JP2006153845A - Refractory thickness measuring method and refractory thickness measuring apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refractory thickness measuring method and a refractory thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a high-temperature refractory in a high-temperature oven such as a coke oven carbonization chamber from the inside of the high-temperature oven. <P>SOLUTION: In the refractory thickness measuring method and the thickness measuring apparatus, a microwave transmitter/receiver 2 is inserted into the high-temperature oven. A microwave is transmitted toward the surface of the high-temperature refractory. A surface reflection wave 25 reflected back by the surface 22 of the refractory 21 and a rear surface reflection wave 26 reflected back by the rear surface 23 of the refractory 21 are received. The time difference between the surface reflection wave 25 and the rear surface reflection wave 26 from the transmission to the receiving is calculated. The thickness of the refractory is calculated on the basis of the time difference and the refractive index of the refractory. The microwave transmitter/receiver 2 is housed in a cooled box 1. A microwave transmission window 6 of the wall surface of a cooled box 7 is composed of a material transmitting the microwave and having heat resistance. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高温の炉内における高温の耐火物の厚みを測定するための耐火物厚み測定方法及び耐火物厚み測定装置に関するものである。   The present invention relates to a refractory thickness measuring method and a refractory thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a high temperature refractory in a high temperature furnace.

コークス炉の炭化室をはじめとする高温の炉室においては、炉室を構成する炉壁が耐火物で構成されており、耐火物の劣化状況を的確に把握することが必要である。特にコークス炉の炭化室は、過酷な条件下で通常２０年以上の長期間にわたって連続操業されるものであり、炭化室を構成する耐火煉瓦は熱的、化学的および機械的要因によって徐々に劣化する。そのため耐火煉瓦の劣化に起因するコークスの押し詰まりが生じたり、耐火煉瓦が脱落したりする。このような耐火煉瓦の脱落などの事故が生じるとその補修は困難であり、操業に著しい影響が及ぼされる。従って、炭化室内の特に炉壁を構成する耐火煉瓦の状況を常時把握しておくことは、コークス炉操業管理上極めて重要である。   In a high temperature furnace chamber such as a coking oven carbonization chamber, the furnace wall constituting the furnace chamber is made of a refractory material, and it is necessary to accurately grasp the deterioration state of the refractory material. In particular, the carbonization chamber of a coke oven is operated continuously for a long period of 20 years or more under severe conditions, and the refractory bricks constituting the carbonization chamber gradually deteriorate due to thermal, chemical and mechanical factors. To do. For this reason, coke clogging due to deterioration of the refractory brick occurs or the refractory brick falls off. If such an accident such as falling off of a refractory brick occurs, it is difficult to repair, and the operation is significantly affected. Therefore, it is extremely important for coke oven operation management to keep track of the state of refractory bricks that constitute the furnace wall in the carbonization chamber.

耐火物の損耗状況を把握するに際しては、耐火物の炉内側に面する面（以下「表面」と呼ぶ。）の凹凸状況が評価される。炉壁の凹凸状況が耐火物の損耗状況を示しているものと推定し、表面が凹んでいれば耐火物が損耗しているものと判断する。   When grasping the wear state of the refractory, the uneven state of the surface facing the furnace inside of the refractory (hereinafter referred to as “surface”) is evaluated. It is presumed that the unevenness of the furnace wall indicates the wear state of the refractory, and if the surface is concave, it is determined that the refractory is worn.

コークス炉炭化室の側壁は、燃焼室の側壁をも兼ねている。即ち、炭化室と燃焼室とが側壁を境として対面している。従って、炭化室の側壁表面が凹んでいる場合、耐火物が損耗することによって凹みが生ずる場合の他、耐火物が燃焼室側に押し込まれて変位することによって凹みが生ずる場合もある。耐火物が損耗した場合と、耐火物が燃焼室側に押し込まれて変位した場合とでは、その凹部の修復方針が異なるので、両者のどちらであるかを識別することが必要となる。   The side wall of the coke oven carbonization chamber also serves as the side wall of the combustion chamber. That is, the carbonization chamber and the combustion chamber face each other with the side wall as a boundary. Therefore, in the case where the side wall surface of the carbonization chamber is recessed, the refractory is worn and worn, or the refractory is pushed into the combustion chamber and displaced to cause a dent. The case where the refractory is worn out and the case where the refractory is pushed into the combustion chamber and displaced are different in the repair policy of the concave portion, so it is necessary to identify which one is the two.

炭化室側壁耐火物の厚みを測定することができれば、側壁表面の凹部が耐火物の損耗によるのか耐火物の変位によるのかを識別することが可能となる。即ち、凹部において凹み代と同じだけ耐火物の厚みが薄くなっていれば、耐火物の損耗が原因であると特定することができ、凹部において耐火物厚みが薄くなっていなければ、耐火物の変位が原因であると特定することができる。   If the thickness of the side wall refractory can be measured, it is possible to identify whether the recess on the side wall surface is due to wear of the refractory or displacement of the refractory. That is, if the thickness of the refractory is as thin as the dent in the recess, it can be specified that the refractory is worn.If the thickness of the refractory is not thin in the recess, It can be identified that the displacement is the cause.

炉稼働中の耐火物の厚みを測定する手段として、種々の方法が提案されている。   Various methods have been proposed as means for measuring the thickness of the refractory during operation of the furnace.

特許文献１には、炉の外側の鉄皮に開孔し、開孔部から超音波探触子を挿入して耐火物に接触させ、超音波が耐火物内を往復する時間から耐火物の厚みを測定する方法が開示されている。   In Patent Document 1, an opening is made in the outer skin of the furnace, an ultrasonic probe is inserted through the opening and brought into contact with the refractory, and the refractory from the time when the ultrasonic wave reciprocates in the refractory. A method for measuring thickness is disclosed.

特許文献２の記載のものは、耐火物間に所定間隔を隔てて対向して２以上の導電体からなる電極を埋設し、炉の外側に配置した計測装置で電極間の静電容量を計測し、これから耐火物厚さを導き出す方法である。   In the device described in Patent Document 2, electrodes made of two or more conductors are embedded facing each other at a predetermined interval between refractories, and the capacitance between the electrodes is measured with a measuring device disposed outside the furnace. From this, the refractory thickness is derived.

特許文献３においては、炉の外側から配置したマイクロ波プローブによって耐火物の厚さを計測する方法が記載されている。炉の外側のジャケットを貫通してマイクロ波を伝搬するプローブが配置され、プローブの一方の端面が直接スタンプ材に接触するように設置する。プローブを伝搬してマイクロ波が耐火物中に送信されると、スタンプ材及び耐火物レンガは非電導性であるため、マイクロ波がこれらの中を伝搬し、耐火レンガとスラグの接触面に至る。スラグは電導性であるため送信波は接触面で反射され、反射波は耐火物中を伝搬してプローブで検出される。そして、受信機において発振器で送信された送信波と反射波に基づいて耐火物の厚さを検出する。   In patent document 3, the method of measuring the thickness of a refractory with the microwave probe arrange | positioned from the outer side of the furnace is described. A probe that propagates microwaves through the jacket on the outside of the furnace is disposed, and is installed so that one end face of the probe is in direct contact with the stamp material. When microwaves are transmitted through the probe and transmitted into the refractory, the stamp material and refractory brick are non-conductive, so the microwave propagates through them and reaches the contact surface between the refractory brick and the slag. . Since the slag is conductive, the transmitted wave is reflected by the contact surface, and the reflected wave propagates through the refractory and is detected by the probe. And the thickness of a refractory is detected based on the transmission wave and reflected wave which were transmitted with the oscillator in the receiver.

特許文献１〜３いずれに記載のものも、検出装置は炉の外側の常温部分から耐火物に接触している。一方、コークス炉炭化室の耐火物厚みを測定しようとする場合、耐火物の一方の側は高温の炭化室に接し、他方の側は同じく高温の燃焼室に接しているため、特許文献１〜３に記載のような方法を採用することは困難である。また、特許文献２に記載のものは、耐火物中に電極を埋め込んでおくという処置がなければ測定できない。さらに特許文献３に記載のものは、耐火物の端面でマイクロ波を反射させるため、耐火物端面に接していて電導性を有するスラグを用いている。ところが、コークス炉炭化室の側壁にはこのような導電性を有する接触物は存在しないので、特許文献３に記載の方法を採用することができない。   In all of the devices described in Patent Documents 1 to 3, the detection device is in contact with the refractory from the room temperature portion outside the furnace. On the other hand, when trying to measure the thickness of the refractory in the coke oven carbonization chamber, one side of the refractory is in contact with the high temperature carbonization chamber, and the other side is also in contact with the high temperature combustion chamber. It is difficult to adopt the method as described in 3. Moreover, the thing of patent document 2 cannot be measured without the treatment of embedding an electrode in a refractory. Furthermore, since the thing of patent document 3 reflects a microwave in the end surface of a refractory, it uses the slag which is in contact with the refractory end surface and has electroconductivity. However, since there is no contact material having such conductivity on the side wall of the coke oven carbonization chamber, the method described in Patent Document 3 cannot be adopted.

特許文献４には、コークス炉の炭化室内に挿入したアンテナからマイクロ波等の電磁波を送信し、炉壁の壁面で反射した反射波を同じアンテナで受信し、電磁波の往復時間に基づいて炉壁の壁面からアンテナまでの距離を測定し、炉壁壁面の形状（凹凸状況）を計測する方法が開示されている。特許文献３に記載の方法では、炭化室内に挿入したアンテナから発した電磁波は、炭化室壁面から反射するのみであり、これでは耐火物の厚みを測定することはできない。   In Patent Document 4, an electromagnetic wave such as a microwave is transmitted from an antenna inserted in a carbonization chamber of a coke oven, a reflected wave reflected by the wall surface of the furnace wall is received by the same antenna, and the furnace wall is based on the round-trip time of the electromagnetic wave. A method for measuring the distance from the wall surface to the antenna and measuring the shape (unevenness) of the wall surface of the furnace wall is disclosed. In the method described in Patent Document 3, the electromagnetic wave emitted from the antenna inserted into the carbonization chamber is only reflected from the wall surface of the carbonization chamber, and this makes it impossible to measure the thickness of the refractory.

