JP5884179B2 - 溶融金属収容容器の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、外殻を形成する鉄皮の内面側に耐火物が施工された溶融金属収容容器の検査装置及び検査方法に関する。

取鍋、溶銑鍋、転炉、混銑車等の溶融金属収容容器は、溶銑や溶鋼等の溶融金属の移動や精錬処理のために不可欠なものであり、鉄鋼業や金属工業等の分野で広く使用されている。溶融金属収容容器は、外殻を形成する鉄皮の内面側に永久張り耐火物を施工し、永久張り耐火物の内側に内張り耐火物を施工することによって、形成されている。永久張り耐火物は、永久煉瓦とも呼ばれ、通常、定形耐火物によって形成されている。一方、内張り耐火物は、ワーク煉瓦とも呼ばれ、定形耐火物又は不定形耐火物によって形成されている。内張り耐火物は、溶融金属と直接接触することによって溶損するために、吹き付け補修等の補修をされながら使用され、所望の厚みを確保できくなった時点で解体されて新たな内張り耐火物が施工される。このため、従来より、放射温度計を利用して溶融金属収容容器の鉄皮の温度を計測することによって内張り耐火物の残厚を測定する技術が提案されている（特許文献１，２参照）。

特開２００９−１９２４９号公報 特開２０１０−１７７５６号公報

しかしながら、一般に、放射温度計によって温度を測定可能な領域は狭い。このため、特許文献１，２記載の技術を利用して内張り耐火物の残厚を測定する場合には、内張り耐火物が溶損しやすい箇所を事前に調査し、内張り耐火物が溶損しやすい箇所に対応する鉄皮の領域を狙って温度測定を行う必要があり、非常に多くの労力及び時間を要する。さらに、温度測定の対象となっていない鉄皮の領域に対応する内張り耐火物の溶損を検出することができない。このような背景から、多くの労力及び時間を要することなく、内張り耐火物の溶損箇所を確実に検出可能な技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、多くの労力及び時間を要することなく、耐火物の溶損箇所を確実に検出可能な溶融金属収容容器の検査装置及び検査方法を提供することにある。

本発明に係る溶融金属収容容器の検査装置は、外殻を形成する鉄皮の内面側に耐火物が施工された溶融金属収容容器の検査装置であって、鉄皮全体の熱画像を撮影する複数の撮影手段と、前記複数の撮影手段によって撮影された鉄皮全体の熱画像から鉄皮全体の温度分布関数の極大値を算出し、算出された極大値が所定値以上である場合、前記耐火物が溶損している可能性があると判断し、所定の情報を出力する検査手段と、を備える。

本発明に係る溶融金属収容容器の検査装置は、上記発明において、前記検査手段は、前記所定の情報として、鉄皮全体の熱画像及び所定値以上の極大値を示す熱画像中の点に関する情報を出力する。

本発明に係る溶融金属収容容器の検査装置は、上記発明において、前記溶融金属収容容器は、所定区間内を移動可能に構成され、前記検査手段は、鉄皮全体の熱画像の中に温度が所定の測定閾値以上の点が検出された場合に、前記複数の測定手段の撮影視野内に溶融金属収容容器が入ったと判断し、極大値を算出する。

本発明に係る溶融金属収容容器の検査装置は、上記発明において、前記検査手段は、所定区間内における溶融金属収容容器の移動方向に応じて前記所定の測定閾値を変更する。

本発明に係る溶融金属収容容器の検査方法は、外殻を形成する鉄皮の内面側に耐火物が施工された溶融金属収容容器の検査方法であって、複数の撮影手段を利用して鉄皮全体の熱画像を撮影するステップと、前記撮影ステップにおいて測定された鉄皮全体の熱画像から鉄皮全体の温度分布関数の極大値を算出し、算出された極大値が所定値以上である場合、前記耐火物が溶損している可能性があると判断し、所定の情報を出力するステップと、を含む。

本発明に係る溶融金属収容容器の検査装置及び検査方法によれば、多くの労力及び時間を要することなく、耐火物の溶損箇所を確実に検出することができる。

図１Ａは、本発明の一実施形態である取鍋検査システムが適用される取鍋クレーンの構成を示す平面図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態である取鍋検査システムが適用される取鍋クレーンの構成を示す側面図である。 図２は、本発明の一実施形態である取鍋検査システムの構成を示すブロック図である。 図３は、取鍋の位置とサーモビュアの撮像方向との関係を示す模式図である。 図４は、本発明の一実施形態である耐火物検査処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、図４に示すステップＳ５の処理によって測定された鉄皮の温度分布関数の一例を示す図である。

