JP2008202004A - コークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法及び破孔補修装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉壁温度が７００℃以上に保持された状態でマニピュレータを用いてコークス炉炭化室炉壁の破孔を補修する方法又は装置において、様々な形状や大きさの破孔に対応でき、効率的かつ高強度に、炭化室側から熱間で補修することのできる方法及び装置を提供する。
【解決手段】形状計測手段７、耐火物把持手段１３及び耐火物溶射手段８を装着したマニピュレータ５、６を用いて、炭化室側から破孔３の形状を計測して形状データを得て、形状データに基づいて破孔３に入る形状に耐火物４を加工し、加工された耐火物４を耐火物把持手段１３に把持させて炭化室側から耐火物４を破孔３に挿入し、耐火物４及び耐火物４と破孔３との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を、耐火物溶射手段８によって行うことにより、破孔３を閉塞する破孔補修方法及びそのための破孔補修する補修装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、コークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法及び破孔補修装置に関し、具体的には、コークス炉の炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁煉瓦が抜け落ちて生じた破孔を、熱間で補修する技術に関する。

コークス炉は、炭化室に石炭を装入し、燃焼室から加熱することにより、石炭を乾留する。燃焼室と炭化室を仕切る炉壁は、厚さ１００ｍｍ程度であるが、炉体の老朽化に伴って炉壁が損傷し、炉壁の減肉や凹凸拡大、煉瓦の角欠けなどが進行し、遂には炉壁煉瓦が半枚から４〜５枚程度の大きさで抜け落ちて穴が空き、破孔が発生する。破孔が発生すると、石炭を装入できないため操業が停止するほか、破孔に気付かずに石炭を装入してしまうと破孔部から燃焼室側に石炭が流入し、燃焼室や蓄熱室の閉塞を招く。

従来、破孔補修には、人が断熱箱内に入って損傷部の煉瓦積替えを行う方法が用いられている。この方法では、人が炉内に入るために、まず断熱ボードで作製した断熱箱を炭化室に挿入して、炉温が下がった後に人が断熱箱内に入って作業を行う。
しかし、炉壁の珪石煉瓦は、６００℃付近で熱膨張率が急激に変化して熱衝撃の影響を受けやすいため、断熱箱を挿入した部分の炉壁温度が低下し、炉壁を損傷させてしまうことが問題となっている。

そのため破孔補修を含め炉壁の補修は、操業温度の１０００℃近傍の熱間で行うことが理想であり、炉外から装置を挿入して溶射を行うなどして補修する方法も用いられている。
しかし、煉瓦数枚の大きさに及ぶ破孔を溶射のみで埋めることは、燃焼室に溶射材が吹き抜けてしまうため不可能である。
そこで溶射材が燃焼室に吹き抜けることを防止して、破孔部を閉塞する方法として、特許文献１及び特許文献２のように点検口から耐熱性当て板を挿入し、破孔部に燃焼室側から押し付ける方法がある。

点検口は燃焼室の燃焼状態を炉頂から観察するための穴であり、放散熱を抑制するなどの理由により径φ１００ｍｍ程度に小さく設計されている。そのため、点検口から挿入できる当て板の大きさは制限される。また一般に、機器を約１０００℃の高温環境で駆動するためには、断熱材及び水冷構造を有する厚い外殻で保護する必要があるため、機内幅は狭くなる。したがって、観察装置、計測装置、及び関節の駆動装置など破孔部に当て板を押し付けるために必要な機能を機内に収納することは実現困難である。

また、特許文献３及び特許文献４は、溶射材の吹き抜けを防止するために、予め燃焼室側から溶射を行って破孔部を閉塞した後、炭化室側から溶射を行う方法である。
しかし、上述の当て板を挿入する装置と同様に、燃焼室側から溶射を行うためには、点検口に挿入できる大きさに溶射バーナーを設計する必要がある。点検口から挿入したバーナーを燃焼室内で破孔形状に沿って駆動し、溶射するためには、炉長方向又は炉幅方向にバーナーヘッドを駆動する軸を燃焼室内に挿入する必要があるが、軸数を増やすことで装置が大きくなるため点検口に挿入することが困難になる。

