(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベル式高炉炉頂部に配設された原料装入装置のガス漏れ診断方法において、小ベルおよび中ベル上方の炉内にそれぞれ設置した可聴音域音響センサで、前記小ベルまたは中ベルの診断対象ベルの下方が炉内圧、および、前記診断対象ベルの上方が大気圧となった時の炉内音を計測し、前記可聴音域音響センサでガス漏れが無い時に計測した音響データの周波数領域ごとの音圧レベルを基準値とし、前記可聴音域音響センサで計測した音響データの周波数領域ごとの音圧レベルを前記基準値と比較することにより、下記（１）〜（３）のようにガス漏れの有無と程度を判定することを特徴とする高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法。
（１）可聴音域内の高周波領域の音圧レベルが基準値と比較して上昇し、可聴音域内の低周波領域の音圧レベルが基準値と差がない時は、ガス漏れの初期段階と判定する。
（２）可聴音域内の低周波領域の音圧レベルが基準値と比較して上昇し、可聴音域内の高周波領域の音圧レベルが基準値と差がない時は、ガス漏れ量増大期と判定する。
（３）可聴音域内の低周波領域および高周波領域の音圧レベルが基準値と差がない時は、ガス漏れ無しと判定する。
【請求項２】
請求項１記載の高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法において、前記可聴音域音響センサを炉内円周方向に複数設置し、炉内音をそれぞれ計測し、前記複数の可聴音域音響センサで計測した音響データの音圧レベルを比較することにより、ガス漏れの有無の判定とガス漏れの位置を同定することを特徴とする高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベル式高炉炉頂部に配設された原料装入装置におけるガス漏れ診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベル式高炉の原料装入装置は、炉頂から原料を炉内に装入するために、上下複数段にホッパーを設け、各ホッパーの下部開口端に配設された円錐形部材であるベルの開閉によって、原料を上位ホッパーから順次下位ホッパーに落下させ、最終的に炉内へ装入する機構である。
【０００３】
最近の高炉は高圧操業が一般的であり、これを実現するためベル式高炉の原料装入装置では、ベルを４段式とし、ベルを順次開閉することにより炉内圧を高圧（普通ゲージ圧で2.5kgf/cm2程度）に保っている。第１図は、ベル式高炉の一般的な原料装入装置の装置構成例を示し、１は高炉、 ２は大ベルホッパー、 ３は大ベル、 ４は中ベルホッパー、５は中ベル、 ６は小ベルホッパー、 ７は小ベル、 ８は旋回ホッパー、 ９は旋回ベル、１０は均圧弁、１１は排圧弁をそれぞれ表す。
【０００４】
ベル式高炉の高圧操業下における、原料装入手順を以下に説明する。まず、旋回ベル９を下方に押し下げることにより、旋回ホッパー８に貯えられた原料は自重で小ベルホッパー６に落下する。なお、装入する原料を炉内円周方向に均一分配するために、旋回ホッパー８は常時回転しており、旋回ホッパー８と旋回ベル９の間には若干の隙間が存在する。したがって、旋回ベル９の上下部は常時大気圧であり、旋回ベル９を開閉するに際して、旋回ベル９の上部内圧と下部内圧とを均圧にする手段は必要ない。
【０００５】
小ベルホッパー６に貯えられた原料を中ベルホッパー４に落下させる際には、排圧弁１１を開き小ベル７の下部内圧を大気に開放し、小ベル７の下部内圧と上部内圧とを均圧にしたのち、小ベル７を押し下げ小ベルホッパー６に貯えられた原料を自重で中ベルホッパー４に落下させる。
【０００６】
中ベルホッパー４に貯えられた原料を大ベルホッパー２に落下させる際には、均圧弁１０を開き中ベル５の下部内圧と上部内圧とを均圧にしたのち、中ベル５を押し下げ中ベルホッパー４に貯えられた原料を自重で大ベルホッパー２に落下させる。
【０００７】
