煉瓦残厚測定装置
【課題】カーボン煉瓦、温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、ＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れることなく、長期間にわたり安定して連続計測することができる煉瓦残厚測定装置を提供する。
【解決手段】金属製の鉄皮６の内側に、キャスタブル５、ステーブ４、スタンプ３、及びカーボン煉瓦２が順に積層されている高炉１０に取り付けられ、カーボン煉瓦２の厚さを計測する。高炉１０は、鉄皮６を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔１２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１４とを有する。計測孔に挿入され接触媒体１９を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサ１６と、超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付けかつ超音波センサからの信号線を鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置２０と、気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジング３０とを備える。
【解決手段】金属製の鉄皮６の内側に、キャスタブル５、ステーブ４、スタンプ３、及びカーボン煉瓦２が順に積層されている高炉１０に取り付けられ、カーボン煉瓦２の厚さを計測する。高炉１０は、鉄皮６を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔１２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１４とを有する。計測孔に挿入され接触媒体１９を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサ１６と、超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付けかつ超音波センサからの信号線を鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置２０と、気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジング３０とを備える。
【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される。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手段として、熱電対を用いた推定手段や、鉄皮をハンマーで打撃し反射波から推測する手段、などが用いられていたが、検査員によるバラツキが大きく、安定した測定が困難であった。
【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１，２に示すように、高炉炉底側壁部の冷却方式がステーブ４の高炉の、炉底側壁部の出銑口位置から底盤までの高さ方向の範囲に配置されたステーブ間の目地部に、鉄皮６の表面からステーブ４の内面まで貫通させて設置した鉄製円柱１の高炉外表面に衝撃を印加し、衝撃振動の反射波を鉄製円柱１の高炉外表面に設置した表面波検知センサ８及び反射波検知センサ９で検知するものである。
なおこの図において、２はカーボン煉瓦、３はスタンプ、５はキャスタブル、７はエアーハンマである。
【０００６】
特許文献２の超音波センサは、図３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０７−２６８４２８号公報、「高炉炉底側壁部構造及び炉底れんが残存厚測定方法」
【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。
（１） 安定した測定を行うためには、鉄製円柱１の外表面にエアーハンマ７により強い衝撃を印加する必要がある。そのため、カーボン煉瓦２、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えるおそれがある。
（２） 鉄製円柱１を鉄皮６の表面からステーブ４の内面まで貫通させて設置するため、鉄製円柱１の外周面に隙間ができ、内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れる。そのため、長期間の連続計測は困難である。
【０００９】
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、カーボン煉瓦、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、かつ内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れることなく、カーボン煉瓦の厚さを長期間にわたり安定して連続計測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】
【００１０】
本発明によれば、金属製の鉄皮の内側に、キャスタブル、ステーブ、スタンプ、及びカーボン煉瓦が順に積層されている高炉に取り付けられ、前記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、
前記高炉は、前記鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔と、該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、
前記計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサと、
前記取付フランジに気密に取り付けられ、前記超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付け、かつ超音波センサからの信号線を鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置と、
前記センサ押付装置を気密に囲み、前記信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジングと、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。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、前記センサ押付装置は、前記取付フランジに気密に取り付けられ前記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、前記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、
該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、内端にフレキシブルカップリングを介して前記超音波センサが取り付けられ、中間部にネジパイプの内端面と対向する鍔部を有する中空円筒形のセンサ押付棒と、
前記ネジパイプの内端面とセンサ押付棒の鍔部との間に位置する押し付け力発生要素と、からなる。
【００１２】
前記超音波センサは、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り、前記信号線は、一端が前記２枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する２芯コネクタに接続された２芯ケーブルであり、
