JPH08261741A - 高炉耐火物厚さ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱電対、同軸ケーブル、放射性元素などを用
いないで高炉の耐火物の残存厚さを計測する技術を提供
する。 【構成】 高炉１の炉底部２の周囲に位置検出型放射線
検出器１１〜１３を配置する。数ある宇宙線のなかのミ
ューオンを選択的に利用し、このミューオンが炉底部２
を貫通した後の強度を位置検出型放射線検出器１１〜１
３で計測することで炉底部２の特に耐火物３の厚さを定
量計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高炉炉壁若しくは炉底部
の耐火物の残存厚さ測定技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉（溶鉱炉）は、周知の通り鉄鉱石を
溶融して銑鉄を製造する炉であって、厚い鉄皮に高炉用
耐火物を内張りした一種の円筒容器である。高炉の湯溜
りから炉底部にかけては溶銑による侵食が著しいので、
耐食性に優れた耐火物を十分な厚さだけ炉壁及び炉底に
巻くようにしている。一方、高炉の稼働寿命は近年の操
業方法の改善や補修技術の改良により、２０年を越える
ようになってきた。それにつれて、炉底部の耐火物の損
傷を正確に計測する技術が要求されるようになってき
た。すなわち、炉底部は稼働中には補修ができないた
め、炉底部の耐火物の損耗が高炉全体の寿命を左右する
ことになるからであり、損耗状況が把握できれば、適
宜、酸化チタニウムを投入するなどの炉底部の耐火物延
命策を講じることができる。

【０００３】炉底部の耐火物の損傷又は残存量を計測す
る技術には、特開昭６３−１００３１５号公報「高熱
炉耐火壁の損耗状況把握方法」、特開昭４９−１３３
２０７号公報「炉壁の厚さ検出方法およびその装置」、
特開昭５８−２７００２号公報「耐火物の厚み測定方
法」及び炉底部の耐火物中にＣｏ60などの放射性同位
元素を埋込む方法などが提案されている。これら〜
の技術を要約して次図で説明する。

【０００４】図８は従来の炉底部の耐火物の損傷又は残
存量を計測する方法を示す図であり、上記及び図中の
は、温度計１０１（複数本）を炉底部の耐火物１０２
に埋込んでおき、計測温度の変化から耐火物１０２の残
存量を推定するものである。すなわち、耐火物１０２が
操業するにつれて薄くなり、温度計１０１の指示値が高
くなる。上記及び図中のは、耐火物１０２中に同軸
ケーブル１０４を埋設し、この同軸ケーブル１０４の一
端から電気パルスを入力して他端で反射して戻ってくる
までの時間を計測する。この時間は同軸ケーブル１０４
の長さに比例するので、同軸ケーブル１０４が耐火物１
０２の侵食につれて短くなるに従って、伝搬時間が短く
なる。

【０００５】上記及び図中のは、炉体鉄皮１０５に
孔１０６を開け、この孔１０６に金属棒１０７を挿入
し、この金属棒１０７の先端を耐火物１０２に当接し、
他端をハンマ１０８で打つことで、振動波を発生し、こ
の振動波の戻るまでの時間を加速度ピックアップ１０９
で検知するというものである。上記及び図中のは、
築炉時に耐火物１０２中に放射性同位元素１１１（放射
性元素１１１と記す）を埋め込んでおき、この放射性元
素１１１まで侵食が進むと、放射性元素１１１が溶銑中
に溶込んで消失する。そこで、炉外から放射線カウンタ
ーで調べると、放射性元素１１１の無いことが分かり、
侵食位置を知ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記は耐火
物１０２の熱伝導を間接的に計測しているものであり、
耐火物１０２の熱伝導率は周囲温度により変化するの
で、推定精度はよくない。また、温度計１０１は長期間
に渡って使用され且つ設定環境（圧力、温度等）が良く
ないので劣化する心配もあり、炉命末期の重要な時期に
信頼性のある計測ができない恐れがある。

【０００７】上記は直接的に耐火物１０２の残存量を
測定できる方法ではあるが、築炉時に埋め込んだ同軸ケ
ーブル１０４の位置だけの情報しか得られない。すなわ
ち、同軸ケーブル１０４から離れた部分の状況は分から
ないことになる。また、同軸ケーブル１０４は炉内の腐
食性ガスの影響で劣化する恐れもある。

【０００８】上記は、耐火物１０２が超音波等の振動
波を極めて通し難い物質であること、並びに鉄皮１０５
と耐火物１０２との境目１１２でも振動波が反射される
ため複数の振動波が混じり合い、結果的に計測の信頼性
が低下し、実用的な計測方法とはいえない。

