煉瓦残厚測定装置
【課題】耐火物の計測面が鉄皮に対して相対的に３次元移動しても、超音波探触子の接触面が耐火物の計測面に密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧で耐火物の計測面に押し付けることができ、耐火物の厚みを正確に測定することができる高炉の煉瓦残厚測定装置を提供する。
【解決手段】超音波センサ１６は計測孔１２に挿入され、接触媒体を介してカーボン煉瓦３の計測面３ａに押し付けられる。付勢装置３０は取付フランジ１４に取り付けられ、その内方端に位置する中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける。センサ押付棒２２は中間部材３１と超音波センサ１６との間で軸線に沿って延びる。１対の球面軸受２４ａ，２４ｂは中間部材３１と超音波センサ１６に対しセンサ押付棒２２の両端部を揺動可能に連結する。
【解決手段】超音波センサ１６は計測孔１２に挿入され、接触媒体を介してカーボン煉瓦３の計測面３ａに押し付けられる。付勢装置３０は取付フランジ１４に取り付けられ、その内方端に位置する中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける。センサ押付棒２２は中間部材３１と超音波センサ１６との間で軸線に沿って延びる。１対の球面軸受２４ａ，２４ｂは中間部材３１と超音波センサ１６に対しセンサ押付棒２２の両端部を揺動可能に連結する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサを用いた高炉煉瓦の煉瓦残厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の炉底（下方側壁）構造は、炉内稼働面側（内面側）にカーボン煉瓦（カーボンブロック）が配され、外部容器である鉄皮内面側に配されたステーブ（冷却配管により水冷されている）へ熱が逃げる構造となっている。また、ステーブが無い構造もあるが、この場合は鉄皮へ直接冷却水を散水して冷却する。いずれの構造においても、カーボン煉瓦は、稼働面側（内面側）の高温の溶銑に直接接触する機会があるため、長期間の使用により損耗することから、この厚みを計測し、管理する必要がある。
【０００３】
従来、炉底煉瓦の厚さを検査するためには、熱電対を用いた推定する手段が用いられていたが、バラツキが大きく、安定した測定が困難であった。熱電対を用いた推定手段では、高炉の炉内が安定状態のときは比較的精度が高く推定できるものの、炉内の流動状態によって急激に熱負荷が変化しつつある状態のときは精度が低下する傾向にあった。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１の手段が既に提案されている。なお、本発明に関連する超音波センサは、特許文献２に開示されている。
【０００５】
特許文献１の手段は、図１に示すように、鉄皮１又は鉄皮１及びステーブ２に耐火物３同士の目地をずらして開孔４を形成し、この開孔４に超音波探触子５を挿入して開孔に臨んだステーブ２又は耐火物３に接触させ、超音波探触子５から２０〜２００ｋＨｚの超音波を耐火物３へ伝播させ、この伝播させた超音波が耐火物３を往復するのに要した時間を測定することで耐火物３の厚みを測定するものである。
【０００６】
特許文献２の超音波センサは、図２に示すように、検査対象面Ｂに接触させる検出外面５２ａと検出外面５２ａに任意の角度を持つ平面である検出内面５２ｂとを有する導電性の台座５２と、検出内面５２ｂに密着する耐熱軟金属からなる第１電極５４ａと、第１電極５４ａを台座５２との間で挟む形で第１電極５４ａと密着する平板状の圧電素子５６と、圧電素子５６を第１電極５４ａとの間で挟む形で圧電素子５６と密着する耐熱軟金属からなる第２電極５４ｂと、圧電素子５６を第２電極５４ｂを介して検出内面５２ｂに向けて弾性的に付勢する耐熱付勢部材６０と、耐熱付勢部材６０を検出内面５２ｂに向けて押圧する押さえ部材７０と、一端が台座５２に連結されており内部に第１電極５４ａ、圧電素子５６、第２電極５４ｂ、耐熱付勢部材６０及び押さえ部材７０を収容する本体５０と、本体５０に螺合し、押さえ部材７０よりも本体の他端側で押さえ部材７０からの反力を受ける支持手段６９とを備え、支持手段６９は、検出内面５２ｂに向けて押さえ部材７０に外部から押圧力を作用させるための第１貫通穴６５を有し、押さえ部材７０は、前記押圧力を受ける受け部７２を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−２６４７３５号公報、「耐火物の厚み測定方法及び装置」
【特許文献２】特開２００８−２５６４２３号公報、「高温用超音波探触子及びその製造方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の手段は、以下の問題点があった。
高炉の運転条件の変化により、耐火物３の表面は鉄皮１に対して、相対的に３次元移動する。この３次元移動量は、例えば、超音波探触子５の計測面内において、２方向に±２〜５ｍｍ程度、半径方向に±２〜５ｍｍ程度である。
【０００９】
超音波探触子５により耐火物３の厚みを正確に測定するためには、超音波探触子５の接触面が耐火物３の計測面に密着しながら倣い、かつ接触面の全面が所望の面圧で耐火物３の表面に押し付けられる必要がある。
しかし、従来の手段では、耐火物３の表面が鉄皮１に対して、相対的に３次元移動する場合、超音波探触子５の接触面が耐火物３の計測面に対して傾いて、接触面の一部に隙間ができ、或いは、その間の面圧が不均一になる問題点があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、耐火物の計測面が鉄皮に対して、相対的に３次元移動しても、超音波探触子の接触面が耐火物の計測面に密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧で耐火物の計測面に押し付けることができ、これにより超音波探触子により耐火物の厚みを正確に測定することができる煉瓦残厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、金属製の鉄皮の内側にカーボン煉瓦を有する高炉に取り付けられ、カーボン煉瓦の厚さを計測する煉瓦残厚測定装置であって、
高炉は、鉄皮を貫通しカーボン煉瓦まで達する計測孔と、計測孔と連通する鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジとを有しており、
計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の計測面に押し付けられる超音波センサと、
