図は、図７（ｂ）、（ｃ）（ｄ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図にそれぞれ対応している。
【００６０】
図８（ａ）は実測値に基づいて作成したＦ/Ｂ強度比の分布モデル図で、図５（ｆ）、図６（ａ）、図７（ｅ）のＦ/Ｂ強度比の分布モデル図と同一である。
【００６１】
このようにして得られたＦ/Ｂ強度比‐損耗量特性線図は、図８（ａ）に示す実測値に基づいて作成したＦ/Ｂ強度比の分布モデル図において、Ｘ方向で５００（mrad）の位置で、Ｙ方向におけるＦ/Ｂ強度比が最も大きいところはミュオンμが耐火レンガのみを透過していることを示し、この位置が炉底２の底盤３表面と炉内に充填されている物質との境界を示すので、この位置におけるＦ/Ｂ強度比が判明すれば、炉底２の底盤３の損耗量が導き出されることになる。図８（ａ）の実測値において炉内に充填された物質との境界位置におけるＦ/Ｂ強度比は0.914で、そのときの損耗量は20.734ｃｍであった。
【００６２】
図５〜図８を参照しながら説明した上述のモンテカルロシミュレーションによるＦ/Ｂ強度比の分布モデルの作成及び図６に示すＦ/Ｂ強度比‐密度特性線、図８に示すＦ/Ｂ強度比‐損耗量特性線図の作成、実測値のＦ/Ｂ強度比の分布モデルからのデータの抽出、この抽出したデータから密度、損耗量を演算する処理は図３に示す演算部１５の判定部１４により実行される。
【００６３】
本実施の形態では、炉底２の底盤３の全域を計測対象とし、図１、および図２に示すように、一組の熱電対９ａ、９ｂが配置されている部分がカバーされており、水平方向の角度、仰角との座標から特定される一組の熱電対９ａ、９ｂの配置位置における炉内と耐火レンガの境界をそれぞれ決定する。
【００６４】
炉内と耐火レンガの境界位置ｄ４が決定すると、図２（ｂ）に示す一組の熱電対９ａ、９ｂの温度計測に基づく残厚ｄ３と比較する。図２（ｂ）では境界位置（残厚）ｄ４が熱電対の温度計測に基づく残厚ｄ３よりも大きい。この場合、ミュオンμを利用して求めた残厚ｄ４を参考にして、残厚の推定値を決定する。
【００６５】
ただし、ミュオンμ計測により精度の良い耐火物残厚を推定するには週から月単位の期間が必要であるため、ミュオン計測は長期的な耐火物残厚変化の推定に用い、時から日単位の付着物厚み変化など短期的な炉内状況変化は熱電対による温度計測を用いるという補完的な炉内管理方法が可能である。
【００６６】
なお、上記した実施の形態では、ミュオンμを利用して炉内と耐火レンガとの境界の判別を炉底２の全体にわたって行っているが、炉底２の各所に点在して配置した一対の熱電対９ａ、９ｂに対し、この熱電対が配置されている箇所だけを狙うように高さ、水平角度、仰角などを調節して計測部１２を配置し、上記の手法により得た耐火レンガの損耗プロファイルを適用することで、当該熱電対９ａ、９ｂの計測対象とする耐火レンガの残厚（損耗量）を高精度に推定することができる。このように、高炉の築炉時から継続して監視していなくても、高炉の操業途中からの耐火レンガの損耗量の推測が可能となるのは、Ｆ/Ｂ強度比を利用していることによる。
【００６７】
ミュオンμを利用した炉底２の耐火レンガの残厚（損耗量）の推定方法としては、上記した方法以外に以下の方法がある。
【００６８】
第２の実施の形態
図９は本発明の第２の実施の形態を示す。
【００６９】
本第２の実施の形態は、炉底２の底盤３の損耗量を計測するために、計測部１２を炉底基礎部８に配置し、上方から炉底２の底盤３を透過するミュオンμを計測する。この場合、計測部１２は計測面を垂直線と直交させて水平面と一致するように設置する。炉底基礎部８に計測部１２を設置するのは、高炉１の改修などの築炉時に埋設することにより行われる。
【００７０】