前記密閉型ハウジングは、前記治具フランジに気密に取り付けられ、前記センサ押付装置を気密に囲み、前記２芯コネクタの円筒形部分をシール部材の塑性変形により気密に貫通させて固定するロック部材を有する第１ハウジングと、
該第１ハウジングに気密に取り付けられた第２ハウジングと、
該第２ハウジングに気密に取り付けられ前記超音波センサからの２芯の信号をセラミック又は樹脂により気密に伝達する結線コネクタを有する盲フランジと、
該第２ハウジング内において、前記２芯コネクタと結線コネクタを電気的に接続する同軸ケーブルと、からなる。
また、前記接触媒体は、金属粉又は酸化金属粉の骨材と当該骨材を結合させる結合材とから構成され、使用可能温度での超音波伝達性能を具備し、且つ、前記超音波センサをカーボン煉瓦に密着させるように変形能を有する。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の構成によれば、超音波センサが、鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔に挿入され、センサ押付装置により接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられるので、カーボン煉瓦、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、超音波センサによりカーボン煉瓦の厚さを長期間にわたり安定して連続計測することができる。
【００１４】
また、センサ押付装置が、鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジに気密に取り付けられ、密閉型ハウジングがセンサ押付装置を気密に囲み、超音波センサからの信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出すので、高炉の内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】特許文献１による鉄製円柱１の配置を示す斜視図である。
【図２】特許文献１による残存厚測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】特許文献２による超音波センサの構成図である。
【図４】本発明による第１実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。
【図５】図４の主要部の拡大図である。
【図６】本発明の煉瓦残厚測定装置の組立手順を示す図である。
【図７】本発明による第２実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。
【図８】図８は、荷重と感度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図４は、本発明による第１実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。この図において、１０は高炉であり、金属製の鉄皮６の内側に、本例では、キャスタブル５、ステーブ４、スタンプ３、及びカーボン煉瓦２が順に積層されている。カーボン煉瓦２の厚さは例えば２ｍ以上であり、カーボン煉瓦２の外表面の温度は、例えば１００〜２００℃に保持されている。
【００１８】
高炉１０は、鉄皮６を貫通しカーボン煉瓦２の外表面まで連通する計測孔１２と、計測孔１２と連通する鉄皮６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。
【００１９】
本発明の煉瓦残厚測定装置は、高炉１０の取付フランジ１４に取り付けられ、カーボン煉瓦２の厚さを計測する装置である。
【００２０】
図４において、本発明の煉瓦残厚測定装置は、超音波センサ１６、センサ押付装置２０、及び密閉型ハウジング３０を備える。
【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２の外表面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、特に限定されるものではないが、例えば図３に示したように、特許文献２にその一例が開示されている。
【００２２】
超音波センサ１６からの信号線１７は、一端が２枚の電極に接続し他端が円筒形部分１８ａを有する２芯コネクタ１８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１７は、後述するセンサ押付棒２６に設けられた中空孔を通してセンサ押付棒２６の外方端より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１８ａ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。
【００２３】
上述した超音波センサ１６は、後述するセンサ押付棒２６の内方端にフレキシブルカップリング２５を介して取り付けられ、上述した計測孔１２に挿入され、接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付けられるようになっている。
フレキシブルカップリング２５は、センサ押付棒２６の軸線に対して、例えば＋／−５°の角度範囲で超音波センサ１６がどの方向にも自由に傾動できるようになっている。
なお、フレキシブルカップリングとは、広義の意味で、自由に追従可能な機能を有する継手を意味する。
【００２４】
これにより、超音波センサ１６は、カーボン煉瓦２の外側面が平面であったり、鉄皮の曲率とは異なった曲面であっても、追従して、接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に密着して押し付けることができる。
【００２５】
接触媒体１９は、カーボン煉瓦２の外表面の温度（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および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とセンサ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。
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。
【００２６】
センサ押付装置２０は、高炉１０に設けられた取付フランジ１４に気密に取り付けられ、超音波センサ１６を所定の力（例えば５０〜１００ｋｇ）でカーボン煉瓦２へ向けて押し付け、かつ超音波センサ１６からの信号線１７を鉄皮６の外側まで引き出すようになっている。
【００２７】
図８は、荷重と感度の関係を示す図である。この例では、荷重を０ｋｇｆ（スタート時は感度０ｄＢ）から約１７０ｋｇｆまで徐々に増加させた後、同様に徐々に荷重を減少させて、その間の感度を計測した。
この結果から、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た。
【００２８】
図５は、図４の主要部の拡大図である。
この図において、センサ押付装置２０は、治具フランジ２２、ネジパイプ２４、センサ押付棒２６、及び押し付け力発生要素２８からなる。
【００２９】
治具フランジ２２は、取付フランジ１４にガスケット２１を介して気密に取り付けられ、計測孔１２の軸心を中心とする雌ネジ部２２ａを有する。この例において、治具フランジ２２は、取付フランジ１４に取り付けられる外側フランジ部２３ａと、その内側に取り付けられ雌ネジ部２２ａを有する内側フランジ部２３ｂとからなる。
しかし、本発明はこの構成に限定されず、外側フランジ部２３ａと内側フランジ部２３ｂを一体に構成してもよい。
【００３０】