取付フランジに取り付けられ、軸線に沿って内方に延び、その内方端に位置する中間部材をカーボン煉瓦へ向けて弾性的に押し付ける付勢装置と、
前記中間部材と超音波センサとの間で軸線に沿って延びるセンサ押付棒と、
前記中間部材と超音波センサに対しセンサ押付棒の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受と、
超音波センサから球面軸受、センサ押付棒、及び付勢装置を通して鉄皮の外側まで引き出される信号線と、を備えることを特徴とする煉瓦残厚測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明の構成によれば、中間部材と超音波センサに対しセンサ押付棒の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受を備えるので、カーボン煉瓦の計測面が鉄皮に対して超音波センサの計測面内において、２方向に移動しても、超音波センサと付勢装置の軸線を常に平行に維持することができる。
また、センサ押付棒の長さは、カーボン煉瓦の表面から鉄皮表面までの距離又はそれ以上（例えば３００〜５００ｍｍ）に設定することにより、各球面軸受におけるセンサ押付棒の揺動角度は非常に小さくなる（例えば、５ｍｍの変動の場合に、０．９５〜１．４３°）。
従って、付勢装置による押付け力は、センサ押付棒を介して超音波センサに同じ方向に作用するので、超音波センサの接触面がカーボン煉瓦の計測面に密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧でカーボン煉瓦の計測面に押し付けることができ、これにより超音波センサによりカーボン煉瓦の厚みを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】特許文献１による装置の構成図である。
【図２】特許文献２による超音波センサの構成図である。
【図３】本発明による煉瓦残厚測定装置を備えた高炉の全体構成図である。
【図４】本発明による煉瓦残厚測定装置の第１実施形態図である。
【図５】図４のＡ部の拡大図である。
【図６】図４のＢ部の拡大図である。
【図７】本発明による煉瓦残厚測定装置の第２実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１５】
図３は、本発明による煉瓦残厚測定装置を備えた高炉の全体構成図であり、水平断面図を模式的に示している。
この図において、１０は高炉であり、金属製の鉄皮１の内側に、本例では、ステーブ２、及びカーボン煉瓦３が順に積層されている。カーボン煉瓦３の厚さは例えば２ｍ以上であり、カーボン煉瓦３の外表面の温度は、例えば１００〜２００℃に保持されている。
なお、鉄皮１とステーブ２の間にキャスタブルが存在したり、ステーブ２とカーボン煉瓦３の間にスタンプ材が存在するケースも多いが、これらの存在の有無にかかわらず、本発明の装置でカーボン煉瓦の残厚を測定可能である。
【００１６】
高炉１０は、鉄皮１を貫通しカーボン煉瓦３まで達する計測孔１２と、計測孔１２と連通する鉄皮１の貫通孔に気密に設けられた取付フランジ１４とを有する。
【００１７】
本発明の煉瓦残厚測定装置２０は、高炉１０の取付フランジ１４に取り付けられ、カーボン煉瓦３の厚さを計測する装置である。
【００１８】
図４は、本発明による煉瓦残厚測定装置の第１実施形態図である。
【００１９】
図４において、本発明の煉瓦残厚測定装置２０は、超音波センサ１６、付勢装置３０、センサ押付棒２２、１対の球面軸受２４ａ，２４ｂ、及び信号線２６を備える。
【００２０】
超音波センサ１６は、計測孔１２に挿入され、接触媒体を介してカーボン煉瓦３の計測面３ａに押し付けられる。
【００２１】
超音波センサ１６は、２枚の電極の間にニオブ酸リチウム振動子が挟持された高温用超音波センサである。この高温用超音波センサは、例えば最高６００℃の耐熱性を有し、カーボン煉瓦３の計測面３ａ近傍の温度に耐えるように構成されている。
なお、かかる超音波センサ１６の構造は、例えば図２に示したように、特許文献２に開示されている。
【００２２】
接触媒体は、カーボン煉瓦３の計測面３ａの温度（例えば１００〜２００℃）に耐える接触媒体である。
接触媒体は、超音波伝達時に阻害要因となるカーボン煉瓦３および超音波センサ１６のセンサ面との凹凸面の影響を低減し、損失を極力低減させた超音波伝達を行うために必要であり、かつ使用環境温度領域での超音波伝達性能を安定的に具備していなければならない。このため接触媒体には、変形能を有し、材質として粘土のように応力下で自在に変形し、凹凸部を均してカーボン煉瓦３と超音波センサ１６とを接触媒体を介して密着させ、超音波をセンサ面からカーボン煉瓦３へと伝達させることができる材質であればよい。このような機能を満たすために、接触媒体は、粘土質を構成する骨材と、それらを結合させる結合材とから構成されることが好ましい。
【００２３】
この場合、骨材としては比較的高温下でも安定的に超音波を伝達可能な金属や酸化金属等の粉粒体を使用でき（例えば、０．１ｍｍ以下）、結合材については骨材同士のバインダーとしての役割を担いながら、変形能が高く、且つ、熱分解開始温度が使用環境温度領域よりも高温で安定的であり、結合剤中の揮発成分が揮発しても大きな空隙をつくらずに、超音波の伝達をできるだけ阻害しないような材料がより好ましい。
骨材の具体例としては、アルミナ粉、ムライト粉、アルミニウム粉、フリット粉などが挙げられ、これらを単独又は混合して使用できる。
また、結合材の具体例としては、樹脂やタールやピッチなどが挙げられ、これらを単独又は混合して使用できる。中でもフェノール樹脂が上記機能を高いレベルで満たすため、結合剤中に含まれていることが好ましい。
また、接触媒体の変形能をより高めるため、例えば、モノエチレングリコールなどが含まれていても構わない。
市販品では、耐火材料製品として販売されている黒崎播磨製「クロジョック」（商標登録）を接触媒体として用いることができる。
【００２４】
付勢装置３０は、取付フランジ１４に取り付けられ、軸線に沿って内方に延び、その内方端に位置する中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける。また、付勢装置３０は、軸線に沿う中空孔を有する。
中間部材３１は、鉄皮１の表面の近傍又はそれより外側に位置している。また中間部材３１の形状は、中空円筒形の好ましくは平板であり、鉄皮近傍の温度（例えば３０〜１００℃）に耐える好ましくは金属製である。
【００２５】
（中間部材３１の必要性）
