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【発明の名称】 炉内壁面付着物判別方法および炉壁補修方法
【発明者】 【氏名】伊藤 友彦
【住所又は居所】神奈川県川崎市川崎区南渡田町1番1号 JFE技研株式会社内

【氏名】手塚 浩一
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】下山 泉
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【氏名】石黒 宏樹
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 JFEスチール株式会社内

【要約】 【課題】炉体延命に大きく寄与する炉内壁面付着物判別方法および炉壁補修方法を提供することを目的とする。

【解決手段】ステップ100において、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で走査する電磁波距離計による炉内壁面形状計測による壁面形状の測定を行う。壁面形状の凹凸が大きいなどの理由で、炉の補修が必要と判断される(ステップ101)と、ステップ102の炉内壁面付着物判別を行う。 ここで、反射信号強度が設定した閾値より大きい場合は、ステップ110の反射信号強度大の流れに進む。また、反射信号強度が設定した閾値より小さい場合は、ステップ120の反射信号強度小の流れに進む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炉内壁面に壁面を構成する物質とは異なる電気物性を持つ物質の付着が生じる工業用の炉において、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で走査し、送信用アンテナから発せられた電磁波信号の炉内壁面からの反射信号を受信用アンテナで受信し、受信した反射信号の強度、または強度の変化から炉内壁面の表面付着物の有無または種類を判別することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法。
【請求項2】
請求項1に記載の炉内壁面付着物判別方法において、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で走査する電磁波距離計による炉内壁面形状計測結果を加味して、炉内壁面の表面付着物の有無または種類を判別することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の炉内壁面付着物判別方法において、壁面を構成する物質が絶縁体であり、付着物が電気伝導体である場合には、反射信号強度が設定した閾値よりも大きければ付着物があると判定し、該閾値よりも小さければ付着部がないと判定することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法。
【請求項4】
請求項1または請求項2に記載の炉内壁面付着物判別方法において、壁面を構成する物質が電気伝導体であり、付着物が絶縁体である場合には、反射信号強度が設定した閾値よりも小さければ付着物があると判定し、該閾値よりも大きければ付着部がないと判定することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の炉内壁面付着物判別方法を用いて、炉内壁面付着物判別を行い、壁面上に生じた凹凸の原因を把握し、適切な補修方法を選択および実施することを特徴とする炉壁補修方法。
【請求項6】
請求項5に記載の炉壁補修方法において、炉内壁面上にカーボンの不均一な成長によって凹凸が生じた場合、または、前記成長したカーボンの一部が壁面から剥離して凹凸が生じた場合には、カーボン落し補修を行い、
炉壁を構成する耐火煉瓦に凹凸が生じた場合には、煉瓦補修を行うことを特徴とする炉壁補修方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業用炉の炉体寿命に影響を及ぼす炉内壁面付着物の判別方法および炉壁補修方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】工業用炉の炉体寿命に影響を及ぼす炉内壁面付着物には、例えば製鉄プロセスにおけるコークス炉のカーボンがある。コークス炉では、炉内に投入した石炭を一定時間乾留し、出来上がった赤熱コークスを、コークス押出し装置によって炉外へ排出するという操業を繰り返し行う。このような操業を行っていくと、コークス炉炭化室の炉内壁面上にカーボンが析出し、不均一に成長する。そしてこの成長が進むと、析出カーボンの一部が剥離を起こして、炉内に脱落する場合がある。
【0003】
また一方、壁面を構成している耐火煉瓦は、石炭投入時の機械的、熱的な衝撃や、耐火煉瓦の一部が壁面に成長したカーボンとともに剥離するなどして徐々に侵食される。このように壁面は凹凸となり、コークス押出し作業の際には窯詰まりの原因となる。この窯詰まりは、コークス炉の操業効率を低下させるだけでなく、炉体に対して大きな負荷をかけてしまい、さらには炉体の寿命を縮めてしまう。特に、炉内壁面上に付着、成長したカーボンが剥離すると、壁面上に生じた凹凸による段差が大きくなる場合が多いため、コークス押出し時に窯詰まりが発生しやすくなる可能性が大きい。従って、コークス炉炭化室において壁面の平滑度を保つことは、コークス炉の操業上たいへん重要である。
