JP2017077603A - メンブレン構造ダクトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命が長く、熱応力の発生や亀裂の発生が生じにくい保護層が形成されたメンブレン構造ダクトを効率よく製造することができるメンブレン構造ダクトの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るメンブレン構造ダクトの製造方法は、板状の接合部材１を介して複数本の水管３を並列に接合して平板状のパネル体５を形成するパネル体形成工程と、パネル体５の表面に肉盛溶接を施すことによって保護層９を形成する保護層形成工程と、保護層９が形成されたパネル体５を平削盤１１のテーブル１３上に固定し、パネル体５の表面形状に沿う形状を有する研削工具１５を、パネル体５に対して水管３の軸線に沿う方向に相対移動させることによって肉盛溶接の表面を平削り加工する研削工程と、研削工程で平削り加工された複数のパネル体５を、平削り加工された面がガス通路側となるようにして接合してメンブレン構造ダクト２１を形成するパネル体接合工程とを備えたものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば転炉で発生した排ガスを回収又は放散するために用いられるダクト、特にメンブレン構造ダクトの製造方法に関する。

転炉に代表される製鋼精錬設備の排ガス回収（または放散）ダクトは、高温ガスを対象としているため水冷構造にしている場合が多い。
このダクトの水冷構造には、水管（ボイラチューブ）同士を、鋼板からなる接合部材を介して溶接したいわゆるメンブレン構造と言われるものがある。
精錬設備の排ガスが腐食性成分または磨耗性粒子等を多く含有する場合、保護層を形成するために、上述のメンブレン構造ダクト（水冷）の表面（ガス通過面）に溶射または肉盛溶接を施すことが行われている。
溶射を施すものとして例えば特許文献１に開示があり、また肉盛溶接を行うものとして例えば特許文献２に開示がある。

特開２００１−２８０８５８号公報 特開２０１０−２３５９８２号公報

保護層を溶射によって形成する場合、保護層を薄く形成することができ、冷却用媒体による水管及び接合部材の冷却効果を低減しないものの、水管及び接合部材との結合力が小さいために保護層が剥離し易く、寿命が短くなる傾向がある。

他方、保護層を肉盛溶接によって形成する場合、溶射によって形成する場合に比べて、保護層は、水管及び接合部材との結合力が大きく、寿命が長くなるものの、保護層が厚くなり、冷却用媒体による水管及び接合部材の冷却効果が低減されるという問題がある。
また、肉盛溶接の表面は平滑面とはならず凹凸が形成されるため、凹部と凸部とで抜熱量が異なり、熱応力が発生して、保護層の表面に亀裂が生じ易くなる上に、また、凹凸部は、応力が集中し易く、亀裂の起点となり得るという問題もある。

この問題を回避するため、肉盛溶接によって保護層を形成する場合、従来、保護層の厚みを薄く且ついずれの部位でも同じにするべく、例えばグラインダなどを用いて手作業で研削を行っていた。このため、研削に要する時間が長くなり、コストも多く掛かるという問題があった。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、寿命が長く、熱応力の発生や亀裂の発生が生じにくい保護層が形成されたメンブレン構造ダクトを効率よく製造することができるメンブレン構造ダクトの製造方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るメンブレン構造ダクトの製造方法は、板状の接合部材を介して複数本の水管を並列に接合して平板状のパネル体を形成するパネル体形成工程と、
前記パネル体の表面に肉盛溶接を施すことによって保護層を形成する保護層形成工程と、
保護層が形成されたパネル体を平削盤のテーブル上に固定し、前記パネル体の表面形状に沿う形状を有する研削工具を、前記パネル体に対して前記水管の軸線に沿う方向に相対移動させることによって前記肉盛溶接の表面を平削り加工する研削工程と、
該研削工程で平削り加工された複数のパネル体を、平削り加工された面がガス通路側となるようにして接合してメンブレン構造ダクトを形成するパネル体接合工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記研削工具は、前記水管の円弧部に沿う形状を有する第１のバイトと、水管と水管との間の溝部に沿う形状を有する第２のバイトによって構成されていることを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記研削工具は、研削方向に直列に設置された荒削り用のバイトと仕上削り用のバイトを備えてなることを特徴とするものである。

