耐火物煉瓦間の空隙検査方法
【課題】煉瓦間の空隙の厚さを非破壊にて検査可能な耐火物煉瓦間の空隙検査方法を提供する。
【解決手段】検量線スペクトル群取得工程にて、空隙厚さが異なる複数種のモデル構造物の各空隙に対応する検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）を重ね合わせて、検量線スペクトル群ＦＢを取得する。対象スペクトル取得工程にて、検査対象となる空隙に対応する対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。比較工程にて、検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙の厚さを検査できる。
【解決手段】検量線スペクトル群取得工程にて、空隙厚さが異なる複数種のモデル構造物の各空隙に対応する検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）を重ね合わせて、検量線スペクトル群ＦＢを取得する。対象スペクトル取得工程にて、検査対象となる空隙に対応する対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。比較工程にて、検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙の厚さを検査できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた高炉などの耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、煉瓦積みで構成された縦型の炉である。この高炉では、上部から５０〜６０％の鉄分を含む鉄鉱石やペレット、燃焼鉱などの単独またはこれらを組み合わせたものと、不純物除去のための溶剤となる石灰石及びコークス等の原料とが投入される。そして、炉の下部円周上に配置された羽口から高温の熱風が吹き込まれ、これにより炉頂から下降する原料が加熱、還元、溶融して銑鉄となり、炉床に溜まる。当該炉床に溜まった銑鉄は、定期的に炉下部に設けられた出銑口を介して炉外に取り出される。
【０００３】
ここで、図１に、一般的な高炉炉体の炉床部近傍の構造を模式的に示す。図１において、高炉１００は、ベース１１０と、このベース１１０上に立設された略円筒状の鉄皮１２０と、このベース１１０および鉄皮１２０の炉内側を被覆する状態に設けられた冷却層１３０と、この冷却層１３０上に積層されたスタンプ材層１４０と、このスタンプ材層１４０上および鉄皮１２０における側面中央部より上側の内面を被覆する状態に積層された煉瓦層１５０とを備えて構成されている。また、図１では、１６０は炉床を示し、１７０は羽口を示し、１８０は出銑口を示している。
冷却層１３０は、例えば金属製のパネル内部に冷却水を循環させるための水冷パイプが埋設された構造となっている。スタンプ材層１４０は、高熱伝導率の耐火物紛体、例えばカーボン粉体を高密度で圧縮して形成された層である。
【０００４】
煉瓦層１５０は、複数の耐火物煉瓦が高精度で組み合わされて構成されたものである。具体的には、炉床部１６０における当該耐火物煉瓦は、円盤状の炉底面部を構成する複数枚の炉敷煉瓦１５１と、この炉敷煉瓦１５１上に積層された複数の縦長状の縦積煉瓦１５２と、この縦積煉瓦１５２上に積層された複数枚の中埋煉瓦１５３と、炉敷煉瓦１５１上に積層されかつ縦積煉瓦１５２および中埋煉瓦１５３の外周側を囲む複数のリング煉瓦１５４とを含んで構成されている。これら各種煉瓦は、高熱伝導率、高耐食性、低気孔率かつ均質なカーボン煉瓦にて形成され、さらに表面が高度に研磨されている。そして、隣接する煉瓦間にモルタルが塗布された状態で隙間無く密に組み合わされている。
なお、リング煉瓦１５４よりも上側に積層される朝顔煉瓦１５５は、低気孔率の粘土や高アルミナ煉瓦、カーボン質煉瓦などで構成されている。
【０００５】
このような高炉１００の稼動時には、炉床部１６０は１５００℃以上にも達するので、炉床部１６０における煉瓦層１５０は内面から溶損する。そして、ある程度溶損が進行したところで高炉１００は寿命に至り、高炉１００全体の補修が行われる。このため、高炉１００を高寿命とするためにも、冷却層１３０にてスタンプ材層１４０を介して煉瓦層１５０を高効率で冷却し、煉瓦層１５０の溶損速度を可能な限り低減する必要がある。
【０００６】
この場合、煉瓦層１５０を高効率で冷却するためには、煉瓦層１５０を構成する各煉瓦間に空隙が形成されないようにして、各煉瓦間で効率良く熱伝導が行われる必要がある。特に、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２の間に１ｍｍ以上の厚さの空隙が形成された場合、当該空隙のために炉底部での冷却効率が著しく低下するおそれがある。これにより、縦積煉瓦１５２や中埋煉瓦１５３の熱を冷却できず、これら煉瓦の溶損が劇的に進行し、結果として、炉敷煉瓦１５１、炉底部におけるスタンプ材層１４０や冷却層１３０、およびベース１１０にも銑鉄が侵食して各部を破壊する問題を引き起こすおそれがある。
【０００７】
この点を踏まえ、高炉１００の改修において溶損した耐火物煉瓦を新たなものに取り替える際に、煉瓦層１５０を構築した段階で、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２の間などの各煉瓦間に空隙が形成されていないか否かを検査し、適宜補修する必要がある。このような検査は、構築した煉瓦層１５０を損傷させることなく、非破壊にて行われることが好ましい。
【０００８】
ここで、従来、金属製水冷冷却パネルの鉄皮側外面部に超音波探触子を接触させ超音波を入射し、内面からの反射信号を検出して信号の伝播時間からパネル残存厚を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の計測法では、金属製水冷冷却パネルの露出面に超音波探触子を直接接触させる。超音波探触子は接続ケーブルにより探傷器に接続され、探傷器からの電気信号により超音波を発生して金属製水冷冷却パネル内に超音波信号を送出する。超音波信号は金属製水冷冷却パネル内を伝播し、金属製水冷冷却パネルの炉内面側で反射する。反射信号は超音波探触子で検出され、電気信号に変換されて探傷器に送られる。探傷器では、超音波の送出から反射した超音波の検出までに経過した時間を測定し、これから金属製水冷冷却パネルの厚みを計測する、という構成が採用されている。
【０００９】
このような上記特許文献１に記載の計測法を、図１に示す煉瓦層１５０における各煉瓦間の空隙検査に応用した場合、各煉瓦間の空隙の有無を非破壊にて検査することが可能となるものと考えられる。
すなわち、超音波探触子を所定の煉瓦（煉瓦Ａと称す）の露出面に接触させて超音波を発信し、この煉瓦Ａに当接する煉瓦（煉瓦Ｂと称す）との界面にて反射した超音波を超音波探触子で検出する。これにより、煉瓦Ａ，Ｂ間に空隙が形成されていない場合は、煉瓦Ａにおける煉瓦Ｂと当接する端面からの反射波と、煉瓦Ｂにおける煉瓦Ａ，Ｂ界面と反対側の端面からの反射波との双方が超音波探触子にて検出される。一方、煉瓦Ａ，Ｂ間に空隙が形成されている場合は、煉瓦Ａにおける煉瓦Ｂと当接する端面からの反射波のみが超音波探触子にて検出可能であると考えられる。したがって、上記特許文献１に記載の計測法によれば、各煉瓦間の空隙の有無を非破壊にて検査することが可能と考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３７７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載の計測法では、各煉瓦間の空隙の有無を非破壊にて検査できるものの、該空隙の量までをも検出することはできない。すなわち、上記探傷器では、超音波の発信時から反射波の検出時までの時間に基づいて煉瓦Ａの厚みを計測できるものの、煉瓦Ａ，Ｂ間に空隙が形成されている場合は、該空隙のために煉瓦Ｂからの反射波を検出できないため、煉瓦Ａ，Ｂ間における空隙の厚さまでは計測できない。
このため、煉瓦間の空隙厚さが例えば１ｍｍ未満であれば補修の必要がない場合でもこれを判断できず、空隙厚さの大小に関わらずに、空隙が形成されている全ての煉瓦を取り外して再度接着剤を塗布して組み込むなど、無駄な作業が増えてしまうおそれがある。結果として、高炉１００の補修に長時間を費やしてしまい、高炉１００の稼動停止期間が長期化されてしまうおそれがある。
【００１２】
本発明は、上述したような問題点に鑑みて、煉瓦間の空隙の厚さを非破壊にて検査可能な耐火物煉瓦間の空隙検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルよりそれぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した検量線スペクトルを取得する検量線スペクトル取得工程、および、この検量線スペクトル取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した前記検量線スペクトルをそれぞれ重ね合わせた検量線スペクトル群を取得する検量線スペクトル群取得工程、を含んだ前工程と、前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記前工程における前記受発信部設置工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルより前記検査対象となる空隙に対応した対象スペクトルを取得する対象スペクトル取得工程、および、この対象スペクトル取得工程後に実施され、前記検量線スペクトル群と前記対象スペクトルとを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成されることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得し、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、下記式（１）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１５】
【数１】
（ｎ：自然数）
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（２）に基づいて算出することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１７】
【数２】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程における前記検量線スペクトル取得工程、および、前記実測工程における前記対象スペクトル取得工程では、前記反射波抽出工程にて抽出した前記反射波成分に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、スペクトル値が最大となる周波数であるｆＤ値を取得し、０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で０かつ周波数ｆ＝２ｆＤで１となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と、０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で１、周波数ｆ＝ｆＤで第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と交わり、かつ周波数ｆ＝２ｆＤで０となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを取得し、下記式（３）に基づいて、検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）あるいは対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１９】
【数３】
（ｎ１、ｎ２：自然数）
【００２０】
請求項５に記載の発明は、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、このスペクトル面積取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙の厚さと、これに対応する前記スペクトル面積との関係を示す検量線を取得する検量線取得工程、を含んだ前工程と、前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記検量線スペクトル群取得工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、このスペクトル面積取得工程後に実施され、前記検量線と、前記検査対象となる空隙に対応する前記スペクトル面積とを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成されることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換して広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を取得し、この広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）より、下記式（４）に基づいて変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得し、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、下記式（５）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得し、前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記スペクトル面積取得工程では、前記反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）より、下記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙、あるいは、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２２】
【数４】
【数５】
（ｎ：自然数）
【数６】
【００２３】
請求項７に記載の発明は請求項６に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（７）に基づいて算出することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２４】
【数７】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記受発信工程では、前記発信部にて任意の時間差で複数回超音波を発信し、各発信毎に前記超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信し、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、前記受信部にて受信した複数回分の受信波を加算平均して、この加算平均した受信波より、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面から反射波成分を抽出することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記発信部より発信される超音波は縦波であることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記耐熱容器は高炉であり、前記耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であり、当該カーボン煉瓦にて構成された前記煉瓦層の外側は、冷却層にて覆われていることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記検査対象となる空隙は、高炉の炉床部における炉敷煉瓦と縦積煉瓦との間の空隙であることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、耐火物煉瓦の露出面に発信部および受信部を設置して、検査対象となる空隙に対応する対象スペクトルあるいはスペクトル面積を取得するので、非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙検査を実施することができる。
そして、各検量線スペクトルの形状は、煉瓦間の空隙厚さ変化に対応して様々に変化するので、煉瓦間の空隙厚さとスペクトル形状との関係を表す検量線スペクトル群を得ることができる。また、反射波スペクトルのスペクトル面積は、煉瓦間の空隙厚さ変化に対応して変化するので、煉瓦間の空隙厚さと反射波スペクトルのスペクトル面積との関係を表す検量線を得ることができる。したがって、予め前工程にて取得した検量線スペクトル群と、実測工程にて取得した対象スペクトルとを比較する、あるいは、予め前工程にて取得した検量線と、実測工程にて取得した検査対象となる空隙に対応するスペクトル面積とを比較することにより、検査対象となる空隙の厚さを計測することができる。
これにより、例えば、高炉の補修に際して、縦積煉瓦下空隙の厚さを非破壊で計測できるので、補修作業が効率化され、高炉の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、煉瓦間の空隙厚さが大きくなるにつれて、煉瓦における当該空隙との対向面からの反射波成分の強度が大きくなるという、本発明者により新規に見出された現象を利用するものである。なお、一般的には、煉瓦間の空隙厚さが変化しても、当該反射波成分の強度は同一であると認識されている。
【００３１】
（１）第１実施形態
以下に、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明する。図２は、本発明の第１実施形態における空隙検査システムを示す模式図である。
なお、図２には、図１に示す高炉１００における炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２が示されており、これら煉瓦間には接着剤としてのモルタル１５６が介在している。そして、図中Ａは、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２の間に形成された空隙の一例を示すものであり、モルタルが充填されていない空間となっている。
【００３２】
(1-1)空隙検査装置１の構成
図２において、１は空隙検査装置であり、この空隙検査装置１は、図１に示すような高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａ（検査対象となる空隙）を検査する。このような空隙検査装置１は、発信部２と、受信部３と、制御装置４とを備えて構成されている。
【００３３】
発信部２は、縦積煉瓦１５２の露出面（図２中上面）上に設置され、炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａへ向けて広帯域（例えば、０〜６２５ｋＨｚ）の超音波Ｗ１を発信する。この発信部２は、ケーブル２１を介して、各種信号が送受信可能な状態で制御装置４に接続されている。
【００３４】
受信部３は、縦積煉瓦１５２の露出面（図２中上面）上における発信部２の近傍に設置され、広帯域（例えば、０〜６２５ｋＨｚ）の受信波Ｗ２を経時的に受信する。この受信部３は、ケーブル３１を介して、各種信号が送受信可能な状態で制御装置４に接続されている。
【００３５】
制御装置４は、空隙検査装置１全体の動作を制御する装置である。
すなわち、制御装置４は、後述する前工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程と、検量線スペクトル群取得工程とを実施する。また、制御装置４は、後述する実測工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、対象スペクトル取得工程と、比較工程とを実施する。
なお、制御装置４は、表示装置４１を備えており、当該比較工程にて、検量線スペクトル群および対象スペクトルを表示装置４１に比較可能に表示する。
【００３６】
(1-2)空隙検査装置１を使用する場合の高炉の状態
ここで、空隙検査装置１を使用する場合の高炉１００の状態について説明する。
図１に示す高炉１００の改修は、主として、鉄皮１２０と、冷却層１３０と、スタンプ材層１４０と、煉瓦層１５０とを取り除き、新たに、鉄皮１２０と、冷却層１３０と、スタンプ材層１４０と、煉瓦層１５０とを構築することにより行う。なお、鉄皮１２０は流用し、解体しない場合もある。
例えば、高炉１００を基礎上に設置した状態で改修作業を行う場合、高炉１００近傍に据え付けた大型クレーン（図示せず）を用い、炉体の上部から炉底部まで順次解体しながら、炉頂から解体した部材を外部に取り出す。そして、全く逆の手順で炉頂から炉内部に新たな部材を搬入して新たなスタンプ材層１４０および煉瓦層１５０を構築する。
また、例えば、高炉１００そのものを複数のブロックに解体して基礎上から搬出し、該基礎以外の場所にて予め構築した新たな複数のブロックを現場に搬入して組み合わせる、いわゆるブロック工法により改修作業を行う場合もある。
【００３７】
そして、本実施形態における空隙検査装置１を使用する高炉１００の状態としては、図２に示すものが例示できる。この状態は、上記炉頂クレーンを用いた工法または上記ブロック工法のいずれかにて高炉の補修作業が行われた後で、縦積煉瓦１５２上に中埋煉瓦１５３（図１参照）が積層されていないものである。このような状態の高炉１００では、煉瓦層１５０における各煉瓦間にモルタルなどが塗布された状態で、隙間無く密に組み合わされているものの、補修作業中に何らかの原因で、図２に示すような空隙Ａが形成されている可能性がある。
【００３８】
(1-3)耐火物煉瓦間の空隙検査方法
次に、本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法、すなわち、上記した空隙検査装置１を用いて、高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する方法について説明する。
本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、大きく分けて、予め炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２とを模したモデル構造物を用いて検量線スペクトル群を取得しておく前工程と、実際の高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する実測工程とを備えて構成される。
【００３９】
(1-4)前工程
前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程と、検量線スペクトル群取得工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この前工程における受発信工程、反射波抽出工程、検量線スペクトル取得工程および検量線スペクトル群取得工程については、制御装置４にて実施される。
【００４０】
モデル構造物準備工程では、図２に示すような検査対象となる空隙Ａを間に挟んで隣接する一対の炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用いる。そして、これらモデル煉瓦を、炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２と同様に配列させる。さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物を準備しておく。
すなわち、本実施形態におけるモデル構造物とは、図１に示す高炉１００にて実際に使用される複数の炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２をモデル煉瓦とし、これを実際に使用される状態で組み合わせた構造物である。さらに、特定位置の縦積煉瓦１５２（モデル煉瓦）およびこれに当接する炉敷煉瓦１５１（モデル煉瓦）間に、任意の厚さΔｗの空隙を形成したものである。このような空隙の厚さΔｗは、例えば０〜４．０ｍｍの範囲で調整され、本実施形態では、例えばΔｗ＝０、０．５、１．０、２．０、３．０、４．０の６種類のモデル構造物を準備する。
【００４１】
受発信部設置工程では、それぞれのモデル構造物における一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面、すなわち、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の上面（図２中上面）に、発信部２および受信部３を設置する。このような発信部２および受信部３は、当該露出面上に、互いに近接する位置に対をなして設けられる。なお、発信部２および受信部３は、当該露出面上に一対で設けられるのに限らず、２対以上設けられてもよい。
【００４２】
次に、受発信工程について、図面に基づいて説明する。
図３は、発信部から発信される超音波を示す図であり、（Ａ)は周波数とスペクトル値との関係を示し、（Ｂ）は時間と信号強度との関係を示す。
受発信工程では、それぞれのモデル構造物において、発信部２より露出面から空隙Ａへ向けて超音波Ｗ１を発信し、この超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２を受信部にて受信する。
【００４３】
具体的には、受発信工程では、制御装置４は、発信部２にて任意の時間差で複数回（例えば発信回数は３００回）、超音波Ｗ１を高速で発信させる。このような超音波Ｗ１は、図３（Ｂ)に示すような広帯域入力波関数ＧＩ（ｔ）で表され、この広帯域入力波関数ＧＩ（ｔ）をフーリエ変換すると、図３（Ａ)に示す広帯域入力波スペクトルＦＩ（ｆ）で表される。
【００４４】
そして、制御装置４は、発信部２にて複数回の超音波Ｗ１が発信されると、各発信毎に超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２を、受信部３にて経時的に受信させる。このような受信波Ｗ２には、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中下面）からの反射波成分が含まれている。また、煉瓦間空隙が存在しない場合は、受信波Ｗ２には、炉敷煉瓦１５１に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中上面）からの反射波成分も含まれる。
【００４５】
なお、発信部２より発信される超音波Ｗ１は縦波であることが好ましい。これにより、超音波Ｗ１は煉瓦中にて良好に伝播し、受信部３が受信する受信波Ｗ２の質を高めることが可能となる。また、縦積煉瓦１５２等に使用されるカーボン煉瓦は、内部空孔や不純物が極めて少なく、均質かつ緻密であるので、超音波が内部空孔などにて分散されずに煉瓦中にて良好に伝播するため、受信部３が受信する受信波Ｗ２の質が高いものとなる。
【００４６】
次に、反射波抽出工程について、図面に基づいて説明する。
