JP6578348B2 - 一体化された摩耗検出システムを備えた溶鉱炉冷却板 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には冶金炉、即ち溶鉱炉の冷却板、とくに耐火壁の摩耗後の本体摩耗を検出するための手段を備えた冷却板に関する。

“ステーブ（staves）”とも呼ばれる冶金炉の冷却板は、当該技術分野で周知である。それらは、例えば溶鉱炉又は電気アーク炉のような冶金炉の外郭(outer shell）の内壁を覆うために用いられ、
（１）炉の内部と外側炉郭（outer furnace shell）との間の排熱保護スクリーン；及び
（２）炉内の耐火レンガ内張り（lining），耐火コンクリート吹付け又はプロセス生成付着層のための固定手段（anchoring means）、
を提供している。

元々、冷却板は、その中に冷却管鋳造物を備えた鋳鉄板であった。鋳鉄ステーブの代わりとして、銅ステーブが開発された。現在冶金炉のための大部分の冷却板は銅，銅合金から作られており、最近は鋼鉄から作られている。

耐火レンガ内張り，耐火コンクリート吹付け又はプロセス生成付着層は、パネル体の加熱面の前に配置された保護層を形成する。この保護層は、炉内の支配的な厳しい環境により引き起こされる劣化から冷却板を保護するのに有効である。しかしながら、実際には、炉は、時として保護層無しで作動されるので、加熱面の薄板状リブの浸食が生じる。

当該技術分野で知られているように、溶鉱炉は当初はステーブの前面に耐火レンガ内張りを備えていても、この内張りは運転中に摩滅する。とくに、ボッシュ部（bosh section）では、耐火内張りが相対的に速く消滅することが観察されている。そのため、スラッグ及び装入原料の付着層が典型的に冷却板の加熱側に形成される間に、それは、実際には連続的に集積しかつ摩滅するので、ある時間の間は、冷却板は溶鉱炉内の厳しい状況に直接晒され、冷却板本体が摩耗に導かれる。

付着層、勿論内張り及び冷却板に対する摩耗の主な原因は、熱ガスの上昇流と沈下原料（石炭，鉱石など）の摩擦である。熱ガスの流れに関して、摩耗は、熱負荷だけではなく、上昇するガスにより運ばれる粒子による摩擦にもよる。

文献特開昭６１−２６４１１０号は、ステーブの浸食を検出するためにステーブ本体の背面に接触した超音波プローブ（probe；探触子）を用いる摩耗検出システムを用いた冷却ステーブが開示されている。これは、溶鉱炉環境において実施される面倒な技術のように思える。

本発明の目的は、冷却板の摩耗状態を監視する代替的かつ信頼できる方法を提供することである。
この目的は、請求項１に記載された冷却板により達成される。

本発明による冶金炉の冷却板は、前面と反対側の後面を備え、その中に少なくとも１つの冷却剤経路を有している本体を含んでいる。好ましくは交互のリブ及び溝を含んだ前面が、使用時に炉内部に対面している。

冷却板は、本体内の異なる位置に分布され、本体の前面下方の所定の深さに配置された複数の閉鎖圧力室を含む摩耗検出手段を備えていることを理解されたい。圧力センサは、本体が摩滅により圧力室が開口した時の基準圧力からの変化を検出するために各圧力室と連携している。

従って、本発明は、監視するために簡単でかつ相対的に安価な、圧力変化の物理的原理による冷却板の摩耗を検出する方法を提案する。さらに、板本体内に埋め込まれ閉鎖圧力室のネットワークが、閉鎖圧力室の数とそれらの表面までの距離によって、いくつかの位置での摩耗の同時監視と、いくつかの摩耗状態（又は摩耗レベル）をできる限り区別することを許容している。それ故に、本発明は、いくつかの本体領域における冷却板の摩耗状態を知ること及び同じ領域において異なる摩耗状態を区別することも可能であって、冷却板の強化された監視を許容している。

好適実施形態において、圧力室は、本体の後面から穿設された盲孔として形成され、かつ密閉装着されたプラグにより閉じられている。各圧力センサは各プラグにより支持され、圧力センサの接続線は外部に向かってプラグを密閉貫通している。適合したセンサは、例えば圧電型である。実施を容易にするために、それぞれが盲孔である圧力室は、本体の前面に対して実質的に垂直に伸びている細長い中空室である。盲孔は、５ｍｍ未満で、好ましくは１ｍｍと３ｍｍとの間の直径である。

圧力室は、少なくとも２つの圧力室のグループにより異なる位置に分布されており、各グループ内の各圧力室が本体の前面の下方の異なる所定の深さに配置されていることが有利である。とくに、各グループ内において、１つの圧力室をリブの下方に配置し、１つの圧力室を溝の下方に配置することができる。そうすることで、冷却板のいくつかの領域の摩耗状態を知ることができ、各領域内において異なる摩耗状態を区別することもできる。例えば、圧力室のグループが本体の上部、底部及び中央部の領域に、好ましくは１領域当たり２又は３グループが配置されている。

