JP2015004103A - エジェクタ式溶射装置の溶射ランス圧力逃し機構 - Google Patents

Abstract

【課題】逆火等による過大な圧力が供給ホースあるいはランスに発生したとき、供給ホースの破裂、溶射ノズルと供給ホースの離脱の危険がある。【解決手段】エジェクタ式溶射装置の溶射ランス圧力逃し機構において、連結金具の先端にノズルを固定し、後端から所定深さ前記溶射ランス先端が嵌め込まれるかかり部を設け、前記嵌め込まれた溶射ランスの端面と符合する形状に、前記連結金具に受け面を設ける。前記連結金具の前記かかり部に、押しボルトを径方向に螺着して溶射ランスと連結金具との間の摩擦力を保持しておく。さらに、前記連結金具から後方に延伸されるとともに、逃げ穴を穿った逃げガイドを設け、前記摩擦力以上の圧力が溶射ランス内に発生して、係止ボルトを前記逃げガイドを介して溶射ランス上に螺着して、連結金具が溶射ランス先端から外れたときに、連結金具を溶射ランスに係止した状態を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、工業窯炉の補修に使用するエジェクタ式溶射装置に関し、特に、エジェクタ式溶射装置の溶射ランス圧力逃し機構に関するものである。

工業窯炉や溶融金属容器等においては、その使用に伴って、耐火物からなる内張り等に損傷が発生する。このような損傷に対しては、適宜、補修が実施される。例えば、製鉄所のコークス炉は、建設してから２０年以上のものが多く、特に、炭化室の壁は補修を繰り返しながら操業を継続している。

操業を継続しながら補修を実施する技術として溶射補修法がある。この溶射補修法には、例えば、プラズマ溶射、レーザー溶射、火炎溶射がある。しかしながら、これらの溶射方法には大掛かりな装置が必要である。そのため、近年、比較的簡易な装置で実現可能な、金属の酸化発熱反応を利用した溶射方法が利用されている。

この方法を実施する溶射装置は、特許文献１に開示するように、溶射装置本体から、供給ホースと溶射ランスを介して金属粉末（燃焼剤）と耐火性粉末の混合物を支燃性ガス（酸素）で補修箇所に搬送し、高熱の補修面に吹き付けるようになっている。補修面に吹き付けられた耐火性粉末は、補修面からの受熱により起こる金属粉末の酸化発熱反応により耐火性組成物を形成するとともに溶融し、補修面に付着することになる。

上記のように、金属粉末の酸化を利用した溶射方法では、溶射材料の搬送に酸化発熱反応を促す酸素が用いられる。このため、溶射材料と酸素とが順調に溶射ランスから噴射され、壁面の補修面で酸化発熱反応を起こしている場合は問題がないが、補修箇所での燃焼が転移して溶射ランスの噴射口で発火する「先端着火」や、溶射ランスから供給ホースを伝って溶射装置本体まで火が逆行する「逆火」が発生すると問題となる。

すなわち、先端着火は逆火を誘引する可能性があり、逆火は体積膨張を伴いながら音速を超える爆発（「爆轟」と呼ばれる。）を誘発し、供給ホースを破裂させたり、溶射装置本体から分離した供給ホースが跳ね回る危険をもたらす。

このように逆火は大変危険な事態を招き、一旦逆火が発生すると復旧作業に時間を要することになるが、原因が特定しづらいため発生そのものを回避することが難しい。そこで、逆火が発生することは不可避との前提に立ち、溶射装置には何らかの逆火対策の採られることが通例となっている。

最も簡易には、逆火を誘引する先端着火が発生した時点で、溶射ランスを持つ作業者により供給ホースから溶射ランスを分離させ、供給ホースから溶射ランスへの溶射材料及び酸素の供給を遮断する操作、すなわち、逆火回避操作を義務づける対策である。これにより、供給ホースに達する逆火を防いで供給ホースの破裂を回避させることになる。

しかし、上記のような逆火回避操作は逆火が発生した場合、かえって溶射ランスを持つ作業者の近辺で爆発を生じさせ、前記作業者を危険に晒しかねない。このことから、溶射装置本体と供給ホースとをクイックジョイント（カプラ）により接続し、逆火による体積膨張又は爆発を利用して溶射装置本体と供給ホースとを分離させ、爆発時に発生する燃焼ガスを排出することにより、供給ホースの破裂を回避する対策が採られる。この対策では、溶射装置本体の内部で爆発が生じ、溶射装置本体を破損する可能性があるが、作業者を危険に晒すより好ましいと考えられる。