一方、閉塞物を炭化室側から嵌め込み、炭化室側から溶射を行う方法では、点検口より大きな開口部を有する窯口又は装入口から、装置を挿入して補修することができる。窯口は炉幅約４００ｍｍ×炉高約４〜６ｍの大きさで、コークス炉の押出機側及び消火車側の２箇所あり、装入口は径がφ４００ｍｍ程度で、炉頂に４〜５箇所ある。点検口の径に比べ装入口は大きいが、装置の機体設計及び作業性を考慮すると十分ではなく、窯口から挿入する方が有利である。炭化室側から閉塞物を嵌め込む場合は、破孔部と閉塞物との間に嵌め込むための隙間を設ける必要があるが、この隙間から溶射材が燃焼室へ吹き抜けることを防止するために、隙間を極力小さくすることが望ましい。したがって、破孔形状にあわせて加工した閉塞物を精密に嵌め込む必要がある。また、破孔部に嵌め込んだ閉塞物が、溶射などで固定される前に燃焼室又は炭化室に落下してしまわないようにする対策があることが望ましい。すなわち閉塞物の精密な位置決めに必要な自由度を有するマニピュレータに加え、それとは独立に駆動可能な自由度を有する溶射などの固定手段を備えたマニピュレータが必要である。

このように破孔補修においては、炭化室で精密に動作する、多軸を有するマニピュレータを熱間で実現することが望ましい。従来、炭化室に挿入し、炉壁を補修する装置として、特許文献５、６のような炭化室内で炉高、炉長、炉幅方向に精密な動作が可能な３軸マニピュレータが提案されている。これによると、窯口から挿入した装置によって、炉壁の凹凸深さを計測し、深さに応じて溶射肉盛量を調整して平坦化することができる。しかし、そのまま適用しても、煉瓦半枚以上も抜け落ちる破孔の補修までは実現されていなかった。

特開平１０−２３２０９０号公報 特開平１０−２３２０９１号公報 特開昭６２−２８８６８６号公報 特開平３−２７９７８５号公報 特開２０００−２１２５６６号公報 特開２００４−２７７５２７号公報

上記のとおり、コークス炉において炉体の老朽化やこれによる炉壁の損傷を回避することは困難である。従来の破孔補修では、煉瓦を積替えるなどの複雑な作業を行うために人力によって補修すると、炉体の冷却によってさらに損傷を促進してしまった。
また、熱間で炉外から装置を用いて破孔を補修する方法では、狭隘な点検口や装入口、炉幅の制約によって、炉内で精密に動作できるマニピュレータは３軸までしか実現できておらず、破孔部を閉塞する物体を把持して、精密に位置決めすることができなかった。すなわち、炭化室側から閉塞物を嵌め込み、破孔部との隙間を溶射材の吹き抜けが防止できる程度まで小さく制御し、閉塞物を固定する手段が実現されていなかった。

本発明は、上記課題に鑑み、コークス炉炭化室炉壁の破孔を補修する方法又は装置であって、様々な形状や大きさの破孔に対応でき、効率的かつ高強度に、炭化室側から熱間で補修することのできる方法及び装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明者はコークス炉炭化室炉壁の破孔を補修する方法又は装置について広く研究を行った。これにより以下の知見を得た。
（Ａ） １０ｍｍ以下の隙間に対して耐火物の溶射を行った場合、炉壁を貫通して溶射材が吹き貫けることはほとんどない。この場合、溶射材の吹き抜けを防止する閉塞物を用いる必要がない。
（Ｂ） マニピュレータを用いて破孔部の形状を計測する場合、炉壁面上の破孔の形状及び破孔の炉壁厚さ方向深さの形状データは、上記の隙間の１０ｍｍ以内を満たす形状に閉塞物を加工するための十分な精度を持つ。
（Ｃ） 溶射材の吹き抜けを防止する閉塞物として、溶射の火炎温度に耐える耐火物が適当である。
（Ｄ） 耐火物の溶射施工後の破孔補修部の強度は、炉壁厚さ方向に全厚さにわたって溶射されなくても十分な強度が得られる。

（Ｅ） マニピュレータは、その先に直径１０ｍｍ規模の狭い範囲を溶射する溶射手段を装着しても、炭化室の中の空間で、位置及び角度において溶射作業をするための十分な自由度を持つことができる。
（Ｆ） （Ａ）〜（Ｅ）により、マニピュレータを用いて炭化室側から耐火物を破孔に嵌め込み、これを溶射することによってコークス炉炭化室炉壁の破孔を補修することができる。