鉄皮外側のスペースが狭く、センサ押付棒２２と付勢棒３６とが一体の場合、取付けフランジ１４から超音波センサ１６を挿入する事が困難であり、センサ押付棒２２を分割して、鉄皮外側のスペースが狭い場所においてもセンサ挿入を可能とした。
また中間部材３１の形状は、センサ押付棒２２と付勢棒３６の中心部へ信号線２６を通すため、中空円筒形が望ましい。
【００２６】
センサ押付棒２２は、中空円筒形であり、軸線に沿う中空孔２２ａを有し、中間部材３１と超音波センサ１６との間で軸線に沿って延びる。センサ押付棒２２は、この例では中空円筒管であり、カーボン煉瓦３の計測面３ａの温度（例えば１００〜２００℃）に耐える好ましくは金属製である。
【００２７】
センサ押付棒２２の長さは、超音波センサ１６の計測面３ａ内において、２方向に±５ｍｍ程度移動しても、１対の球面軸受２４ａ，２４ｂの揺動角度が所定の範囲（例えば±２°）になるように設定する。
この長さは、カーボン煉瓦３の表面から鉄皮１表面までの距離又はそれ以上に設定するのがよい。
例えば長さが３００〜５００ｍｍである場合、５ｍｍの変動に対する球面軸受２４ａ，２４ｂの揺動角度は、０．９５〜１．４３°である。
【００２８】
１対の球面軸受２４ａ，２４ｂは、軸線に沿う中空孔を有し、中間部材３１と超音波センサ１６に対しセンサ押付棒２２の両端部を揺動可能に連結する。
球面軸受２４ａ，２４ｂは、軸線に対して３６０度のどの方向にも揺動可能であり、かつその揺動範囲が所定の範囲（例えば±２°）に設定されている。
また、１対の球面軸受２４ａ，２４ｂは図示しない固定ネジにより、センサ押付棒２２から分離できるようになっている。
【００２９】
上述のように球面軸受２４ａ，２４ｂ、センサ押付棒２２、及び付勢装置３０は、それぞれ軸線に沿う中空孔を有する。この中空孔は、信号線２６と２芯コネクタ１８を通すためである。
信号線２６は、超音波センサ１６から球面軸受２４ａ，２４ｂ、センサ押付棒２２、及び付勢装置３０の中空孔を通して鉄皮１の外側まで引き出される。
【００３０】
超音波センサ１６からの信号線２６は、一端が２枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する２芯コネクタ１８（図６参照）に接続された２芯ケーブルである。なお、２枚の電極の一方を接地（アース）してもよい。
信号線２６は、超音波センサ１６から球面軸受２４ａ，２４ｂ、センサ押付棒２２、及び付勢装置３０の中空孔を通して鉄皮１の外側まで延びる長さを有する。また、２芯コネクタ１８の円筒形部分は、直径約８ｍｍの密閉された円筒形金属パイプからなり、その外方端にコネクタの接点が設けられている。
【００３１】
図５は、図４のＡ部の拡大図である。
この図において、計測孔１２は、超音波センサ１６の傾きを抑制する内径を有している。計測孔１２の内径は、超音波センサ１６の挿入に支障がない限りで、超音波センサ１６の直径に近いのがよい。具体的には、超音波センサ１６の直径に対して、２〜８ｍｍのクリアランスを有することが好ましい。
例えば、超音波センサ１６が直径約４０ｍｍの円筒形である場合に、計測孔１２の内径を４２〜４８ｍｍ（直径隙間が２〜８ｍｍ）に設定することにより、計測孔１２の内部における超音波センサ１６の傾きを防止し、超音波センサ１６の軸線を計測面３ａに対し、ほぼ垂直に維持することができる。
また計測面３ａは、カーボン煉瓦３の外表面より内側に位置している。計測面３ａの外表面からの深さは、計測面３ａが鉄皮１に対して、相対的に３次元移動しても、超音波センサ１６が、計測面３ａに対しほぼ垂直に維持し、かつ計測面３ａから離れないように設定する。この深さは、超音波センサ１６が円筒形状である場合、その長さの半分から１倍程度、例えば１００ｍｍである場合に、５０〜１００ｍｍ程度であるのがよい。
【００３２】
図６は、図４のＢ部の拡大図である。
この図において、付勢装置３０は、治具フランジ３２、ネジパイプ３４、付勢棒３６、及び付勢部材３８を有する。
【００３３】
治具フランジ３２は、取付フランジ１４に取り付けられ、計測孔１２の軸心を中心とする雌ネジ部３３を有する。
ネジパイプ３４は、中空円筒形であり、雌ネジ部３３と螺合する雄ネジ部３５を有し、軸心に沿って鉄皮１の外側から内側まで延びる。
付勢棒３６は、ネジパイプ３４の中空孔を貫通してネジパイプ３４の外側から内側まで延び、内方端に中間部材３１が設けられている。
付勢部材３８は、この例ではコイルバネであり、ネジパイプ３４の内端面と中間部材３１との間に位置し、中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける。
【００３４】
上述した付勢装置３０の構成により、雌ネジ部３３と雄ネジ部３５の螺合により、ネジパイプ３４を軸方向に移動することで、付勢部材３８の圧縮長さを調整し、中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける押し付け力（例えば５０〜１００ｋｇ）を調節することができる。
なお、超音波センサ１６の感度特性は、５０ｋｇ以上で良好な感度が得られるが、１００ｋｇを超えると感度が鈍化することが確認されている。
【００３５】
上述した本発明の構成によれば、中間部材３１と超音波センサ１６に対しセンサ押付棒２２の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受２４ａ，２４ｂを備えるので、カーボン煉瓦３の計測面３ａが鉄皮１に対して超音波センサ１６の計測面３ａ内において、２方向に移動しても、超音波センサ１６と付勢装置３０の軸線を常に平行に維持することができる。
また、センサ押付棒２２の長さは、カーボン煉瓦３の表面から鉄皮１表面までの距離又はそれ以上（例えば３００〜５００ｍｍ）に設定することにより、各球面軸受２４ａ，２４ｂにおけるセンサ押付棒２２の揺動角度は非常に小さくなる（例えば、５ｍｍの変動の場合に、０．９５〜１．４３°）。
従って、付勢装置３０による押付け力は、センサ押付棒２２を介して超音波センサ１６に同じ方向に作用するので、超音波センサ１６の接触面がカーボン煉瓦３の計測面３ａに密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧でカーボン煉瓦３の計測面３ａに押し付けることができ、これにより超音波センサ１６によりカーボン煉瓦３の厚みを正確に測定することができる。
【００３６】
図６において、本発明の煉瓦残厚測定装置２０は、さらに、メインケース４２とサブケース４４を備える。
メインケース４２とサブケース４４は、付勢装置３０を気密に囲み、信号線２６の信号を、気密を保持したまま外部に取り出すようになっている。
【００３７】
