JP6165656B2 - 炉内耐火物の寿命予測方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、測温センサを電気炉本体の耐火物層内に設け、検出温度に対応して耐火物層の残厚を検出する電気炉の耐火物残厚検知方法が開示されている。
また、大型のサイズや複雑な形状に対応すべく炉内に多数の測温センサを設置することも考えられるが、測温センサの設置数を増やすことは、コスト増大となるばかりか、耐火物のメンテナンス性や施工性の悪化につながる虞が否めない。加えて、測温センサによる耐火物の残厚測定は、炉内耐火物表面に付着物やスラグ等の浸潤があった場合には、検知精度の劣化の可能性が考えられる。
また、現時点における耐火物の残厚測定の結果のみを用いたとしても、炉内耐火物の寿命を予測することは難しい。すなわち、耐火物の溶損には、炉の操業条件などのパラメータが深く関わっており、これら操業条件と耐火物の残厚の測定結果との関係性を明らかにしないことには、炉内耐火物の寿命を正確に予測することは困難である。加えて、耐火物の溶損状態は、耐火物の炉内における位置・場所が深く関わっており、これら耐火物の貼付け位置と耐火物の残厚の測定結果との関係性を明らかにしないことには、炉内耐火物の寿命を正確に予測することは困難である。
すなわち、本発明に係る炉内耐火物の寿命予測方法は、炉体の内部に内張された耐火物の表面形状を測定することによって、前記耐火物の損耗状態を検出し、検出された耐火物の損耗状態を基に前記耐火物の寿命を予測する炉内耐火物の寿命予測方法であって、前記炉体の補修直後に測定して得られた炉内壁の3次元形状を基準データとして取得し、前記炉体を操業した後に測定して得られた炉内壁の3次元形状を操業データとして取得し、前記基準データと操業データとの差から、耐火物の損耗速度を求め、前記耐火物の損耗速度
と前記炉体の操業条件とを基に、耐火物の寿命を予測する。
なお、好ましくは、前記操業条件として、炉内の温度履歴、炉内の雰囲気、炉内の雰囲気の流速、炉内生産物の量の少なくとも1つ以上を採用するとよい。
なお、好ましくは、前記耐火物に対して測定光を照射することにより炉内の2次元形状を測定する測定手段を、移動手段によって前記炉内で移動させつつ複数回測定することにより前記炉内の3次元形状を求め、求めた前記3次元形状に基づいて、前記基準データと操業データとを求めるとよい。
なお、好ましくは、前記測定手段として、ライン状の測定光を耐火物へ向けて照射した上で光切断法に基づいて当該耐火物の2次元形状を測定する光切断型距離センサを採用しているとよい。
[第1実施形態]
製鉄分野では様々な炉体、例えば、高炉、転炉、加熱炉などが用いられる。これら炉体の内側には耐火物が内張りされている。この実施形態では、炉体として、内部が湾曲した形状を有するU字型炉1を例に挙げ説明する。
U字型炉1の内部の側壁部4と天井部5(天井部)には、耐火物9が張られている。U字型炉1の底部(炉床)6は移動可能とされており、この移動式の炉床6は、敷設されたレール7上を移動することで湾曲部2の曲率に沿って移動する。この炉床6上には、例えば、鋳片などの処理対象などが載置され、炉床6がU字型炉の湾曲部2を移動するにしたがって、処理対象の鋳片が昇温されることとなる。この実施形態では、U字型炉1を例にあげ説明しているが、当然の如く、本発明は、その他の炉体も適用可能である。例えば、ペレット等の製鉄原料を炉床6に装入して、炉床6をレール7に沿って回転させながら反応を進める回転炉にも適用することができる。
あるため、耐火物の損耗を管理する必要がある。しかしながら、耐火物の損耗を管理するにあたって、耐火物の損耗が進んでいない状態で耐火物を取り換えてしまうと使用できる耐火物を破棄することになり、耐火物が無駄となることもある。
具体的には、本実施形態の形状計測装置は、レーザ光(測定光)を耐火物に照射し、耐火物に当たって反射した光(反射光)を受光センサで受けて、照射したレーザ光との時間差を検出し、時間差と光源とから耐火物までの距離を求めるTOF型の距離センサ10を備えている。
図2に示すように、炉床6の幅方向の中央部に距離センサ10を設置する。例えば、距離センサ10を、炉床6の湾曲部2に設置するにあたっては、円弧状となっている湾曲部2の半径方向(径方向)の中央部(幅方向の中央部と同じ)に設置する。
炉床6の移動後は、図2で説明したように、同じ方法で炉内の走査を実行する。そして、炉内の走査と炉床6の移動とを繰り返して、炉内の所定の区間における連続した複数の2次元形状を取得する。この2次元形状は、炉床6を除く、外側壁部4a、天井部5及び内側壁部4bの形状となる。そして、このように求めた複数の2次元形状を移動方向に沿って(レール7に沿って)連続的に並べることにより、炉内の3次元形状を求めることができる。なお、炉床6の移動ピッチ(距離センサ10の移動ピッチ)は、耐火物同士の継ぎ目である目地の幅よりも小さくすることが望ましい。