図４は、各モデル構造物において受信部にて受信された受信波を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。図５は、各モデル構造物における一方の煉瓦の空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
反射波抽出工程では、受発信工程にて受信部３が受信した受信波Ｗ２より、それぞれのモデル構造物における一方のモデル煉瓦の空隙との対向面、すなわち、それぞれのモデル構造物における縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分を抽出する。
以下、このような縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面からの反射波成分、および、縦積煉瓦１５２における検査対象となる空隙Ａとの対向面（図２下面）からの反射波成分をＡｊと定義して説明する。なお、ｊは空隙の厚さΔｗに対応する数字であり、例えば空隙の厚さΔｗが０の場合はｊ＝１とし、Δｗが０．５の場合はｊ＝２、Δｗが１．０の場合はｊ＝３、、、などとする。
【００４７】
具体的には、反射波抽出工程では、制御装置４は、受発信工程にて受信部３より得られた複数回分（例えば３００回分）の受信波Ｗ２を超高速に加算平均して、図４に示すような加算平均された受信波を取得する。このような加算平均された受信波は、例えば、図４右側に示す広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）で表され、この広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換すると、例えば、図４左側に示すような広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）で表される。これにより、探知目標からの反射波を明確化することが可能となる。すなわち、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中下面）からの反射波成分や、炉敷煉瓦１５１に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中上面）からの反射波成分などが明確に顕れ、受信波Ｗ２におけるその他のノイズ成分は平準化される。
なお、このような加算平均法としては、例えば、「超音波によるコンクリートの内部探知１〜４、日本工業出版、検査技術１９９９年５〜８月号」に開示された従来の技術を採用することができる。
【００４８】
そして、制御装置４は、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得する。ここで、起生時刻ｔｈｊは、発信部２からの超音波Ｗ１の発信時刻を０として、受信部３にて反射波成分Ａｊを受信した時刻のことであり、上記式（２）に基づいて算出できる。例えば、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の上面（露出面）から下面（対向面）までの距離ｈが１６００ｍｍで、受信部３と発信部２との中心間距離ｄが５００ｍｍで、モデル煉瓦中における超音波の速度ｖが３１００ｍ／秒である場合、上記式（２）より起生時刻ｔｈｊは１０２０μ秒と計算される。
【００４９】
また、制御装置４は、起生時刻ｔｈｊに基づいて時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。この時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）は、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる。
そして、制御装置４は、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）および時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を上記式（１）に代入することにより、例えば図５右側に示すように反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する。つまり、広帯域受信波関数Ｇ１（ｔ）〜Ｇ６（ｔ）に対して時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）をｎ回積算することにより、広帯域受信波関数Ｇ１（ｔ）〜Ｇ６（ｔ）のうち起生時刻ｔｈｊ近傍の成分のみが残り、反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ１（ｔ）〜ＧＡ６（ｔ）が抽出されたことになる。なお、図５右側に示す反射波関数ＧＡ１（ｔ）〜ＧＡ６（ｔ）は、上記式（１）中のｎの値を４２０として得たものである。
【００５０】
次に、検量線スペクトル取得工程について、図面に基づいて説明する。
図６は、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）および第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）を示す図である。図７は、検量線スペクトル群および対象スペクトルを比較可能な状態で示した図である。
検量線スペクトル取得工程では、反射波抽出工程にて取得した反射波関数ＧＡｊ（ｔ）に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）からそれぞれのモデル構造物における空隙に対応した検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。
【００５１】
具体的には、検量線スペクトル取得工程では、制御装置４は、反射波抽出工程にて抽出した反射波関数ＧＡｊ（ｔ）をフーリエ変換して、例えば図５左側に示すような反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得する。そして、制御装置４は、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）におけるスペクトル値が最大となる特定の振動数（ｆＤ値（ｆＤｊ））を自動特定する。
【００５２】
そして、制御装置４は、上記ｆＤ値に基づいて、図６に示すような第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）および第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）を取得する。
第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）は、０≦周波数ｆ≦ｆｍａｘにおいてｓｉｎ（（π／２）×（ｆ／ｆｍａｘ））で表される三角関数と、周波数ｆ＞ｆｍａｘにおいて０となる関数とからなる（ｆｍａｘ＝２ｆＤｊ）。
第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）は、０≦周波数ｆ≦ｆｍａｘにおいてｃｏｓ（（π／２）×（ｆ／ｆｍａｘ））で表される三角関数と、周波数ｆ＞ｆｍａｘにおいて０となる関数からなる（ｆｍａｘ＝２ｆＤｊ）。
【００５３】
さらに、制御装置４は、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）と、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と、第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを、上記式（３）に代入することにより、図７に示す検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）を取得する。つまり、反射波スペクトルＦＡ１（ｆ）〜ＦＡ６（ｆ）に対して、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）をｎ１回積算し、かつ、第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）をｎ２回積算することにより、反射波スペクトルＦＡ１（ｆ）〜ＦＡ６（ｆ）のうちｆＤ値を中心とする狭帯域成分波である検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のみが抽出される。なお、図５左側に示す検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）は、上記式（３）中のｎ１、ｎ２の値を２として得たものである。
このようなｆＤ値は、発信部２および受信部３の位置、煉瓦材質、煉瓦形状、煉瓦サイズ、検査対象の耐火物煉瓦の全体の煉瓦層における位置などの諸条件の組み合わせに応じて異なってくる。そして、このｆＤ値を中心にして上記式（３）に基づいて検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）を抽出することにより、探知目標からの反射波を特定することが可能となる。
【００５４】
次に、検量線スペクトル群取得工程について説明する。
検量線スペクトル群取得工程では、制御装置４は、それぞれのモデル構造物における空隙に対応した検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）をそれぞれ重ね合わせた検量線スペクトル群ＦＢを取得する。
【００５５】
ここで、本実施形態では、煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、煉瓦における当該空隙との対向面からの反射波成分の強度が大きくなるという現象を利用している。これにより、各検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）は煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、徐々に大きくなる状態に形状変化する。
このため、検量線スペクトル群ＦＢは、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル形状との関係を表すものとなり、検査対象となる空隙Ａの後述する対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）との比較により、当該空隙Ａの厚さΔｗが測定可能となる。
特に、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で、検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ５（ｆ）の形状に明確な差が生じているので、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗがこの範囲にある場合、高い精度で当該空隙Ａの厚さΔｗが測定可能となる。したがって、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で多数種のモデル構造物を準備しておけば、より精密に煉瓦間空隙の厚さΔｗを測定することが可能となる。なお、空隙の厚さΔｗが３．０ｍｍよりも大きくなると、スペクトル形状に大差がなくなり、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを測定し得ない。
以上にて前工程が完了する。
【００５６】
(1-5)実測工程
実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、対象スペクトル取得工程と、比較工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この実測工程における受発信工程、反射波抽出工程、対象スペクトル取得工程および比較工程については、制御装置４にて実施される。また、この実測工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程および対象スペクトル取得工程は、上述した前工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程および検量線スペクトル取得工程のそれぞれと同様の構成であるため、説明を簡略化する。
【００５７】
受発信部設置工程では、図２に示すように、縦積煉瓦１５２の露出面すなわち上面に、発信部２および受信部３を、前工程における受発信部設置工程と同様の配置で設置する。
受発信工程では、制御装置４は、発信部２より縦積煉瓦１５２の上面から検査対象となる空隙Ａへ向けて超音波Ｗ１（図２参照）を発信させ、この超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２（図２参照）を受信部３にて受信させる。
反射波抽出工程では、当該受信波Ｗ２より、縦積煉瓦１５２における検査対象となる空隙Ａとの対向面（図２下面）からの反射波成分Ａｊを抽出する。
対象スペクトル取得工程では、当該反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡｊ（ｔ）に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、検査対象となる空隙Ａに対応した図７に示すような対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。
【００５８】
次に、比較工程について説明する。
比較工程では、検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する。
具体的には、制御装置４は、図７に示すように、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を検量線スペクトル群ＦＢ上に重ね合わせて表示装置４１に表示させ、検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較可能な状態にする。そして、利用者は、表示装置４１に表示された検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較して、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のうち、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）と波形が最も近似する検量線スペクトルに基づいて、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する。
【００５９】
例えば、図７では、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）は検量線スペクトルＦＢ３（ｆ）とＦＢ４（ｆ）との間に存在するので、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであると探知できる。特に、検量線スペクトル群ＦＢでは厚さΔｗの増加に伴ってスペクトル形状が図面上方に向かって大きく伸びていく傾向にあるため、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）が検量線スペクトルＦＢ３（ｆ）とＦＢ４（ｆ）との中間位置にあることから、Δｗは１．５ｍｍであると探知できる。
これにより、高炉１００における複数の縦積煉瓦１５２のそれぞれの下面に存在する空隙Ａの有無を確認するだけでなく、さらに当該空隙Ａの厚さΔｗを測定することが可能となる。
【００６０】
(1-6)実施例
次に、第１実施形態の効果を確認するための実施例について、図面に基づいて説明する。図８は、本実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示したもので、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。なお、図８では、空隙検査装置１のうち発信部２および受信部３のみを示し、その他の構成要素は図示省略している。
【００６１】
(1-6-1)実験装置
本実施例において使用した空隙検査装置およびモデル構造物について説明する。
空隙検査装置には、株式会社エッチアンドビーシステム社製のＵＣＭ２０００を使用する。当該装置は図２に示す空隙検査装置１と同様の構成となっている。この装置における発信部２および受信部３（図８参照）は、それぞれ直径７０ｍｍの略円柱状に形成された探触子であり、それぞれ２．５〜６２５ｋＨｚの広帯域の超音波を発信・受信可能である。
【００６２】
モデル構造物１５０Ａには、図８に示すように、モデル煉瓦としての４枚の炉敷煉瓦１５１Ａと、モデル煉瓦としての３つの縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃとを備えたものを使用した。
各炉敷煉瓦１５１Ａは、熱伝導率が３０ｋＷ／ｍのカーボン煉瓦であり、厚さ１４０ｍｍ、縦寸法６００ｍｍ、横寸法１２００ｍｍの長方形板状に形成されている。これら４枚の炉敷煉瓦１５１Ａは、図８（Ｂ）に示す状態で並列させて、それぞれの対向する端部同士にて十字状の目地１５１Ｂが形成されている。
縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃは、熱伝導率が３０ｋＷ／ｍのカーボン煉瓦であり、それぞれ高さ１６００ｍｍ、縦幅寸法６００ｍｍ、横幅寸法７５０ｍｍの四角柱状に形成されている。これら縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃは、複数の炉敷煉瓦１５１Ａの上に縦置きされ、それぞれの下端面の中心が目地１５１Ｂの長手部分に沿っている。それぞれの縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃの下端面と、炉敷煉瓦１５１Ａの上面との間にはモルタル１５６が塗布されている。
【００６３】
このモルタル１５６により、煉瓦間の空隙厚さΔｗを調整している。すなわち、図８（Ａ）右に位置する縦積煉瓦１５２Ａの下端面にはモルタルを一様に塗布して、対向する炉敷煉瓦１５１Ａの上面との隙間を無くしている（Δｗ＝０ｍｍ）。また、図８（Ａ）中央に位置する縦積煉瓦１５２Ｂの下端面には、外周部のみにモルタルを塗布して、対向する炉敷煉瓦１５１Ａの上面との間に厚さΔｗ＝０．５ｍｍの空隙Ａを形成している。これと同様にして、図８（Ａ）左に位置する縦積煉瓦１５２Ｃの下端面には、厚さΔｗ＝１．０ｍｍの空隙Ａを形成している。また、図８に示すモデル構造物１５０Ａと同様のモデル構造物（図示しない）を更に設けて、このモデル構造物において、各煉瓦間の空隙Ａの厚さをΔｗ＝２．０、３．０、４．０ｍｍに調整した。
【００６４】
(1-6-2)炉敷煉瓦目地の測定結果に及ぼす影響の検討
図８に示すモデル構造物１５０Ａにおいて、縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃおよび炉敷煉瓦１５１Ａ間の空隙厚さΔｗの探知を行う上で、炉敷煉瓦１５１Ａの目地１５１Ｂによる測定結果への影響の有無を検討した。
測定は、空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの縦積煉瓦１５２Ａおよび炉敷煉瓦１５１Ａ間界面と、空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの縦積煉瓦１５２Ｂおよび炉敷煉瓦１５１Ａ間の空隙Ａに対して行った。発信部２および受信部３は、縦積煉瓦１５２Ａ，１５２Ｂのそれぞれの上面に４対ずつ配置し、図８（Ｂ）に示すように該上面の中心から放射状に広がる状態に設けている。そして、測定は、縦積煉瓦１５２Ａ，１５２Ｂ上面の中心点を間に挟んで対向する発信部２および受信部３間にて、すなわち、図８（Ｂ）中破線Ｉ〜ＩＶに示す４つの測定位置における発信部２および受信部３間にて行った。なお、当該対向する発信部２および受信部３の中心間距離ｄは、それぞれ１５０ｍｍとした。図９に、空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合（ｊ＝１）における受信部が検知した各受信波を示し、図１０に、空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合（ｊ＝２）における受信部が検知した各受信波を示す。
【００６５】
図９において、図中二点鎖線で示す枠線Ｌ１にて囲まれた部位は、縦積煉瓦１５２Ａの下端面からの反射波であり、枠線Ｌ２にて囲まれた部位は、炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波である。空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合、縦積煉瓦１５２Ａ−炉敷煉瓦１５１Ａ間はモルタルで密着しているため、超音波がモルタル間を伝播し、各受信部３が受信する受信波には、縦積煉瓦１５２Ａの下端面からの反射波だけでなく炉敷煉瓦１５１Ａ上面からの反射波も含まれたものと考えられる。
また、図９では、測定位置Ｉ〜ＩＶにおいて、それぞれの受信波の波形には殆ど差異が見受けられない。これより、縦積煉瓦−炉敷煉瓦間の空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合、目地１５１Ｂからの影響は受けないことが分かった。
【００６６】
図１０において、図中二点鎖線で示す枠線Ｌ１にて囲まれた部位は、縦積煉瓦１５２Ｂの下端面からの反射波である。空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合、当該空隙により発信部２からの超音波は炉敷煉瓦１５１Ａ上面まで届かず、したがって、受信部３は炉敷煉瓦１５１Ａ下面からの反射波を受信しなかったものと考えられる。
また、図１０では、測定位置Ｉ〜ＩＶにおいて、それぞれの受信波の波形には殆ど差異が見受けられない。したがって、縦積煉瓦−炉敷煉瓦間の空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合も、目地１５１Ｂからの影響は受けないことが分かった。
【００６７】
以上より、実際の高炉において空隙検査を行う場合にも、縦積煉瓦の下面側に設置された炉敷煉瓦の目地が空隙検査に影響を及ぼすことがないことが分かった。
【００６８】
(1-6-3)縦積煉瓦下空隙の有無の検知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響
次に、縦積煉瓦下空隙の有無の検知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響について、図１１に示すモデル構造物１５０Ａを用いて検討した。図１１は、本実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示した平面図であり、（Ａ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の長手辺と平行する状態に設置した場合を示し、（Ｂ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の対角線上に設置した場合を示す。なお、図１１に示すモデル構造物１５０Ａは、図８に示すモデル構造物１５０Ａと同様であり、発信部および受信部の配置のみが異なるものである。
【００６９】
ここで、縦積煉瓦下空隙の有無の探知は、受信部にて検知された受信波において、炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波が確認できるか否かで判断可能である。このため、上記(1-6-2)における図９および図１０に示した結果のように、縦積煉瓦−炉敷煉瓦間に隙間がない場合は炉敷煉瓦１５１Ａ上面からの反射波が観測され、隙間がある場合は炉敷煉瓦１５１Ａ上面からの反射波は観測されない。
【００７０】
実験は、厚さΔｗが０ｍｍ（ｊ＝１）、０．５ｍｍ（ｊ＝２）、１．０ｍｍ（ｊ＝３）、２．０ｍｍ（ｊ＝４）、３．０ｍｍ（ｊ＝５）、４．０ｍｍ（ｊ＝６）の６通りの各煉瓦間空隙を測定対象とした。そして、図１１（Ａ）に示すように、発信部２および受信部３を縦積煉瓦上面の長手辺と平行する状態に設置して、発信部２および受信部３の中心間距離ｄを１２５ｍｍ（実施例１−１）、１５０ｍｍ（実施例１−２）、２５０ｍｍ（実施例１−３）、３７５ｍｍ（実施例１−４）、５００ｍｍ（実施例１−５）、６００ｍｍ（実施例１−６）に変化させたものをそれぞれ用意した。また、図１１（Ｂ）に示すように、発信部２および受信部３を縦積煉瓦上面の対角線上に設置して、発信部２および受信部３の中心間距離ｄを７００ｍｍ（実施例１−７）、８００ｍｍ（実施例１−８）に変化させたものをそれぞれ用意した。そして、それぞれについて、受信部３にて検知された受信波において、炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波が確認できたか否かを確認した。表１には、発信部２および受信部３の中心間距離ｄ毎に、発信部２および受信部３の配置の適否、すなわち、空隙厚さΔｗを変化させて炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波が明確に確認できたか否かを示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１より、発信部２および受信部３の中心間距離ｄが１２５〜２５０ｍｍである場合（実施例１−１〜１−３）、空隙の有無を良好に確認できたことが分かる。特に、距離ｄが１２５ｍｍの場合（実施例１−１）、空隙の有無を最も良好に確認できた。また、当該距離ｄが３７５〜６００ｍｍである場合（実施例１−４〜１−６）も、空隙の有無を確認可能であることが分かる。一方、当該距離ｄが７００〜８００ｍｍである場合（実施例１−７，１−８）は、空隙の有無を明確に確認できなかったことが分かる。
つまり、縦積煉瓦下空隙の有無の探知では、発信部２および受信部３の中心間距離ｄを小さくしていくにしたがって良好な結果が得られ、特に発信部２および受信部３の中心間距離ｄを１２５ｍｍ程度とすることが好ましいことが分かった。
【００７３】
(1-6-4)縦積煉瓦下の空隙厚さの探知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響
次に、縦積煉瓦下の空隙厚さΔｗの探知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響について検討した。
【００７４】
実験は、上記(1-6-3)と同様の実験設備および実験試料を使用し、上記第１実施形態における受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程とを順に実施した。これにより、厚さΔｗが０ｍｍ（ｊ＝１）、０．５ｍｍ（ｊ＝２）、１．０ｍｍ（ｊ＝３）、２．０ｍｍ（ｊ＝４）、３．０ｍｍ（ｊ＝５）、４．０ｍｍ（ｊ＝６）の６通りの各煉瓦間空隙に対応する検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）を得た。表２には、発信部２および受信部３の中心間距離ｄ毎に、発信部２および受信部３の配置の適否、すなわち、生成した検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）において、空隙厚さΔｗの変化に伴って反射波スペクトル形状が明確に変化したか否かを示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２より、発信部２および受信部３の中心間距離ｄが５００ｍｍである場合（実施例２−５）、良好な検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）が得られたことが分かる。また、距離ｄが３７５ｍｍである場合（実施例２−４）にも、検量可能なレベルの検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）が得られたことが分かる。