本発明は上記の知見を基になされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
（１） コークス炉の炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁煉瓦が抜け落ちて生じた破孔部を、マニピュレータを用いて炉壁温度が７００℃以上に保持された状態で補修するコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法であって、前記炭化室側から前記破孔部の形状を計測して形状データを得て、前記形状データに基づいて前記破孔部に入る形状に耐火物を加工し、加工された前記耐火物を耐火物把持手段に把持させて炭化室側から前記耐火物を前記破孔部に嵌め込み、前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことにより、前記破孔部を閉塞することを特徴とするコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
（２） 前記マニピュレータが１台であり、当該マニピュレータに形状計測手段、耐火物把持手段及び耐火物溶射手段が装着されていることを特徴とする前記（１）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（３） 前記マニピュレータが２台以上であり、形状計測手段を装着したいずれかのマニピュレータを用いて前記炭化室側から前記破孔部の形状を計測して形状データを得て、耐火物把持手段を装着した第１のマニピュレータを用いて前記耐火物を把持させて炭化室側から前記耐火物を前記破孔部に嵌め込み、前記第１のマニピュレータで前記耐火物を嵌め込んだ位置に保持した状態で、溶射バーナーを装着した第２のマニピュレータを用いて前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことを特徴とする前記（１）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
（４） 前記２台以上のマニピュレータが、基部側から少なくとも１つ以上の駆動軸を共有することを特徴とする前記（３）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（５） 前記第１のマニピュレータで前記耐火物を嵌め込んだ位置に保持した状態で、溶射バーナーを装着した前記第２のマニピュレータを用いて、前記破孔部との境界の一部に炭化室側から溶射して固定し、この時点で前記第１のマニピュレータによる前記耐火物の把持を解放し、前記第２のマニピュレータで前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことを特徴とする前記（１）、（３）、（４）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（６） 前記破孔部の形状を測定する際に、前記マニピュレータを用いて耐火物を嵌め込みやすい形状に破孔部を削正することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
（７） 前記破孔部の形状を測定する際に、前記マニピュレータを用いて、破孔部に付着している粉塵及び破孔部に剥離している耐火物片のいずれか又は両方を除去することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（８） 前記マニピュレータに装着された前記耐火物把持手段に前記耐火物を把持させる際に、前記耐火物把持手段には複数本の片持ち梁状の棒材を設け、嵌め込む耐火物には炭化室側に指孔を設け、前記棒材と前記指孔とを嵌合させ、耐火物を破孔部に嵌め込んだ後で、前記棒材と前記指孔の前記嵌合を解消して前記指孔に溶射を施すことを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（９） 嵌め込む前記耐火物を、複数の耐火物片に分け、それぞれの前記耐火物片に対して破孔部に嵌め込んだ後に、炉壁面方向に移動させ破孔部と耐火物の一端との隙間を小さくした後、固定することにより一端より破孔部を閉塞し、他端又は中央へ向かって順次破孔部を閉塞することを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（１０） コークス炉の炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁煉瓦が抜け落ちて生じた破孔部を、炉壁温度が７００℃以上に保持された状態で補修するコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置であって、炭化室側から前記破孔部の形状を計測する形状計測手段と、前記破孔部に嵌め込む前記耐火物を把持する耐火物把持手段と、前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて溶射する耐火物溶射手段と、これら３つの手段の所定の位置決めが可能なマニピュレータとを有することを特徴とするコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
（１１） 前記計測手段からの計測データに基づいて破孔部に嵌め込む耐火物を加工する耐火物加工手段を有することを特徴とする前記（１０）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。

（１２） 前記マニピュレータが２台以上であり、いずれかのマニピュレータに前記形状計測手段、前記耐火物把持手段、及び前記耐火物溶射手段のうち、少なくともいずれかが装着されたことを特徴とする前記（１０）又は前記（１１）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
（１３） 前記２台以上のマニピュレータが、基部側から少なくとも１つ以上の駆動軸を共有することを特徴とする前記（１２）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