上記した第１の実施の形態において、計測部１２の後側検出器１２２は計測部１２に到達するミュオンμの入射角（水平方向及び垂直方向の角度）を計測する役割と、前側検出器１２１及び鉄板１２３側とは反対側から到来するミュオンμの強度を計測することで高炉１を全く透過していないミュオンμの強度を得る役割を有していたが、本第２の実施の形態のように、計測部１２の計測面を垂直線に対して直交させるように設置すると、炉底基礎部８に埋設されている計測部１２の後側検出器１２２にはその背面側からミュオンμが到来することがないので、前記Ｂ強度を計測することができない。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、Ｂ強度を計測するために地上にＢ強度検出器１２４を設置している。このＢ強度検出器１２４は、例えば前側検出器１２１を構成する第１の検出部１２４或いは第２の検出部１２５と同一構成のものを使用することができ、計測面を垂直線に対して直交するように配置し、高炉１を透過したミュオンμが到来しないようにしている。
【００７２】
本第２の実施の形態のように、計測部１２を炉底基礎部８に埋設することにより、炉底２の底盤３を全体的に直接観察できるので、図５〜図８に示すモンテカルロシミュレーションによって得られるＦ/Ｂ強度比の分布モデル図の精度も高くなり、底盤３の耐火レンガの損耗量の推定精度がより一層高くなる。したがって、底盤３の任意の箇所に配置した熱電対９ａ、９ｂにより温度計測される耐火レンガ５と炉内の境界を確実に判定することができる。
【００７３】
図５から図８に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図において、Ｘ方向を水平方向の角度、Ｙ方向を仰角、Ｚ方向をＦ/Ｂ強度比としているが、本第２の実施の形態では、Ｘ方向が炉底２の中心からの水平方向の角度、Ｙ方向は垂直線に対する角度として示される。
【００７４】
第３の実施の形態
上記した第１の実施の形態では、計測部１２を高炉１から水平方向に離れた位置に設置し、一箇所のみで炉底２を透過したミュオンμを計測し、仰角方向のデータを加えることにより、図５〜図８に示すように３次元的にＦ/Ｂ強度比の分布モデル図を作成し、底盤３の損耗量を計測している。
【００７５】
これに対し、本第３の実施の形態は、炉底２の周囲の複数箇所で炉底２を透過したミュオンμの計測を行うことにより、底盤３だけでなく、側壁４の耐火レンガと炉内との境界を２次元的に容易に得ることができる。
【００７６】
したがって、図５〜図８に示すモンテカルロシミュレーションによって得られるＦ/Ｂ強度比の分布モデル図が二次元で表示でき、炉底２の底盤３又は側壁４における耐火レンガの損耗量の推定が高精度に行える。したがって、熱電対９ａ、９ｂを配置した耐火レンガと炉内の境界位置を高精度に判定することができる。
【００７７】
ここで、炉底２の周囲の複数箇所で炉底２を透過したミュオンμの計測を行う方法として、例えば、計測部１２を炉底２の周囲に複数配置することにより実現できる。この場合、計測部１２を配置箇所の数だけ用意する必要があり、また複数箇所で同時にミュオンμの計測を行わなければならない必要性もなく、またミュオンμの計測期間も長いので、一つの計測部１２を複数の計測箇所に移動して計測することも可能である。
【００７８】
以上のように、上記した各実施の形態にあっては、炉底２を透過して計測部１２で計測するミュオンμは種々の飛来軌跡を辿ったものであるため、これらのデータを蓄積することにより、モンテカルロシミュレーションを用いて炉底２の炉内及び底盤、側壁の状態を二次元として容易に推定可能である。
【００７９】
そして、Ｆ/Ｂ強度比を用いることによりミュオンμが実際に透過した物質（一つの物質もあれば複数の物質の混合物もある）の密度を知ることができ、炉底２の炉内及び底盤、側壁との状態をＦ/Ｂ強度比と密度の関係で表すことができる。このことから、実際に計測したデータから炉内に存在すると思える物質の密度が推定できれば、この炉内物質と底盤あるいは側壁との境界位置が判明する。
【００８０】
また、実測値に基づいて炉内物資の密度が推定できたので、例えば築炉時における耐火レンガを基準とし、この基準値および複数の損耗量とＦ/Ｂ強度比との関係を求めておけば、実測値における炉内物質と耐火レンガとの境界位置でのＦ/Ｂ強度比から耐火レンガの損耗量を推定することができる。