一方、距離ｄが３７５ｍｍよりも小さい場合（実施例２−１〜２−３）、および、距離ｄが５００ｍｍよりも大きい場合（実施例２−６〜２−８）は、生成した検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）において、空隙厚さΔｗの変化に伴ってスペクトル形状が明確に変化しておらず、検量可能なレベルに達していなかった。特に、距離ｄ＝７００，８００ｍｍの場合（実施例２−７，２−８）は、発信部２および受信部３の双方ともに縦積煉瓦側面に近くなるため、側面からの妨害波が大きくなり良好な結果を得ることができなかったものと考えられる。
これより、発信部２および受信部３の中心間距離ｄが３７５〜５００ｍｍであれば、縦積煉瓦下空隙の厚さΔｗを良好に計測でき、特に距離ｄが５００ｍｍ前後であれば、より好適に縦積煉瓦下空隙の厚さΔｗを計測できることが分かった。
【００７７】
ここで、表２において最も良好な結果が得られた実施例２−５（距離ｄ＝５００ｍｍ）について、図１２左側に実施例２−５の検量線スペクトル群ＦＢを示し、図１２右側に検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれに対応する受信波を併記した。
【００７８】
図１２左側の検量線スペクトル群ＦＢより、検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ５（ｆ）の形状に明確な差が生じるため、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを良好に測定可能であることが分かる。さらに、検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ３（ｆ）ではより明確に形状が異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜１．０ｍｍの範囲ではより厳密に検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定可能であることが分かる。一方、空隙の厚さΔｗが３．０ｍｍよりも大きくなると（検量線スペクトルＦＢ５（ｆ）およびＦＢ６（ｆ））、スペクトル形状に大差がなくなり、検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定し得ないことが分かる。
【００７９】
また、図１２右の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれに対応する受信波より、各スペクトを取得する際に使用する反射波成分Ａ１〜Ａ６の起生時刻ｔｈ１〜ｔｈ６がそれぞれ異なっていることが分かる。これは縦積煉瓦１５２Ａのそれぞれによって超音波の速度ｖが異なっているためと考えられる。
【００８０】
(1-7)第１実施形態の効果
上述したように、第１実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法では、以下の効果を奏することができる。
【００８１】
(1-7-1)本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、前工程と、実測工程とを備えて構成される。前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程と、検量線スペクトル群取得工程とを順に実施する。実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、対象スペクトル取得工程と、比較工程とを順に実施する。
これにより、縦積煉瓦１５２の上面に発信部２および受信部３を設置して、検査対象となる空隙Ａに対応する対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得するので、非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙検査を実施することができる。
そして、各検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）の形状は煉瓦間の空隙厚さΔｗの変化に対応して様々に変化するので、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル形状との関係を表す検量線スペクトル群ＦＢを得ることができる。したがって、予め前工程にて取得した検量線スペクトル群ＦＢと、実測工程にて取得した対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。
これにより、例えば、高炉１００の補修に際して、縦積煉瓦１５２下の空隙の厚さを非破壊で計測できるので、補修作業が効率化され、高炉１００の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉１００の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【００８２】
(1-7-2)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、受信部３にて受信した受信波Ｗ２である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得する。そして、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得し、時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。さらに、上記式（１）に基づいて、反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する
このように、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）に対して時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）をｎ回積算することにより、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）のうち起生時刻ｔｈｊ近傍の成分のみを残すことができる。したがって、制御装置４による演算処理にて、反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【００８３】
(1-7-3)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊは、上記式（２）に基づいて算出する。
このため、制御装置４は、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における上面から下面までの距離ｈと、発信部２および受信部３の中心間距離ｄと、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２中における超音波の速度ｖとを上記式（２）に代入するだけで、反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【００８４】
(1-7-4)前工程における検量線スペクトル取得工程、および、実測工程における対象スペクトル取得工程では、反射波抽出工程にて抽出した反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡｊ（ｔ）に基づいて、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得する。そして、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、スペクトル値が最大となる周波数であるｆＤ値を取得する。また、ｆＤ値に基づいて、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを取得し、上記式（３）に基づいて、検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）（ＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ））あるいは対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。
このように、制御装置４は、反射波スペクトルＦＡｊに対して、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）をｎ１回積算し、かつ、第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）をｎ２回積算するだけで、ｆＤ値を中心とする狭帯域成分波である検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）を容易に抽出することできる。このため、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊや、他方のモデル煉瓦あるいは炉敷煉瓦１５１における空隙との対向面からの反射波成分を容易に特定することができる。したがって、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【００８５】
(1-7-5)前工程および実測工程のそれぞれにおける受発信工程では、発信部２にて任意の時間差で複数回超音波Ｗ１を発信し、各発信毎に超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２を受信部３にて受信する。前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、受信部３にて受信した複数回分の受信波Ｗ２を加算平均して広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得する。そして、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊとしての反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する。
これにより、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊや、他方のモデル煉瓦あるいは炉敷煉瓦１５１における空隙との対向面からの反射波成分などを明確化することができる。また、受信波Ｗ２におけるその他のノイズ成分を平準化することができる。したがって、煉瓦間空隙の厚さ測定を高精度で実施することができる。
【００８６】
(1-7-6)発信部２より発信される超音波Ｗ１は縦波である。これにより、超音波Ｗ１は煉瓦中にて良好に伝播し、受信部３が受信する受信波Ｗ２の質を高めることができる。このため、煉瓦間空隙の厚さ測定を高精度で実施することができる。
【００８７】
(1-7-7)耐熱容器は高炉１００であり、煉瓦層１５０を構成する耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であり、煉瓦層１５０の外側は冷却層１３０にて覆われている。
高熱伝導率のカーボン煉瓦を冷却層１３０にて高効率で冷却するには、煉瓦間の空隙を１ｍｍ以下に抑える必要がある。この点、検量線スペクトル群ＦＢでは、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲にて各スペクトル形状が明確に異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜１．０ｍｍの範囲で厳密に検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを測定できる。これにより、高炉１００の補修に際して、確実に計測したい煉瓦間空隙の厚さを高精度で計測できる。また、カーボン煉瓦は低気孔率かつ均質な煉瓦であるので、受信部３にて検知された受信波に煉瓦内部の気孔などにより発生するノイズが少なく、測定を良好に実施できる。
したがって、本実施形態によれば、高炉１００の補修に際して、煉瓦間空隙の検査を効率良く実施でき、補修作業が効率化され、高炉１００の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉１００の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【００８８】
(1-7-8)検査対象となる空隙Ａは、高炉１００の炉床部１６０における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙である。
ここで、リフトアップ工法により高炉１００の補修作業を行う場合など、炉床部１６０が含まれたブロックを移動する際に炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間に空隙が形成され、当該空隙の検査を要する場合がある。
この点、本実施形態によれば、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２間の空隙Ａを、非破壊にて高精度で検査できるので、設置した煉瓦を傷つけることなく、補修する必要のある煉瓦のみを選別できる。また、縦積煉瓦１５２の下面側に設置された炉敷煉瓦１５１の目地が検査結果に影響を及ぼすこともないので、炉敷煉瓦１５１の目地位置を考慮することなく、縦積煉瓦１５２上の任意の位置に発信部２および受信部３を設置して空隙検査を行うことができる。
したがって、上記のようにして空隙検査を実施して、この検査結果を踏まえて煉瓦間空隙を補修すれば、効率良く補修作業を行うことができ。結果として、冷却層１３０にて炉敷煉瓦１５１、縦積煉瓦１５２、中埋煉瓦１５３を効率良く冷却できるようになるので、高炉１００の高寿命化を図ることができる。
【００８９】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本発明の第２実施形態は、スペクトル面積と空隙の厚さとの関係を表す検量線を利用して煉瓦間空隙の厚さを計測するものであり、この点において、検量線スペクトル群ＦＢを利用して煉瓦間空隙の厚さを計測する第１実施形態と異なる。このため、以下において、前記第１実施形態と同様の構成については説明を適宜省略する。
【００９０】
(2-1)空隙検査装置１の構成
第２実施形態における空隙検査装置１は、図２に示す第１実施形態における空隙検査装置１と、制御装置４を除いて、同様の構成となっている。
制御装置４は、後述する前工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを実施する。また、制御装置４は、後述する実測工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、比較工程とを実施する。
なお、本実施形態における空隙検査装置１を使用する高炉１００の状態としては、上記した第１実施形態と同様に、図２に示すものが例示できる。
【００９１】
(2-2)耐火物煉瓦間の空隙検査方法
次に、本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法、すなわち、上記した空隙検査装置１を用いて、高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する方法について、図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、大きく分けて、予め炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２とを模したモデル構造物を用いて検量線Ｓを取得しておく前工程と、高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する実測工程とを備えて構成される。
【００９２】
(2-3)前工程
前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この前工程における受発信工程、反射波抽出工程、スペクトル面積取得工程および検量線取得工程については、制御装置４にて実施される。また、この前工程におけるモデル構造物準備工程、受発信部設置工程および受発信工程については、上記した第１実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００９３】
反射波抽出工程について図面に基づいて説明する。図１３は、本発明の第２実施形態における各モデル構造物の一方の煉瓦における空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
反射波抽出工程では、受発信工程にて受信部３が受信した受信波Ｗ２より、それぞれのモデル構造物における一方のモデル煉瓦の空隙との対向面、すなわち、それぞれのモデル構造物における縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊを抽出する。
【００９４】
具体的には、反射波抽出工程では、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、受発信工程にて受信部３より得られた複数回分（例えば３００回分）の受信波Ｗ２を超高速に加算平均して、図４に示すような加算平均された受信波を取得する。このような加算平均された受信波は、例えば、図４右側に示す広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）で表され、この広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換すると、例えば、図４左側に示すような広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）で表される。
そして、制御装置４は、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得する。この変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）は、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）におけるスペクトル値を、全周波数帯域に亘って１．０の一定値に置き換えたものである。このようにすることで、厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物において、後工程であるスペクトル面積取得工程にて取得される反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）のスペクトル値の最大値を１．０に統一することが可能となる。これにより、反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）に基づいて得られたスペクトル面積Ｓｊを比較可能な状態とすることが可能となる。
【００９５】
さらに、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得する。ここで、起生時刻ｔｈｊは、発信部２からの超音波Ｗ１の発信時刻を０として、受信部３にて反射波成分Ａｊを受信した時刻のことであり、上記式（７）に基づいて算出できる。
また、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、起生時刻ｔｈｊに基づいて、時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。この時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）は、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる。
【００９６】
そして、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）および時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を上記式（５）に代入することにより、例えば図１３右側に示すように、各縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得する。なお、図１３右側に示す反射波関数ＧＡ’１（ｔ）〜ＧＡ’６（ｔ）は、上記式（５）中のｎの値を４２０として得たものである。
【００９７】
次に、スペクトル面積取得工程について説明する。
スペクトル面積取得工程では、反射波抽出工程にて取得した反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）より、上記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得する。そして、それぞれのモデル構造物における空隙に対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓｊを取得する。
【００９８】
具体的には、制御装置４は、反射波抽出工程にて抽出した反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を上記式（６）に基づいてフーリエ変換して、例えば図１３左側に示すような反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得する。この反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）のスペクトル値の最大値は、上述したように、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得していることにより、厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物の全てにおいて、１．０に統一された状態となっている。
【００９９】
そして、制御装置４は、それぞれのモデル構造物における空隙に対応した反射波スペクトルＦＡ’１（ｆ）〜ＦＡ’６（ｆ）について、周波数０から所定の周波数ｆＢまでの範囲に亘って積分し、当該周波数範囲におけるスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６を取得する。なお、この周波数ｆＢは、利用者により任意に設定される値であり、例えば６２５ｋＨｚなどに設定される（図１３参照）。つまり、この周波数ｆＢを適宜調整することで、測定条件に応じて最適なスペクトル面積Ｓｊを取得することが可能となる。
【０１００】
次に、検量線取得工程について図面に基づいて説明する。図１４は、スペクトル面積と空隙の厚さとの関係を表す検量線を示す図である。
検量線取得工程では、それぞれのモデル構造物における空隙の厚さΔｗと、これに対応するスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６との関係を示す図１４のような検量線Ｓを取得する。
【０１０１】
具体的には、制御装置４は、スペクトル面積取得工程にてスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６を取得すると、一方の軸を空隙の厚さΔｗに対応する軸とし、他方の軸をスペクトル面積Ｓｊに対応する軸として、それぞれのモデル構造物における空隙の厚さΔｗと、これに対応するスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６とをプロットする。そして、これらのプロットをそれぞれ結び付けて検量線Ｓが完成する。なお、図１４に示す検量線Ｓは、上記した第１実施形態の実施例のうち、上記(1-6-3)に示した実験設備および実験試料と同様のものを使用して、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを順に実施して得たものである。また、この図１４では、空隙の厚さΔｗ＝５．０ｍｍの場合（ｊ＝７）のスペクトル面積Ｓ７についてもプロットされている。
【０１０２】
ここで、本実施形態では、煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、煉瓦における当該空隙との対向面からの反射波成分の強度が大きくなるという現象を利用している。これにより、各スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６は煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、徐々に大きくなる状態に変化する。
このため、図１４に示す検量線Ｓは、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル面積との関係を表すものとなり、後述する検査対象となる空隙Ａのスペクトル面積Ｓｊとの比較により、当該空隙Ａの厚さΔｗが測定可能となる。
特に、図１４に示すように、スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ５はそれぞれの値が明確に異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを良好に測定可能であることが分かる。さらに、スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ３ではそれぞれの値がより明確に異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜１．０ｍｍの範囲ではより厳密に検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定可能であることが分かる。一方、空隙の厚さΔｗが３．０ｍｍよりも大きくなると（スペクトル面積Ｓ５〜Ｓ７）、それぞれの値が同程度となり、検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定し得ないことが分かる。
【０１０３】
(2-4)実測工程
実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、比較工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この実測工程における受発信工程、反射波抽出工程、スペクトル面積取得工程および比較工程については、制御装置４にて実施される。また、この実測工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程およびスペクトル面積取得工程は、上述した前工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程およびスペクトル面積取得工程のそれぞれと同様の構成であるため、説明を簡略化する。
