JP2008145195A - コークス炉炭化室の炉壁変位測定システム、及びコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コークス炉の炭化室における微小な炉壁の変化を、長期間に亘って連続的に且つ高精度に測定できるようにする。
【解決手段】炭化室１１ｂ内の炉壁１４に対して、レーザ光２１を鋭角に投射するに際し、そのレーザ光２１の画像を鉛直上方向（石炭装入口１３ｂの方向）に映し出す耐熱ミラー３を炭化室１１ｂ内で懸垂させておく。従って、耐熱ミラー３により映し出された画像の撮像結果を用いてレーザ光２１の移動量ΔＨを求めることにより、炉壁１４の変位量ΔＤをサブミリ単位で高精度に識別することが可能になる。更に、大掛かりな冷却装置を用いなくても、長期間（例えば、隣接する炭化室に石炭が装入されてから、その石炭の乾留が完了するまでの約２０時間）に亘って耐熱ミラー３を炭化室１１ｂ内で懸垂させておくことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉炭化室の炉壁変位測定システム、及びコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法に関し、特に、コークス炉の炭化室の炉壁の変位を測定するために用いて好適なものである。

石炭を乾留してコークスを生成するためのコークス炉は、耐火レンガ等で形成された炉壁を介して、多数の炭化室と燃焼室とが交互に配置されて構成される。このようなコークス炉でコークスを生成する場合には、まず、炭化室の頂部にある石炭装入口から石炭を装入する。そして、ガスを燃やすことにより燃焼室で発生した熱によって、１０００℃以上の高温を凡そ２０時間、炭化室内の石炭に加える。これにより石炭が乾留され、コークスが製造される。コークスが製造されると、炭化室の両端にある扉を開けて、炭化室の側方から押出機によりコークスを押し出し、コークスを炭化室から取り出す。このようにしてコークスを製造するための炭化室は、例えば、長さが１５ｍ、高さが６ｍ、幅が０．４ｍ程度の大きさを有しており、長さと高さに比較して幅が狭い構造を有しているのが特徴である。

コークス炉を操業する上では、コークスを押し出す際の押出負荷が小さいことが望ましい。押出負荷が一定値以上になると、コークスの押し詰まりが発生して、コークスの生産能力が低下するからである。石炭の乾留中に、石炭が一時的に膨張するので、炭化室の炉壁には押し広げる力が加わる。燃焼室は、その両側に設けられた炭化室の炉壁によって区画された小室となっている。このため、炭化室で石炭が膨張して炉壁が押し広げられると、その炭化室と燃焼室を介して隣接した炭化室の炉壁も僅かに変位する。従って、コークスの押出負荷は、そのコークスが製造された炭化室に隣接した炭化室にある石炭の膨張と、その炭化室内の炉壁の変位との影響を受ける。

現状のコークス炉の多くは３０年以上の長期間にわたって稼動しているため、炉壁を構成する耐火レンガが熱的、化学的或いは機械的要因によって徐々に劣化している。具体的には、耐火レンガに亀裂や欠けが多数発生している。炉壁（耐火レンガ）がこのような状態であると、隣接する炭化室の石炭の膨張圧の影響をより大きく受けるために、炭化室の炉壁の変位量はより大きくなると考えられる。その結果、コークスの押出負荷が上昇する。従って、炭化室の炉壁の変位を高精度に把握することは、コークスの押出し性を予測してコークス炉の操業を管理する観点、並びにコークス炉体の劣化状態を知る観点で極めて重要である。

そこで、炭化室の炉壁の変位を測定するための技術が従来から提案されており、特許文献１には、以下の３つの技術が開示されている。
第１の技術では、石炭装入口から炭化室内部を覗くように炉上に設置された光学距離計から、測定対象の炭化室の炉壁に向けて測距光を投射し、その測距光の炉壁からの反射光を光学距離計で受光して、炉壁の変位を測定するようにしている。
第２の技術では、石炭装入口から炭化室内に挿入して固定したレーザ距離計から、炉壁に向けて測距光を投射し、その測距光の炉壁からの反射光をレーザ距離計で受光して、炉壁の変位を測定するようにしている。
第３の技術では、石炭装入口から長尺の測定棒を炭化室内に挿入して炉壁に接触させ、炉壁の変位に連動して、支点を介して測定棒が動くようにし、その測定棒の角度変化から、炉壁の変位を測定するようにしている。