メインケース４２は、主管と枝管からなるＬ字管４２ａ、主管の開口部に取り付けられ取付フランジ１４に気密に取り付けられる主フランジ４２ｂ、及び枝管の開口部に取り付けられた中間メクラフランジ４２ｃからなる。
【００３８】
サブケース４４は、直管４４ａ、直管４４ａの一端に取り付けられ中間メクラフランジ４２ｃと気密に結合される中間フランジ４４ｂ、直管４４ａの他端に取り付けられた外部フランジ４４ｃ、及び外部フランジ４４ｃと気密に結合される外部メクラフランジ４４ｄからなる。
【００３９】
上述した超音波センサ１６、付勢装置３０、センサ押付棒２２、及び球面軸受２４ａ，２４ｂは、取付けフランジ１４に気密に取り付けられており、かつ、気密を保持したまま信号線２６を外部に取り出す構造を備えている。
【００４０】
上述した構成により、メインケース４２がＬ字形になっているので、メインケース４２とサブケース４４の超音波センサ１６の軸方向長さを短くすることができる。
また、球面軸受２４ａが図示しない固定ネジにより、センサ押付棒２２から分離できるので、付勢装置３０をメインケース４２とともにセンサ押付棒２２から分離することができる。
従って、鉄皮１の表面から非常樋背面（図示せず）までの距離が９００ｍｍ以内であっても、本発明による煉瓦残厚測定装置２０を組み立て、或いは分解することができる。
【００４１】
図７は、本発明による煉瓦残厚測定装置の第２実施形態図である。
この例において、超音波センサ１６と球面軸受２４ａとの間に、フレキシブルカップリング１７が配置されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
この構成により、球面軸受２４ａが得意とする上下方向５ｍｍの煉瓦変位変動（例えば、熱膨張による変動）の良好な追従性に加えて、横方向（炉体周方向）の煉瓦変位変動（例えば、高炉立ち上げ初期の炉体膨張による変動）にもより良好な追従性を得ることができ、長期安定した残厚測定が可能となる。
【実施例１】
【００４３】
鉄皮、キャスタブル、ステーブ、スタンプ材、及びカーボン煉瓦の順に部材が配置されている高炉の炉底に、図４に示した煉瓦残厚測定装置を設置した。その際、鉄皮〜カーボン煉瓦壁（背面）までを通して、５０ｍｍの開孔径を空けて、超音波センサ径４０ｍｍの本装置を設置した。
その結果、測定途中に、熱膨張による上下方向５ｍｍの煉瓦変位変動が生じたが、本発明の装置により、反射波信号を安定的に得ることができた。
また、高炉設備の臨時停止時における圧力変動にも耐え、十分に追従し、連続的で安定した計測を行うことができた。
また、高炉の炉内状態が安定した状態のときに、同時に併設した温度計による従来技術の計測値と比較したところ、差が０〜１０ｍｍの範囲でほぼ同一の残厚の測定値が得られ、測定値に信頼性もあることを確認した。
【実施例２】
【００４４】
実施例１で使用した装置の超音波センサと球面軸受との間に、フレキシブルカップリングを配置した装置を使用して、実施例１と同様に高炉のカーボン煉瓦の残厚を測定した。実施例２では、高炉の立ち上げ時から残厚を測定した。
その結果、熱膨張による上下方向５ｍｍの煉瓦変位変動に追従しただけでなく、高炉立ち上げ初期の炉体膨張による、横方向（炉体周方向）の３〜５ｍｍの移動にも十分追従し、立上初期から連続して安定した信号を得ることができた。
【００４５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 鉄皮、２ ステーブ、３ カーボン煉瓦（耐火物）、
３ａ 計測面、４ 開孔、５ 超音波探触子、
１０ 高炉、１２ 計測孔、１４ 取付フランジ、
１６ 超音波センサ、１７ フレキシブルカップリング、
１８ ２芯コネクタ、
２０ 煉瓦残厚測定装置、
２２ センサ押付棒、２２ａ 中空孔、
２４ａ，２４ｂ 球面軸受、２６ 信号線、
３０ 付勢装置、３１ 中間部材、
３２ 治具フランジ、３３ 雌ネジ部、
３４ ネジパイプ、３５ 雄ネジ部、
３６ 付勢棒、３８ 付勢部材、
４２ メインケース、４２ａ Ｌ字管、
４２ｂ 主フランジ、４２ｃ 中間メクラフランジ、
４４ サブケース、４４ａ 直管、４４ｂ 中間フランジ、
４４ｃ 外部フランジ、４４ｄ 外部メクラフランジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサを用いた高炉煉瓦の煉瓦残厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の炉底（下方側壁）構造は、炉内稼働面側（内面側）にカーボン煉瓦（カーボンブロック）が配され、外部容器である鉄皮内面側に配されたステーブ（冷却配管により水冷されている）へ熱が逃げる構造となっている。また、ステーブが無い構造もあるが、この場合は鉄皮へ直接冷却水を散水して冷却する。いずれの構造においても、カーボン煉瓦は、稼働面側（内面側）の高温の溶銑に直接接触する機会があるため、長期間の使用により損耗することから、この厚みを計測し、管理する必要がある。
【０００３】
従来、炉底煉瓦の厚さを検査するためには、熱電対を用いた推定する手段が用いられていたが、バラツキが大きく、安定した測定が困難であった。熱電対を用いた推定手段では、高炉の炉内が安定状態のときは比較的精度が高く推定できるものの、炉内の流動状態によって急激に熱負荷が変化しつつある状態のときは精度が低下する傾向にあった。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１の手段が既に提案されている。なお、本発明に関連する超音波センサは、特許文献２に開示されている。
【０００５】
特許文献１の手段は、図１に示すように、鉄皮１又は鉄皮１及びステーブ２に耐火物３同士の目地をずらして開孔４を形成し、この開孔４に超音波探触子５を挿入して開孔に臨んだステーブ２又は耐火物３に接触させ、超音波探触子５から２０〜２００ｋＨｚの超音波を耐火物３へ伝播させ、この伝播させた超音波が耐火物３を往復するのに要した時間を測定することで耐火物３の厚みを測定するものである。
【０００６】
特許文献２の超音波センサは、図２に示すように、検査対象面Ｂに接触させる検出外面５２ａと検出外面５２ａに任意の角度を持つ平面である検出内面５２ｂとを有する導電性の台座５２と、検出内面５２ｂに密着する耐熱軟金属からなる第１電極５４ａと、第１電極５４ａを台座５２との間で挟む形で第１電極５４ａと密着する平板状の圧電素子５６と、圧電素子５６を第１電極５４ａとの間で挟む形で圧電素子５６と密着する耐熱軟金属からなる第２電極５４ｂと、圧電素子５６を第２電極５４ｂを介して検出内面５２ｂに向けて弾性的に付勢する耐熱付勢部材６０と、耐熱付勢部材６０を検出内面５２ｂに向けて押圧する押さえ部材７０と、一端が台座５２に連結されており内部に第１電極５４ａ、圧電素子５６、第２電極５４ｂ、耐熱付勢部材６０及び押さえ部材７０を収容する本体５０と、本体５０に螺合し、押さえ部材７０よりも本体の他端側で押さえ部材７０からの反力を受ける支持手段６９とを備え、支持手段６９は、検出内面５２ｂに向けて押さえ部材７０に外部から押圧力を作用させるための第１貫通穴６５を有し、押さえ部材７０は、前記押圧力を受ける受け部７２を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−２６４７３５号公報、「耐火物の厚み測定方法及び装置」