実際には、圧力室は、使用時にその内部の基準圧力が溶鉱炉作動圧力と異なるように選択された基準圧力の所定の流体を含む、閉じられかつ密閉された室として制作されている。実施を容易にするために、圧力室内の流体は、原理上は他のガス（特に不活性ガス）の使用が可能ではあるが、空気である。原理上、圧力室内の流体は液体でもよく、例えば水でもよいが、少量でも炉内に放水することを避けるために、ガスそして具体的には空気が好ましい。ガスの基準圧力は、真空圧、炉作動圧力よりも低いガス圧、炉作動圧力よりも高いガス圧から選択される。典型的な溶鉱炉作動圧を２から３バーレルの範囲に仮定すると、基準圧力（周囲の温度で計測された）は、例えば約１バーレル（大気圧）又は４−５バーレル又はそれより高い。

他の面では、本発明は、上述の冷却板により内張りされたシェル（外郭）を含み、冷却板内の圧力室の各圧力センサからの圧力信号を受信し、圧力センサにおける基準圧力からの圧力変化を検出し、圧力信号からの情報と溶鉱炉内の冷却板の既知の位置に基づいて冷却板の内張りの摩耗状態のマッピング（mapping）を表示するように構成された制御システムを含む溶鉱炉に関する。

ここで、本発明は、添付の図面を参照して実施形態により説明される。
本冷却板の一実施形態の原理図である。 炉の外郭に装着された、図１の冷却板の垂直断面図である。 図２の細部の拡大図である。

本冷却板の好適実施形態が、図１−３に概略的に示されている。冷却板１０は、典型的には例えば銅，銅合金又は鋼鉄の鋳造又は鍛造体から形成される本体１２を含んでいる。さらに、本体１２は、その中に埋め込まれた少なくとも１つの通常の冷却剤経路１４を有している。図１から明らかなように、冷却板１０は、炉の内部と外側炉郭１６（又は装甲（armour））との間に排熱保護スクリーンを提供するために、４つの冷却剤経路を備えたものとして示されている。

図２は、炉郭１６上に装着された図１の冷却板１０を断面で示している。本体１２は、大凡１８で示され炉の内部の方を向いた加熱面と言う前面と、使用時に炉郭１６の内面に対面する冷却面とも言う反対側の後面２０とを有している。

当該技術分野で知られているように、本体１２の前面１８は、具体的には交互のリブ２２と溝２４を備えた構造化された表面を有しているのが有利である。冷却板１０が炉内に装着された時、溝２４と薄板状リブ２２は、耐熱レンガ内張り（図示せず）の固定手段を提供するために概略水平に配置される。

よく知られているように、溶鉱炉又は類似物の作動中に、耐熱レンガ内張りは、下降する装入原料により浸食されるので、冷却板は保護されず、溶鉱炉内の厳しい環境に直面しなければならない。
その結果、冷却板の摩耗が過度に起こるので、冷却板の摩耗状態を知ることが望ましい。

本冷却板１０は、ここで説明するような摩耗検出手段を備えていることを理解されたい。
本摩耗検出主段は、本体１２内の異なる位置に分布されかつ本体１２の前面１８の下方の所定の深さに配置された複数の閉鎖圧力室２６，２８を含んでいる。閉鎖圧力室２６，２８は内部基準圧力（通常、溶鉱炉作動圧力と異なっている）に設定されるように制作されており、かつ圧力センサ３０は各圧力室２６，２８に連携している。本体１２が閉鎖圧力室の深さまで下方に浸食された時、後者が開口し、かつ圧力は溶鉱炉の作動圧力と釣り合う。従って、閉鎖圧力室２６，２８内の圧力の監視中に、表示される当初の基準圧力との変化により閉鎖圧力室が開口した瞬間を検出することができる。

実際には、閉鎖圧力室２６，２８は、冷却板の後面２０から穿設された盲孔として形成されている。これらの孔は、図２及び３から明らかなように、冷却板１０の前面１８に対して実質的に垂直に穿設されている。盲孔は、好ましくは１から３ｍｍの範囲の小口径である。各盲孔は、圧力室２６，２８を密閉するためにプラグ３２により閉じられている。さらに、プラグは、圧力センサが閉鎖圧力室の内部に対面するように、圧力センサ３０を支持している。そのような圧力センサ３０は圧電型であり得る。各圧力センサ３０の接続線３４は、図２に示されているように、プラグ３２を密閉貫通し、炉郭の開口３６を通って炉外に向けて案内されている。