特開２００２−５６４３号公報

しかしながら、前述した第１の技術では、光学距離計から投射された測距光が炉壁に対して鋭角に当たるため、測距光の炉壁からの反射光の多くは、光学距離計の方向に戻らない。従って、光学距離計へ戻る反射光が微弱になり、炉壁の変位を測定するのに必要な反射光を得ることができず、測定が安定しなかったり、精度が低下したりする問題点がある。

また、第２の技術では、レーザ距離計のような電子機器を、高温の炭化室内に長時間挿入し続ける必要がある。従って、レーザ距離計を熱から保護するために、非常に大掛かりな冷却機構を用いなければならないという問題点がある。また、レーザ距離計からの信号を外部に伝送するためのプローブが熱膨張・熱変形する可能性がある。このようにレーザ距離計からの信号を外部に伝送するためのプローブが熱膨張・熱変形すると、レーザ距離計からの信号に、炉壁の変位以外の情報が含まれる虞がある。このことは、炭化室内にレーザ距離計を装入している時間が長くなると一層顕著になる。そうすると、炉壁の変位を長期間に亘って高精度に測定することができなくなる。

更に、第３の技術では、支点より上にある測定棒の長さが十分でないと、微小な炉壁の変位を検出することができない。しかしながら、コークス炉上には、石炭装入車が頻繁に移動するので、支点より上にある測定棒の長さが長いと、石炭装入車の移動を妨げてしまう虞がある。従って、長時間、連続的に炉壁の変位を測定することが困難であるという問題点がある。また、炭化室内に装入する測定棒が熱変形することにより、測定誤差が生じる虞がある。この測定誤差は、炭化室内に測定棒を装入している時間が長くなると一層大きくなる。従って、炉壁の変位を長期間に亘って高精度に測定することができなくなる。

以上のように、従来の技術では、コークス炉の炭化室の炉壁の変位を、長期間（例えば、隣接する炭化室に石炭が装入されてから、その石炭の乾留が完了するまでの約２０時間）に亘って高精度に測定することが困難であるという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コークス炉の炭化室における微小な炉壁の変化を、長期間に亘って連続的に且つ高精度に測定できるようにすることを目的とする。

本発明のコークス炉炭化室の炉壁変位測定システムは、コークス炉の炭化室における石炭装入口の外方から、その炭化室内の炉壁に対して、レーザ光を投射する投射手段と、前記炭化室内に配置され、前記投射手段により投射されたレーザ光を含む画像を、前記石炭装入口の方向に映し出すミラーと、前記石炭装入口の上方から、前記ミラーで映し出された画像を撮像する撮像手段とを有することを特徴とする。

本発明のコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法は、コークス炉の炭化室における石炭装入口の外方から、その炭化室内の炉壁に対して、レーザ光を投射する投射ステップと、前記投射ステップにより投射されたレーザ光を含む画像が、前記炭化室内に配置されたミラーによって、前記石炭装入口の方向に映し出されると、その映し出された画像を、前記石炭装入口の上方から撮像する撮像ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、炭化室内に配置されたミラーによって炭化室の石炭装入口の方向に映し出されたレーザ光を含む炉壁の画像を、炭化室の石炭装入口の上方から撮像したので、撮像した画像を用いてレーザ光の移動量を求めることにより、炭化室内の炉壁の変位量を高精度に得ることが可能になる。更に、大掛かりな冷却装置を用いなくても、長期間に亘ってミラーを炭化室内に配置させておくことができる。従って、コークス炉の炭化室における微小な炉壁の変化を、長期間に亘って連続的に且つ高精度に得ることが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態におけるコークス炉炭化室炉壁測定システムを配置したコークス炉の構成の一例を示す図である。尚、図１では、コークス炉１００全体のうち、測定対象の炭化室付近のみを、断面図を用いて示している。また、図２は、コークス炉炭化室炉壁測定システムの構成の一例を示す図である。具体的に図２（ａ）は、図１において、コークス炉１００の上方から、石炭装入口１３ｂの方向を見た場合の様子の一例を示した図であり、図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ´方向から見た断面図である。