特開２００９−１２０４０６号公報 特許第４９１５９０５号 特開２０１１−１４９０７８号公報

しかしながら、上記のように溶射装置本体と供給ホースとを分離する対策では、分離した供給ホースが遠くへ離れたり、暴れたりしないように、供給ホースをワイヤ等の結束具で溶射装置本体と連結させることが義務付けられるが、結束具による結束が不十分であったり、連結することを怠ったりした場合、供給ホースが遠くへ離れることだけなら問題ないが、分離した供給ホースが暴れることは、溶射装置本体の作業者に大きな危険をもたらすおそれがある。

また、特許文献２に、材料ホッパに通気孔（連通管）を設けることで、逆火による圧力上昇を逃がし、逆火による材料の噴出を防止する構成が開示されている。しかしながら、上記の特許文献２の構成では、ホッパに充填された材料の噴出を抑制する効果はある程度認められたが、上記供給ホースと溶射装置本体との分離による危険性を防止するには、必ずしも十分ではなかった。

さらに、特許文献３では、逆火が発生したとき、供給ホースの後端が溶射装置本体から抜けるようにして逆火の圧力を逃がす構成とし、更に、供給ホースをＵ字の貫通溝を備えたストッパの該貫通溝にはめ込むとともに、当該貫通溝の上側の開口部をボンネットで塞ぐ構成として、前記溶射装置本体から抜けた供給ホースを、前記ストッパとボンネットとで囲まれる範囲に閉じ込めように構成している。

これによって、供給ホースの後端に設けられている掛けフランジがストッパに確実に掛合され、貫通溝から供給ホースが逸脱することを防止できるとしているようになっている。しかし、この構成であってもボンネットの閉め忘れにより、ストッパが機能しない可能性があることから、この対策は十分ではなかった。

更に、本件発明者らは、特許文献３の改良を考え、以下の構成のエジクタ式溶射装置を提案している（特願２０１３-５０１８１）。

すなわち、エジェクタ式溶射装置のディフューザの先端部に、当該ディフューザと同芯に、かつ、径方向に所定間隙を保って、かつ、ディフューザの先端より下流側に突出してガイドケースを取り付け、また、前記ガイドケースには、先端から軸方向にかつ中央部が周方向に屈曲した屈曲部を備えたスリットを形成し、加えて、前記供給ホース後端に、前記スリットの幅に対応する大きさの、径方向外側に突出したストッパを備えた構成、である。これによって、前記供給ホースをディフューザの先端部とガイドケースの間隙に装着した状態で、所定の引っ張り荷重が掛かって前記供給ホースがディフューザの先端部から抜ける時に前記ストッパが屈曲部に係止され、より安全、確実、簡単な接続が実現できることになる。

しかしながら、先端着火を起こしたとき、作業者は供給ホースを折り曲げる等して材料の供給を瞬間的に止めることがある。このような動作を行った場合、逆火によって発生した圧力はディフューザと供給ホースの接続部にまで達しない。通常、溶射ランスの先端は炉内側に開放されているので、前記圧力は溶射ランス先端から解放され、ホースの折り曲げ部より先端側の管内が高い圧力になることは起こらない。しかし、噴出口先端が万一詰まった場合、前記圧力は、ホースの折り曲げ部と噴出口先端間に溜まり、供給ホースの破裂や、供給ホースと溶射ランス間の接続部の外れなどが起こり、作業者を危険に晒すことになる。従ってこの場合、前述の安全対策が十分には働かないことになる。

本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、上記金属粉末の酸化発熱反応を利用した溶射装置において、逆火発生時に作業者が供給ホースを折り曲げるなどした場合でも、発生する圧力を安全で、簡便かつ確実な方法で逃がし、また、その構成が複雑かつ、高価になることがなく、運転費用が増加することがない溶射装置を提供することを目的とする。

本発明は、エジェクタで混合された支燃性のキャリアーガスと原料粉体の混合体を当該エジェクタの下流側に設けたディフューザから供給ホースと溶射ランスを介し、溶射ノズルに取りつけた噴出口から目的の箇所に供給するエジェクタ式溶射装置の溶射ランス圧力逃し機構を前提とする。

連結金具の先端にノズルを固定し、後端から所定深さ前記溶射ランス先端が嵌め込まれるかかり部を設け、前記嵌め込まれた溶射ランスの端面と符合する形状に、前記連結金具に受け面を設ける。

前記連結金具の前記かかり部に、押しボルトを径方向に螺着して溶射ランスと連結金具との間の摩擦力を保持しておく。さらに、前記連結金具から後方に延伸されるとともに、逃げ穴を穿った逃げガイドを設け、前記摩擦力以上の圧力が溶射ランス内に発生して、係止ボルトを前記逃げガイドを介して溶射ランス上に螺着して、連結金具が溶射ランス先端から外れたときに、連結金具を溶射ランスに係止した状態を形成する。