【0004】
現在行われている操業では、コークス炉において壁面に凹凸が生じることは不可避である。炉体の寿命をできるだけ長く延ばすためには、壁面に生じた凹凸を把握し、効率良く凹凸を平滑化するような補修を適宜行っていく必要がある。
【0005】
コークス炉における炉壁の凹凸を把握する従来の技術としては、例えば特開平2002−080852号公報(特許文献1)に開示されているようなコークス炉炉壁形状計測方法がある。図6は特許文献1に開示されたコークス炉炉壁形状計測装置の構成図である。
【0006】
図6の6,7,8は、3台の非接触の距離計測手段として、それぞれマイクロ波またはミリ波帯域の電磁波の送受信により各自のアンテナから炭化室壁面までの距離を計測する3台の距離計測装置であり、1,2,3は、前記距離計測装置6,7,8がそれぞれ個別に電磁波の送信と受信を行うためのアンテナである。4は、各アンテナ1,2,3にそれぞれ一端が結合された3個の導波管をまとめて示している。5は、3個の導波管の他端と3台の距離計測装置6,7,8を個別に接続する3本の同軸ケーブルである。なお、導波管4と同軸ケーブル5は、アンテナ1,2,3を押出しラム先端11及びラムビーム18と共に押出して炭化室内に挿入する際に、この押出・挿入動作に支障が生じないように十分な長さを設けている。
【0007】
9はコークス炉炉壁形状を計測するための信号処理装置であり、10はコークス炉炭化室壁面、13は押出しラム位置計測装置、14はのカメラ、15は画像処理装置である。16は炉体に設けられた一対の基準点(以下炉体基準輝点という)を一括して示す。この炉体基準点16の各位置を示す標識として、ここでは発光ダイオード(LED)を各地点に設ける。17はアンテナ位置を示す参照点(以下アンテナ位置参照輝点という)であり、ここではアンテナ1,2,3の位置をまとめて示す標識として1個の半導体ダイオード(例えばレーザーダイオードLD)を設ける。なお発光ダイオードと半導体ダイオードは共にカメラ14に向けて発光する。19はコークスの押出装置であり、ラムビーム18等を押出してコークス炉内に挿入する。
【0008】
特許文献1に開示された技術では、押出しラム先端に取り付けた非接触式距離計で押出しラムの押出し作業とともに、距離計と炉壁間の距離を計測する。また、押出しラム先端部は押出し作業とともに、コークス炉の窯幅方向に蛇行することが想定されるが、炉体に取り付けた炉体基準輝点と、押出しラム先端のアンテナ位置参照輝点を、押出し機上に設置したカメラ等の画像撮影手段で順次撮影し、アンテナ位置参照輝点と炉体上の基準輝点に対する画像上での重心を求めて、押出しラムの蛇行によるアンテナ位置参照輝点の炉体基準輝点に対する位置の変化を計算する。このようにして炉壁形状計測を行うことが可能で、壁面上に発生した凹凸を定量的に把握することができる。
【0009】
【特許文献1】
特開平2002−080852号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文献1で示された技術によって壁面上に発生した凹凸を把握しても、凹凸の原因がカーボンの不均一な成長による場合、または成長したカーボンの一部剥離による場合と、耐火煉瓦の損耗による場合では補修方法が異なる。カーボンの局所的な成長による場合、または成長したカーボンの一部剥離による場合は、カーボン焼落しなどの補修を行い、耐火煉瓦の損耗による場合は溶射補修を行う。炉壁形状計測では、測定結果から炉内壁面上の凹凸の存在とその位置を確認することは可能であるが、壁面上に生じた凹凸の原因を特定し、適切な補修方法を選択して、効率的な補修を行うことは不可能である。
【0011】
本発明は以上のような課題を解決し、炉体延命に大きく寄与する炉内壁面付着物判別方法および炉壁補修方法を提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明により解決される。
【0013】
請求項1に記載の発明は、炉内壁面に壁面を構成する物質とは異なる電気物性を持つ物質の付着が生じる工業用の炉において、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で走査し、送信用アンテナから発せられた電磁波信号の炉内壁面からの反射信号を受信用アンテナで受信し、受信した反射信号の強度、または強度の変化から炉内壁面の表面付着物の有無または種類を判別することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法である。
【0014】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の炉内壁面付着物判別方法において、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で走査する電磁波距離計による炉内壁面形状計測結果を加味して、炉内壁面の表面付着物の有無または種類を判別することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法である。