ネジパイプ２４は、治具フランジ２２の雌ネジ部２２ａと螺合する雄ネジ部２４ａを有し、計測孔１２の軸心に沿って鉄皮６の外側から内側まで延びる中空円筒形の部材である。
【００３１】
センサ押付棒２６は、ネジパイプ２４の中空孔を貫通してネジパイプ２４の外側から内側まで延びる中空円筒形の部材である。また、センサ押付棒２６の内端にフレキシブルカップリング２５を介して超音波センサ１６が取り付けられ、その中間部にネジパイプ２４の内端面と対向する鍔部２６ａを有する。
センサ押付棒２６の中心軸に沿って設けられた中空孔は、信号線１７と２芯コネクタ１８が通る直径（例えば、約１０ｍｍ）を有する。
【００３２】
押し付け力発生要素２８は、この例ではバネであり、ネジパイプ２４の内端面とセンサ押付棒２６の鍔部２６ａとの間に位置し、その間に軸方向に圧縮して設置され、超音波センサ１６を所定の力でカーボン煉瓦２へ向けて押し付けるようになっている。
所定の力は、超音波センサ１６で正確かつ安定した計測ができる力（例えば５０〜１００ｋｇ）である。
また、この例では、バネ２８とネジパイプ２４の内端面との間、及びバネ２８と鍔部２６ａとの間にスラストベアリング２９ａ，２９ｂが設けられ、センサ押付棒２６に対してネジパイプ２４を軸心を中心に円滑に回転できるようになっている。
なお、押し付け力発生要素２８は、バネに限定されず、エアーシリンダ、油圧シリンダ、等であってもよい。
【００３３】
上述した構成により、図５，６において、ネジパイプ２４の外方端（図で右端）を軸線を中心に回転させることにより、センサ押付棒２６を軸方向に移動させて超音波センサ１６の内方端（図で左端）を接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付けることができる。
また、この押付けの際に、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とが完全に平行でない場合でも、上述したフレキシブルカップリング２５により、センサ押付棒２６の軸線に対して、超音波センサ１６がどの方向にも自由に傾動するので、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とを正確に密着させることができる。
【００３４】
従って、本発明によれば、超音波センサ１６が、鉄皮６を貫通しカーボン煉瓦２の外表面まで連通する計測孔１２に挿入され、センサ押付装置２０により接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付けられるので、カーボン煉瓦２、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、超音波センサ１６によりカーボン煉瓦２の厚さを長期間にわたり安定して連続計測することができる。
【００３５】
図４において、密閉型ハウジング３０は、センサ押付装置２０を気密に囲み、信号線１７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。
【００３６】
密閉型ハウジング３０は、この例では第１ハウジング３２、第２ハウジング３４、盲フランジ３６及び同軸ケーブル３８からなる。
第１ハウジング３２は、内側フランジ３２ａ、外側フランジ３２ｂ、及びその間を連結するパイプ３２ｃからなる。外側フランジ３２ｂは、盲フランジであり、その一部にロック部材３３を有する。
内側フランジ３２ａは、治具フランジ２２にガスケット３１を介して気密に取り付けられ、センサ押付装置２０を気密に囲んでいる。また、ロック部材３３は、好ましくはスウェージロック（登録商標）であり、２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａをシール部材（フロントフェノールとバックフェノール）の塑性変形により気密に貫通させて固定するようになっている。
【００３７】
第２ハウジング３４は、内側フランジ３４ａ、外側フランジ３４ｂ、及びその間を連結するパイプ３４ｃからなる。
内側フランジ３４ａは、第１ハウジング３２の外側フランジ３２ｂにガスケット３７ａを介して気密に取り付けられている。
【００３８】
盲フランジ３６は、第２ハウジング３４にガスケット３７ｂを介して気密に取り付けられその一部に結線コネクタ３５を有する。
結線コネクタ３５は、好ましくはハーメチックコネクタであり、盲フランジ３６にセラミック又は樹脂により気密に取り付けられ、超音波センサ１６からの信号線１７の信号を気密を保持したまま外部に取り出せるようになっている。
【００３９】
同軸ケーブル３８は、第２ハウジング３４内において、２芯コネクタ１８と結線コネクタ３５を電気的に接続する同軸ケーブルである。同軸ケーブル３８の長さは、２芯コネクタ１８と結線コネクタ３５に両端を接続させた後、盲フランジ３６を取り付けできる長さに設定されている。
なお、同軸ケーブル３８の両端部のコネクタの大きさは、パイプ３４ｃの内側に収容できる限りで、２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａよりも大きくてもよい。
【００４０】
上述した構成により、高炉１０の内部に存在するＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスは、雌ネジ部２２ａと雄ネジ部２４ａとの螺合部、ロック部材３３（この例ではスウェージロック）、及び結線コネクタ３５（この例ではハーメチックコネクタ）により、外部への漏洩が防止される。
【００４１】
このうち特に、ロック部材３３（スウェージロック（登録商標））は、２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａをシール部材（フロントフェノールとバックフェノール）の塑性変形により気密に貫通させて固定するので、センサ押付棒２６の中空孔を通して超音波センサ１６から延びる信号線１７を２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａを利用して直接が外側フランジ３２ｂに固定することができ、信号線１７の信号を気密を保持したまま外側フランジ３２ｂの外部に取り出すことができる。
【００４２】
さらに、結線コネクタ３５（ハーメチックコネクタ）は、盲フランジ３６にセラミック又は樹脂により気密に取り付けられているので、ロック部材３３が損傷してその部分からガスが漏洩する場合でも、超音波センサ１６からの信号線１７の信号を、気密を保持したまま盲フランジ３６の外部に取り出すことができる。
【００４３】
密閉型ハウジング３０は、第１ハウジング３２だけでも密閉性を保つことができるため、第２ハウジングが無くても構わないが、上述した例のように第１と第２の両方のハウジングを有する密閉型ハウジング３０は、少なくともロック部材３３と結線コネクタ３５で二重にガス漏れを防止しており、高炉１０の内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが外部へ洩れるのを確実に防止することができることから、好ましい構造といえる。特に、結線コネクタ３５を第２ハウジング３４の盲フランジ３６へ固定して取り付けると、コネクタの着け外しの際に、２芯コネクタ１８側に、同軸ケーブル３８を通じて応力が伝達されないため、ロック部材の損傷をより防ぐことができるため、より好ましい。
【００４４】
図６は、本発明の煉瓦残厚測定装置の組立手順を示す図である。このうち、（Ａ）はセンサ押付装置２０を取り付けた状態、（Ｂ）はさらに密閉型ハウジング３０を取り付けた状態を示している。
【００４５】
図６（Ａ）に示すように、センサ押付棒２６の外方端に適当な治具４０を取り付け、センサ押付棒２６を軸方向に移動させて超音波センサ１６の内方端（図で左端）を接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付ける。