【０１０４】
受発信部設置工程では、図２に示すように、縦積煉瓦１５２の露出面すなわち上面に、発信部２および受信部３を、前工程における受発信部設置工程と同様の配置で設置する。
受発信工程では、制御装置４は、発信部２より縦積煉瓦１５２の上面から検査対象となる空隙Ａへ向けて超音波Ｗ１（図２参照）を発信させ、この超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２（図２参照）を受信部３にて受信させる。
反射波抽出工程では、受発信工程にて受信した受信波Ｗ２より、縦積煉瓦１５２における検査対象となる空隙Ａとの対向面（図２下面）からの反射波成分Ａｊを抽出する。
スペクトル面積取得工程では、当該反射波成分Ａｊに基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、検査対象となる空隙Ａに対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓｊを取得する。
【０１０５】
次に、比較工程について説明する。
比較工程では、検量線Ｓと、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊとを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する。
具体的には、制御装置４は、図１４に示すように、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊを取得すると、当該スペクトル面積Ｓｊと同値となるスペクトル面積値を検量線Ｓより検出し、当該スペクトル面積Ｓｊに対応する空隙の厚さΔｗを検量線Ｓより検出する。これにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗが制御装置４にて自動的に計測される。
【０１０６】
例えば、図１４では、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊが図中破線Ｌ３で示す値で検出されており、この破線Ｌ３と検量線Ｓとの交点に対応する空隙の厚さΔｗは０．８ｍｍであることが分かる。つまり、検量線Ｓに基づいて、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗが０．８ｍｍであると計測できることが分かる。
【０１０７】
(2-5)第２実施形態の効果
上述したように、第２実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法では、上記第１実施形態の奏する上記(1-7-5)〜(1-7-8)の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
【０１０８】
(2-5-1)本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、前工程と、実測工程とを備えて構成される。前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを順に実施する。実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、比較工程とを順に実施する。
これにより、縦積煉瓦１５２の上面に発信部２および受信部３を設置して、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊを取得するので、非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙検査を実施することができる。
そして、各スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ７の値は、煉瓦間の空隙厚さΔｗの増加に伴って徐々に増加するので、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル面積との関係を表す検量線Ｓを得ることができる。したがって、予め前工程にて取得した検量線Ｓと、実測工程にて取得したスペクトル面積Ｓｊとを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。また、このような検量線Ｓを利用することで、制御装置４による演算処理にて自動的に検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを検出可能となるので、作業者の作業負担を軽減できると共に作業効率を向上できる。さらに、周波数ｆＢを適宜調整することで、測定条件に応じて最適なスペクトル面積Ｓｊを取得することができる。
これにより、例えば、高炉１００の補修に際して、縦積煉瓦１５２下の空隙の厚さを非破壊で計測できるので、補修作業が効率化され、高炉１００の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉１００の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【０１０９】
(2-5-2)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、受信部３にて受信した受信波Ｗ２である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換して広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を取得する。また、この広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）より、上記式（４）に基づいて変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得する。そして、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得し、時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。さらに、上記式（５）に基づいて、反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得する。そして、前工程および実測工程のそれぞれにおけるスペクトル面積取得工程では、反射波抽出工程にて取得した反射波成分Ａｊより上記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、それぞれのモデル構造物における空隙あるいは検査対象となる空隙Ａに対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓｊを取得する。
このように、広帯域受信波スペクトルＦ’ｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得することにより、反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）のスペクトル値の最大値は、厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物、および、検査対象となる空隙Ａと対向する縦積煉瓦１５２の全てにおいて、１．０に統一された状態とすることができる。これにより、反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）に基づいて得られたスペクトル面積Ｓｊを比較可能な状態とすることができる。すなわち、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを相対的に評価することができる。
また、上記式（５）に基づいて、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）に対して時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）をｎ回積算することにより、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）のうち起生時刻ｔｈｊ近傍の成分のみを残すことができる。したがって、制御装置４による演算処理にて、反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【０１１０】
(2-5-3)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊは、上記式（７）に基づいて算出する。
このため、制御装置４は、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における上面から下面までの距離ｈと、発信部２および受信部３の中心間距離ｄと、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２中における超音波の速度ｖとを上記式（７）に代入するだけで、反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【０１１１】
（３）実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【０１１２】
例えば、前記第１および第２実施形態では、本発明の耐火物煉瓦間の空隙検査方法により、高炉１００の炉床部１６０における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、本発明は、高炉１００における煉瓦層１５０のうちいずれの煉瓦間における空隙に対しても適用できる。さらには、高炉以外の加熱炉など、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われたいずれの耐熱容器に対しても適用できる。また、耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であるとしたが、カーボン煉瓦以外の耐火物煉瓦としてもよい。
【０１１３】
前記第１実施形態における比較工程では、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を検量線スペクトル群ＦＢ上に重ね合わせて表示装置４１に表示させ、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のうち、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）と波形が最も近似する検量線スペクトルに基づいて、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測するとしたが、これに限らない。
【０１１４】
すなわち、例えば、前記第１実施形態の一変形例として、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれのピーク値（ｆＤ値に対応するスペクトル値）を取得して、当該ピーク値と空隙の厚さΔｗとの関係を示す検量線を取得する。そして、当該検量線と対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）のピーク値とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する構成としてもよい。この場合でも、上記第１実施形態と同様に、煉瓦間の空隙の厚さΔｗを非破壊にて検査できる。
【０１１５】
また、例えば、前記第１実施形態の一変形例として、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれのスペクトル値を、周波数ｆ＝０〜ｆＢ（ｆＢは任意の値）の範囲で積分して、それぞれの空隙の厚さΔｗに対応するスペクトル面積を取得して、スペクトル面積と空隙の厚さΔｗとの関係を示す検量線を取得する。そして、当該検量線と対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）のスペクトル面積とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する構成としてもよい。この場合でも、上記第１実施形態と同様に、煉瓦間の空隙の厚さΔｗを非破壊にて検査できる。
【０１１６】
前記第２実施形態では、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得し、この変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）に基づいて図１３に示す反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得するとしたが、これに限らない。
すなわち、例えば、前記第２実施形態の一変形例として、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得せずに、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）のまま図５に示す反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）よりスペクトル面積を取得する構成としてもよい。
この場合でも、上記第２実施形態と同様に、煉瓦間の空隙の厚さΔｗを非破壊にて検査できる。すなわち、図５に示す反射波スペクトルＦＡ１（ｆ）〜ＦＡ６（ｆ）のそれぞれのスペクトル値を、周波数ｆ＝０〜ｆＢ（ｆＢは任意の値）の範囲で積分して、それぞれの空隙の厚さΔｗに対応するスペクトル面積を取得して、スペクトル面積と空隙の厚さΔｗとの関係を示す検量線を取得することができる。そして、当該検量線と対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）のスペクトル面積とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】一般的な高炉の炉床近傍の構造を模式的に示した側断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における空隙検査システムを示す模式図である。
【図３】前記第１実施形態における発信部から発信される超音波を示す図であり、（Ａ)は周波数とスペクトル値との関係を示し、（Ｂ）は時間と信号強度との関係を示す。
【図４】前記第１実施形態における各モデル構造物において受信部にて受信された受信波を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
【図５】前記第１実施形態における各モデル構造物における一方の煉瓦の空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
【図６】前記第１実施形態における第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）および第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）を示す図である。
【図７】前記第１実施形態における検量線スペクトル群および対象スペクトルを比較可能な状態で示した図である。
【図８】前記第１実施形態の一実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示したもので、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図９】前記実施例における空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合の受信部が検知した各受信波を示す図である。
【図１０】前記実施例における空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合の受信部が検知した各受信波を示す図である。
【図１１】前記第１実施形態の一実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示した平面図であり、（Ａ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の長手辺と平行する状態に設置した場合を示し、（Ｂ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の対角線上に設置した場合を示す。
【図１２】前記実施例における実施例２−５の検量線スペクトル群を示し、さらに検量線スペクトル群の右側に各検量線スペクトルに対応する受信波を併記している。
【図１３】本発明の第２実施形態における各モデル構造物の一方の煉瓦における空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
【図１４】前記第２実施形態におけるスペクトル面積と空隙の厚さとの関係を表す検量線を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
２…発信部
３…受信部
１００…高炉
１３０…冷却層
１５０…煉瓦層
１５１…炉敷煉瓦
１５２…縦積煉瓦
１５０Ａ…モデル構造物
１５１Ａ…炉敷煉瓦（モデル煉瓦）
１５２Ａ−１５２Ｃ…縦積煉瓦（モデル煉瓦）
１６０…炉床部
Ａ…煉瓦間空隙
Ｗ１…超音波
Ｗ２…受信波
Δｗ…煉瓦間空隙の厚さ
ＧＩ（ｔ）…広帯域入力波関数
ＦＩ（ｆ）…広帯域入力波スペクトル
Ｇｊ（ｔ）、Ｇ１（ｔ）−Ｇ６（ｔ）…広帯域受信波関数
Ｆｊ（ｆ）、Ｆ１（ｆ）−Ｆ６（ｆ）…広帯域受信波スペクトル
ＧＡｊ（ｔ）、ＧＡ１（ｔ）−ＧＡ６（ｔ）…反射波関数
ＦＡｊ（ｆ）、ＦＡ１（ｆ）−ＦＡ６（ｆ）…反射波スペクトル
Ｘ１（ｆ）…第１周波数フィルター関数
Ｘ２（ｆ）…第２周波数フィルター関数
ＦＢｊ（ｆ）、ＦＢ１（ｆ）−ＦＢ６（ｆ）…検量線スペクトル、対象スペクトル
ＦＢ…検量線スペクトル群
ＧＡ’ｊ（ｔ）、ＧＡ’１（ｔ）−ＧＡ’６（ｔ）…反射波関数
ＦＡ’ｊ（ｆ）、ＦＡ’１（ｆ）−ＦＡ’６（ｆ）…反射波スペクトル
Ｓｊ、Ｓ１-Ｓ７…スペクトル面積
Ｓ…検量線
ｄ…発信部と受信部との間の距離
ｔｈｊ、ｔｈ１-ｔｈ６…反射波成分の起生時刻
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた高炉などの耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、煉瓦積みで構成された縦型の炉である。この高炉では、上部から５０〜６０％の鉄分を含む鉄鉱石やペレット、燃焼鉱などの単独またはこれらを組み合わせたものと、不純物除去のための溶剤となる石灰石及びコークス等の原料とが投入される。そして、炉の下部円周上に配置された羽口から高温の熱風が吹き込まれ、これにより炉頂から下降する原料が加熱、還元、溶融して銑鉄となり、炉床に溜まる。当該炉床に溜まった銑鉄は、定期的に炉下部に設けられた出銑口を介して炉外に取り出される。
【０００３】
ここで、図１に、一般的な高炉炉体の炉床部近傍の構造を模式的に示す。図１において、高炉１００は、ベース１１０と、このベース１１０上に立設された略円筒状の鉄皮１２０と、このベース１１０および鉄皮１２０の炉内側を被覆する状態に設けられた冷却層１３０と、この冷却層１３０上に積層されたスタンプ材層１４０と、このスタンプ材層１４０上および鉄皮１２０における側面中央部より上側の内面を被覆する状態に積層された煉瓦層１５０とを備えて構成されている。また、図１では、１６０は炉床を示し、１７０は羽口を示し、１８０は出銑口を示している。
冷却層１３０は、例えば金属製のパネル内部に冷却水を循環させるための水冷パイプが埋設された構造となっている。スタンプ材層１４０は、高熱伝導率の耐火物紛体、例えばカーボン粉体を高密度で圧縮して形成された層である。
【０００４】
煉瓦層１５０は、複数の耐火物煉瓦が高精度で組み合わされて構成されたものである。具体的には、炉床部１６０における当該耐火物煉瓦は、円盤状の炉底面部を構成する複数枚の炉敷煉瓦１５１と、この炉敷煉瓦１５１上に積層された複数の縦長状の縦積煉瓦１５２と、この縦積煉瓦１５２上に積層された複数枚の中埋煉瓦１５３と、炉敷煉瓦１５１上に積層されかつ縦積煉瓦１５２および中埋煉瓦１５３の外周側を囲む複数のリング煉瓦１５４とを含んで構成されている。これら各種煉瓦は、高熱伝導率、高耐食性、低気孔率かつ均質なカーボン煉瓦にて形成され、さらに表面が高度に研磨されている。そして、隣接する煉瓦間にモルタルが塗布された状態で隙間無く密に組み合わされている。
なお、リング煉瓦１５４よりも上側に積層される朝顔煉瓦１５５は、低気孔率の粘土や高アルミナ煉瓦、カーボン質煉瓦などで構成されている。
【０００５】
このような高炉１００の稼動時には、炉床部１６０は１５００℃以上にも達するので、炉床部１６０における煉瓦層１５０は内面から溶損する。そして、ある程度溶損が進行したところで高炉１００は寿命に至り、高炉１００全体の補修が行われる。このため、高炉１００を高寿命とするためにも、冷却層１３０にてスタンプ材層１４０を介して煉瓦層１５０を高効率で冷却し、煉瓦層１５０の溶損速度を可能な限り低減する必要がある。
【０００６】
この場合、煉瓦層１５０を高効率で冷却するためには、煉瓦層１５０を構成する各煉瓦間に空隙が形成されないようにして、各煉瓦間で効率良く熱伝導が行われる必要がある。特に、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２の間に１ｍｍ以上の厚さの空隙が形成された場合、当該空隙のために炉底部での冷却効率が著しく低下するおそれがある。これにより、縦積煉瓦１５２や中埋煉瓦１５３の熱を冷却できず、これら煉瓦の溶損が劇的に進行し、結果として、炉敷煉瓦１５１、炉底部におけるスタンプ材層１４０や冷却層１３０、およびベース１１０にも銑鉄が侵食して各部を破壊する問題を引き起こすおそれがある。
【０００７】
この点を踏まえ、高炉１００の改修において溶損した耐火物煉瓦を新たなものに取り替える際に、煉瓦層１５０を構築した段階で、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２の間などの各煉瓦間に空隙が形成されていないか否かを検査し、適宜補修する必要がある。このような検査は、構築した煉瓦層１５０を損傷させることなく、非破壊にて行われることが好ましい。
【０００８】
ここで、従来、金属製水冷冷却パネルの鉄皮側外面部に超音波探触子を接触させ超音波を入射し、内面からの反射信号を検出して信号の伝播時間からパネル残存厚を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の計測法では、金属製水冷冷却パネルの露出面に超音波探触子を直接接触させる。超音波探触子は接続ケーブルにより探傷器に接続され、探傷器からの電気信号により超音波を発生して金属製水冷冷却パネル内に超音波信号を送出する。超音波信号は金属製水冷冷却パネル内を伝播し、金属製水冷冷却パネルの炉内面側で反射する。反射信号は超音波探触子で検出され、電気信号に変換されて探傷器に送られる。探傷器では、超音波の送出から反射した超音波の検出までに経過した時間を測定し、これから金属製水冷冷却パネルの厚みを計測する、という構成が採用されている。
【０００９】
このような上記特許文献１に記載の計測法を、図１に示す煉瓦層１５０における各煉瓦間の空隙検査に応用した場合、各煉瓦間の空隙の有無を非破壊にて検査することが可能となるものと考えられる。
すなわち、超音波探触子を所定の煉瓦（煉瓦Ａと称す）の露出面に接触させて超音波を発信し、この煉瓦Ａに当接する煉瓦（煉瓦Ｂと称す）との界面にて反射した超音波を超音波探触子で検出する。これにより、煉瓦Ａ，Ｂ間に空隙が形成されていない場合は、煉瓦Ａにおける煉瓦Ｂと当接する端面からの反射波と、煉瓦Ｂにおける煉瓦Ａ，Ｂ界面と反対側の端面からの反射波との双方が超音波探触子にて検出される。一方、煉瓦Ａ，Ｂ間に空隙が形成されている場合は、煉瓦Ａにおける煉瓦Ｂと当接する端面からの反射波のみが超音波探触子にて検出可能であると考えられる。したがって、上記特許文献１に記載の計測法によれば、各煉瓦間の空隙の有無を非破壊にて検査することが可能と考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３７７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載の計測法では、各煉瓦間の空隙の有無を非破壊にて検査できるものの、該空隙の量までをも検出することはできない。すなわち、上記探傷器では、超音波の発信時から反射波の検出時までの時間に基づいて煉瓦Ａの厚みを計測できるものの、煉瓦Ａ，Ｂ間に空隙が形成されている場合は、該空隙のために煉瓦Ｂからの反射波を検出できないため、煉瓦Ａ，Ｂ間における空隙の厚さまでは計測できない。
このため、煉瓦間の空隙厚さが例えば１ｍｍ未満であれば補修の必要がない場合でもこれを判断できず、空隙厚さの大小に関わらずに、空隙が形成されている全ての煉瓦を取り外して再度接着剤を塗布して組み込むなど、無駄な作業が増えてしまうおそれがある。結果として、高炉１００の補修に長時間を費やしてしまい、高炉１００の稼動停止期間が長期化されてしまうおそれがある。
【００１２】
本発明は、上述したような問題点に鑑みて、煉瓦間の空隙の厚さを非破壊にて検査可能な耐火物煉瓦間の空隙検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルよりそれぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した検量線スペクトルを取得する検量線スペクトル取得工程、および、この検量線スペクトル取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した前記検量線スペクトルをそれぞれ重ね合わせた検量線スペクトル群を取得する検量線スペクトル群取得工程、を含んだ前工程と、前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記前工程における前記受発信部設置工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルより前記検査対象となる空隙に対応した対象スペクトルを取得する対象スペクトル取得工程、および、この対象スペクトル取得工程後に実施され、前記検量線スペクトル群と前記対象スペクトルとを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成されることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得し、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、下記式（１）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１５】
【数１】
（ｎ：自然数）
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（２）に基づいて算出することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１７】