【0015】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の炉内壁面付着物判別方法において、壁面を構成する物質が絶縁体であり、付着物が電気伝導体である場合には、反射信号強度が設定した閾値よりも大きければ付着物があると判定し、該閾値よりも小さければ付着部がないと判定することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法である。
【0016】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の炉内壁面付着物判別方法において、壁面を構成する物質が電気伝導体であり、付着物が絶縁体である場合には、反射信号強度が設定した閾値よりも小さければ付着物があると判定し、該閾値よりも大きければ付着部がないと判定することを特徴とする炉内壁面付着物判別方法である。
【0017】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の炉内壁面付着物判別方法を用いて、炉内壁面付着物判別を行い、壁面上に生じた凹凸の原因を把握し、適切な補修方法を選択および実施することを特徴とする炉壁補修方法である。
【0018】
さらに、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の炉壁補修方法において、炉内壁面上にカーボンの不均一な成長によって凹凸が生じた場合、または、前記成長したカーボンの一部が壁面から剥離して凹凸が生じた場合には、カーボン落し補修を行い、
炉壁を構成する耐火煉瓦に凹凸が生じた場合には、煉瓦補修を行うことを特徴とする炉壁補修方法である。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下に図を用いて詳説する。先ず、図2は、耐火煉瓦表面で反射した電磁波信号の受信波形(カーボン付着なし)と耐火煉瓦表面に付着したカーボンで反射した電磁波信号の受信波形(カーボン付着あり)を同時に模式的に示したものである。横軸は押出しラムの進行時間(距離)、縦軸は反射信号の強度を表し、縦軸の数値は電磁波信号の0〜5(V)のアナログの出力信号に所定の演算を施した結果である。
【0020】
図2のように、壁面にカーボンが付着した場合と付着していない場合で反射信号の大きさが異なることから、反射信号の大きさに閾値を設けることによって炉内壁面上の付着物の有無を判定することが可能である。図2においては、炉内壁面上に付着するカーボンは導電性を持ち、逆に炉壁を構成する耐火煉瓦は導電性を持たないことから、閾値よりも反射信号が大きい場合は付着物カーボンが炉壁壁面上に付着しており、反射信号の大きさが閾値よりも小さい場合は付着物が存在しないと判定する。
【0021】
図3は、特許文献1で開示されたコークス炉炉壁形状計測方法を用いた炉壁形状計測結果と炉壁からの反射信号の大きさを同時に示したものである。横軸は押出しラムの進行量、縦軸の左側は炉壁形状計測結果すなわち窯中心軸からの距離(炉壁形状の絶対量)、右側は反射信号の大きさを表している。また、縦軸の反射信号強度の数値は電磁波信号の0〜5(V)のアナログの出力信号に所定の演算を施した結果を表す。反射信号強度は、ラム進行量に対して得られる図2に示されるような反射波形の最大値を示している。図3においては、炉内壁面の炉内全区間において反射信号が大きいことから、全体的にカーボンが付着していると判定できる。局所的に反射信号の大きさが減少している地点が存在するが(図中の丸で囲った部分)、これは炉内壁面形状により電磁波が散乱されて反射信号が受信アンテナで受信しきれない場合を示しており、この場合はデータの平滑化を行うことによって、壁面付着物の判別が可能である。
【0022】
また、図4は、コークス炉における炉壁上に付着したカーボンを焼落とした直後の炉壁形状計測結果と炉壁からの反射信号の大きさを同時に示している。図3の場合と同様に、横軸は押出しラムの進行量、縦軸の左側は炉壁形状の絶対量、右側は反射信号の大きさを表している。また、縦軸の反射信号強度の数値は、電磁波信号の0〜5(V)のアナログの出力信号に所定の演算を施した結果を表す。反射信号強度は図3の場合に比べ小さいことから、カーボン焼落しによって炉内壁面上に付着したカーボンが焼け落ちており、炉壁形状計測結果に現れている凹凸は炉壁を構成している耐火煉瓦の損耗によるものであると判定することが可能である。
【0023】
図5は、コークス炉でのカーボン焼落し前の反射信号強度のデータの一例を示す。横軸は押出しラムの進行量、縦軸は反射信号の大きさを表す。また、縦軸の反射信号強度の数値は電磁波信号の0〜5(V)のアナログの出力信号に所定の演算を施した結果を表す。押出しラム進行量が580〜860cmの間で反射信号強度に着目すると、この区間における反射信号強度はその他の区間の反射信号強度に比べて極端に低下していることが分かる。この他の区間では壁面にカーボンが付着していると判別できることから、押出しラム進行量が580〜860cmの区間においては付着したカーボンが局所的に剥離したと判断することが可能である。また、この区間(付着カーボン剥離部)で反射信号が大きくなっている部分(図中の丸で囲った部分)も見られるが、この部分では炉内壁面上に剥離しきらなかったカーボンが残っているものと考えられる。
【0024】
本発明においては、炉内壁面上の付着物の有無を判定するためには、電磁波送受信用アンテナまたは電磁波距離計のアンテナ部は、炉壁に十分近い場所を走査する必要がある。このとき望ましいアンテナ炉壁間距離は、電磁波信号の搬送周波数の波長およびアンテナ形状によって決まるが、ここで示した例においては、150〜300mmの範囲である。