上記構成によって、溶射作業中は、溶射ランスと連結金具を接続させ、押しボルトでその接続を維持しているので、連結部からの材料の洩れ出しがなく安全に作業ができる。逆火が発生し、供給ホースおよび溶射ランス内部で発生する圧力が前記押しボルトでの固定力を超えたとき、溶射ノズルを取り付けた連結金具が溶射ランスから抜けるとともに、更に、逃げガイドに設けた逃げ穴と逃げ係止ボルトによって係止されるようになっているので、安全に発生圧力を逃がすこととができる。また、簡単な装置なので、復旧も容易である。

本発明の溶射ランスと溶射ノズルの連結状態の1一例を示す図。 図１の断面図。 連結金具の部分を拡大した断面図。 逆火時の圧力開放と逃げガイドによる連結金物の係止を示す図。 図４の断面図。 連結金物の一例を示す拡大図。 エジェクタ式溶射装置の概念図。

図７は本発明が適用されるエジェクタ式溶射装置の概要を示すものである。

ホッパ１１０に充填された可燃性粉体（金属粉体）と耐火性粉体とを含む原料粉体と、ノズル１２０から噴出される支燃性のキャリーガスとをエジェクタ１３０で混合して混合物とし、ディフューザ１４０を介して該混合物を供給ホースに供給し、更に、図１に示すように溶射ランスと溶射ノズルを介して炉内に噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する構造になっている。

図１は本発明にかかる溶射ランスと溶射ノズルの接続関係を示す側面図であり、図２は図１の断面図であり、更に図３は図２の主要部の拡大図である。さらに図６は、以下に説明する連結金具の拡大図であり、図６(a)は側面図、図６(b)は正面図である。

エジェクタ１３０で支燃ガスと混合された混合物は、供給ホース１０を介して溶射ランス２０に供給され、溶射ランス２０の先端に取りつけた溶射ノズル４０を介して、該溶射ノズル４０の先に軸方向に直角方向に取り付けた噴出口５０から噴射し燃焼させて耐火組成物を形成する。ここで、前記溶射ランス２０と溶射ノズル４０とは連結金具３０を介して接続されるようになっており、連結金具３０の先端側に溶射ノズル４０が螺着あるいは溶接で固着されており、連結金具３０の後端側の溶射ランス２０との接続構造が本発明の要旨となる。

連結金具３０の後端の内側には、溶射ランス２０の先端が所定深さ嵌まり込む（以下かかり部３１という）ようになっている。当該かかり部３１に対応する溶射ランス２０の外周面と、連結金具３０の内周面とは相互に摺動可能で気密性を保持する適当な隙間を、例えば滑り軸受けの規格で、設ける構成とすることが好ましが、その長さは特に限定されない。

このように溶射ランス２０が連結金具３０に嵌り込んだ状態で、溶射ランス２０の先端の端面２１が当たる連結金具３０の内面に受け面３２が形成される。この受け面３２と前記所定深さのかかり部３１によって、前記支燃性ガスと可燃性の金属粉末が、外部に漏れ出さないようになっている。

前記溶射ランス２０の先端の端面２１と連結金具３０の内面の受け面３２で形成される接続面の形状は特には限定されないが、平面、円錐面、球面などとすることができる。さらにはオス・メスのダボ構造としてもよい。図２、図３、図５は前記接続面を平面とした例である。

また、連結金具３０のかかり部３１に溶射ランス２０の軸方向に直交する方向にねじ穴を設け、当該ネジ穴に押しボルト３３を螺着し、当該押しボルト３３が溶射ランス２０を押圧するようになっている。これによって、押しボルト３３と溶射ランス２０との間に相当の固定力が生じ、通常の溶射作業の際に当該固定部に生じる圧力では簡単には外れない状態を形成するが（図１、図２）、一方、逆火によって供給ホース１０と溶射ランス２０の内部に前記固定力以上の圧力がかかった際には、溶射ランス２０から溶射ノズル４０が滑り抜け、圧力が開放されるようにしている（図４、図５参照）。

例えば、通常使用時に連結金具３０を溶射ランスから軸方向先端に向かって引き離そうという力が、５０〜３００Ｎであると、溶射ランス２０から連結金具３０の離脱しないようにし、それ以上の圧力が掛かると離脱するように、押しボルト３３の締め付け力を調整する。このとき、前記固定力が５０Ｎ未満では、通常溶射時に混合物が洩れ出す恐れがあり好ましくない。一方前記固定力が３００Ｎより大きいと、供給ホース１０と溶射ランス２０の内部に逆火の圧力がかかっても、その圧力が開放されないおそれがある。より好ましくは、１００〜２５０Ｎである。