本発明においては、板状の接合部材を介して複数本の水管を並列に接合して平板状のパネル体を形成するパネル体形成工程と、前記パネル体の表面に肉盛溶接を施すことによって保護層を形成する保護層形成工程と、保護層が形成されたパネル体を平削盤のテーブル上に固定し、前記パネル体の表面形状に沿う形状を有する研削工具を、前記パネル体に対して前記水管の軸線に沿う方向に相対移動させることによって前記肉盛溶接の表面を平削り加工する研削工程と、該研削工程で平削り加工された複数のパネル体を、平削り加工された面がガス通路側となるようにして接合してメンブレン構造ダクトを形成するパネル体接合工程とを備えたことにより、肉盛溶接の表面を効率的にかつほぼ均一に平滑化できるため、寿命が長く、熱応力の発生や亀裂の発生が生じにくい保護層が形成されたメンブレン構造ダクトを効率よく製造することができる。

本発明の一実施の形態に係るメンブレン構造ダクトの製造方法の工程の説明図である。 本発明の一実施の形態に係るメンブレン構造ダクトの製造方法における各工程の加工物の状態を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係るメンブレン構造ダクトの製造方法における研削工程を説明する説明図である。 図３の矢視Ａ−Ａ図である。 本発明の一実施の形態に係る第１のバイトの説明図である。 本発明の一実施の形態に係る第１のバイトによる研削方法の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る第２のバイトの説明図である。 本発明の一実施の形態に係る第２のバイトによる研削方法の説明図である。 本発明の一実施の形態に係るメンブレン構造ダクトの製造方法におけるパネル体接合工程の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る研削工具の他の態様の説明図である。 図１０に示した研削工具の詳細を説明する説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る研削方法に用いる平削盤の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る研削方法の説明図であり、研削部位を平面視した状態を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る研削方法の説明図であり、研削部位を側面視した状態を示す図である。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係るメンブレン構造ダクトの製造方法は、図１に示すように、パネル体形成工程と、保護層形成工程と、研削工程と、パネル体接合工程を備えている。
以下、各工程を詳細に説明する。

＜パネル体形成工程＞
パネル体形成工程は、図２（ａ）に示すように、板状の接合部材１を介して複数本の水管３を並列に接合して平板状のパネル体５を形成する工程である。
複数本の水管３と接合部材１は隅肉溶接７によって接合する。
パネル体５の幅や長さは、形成するメンブレン構造ダクトの形状に応じて適宜設定するようにすればよい。例えば、後述するようにパネル体５を水管３に沿って曲げ加工して円筒形状のメンブレン構造ダクトを製造するような場合には、パネル体５を幅広に形成する。

＜保護層形成工程＞
保護層形成工程は、パネル体５の表面に肉盛溶接を施すことによって保護層９を形成する工程である。ここでいうパネル体５の表面とは、メンブレン構造ダクトを形成した際にガスが通過するダクト内面側の面である。
保護層９を肉盛溶接によって形成することにより、保護層９の水管３及び接合部材１との結合力が大きく、溶射による保護層９よりも寿命が長くなる。
なお、保護層形成工程の完了時点では、図２（ｂ）に示すように、肉盛溶接の表面は平滑面ではなく凹凸が形成された状態である。

＜研削工程＞
研削工程は、保護層形成工程で形成されたパネル体５における肉盛溶接の表面を平削り加工する工程であり、具体的には以下のように行う。
保護層９が形成されたパネル体５を、図３、図４に示すように、平削盤１１のテーブル１３の上に固定し、パネル体５の表面形状に沿う形状を有する研削工具１５を、パネル体５に対して水管３の軸線に沿う方向に相対移動させることによって肉盛溶接の表面を平削り加工する。