図１に示すように、コークス炉１００は、炉壁１４を介して炭化室１１ａ、１１ｂと燃焼室１６ａ、１６ｂ、１６ｃとが交互に配置されている。また、石炭装入口１３ａから、炭化室１１ａ内に石炭が装入され、コークス１５が製造されている。コークス１５は、ガス燃焼を行う燃焼室１６ａ、１６ｂからの熱によって、石炭が乾留されることにより製造される。
燃焼室１６ｂを介して炭化室１１ａと隣接する炭化室１１ｂには、石炭が装入されていない。本実施形態では、この石炭が装入されていない炭化室１１ｂの炉壁１４を測定対象とした場合を例に挙げて説明する。尚、この炭化室１１ｂは、例えば、コークス炉１００に設けられている複数の炭化室のうち、真ん中に位置する炭化室である。

炉壁１４は、例えば耐火レンガを積み重ねることによって形成される。操業中における炉壁１４の温度は、燃焼室１６ａ、１６ｂ、１６ｃからの熱によって、１０００℃以上の高温となっている。また、炭化室１１ａ、１１ｂ内も１０００℃以上の高温となっている。
炉壁１４の上には、天井耐火物１８が形成されている。本実施形態のコークス炉１００の炭化室１１ａ、１１ｂ（炉壁１４）の高さは６ｍであり、天井耐火物１８の高さは１．５ｍであり、石炭装入口１４の直径は０．４ｍである。また、図２において、炭化室１１ｂの長辺側の両端部には、押出機側扉１０１と排出側扉１０２とが設けられており、これら押出機側扉１０１と排出側扉１０２との間の距離（すなわち、炭化室１１の長辺側の水平方向の長さ）は、１５ｍである。
尚、炭化室１１ａの石炭装入口１３ａは蓋１２で塞がれている。更に、燃焼室１７の開口部も蓋１７で塞がれている。

以上のような構成のコークス炉１００における炭化室１１ｂ内の炉壁１４の変位を測定するために、本実施形態のコークス炉炭化室炉壁測定システムは、レーザ光源１と、レーザ支持台２と、耐熱ミラー３と、水冷パイプ４と、ミラー高さ調整機構５ａ、５ｂと、給水装置６と、排水装置７と、ガラス板８と、仮蓋９と、ノート型ＰＣ（Personal Computer）１０とを備えている。

レーザ光源１は、石炭装入口１３ｂの外方から、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に対してレーザ光２１を投射するためのものである。ここで、レーザ光源１は、レーザ光２１が投射されていないときに炭化室１１ｂ内の炉壁１４から発する光の波長と異なる発振波長のレーザ光を投射する。炭化室１１ｂの炉壁１４は１０００℃以上の高温であり赤色に発光しているので、レーザ光２１を明瞭に検出するには、レーザ光２１の発光色を赤色以外にするのが望ましいからである。

本実施形態において、レーザ光２１が投射されていないときに炭化室１１ｂ内の炉壁１４から発する光の波長の範囲は熱放射の法則に従い、凡そ６００ｎｍ以上であり、図３に示すように、波長が長くなるほど発光強度が増加する。そこで、本実施形態では、この波長の範囲を十分に避けられる５６０ｎｍ以下、好ましくは５５０ｎｍ以下の可視光域の発振波長のレーザ光２１を投射するようにしている。このように、レーザ光２１が投射されていないときに炭化室１１ｂ内の炉壁１４から発する光の波長と異なる発振波長のレーザ光２１を炭化室１１ｂ内の炉壁１４に投射するようにすれば、炭化室１１ｂの炉壁１４の色と、レーザ光２１の色とを明確に区別させることができる。具体的に本実施形態では、レーザ光源１の一例として、発振波長が５３２ｎｍ（緑色）の小型レーザを用いている。尚、短波長側の制限は、目視による調整作業や、撮像装置２０の感度域の制限から、可視光の短波長側限界、すなわち４００ｎｍ程度とすればよい。ただし、視認性を除去すれば近紫外光域でも構成可能である。

また、レーザ光源１である小型レーザのビーム出射口にはシリンドリカルレンズが取り付けられている。このシリンドリカルレンズにより、レーザ光源１は、図４に示すように、ライン状のレーザ光２１を、炭化室１１ｂ内の炉壁１４の内周方向（耐熱レンガの横方向の目地に沿う方向）に沿って投射することができる。尚、ライン状のレーザ光２１の長さは、例えば１００ｍｍである。