【数２】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程における前記検量線スペクトル取得工程、および、前記実測工程における前記対象スペクトル取得工程では、前記反射波抽出工程にて抽出した前記反射波成分に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、スペクトル値が最大となる周波数であるｆＤ値を取得し、０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で０かつ周波数ｆ＝２ｆＤで１となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と、０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で１、周波数ｆ＝ｆＤで第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と交わり、かつ周波数ｆ＝２ｆＤで０となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを取得し、下記式（３）に基づいて、検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）あるいは対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００１９】
【数３】
（ｎ１、ｎ２：自然数）
【００２０】
請求項５に記載の発明は、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、このスペクトル面積取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙の厚さと、これに対応する前記スペクトル面積との関係を示す検量線を取得する検量線取得工程、を含んだ前工程と、前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記検量線スペクトル群取得工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、このスペクトル面積取得工程後に実施され、前記検量線と、前記検査対象となる空隙に対応する前記スペクトル面積とを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成されることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換して広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を取得し、この広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）より、下記式（４）に基づいて変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得し、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、下記式（５）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得し、前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記スペクトル面積取得工程では、前記反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）より、下記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙、あるいは、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２２】
【数４】
【数５】
（ｎ：自然数）
【数６】
【００２３】
請求項７に記載の発明は請求項６に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（７）に基づいて算出することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２４】
【数７】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記受発信工程では、前記発信部にて任意の時間差で複数回超音波を発信し、各発信毎に前記超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信し、前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、前記受信部にて受信した複数回分の受信波を加算平均して、この加算平均した受信波より、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面から反射波成分を抽出することを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記発信部より発信される超音波は縦波であることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記耐熱容器は高炉であり、前記耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であり、当該カーボン煉瓦にて構成された前記煉瓦層の外側は、冷却層にて覆われていることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、前記検査対象となる空隙は、高炉の炉床部における炉敷煉瓦と縦積煉瓦との間の空隙であることを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法である。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、耐火物煉瓦の露出面に発信部および受信部を設置して、検査対象となる空隙に対応する対象スペクトルあるいはスペクトル面積を取得するので、非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙検査を実施することができる。
そして、各検量線スペクトルの形状は、煉瓦間の空隙厚さ変化に対応して様々に変化するので、煉瓦間の空隙厚さとスペクトル形状との関係を表す検量線スペクトル群を得ることができる。また、反射波スペクトルのスペクトル面積は、煉瓦間の空隙厚さ変化に対応して変化するので、煉瓦間の空隙厚さと反射波スペクトルのスペクトル面積との関係を表す検量線を得ることができる。したがって、予め前工程にて取得した検量線スペクトル群と、実測工程にて取得した対象スペクトルとを比較する、あるいは、予め前工程にて取得した検量線と、実測工程にて取得した検査対象となる空隙に対応するスペクトル面積とを比較することにより、検査対象となる空隙の厚さを計測することができる。
これにより、例えば、高炉の補修に際して、縦積煉瓦下空隙の厚さを非破壊で計測できるので、補修作業が効率化され、高炉の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、煉瓦間の空隙厚さが大きくなるにつれて、煉瓦における当該空隙との対向面からの反射波成分の強度が大きくなるという、本発明者により新規に見出された現象を利用するものである。なお、一般的には、煉瓦間の空隙厚さが変化しても、当該反射波成分の強度は同一であると認識されている。
【００３１】
（１）第１実施形態
以下に、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明する。図２は、本発明の第１実施形態における空隙検査システムを示す模式図である。
なお、図２には、図１に示す高炉１００における炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２が示されており、これら煉瓦間には接着剤としてのモルタル１５６が介在している。そして、図中Ａは、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２の間に形成された空隙の一例を示すものであり、モルタルが充填されていない空間となっている。
【００３２】
(1-1)空隙検査装置１の構成
図２において、１は空隙検査装置であり、この空隙検査装置１は、図１に示すような高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａ（検査対象となる空隙）を検査する。このような空隙検査装置１は、発信部２と、受信部３と、制御装置４とを備えて構成されている。
【００３３】
発信部２は、縦積煉瓦１５２の露出面（図２中上面）上に設置され、炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａへ向けて広帯域（例えば、０〜６２５ｋＨｚ）の超音波Ｗ１を発信する。この発信部２は、ケーブル２１を介して、各種信号が送受信可能な状態で制御装置４に接続されている。
【００３４】
受信部３は、縦積煉瓦１５２の露出面（図２中上面）上における発信部２の近傍に設置され、広帯域（例えば、０〜６２５ｋＨｚ）の受信波Ｗ２を経時的に受信する。この受信部３は、ケーブル３１を介して、各種信号が送受信可能な状態で制御装置４に接続されている。
【００３５】
制御装置４は、空隙検査装置１全体の動作を制御する装置である。
すなわち、制御装置４は、後述する前工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程と、検量線スペクトル群取得工程とを実施する。また、制御装置４は、後述する実測工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、対象スペクトル取得工程と、比較工程とを実施する。
なお、制御装置４は、表示装置４１を備えており、当該比較工程にて、検量線スペクトル群および対象スペクトルを表示装置４１に比較可能に表示する。
【００３６】
(1-2)空隙検査装置１を使用する場合の高炉の状態
ここで、空隙検査装置１を使用する場合の高炉１００の状態について説明する。
図１に示す高炉１００の改修は、主として、鉄皮１２０と、冷却層１３０と、スタンプ材層１４０と、煉瓦層１５０とを取り除き、新たに、鉄皮１２０と、冷却層１３０と、スタンプ材層１４０と、煉瓦層１５０とを構築することにより行う。なお、鉄皮１２０は流用し、解体しない場合もある。
例えば、高炉１００を基礎上に設置した状態で改修作業を行う場合、高炉１００近傍に据え付けた大型クレーン（図示せず）を用い、炉体の上部から炉底部まで順次解体しながら、炉頂から解体した部材を外部に取り出す。そして、全く逆の手順で炉頂から炉内部に新たな部材を搬入して新たなスタンプ材層１４０および煉瓦層１５０を構築する。
また、例えば、高炉１００そのものを複数のブロックに解体して基礎上から搬出し、該基礎以外の場所にて予め構築した新たな複数のブロックを現場に搬入して組み合わせる、いわゆるブロック工法により改修作業を行う場合もある。
【００３７】
そして、本実施形態における空隙検査装置１を使用する高炉１００の状態としては、図２に示すものが例示できる。この状態は、上記炉頂クレーンを用いた工法または上記ブロック工法のいずれかにて高炉の補修作業が行われた後で、縦積煉瓦１５２上に中埋煉瓦１５３（図１参照）が積層されていないものである。このような状態の高炉１００では、煉瓦層１５０における各煉瓦間にモルタルなどが塗布された状態で、隙間無く密に組み合わされているものの、補修作業中に何らかの原因で、図２に示すような空隙Ａが形成されている可能性がある。
【００３８】
(1-3)耐火物煉瓦間の空隙検査方法
次に、本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法、すなわち、上記した空隙検査装置１を用いて、高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する方法について説明する。
本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、大きく分けて、予め炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２とを模したモデル構造物を用いて検量線スペクトル群を取得しておく前工程と、実際の高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する実測工程とを備えて構成される。
【００３９】
(1-4)前工程
前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程と、検量線スペクトル群取得工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この前工程における受発信工程、反射波抽出工程、検量線スペクトル取得工程および検量線スペクトル群取得工程については、制御装置４にて実施される。
【００４０】
モデル構造物準備工程では、図２に示すような検査対象となる空隙Ａを間に挟んで隣接する一対の炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用いる。そして、これらモデル煉瓦を、炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２と同様に配列させる。さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物を準備しておく。
すなわち、本実施形態におけるモデル構造物とは、図１に示す高炉１００にて実際に使用される複数の炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２をモデル煉瓦とし、これを実際に使用される状態で組み合わせた構造物である。さらに、特定位置の縦積煉瓦１５２（モデル煉瓦）およびこれに当接する炉敷煉瓦１５１（モデル煉瓦）間に、任意の厚さΔｗの空隙を形成したものである。このような空隙の厚さΔｗは、例えば０〜４．０ｍｍの範囲で調整され、本実施形態では、例えばΔｗ＝０、０．５、１．０、２．０、３．０、４．０の６種類のモデル構造物を準備する。
【００４１】
受発信部設置工程では、それぞれのモデル構造物における一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面、すなわち、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の上面（図２中上面）に、発信部２および受信部３を設置する。このような発信部２および受信部３は、当該露出面上に、互いに近接する位置に対をなして設けられる。なお、発信部２および受信部３は、当該露出面上に一対で設けられるのに限らず、２対以上設けられてもよい。
【００４２】
次に、受発信工程について、図面に基づいて説明する。
図３は、発信部から発信される超音波を示す図であり、（Ａ)は周波数とスペクトル値との関係を示し、（Ｂ）は時間と信号強度との関係を示す。
受発信工程では、それぞれのモデル構造物において、発信部２より露出面から空隙Ａへ向けて超音波Ｗ１を発信し、この超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２を受信部にて受信する。
【００４３】
具体的には、受発信工程では、制御装置４は、発信部２にて任意の時間差で複数回（例えば発信回数は３００回）、超音波Ｗ１を高速で発信させる。このような超音波Ｗ１は、図３（Ｂ)に示すような広帯域入力波関数ＧＩ（ｔ）で表され、この広帯域入力波関数ＧＩ（ｔ）をフーリエ変換すると、図３（Ａ)に示す広帯域入力波スペクトルＦＩ（ｆ）で表される。
【００４４】
そして、制御装置４は、発信部２にて複数回の超音波Ｗ１が発信されると、各発信毎に超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２を、受信部３にて経時的に受信させる。このような受信波Ｗ２には、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中下面）からの反射波成分が含まれている。また、煉瓦間空隙が存在しない場合は、受信波Ｗ２には、炉敷煉瓦１５１に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中上面）からの反射波成分も含まれる。
【００４５】
なお、発信部２より発信される超音波Ｗ１は縦波であることが好ましい。これにより、超音波Ｗ１は煉瓦中にて良好に伝播し、受信部３が受信する受信波Ｗ２の質を高めることが可能となる。また、縦積煉瓦１５２等に使用されるカーボン煉瓦は、内部空孔や不純物が極めて少なく、均質かつ緻密であるので、超音波が内部空孔などにて分散されずに煉瓦中にて良好に伝播するため、受信部３が受信する受信波Ｗ２の質が高いものとなる。
【００４６】
次に、反射波抽出工程について、図面に基づいて説明する。
図４は、各モデル構造物において受信部にて受信された受信波を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。図５は、各モデル構造物における一方の煉瓦の空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
反射波抽出工程では、受発信工程にて受信部３が受信した受信波Ｗ２より、それぞれのモデル構造物における一方のモデル煉瓦の空隙との対向面、すなわち、それぞれのモデル構造物における縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分を抽出する。
以下、このような縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面からの反射波成分、および、縦積煉瓦１５２における検査対象となる空隙Ａとの対向面（図２下面）からの反射波成分をＡｊと定義して説明する。なお、ｊは空隙の厚さΔｗに対応する数字であり、例えば空隙の厚さΔｗが０の場合はｊ＝１とし、Δｗが０．５の場合はｊ＝２、Δｗが１．０の場合はｊ＝３、、、などとする。
【００４７】
具体的には、反射波抽出工程では、制御装置４は、受発信工程にて受信部３より得られた複数回分（例えば３００回分）の受信波Ｗ２を超高速に加算平均して、図４に示すような加算平均された受信波を取得する。このような加算平均された受信波は、例えば、図４右側に示す広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）で表され、この広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換すると、例えば、図４左側に示すような広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）で表される。これにより、探知目標からの反射波を明確化することが可能となる。すなわち、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中下面）からの反射波成分や、炉敷煉瓦１５１に対応するモデル煉瓦における空隙Ａとの対向面（図中上面）からの反射波成分などが明確に顕れ、受信波Ｗ２におけるその他のノイズ成分は平準化される。
なお、このような加算平均法としては、例えば、「超音波によるコンクリートの内部探知１〜４、日本工業出版、検査技術１９９９年５〜８月号」に開示された従来の技術を採用することができる。
【００４８】
そして、制御装置４は、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得する。ここで、起生時刻ｔｈｊは、発信部２からの超音波Ｗ１の発信時刻を０として、受信部３にて反射波成分Ａｊを受信した時刻のことであり、上記式（２）に基づいて算出できる。例えば、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の上面（露出面）から下面（対向面）までの距離ｈが１６００ｍｍで、受信部３と発信部２との中心間距離ｄが５００ｍｍで、モデル煉瓦中における超音波の速度ｖが３１００ｍ／秒である場合、上記式（２）より起生時刻ｔｈｊは１０２０μ秒と計算される。
【００４９】
また、制御装置４は、起生時刻ｔｈｊに基づいて時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。この時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）は、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる。
そして、制御装置４は、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）および時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を上記式（１）に代入することにより、例えば図５右側に示すように反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する。つまり、広帯域受信波関数Ｇ１（ｔ）〜Ｇ６（ｔ）に対して時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）をｎ回積算することにより、広帯域受信波関数Ｇ１（ｔ）〜Ｇ６（ｔ）のうち起生時刻ｔｈｊ近傍の成分のみが残り、反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ１（ｔ）〜ＧＡ６（ｔ）が抽出されたことになる。なお、図５右側に示す反射波関数ＧＡ１（ｔ）〜ＧＡ６（ｔ）は、上記式（１）中のｎの値を４２０として得たものである。
【００５０】
次に、検量線スペクトル取得工程について、図面に基づいて説明する。
図６は、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）および第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）を示す図である。図７は、検量線スペクトル群および対象スペクトルを比較可能な状態で示した図である。
検量線スペクトル取得工程では、反射波抽出工程にて取得した反射波関数ＧＡｊ（ｔ）に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）からそれぞれのモデル構造物における空隙に対応した検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。
【００５１】
具体的には、検量線スペクトル取得工程では、制御装置４は、反射波抽出工程にて抽出した反射波関数ＧＡｊ（ｔ）をフーリエ変換して、例えば図５左側に示すような反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得する。そして、制御装置４は、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）におけるスペクトル値が最大となる特定の振動数（ｆＤ値（ｆＤｊ））を自動特定する。
【００５２】
そして、制御装置４は、上記ｆＤ値に基づいて、図６に示すような第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）および第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）を取得する。
第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）は、０≦周波数ｆ≦ｆｍａｘにおいてｓｉｎ（（π／２）×（ｆ／ｆｍａｘ））で表される三角関数と、周波数ｆ＞ｆｍａｘにおいて０となる関数とからなる（ｆｍａｘ＝２ｆＤｊ）。
第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）は、０≦周波数ｆ≦ｆｍａｘにおいてｃｏｓ（（π／２）×（ｆ／ｆｍａｘ））で表される三角関数と、周波数ｆ＞ｆｍａｘにおいて０となる関数からなる（ｆｍａｘ＝２ｆＤｊ）。
【００５３】
さらに、制御装置４は、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）と、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と、第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを、上記式（３）に代入することにより、図７に示す検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）を取得する。つまり、反射波スペクトルＦＡ１（ｆ）〜ＦＡ６（ｆ）に対して、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）をｎ１回積算し、かつ、第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）をｎ２回積算することにより、反射波スペクトルＦＡ１（ｆ）〜ＦＡ６（ｆ）のうちｆＤ値を中心とする狭帯域成分波である検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のみが抽出される。なお、図５左側に示す検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）は、上記式（３）中のｎ１、ｎ２の値を２として得たものである。
このようなｆＤ値は、発信部２および受信部３の位置、煉瓦材質、煉瓦形状、煉瓦サイズ、検査対象の耐火物煉瓦の全体の煉瓦層における位置などの諸条件の組み合わせに応じて異なってくる。そして、このｆＤ値を中心にして上記式（３）に基づいて検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）を抽出することにより、探知目標からの反射波を特定することが可能となる。
【００５４】
次に、検量線スペクトル群取得工程について説明する。
検量線スペクトル群取得工程では、制御装置４は、それぞれのモデル構造物における空隙に対応した検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）をそれぞれ重ね合わせた検量線スペクトル群ＦＢを取得する。
【００５５】
ここで、本実施形態では、煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、煉瓦における当該空隙との対向面からの反射波成分の強度が大きくなるという現象を利用している。これにより、各検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）は煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、徐々に大きくなる状態に形状変化する。
このため、検量線スペクトル群ＦＢは、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル形状との関係を表すものとなり、検査対象となる空隙Ａの後述する対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）との比較により、当該空隙Ａの厚さΔｗが測定可能となる。