次いで、ネジパイプ２４の外方端をその軸線を中心に適当な治具を用いて回転させることにより、ネジパイプ２４の内端面（図で左端）とセンサ押付棒２６の鍔部２６ａとの間でバネ２８を軸方向に圧縮することができる。
【００４６】
バネ２８の自然長からの圧縮量は、ネジパイプ２４の外方端位置から正確に計測できるので、予め計測したバネ２８のバネ定数から超音波センサ１６を所定の力でカーボン煉瓦２の外表面へ向けて押し付けることができる。
また、この押付けの際に、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とが完全に平行でない場合でも、上述したフレキシブルカップリング２５により、センサ押付棒２６の軸線に対して、超音波センサ１６がどの方向にも傾動するので、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とを正確に密着させることができる。
【００４７】
図６（Ａ）の状態において、治具４０は取外し、信号線１７と２芯コネクタ１８は、センサ押付棒２６に設けられた中空孔を通してセンサ押付棒２６の外方端より外側に位置決めしておく。
【００４８】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、第１ハウジング３２、ロック部材３３、同軸ケーブル３８、第２ハウジング３４、及び盲フランジ３６を順に取り付ける。
【００４９】
図６（Ｂ）の状態において、超音波センサ１６からの信号は、信号線１７、２芯コネクタ１８、同軸ケーブル３８及び結線コネクタ３５を介して密閉型ハウジング３０の外部まで取り出されているので、この信号線１７を介して超音波センサ１６を作動させ、この超音波センサ１６によりカーボン煉瓦２の厚さを長期間にわたり安定して連続計測することができる。
【００５０】
なお、高炉によっては、カーボン煉瓦の冷却にステーブ（及びキャスタブル）を使用せず、鉄皮に直接冷却水を散水して内部のカーボン煉瓦を冷却する方式もあるが、当該方式においても、本発明は適用可能である。
【００５１】
図７は、本発明による第２実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。
押し付け力発生要素２８は、この例では油圧シリンダであり、ネジパイプ２４の内端面とセンサ押付棒２６の鍔部２６ａとの間に位置し、超音波センサ１６を所定の力でカーボン煉瓦２へ向けて押し付けるようになっている。
油圧シリンダ２８への油圧の供給は、固定フランジを通して行う。また、配管の取り出しは、同軸ケーブル３８と同様に、２段階で外部まで取り出し、気密性を保つようになっている。
【００５２】
なお、油圧シリンダ２８は、押込み側のみへの配管で足りるように、単動式であるのが好ましいが、戻り側をフリーにして戻り側への配管を省略してもよい。また、油圧シリンダの代わりに空圧シリンダを用いてもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【実施例】
【００５３】
超音波センサとしてニオブ酸リチウム振動子を用い、図４に示す装置を使用して、Ａ製鉄所の高炉改修時に、本発明の装置を、高炉の羽口下方を中心に４箇所設置し、改修後の立ち上げ時から半年間に亘って、連続してカーボン煉瓦の厚みを測定した。
その結果、４箇所共に有毒ガスの漏洩や設備の損傷は全くなく、また、振動子をカーボン煉瓦に密着できたことからカーボン煉瓦の厚みが減少していく状況を問題無く測定することができた。
【００５４】
上述した本発明の構成によれば、以下の効果が得られる。
（１）超音波センサ１６を、押し付け力発生要素２８（バネ、油圧シリンダ、空圧シリンダ）により所定の力で被計測物（カーボン煉瓦２の外表面）へ押し付けることができる
（２）被計測物の姿勢変化による超音波センサ１６との相対角度及び変位に対し、フレキシブルカップリング２５によりある程度追従することができる。
（３）接触媒体により、カーボン煉瓦に凹凸があっても、その凹凸に追従して接触媒体が変形し、カーボン煉瓦とセンサとを密着させて、超音波を安定的にカーボン煉瓦に伝達することができる。
（４）密閉型ハウジング３０により、被測定物からの噴出有毒ガスの漏洩を完全に防止し、または外環境から超音波センサ１６を隔離できる。
（５）手動押し付け用アタッチメント、すなわち手動押し付け用ハンドルの装着により、固定設置から可搬への形態変更ができる。
【００５５】
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】
【００５６】
１ 鉄製円柱、２ カーボン煉瓦、３ スタンプ、４ ステーブ、
５ キャスタブル、６ 鉄皮、７ エアーハンマ、８ 表面波検知センサ、
９ 反射波検知センサ、
１０ 高炉、１２ 計測孔、１４ 取付フランジ、
１６ 超音波センサ、１７ 信号線、１８ ２芯コネクタ、１８ａ 円筒形部分、
１９ 接触媒体、２０ センサ押付装置、２１ ガスケット、２２ 治具フランジ、
２２ａ 雌ネジ部、２３ａ 外側フランジ部、２３ｂ 内側フランジ部、
２４ ネジパイプ、２４ａ 雄ネジ部、２５ フレキシブルカップリング、
２６ センサ押付棒、２６ａ 鍔部、２８ バネ、
２９ａ，２９ｂ スラストベアリング、
３０ 密閉型ハウジング、３１ ガスケット、３２ 第１ハウジング、
３２ａ 内側フランジ、３２ｂ 外側フランジ、３２ｃ パイプ、
３３ ロック部材、３４ 第２ハウジング、
３４ａ 内側フランジ、３４ｂ 外側フランジ、３４ｃ パイプ、
３５ 結線コネクタ、３６ 盲フランジ、
３７ａ ガスケット、３７ｂ ガスケット、
３８ 同軸ケーブル、４０ 治具
【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される。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手段として、熱電対を用いた推定手段や、鉄皮をハンマーで打撃し反射波から推測する手段、などが用いられていたが、検査員によるバラツキが大きく、安定した測定が困難であった。
【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１，２に示すように、高炉炉底側壁部の冷却方式がステーブ４の高炉の、炉底側壁部の出銑口位置から底盤までの高さ方向の範囲に配置されたステーブ間の目地部に、鉄皮６の表面からステーブ４の内面まで貫通させて設置した鉄製円柱１の高炉外表面に衝撃を印加し、衝撃振動の反射波を鉄製円柱１の高炉外表面に設置した表面波検知センサ８及び反射波検知センサ９で検知するものである。
なおこの図において、２はカーボン煉瓦、３はスタンプ、５はキャスタブル、７はエアーハンマである。
【０００６】
特許文献２の超音波センサは、図３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０７−２６８４２８号公報、「高炉炉底側壁部構造及び炉底れんが残存厚測定方法」
【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。
（１） 安定した測定を行うためには、鉄製円柱１の外表面にエアーハンマ７により強い衝撃を印加する必要がある。そのため、カーボン煉瓦２、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えるおそれがある。
（２） 鉄製円柱１を鉄皮６の表面からステーブ４の内面まで貫通させて設置するため、鉄製円柱１の外周面に隙間ができ、内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れる。そのため、長期間の連続計測は困難である。
【０００９】