大ベルホッパー２に貯えられた原料を炉内に装入する際には、大ベル３を押し下げ大ベルホッパー２に貯えられた原料を自重で高炉１の炉内に落下させる。なお、大ベル３と大ベルホッパー２の間は、一般に若干の隙間があり、大ベル３の上下部は炉内圧となっているため、大ベル３を開閉するに際して、大ベル３の上部内圧と下部内圧とを均圧にする手段は必要ない。
【０００８】
これら一連の動作は連続して行われ、中ベル５と中ベルホッパー４および小ベル７と小ベルホッパー６間のシール部には一定周期毎に片圧力が作用するため、その気密性の確保はベル式高炉の原料装入には不可欠なものである。
【０００９】
図２は、ベルとベルホッパー間のシール部の構造を示す図であり、４は中ベルホッパー、 ５は中ベル、 ６は小ベルホッパー、 ７は小ベル、１２は吊ロッド、１３は開閉レバー、１４は油圧シリンダー、１５はパッキンをそれぞれ表している。中ベル５もしくは小ベル７は、油圧シリンダー１４と連動した開閉レバー１３および吊ロッド１２を介して上下に動き、中ベルホッパー４もしくは小ベルホッパー６に取付られているパッキン１５と密着することにより気密性が保たれている。
【００１０】
しかし、たとえば、中ベル５もしくは小ベル７とパッキン１５との間に原料粒が付着すると、気密性が悪化し、ガス漏れを生じる。このガス漏れの検知が遅れると、パッキン１５の損傷のみならず、中小ベル本体５，７さらには中小ベルホッパー４，６の損傷にいたり、その復旧に多大の休風時間と労力を要し、高炉操業に重大な悪影響をおよぼすことになる。
【００１１】
上述のような中小ベルでのガス漏れ検出を行うため、従来次のような方法が行われていた。
【００１２】
従来技術１（定期的な開放検査による方法）
数ヶ月周期の定期休風時に装置を開放検査し、パッキンとベルの接触面に「ガスカット」と呼ばれる傷がついていないかなど、作業員が目視でガス漏れの有無を点検するものである。
【００１３】
従来技術２（見回り点検時の異音の有無確認による方法）
操業オペレータや保全員が毎日行っている設備の見回り点検時に、高炉鉄皮の外部より、ガス漏れに伴って生じる異常音の有無を、人の耳で確認し、ガス漏れの有無を判断するものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術には、次のような問題点がある。
【００１５】
従来技術１（定期的な開放検査による方法）の問題点
検査周期が長いためガス漏れの初期段階での検知が難しく、定期的な開放検査でガス漏れを認識した時には、中小ベル本体５，７さらには中小ベルホッパー４，６の損傷に至っていることが多くあり、復旧に多大の休風時間と労力を要し、高炉操業に重大な悪影響を及ぼす。
【００１６】
従来技術２（見回り点検時の異音の有無確認による方法）の問題点
人の五感による点検のため個人差が大きく、判定精度のバラツキが大きい。本方式は、高炉鉄皮の外部からの点検のため、ガス漏れ程度が相当に進行してからでないと認識できないため、ガス漏れ認識時には、中小ベル本体５，７さらには中小ベルホッパー４，６の損傷に至っていることも多い。  また、漏洩の程度と漏洩位置を正確に特定することができないため、修復工事の事前準備において、取替部品や工事用機材の準備が必要以上に大規模となる。
【００１７】
本発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、ガス漏れの有無検知，ガス漏れの程度判定および漏洩位置の同定を容易に、かつ正確に行うことのできる高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の発明により解決される。
【００１９】
本願の請求項１に係る発明は、ベル式高炉炉頂部に配設された原料装入装置のガス漏れ診断方法において、小ベルおよび中ベル上方の炉内にそれぞれ設置した可聴音域音響センサで、前記小ベルまたは中ベルの診断対象ベルの下方が炉内圧、および、前記診断対象ベルの上方が大気圧となった時の炉内音を計測し、前記可聴音域音響センサでガス漏れが無い時に計測した音響データの周波数領域ごとの音圧レベルを基準値とし、前記可聴音域音響センサで計測した音響データの周波数領域ごとの音圧レベルを前記基準値と比較することにより、下記（１）〜（３）のようにガス漏れの有無と程度を判定することを特徴とする高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法である。