【特許文献２】特開２００８−２５６４２３号公報、「高温用超音波探触子及びその製造方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の手段は、以下の問題点があった。
高炉の運転条件の変化により、耐火物３の表面は鉄皮１に対して、相対的に３次元移動する。この３次元移動量は、例えば、超音波探触子５の計測面内において、２方向に±２〜５ｍｍ程度、半径方向に±２〜５ｍｍ程度である。
【０００９】
超音波探触子５により耐火物３の厚みを正確に測定するためには、超音波探触子５の接触面が耐火物３の計測面に密着しながら倣い、かつ接触面の全面が所望の面圧で耐火物３の表面に押し付けられる必要がある。
しかし、従来の手段では、耐火物３の表面が鉄皮１に対して、相対的に３次元移動する場合、超音波探触子５の接触面が耐火物３の計測面に対して傾いて、接触面の一部に隙間ができ、或いは、その間の面圧が不均一になる問題点があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、耐火物の計測面が鉄皮に対して、相対的に３次元移動しても、超音波探触子の接触面が耐火物の計測面に密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧で耐火物の計測面に押し付けることができ、これにより超音波探触子により耐火物の厚みを正確に測定することができる煉瓦残厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、金属製の鉄皮の内側にカーボン煉瓦を有する高炉に取り付けられ、カーボン煉瓦の厚さを計測する煉瓦残厚測定装置であって、
高炉は、鉄皮を貫通しカーボン煉瓦まで達する計測孔と、計測孔と連通する鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジとを有しており、
計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の計測面に押し付けられる超音波センサと、
取付フランジに取り付けられ、軸線に沿って内方に延び、その内方端に位置する中間部材をカーボン煉瓦へ向けて弾性的に押し付ける付勢装置と、
前記中間部材と超音波センサとの間で軸線に沿って延びるセンサ押付棒と、
前記中間部材と超音波センサに対しセンサ押付棒の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受と、
超音波センサから球面軸受、センサ押付棒、及び付勢装置を通して鉄皮の外側まで引き出される信号線と、を備えることを特徴とする煉瓦残厚測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明の構成によれば、中間部材と超音波センサに対しセンサ押付棒の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受を備えるので、カーボン煉瓦の計測面が鉄皮に対して超音波センサの計測面内において、２方向に移動しても、超音波センサと付勢装置の軸線を常に平行に維持することができる。
また、センサ押付棒の長さは、カーボン煉瓦の表面から鉄皮表面までの距離又はそれ以上（例えば３００〜５００ｍｍ）に設定することにより、各球面軸受におけるセンサ押付棒の揺動角度は非常に小さくなる（例えば、５ｍｍの変動の場合に、０．９５〜１．４３°）。
従って、付勢装置による押付け力は、センサ押付棒を介して超音波センサに同じ方向に作用するので、超音波センサの接触面がカーボン煉瓦の計測面に密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧でカーボン煉瓦の計測面に押し付けることができ、これにより超音波センサによりカーボン煉瓦の厚みを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】特許文献１による装置の構成図である。
【図２】特許文献２による超音波センサの構成図である。
【図３】本発明による煉瓦残厚測定装置を備えた高炉の全体構成図である。
【図４】本発明による煉瓦残厚測定装置の第１実施形態図である。
【図５】図４のＡ部の拡大図である。
【図６】図４のＢ部の拡大図である。
【図７】本発明による煉瓦残厚測定装置の第２実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１５】
図３は、本発明による煉瓦残厚測定装置を備えた高炉の全体構成図であり、水平断面図を模式的に示している。
この図において、１０は高炉であり、金属製の鉄皮１の内側に、本例では、ステーブ２、及びカーボン煉瓦３が順に積層されている。カーボン煉瓦３の厚さは例えば２ｍ以上であり、カーボン煉瓦３の外表面の温度は、例えば１００〜２００℃に保持されている。
なお、鉄皮１とステーブ２の間にキャスタブルが存在したり、ステーブ２とカーボン煉瓦３の間にスタンプ材が存在するケースも多いが、これらの存在の有無にかかわらず、本発明の装置でカーボン煉瓦の残厚を測定可能である。
【００１６】
高炉１０は、鉄皮１を貫通しカーボン煉瓦３まで達する計測孔１２と、計測孔１２と連通する鉄皮１の貫通孔に気密に設けられた取付フランジ１４とを有する。
【００１７】
本発明の煉瓦残厚測定装置２０は、高炉１０の取付フランジ１４に取り付けられ、カーボン煉瓦３の厚さを計測する装置である。
【００１８】
図４は、本発明による煉瓦残厚測定装置の第１実施形態図である。
【００１９】
図４において、本発明の煉瓦残厚測定装置２０は、超音波センサ１６、付勢装置３０、センサ押付棒２２、１対の球面軸受２４ａ，２４ｂ、及び信号線２６を備える。
【００２０】
超音波センサ１６は、計測孔１２に挿入され、接触媒体を介してカーボン煉瓦３の計測面３ａに押し付けられる。
【００２１】
超音波センサ１６は、２枚の電極の間にニオブ酸リチウム振動子が挟持された高温用超音波センサである。この高温用超音波センサは、例えば最高６００℃の耐熱性を有し、カーボン煉瓦３の計測面３ａ近傍の温度に耐えるように構成されている。