前記押しボルト３３の数は、前記機能が発揮される限り特に限定されることはなく、少なくとも１つあれば足りる。複数設けるときは、連結金具３０の周方向に等間隔で設けられる。

さらに、供給ホース１０と溶射ランス２０の内部に逆火によって一定以上の圧力がかかることによって、接続金具３０が溶射ランス２０から抜けた際、接続金具３０に固定された溶射ノズル４０が飛散しないよう連結金具３０には以下に説明する逃げガイド３５を設けている。

逃げガイド３５は、前記連結金具３０から溶射ランス２０側に軸に平行に延伸され、更に、当該逃げガイド３５には軸方向に係止ボルト（後述）の頭部より幅の狭い逃げ穴３６を穿っている。溶射ランス２０の先端部の側面には、前記逃げ穴３６に対応してボルト座２６が固着され、逃げガイド３５の上から逃げ穴３６を介して係止ボルト３７が緩く嵌挿され、通常時には前記にげ穴３６の後方に相当の長さのクリアランスが形成されるようになっている。これによって、逆火が発生して、溶射ノズル４０が溶射ランス２０から外れたときであっても、溶射ノズル４０が溶射ランス２０から外れないようになっている。

図４は溶射ランス２０と溶射ノズル４０が接合されている図１の状態から、逆火が発生して両者が外れた状態を示し、図５は図４の断面を示す図である。溶射ランス２０と連結金具３０（溶射ノズル４０）との間に逃げ穴３６に対応する間隔が開き、その間隔から溶射ランス２０あるいは供給ホース１０に溜まった圧力が逃げることになる。このときであっても、前記係止ボルト３７が逃げ穴３６に緩く嵌り込んでいるので、溶射ノズル４０は溶射ランス２０に係止され、飛散が防止されることになる。

前記逃げガイド３６と連結金具３０との固定方法は特に問われないが、本件実施の形態では、押しボルト３３を利用して逃げガイド３６を連結金具３０に固定している。また、前記逃げ穴３６の長さには特に制限はないが、連結金具３０が溶射ランス２０から離れた際に、溶射ランス２０の内部圧力が外部に開放できる長さとすることが必要である。また、図１には逃げ穴３６として軸方向に長い形状を例示したが、この形状も特に限定されず、丸穴、長穴、角穴などが採用できる。更に、本願の図面上は３本備えている逃げガイド３５の個数も制限されないが、逆火の際の圧力で、溶射ランス２０と溶射ノズル２０の係合が外れない程度の強度を保つ必要がある。

尚、逃げガイド３５の後端（上流側）に、溶射ランス２０との間に隙間ができるときは、当該隙間を埋めるスペーサ３８を入れ、作業時のぶれを防止する構成としてもよい。

溶射ランス２０の径と、溶射ノズル４０の径で差がある場合、連結金具３０の溶射ランス２０側と溶射ノズル４０側との間をレデューサ構造とすることもできる。図１〜６は、連結金物にレデューサ３６を設けた例である。また、 供給ホースと溶射ランスとは取り替え可能な構造として、カプラ接続されている。

本発明は上記のように、溶射ランスに対してその先端の溶射ノズルが逆火によって外れたとしても、溶射ノズルが飛散しないように取り付けられているので、作業者の安全を確保でき、窯業分野への利用可能性は極めて大きい。

１０供給ホース
２０溶射ランス
２１端面
２６ボルト座
４０溶射ノズル
５０噴出口
３０連結金具
３１かかり部
３２受け面
３３押しボルト
３５逃げガイド
３６逃げ穴
３７係止ボルト
３８スペーサ

Claims (1)

1. エジェクタで混合された支燃性のキャリアーガスと原料粉体の混合体を、当該エジェクタの下流側に設けたディフューザから供給ホースと溶射ランスを介し、溶射ノズルに取りつけた噴出口から目的の箇所に供給するエジェクタ式溶射装置の溶射ランス圧力逃し機構において、
   先端に溶射ノズルを固定し、後端から所定深さ前記溶射ランス先端が嵌め込まれる連結金具と、
   前記連結金具の前記嵌め込まれた溶射ランスの端面と符合する形状に設けた受け面と、
   前記連結金具の所定深さの嵌め込部に径方向に螺着して溶射ランスと連結金具との間の固定力を保持する押しボルトと、
   前記連結金具から後方に延伸されるとともに、逃げ穴を穿った逃げガイドと、
   前記固定力以上の圧力が溶射ランス内に発生して、連結金具が溶射ランス先端から外れたときに、前記逃げガイドを介して連結金具を溶射ランスに係止した状態を維持する係止ボルトと
   を備えたことを特徴とするエジェクタ式溶射装置の溶射ランス圧力逃し機構。
   

Images