(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉体冷却設備の破損検知方法において、診断対象部位を含む範囲内の冷却水配管を流れる冷却水圧力を、当該診断対象部位の炉内雰囲気圧力よりも小さく条件設定をし、高炉炉体冷却水の複数の排出管の出口のそれぞれから流出する冷却排水を、それぞれの冷却排水毎に受水容器に流入させ、当該受水容器内に所定高さ以上に当該冷却排水を入れる過程において、当該受水容器内の冷却排水中に気泡が混入しているか否かを目視判定し、当該気泡の混入が認められるときは当該気泡を回収し、回収された当該気泡中のＣＯガス成分を分析し、ＣＯガスの検知により、当該高炉炉体の冷却装置に破損が発生していると判定すると共に、その破損発生位置の範囲を推定することを特徴とする、高炉炉体冷却設備の破損検知方法。
【請求項２】
高炉炉体冷却水の複数の排出管の出口のそれぞれから流出する冷却排水を、それぞれの冷却排水毎に受水する容器であって、当該容器は少なくとも、その側面の一部又は全部とその底面の一部又は全部とが透明な物質で構成されている受水容器と、前記受水容器に前記冷却排水が流入する過程において、前記受水容器の貯水中に浸漬された排出管の出口のそれぞれから流出する当該冷却排水中に混入している気泡の有無を受水容器の側壁から目視観察することができる光度を有する光源とを備えており、さらに、前記受水容器及び前記光源は可搬式であることを特徴とする、高炉炉体冷却設備の破損検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炉炉体の冷却設備の破損検知技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉炉体の冷却設備の内、特に羽口、ステーブクーラー、冷却箱等に冷却水を供給する冷却パイプには、過酷な熱負荷と繰返し応力がかかるので、これらの設備には疲労破壊により破損し、漏水事故が発生することがある。特に、冷却設備内部を流れる冷却水圧力の方が、高炉の炉内圧力よりも大きい場所において漏水事故が発生すると、冷却水が炉内へ漏れて炉内温度が低下し、炉況不調に陥ることになる。従って、高炉炉体の冷却水配管の破損による漏水を迅速且つ的確に検出する技術が重要となっている。
【０００３】
このような冷却水配管の破損を正確に速やかに且つ精度よく検知し、冷却設備の適切な補修を行なうと共に、速やかに操業アクションをとるために、従来、いくつかの技術が開示されている。
【０００４】
例えば、特開平６−３４７３６１号公報には、高炉ステーブパイプの破損検知対象範囲を、その破損の可能性がある全範囲にわたり、早期に正確にその破損状況を検知するために、下記方法が提案されている。一般に、高炉炉体のステーブによる冷却においては、ステーブ毎に冷却水系列を別系統に設け、その冷却水圧力をステーブの炉体高さ方向の位置により変えている。例えば、高炉シャフト部ではその部位の炉内圧力よりも冷却水圧力を小さくしているが、ボッシュ部ではその部位の炉内圧力よりも冷却水圧力を大きくしている。従って、冷却水圧力の方が炉内圧力よりも小さく設定されている冷却用配管に破損が発生すれば、炉内ガスが冷却水に混入するので、そのガスを分析することにより、破損を把握することができる。しかしながら、冷却水圧力の方が炉内圧力よりも大きく設定されている冷却用配管においては、破損が発生しても冷却水中へ炉内ガスは混入しない。従って、ガスの混入に注目する方法では上記破損を検知することはできないので、破損を検出できない。そこで、通常操業時における冷却水圧力と炉内圧力との高さ方向位置による大小関係にかかわらず、冷却水配管等の破損検知試験を行なうときには、冷却装置が下記所定条件を満たしているときに限定して、炉内圧力よりも冷却水圧力を小さくすることにより、冷却装置に破損が発生している場合にはその破損部から炉内ガスが冷却水中に侵入してくることを利用して、冷却水中の混入ガスのＣＯ検知を行なう。ここで、冷却装置が満たしているべき条件として、冷却水系列毎に分割されているステーブの温度が所定値以下であって、ステーブの温度が一定値に保持されているか、下降傾向にあるときに限定している（以下、「先行技術１」という）。
【０００５】