特に、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で、検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ５（ｆ）の形状に明確な差が生じているので、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗがこの範囲にある場合、高い精度で当該空隙Ａの厚さΔｗが測定可能となる。したがって、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で多数種のモデル構造物を準備しておけば、より精密に煉瓦間空隙の厚さΔｗを測定することが可能となる。なお、空隙の厚さΔｗが３．０ｍｍよりも大きくなると、スペクトル形状に大差がなくなり、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを測定し得ない。
以上にて前工程が完了する。
【００５６】
(1-5)実測工程
実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、対象スペクトル取得工程と、比較工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この実測工程における受発信工程、反射波抽出工程、対象スペクトル取得工程および比較工程については、制御装置４にて実施される。また、この実測工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程および対象スペクトル取得工程は、上述した前工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程および検量線スペクトル取得工程のそれぞれと同様の構成であるため、説明を簡略化する。
【００５７】
受発信部設置工程では、図２に示すように、縦積煉瓦１５２の露出面すなわち上面に、発信部２および受信部３を、前工程における受発信部設置工程と同様の配置で設置する。
受発信工程では、制御装置４は、発信部２より縦積煉瓦１５２の上面から検査対象となる空隙Ａへ向けて超音波Ｗ１（図２参照）を発信させ、この超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２（図２参照）を受信部３にて受信させる。
反射波抽出工程では、当該受信波Ｗ２より、縦積煉瓦１５２における検査対象となる空隙Ａとの対向面（図２下面）からの反射波成分Ａｊを抽出する。
対象スペクトル取得工程では、当該反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡｊ（ｔ）に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、検査対象となる空隙Ａに対応した図７に示すような対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。
【００５８】
次に、比較工程について説明する。
比較工程では、検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する。
具体的には、制御装置４は、図７に示すように、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を検量線スペクトル群ＦＢ上に重ね合わせて表示装置４１に表示させ、検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較可能な状態にする。そして、利用者は、表示装置４１に表示された検量線スペクトル群ＦＢと対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較して、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のうち、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）と波形が最も近似する検量線スペクトルに基づいて、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する。
【００５９】
例えば、図７では、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）は検量線スペクトルＦＢ３（ｆ）とＦＢ４（ｆ）との間に存在するので、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであると探知できる。特に、検量線スペクトル群ＦＢでは厚さΔｗの増加に伴ってスペクトル形状が図面上方に向かって大きく伸びていく傾向にあるため、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）が検量線スペクトルＦＢ３（ｆ）とＦＢ４（ｆ）との中間位置にあることから、Δｗは１．５ｍｍであると探知できる。
これにより、高炉１００における複数の縦積煉瓦１５２のそれぞれの下面に存在する空隙Ａの有無を確認するだけでなく、さらに当該空隙Ａの厚さΔｗを測定することが可能となる。
【００６０】
(1-6)実施例
次に、第１実施形態の効果を確認するための実施例について、図面に基づいて説明する。図８は、本実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示したもので、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。なお、図８では、空隙検査装置１のうち発信部２および受信部３のみを示し、その他の構成要素は図示省略している。
【００６１】
(1-6-1)実験装置
本実施例において使用した空隙検査装置およびモデル構造物について説明する。
空隙検査装置には、株式会社エッチアンドビーシステム社製のＵＣＭ２０００を使用する。当該装置は図２に示す空隙検査装置１と同様の構成となっている。この装置における発信部２および受信部３（図８参照）は、それぞれ直径７０ｍｍの略円柱状に形成された探触子であり、それぞれ２．５〜６２５ｋＨｚの広帯域の超音波を発信・受信可能である。
【００６２】
モデル構造物１５０Ａには、図８に示すように、モデル煉瓦としての４枚の炉敷煉瓦１５１Ａと、モデル煉瓦としての３つの縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃとを備えたものを使用した。
各炉敷煉瓦１５１Ａは、熱伝導率が３０ｋＷ／ｍのカーボン煉瓦であり、厚さ１４０ｍｍ、縦寸法６００ｍｍ、横寸法１２００ｍｍの長方形板状に形成されている。これら４枚の炉敷煉瓦１５１Ａは、図８（Ｂ）に示す状態で並列させて、それぞれの対向する端部同士にて十字状の目地１５１Ｂが形成されている。
縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃは、熱伝導率が３０ｋＷ／ｍのカーボン煉瓦であり、それぞれ高さ１６００ｍｍ、縦幅寸法６００ｍｍ、横幅寸法７５０ｍｍの四角柱状に形成されている。これら縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃは、複数の炉敷煉瓦１５１Ａの上に縦置きされ、それぞれの下端面の中心が目地１５１Ｂの長手部分に沿っている。それぞれの縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃの下端面と、炉敷煉瓦１５１Ａの上面との間にはモルタル１５６が塗布されている。
【００６３】
このモルタル１５６により、煉瓦間の空隙厚さΔｗを調整している。すなわち、図８（Ａ）右に位置する縦積煉瓦１５２Ａの下端面にはモルタルを一様に塗布して、対向する炉敷煉瓦１５１Ａの上面との隙間を無くしている（Δｗ＝０ｍｍ）。また、図８（Ａ）中央に位置する縦積煉瓦１５２Ｂの下端面には、外周部のみにモルタルを塗布して、対向する炉敷煉瓦１５１Ａの上面との間に厚さΔｗ＝０．５ｍｍの空隙Ａを形成している。これと同様にして、図８（Ａ）左に位置する縦積煉瓦１５２Ｃの下端面には、厚さΔｗ＝１．０ｍｍの空隙Ａを形成している。また、図８に示すモデル構造物１５０Ａと同様のモデル構造物（図示しない）を更に設けて、このモデル構造物において、各煉瓦間の空隙Ａの厚さをΔｗ＝２．０、３．０、４．０ｍｍに調整した。
【００６４】
(1-6-2)炉敷煉瓦目地の測定結果に及ぼす影響の検討
図８に示すモデル構造物１５０Ａにおいて、縦積煉瓦１５２Ａ〜１５２Ｃおよび炉敷煉瓦１５１Ａ間の空隙厚さΔｗの探知を行う上で、炉敷煉瓦１５１Ａの目地１５１Ｂによる測定結果への影響の有無を検討した。
測定は、空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの縦積煉瓦１５２Ａおよび炉敷煉瓦１５１Ａ間界面と、空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの縦積煉瓦１５２Ｂおよび炉敷煉瓦１５１Ａ間の空隙Ａに対して行った。発信部２および受信部３は、縦積煉瓦１５２Ａ，１５２Ｂのそれぞれの上面に４対ずつ配置し、図８（Ｂ）に示すように該上面の中心から放射状に広がる状態に設けている。そして、測定は、縦積煉瓦１５２Ａ，１５２Ｂ上面の中心点を間に挟んで対向する発信部２および受信部３間にて、すなわち、図８（Ｂ）中破線Ｉ〜ＩＶに示す４つの測定位置における発信部２および受信部３間にて行った。なお、当該対向する発信部２および受信部３の中心間距離ｄは、それぞれ１５０ｍｍとした。図９に、空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合（ｊ＝１）における受信部が検知した各受信波を示し、図１０に、空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合（ｊ＝２）における受信部が検知した各受信波を示す。
【００６５】
図９において、図中二点鎖線で示す枠線Ｌ１にて囲まれた部位は、縦積煉瓦１５２Ａの下端面からの反射波であり、枠線Ｌ２にて囲まれた部位は、炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波である。空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合、縦積煉瓦１５２Ａ−炉敷煉瓦１５１Ａ間はモルタルで密着しているため、超音波がモルタル間を伝播し、各受信部３が受信する受信波には、縦積煉瓦１５２Ａの下端面からの反射波だけでなく炉敷煉瓦１５１Ａ上面からの反射波も含まれたものと考えられる。
また、図９では、測定位置Ｉ〜ＩＶにおいて、それぞれの受信波の波形には殆ど差異が見受けられない。これより、縦積煉瓦−炉敷煉瓦間の空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合、目地１５１Ｂからの影響は受けないことが分かった。
【００６６】
図１０において、図中二点鎖線で示す枠線Ｌ１にて囲まれた部位は、縦積煉瓦１５２Ｂの下端面からの反射波である。空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合、当該空隙により発信部２からの超音波は炉敷煉瓦１５１Ａ上面まで届かず、したがって、受信部３は炉敷煉瓦１５１Ａ下面からの反射波を受信しなかったものと考えられる。
また、図１０では、測定位置Ｉ〜ＩＶにおいて、それぞれの受信波の波形には殆ど差異が見受けられない。したがって、縦積煉瓦−炉敷煉瓦間の空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合も、目地１５１Ｂからの影響は受けないことが分かった。
【００６７】
以上より、実際の高炉において空隙検査を行う場合にも、縦積煉瓦の下面側に設置された炉敷煉瓦の目地が空隙検査に影響を及ぼすことがないことが分かった。
【００６８】
(1-6-3)縦積煉瓦下空隙の有無の検知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響
次に、縦積煉瓦下空隙の有無の検知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響について、図１１に示すモデル構造物１５０Ａを用いて検討した。図１１は、本実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示した平面図であり、（Ａ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の長手辺と平行する状態に設置した場合を示し、（Ｂ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の対角線上に設置した場合を示す。なお、図１１に示すモデル構造物１５０Ａは、図８に示すモデル構造物１５０Ａと同様であり、発信部および受信部の配置のみが異なるものである。
【００６９】
ここで、縦積煉瓦下空隙の有無の探知は、受信部にて検知された受信波において、炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波が確認できるか否かで判断可能である。このため、上記(1-6-2)における図９および図１０に示した結果のように、縦積煉瓦−炉敷煉瓦間に隙間がない場合は炉敷煉瓦１５１Ａ上面からの反射波が観測され、隙間がある場合は炉敷煉瓦１５１Ａ上面からの反射波は観測されない。
【００７０】
実験は、厚さΔｗが０ｍｍ（ｊ＝１）、０．５ｍｍ（ｊ＝２）、１．０ｍｍ（ｊ＝３）、２．０ｍｍ（ｊ＝４）、３．０ｍｍ（ｊ＝５）、４．０ｍｍ（ｊ＝６）の６通りの各煉瓦間空隙を測定対象とした。そして、図１１（Ａ）に示すように、発信部２および受信部３を縦積煉瓦上面の長手辺と平行する状態に設置して、発信部２および受信部３の中心間距離ｄを１２５ｍｍ（実施例１−１）、１５０ｍｍ（実施例１−２）、２５０ｍｍ（実施例１−３）、３７５ｍｍ（実施例１−４）、５００ｍｍ（実施例１−５）、６００ｍｍ（実施例１−６）に変化させたものをそれぞれ用意した。また、図１１（Ｂ）に示すように、発信部２および受信部３を縦積煉瓦上面の対角線上に設置して、発信部２および受信部３の中心間距離ｄを７００ｍｍ（実施例１−７）、８００ｍｍ（実施例１−８）に変化させたものをそれぞれ用意した。そして、それぞれについて、受信部３にて検知された受信波において、炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波が確認できたか否かを確認した。表１には、発信部２および受信部３の中心間距離ｄ毎に、発信部２および受信部３の配置の適否、すなわち、空隙厚さΔｗを変化させて炉敷煉瓦１５１Ａの上面からの反射波が明確に確認できたか否かを示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１より、発信部２および受信部３の中心間距離ｄが１２５〜２５０ｍｍである場合（実施例１−１〜１−３）、空隙の有無を良好に確認できたことが分かる。特に、距離ｄが１２５ｍｍの場合（実施例１−１）、空隙の有無を最も良好に確認できた。また、当該距離ｄが３７５〜６００ｍｍである場合（実施例１−４〜１−６）も、空隙の有無を確認可能であることが分かる。一方、当該距離ｄが７００〜８００ｍｍである場合（実施例１−７，１−８）は、空隙の有無を明確に確認できなかったことが分かる。
つまり、縦積煉瓦下空隙の有無の探知では、発信部２および受信部３の中心間距離ｄを小さくしていくにしたがって良好な結果が得られ、特に発信部２および受信部３の中心間距離ｄを１２５ｍｍ程度とすることが好ましいことが分かった。
【００７３】
(1-6-4)縦積煉瓦下の空隙厚さの探知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響
次に、縦積煉瓦下の空隙厚さΔｗの探知に及ぼす、発信部２および受信部３の中心間距離ｄの影響について検討した。
【００７４】
実験は、上記(1-6-3)と同様の実験設備および実験試料を使用し、上記第１実施形態における受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程とを順に実施した。これにより、厚さΔｗが０ｍｍ（ｊ＝１）、０．５ｍｍ（ｊ＝２）、１．０ｍｍ（ｊ＝３）、２．０ｍｍ（ｊ＝４）、３．０ｍｍ（ｊ＝５）、４．０ｍｍ（ｊ＝６）の６通りの各煉瓦間空隙に対応する検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）を得た。表２には、発信部２および受信部３の中心間距離ｄ毎に、発信部２および受信部３の配置の適否、すなわち、生成した検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）において、空隙厚さΔｗの変化に伴って反射波スペクトル形状が明確に変化したか否かを示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２より、発信部２および受信部３の中心間距離ｄが５００ｍｍである場合（実施例２−５）、良好な検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）が得られたことが分かる。また、距離ｄが３７５ｍｍである場合（実施例２−４）にも、検量可能なレベルの検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）が得られたことが分かる。
一方、距離ｄが３７５ｍｍよりも小さい場合（実施例２−１〜２−３）、および、距離ｄが５００ｍｍよりも大きい場合（実施例２−６〜２−８）は、生成した検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）において、空隙厚さΔｗの変化に伴ってスペクトル形状が明確に変化しておらず、検量可能なレベルに達していなかった。特に、距離ｄ＝７００，８００ｍｍの場合（実施例２−７，２−８）は、発信部２および受信部３の双方ともに縦積煉瓦側面に近くなるため、側面からの妨害波が大きくなり良好な結果を得ることができなかったものと考えられる。
これより、発信部２および受信部３の中心間距離ｄが３７５〜５００ｍｍであれば、縦積煉瓦下空隙の厚さΔｗを良好に計測でき、特に距離ｄが５００ｍｍ前後であれば、より好適に縦積煉瓦下空隙の厚さΔｗを計測できることが分かった。
【００７７】
ここで、表２において最も良好な結果が得られた実施例２−５（距離ｄ＝５００ｍｍ）について、図１２左側に実施例２−５の検量線スペクトル群ＦＢを示し、図１２右側に検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれに対応する受信波を併記した。
【００７８】
図１２左側の検量線スペクトル群ＦＢより、検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ５（ｆ）の形状に明確な差が生じるため、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを良好に測定可能であることが分かる。さらに、検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ３（ｆ）ではより明確に形状が異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜１．０ｍｍの範囲ではより厳密に検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定可能であることが分かる。一方、空隙の厚さΔｗが３．０ｍｍよりも大きくなると（検量線スペクトルＦＢ５（ｆ）およびＦＢ６（ｆ））、スペクトル形状に大差がなくなり、検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定し得ないことが分かる。
【００７９】
また、図１２右の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれに対応する受信波より、各スペクトを取得する際に使用する反射波成分Ａ１〜Ａ６の起生時刻ｔｈ１〜ｔｈ６がそれぞれ異なっていることが分かる。これは縦積煉瓦１５２Ａのそれぞれによって超音波の速度ｖが異なっているためと考えられる。
【００８０】
(1-7)第１実施形態の効果
上述したように、第１実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法では、以下の効果を奏することができる。
【００８１】
(1-7-1)本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、前工程と、実測工程とを備えて構成される。前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、検量線スペクトル取得工程と、検量線スペクトル群取得工程とを順に実施する。実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、対象スペクトル取得工程と、比較工程とを順に実施する。
これにより、縦積煉瓦１５２の上面に発信部２および受信部３を設置して、検査対象となる空隙Ａに対応する対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得するので、非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙検査を実施することができる。
そして、各検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）の形状は煉瓦間の空隙厚さΔｗの変化に対応して様々に変化するので、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル形状との関係を表す検量線スペクトル群ＦＢを得ることができる。したがって、予め前工程にて取得した検量線スペクトル群ＦＢと、実測工程にて取得した対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。
これにより、例えば、高炉１００の補修に際して、縦積煉瓦１５２下の空隙の厚さを非破壊で計測できるので、補修作業が効率化され、高炉１００の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉１００の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【００８２】
(1-7-2)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、受信部３にて受信した受信波Ｗ２である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得する。そして、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得し、時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。さらに、上記式（１）に基づいて、反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する
このように、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）に対して時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）をｎ回積算することにより、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）のうち起生時刻ｔｈｊ近傍の成分のみを残すことができる。したがって、制御装置４による演算処理にて、反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【００８３】
(1-7-3)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊは、上記式（２）に基づいて算出する。
このため、制御装置４は、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における上面から下面までの距離ｈと、発信部２および受信部３の中心間距離ｄと、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２中における超音波の速度ｖとを上記式（２）に代入するだけで、反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【００８４】
(1-7-4)前工程における検量線スペクトル取得工程、および、実測工程における対象スペクトル取得工程では、反射波抽出工程にて抽出した反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡｊ（ｔ）に基づいて、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得する。そして、この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、スペクトル値が最大となる周波数であるｆＤ値を取得する。また、ｆＤ値に基づいて、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを取得し、上記式（３）に基づいて、検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）（ＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ））あるいは対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する。
このように、制御装置４は、反射波スペクトルＦＡｊに対して、第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）をｎ１回積算し、かつ、第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）をｎ２回積算するだけで、ｆＤ値を中心とする狭帯域成分波である検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）を容易に抽出することできる。このため、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊや、他方のモデル煉瓦あるいは炉敷煉瓦１５１における空隙との対向面からの反射波成分を容易に特定することができる。したがって、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【００８５】
(1-7-5)前工程および実測工程のそれぞれにおける受発信工程では、発信部２にて任意の時間差で複数回超音波Ｗ１を発信し、各発信毎に超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２を受信部３にて受信する。前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、受信部３にて受信した複数回分の受信波Ｗ２を加算平均して広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得する。そして、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊとしての反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する。