なお、かかる超音波センサ１６の構造は、例えば図２に示したように、特許文献２に開示されている。
【００２２】
接触媒体は、カーボン煉瓦３の計測面３ａの温度（例えば１００〜２００℃）に耐える接触媒体である。
接触媒体は、超音波伝達時に阻害要因となるカーボン煉瓦３および超音波センサ１６のセンサ面との凹凸面の影響を低減し、損失を極力低減させた超音波伝達を行うために必要であり、かつ使用環境温度領域での超音波伝達性能を安定的に具備していなければならない。このため接触媒体には、変形能を有し、材質として粘土のように応力下で自在に変形し、凹凸部を均してカーボン煉瓦３と超音波センサ１６とを接触媒体を介して密着させ、超音波をセンサ面からカーボン煉瓦３へと伝達させることができる材質であればよい。このような機能を満たすために、接触媒体は、粘土質を構成する骨材と、それらを結合させる結合材とから構成されることが好ましい。
【００２３】
この場合、骨材としては比較的高温下でも安定的に超音波を伝達可能な金属や酸化金属等の粉粒体を使用でき（例えば、０．１ｍｍ以下）、結合材については骨材同士のバインダーとしての役割を担いながら、変形能が高く、且つ、熱分解開始温度が使用環境温度領域よりも高温で安定的であり、結合剤中の揮発成分が揮発しても大きな空隙をつくらずに、超音波の伝達をできるだけ阻害しないような材料がより好ましい。
骨材の具体例としては、アルミナ粉、ムライト粉、アルミニウム粉、フリット粉などが挙げられ、これらを単独又は混合して使用できる。
また、結合材の具体例としては、樹脂やタールやピッチなどが挙げられ、これらを単独又は混合して使用できる。中でもフェノール樹脂が上記機能を高いレベルで満たすため、結合剤中に含まれていることが好ましい。
また、接触媒体の変形能をより高めるため、例えば、モノエチレングリコールなどが含まれていても構わない。
市販品では、耐火材料製品として販売されている黒崎播磨製「クロジョック」（商標登録）を接触媒体として用いることができる。
【００２４】
付勢装置３０は、取付フランジ１４に取り付けられ、軸線に沿って内方に延び、その内方端に位置する中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける。また、付勢装置３０は、軸線に沿う中空孔を有する。
中間部材３１は、鉄皮１の表面の近傍又はそれより外側に位置している。また中間部材３１の形状は、中空円筒形の好ましくは平板であり、鉄皮近傍の温度（例えば３０〜１００℃）に耐える好ましくは金属製である。
【００２５】
（中間部材３１の必要性）
鉄皮外側のスペースが狭く、センサ押付棒２２と付勢棒３６とが一体の場合、取付けフランジ１４から超音波センサ１６を挿入する事が困難であり、センサ押付棒２２を分割して、鉄皮外側のスペースが狭い場所においてもセンサ挿入を可能とした。
また中間部材３１の形状は、センサ押付棒２２と付勢棒３６の中心部へ信号線２６を通すため、中空円筒形が望ましい。
【００２６】
センサ押付棒２２は、中空円筒形であり、軸線に沿う中空孔２２ａを有し、中間部材３１と超音波センサ１６との間で軸線に沿って延びる。センサ押付棒２２は、この例では中空円筒管であり、カーボン煉瓦３の計測面３ａの温度（例えば１００〜２００℃）に耐える好ましくは金属製である。
【００２７】
センサ押付棒２２の長さは、超音波センサ１６の計測面３ａ内において、２方向に±５ｍｍ程度移動しても、１対の球面軸受２４ａ，２４ｂの揺動角度が所定の範囲（例えば±２°）になるように設定する。
この長さは、カーボン煉瓦３の表面から鉄皮１表面までの距離又はそれ以上に設定するのがよい。
例えば長さが３００〜５００ｍｍである場合、５ｍｍの変動に対する球面軸受２４ａ，２４ｂの揺動角度は、０．９５〜１．４３°である。
【００２８】
１対の球面軸受２４ａ，２４ｂは、軸線に沿う中空孔を有し、中間部材３１と超音波センサ１６に対しセンサ押付棒２２の両端部を揺動可能に連結する。
球面軸受２４ａ，２４ｂは、軸線に対して３６０度のどの方向にも揺動可能であり、かつその揺動範囲が所定の範囲（例えば±２°）に設定されている。
また、１対の球面軸受２４ａ，２４ｂは図示しない固定ネジにより、センサ押付棒２２から分離できるようになっている。
【００２９】
上述のように球面軸受２４ａ，２４ｂ、センサ押付棒２２、及び付勢装置３０は、それぞれ軸線に沿う中空孔を有する。この中空孔は、信号線２６と２芯コネクタ１８を通すためである。
信号線２６は、超音波センサ１６から球面軸受２４ａ，２４ｂ、センサ押付棒２２、及び付勢装置３０の中空孔を通して鉄皮１の外側まで引き出される。
【００３０】
超音波センサ１６からの信号線２６は、一端が２枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する２芯コネクタ１８（図６参照）に接続された２芯ケーブルである。なお、２枚の電極の一方を接地（アース）してもよい。
信号線２６は、超音波センサ１６から球面軸受２４ａ，２４ｂ、センサ押付棒２２、及び付勢装置３０の中空孔を通して鉄皮１の外側まで延びる長さを有する。また、２芯コネクタ１８の円筒形部分は、直径約８ｍｍの密閉された円筒形金属パイプからなり、その外方端にコネクタの接点が設けられている。
【００３１】
図５は、図４のＡ部の拡大図である。
この図において、計測孔１２は、超音波センサ１６の傾きを抑制する内径を有している。計測孔１２の内径は、超音波センサ１６の挿入に支障がない限りで、超音波センサ１６の直径に近いのがよい。具体的には、超音波センサ１６の直径に対して、２〜８ｍｍのクリアランスを有することが好ましい。
例えば、超音波センサ１６が直径約４０ｍｍの円筒形である場合に、計測孔１２の内径を４２〜４８ｍｍ（直径隙間が２〜８ｍｍ）に設定することにより、計測孔１２の内部における超音波センサ１６の傾きを防止し、超音波センサ１６の軸線を計測面３ａに対し、ほぼ垂直に維持することができる。
また計測面３ａは、カーボン煉瓦３の外表面より内側に位置している。計測面３ａの外表面からの深さは、計測面３ａが鉄皮１に対して、相対的に３次元移動しても、超音波センサ１６が、計測面３ａに対しほぼ垂直に維持し、かつ計測面３ａから離れないように設定する。この深さは、超音波センサ１６が円筒形状である場合、その長さの半分から１倍程度、例えば１００ｍｍである場合に、５０〜１００ｍｍ程度であるのがよい。
【００３２】
図６は、図４のＢ部の拡大図である。
この図において、付勢装置３０は、治具フランジ３２、ネジパイプ３４、付勢棒３６、及び付勢部材３８を有する。
【００３３】
治具フランジ３２は、取付フランジ１４に取り付けられ、計測孔１２の軸心を中心とする雌ネジ部３３を有する。