特開平９−２６４７３５号公報JP-A-9-264735 特開２００４−１３８３１７号公報JP 2004-138317 A 特開２００３−２９４４３０号公報JP 2003-294430 A 特開２００１−１１６５３７号公報JP 2001-116537 A

特許文献１、３に記載の方法では、超音波やマイクロ波を発するプローブを炉外側から耐火物表面に接触させている。コークス炉炭化室壁面は高温に熱せられているため、低温のプローブを壁面に接触させると耐火物に熱歪を生じさせ、逆に耐火物を破損する可能性があるので好ましくない。また、耐火物に接触させるプローブを１０００℃近くまで昇温したとしても、これほどの高温で正常動作するプローブは実現が困難である。また、特許文献２に記載のように耐火物中にセンサーを埋め込む方法では、炭化室からコークスを押し出す工程でセンサーを破損する可能性が高く、適用は不可能である。さらに、非接触で炭化室の炉壁耐火物厚みを測定する方法は全く見られなかった。   In the methods described in Patent Documents 1 and 3, a probe emitting ultrasonic waves or microwaves is brought into contact with the refractory surface from the outside of the furnace. Since the coke oven carbonization chamber wall surface is heated to a high temperature, it is not preferable to bring a low temperature probe into contact with the wall surface, which may cause thermal distortion of the refractory and conversely damage the refractory. Moreover, even if the temperature of the probe brought into contact with the refractory is raised to nearly 1000 ° C., it is difficult to realize a probe that operates normally at such a high temperature. Moreover, in the method of embedding the sensor in the refractory as described in Patent Document 2, there is a high possibility that the sensor will be damaged in the process of extruding coke from the carbonization chamber, and application is impossible. Furthermore, there was no method for measuring the furnace wall refractory thickness of the carbonization chamber without contact.

コークス炉炭化室側壁の耐火物は、全厚が１００ｍｍ程度でしかないので、耐火物厚みを測定するに際しては、少なくとも５〜１０ｍｍ程度の比較的高い測定精度が要求される。また、最小測定厚みが少なくとも５０ｍｍであることが要求される。しかも、コークス炉炭化室の炉幅は４００ｍｍと狭い上、１０００℃に均熱された条件での測定が必須である。   Since the total thickness of the refractory on the side wall of the coke oven carbonization chamber is only about 100 mm, when measuring the thickness of the refractory, a relatively high measurement accuracy of at least about 5 to 10 mm is required. Also, the minimum measured thickness is required to be at least 50 mm. In addition, the furnace width of the coke oven carbonization chamber is as narrow as 400 mm, and measurement under the condition of being soaked at 1000 ° C. is essential.

本発明は、コークス炉炭化室のような高温の炉内における高温の耐火物の厚みを、高温の炉内側から測定するための耐火物厚み測定方法及び耐火物厚み測定装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a refractory thickness measuring method and a refractory thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a high temperature refractory in a high temperature furnace such as a coke oven carbonization chamber from the inside of the high temperature furnace. And

従来、高温の炉内において高温に加熱された耐火物は、マイクロ波を透過してしまい反射波を利用することができないか、あるいはマイクロ波は表面で反射され透過しないものとして扱われてきた。これに対し本発明者らは、周波数が１００ＧＨｚ以下のマイクロ波を用いた場合、１０００℃程度に加熱された耐火物を透過するとともに、耐火物の表面及び裏面で反射した反射波が観測されることを見出した。これら耐火物の表面と裏面からの反射波を観察し、それぞれについてマイクロ波の発射から反射波到達までの時間差を算出することができれば、その値から耐火物の厚みを測定することが可能である。   Conventionally, a refractory heated to a high temperature in a high-temperature furnace has been treated as being able to transmit microwaves and not use reflected waves, or microwaves are reflected by the surface and not transmitted. On the other hand, when using microwaves with a frequency of 100 GHz or less, the present inventors transmit a refractory heated to about 1000 ° C. and a reflected wave reflected on the front and back surfaces of the refractory is observed. I found out. If the reflected waves from the front and back surfaces of these refractories are observed and the time difference from the emission of the microwave to the arrival of the reflected waves can be calculated for each, the thickness of the refractory can be measured from that value. .

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）高温の炉内にマイクロ波送信機受信機２を挿入し、高温の耐火物表面に向かってマイクロ波を送信し、耐火物２１の表面２２で反射して返ってきたマイクロ波（以下「表面反射波２５」という。）及び耐火物２１の裏面２３で反射して返ってきたマイクロ波（以下「裏面反射波２６」という。）を受信し、表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出し、この時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出し、前記マイクロ波送信機受信機２は冷却箱１中に収納し、冷却箱７壁面のマイクロ波が通過する部分（以下「マイクロ波通過窓６」という。）についてはマイクロ波を透過しかつ耐熱性を有する材料で構成することを特徴とする耐火物厚み測定方法。
（２）マイクロ波を耐火物表面に平行に送信し、送信したマイクロ波２４をマイクロ波反射板７で反射させてマイクロ波を耐火物表面に向け、返ってきたマイクロ波をマイクロ波反射板７で反射させて耐火物表面に平行方向に向け、マイクロ波受信機２ｂで受信することを特徴とする上記（１）に記載の耐火物厚み測定方法。
（３）送信するマイクロ波として直線偏波したマイクロ波を用い、マイクロ波通過窓６の表面は通過するマイクロ波の偏波方向及び進行方向に垂直な軸を中心に一定角度傾けたことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の耐火物厚み測定方法。
（４）冷却箱１の内側に電磁波吸収体１１を配置することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。
（５）マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面と冷却箱との間の距離を測定し、該測定した距離に基づいて、受信したマイクロ波の中から表面反射波２５及び裏面反射波２６を抽出することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。
（６）表面反射波及び裏面反射波を受信し抽出することに替え、裏面反射波のみを受信し抽出し、裏面反射波に基づいて算出した耐火物裏面までの距離と、マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面までの距離を対比し、耐火物の厚みを算出することを特徴とする請求項５に記載の耐火物厚み測定方法。
（７）マイクロ波通過窓６としてレンズ状の形状を有するものを用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。
（８）マイクロ波反射板７として凹面状の反射板を用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする上記（２）乃至（６）のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。 This invention is made | formed based on the said knowledge, The place made into the summary is as follows.
(1) Microwave transmitter / receiver 2 is inserted into a high-temperature furnace, microwaves are transmitted toward the surface of the high-temperature refractory, and microwaves reflected by the surface 22 of the refractory 21 are returned (hereinafter referred to as the microwaves). (Referred to as “surface reflected wave 25”) and microwaves reflected by the back surface 23 of the refractory 21 (hereinafter referred to as “back surface reflected wave 26”). Calculates the difference in time required from transmission to reception, calculates the thickness of the refractory based on this time difference and the refractive index of the refractory, and the microwave transmitter receiver 2 is stored in the cooling box 1 The portion of the wall of the cooling box 7 through which microwaves pass (hereinafter referred to as “microwave passage window 6”) is made of a material that transmits microwaves and has heat resistance. Method.
(2) A microwave is transmitted in parallel to the surface of the refractory, the transmitted microwave 24 is reflected by the microwave reflector 7 to direct the microwave toward the surface of the refractory, and the returned microwave is reflected by the microwave reflector 7. The method for measuring the thickness of a refractory according to (1) above, wherein the microwave receiver 2b receives the reflected light in the direction parallel to the surface of the refractory.
(3) A linearly polarized microwave is used as a microwave to be transmitted, and the surface of the microwave passage window 6 is inclined at a certain angle about an axis perpendicular to the polarization direction and the traveling direction of the microwave passing therethrough. The refractory thickness measuring method according to (1) or (2) above.
(4) The refractory thickness measuring method according to any one of (1) to (3), wherein the electromagnetic wave absorber 11 is disposed inside the cooling box 1.
(5) The distance between the surface of the refractory and the cooling box is measured using means other than the microwave, and the surface reflected wave 25 and the back reflected wave 26 are received from the received microwaves based on the measured distance. The refractory thickness measuring method according to any one of the above (1) to (4), wherein the refractory is extracted.
(6) Instead of receiving and extracting the front surface reflected wave and the back surface reflected wave, only the back surface reflected wave is received and extracted, and the distance to the refractory back surface calculated based on the back surface reflected wave and means other than the microwave The refractory thickness measuring method according to claim 5, wherein the thickness of the refractory is calculated by comparing the distance to the surface of the refractory using
(7) The refractory as described in any one of (1) to (6) above, wherein a microwave passing window 6 having a lens shape is used to focus the microwave applied to the refractory. Thickness measurement method.
(8) A refractory thickness measurement according to any one of (2) to (6), wherein a concave reflector is used as the microwave reflector 7 and the microwave irradiated to the refractory is focused. Method.