（１）可聴音域内の高周波領域の音圧レベルが基準値と比較して上昇し、可聴音域内の低周波領域の音圧レベルが基準値と差がない時は、ガス漏れの初期段階と判定する。
（２）可聴音域内の低周波領域の音圧レベルが基準値と比較して上昇し、可聴音域内の高周波領域の音圧レベルが基準値と差がない時は、ガス漏れ量増大期と判定する。
（３）可聴音域内の低周波および高周波領域の音圧レベルが基準値と差がない時は、ガス漏れ無しと判定する。
【００２０】
本願の請求項２に係る発明は、請求項１記載の高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法において、前記可聴音域音響センサを炉内円周方向に複数設置し、炉内音をそれぞれ計測し、前記複数の可聴音域音響センサで計測した音響データの音圧レベルを比較することにより、ガス漏れの有無の判定とガス漏れの位置を同定することを特徴とする高炉原料装入装置のガス漏れ診断方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。図３は、診断装置の構成図である。図中、１６は音響センサ、１７は増幅器、１８は演算器、１９は比較判定器、２０は設定器、２１は警報表示器、２２はデータ管理用コンピュータをそれぞれ表している。なお、これ以外の符号は、図１および２と同じである。
【００２５】
図３において、高炉炉内の中ベル５および小ベル７の上方円周方向にそれぞれ複数個の音響センサ１６を設置し、音響センサ１６からの音圧信号を増幅器１７で増幅する。ここで、音響センサ１６は、高炉上部内（５０〜１２０℃、普通ゲージ圧で2.5kgf/cm2程度および粉塵環境）での計測をするため工夫をしている。すなわち、振動板に金属を使用したり、詰まり防止のためにセンサ本体を鞘管に収めて窒素パージするなどである。
【００２６】
音響センサを高炉炉内に設置することにより、周囲の雑音に影響されない高精度なガス漏れ検知が可能となり、ガス漏れの初期段階で検出することができる。また、診断対象ベルの上方円周方向に複数の音響センサを設置することにより炉内の音圧分布を把握し、音源すなわちガス漏洩位置を同定することができる。
【００２７】
増幅した音圧信号の全周波数領域における音圧レベルと高周波成分の音圧レベルと低周波成分の音圧レベルを演算器１８で、可聴音域内の低周波成分と高周波成分および全周波数領域に分けて、それぞれの音圧レベルを演算する。可聴音域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚであり、可聴音域内の低周波成分と高周波成分とに分けるのは、ガス漏れの初期段階とガス漏れ量増大期では、漏洩音の周波数成分が異なることに着目したことによる。
【００２８】
図４は、ガス漏れが無い時の音響データの周波数分析例を示す図であり、全周波数領域にわたって音圧レベルがあまり変動せず、ほぼ一定であることが分る。次に、図５は、ガス漏れの初期段階の音響データの周波数分析例を示す図であり、図４と比べて高周波領域で音圧レベルが実質的に上昇している。さらに、図６は、ガス漏れ量増大期の音響データの周波数分析例を示す図であり、図４と比べて周波領域の真中１０ｋＨｚ以下の低周波領域で音圧レベルが実質的に上昇している。
この例では、低周波領域と高周波領域の境の周波数を１０ｋＨｚとしているが、対象とする高炉原料装入装置の特性により適正に設定されるべきものである。特性によっては、多段階（例えば、低・中・高周波領域など）に設定することも有効である。
【００２９】
ガス漏れ検知のための音圧レベルの判定しきい値を、設定器２０で予め設定する。設定項目は、この例では可聴音域内の全周波数領域における音圧レベルと高周波成分の音圧レベルと低周波成分の音圧レベルの３種類である。これらガス漏れ検知のための音圧レベルの判定しきい値は、ガス漏れが無い時の音圧レベルに基づいて設定される。
【００３０】
予め設定されている周波数領域毎の判定しきい値と、演算器１８で演算された周波数領域毎の音圧レベルとを、比較判定器１９で比較し、ガス漏れが発生していると判断された場合には警報表示器２１に警報を出力する。
【００３１】