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、カーボン煉瓦、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、かつ内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れることなく、カーボン煉瓦の厚さを長期間にわたり安定して連続計測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】
【００１０】
本発明によれば、金属製の鉄皮の内側に、キャスタブル、ステーブ、スタンプ、及びカーボン煉瓦が順に積層されている高炉に取り付けられ、前記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、
前記高炉は、前記鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔と、該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、
前記計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサと、
前記取付フランジに気密に取り付けられ、前記超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付け、かつ超音波センサからの信号線を鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置と、
前記センサ押付装置を気密に囲み、前記信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジングと、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。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、前記センサ押付装置は、前記取付フランジに気密に取り付けられ前記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、前記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、
該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、内端にフレキシブルカップリングを介して前記超音波センサが取り付けられ、中間部にネジパイプの内端面と対向する鍔部を有する中空円筒形のセンサ押付棒と、
前記ネジパイプの内端面とセンサ押付棒の鍔部との間に位置する押し付け力発生要素と、からなる。
【００１２】
前記超音波センサは、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り、前記信号線は、一端が前記２枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する２芯コネクタに接続された２芯ケーブルであり、
前記密閉型ハウジングは、前記治具フランジに気密に取り付けられ、前記センサ押付装置を気密に囲み、前記２芯コネクタの円筒形部分をシール部材の塑性変形により気密に貫通させて固定するロック部材を有する第１ハウジングと、
該第１ハウジングに気密に取り付けられた第２ハウジングと、
該第２ハウジングに気密に取り付けられ前記超音波センサからの２芯の信号をセラミック又は樹脂により気密に伝達する結線コネクタを有する盲フランジと、
該第２ハウジング内において、前記２芯コネクタと結線コネクタを電気的に接続する同軸ケーブルと、からなる。
また、前記接触媒体は、金属粉又は酸化金属粉の骨材と当該骨材を結合させる結合材とから構成され、使用可能温度での超音波伝達性能を具備し、且つ、前記超音波センサをカーボン煉瓦に密着させるように変形能を有する。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の構成によれば、超音波センサが、鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔に挿入され、センサ押付装置により接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられるので、カーボン煉瓦、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、超音波センサによりカーボン煉瓦の厚さを長期間にわたり安定して連続計測することができる。
【００１４】
また、センサ押付装置が、鉄皮の貫通孔に気密に設けられた取付フランジに気密に取り付けられ、密閉型ハウジングがセンサ押付装置を気密に囲み、超音波センサからの信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出すので、高炉の内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが洩れるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】特許文献１による鉄製円柱１の配置を示す斜視図である。
【図２】特許文献１による残存厚測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】特許文献２による超音波センサの構成図である。
【図４】本発明による第１実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。
【図５】図４の主要部の拡大図である。
【図６】本発明の煉瓦残厚測定装置の組立手順を示す図である。
【図７】本発明による第２実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。
【図８】図８は、荷重と感度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図４は、本発明による第１実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。この図において、１０は高炉であり、金属製の鉄皮６の内側に、本例では、キャスタブル５、ステーブ４、スタンプ３、及びカーボン煉瓦２が順に積層されている。カーボン煉瓦２の厚さは例えば２ｍ以上であり、カーボン煉瓦２の外表面の温度は、例えば１００〜２００℃に保持されている。
【００１８】
高炉１０は、鉄皮６を貫通しカーボン煉瓦２の外表面まで連通する計測孔１２と、計測孔１２と連通する鉄皮６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。
【００１９】
本発明の煉瓦残厚測定装置は、高炉１０の取付フランジ１４に取り付けられ、カーボン煉瓦２の厚さを計測する装置である。
【００２０】
図４において、本発明の煉瓦残厚測定装置は、超音波センサ１６、センサ押付装置２０、及び密閉型ハウジング３０を備える。
【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２の外表面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、特に限定されるものではないが、例えば図３に示したように、特許文献２にその一例が開示されている。
【００２２】
超音波センサ１６からの信号線１７は、一端が２枚の電極に接続し他端が円筒形部分１８ａを有する２芯コネクタ１８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１７は、後述するセンサ押付棒２６に設けられた中空孔を通してセンサ押付棒２６の外方端より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１８ａ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。