（１４） 前記マニピュレータに装着可能な、耐火物を嵌め込みやすい形状に破孔部を削正する削正手段を有することを特徴とする前記（１０）〜（１３）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
（１５） 前記マニピュレータに装着可能な、破孔部に付着した粉塵を除去する粉塵除去手段を有することを特徴とする前記（１０）〜（１４）のいずれかに記載の破孔補修装置。
（１６） 前記マニピュレータに装着可能な、破孔部に剥離した耐火物片を除去する耐火物片除去手段を有することを特徴とする前記（１０）〜（１５）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。

（１７） 前記耐火物把持手段が、嵌め込む耐火物に設けられた指孔と嵌合する片持ち梁状の棒材を複数本有していることを特徴とする前記（１０）〜（１６）のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
（１８） 前記耐火物把持手段に設けられた片持ち梁状の前記棒材が耐熱金属材料又はセラミックスで作られていることを特徴とする前記（１７）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
（１９） 前記耐火物把持手段に設けられた片持ち梁状の前記棒材が炭素系材料で作られていることを特徴とする前記（１７）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。

（２０） 前記（１９）に記載された耐火物把持手段を用いて、溶射の際に前記棒材を焼失させることを特徴とする前記（１）〜（９）に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

本発明により、様々な大きさと形状の破孔部にあわせて、溶射の吹き抜けを防止するための耐火物を精密に嵌め込むことができるため、溶射材の吹き抜けを極力減らして、効率的な補修が可能となる。また、耐火物の厚さや破孔部への嵌め込み深さ、及び溶射体の厚さを制御でき、さらに嵌め込んだ耐火物と破孔部周辺煉瓦との境界を、溶射条件を一定に保つように制御しながら溶射することができるため、高強度で信頼性の高い補修を行うことができる。

炭化室側から装置を挿入するだけで補修を行うことができるため、燃焼室側に点検口から挿入する場合に比べて、装置の大きさを窯口に入る大きさまで許容でき、特に熱間で補修する上での装置の耐熱設計、必要機能の付加、機構設計、装置の操作が容易になる。
破孔の削正並びに粉塵及び剥離耐火物片の除去等を行った場合は、耐火物の嵌め込みが容易になったり、溶射体の強度を上げることができたりするので、高い補修強度を得ることができる。

耐火物把持手段として複数本の片持ち梁状の棒材と、耐火物に設けた指孔との嵌合を用いることにより、様々な形状、大きさの耐火物に対して、一定の孔径、孔間隔の指孔を設けることで把持可能であり、嵌合後、棒材の間隔を拡縮するなどして耐火物を正確に位置決めできる。
嵌め込む耐火物を複数の片に分け、耐火物片を挿入後に、破孔部と耐火物片の一端との隙間を小さくするように炉壁面方向に移動して固定する操作をそれぞれの片に対して繰り返すことによって、破孔部と耐火物との隙間を小さくでき、溶射材の吹き抜けを防止できる。

さらに、耐火物把持手段に設けられた複数本の片持ち梁状の前記棒材が耐熱金属又はセラミクスで作られている場合は、この部材を繰り返し使うことができる。
一方、炭素系素材で作られている場合は繰り返し使うことができないが、焼失するので嵌合した棒材を抜く作業を省略することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１はコークス炉の破孔３の模式図である。炉壁は珪石煉瓦を積上げて作られており、煉瓦１枚の大きさは、幅３００〜４００ｍｍ、高さ約１２０ｍｍ、厚さ約１００ｍｍである。破孔３の大きさは、幅は１５０〜４００ｍｍ程度、高さは１５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のものが多い。
また、破孔破面形状には、図２（Ａ）に示すように、ダボがあるもの３ａ、３ｂや、図２（Ｂ）に示すように、破断してダボがないもの３ｃ、燃焼室２へ向かって拡がる形状３ｄや、図２（Ｃ）に示すように、燃焼室２へ向かって狭まる形状３ｅがあり、それらの組合せにより様々な形状の破孔が発生しうる。尚、図２中符号１は炭化室である。

図３は、本発明の破孔補修方法の一実施例を示した側面図である。
通常操業時の炭化室１の炉内温度は約１０００℃であり、コークス押出しの際に破孔３が発生した場合、直ちに装置を窯口から炭化室１へ挿入し、炉内温度を７００℃以上に保ったまま補修を行う。
まず、第１又は第２のマニピュレータ（図３（Ａ）では第１のマニピュレータ５）に搭載した観察カメラ１５で破孔形状を観察し、図３（Ａ）に示すように形状計測装置７を用いて破孔の形状計測を行う。
必要であれば形状計測の前に破孔部周囲の煉瓦を削正し、堆積した粉塵や剥離した耐火物片を除去する。そして計測した形状に対して、図３（Ｂ）に示すように、耐火物を嵌め込むための隙間を設けた耐火物４を炉外で作製する。