（９）高温の炉内に挿入して高温の耐火物の厚みを測定するための厚み測定装置であって、マイクロ波送信機受信機２とそれを収納する冷却箱１及び信号処理装置４を有し、冷却箱壁面にマイクロ波を透過しかつ耐熱性を有する材料で構成するマイクロ波通過窓６を設け、マイクロ波送信機２からマイクロ波通過窓６を通して高温の耐火物表面に向かってマイクロ波を送信し、耐火物２１の表面２２で反射して返ってきたマイクロ波（以下「表面反射波２５」という。）及び耐火物２１の裏面２２で反射して返ってきたマイクロ波（以下「裏面反射波」という。）をマイクロ波受信機で受信し、信号処理装置４によって表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出し、この時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出することを特徴とする耐火物厚み測定装置。
（１０）マイクロ波反射板７を有し、マイクロ波送信機はマイクロ波を耐火物表面に平行に送信し、送信したマイクロ波をマイクロ波反射板７で反射させてマイクロ波を耐火物表面に向け、返ってきたマイクロ波をマイクロ波反射板７で反射させて耐火物表面に平行方向に向け、マイクロ波受信機２ｂで受信することを特徴とする上記（９）に記載の耐火物厚み測定装置。
（１１）送信するマイクロ波として直線偏波したマイクロ波を用い、マイクロ波通過窓６の表面は通過するマイクロ波の偏波方向及び進行方向に垂直な軸を中心に一定角度傾けてなることを特徴とする上記（９）又は（１０）に記載の耐火物厚み測定装置。
（１２）冷却箱１の内側に電磁波吸収体１１を配置してなることを特徴とする上記（９）乃至（１１）のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。
（１３）マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面と冷却箱との間の距離を測定する距離計８を有し、距離計８で測定した距離に基づいて、受信したマイクロ波の中から表面反射波２５及び裏面反射波２６を抽出することを特徴とする上記（９）乃至（１２）のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。
（１４）表面反射波及び裏面反射波を受信し抽出することに替え、裏面反射波のみを受信し抽出し、裏面反射波に基づいて算出した耐火物裏面までの距離と、マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面までの距離を対比し、耐火物の厚みを算出することを特徴とする上記（１３）に記載の耐火物厚み測定装置。
（１５）マイクロ波通過窓６としてレンズ状の形状を有するものを用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする上記（９）乃至（１４）のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。
（１６）マイクロ波反射板７として凹面状の反射板を用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする上記（１０）乃至（１４）のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。 (9) A thickness measuring device for measuring the thickness of a high-temperature refractory inserted into a high-temperature furnace, comprising a microwave transmitter receiver 2, a cooling box 1 and a signal processing device 4 for accommodating the microwave transmitter receiver 2. And a microwave passage window 6 made of a heat-resistant material that transmits microwaves on the wall of the cooling box, and is provided from the microwave transmitter 2 through the microwave passage window 6 toward the high-temperature refractory surface. A microwave transmitted and reflected by the surface 22 of the refractory 21 (hereinafter referred to as “surface reflected wave 25”) and a microwave reflected by the back surface 22 of the refractory 21 (hereinafter referred to as “ The back surface reflected wave is received by the microwave receiver, and the signal processing device 4 calculates the time difference between the surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 from transmission to reception. Refractory refraction Refractory thickness measuring device and calculates the thickness of the refractory based on.
(10) The microwave reflector 7 is included, and the microwave transmitter transmits the microwave in parallel to the surface of the refractory, and the transmitted microwave is reflected by the microwave reflector 7 so that the microwave is reflected on the surface of the refractory. The refractory thickness measurement according to (9) above, wherein the microwave returned and reflected by the microwave reflector 7 is directed in the direction parallel to the refractory surface and received by the microwave receiver 2b. apparatus.
(11) A microwave that is linearly polarized is used as a microwave to be transmitted, and the surface of the microwave passage window 6 is inclined at a certain angle about an axis perpendicular to the polarization direction and the traveling direction of the passing microwave. The refractory thickness measuring apparatus according to (9) or (10), wherein
(12) The refractory thickness measuring device according to any one of (9) to (11), wherein the electromagnetic wave absorber 11 is disposed inside the cooling box 1.
(13) It has a distance meter 8 that measures the distance between the surface of the refractory and the cooling box using means other than microwaves, and based on the distance measured by the distance meter 8, the received microwave The refractory thickness measuring apparatus according to any one of (9) to (12), wherein the surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 are extracted.
(14) Instead of receiving and extracting front surface reflected waves and back surface reflected waves, only the back surface reflected waves are received and extracted, and the distance to the refractory back surface calculated based on the back surface reflected waves and means other than microwaves The thickness of the refractory is calculated by comparing the distance to the surface of the refractory using the refractory thickness measuring apparatus according to (13) above.
(15) The refractory according to any one of (9) to (14) above, wherein a microwave passing window 6 having a lens-like shape is used to focus the microwave applied to the refractory. Thickness measuring device.
(16) A refractory thickness measurement as described in any one of (10) to (14) above, wherein a concave reflector is used as the microwave reflector 7 and the microwave irradiated to the refractory is focused. apparatus.

本発明の耐火物厚み測定方法及び耐火物厚み測定装置は、高温の炉内にマイクロ波送信機受信機を挿入し、高温の耐火物表面に向かってマイクロ波を送信し、耐火物の表面で反射して返ってきたマイクロ波（表面反射波）及び耐火物の裏面で反射して返ってきたマイクロ波（裏面反射波）を受信し、表面反射波と裏面反射波とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差に基づいて耐火物の厚みを算出することができるので、コークス炉炭化室の炉壁耐火物の厚みをオンラインで計測することをはじめて可能とした。   The refractory thickness measuring method and refractory thickness measuring apparatus of the present invention insert a microwave transmitter receiver in a high-temperature furnace, transmit microwaves toward the high-temperature refractory surface, and at the surface of the refractory The reflected microwave (surface reflected wave) and the microwave reflected back from the refractory (rear surface reflected wave) are received, and the front surface reflected wave and the back surface reflected wave are transmitted to received respectively. Since it was possible to calculate the thickness of the refractory based on the difference in time required, it was possible for the first time to measure the thickness of the refractory in the coke oven carbonization chamber online.

本発明において、耐火物２１の表面２２とは、耐火物２１が厚み測定装置に対面する炉内側の面を意味し、耐火物２１の裏面２３とは、耐火物の表面２２と反対側の耐火物の面を意味する。   In the present invention, the surface 22 of the refractory 21 means the surface inside the furnace where the refractory 21 faces the thickness measuring device, and the back surface 23 of the refractory 21 is the refractory opposite to the surface 22 of the refractory. It means the surface of things.

本発明の耐火物厚み測定方法及び耐火物厚み測定装置は、図１（ａ）に示すように高温の炉内にマイクロ波送信機受信機２を挿入し、高温の耐火物表面に向かってマイクロ波送信機からマイクロ波を送信することにより、耐火物の表面２２で反射して返ってきたマイクロ波（表面反射波２５）及び耐火物の裏面２３で反射して返ってきたマイクロ波（裏面反射波２６）を、マイクロ波受信機２ｂによって受信することができる。   The refractory thickness measuring method and the refractory thickness measuring apparatus according to the present invention include a microwave transmitter / receiver 2 inserted into a high-temperature furnace as shown in FIG. By transmitting microwaves from the wave transmitter, the microwaves reflected by the surface 22 of the refractory (surface reflection wave 25) and the microwaves reflected by the back surface 23 of the refractory (back surface reflection) The wave 26) can be received by the microwave receiver 2b.

本発明は、周波数が１００ＧＨｚ以下のマイクロ波を用いることにより、マイクロ波は１０００℃程度に加熱された耐火物２１を透過するとともに、耐火物の表面２２及び裏面２３で反射した反射波を観測することができる。また、周波数が１０ＧＨｚ以上のマイクロ波を用いることにより、必要な厚み測定精度（５〜１０ｍｍ程度）及び最小測定厚み（５０ｍｍ以下）を実現することが可能となる。   In the present invention, by using a microwave having a frequency of 100 GHz or less, the microwave passes through the refractory 21 heated to about 1000 ° C., and the reflected waves reflected by the surface 22 and the back surface 23 of the refractory are observed. be able to. In addition, by using a microwave having a frequency of 10 GHz or more, it is possible to achieve a necessary thickness measurement accuracy (about 5 to 10 mm) and a minimum measurement thickness (50 mm or less).

本発明において、厚み測定のためのマイクロ波送信機受信機２は高温の炉内に挿入するので、これら送信機受信機を動作可能温度範囲内に保持するため、マイクロ波送信機受信機２は冷却箱１中に収納する。冷却箱１としては、二重構造の箱体とし、内側の箱１４と外側の箱１５との間のスペースに水等の冷却媒体１６を充填した冷却構造とすると好ましい。図１に示すように、炉外から供給冷却水１７として冷却箱１に冷却媒体を供給し、冷却媒体を循環するようにすれば、冷却箱内を継続的に低温に保持することができ、長時間にわたって炉内で測定を行うことができる。   In the present invention, the microwave transmitter receiver 2 for thickness measurement is inserted into a high-temperature furnace. Therefore, in order to keep these transmitter receivers within the operable temperature range, the microwave transmitter receiver 2 is It is stored in the cooling box 1. The cooling box 1 is preferably a double structure box and a cooling structure in which a space between the inner box 14 and the outer box 15 is filled with a cooling medium 16 such as water. As shown in FIG. 1, if the cooling medium is supplied to the cooling box 1 as the supply cooling water 17 from the outside of the furnace and the cooling medium is circulated, the inside of the cooling box can be continuously kept at a low temperature, Measurements can be made in the furnace for a long time.

一方、図１（ｂ）に示すように、冷却箱１の外側の箱１５のさらに外部を断熱材１８で覆った上で、冷却媒体１６を炉外から供給しない方法を採用しても良い。水等の冷却媒体１６は熱容量が大きいので、断熱材１８の断熱効果と相まって、１０００℃程度の高温の炉内に挿入した後、冷却箱１の内部を５分間以上にわたって５０℃以下の温度に保持することができる。低温保持時間が５分間あれば、コークス炉の押し出し機に本発明の厚み測定装置を設置し、押し出し作業と同時に耐火物の厚みを測定することが十分に可能となる。冷却箱１は冷却媒体１６を外部から供給する配管を有しないので、コンパクトで着脱が容易な装置とすることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, a method may be adopted in which the cooling medium 16 is not supplied from outside the furnace after the outside of the box 15 outside the cooling box 1 is further covered with a heat insulating material 18. Since the cooling medium 16 such as water has a large heat capacity, coupled with the heat insulating effect of the heat insulating material 18, the cooling medium 16 is inserted into a furnace having a high temperature of about 1000 ° C., and then the inside of the cooling box 1 is kept at a temperature of 50 ° C. or lower for 5 minutes or more. Can be held. If the low temperature holding time is 5 minutes, the thickness measuring device of the present invention is installed in the extruder of the coke oven, and the thickness of the refractory can be measured simultaneously with the extrusion operation. Since the cooling box 1 does not have a pipe for supplying the cooling medium 16 from the outside, the cooling box 1 can be made compact and easy to attach and detach.

冷却箱１と炉外との間を結ぶ信号線や電源の配線を行わない場合、冷却箱１の中に電源５、データ処理装置、データ蓄積装置１３等を配置しておく必要がある。炉内において耐火物厚みを測定したらその測定データをデータ蓄積装置１３に蓄積し、測定が完了して冷却箱を炉外に搬出した後に、蓄積したデータを収集することができる。また、図１（ｂ）に示すように、冷却箱１の中にワイヤレス信号発信装置１９を配置し、炉内で測定を行いながら測定したデータを信号として炉外に発信することとしても良い。炉外にはワイヤレス信号受信装置２０を配置し、測定を行いながら炉外でデータを受信することができる。   When the signal line and the power supply wiring connecting the cooling box 1 and the outside of the furnace are not used, it is necessary to arrange the power supply 5, the data processing device, the data storage device 13, and the like in the cooling box 1. When the thickness of the refractory is measured in the furnace, the measurement data is stored in the data storage device 13, and after the measurement is completed and the cooling box is taken out of the furnace, the stored data can be collected. Moreover, as shown in FIG.1 (b), it is good also as arrange | positioning the wireless signal transmission device 19 in the cooling box 1, and transmitting the measured data as a signal outside a furnace while measuring in a furnace. A wireless signal receiver 20 is arranged outside the furnace, and data can be received outside the furnace while performing measurement.