具体的な判断ロジックは、以下のようである。
▲１▼ガス漏れが無い時に計測した音響データの周波数領域ごとの音圧レベルを基準値とする。
▲２▼可聴音域内の高周波領域の音圧レベルが基準値と比較して実質的に上昇し、  可聴音域内の低周波領域の音圧レベルが基準値と実質的に差がない時は、ガス漏れの初期段階と判定する。
▲３▼聴音域内の低周波領域の音圧レベルが基準値と比較して実質的に上昇し、可聴音域内の高周波領域の音圧レベルが基準値と実質的に差がない時は、ガス漏れ量増大期と判定する。
▲４▼可聴音域内の低周波領域および高周波領域の音圧レベルが基準値と実質的に差がない時は、ガス漏れ無しと判定する。
【００３２】
また、演算器１８で演算された周波数領域毎の音圧レベルは、データ管理用コンピュータ２２に保存され、傾向管理により修復工事を実施すべき時期を推定できる。図７は、周波数領域毎の音圧レベルの傾向管理例を示す図である。全周波数帯域での音圧レベルが急上昇し始めたとしても、高周波数帯域および低周波数帯域での音圧レベルの変化を見て、直に修理を行うべきか、もう少し修理を伸ばすことができるかを的確に判断できる。図７の例では、全周波数帯域での音圧レベルが急上昇し始めたとしても、高周波数帯域のみが上昇しており、低周波数帯域での変化はあまり無く漏洩初期であると判断でき、直に修理を行う必要は無く低周波数帯域での変化が出始めるまで修理を延ばすことができる。このように、定量化された音圧測定データの傾向管理により、修復工事を実施すべき時期を的確に判断することができる。
【００３３】
【実施例】
次に、中・小ベルでの具体的なガス漏れ診断手順を記す。
【００３４】
(1)中ベルのガス漏れ診断方法
図１において、中ベル５および均圧弁１０を閉止し、排圧弁１１を開放することにより、中ベル５の下部は炉内圧による高圧状態となり、中ベル５の上部は大気圧となる。
【００３５】
この状態で、中ベル５の上部に設置した音響センサで音圧測定を行う。中ベル５と中ベルホッパー４の間にガス漏れがある場合には、ガス漏洩音を生じるので、上述した診断方法によって、ガス漏れを検知することができる。
【００３６】
(2)小ベルのガス漏れ診断方法
図１において、小ベル７および排圧弁１１を閉止し、中ベル５もしくは均圧弁１０を開放することにより、小ベル７の下部は炉内圧による高圧状態となり、小ベル７の上部は大気圧となる。
【００３７】
この状態で、小ベル７の上部に設置した音響センサで音圧測定を行う。小ベル７と小ベルホッパー６の間にガス漏れがある場合には、ガス漏洩音を生じるので、上述した診断方法によって、ガス漏れを検知することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、高炉原料装入装置のガス漏れの有無検知，ガス漏れの程度判定および漏洩位置の同定を容易に、かつ正確に行うことのできる。さらに、修復工事を実施すべき時期を的確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベル式高炉の一般的な原料装入装置の装置構成を示す図
【図２】ベルとベルホッパー間のシール部の構造を示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る診断装置の構成図
【図４】ガス漏れが無い時の音響データの周波数分析例を示す図
【図５】ガス漏れの初期段階の音響データの周波数分析例を示す図
【図６】ガス漏れ量増大期の音響データの周波数分析例を示す図
【図７】周波数領域毎の音圧レベルの傾向管理例を示す図
【符号の説明】
１：高炉
２：大ベルホッパー
３：大ベル
４：中ベルホッパー
５：中ベル
６：小ベルホッパー
７：小ベル
８：旋回ホッパー
９：旋回ベル
１０：均圧弁
１１：排圧弁
１２：吊ロッド
１３：開閉レバー
１４：油圧シリンダー
１５：パッキン
１６：音響センサ
１７：増幅器
１８：演算器
１９：比較判定器
２０：設定器
２１：警報表示器
２２：データ管理用コンピュータ
【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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