次に、炉外で図３（Ｂ）に示すように、第１のマニピュレータ５により、耐火物４を耐火物把持手段の棒材１３と指孔１４を用いて把持し、再び炭化室１に装置を挿入する。ここで、指孔１４とは耐火物をマニピュレータで把持するためにマニピュレータの先端の片持ち梁状の棒材が挿入される孔である。
さらに、図３（Ｃ）に示すように、耐火物４を破孔３に嵌め込み、第２のマニピュレータ６に装着した溶射バーナー８で耐火物４を溶射体９によって固定する。
そして、図３（Ｄ）に示すように耐火物４の把持を解放し、第１のマニピュレータ５を耐火物４からはなす。
最後に、図示を略したが、再度形状計測装置７を用いて炉壁の凹凸形状の計測を行い、図３（Ｅ）に示すように、嵌め込んだ耐火物４に対して溶射体１０を施工し壁面を平滑化する。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、破孔３を削正する方法の一実施例を示した側面図である。上述の図３（Ａ）及びその説明で述べた通り、最初に破孔３の形状計測を行う。しかし、破孔３の周囲の煉瓦は、亀裂が入るなどして強度が低下している場合があり、そのような煉瓦は装置を用いて除去し、強度が高い周囲の煉瓦に対して補修を行うことで、より高強度に補修ができる。
削正手段としては、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のマニピュレータ５に取付けた鉤状の形状をした工具１１を用いて、炭化室１側から引っ掛けて引っ張ると良い。この場合、破損していない煉瓦目地部が現れるか、又は破面が炭化室１側に向くので、耐火物４の嵌め込みも溶射もやりやすくなる。また引っ張る際に力を加えすぎて周囲の炉壁を破損することがないように、発生する力を駆動軸１９（図５参照）などで検知して力制御を行うことが望ましい。

図８は、破孔３に付着している粉塵又は破孔３に剥離している耐火物片を除去する方法の一実施例を示した側面図である。破孔３の周囲の粉塵又は微細な耐火物片を、マニピュレータ５に取付けた粉塵等除去手段１２によって、風圧によって吹き飛ばす又は吸引して除去する方法が考えられる。

形状の測定を上記破孔３の削正及び粉塵の除去に引き続いて行う。図３（Ａ）ではマニピュレータが２台あり、そのうちの第１のマニピュレータ５に観察カメラ１５及び形状計測装置７を装着して、その破孔３の形状を測定した。形状計測装置７はレーザー距離計等を用いて、炭化室１側から見た破孔３の３次元形状を測定できる。
また、観察カメラ１５からの写真を位置を変えて数枚撮り、三角測量の要領で主要な点の位置を割り出す方法で、破孔部の形を数値データで取得してもよい。

形状データに基づき、オペレータが嵌め込む耐火物の加工をしても良いが、耐火物の加工で精度を上げる際には、形状データが数値として得られているのでＮＣ工作機械を使うことが可能である。

嵌め込む耐火物４と破孔３との隙間は、溶射の吹き抜けを回避するために１０ｍｍ以下が望ましい。また、好ましくは隙間がないことが望ましい。しかし、マニピュレータ５の位置決め分解能、計測精度、加工精度、加工形状等を考慮すると、隙間は１〜５ｍｍ以上であることが望ましい。
また、溶射の炉壁厚さ方向の深さを確保し、耐火物と溶射体の接着面積を大きくするために、耐火物の周囲に３０ｍｍ程度の開先があることが望ましい。