冷却箱１を構成する内側の箱１４と外側の箱１５は、好ましくはステンレス鋼等の鋼板によって形成される。一方、鋼板はマイクロ波を透過しないので、冷却箱壁面のマイクロ波が通過する部分（マイクロ波通過窓６）についてはマイクロ波を透過しかつ耐熱性を有する材料で構成することが必要である。マイクロ波通過窓６を構成する材料としては、屈折率が１．８〜４程度の珪石セラミックやアルミナ系セラミック等の中から選択すると好適である。マイクロ波をマイクロ波通過窓６に対してほぼ垂直に入射させる場合の本発明においては、屈折率の小さい珪石セラミックの方が、窓表裏面での反射波の発生が少ないので好ましい。   The inner box 14 and the outer box 15 constituting the cooling box 1 are preferably formed of a steel plate such as stainless steel. On the other hand, since the steel plate does not transmit microwaves, the portion of the wall of the cooling box through which microwaves pass (microwave passage window 6) needs to be made of a material that transmits microwaves and has heat resistance. The material constituting the microwave passage window 6 is preferably selected from silica ceramics or alumina ceramics having a refractive index of about 1.8 to 4. In the present invention where the microwave is incident substantially perpendicularly to the microwave passage window 6, a silica ceramic having a low refractive index is preferred because less reflected waves are generated on the front and back surfaces of the window.

表面反射波２５と裏面反射波２６とをマイクロ波受信機２ｂで受信した後、表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出し、この時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出する。厚みを測定する耐火物の物性として、マイクロ波に対する屈折率が温度によって変動するようであると、本発明で耐火物の厚みを測定するためには、耐火物の温度を測定した上で屈折率を推定する必要が生じる。それに対し、本発明者らは、特にコークス炉炭化室の炉壁に用いられる耐火物の場合、炭化室の炉壁耐火物が有する温度として通常変動する温度範囲においては、マイクロ波に対する屈折率が一定に保持されることを見出した。従って、表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出するに際しては、耐火物の屈折率を一定値として与えても十分に精度の高い厚み測定を行うことが可能である。   After the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 are received by the microwave receiver 2b, the time difference required between the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 from transmission to reception is calculated. The thickness of the refractory is calculated based on the refractive index of the refractory. As a physical property of the refractory material for measuring the thickness, if the refractive index with respect to microwaves seems to fluctuate depending on the temperature, in order to measure the thickness of the refractory material in the present invention, the refractive index is measured after measuring the temperature of the refractory material. Need to be estimated. In contrast, in the case of a refractory used for a furnace wall of a coke oven carbonization chamber, the present inventors have a refractive index with respect to microwaves in a temperature range that usually varies as the temperature of the furnace wall refractory of the carbonization chamber. We found that it was held constant. Accordingly, when calculating the thickness of the refractory based on the time difference between the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 from transmission to reception and the refractive index of the refractory, the refractive index of the refractory is set to a constant value. Even if given, it is possible to perform sufficiently accurate thickness measurement.

本発明で用いるマイクロ波送信機２ａは、マイクロ波の発信装置とアンテナによって構成される。アンテナとしてはホーンアンテナ３を用いれば、アンテナを小型化することができ、かつ比較的指向性に優れ集束させやすいマイクロ波を送信することができるので好ましい。また、本発明で用いるマイクロ波受信機２ｂは、送信に用いるアンテナをそのまま受信に用いることとすれば、装置をコンパクト化することができる。マイクロ波発信装置及び受信機のいずれも、小型のものを採用することができるので、コークス炉炭化室内に挿入可能な大きさの冷却箱を用意し、その冷却箱の中にホーンアンテナとともに収めることが可能である。   The microwave transmitter 2a used in the present invention includes a microwave transmitter and an antenna. If the horn antenna 3 is used as an antenna, the antenna can be reduced in size and microwaves that are relatively excellent in directivity and easy to focus can be transmitted. Further, the microwave receiver 2b used in the present invention can make the apparatus compact if the antenna used for transmission is used as it is for reception. Since both the microwave transmission device and the receiver can be small, prepare a cooling box of a size that can be inserted into the coke oven carbonization chamber and place it with the horn antenna in the cooling box. Is possible.

本発明は信号処理装置４を有し、この信号処理装置４によって、表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出し、この時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出する。炉内の冷却箱から炉外まで信号ケーブルを配線した上で、信号処理装置４のみを炉外に配置することとしても構わない。これに対し、信号処理装置４は、マイクロ波送信機受信機２とともに冷却箱１の中に収納することとすると、炉内の冷却箱から炉外まで信号ケーブルを配線する必要がないので好ましい。アンテナと信号処理装置との間の伝送路を短くでき、かつ伝送路が高温に曝されることがないので、高精度の距離測定を行う上でも好ましい。   The present invention has a signal processing device 4, which calculates the difference in time required for the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 from transmission to reception, respectively. The thickness of the refractory is calculated based on the refractive index. It is also possible to arrange only the signal processing device 4 outside the furnace after wiring the signal cable from the cooling box inside the furnace to the outside of the furnace. On the other hand, it is preferable that the signal processing device 4 is housed in the cooling box 1 together with the microwave transmitter receiver 2 because it is not necessary to wire a signal cable from the cooling box in the furnace to the outside of the furnace. Since the transmission path between the antenna and the signal processing apparatus can be shortened and the transmission path is not exposed to high temperatures, it is preferable for highly accurate distance measurement.

表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出する方法として、パルスマイクロ波を用いることができる。パルスマイクロ波を発信し、耐火物表面で反射するパルスマイクロ波と、裏面で反射するパルスマイクロ波とを受信し、これらパルス波を受信した時刻を相対比較することにより、表面反射波と裏面反射波とがそれぞれ送信から受信までに要した時間差を算出することができる。   A pulse microwave can be used as a method of calculating the time difference required between the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 from transmission to reception. Transmits pulsed microwaves, receives pulsed microwaves reflected on the surface of the refractory, and pulsed microwaves reflected on the backside, and compares the time at which these pulse waves were received, thereby comparing the surface reflected wave and the backside reflected wave. The time difference required for each wave from transmission to reception can be calculated.

本発明においてより好ましくは、ＦＭＣＷ（周波数変調連続波、Frequency Modulated Continuous Wave）方式を採用することができる。ＦＭＣＷ方式において、マイクロ波の周波数は時間に対して直線状に増加する。時間間隔δｔ時間における周波数変化代をδｆとすると、δｆ／δｔ＝Ｇ（一定）という関係となる。最低周波数ｆminから周波数を上記関係によって増加させ、周波数が最高周波数ｆmaxに達したら元のｆminに戻り、このような鋸歯状刃パターンで周波数変調を行うものである。   In the present invention, more preferably, an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) system can be adopted. In the FMCW system, the microwave frequency increases linearly with respect to time. If the frequency change margin at the time interval δt is δf, the relationship is δf / δt = G (constant). The frequency is increased from the minimum frequency fmin according to the above relationship, and when the frequency reaches the maximum frequency fmax, the original frequency fmin is restored, and frequency modulation is performed with such a sawtooth pattern.

ＦＭＣＷ方式を用いた距離測定において、周波数ｆ１のマイクロ波を送信後、Δｔ秒後に反射波として受信したとする。そのとき、送信周波数はｆ２（＝ｆ１＋Ｇ・Δｔ）に変化している。このときの送信周波数ｆ２と反射波受信周波数ｆ１の差Δｆから、
Δｆ＝（ｆ２−ｆ１）＝ＧΔｔ
の関係に基づいて反射波が発信から受信までに要した時間（Δｔ）を算出することができる。 In distance measurement using the FMCW method, it is assumed that a microwave having a frequency f1 is transmitted and then received as a reflected wave after Δt seconds. At that time, the transmission frequency changes to f2 (= f1 + G · Δt). From the difference Δf between the transmission frequency f2 and the reflected wave reception frequency f1 at this time,
Δf = (f2−f1) = GΔt
Based on the relationship, the time (Δt) required for the reflected wave from transmission to reception can be calculated.

表面反射波２５のΔｔと裏面反射波２６のΔｔがそれぞれ算出できれば、それから表面反射波２５と裏面反射波２６とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出することができる。   If Δt of the front surface reflected wave 25 and Δt of the back surface reflected wave 26 can be respectively calculated, then the difference in time required for the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 from transmission to reception can be calculated.

ＦＭＣＷ方式においては、送信波と受信波をミキシングし、差の周波数を持ったビート波信号を取り出し、この信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数分析を行い、差の周波数Δｆを求め、時間差Δｔを算出する。   In the FMCW system, a transmission wave and a reception wave are mixed, a beat wave signal having a difference frequency is extracted, a frequency analysis is performed on this signal by FFT (Fast Fourier Transform), a difference frequency Δf is obtained, and a time difference Δt is obtained. Is calculated.

図２は、横軸に時間差をとり、縦軸に信号強度をとってプロットした図である。表面反射波２５と裏面反射波２６によるピークが観察される。両ピークの間隔から、マイクロ波が耐火物内部を進行したことに起因する時間差を算出することができる。図２（ａ）は耐火物厚みが厚い場合、図２（ｂ）は耐火物厚みが薄い場合の測定結果を示す。   FIG. 2 is a plot in which time is plotted on the horizontal axis and signal intensity is plotted on the vertical axis. Peaks due to the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 are observed. From the interval between the two peaks, the time difference due to the microwave traveling inside the refractory can be calculated. FIG. 2A shows the measurement results when the thickness of the refractory is large, and FIG. 2B shows the measurement results when the thickness of the refractory is thin.

時間差を算出する当該炉内温度における耐火物の屈折率ｎを予め定めておき、上記表面反射波と裏面反射波との時間差にｃ／２ｎ（ｃは真空中における光速）をかけることにより、装置からの距離に換算し、耐火物の厚みを算出することができる。   The refractive index n of the refractory at the furnace temperature for calculating the time difference is determined in advance, and the time difference between the front surface reflected wave and the back surface reflected wave is multiplied by c / 2n (c is the speed of light in vacuum), thereby providing a device. The thickness of the refractory can be calculated by converting the distance from the distance.

ＦＭＣＷ方式の変調周波数を約１．５ＧＨｚ以上とすることにより、本発明に必要な厚み測定精度及び最小測定厚みを実現することが可能となる。   By setting the modulation frequency of the FMCW method to about 1.5 GHz or more, it is possible to realize the thickness measurement accuracy and the minimum measurement thickness necessary for the present invention.

冷却箱１の中におけるマイクロ波送信機受信機２、特にホーンアンテナ３の配置については、図１に示すようにホーンアンテナ３を距離測定対象の耐火物表面に対面させることとしても良いが、特にコークス炉炭化室の側壁耐火物については、両側壁間の距離が４００ｍｍ程度しかないので、マイクロ波送信機受信機２をこのように配置することは困難であることが多い。また、炭化室の両側の側壁について耐火物の厚みを測定しようとすると、それぞれの耐火物に面するように配置して２組の送信機受信機が必要となる。   Regarding the arrangement of the microwave transmitter receiver 2 in the cooling box 1, particularly the horn antenna 3, as shown in FIG. 1, the horn antenna 3 may be made to face the surface of the refractory object to be measured. As for the side wall refractories of the coke oven carbonization chamber, since the distance between both side walls is only about 400 mm, it is often difficult to arrange the microwave transmitter receiver 2 in this way. Moreover, when it is going to measure the thickness of a refractory about the side wall of the both sides of a carbonization chamber, it arrange | positions so that each refractory may be faced, and two sets of transmitter receivers are needed.