本発明では、メンブレン構造ダクト２１の製造に際して、まず平板状のパネル体５を形成しているので、平削盤１１での機械加工が可能になっている。また、パネル体５における平削り加工の対象となる面が水管３に沿う直線形状であり、この点でも平削盤１１での加工に適している。

研削工具１５について説明する。
本実施の形態の研削工具１５では、２種類のバイトを用いている。第１のバイト１７は、図５に示すように、先端が凸状の円弧になった第１刃先１７ａを有しており、図６に示すように、隣接する水管３の間の溝部の肉盛溶接を研削するのに使用する。
なお、第１のバイト１７は食い込みやびびりを避けるためにばねの動きをするように首を曲げた第１シャンク１７ｂを有するヘールバイトによって構成している。

第２のバイト１９は、図７に示すように、先端が凹状の円弧になった第２刃先１９ａを有しており、図８に示すように、水管３の山部の肉盛溶接を研削するのに使用する。
なお、第２のバイト１９は、第１のバイト１７と同様に、食い込みやびびりを避けるためにばねの動きをするように首を曲げた第２シャンク１９ｂを有するヘールバイトによって構成している。

研削工程によって肉盛溶接の表面を平滑化した状態を図１（ｃ）に示す。このように、肉盛溶接の表面を平滑化することで、熱応力の発生を防止できると共に亀裂の発生を防止できる。
特に、平削盤１１よる機械加工をしているので、グラインダを使用した手作業に比して、平滑化の施工時間が格段に短縮でき、コストを抑制することができる。また、保護層９を薄く、かつほぼ均一の厚さにできるので、耐腐食性、耐摩耗性に優れると共に、熱応力の発生を抑制できる。

＜パネル体接合工程＞
パネル体接合工程は、研削工程で平削り加工された複数のパネル体５を、図９に示すように、平削り加工された面がガス通路側となるようにして接合してメンブレン構造ダクト２１を形成する工程である。
図９では、４枚のパネル体５を接合して矩形状のメンブレンダクトを形成した例を示している。

本実施の形態によれば、平板状に形成されたパネル体５に肉盛り溶接による保護層９を形成し、これを平削盤１１よって保護層９を均一に加工するようにしたので、保護層９の凹凸が平滑化され、熱応力の発生を防止できると共に亀裂の発生を防止できる。
そして、研削工程において、肉盛溶接の平滑化を平削盤１１で行うようにしているので、作業効率が格段に向上する。

なお、上記の実施の形態では４枚のパネル体５を矩形状に接合する例を示したが、本発明のパネル体接合工程で接合するパネル体５の数は４枚に限定されず、２枚あるいは５枚以上でもよく、例えば５枚のパネル体５を接合して断面が５角形のメンブレン構造ダクトを形成してもよい。
また、パネル体形成工程で幅広のパネル体５を形成し、研削工程によって肉盛溶接を平滑した後、パネル体５を水管３に沿って曲げ加工して円筒形状のメンブレン構造ダクトを形成してもよい。
このような多数枚のパネル体５や幅広のパネル体５の形成が可能となったのは、研削工程を平削盤１１による機械加工にしたことにより、肉盛り溶接の研削を効率よくできることによる効果である。

なお、上記の実施の形態では、研削工具として２種類のバイトを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、図１０に示すように、パネル体５の溝部とその両側の山部の少なくとも半分を同時に研削できる研削工具２３であってもよい。

このような研削工具２３の刃物の形状について、図１０、図１１に基づいて説明する。
研削工具２３は軸対称形であり、図１１は、刃物の半分の形状を示している。図１１に示すように、刃物は、刃先形状として、凹状円弧部２３ａと、中央の溝部を研削する部位となる中央平坦部２３ｂと、中央平坦部２３ｂと凹状円弧部２３ａを外接円で滑らかに繋ぐ連結円弧部２３ｃを備えて構成されている。以下、刃先形状の具体的な寸法について詳細に説明する。