ネジパイプ３４は、中空円筒形であり、雌ネジ部３３と螺合する雄ネジ部３５を有し、軸心に沿って鉄皮１の外側から内側まで延びる。
付勢棒３６は、ネジパイプ３４の中空孔を貫通してネジパイプ３４の外側から内側まで延び、内方端に中間部材３１が設けられている。
付勢部材３８は、この例ではコイルバネであり、ネジパイプ３４の内端面と中間部材３１との間に位置し、中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける。
【００３４】
上述した付勢装置３０の構成により、雌ネジ部３３と雄ネジ部３５の螺合により、ネジパイプ３４を軸方向に移動することで、付勢部材３８の圧縮長さを調整し、中間部材３１をカーボン煉瓦３へ向けて弾性的に押し付ける押し付け力（例えば５０〜１００ｋｇ）を調節することができる。
なお、超音波センサ１６の感度特性は、５０ｋｇ以上で良好な感度が得られるが、１００ｋｇを超えると感度が鈍化することが確認されている。
【００３５】
上述した本発明の構成によれば、中間部材３１と超音波センサ１６に対しセンサ押付棒２２の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受２４ａ，２４ｂを備えるので、カーボン煉瓦３の計測面３ａが鉄皮１に対して超音波センサ１６の計測面３ａ内において、２方向に移動しても、超音波センサ１６と付勢装置３０の軸線を常に平行に維持することができる。
また、センサ押付棒２２の長さは、カーボン煉瓦３の表面から鉄皮１表面までの距離又はそれ以上（例えば３００〜５００ｍｍ）に設定することにより、各球面軸受２４ａ，２４ｂにおけるセンサ押付棒２２の揺動角度は非常に小さくなる（例えば、５ｍｍの変動の場合に、０．９５〜１．４３°）。
従って、付勢装置３０による押付け力は、センサ押付棒２２を介して超音波センサ１６に同じ方向に作用するので、超音波センサ１６の接触面がカーボン煉瓦３の計測面３ａに密着しながら追従することができ、接触面の全面を所望の面圧でカーボン煉瓦３の計測面３ａに押し付けることができ、これにより超音波センサ１６によりカーボン煉瓦３の厚みを正確に測定することができる。
【００３６】
図６において、本発明の煉瓦残厚測定装置２０は、さらに、メインケース４２とサブケース４４を備える。
メインケース４２とサブケース４４は、付勢装置３０を気密に囲み、信号線２６の信号を、気密を保持したまま外部に取り出すようになっている。
【００３７】
メインケース４２は、主管と枝管からなるＬ字管４２ａ、主管の開口部に取り付けられ取付フランジ１４に気密に取り付けられる主フランジ４２ｂ、及び枝管の開口部に取り付けられた中間メクラフランジ４２ｃからなる。
【００３８】
サブケース４４は、直管４４ａ、直管４４ａの一端に取り付けられ中間メクラフランジ４２ｃと気密に結合される中間フランジ４４ｂ、直管４４ａの他端に取り付けられた外部フランジ４４ｃ、及び外部フランジ４４ｃと気密に結合される外部メクラフランジ４４ｄからなる。
【００３９】
上述した超音波センサ１６、付勢装置３０、センサ押付棒２２、及び球面軸受２４ａ，２４ｂは、取付けフランジ１４に気密に取り付けられており、かつ、気密を保持したまま信号線２６を外部に取り出す構造を備えている。
【００４０】
上述した構成により、メインケース４２がＬ字形になっているので、メインケース４２とサブケース４４の超音波センサ１６の軸方向長さを短くすることができる。
また、球面軸受２４ａが図示しない固定ネジにより、センサ押付棒２２から分離できるので、付勢装置３０をメインケース４２とともにセンサ押付棒２２から分離することができる。
従って、鉄皮１の表面から非常樋背面（図示せず）までの距離が９００ｍｍ以内であっても、本発明による煉瓦残厚測定装置２０を組み立て、或いは分解することができる。
【００４１】
図７は、本発明による煉瓦残厚測定装置の第２実施形態図である。
この例において、超音波センサ１６と球面軸受２４ａとの間に、フレキシブルカップリング１７が配置されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
この構成により、球面軸受２４ａが得意とする上下方向５ｍｍの煉瓦変位変動（例えば、熱膨張による変動）の良好な追従性に加えて、横方向（炉体周方向）の煉瓦変位変動（例えば、高炉立ち上げ初期の炉体膨張による変動）にもより良好な追従性を得ることができ、長期安定した残厚測定が可能となる。
【実施例１】
【００４３】
鉄皮、キャスタブル、ステーブ、スタンプ材、及びカーボン煉瓦の順に部材が配置されている高炉の炉底に、図４に示した煉瓦残厚測定装置を設置した。その際、鉄皮〜カーボン煉瓦壁（背面）までを通して、５０ｍｍの開孔径を空けて、超音波センサ径４０ｍｍの本装置を設置した。
その結果、測定途中に、熱膨張による上下方向５ｍｍの煉瓦変位変動が生じたが、本発明の装置により、反射波信号を安定的に得ることができた。
また、高炉設備の臨時停止時における圧力変動にも耐え、十分に追従し、連続的で安定した計測を行うことができた。
また、高炉の炉内状態が安定した状態のときに、同時に併設した温度計による従来技術の計測値と比較したところ、差が０〜１０ｍｍの範囲でほぼ同一の残厚の測定値が得られ、測定値に信頼性もあることを確認した。
【実施例２】
【００４４】
実施例１で使用した装置の超音波センサと球面軸受との間に、フレキシブルカップリングを配置した装置を使用して、実施例１と同様に高炉のカーボン煉瓦の残厚を測定した。実施例２では、高炉の立ち上げ時から残厚を測定した。
その結果、熱膨張による上下方向５ｍｍの煉瓦変位変動に追従しただけでなく、高炉立ち上げ初期の炉体膨張による、横方向（炉体周方向）の３〜５ｍｍの移動にも十分追従し、立上初期から連続して安定した信号を得ることができた。
【００４５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 鉄皮、２ ステーブ、３ カーボン煉瓦（耐火物）、
３ａ 計測面、４ 開孔、５ 超音波探触子、
１０ 高炉、１２ 計測孔、１４ 取付フランジ、
１６ 超音波センサ、１７ フレキシブルカップリング、
１８ ２芯コネクタ、
２０ 煉瓦残厚測定装置、
２２ センサ押付棒、２２ａ 中空孔、
２４ａ，２４ｂ 球面軸受、２６ 信号線、
３０ 付勢装置、３１ 中間部材、
３２ 治具フランジ、３３ 雌ネジ部、
３４ ネジパイプ、３５ 雄ネジ部、
３６ 付勢棒、３８ 付勢部材、
４２ メインケース、４２ａ Ｌ字管、
４２ｂ 主フランジ、４２ｃ 中間メクラフランジ、
４４ サブケース、４４ａ 直管、４４ｂ 中間フランジ、