本発明は、取鍋、溶銑鍋、転炉、混銑車等の外殻を形成する鉄皮の内面側に耐火物が施工された溶融金属収容容器における耐火物の検査処理に適用することができる。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である取鍋検査システムについて説明する。

〔取鍋クレーンの構成〕
始めに、図１Ａ，１Ｂを参照して、本発明の一実施形態である取鍋検査システムが適用される取鍋クレーンの構成について説明する。図１Ａ，１Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態である取鍋検査システムが適用される取鍋クレーンの構成を示す平面図及び側面図である。なお、図１Ａ，１Ｂにおいて、ｘ方向及びｙ方向はそれぞれ取鍋の走行方向及び横行方向を示し、ｚ方向は鉛直方向を示している。

図１Ａ，１Ｂに示す取鍋クレーン１は、溶鋼を貯留した取鍋（レードル）を吊り上げて連続鋳造機へと運搬するものである。図１Ａ，１Ｂに示すように、取鍋クレーン１は、天井付近で互いに平行に水平方向に延在しているＨ型鋼からなるランウェイガーダー２ａ，２ｂと、ランウェイガーダー２ａ，２ｂに配置されているレール３ａ，３ｂと、レール３ａ，３ｂ上に車輪４ａ，４ｂが乗った状態でランウェイガーダー２ａ，２ｂの間に架設されて走行方向（ｘ方向）に移動するクレーン本体５と、クレーン本体５上に搭載されて走行方向に対して水平に直交する横行方向（ｙ方向）に移動するクラブトロリー６と、クラブトロリー６に搭載されている巻上装置７とを備えている。巻上装置７は、フック７ａに係合した取鍋８を昇降させるものである。

この取鍋クレーン１では、クレーン本体５が走行方向に沿って溶鋼補給位置から連続鋳造機の近傍へと溶鋼を貯留した取鍋８を移動させた後、クラブトロリー６が横行方向に沿って連続鋳造機のタンディッシュ近傍へと取鍋８を移動させる。そして、巻上装置７が、取鍋８を傾動させることによって取鍋８の内部に貯留された溶鋼を連続鋳造機のタンディッシュに注入する。溶鋼が無くなった取鍋８は上述の動作と逆の動作によって連続鋳造機から溶鋼補給位置に戻される。

〔取鍋検査システムの構成〕
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態である取鍋検査システムの構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態である取鍋検査システムの構成を示すブロック図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態である取鍋検査システム１０は、３つのサーモビュア１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、耐火物検査装置１２と、出力装置１３と、を主な構成要素として備えている。サーモビュア１１ａ〜１１ｃは、取鍋８の外殻を形成する鉄皮全体の熱画像を撮影し、撮影された鉄皮全体の熱画像のデータを耐火物検査装置１２に出力する。サーモビュア１１ａ〜１１ｃは、本発明に係る撮影手段として機能する。

本実施形態では、サーモビュア１１ａ〜１１ｃは、図３に示すように、実質的に取鍋８を中心位置とする円Ｒの円周上に１２０度間隔で配置された位置関係になるように取鍋８の走行方向に沿って配置されている。これにより、サーモビュア１１ａ〜１１ｃは、円柱形状である取鍋８の全周囲の熱画像を測定することができる。なお、本実施形態では、サーモビュアの個数を３つとしたが、サーモビュアの個数は３つに限定されることはなく、サーモビュアの撮影視野角やサーモビュアと取鍋との位置関係に応じてサーモビュアの個数は適宜変更してもよい。

耐火物検査装置１２は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、後述する耐火物検査処理を実行することによって、取鍋８に内張りされた耐火物の溶損箇所を検出する。耐火物検査装置１２は、本発明に係る検査手段として機能する。出力装置１３は、表示装置、印刷装置、音声出力装置等の公知の出力装置によって構成され、耐火物検査装置１２からの制御信号に従って耐火物の溶損をオペレータに報知する。

このような構成を有する取鍋検査システム１０では、耐火物検査装置１２が以下に示す耐火物検査処理を実行することによって、多くの労力及び時間を要することなく、取鍋８に内張りされた耐火物の溶損箇所を確実に検出する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、耐火物検査処理を実行する際の耐火物検査装置１２の動作について説明する。