レーザ支持台２は、レーザ光源１を支持するためのものであり、レーザ支持台２にレーザ光源１が取り付けられることにより、レーザ光源１を固定した状態で、炭化室１１ｂ内の炉壁１４にレーザ光２１を投射することができる。
本実施形態では、コークス炉１００の高さ方向における中央付近にレーザ光２１が投射されるようにしている。コークス炉１００の炉頂部と炉底部とは拘束されているので、炭化室１１ｂ内の炉壁１４の変位は、コークス炉１００の高さ方向における中央付近が最も大きくなると考えられるからである。具体的に本実施形態では、石炭装入口１３ｂから約４ｍ下の位置（コークス炉１００の炉底部から３．５ｍの高さの位置）に、レーザ光２１が投射されるようにしている。

また、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度が大き過ぎると、炉壁１４が変位しても、レーザ光２１があまり移動しない。一方、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度が小さすぎると、炉壁１４に投射されたレーザ光２１が太くなってしまう。

そこで、本実施形態では、炭化室１１ｂ内の炉壁１４の変位によってレーザ光２１の位置がサブミリ単位（ここでは、０．２ｍｍ単位又は０．３ｍｍ単位）で移動するように、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度を設定するようにしている。例えば、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度が、４°以上、１０°以下、好ましくは５°以上６°以下となるように、炭化室１１ｂ内の炉壁１４にレーザ光２１が鋭角に投射されるようにする。具体的に、本実施形態では、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度が、５．５°となるように、炭化室１１ｂ内の炉壁１４にレーザ光２１が鋭角に投射されるようにしている。

尚、前述したように、炉壁１４は、耐熱レンガにより形成されており、炉壁１４のレンガ壁面には目地が存在する（図４を参照）。そこで、本実施形態では、レーザ光源１からライン状のレーザ光２１が、水平方向の目地に重ならないようにして、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に投射されるようにしている。ライン状のレーザ光２１が炉壁１４の水平方向の目地と一致してしまうと、後述する耐熱ミラー３がライン状のレーザ光２１を適切に映し出さなくなる（投影しなくなる）ためである。一方、垂直方向の目地はライン状のレーザ光２１の一部にかかっていても構わない。

耐熱ミラー３は、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に投射されたレーザ光２１を映し出す（投影する）ためのものある。本実施形態では、例えば、鏡面研磨されたステンレス製の板により耐熱ミラー３を構成し、且つその内部に冷却水が流れる流路を形成するようにしている。

水冷パイプ４ａ、４ｂは、炭化室１１ｂの内部で耐熱ミラー３を固定（懸垂）すると共に、耐熱ミラー３の内部に形成された流路に冷却水を流すためのものである。本実施形態では、例えば、ステンレス製の水冷パイプ４を用いている。これらの水冷パイプ４ａ、４ｂは、一端が夫々耐熱ミラー３に取り付けられ、他端が夫々不図示の排水ホース、給水ホースを介して排水装置７、給水装置６に取り付けられている。

給水装置６は、不図示の給水ホースを介して水冷パイプ４ｂの他端と相互に接続され、水冷パイプ４ｂに冷却水を供給する。排水装置７は、不図示の排水ホースを介して水冷パイプ４ａの他端と相互に接続され、水冷パイプ４ａからの冷却水を排水するためのものである。
以上のようにして耐熱ミラー３、水冷パイプ４、給水装置６、及び排水装置７を構成・配置することによって、耐熱ミラー３に冷却水が流れるようになり、耐熱ミラー３の表面が高温酸化することを防止することができる。これにより、コークス炉１００が操業されているときの炭化室１１ｂ内の高温度下においても、長期間（例えば２０時間以上）、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に投射されたレーザ光２１を耐熱ミラー３が正常に映し出すことができる。