【０００９】上記は点計測、すなわち放射性元素１１
１の埋っていた位置しか計測できないので、耐火物１０
２の侵食進行状況を連続して知ることはできない。ま
た、放射性元素１１１を使用するには安全衛生上の管理
が極めて重要になり、この負担は軽くないため、近年は
殆ど使用されていない。そこで本発明の目的は上記〜
に勝る炉底厚さ計測方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために本発明は、高炉の外方に、少なくとも３枚の
位置検出型放射線検出器を、位置検出型放射線検出器の
面と直交する線が高炉を貫通し且つ、複数の位置検出型
放射線検出器を一定の間隔で互いに平行に配置する。

【００１１】ある時期の一定時間内に高炉を貫通して且
つ複数の位置検出型放射線検出器を一定方向から貫通す
るミューオンの強度を、ミューオンの入射角情報から演
算してミューオン強度の第１データとし、所定時間経過
後に同様にミューオンの入射角情報から一定方向から飛
来するミューオン強度の第２データを演算し、高炉の内
張り耐火物が侵食されるにつれて高炉におけるミューオ
ンの強度が変化することから、前記ミューオン強度変化
に基づいて高炉の耐火物の厚さを測定する。

【００１２】ミューオンは宇宙からバーン・アレン帯及
び大気を通過して地表に降り注ぐ宇宙線の一種である。
数ある宇宙線のうちのミューオンを選択した理由を説明
する。ミューオンは、中性子に次いで寿命が長く、重さ
は電子の約２００倍で、＋及び−の電荷を有する素粒子
であり、他の粒子との間で電磁気力のみ作用するだけ
で、強い相互作用（核力）がない。従って、パイオンや
陽子などのように電磁気力と核力の双方の相互作用をも
つものに比べ、物質貫通力が高く、また相互作用の解析
も容易である。この様な理由で、ミューオンを選択し
た。なお、同定とは事象Ａと事象Ｂとが同一であること
を確認することである。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を添付図に基づいて以下に説
明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る位置検出型
放射線検出器の配置説明図であり、高炉１の炉底部２は
鉄皮（比重７．８、厚さは例えば７０ｍｍ）３にカーボ
ン質耐火物（比重約２．３）４を内張りしたものであ
り、この耐火物４の内側を湯溜りといい、この湯溜りに
溶銑とコークスとの混合湯が溜る。コークスの平均比重
が０．７であるため、混合湯は平均比重が４．０程度と
なる。

【００１４】上記炉底部２の側方に、位置検出型放射線
検出器セット１０（以下「放射線検出器セット１０」と
略記する。）、すなわち＃１位置検出型放射線検出器１
１，＃２位置検出型放射線検出器１２，＃３位置検出型
放射線検出器１３からなる３枚のプラスチック位置検出
型放射線検出器を互いに平行に且つ面に直交する直線が
前記炉底部２を貫通する位置に配置する。図中、一点鎖
線μはミューオンの飛来軌跡である。

【００１５】以上に述べた位置検出型放射線検出器を用
いた高炉炉底厚さの測定方法を次に説明する。図２は本
発明の実施例説明図であり、＃１位置検出型放射線検出
器１１，＃２位置検出型放射線検出器１２及び＃３位置
検出型放射線検出器１３を配置したものであり、＃１位
置検出型放射線検出器１１と＃２位置検出型放射線検出
器１２とから入射角α１を演算し、また、＃２位置検出
型放射線検出器１２と＃３位置検出型放射線検出器１３
とから入射角α２を演算してこれらから平均入射角α３
（＝（α１＋α２）÷２）を求めることもできる。

【００１６】図３は３枚の位置検出型放射線検出器によ
るシステム構成図であり、図２で説明した内容をまとめ
ると、＃１位置検出型放射線検出器１１に付属の位置検
出器１１ａで入射位置を検出し、＃２位置検出型放射線
検出器１２に付属の位置検出器１２ａで入射位置を検出
し、＃３位置検出型放射線検出器１３に付属の位置検出
器１３ａで入射位置を検出し、これらの情報に基づいて
入射角決定回路１４にて入射角を決定し、所定期間（例
えば５０日）後にミューオン強度決定器１６にてミュー
オンの強度を決定する。

【００１７】図４は築炉時の高炉炉底部におけるミュー
オンの減衰図であり、縦軸はミューオン強度、横軸は距
離を示す。一点鎖線μで示す如くミューオンが図右から
炉底部に入射したとする。すなわち、ミューオンは鉄皮
３Ｒ、耐火物４Ｒ、湯溜り５、耐火物４Ｌ、鉄皮３Ｌの
順で炉底部を貫通し、その後、放射線検出器セット１０
に入射する。放射線検出器セット１０で「ミューオン強
度の第１データ」を計測する。太線折れ線はミューオン
の強度を示し、耐火物４Ｒ，４Ｌは比較的比重が小さい
のでミューオンの減衰は小さく、逆に湯溜り５は内容が
溶銑とコークスの混合物であるから比重が大きいのでミ
ューオンの減衰は大きい。