４４ｃ 外部フランジ、４４ｄ 外部メクラフランジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の鉄皮の内側にカーボン煉瓦を有する高炉に取り付けられ、カーボン煉瓦の厚さを計測する煉瓦残厚測定装置であって、
高炉は、鉄皮を貫通しカーボン煉瓦まで達する計測孔と、計測孔と連通する鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジとを有しており、
計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の計測面に押し付けられる超音波センサと、
取付フランジに取り付けられ、軸線に沿って内方に延び、その内方端に位置する中間部材をカーボン煉瓦へ向けて弾性的に押し付ける付勢装置と、
前記中間部材と超音波センサとの間で軸線に沿って延びるセンサ押付棒と、
前記中間部材と超音波センサに対しセンサ押付棒の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受と、
超音波センサから球面軸受、センサ押付棒、及び付勢装置を通して鉄皮の外側まで引き出される信号線と、を備えることを特徴とする煉瓦残厚測定装置。
【請求項２】
前記計測孔は、超音波センサの傾きを抑制する内径を有しており、
前記計測面は、カーボン煉瓦の外表面より内側に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項３】
前記中間部材は、鉄皮表面の近傍又はそれより外側に位置しており、
前記センサ押付棒の長さは、カーボン煉瓦の表面から鉄皮表面までの距離又はそれ以上に設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項４】
前記球面軸受、センサ押付棒、及び付勢装置は、それぞれ軸線に沿う中空孔を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項５】
前記付勢装置は、取付フランジに取り付けられ計測孔の軸心を中心とする雌ネジ部を有する治具フランジと、
前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を有し、軸心に沿って鉄皮の外側から内側まで延びる中空円筒形のネジパイプと、
ネジパイプの中空孔を貫通してネジパイプの外側から内側まで延び、内方端に前記中間部材が設けられた付勢棒と、
ネジパイプの内端面と中間部材との間に位置し中間部材をカーボン煉瓦へ向けて弾性的に押し付ける付勢部材と、を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項６】
前記超音波センサと球面軸受との間に、フレキシブルカップリングが配置されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項７】
前記超音波センサ、付勢装置、センサ押付棒、球面軸受けは、取付けフランジに気密に取り付けられており、かつ、気密を保持したまま前記信号線を外部に取り出す構造を備えている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項１】
金属製の鉄皮の内側にカーボン煉瓦を有する高炉に取り付けられ、カーボン煉瓦の厚さを計測する煉瓦残厚測定装置であって、
高炉は、鉄皮を貫通しカーボン煉瓦まで達する計測孔と、計測孔と連通する鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジとを有しており、
計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の計測面に押し付けられる超音波センサと、
取付フランジに取り付けられ、軸線に沿って内方に延び、その内方端に位置する中間部材をカーボン煉瓦へ向けて弾性的に押し付ける付勢装置と、
前記中間部材と超音波センサとの間で軸線に沿って延びるセンサ押付棒と、
前記中間部材と超音波センサに対しセンサ押付棒の両端部を揺動可能に連結する１対の球面軸受と、
超音波センサから球面軸受、センサ押付棒、及び付勢装置を通して鉄皮の外側まで引き出される信号線と、を備えることを特徴とする煉瓦残厚測定装置。
【請求項２】
前記計測孔は、超音波センサの傾きを抑制する内径を有しており、
前記計測面は、カーボン煉瓦の外表面より内側に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項３】
前記中間部材は、鉄皮表面の近傍又はそれより外側に位置しており、
前記センサ押付棒の長さは、カーボン煉瓦の表面から鉄皮表面までの距離又はそれ以上に設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項４】
前記球面軸受、センサ押付棒、及び付勢装置は、それぞれ軸線に沿う中空孔を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項５】
前記付勢装置は、取付フランジに取り付けられ計測孔の軸心を中心とする雌ネジ部を有する治具フランジと、
前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を有し、軸心に沿って鉄皮の外側から内側まで延びる中空円筒形のネジパイプと、
ネジパイプの中空孔を貫通してネジパイプの外側から内側まで延び、内方端に前記中間部材が設けられた付勢棒と、
ネジパイプの内端面と中間部材との間に位置し中間部材をカーボン煉瓦へ向けて弾性的に押し付ける付勢部材と、を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項６】
前記超音波センサと球面軸受との間に、フレキシブルカップリングが配置されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項７】
前記超音波センサ、付勢装置、センサ押付棒、球面軸受けは、取付けフランジに気密に取り付けられており、かつ、気密を保持したまま前記信号線を外部に取り出す構造を備えている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の煉瓦残厚測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７９８７１（Ｐ２０１３−７９８７１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０１５５（Ｐ２０１１−２２０１５５）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]