図１０（ｂ）に示すように、隣接する水管３の中心間の距離をＰ、水管３の半径をｒ、接合板の厚みをｈ、保護層９として残すべき肉盛溶接の厚みをｔとする。
図１１に示すように、刃物の幅ＷはＷ＞Ｐである。これによって、削り残しを防止できる。また、刃物の凹状円弧部２３ａの半径Ｒは、Ｒ＝ｒ+ｔである。
また、中央平坦部２３ｂの長さＸは、0＜Ｘ/２＜（Ｗ/２）−Ｒに設定されている。さらに、連結円弧部２３ｃを構成している外接円の半径Ｓは、応力集中を避けるためにＳ＞10ｍｍに設定されている。

［実施の形態２］
本実施の形態を図１２〜図１４に基づいて説明する。
本実施の形態では、平削盤１１で行う研削工程を、荒削り用のバイト２３Ａと仕上削り用のバイト２３Ｂの２つのバイトを研削方向に直列に設置して行うようにしたものである。
バイトの形状は、図１３に示すように、実施の形態１の他の態様として説明したものと同様である。

荒削り用のバイト２３Ａと仕上削り用のバイト２３Ｂを研削方向に直列に配置して研削すると、図１４に示すように、バイト２３Ａで荒削りされた後、バイト２３Ｂで仕上げ削りを連続して一度に行うことができる。
このようにすることで、一つのバイトで必要な厚さＣを一度に研削する場合に比較して、研削面を平滑で、かつ、より均一の厚さに研削でき、熱応力の発生と亀裂の発生をより確実に防止できる。
また、一度の研削工程で行うことができるので、研削効率が低下することもない。

なお、荒削り用のバイトと仕上削り用のバイトを直列に設置して研削工程を行う態様は、図５と、図７に示した２種類のバイトを用いる場合においても適用可能である。
この場合、第１のバイトとして、荒削り用第１のバイトと仕上削り用第１のバイトを直列に設置し、第２のバイトとして、荒削り用第２のバイトと仕上削り用第２のバイトを直列に設置するようにすればよい。

１ 接合部材
３ 水管
５ パネル体
７ 隅肉溶接
９ 保護層
１１ 平削盤
１３ テーブル
１５ 研削工具
１７ 第１のバイト
１７ａ 第１刃先
１７ｂ 第１シャンク
１９ 第２のバイト
１９ａ 第２刃先
１９ｂ 第２シャンク
２１ メンブレン構造ダクト
２３ 研削工具（他の態様）
２３ａ 凹状円弧部
２３ｂ 中央平坦部
２３ｃ 連結円弧部
２３Ａ 荒削り用のバイト
２３Ｂ 仕上削り用のバイト

Claims (3)

1. 板状の接合部材を介して複数本の水管を並列に接合して平板状のパネル体を形成するパネル体形成工程と、
   前記パネル体の表面に肉盛溶接を施すことによって保護層を形成する保護層形成工程と、
   保護層が形成されたパネル体を平削盤のテーブル上に固定し、前記パネル体の表面形状に沿う形状を有する研削工具を、前記パネル体に対して前記水管の軸線に沿う方向に相対移動させることによって前記肉盛溶接の表面を平削り加工する研削工程と、
   該研削工程で平削り加工された複数のパネル体を、平削り加工された面がガス通路側となるようにして接合してメンブレン構造ダクトを形成するパネル体接合工程とを備えたことを特徴とするメンブレン構造ダクトの製造方法。
2. 前記研削工具は、前記水管の円弧部に沿う形状を有する第１のバイトと、水管と水管との間の溝部に沿う形状を有する第２のバイトによって構成されていることを特徴とする請求項１記載のメンブレン構造ダクトの製造方法。
3. 前記研削工具は、研削方向に直列に設置された荒削り用のバイトと仕上削り用のバイトを備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のメンブレン構造ダクトの製造方法。