内で移動させることにより、2次元形状を複数取得することができる。そして、この2次元形状を連ねることで、炉内の3次元形状を得ることができる。
次に、測定結果を基づく耐火物の損耗状態の把握について説明する。
本実施形態の場合、損耗状態を測定する方法として、耐火物の損耗が無いときの内側形状(補修直後の内側形状)を推定しておき、補修直後の内側形状と炉体の操業後の内側形状とを比較して耐火物の損耗状態を求める方法を採用している。
次に、図5(図5の左の図)に示すように、予め炉体の炉内壁を複数の領域に区画しておき(図5の例では「1」〜「9」とする)、各領域ごとに計測した基準データを対応させる。同様に、各領域ごとに計測した操業後データを対応させる。図5は、炉内壁を平面状に展開したものであり、各領域別に損耗量を2次元マップ化した例である。図5において、グレースケールが薄くなった領域ほど、損耗量が大きいことを示している。例えば、図5においては、領域「8」が最も損耗量が大きい状況となっている。
このようにして得られた各領域ごとの損耗速度を基に、現状の損耗量と、次回補修時までの損耗予測量(=損耗速度×操業月数)を計算する。計算された次回補修時の予測損耗量が耐火物管理値を下回る場合は、次回補修の時点で、耐火物の寿命が来ると判断され、その領域に対して次回の補修が必要と判断される。なお、安全を期して、計測が行われた時点(現時点)で完全な損耗を確認されるのを待たずに耐火物の補修を行うようにしてもよい。
熱量が増えるなどし、耐火物の損耗量が増大すると考えられる。すなわち、耐火物の損耗速度(例えば、月当たりの損耗速度)は常に一定ではなく、操業条件に連動して変動するものと思われる。そこで、本実施形態では、炉の過去の操業条件と損耗速度の関係を、損耗速度データベースとして構築しておき、構築した損耗速度データベースに基づいて、耐火物の寿命を予測することとしている。
以上、本発明によれば、補修直後(耐火物損耗の無い状態)の炉内形状と比較することで、簡便かつ精度よく耐火物の損耗度合いを評価し、得られた損耗速度を用いることで、サイズの大きい炉や、内部が湾曲した形状の炉体であっても、炉内の耐火物の寿命を正確に予測することが可能となる。
2 湾曲部
4 側壁部
4a 外側壁部
4b 内側壁部
5 天井部
6 炉床
7 レール
8 コーナ部
10 距離センサ
Claims (7)
- 炉体の内部に内張された耐火物の表面形状を測定することによって、前記耐火物の損耗状態を検出し、検出された耐火物の損耗状態を基に前記耐火物の寿命を予測する炉内耐火物の寿命予測方法であって、
前記炉体の補修直後に測定して得られた炉内壁の3次元形状を基準データとして取得し、
前記炉体を操業した後に測定して得られた炉内壁の3次元形状を操業データとして取得し、
前記基準データと操業データとの差から、耐火物の損耗速度を求め、
前記耐火物の損耗速度と前記炉体の操業条件とを基に、耐火物の寿命を予測する
ことを特徴とする炉内耐火物の寿命予測方法。 - 前記炉体の過去の操業条件と前記損耗速度の関係を、損耗速度データベースとして構築しておき、
前記損耗速度データベースに基づいて、前記耐火物の寿命を予測する
ことを特徴とする請求項1に記載の炉内耐火物の寿命予測方法。 - 前記操業条件として、炉内の温度履歴、炉内の雰囲気、炉内の雰囲気の流速、炉内生産物の量の少なくとも1つ以上を採用することを特徴とする請求項1又は2に記載の炉内耐火物の寿命予測方法。
- 前記炉体の炉内壁を複数の領域に区画しておき、
全ての領域ごとに、前記基準データ及び操業データを取得し、
それぞれの領域において、前記基準データと操業データとの差から、耐火物の損耗速度を求め、
それぞれの領域における前記耐火物の損耗速度と前記炉体の操業条件とを基に、当該領域の耐火物の寿命を予測する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の炉内耐火物の寿命予測方法。 - 前記耐火物に対して測定光を照射することにより炉内の2次元形状を測定する測定手段を、移動手段によって前記炉内で移動させつつ複数回測定することにより前記炉内の3次元形状を求め、求めた前記3次元形状に基づいて、前記基準データと操業データとを求めることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の炉内耐火物の寿命予測方法。
- 前記測定手段として、測定光を耐火物へ向けて照射することにより、当該耐火物までの距離を測定するTOF型距離センサを採用していることを特徴とする請求項5に記載の炉内耐火物の寿命予測方法。
- 前記測定手段として、ライン状の測定光を耐火物へ向けて照射した上で光切断法に基づいて当該耐火物の2次元形状を測定する光切断型距離センサを採用していることを特徴とする請求項6に記載の炉内耐火物の寿命予測方法。
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