【００２３】
上述した超音波センサ１６は、後述するセンサ押付棒２６の内方端にフレキシブルカップリング２５を介して取り付けられ、上述した計測孔１２に挿入され、接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付けられるようになっている。
フレキシブルカップリング２５は、センサ押付棒２６の軸線に対して、例えば＋／−５°の角度範囲で超音波センサ１６がどの方向にも自由に傾動できるようになっている。
なお、フレキシブルカップリングとは、広義の意味で、自由に追従可能な機能を有する継手を意味する。
【００２４】
これにより、超音波センサ１６は、カーボン煉瓦２の外側面が平面であったり、鉄皮の曲率とは異なった曲面であっても、追従して、接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に密着して押し付けることができる。
【００２５】
接触媒体１９は、カーボン煉瓦２の外表面の温度（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および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とセンサ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。
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。
【００２６】
センサ押付装置２０は、高炉１０に設けられた取付フランジ１４に気密に取り付けられ、超音波センサ１６を所定の力（例えば５０〜１００ｋｇ）でカーボン煉瓦２へ向けて押し付け、かつ超音波センサ１６からの信号線１７を鉄皮６の外側まで引き出すようになっている。
【００２７】
図８は、荷重と感度の関係を示す図である。この例では、荷重を０ｋｇｆ（スタート時は感度０ｄＢ）から約１７０ｋｇｆまで徐々に増加させた後、同様に徐々に荷重を減少させて、その間の感度を計測した。
この結果から、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た。
【００２８】
図５は、図４の主要部の拡大図である。
この図において、センサ押付装置２０は、治具フランジ２２、ネジパイプ２４、センサ押付棒２６、及び押し付け力発生要素２８からなる。
【００２９】
治具フランジ２２は、取付フランジ１４にガスケット２１を介して気密に取り付けられ、計測孔１２の軸心を中心とする雌ネジ部２２ａを有する。この例において、治具フランジ２２は、取付フランジ１４に取り付けられる外側フランジ部２３ａと、その内側に取り付けられ雌ネジ部２２ａを有する内側フランジ部２３ｂとからなる。
しかし、本発明はこの構成に限定されず、外側フランジ部２３ａと内側フランジ部２３ｂを一体に構成してもよい。
【００３０】
ネジパイプ２４は、治具フランジ２２の雌ネジ部２２ａと螺合する雄ネジ部２４ａを有し、計測孔１２の軸心に沿って鉄皮６の外側から内側まで延びる中空円筒形の部材である。
【００３１】
センサ押付棒２６は、ネジパイプ２４の中空孔を貫通してネジパイプ２４の外側から内側まで延びる中空円筒形の部材である。また、センサ押付棒２６の内端にフレキシブルカップリング２５を介して超音波センサ１６が取り付けられ、その中間部にネジパイプ２４の内端面と対向する鍔部２６ａを有する。
センサ押付棒２６の中心軸に沿って設けられた中空孔は、信号線１７と２芯コネクタ１８が通る直径（例えば、約１０ｍｍ）を有する。
【００３２】
押し付け力発生要素２８は、この例ではバネであり、ネジパイプ２４の内端面とセンサ押付棒２６の鍔部２６ａとの間に位置し、その間に軸方向に圧縮して設置され、超音波センサ１６を所定の力でカーボン煉瓦２へ向けて押し付けるようになっている。
所定の力は、超音波センサ１６で正確かつ安定した計測ができる力（例えば５０〜１００ｋｇ）である。
また、この例では、バネ２８とネジパイプ２４の内端面との間、及びバネ２８と鍔部２６ａとの間にスラストベアリング２９ａ，２９ｂが設けられ、センサ押付棒２６に対してネジパイプ２４を軸心を中心に円滑に回転できるようになっている。
なお、押し付け力発生要素２８は、バネに限定されず、エアーシリンダ、油圧シリンダ、等であってもよい。
【００３３】
上述した構成により、図５，６において、ネジパイプ２４の外方端（図で右端）を軸線を中心に回転させることにより、センサ押付棒２６を軸方向に移動させて超音波センサ１６の内方端（図で左端）を接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付けることができる。
また、この押付けの際に、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とが完全に平行でない場合でも、上述したフレキシブルカップリング２５により、センサ押付棒２６の軸線に対して、超音波センサ１６がどの方向にも自由に傾動するので、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とを正確に密着させることができる。
【００３４】
従って、本発明によれば、超音波センサ１６が、鉄皮６を貫通しカーボン煉瓦２の外表面まで連通する計測孔１２に挿入され、センサ押付装置２０により接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付けられるので、カーボン煉瓦２、その他の構成部材、及び温度センサ等の計測機器に損傷や悪影響を与えることなく、超音波センサ１６によりカーボン煉瓦２の厚さを長期間にわたり安定して連続計測することができる。
【００３５】
図４において、密閉型ハウジング３０は、センサ押付装置２０を気密に囲み、信号線１７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。
【００３６】
密閉型ハウジング３０は、この例では第１ハウジング３２、第２ハウジング３４、盲フランジ３６及び同軸ケーブル３８からなる。
第１ハウジング３２は、内側フランジ３２ａ、外側フランジ３２ｂ、及びその間を連結するパイプ３２ｃからなる。外側フランジ３２ｂは、盲フランジであり、その一部にロック部材３３を有する。
内側フランジ３２ａは、治具フランジ２２にガスケット３１を介して気密に取り付けられ、センサ押付装置２０を気密に囲んでいる。また、ロック部材３３は、好ましくはスウェージロック（登録商標）であり、２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａをシール部材（フロントフェノールとバックフェノール）の塑性変形により気密に貫通させて固定するようになっている。
【００３７】
第２ハウジング３４は、内側フランジ３４ａ、外側フランジ３４ｂ、及びその間を連結するパイプ３４ｃからなる。
内側フランジ３４ａは、第１ハウジング３２の外側フランジ３２ｂにガスケット３７ａを介して気密に取り付けられている。
【００３８】
盲フランジ３６は、第２ハウジング３４にガスケット３７ｂを介して気密に取り付けられその一部に結線コネクタ３５を有する。
結線コネクタ３５は、好ましくはハーメチックコネクタであり、盲フランジ３６にセラミック又は樹脂により気密に取り付けられ、超音波センサ１６からの信号線１７の信号を気密を保持したまま外部に取り出せるようになっている。
【００３９】
同軸ケーブル３８は、第２ハウジング３４内において、２芯コネクタ１８と結線コネクタ３５を電気的に接続する同軸ケーブルである。同軸ケーブル３８の長さは、２芯コネクタ１８と結線コネクタ３５に両端を接続させた後、盲フランジ３６を取り付けできる長さに設定されている。