【００１８】図５は時間経過後の高炉炉底部におけるミ
ューオンの減衰図であり、耐火物４Ｒ，４Ｌは溶銑など
で侵食されて、想像線で示した位置から実線の位置まで
内面が後退したことを示す。比重の小さな耐火物４Ｒ，
４Ｌが比重の大きな湯溜り５に置き換わったことになる
ので、放射線検出器セット１０で計測される「ミューオ
ン強度の第２データ」は前記ミューオン強度の第１デー
タより、小さくなる。

【００１９】ところで、ミューオンの物質貫通力はエネ
ルギーＥと貫通力Ｘ（ｍ）との間に次の関係がある。た
だし、物質は比重７．８の鉄とした。 Ｘ＝７．８×２．５×１０³ｌｎ（１．５６・Ｅ＋１） 上記式を利用し、物質の比重を変更するなどして、耐火
物や湯溜りを貫通するのに必要なミューオンの強度変化
を求めることができる。

【００２０】図６はミューオン強度と耐火物厚さの関係
を示すグラフであり、築炉時（耐火物最大厚さ）にミュ
ーオン強度の第１データを測っておけば、上記数式及び
各部の寸法及び比重から右下りのカーブを引くことがで
きる。従って、築炉後例えば５年目に本発明方法でミュ
ーオン強度の第２データを測れば、簡単に耐火物の厚さ
が推定できる。その後、適時計測すれば高炉改修の時期
を決定することができる。

【００２１】図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る放射線
検出器セットの平面配置図である。 （ａ）は炉底部の中央を貫通するミューオンを検知する
ものである。耐火物４が平均に薄くなるとは限らないの
で、複数の放射線検出器セット１０，１０ａ，１０ｂ，
１０ｃを配置する、又は１セットの放射線検出器セット
１０を定期的に移動させてもよい。 （ｂ）は湯溜り５の外周円の接線上に放射線検出器セッ
ト１０を配置したものである。 この様に放射線検出器セット１０は炉底部２の周囲の任
意の箇所に必要個数を配置すればよい。

【００２２】尚、本実施例で用いた位置検出型放射線検
出器は、二次元位置検出型の放射線検出器であればよ
い。二次元位置検出型の放射線検出器は、例えばマルチ
ワイヤ型ガス検出器、ドリフトチェンバー、半導体検出
器、シンチレーションカウンタ等が考えられる。また、
本発明方法は、高炉の耐火材の残存厚さを計測する方法
に好適であるが、高炉の他の部分、鉄皮の厚さ、耐火材
にステーブが埋められている場合にはステーブの損傷を
チェックすることができ、即ち苛酷な使用をされる高炉
炉底部等の各部の測定に広く適用して差支えない。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１の高炉耐火物の厚さ測定方法は、数ある
宇宙線のなかのミューオンを選択的に使用し、このミュ
ーオンが高炉を貫通した後の強度を位置検出型放射線検
出器で計測することで耐火物の残り厚さを定量計測可能
にしたものであり、従来技術の様に熱電対、同軸ケーブ
ル又は放射線元素を耐火物中に埋込む必要がなく、機器
が経年変化する心配もなく、何時でも高炉耐火物厚さを
測定できるので、極めて好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置検出型放射線検出器の配置説
明図

【図２】本発明に係る実施例説明図

【図３】本発明に係る３枚の位置検出型放射線検出器に
よるシステム構成図

【図４】本発明に係る築炉時の高炉炉底部におけるミュ
ーオンの減衰図

【図５】本発明に係る時間経過後の高炉炉底部における
ミューオンの減衰図

【図６】本発明に係るミューオン強度と耐火物厚さの関
係を示すグラフ

【図７】本発明に係る放射線検出器セットの平面配置図

【図８】従来の炉底部の耐火物の損傷又は残存量を計測
する方法を示す図

【符号の説明】

１…高炉、２…炉底部、３…鉄皮、４…耐火物、５…湯
溜り、１０…位置検出型放射線検出器セット（放射線検
出器セット）、１１…＃１位置検出型放射線検出器、１
２…＃２位置検出型放射線検出器、１３…＃３位置検出
型放射線検出器、１４…入射角決定回路、１６…ミュー
オン強度決定回路、２１〜２４…光電子増倍管、α１…
入射角、Ｌｓ…位置検出型放射線検出器の面に直交する
線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永嶺 謙忠 千葉県柏市増尾台３丁目10番８号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉炉壁若しくは炉底部の外方に、位置
   検出型放射線検出器を配置し、ある時期の一定時間内に
   高炉を貫通して且つ複数の位置検出型放射線検出器を一
   定方向から貫通するミューオンの強度を、ミューオンの
   入射角情報から演算し、この演算値をミューオン強度の
   第１データとし、また、所定時間経過後に同様にミュー
   オンの入射角情報から一定方向から飛来するミューオン
   強度の第２データを演算し、高炉の内張り耐火物が侵食
   されるにつれて高炉を貫通するミューオンの強度が変化
   することから、前記ミューオン強度変化に基づいて炉壁
   若しくは炉底部の耐火物の厚さを測定することを特徴と
   した高炉耐火物厚さ測定方法。