本発明においては、図３に示すように、マイクロ波を耐火物表面に平行に送信し、送信したマイクロ波をマイクロ波反射板７で反射させてマイクロ波を耐火物表面に向け、返ってきたマイクロ波をマイクロ波反射板７で反射させて耐火物表面に平行方向に向け、マイクロ波受信機２ｂで受信することとすると好ましい。マイクロ波反射板７としては、導電性を有する平板であれば材質は問わない。一般的に金属板を用いることができる。   In the present invention, as shown in FIG. 3, the microwave is transmitted in parallel to the surface of the refractory, the transmitted microwave is reflected by the microwave reflection plate 7, and the microwave is directed toward the surface of the refractory and returned. The microwave is preferably reflected by the microwave reflector 7 and directed in the direction parallel to the surface of the refractory and received by the microwave receiver 2b. The material of the microwave reflection plate 7 is not limited as long as it is a flat plate having conductivity. In general, a metal plate can be used.

ホーンアンテナ３は、特に指向性の高い特性を実現しようとした場合、マイクロ波送信方向に長い形状となる。上記のようにマイクロ波を耐火物表面に平行に送信するようにすれば、ホーンアンテナの長手方向を耐火物と平行に配置できるので、炭化室のように両側壁間が極めて狭い場合でも、性能の良いマイクロ波送信機受信機２を用いて冷却箱内に配置することが可能となる。   The horn antenna 3 has a shape that is long in the microwave transmission direction, particularly when a characteristic having high directivity is to be realized. If the microwave is transmitted in parallel to the surface of the refractory as described above, the longitudinal direction of the horn antenna can be arranged in parallel with the refractory. It becomes possible to arrange | position in a cooling box using the microwave transmitter receiver 2 with good quality.

また、送信したマイクロ波をマイクロ波反射板７で反射させるとともに、角度切替器１２によってマイクロ波反射板７の向きを９０°回転することとすれば、冷却箱内に固定した１組のマイクロ波送信機受信機２を用い、両側壁の耐火物厚みを交互に測定することが可能となる。例えば、厚み測定装置を炭化室内に挿入し、一定速度で炉奥まで進行させる過程で図３（ａ）に示すように一方の側壁について耐火物厚み測定を行い、炉奥から帰ってくる復路においては、図３（ｂ）に示すようにマイクロ波反射板の向きを９０°回転し、往路で測定したのと反対側の側壁耐火物の厚みを測定することができる。   Further, if the transmitted microwave is reflected by the microwave reflection plate 7 and the direction of the microwave reflection plate 7 is rotated by 90 ° by the angle switch 12, a set of microwaves fixed in the cooling box. Using the transmitter / receiver 2, the thickness of the refractory on both side walls can be measured alternately. For example, in the process of inserting a thickness measuring device into the carbonization chamber and proceeding to the depth of the furnace at a constant speed, the thickness of the refractory is measured on one side wall as shown in FIG. As shown in FIG. 3B, the thickness of the side wall refractory on the opposite side as measured in the forward path can be measured by rotating the direction of the microwave reflector 90 °.

マイクロ波反射板７を用いる本発明において、図４に示すように、マイクロ波反射板７を冷却箱１の外に配置することとしても良い。冷却箱１の外側前方に例えばステンレス鋼製の角柱を配置し、この角柱の２面を２枚のマイクロ波反射板（７ａ、７ｂ）とする。冷却箱内のホーンアンテナ３をこれらマイクロ波反射板の一方の方向に向ける。２枚の反射板それぞれはお互いに約９０°の角度をもって配置され、炭化室の各側壁の方向へマイクロ波２４を反射することができる。ホーンアンテナの向きをわずかにずらして２枚の反射板のうちの一方にマイクロ波を照射することにより、その反射板に反射してマイクロ波が照射される側の側壁耐火物厚みを測定することができる。マイクロ波反射板を構成する角柱は、その内部に冷却水を充填しておくことにより、短時間の挿入時間であれば十分にマイクロ波反射板を冷却することができる。   In the present invention using the microwave reflection plate 7, the microwave reflection plate 7 may be disposed outside the cooling box 1 as shown in FIG. 4. For example, a stainless steel prism is disposed in front of the cooling box 1, and two surfaces of the prism are used as two microwave reflectors (7a, 7b). The horn antenna 3 in the cooling box is directed in one direction of these microwave reflectors. Each of the two reflectors is disposed at an angle of about 90 ° to each other, and can reflect the microwave 24 toward the side walls of the carbonization chamber. Measure the thickness of the side wall refractory on the side reflected by the reflector by irradiating one of the two reflectors with microwaves while slightly shifting the direction of the horn antenna. Can do. The prisms constituting the microwave reflecting plate can sufficiently cool the microwave reflecting plate within a short insertion time by filling the inside thereof with cooling water.

本発明で冷却箱１に設けるマイクロ波通過窓６としては、マイクロ波の透過性がよく耐熱性を有する材料を用いることとするが、マイクロ波が窓を通過するに際し、窓の内側及び外側の表面でのマイクロ波の反射が避けられない。炭化室側壁耐火物の厚み測定に際しては、耐火物とマイクロ波通過窓との間隔が１００〜１５０ｍｍと近接しているので、マイクロ波が窓の表面及び耐火物表面との間において多重反射を繰り返した後にマイクロ波受信機に返ってくる。このため、図５に示すように、測定結果のグラフには表面反射波と裏面反射波の他に、多くの多重反射によるノイズ２７が乗ることとなる。この多重反射波が耐火物厚み測定に悪影響を及ぼすことがある。   As the microwave passage window 6 provided in the cooling box 1 according to the present invention, a material having high microwave permeability and heat resistance is used, but when the microwave passes through the window, the inside and outside of the window are used. The reflection of microwaves on the surface is inevitable. When measuring the thickness of the refractory on the side wall of the carbonization chamber, the distance between the refractory and the microwave passage window is close to 100 to 150 mm, so that the microwave repeatedly repeats multiple reflections between the surface of the window and the refractory surface. Then return to the microwave receiver. For this reason, as shown in FIG. 5, in addition to the front surface reflected wave and the back surface reflected wave, many noises 27 due to multiple reflections are superimposed on the graph of the measurement result. This multiple reflected wave may adversely affect the refractory thickness measurement.

本発明においては、図６に示すように、マイクロ波通過窓６表面の法線方向をマイクロ波２４の進行方向から傾斜させることにより、マイクロ波通過窓６で反射した反射波の進行方向をずらすことができる。これにより、冷却箱の内側では、反射波が直接ホーンアンテナに返ってくることを防止できる。また、冷却箱の外側では、耐火物表面とマイクロ波通過窓との間での多重反射の発生を防止することができる。ところが、マイクロ波通過窓６に対する入射角θ（マイクロ波進行方向とマイクロ波通過窓表面の法線方向との間の角度）を大きくすると、それに伴ってマイクロ波の反射率が増大するという現象を伴う。マイクロ波の反射率が増大したのでは、多重反射を防止するという目的を十分に達することができない。   In the present invention, the traveling direction of the reflected wave reflected by the microwave passing window 6 is shifted by inclining the normal direction of the surface of the microwave passing window 6 from the traveling direction of the microwave 24 as shown in FIG. be able to. Thereby, it is possible to prevent the reflected wave from returning directly to the horn antenna inside the cooling box. In addition, the occurrence of multiple reflections between the refractory surface and the microwave passage window can be prevented outside the cooling box. However, when the incident angle θ with respect to the microwave passage window 6 (the angle between the microwave traveling direction and the normal direction of the surface of the microwave passage window) is increased, the microwave reflectivity increases accordingly. Accompany. If the microwave reflectivity is increased, the purpose of preventing multiple reflections cannot be fully achieved.

ところで、図７（ａ）に示すように、電磁波を透過する材料に対して電磁波が一定の入射角θ（垂直以外の角度）で入射するとき、入射面（入射電磁波の進行方向と入射点における材料表面の法線を含む面を意味する。）に垂直な方向のｓ偏光成分（図７（ａ）で紙と垂直の方向）と入射面に平行な方向のｐ偏光成分とに着目する。材料表面で反射する反射波については、ｓ偏光成分が多く、ｐ偏光成分が少なくなるという現象が見られる。特に入射角θがブリュースター角βを満足する場合には、反射波中におけるｐ偏光成分がゼロとなる。従って、マイクロ波通過窓をマイクロ波進行方向に対して傾けた上で、入射する電磁波としてｐ偏光成分のみの直線偏波した電磁波を用いることとすれば、マイクロ波通過窓の表面におけるマイクロ波の反射率を低下させることが可能である。ブリュースター角βは、窓材料の屈折率をｎとしたときにｔａｎβ＝ｎと表すことができる。入射角θがブリュースター角βよりも小さい値であっても、多重反射を防止するという本発明の効果を十分に発揮することができる。   By the way, as shown in FIG. 7A, when an electromagnetic wave is incident on a material that transmits the electromagnetic wave at a constant incident angle θ (an angle other than vertical), the incident surface (in the traveling direction of the incident electromagnetic wave and at the incident point). Attention is paid to the s-polarized light component in the direction perpendicular to the surface of the material surface (direction normal to the paper in FIG. 7A) and the p-polarized light component in the direction parallel to the incident surface. The reflected wave reflected on the material surface has a phenomenon that the s-polarized component is large and the p-polarized component is small. In particular, when the incident angle θ satisfies the Brewster angle β, the p-polarized component in the reflected wave is zero. Therefore, if the microwave passing window is tilted with respect to the microwave traveling direction and the linearly polarized electromagnetic wave having only the p-polarized component is used as the incident electromagnetic wave, the microwave on the surface of the microwave passing window is used. It is possible to reduce the reflectance. The Brewster angle β can be expressed as tan β = n where n is the refractive index of the window material. Even if the incident angle θ is smaller than the Brewster angle β, the effect of the present invention of preventing multiple reflections can be sufficiently exhibited.