【００８１】
このように、ミュオンμの透過した物質固有の情報とすることができるＦ/Ｂ強度比を用いることにより、従来のように、特定の入射角度で測定したミュオンμの強度を操業開始から継続して測定せずに済み、操業の途中からでも、また特定箇所での損耗量の測定が可能となる。
【００８２】
また、図８に示す特性線により最終的に耐火レンガの損耗量を推定できるようにしているが、図５〜図８に示す実測値のＦ/Ｂ強度比の分布モデル図中に、耐火レンガと炉内物質との境界位置を示すようにすること、あるいは耐火レンガの損耗により初期位置から現在の後退した位置を示すようにしても良い。特に、第２の実施の形態、及び第３の実施の形態のように、Ｆ/Ｂ強度比の分布モデル図を高精度に作成するのに有利な方法では、耐火レンガと炉内物質との境界位置などの表示をより一層高精度に行える。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による高炉炉底管理方法を説明する縦断面図。
【図２】（ａ）は図１の平面図および熱電対を用いた残厚計測装置のブロック図、（ｂ）は熱電対を用いた温度‐耐火レンガ厚みの関係を示す特性線図。
【図３】図１、図２に示すミュオンの計測装置の概略構成を示す斜視図。
【図４】ミュオンの飛来軌跡を示す図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は炉内物質の密度を変数とし、密度とＦ/Ｂ強度比との関係を示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図、（ｅ）はＦ/Ｂ強度比のレベルを示す図、（ｆ）は実測値を示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図。
【図６】Ｆ/Ｂ強度比と密度との関係を示す特性線図で、（ａ）は実測値でのＦ/Ｂ強度比の分布モデル図、（ｂ）は図５の（ｄ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図
【図７】（ａ）は炉底の底盤の損耗量を変数として示す縦断面図、（ｂ）〜（ｄ）は損耗量とＦ/Ｂ強度比との関係を示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図、（ｅ）は実測値のＦ/Ｂ強度比の分布モデル図、（ｆ）はＦ/Ｂ強度比のレベルを示す図。
【図８】Ｆ/Ｂ強度比と損耗量との関係を示す特性線図で、（ａ）は実測値のＦ/Ｂ強度比の分布モデル図、（ｂ）〜（ｄ）は図７の（ｂ）〜（ｄ）に示すＦ/Ｂ強度比の分布モデル図。
【図９】本発明の第２の実施の形態による高炉炉底耐火物の損耗状態確認方法を説明する縦断面図。
【符号の説明】
【００８４】
１  高炉
２  炉底
３  底盤
４  側壁
５  耐火レンガ
６  出銑口
７  炉内
８  炉底基礎部
９ａ、９ｂ  熱電対
１０ａ  残厚演算器
１０ｂ  表示器
１１  計測装置
１２  計測部
１２１  前側検出器
１２２  後側検出器
１２３  鉄板
１２４  第１の検出部
１２５  第２の検出部
１３  記憶部
１４  判定部
１５  演算部
【図１】
2007121203.tif 000003
【図２】
2007121203.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007121203.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007121203.tif 000008
【図７】
2007121203.tif 000009
【図８】
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【図９】
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