上述の通り、監視原理は基準圧力からの圧力変化を基にしている。従って、各圧力室２６，２８は、最初に、通常の溶鉱炉作動圧力とは異なる基準ガス圧力に設定される。このようにして、当初は圧力室の内側端をパネルの前端から隔てられている本体部分が摩滅して閉鎖圧力室が開口した時、圧力の著しい変化を測定することができる。従って、各圧力室２６，２８の圧力は、溶鉱炉作動圧力よりも低い又は高いかのいずれかである基準圧力に設定されるか、又は真空圧に設定されてもよい。

図１において、圧力室２６，２８の位置は、実線円で概略的に示されている。図に示すように、それらは、冷却板本体の異なる明確に定義された位置に分布されている。他の図から既に明らかなように、閉鎖圧力室は好ましくはグループで配置されている。

例えば、圧力室は、少なくとも２つの圧力室のグループで分布されており、グループ内の各圧力室は前記本体の前面の下方の異なる所定の深さに配置されている。図３に戻れば、１つの圧力室はリブ２２に割り当てられ、他方、他の圧力室は溝に割り当てられていることが分かる。

圧力室２８の内側先端はリブの表面の下方の距離Ｄ_１に位置しており、他方、室２６は、各溝の下方の距離Ｄ_２に位置している、この距離Ｄ_２は隣接するリブ２２と比較する際には距離Ｄ^’ _２とも言われる。

従って、圧力室のいわゆる“深さ”は、本体内の圧力室の内側端から冷却板の前面１８までの距離に相当し、ここでは新しい冷却板の未使用のリブ２２の高さの前面を基準とした時のＤ_１及びＤ^’ _２である。

従って、圧力室２８の圧力変化の検出は、リブの厚さがＤ_１以上減少したことを意味している。圧力室２６の圧力変化の検出は、溝２４における本体の厚さがＤ^’ _２を越えて減少したこと、あるいは溝２２における摩耗レベルがＤ_２を越えたことを意味している（いずれも基準による）。

従って、図面に示された構造は、冷却板１０の異なる位置／領域の監視９を許容し：冷却板は上部、底部及び中央部に分割され、それぞれは左、右及び中央部に細分割される。
さらに、各領域に対してリブ及び溝の摩耗を監視することができる。

Claims (10)

1. 前面（１８）と反対側の後面（２０）を備えており、その中に少なくとも１つの冷却剤経路（１４）を有している本体であって、前記前面（１８）が使用時に炉内部に向けられかつ交互のリブ（２２）及び溝（２４）を含んでいる本体（１２）と；前記本体（１２）の摩耗を監視するのに適用される摩耗検出手段とを含む、冶金炉の冷却板において、
   前記摩耗検出手段が：
   前記本体内の異なる位置に分布され、前記本体の前面（１８）の下方の所定の深さに配置され、前記本体の後面（２０）から穿設された盲孔として形成されかつ密閉装着されるプラグ（３２）により閉じられている複数の閉鎖圧力室（２６，２８）と、
   前記本体の摩滅により各圧力室が開口した時の前記圧力室内での基準圧力からの変化を検出するために各圧力室（２６，２８）と連携している圧力センサ（３０）とを含んでいることを特徴とする、冶金炉の冷却板。
2. 前記盲孔が、前記本体の前面（１８）に対して実質的に垂直に伸びている細長い中空室であることを特徴とする、請求項１に記載された冷却板。
3. 前記圧力センサ（３０）が前記プラグ（３２）により支持され、前記圧力センサ（３０）の接続線（３４）が外部に向って前記プラグ（３２）を密閉貫通していることを特徴とする、請求項１又は２に記載された冷却板。
4. 前記盲孔である前記圧力室（２６，２８）が、それぞれ５ｍｍ未満の直径を有していることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載された冷却板。
5. 前記圧力室（２６，２８）が、少なくとも２つの圧力室のグループで異なる位置に分布されており、各グループ内の各圧力室が前記本体の前面の下方の異なる所定の深さに配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載された冷却板。
6. 各グループ内において、１つの圧力室がリブ（２２）の下に配置され、１つの圧力室が溝（２４）の下に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載された冷却板。
7. 前記圧力室のグループが本体の上部、底部及び中央部の領域に配置されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載された冷却板。
8. 前記圧力センサ（３０）が、圧電型であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載された冷却板。
9. 各圧力室（２６，２８）が、真空圧、炉作動圧力よりも低いガス圧、炉作動圧力よりも高いガス圧から選択された基準圧力であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載された冷却板。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載された冷却板により内張りされた外郭を含んでおり、
    前記冷却板内の前記圧力室の各圧力センサからの圧力信号を受信し、
    １つ以上の前記圧力センサにおける基準圧力からの圧力変化を検出し、
    前記圧力信号からの情報と溶鉱炉内の冷却板の既知の位置に基づいて冷却板の内張りの摩耗状態のマッピングを表示するように構成された制御システムを含んでいる、溶鉱炉。

Images