また、水冷パイプ４ａ、４ｂは、図２に示すように、石炭装入口１３ｂを塞ぐ仮蓋９を貫通している。仮蓋９よりも外側（炭化室１１ｂの外部）において、水冷パイプ４ａ、４ｂは、ミラー高さ調整機構５ａ、５ｂにより支持されている。
ミラー高さ調整機構５ａ、５ｂは、水冷パイプ４ａ、４ｂを支持し、水冷パイプ４ａ、４ｂ（すなわち耐熱ミラー３）の高さを調整するためのものである。本実施形態のミラー高さ調整機構５ａ、５ｂは、例えば１５０ｍｍ程度、耐熱ミラー３を上下できる。これにより、炭化室１１ｂの炉壁１４に投射されたレーザ光２１の位置（高さ）に合わせて耐熱ミラー３を配置することができ、耐熱ミラー３がレーザ光２１の画像を確実に映し出すことができる。

石炭装入口１３ｂを塞ぐための仮蓋９の中央部分には、耐熱ガラス板８が取り付けられている。炭化室１１ｂの内部に配置された耐熱ミラー３で映し出された画像を、石炭装入口１３ｂの上方に配置された撮像装置２０で撮像できるようにするためである。この耐熱ガラス板８は、例えば、耐熱石英ガラスを用いて構成されている。
撮像装置２０は、耐熱ガラス板８を介して、耐熱ミラー３で映し出されたレーザ光２１を含む静止画像を撮像するためのものである。具体的に本実施形態では、望遠レンズを備えたデジタルカメラ（例えばＣＣＤカメラ）を撮像装置２０として用いている。

撮像装置２０は、その光軸が、コークス炉１００の高さ方向（鉛直方向）と略一致し、且つその撮像面が耐熱ガラス板３と対向する位置になるように配置（固定）されている。また、耐熱ミラー３は、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に投射されたレーザ光２１を含む画像が、撮像装置２０の光軸方向（石炭装入口１３ｂの方向）に向けて映し出されるように傾斜している。具体的に本実施形態では、図１に示すように、コークス炉１００の高さ方向（撮像装置２０の光軸方向）に対して４５°の角度を有するように、耐熱ミラー３が、水冷パイプ４に取り付けられるようにしている。また、図１に示すように、本実施形態では、撮像装置２０の視野２２の中に、耐熱ミラー３（の画像を映し出す面）が含まれるようにしている。
以上のようにして、レーザ光源１、レーザ支持台２、耐熱ミラー３、水冷パイプ４、及び撮像装置２０を構成・配置することにより、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に対して略鉛直方向から見た画像を、折り曲げ観察することができる。

ノート型ＰＣ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、及び画像入出力ボードを備えている。ノート型ＰＣ１０のハードディスクには、炭化室１１ｂ内の炉壁１４の変位量を算出するためのアプリケーションプログラムが格納されている。撮像装置２０により撮像された画像のデータが、画像入出力ボードを介して入力されると、ＣＰＵは、入力された画像のデータを用いて、炭化室１１ｂ内の炉壁１４の変位量を算出し、算出した結果をコンピュータディスプレイに表示させる。

ここで、炭化室１１ｂの炉壁１４の変位と、レーザ光２１の位置の変化との関係について説明する。図５は、炭化室１１ｂの炉壁１４の変位と、レーザ光２１の位置の変化との関係の一例を説明する図である。

図５において、炭化室１１ｂの炉壁１４の変位がない状態（炭化室１１ｂと隣接する炭化室が空窯の状態）で、レーザ光２１が位置Ｐに投射されるように、レーザ光源１を固定する。その後、炭化室１１ｂの炉壁１４が変位すると、炉壁１４は、一点鎖線で示したように、炭化室１１ｂの内方に張り出してくる。するとレーザ光２１の位置は位置Ｐよりも上方に動き、位置Ｐ´に投射される。このようにして生じる炉壁１４の変位量ΔＤ［ｍｍ］と、レーザ光２１の移動量ΔＨ［ｍｍ］との関係は、以下の（１）式で表される。
ΔＤ＝tanθ×ΔＨ ・・・（１）

炉壁１４の変位量ΔＤは、大きくても数ミリである。しかしながら、前述したように、本実施形態では、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度θを、炉壁１４に照射されたレーザ光２１が太らない範囲で可及的に小さくしている。従って、炉壁１４の変位量ΔＤが僅かであっても、レーザ光２１の移動量ΔＨを可及的に大きくすることができ、レーザ光２１の移動量ΔＨをサブミリ単位で識別することが可能になる。
尚、図５において、Ｄは、レーザ光源１から、炭化室１１ｂ内の炉壁１４までの水平方向の距離であり、Ｈは、レーザ光源１から、レーザ光２１の位置Ｐまでの垂直方向（高さ方向）における距離である。