なお、同軸ケーブル３８の両端部のコネクタの大きさは、パイプ３４ｃの内側に収容できる限りで、２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａよりも大きくてもよい。
【００４０】
上述した構成により、高炉１０の内部に存在するＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスは、雌ネジ部２２ａと雄ネジ部２４ａとの螺合部、ロック部材３３（この例ではスウェージロック）、及び結線コネクタ３５（この例ではハーメチックコネクタ）により、外部への漏洩が防止される。
【００４１】
このうち特に、ロック部材３３（スウェージロック（登録商標））は、２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａをシール部材（フロントフェノールとバックフェノール）の塑性変形により気密に貫通させて固定するので、センサ押付棒２６の中空孔を通して超音波センサ１６から延びる信号線１７を２芯コネクタ１８の円筒形部分１８ａを利用して直接が外側フランジ３２ｂに固定することができ、信号線１７の信号を気密を保持したまま外側フランジ３２ｂの外部に取り出すことができる。
【００４２】
さらに、結線コネクタ３５（ハーメチックコネクタ）は、盲フランジ３６にセラミック又は樹脂により気密に取り付けられているので、ロック部材３３が損傷してその部分からガスが漏洩する場合でも、超音波センサ１６からの信号線１７の信号を、気密を保持したまま盲フランジ３６の外部に取り出すことができる。
【００４３】
密閉型ハウジング３０は、第１ハウジング３２だけでも密閉性を保つことができるため、第２ハウジングが無くても構わないが、上述した例のように第１と第２の両方のハウジングを有する密閉型ハウジング３０は、少なくともロック部材３３と結線コネクタ３５で二重にガス漏れを防止しており、高炉１０の内部からＣＯ，Ｈ２Ｓなどの有毒ガスが外部へ洩れるのを確実に防止することができることから、好ましい構造といえる。特に、結線コネクタ３５を第２ハウジング３４の盲フランジ３６へ固定して取り付けると、コネクタの着け外しの際に、２芯コネクタ１８側に、同軸ケーブル３８を通じて応力が伝達されないため、ロック部材の損傷をより防ぐことができるため、より好ましい。
【００４４】
図６は、本発明の煉瓦残厚測定装置の組立手順を示す図である。このうち、（Ａ）はセンサ押付装置２０を取り付けた状態、（Ｂ）はさらに密閉型ハウジング３０を取り付けた状態を示している。
【００４５】
図６（Ａ）に示すように、センサ押付棒２６の外方端に適当な治具４０を取り付け、センサ押付棒２６を軸方向に移動させて超音波センサ１６の内方端（図で左端）を接触媒体１９を介してカーボン煉瓦２の外表面に押し付ける。
次いで、ネジパイプ２４の外方端をその軸線を中心に適当な治具を用いて回転させることにより、ネジパイプ２４の内端面（図で左端）とセンサ押付棒２６の鍔部２６ａとの間でバネ２８を軸方向に圧縮することができる。
【００４６】
バネ２８の自然長からの圧縮量は、ネジパイプ２４の外方端位置から正確に計測できるので、予め計測したバネ２８のバネ定数から超音波センサ１６を所定の力でカーボン煉瓦２の外表面へ向けて押し付けることができる。
また、この押付けの際に、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とが完全に平行でない場合でも、上述したフレキシブルカップリング２５により、センサ押付棒２６の軸線に対して、超音波センサ１６がどの方向にも傾動するので、超音波センサ１６の内表面とカーボン煉瓦２の外表面とを正確に密着させることができる。
【００４７】
図６（Ａ）の状態において、治具４０は取外し、信号線１７と２芯コネクタ１８は、センサ押付棒２６に設けられた中空孔を通してセンサ押付棒２６の外方端より外側に位置決めしておく。
【００４８】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、第１ハウジング３２、ロック部材３３、同軸ケーブル３８、第２ハウジング３４、及び盲フランジ３６を順に取り付ける。
【００４９】
図６（Ｂ）の状態において、超音波センサ１６からの信号は、信号線１７、２芯コネクタ１８、同軸ケーブル３８及び結線コネクタ３５を介して密閉型ハウジング３０の外部まで取り出されているので、この信号線１７を介して超音波センサ１６を作動させ、この超音波センサ１６によりカーボン煉瓦２の厚さを長期間にわたり安定して連続計測することができる。
【００５０】
なお、高炉によっては、カーボン煉瓦の冷却にステーブ（及びキャスタブル）を使用せず、鉄皮に直接冷却水を散水して内部のカーボン煉瓦を冷却する方式もあるが、当該方式においても、本発明は適用可能である。
【００５１】
図７は、本発明による第２実施形態の煉瓦残厚測定装置の全体構成図である。
押し付け力発生要素２８は、この例では油圧シリンダであり、ネジパイプ２４の内端面とセンサ押付棒２６の鍔部２６ａとの間に位置し、超音波センサ１６を所定の力でカーボン煉瓦２へ向けて押し付けるようになっている。
油圧シリンダ２８への油圧の供給は、固定フランジを通して行う。また、配管の取り出しは、同軸ケーブル３８と同様に、２段階で外部まで取り出し、気密性を保つようになっている。
【００５２】
なお、油圧シリンダ２８は、押込み側のみへの配管で足りるように、単動式であるのが好ましいが、戻り側をフリーにして戻り側への配管を省略してもよい。また、油圧シリンダの代わりに空圧シリンダを用いてもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【実施例】
【００５３】
超音波センサとしてニオブ酸リチウム振動子を用い、図４に示す装置を使用して、Ａ製鉄所の高炉改修時に、本発明の装置を、高炉の羽口下方を中心に４箇所設置し、改修後の立ち上げ時から半年間に亘って、連続してカーボン煉瓦の厚みを測定した。
その結果、４箇所共に有毒ガスの漏洩や設備の損傷は全くなく、また、振動子をカーボン煉瓦に密着できたことからカーボン煉瓦の厚みが減少していく状況を問題無く測定することができた。
【００５４】
上述した本発明の構成によれば、以下の効果が得られる。
（１）超音波センサ１６を、押し付け力発生要素２８（バネ、油圧シリンダ、空圧シリンダ）により所定の力で被計測物（カーボン煉瓦２の外表面）へ押し付けることができる
（２）被計測物の姿勢変化による超音波センサ１６との相対角度及び変位に対し、フレキシブルカップリング２５によりある程度追従することができる。
（３）接触媒体により、カーボン煉瓦に凹凸があっても、その凹凸に追従して接触媒体が変形し、カーボン煉瓦とセンサとを密着させて、超音波を安定的にカーボン煉瓦に伝達することができる。
（４）密閉型ハウジング３０により、被測定物からの噴出有毒ガスの漏洩を完全に防止し、または外環境から超音波センサ１６を隔離できる。
（５）手動押し付け用アタッチメント、すなわち手動押し付け用ハンドルの装着により、固定設置から可搬への形態変更ができる。
【００５５】
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】
【００５６】
１ 鉄製円柱、２ カーボン煉瓦、３ スタンプ、４ ステーブ、
５ キャスタブル、６ 鉄皮、７ エアーハンマ、８ 表面波検知センサ、
９ 反射波検知センサ、
１０ 高炉、１２ 計測孔、１４ 取付フランジ、
１６ 超音波センサ、１７ 信号線、１８ ２芯コネクタ、１８ａ 円筒形部分、
１９ 接触媒体、２０ センサ押付装置、２１ ガスケット、２２ 治具フランジ、
２２ａ 雌ネジ部、２３ａ 外側フランジ部、２３ｂ 内側フランジ部、
２４ ネジパイプ、２４ａ 雄ネジ部、２５ フレキシブルカップリング、