即ち本発明においては、図７（ｂ）に示すように、送信するマイクロ波として直線偏波したマイクロ波を用い、マイクロ波通過窓の表面は通過するマイクロ波の偏波方向及び進行方向に垂直な軸ｚを中心に一定角度θ傾けることとすると好ましい。図７（ｂ）において、傾斜前の表面の法線は入射波進行方向を向いており、傾斜後の表面の法線は入射波進行方向と角度θの傾きを持っている。マイクロ波通過窓の表面をこのように傾けることにより、マイクロ波通過窓に入射するマイクロ波は入射角がθとなるとともにｐ偏光成分のみとなるので、マイクロ波の反射率を低下させることができる。   That is, in the present invention, as shown in FIG. 7B, a microwave that is linearly polarized is used as the microwave to be transmitted, and the surface of the microwave passing window is perpendicular to the polarization direction and the traveling direction of the passing microwave. It is preferable to incline by a certain angle θ about a simple axis z. In FIG. 7B, the normal of the surface before tilting faces the incident wave traveling direction, and the normal of the surface after tilting has an inclination of the angle θ with respect to the incident wave traveling direction. By tilting the surface of the microwave passage window in this way, the microwave incident on the microwave passage window has an incident angle of θ and only a p-polarized component, so that the reflectance of the microwave can be reduced. .

例えばマイクロ波通過窓として屈折率が２の珪石セラミックを用いたとき、ブリュースター角βは６３．４°となる。マイクロ波の偏波方向及び進行方向に垂直な軸ｚを中心に傾ける角度θを４０°程度とすれば、マイクロ波の反射率をほぼ半分にでき、実質的に多重反射の影響を少なくすることができる。   For example, when a quartz ceramic having a refractive index of 2 is used as the microwave passing window, the Brewster angle β is 63.4 °. If the angle θ tilted about the axis z perpendicular to the polarization direction and the traveling direction of the microwave is about 40 °, the reflectance of the microwave can be almost halved, and the influence of multiple reflection is substantially reduced. Can do.

マイクロ波発信のアンテナとしてホーンアンテナを用いることにより、マイクロ波の指向性を高めることができるが、マイクロ波の主な進行方向から外れた角度の方向へのマイクロ波伝搬をゼロにすることはできない。一方、マイクロ波送信機受信機を収納する冷却箱は通常は鋼板によって形成され、鋼板は電磁波を反射する。このようなマイクロ波がホーンアンテナやマイクロ波反射板裏面と冷却箱内面の間で多重反射や定常波が発生し、耐火物厚み測定を行う上でのノイズとして障害の原因となることがある。   By using a horn antenna as a microwave transmission antenna, the directivity of the microwave can be increased, but the microwave propagation in a direction away from the main traveling direction of the microwave cannot be made zero. . On the other hand, the cooling box that houses the microwave transmitter receiver is usually formed of a steel plate, and the steel plate reflects electromagnetic waves. Such microwaves may cause multiple reflections or standing waves between the back surface of the horn antenna or microwave reflector and the inner surface of the cooling box, which may cause a failure as noise when measuring the thickness of the refractory.

本発明においては、図７に示すように、冷却箱１の内側に電磁波吸収体１１を配置することにより、上記のように発生する多重反射や定常波の発生を抑えることができる。電磁波吸収体１１の配置場所として、ホーンアンテナ出口以降の冷却箱内側部分及びマイクロ波反射板裏面に配置すると良い。また、電磁波吸収体１１としてフェライト樹脂やポリウレタンなど一般的な電波吸収材料を用いることができる。   In the present invention, as shown in FIG. 7, by arranging the electromagnetic wave absorber 11 inside the cooling box 1, it is possible to suppress the occurrence of multiple reflections and standing waves generated as described above. As an arrangement place of the electromagnetic wave absorber 11, it is preferable to arrange the electromagnetic wave absorber 11 on the inner side of the cooling box after the horn antenna exit and on the back surface of the microwave reflector. Further, a general electromagnetic wave absorbing material such as a ferrite resin or polyurethane can be used as the electromagnetic wave absorber 11.

マイクロ波を送信してから、表面反射波２５及び裏面反射波２６が返ってくるまでの概略の時間がわかれば、反射波が返ってくると予想される時間帯のみ検出を行い、それ以外の時間帯については検出を行わないことにより、多重反射や定常波による誤動作の発生頻度を減少させることができる。   If the approximate time from when the microwave is transmitted until the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 are returned is detected, only the time zone in which the reflected wave is expected to be returned is detected. By not detecting the time zone, the occurrence frequency of malfunctions due to multiple reflections and standing waves can be reduced.

本発明においては、図９に示すように、マイクロ波以外の手段を用いた距離計８によって耐火物表面と冷却箱との間の距離を測定し、測定した距離に基づいて、受信したマイクロ波の中から表面反射波及び裏面反射波を抽出すると好ましい。マイクロ波以外の手段の一例として、光学式距離測定手段であるレーザー距離計や光切断形状計などを用いることができる。また、接触式距離測定手段として、機械的に耐火物表面に触診して距離を測定することとしても良い。特に、ホーンアンテナと耐火物表面より短い距離領域でノイズが発生する場合に有効である。その他のマイクロ波以外の距離測定手段としては、音波距離計など高温の空間内で耐火物表面との距離が測定できる距離計であれば良い。受信したマイクロ波信号に図１０に示すようにゲートをかける。レーザー距離計による耐火物表面位置から適当な距離分だけオフセットを取り、その位置をゲート端部としてゲートをかける。これにより、ノイズ成分を除去することで誤動作を防止することができる。   In the present invention, as shown in FIG. 9, the distance between the refractory surface and the cooling box is measured by a distance meter 8 using means other than microwaves, and the received microwave is based on the measured distance. It is preferable to extract a front surface reflected wave and a back surface reflected wave from the inside. As an example of means other than the microwave, a laser distance meter or an optical cutting shape meter which is an optical distance measuring means can be used. Moreover, as a contact-type distance measuring means, it is good also as measuring a distance by palpating the refractory surface mechanically. This is particularly effective when noise occurs in a distance region shorter than the horn antenna and the refractory surface. Other distance measuring means other than the microwave may be any distance meter such as a sonic distance meter that can measure the distance from the surface of the refractory in a high-temperature space. The received microwave signal is gated as shown in FIG. An appropriate distance is offset from the refractory surface position by the laser distance meter, and the gate is applied with that position as the gate end. Thereby, malfunction can be prevented by removing a noise component.

なお、マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面と冷却箱との間の距離を測定する本発明（図９）においては、受信するマイクロ波のうち裏面反射波のみに着目することとしても、耐火物の厚みを測定することが可能である。即ち、測定装置から耐火物表面までの距離はマイクロ波以外の手段による距離計を用いて測定し、測定装置から耐火物裏面までの距離はマイクロ波のうちの裏面反射波に基づいて測定し、測定した距離を比較することにより、測定位置における耐火物の厚みを算出することが可能である。   In addition, in the present invention for measuring the distance between the surface of the refractory and the cooling box using means other than microwaves (FIG. 9), it is also possible to focus only on the back surface reflected wave among the received microwaves. It is possible to measure the thickness of the refractory. That is, the distance from the measuring device to the refractory surface is measured using a distance meter by means other than microwave, and the distance from the measuring device to the refractory back surface is measured based on the back surface reflected wave of the microwave, By comparing the measured distances, it is possible to calculate the thickness of the refractory at the measurement position.

ホーンアンテナから発信したマイクロ波は、通常１００ｍｍφ程度の幅を有している。このまま耐火物表面に照射したのでは、１００ｍｍ以下の空間分解能で耐火物厚みを測定することができない。   The microwave transmitted from the horn antenna usually has a width of about 100 mmφ. If the surface of the refractory is irradiated as it is, the thickness of the refractory cannot be measured with a spatial resolution of 100 mm or less.

本発明においては、図１１に示すように、マイクロ波通過窓６としてレンズ状の形状を有するものを用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることとすると良い。ホーンアンテナ３から発信され、場合によってマイクロ波反射板７で反射してマイクロ波通過窓６を通過する際において、マイクロ波はほぼ平行波あるいはせいぜい拡がり角１０°程度の広がりを有する電磁波束となっている。マイクロ波通過窓６として、屈折率が１以上の材料で凸レンズ形状のものを用いれば、ほぼ平行波であるマイクロ波束を集束させることができ、耐火物表面から裏面までの間において焦点を結ばせることができる。   In the present invention, as shown in FIG. 11, it is preferable to use a microwave passing window 6 having a lens-like shape to focus the microwave irradiated to the refractory. When the microwave is transmitted from the horn antenna 3 and is reflected by the microwave reflector 7 and passes through the microwave passage window 6 in some cases, the microwave becomes an electromagnetic wave bundle having a parallel wave or a spread angle of about 10 ° at most. ing. If the microwave passing window 6 is made of a material having a refractive index of 1 or more and having a convex lens shape, it is possible to focus a substantially parallel wave of the microwave flux, and to focus from the refractory surface to the back surface. be able to.

厚みを測定する耐火物の屈折率が１．８程度の場合、焦点距離２５０〜３００ｍｍが適している。これにより、比較的反射波が小さい耐火物裏面に焦点を結ぶことができる。例えば、マイクロ波通過窓として屈折率４のものを用いた場合、両面が曲率半径１５００ｍｍ程度の球面形状となるような凸レンズ形状とすれば、焦点距離が２５０ｍｍとなる。   When the refractive index of the refractory for measuring the thickness is about 1.8, a focal length of 250 to 300 mm is suitable. Thereby, it can focus on the refractory back surface with a comparatively small reflected wave. For example, when a microwave passing window having a refractive index of 4 is used, the focal length is 250 mm if both surfaces have a spherical shape with a curvature radius of about 1500 mm.

本発明においてはまた、図１２に示すように、マイクロ波反射板７として凹面状の反射板を用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることとしても良い。厚みを測定する耐火物の屈折率が１．８程度の場合、軸外し焦点距離は３５０〜４００ｍｍが適している。ｚ＝（ｘ²＋ｙ²）／２ｆで表される放物面を、（ｘ−ｆ）²＋ｙ²≦ｒ²で表される円柱部で切り取ることにより、焦点距離がｆで半径がｒの放物面鏡を得ることができる。この放物面鏡をマイクロ波反射板として用い、焦点距離ｆ＝３５０ｍｍ程度とすれば、炭化室側壁耐火物裏面の位置に焦点を結ぶことができる。マイクロ波反射板７の向きを、角度切替器１２によって図１２（ａ）の向きから図１２（ｂ）の向きに変換することにより、対面する２面の耐火物厚みを測定することができる。 In the present invention, as shown in FIG. 12, a concave reflecting plate may be used as the microwave reflecting plate 7, and the microwave irradiated to the refractory may be focused. When the refractive index of the refractory for measuring the thickness is about 1.8, an off-axis focal length of 350 to 400 mm is suitable. By cutting the paraboloid represented by z = (x ² + y ² ) / 2f with a cylindrical part represented by (x−f) ² + y ² ≦ r ² , the focal length is f and the radius is r. A parabolic mirror can be obtained. If this parabolic mirror is used as a microwave reflector and the focal length f is about 350 mm, the focal point can be focused on the position of the refractory back surface of the coking chamber side wall. By converting the direction of the microwave reflecting plate 7 from the direction of FIG. 12A to the direction of FIG. 12B by the angle switcher 12, the thickness of the refractory on the two faces can be measured.