ところで、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度θが鋭角であるので、石炭装入口１３ｂからレーザ光２１を直接観察したのでは、レーザ光２１の移動量ΔＨを精度よく観測することができない。しかしながら、前述したように、本実施形態では、耐熱ミラー３を用いて、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に対して略鉛直方向から見た画像を撮像（観察）するようにしているので、レーザ光２１の移動量ΔＨを明瞭に観測することができる。

図６は、撮像装置２０で撮像されたレーザ光２１を含む画像の一例を示す図である。図６に示す例では、炭化室１１ｂ内の炉壁１４を構成する耐熱レンガの画像５１と、目地の画像５２と、炉壁１４に投射されたレーザ光の画像５３とが得られている。
図６（ａ）は、炭化室１１ｂの炉壁１４の変位がない状態（炭化室１１ｂと隣接する炭化室が空窯の状態）で撮像された画像を示す。具体的に図６（ａ）では、図５に示した位置Ｐにレーザ光の画像５３ａが得られた様子を示している。
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す画像の撮像後、炭化室１１ｂの炉壁１４が変位した状態で撮像された画像を示す。具体的に図６（ｂ）では、図５に示した位置Ｐ´にレーザ光の画像５３ｂが得られた様子を示している。
図６（ｃ）は、図５に示した位置Ｐから位置Ｐ´にレーザ光２１ｂが移動する様子を示す（図６（ｃ）は、撮像画像ではなく、実際の炉壁の様子である）。

本実施形態では、図６（ａ）に示す画像に含まれるレーザ光の画像５３ａの位置と、図６（ｂ）に示す画像に含まれるレーザ光の画像５３ｂの位置とを用いて、炉壁１４の変位量ΔＤを算出することができる。
具体的にノート型ＰＣ１０は、レーザ光源１から投射されるレーザ光２１と、炭化室１１ｂ内の炉壁１４とのなす角度θを、ユーザによるユーザインタフェースの操作に基づき入力して、例えばハードディスクに記憶する。また、ノート型ＰＣ１０は、炉壁１４を構成する耐熱レンガの実際の高さＢ［ｍｍ］を、ユーザによるユーザインタフェースの操作に基づき入力して、例えばハードディスクに記憶する。

そして、ノート型ＰＣ１０は、例えば、図６（ａ）に示す画像に含まれるレーザ光の画像５３ａの位置と、図６（ｂ）に示す画像に含まれるレーザ光の画像５３ｂの位置との差ΔＨ´［画素数］を演算する。このΔＨ´は、垂直方向目地近傍のレンガ表面の凹凸がないところ、すなわちレーザラインの直線が変形していないところで読み取る。また、図６（ａ）又は図６（ｂ）に示す画像に含まれる耐熱レンガの画像５１の高さＢ´［画素数］を演算する。

そして、ノート型ＰＣ１０は、前記（１）式を元にした以下の（２）式を演算することにより、炉壁１４の変位量ΔＤを演算する。
ΔＤ＝tanθ×ΔＨ＝tanθ×｛ΔＨ´×（Ｂ／Ｂ´）｝・・・（２）
ノート型ＰＣ１０は、以上のようにして求めた炉壁１４の変位量ΔＤと、図６（ｂ）に示す画像を入力した時間とを対応付けて、例えばハードディスクに記憶する。そして、ノート型ＰＣ１０は、撮像装置２０から画像が入力される度に、その画像と、図６（ａ）に示した画像とを用いて、以上のような演算と記憶とを繰り返し行う。

また、ノート型ＰＣ１０は、以上の演算の結果を用いて、炉壁１４の変位量ΔＤと、経過時間との関係を示すグラフを作成し、作成したグラフを示す画像をコンピュータディスプレイに表示する。図７は、炉壁１４の変位量ΔＤと、経過時間との関係の一例を示す図である。図７では、炭化室１１ｂに隣接する炭化室に石炭が装入されてから、１５分〜３０分間隔で、撮像装置２０による前述した撮像を実施し、石炭の乾留が完了するまで、撮像を行った場合を例に挙げて示している。すなわち、図７の横軸は、炭化室１１ｂに隣接する炭化室に石炭が装入されてからの経過時間である。一方、縦軸は、炉壁１４の変位量ΔＤであり、炉壁１４の変位がないとき（炭化室１１ｂに隣接する炭化室に石炭が装入されていないとき）にゼロの値を示し、炭化室１１ｂの内方に張り出しているときに正の値を示す。