これにより、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊや、他方のモデル煉瓦あるいは炉敷煉瓦１５１における空隙との対向面からの反射波成分などを明確化することができる。また、受信波Ｗ２におけるその他のノイズ成分を平準化することができる。したがって、煉瓦間空隙の厚さ測定を高精度で実施することができる。
【００８６】
(1-7-6)発信部２より発信される超音波Ｗ１は縦波である。これにより、超音波Ｗ１は煉瓦中にて良好に伝播し、受信部３が受信する受信波Ｗ２の質を高めることができる。このため、煉瓦間空隙の厚さ測定を高精度で実施することができる。
【００８７】
(1-7-7)耐熱容器は高炉１００であり、煉瓦層１５０を構成する耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であり、煉瓦層１５０の外側は冷却層１３０にて覆われている。
高熱伝導率のカーボン煉瓦を冷却層１３０にて高効率で冷却するには、煉瓦間の空隙を１ｍｍ以下に抑える必要がある。この点、検量線スペクトル群ＦＢでは、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲にて各スペクトル形状が明確に異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜１．０ｍｍの範囲で厳密に検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを測定できる。これにより、高炉１００の補修に際して、確実に計測したい煉瓦間空隙の厚さを高精度で計測できる。また、カーボン煉瓦は低気孔率かつ均質な煉瓦であるので、受信部３にて検知された受信波に煉瓦内部の気孔などにより発生するノイズが少なく、測定を良好に実施できる。
したがって、本実施形態によれば、高炉１００の補修に際して、煉瓦間空隙の検査を効率良く実施でき、補修作業が効率化され、高炉１００の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉１００の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【００８８】
(1-7-8)検査対象となる空隙Ａは、高炉１００の炉床部１６０における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙である。
ここで、リフトアップ工法により高炉１００の補修作業を行う場合など、炉床部１６０が含まれたブロックを移動する際に炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間に空隙が形成され、当該空隙の検査を要する場合がある。
この点、本実施形態によれば、炉敷煉瓦１５１および縦積煉瓦１５２間の空隙Ａを、非破壊にて高精度で検査できるので、設置した煉瓦を傷つけることなく、補修する必要のある煉瓦のみを選別できる。また、縦積煉瓦１５２の下面側に設置された炉敷煉瓦１５１の目地が検査結果に影響を及ぼすこともないので、炉敷煉瓦１５１の目地位置を考慮することなく、縦積煉瓦１５２上の任意の位置に発信部２および受信部３を設置して空隙検査を行うことができる。
したがって、上記のようにして空隙検査を実施して、この検査結果を踏まえて煉瓦間空隙を補修すれば、効率良く補修作業を行うことができ。結果として、冷却層１３０にて炉敷煉瓦１５１、縦積煉瓦１５２、中埋煉瓦１５３を効率良く冷却できるようになるので、高炉１００の高寿命化を図ることができる。
【００８９】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本発明の第２実施形態は、スペクトル面積と空隙の厚さとの関係を表す検量線を利用して煉瓦間空隙の厚さを計測するものであり、この点において、検量線スペクトル群ＦＢを利用して煉瓦間空隙の厚さを計測する第１実施形態と異なる。このため、以下において、前記第１実施形態と同様の構成については説明を適宜省略する。
【００９０】
(2-1)空隙検査装置１の構成
第２実施形態における空隙検査装置１は、図２に示す第１実施形態における空隙検査装置１と、制御装置４を除いて、同様の構成となっている。
制御装置４は、後述する前工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを実施する。また、制御装置４は、後述する実測工程における、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、比較工程とを実施する。
なお、本実施形態における空隙検査装置１を使用する高炉１００の状態としては、上記した第１実施形態と同様に、図２に示すものが例示できる。
【００９１】
(2-2)耐火物煉瓦間の空隙検査方法
次に、本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法、すなわち、上記した空隙検査装置１を用いて、高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する方法について、図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、大きく分けて、予め炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２とを模したモデル構造物を用いて検量線Ｓを取得しておく前工程と、高炉１００における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する実測工程とを備えて構成される。
【００９２】
(2-3)前工程
前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この前工程における受発信工程、反射波抽出工程、スペクトル面積取得工程および検量線取得工程については、制御装置４にて実施される。また、この前工程におけるモデル構造物準備工程、受発信部設置工程および受発信工程については、上記した第１実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００９３】
反射波抽出工程について図面に基づいて説明する。図１３は、本発明の第２実施形態における各モデル構造物の一方の煉瓦における空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
反射波抽出工程では、受発信工程にて受信部３が受信した受信波Ｗ２より、それぞれのモデル構造物における一方のモデル煉瓦の空隙との対向面、すなわち、それぞれのモデル構造物における縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊを抽出する。
【００９４】
具体的には、反射波抽出工程では、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、受発信工程にて受信部３より得られた複数回分（例えば３００回分）の受信波Ｗ２を超高速に加算平均して、図４に示すような加算平均された受信波を取得する。このような加算平均された受信波は、例えば、図４右側に示す広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）で表され、この広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換すると、例えば、図４左側に示すような広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）で表される。
そして、制御装置４は、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得する。この変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）は、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）におけるスペクトル値を、全周波数帯域に亘って１．０の一定値に置き換えたものである。このようにすることで、厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物において、後工程であるスペクトル面積取得工程にて取得される反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）のスペクトル値の最大値を１．０に統一することが可能となる。これにより、反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）に基づいて得られたスペクトル面積Ｓｊを比較可能な状態とすることが可能となる。
【００９５】
さらに、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得する。ここで、起生時刻ｔｈｊは、発信部２からの超音波Ｗ１の発信時刻を０として、受信部３にて反射波成分Ａｊを受信した時刻のことであり、上記式（７）に基づいて算出できる。
また、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、起生時刻ｔｈｊに基づいて、時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。この時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）は、０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる。
【００９６】
そして、制御装置４は、上記した第１実施形態と同様に、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）および時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を上記式（５）に代入することにより、例えば図１３右側に示すように、各縦積煉瓦１５２に対応するモデル煉瓦の下面（図２中下面）からの反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得する。なお、図１３右側に示す反射波関数ＧＡ’１（ｔ）〜ＧＡ’６（ｔ）は、上記式（５）中のｎの値を４２０として得たものである。
【００９７】
次に、スペクトル面積取得工程について説明する。
スペクトル面積取得工程では、反射波抽出工程にて取得した反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）より、上記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得する。そして、それぞれのモデル構造物における空隙に対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓｊを取得する。
【００９８】
具体的には、制御装置４は、反射波抽出工程にて抽出した反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を上記式（６）に基づいてフーリエ変換して、例えば図１３左側に示すような反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得する。この反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）のスペクトル値の最大値は、上述したように、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得していることにより、厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物の全てにおいて、１．０に統一された状態となっている。
【００９９】
そして、制御装置４は、それぞれのモデル構造物における空隙に対応した反射波スペクトルＦＡ’１（ｆ）〜ＦＡ’６（ｆ）について、周波数０から所定の周波数ｆＢまでの範囲に亘って積分し、当該周波数範囲におけるスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６を取得する。なお、この周波数ｆＢは、利用者により任意に設定される値であり、例えば６２５ｋＨｚなどに設定される（図１３参照）。つまり、この周波数ｆＢを適宜調整することで、測定条件に応じて最適なスペクトル面積Ｓｊを取得することが可能となる。
【０１００】
次に、検量線取得工程について図面に基づいて説明する。図１４は、スペクトル面積と空隙の厚さとの関係を表す検量線を示す図である。
検量線取得工程では、それぞれのモデル構造物における空隙の厚さΔｗと、これに対応するスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６との関係を示す図１４のような検量線Ｓを取得する。
【０１０１】
具体的には、制御装置４は、スペクトル面積取得工程にてスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６を取得すると、一方の軸を空隙の厚さΔｗに対応する軸とし、他方の軸をスペクトル面積Ｓｊに対応する軸として、それぞれのモデル構造物における空隙の厚さΔｗと、これに対応するスペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６とをプロットする。そして、これらのプロットをそれぞれ結び付けて検量線Ｓが完成する。なお、図１４に示す検量線Ｓは、上記した第１実施形態の実施例のうち、上記(1-6-3)に示した実験設備および実験試料と同様のものを使用して、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを順に実施して得たものである。また、この図１４では、空隙の厚さΔｗ＝５．０ｍｍの場合（ｊ＝７）のスペクトル面積Ｓ７についてもプロットされている。
【０１０２】
ここで、本実施形態では、煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、煉瓦における当該空隙との対向面からの反射波成分の強度が大きくなるという現象を利用している。これにより、各スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ６は煉瓦間の空隙厚さΔｗが大きくなるにつれて、徐々に大きくなる状態に変化する。
このため、図１４に示す検量線Ｓは、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル面積との関係を表すものとなり、後述する検査対象となる空隙Ａのスペクトル面積Ｓｊとの比較により、当該空隙Ａの厚さΔｗが測定可能となる。
特に、図１４に示すように、スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ５はそれぞれの値が明確に異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜３．０ｍｍの範囲で検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを良好に測定可能であることが分かる。さらに、スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ３ではそれぞれの値がより明確に異なるため、空隙の厚さΔｗが０〜１．０ｍｍの範囲ではより厳密に検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定可能であることが分かる。一方、空隙の厚さΔｗが３．０ｍｍよりも大きくなると（スペクトル面積Ｓ５〜Ｓ７）、それぞれの値が同程度となり、検査対象となる空隙の厚さΔｗを測定し得ないことが分かる。
【０１０３】
(2-4)実測工程
実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、比較工程とを順に実施する。
なお、上述したように、この実測工程における受発信工程、反射波抽出工程、スペクトル面積取得工程および比較工程については、制御装置４にて実施される。また、この実測工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程およびスペクトル面積取得工程は、上述した前工程における受発信部設置工程、受発信工程、反射波抽出工程およびスペクトル面積取得工程のそれぞれと同様の構成であるため、説明を簡略化する。
【０１０４】
受発信部設置工程では、図２に示すように、縦積煉瓦１５２の露出面すなわち上面に、発信部２および受信部３を、前工程における受発信部設置工程と同様の配置で設置する。
受発信工程では、制御装置４は、発信部２より縦積煉瓦１５２の上面から検査対象となる空隙Ａへ向けて超音波Ｗ１（図２参照）を発信させ、この超音波Ｗ１に対応する受信波Ｗ２（図２参照）を受信部３にて受信させる。
反射波抽出工程では、受発信工程にて受信した受信波Ｗ２より、縦積煉瓦１５２における検査対象となる空隙Ａとの対向面（図２下面）からの反射波成分Ａｊを抽出する。
スペクトル面積取得工程では、当該反射波成分Ａｊに基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、検査対象となる空隙Ａに対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓｊを取得する。
【０１０５】
次に、比較工程について説明する。
比較工程では、検量線Ｓと、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊとを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する。
具体的には、制御装置４は、図１４に示すように、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊを取得すると、当該スペクトル面積Ｓｊと同値となるスペクトル面積値を検量線Ｓより検出し、当該スペクトル面積Ｓｊに対応する空隙の厚さΔｗを検量線Ｓより検出する。これにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗが制御装置４にて自動的に計測される。
【０１０６】
例えば、図１４では、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊが図中破線Ｌ３で示す値で検出されており、この破線Ｌ３と検量線Ｓとの交点に対応する空隙の厚さΔｗは０．８ｍｍであることが分かる。つまり、検量線Ｓに基づいて、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗが０．８ｍｍであると計測できることが分かる。
【０１０７】
(2-5)第２実施形態の効果
上述したように、第２実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法では、上記第１実施形態の奏する上記(1-7-5)〜(1-7-8)の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
【０１０８】
(2-5-1)本実施形態に係る耐火物煉瓦間の空隙検査方法は、前工程と、実測工程とを備えて構成される。前工程では、モデル構造物準備工程と、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、検量線取得工程とを順に実施する。実測工程では、受発信部設置工程と、受発信工程と、反射波抽出工程と、スペクトル面積取得工程と、比較工程とを順に実施する。
これにより、縦積煉瓦１５２の上面に発信部２および受信部３を設置して、検査対象となる空隙Ａに対応するスペクトル面積Ｓｊを取得するので、非破壊にて耐火物煉瓦間の空隙検査を実施することができる。
そして、各スペクトル面積Ｓ１〜Ｓ７の値は、煉瓦間の空隙厚さΔｗの増加に伴って徐々に増加するので、煉瓦間の空隙厚さΔｗとスペクトル面積との関係を表す検量線Ｓを得ることができる。したがって、予め前工程にて取得した検量線Ｓと、実測工程にて取得したスペクトル面積Ｓｊとを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。また、このような検量線Ｓを利用することで、制御装置４による演算処理にて自動的に検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを検出可能となるので、作業者の作業負担を軽減できると共に作業効率を向上できる。さらに、周波数ｆＢを適宜調整することで、測定条件に応じて最適なスペクトル面積Ｓｊを取得することができる。
これにより、例えば、高炉１００の補修に際して、縦積煉瓦１５２下の空隙の厚さを非破壊で計測できるので、補修作業が効率化され、高炉１００の補修時間を短縮化できる。結果として、高炉１００の稼動停止期間を短縮できるという効果を得ることができる。
【０１０９】
(2-5-2)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、受信部３にて受信した受信波Ｗ２である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換して広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を取得する。また、この広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）より、上記式（４）に基づいて変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得する。そして、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを取得し、時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得する。さらに、上記式（５）に基づいて、反射波成分Ａｊに対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得する。そして、前工程および実測工程のそれぞれにおけるスペクトル面積取得工程では、反射波抽出工程にて取得した反射波成分Ａｊより上記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、それぞれのモデル構造物における空隙あるいは検査対象となる空隙Ａに対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積Ｓｊを取得する。
このように、広帯域受信波スペクトルＦ’ｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得することにより、反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）のスペクトル値の最大値は、厚さΔｗが異なる複数種のモデル構造物、および、検査対象となる空隙Ａと対向する縦積煉瓦１５２の全てにおいて、１．０に統一された状態とすることができる。これにより、反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）に基づいて得られたスペクトル面積Ｓｊを比較可能な状態とすることができる。すなわち、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを相対的に評価することができる。
また、上記式（５）に基づいて、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）に対して時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）をｎ回積算することにより、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）のうち起生時刻ｔｈｊ近傍の成分のみを残すことができる。したがって、制御装置４による演算処理にて、反射波成分Ａｊである反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【０１１０】
(2-5-3)前工程および実測工程のそれぞれにおける反射波抽出工程では、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における空隙との対向面からの反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊは、上記式（７）に基づいて算出する。
このため、制御装置４は、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２における上面から下面までの距離ｈと、発信部２および受信部３の中心間距離ｄと、一方のモデル煉瓦あるいは縦積煉瓦１５２中における超音波の速度ｖとを上記式（７）に代入するだけで、反射波成分Ａｊの起生時刻ｔｈｊを簡易に取得できる。このため、演算処理速度を高速化できるので、一連の実測工程を短時間で実施でき、結果として、高炉１００の補修時間を短縮化できる。
【０１１１】
（３）実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【０１１２】
例えば、前記第１および第２実施形態では、本発明の耐火物煉瓦間の空隙検査方法により、高炉１００の炉床部１６０における炉敷煉瓦１５１と縦積煉瓦１５２との間の空隙Ａを検査する場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、本発明は、高炉１００における煉瓦層１５０のうちいずれの煉瓦間における空隙に対しても適用できる。さらには、高炉以外の加熱炉など、複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われたいずれの耐熱容器に対しても適用できる。また、耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であるとしたが、カーボン煉瓦以外の耐火物煉瓦としてもよい。
【０１１３】
前記第１実施形態における比較工程では、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を検量線スペクトル群ＦＢ上に重ね合わせて表示装置４１に表示させ、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のうち、対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）と波形が最も近似する検量線スペクトルに基づいて、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測するとしたが、これに限らない。
【０１１４】
すなわち、例えば、前記第１実施形態の一変形例として、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれのピーク値（ｆＤ値に対応するスペクトル値）を取得して、当該ピーク値と空隙の厚さΔｗとの関係を示す検量線を取得する。そして、当該検量線と対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）のピーク値とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する構成としてもよい。この場合でも、上記第１実施形態と同様に、煉瓦間の空隙の厚さΔｗを非破壊にて検査できる。