２６ センサ押付棒、２６ａ 鍔部、２８ バネ、
２９ａ，２９ｂ スラストベアリング、
３０ 密閉型ハウジング、３１ ガスケット、３２ 第１ハウジング、
３２ａ 内側フランジ、３２ｂ 外側フランジ、３２ｃ パイプ、
３３ ロック部材、３４ 第２ハウジング、
３４ａ 内側フランジ、３４ｂ 外側フランジ、３４ｃ パイプ、
３５ 結線コネクタ、３６ 盲フランジ、
３７ａ ガスケット、３７ｂ ガスケット、
３８ 同軸ケーブル、４０ 治具
【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、前記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、
前記高炉は、前記鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔と、該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、
前記計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサと、
前記取付フランジに気密に取り付けられ、前記超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付け、かつ超音波センサからの信号線を鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置と、
前記センサ押付装置を気密に囲み、前記信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジングと、を備えることを特徴とする煉瓦残厚測定装置。
【請求項２】
前記センサ押付装置は、前記取付フランジに気密に取り付けられ前記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、前記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、
該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、内端にフレキシブルカップリングを介して前記超音波センサが取り付けられ、中間部にネジパイプの内端面と対向する鍔部を有する中空円筒形のセンサ押付棒と、
前記ネジパイプの内端面とセンサ押付棒の鍔部との間に位置する押し付け力発生要素と、からなる、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】
前記超音波センサは、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り、前記信号線は、一端が前記２枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する２芯コネクタに接続された２芯ケーブルであり、
前記密閉型ハウジングは、前記治具フランジに気密に取り付けられ、前記センサ押付装置を気密に囲み、前記２芯コネクタの円筒形部分をシール部材の塑性変形により気密に貫通させて固定するロック部材を有する第１ハウジングと、
該第１ハウジングに気密に取り付けられた第２ハウジングと、
該第２ハウジングに気密に取り付けられ前記超音波センサからの２芯の信号をセラミック又は樹脂により気密に伝達する結線コネクタを有する盲フランジと、
前記第２ハウジング内において、前記２芯コネクタと結線コネクタを電気的に接続する同軸ケーブルと、からなることを特徴とする請求項２に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項４】
前記接触媒体は、金属粉又は酸化金属粉の骨材と当該骨材を結合させる結合材とから構成され、使用可能温度での超音波伝達性能を具備し、且つ、前記超音波センサをカーボン煉瓦に密着させるように変形能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、前記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、
前記高炉は、前記鉄皮を貫通しカーボン煉瓦の外表面まで連通する計測孔と、該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、
前記計測孔に挿入され接触媒体を介してカーボン煉瓦の外表面に押し付けられる超音波センサと、
前記取付フランジに気密に取り付けられ、前記超音波センサを所定の力でカーボン煉瓦へ向けて押し付け、かつ超音波センサからの信号線を鉄皮の外側まで引き出すセンサ押付装置と、
前記センサ押付装置を気密に囲み、前記信号線の信号を気密を保持したまま外部に取り出す密閉型ハウジングと、を備えることを特徴とする煉瓦残厚測定装置。
【請求項２】
前記センサ押付装置は、前記取付フランジに気密に取り付けられ前記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、前記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、
該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、内端にフレキシブルカップリングを介して前記超音波センサが取り付けられ、中間部にネジパイプの内端面と対向する鍔部を有する中空円筒形のセンサ押付棒と、
前記ネジパイプの内端面とセンサ押付棒の鍔部との間に位置する押し付け力発生要素と、からなる、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】
前記超音波センサは、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り、前記信号線は、一端が前記２枚の電極に接続し他端が円筒形部分を有する２芯コネクタに接続された２芯ケーブルであり、
前記密閉型ハウジングは、前記治具フランジに気密に取り付けられ、前記センサ押付装置を気密に囲み、前記２芯コネクタの円筒形部分をシール部材の塑性変形により気密に貫通させて固定するロック部材を有する第１ハウジングと、
該第１ハウジングに気密に取り付けられた第２ハウジングと、
該第２ハウジングに気密に取り付けられ前記超音波センサからの２芯の信号をセラミック又は樹脂により気密に伝達する結線コネクタを有する盲フランジと、
前記第２ハウジング内において、前記２芯コネクタと結線コネクタを電気的に接続する同軸ケーブルと、からなることを特徴とする請求項２に記載の煉瓦残厚測定装置。
【請求項４】
前記接触媒体は、金属粉又は酸化金属粉の骨材と当該骨材を結合させる結合材とから構成され、使用可能温度での超音波伝達性能を具備し、且つ、前記超音波センサをカーボン煉瓦に密着させるように変形能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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７９９１１（Ｐ２０１３−７９９１１Ａ）
【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２０１１−２２１１３１（Ｐ２０１１−２２１１３１）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【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５日（２０１１．１０．５）
【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）】
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