図７のグラフ６１に示すように、炭化室１１ｂに隣接する炭化室に石炭が装入されると、直ちに炉壁１４の変化が発生した。これは、常温の石炭が装入されたことにより、耐熱レンガの表面温度が低下して、熱応力により炉壁１４が変形したためと考えられる。その後、１０時間が経過したあたりで炉壁１４の変位が大きくなる。この時間帯で炉壁１４の変位が大きくなるのは、石炭の軟化溶融層が炉幅中心付近で会合することによって発生する石炭の膨張圧で炉壁１４が押されているためであると考えられる。このように、本実施形態のようにして炉壁１４の変位を測定することにより、石炭が乾留されている最中の炉壁１４の変位を定量的に把握することができる。

以上のように本実施形態では、炭化室１１ｂ内の炉壁１４に対して、レーザ光２１を鋭角に投射するに際し、そのレーザ光２１の画像を鉛直上方向（石炭装入口１３ｂの方向）に映し出す耐熱ミラー３を炭化室１１ｂ内で懸垂させておく。従って、耐熱ミラー３により映し出された画像の撮像結果を用いてレーザ光２１の移動量ΔＨを求めることにより、炉壁１４の変位量ΔＤをサブミリ単位で高精度に識別することが可能になる。更に、大掛かりな冷却装置を用いなくても、長期間（例えば、隣接する炭化室に石炭が装入されてから、その石炭の乾留が完了するまでの約２０時間）に亘って耐熱ミラー３を炭化室１１ｂ内で懸垂させておくことができる。従って、炉壁１４の変位量ΔＤを長期間に亘って高精度に求めることができる。

また、本実施形態では、ライン状のレーザ光２１を投射するようにしたので、レーザ光２１の移動量ΔＨをより正確に求めることができる。前述したように、炉壁１４は、耐熱レンガと目地とで構成されている。従って、耐熱レンガの角欠け等によって目地とその付近に局所的な凹凸部ができてしまっていたり、垂直方向の目地付近に微細な凹凸部（サイズ、深さはまちまちである）ができてしまったりしていることがある。しかしながら、本実施形態のように、レーザ光２１をライン状にすれば、図６に示したように、垂直方向の目地付近ではラインの乱れがあるが、表面が比較的平坦な耐熱レンガの部分では明瞭なラインが得られ、前述した凹凸部のようなレンガ表面が平坦でない箇所を避けてレーザ光２１の移動量ΔＨを求めることができる。よって、レーザ光２１の移動量ΔＨをより正確に求めることができる。

また、本実施形態では、炭化室１１ｂ内の炉壁１４から発する光の波長と異なる発振波長が５３２ｎｍ（緑色）のレーザ光２１を投射するようにしたので、レーザ光２１と炉壁１４とを明確に区別することができる。従って、レーザ光２１の移動量ΔＨをより正確に求めることができる。

また、本実施形態では、炉壁の変位量と、経過時間との関係を求めることができるので、石炭の膨張圧等による炉壁１４の変位が、石炭の乾留中にどのように推移するのかを、炭化室１１のサイズや老朽度等に対応付けて把握することが可能になる。従って、コークスの押し出しを高精度に管理することができるようになり、操業を安定させることができる。

尚、本実施形態では、また、コークス炉１００に設けられている複数の炭化室のうち、真ん中に位置する炭化室１１ｂを測定対象としたが、測定対象とする炭化室は、コークス炉１００に設けられている炭化室であれば、どの炭化室であってもよい。
また、本実施形態では、静止画像を撮像するデジタルカメラを用いて撮像装置２０を構成するようにしたが、撮像装置２０は必ずしもデジタルカメラでなくてもよい。例えば、動画像を撮像するビデオカメラを用いて撮像装置２０を構成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、緑色のレーザ光２１を投射するようにしたが、レーザ光２１が投射されていないときに、炭化室１１ｂ内の炉壁１４から発する光の波長と異なる発振波長（５６０ｎｍ以下の波長）のレーザ光であれば、レーザ光の色（波長）は、どのようなものであってもよい。例えば、青色のレーザ光２１を投射するようにしてもよい。