特開平１０−１７９１１号公報には、羽口の微小なピンホール等の微小な水漏れ破損を精度よく検出する方法として、次の方法を提案している。「通常操業」時に、検知対象とする羽口への冷却水の給水流量とその羽口からの排水流量との差（差流量）ΔＱと、給水圧力と炉内圧力との差（差圧）ΔＰとを測定し、このときのΔＰをΔＰNとする。次に、給水圧力を変化させてΔＰが、例えばΔＰN×８０、６０、３０％等となるときに対するそれぞれの差流量ΔＱ（ΔＱ80、ΔＱ60、ΔＱ30等）を測定し、ΔＰとΔＱとの回帰曲線を求めておく。一方、「羽口破損診断」に際しては、操業時において、差流量ΔＱが予め定めた設定値を超えた場合に給水圧力を各種水準に変化させて、それぞれの給水圧力時における差流量を測定して、この場合のΔＰとΔＱとの回帰曲線を求める。ここで、回帰曲線はいずれも、ΔＱ＝αＡ（２ｇΔＰγ）1/2＋β、（ΔＱ：差流量＝炉内への漏水量、αＡ：破損断面積によって定まる定数、ｇ：重力加速度、γ：水の比重、β：流量計のオフセット値）の形式となる。両回帰式を比較して、「通常操業」時には、ΔＱ値に対して流量計オフセット値βは支配的でないが、「羽口破損診断」時には、ΔＱ値に対して流量計オフセット値βが支配的であるときは、羽口破損によるものであると判定する。更に、羽口破損による場合には、差流量ΔＱの所定の算定式に基づき破損口径を破損診断制御機構により推定するという方法である（以下、「先行技術２」という）。
【０００６】
また、特開平１−２２２００５号公報には、羽口、ステーブクーラー、あるいは冷却盤等の破損検知方法として、各冷却体の排水管に連通する位置にガス捕集器を設け、このガス捕集器内の電気的導通・不通を検知し、電気的不通時に冷却体が破損していると判定する方法が提案されている（以下、「先行技術３」という）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高炉炉体の冷却体からの冷却排水中に混入したガス中のＣＯガス検知や電気的不通検知により、冷却体や冷却配管等のどの水路に破損が発生したかを直接把握するためには、冷却排水混入ガスのサンプリング箇所を著しく多数設ける必要がある。例えば、実用高炉においては通常、数百箇所、例えば５００箇所程度になる。本発明者等は、このように多数箇所に細分された冷却排水中の混入ガスを分析・検知対象とすることを前提として、高炉炉体の冷却水配管の破損を、正確に速やかに且つ精度よく検知する技術を開発しようとするものである。
【０００８】
これに対して先行技術１では、冷却水系列毎に分割されているステーブの温度が所定値以下であって、ステーブの温度が一定値に保持されているか、下降傾向にあることを機械的にあるいは人の監視により確認していなければならない。ここで、ステーブ温度挙動の判定に所定の時間がかかること、多数の判定が必要となり、そして、多数の混入ガス中ＣＯ検知系統の装置が必要となる。従って、装置コスト又は作業コストが大きくなること、及び破損検知の迅速性に問題がある。先行技術２では、給水圧力が炉内圧力よりも高い（ΔＰ＞０）条件を満たすような高炉の高さ方向部位においてのみ適用し得る方法である。従って、通常の高炉では、ボッシュ部には適用されるが、シャフト部には適用できない。また、先行技術３では、冷却水へのガス混入量が少量の場合には、電気的導通・不通の判別が困難であるから、破損検知精度に問題がある。
【０００９】
従って、この発明の課題及び目的は、高炉炉体の多数に細分された冷却水配管系統のどこかに破損が発生した場合、その破損冷却水配管系統を直接特定することができ、しかも正確に速やかに且つ精度よく、設備コスト及び作業コストを大きくかけることなく検知する技術を開発することにあり、これにより、冷却設備の適切な補修を行なうと共に、速やかに操業アクションをとることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、高炉の各種設備の点検作業者が、炉体冷却設備を点検巡廻する際に同時に併行して、前述した炉体冷却水の多数の排出管の出口全数において、それぞれから流出する冷却排水を、適切な受水容器に流入させて、その排水に気泡が混入していないかを目視観察できないかどうかを試みた。その際は、所定の冷却水給水系統のみについて、破損診断対象部位の冷却水圧力を炉内圧力よりも小さくして、破損発生が生じている場合の冷却排水への混入気泡の有無を観察した。そして、混入気泡が観察されたときには、その気泡を所定のガス補修器で回収し、直ちにＣＯガス成分の分析を行なうことにした。このような試験を重ねると共に、混入気泡を正確に見分けることができ、且つ携帯に便利な受水容器を試作し、この作業に要する工数検討を行なった。更に、この診断作業時に限定して、冷却水圧力を炉内圧力よりも小さくすること（逆圧設定）が必要であり、この逆圧設定の継続所要時間が、冷却能減殺に及ぼす影響を検討した。
【００１１】