〔耐火物検査処理〕
図４は、本発明の一実施形態である耐火物検査処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、取鍋クレーン１の稼働が開始されたタイミングで開始となり、耐火物検査処理はステップＳ１の処理に進む。耐火物検査処理は、取鍋クレーン１が稼働している間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、耐火物検査装置１２が、取鍋８の走行方向が連続鋳造機方向であるか否かを判別する。取鍋８の走行方向は例えば取鍋８の走行方向を操作するオペレータの操作信号を検出することによって判断することができる。判別の結果、取鍋８の走行方向が連続鋳造機方向である場合、耐火物検査装置１２は耐火物検査処理をステップＳ２の処理に進める。一方、取鍋８の走行方向が連続鋳造機方向でない、すなわち溶鋼補給位置方向である場合には、耐火物検査装置１２は耐火物検査処理をステップＳ３の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、耐火物検査装置１２が、取鍋８がサーモビュア１１ａ〜１１ｃの撮影視野内に進入したか否かを判別するための測定閾値を温度Ｔ_Ａに設定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、耐火物検査処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、耐火物検査装置１２が、取鍋８がサーモビュア１１ａ〜１１ｃの撮影視野内に進入したか否かを判別するための測定閾値をステップＳ２の処理において設定される温度Ｔ_Ａより高い温度Ｔ_Ｂに設定する。通常、取鍋８が連続鋳造機方向に走行している際には取鍋８に溶鋼が貯留されてから多くの時間が経過していない。これに対して、取鍋８が溶鋼補給位置方向に走行している際には取鍋８に溶鋼が貯留されてから多くの時間が経過している。

このため、取鍋８が溶鋼補給位置方向に走行している際の鉄皮の温度は取鍋８が連続鋳造機方向に走行している際の鉄皮の温度と比較して高くなっている。従って、取鍋８が溶鋼補給位置方向に走行している際の測定閾値を取鍋８が連続鋳造機方向に走行している際の測定閾値である温度Ｔ_Ａより高い温度Ｔ_Ｂに設定することによって、取鍋８がサーモビュア１１ａ〜１１ｃの撮影視野内に進入したことを正確に検出することができる。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、耐火物検査処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、耐火物検査装置１２が、サーモビュア１１ａ〜１１ｃによって撮影された熱画像を解析することによって、ステップＳ２又はステップＳ３の処理によって設定された測定閾値以上の温度領域が熱画像中にあるか否かを判別する。そして、耐火物検査装置１２は、測定閾値以上の温度領域が熱画像中にある場合、取鍋８がサーモビュア１１ａ〜１１ｃの撮影視野内に進入したと判断し、耐火物検査処理をステップＳ５の処理に進める。

ステップＳ５の処理では、耐火物検査装置１２が、サーモビュア１１ａ〜１１ｃによって撮影された取鍋８の熱画像から図５に示すような取鍋８の温度分布関数を導出し、導出された取鍋８の温度分布関数のデータを記録する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、耐火物検査処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、耐火物検査装置１２が、ステップＳ５の処理によって導出された温度分布関数の極大値が閾値Ｔｔ以上であるか否かを判別する。判別の結果、極大値が閾値Ｔｔ以上である場合、耐火物検査処理をステップＳ７の処理に進める。一方、極大値が閾値Ｔｔ未満である場合には、一連の耐火物検査処理を終了する。具体的には、鉄皮の二次元熱画像の座標を（ｘ,ｙ）としたとき、鉄皮の温度分布関数はＴ（ｘ,ｙ）と表すことができる。そこで、耐火物検査装置１２は、以下に示す数式（１）〜（４）を満たす点（ｘ_０，ｙ_０）を算出する。

但し、数式（１）中のＴ_ｘ（ｘ_０，ｙ_０）、Ｔ_ｙ（ｘ_０，ｙ_０）、Ｔ_ｘｘ（ｘ_０，ｙ_０）、Ｔ_ｙｙ（ｘ_０，ｙ_０）、Ｔ_ｘｙ（ｘ_０，ｙ_０）は以下に示す数式（５）〜（９）により表される。

ここで、数式（１）〜（４）を満たす点（ｘ_０，ｙ_０）は温度分布関数Ｔ上の極大値を示す点（例えば図５に示す点Ａ）である。詳しくは、数式（１）,（２）は、温度分布関数Ｔの一次微分が０、すなわち点（ｘ_０，ｙ_０）が極値であることを示している。また、数式（３）は、温度分布関数Ｔの二次微分が負、すなわち点（ｘ_０，ｙ_０）が上に凸な面上の点であることを示している。また、数式（４）は、極大値がｘ方向（又はｙ方向）には上に凸であるが、ｙ方向（又はｘ方向）には下に凸である、いわゆる馬の鞍型ではないことを保証するための式である。

なお、温度分布関数Ｔは二次元の熱画像の座標値（ｘ,ｙ）に関して標本化されているので、数式（５）〜（９）に示す偏微分を以下に示す数式（１０）〜（１４）のように変形してもよい。

但し、数式（１０）〜（１４）を用いる場合、厳密な極大値を求めることはできないために、数式（１）,（２）を以下に示す数式（１５）,（１６）のように変形する。数式（１５）,（１６）中のパラメータεは、小さな正の実数であり、事前に定められるパラメータである。