更に、本実施形態のように、ライン状のレーザ光２１を投射すれば、レーザ光２１の移動量ΔＨをより正確に求めることができ好ましいが、レーザ光２１は、ライン状でなくてもよい。目地とその付近に形成されている凹みにたまたま当たった場合、正確な測定ができなくなる虞があるが、点状のレーザ光を投射してもよい。

また、本実施形態では、ノート型ＰＣ１０を用いて、炉壁１４の変位量ΔＤを求めるようにしたが、必ずしもノート型ＰＣ１０を用いる必要はない。例えば、デスクトップ型ＰＣを用いてもよい。また、ノート型ＰＣ１０が行う計算を、人手で行ってもよい。

以上説明した本発明の実施形態のうち、ノート型ＰＣ１０にかかる部分は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の実施形態を示し、コークス炉炭化室炉壁測定システムを配置したコークス炉の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、コークス炉炭化室炉壁測定システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、表面温度が１０００℃の場合の分光特性の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、炭化室内の炉壁に投射されたレーザ光の様子の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、炭化室の炉壁の変位と、レーザ光の位置の変化との関係の一例を説明する図である。 本発明の実施形態を示し、撮像装置で撮像されたレーザ光を含む画像の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、炉壁の変位量と、経過時間との関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ レーザ支持台
３ 耐熱ミラー
４ 水冷パイプ
５ ミラー高さ調整機構
６ 給水装置
７ 排水装置
８ ガラス板
９ 仮蓋
１０ ノート型ＰＣ
１１ 炭化室
１４ 炉壁
１６ 燃焼室
２０ 撮像装置
２１ レーザ光
１００ コークス炉

Claims (12)

1. コークス炉の炭化室における石炭装入口の外方から、その炭化室内の炉壁に対して、レーザ光を投射する投射手段と、
   前記炭化室内に配置され、前記投射手段により投射されたレーザ光を含む画像を、前記石炭装入口の方向に映し出すミラーと、
   前記石炭装入口の上方から、前記ミラーで映し出された画像を撮像する撮像手段とを有することを特徴とするコークス炉炭化室の炉壁変位測定システム。
2. 前記撮像手段に撮像された画像を処理して、前記炭化室の炉壁の変位を演算する炉壁変位演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定システム。
3. 前記ミラーを冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定システム。
4. 前記投射手段は、可視光域で５６０ｎｍ以下の波長のレーザ光を投射することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定システム。
5. 前記投射手段は、前記炭化室内の炉壁の内周方向に沿ったライン状のレーザ光を投射することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定システム。
6. 前記投射手段は、前記炭化室内の炉壁の変位によって前記レーザ光の位置がサブミリ単位で移動する角度で、前記炭化室内の炉壁にレーザ光を投射することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定システム。
7. コークス炉の炭化室における石炭装入口の外方から、その炭化室内の炉壁に対して、レーザ光を投射する投射ステップと、
   前記投射ステップにより投射されたレーザ光を含む画像が、前記炭化室内に配置されたミラーによって、前記石炭装入口の方向に映し出されると、その映し出された画像を、前記石炭装入口の上方から撮像する撮像ステップとを有することを特徴とするコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法。
8. 前記撮像ステップに撮像された画像を処理して、前記炭化室の炉壁の変位を演算する炉壁変位演算ステップを有することを特徴とする請求項７に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法。
9. 前記ミラーを冷却する冷却ステップを有することを特徴とする請求項７又は８に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法。
10. 前記投射ステップは、前記レーザが投射されていないときに前記炭化室内の炉壁から発する光の波長と異なる波長のレーザ光を投射することを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法。
11. 前記投射ステップは、前記炭化室内の炉壁の内周方向に沿ったライン状のレーザ光を投射することを特徴とする請求項７〜１０の何れか１項に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法。
12. 前記投射ステップは、前記炭化室内の炉壁の変位によって前記レーザ光の位置がサブミリ単位で移動する角度で、前記炭化室内の炉壁にレーザ光を投射することを特徴とする請求項７〜１１の何れか１項に記載のコークス炉炭化室の炉壁変位測定方法。

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