耐火物表面あるいは裏面から返ってきたマイクロ波は、本発明のレンズ状の形状を有するマイクロ波通過窓、あるいは凹面状の反射板を通過した後にほぼ平行波となり、ホーンアンテナによって受信される。   Microwaves returned from the front or back surface of the refractory are converted into substantially parallel waves after passing through the microwave passage window having the lens shape of the present invention or the concave reflector, and are received by the horn antenna.

図１に示す本発明の厚み測定装置を用い、コークス炉炭化室の側壁を構成する耐火物の厚みを測定した。   The thickness of the refractory constituting the side wall of the coke oven carbonization chamber was measured using the thickness measuring apparatus of the present invention shown in FIG.

マイクロ波送信機２ａは、マイクロ波発振管とホーンアンテナ３及び発信管を駆動する電気回路とから構成される。また、マイクロ波受信機２ｂは、マイクロ波送信機２ａと共用のホーンアンテナ３とマイクロ波検出器とから構成される。マイクロ波の発振器と検出器は一体となっており、全体はおよそ５０ｍｍ×１００ｍｍ×１５０ｍｍの大きさである。炉壁に対してほぼ垂直な方向にマイクロ波が放射されるようにホーンアンテナ３を配置しており、ホーンアンテナ３の発信口の口径は約５０ｍｍφである。   The microwave transmitter 2a includes a microwave oscillation tube, a horn antenna 3, and an electric circuit that drives the transmission tube. The microwave receiver 2b includes a horn antenna 3 and a microwave detector shared with the microwave transmitter 2a. The microwave oscillator and the detector are integrated, and the entire size is approximately 50 mm × 100 mm × 150 mm. The horn antenna 3 is arranged so that the microwave is radiated in a direction substantially perpendicular to the furnace wall, and the diameter of the transmission port of the horn antenna 3 is about 50 mmφ.

これらマイクロ波送信機受信機２が冷却箱１に収納されている。冷却箱１は外形が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２２０ｍｍ程度の大きさを有するものであり、ステンレス鋼製のジャケット構造で、ジャケット内に冷却水を通水し、炉内に挿入中は炉外から冷却水を供給して循環させている。ホーンアンテナ３からのマイクロ波が通過する部分には、７０ｍｍφの開口を有し、セラミックファイバー製の平板をマイクロ波通過窓６として冷却箱１の外壁の一部として組み込まれている。セラミックファイバーは耐熱性があり、かつマイクロ波に対して透明である。   These microwave transmitter receivers 2 are housed in a cooling box 1. The cooling box 1 has a size of about 150 mm × 150 mm × 220 mm, and has a stainless steel jacket structure. The cooling water is passed through the jacket, and the cooling water is supplied from outside the furnace while being inserted into the furnace. To supply and circulate. A portion through which the microwave from the horn antenna 3 passes has an opening of 70 mmφ, and a flat plate made of ceramic fiber is incorporated as a microwave passage window 6 as a part of the outer wall of the cooling box 1. Ceramic fibers are heat resistant and transparent to microwaves.

マイクロ波送信機受信機２からの信号を入力して信号処理を行う信号処理装置４は、炉外に配置される。冷却箱１と信号処理装置４との間は、冷却水配管で保護された信号線によって結ばれる。電源５も炉外に配置され、信号線と同様に電源供給線を配置する。   The signal processing device 4 that performs signal processing by inputting a signal from the microwave transmitter receiver 2 is disposed outside the furnace. The cooling box 1 and the signal processing device 4 are connected by a signal line protected by cooling water piping. The power source 5 is also arranged outside the furnace, and a power supply line is arranged similarly to the signal line.

マイクロ波送信機２ａは、中心周波数が３６ＧＨｚで、６ＧＨｚの周波数変調をかけた鋸歯状刃信号を発生する。鋸歯状波の周期は３０ＭＨｚである。   The microwave transmitter 2a generates a sawtooth signal having a center frequency of 36 GHz and frequency modulation of 6 GHz. The period of the sawtooth wave is 30 MHz.

マイクロ波送信機２ａのホーンアンテナ３から１０°程度の広がりをもって放射されたマイクロ波は、マイクロ波通過窓６を通過して測定対象である耐火物表面に到達し、一部が表面で反射して表面反射波２５を形成し、残りが内部へ侵入する。表面反射波２５は再びマイクロ波通過窓６を通過して、ホーンアンテナ３からマイクロ波受信機２ｂに到達する。また、耐火物内部へ進入したマイクロ波は、耐火物内部で一部が吸収、散乱されながら、大部分が裏面に到達し、耐火物裏面でその一部が反射され、反射した裏面反射波２６は同じ過程を経てマイクロ波受信機２ｂに到達する。マイクロ波受信機２ｂは、表面反射波２５と裏面反射波２６の他に、マイクロ波通過窓６での反射波など、マイクロ波受信機に到達するすべてのマイクロ波を変調成分を含めて検出する。検出されたマイクロ波とマイクロ波送信機からの信号とを混合し、信号処理装置４に信号を送る。   The microwave radiated from the horn antenna 3 of the microwave transmitter 2a with a spread of about 10 ° passes through the microwave passage window 6 and reaches the refractory surface as a measurement object, and a part of the microwave is reflected on the surface. As a result, the surface reflected wave 25 is formed, and the remainder enters the inside. The surface reflected wave 25 again passes through the microwave passing window 6 and reaches the microwave receiver 2b from the horn antenna 3. In addition, the microwave that has entered the refractory is partially absorbed and scattered inside the refractory, but most of the microwave reaches the back surface, and a part of the microwave is reflected by the back surface of the refractory. Reaches the microwave receiver 2b through the same process. The microwave receiver 2b detects all the microwaves that reach the microwave receiver, such as the reflected wave at the microwave passage window 6, in addition to the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26, including modulation components. . The detected microwave and the signal from the microwave transmitter are mixed, and the signal is sent to the signal processing device 4.

信号処理装置４においては、ＦＭＣＷ方式によって信号処理を行う。ＦＭＣＷ方式においては前述のとおり、送信波と受信波をミキシングし、差の周波数を持ったビート波信号を取り出し、この信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数分析を行い、差の周波数Δｆを求め、時間差Δｔを算出する。時間差を算出する当該炉内温度における耐火物の屈折率ｎを予め定めておき、表面反射波２５と裏面反射波２６との時間差にｃ／２ｎ（ｃは真空中における光速）をかけることにより、耐火物の厚みを算出することができる。   In the signal processing device 4, signal processing is performed by the FMCW method. In the FMCW system, as described above, the transmission wave and the reception wave are mixed, a beat wave signal having a difference frequency is extracted, and frequency analysis is performed on this signal by FFT (Fast Fourier Transform) to obtain the difference frequency Δf. The time difference Δt is calculated. By calculating in advance the refractive index n of the refractory at the furnace temperature for calculating the time difference, and multiplying the time difference between the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 by c / 2n (c is the speed of light in vacuum), The thickness of the refractory can be calculated.

ＦＭＣＷ方式については、以下のように説明することもできる。即ち、マイクロ波受信機２ｂに到達した変調成分は、マイクロ波が放射されてから反射波として検出されるまでの時間に比例して位相がずれており、信号処理装置４で位相成分を計算することで、マイクロ波送信装置と対象との時間差を測定することができる。信号処理は例えば、マイクロ波放射時の信号と、検出信号との相関演算であり、反射波が発生した場合その時間差及び強度に応じたピークが得られる。耐火物からの表面反射波及び裏面反射波は、伝搬に要する時間が異なるため、異なる位置にピークが発生する。これから、表面反射波２５と裏面反射波２６との時間差Δｔを算出し、これにｃ／２ｎ（ｃは真空中における光速）をかけることにより、耐火物の厚みを算出することができる。   The FMCW method can also be described as follows. That is, the modulation component that has reached the microwave receiver 2b is out of phase in proportion to the time from when the microwave is emitted until it is detected as a reflected wave, and the signal processing device 4 calculates the phase component. Thus, the time difference between the microwave transmission device and the object can be measured. The signal processing is, for example, a correlation calculation between a signal at the time of microwave radiation and a detection signal, and when a reflected wave is generated, a peak corresponding to the time difference and intensity is obtained. Since the time required for propagation differs between the surface reflected wave and the back surface reflected wave from the refractory, peaks occur at different positions. From this, the thickness of the refractory can be calculated by calculating the time difference Δt between the front surface reflected wave 25 and the back surface reflected wave 26 and multiplying this by c / 2n (c is the speed of light in vacuum).

一般に物質の屈折率はその材質の温度に依存するが、コークス炉炭化室のような均熱された条件下では、耐火物温度はそれほど大きな分布を有しておらず、炉温である１０００℃で予め屈折率を測定しておけば、この値を定数として用いて十分な精度で厚み測定に用いることができる。   In general, the refractive index of a substance depends on the temperature of the material, but under a soaked condition such as a coke oven carbonization chamber, the refractory temperature does not have such a large distribution, and the furnace temperature is 1000 ° C. If the refractive index is measured in advance, this value can be used as a constant for thickness measurement with sufficient accuracy.

マイクロ波を放射して炭化室炉壁耐火物の厚みを測定しつつ、冷却箱を奥行き方向に移動し、奥行き方向の耐火物厚み分布の測定を行った。ポイントＡでは、耐火物厚みが１５０ｍｍと測定され、初期の耐火物厚みに対応していた。一方、ポイントＢでは、耐火物厚みが１２０ｍｍとなっており、厚みが薄くなっていることが計測できた。   While measuring the thickness of the refractory of the carbonization chamber furnace wall by radiating microwaves, the cooling box was moved in the depth direction, and the refractory thickness distribution in the depth direction was measured. At point A, the refractory thickness was measured as 150 mm, corresponding to the initial refractory thickness. On the other hand, at point B, the refractory thickness was 120 mm, and it was possible to measure that the thickness was reduced.