図６（Ａ）、（Ｂ）は耐火物把持手段を示す正面図及び下面図であり、耐火物把持手段は、第１のマニピュレータ５に設けた、２本の片持ち梁状の棒材１３と、耐火物４に設けた２個の指孔１４とを嵌合させて把持する。棒材はそれぞれ、同図の矢線に示す方向の駆動軸２２、２３を有しており、棒材と指孔の嵌合の後、駆動軸２２によって同図の矢線に示す方向へ、棒材１３の間隔を棒材１３が指孔１４内周に接触するまで拡げるか、又は狭めることによって、耐火物４を把持する。
駆動軸２２は、例えばエアーシリンダで駆動し、エアー圧を解放することにより、耐火物４を放すことができる。指孔１４を設ける位置は、溶射バーナー８の溶射目標点に、耐火物４の周長の一部を、第１のマニピュレータ５によって位置決めが可能な領域内の任意の位置でよい。
耐火物４の位置は、駆動軸２１及び２３によってｘ’軸、ｚ’軸方向へ移動することにより、溶射バーナー８の溶射目標点との距離を調整できる。

このように加工されてマニピュレータ５に把持された耐火物を、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示された手順で、嵌め込み、溶射することで、破孔３を補修する。

図４及び図５は、本発明の破孔補修装置の一実施例を説明した正面図である。図４は装置全体図であり、図５はマニピュレータ５、６の説明図であり、これらは図３（Ｃ）を別の方向から見たものである。尚、以下の説明では、装置全体を表す図４では、駆動軸１６による炭化室１の挿入、退避の方向をｘ軸、上下方向をｚ軸、ｘ軸及びｚ軸に直交する方向をｙ軸とし、図５では、マニピュレータ５、６に固定した駆動軸２１による伸縮方向をｘ’軸、駆動軸１８の回転軸をｙ’軸、、駆動軸１９、２０の回転軸をｚ’軸としている。
本発明の破孔補修装置は窯口から炭化室１に、駆動軸１６を用いて挿入し、駆動軸１７〜２３とマニピュレータ５、６によって、壁面の任意位置の破孔を補修する。第１のマニピュレータ５と第２のマニピュレータ６は駆動軸１６〜１８を共有しているが、それぞれ駆動軸１９〜２３を個別に有しており、それぞれ独立に駆動することができる。第１のマニピュレータ５と第２のマニピュレータ６とで基部側の駆動軸１６〜１８を共有することでマニピュレータ５、６は全体的にコンパクトとなり、１つの窯口から装置を挿入するのみで炉壁全域の補修が可能となるため、作業性が向上し、制御回路も簡素化される。

第１のマニピュレータ５は、駆動軸１９のz’軸周りの回転動作によって耐火物を破孔部に嵌め込む。また、駆動軸２１のｘ’方向の伸縮動作と駆動軸２３のｚ’軸方向の伸縮動作によって耐火物４を位置決めし、第２のマニピュレータ６によって耐火物を溶射によって固定又は壁面を平滑化する。駆動軸２０はｚ’軸周りの回転によって、溶射バーナー８と炉壁との距離を適切に調整する。耐火物４を嵌め込む際には、第１のマニピュレータ５の駆動軸１９の回転に伴う炉長及び炉高方向の変位誤差と耐火物のz’軸周りの角変位誤差が生じるので、これらの誤差を低減するため、マニピュレータ５は十分な長さを有することが望ましい。

耐火物４を破孔３に嵌め込んだ後、溶射によって耐火物を固定する方法は幾通りかある。
マニピュレータが１台である場合は、耐火物４を破孔３に嵌め込んだ後、マニピュレータを一旦炭化室１から退避させ、耐火物把持手段としての棒材１３と溶射手段としての溶射バーナー８とを交換し、再度マニピュレータを炭化室１へ挿入して溶射によって耐火物４を固定する。このときはマニピュレータを退避する際に、嵌め込んだ耐火物４が破孔３から落下しないように、精度の高い加工を施した耐火物を嵌め込むか、又は不定形耐火物や断熱材などで隙間を埋めるなど、固定する手段が必要になる。

マニピュレータが２台以上である場合は、まず、図５に示したように第１のマニピュレータ５で耐火物４を嵌め込んだ位置で把持手段の棒材１３を保持し、第２のマニピュレータ６で破孔３との境界の一部に炭化室１側から溶射し、耐火物の仮固定を行う。次に、周囲の溶射によって耐火物４の仮固定ができた時点で、第１のマニピュレータ５を稼動して棒材１３を耐火物４から抜き去る。最後に、耐火物４を完全に固定し、壁面が平滑になるまで溶射を続け、補修を完了する。
この場合、仕上げの際に第１のマニピュレータ５が邪魔にならないので、壁面を平滑に仕上げることが比較的容易である。なお、耐火物把持手段の棒材１３が耐熱金属又はセラミックスであるときは、繰り返し使用することが可能である。
一方、炭素系材料を用いた場合は、棒材を消失させることによって、溶射の火炎による影響にかかわらず、把持手段と耐火物の確実な切り離しが可能である。