その結果、上述した冷却排水出口毎での冷却排水への気泡混入観察、ガス回収、及びＣＯガス成分分析という一連の作業・操作により、冷却排水の受水・観察箇所（回数）が著しく多数になっても、冷却体や冷却配管等のどの水路範囲に破損が発生したかを、正確に直接その発生範囲を把握することができ、安定操業に寄与することが可能であることがわかった。
【００１２】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は次の通りである。即ち、請求項１に係る高炉炉体冷却設備の破損検知方法は、破損検知を診断するに当たり、先ず、診断対象部位を含む範囲内の冷却水配管を流れる冷却水圧力を、当該診断対象部位の炉内雰囲気圧力よりも小さく条件設定をする。次いで、高炉炉体冷却水の複数の排出管の出口のそれぞれから流出する冷却排水を対象として、それぞれの冷却排水毎に受水容器に流入させる。そして、その受水容器内に所定高さ、例えば、２０〜３０ｃｍ程度以上に当該冷却排水を入れる。その間に、その流入する冷却排水中に気泡が混入しているか否かを目視判定し、気泡の混入が認められるときはその気泡を回収する。回収された気泡（ガス）中のＣＯガス成分を検知する。この一連の操作により、高炉炉体の冷却用配管系統の上述した、冷却体や冷却配管等の既知の水路範囲に破損が発生していると判定するというものである。
【００１３】
請求項２に係る高炉炉体冷却設備の破損検知装置は、次の機能を有する、受水容器と光源とを備え、これら両者を一対として可搬式であることに特徴を有するものである。ここで、その受水容器は、高炉炉体冷却水の複数の排出管の出口のそれぞれから流出する冷却排水を、それぞれの冷却排水毎に受水することができる容器とする。そして、この受水容器は少なくとも、その側面の一部又は全部とその底面の一部又は全部とが透明な物質で構成されているものとする。従って、この受水容器の底面を通して、所定光度の光源で、受水容器に流入する冷却排水を照らすと、その冷却排水中に混入している気泡の有無を、受水容器の側壁から目視観察することができる。上記光源は、上記受水容器に冷却排水が流入しているときに、その冷却排水中に混入している気泡の有無を、目視観察で判定するために十分な光度を有するものとする。
【００１４】
なお、高炉炉体冷却水の複数の排出管の出口から冷却排水を受水するに当っては、この受水作業をする作業者は、通常、複数の排出管出口の内から、１個ずつ順番に受水し、混入気泡を観察し、その有無を判定していくという手順をとるので、受水容器１個に対して、光源１個のセットでよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に、高炉炉体縦断面の中心より片側半分に相当する、炉体冷却装置の設置場所と、当該冷却装置への冷却水の給水及びそれらからの排水系統の系統概念図の例を示す。同図において、１は炉口部冷却装置、２はシャフト部冷却装置、そして３は朝顔部冷却装置を指す。上記３部位の各冷却装置はそれぞれ、複数のステーブ冷却盤あるいは羽口冷却環で構成されている。そして、各ステーブ冷却盤あるいは各羽口冷却環のそれぞれの内部には、複数のパイプ即ちステーブパイプあるいは羽口冷却パイプが並列して埋め込まれ、当該複数のステーブパイプあるいは羽口冷却パイプは相互に補完する形で、自らが埋め込まれているステーブ冷却盤あるいは羽口冷却環の冷却機能を果たしている。
【００１７】
上記３部位に属する各冷却装置に対する給水管４は、各ステーブ冷却盤毎あるいは各羽口冷却環毎に設けられている。これに対して、各冷却装置から出てくる冷却排水は、上述した各ステーブパイプあるいは各羽口冷却パイプのそれぞれの出口から、排水管を通って排出される。従って、冷却排水の排出管は著しく多数本で構成されている。一例を挙げると、炉口部冷却装置１からは合計１０５本、シャフト部冷却装置からは合計２３２本、そして朝顔部からは合計２２４本の排水管５が出ており、排水管の総計５６１本と多数になる。そして、各排水管の出口において冷却排水は大気に開放され、循環水戻りとなり、クーラーを経て循環タンクへ入る。但し、上記の多数の排水管出口は、通常、冷却装置のいかなる経路を通ってきたものであるかにより、近隣の場所にまとめられている。図１に示した高炉炉体冷却設備の場合には、５６１個の排水管出口で、冷却排水中に気泡が混入していないかどうかを目視判定する。そして、気泡の混入が認められたときは、破損ありと判定する。同時にそのガスを回収し、クロマトグラフィー等のガス分析装置により、ＣＯガス成分を分析し、ＣＯガスの検知により破損ありの判定を一層確実なものにする。気泡の混入が認められないときは、破損なしと判定する。破損ありと判定した場合、その破損箇所の絞り込みや特定を行なう。その場合、排水管出口が著しく多数に細分化されているので、気泡混入が認められた排水管出口から冷却排水経路を遡っていくことにより、破損範囲を精度よく絞り込むことができ、また破損箇所の推定を行なうことができる。