本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明によって検出された反射波の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the reflected wave detected by this invention. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明によって検出された反射波の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the reflected wave detected by this invention. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明のマイクロ波通過窓を傾斜される状況を示す図である。It is a figure which shows the condition where the microwave passage window of this invention is inclined. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明によって検出された反射波の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the reflected wave detected by this invention. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention. 本発明によって炭化室側壁の耐火物厚みを測定する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which measures the refractory thickness of a carbonization chamber side wall by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 冷却箱
２ マイクロ波送信機受信機
２ａ マイクロ波送信機
２ｂ マイクロ波受信機
３ ホーンアンテナ
４ 信号処理装置
５ 電源
６ マイクロ波通過窓
７ マイクロ波反射板
８ 距離計
９ 距離計反射板
１０ 距離計窓
１１ 電磁波吸収体
１２ 角度切替器
１３ データ蓄積装置
１４ 内側の箱
１５ 外側の箱
１６ 冷却媒体
１７ 供給冷却水
１８ 断熱材
１９ ワイヤレス信号発信装置
２０ ワイヤレス信号受信装置
２１ 耐火物
２２ 表面
２３ 裏面
２４ マイクロ波
２５ 表面反射波
２６ 裏面反射波
２７ 多重反射によるノイズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling box 2 Microwave transmitter receiver 2a Microwave transmitter 2b Microwave receiver 3 Horn antenna 4 Signal processing device 5 Power supply 6 Microwave passage window 7 Microwave reflector 8 Distance meter 9 Distance meter reflector 10 Distance meter Window 11 Electromagnetic wave absorber 12 Angle switch 13 Data storage device 14 Inner box 15 Outer box 16 Cooling medium 17 Supply cooling water 18 Heat insulating material 19 Wireless signal transmitter 20 Wireless signal receiver 21 Refractory 22 Surface 23 Back surface 24 Micro Wave 25 Surface reflected wave 26 Back surface reflected wave 27 Noise due to multiple reflection

Claims (16)

高温の炉内にマイクロ波送信機受信機を挿入し、高温の耐火物表面に向かってマイクロ波を送信し、耐火物の表面で反射して返ってきたマイクロ波（以下「表面反射波」という。）及び耐火物の裏面で反射して返ってきたマイクロ波（以下「裏面反射波」という。）を受信し、表面反射波と裏面反射波とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出し、この時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出し、前記マイクロ波送信機受信機は冷却箱中に収納し、該冷却箱壁面のマイクロ波が通過する部分（以下「マイクロ波通過窓」という。）についてはマイクロ波を透過しかつ耐熱性を有する材料で構成することを特徴とする耐火物厚み測定方法。   A microwave transmitter receiver is inserted into a high-temperature furnace, microwaves are transmitted toward the surface of the high-temperature refractory, and reflected by the surface of the refractory (hereinafter referred to as “surface reflected wave”) .) And the microwave reflected back from the back side of the refractory (hereinafter referred to as “backside reflected wave”), and the difference in time required between the surface reflected wave and the backside reflected wave from transmission to reception. The thickness of the refractory is calculated based on the time difference and the refractive index of the refractory, and the microwave transmitter receiver is housed in a cooling box, and the portion of the cooling box wall through which the microwave passes ( (Hereinafter referred to as “microwave passage window”) is a refractory thickness measuring method characterized by comprising a material that transmits microwaves and has heat resistance. マイクロ波を耐火物表面に平行に送信し、送信したマイクロ波をマイクロ波反射板で反射させてマイクロ波を耐火物表面に向け、返ってきたマイクロ波をマイクロ波反射板で反射させて耐火物表面に平行方向に向け、マイクロ波受信機で受信することを特徴とする請求項１に記載の耐火物厚み測定方法。   Microwave is transmitted in parallel to the refractory surface, the transmitted microwave is reflected by the microwave reflector, the microwave is directed to the refractory surface, and the returned microwave is reflected by the microwave reflector, and the refractory The refractory thickness measuring method according to claim 1, wherein the microwave receiver receives the light in a direction parallel to the surface. 送信するマイクロ波として直線偏波したマイクロ波を用い、前記マイクロ波通過窓の表面は通過するマイクロ波の偏波方向及び進行方向に垂直な軸を中心に一定角度傾けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火物厚み測定方法。   A microwave that is linearly polarized is used as a microwave to be transmitted, and a surface of the microwave passage window is inclined at a certain angle about an axis perpendicular to a polarization direction and a traveling direction of the microwave passing therethrough. Item 3. A method for measuring a thickness of a refractory according to item 1 or 2. 前記冷却箱の内側に電磁波吸収体を配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。   The refractory thickness measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein an electromagnetic wave absorber is disposed inside the cooling box. マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面と冷却箱との間の距離を測定し、該測定した距離に基づいて、受信したマイクロ波の中から前記表面反射波及び裏面反射波を抽出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。   Measuring the distance between the surface of the refractory and the cooling box using means other than microwaves, and extracting the surface reflected wave and the back reflected wave from the received microwaves based on the measured distance The refractory thickness measuring method according to any one of claims 1 to 4. 表面反射波及び裏面反射波を受信し抽出することに替え、裏面反射波のみを受信し抽出し、裏面反射波に基づいて算出した耐火物裏面までの距離と、マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面までの距離を対比し、耐火物の厚みを算出することを特徴とする請求項５に記載の耐火物厚み測定方法。   Instead of receiving and extracting the surface reflection wave and the back surface reflection wave, only the back surface reflection wave is received and extracted, and the distance to the refractory back surface calculated based on the back surface reflection wave and means other than microwaves are used. The method for measuring the thickness of a refractory according to claim 5, wherein the thickness of the refractory is calculated by comparing the distance to the surface of the refractory. 前記マイクロ波通過窓としてレンズ状の形状を有するものを用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。   The method for measuring a thickness of a refractory according to any one of claims 1 to 6, wherein a microwave having a lens shape is used as the microwave passage window, and the microwave irradiated to the refractory is focused. 前記マイクロ波反射板として凹面状の反射板を用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の耐火物厚み測定方法。   The refractory thickness measuring method according to any one of claims 2 to 6, wherein a concave reflector is used as the microwave reflector, and the microwave irradiated to the refractory is focused. 高温の炉内に挿入して高温の耐火物の厚みを測定するための厚み測定装置であって、マイクロ波送信機受信機とそれを収納する冷却箱及び信号処理装置を有し、冷却箱壁面にマイクロ波を透過しかつ耐熱性を有する材料で構成するマイクロ波通過窓を設け、マイクロ波送信機からマイクロ波通過窓を通して高温の耐火物表面に向かってマイクロ波を送信し、耐火物の表面で反射して返ってきたマイクロ波（以下「表面反射波」という。）及び耐火物の裏面で反射して返ってきたマイクロ波（以下「裏面反射波」という。）をマイクロ波受信機で受信し、前記信号処理装置によって表面反射波と裏面反射波とがそれぞれ送信から受信までに要した時間の差を算出し、この時間差及び耐火物の屈折率に基づいて耐火物の厚みを算出することを特徴とする耐火物厚み測定装置。   A thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a high temperature refractory inserted into a high temperature furnace, comprising a microwave transmitter receiver, a cooling box and a signal processing device for storing the receiver, and a cooling box wall surface A microwave passage window made of a material that transmits microwaves and has heat resistance is provided, and microwaves are transmitted from the microwave transmitter to the surface of the refractory material at a high temperature through the microwave passage window. The microwaves that have been reflected and returned (hereinafter referred to as “surface reflected waves”) and the microwaves that have been reflected and returned from the back surface of the refractory (hereinafter referred to as “back surface reflected waves”) are received by the microwave receiver. Then, the signal processing device calculates the difference in time required for each of the front surface reflected wave and the back surface reflected wave from transmission to reception, and calculates the thickness of the refractory based on the time difference and the refractive index of the refractory. Features Refractory thickness measuring apparatus. マイクロ波反射板を有し、前記マイクロ波送信機はマイクロ波を耐火物表面に平行に送信し、送信したマイクロ波を前記マイクロ波反射板で反射させてマイクロ波を耐火物表面に向け、返ってきたマイクロ波をマイクロ波反射板で反射させて耐火物表面に平行方向に向け、マイクロ波受信機で受信することを特徴とする請求項９に記載の耐火物厚み測定装置。   A microwave reflector, the microwave transmitter transmits the microwave parallel to the refractory surface, reflects the transmitted microwave by the microwave reflector, directs the microwave toward the refractory surface, and returns. 10. The refractory thickness measuring apparatus according to claim 9, wherein the received microwave is reflected by a microwave reflector and directed in a direction parallel to the refractory surface and received by a microwave receiver. 送信するマイクロ波として直線偏波したマイクロ波を用い、前記マイクロ波通過窓の表面は通過するマイクロ波の偏波方向及び進行方向に垂直な軸を中心に一定角度傾けてなることを特徴とする請求項９又は１０に記載の耐火物厚み測定装置。   A microwave that is linearly polarized is used as a microwave to be transmitted, and a surface of the microwave passing window is inclined at a certain angle about an axis perpendicular to a polarization direction and a traveling direction of the passing microwave. The refractory thickness measuring apparatus according to claim 9 or 10. 前記冷却箱の内側に電磁波吸収体を配置してなることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。   The refractory thickness measuring device according to any one of claims 9 to 11, wherein an electromagnetic wave absorber is disposed inside the cooling box. マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面と冷却箱との間の距離を測定する距離計を有し、該距離計で測定した距離に基づいて、受信したマイクロ波の中から前記表面反射波及び裏面反射波を抽出することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。   A distance meter that measures the distance between the surface of the refractory and the cooling box using means other than microwaves, and the surface reflected wave from the received microwaves based on the distance measured by the distance meter; The refractory thickness measuring device according to any one of claims 9 to 12, wherein a reflected wave from the back surface is extracted. 表面反射波及び裏面反射波を受信し抽出することに替え、裏面反射波のみを受信し抽出し、裏面反射波に基づいて算出した耐火物裏面までの距離と、マイクロ波以外の手段を用いて耐火物表面までの距離を対比し、耐火物の厚みを算出することを特徴とする請求項１３に記載の耐火物厚み測定装置。   Instead of receiving and extracting the surface reflection wave and the back surface reflection wave, only the back surface reflection wave is received and extracted, and the distance to the refractory back surface calculated based on the back surface reflection wave and means other than the microwave are used. The refractory thickness measuring device according to claim 13, wherein the thickness of the refractory is calculated by comparing the distance to the surface of the refractory. 前記マイクロ波通過窓としてレンズ状の形状を有するものを用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。   The apparatus for measuring a thickness of a refractory material according to any one of claims 9 to 14, wherein a microwave-shaped window having a lens shape is used to focus a microwave applied to the refractory material. 前記マイクロ波反射板として凹面状の反射板を用い、耐火物に照射するマイクロ波を集束させることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の耐火物厚み測定装置。   The refractory thickness measuring apparatus according to any one of claims 10 to 14, wherein a concave reflector is used as the microwave reflector, and the microwave irradiated to the refractory is focused.

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