【0025】
300 mm以上炉壁から離れた地点を走査した場合は、炉内壁面の表面状態によっては、電磁波が散乱され、効率的な反射信号の受信が不可能となり、受信信号の大きさから炉内壁面上に付着物があるかどうかの判定が行えなくなってしまう。 また、距離が150mm以下になると、アンテナ炉壁間距離が近づきすぎるため、多重反射等の影響から効率的な受信が行えなくなる。ここで示した例ではアンテナから炉壁までの距離は最小で170mm、最大で250mm程度である。
【0026】
カーボン付着の有無の判別に関しては、反射信号強度に閾値を設定して考えると、付着物の判別を行うことが可能である。人間がパターンを確認して閾値を設定するようにしてもよいが、閾値の自動設定も可能である。例えば、一窯の反射信号強度データ中の最大信号強度を各窯のデータについて調べ、各窯において最大値が等しくなるように、各データに係数をかけることで、全窯統一した閾値の設定が実現できる。上記は、ソフト的に可能であるが、ハード的にも実現可能である。すなわち、増幅率が変更可能なアンプ、または減衰率が変更可能なアッテネータを、窯毎に挿入しておくことも考えられる。
【0027】
図5のようにカーボンの剥離と判断するには、押出しラムの速度に対する電磁波距離計のデータ取り込み速度によって決定されるコークス炉長手方向の最少有効計測範囲の30倍以上の範囲で、周囲の反射信号レベルの1/10以下に減少した場合に、剥離が発生していると判断する。ここで示した例における、長手方向の最少有効計測範囲は10mmである。
【0028】
次に、炉内壁面付着物判別を行い、炉壁補修方法の選択・実行に至る一連の流れの一例を図6に示す。先ず、ステップ100において、電磁波送受信用アンテナを炉内壁面に対向させる形で走査する電磁波距離計による炉内壁面形状計測による壁面形状の測定を行う。壁面形状の凹凸が大きいなどの理由で、炉の補修が必要と判断される(ステップ101)と、ステップ102の炉内壁面付着物判別を行う。
【0029】
ここで、反射信号強度が設定した閾値より大きい場合は、ステップ110の反射信号強度大の流れに進む。また、反射信号強度が設定した閾値より小さい場合は、ステップ120の反射信号強度小の流れに進む。ステップ110の場合は、壁面凹凸は付着カーボンによるものである(ステップ111)と判断し、ステップ112のカーボン落し補修の補修方法を選択・実行する。通常、カーボン落し補修には、火炎にてカーボンを焼落とす方法や凸部をカッティングする方法などが選択・実行される。また、ステップ120の場合は、壁面凹凸は耐火煉瓦自体によるものである(ステップ121)と判断し、ステップ122の耐火煉瓦の溶射補修等の煉瓦補修方法を選択・実行する。
【0030】
図3のように、付着カーボンの不均一な成長によって生じた炉内壁面の凹凸はカーボン焼落し補修を行って、壁面を平滑にする。図4のように耐火煉瓦自体に凹凸が生じた場合は溶射補修などの煉瓦補修を行い、壁面を平滑にする。また、図5のような炉内壁面上に成長したカーボンの局所的な剥離が発生した際には迅速にカーボン焼落しなどの補修を行うことが可能である。
【0031】
以上の説明は、導電性をもたない炉内壁面に、導電性をもつ付着物が着く場合について説明を行ってきたが、これとは逆の場合、すなわち、導電性をもつ炉内壁面に、導電性をもたない付着物が着く場合についても、本発明を適用可能である。すなわち、炉内壁面と付着物の誘電率が大きく異なる場合に、本発明は有効である。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、工業用の炉、特に製鉄プロセスにおけるコークス炉において、炉壁形状計測を行うとともに、炉内壁面からの電磁波反射信号強度を測定することで、炉内壁面付着物を判別することが可能となり、壁面上に生じた凹凸の成長程度と原因を把握し、適切な補修方法を選択して効率的な壁面の補修を行うことにより、炉体の延命に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による炉壁補修方法の一例を説明するフロー図である。
【図2】炉壁付着物の判別方法を説明するための模式図である。
【図3】コークス炉炉壁付着物の判別方法を説明するための図である。
【図4】コークス炉炉壁付着物の判別方法を説明するための図である。
【図5】炉内壁面付着カーボンの剥離状態の判別方法を説明する図である。
【図6】従来の炉壁形状計測方法を説明する図である。
【符号の説明】
1、2、3 アンテナ
4 導波管
5 同軸ケーブル
6、7、8 距離計測装置
9 信号処理装置
10 コークス炉炭化室壁面
11 押出しラム先端
12 コークス
13 押出しラム位置計測装置
14 カメラ
15 画像処理装置
16 炉体基準輝点
17 アンテナ位置参照輝点
18 ラムビーム
19 押出し装置
【出願人】 【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目2番3号
【出願日】 平成15年7月31日(2003.7.31)
【代理人】 【識別番号】100116230
【弁理士】
【氏名又は名称】中濱 泰光

【公開番号】 特開2005−47999(P2005−47999A)
【公開日】 平成17年2月24日(2005.2.24)
【出願番号】 特願2003−204195(P2003−204195)