本発明の破孔補修方法の実施例のうち、異なる形態の１つめを図９に示す。図９は耐火物を複数の耐火物片を用いて補修する方法を説明する平面図である。
まず、図９（Ａ）に示すように一耐火物片４１を破孔３に挿入後、破孔３と耐火物の一端との隙間を小さくするように炉壁面方向に移動してから溶射を行って溶射体９によって固定する。
次に、図９（Ｂ）に示すように、他の耐火物片４２を同様に破孔３の他端に固定し、同様の操作を繰り返した後、図９（Ｃ）に示すように耐火物片４１、４２間の隙間を耐火物片４３で塞ぎ、最後に図９（Ｄ）に示すように溶射を行って溶射体１０で平滑化する。
この方法により、破孔部と耐火物の隙間を小さくでき、また大面積の破孔３の補修が可能である。

本発明の破孔補修装置の実施例のうち、異なる形態の１つめを図１０に示す。図１０は、第１のマニピュレータ５に同図のｚ’軸周りに回転する駆動軸２４を加えたものである。
これにより、駆動軸１９を用いて耐火物４の嵌め込みを行う際に、駆動軸１９と逆方向に同角度だけ回転させることにより、耐火物４の面を壁面と平行に保持することができる。
また、駆動軸２１と連動させれば、耐火物４を壁面に垂直に移動することが可能であるため、より高精度に補修ができる。

破孔形状の例を示した正面図である。 破孔形状の例を示した断面図である。 補修方法を示した断面図である。 装置全体を示した側面図である。 第１、第２のマニピュレータを示した側面図である。 耐火物の把持方法の実施例を示した正面図及び断面図である。 破孔を削正する方法の実施例を示した断面図である。 破孔の粉塵等の除去方法の実施例を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る補修方法を示した平面図である。 本発明の破孔補修装置の異なる形態を示した側面図である。

符号の説明

１：炭化室、２：燃焼室、３：破孔、４：耐火物、５：第１のマニピュレータ、６：第２のマニピュレータ、７：形状計測装置、８：溶射バーナー、９：耐火物固定時の溶射体、１０：壁面平滑補修時の溶射体、１１：削正手段、１２：粉塵等除去手段、１３：棒材（耐火物把持手段）、１４：指孔、１５：観察カメラ、１６：駆動軸 （第１及び第２のマニピュレータで共有、炭化室への挿入と炭化室からの退避、ｘ軸方向の伸縮）、１７：駆動軸（第１及び第２のマニピュレータで共有、炭化室内でのｘ軸方向の伸縮）、１８：駆動軸（第１及び第２のマニピュレータで共有、ｙ’軸回りの回転）、１９：駆動軸（第１のマニピュレータ、ｚ’軸周りの回転）、２０：駆動軸（第２のマニピュレータ、ｚ’軸周りの回転）、２１：駆動軸（第１のマニピュレータ、ｘ’軸方向の伸縮）、２２：駆動軸（第２のマニピュレータ、ｘ’軸方向の伸縮、把持動作）、２３：駆動軸（第１のマニピュレータ、ｚ’軸方向の伸縮）、２４：駆動軸（第２のマニピュレータ、ｚ’軸周りの回転）、４１、４２、４３：耐火物片

Claims (20)