【０１１５】
また、例えば、前記第１実施形態の一変形例として、複数の検量線スペクトルＦＢ１（ｆ）〜ＦＢ６（ｆ）のそれぞれのスペクトル値を、周波数ｆ＝０〜ｆＢ（ｆＢは任意の値）の範囲で積分して、それぞれの空隙の厚さΔｗに対応するスペクトル面積を取得して、スペクトル面積と空隙の厚さΔｗとの関係を示す検量線を取得する。そして、当該検量線と対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）のスペクトル面積とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測する構成としてもよい。この場合でも、上記第１実施形態と同様に、煉瓦間の空隙の厚さΔｗを非破壊にて検査できる。
【０１１６】
前記第２実施形態では、広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を上記式（４）に基づいて変換して変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得し、この変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）に基づいて図１３に示す反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得するとしたが、これに限らない。
すなわち、例えば、前記第２実施形態の一変形例として、変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得せずに、広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）のまま図５に示す反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）よりスペクトル面積を取得する構成としてもよい。
この場合でも、上記第２実施形態と同様に、煉瓦間の空隙の厚さΔｗを非破壊にて検査できる。すなわち、図５に示す反射波スペクトルＦＡ１（ｆ）〜ＦＡ６（ｆ）のそれぞれのスペクトル値を、周波数ｆ＝０〜ｆＢ（ｆＢは任意の値）の範囲で積分して、それぞれの空隙の厚さΔｗに対応するスペクトル面積を取得して、スペクトル面積と空隙の厚さΔｗとの関係を示す検量線を取得することができる。そして、当該検量線と対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）のスペクトル面積とを比較することにより、検査対象となる空隙Ａの厚さΔｗを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】一般的な高炉の炉床近傍の構造を模式的に示した側断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における空隙検査システムを示す模式図である。
【図３】前記第１実施形態における発信部から発信される超音波を示す図であり、（Ａ)は周波数とスペクトル値との関係を示し、（Ｂ）は時間と信号強度との関係を示す。
【図４】前記第１実施形態における各モデル構造物において受信部にて受信された受信波を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
【図５】前記第１実施形態における各モデル構造物における一方の煉瓦の空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
【図６】前記第１実施形態における第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）および第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）を示す図である。
【図７】前記第１実施形態における検量線スペクトル群および対象スペクトルを比較可能な状態で示した図である。
【図８】前記第１実施形態の一実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示したもので、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図９】前記実施例における空隙厚さΔｗ＝０ｍｍの場合の受信部が検知した各受信波を示す図である。
【図１０】前記実施例における空隙厚さΔｗ＝０．５ｍｍの場合の受信部が検知した各受信波を示す図である。
【図１１】前記第１実施形態の一実施例にて使用したモデル構造物を模式的に示した平面図であり、（Ａ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の長手辺と平行する状態に設置した場合を示し、（Ｂ）は発信部および受信部を縦積煉瓦上面の対角線上に設置した場合を示す。
【図１２】前記実施例における実施例２−５の検量線スペクトル群を示し、さらに検量線スペクトル群の右側に各検量線スペクトルに対応する受信波を併記している。
【図１３】本発明の第２実施形態における各モデル構造物の一方の煉瓦における空隙との対向面からの反射波成分を示す図であり、図中左側は周波数とスペクトル値との関係を示し、図中右側は時間と信号強度との関係を示す。
【図１４】前記第２実施形態におけるスペクトル面積と空隙の厚さとの関係を表す検量線を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
２…発信部
３…受信部
１００…高炉
１３０…冷却層
１５０…煉瓦層
１５１…炉敷煉瓦
１５２…縦積煉瓦
１５０Ａ…モデル構造物
１５１Ａ…炉敷煉瓦（モデル煉瓦）
１５２Ａ−１５２Ｃ…縦積煉瓦（モデル煉瓦）
１６０…炉床部
Ａ…煉瓦間空隙
Ｗ１…超音波
Ｗ２…受信波
Δｗ…煉瓦間空隙の厚さ
ＧＩ（ｔ）…広帯域入力波関数
ＦＩ（ｆ）…広帯域入力波スペクトル
Ｇｊ（ｔ）、Ｇ１（ｔ）−Ｇ６（ｔ）…広帯域受信波関数
Ｆｊ（ｆ）、Ｆ１（ｆ）−Ｆ６（ｆ）…広帯域受信波スペクトル
ＧＡｊ（ｔ）、ＧＡ１（ｔ）−ＧＡ６（ｔ）…反射波関数
ＦＡｊ（ｆ）、ＦＡ１（ｆ）−ＦＡ６（ｆ）…反射波スペクトル
Ｘ１（ｆ）…第１周波数フィルター関数
Ｘ２（ｆ）…第２周波数フィルター関数
ＦＢｊ（ｆ）、ＦＢ１（ｆ）−ＦＢ６（ｆ）…検量線スペクトル、対象スペクトル
ＦＢ…検量線スペクトル群
ＧＡ’ｊ（ｔ）、ＧＡ’１（ｔ）−ＧＡ’６（ｔ）…反射波関数
ＦＡ’ｊ（ｆ）、ＦＡ’１（ｆ）−ＦＡ’６（ｆ）…反射波スペクトル
Ｓｊ、Ｓ１-Ｓ７…スペクトル面積
Ｓ…検量線
ｄ…発信部と受信部との間の距離
ｔｈｊ、ｔｈ１-ｔｈ６…反射波成分の起生時刻
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、
予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、
このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルよりそれぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した検量線スペクトルを取得する検量線スペクトル取得工程、および、
この検量線スペクトル取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した前記検量線スペクトルをそれぞれ重ね合わせた検量線スペクトル群を取得する検量線スペクトル群取得工程、を含んだ前工程と、
前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記前工程における前記受発信部設置工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルより前記検査対象となる空隙に対応した対象スペクトルを取得する対象スペクトル取得工程、および、
この対象スペクトル取得工程後に実施され、前記検量線スペクトル群と前記対象スペクトルとを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成される
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、
前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得し、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、
０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、
下記式（１）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数１】
（ｎ：自然数）
【請求項３】
請求項２に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（２）に基づいて算出する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数２】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程における前記検量線スペクトル取得工程、および、前記実測工程における前記対象スペクトル取得工程では、
前記反射波抽出工程にて抽出した前記反射波成分に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、
この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、スペクトル値が最大となる周波数であるｆＤ値を取得し、
０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で０かつ周波数ｆ＝２ｆＤで１となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と、０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で１、周波数ｆ＝ｆＤで第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と交わり、かつ周波数ｆ＝２ｆＤで０となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを取得し、
下記式（３）に基づいて、検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）あるいは対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数３】
（ｎ１、ｎ２：自然数）
【請求項５】
複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、
予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、
このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、
このスペクトル面積取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙の厚さと、これに対応する前記スペクトル面積との関係を示す検量線を取得する検量線取得工程、を含んだ前工程と、
前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記検量線スペクトル群取得工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、
このスペクトル面積取得工程後に実施され、前記検量線と、前記検査対象となる空隙に対応する前記スペクトル面積とを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成される
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、
前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換して広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を取得し、
この広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）より、下記式（４）に基づいて変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得し、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、
０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、
下記式（５）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得し、
前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記スペクトル面積取得工程では、
前記反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）より、下記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、
それぞれの前記モデル構造物における前記空隙、あるいは、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数４】
【数５】
（ｎ：自然数）
【数６】
【請求項７】
請求項６に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（７）に基づいて算出する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数７】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記受発信工程では、
前記発信部にて任意の時間差で複数回超音波を発信し、各発信毎に前記超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信し、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、
前記受信部にて受信した複数回分の受信波を加算平均して、この加算平均した受信波より、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面から反射波成分を抽出する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記発信部より発信される超音波は縦波である
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記耐熱容器は高炉であり、
前記耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であり、
当該カーボン煉瓦にて構成された前記煉瓦層の外側は、冷却層にて覆われている
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記検査対象となる空隙は、高炉の炉床部における炉敷煉瓦と縦積煉瓦との間の空隙である
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項１】
複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、
予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、
このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルよりそれぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した検量線スペクトルを取得する検量線スペクトル取得工程、および、
この検量線スペクトル取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した前記検量線スペクトルをそれぞれ重ね合わせた検量線スペクトル群を取得する検量線スペクトル群取得工程、を含んだ前工程と、
前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記前工程における前記受発信部設置工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、この反射波スペクトルより前記検査対象となる空隙に対応した対象スペクトルを取得する対象スペクトル取得工程、および、
この対象スペクトル取得工程後に実施され、前記検量線スペクトル群と前記対象スペクトルとを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成される
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、
前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）を取得し、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、
０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、
下記式（１）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡｊ（ｔ）を取得する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数１】
（ｎ：自然数）
【請求項３】
請求項２に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（２）に基づいて算出する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数２】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程における前記検量線スペクトル取得工程、および、前記実測工程における前記対象スペクトル取得工程では、
前記反射波抽出工程にて抽出した前記反射波成分に基づいて反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）を取得し、
この反射波スペクトルＦＡｊ（ｆ）より、スペクトル値が最大となる周波数であるｆＤ値を取得し、
０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で０かつ周波数ｆ＝２ｆＤで１となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と、０≦周波数ｆ≦２ｆＤにおいて、周波数ｆ＝０で１、周波数ｆ＝ｆＤで第１周波数フィルター関数Ｘ１（ｆ）と交わり、かつ周波数ｆ＝２ｆＤで０となる三角関数、および、周波数ｆ＞２ｆＤにおいて０となる関数からなる第２周波数フィルター関数Ｘ２（ｆ）とを取得し、
下記式（３）に基づいて、検量線スペクトルＦＢｊ（ｆ）あるいは対象スペクトルＦＢｊ（ｆ）を取得する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数３】
（ｎ１、ｎ２：自然数）
【請求項５】
複数の耐火物煉瓦を組み合わせて構成された煉瓦層にて内面が覆われた耐熱容器において、所定の耐火物煉瓦間の空隙を超音波にて検査する方法であって、
予め、検査対象となる空隙を間に挟んで隣接する一対の耐火物煉瓦と同材質かつ同形状の一対のモデル煉瓦を用い、これらモデル煉瓦を当該一対の耐火物煉瓦と同様に配列させ、さらに当該モデル煉瓦間の空隙の厚さが異なる複数種のモデル構造物を準備しておくモデル構造物準備工程、
このモデル構造物準備工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記一対のモデル煉瓦のうち一方のモデル煉瓦の露出面に、広帯域の超音波を発信可能な発信部、および、広帯域の受信波を受信可能な受信部を設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物において、前記発信部より前記露出面から前記空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、それぞれの前記モデル構造物における前記一方のモデル煉瓦の前記空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、
このスペクトル面積取得工程後に実施され、それぞれの前記モデル構造物における前記空隙の厚さと、これに対応する前記スペクトル面積との関係を示す検量線を取得する検量線取得工程、を含んだ前工程と、
前記一対の耐火物煉瓦のうち一方の耐火物煉瓦の露出面に、前記発信部および前記受信部を、前記検量線スペクトル群取得工程と同様の配置で設置する受発信部設置工程、
この受発信部設置工程後に実施され、前記発信部より前記露出面から前記検査対象となる空隙へ向けて前記超音波を発信し、この超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信する受発信工程、
この受発信工程後に実施され、当該受信波より、前記一方の耐火物煉瓦における前記検査対象となる空隙との対向面からの反射波成分を抽出する反射波抽出工程、
この反射波抽出工程後に実施され、当該反射波成分に基づいて反射波スペクトルを取得し、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルにおける周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得するスペクトル面積取得工程、および、
このスペクトル面積取得工程後に実施され、前記検量線と、前記検査対象となる空隙に対応する前記スペクトル面積とを比較することにより、前記検査対象となる空隙の厚さを計測する比較工程、を含んだ実測工程と、を備えて構成される
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、
前記受信部にて受信した受信波である広帯域受信波関数Ｇｊ（ｔ）をフーリエ変換して広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）を取得し、
この広帯域受信波スペクトルＦｊ（ｆ）より、下記式（４）に基づいて変換広帯域受信波関数Ｇ’ｊ（ｔ）を取得し、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊを取得し、
０≦時間ｔ≦２ｔｈｊにおいて、時間ｔ＝０，２ｔｈｊで０かつ時間ｔ＝ｔｈｊで１となる三角関数と、時間ｔ＞２ｔｈｊにおいて０となる関数とからなる時系列波抽出関数ＴＧＣｊ（ｔ）を取得し、
下記式（５）に基づいて、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分に対応する反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）を取得し、
前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記スペクトル面積取得工程では、
前記反射波関数ＧＡ’ｊ（ｔ）より、下記式（６）に基づいて反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）を取得し、
それぞれの前記モデル構造物における前記空隙、あるいは、前記検査対象となる空隙に対応した、当該反射波スペクトルＦＡ’ｊ（ｆ）における周波数０から前記所定の周波数ｆＢまでのスペクトル値の総和であるスペクトル面積を取得する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数４】
【数５】
（ｎ：自然数）
【数６】
【請求項７】
請求項６に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程におけるそれぞれの前記反射波抽出工程では、
前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面からの反射波成分の起生時刻ｔｈｊは、下記式（７）に基づいて算出する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【数７】
ｈ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記露出面から前記対向面までの距離
ｄ：前記受信部と前記発信部との中心間距離
ｖ：前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦中における超音波の速度
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記受発信工程では、
前記発信部にて任意の時間差で複数回超音波を発信し、各発信毎に前記超音波に対応する受信波を前記受信部にて受信し、
前記前工程および前記実測工程のそれぞれにおける前記反射波抽出工程では、
前記受信部にて受信した複数回分の受信波を加算平均して、この加算平均した受信波より、前記一方のモデル煉瓦あるいは前記一方の耐火物煉瓦における前記空隙との対向面から反射波成分を抽出する
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記発信部より発信される超音波は縦波である
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記耐熱容器は高炉であり、
前記耐火物煉瓦はカーボン煉瓦であり、
当該カーボン煉瓦にて構成された前記煉瓦層の外側は、冷却層にて覆われている
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の耐火物煉瓦間の空隙検査方法において、
前記検査対象となる空隙は、高炉の炉床部における炉敷煉瓦と縦積煉瓦との間の空隙である
ことを特徴とする耐火物煉瓦間の空隙検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１９２５４６（Ｐ２００７−１９２５４６Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８０７７（Ｐ２００６−８０７７）
【出願日】平成１８年１月１６日（２００６．１．１６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（５９４１７９１７７）株式会社エッチアンドビーシステム (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１６日（２００６．１．１６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（５９４１７９１７７）株式会社エッチアンドビーシステム (5)
【Ｆターム（参考）】
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