【００１８】
排水管出口で冷却排水を所定の受水容器で受水するときに、受水流に大気を巻き込まないようにして、冷却排水中に気泡が混入しているか否かを判定する必要がある。そのためには、例えば受水容器内に予め所定の高さまで水をためておき、排水管出口をその貯水中に浸漬すればよい。受水容器及び混入気泡観察用光源を準備する。
【００１９】
図２に、この発明に係る高炉炉体冷却設備の破損検知方法を実施するのに適した装置の底部切欠き概念図を示す。６は同装置の受水容器の部分であり、その周壁７及び底面８は透明な材料で作られている。底面８の下方から上向きに所要の光度を有する光源９で受水容器６内部に流入した冷却排水１０を照らし、その中に気泡の混入がないかどうかを目視で判定する。気泡混入の目視判定は、受水容器６の側壁から行なうのが適切である。従って、上記目視観察ができるだけの形状・広さの部分が透明であれば、周壁７全面が透明である必要はない。また、底面８についても、光源９からの投射光が十分に受水容器内に入射されればよいので、底面全面が透明である必要はない。
【００２０】
一方、受水容器６の形状・寸法については、排出管出口１１からの冷却排水の排出速度（リットル／分等）に応じて定める。即ち、受水容器内に予め貯めた水に、その出口１１を浸漬して空気の巻き込みを防ぐことができる貯水の水位を確保でき、受水容器内に流入した冷却排水中に気泡の混入があるかないかの判定ができる時間的余裕を確保するだけの容積があり、且つ、気泡混入が認められた場合に、そのガスを捕集できるだけの容積があることを条件として決める。例えば、市販の透明ペットボトル入り飲料の空容器を利用し、上部出口部分を切除して、容器胴部分と同径にした底付き円筒型容器であればよい。即ち、直径１０〜３０ｃｍ程度、高さ２０〜５０ｃｍ程度であればよく、上部に取手をつけて持運び移動に便利にすればなお望ましい。
【００２１】
【実施例】
この発明を実施例により更に詳細に説明する。炉体冷却装置からの排水系統が総計が７２１系統からなる冷却水配管を備えた実用高炉において、７２１個の冷却排水の排水管出口で、本発明による破損検知装置を用いて、冷却装置における破損診断方法を実施した。破損検知装置として、寸法・形状は、直径２０ｃｍ、高さ３８ｃｍで、底付き円筒状の取手付き透明ＰＥＴ製容器を受水容器とし、  ６Ｗの電球を備えた懐中電灯を光源として用いた。この実施例において、破損診断操作の対象とした排水系統の冷却水圧力は、当該部位の炉内圧力よりも３００〜１２００ｍｍＡｑ程度低く設定した。但し、通常操業時において、冷却水圧力の方が炉内圧力よりも高くなるように設定している部位については、冷却水圧力の方が炉内圧力よりも３００〜６００ｍｍＡｑ程度だけ低くするように制限し、しかも短時間の冷却水圧力低下に留め、炉体熱負荷に悪影響がでないように留意した。その結果、当該診断に要した工数は、４人×２時間であり、少ない工数で且つ短時間で精度よく、破損箇所の診断をすることができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、高炉炉体の冷却設備について、破損冷却水配管系統を直接特定することができるので、正確に速やかに且つ精度よく判定することができる。その際、炉体熱負荷状態に悪影響がでないように迅速に診断作業を終らせることができる。また、診断作業性も向上する。更に、高価な設備投資をすることなく破損検知ができる。これにより、冷却設備の適切な補修を行なうと共に、速やかに操業アクションをとることができる。このような高炉炉体冷却設備の破損検知方法及び装置を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉炉体縦断面の中心より片側半分に相当する、炉体冷却装置の設置場所と、当該冷却装置への冷却水の給水及びそれらからの排水系統の系統概念図の例である。
【図２】この発明に係る高炉炉体冷却設備の破損検知方法を実施するのに適した装置の底部切欠き概念図を示す。
【符号の説明】
１  炉口部冷却装置
２  シャフト部冷却装置
３  朝顔部冷却装置
４  給水管
５  排水管
６  受水容器
７  周壁
８  底面
９  光源
１０  冷却排水
１１  排出管出口
【図１】
0004122716.tif 000002
【図２】
0004122716.tif 000003