1. コークス炉の炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁煉瓦が抜け落ちて生じた破孔部を、マニピュレータを用いて炉壁温度が７００℃以上に保持された状態で補修するコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法であって、
   前記炭化室側から前記破孔部の形状を計測して形状データを得て、
   前記形状データに基づいて前記破孔部に入る形状に耐火物を加工し、
   加工された前記耐火物を耐火物把持手段に把持させて炭化室側から前記耐火物を前記破孔部に嵌め込み、
   前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことにより、前記破孔部を閉塞することを特徴とするコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
2. 前記マニピュレータが１台であり、当該マニピュレータに形状計測手段、耐火物把持手段及び耐火物溶射手段が装着されてい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炉壁の破孔補修方法。
3. 前記マニピュレータが２台以上であり、形状計測手段を装着したいずれかのマニピュレータを用いて前記炭化室側から前記破孔部の形状を計測して形状データを得て、
   耐火物把持手段を装着した第１のマニピュレータを用いて前記耐火物を把持させて炭化室側から前記耐火物を前記破孔部に嵌め込み、
   前記第１のマニピュレータで前記耐火物を嵌め込んだ位置に保持した状態で、
   溶射バーナーを装着した第２のマニピュレータを用いて前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
4. 前記２台以上のマニピュレータが、基部側から少なくとも１つ以上の駆動軸を共有することを特徴とする請求項３に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
5. 前記第１のマニピュレータで前記耐火物を嵌め込んだ位置に保持した状態で、溶射バーナーを装着した前記第２のマニピュレータを用いて、前記破孔部との境界の一部に炭化室側から溶射して固定し、
   この時点で前記第１のマニピュレータによる前記耐火物の把持を解放し、
   前記第２のマニピュレータで前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
6. 前記破孔部の形状を測定する際に、前記マニピュレータを用いて耐火物を嵌め込みやすい形状に破孔部を削正することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
7. 前記破孔部の形状を測定する際に、前記マニピュレータを用いて、破孔部に付着している粉塵及び破孔部に剥離している耐火物片のいずれか又は両方を除去することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
8. 前記マニピュレータに装着された前記耐火物把持手段に前記耐火物を把持させる際に、前記耐火物把持手段には複数本の片持ち梁状の棒材を設け、嵌め込む耐火物には炭化室側に指孔を設け、
   前記棒材と前記指孔とを嵌合させ、耐火物を破孔部に嵌め込んだ後で、前記棒材と前記指孔の前記嵌合を解消して前記指孔に溶射を施すことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
9. 嵌め込む前記耐火物を、複数の耐火物片に分け、それぞれの前記耐火物片に対して破孔部に嵌め込んだ後に、
   炉壁面方向に移動させ破孔部と耐火物の一端との隙間を小さくした後、固定することにより一端より破孔部を閉塞し、
   他端又は中央へ向かって順次破孔部を閉塞することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
10. コークス炉の炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁煉瓦が抜け落ちて生じた破孔部を、炉壁温度が７００℃以上に保持された状態で補修するコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置であって、
    炭化室側から前記破孔部の形状を計測する形状計測手段と、
    前記破孔部に嵌め込む前記耐火物を把持する耐火物把持手段と、
    前記耐火物及び前記耐火物と前記破孔部との境界に向けて溶射する耐火物溶射手段と、
    これら３つの手段の所定の位置決めが可能なマニピュレータとを有することを特徴とするコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
11. 前記計測手段からの計測データに基づいて破孔部に嵌め込む耐火物を加工する耐火物加工手段を有することを特徴とする請求項１０に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
12. 前記マニピュレータが２台以上であり、いずれかのマニピュレータに前記形状計測手段、前記耐火物把持手段、及び前記耐火物溶射手段のうち、少なくともいずれかが装着されたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
13. 前記２台以上のマニピュレータが、基部側から少なくとも１つ以上の駆動軸を共有することを特徴とする請求項１２に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。
14. 前記マニピュレータに装着可能な、耐火物を嵌め込みやすい形状に破孔部を削正する削正手段を有することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
15. 前記マニピュレータに装着可能な、破孔部に付着した粉塵を除去する粉塵除去手段を有することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の破孔補修装置。
16. 前記マニピュレータに装着可能な、破孔部に剥離した耐火物片を除去する耐火物片除去手段を有することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
17. 前記耐火物把持手段が、嵌め込む耐火物に設けられた指孔と嵌合する片持ち梁状の棒材を複数本有していることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
18. 前記耐火物把持手段に設けられた片持ち梁状の前記棒材が耐熱金属材料又はセラミックスで作られていることを特徴とする請求項１７に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
19. 前記耐火物把持手段に設けられた片持ち梁状の前記棒材が炭素系材料で作られていることを特徴とする請求項１７に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修装置。
20. 請求項１９に記載された耐火物把持手段を用いて、溶射の際に前記棒材を焼失させることを特徴とする請求項１〜９に記載のコークス炉炭化室炉壁の破孔補修方法。

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