また、温度分布の微小な振動を検出しないようにするために、極大値を示す点（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）が得られた際、点の座標値が以下に示す数式（１７）を満足する場合には、一方の点を削除することが望ましい。但し、数式（１７）中のパラメータｋは、事前に定められる実数のパラメータである。

耐火物検査装置１２は、温度分布関数Ｔ（ｘ,ｙ）上の中から数式（１）〜（４）を満足する点（ｘ_０，ｙ_０）を温度が極大値を示す点として検出し、検出された点（ｘ_０，ｙ_０）の温度Ｔ（ｘ_０，ｙ_０）が閾値Ｔｔ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、点（ｘ_０，ｙ_０）の温度Ｔ（ｘ_０，ｙ_０）が閾値Ｔｔ以上である場合、耐火物検査処理をステップＳ７の処理に進める。一方、点（ｘ_０，ｙ_０）の温度Ｔ（ｘ_０，ｙ_０）が閾値Ｔｔ未満である場合には、耐火物検査装置１２は、耐火物に溶損箇所はないと判断し、一連の耐火物検査処理を終了する。

ステップＳ７の処理では、耐火物検査装置１２が、温度が閾値Ｔｔ以上である熱画像中の点の座標値（ｘ_０，ｙ_０）と取鍋８の熱画像のデータとを出力装置１３に出力することによって、耐火物の補修が必要であることをオペレータに報知する。このような処理によれば、耐火物の使用限界を厳密に判定することができるので、耐火物の使用限度まで補修を行う必要がなくなり、耐火物の原単位を削減することができる。これにより、ステップ７の処理は完了し、一連の耐火物検査処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である耐火物検査処理では、サーモビュア１１ａ〜１１ｃが、取鍋８の鉄皮全体の熱画像を撮影し、耐火物検査装置１２が、サーモビュア１１ａ〜１１ｃによって測定された鉄皮全体の熱画像から鉄皮全体の温度分布関数の極大値を算出し、算出された極大値が所定値以上である場合、耐火物が溶損している可能性があると判断し、耐火物の補修が必要であることをオペレータに報知する。これにより、多くの労力及び時間を要することなく、取鍋８に内張りされた耐火物の溶損箇所を確実に検出することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、耐火物検査装置１２は、異なる時刻に得られた２枚の取鍋８の熱画像のデータの差分値を座標値を合わせた上で算出し、差分値が所定値以上である箇所が存在する場合に耐火物が溶損している可能性が高いとしてオペレータに報知するようにしてもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 取鍋クレーン
２ａ，２ｂ ランウェイガーダー
３ａ，３ｂ レール
４ａ，４ｂ 車輪
５ クレーン本体
６ クラブトロリー
７ 巻上装置
７ａ フック
８ 取鍋
１０ 取鍋検査システム
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ サーモビュア
１２ 耐火物検査装置
１３ 出力装置

Claims (5)

1. 外殻を形成する鉄皮の内面側に耐火物が施工された溶融金属収容容器の検査装置であって、
   熱画像を撮影する複数の撮影手段と、
   前記複数の撮影手段によって撮影された鉄皮全体の熱画像から鉄皮全体の温度分布関数の極大値を算出し、算出された極大値が所定値以上である場合、前記耐火物が溶損している可能性があると判断し、所定の情報を出力する検査手段と、
   を備えることを特徴とする溶融金属収容容器の検査装置。
2. 前記検査手段は、前記所定の情報として、鉄皮全体の熱画像及び所定値以上の極大値を示す熱画像中の点に関する情報を出力することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属収容容器の検査装置。
3. 前記溶融金属収容容器は、所定区間内を移動可能に構成され、前記検査手段は、前記複数の撮影手段によって撮影された熱画像の中に温度が所定の測定閾値以上の点が検出された場合に、前記複数の撮影手段の撮影視野内に溶融金属収容容器が入ったと判断し、極大値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属収容容器の検査装置。
4. 前記検査手段は、所定区間内における溶融金属収容容器の移動方向に応じて前記所定の測定閾値を変更することを特徴とする請求項３に記載の溶融金属収容容器の検査装置。
5. 外殻を形成する鉄皮の内面側に耐火物が施工された溶融金属収容容器の検査方法であって、
   複数の撮影手段を利用して熱画像を撮影するステップと、
   前記撮影ステップにおいて測定された鉄皮全体の熱画像から鉄皮全体の温度分布関数の極大値を算出し、算出された極大値が所定値以上である場合、前記耐火物が溶損している可能性があると判断し、所定の情報を出力するステップと、
   を含むことを特徴とする溶融金属収容容器の検査方法。

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